JPH0615242Y2 - 空調用氷蓄熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，冷房用の冷熱源を氷の潜熱の形態で蓄えるよ
うにした空調用氷蓄熱装置に関する。

〔従来の技術〕

空調用蓄熱水槽に氷を蓄えることによって冷熱を潜熱の
形態で蓄熱するいわゆる氷蓄熱方式には製氷法の相違に
より蓄える氷の形態がソリッド状（氷塊状）のものとリ
キッド状（微細な氷が水に懸濁した状態）のものがあ
る。両者の方式にはそれぞれ得失があるが，後者のいわ
ゆるシャーベット状の氷−水スラリーを蓄熱水槽に蓄え
る方式として，出願人は既に特願昭62-47770号，特願昭
62-62681号，特願昭62-102994号，特願昭62-228800号，
特願昭62-245930号等において，零度℃以下に冷却され
た過冷却水を連続流れとして製造し，この連続流れの過
冷却水の過冷却状態を瞬時に解除することによって微細
な氷が分散した蓄熱に適したリキッドアイスを製造する
発明を提案した。

特開昭62-147271号公報は冷却用伝熱面の水の流速が所
定以上となるように流動状態を保って冷却すると過冷却
水が得られると教示している。

〔考案が解決しようとする問題点〕

過冷却水を連続して作り，この過冷却水の連続流れから
微細な氷を析出させようとする場合に，冷却器からの過
冷却水の出口を蓄熱水槽の水面より上方に位置させ，こ
の出口から該水面に落水させる方式が最も簡便である
が，この場合には，該出口まで氷が成長してしまうと言
う問題がある。

すなわち，該出口の水面からの高さはあまり高くする
と，つまり過冷却水の大気中の落水高さをあまり高くす
ると，大気中での滞留時間が長くなって大気に逃げる冷
熱の量が多くなるので，出来るだけ水面近くに設けるこ
とが有益となるが，この場合にその落水路自身が氷って
しまうという現象が生ずる。

これは，蓄熱水槽の水面に存在する氷並びに落水の衝撃
エネルギーが落水中の過冷却水の過冷却状態を解除させ
る引き金となって氷が成長し，水面に氷が浮遊した状態
では，この氷の成長の方向が連続的に供給される落水路
をさかのぼる方向となるからである。そして，やがて過
冷却水の出口まで氷が成長し，その出口を氷が塞いでし
まい，管路の凍結が発生する。管路の凍結は過冷却水を
連続的に製造する場合の最も気を付けねばならない問題
である。本考案はこの問題の解決を目的としたものであ
る。

〔問題点を解決する手段〕

前記の目的を達成せんとする本考案の要旨とするところ
は，水冷却器に水を連続的に通水して零時℃以下の過冷
却水を連続的に取り出すようにした過冷却水製造装置
を，空調用熱源水を蓄える蓄熱水槽の槽外に設置し，蓄
熱水槽内の水の一部を該水冷却器に連続的に通水する水
供給経路を設けると共にこの水冷却器からの過冷却水吐
出口を該蓄熱水槽の水面より上方に位置せしめた空調用
氷蓄熱装置において，該過冷却水吐出口から大気中に吐
出する過冷却水流に対しこれを斜めに遮るように一次邪
魔板を配置し，この一次邪魔板に衝突したあとの流体を
受ける位置に傾斜樋を配置し，該一次邪魔板および傾斜
樋を経て蓄熱水槽に過冷却状態が解除された流体を供給
するようにしたことを特徴とする。

すなわち本考案においては，過冷却水の落水路におい
て，一次邪魔板と傾斜樋とからなる過冷却状態解除構造
によって水冷却器から吐出する過冷却水流の運動エネル
ギーと位置エネルギーとを利用しながら過冷却状態を完
全に解除させ，且つ該一次邪魔板および傾斜樋に所定の
傾斜を持たせることによってそこで発生した氷をその解
除位置から連続的に流し出し，落水過程で氷塊に成長し
たり一次邪魔板および傾斜樋にこびりつくのを防止する
ものである。本考案の構造では非常に簡単な機器構成の
もとで過冷却状態が完全に解除された流体（氷と水との
混合スラリー）を蓄熱水槽の水面上に供給することがで
き，落水路の氷結に基づく前述の問題が解決され過冷却
水製造装置の安定な運転ができる。

〔実施例〕

第１図は，本考案の空調用氷蓄熱装置の全体を示す実施
例であり，１は蓄熱水槽，２は空調負荷を処理するため
の負荷機器群（通常は水対空気熱交換器からなる）であ
り，蓄熱水槽内の水は負荷機器群２に循環ポンプ３によ
って循環される。本考案では特に冷房シーズンにおいて
蓄熱水槽１内にシャーベット状の氷を蓄えることによっ
て大量の冷熱を蓄えるようにしたものであり，この製氷
は例えば夜間電力を利用して行なう。本考案に従う製氷
装置は蓄熱水槽１の槽外に設置された水冷却器４と，こ
の水冷却器４からの過冷却水の吐出流を遮る位置に設置
された一次邪魔板５と，この一次邪魔板５に衝突した流
体を受ける位置に設置された傾斜樋６とからなってお
り，水冷却器４には循環ポンプ３によって蓄熱水槽１内
の水の一部が水供給経路７を経て連続供給され，ここで
零度℃以下に冷却された過冷却水の連続流れが製造され
る。この過冷却水の連続流れは，蓄熱水槽の水面より上
方に位置する管路出口８から大気中に吐出され，この過
冷却水の落水過程に一次邪魔板５と傾斜樋６が設置され
る。

水冷却器４としては，例えば多数本の伝熱管９の内側に
水を通水するようにしたシエルアンドチューブ型熱交換
器を使用することができる。すなわち，シエル10内を仕
切り板11,12で仕切って冷却室13を構成し，この冷却室1
3内に多数本の伝熱管９を貫通させ，この伝熱管９内に
通水すると共に管外の冷却室13に冷媒を供給して管内を
連続通水する水を零度℃以下に冷却する。そのさい，冷
却室13をヒートポンプの蒸発器として機能させるように
冷凍サイクルを構成する。すなわち，圧縮機14，凝縮器
15，膨張弁16および該冷却室13の蒸発器との間を冷媒配
管し，冷却室13で蒸発する冷媒の圧を一定に維持するこ
とによって，各伝熱管９を零度℃以下の一定の温度に冷
却することができる。なお，このような冷凍サイクルに
代えて冷却室13内に冷凍機から所定温度のブラインを供
給する構成としてもよい。

本考案者らは，先に特願昭62-271922号において，水と
接触する管壁温度が−5.８℃以下とはならない温度（た
だし零度℃以下）に伝熱管９を冷却すれば，水流のレイ
ノルズ数（つまり流速や管径），冷却される前の水温，
冷却後の水温等とは無関係に過冷却水が連続的に製造で
きることを明らかにした。したがって，本考案において
も，冷却器４における伝熱管９の内壁温度がどの地点で
も−5.８℃以下とはならない温度（ただし零度℃以下）
に制御する。このようにして，水冷却器４内の伝熱管９
では凍結を起こすことなく各伝熱管の吐出口８から過冷
却水が連続流れとして取り出され，本考案においては，
この過冷却水の吐出および落下経路に一次邪魔板５およ
び傾斜樋６からなる過冷却状態解除機構を設けることに
よって伝熱管９の吐出口８にまで氷がさかのぼって成長
するのを防止すると共に蓄熱水槽１には完全に過冷却状
態が解除された微細氷と水との混合流体を連続供給する
ようにしたものである。

第１図の実施例では水冷却器４は各伝熱管９をほぼ水平
方向に向けた横型のものが使用され，吐出口８から過冷
却水が水平方向に比較的大きな流速をもって吐出される
例を示しているが，この場合，一次邪魔板５は過冷却水
の吐出流17の水平方向のベクトルを遮るように傾斜させ
て（一次邪魔板５の下面側に吐出流17が衝突するように
傾斜させて）配置されている。またこの一次邪魔板５に
衝突した流体が吐出口８側に飛び散るのを防止するため
に防護壁18が設けてある。すなわち，防護壁18の開口19
を通過したあと過冷却水の吐出流17が一次邪魔板５に衝
突する構成とし，この衝突によって過冷却状態が解除さ
れつつ飛び散る飛沫を防護壁18が受け止める。この防護
壁18と一次邪魔板５とを同じ向きの傾斜を持たせること
によって防護壁18の上面で飛沫を受け止めることがで
き，この上面に受け止められた飛沫はそのその傾斜によ
ってその面を流れながら下方に流下する。また一次邪魔
板５に衝突したあとの本流もこの防護壁18に当たるよう
にしておけば，一次邪魔板５に衝突したあと防護壁18に
も衝突するという二段衝突によって過冷却状態の解除が
一層良好になる。一次邪魔板５の下面に衝突し，さらに
防護壁18の上面に衝突した流体は，その全てが傾斜樋６
の上流側に受け止められる。

傾斜樋６は，下端に注ぎ口20を有する単純構造の樋であ
り，注ぎ口20は蓄熱水槽１の水面の上に向かわしてあ
る。また注ぎ口20の近くには若干の溜部21が形成されて
おり，この傾斜樋６内において若干の滞留時間が持てる
ようにしてある。一次邪魔板５からこの傾斜樋６に流体
を落下させることによってその衝突によってさらに過冷
却状態が解除され，この傾斜樋６内を流れる流体のうち
の水は過冷却水ではなくなっている。これをより完全に
するために，傾斜樋６に振動付与手段例えば超音波発振
素子22を固設しておくとよい。

第２図は水冷却器４における各伝熱管９の吐出口８から
流速が比較的遅い過冷却水を流出させる場合に好適な本
考案の装置を示したもので，一次邪魔板５の上面側で過
冷却水の水流17を受け止めるように一次邪魔板５を傾斜
して設置し，防護壁18はその下面で飛沫を受け止めるよ
うにした以外は，第１図と同様の構造を有するものであ
る。第１図の例では過冷却水流のもつ水平方向のベクト
ルを一次邪魔板５で遮るのに対し，第２図の例では過冷
却水の位置エネルギーを多く利用して一次邪魔板５に衝
突させる点で違いはあるが，いずれの場合にも衝突位置
では流体がその位置に止まることがないような傾斜を持
たせてあるので，連続的に傾斜樋６に向かって流れ落
ち，その連続流れの中に過冷却水が残留することがあっ
ても傾斜樋６において完全に過冷却状態が解除される。
また傾斜樋６においても流体がその位置に止まることが
ないような傾斜を持たせてある。以上の構成により傾斜
樋６の注ぎ口20からは過冷却水の存在しない氷−水スラ
リーが蓄熱水槽１に連続的に供給される。

〔効果〕

本考案によると，水冷却器４から取り出される過冷却水
の連続流れを蓄熱水槽１の水面に供給する間に，一次邪
魔板５と傾斜樋６を介装させたから，過冷却水流のもつ
吐出エネルギーと位置エネルギーを利用して過冷却状態
を完全に解除することができる。また，流体を受け止め
る位置で流体が留まることがないように且つ連続した流
れとなって流れ落ちるように，一次邪魔板５と傾斜樋６
に傾斜を持たせたから一次邪魔板５と傾斜樋６内で氷が
こびりつくような現象が防止される。かくして本考案装
置では過冷却状態が解除された流体は次々に下方に流下
して行くようにして或る位置に留まるたり氷塊に成長し
たりするような滞留を防止しながら連続的に過冷却状態
を解除するものであるから，過冷却水流から氷が析出し
て過冷却水の吐出口17の方向に逆に成長して行くような
現象が防止され，既述の問題点が解決され，伝熱管９の
吐出口８付近が凍結することが防止されるので過冷却水
の連続製造が安全に行なえる。

また本考案装置における過冷却状態解除機構は極めて単
純構造の一次邪魔板５と傾斜樋６とから構成されるので
安価であると共にその取り扱いが容易であり，装置状況
に応じて大きさや傾斜などは適宜調整ができるという実
用性を兼ね備えている。

本考案装置によると，過冷却状態の連続的且つ瞬間的な
解除によって，生成する氷は蓄熱にとって好適な微細な
シャーベット状となる。そして，この過冷却状態の完全
な解除によって蓄熱水槽１内には過冷却水が存在しなく
なるので，蓄熱水槽１内の水をポンプによって負荷側や
水冷却器側に循環させても配管内で氷が析出して凍結す
ることが防止でき，過冷却状態解除側における前記の出
口閉塞の凍結の防止と共に，過冷却水の連続製造の場合
のトラブルとなる凍結を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の空調用氷蓄熱装置の実施例を示す機器
配置系統図，第２図は本考案の空調用氷蓄熱装置の他の
実施例を示す機器配置系統図である。 １……蓄熱水槽，２……空調負荷を処理するための負荷
機器群，３……循環ポンプ，４……水冷却器，５……一
次邪魔板，６……傾斜樋，７……水供給経路，８……過
冷却水の吐出口，９……伝熱管，13……冷却室，18……
防護壁，22……超音波発振素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】水冷却器に水を連続的に通水して零度℃以
   下の過冷却水を連続的に取り出すようにした過冷却水製
   造装置を，空調用熱源水を蓄える蓄熱水槽の槽外に設置
   し， 蓄熱水槽内の水の一部を該水冷却器に連続的に通水する
   水供給経路を設けると共に，この水冷却器からの過冷却
   水吐出口を該蓄熱水槽の水面より上方に位置せしめ， 該過冷却水吐出口から大気中に吐出する過冷却水流に対
   しこれを斜めに遮るように一次邪魔板を配置し， この一次邪魔板に衝突したあとの流体を受ける位置に傾
   斜樋を配置し， 該一次邪魔板および傾斜樋を経て蓄熱水槽に過冷却状態
   が解除された流体を供給するようにした空調用氷蓄熱装
   置。