JPH06201163A

JPH06201163A - ダイナミック型氷蓄熱装置

Info

Publication number: JPH06201163A
Application number: JP1593A
Authority: JP
Inventors: Toshio Otaka; 敏男大高; Kazuo Saito; 和夫齊藤; Tsutomu Sakuma; 勉佐久間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-01-04
Publication date: 1994-07-19

Abstract

(57)【要約】【目的】氷蓄熱槽１内における製氷率を正確に把握で
きるようにする。【構成】密閉構造の氷蓄熱槽１内の製氷領域と充分深
い位置で連通する隔離槽１７を設け、隔離槽１７内と氷
蓄熱槽１の外部とを連通するパイプ１９を設け、製氷に
よって増加した体積がパイプ１９内の水位を上昇させ、
この上昇分に基づき製氷率を把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蓄熱媒体と蓄熱媒体
の凝固点以下でかつ蓄熱媒体に溶解しない液体との直接
接触により蓄熱媒体を凍結製氷させ、この製氷物の吸熱
作用を利用するダイナミック型氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】氷蓄熱装置を備えた空気調和システム
は、夏期の昼間に集中する冷房用電力需要の一部を夜間
にシフトし、電力の平準化を可能とするものである。つ
まり、割安な夜間電力を利用して蓄冷熱を行い、この蓄
冷熱を昼間の冷房に使用することによって、ユーザは低
ランニングコストによる空調が得られ、一方電力会社は
電力需要のピークシフトにより設備稼働率の向上が図ら
れる。

【０００３】氷蓄熱装置における氷の製氷方法は、大別
すると製氷用熱交換器上で着氷・解氷を行うスタティッ
ク型と、製氷用熱交換器上で着氷させないダイナミック
型がある。

【０００４】一般に、スタティック型は、構造が単純で
ある反面、氷の成長に伴って伝熱抵抗が増加するため、
製氷のための冷却温度を徐々に下げなければならず、効
率の低下を招くといった本質的な欠点があるのに対し、
ダイナミック型ではスタティック型に比較して冷媒の冷
却温度を高くすることができるため、冷凍機の成績係数
が良好となり、氷蓄熱槽内に熱交換器などを配置する必
要がなく、氷の充填率（ＩＰＦ：Ice Packing Factor）
も向上する。

【０００５】ダイナミック型にも種々の方式があるが、
そのーつに低温で比重が１以上の非水溶性液体（冷媒）
と水との直接接触により製氷する方式がある。これは、
蓄熱槽の底部に存在する非水溶性液体を０℃以下に冷却
して蓄熱槽内に配置されたノズルを介して水中に噴出さ
せるものである。この冷却された非水溶性液体の循環に
よって蓄熱槽内ではシャーベット状の氷（氷粒）が生成
され、この氷は浮力によって上昇し、蓄熱槽上部から貯
溜され、浮遊して存在することになる。そして、必要に
応じてこの氷の溶解時における吸熱作用を空調機の冷房
運転に利用する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、蓄熱槽内に
おける製氷率は、氷蓄熱システムの運転に大きく関わる
もので、蓄熱時、または蓄熱利用時において、蓄熱槽内
の製氷量を正確に把握できるようにした技術が強く要望
されている。

【０００７】しかしながら、上記のようなダイナミック
型氷蓄熱システムにおいては、生成されて浮遊するシャ
ーベット状の氷では、氷間の圧縮がほとんどなく、製氷
率を把握するために、直接製氷された氷の体積を計測す
ることは困難であった。また、生成されたシャーベット
状の氷は、蓄熱槽上部から貯溜され、水面上に突出して
浮遊するため、製氷により増加した体積分の水位の上昇
はなく、水位の上昇から製氷率の把握は不可能であっ
た。

【０００８】そこで、この発明は、蓄熱槽内における製
氷率を正確に把握できるようにすることを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、蓄熱媒体と、液温が蓄熱媒体
の凝固点以下で蓄熱媒体より比重が大きくかつ蓄熱媒体
に溶解しない液体とを密閉型の氷蓄熱槽に収納し、この
氷蓄熱槽の底部に一端が接続されて途中に冷却手段を備
えた液体回収配管の他端に、氷蓄熱槽内に前記液体を噴
出する噴出手段を設け、前記氷蓄熱槽の内部と外部とを
連通するパイプを、鉛直方向上方に向けて配置した構成
としてある。

【００１０】第２に、第１の構成において、噴出手段か
ら噴出する液体と氷蓄熱槽内の蓄熱媒体との接触により
氷が生成される製氷領域に氷蓄熱槽の下方部位で連通す
る隔離槽を氷蓄熱槽内に設け、前記隔離槽の内部と氷蓄
熱槽の外部とを連通するパイプを鉛直方向上方に向けて
配置した構成としてある。

【００１１】第３に、第１の構成において、氷蓄熱槽の
内部と外部とを連通するパイプの氷蓄熱槽内の端部を、
氷蓄熱槽の下方部位に配置した構成としてある。

【００１２】第４に、第１の構成において、氷蓄熱槽の
内部と外部とを連通するパイプの氷蓄熱槽内の端部に、
製氷物を通過させず蓄熱媒体を通過させるフィルタを設
けた構成としてある。

【００１３】

【作用】第１の構成によれば、液体回収配管を通り冷却
された液体が噴出手段から氷蓄熱槽内に噴出されると、
この液体と蓄熱媒体との直接接触により氷が生成され
る。製氷物が生成されると、氷蓄熱槽内における蓄熱媒
体の体積が増加する。体積が増加すると、氷蓄熱槽は密
閉構造となっているので、氷蓄熱槽に接続されているパ
イプ内の蓄熱媒体の液面が上昇する。この液面位置を検
知することによって製氷率を把握する。

【００１４】第２，第３及び第４の構成によれば、パイ
プ内に製氷物が侵入せず、これにより、製氷物が液面か
ら突出したり、パイプ内が目詰まりを起こすことはな
く、製氷によって増加した体積分に基づく製氷率の正確
な把握が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１６】図１は、この発明の第１実施例を示すダイ
ナミック型氷蓄熱装置の全体構成を示す断面図である。
氷蓄熱槽１は密閉構造となっており、内部には蓄熱媒体
である水Ｍと、水Ｍの凝固点以下、つまり０℃以下の液
温で水Ｍより比重が大きい非水溶性の液体である冷媒Ｒ
とで満たされている。氷蓄熱槽１の底部には、下方に突
出する冷媒貯溜部３が設けられ、水Ｍより比重の大きい
冷媒Ｒは、水Ｍと分離して大部分が冷媒貯溜部３に沈殿
して存在することになる。

【００１７】冷媒貯溜部３の下部中央には、冷媒貯溜部
３内の冷媒Ｒを回収する液体回収配管としての冷媒配管
５の一端が接続されている。冷媒配管５には、冷媒貯溜
部３側から順に、冷媒Ｒを循環させる冷媒ポンプ７、冷
媒ポンプ７から送られる冷媒を冷却する冷却手段として
の冷凍機９が設けられている。冷媒配管５の他端は氷蓄
熱槽１の側壁に接続され、その先端には氷蓄熱槽１内に
冷媒Ｒを噴出する噴出手段としてのノズル１１が装着さ
れている。

【００１８】氷蓄熱槽１内には、側壁に沿って隔壁１３
が設けられている。隔壁１３は、上端及び図中で紙面に
直交する方向の両側端が、それぞれ氷蓄熱槽１の内壁に
装着され、下端は底部付近まで延長されて水Ｍ中に位置
している。この隔壁１３により、ノズル１１から噴出さ
れる冷媒Ｒと水Ｍとの接触により氷が生成される製氷領
域と、氷蓄熱槽１の下方部位の開口部１５にて連通する
隔離槽１７が形成される。

【００１９】氷蓄熱槽１の上面には、氷蓄熱槽１の内部
である隔離槽１７と、氷蓄熱槽１の外部とを連通するパ
イプ１９が、鉛直方向に向けて延長するよう接続されて
いる。パイプ１９の途中には、バルブ２１が設けられて
いる。

【００２０】このような構成の氷蓄熱装置において、ポ
ンプ７を駆動すると、冷媒貯溜部３内の冷媒Ｒは、冷凍
機９で任意の温度に冷却されてノズル１１から氷蓄熱槽
１内の水Ｍ中に微粒子となって噴出される。水Ｍ中に噴
出した冷媒Ｒは、水Ｍと直接接触して熱交換を行い、水
Ｍを冷却しながら氷蓄熱槽１の底部に落下し、冷媒貯溜
部３に導かれる。そして、この行程を繰り返し、水Ｍの
温度が０℃に到達すると、冷媒Ｒと水Ｍとの接触により
氷の生成が開始される。

【００２１】生成された氷は、氷粒（シャーベット状の
氷）Ｋとなり、浮力によって上昇し、氷蓄熱槽１の上部
から貯溜されて浮遊して存在することになる。そして、
製氷によって増加した体積は、氷蓄熱槽１が密閉構造と
なっているために、開状態のバルブ２１を介してパイプ
１９内の液面、すなわちの水位を上昇させる。この水位
の上昇を検知することで、氷蓄熱槽１内での製氷率を把
握する。

【００２２】パイプ２１は製氷領域とは隔離された隔離
槽１７に連通しており、隔離槽１７は氷蓄熱槽１の充分
深い位置の底部付近に開口しているので、パイプ１９内
への製氷物の侵入は防止される。これにより、製氷され
た氷がパイプ１９内の液面に突出して浮遊したり、パイ
プ１９内で目詰まりを起こすことはなく、水位の上昇が
妨げられることはないので、製氷率の把握は正確なもの
となる。

【００２３】図２は、この発明の第２実施例を示すダイ
ナミック型氷蓄熱装置の全体構成を示す断面図である。
この実施例は、前記図１の第１実施例における隔離槽１
７を設ける代わりに、氷蓄熱槽１の内部と外部とを連通
するパイプ２３の下端を、氷蓄熱槽１内の水Ｍ中の充分
深い位置に配置したものである。パイプ２３の上端は屈
曲して下方に向けて開口しており、その下方にはパイプ
２３内の水位の上昇によって流出する水Ｍを受けるため
のタンク２５が設置されている。タンク２５の底部に
は、バルブ２７を備えた水逃しパイプ２９が氷蓄熱槽１
内の上部空間と連通して接続されている。さらに、氷蓄
熱槽１内の上部空間には、大気に連通する大気連通パイ
プ３１が連通して接続され、このパイプ３１にもバルブ
３３が設けられている。

【００２４】この実施例の場合は、製氷によって増加し
た体積がパイプ２３内の水位を上昇させ、パイプ２３の
上部開口から溢れ出た水がタンク２５に溜まる。このタ
ンク２５に溜まった水の量を検知することで、氷蓄熱槽
１内での製氷率を把握する。このとき、２つのバルブ２
７，３３は閉じておく。製氷された氷が解氷されて蓄熱
利用され、新たに製氷する際には、あらかじめ２つのバ
ルブ２７，３３を開放してタンク２５内の水を氷蓄熱槽
１内に戻しておく。パイプ２３は、氷蓄熱槽１の充分深
い位置の底部付近に開口しているので、パイプ２３内へ
の製氷物の侵入は防止され、上記第１実施例と同様に、
製氷率の把握は正確なものとなる。

【００２５】図３は、この発明の第３実施例を示すダイ
ナミック型氷蓄熱装置の全体構成を示す断面図である。
この実施例は、氷蓄熱槽１の上面に上部を開放したパイ
プ３５を設け、パイプ３５内にフロート式センサ３７を
収納するとともに、パイプ３５の氷蓄熱槽１側の開口部
に、水Ｍは通過するが氷Ｋは通過しないフィルタ３９を
配置してある。

【００２６】この実施例では、製氷によって増加した体
積がパイプ３５内の水位を上昇させ、これに伴いフロー
ト式センサ３７が上昇するので、この上昇量によって水
位を検知し、製氷率を把握する。氷蓄熱槽１内で生成さ
れた氷Ｋは、フィルタ３９によってパイプ３５内への侵
入が防止されるので、氷Ｋがフロート式センサ３７に接
触することはなく、水位検知は正確なものとなる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように、第１の発明に
よれば、密閉構造の氷蓄熱槽内での製氷による体積の増
加分が、パイプ内の水位を上昇させるので、この上昇量
を検知することで、正確な製氷率を把握することができ
る。

【００２８】第２，第３及び第４の発明によれば、パイ
プ内に製氷物が侵入しないので、製氷物がパイプ内の液
面から突出したり、パイプ内が目詰まりを起こすことは
なく、製氷によって増加した体積分に基づく製氷率の把
握がより正確なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示すダイナミック型氷
蓄熱装置の全体構成を示す断面図である。

【図２】この発明の第２実施例を示すダイナミック型氷
蓄熱装置の全体構成を示す断面図である。

【図３】この発明の第３実施例を示すダイナミック型氷
蓄熱装置の全体構成を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｍ水（蓄熱媒体）Ｒ冷媒（液体）１氷蓄熱槽５冷媒配管（液体回収配管）１１ノズル（噴出手段）１７隔離槽１９，２３，３５パイプ３９フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱媒体と、液温が蓄熱媒体の凝固点以
下で蓄熱媒体より比重が大きくかつ蓄熱媒体に溶解しな
い液体とを密閉型の氷蓄熱槽に収納し、この氷蓄熱槽の
底部に一端が接続されて途中に冷却手段を備えた液体回
収配管の他端に、氷蓄熱槽内に前記液体を噴出する噴出
手段を設け、前記氷蓄熱槽の内部と外部とを連通するパ
イプを、鉛直方向上方に向けて配置したことを特徴とす
るダイナミック型氷蓄熱装置。
【請求項２】噴出手段から噴出する液体と氷蓄熱槽内
の蓄熱媒体との接触により氷が生成される製氷領域に氷
蓄熱槽の下方部位で連通する隔離槽を氷蓄熱槽内に設
け、前記隔離槽の内部と氷蓄熱槽の外部とを連通するパ
イプを鉛直方向上方に向けて配置したことを特徴とする
請求項１記載のダイナミック型氷蓄熱装置。
【請求項３】氷蓄熱槽の内部と外部とを連通するパイ
プの氷蓄熱槽内の端部を、氷蓄熱槽の下方部位に配置し
たことを特徴とする請求項１記載のダイナミック型氷蓄
熱装置。
【請求項４】氷蓄熱槽の内部と外部とを連通するパイ
プの氷蓄熱槽内の端部に、製氷物を通過させず蓄熱媒体
を通過させるフィルタを設けたことを特徴とする請求項
１記載のダイナミック型氷蓄熱装置。