JPH0359335A

JPH0359335A - 蓄冷システム

Info

Publication number: JPH0359335A
Application number: JP19254289A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Furuya; 泰古谷; Yasuo Ogawa; 小川　康夫
Original assignee: Ebara Research Co Ltd
Current assignee: Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1991-03-14

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］本発明は氷蓄冷システムに係り、特に、冷凍機、製氷器
、蓄冷容器、ポンプ、これらの機器を接続する配管及び
これら機器間を循環する媒体等により構成される蓄冷装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、夏期、昼間の冷房等による電力をピークカットす
る目的で、夜間に冷水を製造し、該冷水を貯蔵しておき
、昼間にこの冷水により冷房を行なうシステムがあるｂ
しかしながら、この場合は冷熱を水の顕熱によってのみ
蓄えるので、昼間の冷房負担をまかなうためには、膨大
な蓄水量が必要であった。

このため、最近では冷水にかわり氷を蓄えるシステムが
注目されている。即ち、このシステムは氷の潜熱を利用
して冷熱を蓄えるので水に比べて約ｌ／１０の容積で蓄
冷することが可能であることから、近年の地価高騰に対
し、システｌ、の設置スペースが小さくて済むという利
点を有している。

第３図は一般に使用されている氷蓄熱システムの例を示
す図である。冷凍機は圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３
、蒸発器４、これら機器間を接続する冷媒配管１１．１
２．１３．１４から構成されている。圧縮ｉｔにて圧縮
された冷媒は凝縮器２において、送風機２１により送ら
れる外気などにより、冷却及び凝縮する。凝縮した冷媒
は減圧装置３により減圧され低温となり、冷媒配管１３
により蒸発器４に送り出される。この蒸発器４において
冷媒体は、配管１４１から送られるブラインにより、加
熱蒸発され、再び圧縮機ｌに戻し循環している。

一方、ポンプ１３１により配管１４１から送られてくる
ブラインは、蒸発器４で冷却され、配管１４２を通って
蓄冷容器１３２に送られ、蓄冷容器１３２中の水を氷結
させながら、自身は加熱され、配管１４３を通ってポン
プ１３１に戻る。

上記既成の氷蓄熱システムは夜間冷房負荷の紅い時に、
上記のように運転し、氷を蓄冷していく。また、昼間の
冷房負担時には、配管１５１から送られる冷房負担流体
が直接蓄冷容器１３２に送られ、氷の潜熱により直接冷
却され、配管１５２から冷房負荷に供される。勿論、昼
間時においても冷凍機は運転を続けており、その冷房能
力から足らない分だけが解氷されるのである。従って氷
蓄熱システムでは夏期昼間の電力のピークカットや、冷
凍機の小容量化、設置面積が小さくて済む等の利点を有
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような氷蓄熱システムには、下記のよ
うな重大な問題点を有している。即ち、第１に蓄冷容器
１３２内に直接冷房負荷流体が送られるので、その通路
が必要なこと、またブラインとの熱交換のためにコイル
があったりして、蓄冷容器１３２内に作られるＩＰＦ（
総容積に対する氷の体積比）が約３０％〜５０％であり
、蓄冷容器が大きくなってしまうので氷蓄熱の利点が生
かされない。

第２に氷結が進んでくると、ブラインと爪間の伝熱が悪
くなってくる。

第３に氷結時に氷は水より体積が大きくなるので、蓄冷
容器の破裂事故等を起こし易く、安全性においていま一
歩で、且つメンテナンスが大変である。

第４に昼間運転時の冷凍機の蒸発温度が、製氷時と同等
の約−１５℃と低くする必要があり、効率が悪い。

そこで、本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、
小型で、蓄冷容器内の伝熱効率が良く、安全でメンテナ
ンスが容易で且つ蓄冷効率のよい蓄冷装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、冷凍機、製氷
器、蓄冷容器、ポンプ、これらの機器を接続する配管及
びこれら機器間を循環する媒体等により構成される蓄冷
システムにおいて、該媒体として、水と難水溶性であり
、しかも水より凝固点が低く、比重が大きい液体と、水
とを混用した２種以上の混合液体を使用したことを特徴
とする蓄冷システムとしたものである。

また、本発明では、前記蓄冷シスデｌ、において、前記
媒体の凝固点と比重の差を利用して保熱管に氷結するこ
となく氷を生成できる製氷器と、前記媒体の比重の差に
より容易に氷、水、難水溶性液体が分離選択できる蓄冷
器とを配備したものであり、そして、上記製氷器は、ら
旋状に伝熱管内壁に満を設けた伝熱管群より構成される
熱交換器、又は上下方向に媒体が流動する縦形の熱交換
器により構成するのがよい。

本発明において、水と併用する水より比重の大きい液体
としては、例えば、トリクロロトリフルオロエタン（Ｒ
−１１３）や、ジクロロペンタフルオロプロパン（Ｒ２
２５）　等カ好適に使用できる。

−に記のように構成することにより、媒体はそれぞれの
液体の比重の差によって、比重の小さい水が配管中央を
流れることにより伝熱壁面に氷結することなく氷を生成
でき、また、生成した氷は比重の差により容易に蓄冷器
において氷、水及び難水溶性液体に分離選択でき、堅氷
効率又は冷凍機のＣＯＰ　（成績係数）が高い、しかも
前記ＩＰＦの高い氷蓄冷システムとなる。

〔作　用〕

本発明の特徴は、水と水より比重が大きくしかも難水溶
性液体と混合液体を媒体として使用したことにある。こ
れにより、従来例で示した冷凍機の蒸発器を、そのまま
製氷器として利用できる。すなわち、難水溶性液体とし
て比重の大きい有機媒体を利用し、これと水の混合液体
をブラインとして伝熱管内を流す。そして、伝熱管内壁
にはら旋状の溝を設けて、流れに旋回流れを強制的に生
じさせれば、各々の液体の比重の差によって、有機媒体
は伝熱管壁を、水は管中央を流れる２層に分離すること
になる。

しかも、有機媒体として凝固点が水よりも低い媒体を使
えば、水は管壁に氷結することなく、有１幾媒体との直
接熱交換によって管内で氷結し、製氷器出口から氷、水
及び有機媒体の固液３相の流れとして流出する。

また、同様に構成される混合媒体で、製氷器として縦形
の熱交換器を使用し、伝熱管の下部より前記混合媒体を
流せば、水は比重の差によって浮力を受け、より流れ易
い流路を通って」二昇し、一方比重の大きい有機媒体は
水に押しのけられて、伝熱管壁に沿って流れる。これに
より、前述した製氷器と同様に、水は管壁に氷結するこ
となく、目的とする製氷装置を得ることができる。

前記媒体を使用した製氷器は、水が伝熱壁面に氷結しな
いという特徴を有するのみではなく、冷凍機の蒸発器が
製氷器を兼ねるため、蒸発温度が従来の製氷装置に比較
して高い値で冷凍機を運転することができる。

しかも、媒体は混合媒体であっても、従来から使用され
ている不凍液のように凝固点降下はなく、氷結温度は０
℃であり、これは氷の生ｊ戊はに、よって不変である。

この面でも、冷凍機の蒸発温度を、従来例に比較して高
く維持することが可能であり、ＣＯＰの高い省エネルギ
型の蓄冷システムを構成できる。

一方、蓄冷器では、前記製氷器にて生成された氷を、前
記混合媒体から分離、蓄積するが、製氷器を出た固液３
相流は、流速を近くすれば、必然的に各々の比重の差に
より３層に分離するから、特別な分離装置は必要としな
い。ノ１１に、氷を収容する蓄熱容器を設ければよい。

しかも、この蓄熱容器内では、氷が成長すること（よな
いから、製氷器で生成された氷の形状がＭｌ、持され、
小塊の氷が密に充填されても、前記媒体の流路を閉塞す
ることはなく、ＩＰＦの高い蓄冷器となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１まず、第１図によって、本発明の一実地例を説明する。

第１図は、本発明の蓄冷システムの経路図であり、第１
図において、番号１〜２１は、第３図従来の例で示した冷凍サイクル
を構成する図面と同じで、圧縮機■で高圧高温になった
冷媒は、ファン２（を備えた凝縮機２で放熱液化される
。膨張弁３を通って減圧、低温になった冷媒は、蒸発器
４から吸熱して蒸発、気化し、圧縮機１に戻るヅイクル
を構成している。ここで、蒸発器４は通常のシェルアン
ドチューブ型の熱交換器であるが、前記混合媒体の流路
となる伝熱管３７は、内壁面がら旋状に溝が切られ、流
体に強制的に旋回流れを生じさせる製氷器を兼ねている
。

まず、製氷サイクルを説明すれば、水の層５２から取出
された冷水は、ポンプ３１で昇圧されてエジェクター３
２に入り、比重の大きい有機媒体層５３と、エジェクタ
ー３２で低圧側を結ぶ連通管３５を通って導かれる有機
媒体と合流して混合媒体となり、配管３６を通って製氷
器４に入る。混合媒体は伝熱管３７を通って冷却され、
水の一部は氷を生威し、固液３相流となって配管３８に
導かれ、蓄冷器３３にて氷層５１、水層５２及び有機媒
体層５３に必然的に分離される。氷及び混合媒体の間に
は比重の差があり、しかも有機媒体は難水溶性であるか
ら、図に示す３層の分離は容易に行われ、前記サイクル
を繰返すことにより、蓄冷器３３に氷を蓄積することが
できる。

一方、蓄冷熱を負荷に供給する解氷サイクルは、ポンプ
４１により、水の層５２から冷水を吸み上げて、配管４
３よりファンコイルユニット４２に供給する。ここで、
温度が上昇した冷水は配管４４を通って、蓄冷器３３に
導かれ蓄冷器内の氷と熱交換して再び冷却され、負荷に
供給されるサイクルを構成する。

ここで、製氷サイクルは電力需要が少くなる夜間に運転
し、電力需要の多い昼間は、解氷サイクルを運転するの
が蓄熱サイクルのメリットであるが、蓄冷器の容量の問
題から、昼間に従来のように冷凍機による直接冷房運転
することも考えられる。その場合には、第１図のバルブ
３４を閉にすれば、製氷サイクルは単に冷水を製造する
サイクルとなり、一方ボンプ４１を運転ずれば、従来ど
おりの効率のよい冷房運転が可能となる。

実施例２第２図は本発明の別な実施例を示す経路図である。製氷
器を除き、蓄冷システムの各構成機器及び配管は、第１
図の実施例と変らない。

本実施例の製氷器を兼ねる蒸発器は、縦型のシェルアン
ドチューブ型の熱交換器で構成され、前記混合媒体の流
路は、伝熱管内、管外のいずれを採用しても可能である
。配管３６より、熱交換器下部に導入された混合媒体は
、伝熱管３７（本実施例で管内流〉に入って、配管：３
６内での速度から急激に減速され、各媒体の比重の差に
よって、比重の小さい水はより流れ易い流路中央に、逆
に比重の大きい有機媒体は水によって押しのけられ、管
壁に沿って流れる状態となる。従って、水は伝熱管と直
接接触することなく、氷結は流路中央で発生し、小塊の
氷に成長じて混合媒体と共に配管３８に送り出される。

その他の効用は、第１図にて説明したしのと全く同様で
ある。

実施例３また、第４図は別な直膨蒸発器の場合の本発明に関する
蓄冷システムの説明図である。

２００は圧縮機で、この圧縮機で圧縮された冷媒ガスは
空冷凝縮器２０１で凝縮し、膨張弁２０２で減圧され、
蒸発器内に流入する。

この蒸発器は冷媒通路２０４の外側に伝熱体２０５が取
りつけられていて、この伝熱体を包むように流れる流体
により加熱されて蒸発し、再び、圧縮機２００に吸入さ
れるようになっている。

一方、この蒸発器を加熱する流体は、水と少なくとも例
えば前記Ｒ−１１３やＲ−２２５のような、難水溶性を
混合した混合液が用いられている。そして、この混合液
はタンク２０６に蓄えられているが、比重の大きい難水
溶性はタンクの下側に、また、比重の小さい水はタンク
の上側に分離される。

そして、ポンプ２０７およびヘッダー２０８により難水
溶性は伝熱体２０５に直接接触するように散布され、水
はポンプ２０９によりこの難水溶性を包むように伝熱体
２０５と少し離れた部分に散布される。従って、難水溶
性を介して、伝熱体２０５により冷却され、細かい氷片
が生ｊ戊され、タンク２０６内部に貯氷される。

難水溶性は、氷片の間を流れて再び底部２１０に分離さ
れる。

なお、昼間は調節弁２１１が作動して負荷であるファン
コイルユニット４２に冷水が送られ、冷房が可能となる
。即ち、このときは伝熱体２０５は高温の冷水で加熱さ
れるので、蒸発温度が高くなり、冷凍機のＣＯＰも上昇
する。

なお、難水溶性液の撒布量が多い場合はタンク内でも氷
との熱交換が行われ、氷が成長する。

この場合は氷片があまり大きくならないようにする第３
の物質を混合する方法が有効である。

即ち、タンク内上部２１２に撒布された透水溶液が下Ｒ
２１０まで容易に戻ることが）きるための氷片間の隙間
を残す工夫が必要である。そのためには水中に僅かな発
泡剤を混入させる方法などが有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、前記したような構成としたために、製
氷器が凍結することがなく、また、蓄冷器には特別の工
夫を施す゛ことなく氷及び各媒体の比重の差によって容
易に各々の層に分離することが可能であり、低コストの
蓄冷器で蓄冷システムを構成できる。

また、本発明による媒体を製氷サイクルに採用すれば従
来の不凍液の欠点とされている凝固点降下もなく、０℃
近傍での氷結がｉ’ｉＪ能である。

従って製氷器内での蒸発温度も高くなり、効率の高い製
氷システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の蓄冷システムを示す経路
図、第３図は従来の蓄冷システムを示す経路図、第４図
は本発明の直膨蒸発器の場合の蓄冷システムの説明図で
ある。　　　１．２００・・・圧縮機、２．２０１・・
・凝縮機、３．２０２・・・膨張弁、４．２０３・・・
蒸発器（兼製氷器）、２１・・・放熱ファン、■１．１
２．１３・・・冷媒配管、３１．４１・・・循環ポンプ
、３２・・・エジェクター　３３・・・蓄冷器、３７・
・・製氷器伝熱管、３４・・・弁、３５．３６．３８・
・・製氷サイクル配管、４２・・・ファンコイルユニッ
ト、４３．４４・・・負荷サイクル配管、５１・・・氷
層、５２・・・冷水層、５３．２（０・・・有機媒体層
、２０４・・・冷媒通路、２０５・・・伝熱体、２０６
・・・タンク第図第図づらり

Claims

【特許請求の範囲】１、冷凍機、製氷器、蓄冷容器、ポンプ、これらの機器
を接続する配管及びこれら機器間を循環する媒体等によ
り構成される蓄冷システムにおいて、該媒体として、水
と難水溶性であり、しかも水より凝固点が低く、比重が
大きい液体と、水とを混用した２種以上の混合液体を使
用したことを特徴とする蓄冷システム。２、請求項１記載の蓄冷システムにおいて、前記媒体の
凝固点と比重の差を利用して伝熱管に氷結することなく
氷を生成できる製氷器と、前記媒体の比重の差により容
易に氷、水、難水溶性液体が分離選択できる蓄冷器とを
配備したことを特徴とする蓄冷システム。３、前記製氷器が、ら旋状に伝熱管内壁に溝を設けた伝
熱管群より構成される熱交換器からなることを特徴とす
る請求項２記載の蓄冷システム。４、前記製氷器が、上下方向に媒体が流動する縦形の熱
交換器からなることを特徴とする請求項２記載の蓄冷シ
ステム。