JPH055541A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高層建物内の冷房用空気調和として夜間の割
安な電力を使用して氷蓄熱槽にシャーベット状の氷を生
成して蓄熱し、これを昼間に熱交換して冷房用に利用す
る氷蓄熱装置に係り、蓄熱冷媒液を冷凍機によって熱交
換し、この蓄熱冷媒液で水をシヤーベット状にして蓄熱
し、昼間、上記各部屋を冷房して熱の交換効率の向上を
図ると共に、氷蓄熱水槽を小型軽量化したものである。 【構成】 本発明は、地下室又は屋上等の空間に冷水及
び比重の重い蓄熱冷媒液を貯溜する氷蓄熱水槽を設け、
この氷蓄熱水槽の冷水を上記建物の各部屋へ供給する循
環給水系を備えた空気調和装置において、上記地下室１
ａ又は屋上等の空間に冷凍機１８を設置し、この冷凍機
１８の吸込み側１８ａに蓄熱冷媒液の吸込み口１９ａを
有する供給管１９を上記氷蓄熱水槽１０へ連通するよう
に配設し、上記供給管１９に順に汲上げポンプ２１及び
水液分離装置２２を設け、上記冷凍機１８の蒸発器１８
ｂに接続された吐出管２３を上記氷蓄熱水槽１０へ接続
し、この吐出管２３の端部に噴射ノズル２４を付設した
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、高層建物内の
冷房用空気調和として夜間の割安な電力を使用して氷蓄
熱槽にシャーベット状の氷を生成して蓄熱し、これを昼
間に熱交換して室内の冷房用に利用する氷蓄熱装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近、工業プラントや高層建物等におけ
る空調システムには、夜間の割安な電力を使用してヒー
トポンプを用いて冷水や温水を生成して蓄熱し、これを
主に昼間の空調負荷に使用する蓄熱型の空調システムが
提案されている。

【０００３】又一方、シャーベット状態の氷を製造する
過冷却方式の製氷手段が既に提案されている（例えば、
特開平１−９０９７３号、実開平１−８８２３５号、実
開平１−１１２３４５号、実開平１−１２５９４０号、
実開平２−２５５号）。

【０００４】即ち、上記シャーベット状態の氷を製造す
る過冷却手段は、シェルアンドチューブの熱交換器のシ
ェル側に冷凍機で冷却された媒体（不凍液）を流し、チ
ューブ内に水を流し、この水を過冷却状態で冷却する。
この過冷却状態の水は、熱交換器から流出した後に衝撃
を与えられ一部（２〜３％程度）が氷となる。このため
に形成される氷は、微細なシャーべット状態となる。
又、直接に水槽内から水を汲上げ氷を水槽内に形成する
ことができるため、氷を溶かして冷水を製造する際にも
使い勝手の良い条件で使用できるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たシャーベット状態の氷を製造する過冷却手段は、循環
する水の約３％程度しか氷に変換できないために、多く
のポンプ動力を必要としたり、熱交換器での流量の設定
制御に微妙な調整を必要としたり、水質の確保が困難で
ある等の問題がある。

【０００６】又一方、非水溶性でしかも比重が１より大
きい不凍液をタンク内に水と一緒に貯溜し、この非水溶
性の不凍液を熱交換器により冷却し０℃以下とし、この
低温の非水溶性不凍液内に水を噴出し、水の一部を氷に
変えるようにしたものが既に提案されている（例えば、
特開平１−２４４２２５号、実開平１−１４４７２１
号）けれども、上述した非水溶性の不凍液を熱交換器に
より冷却する冷却手段は、蓄熱水槽の下部に非水溶性の
不凍液による貯溜槽を設け、この貯溜槽内に熱交換器を
設置し、冷凍機からの媒体により間接的に冷却するた
め、熱の交換効率が低下し、非水溶性の不凍液中を熱交
換しつつ浮上する水の流れが有効に冷却されず、大量の
非水溶性の不凍液を使用しなければならず、安価に提供
することが困難であるばかりでなく、熱交換器を介して
非水溶性の不凍液を間接的に冷却するので、冷凍機の媒
体温度差を効率よく得られない等の問題がある。

【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、建物の地下室や屋上あるいは近接する屋
外等に冷水及び比重の重い蓄熱冷媒液を一緒に貯溜する
氷蓄熱水槽を設け、この氷蓄熱水槽の冷水を上記建物の
各部屋へ強制的に循環供給する循環給水系を備えた空気
調和装置において、夜間の割安な電力を使用して蓄熱冷
媒液のみを冷凍機によって熱交換し、その冷煤液を水中
に噴出し水と直接熱交換させて水をシヤーベット状にし
て蓄熱し、昼間は上記建物の各部屋に冷水を循環し各部
屋を冷房して高温となった還流水をシャーベット状の氷
と混合し、これを融かし、熱の交換効率の向上を図ると
共に、氷蓄熱水槽を小型軽量化した氷蓄熱装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、建物の地下室
又は屋上等の空間に冷水及び比重の重い蓄熱冷媒液を貯
溜する氷蓄熱水槽を設け、この氷蓄熱水槽の冷水を上記
建物の各部屋へ強制的に循環供給する循環給水系を備え
た空気調和装置において、上記空間に冷凍機を設置し、
この冷凍機の吸込み側に蓄熱冷媒液の吸込み口を有する
供給管を上記氷蓄熱水槽へ連通するように配設し、この
供給管に順に汲上げポンプ及び水液分離装置を設け、上
記冷凍機の蒸発器に連結された吐出管を上記氷蓄熱水槽
へ接続し、この吐出管の端部に噴射ノズルを付設したも
のである。

【０００９】

【作用】本発明は、夜間、割安な電力を使用して水と蓄
熱冷媒液を上記供給管を通して汲上げポンプで汲上げ、
これを水液分離装置で蓄熱冷媒液のみに分離し、この蓄
熱冷媒液を冷凍機によって熱交換して冷却し、この冷却
した蓄熱冷媒液を吐出管の噴射ノズルから氷蓄熱水槽へ
噴射して蓄熱冷媒液と水との熱交換を行い、水の一部を
シヤーベット状にして蓄熱し、昼間、上記建物の各部屋
を冷房して高温となった冷水とシヤーベット状の氷を混
合させ熱の交換効率の向上を図ると共に、氷蓄熱水槽を
小型軽量化したものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示のー実施例について説明
する。

【００１１】図１乃至図６において、符号１は、高層建
物であって、この高層建物１の各階層の各部屋２には、
各収納室３が各仕切板４で区分して形成されており、こ
の各収納室３には、各冷却用ファン５を備えた各室内熱
交換器６が設置さている。又、この各室内熱交換器６に
は、冷風の各吹出し口７ａを有する各冷風供給管７が連
結されており、この各冷風供給管７は上記各部屋２の天
井側に沿って設けられている。さらに、上記各収納室３
の近傍の上記高層建物１には、貫通空孔８が垂直方向に
穿設されており、この貫通空孔８には、冷水の供給管９
ａと戻り管９ｂが配管されており、この供給管９ａと戻
り管９ｂは上記各室内熱交換器６に接続されており、こ
の各室内熱交換器６は供給管９ａからの冷水を各冷却用
ファン５によって熱交換して冷却空気を生成し、この冷
却空気を各冷風供給管７を通して上記各部屋２へ供給し
て室内を冷房すると共に、他方、熱交換した冷水は上記
戻り管９ｂを通して後述する氷蓄熱水槽１０へ還流する
ようになっている。

【００１２】一方、図１および図２に示されるように、
上記高層建物１の地下室１ａには、氷蓄熱水槽１０が連
通孔を有する複数の仕切板１１で区分して形成されてお
り、この氷蓄熱水槽１０の底部と内側面及び上記仕切板
１１には、断熱材１２が貼設されている。又、上記氷蓄
熱水槽１０には、商用の水道管１３が開閉弁を介して連
結されており、この水道管１３は共同溝１４を通して配
管されている。

【００１３】他方、上記氷蓄熱水槽１０内には、冷水Ｗ
及び比重の重い蓄熱冷媒液Ｗａが混合して貯溜されてお
り、この比重の重い蓄熱冷媒液Ｗａは、例えば、商品
名、フロリナートのような非水溶性不凍液を使用してお
り、この比重の重い蓄熱冷媒液Ｗａは、上記氷蓄熱水槽
１０内では、通常、図２や図３に示されるように、氷蓄
熱水槽１０の底部に沈殿している。又、この氷蓄熱水槽
１０の傾斜した底部の中程には、溜り部１０ａが凹部を
形成して設けられており、この溜り部１０ａには、比重
の重い蓄熱冷媒液Ｗａが自重で溜るように形成されてい
る。さらに、上記高層建物１の地下室１ａの上部には、
扁平な基板１５が上記氷蓄熱水槽１０を覆うようにして
水平に設けられており、この基板１５上には、冷温水供
給系を構成するポンプ１６及びヒートポンプ１７が上記
供給管９ａと戻り管９ｂへ切換え弁を介して連結されて
いる。さらに又、上記基板１５には、冷凍機１８が設置
されており、この冷凍機１８の吸込み側１８ａには、蓄
熱冷媒液の吸込み口１９ａを有する供給管１９が上記氷
蓄熱水槽１０の溜り部１０ａへ連通するように配設され
ている。又、この供給管１９には、ストレーナ２０、汲
上げポンプ２１及び水液分離装置２２が順に接続して設
けられており、上記冷凍機１８の蒸発器１８ｂには、吐
出管２３が上記氷蓄熱水槽１０へ浸して接続されてお
り、この吐出管２３の端部には、複数の噴射ノズル２４
が上方へ一定の傾斜角度（約３０〜９０度）をもって上
記水と積極的に熱交換するように付設されている。さら
に、図４に示されるように、上記各噴射ノズル２４は管
状をなす断熱チューブ２４ａの先端部に熱伝導率の小さ
い合成樹脂材による噴射口２４ｂ及びヒータ２４ｃを設
けたものであり、上記各噴射ノズル２４は冷却機１８で
冷却された蓄熱冷媒液Ｗａにより周囲の水がノズル２４
の先端部を凍結させないようにしている。さらに又、図
１や図２に示されるように、上記冷却機１８には、上記
高層建物１の屋上の冷却塔としての屋外熱交換器２５が
連通管２６を通して接続されており、この屋外熱交換器
２５は上記氷蓄熱水槽１０から汲み上げられた熱を大気
に放出している。又、上記冷凍機１８の近傍の基板１５
には、図１に示されるように、運転管理装置としての空
気調和制御装置２８が設置されており、この空気調和制
御装置２８は上記高層建物１内の空気調和を運転管理す
るようになっている。さらに、図２に示されるように、
上記供給管９ａの下端部には、氷蓄熱水槽１０内の冷水
の吸込口２９ａを有する冷水供給管２９が開閉弁（図示
されず）を介して連結されており、上記戻り管９ｂの下
端部には、氷蓄熱水槽１０内の冷水の還流管３０が接続
されている。

【００１４】又一方、図５に示されるように、上記氷蓄
熱水槽１０の両側壁には、例えば、レーザ光源３１ａと
フォトマルチメータ３１ｂとによる光センサ３１が付設
されており、この光センサ３１は上記空気調和制御装置
２８へケーブルを介して連結されている。

【００１５】従って、この光センサ３１は上記氷蓄熱水
槽１０のシャーベット状の冷水Ｗｂの生成状態を検出し
て、この検出信号を上記空気調和制御装置２８へケーブ
ルを介して送信して冷凍機１８の運転制御をするように
なっている。

【００１６】他方、上記水液分離装置２２は図６に示さ
れるように構成されている。

【００１７】即ち、上記水液分離装置２２のタンク２２
ａには、流入口２２ｂが上記吸込みポンプ２１へ連通管
を通して連結されており、この流入口２２ｂよりも高い
位置の上記タンク２２ａには、吐出口２２ｃが付設され
ている。又、この吐出口２２ｃよりも上位のタンク２２
ａには、上下一対の電気抵抗センサ３２ａ、３２ｂが設
けられており、この電気抵抗センサ３２ａ、３２ｂは冷
水Ｗと蓄熱冷媒液Ｗａとの電気抵抗の差を利用して、こ
の両者の境界位置を検出し、この検出信号を上記空気調
和制御装置２８へケーブルを介して送信し、空気調和制
御装置２８は上記タンク２２ａの排水管２２ｄに付設さ
れた電磁開閉弁２２ｅを開閉して冷水Ｗを排出し、タン
ク２２ａ内の冷水Ｗと蓄熱冷媒液Ｗａを分離するように
なっている。

【００１８】つまり、上記水液分離装置２２のタンク２
２ａ内に水が分離して蓄積されると、上記電気抵抗セン
サ３２ａ、３２ｂがこれを検出して、検出信号を上記空
気調和制御装置２７へケーブルを介して送信し、空気調
和制御装置２８が上記電磁開閉弁２２ｅを開弁して上記
タンク２２ａ内の水を新たに流入する蓄熱冷媒液Ｗａの
圧力で上記水排出管２２ｄから排出する。このとき、冷
水Ｗと蓄熱冷媒液Ｗａとの境界面が上昇して上記電気抵
抗センサ３２ａ、３２ｂが基準境界面を検出して、検出
信号を上記空気調和制御装置２８へ送信し、この空気調
和制御装置２８が上記電磁開閉弁２２ｅを閉弁して自動
的に水位を制御するようになっている。

【００１９】以下、本発明の作用について説明する。

【００２０】従って、図２や図３に示されるように、夜
間、割安な電力を使用して上記汲上げポンプ２１を駆動
して僅かに混合している冷水Ｗと蓄熱冷媒液Ｗａを上記
供給管１９を通して汲上げ、これを水液分離装置２２で
冷水Ｗと蓄熱冷媒液Ｗａに分離して冷水を排水管２２ｄ
（図６参照）を通して還流すると共に、この蓄熱冷媒液
Ｗａを冷凍機１８の室外熱交換器２５や蒸発器１８ｂに
よって熱交換して冷却し、この冷却した蓄熱冷媒液Ｗａ
を吐出管２３を通して各噴射ノズル２４から氷蓄熱水槽
１０の水の中へ噴射して蓄熱冷媒液Ｗａを水と熱交換し
て冷水Ｗを生成する。そして、この冷水Ｗは冷却が進展
するとシヤーベット状の氷Ｗｂとなり蓄熱状態となる。

【００２１】次に、昼間、上記高層建物１の各部屋２を
冷房するときには、ポンプ１６を駆動して上記氷蓄熱水
槽１０内の冷水Ｗを冷水供給管２９の吸込口２９ａから
開閉弁（図示されず）を介して上記供給管９ａを通して
上記各室内熱交換器６へ供給して空気と熱交換して冷気
を生成し、この冷気を上記各冷風供給管７の各吹出し口
７ａから各部屋２へ送風して冷房する。

【００２２】他方、熱交換した冷水Ｗは、上記戻り管９
ｂや還流管３０を通して上記氷蓄熱水槽１０へ還流する
ようにしている。

【００２３】特に、本発明は冷水Ｗより比重の重い蓄熱
冷媒液Ｗａを使用しているため、上記各噴射ノズル２４
から噴射して水と直接熱交換して冷水を生成した後、上
記氷蓄熱水槽１０の溜り部１０ａに自重で集積するか
ら、冷水Ｗａと蓄熱冷媒液Ｗａとは常に分離された状態
になり、かつ、溜り部１０ａに戻る蓄熱冷煤液Ｗａはほ
ぼＷと同じ温度とする為、冷凍機１８の運転効率の向上
を図っていることである。

【００２４】次に、図７は、本発明の他の実施例であっ
て、ビルの屋上に氷蓄熱水槽１０と冷凍機１８をユニッ
ト型として一体化し、同一レベルに設置したものであ
る。即ち、上記氷蓄熱水槽１０は、冷房負荷のさほど大
きくない場合は冷水蓄熱槽として使用される。なお、製
氷原理は、第１の実施例と同一である。つまり、この実
施例は、ビルの空調床面積に応じ、氷蓄熱槽１０及び冷
凍機１８の容量を変更させ、中小ビル等の空気調和に対
応することが可能である。また、前述したビル地下室の
空間を使用する場合と異なり、比較的に氷蓄熱水槽１０
の寸法決定には、自由度が高く、顧客の要望に対応する
ことが容易である等の効果を有する。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、地下
室又は屋上等の空間に冷凍機を設置し、この冷凍機の吸
込み側に蓄熱冷媒液の吸込み口を有する供給管を上記氷
蓄熱水槽へ連通するように配設し、この供給管に順に汲
上げポンプ及び水液分離装置を設け、上記冷凍機の蒸発
器に連結された吐出管を上記氷蓄熱水槽へ接続し、この
吐出管の端部に噴射ノズルを付設してあるので、夜間の
割安な電力を使用して蓄熱冷媒液のみを冷凍機によって
熱交換して水をシヤーベット状にして蓄熱し、昼間は上
記建物の各部屋を冷房して熱の交換効率の向上を図るこ
とができるばかりでなく、氷を用いる事により蓄熱水槽
を小型軽量化できると共に、水液分離装置で水を分離し
ているため、長時間の連続運転しても冷凍機内に水が流
入しないから、水分の凍結による機能低下もない等の優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の氷蓄熱装置を高層建物に設置した断面
図。

【図２】本発明の氷蓄熱装置の断面図。

【図３】本発明の氷蓄熱装置の要部を取出して示す拡大
断面図。

【図４】本発明の氷蓄熱装置に組込まれる噴射ノズルの
拡大断面図。

【図５】本発明の氷蓄熱装置に組込まれる光センサの取
付図。

【図６】本発明の氷蓄熱装置に組込まれる水液分離装置
の拡大断面図。

【図７】本発明の水蓄熱装置をビル屋上に設置した場合
の実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１ 高層建物 ２ 部屋 ６ 室内熱交換器 １０ 氷蓄熱装置 １１ 仕切板 １５ 基板 １８ 冷凍機 １９ 供給管 ２１ 汲上げポンプ ２２ 水液分離装置 ２３ 吐出管 ２４ 噴射ノズル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】建物の地下室又は屋上等の空間に冷水及び
   比重の重い蓄熱冷媒液を貯溜する氷蓄熱水槽を設け、こ
   の氷蓄熱水槽の冷水を上記建物の各部屋へ強制的に循環
   供給する循環給水系を備えた空気調和装置において、上
   記空間に設置された冷凍機と、この冷凍機の吸込み側に
   上記氷蓄熱水槽へ連通するように配設された蓄熱冷媒液
   の吸込み口を有する供給管と、この供給管に順に設けら
   れた汲上げポンプ及び水液分離装置と、上記冷凍機の蒸
   発器に連結され上記氷蓄熱水槽へ接続された吐出管と、
   この吐出管の端部に付設された噴射ノズルとを具備した
   ことを特徴とする氷蓄熱装置。