JPH0147696B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水熱源ヒートポンプによる空気調和
設備などに使用する蓄熱水槽に係り、特に冷房用
などの冷熱を蓄熱するのに有益な冷熱蓄熱装置に
関する。

蓄熱水槽において冷熱を蓄熱する場合、冷水の
１部を氷にし、水と氷を共存させることによつて
顕熱と潜熱の形で蓄冷すれば小さな水槽容量で多
量の冷熱が蓄熱できる。この場合、蓄熱水槽内に
冷却管または冷却板などの冷却器を設置し、この
冷却器内に氷点以下の冷媒を流して冷却器表面部
に製氷させる処法を採るのが簡便である。

しかし、冷却器の表面部に製氷させる場合、そ
の氷の生長速度は冷却開始の初期では速いが、氷
の生長に伴つて漸次遅くなり、冷却器表面部に形
成される氷の厚みが厚くなればなるほど、伝熱抵
抗が大きくなつて製氷効率がわるくなる。その結
果、蓄熱効率および冷凍機効率とも極端に低下す
るようになる。

本発明はこの問題を解決することを目的として
なされたもので、極めて効率よく冷熱を蓄熱でき
る冷熱蓄熱装置を開発したものである。

すなわち本発明は、蓄熱水槽内に冷却器を設置
し、この冷却器の表面部で該水槽内の水の１部を
製氷化するようにした冷熱蓄熱装置において、同
一の冷媒液が蓄えられ且つともに熱交換器がその
中に設置された低温冷媒タンクと高温冷媒タンク
を該蓄熱水槽の槽外に設置し、冷凍機によつて製
造された零℃以下の冷媒を前記の低温冷媒タンク
の熱交換器に供給し且つ同じ冷凍機から出る冷却
水を高温冷媒タンクの熱交換器に供給する回路を
構成し、該低温冷媒タンク内の冷媒液を前記の冷
却器に通液する低温冷媒回路と、該高温冷媒タン
ク内の冷媒液を該冷却器に通液する高温冷媒回路
とを切替可能に形成したことを特徴とする冷熱蓄
熱装置を提供するものである。

図面に従つて本発明装置を説明すると、第１図
は、蓄熱水槽１内に冷却器２を設置し、この冷却
器１の表面部に冷水の１部を製氷化するようにし
た装置であつて、この冷却器１に供給する冷媒の
温度が製氷温度と解氷温度を交互にくり返すよう
にした本発明に従う冷熱蓄熱装置の全体機器配置
を系統的に示したものである。

第１図において、３は低温冷媒タンク、４は高
温冷媒タンク、５は冷凍機、６は冷却塔、７と８
は３方弁を示している。低温冷媒タンク３と高温
冷媒タンク４の中には同一冷媒、例えば40％エチ
レングリコール水溶液が入つており、低温冷媒タ
ンク３には冷凍機ブラインによる熱交換器９が設
置してありこれによつて冷媒温度が約−20〜−30
℃に維持され、他方の高温冷媒タンク４には冷凍
機冷却水（高温側）が通液する熱交換器１０が設
置してあり冷媒温度が約30℃に維持されるように
してある。以後、前者の低温の冷媒を低温冷媒、
後者の高温の冷媒を高温冷媒と呼ぶことにする。

本発明装置はこの低温冷媒と高温冷媒を交互に
冷却器２に通液させることに特徴があり、これに
よつて製氷効率を著しく高めたものである。すな
わち、ポンプ１１によつて冷却器２に冷媒を供給
するさい、三方弁７と８の切換えによつて、低温
冷媒タンク３−管路ａ−管路ｂ−冷却器３−管路
ｃ−管路ｄ−高温冷媒タンク４の経路を経る低温
冷媒回路と、高温冷媒タンク４−管路ｅ−管路ｂ
−冷却器２−管路ｃ−管路ｆ−低温冷媒タンク３
の経路を経る高温冷媒回路と、を所定時間サイク
ルのもとで切換え、一定時間（例えば５分間）の
低温冷媒回路の運転によつて冷却器２の表面部に
所定厚みの氷が形成したら、次に高温冷媒回路の
運転によつて冷却器２の表面部に付着している氷
の１部を融解し、これによつて冷却器２と氷との
縁を切り、この縁を切られた氷を冷水中に浮遊さ
せるというサイクルを繰り返すのである。冷却器
２を蓄熱水槽１の下方に設置しておけば、この解
氷運転によつて氷は比重差により槽上部に浮遊す
ることになる。この高温冷媒回路の運転は低温冷
媒回路の運転とその運転時間を等しくすることが
できるが、使用する機器によつてはこれより長く
ても短くてもよい。この運転時間の設定と切替え
はタイマー１３によつて行なうことができる。

第２図は、平板状冷却器を使用した場合の製氷
速度を示した関係図であるが、例えば冷媒温度が
−20℃のとき、製氷開始から５分程度までは急激
に氷の厚みは増加するがそれ以後は時間の経過と
共に生長速度が低下し、約60分間製氷運転を続け
ても氷の厚さは３cmにしかならない。したがつ
て、例えば、製氷運転と解氷運転とを交互に５分
ずつ行なつて合計60分の運転を行なうと、各製氷
運転では約0.8〜0.9cmの厚みの氷が得られるか
ら、これの12倍の9.6〜10.8cm厚みの氷が積算で
得られることになり、製氷運転だけの場合に比
べ、本発明装置では３倍以上の量の製氷ができる
ことが理解される。もつとも、解氷運転の時間は
製氷運転の時間より短くすることができるから、
実際は、さらに多量の製氷ができることになる。

解氷運転を短くする場合に備えて、第１図の装
置は、溢流管１４を設けてある。すなわち、製氷
運転が解氷運転より長いサイクルを構成する場合
には、製氷運転時の戻り冷媒量が多くなり、高温
冷媒タンク４の側の冷媒量の方が多くなるので、
溢流管１４によつてそのオーバーフローを低温冷
媒タンク３の側に流すようにしてある。また、本
発明装置は低温冷媒と高温冷媒の両者を冷凍機の
運転で作れるようにしてあり、このため、特に冷
凍機５の冷却水回路における冷凍機出側の冷却水
を高温冷媒タンク４の熱交換器１０に通してから
冷却塔６で冷却するようにしてあり、これによつ
て、他の熱源なしに解氷に必要な高温冷媒が得ら
れると共に冷却塔負荷も低減させることができ
る。

第３図は、本発明装置に使用する冷却器２の変
形例を示したもので、冷却器２の表面部に突起１
５を設けたものである。この突起を多数設けた冷
却器２を使用すると、小片の氷を生成させること
ができる。小片の氷を浮遊させた場合は、蓄熱水
槽の妨熱運転の場合に、放熱速度を高めることが
できるので有益である。

第４図は、平板状冷却器を使用する場合に、表
面温度が均一となるように、この冷却器２内の冷
媒流れをジグザグ状とするための間仕切１６を交
互に設けた例を示す。

なお、冷却器２は図示の例に限らず管状のもの
でもよく、その配置も水平配置、垂直配置、傾斜
配置など種々の配置形態とすることができる。冷
却器２の材質は熱伝導率の大きい銅板が好適であ
り、その厚みはできるだけ薄くする。とくに本発
明装置の場合は、製氷の厚みがある程度となると
冷却器表面から剥離する（解氷運転）ので、製氷
圧力が大きくなることが回避され、冷却器の表面
板の厚みを薄くすることができ、熱伝達効率を一
層向上させることができる。

以上のように、本発明装置は、冷水と氷を共存
させて冷熱蓄熱を行なう場合の製氷を製氷運転と
解氷運転のくり返しによつて効率よく行なえるよ
うにしたので、蓄冷効率と冷凍機効率が共に著し
く向上し、省エネルギー的に多量の冷熱が小規模
蓄熱水槽で行なうことができ、非常に有益であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す機器配置系
統図、第２図は製氷時間と氷生長厚みとの関係
図、第３図は冷却器の例を示す側面図、第４図は
平板状冷却器の例を示す透視斜視図である。 １……蓄熱水槽、２……冷却器、３……低温冷
媒タンク、４……高温冷媒タンク、５……冷凍
機、６……冷却塔、７，８……三方弁、９，１０
……熱交換器、１１……ポンプ、１３……タイマ
ー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蓄熱水槽内に冷却器を設置し、この冷却器の
   表面部で該水槽内の水の１部を製氷化するように
   した冷熱蓄熱装置において、同一の冷媒液が蓄え
   られ且つともに熱交換器がその中に設置された低
   温冷媒タンクと高温冷媒タンクを該蓄熱水槽の槽
   外に設置し、冷凍機によつて製造された零℃以下
   の冷媒を前記の低温冷媒タンクの熱交換器に供給
   し且つ同じ冷凍機から出る冷却水を高温冷媒タン
   クの熱交換器に供給する回路を構成し、該低温冷
   媒タンク内の冷媒液を前記の冷却器に通液する低
   温冷媒回路と、該高温冷媒タンク内の冷媒液を該
   冷却器に通液する高温冷媒回路とを切替可能に形
   成したことを特徴とする冷熱蓄熱装置。