JPH04297769A - 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、空調や冷凍装置に用
いられる氷蓄熱装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４，図５は、例えば実公平１−　３１
９０３号公報に示された従来の氷蓄熱装置の構成図であ
る。図において１　は冷凍サイクルで圧縮機１０、凝縮
器１１、膨張弁１２、冷却器１３及びこれらを順次連通
する冷媒配管１４より成っている。２０は蓄熱槽で、そ
の内部には水２１が溜められ、その水中には熱交換管２
２が浸漬されている。熱交換管２２の一端はヘッダー２
３、他端はヘッダー２４に連通している。２５は循環ポ
ンプで、その吐出側は配管２６にてヘッダ２３に、また
吸引側は配管２７にて冷却器１３に、それぞれ連通して
いる。２８はヘッダー２４と冷却器１３を連通する配管
であり、これらによって、ブライン２９の循環回路を形
成している。３０は膨張タンクで配管３１にて配管２７
と連通している。６０は利用側回路で、循環ポンプ６１
の吸入側と蓄熱槽２０の下部を連通する配管６２、室内
側熱交換器６３と循環ポンプ６１の吐出側を連通する配
管６４及び室内側熱交換器６３と蓄熱槽２０の上部とを
連通する配管６５によって成っている。

【０００３】次に作用を説明する。圧縮機１０と循環ポ
ンプ２５が駆動されると、冷却器１３に於いて、ブライ
ン２９が冷却され、その温度が低下し、０℃以下、更に
は、−５℃にまで低下する。−５℃にまで低下すると熱
交換管２２の表面に氷が生成され始める。そして、この
氷の成長と共に、ブライン２９の温度を更に下げて氷蓄
熱を行ない、所定の氷の厚さや運転時間に達すれば圧縮
器１０と循環ポンプ２５を停止させる。尚、この蓄熱（
冷）運転は、料金の割安な深夜電力によって行なわれる
。昼間の空調時間になると、循環ポンプ６１が駆動され
、水２１が室内側熱交換器６３に供給され、室内（図示
せず）を冷房する。室内側熱交換器６３にて室内空気と
熱交換して温度が上昇した水２１は蓄熱槽２０に戻り、
熱交換管２２の周囲に生成されている氷を溶かす。この
サイクルを繰返す事で蓄熱（冷）を利用した空調（冷房
）が行なわれる。

【０００４】従来の氷蓄熱装置は、以上のように構成さ
れているので、次の問題があった。■熱交換管２２や膨
張タンク３０が必要であり、コストが高くなる。■熱交
換管２２を介して熱伝達をするので、熱伝達率が悪い。 ■熱交換管２２の周囲に氷を生成させるので、この氷が
熱伝達を更に阻害する。■上記■■の結果、ブライン３
０の温度を低くする事が必要になり、その為には、冷凍
サイクル１の蒸発温度を下げねばならず、冷凍サイクル
の効率が低下する。■更に、このまま運転を続けようと
しても、熱交換器の周囲に氷が生成しつづけると熱伝達
が極端に低下し氷の生成量には限界が生じてくる。この
結果、氷の生成量は全体の水量に対しても高くできない
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、以上の様な問
題点を解決するため、図５の様に直接水中に下部から、
水に溶けない、水よりも比重の軽い熱交換媒体（例えば
、油）を噴出する直接冷却方式案が出されている。図５
において、４２は吹出口４４−１を備えた吹出管、４４
は吸引口４２−１を備えた吸引管、４１は灯油である。 吸引口４４−１は灯油層４１中に位置する。動作につい
て説明すると、冷却器１３により冷却された灯油４１は
槽２０底部の吹出口４２−１より水中に噴出され、上昇
する過程で周囲の水を氷にする。上昇した灯油４１は吸
引口４４−１より吸込まれ、この運転を繰返す。氷生成
前においては、熱交換媒体層中に吸引口４４−１が位置
するが次第に氷が生成されるようになると、氷よりも比
重の軽い熱交換媒体と水との境界部に氷ができ、結果的
に水位が上昇し、吸引口４４−１が、熱交換媒体と氷中
に位置するようになり、冷凍装置内の冷却器１３へ氷を
吸引するようになる。従来の氷蓄熱装置は、以上の構成
のため、更に次の問題があった。氷の生成と共に、次第
に氷の容積増加（約、水の１／１２増加）となり、吸引
口の近くまで氷が堆積するようになる。このため、吸引
口４４−１から灯油と氷を吸引するようになり、これが
冷却器内で凍結し熱伝達率の低下、冷却性能の低下を招
き、結果的には、氷の生成量が全体の水量に対してもさ
ほど高くはできない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明による氷蓄熱装
置は、蓄熱剤としての水、及び熱交換媒体として水に溶
解せず、また水と化学反応せず、水や氷よりも比重の小
さな有機物質を貯溜した蓄熱槽と、圧縮機、凝縮器、絞
り装置及び冷却器等により形成された冷凍サイクルと、
吸引口を有し、上記蓄熱槽内部の有機物質層内に設けら
れた吸引管と、吹出口を有し、上記蓄熱層内下部の水層
内に設けられた吹出管と、上記吸引口を介して吸引した
有機物質を上記冷却器に供給し、この冷却器で冷却され
た有機物質を上記吹出口より水層中に送出する循環ポン
プとにより構成された有機物質循環回路と、上記有機物
質と水との境界部に位置して吸入管に固定され、略々水
平方向に広がる受け皿、及び上記有機物質循環回路の吸
引管側と冷却器側との間に略々垂直方向に接続され、上
記受け皿下部に加わる氷の浮力により収縮して上記吸引
管を上方に移動させ、解氷することにより伸長して上記
吸引管を元の位置に復元させるフレキシブル管とを設け
たものである。

【０００７】

【作用】上記のように構成された氷蓄熱装置において、
有機物質循環回路により、有機物質を冷却し、吹出し管
より吹出する循環を継続している間に、水中に氷の粒子
が生成され、受け皿部に蓄積されていく。氷の蓄積によ
り、有機物質と水との境界部（水位）が、蓄積された氷
と共に上昇するが、氷の上昇に伴ない受け皿が押し上げ
られ、この受け皿を固定している吸引管も同時に上昇す
るため、吸引口は常に氷とは所定の間隔を隔てて有機物
質層内に位置することになる。この際、有機物質循環回
路の吸引側と冷却器側との間に略々垂直方向に接続され
たフレキシブル管が収縮して上記受け皿並びに吸引管の
上昇を可能とするものである。これにより有機物質循環
回路に氷を吸引することなく、したがって冷却器への着
氷を防止することができ、常時所定の冷却性能を維持す
ることができる。

【０００８】

【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において、４０は１％の濃度のポ
リエチレングリコールを添加した水、４１は水に溶解せ
ず、水および氷より比重が小さく（０．８５以下）、凝
固点が−１５℃以下の有機物質、例えば灯油である。４
２は蓄熱槽２０の下部に設けられた吹出管で複数個の吹
出口４２−１を有する構造となっている。また、４３は
ヘッダである。４４は吸引管であって、蓄熱槽２０の上
部の灯油４１の層に設けられる。４５はヘッダである。 ４６ａは吹出管４２のヘッダ４３と冷却器１３を連通す
る配管である。４７は吸引管４４のヘッダ４５と連通し
、上下方向に伸縮自在なフレキシブル配管で、図に示す
ように垂直な配管途中に接続される。２５は循環ポンプ
で、冷却器１３とフレキシブル配管４７とを接続する配
管４６ｂ途中に設けたものである。４６は有機物質循環
回路で、吸引管４４、フレキシブル配管４７、循環ポン
プ２５、冷却器１３，及び吹出管４２等を連通すること
により構成されたものである。４８は吸引管４４の下方
に位置し、上記吸引管４４と支持具４９で固定された板
状の受皿である。 ５０は、槽２０の内側に固定されたＬ字状金具であり、
この上に受皿４８が当接し、これ以下には受皿４８が低
下しない様に設定される。この様にＬ字状金具５０で支
持される受皿４８の位置は氷が生成する前の水面となる
ように位置決めされている。尚、冷凍サイクル１は従来
の装置と同一である。また、利用側回路６０も、配管６
５の蓄熱槽２０への接続位置が従来よりは下方になって
いる点以外は同一である。

【０００９】次に作用について説明する。深夜電力によ
って冷凍装置１の圧縮機１０、循環ポンプ２５が駆動さ
れると吸引口４４−１から灯油４１が吸引され吸引管４
４、ヘッダ４５、フレキシブル配管４７を通って循環ポ
ンプ２５により、冷却器１３へ供給される。ここで、冷
凍サイクル１の作用で冷却器１３により冷却された灯油
４１は配管４６ａ、ヘッダ４３、吹出し管４２を通り、
吹き出し口４２−１から水４０の中に吹き出される。こ
の灯油４１は水４０と溶解せず、かつ反応もしない。ま
た比重が水４０および氷より小さいので灯油４１は水４
０と熱交換しながら蓄熱槽２０の上部へ上昇していく。 この運転の続行により灯油４１及び水４０の温度が低下
し、水４０の温度が０℃、吹出し口４２−１から吹出さ
れる灯油の温度が略々−５℃以下になると、灯油４１の
周囲から氷結し始め、水４０の中に小片の氷が生成され
始める。生成された氷は、水４０の中を上昇し、吸引管
４４下方の受皿４８の所まで達し、ここに溜まる。更に
運転が進むにつれて氷の量が増し氷による潜熱蓄熱が行
なわれる。

【００１０】この運転の繰返しにより、吹出し口４２−
１から吹出される灯油は上昇過程で水と熱交換し、氷を
順次生成してゆく。受皿４８まで達するときに、灯油４
１と氷は分離し、水４０と氷よりも比重の軽い灯油４１
は受皿の周囲と槽２０間の隙間から、上昇し、上部の灯
油４１層にたまってしまう。一方、受皿４８の高さ位置
は灯油４１層と水４０との境界部分であったが、水４０
よりも比重の軽い氷が受皿４８の下方に堆積する結果、
氷の浮力により、上方へ押し上げられるようになる。こ
のとき、吸引口４４からの配管は上下方向に伸縮自在な
フレキシブル配管４７のため、縮まる。灯油４１と氷、
および吸引管４４との氷生成における位置関係を図３ａ
及び図３ｂに示す。図２は、図１の槽２０を上から見た
平面図である。図２のように受皿４８と槽２０との隙間
５１を周囲に設け、灯油４１がこの隙間から上昇するよ
うに構成する。

【００１１】図３−ａは氷生成前の灯油４１と吸引管４
４および受皿４８の位置関係を示す。受皿４８は灯油４
１と水４０との境界層部に位置するように支持金具５０
にて支持される。また吸引管４４は灯油４１層の中間部
に位置する。図３−ｂは冷凍サイクル１の運転により、
氷が生成され、受皿４８の下方に堆積し、受皿４８およ
び吸引管４４を押し上げた状態を示す。氷は水４０の上
部へ、灯油４１は水４０および氷と分離し、受皿４８の
周囲から、上昇して灯油層へ溜まる。氷生成による体積
膨張により水位が上昇するが、同時に、吸引管４４もそ
の体積膨張に応じて上昇するため、吸引管４４の位置は
灯油層の中間部に位置し、氷の生成量に関係なく、灯油
のみを吸込む。尚、水４０の中に１％程度のポリエチレ
ングリコールが添加されているので、氷の表面は、ポリ
エチレングリコールの濃度が高い薄膜で覆われ、氷の小
片同士が接合しない。従って、氷片が増加しても、その
隙間を灯油４０が流動でき蓄熱運転が続行できる。また
、吸引管４４の下方部に板状の受皿を設けたので、灯油
層と氷層とを分離する事ができ、灯油層への氷の混入を
も確実に防止することが可能となる。

【００１２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、蓄熱剤
としての水、及び熱交換媒体として水に溶解せず、また
水と化学反応せず、水や氷よりも比重の小さな有機物質
を貯溜した蓄熱槽と、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び冷
却器等により形成された冷凍サイクルと、吸引口を有し
、上記蓄熱槽内上部の有機物質層内に設けられた吸引管
と、吹出口を有し、上記蓄熱槽内下部の水層内に設けら
れた吹出管と、上記吸引口を介して吸引した有機物質を
上記冷却器に供給し、この冷却器で冷却された有機物質
を上記吹出口より水層中に送出する循環ポンプとにより
構成された有機物質循環回路と、上記有機物質と水との
境界部に位置して吸引管に固定され、略々水平方向に広
がる受け皿、及び上記有機物質循環回路の吸引管側と冷
却器側との間に略々垂直方向に接続され、上記受け皿下
部に加わる氷の浮力により収縮して上記吸引管を上方に
移動させ、解氷することにより伸長して上記吸引管を元
の位置に復元させるフレキシブル管とを設けたことによ
り氷蓄熱装置を構成したので、次のような効果が得られ
る。

【００１３】■　　吹出し口から吹出された灯油が水と
熱交換し、氷を生成し、上昇して氷と灯油に分離するが
、大部分の氷は水の上すなわち、境界層に位置された受
皿の下方に堆積されるようになる。灯油は更に比重が軽
く、周囲から上昇する。氷の生成量増加に伴ない体積膨
張のため水面が上昇するが氷の増加量に応じて、受皿お
よび吸引管も押し上げられて上方へ移動する。吸引口も
同様に押し上げられるために、常に吸引口位置は灯油層
の中間部に位置することができ、氷生成に伴なって吸引
口は氷を吸込むことなく、氷流入による冷却器内の凍結
による熱伝達率・性能の低下や、凍結による流路の閉塞
を来たすことなく安定した運転を行なうことができる。 ■　　吸引口の下に受皿を設けたので、氷は受皿の下に
、灯油は受皿の周囲から上方の灯油層にもどすことがで
き、灯油層と水又は氷層を確実に分離することができる
ようになった。

【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全
体構成図である。

【図２】図１に示す氷蓄熱装置の平面図である。

【図３】（ａ）　は氷生成前における受け皿並びに吸引
管と、有機物質並びに水との位置関係を示す実施例１に
よる氷蓄熱装置の部分断面図、（ｂ）　は氷生成後にお
ける受け皿並びに吸引管と、有機物質並びに水との位置
関係を示す実施例１による氷蓄熱装置の部分断面図であ
る。

【図４】従来の氷蓄熱装置を示す全体構成図である。

【図５】従来の氷蓄熱装置を示す全体構成図である。

【符号の説明】

１　　　　　　圧縮機 １１　　　　　　凝縮器 １２　　　　　　絞り装置 １３　　　　　　冷却器 ２０　　　　　　蓄熱槽 ２５　　　　　　循環ポンプ ４０　　　　　　水 ４１　　　　　　有機物質 ４２　　　　　　吹出管 ４２−１　　吹出口 ４４　　　　　　吸引管 ４４−１　　吸引口 ４６　　　　　　有機物質循環回路 ４７　　　　　　フレキシブル管 ４８　　　　　　受け皿

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　蓄熱剤としての水、及び熱交換媒体と
   して水に溶解せず、また水と化学反応せず、水や氷より
   も比重の小さな有機物質を貯溜した蓄熱槽、圧縮機、凝
   縮器、絞り装置及び冷却器等により形成された冷凍サイ
   クル、吸引口を有し、上記蓄熱槽内上部の有機物質層内
   に設けられた吸引管と、吹出口を有し、上記蓄熱槽内下
   部の水層内に設けられた吹出管と、上記吸引口を介して
   吸引した有機物質を上記冷却器に供給し、この冷却器で
   冷却された有機物質を上記吹出口より水層中に送出する
   循環ポンプとにより構成された有機物質循環回路、上記
   有機物質と水との境界部に位置して吸入管に固定され、
   略々水平方向に広がる受け皿、及び上記有機物質循環回
   路の吸引管側と冷却器側との間に略々垂直方向に接続さ
   れ、上記受け皿下部に加わる氷の浮力により収縮して上
   記吸引管を上方に移動させ、解氷することにより伸長し
   て上記吸引管を元の位置に復元させるフレキシブル管を
   設けたことを特徴とする氷蓄熱装置。