JPH10185250A - 外融式氷蓄熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 解氷運転と製氷運転の混在運転時に、伝熱管
５をつぶすことがなく、安全かつ製品寿命の長い外融式
氷蓄熱システムを得る。 【解決手段】 蓄熱槽内で製氷運転時は、低温の熱伝達
媒体を流通させ伝熱管周囲に製氷させ、解氷運転時は外
部から水を導入し、伝熱管周囲の氷を解かして冷水を取
り出す外融式氷蓄熱システムにおいて、伝熱管５を縦配
管の配列とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として製氷した
氷の解氷水を食品冷却や空調用に利用する外融式氷蓄熱
システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は例えば特開平２−２５９３４５
号公報に示された従来の外融式氷蓄熱システムであり、
図において、１は蓄熱槽、２は冷却用水の入口、３は冷
却水の出口、４は水、５は伝熱管、６は氷、７は製氷コ
イル、８は空気吹き出し配管、９はエアポンプ、１０は
バルブである。次に動作について説明する。製氷運転時
に冷凍機にて冷却した低温の熱伝達媒体を蓄熱槽１内の
伝熱管５内に流通させることにより伝熱管５の周りに氷
６を製氷させ、解氷運転時に水を入口２より流入させ出
口３より流出させることによって氷６を解氷してその冷
熱を取り出している。この時、図にあるように、従来の
外融式氷蓄熱システムでは、水が蓄熱槽内の氷を有効に
解氷できる様に入口２と出口３を対向する壁に配置した
構造であった。また、蓄熱槽１内の伝熱管５は横配管が
採用されており、熱伝達の促進のために蓄熱槽下部より
の空気吹き出しがなされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の外融式氷蓄熱シ
ステムは以上のように構成されているので、負荷側の状
態によっては次のような問題が起きる可能性があった。
つまり、外融式氷蓄熱システムの通常の使い方は解氷運
転が終了してから製氷運転に移るパターンであるが、負
荷側の状態や使い方によっては、解氷運転開始後、蓄熱
槽内の氷を全部解氷し終わらないうちに再び製氷運転を
行わざるを得ず、解氷運転と製氷運転を同時に行う、い
わば混在運転が発生する場合がある。例えば、負荷側で
必要な冷熱量が膨大でかつ蓄熱槽からの供給冷水温度を
１℃以下にずっと保ちたい場合や外融式氷蓄熱システム
に接続されている冷凍機の制御プログラムを蓄熱槽内の
残氷量が一定値以下になった時に製氷運転を開始する様
に設定してある場合等にこの様な状態が発生する。この
時、蓄熱槽内のある部位の伝熱管周囲には残氷があるが
他の部位の伝熱管周囲には残氷がなくかつ周囲を水が流
動していることになるが、この状態で伝熱管に接続され
ている冷凍機を運転した場合、熱的な冷凍機負荷量とし
ては水の方が氷よりもはるかに大きいため、伝熱管内の
蒸発温度が０℃よりも高い温度になり得ることが容易に
想像できる。すると、残氷している部位では、伝熱管周
囲すなわち残氷の内側から解氷するが、時間が経つと残
氷していない伝熱管周囲にも製氷するため、冷凍機負荷
量が減って蒸発温度が下がり伝熱管周囲すなわち残氷の
内側から再製氷するようになる。しかし、従来の外融式
氷蓄熱システムでは伝熱管が横配管となっているため、
水が氷になる時の体積膨張力を逃がすことができず、結
局伝熱管がつぶれてしまうという問題点があった。ま
た、水の入口と出口を蓄熱槽の同一壁上に配置すると、
解氷運転時に蓄熱槽へ流入した温水が出口へ回り込んで
しまうため、蓄熱槽内の氷を有効に解氷させるためには
入口と出口を蓄熱槽の対壁上に配置せざるを得ず、蓄熱
槽から負荷側への送水配管の接続に蓄熱槽設置上の制約
があり汎用性・据付性に欠けていた。また、水の流れを
規制する仕切板を具備し水の入口と出口を蓄熱槽の同一
壁上に配置することを考えると、伝熱管が横配管である
ため仕切板も横方向に配置せざるを得ず、その場合に空
気は上下方向に流動するため、空気吹き出し等の熱伝達
の促進機構を備えた構造とすることができず、蓄熱槽内
の氷を有効に解氷・利用できないという問題点があっ
た。

【０００４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、製氷と解氷の混在運転が行われ
ている場合でも、蓄熱槽内の伝熱管をつぶすことのな
い、安全かつ製品寿命の長い外融式氷蓄熱システムを得
ることができ、また、水の入口と出口を蓄熱槽の同一壁
上に配置して汎用性・据付性を向上させながらも、解氷
時に蓄熱槽内の氷を有効に解氷・利用することができる
外融式氷蓄熱システムを得ることができ、また、水の入
口と出口のショ−トサイクル流路の形成を防止させなが
らも、解氷時に蓄熱槽内の氷を有効に解氷・利用するこ
とができる外融式氷蓄熱システムを得ることができる等
蓄熱槽内の氷を有効に利用でき、信頼性の高い外融式氷
蓄熱システムを得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係る外融式氷蓄熱システムは、水が貯留された蓄熱槽内
部に伝熱管を持ち、前記伝熱管と冷凍機を配管で接続し
て冷凍サイクルを構成し、製氷運転時は前記冷凍機で冷
却した低温の熱伝達媒体を前記伝熱管に流通させること
により伝熱管周囲に製氷させ、解氷運転時は前記蓄熱槽
外部から入水させた水によって伝熱管周囲の氷を解かし
て低温の水を取り出す外融式氷蓄熱システムにおいて、
前記伝熱管を縦配管の配列としたものである。

【０００６】また、第２の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、一端が蓄熱槽の壁から他端が前記壁の対向壁
の近傍まで延在する仕切板を前記蓄熱槽内に縦方向に設
け、前記仕切板に対して前記蓄熱槽の一方側から水を入
水させ、前記水の主流路を前記仕切板に略平行方向にす
るとともに、前記仕切板に対して前記蓄熱槽の他方側か
ら水を取り出すようにしたものである。

【０００７】また、第３の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、蓄熱槽への水の入口及び出口を反転させる入
口出口反転手段を有するものである。

【０００８】また、第４の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、蓄熱槽内の水を撹袢、混合する熱伝達促進手
段を備えたものである。

【０００９】また、第５の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、蓄熱槽下部より空気を吹き出す空気吹出し手
段を有するものである。

【００１０】また、第６の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、蓄熱槽上部の水を蓄熱槽下部へ導き、蓄熱槽
下部より水を吹き出す下部水吹出し手段を有するもので
ある。

【００１１】また、第７の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、蓄熱槽下部の水を蓄熱槽上部へ導き、蓄熱槽
上部より水を吹き出す上部水吹出し手段を有するもので
ある。

【００１２】また、第８の発明に係わる外融式氷蓄熱シ
ステムは、空気吹出し手段または水吹出し手段がそれぞ
れ空気吹き出し量または水吹き出し量を制御する吹出し
量制御手段と蓄熱槽内の水温度または残氷量を検知する
蓄熱槽内検知手段とを有し、前記蓄熱槽内検知手段の検
知に基づき前記吹出し量制御手段が空気吹き出し量また
は水吹き出し量を制御するようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の第１の実施の形態を図
について説明する。図１及び図２は本発明の一実施の形
態を示す外融式氷蓄熱システムの蓄熱槽の断面平面図及
び断面側面図で、１は蓄熱槽、２は入口、３は出口、４
は水、５は伝熱管、６は氷、１１は仕切板である。ま
た、図３及び図４は本発明の動作を示す蓄熱槽の模式図
及び蓄熱槽内温度分布図であり、図中の○１〜○５は図
３と図４を対応させるために付した番号である。また、
図５、図６は、それぞれ仕切板１１が２個、３個の場合
の蓄熱槽の模式図である。また、図７は図１の状態から
解氷を開始した後の解氷途中の状態を示す外融式氷蓄熱
システムの蓄熱槽の断面平面図である。

【００１４】この発明における外融式氷蓄熱システムに
おいて、製氷運転時に冷凍機にて冷却した低温の熱伝達
媒体を蓄熱槽１内で、縦方向の管が配列した伝熱管５内
に流通させることにより伝熱管５の周りに氷６を製氷さ
せ、解氷運転時に水４を入口２より流入させ出口３より
流出させることによって氷６を解氷してその冷熱を取り
出している。この時の蓄熱槽内の水の流れを図３及び図
４により順に追ってみる。まず、負荷側や水道等から供
給された温水が入口より蓄熱槽内に流入する（○１）。
蓄熱槽に流入した水は、縦方向に設置された仕切板１１
の効果により、そのまま進路を変えられることなくまっ
すぐに、かつ進路上にある伝熱管の周囲の氷と熱交換を
して氷を解かしながら進んで行く（○２）。なお、この
時、水は氷に熱を奪われ温度が低くなって行く。そし
て、水は、入口の対壁の辺りに到達すると（○３）、仕
切板の他方へ移動し（○４）、再び仕切板の効果によ
り、そのまま進路を変えられることなくまっすぐに、か
つ進路上にある伝熱管の周囲の氷を解かしながら出口ま
で進んで行き、蓄熱槽から流出する（○５）。

【００１５】本実施の形態では、伝熱管を縦配管とし、
蓄熱槽内に縦方向に仕切板を設けて、仕切板の一方から
仕切板に沿うように水を入水させ、仕切板の他方から同
様に水を取り出す構造とすることにより、水の入口と出
口を蓄熱槽の同一壁上に配置することができ、蓄熱槽か
ら負荷側への送水配管の接続に蓄熱槽設置上の制約がな
くなり汎用性・据付性を向上させた構造とすることがで
きる。また、この時、蓄熱槽に流入した水は蓄熱槽内の
殆どすべての伝熱管周囲の氷と熱交換を行い、かつ水自
身は十分冷やされてから蓄熱槽を出て行くため、解氷時
に蓄熱槽内の氷を有効に解氷・利用することができる。
このように本発明によれば、蓄熱槽の同一壁上に水の入
口と出口を配置しながらも、解氷時に蓄熱槽内の氷を有
効に解氷・利用することができる。

【００１６】また、ここでは、仕切板が蓄熱槽の幅方向
の中央に１つ設置してある場合について述べたが、仕切
板は２つ以上あってもよく、蓄熱槽の幅が広い時はむし
ろ仕切板が複数個あった方が解氷効率がよくなる。ただ
し、仕切板の数が奇数の時は水の入口と出口は同一壁上
に配置できるが、偶数の時は対壁上に配置しなければな
らない。仕切板が２個の場合及び３個の場合の例をそれ
ぞれ図５及び図６に示す。

【００１７】また、この仕切板の長さには最適値があ
り、短すぎると蓄熱槽内の氷が有効に解氷されずに残氷
が多くなってしまい、逆に長すぎると水の流路抵抗が大
きくなるためポンプ動力が大きくなってしまう。シミュ
レーション及び実験により、この仕切板の長さの最適値
は、蓄熱槽全体の長さの３／４程度と考えられる。ま
た、蓄熱槽１の形状は、矩形とは限らず、コ−ナ部にア
−ルを付けたり、長円形等適宜選択できる。また、仕切
板も蓄熱槽形状に合わせて、水の入口と出口がショ−ト
サイクル流路を形成しないように縦方向に設ければよ
い。

【００１８】また、以上述べてきた様に、蓄熱槽内で
は、入口近辺では水の温度が高く、流れに沿って出口に
近づくにつれて徐々に温度が低くなっていく。氷と水の
熱交換量の大きさは水の温度と流速にほぼ比例するが、
各部位での流速には大きな違いはないことを考えると、
熱交換量は蓄熱槽内の水温のみで決まり、水温の高い部
位の方が低い部位よりも氷の解氷量が大きくなる。する
と、図７に示すように蓄熱槽内の氷の分布に偏りがで
き、出口近辺にのみ残氷ができるようになる。なお、氷
が解氷する温度は０℃であるため、この時の残氷の温度
は当然０℃かあるいはそれ以下の温度になっている。

【００１９】ここで次に、この状態から解氷運転を行い
ながら製氷運転を行う、いわば混在運転を行うことを考
える。負荷側で必要な冷熱量が膨大でかつ蓄熱槽からの
供給冷水温度を１℃以下にずっと保ちたい場合や外融式
氷蓄熱システムに接続されている冷凍機の制御プログラ
ムを蓄熱槽内の残氷量が一定値以下になった時に製氷運
転を開始する様に設定してある場合等にこの様な状態が
発生する。この時、蓄熱槽内のある部位（出口近辺）の
伝熱管周囲には残氷があるが他の部位（入口近辺）の伝
熱管周囲には残氷がなくかつ解氷運転中であるため周囲
を水が流動しているが、この状態で伝熱管に接続されて
いる冷凍機を運転した場合、熱的な冷凍機負荷量として
は水の方が氷よりもはるかに大きいため、残氷の量があ
まり多くない時は伝熱管内の蒸発温度が０℃よりも高い
温度になり得ることは容易に想像できる。すると、残氷
している所（出口近辺）では、伝熱管周囲すなわち残氷
の内側から解氷するが、時間が経つと残氷していない伝
熱管周囲にも製氷するため、冷凍機負荷量が減って蒸発
温度が下がり再び伝熱管周囲すなわち残氷の内側から再
製氷するようになる。ところで、水が氷になる時体積が
増加するが、伝熱管が横配管になっているとこの体積膨
張力の逃げ場がない場合があり、この時は伝熱管がつぶ
れてしまうことになる。ところが、本発明による外融式
氷蓄熱システムの様に伝熱管を縦配管としておくと、常
に一端は水面に開放されているため体積膨張力を逃がす
ことができ、伝熱管がつぶれてしまうことを回避でき、
安全かつ製品寿命の長い外融式氷蓄熱システムを得るこ
とができる。

【００２０】実施の形態２．図８は、本発明の第２の実
施の形態を示す蓄熱槽の断面平面図であり、１は蓄熱
槽、２は冷却用水の入口、３は冷却水の出口、４は水、
５は伝熱管、６は氷、１７は入口出口反転手段である流
路調節弁である。

【００２１】本実施の形態における外融式氷蓄熱システ
ムは、蓄熱槽への水の入口及び出口を切り替える流路調
節弁を具備しており、蓄熱槽内の水温度または残氷量を
それぞれ検知手段によって検知することにより流路調節
弁を制御し入口と出口を反転させることができる。実際
に氷蓄熱槽の解氷運転を行うと、実施の形態１で述べた
様に槽内に残氷量の分布ができるが、槽内の残氷量に部
位毎のバラツキがあると、残氷量を零にするまでの解氷
時間が長くなるばかりでなく、残氷がある状態で再製氷
運転を行うと、製氷終了時に均一着氷とならず、そのた
め再解氷運転時に性能が悪化し期待した性能がでない場
合が起き得る。そこで、蓄熱槽内の温度分布や残氷量の
分布を検知して、流路調節弁を制御し蓄熱槽への水の入
口と出口を反転することによって、槽内の残氷量のバラ
ツキを補正し均等にすることができため、製氷運転・解
氷運転の繰り返し運転を行う際のトータル性能を向上さ
せることができる。

【００２２】本実施の形態における流路調節弁は入口と
出口の流路が切り替えられれば何を用いても構わないの
で、例えば、電子式開口弁や空気駆動式開口弁等の開閉
弁を４個使用してもよいし、三方弁や四方弁を２個用い
てもよい。

【００２３】実施の形態３．以下、本発明の第３の実施
の形態を図について説明する。図９は、本発明の実施の
形態を示す外融式氷蓄熱システムの断面側面図であり、
１は蓄熱槽、２は冷却用水の入口、３は冷却水の出口、
４は水、５は伝熱管、６は氷、８は空気吹き出し配管、
９はエアポンプ、１２は空気配管である。前記空気吹き
出し配管８、エアポンプ９、空気配管１２等で熱伝達促
進手段の一つである空気吹出し手段１８を構成する。本
発明における外融式氷蓄熱システムにおいては、氷から
水への熱伝達の効率を上げるために、蓄熱槽下部からの
空気吹き出し機構が図２に付加されている。ただし、図
９は側面図であるため図示されていないが、本実施例に
おいても、図１と同様、内部に縦方向の仕切板を具備し
ているものとし、空気吹き出し配管８は図１における各
列（図の上から１列、２列、．．．、６列とする）毎に
１本ずつ付いているものとする。また、図１０は本発明
における解氷運転時の蓄熱槽出口水温と蓄熱槽内の残氷
量の経時変化を示す図である。

【００２４】本発明における解氷運転時の蓄熱槽内の水
の流れ方は実施の形態１と同様であるが、その際の熱の
伝わり方について以下に説明する。蓄熱槽へ流入した水
は、蓄熱槽内の伝熱管周囲の氷と熱交換することによっ
て、氷から冷熱を伝達され、氷は解氷して水は温度が下
がる。ただし、氷の表面温度は０℃なので水は０℃以下
にはならない。解氷運転を開始すると時間と共に蓄熱槽
内の氷が解けだすため、蓄熱槽内に残っている氷の量、
即ち残氷は徐々に少なくなって行き、流入水を冷やすべ
き氷の量が少なくなるため、蓄熱槽から流出する水の温
度も徐々に上昇して行く（図１０）。そして、蓄熱槽か
ら流出する水の温度が負荷側で利用できる水の温度の上
限を越えた時に解氷運転が終了となる。

【００２５】さて、氷から水へ伝達される熱の伝わり易
さを示す指標を熱伝達率というが、熱伝達率は水の流速
によってその大きさが異なる。水の流速が速ければ、熱
伝達率が大きいため氷の冷熱は有効に水に伝達され、解
氷運転終了時の残氷も少なくなるが、水の流速が遅けれ
ば、熱伝達率が小さいため氷の冷熱は十分に水に伝わら
ず、解氷運転が終了しても残氷が多く残ってしまう。し
かし、通常の解氷運転では、冷水を数時間も取り出す必
要があるため蓄熱槽をある程度大きくしなければなら
ず、蓄熱槽の大きさは水の入口の大きさに比べてると十
分に大きいものとなるため、槽内での水の流速はかなり
遅いものになってしまう。

【００２６】以下にこれを導出してみる。今、蓄熱槽の
入口配管の断面積をＡ１、水の流速をｕ１、蓄熱槽の幅
方向の断面積をＡ２、水の流速をｕ２とすると、質量保
存則より、 Ａ１・ｕ１＝Ａ２・ｕ２ が成り立つ。故に、蓄熱槽内の水流速は、次式で求めら
れる。 ｕ２＝ｕ１・（Ａ１／Ａ２） ところが、前に述べた通りＡ２はＡ１に比して十分大き
いため、結局、蓄熱槽内での水の流速ｕ２は、槽入口で
の水の流速に比べてかなり小さくなってしまう。

【００２７】そこで、本発明においては、蓄熱槽の下部
より空気を吹き出す構造とすることにより、蓄熱槽内で
の氷と水の間の熱伝達を促進させている。蓄熱槽下部よ
り空気を吹き出すことによって引き起こされる効果は次
の２つが考えられる。

【００２８】その１の効果は、蓄熱槽下部より吹き出し
た空気により、蓄熱槽内の水が攪拌されて流動するた
め、槽内の水の流動状態は蓄熱槽への流入水の流速を上
げたのと同様の状態となり、熱伝達率が促進されること
である。

【００２９】その２の効果は、蓄熱槽下部より吹き出し
た空気によって、蓄熱槽内の水が攪拌されて槽内の上下
温度分布が少なくなることである。空気吹き出しが無い
場合は、時間が経つにつれて水の流入口に近い所から氷
が無くなって行き、蓄熱槽の壁の近く等、槽内の他の部
分よりも流速の遅い所には多くの氷が残氷してしまう。
この様な残氷はなかなか減らず、解氷終了状態になって
も相当量残ってしまう。ところが、蓄熱槽下部から空気
を吹き出すと、蓄熱槽内の水が攪拌され槽内の上下温度
分布が少なくなる、即ち残氷の多い部分と少ない部分で
水の入れ替えや混合が起きるため解氷が促進され、蓄熱
槽全体として残氷を有効に解氷・利用することができ
る。また、図９において、槽上部の循環空気の空気配管
入口部を槽下部の空気吹出し配管８の吹出し口に対応さ
せて多数設けることにより、上記効果は一層顕著とな
る。

【００３０】以上述べてきた通り、本実施の形態では、
蓄熱槽下部から空気を吹き出す構造とすることにより、
氷と水の間の熱伝達率を向上させ解氷を促進させること
ができる。ただし、蓄熱槽内の水の入口と出口を同一壁
上に配置し、槽内に仕切板を設けずに、下部より空気吹
き出しを行えば、前に述べた攪拌効果により、蓄熱槽に
流入した水が氷によって殆ど冷やされずに出口へバイパ
スし流出してしまうことは容易に類推できる。つまり、
空気吹き出しは、本実施の形態のように、仕切板との併
用によってその効果を発揮するものである。さらに、空
気吹出し手段に関して、蓄熱槽、空気配管を含めて、ほ
ぼ外気と遮断した密閉系として吹出し空気を循環するこ
とにより、吹出し空気による冷却水の汚染及び吹出し空
気の昇温が防止でき、本システムによる冷却水は食品冷
却等の食品用途に最適となる。また、吹出し空気として
外気を取入れ、フィルタ等による処理後に吹出し空気と
して使用するようにしてもよいのはもちろんである。

【００３１】実施の形態４．図１１は、本発明の第４の
実施の形態を示す断面側面図であり、１は蓄熱槽、２は
冷却用水の入口、３は冷却水の出口、４は水、５は伝熱
管、６は氷、１３−１は水吹き出し配管、１４は水配
管、１５は水ポンプである。前記水吹き出し配管１３−
１、水配管１４、水ポンプ１５等で熱伝達促進手段の一
つである下部水吹出し手段１９を構成する。本発明にお
ける外融式氷蓄熱システムにおいては、氷から水への熱
伝達の効率を上げるために、蓄熱槽上部の水を蓄熱槽下
部へ導く機構及び蓄熱槽下部より水を吹き出す機構が図
２に付加されている。ただし、図１１は側面図であるた
め図示されていないが、本実施の形態においても、図１
と同様、内部に縦方向の仕切板を具備しているものと
し、水吹き出し配管１３は図１における各列（図の上か
ら１列、２列、．．．、６列とする）毎に１本ずつ付い
ているものとする。具体的な動作及び効果は、空気が水
に置き換わっただけであり、実施の形態３と全く同一で
ある。また、図１１において、槽下部の水吹出し配管１
３−１の吹出し口に対応して槽上部の水表面（上部）に
循環水の吸入口を多数設けることにより前記効果が増加
するのも同様である。

【００３２】実施の形態５．図１２は、本発明の第５の
実施の形態を示す断面側面図であり、１は蓄熱槽、２は
冷却用水の入口、３は冷却水の出口、４は水、５は伝熱
管、６は氷、１３−２は水吹き出し配管、１４は水配
管、１５は水ポンプである。前記水吹き出し配管１３−
２、水配管１４、水ポンプ１５等で熱伝達促進手段の一
つである上部水吹出し手段２０を構成する。本発明にお
ける外融式氷蓄熱システムにおいては、氷から水への熱
伝達の効率を上げるために、蓄熱槽下部の水を蓄熱槽上
部へ導く機構及び蓄熱槽上部より水を吹き出す機構が図
２に付加されている。ただし、図１２は側面図であるた
め図示されていないが、本実施の形態においても、図１
と同様、内部に縦方向の仕切板を具備しているものと
し、空気吹き出し配管１３は図１における各列（図の上
から１列、２列、．．．、６列とする）毎に１本ずつ付
いているものとする。具体的な動作及び効果は、空気が
水に置き換わりかつ下から上への流れが上から下への流
れに変わっただけであり、実施の形態３、４と全く同一
である。また、図１２において、槽上部の水吹出し配管
１３−２の吹出し口に対応して槽下部の水中に循環水の
吸入口を多数設けることにより前記の効果が増すことも
同様である。

【００３３】実施の形態６．図１３〜１５は、本発明の
第６の実施の形態を示す断面側面図であり、１は蓄熱
槽、２は冷却用水の入口、３は冷却水の出口、４は水、
５は伝熱管、６は氷、８は空気吹き出し配管、９はエア
ポンプ、１２は空気配管、１３は水吹き出し配管、１４
は水配管、１５は水ポンプ、１８は空気吹出し手段、１
９は下部水吹出し手段、２０は上部水吹出し手段、２１
は空気吹き出し量または水吹き出し量を調節する吹出し
量制御手段である調節弁、２２は蓄熱槽内の水温度また
は残氷量を検知する蓄熱槽内検知手段である。本発明に
おける外融式氷蓄熱システムにおいては、空気吹出し手
段１８または水吹出し手段１９、２０が、吹出し量制御
手段２１と蓄熱槽内検知手段２２を有し、即ち、図９、
図１１及び図１２に空気吹き出し量または水吹き出し量
を調節する吹出し量制御手段である調節弁と蓄熱槽内検
知手段とが付加されている。ただし、図１３〜１５は側
面図であるため図示されていないが、本実施の形態にお
いても、図１と同様、内部に縦方向の仕切板を具備して
いるものとし、空気吹き出し配管８、水吹き出し配管１
３及び調節弁１６は図１における各列（図の上から１
列、２列、．．．、６列とする）毎に１本ずつ付いてい
るものとする。

【００３４】本実施の形態における外融式氷蓄熱システ
ムは、空気吹き出し量または水吹き出し量を調節する調
節弁を具備しており、蓄熱槽内の水温度または残氷量に
よって、蓄熱槽内の各列毎の空気吹き出し量または水吹
き出し量を制御することができる。実際に氷蓄熱槽の解
氷運転を行うと、熱伝達促進機構により槽内攪拌を行っ
ていても、槽内には多少の上下温度分布ができるが、こ
れが槽内の各列毎に均等になっているとは限らない。槽
内の各列毎に上下温度分布が異なると、当然各列毎の残
氷量にも分布ができてしまうが、槽内の残氷量に部位毎
のバラツキがあると、残氷量を零にするまでの解氷時間
が長くなるばかりでなく、残氷がある状態で再製氷運転
を行うと、製氷終了時に均一着氷とならず、そのため再
解氷運転時に性能が悪化し期待した性能がでない場合が
起き得る。そこで、蓄熱槽内の各列毎の温度分布の違い
や残氷量の違いを検知して、各列毎の空気吹き出し量ま
たは水吹き出し量等の熱伝達促進機構を制御することに
よって、槽内の各列毎の残氷量のバラツキを補正し、均
等にすることができため、製氷運転・解氷運転の繰り返
し運転を行う際のトータル性能を向上させることができ
る。

【００３５】本実施の形態における空気吹き出し配管ま
たは水吹き出し配管の各列それぞれに付いている調整弁
の開口面積の振り分け方、すなわち各列毎の空気吹き出
し量または水吹き出し量の振り分け方については、例え
ば、蓄熱槽内の各列毎の水温度によって振り分ける方法
や各列毎の残氷量によって振り分ける方法等がある。

【００３６】また、本実施の形態における空気吹き出し
量または水吹き出し量を調節する調節弁とは、例えば、
開または閉の状態のみ取りうる電子式開口弁や空気駆動
式開口弁、開口面積を任意に設定できる電子式膨張弁や
空気駆動式膨張弁等の開度調整弁、数本のキャピラリー
チューブの切り替え等、開口面積を変化させられる手段
であれば、何を用いても構わない。

【００３７】本発明による外融式氷蓄熱システムにおい
ては、冷凍機にて冷却される低温の熱伝達媒体として
は、いわゆる一次冷媒とともにブライン等の二次冷媒の
使用も可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上の様に、この発明の第１の発明によ
れば、外融式氷蓄熱システムにおいて、蓄熱槽内の伝熱
管を縦配管とすることにより、解氷運転と製氷運転の混
在運転が行われ、そのため残氷の内側から再製氷が行わ
れた場合でも、氷の体積膨張力を上方すなわち水面に逃
がすことができるため、伝熱管をつぶすことがなく、安
全かつ製品寿命の長い外融式氷蓄熱システムを得ること
ができるという効果がある。

【００３９】また、第２の発明では、伝熱管を縦配管と
し、蓄熱槽内に縦方向に仕切板を設けて、仕切板に対し
て蓄熱槽の一方側から水を入水させ、水の主流路を仕切
板に略平行方向にするとともに、仕切板に対して蓄熱槽
の他方側から水を取り出す構成としたことにより、水の
入り口と出口とを直結する流路、即ち、水のショ−トサ
イクルが防止でき、水の入口と出口を蓄熱槽の同一壁上
に配置することができ、蓄熱槽から負荷側への送水配管
の接続に蓄熱槽設置上の制約がなくなり汎用性・据付性
を向上させる効果があり、更に解氷時に水が蓄熱槽内を
仕切板に沿う方向に流れ、氷を有効に解氷利用できる。

【００４０】また、第３の発明では、蓄熱槽への水の入
口及び出口の反転機能を持った入口出口反転手段を持っ
た構成とすることにより、再製氷運転後の再解氷運転等
で性能が悪化した場合に入口と出口を反転させて残氷量
のバラツキを補正することができトータル運転性能を向
上させることができるという効果がある。

【００４１】また、第４の発明では、蓄熱槽内を撹袢、
混合する熱伝達促進手段を備えたので、熱伝達促進手段
により蓄熱槽内の水が撹袢、混合され、蓄熱槽内への流
入水の流速を上げたのと同様状態となり、蓄熱槽におい
て水の入口と出口のショ−トサイクルなしに水と氷の熱
伝達が促進される。また、蓄熱槽内の水の上下温度分布
が少なくなり、入口と出口のショ−トサイクルなしに蓄
熱槽全体として残氷を有効に解氷利用することができ
る。

【００４２】また、第５の発明では、熱伝達促進手段を
蓄熱槽下部より空気を吹出す空気吹出し手段としたの
で、第４の発明の効果に加えて次の効果が得られる。空
気密度が小さいので、ポンプ動力が少なくてすむ。空気
は密度が小さいので、水中に吹出すと流速が遅くとも浮
力で水面まで到達するので、あまり流速にこだわる必要
がなく、吹出し口の設計が楽である。製氷時に空気吹出
しをすると、透明な氷すなわち純粋な氷を作ることがで
き、解氷時の熱の伝わり方がよくなる効果がある。

【００４３】また、第６の発明では、熱伝達促進手段を
蓄熱槽上部の水を蓄熱槽下部へ導き、蓄熱槽下部より水
を吹出す下部水吹出し手段としたので、第４の発明の効
果に加えて次の効果が得られる。空気の水中での浮上速
度は空気泡の大きさで決まってしまうが、水吹出しによ
る流動速度は任意であり、空気よりも早い速度で吹出す
ことにより、空気吹出しよりも、より解氷特性を向上さ
せることができる。

【００４４】また、第７の発明では、熱伝達促進手段を
蓄熱槽下部の水を蓄熱槽上部へ導き、蓄熱槽上部より水
を吹出す上部水吹出し手段としたので、第４の発明の効
果に加えて次の効果が得られる。水底近辺には、密度が
最大の４℃の水が溜まっているので、この４℃の水を水
面に吹出すことにより、解け残りの多い水面近辺の氷を
より効率よく解かすことができる。

【００４５】また、第８の発明では、吹出し量制御手段
と蓄熱槽内検知手段とを有し、蓄熱槽内検知手段の検知
に基づき吹出し量制御手段が吹出し量を制御する構成と
したので、水温度または残氷量の検知結果により、吹出
し量を制御し、槽内の残氷量を均一化でき、製氷運転、
解氷運転の繰り返し運転を行なう際のト−タル性能を向
上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの蓄熱槽の断面平面図である。

【図２】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの蓄熱槽の断面側面図である。

【図３】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの蓄熱槽の動作を示す模式図である。

【図４】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムにおける蓄熱槽内温度分布を示す図であ
る。

【図５】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの別の蓄熱槽の動作を示す模式図である。

【図６】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムのさらに別の蓄熱槽の動作を示す模式図で
ある。

【図７】 この発明の第１の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの解氷途中を示す断面平面図である。

【図８】 この発明の第２の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの蓄熱槽の断面平面図である。

【図９】 この発明の第３の実施の形態による外融式氷
蓄熱システムの蓄熱槽の断面側面図である。

【図１０】 この発明の第３の実施の形態による外融式
氷蓄熱システムの解氷運転時の蓄熱槽出口水温と槽内残
氷量の経時変化を示す図である。

【図１１】 この発明の第４の実施の形態による外融式
氷蓄熱システムの蓄熱槽の断面側面図である。

【図１２】 この発明の第５の実施の形態による外融式
氷蓄熱システムの蓄熱槽の断面側面図である。

【図１３】 この発明の第６の実施の形態による外融式
氷蓄熱システムの蓄熱槽の断面側面図である。

【図１４】 この発明の第６の実施の形態による外融式
氷蓄熱システムの別の蓄熱槽の断面側面図である。

【図１５】 この発明の第６の実施の形態による外融式
氷蓄熱システムのさらに別の蓄熱槽の断面側面図であ
る。

【図１６】 従来の外融式氷蓄熱システムを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽、４ 水、５ 伝熱管、６ 氷、１１ 仕切
板、１７ 入口出口反転手段、１８ 空気吹出し手段、
１９ 下部水吹出し手段、２０ 上部水吹出し手段、２
１−１、−２、−３ 吹出し量制御手段、２２ 蓄熱槽
内検知手段。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水が貯留された蓄熱槽内部に伝熱管を持
   ち、前記伝熱管と冷凍機を配管で接続して冷凍サイクル
   を構成し、製氷運転時は前記冷凍機で冷却した低温の熱
   伝達媒体を前記伝熱管に流通させることにより伝熱管周
   囲に製氷させ、解氷運転時は前記蓄熱槽外部から入水さ
   せた水によって伝熱管周囲の氷を解かして低温の水を取
   り出す外融式氷蓄熱システムにおいて、前記伝熱管を縦
   配管の配列としたことを特徴とする外融式氷蓄熱システ
   ム。
2. 【請求項２】 一端が蓄熱槽の壁から他端が前記壁の対
   向壁の近傍まで延在する仕切板を前記蓄熱槽内に縦方向
   に設け、前記仕切板に対して前記蓄熱槽の一方側から水
   を入水させ、前記水の主流路を前記仕切板に略平行方向
   にするとともに、前記仕切板に対して前記蓄熱槽の他方
   側から水を取り出すことを特徴とする請求項１記載の外
   融式氷蓄熱システム。
3. 【請求項３】 蓄熱槽への水の入口及び出口を反転させ
   る入口出口反転手段を有することを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の外融式氷蓄熱システム。
4. 【請求項４】 蓄熱槽内の水を撹袢、混合する熱伝達促
   進手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の外融式
   氷蓄熱システム。
5. 【請求項５】 熱伝達促進手段が、蓄熱槽下部より空気
   を吹き出す空気吹出し手段であることを特徴とする請求
   項４記載の外融式氷蓄熱システム。
6. 【請求項６】 熱伝達促進手段が、蓄熱槽上部の水を蓄
   熱槽下部へ導き、蓄熱槽下部より水を吹き出す下部水吹
   出し手段であることを特徴とする請求項４記載の外融式
   氷蓄熱システム。
7. 【請求項７】 熱伝達促進手段が、蓄熱槽下部の水を蓄
   熱槽上部へ導き、蓄熱槽上部より水を吹き出す上部水吹
   出し手段であることを特徴とする請求項４記載の外融式
   氷蓄熱システム。
8. 【請求項８】 空気吹出し手段または水吹出し手段が、
   空気吹き出し量または水吹き出し量を制御する吹出し量
   制御手段と蓄熱槽内の水温度または残氷量を検知する蓄
   熱槽内検知手段とを有し、前記蓄熱槽内検知手段の検知
   に基づき前記吹出し量制御手段が空気吹き出し量または
   水吹き出し量をを制御することを特徴とする請求項５乃
   至請求項７記載の外融式氷蓄熱システム。