JPH04270833A - 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】本発明は、蓄氷槽の蓄冷材を循環
させて過冷却したのちその過冷却状態を解消してスラリ
ー状の氷化物にする氷蓄熱装置に係り、スラリー状の氷
化物をその流動性を保持して輸送する対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業プラントやビルなどにおける
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
用されている。蓄熱空調システムには、冷熱の蓄積に氷
を用い、冷却面に氷を付着させずに氷を生成するダイナ
ミック方式があり、この方式の一つに過冷却制御型の氷
蓄熱装置が知られている。

【０００３】この過冷却制御型の氷蓄熱装置は、冷却装
置に接続された熱交換器と蓄氷槽との間で蓄氷槽の蓄冷
材を循環させる循環路を設け、熱交換器により蓄氷槽の
蓄冷材を冷却した後、過冷却状態を解消させてスラリ―
状の氷にするものである。

【０００４】過冷却状態を解消する構造は、例えば、Ｕ
ＳＰ４６７１０７７号公報および特開昭６３−１４０６
４号公報に開示された氷蓄熱装置では、過冷却水を蓄氷
槽（２）に注ぎこみ、水面や浮遊する氷との衝撃によっ
て過冷却状態を解消して氷化を起こさせるものである。 また、特開平２−９７８３４号公報に開示された装置で
は、蓄氷槽上部に過冷却解消装置を設け、循環路から吐
出した過冷却水をこの過冷却解消装置の過冷却水降下面
上を流下させる間に電子冷却ユニットによって氷化を起
こさせるものである。

【０００５】過冷却状態は不安定で、わずかの刺激によ
っても氷化が開始する。このため、上記の過冷却制御型
の製氷装置では、管路の閉塞を防止するために必ず循環
路外で過冷却状態の解消を行なうものとしている。

【０００６】同様に、熱交換器から過冷却解消部までの
距離が長いと、その間の配管で過冷却状態が解消してし
まい、管路が氷で閉塞するおそれがあるため、従来では
、過冷却用の熱交換器は必ず過冷却解消部に近接した位
置に設置されている。したがって、過冷却解消部と熱交
換器とは蓄氷槽に近接して配置されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置では、過冷却状態の解消を循環路をでてから行なうの
で、過冷却解消部や熱交換器の設置位置が蓄氷槽の付近
に限られることになり、設計上の自由度が小さいという
問題がある。

【０００８】この問題は、過冷却制御型の製氷装置が用
いられる大規模な空調システムでは、重要なものとなっ
てくる。つまり、蓄氷槽をはじめ過冷却解消部、熱交換
器の占める面積は非常に大きいため、これらの装置を一
箇所に設置することが困難なことが多いからである。こ
のため、蓄氷槽から離れたあき空間に過冷却解消部や熱
交換器を適宜配置し、氷化物が混在した蓄冷材を蓄氷槽
まで輸送できることが強く要請される。

【０００９】そこで、循環路の途中で製氷を行い、流動
可能なスラリ―状に保ったまま蓄冷材を蓄氷槽まで送る
試みが考えられる。この場合には、輸送中に氷が管壁に
付着して着氷層をつくり、着氷層がさらに厚くなれば、
管路を閉塞するおそれも生じてくるという問題を克服し
なければならない。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、管路を閉塞する原因となる着氷を未
然に防止し、氷化物が混在した蓄冷材を円滑に輸送でき
るようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、スラリー状に氷化した蓄冷材から液部分
の一部を分離し、この液を再び蓄冷材に合流させて氷の
粒子を蓄冷材中に均一分散させる氷分散手段を設けたも
のである。

【００１２】具体的には、本発明の解決手段は、図１（
実線部分のみ）に示すように、蓄冷材（Ｗ）のスラリー
状の氷化物を貯溜するための蓄氷槽（２）と、蓄冷材（
Ｗ）を過冷却するための冷却手段（３）と、上記冷却手
段（３）と蓄氷槽（２）との間で蓄冷材（Ｗ）を強制循
環させるための循環路（４）と、上記冷却手段（３）の
下流側の循環路（４）に設けられ、冷却手段（３）で過
冷却された蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消させてスラ
リー状の氷化物を生成するための過冷却解消部（６）と
を備えた氷蓄熱装置を前提とする。

【００１３】さらに、過冷却解消部（６）の下流側に設
けられ、スラリー状の氷化物から液部分のみを分離する
分離部（１１）と、該分離部（１１）により分離された
液を循環路（４）に合流させて氷を流体中に分散させる
分流路（１２）とからなる氷分散手段（１０）を設けた
構成としている。

【００１４】

【作用】以上の構成により、蓄氷槽（２）と冷却手段（
３）との間において蓄冷材（Ｗ）を循環させると共に、
循環路（４）の途中で過冷却解消部（６）により過冷却
状態を解消して、スラリー状の氷化物を生成している。 生成された氷化物は生成当初は蓄冷材（Ｗ）中に均一に
分散しているが、管路を流通している間に蓄冷材（Ｗ）
の液部分との比重差により分離し、比重の小さい氷化物
は管壁上部に集まる。このため、氷化物が管壁に付着し
やすくなる。そして、管壁に着氷層ができると、この着
氷層に管壁周辺に集まった氷群が凝集して管路を閉塞す
るに至る。

【００１５】そこで、上記製氷運転において、本発明の
構成では、氷分散手段（１０）の分離部（１１）により
、スラリー状の氷化物から液部分の一部が分離される。 そして、分流路（１２）により、分離された液は循環路
（４）から分離された後、再び循環路（４）に合流し、
循環路（４）を流れている蓄冷材（Ｗ）中に分散される
。したがって、蓄冷材（Ｗ）中の氷の粒子はつねに蓄冷
材（Ｗ）中に均一に分散した状態に保たれる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１７】図１に氷蓄熱装置の構成を示す。氷蓄熱装
置（１）は、スラリ―状に氷化した蓄冷材（Ｗ）を貯溜
するための蓄氷槽（２）を備え、該蓄氷槽（２）と冷却
手段としての熱交換器（３）との間は、循環路（４）に
より蓄冷材（Ｗ）の循環可能に接続されている。該循環
路（４）は、蓄氷槽（２）の底部から熱交換器（３）に
蓄冷材（Ｗ）を供給する往管路（４Ａ）と、熱交換器（
３）から蓄氷槽（２）の上部にスラリ―状の氷になった
蓄冷材（Ｗ）を戻す復管路（４Ｂ）とからなっており、
往管路（４Ａ）に介設されたポンプ（５）により、循環
路（４）内で蓄氷槽（２）の蓄冷材（Ｗ）を強制循環さ
せている。

【００１８】さらに、上記循環路（４）の復管路（４Ｂ
）において、熱交換器（３）の下流側には、熱交換器（
３）で過冷却された蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消さ
せる過冷却解消部（６）が設けられている。ここで、蓄
冷材（Ｗ）には、水又は水溶液が用いられている。

【００１９】熱交換器（３）の冷却方式としては、冷媒
により蓄冷材（Ｗ）を直接冷却する直接膨脹式、あるい
は冷却されたブラインにより蓄冷材（Ｗ）を間接的に冷
却するブライン式のいずれであってもよい。

【００２０】また、蓄氷槽（２）には、図１に示すよう
に、氷化物がもつ冷熱を空調に用いるための冷房負荷（
７）が設けられている。冷房負荷（７）としては、貯溜
されている蓄冷材（Ｗ）を冷媒回路の冷媒を冷却するの
に用いる方式であっても、空気を直接冷却する方式であ
ってもよい。

【００２１】過冷却解消部（６）の過冷却状態の解消方
式としては、冷却することにより温度衝撃を与えるもの
、大きな流速や乱流を発生させたり、振動や気泡を発生
させることにより機械的な衝撃を与えるものなど、種々
のものが挙げられる。

【００２２】次に、本発明の特徴として、過冷却解消部
（６）の下流側の復管路（４Ｂ）には、図１に示すよう
に、氷分散手段（１０）が配設されている。氷分散手段
（１０）は分離部（１１）と分流路（１２）とから構成
されており、分離部（１１）によってスラリー状の氷化
物が混在した蓄冷材（Ｗ）から液である水の一部を分離
し、この水を分流路（１２）によって復管路（４Ｂ）か
ら分離した後、復管路（４Ｂ）に再び合流させるように
構成されている。

【００２３】分離部（１１）は、図２に示すように、躯
体（２０）と該躯体（２０）の内部に配設された多孔管
（２１）とからなる。多孔管（２１）の両端は連絡管（
２２），（２２）を介して復管路（４Ｂ）に接続されて
おり、多孔管（２１）内を蓄冷材（Ｗ）が流通し、水だ
けが多孔管（２１）の孔を通過して躯体（２０）内に流
入するようになっている。

【００２４】躯体（２０）には、吐出口（２３）が形成
されており、この吐出口（２３）には分流路（１２）が
接続されている。分流路（１２）の終端は、後述する所
定の合流点で復管路（４Ｂ）に接続されている。

【００２５】分離部（１１）の多孔管（２１）は、その
孔径が氷の粒径に対応する所定値に設定されている。孔
径がこの所定値を超えるときは、後述するように分流路
（１２）の終端の噴出口を絞っている場合には、氷の粒
子が分流路（１２）を詰まらせる原因となる。所定値に
満たないときは、孔に氷の粒子が詰まりやすくなり、安
定した水の分離を続けることができない。

【００２６】分流路（１２）の合流点は、図１に示すよ
うに、ある程度まっすぐな流れが続いた直管部の部分（
ａ点）に設けている。合流点をａ点に設けたのは、ある
程度流れが続くと氷が分離し始めるためである。

【００２７】また、水を分離し過ぎると分離後の復管路
（４Ｂ）の蓄冷材（Ｗ）中の氷の割合が大きくなり過ぎ
、管路の閉塞や圧損の急増などの現象を引き起こす。 このため、分離する水の割合は、分離後の蓄冷材（Ｗ）
中の氷の割合が所定の上限値を超えない範囲とする。具
体的には、水を分離する前の氷の体積比（単位体積の、
氷化物が混在する蓄冷材に対する比）が４〜５％の場合
、分離後の氷の体積比が１０％程度となる分離水量が好
ましい。そして、分離する水の流量は、分流路（１２）
の管径により設定するほか、流量調節弁を設けることに
より増減できるようにしてもよい。

【００２８】また、合流点での水の噴出速度は、復管路
（４Ｂ）の流れの流速より大きくすることが望ましい。 そのために、分流路（１２）の終端の噴出口を絞られて
いる。

【００２９】次に、水の合流形態の類型を図３〜図６に
示す。図３および図４に示す合流形態では、復管路（４
Ｂ）下部に分流路（１２）が接続され、水の噴流が復管
路（４Ｂ）下面からスラリー状の氷化物の流れに対して
垂直に噴き上げるように設定されている。これにより、
蓄冷材（Ｗ）から分離した氷の粒子が最も集まりやすい
管壁上部に、噴流が向けられているので、効率よく氷の
粒子を流体中に分散することができる。

【００３０】図５に示す合流形態では、管壁下端におい
て、管路の円形断面の接線方向から水を管壁に噴出し、
これにより、管壁に沿った環状の噴流が形成されるもの
としている。

【００３１】図６に示す合流形態では、管壁下端から流
れ方向に向かって斜め前方に水を噴出し、これにより、
噴流が管壁に沿って螺旋状に形成されるものとしている
。また、この図では、２本の分流路（１２）を復管路（
４Ｂ）に接続することにより、２条の螺旋噴流が形成さ
れている。

【００３２】次に、上記氷蓄熱装置（１）の作動につい
て説明する。蓄冷熱運転を行ない、蓄氷槽（２）に冷熱
を蓄えるには、蓄冷材（Ｗ）を蓄氷槽（２）と熱交換器
（３）との間で循環させると共に、熱交換器（３）によ
り蓄氷槽（２）の蓄冷材（Ｗ）を過冷却する。過冷却さ
れた蓄冷材（Ｗ）は過冷却解消部（６）で再冷却等され
、その過冷却状態が解消されて、スラリ―状の氷化物が
生成される。そして、この氷化物を含む蓄冷材（Ｗ）は
、流動可能なスラリ―状を保ったまま蓄氷槽（２）へ強
制循環して貯溜され、昼間の冷房運転時の冷熱として使
用される。

【００３３】一方、過冷却解消部（６）を通過してスラ
リー状となった氷化物は、過冷却解消部（６）通過直後
は氷の粒子が蓄冷材（Ｗ）中に均一に分散しているが、
ａ点付近にまでくると、比重の小さい氷の粒子は浮き上
がり、図４に示すように、管壁の上部に集まるようにな
る。このため、氷の粒子が管壁に接触しやすくなり、管
壁に付着するようになる。そして、管壁に着氷層ができ
ると、この着氷層に管壁近傍の氷群が凝集し、管路を閉
塞してしまう。

【００３４】そこで、氷分散手段（１０）の作動につい
て説明すると、過冷却解消部（６）を通過した蓄冷材（
Ｗ）は、スラリー状となって氷分散手段（１０）の分離
部（１１）に流入する。そして、分離部（１１）の多孔
管（２１）によって水だけが一部分離される。分離され
た水は分離部（１１）の躯体（２０）内に充満し、分離
部（１１）の吐出口（２３）から分流路（１２）に分流
して合流点であるａ点にまで至る。そして、ａ点におい
て、水が蓄冷材（Ｗ）の流れ中に噴出される。水の噴流
は管壁近傍の氷群を攪拌し、氷の粒子を流体中に均一に
分散させる。したがって、氷の粒子が管壁に付着するの
を未然に防止することができる。

【００３５】さらに、水の噴流を環状にした図５に示す
合流形態では、噴出口付近の管路全体をよく攪拌できる
こととなり、流体中に均一に分散することができる。

【００３６】また、水の噴流を螺旋状にした図６に示す
合流形態では、合流点から下流側の広い範囲にわたり氷
の粒子を攪拌できることとなり、氷の分散効果を広範囲
に発揮させることができる。また、２本の分流路（１２
）を復管路（４Ｂ）に接続することにより、氷の分散効
果を一層高めることができる。

【００３７】しかも、本発明の氷分散手段（１０）は、
氷の粒子の分散に特別な動力を必要としないという利点
を有する。

【００３８】次に、図７に氷分散手段（１０）を２個設
けた場合の氷蓄熱装置の変形例を示す。この変形例は、
過冷却解消部（６）から復管路（４Ｂ）末端までの距離
が長い場合を対象とし、２個の氷分散手段（１０）を適
当な間隔をあけて配置するものである。とくに、この変
形例では、下流側の氷分散手段（１０）の合流点が曲管
部（ｂ点）に設けられている。合流点をｂ点に設けたの
は、曲管部には流れの澱んだ部分があり、この部分に氷
が滞留しやすいためである。ｂ点に水を噴出することに
より、氷の粒子が曲管部の管壁に付着するのを未然に防
止することができる。

【００３９】なお、循環路（４）に設ける氷分散手段（
１０）の個数は、上記図１および図７の実施例に限らず
、設計上自由に定めることができる。同様に、分離部（
１１）に接続される連絡管（２２）も１本に限らず、２
本以上であってもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上の構成により、本発明によれば、蓄
氷槽の蓄冷材を循環させて過冷却したのち、その過冷却
状態を解消させてスラリー状の氷化物にする氷蓄熱装置
において、氷分散手段の分離部により、スラリー状の氷
化物を含む蓄冷材から液部分の一部を分離し、分流路に
より、分離された液を循環路に合流させて氷を分散させ
ている。したがって、着氷層の発生、さらには管路の閉
塞を起こさないで、氷化物が混在する蓄冷材を円滑に輸
送できる。

【００４１】このことから、管路内における氷化物の生
成、輸送という製氷技術が可能になる。そして、過冷却
解消部で氷化を開始してから数ｍ〜数十ｍという長い距
離を輸送することができる。その結果、建屋の状況、他
の装置との配置関係などに応じて、過冷却解消部と熱交
換器の配置、さらには揚程やベンドの数などを自由に設
定できる。したがって、蓄熱空調システムの設計の自由
度を大きくすることができる。

【００４２】しかも、従来のように循環路をでてから氷
化を行うものではないので、熱損失が少なく、製氷効率
の向上、ひいては動力コストの低減を図ることができる
。

【００４３】また、本発明の氷分散手段は、特別な動力
を必要としないので、経済的に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】氷蓄熱装置の構成を示す回路図である。

【図２】分離部の構成を示す斜視図である。

【図３】水の合流形態の類型を示し、水の噴流が真上へ
噴き上げる形態を示す一部切り欠き斜視図である。

【図４】図４は図３のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【図５】水の合流形態の類型を示し、環状の噴流を示す
一部切り欠き斜視図である。

【図６】水の合流形態の類型を示し、螺旋噴流を示す一
部切り欠き斜視図ある。

【図７】氷分散手段を２個設けた変形例を示す、氷蓄熱
装置の回路図である。

【符号の説明】

２　　　　蓄氷槽 ３　　　　冷却手段 ４　　　　循環路 ６　　　　過冷却解消部 １０　　氷分散手段 １１　　分離部（氷分散手段） １２　　分流路（氷分散手段） Ｗ　　　　蓄冷材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スラリー状に氷化された蓄冷材（Ｗ）
   を貯溜するための蓄氷槽（２）と、蓄冷材（Ｗ）を過冷
   却するための冷却手段（３）と、上記冷却手段（３）と
   蓄氷槽（２）との間で蓄冷材（Ｗ）を強制循環させるた
   めの循環路（４）と、上記冷却手段（３）の下流側の循
   環路（４）に設けられ、冷却手段（３）で過冷却された
   蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消させてスラリー状の氷
   化物を生成するための過冷却解消部（６）とを備えた氷
   蓄熱装置であって、該過冷却解消部（６）の下流側に設
   けられ、スラリー状の氷化物が混在した蓄冷材（Ｗ）か
   ら液部分の一部を分離する分離部（１１）と、該分離部
   （１１）により分離された液を循環路（４）から分流さ
   せたのち再び上記循環路（４）に合流させる分流路（１
   ２）とからなる氷分散手段（１０）を備えたことを特徴
   とする氷蓄熱装置。