JPH04263722A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、氷蓄熱装置に関し、
例えばビル等の空調や、氷温にて冷却，冷蔵される食品
の生産や加工に用いられるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特願平１−２２９５１９号
明細書に記載された従来の氷蓄熱装置を示す構成図であ
る。図において、１は冷凍機で、圧縮機２、凝縮器３、
第１流量制御弁４、蒸発器５を主要構成機器として備え
ている。６は氷と水を蓄える蓄熱槽、７は過冷却を安定
して大きくとれるような添加物、例えばカリウム塩また
はナトリウム塩を添加した水溶液、８は水溶液７に浮遊
した氷、９は過冷却解除手段であり、例えば所定の大き
さの氷塊で過冷却水溶液の出口近傍に設けられている。 １０は水溶液７中の氷８をろ過する氷除去手段であるフ
ィルタ−、１１は水溶液７を循環させる循環ポンプ、１
２は一方を蓄熱槽６に接続し、フィルタ−１０、循環ポ
ンプ１１、蒸発器５を順次接続して、蒸発器５によって
冷却された水溶液７を蓄熱槽６へ導く循環路を構成する
水配管である。なお、水溶液７は添加物を加えず、単に
水のみを使用する場合もある。

【０００３】次に動作について説明する。水溶液７は冷
凍機１の蒸発器５により氷点以下数度（約ー２℃程度）
まで過冷却される。この水溶液７は配管１２を通って蓄
熱槽６上部に設けた所定の大きさの氷塊９により過冷却
状態が破られ、過冷却熱量に相当する小片の氷８となる
。この氷８は、氷とならなかった残りの水溶液７と共に
蓄熱槽６に流入し、蓄熱槽６内で氷点温度の水溶液７の
上部に浮遊する。蓄熱槽６の下部の水溶液７はフィルタ
−１０を通り、循環ポンプ１１によって冷凍機１に送水
されてサイクルを構成している。

【０００４】図６はこの冷凍機１の動作を示す圧力−エ
ンタルピ−線図である。グラフＡは飽和線を表わし、グ
ラフＢはこの冷凍機１の動作を示している。動作の状態
は矢印の方向に変化する。冷凍機１は凝縮器３出口の冷
媒が飽和液（点Ｃ）、蒸発器５出口の冷媒が飽和蒸気（
点Ｄ）となるように第１流量制御弁４により制御されて
いる。直線Ｅの部分が蒸発器５での変化である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の氷蓄熱装置は以
上のように構成されており、水溶液中の氷８が冷凍機の
蒸発器５に流入し、これが核となって氷が蒸発器５内に
生成して装置を破壊するということを防止するために、
氷のろ過器１０を蒸発器５入口側の水配管１２に設けて
いる。ところが、これでも以下のような問題点がある。 （１）氷の結晶が数十μｍ〜数百μｍと小さく、この氷
を捕捉するために氷ろ過器のフィルタ−をかなり細かい
ものとする必要があるが、フィルタ−を細かくすると循
環水の流動抵抗が大きくなって循環ポンプの動力が多く
なる。 （２）ろ過器のフィルタ−の目詰まりが発生し、フィル
タ−の目詰まりに対するメンテナンスが必要である。

【０００６】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたもので、水溶液中の氷８が冷凍機の蒸
発器５に流入するのを防止し、安定して効率の高い運転
の行なえる氷蓄熱装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる氷蓄熱
装置は、圧縮機、凝縮器、第１流量制御弁、及び蒸発器
を順次接続して構成され、水または水に添加物を添加し
た水溶液を過冷却する冷凍機、この冷凍機により過冷却
された水または水溶液の過冷却を解除し氷を生成させる
過冷却解除手段、この過冷却解除手段により生成された
氷や過冷却水を蓄える蓄熱槽、この蓄熱槽内の水または
水溶液を蒸発器へ送給して循環させる循環ポンプ、並び
にこれらを順に接続し水または水溶液が循環する循環路
を備える氷蓄熱装置において、第１流量制御弁と蒸発器
の間に設けた熱交換器、蒸発器と熱交換器の間に設けた
第２流量制御弁、並びに蓄熱槽から蒸発器に送給される
水または水溶液中の氷の存在を検知する検知手段を備え
、水または水溶液を蓄熱槽から熱交換器、蒸発器に循環
させるようにしたものである。

【０００８】

【作用】この発明による氷蓄熱装置の水または水溶液は
、冷凍機の蒸発器内で氷点下数度の過冷却状態まで冷却
される。この過冷却水溶液は、蓄熱槽上部で過冷却解除
手段により過冷却状態が解除され、過冷却熱量分に相当
する氷を生成する。氷とならなかった水または水溶液は
蓄熱槽から循環ポンプにより冷凍機の熱交換器に送水さ
れ、水または水溶液温度より高温（０℃以上）の冷媒と
熱交換し、水または水溶液の温度が＋０．５℃程度に加
熱された後、蒸発器に流入し冷却される。蓄熱槽内には
氷が水または水溶液に浮遊しながら蓄積される。水また
は水溶液中の氷が冷凍機の蒸発器に流入するのを防止す
る手段として、冷凍機の第１流量制御弁と蒸発器の間に
熱交換器と第２流量制御弁を設け、さらに蓄熱槽から蒸
発器に送給される水または水溶液中の氷の存在を検知す
る検知手段を設けて熱交換器の運用状態を制御できるよ
うに構成している。

【０００９】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例による氷蓄
熱装置を示す構成図である。図において、２２、２３は
第１流量制御弁４と蒸発器５との間に設けられた熱交換
器、第２流量制御弁である。２４、２５は熱交換器２２
の入口と出口とにそれぞれ設けられ水溶液の温度を検知
する第１と第２の温度センサ−である。この温度センサ
−２４，２５により蓄熱槽６から蒸発器５に送給される
水または水溶液中の氷の存在を検知することができる。 なお、その他の構成については従来と同様であるため説
明を省略する。

【００１０】次に動作について説明する。水溶液の循環
系の動作は、従来の装置とまったく同じで冷凍機１のみ
の動作が異なるものであるため、冷凍機１のみの動作に
ついて説明する。冷凍機１は熱交換器２２の入口に設け
られた第１の温度センサ−２４によって検知される水溶
液の温度が０℃以上の場合の第１の運転モ−ドと、水溶
液の温度が０℃に達した場合の第２の運転モ−ドとがあ
り、それぞれの運転モ−ドについて以下説明する。

【００１１】第１の運転モ−ドは、第１温度センサ−２
４で検出した配管１２内の水溶液の温度が０℃以上の場
合の動作である。例えば氷蓄熱装置の起動時などにこの
モ−ドとなる。図２は第１の運転モード時の冷凍機の動
作を表す圧力ーエンタルピー線図である。このモ−ドで
は、第２流量制御弁２３を全開とし、圧縮機２から吐出
されたガス冷媒を凝縮器３で冷却液化して第１流量制御
弁４で低圧まで減圧する。この低圧となった冷媒は順次
熱交換器２２と蒸発器５に流入する。ここで冷媒は水溶
液と熱交換して水溶液を冷却し、ガス状態となって再び
圧縮機２に吸入される。即ち、図２の区間Ｆに示すよう
に、熱交換器２２は蒸発器として動作して水溶液の冷却
に寄与する。水または水溶液は熱交換器２２及び蒸発器
５により氷点下数度まで冷却されて蓄熱槽６に戻る。

【００１２】第１の運転モ−ドでの運転により水溶液の
温度が低下し、水溶液中に氷の核が混入するようになる
と、熱交換器２２の水溶液入口部に設けられた第１温度
センサ−２４で水溶液の温度が０℃に達したと検出され
る。この時、第２の運転モ−ドとなる。図３は第２の運
転モード時の冷凍機１の動作を表わす圧力ーエンタルピ
ー線図である。このモ−ドでは第２流量制御弁２３を絞
り、熱交換器２２を凝縮器として動作させる。圧縮機２
から吐出された冷媒ガスは、凝縮器３で冷却液化し飽和
液となる。この液冷媒は、第１流量制御弁４により中間
圧に減圧され熱交換器２２に流入し、水または水溶液と
熱交換して加熱する。この冷媒は第２流量制御弁２３に
より低圧まで減圧され蒸発器５に流入し、水または水溶
液と熱交換して水溶液を冷却し、圧縮機２に吸入される
。この時、第１流量制御弁４は蒸発器５の出口冷媒が若
干過熱するように制御され、第２流量制御弁２３は熱交
換器２２の出口に設けられた第２の温度センサ−２５に
よって検知される水溶液の温度が＋０．５℃程度となる
ように制御される。従って、第２の運転モードでは循環
ポンプ１１によって蓄熱槽６から送水された０℃の水溶
液７は熱交換器２２により氷の核が十分溶解する＋０．
５℃程度に加熱された後、蒸発器５により過冷却状態ま
で冷却されて蓄熱槽６に戻る。

【００１３】このように構成することにより、氷の結晶
核８が蒸発器５に流入して凍結することがなく、安定し
て連続運転を行なうことができる。さらに、冷凍機１の
冷媒の熱により水または水溶液の加熱をしているため、
蒸発器５の冷却能力が増加すると共に、ろ過器が不要と
なり循環ポンプ１１の動力の低減が図れ、効率の高い運
転が可能となる。

【００１４】実施例２．実施例１では第１の運転モード
の時、第２流量制御弁２３を全開としたが、この実施例
では図４に示すように第２流量制御弁２３と並列に開閉
弁３０を設け、第１の運転モードの時にはこの開閉弁３
０を開き、第２の運転モードの時には開閉弁３０を閉じ
るように制御してもよい。この開閉弁３０を設けること
により、第２流量制御弁２３前後の圧力差を低減するこ
とができる。

【００１５】なお、上記実施例では、熱交換器２２を循
環ポンプ１１と蒸発器５との間に設置したものについて
説明したが、蓄熱槽６と循環ポンプ１１との間に設けて
も同様の効果がある。

【００１６】また、上記実施例では、第２の運転モード
時に第１流量制御弁４を蒸発器５の出口冷媒が若干過熱
するように制御するものについて説明したが、凝縮器３
の出口冷媒が若干過冷却するように制御してもよい。

【００１７】また、上記実施例では、第２の運転モード
時に第１流量制御弁４を蒸発器５の出口冷媒が若干過熱
するように制御し、第２流量制御弁２３を熱交換器２２
の出口に設けられた第２の温度センサ−２５によって検
知される水溶液の温度が＋０．５℃程度となるように制
御するものについて説明したが、第２流量制御弁２３を
蒸発器５の出口冷媒が若干過熱するように制御し、第１
流量制御弁４を熱交換器２２の出口に設けられた第２の
温度センサ−２５によって検知される水溶液の温度が＋
０．５℃程度となるように制御してもよい。

【００１８】また、上記実施例では、熱交換器２２入口
に第１の温度センサ−２４を設けるものについて説明し
たが光の透過量等を検知して氷の核を検知してもよい。

【００１９】さらに、上記実施例では過冷却解除手段は
過冷却水溶液の出口近傍に設けられた所定の大きさの氷
塊として説明したが、ステンレス鋼などの金属製の板状
の物などでもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、圧縮
機、凝縮器、第１流量制御弁、及び蒸発器を順次接続し
て構成され、水または水に添加物を添加した水溶液を過
冷却する冷凍機、この冷凍機により過冷却された水また
は水溶液の過冷却を解除し氷を生成させる過冷却解除手
段、この過冷却解除手段により生成された氷や過冷却水
を蓄える蓄熱槽、この蓄熱槽内の水または水溶液を蒸発
器へ送給して循環させる循環ポンプ、並びにこれらを順
に接続し水または水溶液が循環する循環路を備える氷蓄
熱装置において、第１流量制御弁と蒸発器の間に設けた
熱交換器、蒸発器と熱交換器の間に設けた第２流量制御
弁、並びに蓄熱槽から蒸発器に送給される水または水溶
液中の氷の存在を検知する検知手段を備え、水または水
溶液を蓄熱槽から熱交換器、蒸発器に順に循環させるよ
うに構成したことにより、氷の結晶核が蒸発器に流入す
るのを防止し、安定して効率の高い運転が行なえる氷蓄
熱装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による氷蓄熱装置を示す構
成図である。

【図２】この発明の実施例１の第１の運転モード時の冷
凍機の動作を表す圧力ーエンタルピー線図である。

【図３】この発明の実施例１の第２の運転モード時の冷
凍機の動作を表す圧力ーエンタルピー線図である。

【図４】この発明の実施例２による氷蓄熱装置を示す構
成図である。

【図５】従来の氷蓄熱装置を示す構成図である。

【図６】従来の氷蓄熱装置の冷凍機の動作を表す圧力ー
エンタルピー線図である。

【符号の説明】

１　　冷凍機 ２　　圧縮機 ３　　凝縮器 ４　　第１流量制御弁 ５　　蒸発器 ６　　蓄熱槽 ７　　水溶液 ８　　氷 ９　　過冷却解除手段 １１　　循環ポンプ ２２　　熱交換器 ２３　　第２流量制御弁 ２４　　氷検出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮機、凝縮器、第１流量制御弁、及
   び蒸発器を順次接続して構成され、水または水に添加物
   を添加した水溶液を過冷却する冷凍機、この冷凍機によ
   り過冷却された上記水または水溶液の過冷却を解除し氷
   を生成させる過冷却解除手段、この過冷却解除手段によ
   り生成された氷や過冷却水を蓄える蓄熱槽、この蓄熱槽
   内の水または水溶液を上記蒸発器へ送給して循環させる
   循環ポンプ、並びにこれらを順に接続し上記水または水
   溶液が循環する循環路を備える氷蓄熱装置において、第
   １流量制御弁と上記蒸発器の間に設けた熱交換器、上記
   蒸発器と上記熱交換器の間に設けた第２流量制御弁、並
   びに上記蓄熱槽から上記蒸発器に送給される上記水また
   は水溶液中の氷の存在を検知する検知手段を備え、上記
   水または水溶液を上記蓄熱槽から上記熱交換器、上記蒸
   発器に順に循環させるように構成したことを特徴とする
   氷蓄熱装置。