JPH04332363A - 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、循環路途中で過
冷却状態の解消を可能にするための技術に関する。

【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】過冷却状態は一種の準安定状態であるから
安定な状態に移りやすく、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】また、上記装置では、熱交換器から循環路
をでるまで過冷却状態を維持させる必要があるので、循
環路途中の思わぬところで過冷却状態が解消して管壁に
着氷層ができ、着氷層が厚くなると管路を閉塞してしま
うおそれがあり、過冷却解消制御を安定して行うことが
できないという問題があった。

【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、循環路途中で積極的に蓄冷材（Ｗ）
の過冷却状態を解消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、本発明が講じた手段は、循環路と途中に過冷却解消
部を設け、過冷却解消部として、蓄冷材中にキャビテー
ションを発生させると共に、生じたキャビテーション気
泡（キャビティ）が崩壊するときの圧力変動を利用して
過冷却状態を解消するキャビテーション発生部を設けた
ものである。

【００１２】具体的には、請求項１に係る発明の解決手
段は、図１（実線部分のみ）に示すように、氷蓄熱装置
として、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）中にキャビテーションを発生し、キャビティを崩壊
させて蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消させるためのキ
ャビテーション発生部（７）とを設けた構成としている
。

【００１３】請求項２に係る発明の解決手段は、図１（
破線部分を含む）に示すように、請求項１に係る発明に
加えて、冷却手段（３）の下流側の循環路（４）に設け
られ、キャビテーション発生部（７）における蓄冷材（
Ｗ）の流れを減圧するための流速増大部材（６）を設け
た構成としている。

【００１４】請求項３に係る発明の解決手段は、図３（
実線部分のみ）に示すように、請求項１または２に係る
発明に加えて、冷却手段（３）とキャビテーション発生
部（７）との間に設けられ、蓄冷材（Ｗ）中に微細気泡
を流入させるための気泡供給部（９）を設けた構成とし
ている。

【００１５】

【作用】以上の構成において、請求項１に係る発明によ
れば、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
冷却手段（３）が蓄冷材（Ｗ）を過冷却している。そし
て、過冷却された蓄冷材（Ｗ）がキャビテーション発生
部（７）に流入すると、キャビテーション発生部（７）
が液状の蓄冷材（Ｗ）中にキャビティを発生させる。発
生したキャビティはキャビテーション発生部（７）の下
流側の復管路（４Ｂ）に流通し、キャビテーションによ
る減圧状態からもとの静圧に戻った蓄冷材（Ｗ）中で崩
壊する。キャビティが崩壊するとき高圧が発生し、この
ときの圧力変動によって過冷却状態が解消する。

【００１６】請求項２に係る発明によれば、流速増大部
材（６）が、キャビテーション発生部（７）における蓄
冷材（Ｗ）の流速を増大する。蓄冷材（Ｗ）の流れのも
つ静圧頭のエネルギーの一部が速度頭のエネルギーに変
えられるために蓄冷材（Ｗ）の流れの静圧が低下する。 そのため、キャビテーション発生部（７）においてキャ
ビテーションが発生しやすくなる。

【００１７】請求項３に係る発明によれば、気泡供給部
（９）が、キャビテーション発生部（７）における蓄冷
材（Ｗ）中に微細気泡を流入する。微細気泡が液状の蓄
冷材（Ｗ）中にキャビティを生じさせる端緒となり、キ
ャビテーションが発生しやすくなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１９】図１に請求項１および２に係る発明の氷蓄
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。

【００２０】さらに、上記循環路（４）の復管路（４Ｂ
）において、熱交換器（３）の下流側には流速増大部材
としての絞り部（６）が設けられ、絞り部（６）内には
熱交換器（３）で過冷却された蓄冷材（Ｗ）の過冷却状
態を解消させるキャビテーション発生部（７）が設けら
れている。

【００２１】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
却する間接膨脹式のいずれであってもよい。蓄冷材（Ｗ
）には、水又は水溶液が用いられている。

【００２２】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（
８）が設けられている。冷房負荷（８）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。

【００２３】キャビテーション発生部（７）としては、
超音波発生器を用いる。

【００２４】また、絞り部（６）は、キャビテーション
発生部（７）における蓄冷材（Ｗ）の流速を増大させて
キャビテーションを発生しやすくするものである。絞り
部（６）は中間部分（６ａ）と中間部分（６ａ）の両端
に設けられたテーパー部（６ｂ），（６ｃ）とから構成
されている。キャビテーションを助長できる程度に流速
を増大するにはするためには絞り部（６）の管径をかな
り小さくする必要があり、復管路（４Ｂ）の１／５ない
し１／１０程度にすることが好ましい。また、絞り部（
６）の材料としては、キャビテーションによる壊食に耐
えるような素材を用いる。

【００２５】絞り部（６）の中間部分（６ａ）の両端に
テーパー部（６ｂ），（６ｃ）を設けたのは、管路の拡
大縮小による圧力損失の増加をできるだけ抑え、絞り部
（６）を設けたことによるポンプ（５）にかかる負荷を
少なくするためである。

【００２６】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。

【００２７】過冷却された蓄冷材（Ｗ）は復管路（４Ｂ
）を経て絞り部（６）に至る。蓄冷材（Ｗ）は上流側の
テーパー部（６ｂ）を通過して中間部分（６ａ）に流入
すると流速が増大する。そのため、蓄冷材（Ｗ）の流れ
のもつエネルギーは静圧頭の一部が速度頭に変えられ、
蓄冷材（Ｗ）の流れの静圧が減少する。そのため、キャ
ビテーション係数や気泡内圧係数が低下し、蓄冷材（Ｗ
）の流れはキャビテーションが発生しやすい条件となる
。

【００２８】このような条件の蓄冷材（Ｗ）に、キャビ
テーション発生部（７）が超音波を照射すると、一種の
圧力波である超音波が蓄冷材（Ｗ）の液部分を局所的に
さらに減圧し、キャビテーションの発生する限界圧力以
下にしてキャビテーションを引き起こす。キャビテーシ
ョンにより蓄冷材（Ｗ）中にキャビティが発生する。発
生したキャビティは下流側のテーパー部（６ｃ）を通過
して下流側の復管路（４Ｂ）に流通する。

【００２９】一方、絞り部（６）の下流側の復管路（４
Ｂ）における蓄冷材（Ｗ）の流れは、下流側のテーパー
部（６ｃ）によって管路が拡大されたことにより、もと
の静圧に回復し、キャビティが崩壊する。キャビティが
崩壊するときに高圧が発生し、このときの圧力変動によ
って過冷却状態が解消する。そして、氷化が始まりスラ
リー状の氷化物が生成される。

【００３０】いったん氷化が開始すると、生成した氷を
氷核として氷化が進行する。したがって、氷化が開始し
た後はキャビテーション発生部（７）の作動を停止する
。

【００３１】上記実施例においては、キャビテーション
発生部（７）によりキャビテーションを発生し、キャビ
ティの崩壊の際の大きな圧力変動で過冷却状態を解消す
るので、過冷却状態を確実に解消でき、氷の生成を容易
に制御することができる。

【００３２】また、絞り部（６）により、キャビテーシ
ョン発生部（７）における蓄冷材（Ｗ）の流速を増大さ
せてキャビテーションを発生しやすくしているので、過
冷却状態をより確実に解消することができる。

【００３３】なお、上記実施例では、キャビテーション
発生部（７）が絞り部（６）に配置されているため、キ
ャビテーション発生部（７）が過冷却状態を解消するこ
とによって生成された氷の粒子が中間部分（６ａ）、さ
らには中間部分（６ａ）の上下流側のテーパー部（６ｂ
），（６ｃ）の管壁に付着し、管路を閉塞することが予
想される。しかしながら、中間部分（６ａ）ではキャビ
テーションを促進できるぐらいに蓄冷材（Ｗ）の流速が
大きい。したがって、蓄冷材（Ｗ）のもつ大きな速度頭
のエネルギーによって氷の粒子を吹き飛ばすことができ
るので、絞り部（６）が氷で閉塞するおそれはない。

【００３４】次に、図３に、微小気泡を流入することに
よりキャビテーションの発生を促進する実施例を示す。 図中において、絞り部（６）の近傍の上流側に気泡供給
部（９）が設けられている。他の構成は図１の実施例と
同一である。気泡供給部（９）は、キャビテーション発
生部（７）における蓄冷材（Ｗ）中に粒径１ｍｍ程度の
微細気泡を流入させるものである。流入された微細気泡
は液状の蓄冷材（Ｗ）中にキャビティを生じさせる端緒
となり、キャビテーションの発生を促進することができ
る。したがって、過冷却状態をより確実に解消すること
ができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の構成により、請求項１に係る発明
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、キャビテーション発生部により
キャビテーションを発生し、キャビティの崩壊の際の大
きな圧力変動で過冷却状態を解消する。したがって、過
冷却状態を確実に解消でき、準安定状態から安定な状態
に移りやすいという過冷却状態にある時間を少なくする
ことができることから、氷生成の制御を正確に行うこと
ができる。

【００３６】以上のことから、過冷却解消部において過
冷却状態が解消されず、下流の循環路において過冷却状
態の解消がおこり管路を閉塞するという事態をなくすこ
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。

【００３７】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
。

【００３８】また、請求項２に係る発明の流速増大部材
はキャビテーション発生部における蓄冷材の流速を増大
させることにより、また、請求項３に係る発明の気泡供
給部は微小気泡を流入することにより、キャビテーショ
ンを発生しやすくしているので、過冷却状態をより確実
に解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１および２に係る発明の実施例を示し、
氷蓄熱装置の構成を示す回路図である。

【図２】絞り部の構成を示す断面図である。

【図３】請求項３に係る発明の実施例を示し、氷蓄熱装
置の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

２　　　　蓄氷槽 ３　　　　冷却手段 ４　　　　循環路 ６　　　　絞り部 （流速増大部） ７　　　　キャビテーション発生部 ９　　　　気泡供給部 Ｗ　　　　蓄冷材

Claims (3)

【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）中にキャビテーションを発生し、キャビテ
   ィを崩壊させて蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消させる
   ためのキャビテーション発生部（７）とを備えたことを
   特徴とする氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】　　冷却手段（３）の下流側の循環路（４
   ）に設けられ、キャビテーション発生部（７）における
   蓄冷材（Ｗ）の流れを減圧するための流速増大部材（６
   ）を設けたことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置
   。
3. 【請求項３】　　冷却手段（３）とキャビテーション発
   生部（７）との間に設けられ、蓄冷材（Ｗ）中に微細気
   泡を流入させるための気泡供給部（９）を備えたことを
   特徴とする請求項１または２記載の氷蓄熱装置。