JPH02146437A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、製氷用の水溶性液体を冷却、氷化し、蓄熱媒
体として蓄熱槽に貯留させる氷蓄熱装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 近年、工業プラントやビル等における比較的大規模な空
調システムには蓄熱空調システムが利用され、冷房負荷
のピーク時における電力需要の軽減並びにオフビーク時
における電力需要の拡大を図るようにしている。

この蓄熱空調システムの蓄熱方式には、顕熱を利用した
水蓄熱方式と、潜熱を利用した氷蓄熱方式とがあるが、
前者の水蓄熱方式では蓄熱槽を大きくしなければ、有効
な効果を発揮させることができないという欠点があり、
また、その安全性および経済性の面から、氷蓄熱方式の
需要が高まりつつある。

この氷蓄熱方式を採用した空調システムのこれまでの一
般的なものとしては、スタティック方式と呼ばれるもの
であって、ブライン等の水溶液が収容された収容タンク
内に冷凍回路における冷媒蒸発用の冷却管が導入配設さ
れ、冷却管内での冷媒の蒸発により上記水溶液を冷却し
て該冷却管の表面で氷を生成し、該部を上記収容タンク
内に蓄熱媒体として蓄熱するものである。

しかし、この方式では冷却管に付着した氷が熱抵抗とな
り、氷の厚さが厚くなるに従って伝熱性能が低下するこ
とになり、該システムのＣＯＰが低下するという欠点が
あった。また、冷却管上に生成された氷は氷塊となって
いるために氷の放熱時において迅速且つ均一な融解が行
われ難く、負荷変動に追従した放熱が得られないといっ
た課題をも有しているものであった。そこで、これらの
問題を解決するための従来技術として、特開昭６０−１
５５８９４号および特開昭６１−１６５５３３号各公報
に６のれるような冷却面に生成された氷を該冷却面に付
着させることのない製氷方式（一般にダイナミック方式
と呼ばれる）が注目されている。この方式で生成される
氷はスラリー状であって、このスラリー状の氷は流動性
が良いためにポンプ等の搬送手段による栄送が容易なこ
と、表面積が大きいために放熱時における融解速度が速
く、冷房負荷の変動に追従可能である等の優れた性質を
持っており、氷蓄熱においては特に有効なものである。

また、他の従来例として、米国特許４，２８６゜４３６
号公報に示されるようなものもある。これに示されてい
るものは、直立型シェルアンドチュブタイブの製氷装置
を用い、垂直な製氷面上に水溶性液体を流下させて生成
した氷を自然落下させスラリー状の氷を生成する方式で
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述したような方式のものにあっては、以下に
述べるような課題を有しているものである。

即ち、前者の特開昭６０−１５５８９４号および特開昭
６１−１６５５３３号各公報の６のでは、製氷、蓄熱の
進行に伴って水溶液中の水量が低下するために、その濃
度が高くなって凍結温度が低下し、冷凍機の効率が低下
するものである。一方、後者の米国特許４，２８６，４
３６号のものでは、冷却面における氷の付着を防止する
ために、その冷却面を電解研磨等の表面処理を行う必要
があり、また、該冷却面の損傷などによってよどみが生
じると、鎖部で氷が付着、成長する場合があり、以後の
製氷が行えなくなるものであった。そこで、本発明は、
製氷用の水溶性液体を流動性を有する磁性流体を介して
冷却し、該磁性流体表面で氷化させた後、該部を磁性流
体から離脱させることで、上記課題を解消する氷蓄熱装
置を得ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を解決するために、本発明は以下に述べるよ
うな手段を講じたものである。

請求項（１）に係る発明は、第１図に示すように製氷用
の水溶性液体（Ｗ）および該水溶性液体（Ｗ）よりも比
重量の大きい磁性流体（Ｍ　）を貯留すると共に蓄熱媒
体としての氷（りを貯留する蓄熱槽（２）と、上記磁性
流体（Ｍ　）を冷却して該磁性流体（Ｍ）を伝熱媒体と
して上記水溶性液体（Ｗ）を冷却し、磁性流体表面（Ｍ
１）に氷（１）を生成させる冷凍手段（３）と、上記磁
性流体（Ｍ）周辺に磁界を発生させ、上記磁性流体（Ｍ
　）の表面形状を変化させるよう上記磁界が変動自在に
１＆成された励磁手段（４）とからなる氷蓄熱装置であ
る。

請求項（′２Ｊに係る発明は、第２図に示すように表面
に磁性流体（Ｍ）が設けられて立設された冷却板（６）
と、該冷却板（６）を介して磁性流体（Ｍ　’）を冷却
する冷凍手段（３）と、上記磁性流体ＣＭ）の形状を変
化させるよう磁界が変動自在に構成された励磁手段（４
）と、水溶性液体（Ｗ）を磁性流体（Ｍ）に向けて供給
する水溶性液体（ｊ％給手段（７）と、上記冷却板（６
）の下部に設置され、磁性流体表面（Ｍ１）で生成され
て流下する氷（１）を貯留する蓄熱槽（２）とからなる
氷蓄熱装置である。

（作用） 上記各請求項に係る発明の構成による作用は、以下に述
べるとおりである。

請求項（１）に係る発明においては、蓄熱槽（２）内に
貯留された磁性流体（Ｍ　）を冷凍手段（３）によって
冷却しつつ、励磁手段（４）によって該磁性流体（Ｍ）
周辺の磁界を変動させては性流体表面（Ｍ１）の形状を
変化させることによって、水溶性液体（Ｗ）との熱交換
を促し、該水溶性液体を冷却して磁性流体表面に氷を生
成させ、生成された氷（１）を磁性流体表１Ｉｉｌｉ（
Ｎ口→の形状変化によって該表面から離脱さ什る。これ
により、生成された氷（１）は容易に磁性流体（Ｍ）か
ら離脱されるために、製氷能力の低下がなく、また、生
成された氷（１）はスラリー状であるために、放熱時（
氷融解時）には冷房負荷の変動に迅速に追従可能である
。更に、製氷用の水溶性液体（Ｗ）としては水単独で使
用可能であり、製氷の進行に伴う濃度の変化がないため
に、凍結温度は不変であって、常に安定した製氷が行え
る。

一方、請求項（２）に係る発明においては、立設された
冷却板（６）上の磁性流体（Ｍ）表面（Ｍ１）こ水溶性
液体（Ｗ）を供給して氷（１）を生成し、該水（１）を
表面（Ｍ１）の形状変化で剥離させて下方の蓄熱槽（２
）に落下、貯留させる。従って、該磁性流体表面（Ｍ１
）で生成された氷（１）は自重によっても磁性流体表面
（Ｍ１）から離脱されるために、より確実な離脱が行え
る。

（第１実施例） 次に、本発明における第１実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図に示すように、本発明に係る氷蓄熱装置（１）は
、蓄熱槽（２）、冷凍手段（３）、磁性流体（Ｍ）およ
び励磁手段（４）とから成るものである。以下、各部に
ついて説明する。

蓄熱槽（２）は上部が開放された箱体であって、その内
部には製氷用の水溶性液体（Ｗ）および磁性流体（Ｍ　
）が貯留されている。また、該蓄熱槽（２）には冷房負
荷（５）が接続されており、該冷房負荷（５）の熱交換
管（５ａ）が蓄熱槽（２）内に配管されている。

次に、蓄熱槽（２）内に貯留されている磁性流体（Ｍ）
および水溶性液体（Ｗ）について説明する。

磁性流体（Ｍ　）は励磁手段（４）による磁界の変動に
よってその形状か変化自在な流動性を有するものであり
、水溶性液体（Ｗ）よりも比重の大きな液体で、励磁手
段（４）による磁界の変動に伴って、蓄熱槽（２）の下
部で表面形状が変化するように成っている。水溶性液体
（Ｗ）は水若しくは水とエチレングリコール等の不凍ｉ
ｆｋが混合された製氷用液体であり、その比重は１程度
に設定されている〇 冷凍手段（３）は上記蓄熱槽（２）内に貯留されている
磁性流体（Ｍ）を介して水溶性ｉ１に体（Ｗ）を氷点下
まで冷却して水化させるものであって、上記蓄熱槽（２
）の下部に設けられ、冷凍機（３ａ）、冷媒配管（３ｂ
）および熱交換管（３Ｃ）とからなる。冷凍機（３ａ〕
はその内部に圧縮機、凝縮器等（図示省略）を１１えた
周知のものであって、冷媒配管（３ｂ）を介して蒸発器
としての熱交換管（３Ｃ）か接続されている。また、該
熱交換管（３ｃ）はその内部で蒸発される冷媒と上記蓄
熱ｔ１２）内の磁性流体（Ｍ）との間での熱交換が可能
となるように蓄熱槽（２）の底面（２ａ）へ接触するよ
うに設けられている。

励磁手段（４）は上記蓄熱槽（２）内に貯留された磁性
流体（Ｍ）の周辺に磁界を発生させるものであって、複
数個の永久磁石（４ａ）が」二記冷凍手段（３）の熱交
換管（３ｃ）の下方に近接して設けられている。また、
該永久磁石（４ａ）はその位置を変更して上記磁界を変
動可能となるように［Ｉ）成されている。

次に、上記構成による本装置の動作について説明する。

先ず、冷凍手段（３）の冷凍機（３ａ）の作動によって
、冷媒配管（３ｂ）を経て熱交換管（３Ｃ）へ送給され
た液冷媒が該熱交換管（３ｃ）内で蒸発することによっ
て蓄熱槽（２）の底面（２ａ）を介して蓄熱槽（２）の
下部に貯留されている磁性流体（Ｍ）を氷点下まで冷却
する。該冷却と同時に励磁手段＜Ｍ）を駆動させ、永久
磁石（４ａ）の移動に伴って磁性流体周辺の磁界を変動
させる。該磁界の変動に伴って、磁性流体（Ｍ）はその
表面形状が変化され、即ち、水溶性液体（Ｗ）との接触
面が変化されるために、両者の熱交換が促され、効率良
く水溶性液体（Ｗ）を冷却する。そして、冷却された水
溶性液体（Ｗ）は磁性流体（Ｍ）の表面（Ｍ１）で氷化
される。更に、該磁性流体表面（Ｍ１）で生成された氷
（１）は磁性流体（Ｍ）の表面形状が変化しているため
に容易に該表面（Ｍ１）から離脱されて、水溶性液体（
Ｗ）の上層部へ浮上し蓄熱用の氷（１）として貯留され
ることになる。尚、ここで生成された氷（１）はスラリ
ー状となっている。また、冷房運転時においては、蓄熱
用の氷（１）で冷却された水溶性液体（Ｗ）と冷房負荷
（５）の熱交換管（５ａ）内の液体との熱交換によって
冷房負荷（５）を冷却する。

このように、本装置にあっては、生成された氷（１）は
容易に磁性流体（Ｍ）から離脱されるために、従来のス
タティック方式のように冷却管への氷の付着による製氷
能力の低下がないものである。また、生成された氷はス
ラリー状であるために、放熱時（氷融解時）には冷房負
荷の変動に迅速に追従可能なものである。更に、製氷用
の水溶性液体としては水単独で使用可能であり、その場
合、水溶性液体は製氷の進行に伴う濃度の変化がないた
めに、凍結温度は不変であって、常に安定した製氷が行
える。

（第２実施例） 次に、本発明における、第２実施例について説明する。

尚、本例のものは氷（１）の生成部である磁性流体（Ｍ
）が垂直面に設けられたものであり、その構成および動
作については第１実施例との相違点を中心に述べるに止
める。

第２図に示すように本例における氷蓄熱装置（１）は、
蓄熱槽（２）、冷凍手段（３）、励磁手段（４）、冷却
板（６）および水溶性液体供給手段（７）とから成るも
のである。

以下、各部について説明する。

蓄熱槽（２）は第１実施例と同様の箱体であって、その
内部には製氷用の水溶性液体（Ｗ）が貯留されている。

また、該蓄熱ｉ＆（２）には冷房負荷（５）が接続され
ている。

冷凍手段（３）は上記蓄熱槽（２）の上方に設置され、
熱交換管（３ｃ）は垂直に立設された平板状の冷却板（
６）に接触されて設けられている。

そして、該冷却板（６）の片面には磁性流体（Ｍ）が設
けられている。

励磁手段（４）は複数個の永久磁石（４ａ）が移動自在
に上記冷凍手段（３）の熱交換管（３ｃ）の側面に近接
して設けられて成っている。

水溶性液体供給手段（７）は蓄熱槽（２）内の水溶性液
体（Ｗ）を磁性流体（Ｍ）の表面（Ｍ１）に吹付けるも
のであって、給水管（７ａ）と該給水管（７ａ）に介設
されたウォータポンプ（Ｐ）とから成るものである。

尚、上記磁性流体（Ｍ　）および水溶性液体（Ｗ）は第
１実施例のものと同様であるが、それらの比重は第１実
施例に述べたものに限るものではない。

次に、本例における装置の動作について説明する。

先ず、冷凍手段（３）の冷凍機（３ａ）の作動によって
、冷却板（６）を介して磁性流体（Ｍ）を氷点下まで冷
却する。そして、水溶性液体供給手段（７）のウォータ
ポンプ（Ｐ）を駆動させて、蓄熱槽（２）内の水溶性液
体（Ｗ）を給水管（７ａ）を経て磁性流体（Ｍ）に向け
て吹付ける。それと同時に励磁手段（Ｍ）を駆動させ、
永久磁石（４ａ）の移動に伴って磁性流体（Ｍ）周辺の
磁界を変動させる。該磁界の変動に伴って、磁性流体Ｃ
Ｍ＞はその表面形状が変化し、その変化する表面に沿っ
て水溶性液体が流下し、即ち、水溶性液体（Ｗ）との接
触面が変化するために、両者の熱交換が促され、効率良
く水溶性液体（Ｗ）を冷却する。そして、冷却された水
溶性液体（Ｗ）は磁性流体（Ｍ）の表面（Ｍ１）を流下
する途中で氷化される。更に、該磁性流体表面（Ｍ１）
で生成された氷（Ｉ）は磁性流体（Ｍ）の表面形状が変
化しているために該磁性流体表面（Ｍ１）を流下しつつ
容易に該表面（Ｍ１）から離脱されて、蓄熱ｒＯ（２）
に落下され、蓄熱用の氷（１）として貯留されることに
なる。また、冷房運転時においては、蓄熱用の氷（１）
で冷却された水溶性液体（Ｗ）によって冷房負荷（５）
を冷却する。

このように、本装置にあっては、水生成部である磁性流
体（Ｍ　）が垂直に設けられているために、生成された
氷（１）の離脱がより確実になっているものである。

尚、上述した第１および第２実施例における励磁手段と
しては永久磁石を用いたが、本発明はこれに限らず、電
磁石を用いた（呂成を採用することも可能である。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、以下に述べるような効果
が発揮されるものである。

請求項（１）に係る発明においては、励磁手段によって
該磁性流体周辺の磁界を変動させて磁性流体表面形状を
変化させることによって、水溶性液体との熱交換を促す
と共に、生成された氷を磁性流体表面から容易に離脱さ
せることが可能であるために、従来のスタティック方式
の氷蓄熱装置と異り、製氷面での氷の付着がないため製
氷能力が向上され且つ製氷面の研磨等の作業が不要であ
って、製造コストが低減される。また、生成された氷は
スラリー状であって表面積が大きいために、放熱時（氷
融解時）には冷房負荷の変動に迅速に追従可能である。

更に、製氷用の水溶性液体としては水単独で使用可能で
あり、製氷の進行に伴う濃度の変化がないために、凍結
諷度は不変であって、常に安定した製氷を行うことが可
能である。

一方、請求項（２）に係る発明においては、磁性流体が
立設された冷却板上に設けられていることにより、該磁
性流体表面で生成された氷の離脱かより確実とされてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実嵐例における氷蓄熱装置を示す
図、第２図は第２実施例におけろ氷蓄熱装置を示す図で
ある。 （２）・・・蓄熱槽、（３）・・・冷凍手段、（６）・
冷却板、（４）・・・励磁手段、（７）・・・水溶性液
体供給手段、（Ｗ）・・・水溶性液体、（Ｍ）・・・磁
性流体、（Ｍ　１　）・・・磁性流体表面、（１）・・
・氷。 ’、、、ＴｉＤミ到必４ ６２．仝５担 Ｑ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）製氷用の水溶性液体（Ｗ）および該水溶性液体（
   Ｗ）よりも比重量の大きい磁性流体（Ｍ）を貯留すると
   共に蓄熱媒体としての氷（Ｉ）を貯留する蓄熱槽（２）
   と、上記磁性流体（Ｍ）を冷却して該磁性流体（Ｍ）を
   伝熱媒体として上記水溶性液体（Ｗ）を冷却し、磁性流
   体表面（Ｍ１）に氷（Ｉ）を生成させる冷凍手段（３）
   と、上記磁性流体（Ｍ）周辺に磁界を発生させ上記磁性
   流体（Ｍ）の表面形状を変化させるよう上記磁界が変動
   自在に構成された励磁手段（４）とからなる氷蓄熱装置
   。
2. （２）表面に磁性流体（Ｍ）が設けられて立設された冷
   却板（６）と、該冷却板（６）を介して磁性流体（Ｍ）
   を冷却する冷凍手段（３）と、上記磁性流体（Ｍ）の形
   状を変化させるよう磁界が変動自在に構成された励磁手
   段（４）と、水溶性液体（Ｗ）を磁性流体（Ｍ）に向け
   て供給する水溶性液体供給手段（７）と、上記冷却板（
   ６）の下部に設置され、磁性流体表面（Ｍ１）で生成さ
   れて流下する氷（Ｉ）を貯留する蓄熱槽（２）とからな
   る氷蓄熱装置。