JPH0370928A - 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、蓄熱槽内にスラリー状の氷を貯留するダイナ
ミック堅氷蓄熱装置に係り、特に、この貯留されたスラ
リー状の氷の冷熱利用時における放熱特性の向上対策に
関する。

（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。

そして、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、コンパクト性に優れる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、水が貯留された蓄熱槽内に冷却管が浸漬され
、該冷却管内を流通する流体によって水を冷却して該冷
却管の表面に蓄熱用の氷を固着成長させることで蓄熱槽
内に冷熱を蓄えるようにしている。

しかし、この方式では冷熱として蓄えられている氷は冷
却管表面で氷塊となっているために、放熱時における融
解が迅速に行われ難く、冷房負荷の変動に追従した放熱
が得難いものであった。また、この氷融解時に均一な融
解か行えない場合、次に製氷を行うときに局部的に製氷
が進行することになり、この部分は、製氷、融解の繰返
しに伴い冷却管に固着している氷の厚さが益々厚くなり
、場合によっては蓄熱槽を破損してしまうというおそれ
があった。そこで、この欠点を解消するべく、氷の融解
を促進する手段を講じたものとして、「ヒートポンプに
よる冷暖房Ｎｏ、２４−氷蓄熱特集−」（電力空調研究
会）に開示された氷蓄熱システムがある。これに示され
ている構成は、第３図に示すように、ブライン等の水溶
液が収容された蓄熱ｔ！（ａ）内に冷凍回路（ｂ）にお
ける冷媒蒸発用の冷却管（Ｃ）が導入配設され、該冷凍
回路（ｂ）は冷却管（ｃ）より圧縮機（ｄ）、凝縮器（
ｅ）、膨張弁（ｆ）を順に介して再び冷却管（ｃ）に接
続された閉回路で構成されている。この冷凍回路（ｂ）
の冷媒は圧縮機（ｄ）で圧縮された後、凝縮器（ｅ）で
凝縮され、膨張弁（ｆ）を介して冷却管（Ｃ）に供給さ
れることになる。そして、該冷媒は冷却管（ｅ）で蓄熱
槽（ａ）内の水溶液と熱交換されて蒸発する一方、水溶
液を冷却して該冷却管（ｃ）の表面で上記水溶液中の水
を凝固点下まで冷却して氷を生成し、該氷を冷却管（ｃ
）周囲で順次成長させ、上記蓄熱槽（ａ）内に蓄熱媒体
として蓄熱するものである。一方、上記蓄熱槽（ａ）に
は冷水ポンプ（ｇ）を介して冷却負荷（ｈ）が接続され
、蓄熱槽（ａ）内で氷により冷却された水溶液を冷却負
荷（ｈ）に循環させて該冷却負荷（ｈ）の冷却に用いら
れる。そして、この装置はエアポンプ（ｉ）を配設して
おり、該エアポンプ（ｉ）によって蓄熱槽（ａ）内に外
気を取入れてバブリングすることで氷の融解速度を速く
すると共に氷を均一に融解させて、上述したような不具
合の解消を図っている。

一方、他の氷蓄熱方式として間欠的、或いは連続的に氷
を冷却面から剥離させることによって上記の問題を生じ
ない方式（ダイナミック方式と呼ばれる）がいくつか考
えられている。この方式は、例えば、蓄熱槽内の水溶液
を順次取出して冷却した後、再び蓄熱槽内に戻したり、
蓄熱槽内の水溶液中に冷却された油性液体を供給するな
どして、水溶液を氷化するようにしたものであって、こ
の方式で生成される氷はスラリー状となっており、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
段による搬送が容易なこと、表面積が大きいために放熱
時における融解速度が速く放熱特性に優れており、冷却
負荷の変動に追従した放熱が可能である等の優れた性質
を持っている。そのために、このダイナミック方式の蓄
熱装置では上述したようなエアポンプ等の氷融解促進の
ための手段を不要としていた。

（発明が解決しようこする課題） しかし、上述したようなダイナミック方式の氷蓄熱装置
にあっても、上述したような課題が発生することがある
。つまり、製氷直後は蓄熱槽内でスラリー状に分散して
いた水も、水との比重差により蓄熱槽上層部に浮遊、凝
結して氷塊になる場合があり、このように氷塊となった
場合には、上述したスタティック方式で生成された氷と
同様に放熱性に劣ることになり、ダイナミック方式の特
徴が発揮されないことになる。

そこで、上述したスタティック方式の如く外気の導入に
よるバブリングを行ろようにすることも考えられるが、
この場き、外気温度が高いと、その外気温度によって氷
が融解されてしまうことになり、所定の蓄冷熱量が外気
温度によって奪われてしまうといった不具合が生じる。

この点に鑑みて、本発明は、ダイナミック方式の氷蓄熱
装置において、蓄熱槽内に貯留されている氷を氷塊とさ
せず、また、外気の影響も受けることな；５に、氷のス
ラリー状態を維持１２、放熱特性を保持さぜるこεを目
的とする。

（課題を解決する）、；めの−Ｔ′段）上記の目的を解
決するために、本発明は、蓄熱槽内に貯留されているス
ラリー状の氷が氷塊と化すことを防＋１＝するべく１、
該蓄熱槽内の水溶液を利用して該氷を撹拌するようにし
たものである。その具体的な構成を以下に述べる。

請求項（１）に係る発明は、第１図に示すように、製氷
用の水溶液（Ｂ）を貯留する蓄熱槽（２）と、該水溶液
（Ｂ）を冷却してスラリー状の氷（１）を生成する冷却
手段（３）とを備えると共に、上記蓄熱槽（２）には冷
熱取出手段（４）を介して冷却負荷（５）が接続されて
おり、蓄熱時には上記冷却手段（３）により水溶液（Ｂ
）を冷却してスラリー状の氷（１）を上記蓄熱槽（２）
内の水溶液（Ｂ）の上層部に浮遊させて上記蓄熱槽（２
）内に冷熱を蓄え、一方、氷（Ｉ）の放熱時には冷熱取
出手段（４）を経て冷却負荷（５）側へ冷熱を送給する
ようにした氷蓄熱装置を対象としている。そして、上記
蓄熱槽（２）に貯留されている水溶液（Ｂ）を該蓄熱＋
！　（２）から取出した後、該蓄熱槽（２）内にスラリ
ー状の水（１）に向ってその下方から噴出させる水溶液
噴出手段（６）が設けられた構成としている。

請求項（２に係る発明は、上記請求項（１）記載の氷蓄
熱装置において、蓄熱槽（２〉内には、比重量が水溶液
（Ｗ）より大きい多数の撹拌粒子（７）が水溶液（Ｂ）
に混入された構成としている。

請求項（３）に係る発明は、上記請求項（１）または（
２記載の氷蓄熱装置において、水溶液噴出手段（６）は
、一端（１５ｂ）が蓄熱槽（２）の底部に接続され、他
端（１，、５ａ　）が冷熱取出手段（４）に接続された
噴出管（１５）で構成している。

（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、先ず、冷却手段（
３）を駆動させることで、蓄熱槽（２）内の水溶液（Ｂ
）を冷却してスラリー状の氷（ｉ）を生威し、接水（１
）を水溶液（Ｂ）の−ｈ層材まで浮上させて貯留する。

そｊ７て、氷（１）の放熱時には冷熱取出手段（４）を
経て冷熱を冷却負荷（５）へ送給し、該冷却負荷（５）
の冷房運転に寄与させると共に、水溶液噴出手段（６）
を駆動させ、蓄熱槽（２）に貯留されている水溶液（Ｂ
）を該蓄熱槽（２）から取出し、、スラリー状の氷（１
）の下方から接水（１）に向って噴出する。

このことにより、スラリー状の氷（１）は凝結して氷塊
となるこεが抑制され、且つ融解が促進されることにな
り、放熱性が向上され、上記冷却負荷（５）への冷熱の
送給効率が向上される。また、蓄熱槽（２）内の冷却さ
れた水溶液を利用し、氷塊を破砕するので、氷が外気温
度によって融解することがなく熱効率が良い。

請求項（２）に係る発明においては、水溶液噴出手段（
６）による水溶液（Ｂ）の噴出に伴い、撹拌粒子（７）
が氷（１）に向って流動し、氷（Ｉ）に衝突することで
、氷（りを破砕する。これにより、スラリー状の氷（Ｉ
）が氷塊となっている場合でも、接水（１）を破砕し、
再びスラリー状態を得ることができ、氷（Ｉ）の放熱性
が向上する。

請求項（３）に係る発明においては、冷熱取出手段（４
）を流れる水溶液（Ｂ）の一部は水溶液噴出手段（６）
へ分岐流入し、水溶液噴出手段（６）から噴出される水
溶液（Ｂ）となる。従って、水溶液噴出手段（６）は特
別な水溶液噴出のための駆動源を必要とすることなく、
簡単な構成で水溶液噴出動作が得られる。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

第１図に示すように、氷蓄熱装置（１）は、蓄熱槽（２
）、冷却手段（３）、冷熱取出手段（４）、冷却負荷と
してのファンコイルユニット（５）および水溶液噴出手
段（６）を主要部として構成されている。

以下、各部について説明する。

蓄熱槽（２）は、略立方体状の箱体であって、その内部
には、製氷用のブライン水溶液（請求項中の水溶液）（
Ｂ）が貯留されていると共に、本発明の特徴の一つとし
て多数の微粒状固体粒子（７）、　　（７）・・・が収
容されている。そして、該蓄熱槽（２）の外壁には上記
冷却手段（３）、冷熱取出手段（４）および水溶液噴出
手段（６）が接続されている。

冷却手段（３）は、蓄熱槽（２）内に貯留されたブライ
ン水溶液（Ｂ）を順次取出して凝固点温度以下まで冷却
するものであって、圧縮機（８）、凝縮器（９）、膨張
弁（１０）および蒸発器（１１）が冷媒配管（３ａ）に
よって直列に接続された冷凍回路（３ｂ）を有している
と共に、上記蒸発器（１１）内を挿通ずる水溶液取出管
（１２）を有した構成となっている。この水溶液取出管
（１２）は、上流端（１２ａ）が蓄熱槽（２）の側面下
部に、下流端（１２ｂ）が蓄熱槽（２）の上面に接続さ
れていると共に、蒸発器（１１）への挿通部分はコイル
状に形成された熱交換部（１２ｃ）となっている。更に
、この熱交換部（１２Ｃ）の上流側には液体ポンプ（１
２ｄ）が配設されており、該液体ポンプ（１２ｄ）の駆
動に伴って水溶液取出管（１２）に取出された水溶液（
Ｂ）は蒸発器（１１）内で蒸発する冷媒により冷却され
た後、再び蓄熱槽（２）内に戻されるようになっている
。また、上記水溶液取出管（１２）の上流端（１２ａ）
には蓄熱槽（２）内の固体粒子（７）が水溶液取出管（
１２）内に吸込まれることを防止するために吸込防止用
金網（１２ｅ）が設けられている。

冷熱取出手段（４）は取出管（１３）と循環ポンプ（１
４）とで成り、取出管（１３）は、その上流端（１３ａ
）が蓄熱槽（２）の側面下部に接続されていると共に下
流端（１３ｂ）が蓄熱槽（２）上面に接続されている。

また、取出管（１３）の一部はコイル状に形成された熱
交換部（１３ｃ）となっている。また、この取出管（１
３）の上流端（１３ａ）にあっても上述した水溶液取出
し管（１２）と同様に吸込防止用金網（１３ｄ）が設け
られている。

ファンコイルユニット（５）は、上記取出管（１３）の
熱交換部（１３ｃ）に熱交換管（５ａ）が隣接されてお
り、この熱交換管（５ａ）と上記熱交換部（１３ｃ）と
の間で熱交換を行うことによって取出管（１３）内を流
通する水溶液（Ｂ）の冷熱を冷却負荷（５）側へ送るよ
うになっている。

次に、蓄熱槽（２）内に貯留されたブライン水溶液（Ｂ
）および固体粒子（７）について説明する。ブライン水
溶液（Ｂ）はエチレングリコールや食塩水等の不凍液と
水とが混合された水溶液であって、不揮損性を有するも
のであり、その比重量は１に近いものであって、製氷時
にはその中の水が氷化されることになる。一方、該ブラ
イン水溶液中に混入された固体粒子（７）は砂、ガラス
ピーズ、金属粉体、樹脂製球若しくはそれらの中空粒子
等で成り、比重量が上記ブライン水溶液より僅かに大き
いものである。

そして、本発明の特徴部材としての水溶液噴出手段（６
）は、噴出管（１５）と開閉バルブ（１６）とで成って
いる。噴出管（１５）は、その上流端（１５ａ）が上記
冷熱取出手段（４）の循環ポンプ（１４）の直下流で取
出管（１３）から分岐接続されており、一方、下流端（
１５ｂ）は複数本に分岐されて蓄熱槽（２）の下面に接
続された噴射ノズルとなっている。この噴射ノズルは、
上記取出管（１３）から分岐流入された水溶液（Ｂ）の
流速を大きくして蓄熱槽（２）内に噴出するように小径
に形成されている。

次に、上記構成による動作について説明する。

尚、本装置の動作は、製氷動作および放熱動作からなる
ものである。

製氷動作において、先ず、液体ポンプ（１２ｄ）を駆動
させることで、蓄熱槽（２）中の水溶液（Ｂ）を水溶液
取出管（１２）の上流端（１２ａ）から吸込み、熱交換
部（１２ｃ）に送る。一方、冷凍回路（３ｂ）を駆動さ
せ、圧縮機（８）で圧縮された冷媒は凝縮器（９）で凝
縮、液化された後、膨張弁（１０）を経て、蒸発器（１
１）に送られる。そして、この蒸発器（１１）の冷媒と
熱交換部（１２ｃ）の水溶液（Ｂ）との間で熱交換が行
われ、冷媒は蒸発器（１１）内で蒸発すると共に水溶液
（Ｂ）を冷却し、再び圧縮機（８）側へ送られて冷凍回
路内を循環する。また、ここで冷却された水溶液（Ｂ）
は凝固点温度以下の過冷却状態となっており、水溶液取
出管（１２）の下流端（１２ｂ）から蓄熱槽（２〉内に
戻されて、水溶液（Ｂ）の水面に落下することでこの過
冷却が解消されて、スラリー状の氷（１）と化す。また
、ここで生成された氷（１）は、その比重量が上記水溶
液（Ｂ）よりも小さいために、水溶液（Ｂ）の上層部に
浮上し、この上層部で蓄熱媒体として貯留されることに
なる・ 一方、放熱動作においては、先ず、循環ポンプ（１４）
を駆動させ、取出管（１３）の上流端（１３ａ）から低
温の水溶液（Ｂ）を取出し、熱交換部（１３ｃ）に送る
。一方、ファンコイルユニット（５）から熱交換管（５
ａ）を経て、この熱交換部（１３ｃ）へ不凍液等の流体
が供給され、この流体は熱交換部（１３ｃ）を流通する
水溶液（Ｂ）との間で熱交換を行って冷却された後、フ
ァンコイルユニット（５）側へ戻り、その冷熱をファン
コイルユニット（５）の冷房運転に寄与させる。

そして、本発明の特徴とする動作は、この放熱時におけ
る氷の融解促進動作である。以下、この融解促進動作に
ついて説明する。先ず、循環ポンプ〈１４）の駆動状態
において、噴出管（１５）に介設された開閉バルブ（１
６）を開き、上記循環ポンプ（１４）によって取出され
た水溶液（Ｂ）の一部を噴出管（１５）へ導入させる。

そして、この導入された水溶液（Ｂ）は噴出管（１５）
の下流端（１５ｂ）である噴射ノズルから噴流として蓄
熱槽（２）内に噴出される。そして、この噴流は、水溶
液（Ｂ）の上層部の氷層に向って吹付けられ氷層を撹拌
すると共に、固体粒子（７）。

（７）、・・・を同じく氷層に向って上方へ流動させ、
この流動により、固体粒子（７）、　　（７）、・・・
は氷層へ衝突し、接水（１）を破砕、撹拌する。これに
より氷層は、スラリー状態を保ち、且つスラリー状態で
あることで、その表面積が大きいために、氷層の下方の
水溶液（Ｂ）との間での熱交換が促進され、冷熱取出手
段側（４）へ取出される水溶液（Ｂ）の冷却を促進する
。

また、上記破砕、撹拌動作は、生成される氷（Ｉ）が合
体して氷塊となることを防止する作用をなすばかりでな
く、氷塊が発生している場合でも、その氷塊を破砕して
再びスラリー状態となすものである。尚、該破砕、撹拌
を行った後のブライン水溶液（Ｂ）は、そのまま蓄熱Ｎ
！Ｆ　（２）内に残留し製氷用の水溶液となる。

尚、上記固体粒子（７）の表面には氷の付着を確実に防
止するために、撥水処理や着氷防止処理をすることが望
ましい。

このように、本発明によればスラリー状の氷が氷塊とな
ることを防止し、且つ氷の融解を促進させて、放熱特性
が向上され、冷却負荷への冷熱供給が円滑且つ効率良く
行えるものである。また、従来のような外気を吹込むこ
とがないため、外気によって氷が融解されることがなく
、熱効率が高い。

次に、本発明における変形例について説明する。

尚、上述の実施例と同部材については説明を省略する。

本例は前述した実施例における冷熱取出手段（４）の変
形例である。

第２図に示すように、本例における冷熱取出手段（４）
はファンコイルユニット（５）に直結された冷熱取出管
（１７）と該冷熱取出管（１７）に介設された循環ポン
プ（１４）とで構成されている。

冷熱取出管（１７）は、蓄熱槽（２）内の水溶液中に浸
漬されたコイル状熱交換部（１７ａ）を有しており、冷
熱取出し時には上述の実施例と同様に水溶液噴出手段（
６）によって固体粒子（７）を氷（１）に衝突させて融
解を促進させつつ上記コイル状熱交換部（１７ａ）によ
り氷（１）の冷熱をファンコイルユニット（５）側に取
出して該ファンコイルユニット（５）による冷房運転に
寄与させる。

尚、上述した実施例の冷却手段は、蓄熱槽（２）内の水
溶液（Ｂ）を順次取出して過冷却状態にし、再び蓄熱槽
（２）に戻してスラリー状の氷（１）を得るようにした
ものであったが、本発明はこれに限らず、油性液体を用
い、該油性液体によって水溶液を冷却してスラリー状の
氷を得るようにした装置等、様々なダイナミック型氷蓄
熱装置に適用可能である。

更に、固体粒子（７）の重さは水溶液噴出手段（６）か
ら噴出される噴流の流速に応じて適宜設定するようにし
ている。

（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、水溶液噴出手段か
らの噴流による撹拌によってスラリー状の氷が凝結して
氷塊となることが抑制されると共に、その融解が促進さ
れることになり、放熱性が向上されて上記冷却負荷への
冷熱の送給効率が向上する。また、従来のような外気の
導入によるものではないため、外気によって氷が融解さ
れることがなく、熱効率が高いものである。

請求項（２）に係る発明においては、水溶液噴出手段に
よる水溶液の噴出に伴い、撹拌粒子が氷に衝突すること
で、氷を破砕することにより、スラリー状の氷が氷塊と
なっている場合でも、接水を破砕し、再びスラリー状態
を得ることができ、氷の放熱性の向上が確実に行える。

請求項（３）に係る発明においては、水溶液噴出手段は
特別な水溶液噴出のための駆動源を必要とすることなく
、簡単な構成で水溶液噴出動作が得られ、製造工程の簡
略化および製造コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における氷蓄熱装置の回路図、
第２図はその変形例における氷蓄熱装置の回路図である
。第３図は従来のスタティック型の氷蓄熱装置を示す回
路図である。 （１）・・・氷蓄熱装置 （２）・・・蓄熱槽 （３）・・・冷却手段 （４）・・・冷熱取出手段 （５）・・・ファンコイルユニット（冷却負荷）（６）
・・・水溶液噴出手段 （７）・・・微粒状固体粒子 （１５）・・・噴出管 （１５ａ）・・・上流端 （１５ｂ）・・・下流端 （Ｂ）・・・ブライン水溶液 （１）・・・氷

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）製氷用の水溶液（Ｂ）を貯留する蓄熱槽（２）と
   、該水溶液（Ｂ）を冷却してスラリー状の氷（Ｉ）を生
   成する冷却手段（３）とを備えると共に、上記蓄熱槽（
   ２）には冷熱取出手段（４）を介して冷却負荷（５）が
   接続されており、蓄熱時には上記冷却手段（３）により
   水溶液（Ｂ）を冷却してスラリー状の氷（Ｉ）を上記蓄
   熱槽（２）内の水溶液（Ｂ）の上層部に浮遊させて上記
   蓄熱槽（２）内に冷熱を蓄え、一方、氷（Ｉ）の放熱時
   には冷熱取出手段（４）を経て冷却負荷（５）側へ冷熱
   を送給するようにした氷蓄熱装置において、上記蓄熱槽
   （２）に貯留されている水溶液（Ｂ）を該蓄熱槽（２）
   から取出した後、蓄熱槽（２）内に該スラリー状の氷（
   Ｉ）に向ってその下方から噴出させる水溶液噴出手段（
   ６）が設けられていることを特徴とする氷蓄熱装置。
2. （２）上記請求項（１）記載の氷蓄熱装置において、蓄
   熱槽（２）内には、比重量が水溶液（Ｗ）より大きい多
   数の撹拌粒子（７）が水溶液（Ｂ）に混入されているこ
   とを特徴とする氷蓄熱装置。
3. （３）上記請求項（１）または（２）記載の氷蓄熱装置
   において、水溶液噴出手段（６）は、一端（１５ｂ）が
   蓄熱槽（２）の底部に接続され、他端（１５ａ）が冷熱
   取出手段（４）に接続された噴出管（１５）で構成され
   ていることを特徴とする氷蓄熱装置。