JPH04306471A - 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は例えば、実公平１−３１９０３　
号公報に示された従来の氷蓄熱装置の構成図であり、図
において、１は冷凍回路で圧縮機１０、凝縮器１１、絞
り器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２２が浸漬
されている。熱交換管２２の一端はヘッダー２３、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。２
８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℃位にまで低下すると、
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、
氷蓄熱を行い、所定の氷の厚さや運転時間に達すれば圧
縮機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。

【０００４】昼間の空調時間になると、循環ポンプ６１
が駆動され、氷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）が行われる。

【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
トスが高くなる。■　　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３０の温度を低くす
る事が必要となり、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
。

【０００６】この発明は、上記のような実情に鑑みなさ
れたもので、蓄冷時の熱交換効率が良く、構成が簡単で
、安価な氷蓄熱装置を得んとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、蓄熱材とし
て水、熱交換媒体として水に対して溶けにくく水よりも
比重の小さな有機物質を用い、槽内に設けられた吸引口
より前記有機物質を循環ポンプで循環し、圧縮機、凝縮
器、絞り装置、冷却器で構成される冷凍回路にて、０℃
以下に冷却して、水中に噴出する事により氷を生成する
氷蓄熱装置において、上記冷却器を、管内壁面から管芯
部に向かって放射状に突設され、管軸々線方向に伸び、
かつ所定高さを有する複数のフィン部を備えた外管と、
第１の内管とこの内管に嵌挿され、上記第１の内管の内
周部との間に間隙部を形成する第２の内管とを備え、か
つ上記外管の各フィン内端部に当接するように嵌挿され
た内挿管とにより構成し、上記外管の各フィンと上記第
１の内管とで形成された各冷媒流通路の一端部を上記絞
り装置出口側に、他端部を上記圧縮機の吸入側に接続す
ると共に上記第２の内管の一端部を上記循環ポンプに、
他端部を上記槽内に連通させ、かつ上記内挿管の間隙部
の一端部を、電磁弁を介して上記圧縮機の吐出側に、他
端部を上記圧縮機の吸入側に接続し、更に上記冷凍回路
の低圧側に低圧々力開閉器、または温度検出器を設け、
上記低圧々力開閉器、または上記温度検出器の検出値に
基づき上記電磁弁を開閉制御するように構成したもので
ある。

【０００８】

【作用】この発明に於ける氷蓄熱装置では、冷却器にお
いて０℃以下に冷却された熱交換媒体が水と直接、接す
ることにより氷が生成される。氷の小片が混入した有機
物質の循環により、冷却器の第２の内管内に氷が付着す
るようになると、熱交換しなくなり、次第に冷凍回路の
低圧圧力が低下する。これを防止するため、この低圧圧
力の低下を低圧々力開閉器、或いは温度検出器により検
出して電磁弁を開き、圧縮機から吐出される高温高圧の
冷媒を、上記冷却器を構成する内挿管の間隙部に供給す
ることにより第２の内管の管壁を介して熱伝達させ、第
２の内管の内壁面に生じた氷を融解して熱交換性能を回
復させるものである。

【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
、水より比重が小さく、凝固点が−１５℃以下の有機物
質、例えば灯油である。４２は蓄熱槽２０の下部に設け
られた吹出管で、その配置は複数個の吹出管を有する構
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上部の灯油４１の層に設けら
れる。４５はヘッダである。４６はヘッダ４３と冷却器
１３を連通する配管である。 ヘッダ４５は配管を通して循環ポンプ２５、冷却器１３
と連通される。

【００１０】１は冷凍回路で、圧縮機１０、凝縮機１１
、絞り装置１２、及び冷却器１３により構成される。冷
凍回路１４と、後述する冷却器１３内の有機物質流通路
の管内壁に着氷が生じ、冷媒との熱交換性能が低下した
とき、圧縮機１０の吐出側から高温高圧ガス冷媒を、供
給して上記着氷を除氷するホットガス除去回路１６とか
ら構成される。１５は、圧縮機１０の吐出側配管１４−
１から分岐し、冷却器１３に至るホットガス除去回路１
６の途中に設けられた電磁弁、１８は冷却器１３と圧縮
機１０とを接続する。冷凍回路の圧縮機吸入側配管１４
−３の途中に設けられた低圧々力開閉器である。

【００１１】図２は、図１に示す冷却器１３の構成を示
す詳細断面図である。図において、１３−１は外管であ
り、管内壁面から管芯部に向かって放射状に突設され、
管軸々線方向に伸び、かつ所定の高さを有する複数のフ
ィン部１３−１ａを有するものである。１３−２は、内
挿管であり、第１の内管１３−２ａと、この内管１３−
２ａに嵌挿され、上記第１の内管の内周面との間に間隙
部１３−３を形成する第２の内管１３−２ｂとにより構
成されたものである。１３−４は、上記外管１３−１に
設けられた複数のフィン部１３−１ａと、上記内挿管１
３−２とにより形成された冷媒流通路、１４−２は絞り
装置１２と、上記冷媒流通路１３−４の一端部とを接続
する冷媒配管、１４−３は上記冷媒流通路１３−４の他
端部と上記圧縮機１０とを接続する圧縮機吸入配管であ
る。また、１３−５は、上記内挿管１３−２を構成する
第２の内管１３−２ｂ内の灯油等の有機物質が流通する
流通路で、その一端は循環ポンプ２５に連通し、他端部
は、ヘッダ４３を介して槽２０内下部に配設された吹出
し管４２に連通するものである。更に、上記循環ポンプ
２５の吸入側は、上記槽２０の上部に位置する有機物質
槽内に配設された吸入管４４に連通する様に循環回路を
構成している。

【００１２】５０はステンレス鋼の線材にて作られた金
網で、水４０と灯油４１の境界面位置に張られている。 そのメッシュは氷の小片を通さない値、例えば、２０メ
ッシュである。尚、冷凍サイクル１の基本的動作は従来
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。

【００１３】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
４４、ヘッダ４５、配管４７を通って循環ポンプ２５に
より冷却器１３の第２の内管１３−２ｂ内に流入する。 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４６、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−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、金網５０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われる。

【００１４】この運転の繰返しにより、金網５０の所ま
で達した氷はここへ溜まり、比重の軽い灯油４１は上昇
するが、完全には分離できず、一部灯油と氷の混合状態
となってしまう。灯油と氷の混合状態で吸引口４４−１
より吸引され、循環ポンプ２５で運ばれるが、冷却器１
３内で熱交換し、冷却されるため、灯油は０℃以下でも
凝固しないが、氷は更に凝固し、次第に第２の内管１３
−２ｂの内壁面に付着し覆うようになる。この状態が進
行すると、熱伝達率が低下しはじめ冷凍装置能力が減少
する。同時に冷却器１３の性能低下に伴い冷凍サイクル
の運転条件も変化し始め、圧縮機１０の吸入圧力も低下
する。吸入圧力の低下に伴い、圧縮機１０の吸入側に取
付けられた圧力開閉器１８が作動設定値に達し、〔例え
ば、図３における低圧々力Ａ点（約１．７Ｋｇ／ｃｍ２
　Ｇ）〕、電磁弁１５を開放し、冷却器１３の間隙部１
３−３へ圧縮機１０からの高温ガス冷媒を流す。尚、こ
の実施例では、吸入圧力の検出を低圧々力開閉器１８で
行っているが、圧力検出素子で検出してもよい。

【００１５】高温のガス冷媒が間隙部１３−３に流通さ
れる事により、第２の内管１３−２ｂの内壁面に付着し
た氷は融解され、取除かれる。氷が取除かれる事により
、低圧圧力が回復し、電磁弁１５が閉じられる。このよ
うに、冷凍装置は停止する事なく、安定運転を続行でき
る。

【００１６】図３は更に製氷過程と運転時間との関係を
示したもので、槽水温が徐々に低下してゆき、製氷開始
の０℃に達すると製氷を始めるが、製氷と同時に完全に
分離せず、灯油４１層に混入して、吸引口４４より灯油
４１と混合して吸入された氷は冷却器１３へ運ばれ、大
部分は灯油４１と一緒に吹出口４２から吹出されるが、
第２の内管１３−２ｂの内壁部を流通する氷は冷却され
て、付着するようになる。この状態が続くと、氷層によ
り灯油４１と冷却器１３に供給される冷媒との熱交換が
低下するようになる。 すなわち、製氷量は増加せず、蒸発圧力、冷却能力が低
下してくる。このような場合、冷媒流通路側へ圧縮機１
０から高温の吐出ガスを流すのが一般的だが、冷媒流通
面積が大きく、全体を過熱せねばならず冷媒量も多く必
要とするため、圧縮機１０への急激な過熱や消費電力の
増大を招く。

【００１７】この発明は図２で明らかなように、内壁面
に氷が付着する第２の内管１３−２ｂの外表面部に位置
する間隙部１３−３に高温の吹出ガス冷媒を流すため、
冷却側の冷媒流通路に流す冷媒に対し極端に小さく（約
１／１００）、氷を解かす量のみの吐出ガス冷媒量で良
い。従って、短時間に解氷できると共に、圧縮機１０へ
の運転に対し変動もなく安定運転が可能である。予め設
定された低圧圧力開閉器１８に達すると電磁弁１５が開
放され、間隙部１３−３へ吐出ガス冷媒が流れ解氷する
。解氷が完了すると、再び低圧圧力が上昇し、低圧圧力
開閉器１８が復帰し、電磁弁１５を閉じる。このような
運転を繰返して、冷却器１３内を流通する灯油４１を冷
却し、０℃以下にして、槽内２０に噴出し、氷を生成す
る。

【００１８】蓄熱（冷）量が所定に達すれば運転が停止
される。そして、昼間の蓄熱（冷）量の利用は、従来と
同一である。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
小片同志が接合しない。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。尚
、電磁弁１５を制御するための検出素子として、圧縮機
１０の吸入温度で検出しても同様の効果を得ることがで
きる。

【００１９】

【発明の効果】この発明は、蓄熱材としての水、熱交換
媒体として水に対して溶けにくく、水よりも比重の小さ
な有機物質を用い、槽内に設けられた吸引口より前記有
機物質を循環ポンプで循環し、圧縮機、凝縮機、絞り装
置、冷却器で構成される冷凍回路にて、０℃以下に冷却
して水中に噴出する事により氷を生成する氷蓄熱装置に
おいて、上記冷却器を、管内壁面から管芯部に向かって
放射状に突設され、管軸々線方向に伸び、かつ所定の高
さを有する複数のフィン部を備えた外管と、第１の内管
とこの内管に嵌挿され、上記第１の内管の内周部との間
に間隙部を形成する第２の内管とを備え、かつ上記外管
の各フィン内端部に当接するように嵌挿された内挿管と
により構成し、上記外管の各フィンと上記第１の内管と
で形成された各冷媒流通路の一端部を上記絞り装置出口
側に、他端部を上記圧縮機の吸入側に接続すると共に上
記第２の内管の一端部を上記循環ポンプに、他端部を上
記槽内に連通させ、かつ上記内挿管の間隙部の一端部を
電磁弁を介して上記圧縮機の吐出側に、他端部を上記圧
縮機の吸入側に接続し、更に上記冷凍回路の低圧側に低
圧々力開閉器、または温度検出器を設け、上記低圧々力
開閉器、または上記温度検出器の検出値に基づき上記電
磁弁を開閉制御するように構成したので、次のような効
果を得ることができた。

【００２０】■　　製氷用の熱交換器が不要でコストが
安価。■　　熱交換媒体と蓄熱材が直接、接するので、
熱交換効率が良い。しかも、氷の成長に伴なう熱伝達率
の低下を伴わないので、冷凍サイクルの蒸発温度を高く
保て、その分だけ蓄熱効果が良くなる。■　　槽内で氷
が生成されるに伴い、冷却器へ流入してくる、灯油＋氷
の混合物により冷却器の第２の内管の内壁面が氷で覆わ
れても電磁弁を開放して間隙部へ高温のガス冷媒を流通
させることで取除くことができる。これにより、冷凍装
置を停止する事なく安定した運転を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による蓄熱空調システムの
構成図である。

【図２】図１に示す蓄熱空調システムを構成する冷却器
の詳細断面図である。

【図３】製氷過程における特性線図である。

【図４】従来の蓄熱空調システムの構成図である。

【符号の説明】

１　　冷凍回路 １０　　圧縮機 １１　　凝縮器 １２　　絞り装置 １３　　冷却器 １３−１　　外管 １３−１ａ　　フィン部 １３−２　　内挿管 １３−２ａ　　第１の内管 １３−２ｂ　　第２の内管 １３−３　　間隙部 １３−４　　冷媒流通路 １４−３　　圧縮機吸入配管 １５　　電磁弁 １８　　低圧々力開閉器 ２０　　槽 ２５　　循環ポンプ ４０　　蓄熱材 ４１　　有機物質 ４４−１　　吸引口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　蓄熱材として水、熱交換媒体として水
   に対して溶けにくく水よりも比重の小さな有機物質を用
   い、槽内に設けられた吸引口により前記有機物質を循環
   ポンプで循環し、圧縮機、凝縮機、絞り装置、冷却器で
   構成される冷凍回路にて、０℃以下に冷却して、水中に
   噴出する事により氷を生成する氷蓄熱装置において、上
   記冷凍装置の冷却器を管内壁面から管芯部に向かって放
   射状に突設され、管軸々線方向に伸び、かつ所定高さを
   有する複数のフィン部を備えた外管と、第１の内管とこ
   の内管に嵌挿され、上記第１の内管の内周部との間に間
   隙部を形成する第２の内管とを備え、かつ上記外管の各
   フィン内端部に当接するように嵌挿された内挿管とによ
   り構成し、上記外管の各フィンと上記第１の内管とで形
   成された各冷媒流通路の一端部を上記絞り装置出口側に
   、他端部を上記圧縮機の吸入側に接続すると共に上記第
   ２の内管の一端部を上記循環ポンプに、他端部を上記槽
   内に連通させ、かつ上記内挿管の間隙部の一端部を、電
   磁弁を介して上記圧縮機の吐出側に、他端部を上記圧縮
   機の吸入側に接続し、更に上記冷凍回路の低圧側に低圧
   々力開閉器、または温度検出器を設け、上記低圧々力開
   閉器、または上記温度検出器の検出値に基づき上記電磁
   弁を開閉制御することを特徴とする氷蓄熱装置。