JPH10185248A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過冷却器内に供給される冷水内に氷が混在し
ていた場合、この氷を融解する熱源を氷蓄熱装置とは別
個の熱源を用いることなくその氷を融解する。 【解決手段】 蒸発器２１と圧縮機２３と凝縮器２５と
膨張弁２７を有した冷凍機３と、冷水１５と氷１３を貯
える氷蓄熱槽９と、氷蓄熱槽９から供給される冷水を蒸
発器２１のブラインにより過冷却状態に冷却する過冷却
器５とを備え、過冷却器５で過冷却状態にした冷水の過
冷却状態を解除して氷を生成し、この氷を氷蓄熱槽９に
貯える氷蓄熱装置１において、氷蓄熱槽９から過冷却器
５に流れる冷水を冷凍器３の凝縮器２１から膨張弁２７
へ流れる冷媒によって加熱する予熱器１９を備える。氷
蓄熱装置１は別個の熱源を用いずに、凝縮器２５から膨
張弁２７へ流れる冷媒によって氷を加熱して融解でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱装置に関
し、更に詳細には過冷却水を利用して氷蓄熱を行う氷蓄
熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和や産業プロセスにおいて、熱源
容量を小さくすることができ、安価な夜間電力の利用が
可能であり、運転管理の容易化を実現することができる
ことから、冷熱や温熱を蓄積する蓄熱システムは多く利
用されている。そして、その蓄熱媒体としては、安全で
且つ安価であり液体としては比熱が大きく取り扱いが容
易な、「水」が使用されている。

【０００３】しかし、冷熱蓄熱において、水の温度差に
よる顕熱を利用する水蓄熱は、都市の高層化による高負
荷や産業プロセスの高密度化により、膨大な水の容量が
必要となり、また、建築的な制約で所望の水の容量を確
保できず十分な蓄熱量が得られないという問題が生じて
いた。

【０００４】このため、例えば特開平８−１７８４８３
号公報に記載されたように、水蓄熱に比べ５〜７倍の蓄
熱量が得られる氷の潜熱を利用した氷蓄熱システムが開
発された。この氷蓄熱システムは、蒸発器と圧縮機と膨
張器と減圧装置から構成される冷凍機と、水の過冷却状
態を生成する過冷却器と、水の過冷却状態を解除して氷
に相変化させる過冷却解除器と、氷を貯える氷蓄熱槽、
から構成されている。

【０００５】この氷蓄熱システムは、過冷却器で生成さ
れた過冷却状態の水に落下エネルギーや過冷却解除器に
よる衝撃エネルギーを与えてシャーベット状の氷を生成
し、その流動性を利用して氷蓄熱槽に搬送して貯え、冷
熱の利用はシャーベット状の氷の溶け易い性質を利用し
て氷を０℃の冷水に相変化させ、この潜熱を空気調和等
に利用する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、氷蓄熱
槽から過冷却器へ戻る０℃の冷水中に微細な氷が混入す
ると、それが核となり過冷却器の冷水流路内で過冷却水
が氷析出を起こし、最終的にはその回路が閉塞してしま
い氷蓄熱システムの運転が不可能になるという問題が生
じる。

【０００７】そこで、氷が過冷却器に供給されるのを防
止し、冷水のみを過冷却器に供給する氷蓄熱装置が開発
された。例えば、特開平８−２１９５０３号公報に記載
された氷蓄熱装置は、氷蓄熱槽と過冷却器とを接続した
冷水管に熱交換器を設け、この熱交換器に氷蓄熱装置と
は別の系の熱媒体を流して冷水管内を流れる冷水との間
で熱交換をし、冷水の温度を上昇させて冷水内の氷を融
解させている。

【０００８】しかしながら、この場合には、冷水内の氷
を融解させるに別の系の設備が必要であり、設備計画に
左右される。また、わざわざ系統分けをすれば、その系
のための配管などを分けなければならず、コストアップ
を招く。

【０００９】一方、特開平７−４２９７５号公報に記載
されたものは、氷蓄熱槽と過冷却器とを接続した冷却管
の途中に氷捕集フィルタを設け、この氷捕集フィルタに
より冷却管内の氷を除去して過冷却器に冷水のみを供給
する。

【００１０】しかしながら、この場合には、氷捕集フィ
ルタにより０℃の柔らかい微細な氷を捕集する際に、氷
や冷水と一緒に混在するゴミ等により氷捕集フィルタに
目詰まりが生じ、所望の流量を確保するには循環ポンプ
の動力を増加させる必要があり、フィルタの洗浄や交換
等のメンテナンスが必要となり、実用化は困難である。

【００１１】また、過冷却解除部と氷蓄熱槽を別に設け
た場合など、過冷却解除後に氷水スラリーを搬送する場
合には、搬送部に氷がこびりつき、この付着地点で氷に
よる流路の閉塞が生じる。この現象は放置すると過冷却
解除部からの氷水スラリーのあふれや過冷却水飛沫の跳
ね返りによる過冷却器出口部での氷析出を引き起こす、
という問題が生じていた。

【００１２】本発明の目的は、このような従来の技術の
問題点に鑑みてなされたものであり、既存の氷蓄熱装置
の熱源を利用して、氷蓄熱装置における冷水流路内の凍
結を防止することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。

【００１４】（１） 本発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮
器と減圧装置を有する冷凍機と、水と氷を貯える氷蓄熱
槽と、この氷蓄熱槽から供給される冷水を冷凍機におけ
る蒸発器で冷却されたブラインにより過冷却状態に冷却
する過冷却器とを備え、過冷却器で生成した過冷却水の
過冷却状態を解除して氷を生成し、この氷を前記氷蓄熱
槽に貯える氷蓄熱装置において、氷蓄熱槽から過冷却器
に流れる冷水を冷凍機の液冷媒の顕熱によって加熱する
予熱器を備えることを特徴とする氷蓄熱装置である。

【００１５】冷凍機における液冷媒は、凝縮器の後に設
けられた予熱器により氷蓄熱槽から供給される冷水を加
熱して冷水内に混入した氷を融解する。このとき、冷媒
はさらに冷却され過冷却状態になり、冷媒の単位流量あ
たりの冷却能力は増加する。

【００１６】そして、加熱された冷水は過冷却器に供給
され、ブラインにより過冷却状態に冷却された後、過冷
却状態が解除されて氷に相変化して氷蓄熱槽に貯えられ
る。従って、液冷媒の顕熱を有する冷媒を冷水の加熱源
として利用することにより、冷水を加熱する熱源を氷蓄
熱装置とは別個に設ける必要がない。

【００１７】また、冷媒が冷水を加熱することにより冷
媒の冷却能力を増加させ、大きな潜熱量を有した冷媒に
よりブラインを介して冷水を過冷却状態にすることがで
きるので、氷を生成するシステムとしてきわめて効率が
良い。即ち、前記増加した冷却能力を冷水を過冷却状態
にするブラインの冷熱回収に利用することにより、より
多くの熱量を冷水から吸熱して冷水を過冷却状態に変化
させることができ、また、冷媒の冷凍能力が高められ少
ない冷媒の循環量で冷媒を所望の温度に冷却することが
できる。

【００１８】（２） 本発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮
器と減圧装置を有する冷凍機と、冷凍機の凝縮器に冷却
水流路を介して冷却水を供給し冷凍機の冷媒を冷却する
冷却器と、水と氷を貯える氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽か
ら供給される冷水を分流して冷凍機における蒸発器で冷
却されたブラインにより過冷却状態に冷却する複数の過
冷却器と、各過冷却器で生成した過冷却水の過冷却状態
を解除して氷を生成する複数の過冷却解除部とを備え、
この過冷却解除部で生成された氷を冷水と共に氷水とし
て氷水流路を介し前記氷蓄熱槽に供給する氷蓄熱装置に
おいて、（イ）前記氷蓄熱槽から前記過冷却器に流れる
冷水を前記冷凍機の液冷媒の顕熱によって加熱する予熱
器と、（ロ）前記冷却器から冷凍機の凝縮器に流れる冷
却水により氷蓄熱槽から過冷却器に導かれる冷水を加熱
する加熱器と、（ハ）過冷却器により過冷却水を生成す
る通常運転では前記加熱器をバイパスして冷水を氷蓄熱
槽から過冷却器に流し、氷水流路内部の凍結により氷水
が流れにくくなった場合にその氷析出部位を融解する融
解運転では冷水を前記加熱器に通して加熱し氷蓄熱槽か
ら過冷却器に流す第１流路切換手段と、（ニ）前記通常
運転では各過冷却器に蒸発器のブラインを供給し、前記
融氷運転では氷水流路の凍結部位に氷水を供給可能な一
方の過冷却器へのブラインの供給を停止する第２流路切
替手段と、を備えることを特徴とする氷蓄熱装置であ
る。

【００１９】通常運転では加熱器は運転されず、第１流
路切替手段はそのままの状態に維持されて加熱器には冷
水が供給されない。従って、氷蓄熱槽から氷を濾過して
分離した冷水は予熱器に送られて加熱され冷水に混入す
る氷を融解して直接複数の過冷却器に供給される。各過
冷却器において冷水は蒸発器との間で循環するブライン
により冷却されて過冷却状態に冷却されたのち、各過冷
却解除部にて過冷却状態を解除して氷を生成し、この氷
を前記氷蓄熱槽に貯える。

【００２０】氷水流路に氷が付着して氷析出すると、氷
水が流れにくくなる。その場合には融解運転に切り換え
る。ここで、氷水の流れ易さは、例えば、過冷却解除部
の水位上昇により検出する。融解運転では第２流路切替
手段を切り換えて凍結部位に連係する過冷却器にブライ
ンの供給を停止し、他の過冷却器へのブラインの供給を
継続する。

【００２１】このとき、過冷却器２台のシステムを例に
とると、一方の過冷却器へのブライン供給を停止するた
め冷凍機の運転は１／２にダウンされる（循環する冷媒
量も半分）。そして、それまで例えば０．５℃で過冷却
器に供給されていた冷水は前記事情で予熱器の能力が半
分になるため０．２５℃に低下する。そこで、稼動中の
過冷却器の伝熱管内氷析出の防止と停止した過冷却器の
系の氷水通路閉塞の融解をすべく冷水供給温度を制御す
る必要がある。

【００２２】次に、加熱器に接続された第１流路切替手
段を切り換え氷蓄熱槽から流れる冷水を加熱器に供給し
て加熱する。この加熱された冷水は各過冷却器に供給さ
れる。ブラインの供給を停止された過冷却器に供給され
た冷水は過冷却されることなく過冷却解除部を経由して
氷水流路の氷が付着した部位に到達して氷を溶かしなが
ら氷蓄熱槽に押し流す。

【００２３】これと同時に他方の過冷却器においては、
供給された冷水は通常通りに過冷却されて過冷却水とな
り、過冷却解除部にて過冷却状態が解除されて氷に生成
され、この氷を前記氷蓄熱槽に貯える。

【００２４】氷水流路に氷が付着して凍結し氷水が流れ
にくくなっても、冷凍機は運転を継続させたままの状態
で加熱器を運転させて前記氷を溶かすことができるの
で、氷蓄熱槽に氷を蓄熱する時間が大きく遅延すること
はない。

【００２５】加熱器は予熱器の上流に設置してもよい
し、下流に設置してもよい。融解運転をする場合には冷
凍機の冷凍能力を低下させることができる。

【００２６】（３） 本発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮
器と減圧装置を有する冷凍機と、冷凍機の凝縮器に冷却
水流路を介して冷却水を供給し冷凍機の冷媒を冷却する
冷却器と、水と氷を貯える氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽か
ら供給される冷水を冷凍機における蒸発器で冷却された
ブラインにより過冷却状態に冷却する過冷却器と、過冷
却器で生成した過冷却水の過冷却状態を解除して氷を生
成する過冷却解除部とを備え、この過冷却解除部で生成
された氷を冷水と共に氷水として氷水流路を介し前記氷
蓄熱槽に供給する氷蓄熱装置において、（イ）前記氷蓄
熱槽から前記過冷却器に流れる冷水を前記冷凍機の液冷
媒の顕熱によって加熱する予熱器と、（ロ）前記冷却器
から冷凍機の凝縮器に流れる冷却水により氷蓄熱槽から
過冷却器に流れる冷水を加熱する加熱器と、（ハ）過冷
却器により過冷却水を生成する通常運転では前記加熱器
をバイパスして冷水を氷蓄熱槽から過冷却器に流し、氷
水流路内部の凍結により氷水が流れにくくなった場合に
その凍結部位を融解する融解運転では冷水を前記加熱器
に通して加熱し氷蓄熱槽から過冷却器に流す流路切換手
段と、を備え、前記融氷運転では冷凍機の運転を停止す
ることを特徴とする氷蓄熱装置である。

【００２７】通常運転では加熱器は運転させず、流路切
替手段はそのままの状態に維持されて加熱器には冷水が
供給されない。従って、氷蓄熱槽に貯えられた氷が溶け
た冷水は予熱器に送られて加熱され冷水に混入する氷を
融解して過冷却器に供給される。過冷却器において冷水
は蒸発器との間で循環するブラインにより冷却されて過
冷却状態に冷却されたのち、過冷却解除槽にて過冷却状
態を解除して氷を生成し、この氷を前記氷蓄熱槽に貯え
る。

【００２８】氷水流路に氷が付着して凍結すると、氷水
が流れにくくなる。その場合には融解運転に切り換え
る。ここで、氷水の流れ易さは、例えば、過冷却解除部
の水位上昇により検出する。融解運転では冷凍機を停止
させる。従って、過冷却器内を流れる冷水は冷却される
ことはない。

【００２９】次に、加熱器に接続された流路切替手段を
切り換えて氷蓄熱槽から過冷却器へ流れる冷水を加熱器
に供給して加熱する。加熱器は冷凍機の凝縮器の余熱や
外気からの温熱を取得して前記加熱に供される。

【００３０】加熱された冷水は過冷却器にて冷却される
ことなく過冷却解除部を経由して氷水流路に流れ、氷水
流路内に付着した氷を溶かしながら氷蓄熱槽に押し流
す。過冷却解除部と氷蓄熱槽との間の氷水流路に氷が付
着して凍結し氷水が流れにくくなっても、加熱器を用い
てその氷析出を短時間で解除することができる。

【００３１】加熱器は予熱器の上流に設置してもよい
し、下流に設置してもよい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る氷蓄熱装置の
実施の形態を図１から図４の図面に基づいて説明する。

【００３３】〔第１の実施の形態〕初めに、第１の実施
の形態について図１，図２，図３に基づいて説明する。
図１は氷蓄熱装置の構成図を示す。氷蓄熱装置１は冷凍
機３と、過冷却器５と、過冷却解除槽（過冷却解除部）
７と、氷蓄熱槽９と、冷却塔（冷却器）１１から構成さ
れている。冷凍機３としてはターボ冷凍機を、冷却塔１
１としては開放型冷却塔を例示できる。また、過冷却器
５としてはシェルアンドチューブ型熱交換器を例示でき
る。

【００３４】氷蓄熱槽９に貯えられた氷１３が溶けた冷
水（水）１５は冷水循環ポンプ１７を介し予熱器１９を
経由して過冷却器５に送られる。この過冷却器５におい
て冷水を過冷却状態（以下、「過冷却水」と記す。）に
した後、過冷却解除槽７に送り過冷却状態を解除してシ
ャーベット状の氷水に相変化させ、これを氷水流路６４
を介して氷蓄熱槽９に貯える。

【００３５】冷凍機３は蒸発器２１、圧縮機２３、凝縮
器２５、予熱器１９及び膨張弁（減圧装置）２７を備え
ており、この順番に冷媒流路６１を介して閉回路に構成
されている。前記予熱器１９は、氷蓄熱槽９から冷水循
環ポンプ１７により冷水流路６２を通って搬送された冷
水を凝縮器２５から膨張弁２７へ流れる冷媒によって加
熱する機能を有し、これにより、冷水内に混入する氷を
融解して冷水のみを過冷却器５に供給する。予熱器１９
としては図３に示す構造のものを使用することができ
る。即ち、図３に示す予熱器１９は凝縮器２５と予熱器
１９を一体の枠体２９内に収めたものである。

【００３６】蒸発器２１には前記過冷却器５とブライン
循環ポンプ３０が接続されている。蒸発器２１で冷却さ
れたブラインはブライン流路６３を通って過冷却器５に
送られ冷水を過冷却状態にした後、ブライン循環ポンプ
３０によりブライン流路６３を通って蒸発器２１に戻さ
れる。

【００３７】凝縮器２５には冷却塔１１と冷却水循環ポ
ンプ３３が接続されている。凝縮器２５により加熱され
た冷却水は冷却塔１１で冷却された後、冷却水循環ポン
プ３３により冷却水流路６５を通って凝縮器２５に戻さ
れる。

【００３８】次に、氷蓄熱槽９に氷１３を貯えるための
一実施例を温度条件に基づいて説明する。まず、氷蓄熱
槽９に貯えられている０℃の冷水１５を冷水循環ポンプ
１７でポンプアップし、冷水流路６２を介して予熱器１
９に供給する。予熱器１９において凝縮器２５から膨張
弁２７へ流れる３℃程度の冷媒の冷熱が０℃の冷水を
０．５℃に加熱し、冷水内に混入した氷を融解する。そ
して、０．５℃にされた冷水は過冷却器５に供給され
る。

【００３９】過冷却器５において、０．５℃の冷水は−
６℃のブラインによって−２℃の過冷却状態に冷却され
る。ブラインは冷水から吸熱することにより、−６℃か
ら−３℃にその温度を上昇した後、ブライン循環ポンプ
３０により蒸発器２１に搬送され、蒸発器２１において
−６℃の温度に冷却され再び過冷却器５に供給される。

【００４０】次に、過冷却器５で生成した過冷却水を過
冷却解除槽７にて過冷却状態を解除し、シャーベット状
の氷水を生成する。ここで、一般に過冷却水の氷への相
変化の程度は、過冷却水温度できまり、過冷却水温度を
氷の融解潜熱で除した値で表すことができる。例えば、
−２℃の過冷却水温度では２．５％が氷に相変化する。

【００４１】そして、シャーベット状の氷水は氷水流路
６４を通って氷蓄熱槽９に貯えられる。図２は氷蓄熱装
置１においてモリエル線図上の冷凍機３の冷凍サイクル
を示す。図中、Ｄ−Ａ間は蒸発器２１において圧力を一
定に保ったまま、冷媒がブラインから熱を吸収してエン
タルピを増加させ次々に蒸発してガスとなり飽和蒸気線
に近づく様子を示している。Ａ−Ｂ間は圧縮機２３が蒸
発器２１から飽和蒸気となった冷媒を吸い込み、これを
圧縮して圧力とエンタルピを増加させて過熱蒸気の状態
にする様子を示している。Ｂ−Ｃ間は凝縮器２５におい
て、圧縮機２３で過熱蒸気にされた冷媒が一定圧力のも
とで冷却水により冷却されて再び湿り蒸気の状態に戻さ
れ、それから後は、冷やされて熱量が減れば減るほど凝
縮をつづけ、飽和液線に次第に近づきすべて液体にな
り、さらに予熱器１９で冷やされて飽和液線を越え飽和
液温度より低い温度の過冷却状態になる様子を示してい
る。Ｃ−Ｄ間は膨張弁２７おいて、液体になった冷媒は
膨張弁２７を通過する際に圧力が急激に降下する状態を
示している。この際、熱の出入りがないのでエンタルピ
は一定のままである。

【００４２】冷凍機３の冷凍サイクルでは、予熱器１９
で冷媒を過冷却状態にすることにより冷媒の潜熱量をΔ
ｉだけ増加させることができる。従って、この潜熱量Δ
ｉを冷水中に混入する氷を融解するための温熱として使
用することにより、氷蓄熱装置１とは別個の熱源を用い
て氷を融解する必要がなくなり極めて経済的である。

【００４３】また、前記潜熱量Δｉを冷水を過冷却状態
にするブラインの冷熱吸収に利用することにより、より
多くの熱量を冷水から吸収して冷水を過冷却状態に変化
させることができ、また、冷媒の冷凍能力が高められ少
ない冷媒の循環量でブラインを所望の温度に冷却するこ
とができ、冷凍機の効率が向上して経済的である。

【００４４】〔第２の実施の形態〕次に、第２の実施の
形態の氷蓄熱装置について図４に基づいて説明する。第
２の実施の形態の氷蓄熱装置は、第１の実施の形態の氷
蓄熱装置１に主に加熱器４３と過冷却器５ｂと過冷却解
除槽７ｂを追加したものであり、過冷却解除槽７ａ，７
ｂと氷蓄熱槽９とを連通する氷水流路６４が凍結により
氷水が流れにくくなってもその凍結部位を融解する凍結
融解機能を有したものである。

【００４５】図４は氷蓄熱装置の構成図を示す。氷蓄熱
装置４１は冷凍機３と、２基の過冷却器５ａ，５ｂと、
２基の過冷却解除槽７ａ，７ｂと、氷蓄熱槽９と、冷却
塔（冷却器）１１と、加熱器４３から構成されている。

【００４６】ここで、冷凍機３と冷凍機３内に設けられ
た予熱器１９は前述した第１の実施の形態と同一なので
同一態様部分については同一符号を附けて説明を省略す
る。蒸発器２１には前記過冷却器５ａ，５ｂとブライン
循環ポンプ３０とブライン流路切替弁（第２流路切替手
段）４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが接続されてい
る。

【００４７】凝縮器２５には冷却水流路６５を介して冷
却塔１１と冷却水循環ポンプ３３が接続されており、冷
却水循環ポンプ３３の上流と凝縮器２５の下流の冷却水
流路６５にはこの冷却水流路６５をバイパスするバイパ
ス流路６７が連通している。このバイパス流路６７には
ポンプ５６と加熱器４３と流路切替弁５７が設けられて
いる。

【００４８】加熱器４３には氷蓄熱槽９から冷水循環ポ
ンプ１７へ流れる冷水をバイパスする冷水バイパス流路
４７が接続されており、この加熱器４３は氷蓄熱槽９か
ら冷水循環ポンプ１７へ流れる冷水を冷却塔１１から凝
縮器２５に流れる冷却水により加熱する機能を有してい
る。

【００４９】冷水バイパス流路４７には氷蓄熱槽９から
流れる冷水を加熱器４３に供給するための冷水供給ポン
プ５８とバイパス流路切替弁（第１流路切替手段）５１
ａ，５１ｂが設けられている。

【００５０】予熱器１９の上流側と過冷却気５ａの下流
側との間の冷水流路６２には、予熱器１９から供給され
る冷水の温度を管理するための温度センサ５５が設けら
れており、過冷却器５ａ，５ｂと予熱器１９との間の冷
水流路６２であって各過冷却器５ａ，５ｂの入口の近傍
には冷水の供給を切り換える流路切替弁（第１流路切替
手段）４９ａ，４９ｂが設けられている。

【００５１】過冷却解除槽７ａ，７ｂは過冷却水を氷に
相変化させ、冷水と共に氷を一時的に貯える機能を有し
ており、この過冷却解除槽７ａ，７ｂの上部には貯えら
れた氷を含んだ冷水の液面の位置を検出するためのセン
サ５３ａ，５３ｂが設けられている。次に、２基の過冷
却器５ａ，５ｂにより過冷却水を生成する通常運転につ
いて説明する。

【００５２】通常運転において加熱器４３は利用されな
いので、ポンプ５６と冷水供給ポンプ５８は運転され
ず、流路切替弁５７とバイパス流路切替弁５１ａ，５１
ｂは閉じられている。また、流路切替弁４９ａ，４９ｂ
は開いた状態にある。従って、氷蓄熱槽９から流れ出る
冷水は加熱器４３をバイパスし予熱器１９を経由して２
基の過冷却器５ａ，５ｂに供給される。また、ブライン
流路切替弁４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄは開いたま
まの状態に維持されて蒸発器２１から流れるブラインは
過冷却器５ａ，５ｂに供給される。

【００５３】このような条件のもとに、氷蓄熱槽９に貯
えられた氷１３が氷フィルタ（図示せず）によって分離
した冷水１５は冷水循環ポンプ１７を介し予熱器１９を
経由して過冷却器５ａ，５ｂに供給される。この運転条
件は第１の実施の形態の氷蓄熱装置１と同じであり、過
冷却器５ａ，５ｂ内の冷水流路すなわち伝熱管（図示せ
ず）内での結氷を未然に防止している。

【００５４】そして、過冷却器５ａ，５ｂにおいて、蒸
発器２１で冷却されたブラインは冷水を過冷却水にした
後、ブライン循環ポンプ３０によりブライン流路６３を
通って蒸発器２１に戻される。

【００５５】過冷却水は過冷却解除槽７ａ，７ｂに送ら
れて過冷却状態が解除されてシャーベット状の氷に相変
化し、これを氷蓄熱槽９に供給して貯える。次に、２基
の過冷却器５ａ，５ｂにより過冷却水を生成する通常運
転の継続中に氷蓄熱槽９と過冷却解除槽７ａ，７ｂとの
間を連通する氷水流路６４の一部に氷が付着して流路の
閉塞現象が生じ氷水が流れにくくなった時に、氷を昇温
と送水圧により融解して氷水の良好な流れを回復するた
めの融解運転について、過冷却解除槽７ｂで生成された
氷水が流通する部位Ａに氷が付着して流路の閉塞現象が
生じた場合と、過冷却解除槽７ａで生成された氷水が流
通する部位Ｂに氷が付着して流路の閉塞現象が生じた場
合に分けて説明する。

【００５６】（１）氷水流路６４の部位Ａに氷が付着し
て流路の閉塞現象が生じた場合 氷水流路６４の部位Ａに氷が付着して流路の閉塞現象が
生じると、過冷却解除槽７ｂの水位が上昇する。この水
位を水位計５３ｂによって検出し、設定水位に達したら
ブライン流路６３の途中に設けられている２つのブライ
ン流路切替弁４５ｃ，４５ｄを閉じて過冷却器５ｂへの
ブラインの供給を停止する。従って、過冷却器５ｂに流
れる冷水はブラインにより冷却されることはない。尚、
ブライン流路切替弁４５ａ，４５ｂは開いたままの状態
であり、過冷却器５ａへのブラインの供給は継続する。

【００５７】次に、流路切替弁５７とバイパス流路切替
弁５１ａ，５１ｂを開き、ポンプ５６と冷水供給ポンプ
５８を運転させて、氷蓄熱槽９から流れる冷水を加熱器
４３により加熱し、さらに予熱器１９により加熱する。
尚、冷水は、冷水流路６２に設けられた温度センサ５５
の信号に基づき冷凍機３の冷却能力が調整されて所定温
度になるように制御される。

【００５８】所定温度に加熱された冷水は各過冷却器５
ａ，５ｂに供給される。過冷却器５ｂに供給された冷水
は過冷却されることなく過冷却解除槽７ｂを経由して氷
水流路６４の部位Ａに到達し、部位Ａに付着して流路の
閉塞現象が生じさせた氷を昇温と送水により融解しなが
ら氷蓄熱槽９に押し流す。

【００５９】これと同時に他方の過冷却器５ａに供給さ
れた冷水は通常通りにブラインにより過冷却状態にされ
て過冷却水となり過冷却解除槽７ａに供給される。そし
て、過冷却水は過冷却解除槽７ａで過冷却状態を解除し
て氷に生成され、この氷を氷水流路６４を介して氷蓄熱
槽９に蓄える。

【００６０】そして、過冷却解除槽７ｂの水位が元に戻
ったことを水位計５３ｂが検知したならば、この水位計
５３ｂの検知信号に基づいて融解運転から通常運転に切
り換えるとともに冷凍機の冷却能力も元の能力に戻され
る。

【００６１】尚、冷凍機３は氷水流路６４の部位Ａに氷
が付着して流路の閉塞現象が生じても常に運転を継続し
ているが、加熱器４３を運転させた場合には、冷凍機３
は通常の半分の冷却能力まで運転を低下させることがで
きる。これは、過冷却器５ｂへのブラインの循環を停止
させるので、ブライン流路６３のブラインの循環量が半
分に低下して蒸発器２１のブラインから熱の吸収量が半
分に低下するからである。

【００６２】（２）氷水流路６４の部位Ｂに氷が付着し
て流路の閉塞現象が生じた場合 氷水流路６４の部位Ｂに氷が付着して流路の閉塞現象が
生じると、過冷却解除槽７ａの水位が上昇する。この水
位を水位計５３ａによって検出し、設定水位に達したら
２つのブライン流路切替弁４５ａ，４５ｂを切り換えて
閉じた状態にして過冷却器５ａへのブラインの供給を停
止する。従って、過冷却器５ａに流れる冷水はブライン
により冷却されることはない。尚、ブライン流路切替弁
４５ｃ，４５ｄは開いており、過冷却器５ｂへのブライ
ンの供給は継続する。

【００６３】次に、流路切替弁５７とバイパス流路切替
弁５１ａ，５１ｂを開き、ポンプ５６と冷水供給ポンプ
５８を運転させて、氷蓄熱槽９から流れる冷水を加熱器
４３により加熱し、さらに予熱器１９により加熱する。
尚、冷水は、冷水流路６２に設けられた温度センサ５５
の信号に基づき冷凍機３の冷却能力が調整されて所定温
度になるように制御される。

【００６４】所定温度に加熱された冷水は各過冷却器５
ａ，５ｂに供給される。過冷却器５ａに供給された冷水
は過冷却されることなく過冷却解除槽７ａを経由して氷
水流路６４の部位Ｂに到達し、部位Ｂに付着して流路の
閉塞現象が生じさせた氷を昇温と送水により融解しなが
ら氷蓄熱槽９に押し流す。

【００６５】これと同時に他方の過冷却器５ｂに供給さ
れた冷水は通常通りにブラインにより過冷却状態にされ
て過冷却水となり過冷却解除槽７ｂに供給される。そし
て、過冷却水は過冷却解除槽７ｂで過冷却状態を解除し
て氷に生成され、この氷を氷水流路６４を介して氷蓄熱
槽９に蓄える。

【００６６】そして、過冷却解除槽７ａの水位が元に戻
ったことを水位計５３ａが検知したならば、この水位計
５３ａの検知信号に基づいて融解運転から通常運転に切
り換えるとともに冷凍機の冷却能力も元の能力に戻され
る。

【００６７】尚、冷凍機３は氷水流路６４の部位Ｂに氷
が付着して流路の閉塞現象が生じても常に運転を継続し
ているが、加熱器４３を運転させたときには、通常の半
分の冷却能力まで低下させて運転することができる。前
述（１）と同様の理由であるため説明は省略する。

【００６８】第２の実施の形態における氷蓄熱装置４１
は、冷凍機３の凝縮器２５から膨張弁２７へ流れる冷媒
を過冷却器５に供給される冷水中に混入する氷を融解す
るための冷熱として使用することにより、氷蓄熱装置４
１とは別個の熱源を用いて氷を融解する必要がないので
極めて経済的である。

【００６９】また、氷水流路６４に氷が付着して流路の
閉塞現象が生じても、冷凍機３は運転を継続させたまま
の状態で加熱器４３を運転させて前記氷を溶かすととも
に、１基の過冷却器は運転を継続している。従って、氷
蓄熱槽９への氷の蓄熱時間のロスを極めて短時間にする
ことができて極めて経済的である。また、冷凍機３の冷
凍能力を通常の半分に低下させて運転をすることができ
るので、消費電力の無駄を防止することができる。

【００７０】〔第３の実施の形態〕次に、第３の実施の
形態の氷蓄熱装置について図５に基づいて説明する。第
３の実施の形態の氷蓄熱装置は、前記第２の実施の形態
で過冷却器５ａ，５ｂと過冷却解除槽７ａ，７を各々２
基備えていたのを各１基にしたものであり、過冷却解除
槽７と氷蓄熱槽９とを連通する氷水流路６４に流路の閉
塞現象が生じ氷水が流れにくくなってもその氷の凝集部
位を開通する氷の凝集融解機能を有したものである。

【００７１】図５は氷蓄熱装置の構成図を示す。氷蓄熱
装置８１は冷凍機３と、過冷却器５と、過冷却解除槽７
と、氷蓄熱槽９と、冷却塔（冷却器）１１と、加熱器４
３から構成されている。氷蓄熱装置８１は第２の実施の
形態の氷蓄熱装置４１から過冷却器５と過冷却解除槽７
をそれぞれ１基減した点を除けば他の点は同一なので同
一態様部分については同一符号を附して説明を省略す
る。

【００７２】また、過冷却器５により過冷却水を生成す
る通常運転については、前記した通りである。次に、過
冷却器５により過冷却水を生成する通常運転の継続中に
氷蓄熱槽９と過冷却解除槽７との間を連通する氷水流路
６４の一部に氷が付着して流路の閉塞現象が生じ氷水が
流れにくくなった時に、氷を昇温と送水圧により融解し
て氷水の良好な流れを回復するための融解運転について
説明する。

【００７３】氷水流路６４の部位Ｃに氷が付着して流路
の閉塞現象が生じると、過冷却解除槽７の水位が上昇す
る。この水位を水位計５３によって検出し、設定水位に
達したら冷凍機３を停止させる。従って、過冷却器５に
おいて冷水は冷却されることはない。

【００７４】次に、流路切替弁５７とバイパス流路切替
弁５１ａ，５１ｂを開くとともに、ポンプ５６と冷水供
給ポンプ５８を運転して、予熱器１９により加熱された
冷水は冷水バイパス流路を通り加熱器４３を経由してさ
らに加熱された後、過冷却器５に供給される。

【００７５】尚、冷水供給ポンプ５８と冷水循環ポンプ
１７の送水能力は一定であるので過冷却器５に供給され
る冷水の温度も一定に保たれる。また、この冷水の温度
は温度センサ５５により監視されており、冷水供給ポン
プ５８の送水能力を変化させることにより冷水の温度を
調整することができる。

【００７６】次に、加熱された冷水は過冷却器５にて冷
却されることなく過冷却解除槽７を経由して氷水流路６
４に流れて氷が付着して流路の閉塞現象が生じた部位Ｃ
に到達し、氷を昇温と送水圧により融解しながら氷蓄熱
槽９に押し流す。

【００７７】そして、水位計５３により過冷却解除槽７
の水位が元に戻ったと検知したならば融解運転から通常
運転に切り換える。第３の実施の形態における氷蓄熱装
置８１は、冷凍機３の凝縮器２５から膨張弁２７へ流れ
る冷媒を過冷却器５に供給される冷水中に混入する氷を
融解するための冷熱として使用することにより、氷蓄熱
装置８１とは別個の熱源を用いて氷を融解する必要がな
いので極めて経済的である。

【００７８】また、過冷却解除槽７と氷蓄熱槽９との間
を連通する氷水流路６４に氷が付着して管内閉塞現象が
生じ氷水が流れにくくなったとしても、加熱器４３を用
いてその閉塞した流路を短時間で開通することができ
る。従って、氷蓄熱槽９への氷の蓄熱時間のロスを極め
て短時間にし、ランニングコストの増加を抑制すること
ができる。

【００７９】また、加熱器４３の利用に際しては、冷凍
機３を停止しても冷凍機３の凝縮器２５の余熱を利用で
き、あるいは冷却塔１１を運転し外気から熱を取得して
利用することもできる。

【００８０】〔第４の実施の形態〕次に、第４の実施の
形態の氷蓄熱装置について図６に基づいて説明する。第
４の実施の形態の氷蓄熱装置は、前記第２の実施の形態
で過冷却器５ａ，５ｂと過冷却解除槽７ａ，７を各々２
基備えていたのを各３基にしたものであり、過冷却解除
槽７と氷蓄熱槽９とを連通する氷水流路６４に流路の閉
塞現象が生じ氷水が流れにくくなってもその氷の凝集部
位を開通する氷の凝集融解機能を有したものである。

【００８１】図６は氷蓄熱装置の構成図を示す。氷蓄熱
装置８３は冷凍機３と、過冷却器５と、過冷却解除槽７
と、氷蓄熱槽９と、冷却塔（冷却器）１１と、加熱器４
３から構成されている。氷蓄熱装置８３は第２の実施の
形態の氷蓄熱装置４１から主に過冷却器５と過冷却解除
槽７をそれぞれ１基増加減した点を除けば他の点は同一
なので同一態様部分については同一符号を附して説明を
省略する。

【００８２】また、過冷却器５により過冷却水を生成す
る通常運転や融解運転については第２の実施の形態の氷
蓄熱装置４１に準じて運転するのでその説明は省略す
る。過冷却器５を３基設けても第２の実施の形態の氷蓄
熱装置４１と同様の効果をえることができる。

【００８３】このように過冷却器５を３基以上有する設
備でも、弁の切替によりシステムの停止をすることなく
製氷を継続でき、大規模な過冷却式氷蓄熱システムの安
定運転が達成される。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明の氷蓄熱装置によれば、氷蓄熱槽から過冷却器に
流れる冷水を冷凍機の凝縮器から減圧装置へ流れる冷媒
によって加熱する予熱器を有することにより、氷蓄熱装
置と別個の熱源を用いずに過冷却器に供給される冷水中
に混入する氷を融解することができるので極めて経済的
である。また、予熱器で冷却された冷媒の潜熱量を冷水
を過冷却状態にするブラインの冷熱吸収に利用すること
により、より多くの熱量を冷水から吸収して冷水を過冷
却状態に変化させることができ、また、冷媒の冷却能力
が高められ少ない冷媒の循環量でブラインを所望の温度
に冷却することができ、冷凍機の効率が向上して経済的
である。

【００８５】また、請求項２に記載の本発明の氷蓄熱装
置によれば、予熱器と、加熱器と、第１流路切換手段
と、第２流路切換手段とを備えることにより、氷水流路
に氷が付着して閉塞し氷水が流れにくくなっても、冷凍
機は運転を継続させたままの状態で加熱器を運転させて
氷を融解・洗い落すとともに、１基の過冷却器は運転を
継続させることができる。従って、氷蓄熱槽への氷の蓄
熱時間のロスを極めて短時間にすることができて極めて
経済的である。また、冷凍機の冷凍能力を通常の半分に
低下させて運転することができるので、消費電力の無駄
を防止することができる。

【００８６】また、請求項３に記載の本発明の氷蓄熱装
置によれば、予熱器と、加熱器と、流路切換手段と、を
備え、融解運転では冷凍機の運転を停止させることによ
り、過冷却解除部と氷蓄熱槽との間を連通する氷水流路
に氷が付着して閉塞し氷水が流れにくくなったとして
も、加熱器を用いてその閉塞を短時間で開通することが
できる。従って、氷蓄熱槽への氷の蓄熱時間のロスを極
めて短時間にし、ランニングコストの増加を抑制するこ
とができる。

【００８７】また、加熱器の利用に際しては、冷凍機を
停止しても冷凍機の凝縮器の予熱を利用でき、あるいは
冷却器を運転し外気から熱を取得して利用することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態における氷蓄熱装
置を示す構成図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態の氷蓄熱装置にお
ける冷凍機の冷媒の状態を表したモリエル線図である。

【図３】 本発明の第１の実施の形態の氷蓄熱装置にお
ける冷凍機の予熱器の概略構成図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態における氷蓄熱装
置を示す構成図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態における氷蓄熱装
置を示す構成図である。

【図６】 本発明の第４の実施の形態における氷蓄熱装
置を示す構成図である。

【符号の説明】

１，４１，８１ 氷蓄熱装置 ３ 冷凍機 ５，５ａ，５ｂ 過冷却器 ７，７ａ，７ｂ 過冷却解除槽 ９ 氷蓄熱槽 １１ 冷却塔（冷却器） １３ 氷 １５ 冷水（水） １９ 予熱器 ２１ 蒸発器 ２３ 圧縮機 ２５ 凝縮器 ２７ 膨張弁（減圧装置） ４３ 加熱器 ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ ブ
ライン流路切替弁（第２流路切替手段） ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ 流路切替弁（第１流路切替手
段） ５１ａ，５１ｂ バイパス流路切替弁（第１流路切替手
段） ６４ 氷水流路 ６５ 冷却水流路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器と圧縮機と凝縮器と減圧装置を有
   する冷凍機と、水と氷を貯える氷蓄熱槽と、この氷蓄熱
   槽から供給される冷水を冷凍機における蒸発器で冷却さ
   れたブラインにより過冷却状態に冷却する過冷却器とを
   備え、過冷却器で生成した過冷却水の過冷却状態を解除
   して氷を生成し、この氷を前記氷蓄熱槽に貯える氷蓄熱
   装置において、 氷蓄熱槽から過冷却器に流れる冷水を冷凍機の液冷媒の
   顕熱によって加熱する予熱器を備えることを特徴とする
   氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 蒸発器と圧縮機と凝縮器と減圧装置を有
   する冷凍機と、冷凍機の凝縮器に冷却水流路を介して冷
   却水を供給し冷凍機の冷媒を冷却する冷却器と、水と氷
   を貯える氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽から供給される冷水
   を分流して冷凍機における蒸発器で冷却されたブライン
   により過冷却状態に冷却する複数の過冷却器と、各過冷
   却器で生成した過冷却水の過冷却状態を解除して氷を生
   成する複数の過冷却解除部とを備え、この過冷却解除部
   で生成された氷を冷水と共に氷水として氷水流路を介し
   前記氷蓄熱槽に供給する氷蓄熱装置において、 前記氷蓄熱槽から前記過冷却器に流れる冷水を前記冷凍
   機の液冷媒の顕熱によって加熱する予熱器と、 前記冷却器から冷凍機の凝縮器に流れる冷却水により氷
   蓄熱槽から過冷却器に導かれる冷水を加熱する加熱器
   と、 過冷却器により過冷却水を生成する通常運転では前記加
   熱器をバイパスして冷水を氷蓄熱槽から過冷却器に流
   し、氷水流路内部の凍結により氷水が流れにくくなった
   場合にその凍結部位を融解する融解運転では冷水を前記
   加熱器に通して加熱し氷蓄熱槽から過冷却器に流す第１
   流路切換手段と、 前記通常運転では各過冷却器に蒸発器のブラインを供給
   し、前記融氷運転では氷水流路の凍結部位に氷水を供給
   可能な一方の過冷却器へのブラインの供給を停止する第
   ２流路切替手段と、 を備えることを特徴とする氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 蒸発器と圧縮機と凝縮器と減圧装置を有
   する冷凍機と、冷凍機の凝縮器に冷却水流路を介して冷
   却水を供給し冷凍機の冷媒を冷却する冷却器と、水と氷
   を貯える氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽から供給される冷水
   を冷凍機における蒸発器で冷却されたブラインにより過
   冷却状態に冷却する過冷却器と、過冷却器で生成した過
   冷却水の過冷却状態を解除して氷を生成する過冷却解除
   部とを備え、この過冷却解除部で生成された氷を冷水と
   共に氷水として氷水流路を介し前記氷蓄熱槽に供給する
   氷蓄熱装置において、 前記氷蓄熱槽から前記過冷却器に流れる冷水を前記冷凍
   機の液冷媒の顕熱によって加熱する予熱器と、 前記冷却器から冷凍機の凝縮器に流れる冷却水により氷
   蓄熱槽から過冷却器に流れる冷水を加熱する加熱器と、 過冷却器により過冷却水を生成する通常運転では前記加
   熱器をバイパスして冷水を氷蓄熱槽から過冷却器に流
   し、氷水流路内部の凍結により氷水が流れにくくなった
   場合にその凍結部位を融解する融解運転では冷水を前記
   加熱器に通して加熱し氷蓄熱槽から過冷却器に流す流路
   切換手段と、 を備え、前記融氷運転では冷凍機の運転を停止すること
   を特徴とする氷蓄熱装置。