JPH0297872A

JPH0297872A - 氷蓄熱システムにおける過冷却解消方法と過冷却解消装置

Info

Publication number: JPH0297872A
Application number: JP24879388A
Authority: JP
Inventors: Hironori Inada; 稲田　裕紀; Takeshi Mannen; 萬年　毅; Koichi Endo; 光一遠藤; Yukio Kurosaki; 黒崎　幸夫; Isao Hasegawa; 功長谷川; Fumihiro Baba; 文啓馬場
Original assignee: Mitsui Construction Co Ltd; Toyo Engineering Corp
Current assignee: Mitsui Construction Co Ltd; Toyo Engineering Corp
Priority date: 1988-10-01
Filing date: 1988-10-01
Publication date: 1990-04-10

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、冷房負荷用に利用される氷蓄熱システムにお
ける過冷却解消方法と過冷却解消装置に関するものであ
る。

（従来の技術）近年、氷蓄熱システムが、従来の水蓄熱システムに替わ
るものとして種々提案されて来ている。

しかして、現在の氷蓄熱システムは、生成される氷の性
状により、固体氷を利用する。いわゆるソリッドアイス
方式と、流動性を有する粒状（結晶状）の氷を利用する
。いわゆるリキッドアイス方式とに大別されている。

ここで、リキッドアイス方式は、ソリシトアイス方式に
比較して次のような特長を有する。

■水充填率（Ｉ　Ｐ　Ｆ　）を高くできるため、蓄氷槽
の必要スペースが小さくてすむ。

■流動性を有する氷スラリーを貯溜するため、その融解
がソリッドアイス方式よりは均一に行なわれ、冷房負荷
用の冷水取出し温度を安定状態に保つことができる。

また、リキッドアイス方式による氷スラリーの生成方法
としては、過冷却方式、冷媒吹込み方式等、数種の方式
がある。

このうち過冷却方式は、被冷却水を０℃以下になるまで
冷却して過冷却状態の水を作り、所定の手段により該過
冷却状態を解消することにより。

氷スラリーを生成する方式であるが、他方式のように伝
熱コイル表面等に着氷することがないので冷凍機蒸発温
度を高く保つことができ、運転中蒸発温度が一定である
ため、成績係数（ｃｏｐ）が一定で、かつ、該成績係数
を他方式より高い水準に維持できるという利点がある。

しかして、過冷却方式における前記過冷却解消による製
氷方法としては、従来法のものがある。

■過冷却水の攪拌を停止して製氷する方法で、特開昭５
４−１０２６４８号に開示されている方法。

■過冷却水中に通電して製氷する方法で、特開昭６２−
２６４６７号に開示されている方法。

■過冷却水を落下、衝突などの衝撃により製氷する方法
で、特開昭６３−１４０６３号に開示されている方法。

（発明が解決しよ、つとする課題）しかしながら、上記方法■及び方法■については、以下
の如き欠点があった。

■停止状態での製氷であるため、氷結晶が大きく成長し
てしまい、流動性が悪く、よって、水充填率が低く、ま
た、融解が不均一となる事態が生じ易い。

■冷却伝熱面など、冷却水に接する構造物に着氷し易い
。

また、上記方法■にも、次のような問題点がある。

■落下、衝突などの衝撃により、構造物に連続的な応力
が生じるため、金属疲労等を考慮した該構造物の補強が
必要となる。

■生成された氷の散乱状態が常に一定のパターンとなる
ため、蓄氷槽内に不均一に氷が分布し、融解が不均一と
なり易い。よって、均一にするための稼動部（例えば回
転レーキ装置）等が必要となる。

本発明は、かかる従来の課題を解決しうる氷蓄熱システ
ムにおける過冷却解消方法と過冷却解消装置を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するだめの手段）上記目的を達成するため１本発明に係る過冷却解消方法
は、熱交換器により０℃以下の所定温度に過冷却された
冷却水を、過冷却解消槽内の所定位置に設置され前記過
冷却水よりも低温に設定された氷核形成ユニットに接触
させて初期製氷を行ない、この氷結晶な種氷として、１
″１；１記過冷却解消槽内に順次供給される前記過冷却
水から連続的に氷スラリーの生成を行なうようにしたこ
とを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る過冷却解
消装置は、過冷却解消槽と、氷核形成ユニットと、送り
管を備え、前記過冷却解消槽は、蓄氷槽の上部に配設さ
れ、過冷却水を緩速度で降下させる過冷却水降下面と、
生成された氷スラリーを前記蓄氷槽へ移動させる氷送り
出し面とを有し、前記氷核形成ユニットは、前記過冷却
水降下面もしくは氷送り出し面の所定位置に設置されて
おり、前記送り管は、前記過冷却解消槽内の過冷動水降
下面に近接して先端が開口され、熱交換器内で０℃以下
の所定温度にまで冷却された過冷却水を過冷却水降下面
に送給するように構成されたことを特徴とするものであ
る。

上記氷核形成ユニットとしては、電子冷却ユニットや、
氷核活性細菌をセラミック板、ガラスピーズ、ガラス格
子根源に固定化したものを利用することができる。

また、上記氷送り出し面は、その先端部方向に所定の仰
角をなすように傾斜して形成するのが望ましい。

（実施例）以−ト１本発明の好適な実施例を図面により説明する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を示すものであ
り、本実施例に係る過冷却解消装置！は、過冷却解消Ｊ
ｆｊ２と、氷核形成ユニットとしての電子冷却ユニット
３と、過冷却水の送り管４とを含むものである。

＋ｉＪ記過冷却解消槽２は１本実施例では有底角筒状を
なし、開口部分が蓄氷槽５の上部を向いた態様で該蓄氷
槽５上に配設されている。

該過冷却解消槽２は、本実施例では底壁面に相当する部
分が過冷却水降下面６として形成され、また、該過冷却
水降下面６の下端と直交する１本実施例では過冷却解消
Ｗｇ２の側壁面に相当する部分が氷送り出し面７として
形成されている。

しかして１本実施例では、直交する前記過冷却・水降下
面６と、氷送り出し面７とは、各々垂直面及び水平面に
対して角度ａをなして傾斜して配設されている。

即ち、氷送り出し面７は、その先端部７ａ方向に仰角ａ
をなすように傾斜して形成されているものである。

前記電子冷却ユニット３は１本実施例では前記氷送り出
し面７の基端部に配設されている。

該電子冷却ユニット３は、ベルチェ効果を利用した。Ｎ
形とＰ形の半導体の組合わせによる電子冷熱素子を主体
として構成されており、電流を流すと所定温度まで冷却
される方の銅板等の接点が−Ｅ側に面するように配置さ
れている。

また、該電子冷却ユニット３は、図示しない温度センサ
ーにより制御されて電流の０Ｎ−ＯＦＦ操作がなされ、
前記冷却側接点温度を後述する過冷却水の温度以下に維
持しつるようになっている。

前記送り管４は、第２図に示すように本実施例に係る氷
蓄熱システムを構成する熱交換器８内で０℃以下（本実
施例では一２℃程度）に冷却された過冷却水を、前記過
冷却解消槽２内に送給するためのものであり、該送り管
４の先端４ａは、前記過冷却水降下面６に近接して開口
されている。

かかる構成からなる本実施例では、夜間の製氷時の初期
においては、送り管４の先端４ａから穏やかな流速で少
晴ずつ供給される一２℃程度の過冷却水は、第１図に示
すように過冷却水降下面６の上部から矢線方向にゆっく
りと降下してゆき、あらかじめ−５℃程度の冷却状態に
設定されている電子冷却ユニット３に接触することによ
り、水の相転移を励起されて氷結し、初期製氷がなされ
る。

以後は、この氷結晶を種氷として、前記過冷却解消槽２
内の過冷却水降下面６を降下して順次供給される前記過
冷却水がｉ″ｐ１記種氷に種氷することにより連続的に
シャーベット状の氷スラリーＳとして生成されていく。

よって、上記電子冷却ユニット３は、上記初期製氷時に
通電して上記所定温度以下まで冷却させておけば、以後
は通電を停止させておいてよく。

上記温度センサーの検出により所定温度以上になった場
合にだけ、再び自動的に通電がなされるようになってい
る。

しかして、先に生成された氷スラリーＳは、後から生成
される氷スラリーＳにより徐々に押圧されて氷送り出し
面７上を先端部７ａ方向へと緩やかに上界してゆき、該
先端部７ａから自重により蓄氷槽５の壁面に沿ってゆっ
くりと降下して、衝撃を与えることなく蓄氷槽５内に蓄
氷されていく。

なお、氷送り出し面７に所定の傾斜角度αを形成しであ
るため、氷スラリーＳが一度に多電に蓄氷槽５に落下す
ることがなく、徐々に少Ｍずつ蓄氷槽５へと降下させる
ことができる。

以下、連続的に氷スラリーＳが降下してゆくことにより
、蓄氷槽５内に所定の充填率に到達するまで蓄氷がなさ
れる。

なお、上記製氷時には、第２図に示すように冷凍機９に
より冷媒もしくはブラインが一６℃程度まで冷却されて
送給Ｈ１ｏを介して熱交換器８に送られ、戻り管１Ｍか
ら再び冷凍機９に循環される。

同時に、蓄氷槽５の下部からは、戻り管１２を介して０
℃程度の被冷却水が熱交換器８内に流動し、前記冷媒も
しくはブラインとの間で熱交換がなされて、上記した如
く一２℃程度に過冷却されて、送り管４から過冷却解消
層２へと送給される。

このようにして過冷却水の顕熱分は、氷スラリーＳの潜
熱に変換されて夜間に蓄氷槽内に蓄熱されることとなる
。

一方、■間の運転時（解氷時）には、冷凍機９の運転は
停止しており１Ｍ氷槽５の底部から供給される冷却水が
送給管１３を経由して空調機等の冷房負荷１４へと送り
込まれ、戻り管１５を介して戻り水は、シャワー装置１
６から蓄氷槽５内に一様に散布され、貯溜された氷スラ
リーＳが徐々に解氷されていく。

なお１本実施例でいう過冷却水としては、純粋な水の他
に、高分子増粘材としての分子量１０．０００以上のポ
リビニルピロリドン（ＰＶＰ）を０．３〜１．５中量％
添加したものであってもよい。

その他、第２図において１７は蓄氷槽５内のＦ部に設け
られたフィルターであり、氷核と冷水を分離する。また
、１８．１９．２０は各々ポンプである。

このように、本実施例では初期製氷時に電子冷却ユニッ
ト３により強制的に過冷却水の過冷却を解消して結氷さ
せ、以後はこの氷結晶を種氷として、連続的にシャーベ
ット状の氷スラリーＳを形成してゆくものであるから、
過冷却を完全に解消することができ、高い成績係数を得
ることができる。

また、過冷却水降下面６に沿って過冷却水をゆっくりと
降下させ、上記の如く流動状態で過冷却解消を行なうも
のであるため、氷片が小さく、流動性の高い氷スラリー
Ｓを生成することができる。

よって、蓄氷が均一になされ、また、融解も均一に行な
うことができるから、高い水充填率を５達成することが
でき、安定状態で連続製氷が可能となる。さらに、上記
従来例のような稼動部を別個に設ける必要もなくなる。

また、製氷時に落下、衝突等の衝撃を伴わない製氷方式
であるため、上記従来例のように応力集中部の発生など
がなく、構造体の補強や稼動部の清掃１点検などの保守
管理が不要となる。

さらに、上記の如く初期製氷に要するエネルギーは、当
初の氷核形成のためのものだけであり、極めて微量で足
りる。

なお、上記氷送り出し而７の傾斜角度ａは、過冷却水の
流動量に応じて最適角度に設定すればよいものであるが
、５乃至１０度程度の傾斜角が好ましい。

また、過冷却水降下面６の傾斜角度も条件に応じて最適
角度に設計すればよいものであり、上記氷送り出し面７
の傾斜角度ａとは異なった角度にすることも勿論自由で
ある。

さらに、過冷却解消Ｊｆｆ！２の形状についても、上記
実施例に限定されず１例えば第１図において氷送り出し
面７と対向する一Ｆ部側壁面を省略することもでき、有
底角筒形状以外の形状とすることもできる。

また、電子冷却ユニット３の配設位置についても上記実
施例に限定されず、第３図に示す他の実施例のように、
過冷却解消槽２の過冷却水降下面６に設置して、送り管
４から送給される過冷却水を、先端４ａから穏やかな流
速で少量ずつ電子冷却ユニット３に接触させるようにし
てもよい。

また、氷核形成ユニットとしては、上記電子冷却ユニッ
ト３の他、に、氷核活性細菌を利用したものであっても
よい。

氷核活性細菌は、細胞自身が氷晶核となり。

−３℃〜−２℃で水を凍結させることができる菌であり
、細菌名　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｆｌｕｏｒｅｓｃ
ｅｎｓやＥｅ−ｗｉｎｉａ　ａｒａｎａａ　　等がある
。

該氷核活性細菌は、セラミック板、ガラスピーズ、ガラ
ス格子板等に固定化することが可能なので、この氷核活
性細菌が固定化された板状ユニットを上記電子冷却ユニ
ットに準じて過冷却解消槽２の所定位置に装着すること
により、上記実施例に準じて過冷却水を接触させて初期
製氷時の氷晶核を形成し、これを種氷として氷スラリー
Ｓを生成することができる。

しかして、氷核活性細菌を利用した場合は、氷核の形成
に特別な装置や動力が一切不要となるという利点がある
。

なお１本発明は上記各実施例に限定されるものではなく
１本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形例が可
能なことは言うまでもない。

（発明の効果）本発明は上述した如く構成されており、以下の効果を奏
しうるものである。

（１）初期製氷時に氷核形成ユニットにより過冷却水の
過冷却を解消して結氷させ、以後はこの氷結晶な種氷と
して、連続的にシャーベット状の氷スラリーを形成して
ゆくものであるから、過冷却を完全に解消することがで
き、高い成績係数を得ることができる。

（２）過冷却水降下面に沿って過冷却水をゆっくりと降
下させ、流動状態で過冷却解消を行なうものであるため
、氷片が小さく、流動性の高い氷スラリーを生成するこ
とができる。

（３）蓄氷が均一になされ、また、融解も均一に行なう
ことができるから、高い水充填率を達成することができ
、安定状態で連続製氷が可能となる。

（４）従来例のような稼動部を別個に設ける必要がない
。

（５）製氷時に落下、衝突等の衝撃を伴わない製氷方式
であるため、従来例のように応力集中部の発生などがな
く、構造体の補強や稼動部の清掃、点検などの保守管理
が不要となる。

（６）電子冷却ユニットの場合、初期製氷に要するエネ
ルギーは、当初の氷核形成のためのものだけであり、極
めて微贋で足りる。また、氷核活性細菌を利用した場合
は、氷核の形成に特別な装置や動力が一切不要となる。

（７）氷送り出し面を上記の如き傾斜面に形成すること
により、氷スラリーを徐々に少けずつ蓄氷槽へと降下さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る過冷却解消装置の一実施例を示す
概念図、第２図は本実施例に係る氷蓄熱システムの概念
図、第２３図は過冷却解消装置の他の実施例を示す概念
図である。６・・・過冷却水降下面、７・・・氷送り出し面、　７ａ・・・先端部。８・・・熱交換器、９・・・冷凍機。１４・・・冷房負荷、Ｓ−・・氷スラリーａ・・・傾斜角。特許出願人　東洋エンジニアリング株式会社（外１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱交換器により０℃以下の所定温度に過冷却され
た冷却水を、過冷却解消槽内の所定位置に設置され前記
過冷却水よりも低温に設定された氷核形成ユニットに接
触させて初期製氷を行ない、この氷結晶を種氷として、
前記過冷却解消槽内に順次供給される前記過冷却水から
連続的に氷スラリーの生成を行なうようにしたことを特
徴とする氷蓄熱システムにおける過冷却解消方法。
（２）過冷却解消槽と、氷核形成ユニットと、送り管を
備え、前記過冷却解消槽は、蓄氷槽の上部に配設され、
過冷却水を緩速度で降下させる過冷却水降下面と、生成
された氷スラリーを前記蓄氷槽へ移動させる氷送り出し
面とを有し、前記氷核形成ユニットは、前記過冷却水降
下面もしくは氷送り出し面の所定位置に設置されており
、前記送り管は、前記過冷却解消槽内の過冷却水降下面
に近接して先端が開口され、熱交換器内で０℃以下の所
定温度にまで冷却された過冷却水を過冷却水降下面に送
給するように構成されたことを特徴とする蓄熱システム
における過冷却解消装置。
（３）前記氷核形成ユニットが、電子冷却ユニットであ
る特許請求の範囲第２項に記載の氷蓄熱システムにおけ
る過冷却解消装置。
（４）前記氷核形成ユニットが、氷核活性細菌をセラミ
ック板、ガラスビーズ、ガラス格子板等に固定化したも
のである特許請求の範囲第２項に記載の氷蓄熱システム
における過冷却解消装置。
（５）前記氷送り出し面は、その先端部方向に所定の仰
角をなすように傾斜して形成されている特許請求の範囲
第２項乃至第４項のいずれかに記載の氷蓄熱システムに
おける過冷却解消装置。