JPH0755301A

JPH0755301A - ダイナミック型氷蓄熱装置

Info

Publication number: JPH0755301A
Application number: JP19628093A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ito; 芳浩伊藤; Kazuo Saito; 和夫齊藤; Koichi Kitagawa; 晃一北川; Tsutomu Sakuma; 勉佐久間; Toshio Otaka; 敏男大高; Toshihiro Yamamoto; 敏浩山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】非水溶性不凍液Ｒを冷却させるための冷却用
熱交換器９における液体回収配管３内での氷の発生によ
る循環経路の詰まりを防止する。【構成】冷凍サイクルにおける冷却用熱交換器９の冷
媒出口の冷媒配管１７に温度センサ２３を設ける。温度
センサ２３が検出する冷媒温度が設定値を下回ったとき
に、氷が発生して熱交換が行なわれなくなったとして電
磁弁２１を開き、圧縮機１１からのホットガスをバイパ
ス配管１９を通して冷却用熱交換器９に供給し氷を溶か
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水と、水の凝固点以
下で水より比重が大きくかつ水に溶解しない液体との直
接接触により水を凍結製氷させ、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】ビルや住宅などに設置される冷房システ
ムについて、夏期の昼間の冷房用電力需要を低減させる
ために、安価な深夜電力を利用して氷を製造し氷蓄熱槽
に貯溜し、昼間の冷熱必要時に貯溜した冷熱によって冷
房し、電力需要の平準化を図る氷蓄熱システムが開発さ
れている。

【０００３】この氷蓄熱システムは、氷の製造方法によ
って、一般的にスタティック型とダイナミック型とに大
別される。スタティック型は、氷蓄熱槽内に製氷用熱交
換器を設置し、この熱交換器の周囲に氷を作るものであ
って、構造が単純であることから広く採用されている。

【０００４】ところが、このスタティック型は、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に加え、解
氷が困難で、しかも製氷用熱交換器があるため氷蓄熱槽
内の清掃が困難であるという欠点がある。

【０００５】一方、ダイナミック型については、種々の
新しい方式が開発されている。その一つに、シャーベッ
ト方式がある。これは、水より重い非水溶性不凍液（フ
ッ素系の不活性液体）を０℃以下に冷却した後、氷蓄熱
槽内に配置されたノズルを介して水中に噴出するもので
ある。この冷却された非水溶性不凍液の循環によって、
氷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、氷蓄熱槽上部から貯
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】このようなダイナミック型は、スタティッ
ク型に比較して非水溶性不凍液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、解氷
も容易で、しかも氷蓄熱槽内に熱交換器などを配置する
必要がないことから、槽内の清掃も容易なうえ、氷の充
填率（ＩＰＦ：Ice Packing Factor）も向上する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ダイナ
ミック型のシャーベット方式は、非水溶性不凍液を０℃
以下に保つために、通常冷凍サイクルに接続された熱交
換器を使用する。製氷運転時には、この熱交換器におい
て冷凍サイクル中の冷媒と非水溶性不凍液との間で熱交
換が行われる。このとき、非水溶性不凍液に微量の水が
混入し、この水が熱交換器に入り込むと、この水が凍結
して成長し熱交換器内で循環経路が詰まって非水溶性不
凍液が流れなくなり、製氷運転が継続できなくなってし
まう。そればかりでなく、この状態で運転を続けると、
熱交換器の破損を招く虞もある。

【０００８】そこで、この発明は、非水溶性不凍液を冷
却させるための熱交換器における凍結による循環経路の
詰まりを防止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、水と、水より比重が大きい非
水溶性液体とを氷蓄熱槽にそれぞれ収納し、この氷蓄熱
槽に、底部に滞留する非水溶性液体を回収し途中に非水
溶性液体を圧送する圧送手段及び非水溶性液体を冷却す
る冷却手段をそれぞれ備えた液体回収配管の一端を接続
し、この液体回収配管の他端を前記非水溶性液体を氷蓄
熱槽内に供給する供給手段に接続してなるダイナミック
型氷蓄熱装置において、前記冷却手段は、冷媒配管内を
流れる冷媒と熱交換することで前記非水溶性液体を冷却
する冷凍サイクルに接続された冷却用熱交換器で構成さ
れ、この冷却用熱交換器にて前記非水溶性液体に混入す
る水により氷が発生したことを検出する氷検出手段と、
前記氷を溶かすよう加熱動作を行う加熱動作手段と、前
記氷検出手段が氷を検出したとき前記加熱動作手段を動
作させる制御手段とを設けた構成としてある。

【００１０】第２に、第１の構成において、氷検出手段
は、冷凍サイクル側に設けられている構成としてある。

【００１１】第３に、第１の構成において、氷検出手段
は、液体回収配管側に設けられている構成としてある。

【００１２】

【作用】このような構成のダイナミック型氷蓄熱装置に
よれば、氷蓄熱槽内の非水溶性液体は、圧送手段により
液体回収配管を通して冷却手段を構成する熱交換器に送
られ、ここで冷凍サイクル側の冷媒と熱交換して冷却さ
れる。このとき、非水溶性液体中に水が混入している
と、この水は熱交換器によって冷却されて氷となる。こ
の氷は氷検出手段が検出し、この検出信号は制御手段に
送られ、制御手段は加熱動作手段を動作させて氷を溶か
し、熱交換器内における非水溶性液体の循環経路の詰ま
りを防止する。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１４】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図である。氷蓄熱槽１
内は、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液体
である非水溶性不凍液Ｒとで満たされている。比重が大
きい非水溶性不凍液Ｒは、氷蓄熱槽１の底部に沈殿して
存在することになる。

【００１５】氷蓄熱槽１の底部には、氷蓄熱槽１内の非
水溶性不凍液Ｒを回収する液体回収配管３の一端が接続
されており、液体回収配管３の他端は、氷蓄熱槽１の側
部に装着された非水溶性不凍液Ｒを氷蓄熱槽１内に供給
する供給手段としてのノズル５に接続されている。

【００１６】液体回収配管３上には、非水溶性不凍液Ｒ
の流れる順に、非水溶性不凍液Ｒを圧送する圧送手段と
してのポンプ７、冷却用熱交換器９がそれぞれ設けられ
ている。冷却用熱交換器９は、圧縮機１１，熱交換器１
３，電子膨張弁１５などを有する冷凍サイクルにおける
冷媒配管１７に接続され、製氷運転時には冷凍サイクル
内の低温となった液冷媒が蒸発して非水溶性不凍液Ｒを
冷却する蒸発器として機能する。

【００１７】圧縮機１１と熱交換器１３との間の冷媒配
管１７ａと、電子膨張弁１５と冷却用熱交換器９との間
の冷媒配管１７ｂとは、バイパス配管１９で接続され、
このバイパス配管１９には加熱動作手段としての電磁弁
２１が設けられている。

【００１８】圧縮機１１と冷却用熱交換器９との間の冷
媒配管１７ｃには、冷却用熱交換器９から出た冷媒の温
度を検出する氷検出手段としての温度センサ２３が設け
られている。温度センサ２３の検出信号はマイクロコン
ピュータなどから構成される制御手段としての制御回路
２５に入力され、制御回路２５は温度センサ２３が検出
した冷媒温度が設定値を下回ったときに、熱交換が所望
になされず熱交換器３内の液体回収配管３に氷が発生し
たとして電磁弁２１を開くよう制御信号を出力する。

【００１９】このような構成のダイナミック型氷蓄熱装
置において、製氷運転について図２のフローチャートを
参照しながら説明する。まず、ポンプ７が駆動して非水
溶性不凍液Ｒを循環させ、その後冷凍サイクルの圧縮機
１１が駆動して製氷運転を開始する（ステップ２０
１）。このとき電磁弁２１は閉じている。ポンプ７が駆
動することにより、氷蓄熱槽１の底部に貯溜されていた
非水溶性不凍液Ｒは冷却用熱交換器９に導かれる。一
方、圧縮機１１が駆動することにより、冷媒は圧縮され
て高温高圧のガス冷媒となり、熱交換器１３を通過する
ことで外気と熱交換して凝縮し、電子膨張弁１５で膨張
して低温の液冷媒となって冷却用熱交換器９に達する。

【００２０】冷却用熱交換器９では、非水溶性不凍液Ｒ
が低温の冷媒と熱交換して冷却された後、ノズル５を介
して氷蓄熱槽１の水中に噴出される。水中に噴出された
非水溶性不凍液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の底部に落下する。
そして、この工程を繰り返し、水Ｍの温度が０℃に到達
すると、シャーベット状の氷Ｋの生成が開始される。

【００２１】上記の製氷運転を長時間継続して行うと、
ポンプ７によって吸い込まれる非水溶性不凍液Ｒに微量
ながらも水Ｍが混入する場合があり、この水Ｍが０℃以
下の温度に保たれている冷却用熱交換器９に入り込む
と、微量の水Ｍが凍結し、氷が発生する。

【００２２】ところで、製氷運転中の冷凍サイクル側の
冷媒温度は常に一定の温度に保っているが、冷却用熱交
換器９内で氷が発生すると、冷却用熱交換器９において
熱交換しなくなるため冷媒温度は急激に低下する。この
温度変化を温度センサ２３が検出し、制御回路２５は、
この検出温度Ｔ_rを読み込み（ステップ２０３）、検出
温度Ｔ_rが設定値を下回ったときに（ステップ２０５）
電磁弁２１を開くよう制御信号を出力する（ステップ２
０７）。この結果、圧縮機１１から吐出された高温高圧
のガス冷媒、つまりホットガスがバイパス配管１９を通
して冷却用熱交換器９に直接供給され、冷却用熱交換器
９内に発生した氷を溶かす。これにより、冷却用熱交換
器９における液体回収配管３内の氷による詰まりが防止
され、冷却用熱交換器９の破損を招くことなく製氷運転
を継続して行うことができ、製氷率のアップが期待で
き、信頼性の高い氷蓄熱システムが得られることにな
る。

【００２３】上記実施例では、冷却用熱交換器９内に発
生した氷を溶かすための加熱動作手段としてホットガス
を供給するようにしているが、このほかに、図３〜図６
に示すような方法がある。図３は、電気ヒータなどの加
熱装置２７を冷却用熱交換器９内の液体回収配管３近傍
に設置して加熱する方法であり、このときのフローチャ
ートを図４に示す。図５は、冷却用熱交換器９に一対の
電極２９ａ，２９ｂを設けて電圧印加し、冷却用熱交換
器９自体を発熱させる方法であり、このときのフローチ
ャートを図６に示す。このほか、氷を検出した後、製氷
運転を停止する方法を用いてもよい。

【００２４】図７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図である。この実施例
は、図１の第１実施例における温度センサ２３に代え、
圧力センサ３１を冷却用熱交換器９の出口の冷媒配管１
７に設けている。その他の構成は図１のものと同様であ
る。冷却用熱交換器９内に氷が発生すると、熱交換しな
くなり、このため冷却用熱交換器９の出口の冷媒は圧力
が低下する。この冷媒圧力を圧力センサ３１が検出し、
この検出圧力Ｐ_rが設定値を下回った場合に、電磁弁２
１を開いてホットガスを冷却用熱交換器９に供給し、氷
を溶かす。このときのフローチャートを図８に示す。

【００２５】図９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における冷凍サイクル側を省略し
た構成図である。この実施例は、液体回収配管３側に、
冷却用熱交換器９に発生した氷を検出する機構を設けた
もので、具体的にはポンプ７と冷却用熱交換器９との間
の液体回収配管３に、非水溶性不凍液Ｒの流量を検出す
る氷検出手段としての流量センサ３３を設けている。

【００２６】冷却用熱交換器９における液体回収配管３
内に氷が発生すると、非水溶性不凍液Ｒの流量が減少す
る。流量センサ３３が検出した流量Ｆ_fが設定値を下回
ったときに、制御回路２５がこの検出信号の入力を受け
て図１と同様な電磁弁２１を開くよう制御信号を出力す
ることで、氷を溶かすことができる。このときのフロー
チャートを図１０に示す。

【００２７】図１１は、この発明の第４実施例を示すダ
イナミック型氷蓄熱装置における冷凍サイクル側を省略
した構成図である。この実施例も、前記第３実施例と同
様に液体回収配管３側に、冷却用熱交換器９に発生した
氷を検出する機構を設けたものであり、具体的には冷却
用熱交換器９の前後の液体回収配管３に、氷検出手段と
しての圧力センサ３５ａ，３５ｂを設けている。

【００２８】製氷運転中の冷却用熱交換器９の前後の液
体回収配管３内の圧力は、常に一定の圧力差を保ってい
るが、冷却用熱交換器９の液体回収配管３内で氷が発生
すると、冷却用熱交換器９の入口側、つまり圧力センサ
３５ａ側が上昇し、前後の圧力差が変化する。このた
め、二つの圧力センサ３５ａ，３５ｂの検出信号の入力
を受ける制御回路２５が、前後の圧力差ΔＰが設定値を
上回ったと判断したときに、図１と同様な電磁弁２１を
開くよう制御信号を出力することで、氷を溶かすことが
できる。このときのフローチャートを図１２に示す。

【００２９】図１３は、この発明の第５実施例を示すダ
イナミック型氷蓄熱装置における冷凍サイクル側を省略
した構成図である。この実施例は、非水溶性不凍液Ｒを
循環させるポンプ７に、ポンプ７への入力電力を検出す
るポンプ入力センサ３７を設けてこれを氷検出手段とし
たものである。製氷運転中、ポンプ７を回転数一定で運
転すれば、ポンプ７への入力は一定である。しかし、冷
却用熱交換器９内で氷が発生すると、非水溶性不凍液Ｒ
の流量が低下するためポンプ７の回転数が低下し、逆に
ポンプ入力は回転数を維持しようとするため上昇する。
したがって、ポンプ入力センサ３７が検出したポンプ入
力Ｗ_pが設定値を越えたときに、制御回路２５が図１と
同様な電磁弁２１を開くよう制御信号を出力すること
で、氷を溶かすことができる。このときのフローチャー
トを図１４に示す。

【００３０】図１５は、この発明の第６実施例を示すダ
イナミック型氷蓄熱装置における冷凍サイクル側を省略
した構成図である。この実施例は、非水溶性不凍液Ｒを
循環させるポンプ７に、ポンプ７の回転数を検出する回
転数センサ３９を設けてこれを氷検出手段としたもので
ある。製氷運転中、ポンプ７を入力一定で運転すれば、
回転数は一定である。しかし、冷却用熱交換器９内で氷
が発生すると、非水溶性不凍液Ｒの流量が低下するた
め、回転数が低下する。したがって、回転数センサ３９
が検出したポンプ７の回転数Ｒ_pが設定値を下回ったと
きに、制御回路２５が図１と同様な電磁弁２１を開くよ
う制御信号を出力することで、氷を溶かすことができ
る。このときのフローチャートを図１６に示す。

【００３１】なお、図７の第２実施例から図１５の第６
実施例において、氷を溶かす手段として、ホットガスを
供給する方法を示したが、図１の第１実施例と同様に、
図３あるいは図５に示したような電気ヒータによる加熱
や電極による電圧印加を用いてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、非水溶性液体に水が混入し、この水が非水溶性液
体を冷却するための熱交換器内で凍結し氷が発生した際
に、この氷の発生を氷検出手段が検出し、加熱動作手段
を動作させて氷を溶かすようにしたので、熱交換器内に
おける非水溶性液体流路の氷による詰まりを解消でき、
熱交換器の破損を招くことなく製氷運転を継続して行う
ことができ、信頼性の高い氷蓄熱システムを得ることが
できる。

【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図である。

【図２】図１のダイナミック型氷蓄熱装置における制御
回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図３】図１のダイナミック型氷蓄熱装置に対し、加熱
動作手段としてヒータを用いた例を示す要部の構成図で
ある。

【図４】図３のダイナミック型氷蓄熱装置における制御
回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図５】図１のダイナミック型氷蓄熱装置に対し、加熱
動作手段として電極を用いた例を示す要部の構成図であ
る。

【図６】図５のダイナミック型氷蓄熱装置における制御
回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図７】この発明の第２実施例を示すダイナミック型氷
蓄熱装置の冷凍サイクル側の要部の構成図である。

【図８】図７のダイナミック型氷蓄熱装置における制御
回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図９】この発明の第３実施例を示すダイナミック型氷
蓄熱装置の冷凍サイクル側を省略した要部の構成図であ
る。

【図１０】図９のダイナミック型氷蓄熱装置における制
御回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図１１】この発明の第４実施例を示すダイナミック型
氷蓄熱装置の冷凍サイクル側を省略した要部の構成図で
ある。

【図１２】図１１のダイナミック型氷蓄熱装置における
制御回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図１３】この発明の第５実施例を示すダイナミック型
氷蓄熱装置の冷凍サイクル側を省略した要部の構成図で
ある。

【図１４】図１３のダイナミック型氷蓄熱装置における
制御回路の制御動作を示すフローチャートである。

【図１５】この発明の第６実施例を示すダイナミック型
氷蓄熱装置の冷凍サイクル側を省略した要部の構成図で
ある。

【図１６】図１５のダイナミック型氷蓄熱装置における
制御回路の制御動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｍ水Ｒ非水溶性不凍液（非水溶性液体）１氷蓄熱槽７ポンプ（圧送手段）９冷却用熱交換器（冷却手段）３液体回収配管５ノズル（供給手段）２３温度センサ（氷検出手段）２５制御回路（制御手段）３１圧力センサ（氷検出手段）３３流量センサ（氷検出手段）３５ａ，３５ｂ圧力センサ（氷検出手段）３７ポンプ入力センサ（氷検出手段）３９回転数センサ（氷検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐久間勉神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者大高敏男神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者山本敏浩神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水と、水より比重が大きい非水溶性液体
とを氷蓄熱槽にそれぞれ収納し、この氷蓄熱槽に、底部
に滞留する非水溶性液体を回収し途中に非水溶性液体を
圧送する圧送手段及び非水溶性液体を冷却する冷却手段
をそれぞれ備えた液体回収配管の一端を接続し、この液
体回収配管の他端を前記非水溶性液体を氷蓄熱槽内に供
給する供給手段に接続してなるダイナミック型氷蓄熱装
置において、前記冷却手段は、冷媒配管内を流れる冷媒
と熱交換することで前記非水溶性液体を冷却する冷凍サ
イクルに接続された冷却用熱交換器で構成され、この冷
却用熱交換器にて前記非水溶性液体に混入する水により
氷が発生したことを検出する氷検出手段と、前記氷を溶
かすよう加熱動作を行う加熱動作手段と、前記氷検出手
段が氷を検出したとき前記加熱動作手段を動作させる制
御手段とを設け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】氷検出手段は、冷凍サイクル側に設けら
れている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】氷検出手段は、液体回収配管側に設けら
れている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。