JPH0783548A - 過冷却水による蓄熱用製氷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過冷却水の氷への相変化を、付加エネルギ−
を必要とせずに、簡単な設備構造で効果的に生じさせ
る。 【構成】蓄熱槽８の水を製氷熱交換器３内に連続的に循
環させ、冷凍機１で冷却された冷媒（ブライン等）２と
熱交換することにより、０℃以下の過冷却状態に冷却し
て、蓄熱槽８内に微細な氷を製氷する蓄熱用製氷法にお
いて、蓄熱槽８の水面近傍に昇降自由に設置した細目ネ
ット１７上に過冷却水を落下させ氷への相変化を生じさ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】近年、電力需要が急増し、特に夏
期においては冷房負荷による昼間と夜間の電力需要のア
ンバランスが著しくなっている。この対策の一つに夜間
の余裕電力を利用して冷熱を貯蔵しておき昼間にこの冷
熱を取り出し冷房負荷に利用することにより電力需要の
昼夜平均化を図る冷熱貯蔵方式がある。

【０００２】

【従来の技術】この冷熱貯蔵方式には、冷水蓄熱システ
ムと氷蓄熱システムがあるが、設備スペースの効率的利
用等の面から、より省スペースで蓄熱が可能な氷蓄熱シ
ステムが注目視されている。

【０００３】これ迄、氷蓄熱装置における製氷システム
では各種の製氷方法が開発提案されている。製氷方法は
大きく分けてスタティック方式とダイナミック方式の二
種類かあり、スタティック方式は製氷用熱交換器の伝熱
面に氷を着氷させ成長させるものであるため、氷厚の増
大に伴って伝熱抵抗が大きくなり、製氷効率が低下す
る。これに対し、ダイナミック方式は製氷熱交換器の伝
熱面に着氷した氷を間欠的に剥離させたり、過冷却水を
製造することにより伝熱面に着氷することなく製氷する
ものであるため、製氷時の熱交換効率がスタティック方
式と比較して優れていると共に、製造された氷の形状が
小さいことより、夜間に蓄熱した氷を用いて昼間冷房を
行う際に、冷房負荷に素早く追随することができる。

【０００４】従来ダイナミック方式の製氷方法には、各
種の方法が提案されている。例えば、不凍液と水の混合
体を冷却する方法や、特開平１−１１４６８２号公報に
開示されているようにシェル＆チューブ型熱交換器を用
いて、その水側の伝熱面の温度を−５，８〜０℃に制御
して連続的に過冷却水を製造し蓄熱槽内で製氷する方法
や、特開昭６２−１４７２７１号公報に開示されている
ように水流速を0.1m/sec以上に保ち連続的に過冷却水を
製造する方法がある。

【０００５】又、「化学工学論文集」第７号，449〜453
頁(1981)には、チューブ径4mmのシェル＆チューブ型熱
交換器を用いて水流速0.2〜2.6m/sec程度の範囲で水が
過冷却現象を起こすことを明らかにしている。

【０００６】又、本出願人は特願平０４−０３３７５９
号にて、この過冷却水を氷に相変化させる製氷システム
において、熱交換性能に優れ、伝熱板の保守点検が容易
であり、能力設定の自由度が高く、かつコンパクトな設
備構成が得られる等の多くの利点を有するプレート型熱
交換器を用いた製氷方法を提案している。

【０００７】これらの過冷却水を用いたダイナミック方
式の製氷方法は前記のように優れた特徴を有するが、過
冷却水（液相）の状態から氷（固相）に相変化させる工
夫が必要となる。従来、この相変化を行わせる方法は、
蓄熱槽の水面上に設けた邪魔板上に過冷却水を落下さ
せ氷相に変化させる方法や、特開昭64-90973号公報に
開示されているような、圧電素子を取付けた樋の上流側
に過冷却水を供給し、樋を流れる過冷却水に超音波振動
を付与することにより氷相に変化させ氷と水の混合体と
して蓄熱槽内に供給するものがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これら従来技術のう
ち、邪魔板を使用したものは板上に落下した過冷却水が
飛びはねて十分な氷相変化が得られず、また、製氷され
た氷が蓄熱槽内に分散して製氷熱交換器に供給する蓄熱
槽の水に氷が混入する恐れがあり、製氷熱交換器の流路
を流れる冷却水を凍結させる心配がある。また、後者の
超音波振動を利用したものは、氷相変化手段としては優
れているが電力エネルギーを用いた超音波振動装置など
の特別の設備を配置し、この運転制御が必要となる他、
樋から蓄熱槽に供給された氷と水の混合体が蓄熱槽内に
分散して前者同様に製氷熱交換器の流路を流れる冷却水
を凍結させる心配がある。

【０００９】本発明は、電力等のエネルギーを要せずか
つ極めて簡単な設備構成で、過冷却水を氷に相変化させ
製氷運転に支障なく蓄熱槽内に蓄氷することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、蓄熱槽８の
水を製氷熱交換器３内に連続的に循環させ、冷凍機１で
冷却された冷媒（ブライン等）２と熱交換することによ
り、０℃以下の過冷却状態に冷却して、蓄熱槽８内に微
細な氷を製氷する蓄熱用製氷方法において、蓄熱槽８の
水面近傍に昇降自由に設置した細目のネット上に過冷却
水を落下させ、氷への相変化を生じさせる。

【００１１】

【作用】０℃以下の過冷却の水は、定常流では液相状態
を保持しているが、何らかのショックを与えたり、他の
物体に接触すると氷に相変化することが知られている。
本発明はこの事象を利用し、製氷熱交換器で過冷却状態
まで冷却された水を、蓄熱槽の水面近傍に昇降自由に設
置した細目のネット上に落下させるので、ネットの網目
に着氷により氷核を生じこれに過冷却水が接触して順次
氷相に変化する。すなわちネット上に順次氷ができる。

【００１２】ネットは水面近傍に昇降自在であるので、
その上の氷量が多くなると重量増大によりネット全体が
降下するが、一方この降下により水中に没する氷量が増
大するので浮力が増大し、蓄氷の一部が水面から浮上し
た状態で氷の重量と浮力が平衡する。この水面から浮上
した氷に、蓄熱槽内に落下する過冷却水が接触して、次
々に氷になり蓄氷される。ネットは、過冷却水を着氷さ
せ氷核を作る役割りの他に、落下する過冷却水の緩衝材
としての機能、および、蓄熱槽内に蓄氷される氷と冷水
を通水可能な状態で仕切る役割りも有する。

【００１３】即ち蓄熱槽内の水を製氷熱交換器に供給・
循環させる際、蓄熱槽の底部から水を取り出し、製氷熱
交換器で冷却された過冷却水を蓄熱槽に戻してその上部
から落下させるが、ネットが緩衝材として働くので、蓄
熱槽内の上部と下部の水に大きな水流を生じさせない。
また、ネットで蓄氷と下方の水が仕切られているため蓄
熱槽の底部には水が流動することがないため製氷熱交換
器に供給する水に氷が混入することがなくなり、製氷熱
交換器の流路を凍結させる心配がない。更に、製氷熱交
換器には、蓄熱槽の底部の比較的暖い水を循環供給し
て、製氷熱交換器で冷却された水を蓄熱槽上部に戻すの
で、蓄熱槽の水の冷却効率が高い。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の一実施例を用いた氷蓄熱シス
テムの全体構成を示す。この氷蓄熱システムは、夜間電
力で運転される冷凍機１で冷却された冷媒（ブライン）
２を製氷熱交換器３の冷媒流路にポンプ５で循環させ、
製氷熱交換器３の水流路には、ポンプ７Ａで蓄熱槽８内
の底部から水９を入口側管路４を介して供給し、冷媒で
冷却された過冷却水を出口側管路６を通じて蓄熱槽８の
上部から蓄熱槽内に製氷ノズル１０から放出落下させる
ように構成されている。

【００１５】昼間等、冷房負荷１４に蓄熱槽８に蓄熱
（冷熱）された冷水を供給するときには、ポンプ７Ｂを
駆動して、の底部の一次冷却水抜出しノズル４で冷水１
２を抜出して冷水熱交換器１３に供給し、そして蓄熱槽
８上部に配置した一次冷水戻りノズル１６から蓄熱槽８
にスプレー状に戻し放水するようにされている。冷房負
荷１４と冷水熱交換器１３の間を水１５が循環し、冷水
１２の冷熱が冷水熱交換器１３および水１５を介して冷
房負荷１４に供給される。

【００１６】図２に、図１に示す蓄熱槽８内のネット１
７と製氷ノズル１０の位置関係を示す。ネット１７は、
ノズル１０からの過冷却水の固相（氷）への変化を効果
的に行なうため、網目の大きさは約0.5〜2mm程度のもの
を用いている。材質は合成樹脂，ゴムまたは金網製等、
特に限定する必要はない。

【００１７】ネット１７を蓄熱槽８の水面近傍に昇降自
在とするには、ネット１７を合成樹脂等の細目材自身の
浮力が高い（軽い）もの、又は空心（中空）のものとし
て蓄熱槽８の水面上に浮上させても良いが、金網等水没
するネットを用いる場合には、浮ボードや、浮力を付加
した骨組み等で支持して浮上するようにする必要があ
る。この場合浮力の大きさはあまり大きくならないよう
にし、ネット上に蓄氷された氷１８の重さで沈み水面上
に氷がわずかに突出する程度にする。

【００１８】ネット１７を昇降自由にする手段として
は、浮力を利用する他、図３に示すようにネット１７の
外周数ケ所をひも１９で吊り、このひも１９に滑車２０
とカウンターウエイト２１を介して一定の上向き張力を
与えるようにしても良い。

【００１９】又、ネット１７が蓄熱槽８内で横方向に移
動しないようにガイドを設けても良い。

【００２０】以上の如く、構成した氷蓄熱システムにお
いて、夜間等の製氷運転中に、蓄熱槽８の水は連続的に
ポンプ７で製氷熱交換器３に送られ冷媒で冷却されて蓄
熱槽８に戻されることを繰返すうちに過冷却状態（０℃
〜−４℃程度の液相）まで冷却されると蓄熱槽８内に放
出落下した際、前記ネット１７に微細な氷が着氷し、こ
の氷核に連続的に落下する過冷却水が接触して次々と氷
が作られネット上に蓄氷１８される。ネット１７上の蓄
氷量が多くなると、氷の重量でネット１７は水中に降下
し、蓄氷１８の上部が水面から浮上した状態でバランス
する。

【００２１】昼間等の冷熱放出運転では、一次冷却水戻
りノズル１６のスプレ−水で蓄氷１８が少しづつ融けて
次第に少くなる。この減少に伴ってネット１７は少しづ
つ上昇し、遂には水面上に浮上する。ネット１７が水面
上に浮くと、次の製氷運転で、製氷ノズル１０より落下
する過冷却水がネット１７に着氷する。

【００２２】図４には製氷運転開始後間もない時刻のネ
ット１７の位置とその上の氷１８を示す。氷１８の量が
少いのでネット１７はまだ水面近くにある。氷１８の量
が多くなると図５に示すようにネット１７が深く沈む
が、水面より露出する氷１８にノズル１０からの過冷却
水が当るので製氷は進行する。すなわちネット１７の深
さがいずれであっても、製氷運転により、ネット１７上
に氷が出来る。また、ネット１７の深さがいずれであっ
ても、氷はネット１７で蓄熱槽８の下底への進行が妨げ
られるので、氷が入口側管路４に入ることはない。ま
た、昼間等の冷熱放出運転時には水１２が蓄氷１８上に
落下するが、氷はネット１７で蓄熱槽８の下底への進行
が妨げられるので、氷が一次冷却水ノズル１１に入るこ
とはない。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱槽の水面近傍に昇
降自由に設置した細目のネット上に製氷熱交換器で冷却
された過冷却水を落下させて、氷への相変化を生じさせ
るので、電力等のエネルギーを要せず、極めて簡単な設
備構成で相変化すなわち製氷が行なわれる。また、製氷
された氷は、蓄熱槽内に分散されることがなく、ネット
で仕切られて蓄熱槽の上方に蓄えられるため、製氷運転
時に製氷熱交換器に供給する水に氷が混入することがな
く、熱交換器の流路を凍結させるようなことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を用いた、氷蓄熱システム
の全体構成を示すブロック図である。

【図２】 図１に示す蓄熱槽８内の、ネット１７と製氷
ノズル１０の位置関係を示す拡大斜視図である。

【図３】 ネットを昇降自在とする一つの実施態様を示
す側面図であり、蓄熱槽８は破断して示す。

【図４】 図１に示すネット１７の、製氷運転開始後間
もない時点の位置を示す側面図であり、蓄熱槽８は破断
して示す。

【図５】 図１に示すネット１７の、蓄氷１８の量が多
いときの位置を示す側面図であり、蓄熱槽８は破断して
示す。

【符号の説明】 １：冷凍機 ２：冷媒（ブライン
等） ３：製氷熱交換器 ４：入口側管路 ５：ポンプ ６：出口側管路 ７Ａ：ポンプ ７Ｂ：ポンプ ８：蓄熱槽 ９：水 １０：製氷ノズル １１：一次冷水抜出
しノズル １２：冷水 １３：冷水熱交換器 １４：負荷 １５：水 １６：一次冷水戻りノズル １７：ネット １８：氷 １９：ひも ２０：滑車 ２１：カウンターウ
ェィト ＴＭ１：温度計 ＴＭ２：温度計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽８の水を製氷熱交換器３内に連続
   的に循環させ、冷凍機１で冷却された冷媒２と熱交換す
   ることにより、０℃以下の過冷却状態に冷却して、蓄熱
   槽８内に微細な氷を製氷する蓄熱用製氷方法において、 蓄熱槽８の水面近傍に昇降自由に設置した細目のネット
   上に過冷却水を落下させ、氷への相変化を生じさせるこ
   とを特徴とする過冷却水による蓄熱用製氷方法。