JPH06221625A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過冷却現象を利用したスラリー状氷蓄熱装置
において、蓄熱槽へ蓄氷の際に過冷却水配管の出口の閉
塞を防止して氷蓄熱量（蓄熱槽内の氷充填率）を向上さ
せた氷蓄熱装置を得る。 【構成】 水を過冷却状態まで冷却し、この過冷却水を
蓄熱槽１に送る過冷却水配管１２をフレキシブル材で構
成し、かつ、これを自在に移動する機構を設けて、製氷
中は山状に製氷されないように過冷却水配管１２を蓄熱
槽１上を移動させて蓄熱槽１内に均一に製氷することを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調システム等に用い
られる氷蓄熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は例えば、特開平３−９９１４１号
公報に示された従来の過冷却現象を利用したスラリー状
氷蓄熱装置の構成図であり、この図において、１は固液
混相のスラリー状氷を蓄える蓄熱槽、２はこの蓄熱槽１
内の水を凝固点以下の低温まで過冷却する過冷却器、３
はこの過冷却器２において過冷却を行わせるための低温
の冷媒を供給する冷凍機、４は前記蓄熱槽１に蓄えたス
ラリー状氷を使用し、冷房等を行う負荷側熱交換器、５
は前記蓄熱槽１内の氷を均一に溶かすために前記負荷側
熱交換器４からの戻り水を均一に散水する散水管、６，
７，８は各２次冷媒を送水する送水ポンプ、９は前記過
冷却器２によって過冷却された過冷却水を送る過冷却水
配管、１０は前記蓄熱槽１の上部に配置された過冷却水
配管９によって運ばれた過冷却水の過冷却状態を解除
し、固体（０℃の氷）と液体（０℃の水）の混相状態に
する過冷却状態解除装置、１１は前記過冷却器２で過冷
却された過冷却水が過冷却状態解除装置１０で過冷却状
態を解除されたスラリー状氷である。

【０００３】なお、この過冷却による氷製造に関して
は、六串らによる「管内流における過冷却度と氷の成長
について」（化学工学論文集第７巻第５号（１９８
１））によって知られており、空調システムへの応用と
しては、ＵＳＰ４，６７１，０７７号明細書（１９８５
出願）によって実用化が公知のものである。

【０００４】次に、動作について説明する。蓄熱槽１か
ら循環ポンプ６により過冷却器２に送られた被冷却水
は、冷凍機３から送水ポンプ７によって送られたブライ
ン等の冷媒により、過冷却器２内で液状のまま凝固点以
下に冷却され、いわゆる過冷却状態となる。この過冷却
水は、過冷却水配管９の先端から蓄熱槽１上部に設けら
れた過冷却解除装置１０に向けて放出され、その衝撃に
よって凝固点の固体（水の場合は０℃の氷）と凝固点の
液体（水の場合は０℃の水）に相変化が生じ、スラリー
状氷１１と水の固液混相状態で蓄熱槽１に蓄えられる。
この運転状態を製氷運転という。

【０００５】一方、冷房を行う場合は、蓄熱槽１内の冷
水（または氷水）は循環ポンプ８により冷房用の負荷側
熱交換器４へと送られて冷房を行う。この時、冷房負荷
側で使用する水温は通常７℃である。戻り水は、負荷側
熱交換器４で１２℃程度まで昇温され、散水管５から蓄
熱槽１に戻される。この運転状態を空調運転という。

【０００６】この氷蓄熱システムは、通常、夜間蓄熱を
行い、昼間この蓄えられたスラリー状氷１１を使用して
冷房を行うが、装置を小さくするため、昼間には冷凍機
３も合わせて運転を行わせている。この運転状態を追い
かけ運転という。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のスラリー状氷蓄
熱装置は以上のように構成されているので、過冷却器２
より吐出された過冷却水は、過冷却解除装置１０に衝突
した際、この過冷却解除装置１０に氷が山状に堆積し、
過冷却水配管９の出口を閉塞させたり、過冷却水配管９
の出口が固定のため蓄熱槽１全体に氷が広がらないため
に、有効に蓄熱槽１を蓄氷に利用できない。また、昼間
の冷凍機運転（追いかけ運転）において、負荷側の水温
は比較的高くても良いにもかかわらず、冷凍機３は凝固
点以下まで冷却する製氷運転を行わなければならなかっ
た。このため、冷凍機３の能力や効率が低下するなどと
いう問題点があった。

【０００８】このうち、蓄熱槽１内全体へ氷を広げるた
めの方策としては、先に引用した特開平３−９９１４１
号公報に示されているように、複数本に過冷却水を分散
させたり、過冷却解除板を移動させたり（実開平１−１
３６８３２号公報参照）、氷かき取り翼を配置して氷の
山を崩したり（実開平１−９７１３５号公報参照）、水
があたる邪魔板の角度を変えたり、分配板を落水口に設
けたりする（実開平１−１４８５３８号公報参照）等、
各種の対策が示されている。

【０００９】しかし、いずれも局所的な氷の山状の生
成がさけれられない。過冷却吐出口に対し横方向への
分布が不十分である。翼外周部で氷が山状に生成す
る。広い蓄熱槽への適用が不可能である等の欠点があ
り、蓄熱槽全体を有効に使用するに至らなかった。

【００１０】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、蓄氷を均一化し、蓄熱量を増大
できるとともに、昼間の空調運転時に熱源機を運転する
追いかけ運転時の熱源機の冷却能力や効率を向上できる
氷蓄熱装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１に
記載の氷蓄熱装置は、過冷却水配管をフレキシブル材に
て構成するとともに、この過冷却水配管を蓄熱槽上で自
在に移動できるように配設したものである。

【００１２】また、請求項２に記載の氷蓄熱装置は、蓄
熱槽を蓄氷部と非畜氷部とで構成し、過冷却水配管を前
記蓄氷部および非蓄氷部に自在に移動できるように配設
したものである。

【００１３】

【作用】本発明における請求項１に記載の発明において
は、過冷却水配管をフレキシブルにし、かつ、蓄熱槽内
の上部で自在に移動できるようにしたため、蓄熱槽全体
にスラリー状氷を堆積させることができる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、蓄熱槽を
蓄氷部と非蓄氷部とに構成し、過冷却水配管を前記蓄氷
部および非蓄氷部へ自在に移動できるようにしたため、
空調用に蓄熱したスラリー状氷を使用する際の熱源機追
いかけ運転を高い効率で実施することが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１は本発明の氷蓄熱装置の第１の実施例を示す構
成図である。この図において、図８と同一符号は同一構
成部分を示すので、その説明は省略する。１２はフレキ
シブル材、例えばビニールホース等で構成された過冷却
水配管、１３はこのフレキシブルな過冷却水配管１２に
接続され、これをけん引する移動手段で、例えばワイヤ
等が用いられる。１４は電動機（図示せず）などによっ
て駆動され、回転することによってフレキシブルな過冷
却水配管１２に接続されたワイヤ１３を駆動するワイヤ
駆動軸、１５は前記ワイヤ１３が駆動されることによっ
て従動する従動軸である。

【００１６】次に、動作について説明する。過冷却器２
によって過冷却された水または水溶液（水に微量の有機
または無機の添加物を加えたもので、例えばＫ₂ ＨＰＯ
₄ ）は、ビニールホース等のフレキシブル材で作られた
過冷却水配管１２によって蓄熱槽１に運ばれる。蓄熱槽
１に落下した過冷却水は過冷却状態を解除され、ここ
で、固液混相の氷水、すなわちスラリー状氷１１となっ
て蓄えられ、空調用途等に使用される。この際、過冷却
水配管１２の出口、すなわち落水口の下では製氷が進む
につれて次第に氷が、かき氷のように山状に成長し、過
冷却水配管１２の出口を閉塞するようになる。この時、
ワイヤ駆動軸１４を駆動してワイヤ１３に接続されたフ
レキシブルな過冷却水配管１２を、氷の山の上より未成
長部の低い方に移動させる。これを繰り返すことによっ
て、スラリー状氷１１を高密度で蓄熱槽１全体に蓄える
ことが可能となる。

【００１７】なお、上記実施例では、移動手段としてフ
レキシブル材で構成された過冷却水配管１２をワイヤ１
３でけん引するものを示したが、図２に示すように、板
や棒状の駆動板１６を駆動ギヤ１７を駆動することによ
って移動させてもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。

【００１８】また、上記実施例では、フレキシブルな過
冷却水配管１２が全て１本のものを示したが、図３に示
すように、複数本備えたものでもよく、上記実施例と同
様にして構成できる。また、図３の実施例では、過冷却
水配管１２間をワイヤ１３で連結した事例を示している
が、このことによって、両端の過冷却水配管１２をけん
引することで全体を移動することができる。

【００１９】次に、本発明の第２の実施例を図４につい
て説明する。図４において、１８は前記蓄熱槽１を仕切
る仕切板、１９は前記蓄熱槽１内で仕切板１８によって
仕切られ氷水を蓄える蓄氷槽部、２０は前記蓄熱槽１内
で仕切板１８によって仕切られた非蓄氷部である巡環槽
部、２１はこの巡環槽部２０からの水と蓄氷槽部１９か
らの水または氷とを切り替える電動３方弁、２２は前記
負荷側熱交換器４からの戻り水を分岐し、方向を切り替
える負荷側電動３方弁、２３は負荷側からの戻り水を過
冷却器２に送るのに切り替える熱源側電動３方弁、２４
は前記負荷側電動３方弁２２と熱源側電動３方弁２３と
を接続する配管である。

【００２０】次に、動作について説明する。電力料金が
安い夜間に熱源機である冷凍機３を駆動してブライン等
の冷却流体を冷却し、送水ポンプ７で過冷却器２に送
る。蓄熱槽１内の水（被冷却流体）は送水ポンプ６にて
過冷却器２に送られ、ここで過冷却状態（水の場合−２
℃程度の水）まで冷却されてフレキシブルな過冷却水配
管１２により蓄熱槽１内の蓄氷槽部１９に送られる。過
冷却水は、落水の衝撃によって過冷却状態を解除され、
凝固点の固体（水の場合０℃の氷）と凝固点の液体（水
の場合は０℃の水）の固液混相状態となって蓄えられ
る。この製氷運転状態の水の流れを図中に破線で示す。
この時、過冷却水配管１２はワイヤ１３によって蓄氷槽
部１９に移動されており、この蓄氷槽部１９の上で移動
しながら高密度の蓄氷を行う。

【００２１】昼間空調を行うとき、蓄積した氷を使う場
合は、電力が不足する時であり、この時間帯までは氷を
残すために、冷凍機３を運転し氷を使わないようにして
空調を行ったり、氷を一部のみ使いながら冷凍機３を運
転して空調を行う。氷を使用しないで空調運転を行う場
合の水の流れを実線で示す。すなわち、蓄熱槽１内の巡
環槽部２０内の７℃程度の冷水は、電動３方弁２１を経
て送水ポンプ８によって負荷側熱交換器４で空調を行っ
て１２℃程度に昇温し、負荷側電動３方弁２２を経て配
管２４によって熱源側電動３方弁２３を経て過冷却器２
に入る。この時、冷凍機３が運転され、ブラインを冷却
して、先の過冷却器２内の１２℃の被冷却流体を７℃程
度に冷却する。この温度は、製氷運転時の−２℃程度と
比して１０℃近くも高いため、冷凍機３は高い蒸発温度
で運転可能なため、大きな冷却能力と、高い効率で使用
できる。７℃まで冷却された冷水は、ワイヤ１３によっ
て巡環槽部２０上に移動されたフレキシブルな過冷却水
配管１２によって巡環槽部２０に入り、空調に使用され
る。一方、電力を使う熱源機を停止して蓄えた氷によっ
て空調をする場合の水の流れを一点鎖線で示す。この時
は、蓄熱槽１内の蓄氷槽部１９に蓄えられた氷水は、電
動３方弁２１を経て送水ポンプ８によって負荷側熱交換
器４に送られて空調を行う。この際、昇温された戻り水
は、負荷側電動３方弁２２によって切り替られ、散水管
５により蓄氷槽部１９に戻され、この内の氷を溶かしな
がら混合する。

【００２２】図５は蓄氷のみを用いて空調運転を行うパ
ターンを示す図であり、図６は蓄えた氷を使いながら不
足分を熱源機である冷凍機３で補って空調運転を行うパ
ターンを示す図であり、さらに、図７は電力不足時のみ
熱源機である冷凍機３を停止し、蓄氷のみで空調運転を
行うパターンを示す図である。なお、これらの図におい
ては、横軸に空調を行なう時間、縦軸に冷房空調負荷を
示す。また、これらの図中の斜線部が蓄氷使用分であ
り、それ以外の部分が熱源機である冷凍機３でまかなっ
た負荷の分である。

【００２３】図４の電動３方弁２１，２２，２３を切り
替えたり、中間で調節することによって、従来、図５の
パターンでしか使用できなかったものが、これを含め上
記のような３つのパターンで運転することが可能とな
る。

【００２４】なお、図４の実施例では、仕切板１８で１
つの蓄熱槽１を区分けしたものを示したが、複数の独立
した槽を組み合わせて使用し、用途によって過冷却水配
管１２を移動させても同様の効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載の発明は、過冷却水配管をフレキシブル管とし、
かつ、蓄熱槽上で移動させるように構成したので、製氷
時に過冷却水配管の出口を閉塞させることがなく、ま
た、蓄熱槽全体に均一で高密度で蓄氷することができ、
蓄熱槽容積を縮小できる効果がある。

【００２６】また、請求項２に記載の発明は、蓄熱槽を
蓄氷部と非畜水部とにより構成し、蓄氷と非蓄氷時にフ
レキシブルな過冷却水配管を移動して使い分けるように
構成したので、蓄えた氷を使ったり、製氷用熱源機を空
調時にも使用したり、蓄えた氷と熱源機運転とを併用し
たりすることが可能となり、熱源機容量や蓄熱槽容量の
縮小と空調運転時の熱源機能力の向上および効率の向上
がはかられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による氷蓄熱装置を示す
システム図である。

【図２】本発明の氷蓄熱装置の蓄熱槽部分の他の例を示
す構成図である。

【図３】本発明の氷蓄熱装置の蓄熱槽部分のさらに他の
例を示す構成図である。

【図４】本発明の第２の実施例による氷蓄熱装置を示す
システム図である。

【図５】一般の氷蓄熱装置を使用した場合の運転負荷例
を示す図である。

【図６】本発明による氷蓄熱装置を使用した場合の運転
負荷例を示す図である。

【図７】本発明による氷蓄熱装置を使用した場合の運転
負荷の他の例を示す図である。

【図８】従来のスラリー状氷蓄熱装置を示すシステム図
である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 過冷却器 ３ 冷凍機 ４ 負荷側熱交換器 ５ 散水管 ６ 送水ポンプ ７ 送水ポンプ ８ 送水ポンプ １１ スラリー状氷 １２ フレキシブルな過冷却水配管 １３ けん引用のワイヤ １４ ワイヤ駆動軸 １５ 従動軸 １８ 仕切板 １９ 蓄氷槽部 ２０ 巡環槽部 ２１ 電動３方弁 ２２ 負荷側電動３方弁 ２３ 熱源側電動３方弁 ２４ 配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 秀雄 長崎市旭町８番地23号 三菱電機エンジニ アリング株式会社長崎事業所内 (72)発明者 若松 幸一郎 長崎市丸尾町６番14号 三菱電機株式会社 長崎製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽内の水を冷却して凝固点以下の過
   冷却水にする過冷却器と、前記過冷却水の過冷却状態を
   解除することによって固液混相のスラリー状氷を生成
   し、このスラリー状氷を前記蓄熱槽に蓄える蓄熱装置か
   らなるスラリー状氷蓄熱装置において、前記過冷却水を
   蓄熱槽に送る過冷却水配管をフレキシブル材で構成し、
   このフレキシブル材からなる過冷却水配管を前記蓄熱槽
   内の上部で自在に移動する移動手段を備えたことを特徴
   とする氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 蓄熱槽内の水を冷却して凝固点以下の過
   冷却水にする過冷却器と、前記過冷却水の過冷却状態を
   解除することによって固液混相のスラリー状氷を生成
   し、このスラリー状氷を前記蓄熱槽に蓄える蓄熱装置か
   らなるスラリー状氷蓄熱装置において、前記過冷却水を
   蓄熱槽に送る過冷却水配管をフレキシブル材で構成し、
   前記蓄熱槽を蓄氷部と非蓄氷部で構成し、蓄氷を行う時
   には、前記蓄氷部に前記フレキシブル材からなる過冷却
   水配管を移動させ、製氷不要の時には、前記非蓄氷部に
   移動させる移動手段を備えたことを特徴とする氷蓄熱装
   置。