JPH11294799A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で蓄熱槽内に氷を均一に分散させ
ることのできる氷蓄熱装置を提供する。 【解決手段】 浮子４１は、ステンレスワイヤなどの係
留部材４３により蓄熱槽８の底面、あるいは両側面に係
留され、かつ、過冷却水５の水面衝突部に配置される。
過冷却器６から蓄熱槽８に過冷却水５が流下する際、過
冷却水５は浮子４１に衝突する。すると浮子４１は、そ
の衝撃力により任意の方向に揺動する。この揺動方向は
一定していないため、浮子４１との衝突によって過冷却
状態が解除されて生成される氷７は、蓄熱槽８のあらゆ
る個所に均一に分配される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱装置に関す
るものであり、より詳しくは、蓄熱槽全体への均一な氷
の分散を行えるようにした氷蓄熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】氷の持つ冷熱を利用して蓄熱を行わせる
ようにした氷蓄熱装置がある。

【０００３】上記氷蓄熱装置は、図１０に示すように、
供給側流路１ａと戻り側流路１ｂからなる冷却液体循環
流路１を介して冷却液体２を循環させるようにした冷凍
機３と、冷凍機３からポンプ３ａにより供給される冷却
液体２によって水４を摂氏零度以下にまで冷却させて過
冷却水５とする過冷却器６と、過冷却器６を出てから落
下される過冷却水５を、内部に貯留した水４の水面や内
部に設けられた図示しない衝突板などで受けることによ
り、衝撃力を利用して強制的に過冷却状態を解除させて
氷７を生成させ、氷７の状態で冷熱を蓄積するようにし
た蓄熱槽８と、蓄熱槽８の水４を循環ポンプ９を用いて
循環させ、スプレーノズル１０から噴射させることによ
り氷７を融解させるためのスプレー用流路１１と、冷熱
取出流路１２を介して蓄熱槽８との間で熱交換媒体１３
を循環させることにより、蓄熱槽８の水４と熱交換を行
わせて、熱交換媒体１３が得た冷熱を空調などに利用す
るようにしたビルの空調設備などの熱利用設備１４と、
水供給流路１５を介して蓄熱槽８の水４を取出し、再び
過冷却器６まで送る水ポンプ１６とで構成されている。

【０００４】更に、上記氷蓄熱装置における水供給流路
１５の途中には、過冷却状態に悪影響を及ぼすダストや
氷７の粒などを除去するためのストレーナ１７及びフィ
ルタ１８などが設けられており、更に水供給流路１５か
ら過冷却器６に供給される水の温度を熱交換器を介して
調節するための加熱器と冷却器を備えた温度調節器２０
などが適宜設けられている。

【０００５】そして、上記過冷却器６は、基本的に、過
冷却水５を流す過冷却水流路２１と、該過冷却水流路２
１に接触配置されて過冷却水流路２１内を流れる過冷却
水５を冷却する冷却液体流路２２とで構成されている。

【０００６】通常の氷蓄熱装置では、図１０に示すよう
に複数の過冷却器６を備えるようにしている。図１０の
例では３個の過冷却器６が備えられており、各過冷却器
６の過冷却水流路２１には水供給流路１５による水４が
分岐されて供給されるようになっている。更に、前記過
冷却器６に対応して３個の冷凍機３が設けられており、
各冷凍機３は対応する過冷却器６の冷却液体流路２２
に、冷却液体循環流路１を介して冷却液体を循環させる
ようにしている。

【０００７】前記過冷却器６は、例えば、図１１に示す
ように、過冷却水流路２１が１本の導水管２３であり、
冷却液体流路２２が導水管２３を包囲する外管２４であ
る二重管式のものや、図１２に示すように、過冷却水流
路２１が複数本の導水管２５であり、冷却液体流路２２
が複数本の導水管２５を同時に包囲する外胴２６である
シェル＆チューブ式のものや、図１３に示すように、過
冷却水流路２１が導水樋２７であり、冷却液体流路２２
が導水樋２７を上に置くようにした冷却液体ジャケット
２８である樋式のものなどがある。

【０００８】又、上記冷凍機３は、図１４に示すよう
に、代替フロンなどの第一の冷却液体（冷媒）の蒸気２
９を冷却水３０などによって凝縮するための凝縮器３１
と、凝縮器３１で凝縮されて液化した第一の冷却液体の
液３２と過冷却器６へ送るための前記冷却液体２とを熱
交換させ、過冷却器６へ送る冷却液体２を冷却させる蒸
発器３３と、蒸発器３３で熱交換により発生された第一
の冷却液体の蒸気２９を圧縮して凝縮器３１へ送る圧縮
機３４とを有する間接冷却方式のものが一般的に使用さ
れている。尚、図中、符号３６はポンプである。

【０００９】上記冷凍機３は、図１５に示すように、代
替フロンなどの第一の冷却液体（冷媒）の蒸気２９を冷
却水３０などによって凝縮するための凝縮器３１と、凝
縮器３１で凝縮されて液化した第一の冷却液体の液３２
と第二の冷却液体３７とを熱交換させる蒸発器３３と、
蒸発器３３で熱交換により発生された第一の冷却液体の
蒸気２９を圧縮して凝縮器３１へ送る圧縮機３４と、第
二の冷却液体３７と過冷却器６へ送られる前記冷却液体
２とを熱交換させる中間熱交換器３９とを有する間接冷
却方式のものとしても良い。尚、図中、符号４０はポン
プである。

【００１０】或いは、上記冷凍機３として、図１６に示
すように、蒸発器３３を備えておらず、過冷却器６の冷
却液体流路２２を蒸発器３３の代りに使って、過冷却器
６の冷却液体流路２２にて冷却液体２を蒸発させ、蒸発
の潜熱を利用して水４を過冷却水５とするようにした直
接冷却方式のものが現在開発されている。直接冷却方式
のものは、中間冷却液体が不要となり、且つ、冷凍機３
を小型化できるという利点がある。

【００１１】斯かる図１０の構成の氷蓄熱装置では、各
冷凍機３で例えば−６℃〜−１０℃に低温化された冷却
液体２は、冷却液体循環流路１の供給側流路１ａを介し
て各過冷却器６の冷却液体流路２２へと供給され、過冷
却器６の冷却液体流路２２で使用された冷却液体２は、
冷却液体循環流路１の戻り側流路１ｂを介して冷凍機３
へ戻され、以後、上記循環を繰返す。

【００１２】同時に、蓄熱槽８の水４は、水ポンプ１６
により揚水され、水供給流路１５を介して過冷却器６の
過冷却水流路２１へと送られ、途中、ストレーナ１７や
フィルタ１８によって、過冷却状態に悪影響を及ぼすダ
ストや氷７の粒などが除去されたり、温度調節器２０を
備えた熱交換器１９によって、ストレーナ１７やフィル
タ１８などでは除去できない細かい氷７の粒が加熱によ
り消失され、更にこの時、水４の温度が０．３℃〜０．
５℃になるように調整される。

【００１３】前記過冷却器６の過冷却水流路２１へ送ら
れた上記水４は、冷凍機３から過冷却器６の冷却液体流
路２２へ送られた冷却液体２によって摂氏零度以下例え
ば−２℃程度に冷却されて過冷却水５となる。

【００１４】摂氏零度以下にまで冷却された過冷却水５
のエネルギー状態は、極めて不安定で、過冷却水５は、
エネルギーの極小値である氷相へ相変化を起しやすい状
態にある。

【００１５】そこで、過冷却器６の過冷却水流路２１に
て冷却された過冷却水５を、蓄熱槽８へと落下させ、蓄
熱槽８の内部に貯留した水４の水面や内部に設けられた
図示しない衝突板に衝突させることにより、衝撃力で過
冷却水５の過冷却状態を強制的に解除させ、氷７を生成
させるようにする。

【００１６】このように、氷７の状態にして冷熱を蓄積
させることにより、水の状態で蓄熱する場合に比べて、
容積の小さな蓄熱槽８でより大きな蓄熱能力を得ること
が可能となる。

【００１７】そして、蓄熱槽８内の氷７は、需要がある
までそのままの状態で保存され、需要が生じた場合に
は、蓄熱槽８内の水４を、循環ポンプ９及びスプレー用
流路１１を介してスプレーノズル１０から氷７へ向けて
噴射させることにより、氷７を融解させ、このときの融
解熱で冷熱取出流路１２内を流れる熱交換媒体１３を冷
却し、冷却された熱交換媒体１３をビルの空調設備など
の熱利用設備１４へ送って、空調などに利用させるよう
にする。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、過冷
却水５が蓄熱槽８へ流下する過程で、衝撃力により過冷
却水５の過冷却状態が強制的に解除され、氷７が蓄熱槽
８内で生成されるが、この氷７は蓄熱槽８内で均一に分
散されるのが望ましい。

【００１９】これは蓄熱槽８全体へ均一な氷７の分散を
行うことで、蓄熱槽８の内部に貯留した水４の温度を均
一にして熱交換媒体１３との熱交換効率を上げることが
できるからである。

【００２０】氷７を蓄熱槽８内に均一に分散させる手段
として、例えば過冷却水５の流下位置に、中央の軸を中
心に揺動（過冷却水５の衝突による自動的な揺動、ある
いは駆動力による揺動）自在の衝突板を設け、この衝突
板の揺動により周囲に氷７を分散させるようにすること
も考えられるが、この場合、衝突板に氷７が付着して、
徐々に堆積してしまうと遂にはその機能（氷分散機能）
を果たさなくなるおそれがある。

【００２１】本発明はこのような背景に鑑み、簡単な構
造で蓄熱槽内に氷を均一に分散させることのできる氷蓄
熱装置を提供することを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
過冷却水流路と冷却液体流路を備えた過冷却器と、該過
冷却器の過冷却水流路に水を供給する水供給流路と、前
記過冷却器の冷却液体流路に供給側流路と戻り側流路と
により冷凍機からの冷却液体を循環供給して前記水を零
度以下に過冷却する冷却液体循環流路と、前記過冷却器
の過冷却水流路を通って冷却された水の過冷却状態を解
除することにより氷へ相変化させて蓄氷を行うようにし
ている蓄熱槽とを備えた氷蓄熱装置であって、前記蓄熱
槽の水面に浮かぶ浮子を設け、該浮子が前記過冷却水の
流下位置の所定範囲で自由移動し得るように、前記浮子
を前記蓄熱槽に係留したことを特徴とする氷蓄熱装置、
に係るものである。

【００２３】請求項２記載の発明は、前記浮子は、可撓
性の係留手段により前記蓄熱槽の底面に係留されること
を特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置、に係るもので
ある。

【００２４】請求項３記載の発明は、前記浮子は、可撓
性の係留手段により前記蓄熱槽の両側面間に係留される
ことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置、に係るも
のである。

【００２５】請求項４記載の発明は、前記浮子は、円筒
形状をしており、その被軸受部が前記蓄熱槽の両側面に
形成した軸受部に遊嵌されることを特徴とする請求項３
記載の氷蓄熱装置、に係るものである。

【００２６】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００２７】浮子は、ステンレスワイヤなどの係留手段
により蓄熱槽の底面、あるいは両側面に係留され、か
つ、過冷却水の水面衝突部に配置される。浮子は、プラ
スチック、ステンレス等により、球状、楕円球状、菱形
形状等に構成されている。また、円筒形状としてその軸
受部が蓄熱槽の両側面の被軸受部に遊嵌されるようにし
てもよい。

【００２８】過冷却器から蓄熱槽に過冷却水が流下する
際、過冷却水は浮子に衝突する。すると浮子は、その衝
撃力により任意の方向に揺動する。この揺動方向は一定
していないため、浮子との衝突によって過冷却状態が解
除されて生成される氷は、蓄熱槽のあらゆる個所に均一
に分配される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００３０】図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の一例
を示す側面図である。

【００３１】この図は前述した図１０に対応しており、
全体的な氷蓄熱装置の構造、作用については前述した通
りであるので、説明は省略する。

【００３２】本発明は、過冷却水５が蓄熱槽８に流下す
る際に生成される氷７を、蓄熱槽８の全域に均一に分散
させるために、蓄熱槽８の水面に浮かぶ浮子４１を設け
たものである。

【００３３】浮子４１の具体例は図２〜図７で後述する
が、浮子４１は、例えば蓄熱槽８の底面に設けた固定部
４２にステンレスワイヤなどの可撓性のある係留部材４
３によって係留されている。浮子４１の係留位置は過冷
却水５の流下位置である。即ち、浮子４１は、過冷却器
６から放出された過冷却水５が蓄熱槽８の水面と衝突す
る位置に配置される。

【００３４】従って、過冷却器６から放出された過冷却
水５は浮子４１に衝突するが、浮子４１は可撓性の係留
部材４３によって係留されているので、水面に対する上
下方向に移動可能であり、つまり浮き沈み可能であり、
また、水面と水平な方向にも係留部材４３の長さによっ
て決まる所定の範囲で移動できるようになっている。

【００３５】図２〜図７に第１の実施の形態から第６の
実施の形態の浮子を示す。

【００３６】図２に示す例は、浮子４１を球状としたも
のである。図３に示す例は、浮子４１を球状とし、さら
に上方に釣りの浮きの如く突起を設けたものである。図
４に示す例は、浮子４１を側面楕円球状、平面円形状と
したものである。図５は上下に四角錐と逆四角錐を一体
に有して浮子４１の側面形状が菱形状となるようにした
ものである。図６は上下に円錐形状と逆円錐形状を有し
て浮子４１の側面形状が菱形状となるようにしたもので
ある。

【００３７】以上の５例は何れも係留部材４３に繋がれ
る被係留部４１ａが下方についており、蓄熱槽８の底面
に係留される構造のものである。

【００３８】図１（Ｂ）は、前記図２〜図６の浮子４１
を係留する係留部材４３を、蓄熱槽８内の水４の水面高
さが変化しても浮子４１が常に水面に位置するように、
掛け具４３ａを介して蓄熱槽８の外部に導出して浮子４
１の高さを調節できるようにしている。

【００３９】図７に示す例は、浮子４１を球状とし、か
つ、その両側面に被係留部４１ａを設けたものである。
このタイプの浮子４１は、蓄熱槽８の両側面に一対の係
留部材４３によって係留されるようになっている。

【００４０】図８は第７の実施の形態の浮子の側面図、
図９は図８の切断正面図である。

【００４１】第７の実施の形態の浮子４１は、円筒形状
をしており、その両端の支軸からなる被軸受部４１ｂが
蓄熱槽８の両側面に設けた軸受部４４に遊嵌されて係留
されるようになっている。即ち、被軸受部４１ｂの径よ
りも軸受部４４の径が大きく、被軸受部４１ｂを軸受部
４４に嵌合すると、両者の間に隙間ができるようになっ
ている。

【００４２】従って、この円筒状の浮子４１は、水面に
浮き沈み可能であり、かつ、被軸受部４１ｂを中心に任
意の方向（時計回り方向及び反時計回り方向）に回転可
能になっている。また、図９に示すように、内部にヒー
タ４５を有する。このヒータ４５は電気線４５ａの給電
により加熱され、浮子４１の表面に氷７が付着した場合
にこれを融解し、浮子４１の表面から分離するためのも
のである。

【００４３】図２ないし図９に示す浮子４１の材料は、
流下する過冷却水５の衝撃に耐え、浮力を保っていられ
るものが選択される。具体的には、プラスチック、ステ
ンレスなどが選択される。また、浮子４１の表面は、氷
７の付着を防ぐための塗料が塗布されている。具体的に
は、市販の撥水塗料、テフロンコーティング、フッ素コ
ーティング、フッ素ガラスコーティングなどが考えられ
る。

【００４４】次に浮子４１による作用を説明する。

【００４５】過冷却器６から蓄熱槽８に流下される過冷
却水５は、流下位置に浮遊している浮子４１に衝突し、
過冷却を解除されてその一部が氷７に相変位する。氷７
は浮子４１の表面上で一旦付着するものもあるが、直ぐ
に水の勢いで浮子４１から滑落する。浮子４１は揺動ま
たは回動（図８、図９に示す第７の実施の形態）してい
るので、その瞬間の位置に応じて、衝突した水の偏向方
向が決定する。偏向は蓄熱槽８のあらゆる方向へくまな
く行われる。従って、生成される氷７は蓄熱槽８の全域
にわたって均一に分配される。

【００４６】また、実験の結果から、浮子４１の直下に
は、水の落下に起因する下向きの流れが存在することが
判っている。氷７の蓄積が進んでくると、浮子４１の周
りにも氷７が接近してくるが、前述した下向きの流れが
あるために、生成された氷７がその流れに随伴して、過
去に出来た氷７の下に積層されていくことが確認され
た。よって、生成される氷７は水面だけでなく、水中の
高さ方向にも蓄積されていく。浮子４１の変位には外部
から機械的な仕事は全く必要でなく、浮子４１は水の落
下エネルギーのみで作動している。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜４記載
の発明によれば、蓄熱槽に揺動自在に係留されている浮
子を利用し、外部からの駆動力を必要とせずに、浮子に
衝突して生成される氷を蓄熱槽全体に均一に分散するこ
とができるので、蓄熱槽内の水の温度を均一化すること
ができ、熱交換媒体との熱交換効率を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態の一例を示す側面
図、（Ｂ）は浮子の支持方式の異なる例を示す側面図で
ある。

【図２】第１の実施の形態の浮子の正面図である。

【図３】第２の実施の形態の浮子の正面図である。

【図４】第３の実施の形態の浮子の正面図である。

【図５】第４の実施の形態の浮子の正面図である。

【図６】第５の実施の形態の浮子の正面図である。

【図７】第６の実施の形態の浮子の正面図である。

【図８】第７の実施の形態の浮子の側面図である。

【図９】図８の浮子の切断正面図である。

【図１０】従来の氷蓄熱装置の概略系統図である。

【図１１】従来の過冷却器の一例を示す概略側方断面図
である。

【図１２】従来の過冷却器の他の例を示す概略側方断面
図である。

【図１３】従来の過冷却器の更に他の例を示す概略斜視
図である。

【図１４】間接冷却方式の冷凍機を有する氷蓄熱装置の
概略系統図である。

【図１５】間接冷却方式の冷凍機を有する他の氷蓄熱装
置の概略系統図である。

【図１６】直接冷却方式の冷凍機を有する氷蓄熱装置の
概略系統図である。

【符号の説明】

１ 冷却液体循環流路 １ａ 供給側流路 １ｂ 戻り側流路 ２ 冷却液体 ３ 冷凍機 ４ 水 ５ 過冷却水 ６ 過冷却器 ７ 氷 １５ 水供給流路 ２１ 過冷却水流路 ２２ 冷却液体流路 ４１ 浮子 ４１ｂ 被軸受部 ４３ 係留部材 ４４ 軸受部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過冷却水流路と冷却液体流路を備えた過
   冷却器と、該過冷却器の過冷却水流路に水を供給する水
   供給流路と、前記過冷却器の冷却液体流路に供給側流路
   と戻り側流路とにより冷凍機からの冷却液体を循環供給
   して前記水を零度以下に過冷却する冷却液体循環流路
   と、前記過冷却器の過冷却水流路を通って冷却された水
   の過冷却状態を解除することにより氷へ相変化させて蓄
   氷を行うようにしている蓄熱槽とを備えた氷蓄熱装置で
   あって、前記蓄熱槽の水面に浮かぶ浮子を設け、該浮子
   が前記過冷却水の流下位置の所定範囲で自由移動し得る
   ように、前記浮子を前記蓄熱槽に係留したことを特徴と
   する氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 前記浮子は、可撓性の係留手段により前
   記蓄熱槽の底面に係留されることを特徴とする請求項１
   記載の氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 前記浮子は、可撓性の係留手段により前
   記蓄熱槽の両側面間に係留されることを特徴とする請求
   項１記載の氷蓄熱装置。
4. 【請求項４】 前記浮子は、円筒形状をしており、その
   被軸受部が前記蓄熱槽の両側面に形成した軸受部に遊嵌
   されることを特徴とする請求項３記載の氷蓄熱装置。