JPH07103518A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製氷中に操作の中断がなく、長時間製氷を続け
ることができ、かつ蓄熱槽全域での氷充填率を高く保て
ること。 【構成】蓄熱槽１は底部に近い側面に開口部１ｂによっ
て槽内と連通する製氷室１ａを有する。蓄熱槽１の底部
には開口部１ｂの下方に熱媒体の回収口となる不凍液貯
留部１ｃが備えらる。製氷室１ａと対峙する側の側壁に
取水口１ｄが備えられる。また、蓄熱槽１に循環ポンプ
４、冷凍機５、不凍液噴出口７等からなる不凍液循環系
統２が設けられる。さらに、取水口１ｄから負荷１４を
介して蓄熱槽１の上部開部へ還る水循環配管９が設けら
れる。この水循環配管９からは冷水配管１０が分岐して
おり、他端は製氷室１に臨ませている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は氷蓄熱装置に係り、特に
蓄熱槽内での氷の生成を長時間にわたり安定に保つのに
好適な氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、氷蓄熱装置を有する空調装置が注
目されている。これは電力需要の集中する夏の昼間を避
けて深夜の余剰電力を用いることが可能になるためであ
り、供給サイドには電力需要のピークを下げる利点、需
要者には安価な深夜電力の利用による電力料金の節減効
果をもたらすことになる。

【０００３】都市部で使われることの多いこの種の空調
装置は、たとえば冷房負荷が大規模なビル全体を対象に
するもの、あるいは地域全体を対象にするものなど比較
的大容量の空調装置への適用が中心となる。この大きな
冷房負荷に応じるために氷を生成する蓄熱槽はそれに見
合うだけの大形容器として構成されることになるが、た
とえば、ビル内に設置するときにはスペース上の制約も
あり、大きさの限られた容器内に高密度に氷を貯蔵する
ことが求められる。

【０００４】氷蓄熱は多くの方式が提案されているが、
その中の１つに蓄熱槽内に供給される水に冷凍機で冷や
された比重１．７〜１．８の不溶性の不凍液を直接接触
させて氷を生成するやり方がある。

【０００５】この方法で得られる氷は微細な氷片であ
り、製氷直後に水中に浮かび、蓄熱槽の上方で互いに結
合してシャーベット状の氷塊として蓄熱槽内に貯蔵され
る。この方法は連続製氷が可能であり、高い製氷効率が
維持されることに特徴を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したシ
ャーベット状の氷塊をを蓄熱槽内に生成する方法は、冷
凍機から送られる不凍液を蓄熱槽内の水に噴出させてや
る必要があり、不凍液の噴出部とその噴出部から離れた
箇所とは氷塊の集まり方に差が生じる。つまり、噴出部
では製氷直後から水中に浮かぶ氷片が集まるために大き
な氷塊が形成されるのに対し、噴出部から離れた箇所で
は氷片が集まらず、小さい氷塊しか形成されず、結果的
に密度に著しい差が生じてしまう。この蓄熱槽内の密度
の不均一をなくすために蓄熱槽内の水に対流を生じさせ
る方法もあるが、水の循環のためには専用の循環ポンプ
および配管等が必要であり、そのための充分なスペース
が確保できない場合もあり、常に有効な対策であるとは
限らない。

【０００７】一方、不凍液の噴出部に氷塊が形成された
ままであると、新たに供給される水の流動が滞り、新た
な氷の生成が難しくなる。このため、製氷は一旦停止
し、氷塊を噴出部から離れた氷塊のない箇所へ移動させ
た後に再度製氷を続けることになるが、この操作の中断
を強いられることにより、製氷効率は大きく低下してし
まう。

【０００８】そこで、本発明の目的は製氷中に操作の中
断がなく長時間にわたって製氷を続けることができ、か
つ蓄熱槽内での氷充填率を高く保てるようにした氷蓄熱
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は氷のための充填
空間を有する容器と、熱媒体が循環する少なくとも冷凍
機を有する熱媒体循環系統とを備え、冷凍機で冷却され
た熱媒体を水と直接接触させて氷を生成させ、容器の充
填空間に貯蔵するようにした氷蓄熱装置において、容器
に充填空間から独立した製氷室を付設し、容器の側壁か
ら負荷を介して容器の上部開口に還るように循環ポンプ
を備えた水循環系統を設けると共に、循環ポンプの出口
側から分岐してを前記製氷室と結ばれる冷水系統を設
け、熱媒体循環系統の熱媒体噴出口は製氷室内に臨ま
せ、冷水系統の水噴出口を熱媒体噴出口に合わせて製氷
室内に引込み、水循環系統の取水口は熱媒体噴出口より
下方で、かつ製氷室から離れた容器側壁に開口させるよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】蓄熱槽内で微細な氷片を生成したときの氷片の
挙動は下から水面方向へ向かうほぼ一貫して上昇する方
向の動きである。本発明においては氷片が生成した直後
に氷片が水平方向の流れに乗った後に上昇するように蓄
熱槽内に緩やかな水流を形成する。製氷室内に熱媒体噴
出口に合わせて冷水系統の水噴出口を引込み、製氷室か
ら冷水の抽出口となる取水口にかけての水流を保った状
態で製氷する。これにより浮力による上昇する動きを制
して水流に従う方向に向きを変えさせる。この水流を形
成するために取水口の位置は製氷室と対峙する側の側壁
が最もよく、氷片を広い範囲に分散させることができ、
この結果氷塊の厚さを一様にすることが可能になる。一
方、容器の充填空間から独立した製氷室内では生成した
氷片が水の流れによって運び去られ、熱媒体噴出口の周
囲が氷によって覆われることがなく、冷水の安定した流
れが保たれ、長時間にわたって製氷を続けることができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。

【００１２】図１において、蓄熱槽１は単一の蓄熱材料
である水を槽内に蓄える容器である。この蓄熱槽１は底
部に近い側面に開口部１ｂによって槽内と連通する製氷
室１ａを有する。蓄熱槽１の底部は製氷室１ａと対峙す
る側の側壁から開口部１ｂに向かって徐々に深さを増す
ように傾斜している。この底部には開口部１ｂの下方に
熱媒体の回収部となる不凍液貯留部１ｃが備えられる。

【００１３】一方、製氷室１ａと対峙する側の側壁には
取水口１ｄが備えられる。この取水口１ｄは蓄熱槽１内
に製氷室１ａ内に噴出した水が取水口１ｄに向かって流
れるように低い位置に形成される。また、蓄熱槽１の不
凍液貯留部１ｃから製氷室１ａにかけては不凍液循環系
統２が設けられる。この不凍液循環系統２は循環配管
３、循環ポンプ４、冷凍機５、凍結防止用配管６および
不凍液噴出口７から構成されている。この不凍液噴出口
７には補助出口７ａが設けられており、そこに凍結防止
用配管６を結んでいる。

【００１４】さらに、蓄熱槽１の取水口１ｄから後記の
負荷を経て蓄熱槽１の上部開口へ還る循環ポンプ８を備
えた水循環配管９が設けられる。この水循環配管９から
は冷水配管１０が分岐しており、その他端は製氷室１ａ
に臨ませている。冷水配管１０には分岐部に切換弁１
１、そして製氷室１ａ内の他端に水噴出口１２が設けら
れる。

【００１５】さらに、蓄熱槽１の上部開口に臨ませる水
循環配管９の他端には散水装置１３が設けられる。負荷
１４には循環ポンプ８で昇圧された冷水を水循環配管９
を通して引込むことができる。負荷１４に通された水は
散水装置１３から蓄熱槽１へ回収される。

【００１６】なお、図中符号１５は冷水を負荷１４に送
るための切換弁である。

【００１７】図２は散水装置１３の詳細を示したもの
で、循環配管９から両方向に分岐させた多数の分岐管１
６は複数のスプリンクラ１６ａを有する。このスプリン
クラ１６ａの配置は蓄熱槽１の上部開口を上から見た図
に示すように、格子状に規則正しく並んでいる。図中、
スプリンクラ１６ａのふき出し円は点線で示される。こ
のふき出し円の直径はスプリンクラピッチよりも大きく
なっている。

【００１８】次に、上記構成からなる氷蓄熱装置の作用
を説明する。

【００１９】製氷室１ａでの製氷に先立って切換弁１１
が全開され、蓄熱槽１の取水口１ｄから循環ポンプ８で
抽出される冷水が冷水配管１０を通して製氷室１ａへ供
給される。このとき、切換弁１５は閉止されて負荷１４
へ供給される冷水は止まったままである。この状態から
冷凍機５を運転して製氷を開始する。

【００２０】不凍液貯留部１ｃから循環ポンプ４で抽出
された不凍液は循環配管３を通って冷凍機５に送られ、
０℃以下に冷却された後、不凍液噴出口７から製氷室１
ａ内にふき出す。ここで、不凍液は水噴出口１２からふ
き出す水と接触し、水が凝固して連続して氷片１８が生
成される。この後、不凍液は開口部１ｂを通って不凍液
貯留部１ｃに流れ、そこに一時貯留された後、再び循環
ポンプ４で抽出されて上記した循環を繰り返す。この製
氷中、凍結防止用配管６に不凍液の流れが保たれ、製氷
室１ａ内の補助出口７ａから冷凍機５を通らない不凍液
がふき出し、不凍液噴出口７の周囲に氷が生成するのを
防止する。

【００２１】一方、製氷室１ａ内で生成した氷片１８は
浮力によって上昇しようとする。しかし、このとき製氷
室１ａ内には水噴出口１２からふき出す下向きの水の流
れがあり、氷片１８はこの流れに乗って製氷室１ａを下
方に流れ、開口部１ｂを通って蓄熱槽１内に入り、底部
から徐々に上昇して水面に達する。蓄熱槽１内には開口
部１ｂから取水口１ｄにかけて緩やかな流れがあり、上
昇する氷片１８はこの流れによって広い範囲に散りなが
ら、水面近くに集まり、そこに氷塊１９を形成する。

【００２２】また、解氷は次のように行われる。切換弁
１５を全開して負荷１４に冷水を供給する。負荷１４を
通って温度上昇した水は分岐管１６を通してスプリンク
ラ１６ａに流れ、氷塊１９上面に注がれる。スプリンク
ラ１６ａは循環ポンプ８で加えられる水圧によってふき
出し方向が円を描くように描くように変化するため、水
平に拡がって大きな氷塊１９に一様に水を降り注ぐこと
ができる。

【００２３】この水は、負荷１４を経て送られるので、
水温が高く、スプリンクラ１６ａから氷塊１９上面に注
がれたとき、氷塊１９は直ちに解け、蓄熱槽１内に多量
の冷水が生成する。

【００２４】本実施例においては製氷室１ａから取水口
１ｄに向かう水流により水面近くに集まる氷塊１９が一
様な厚さを保ちつつ拡がるので、氷塊形成時に局部的な
偏りを小さくすることができ、氷充填率を高くすること
が可能である。また、製氷室１ａが氷塊１９から離れた
ところに設けられ、不凍液噴出口７の周囲が氷によって
覆われることがなく、長時間にわたって製氷を続けるこ
とができる。

【００２５】さらに、他の実施例を図３を参照して説明
する。

【００２６】本実施例の製氷室１ａは蓄熱槽１から独立
して形成される。製氷室１ａから蓄熱槽１へ氷片１８を
送る連絡経路には製氷室１ａの上部に設けられる上部連
絡口２０と、この上部連絡口２０を密閉するための仕切
り板２１とを設けている。また、水循環配管９には循環
ポンプ８の入口側から分岐して水噴出口１２にかけて結
ばれる連絡管２２と、この連絡管２２に介装される製氷
室１ａ内と、循環ポンプ８の入口側とを連通させる連絡
弁２３とを設けている。

【００２７】本実施例では製氷室１ａ内で氷片１８が生
成したとき、浮力と共に製氷室１ａ内に保たれる上向き
の水流に乗って氷片１８が移動する。氷片１８は製氷室
１ａの水面近くに集まって結合し、氷塊１９を形成す
る。氷塊１９がある厚さになったところで仕切り板２１
が開かれ、蓄熱槽１との間が上部連絡口２０によって通
じる。氷塊１９は上部連絡口２０を通して蓄熱槽１内に
移動し、水面近くにより大きな氷塊１９を形成する。

【００２８】一方、解氷操作は、切換弁１５を全開し、
さらに連絡弁２３を開けて連絡管２２を介して製氷室１
ａ内と循環ポンプ８の入口側とを連通させた後、循環ポ
ンプ８を起動する。製氷室１ａ内の水は循環ポンプ８で
抽出されて蓄熱槽１の取水口１ｄから流れる水と合流し
つつ、途中負荷１４を経て散布装置１３に送られる。ス
プリンクラ１６ａによる解氷は上記実施例のものと同じ
である。

【００２９】さらに、他の実施例を説明する。

【００３０】図４において、本実施例の製氷室１ａの構
成は図３に示す実施例のものと同一である。本実施例は
散水装置１３の入口側の水循環配管９と冷水配管１０と
を連絡する連絡管２４と、この連絡管２４に介装される
連絡弁２５とを設けている。本実施例では解氷にあた
り、切換弁１１を全閉し、連絡弁２５を全開して負荷１
４を経て温度上昇した水を連絡管２４を通して製氷室１
ａ内の水噴出口１２に導く。この水は製氷室１ａ内を下
方から上方へと流れ、製氷室１ａの上部に浮かぶ氷塊１
９に達する。氷塊１９はこの水との接触によって解け、
多量の冷水が生成する。この冷水は上部連絡口２０から
蓄熱槽１に流れ、スプリンクラ１６ａからの水で解氷さ
れて生じた冷水と合流する。

【００３１】上記のように、製氷室１ａ内の氷塊１９は
水噴出口１２からの水で解氷されるので、製氷室１ａの
真上にはスプリンクラ１６ａを設ける必要がなく、散水
装置１３は上記実施例のものと比較して小形のものでよ
い。

【００３２】図５はさらに異なる実施例を示している。

【００３３】製氷部は蓄熱層１の区域内にあり、槽内に
臨ませた不凍液噴出口７および補助出口７ａを備えてい
る。また、冷水配管１０は蓄熱槽１内の不凍液噴出口７
から離して水面近くに臨ませた水噴出口１２を有する。
蓄熱槽１内では不凍液噴出口７から噴出した不凍液によ
り氷片１８が生成する。この氷片１８は浮力によって蓄
熱槽１内を上昇して水面近くに達する。この水面には水
噴出口１２から噴出して取水口１ｄに向かう水流が保た
れており、氷片１８はこの流れに乗って槽内に拡がり、
そこに大きな氷塊１９を形成する。このように本実施例
においても氷塊１９の厚さを一様に保って製氷すること
ができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては水
循環系統の取水口を製氷室から離れた蓄熱槽側壁に設
け、取水口に向かう水流を保つようにしたので、水面に
集まる氷塊の厚さをほぼ一様に保つことができ、氷充填
率を大きく向上させることが可能である。

【００３５】また、製氷室が氷塊から離れたところに設
けられるので、不凍液噴出口の周囲が氷によって覆われ
ることがなく、水の流動を常に安定に保つことができ、
長時間製氷を続けることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による氷蓄熱装置の一実施例を示す系統
図。

【図２】図１に示す製氷装置の平面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図４】本発明の他の実施例を示す系統図。

【図５】本発明の他の実施例を示す系統図。

【符号の説明】

１………蓄熱槽 １ａ……製氷室 １ｄ……取水口 ５………冷凍機 ７………不凍液噴出口 ８………循環ポンプ １０………冷水配管 １２………水噴出口 １３………散水装置 １９………氷塊 ２０………上部連絡口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 氷のための充填空間を有する容器と、熱
   媒体が循環する少なくとも冷凍機を有する熱媒体循環系
   統とを備え、該冷凍機で冷却された熱媒体を水と直接接
   触させて氷を生成させ、前記容器の充填空間に貯蔵する
   ようにした氷蓄熱装置において、前記容器に前記充填空
   間から独立した製氷室を付設し、前記容器の側壁から負
   荷を介して前記容器の上部開口に還るように循環ポンプ
   を備えた水循環系統を設けると共に、前記循環ポンプの
   出口側から分岐して他端を前記製氷室と結ばれる冷水系
   統を設け、前記熱媒体循環系統の熱媒体噴出口は前記製
   氷室内に臨ませ、前記冷水系統の水噴出口を前記熱媒体
   噴出口に合わせて該製氷室内に引込み、前記水循環系統
   の取水口は前記熱媒体噴出口より下方で、かつ前記製氷
   室から離れた前記容器側壁に開口させるようにしたこと
   を特徴とする氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 前記容器の上部開口に臨ませた前記水循
   環系統に前記上部開口にある氷塊に向かってほぼ一様に
   水を噴出させるスプリンクラからなる散水装置を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置。