JPS63194175A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空調用熱源水の冷熱蓄熱用に供される氷蓄熱
装置に関する。

〔発明の背景および従来技術〕

ビルの空調用熱源水を蓄えるのに設置される蓄熱水槽に
おいて、この蓄熱水槽内の水の一部を製氷化すると潜熱
蓄熱ができるので蓄熱水槽の単位容量当りの蓄熱量を増
大させることができる。またこの製氷を夜間電力を利用
して行い、この氷のもつ潜熱を昼間の冷房用冷熱源に利
用すればランニングコストの低減に役立つ。

従来、このような氷蓄熱を行なうには、製氷用冷凍機を
使用した製氷装置を別途設置し、この製氷装置で製造し
た氷塊、或いは氷微細粒（氷フレーク）と水との混合物
（シャーベット状）を蓄熱水槽に供給する方式、更には
、蓄熱水槽内に製氷用のパイプを施設してこのパイプの
周囲の水を凝結させる方式などが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

水槽内の水を製氷化する場合に５水槽内の水を槽外の製
氷装置に送ってこれを製氷化する方式では水および氷を
槽と製氷装置の間に搬送しなければならず、一般に大掛
かりな設備を必要とするという問題がある。

水槽内に製氷パイプを施設して水槽内の水をパイプ周囲
に凝結させる場合には、パイプの表面積を大きくするこ
とには限界があり、またいったんパイプ表面に形成した
氷がさらに成長するには限界があるので、水槽内におい
てパイプの延長距離を長くするか或いは多数本パイプを
施設しなければならず、槽内に収容する水の容積がその
分低減すると共に、設備費用が過大となり、また必ずし
も高い製氷効率を得られないという問題がある。

このような問題は、既存の蓄熱水槽自体には特に改造を
加えることなく、また、特別の製氷装置を設置すること
なく、蓄熱水槽内の水を適宜に且つ適量に製氷化できれ
ば解決し得る０本発明はこの解決を図ったものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、ドラム壁内に冷媒管路を設けた両端開口の製
氷ドラムと、この製氷ドラムの内表面に生成した氷を掻
き剥ぐための掻き羽根と、からなる製氷ドラムユニット
を、蓄熱水槽の水中に浸漬してなる氷蓄熱装置を提供す
るものであり、特に該製氷ドラムの冷媒管路に２本氷蓄
熱装置以外の用途向は既に設置されている既存冷凍機の
冷媒の一部を循環させる冷媒配管を施設してなる氷蓄熱
装置を提供するものである。

本発明の製氷ドラムユニットを構成するだめの製氷ドラ
ムは２重ね合わせた二枚の金属プレートのプレート間に
冷媒を通す多数の管路を形成してなるクラツド板型の両
端開口の製氷ドラムを使用することができる。このクラ
フト仮型製氷ドラムを製造するには、二枚の金属プレー
トを重ね合わせたうえ、その面内を電縫溶接して隣合う
線状溶接部同士の間に所定の間隔をあけた多数本の線状
溶接部を形成する工程と、金属プレートの両端面を互い
に溶接して両端開口の円筒状のドラムに構成する工程と
、隣合う線状溶接部で挟まれる金属プレート間の非溶接
間隙に高圧ガスを供給して該非溶接間隙を膨張させて金
属プレート間に多数本の管路を形成する工程と、によっ
て藺草に製造することができる。

一方２本発明の製氷ドラムユニットを構成するための掻
き羽根は、槽中に浸漬した製氷ドラムの壁面に生成する
氷を掻き剥ぐためのもので、これはドラムの内表面およ
び／または外表面に沿って周回運動させるブレードから
なる。この掻き羽根はドラムの内表面だけを周回するよ
うに設けても本発明の目的は達成されるが、場合によっ
てはドラムの外表面を周回するように設けてもよい。い
ずれにしても、この掻き羽根はドラム中心に設けた回転
軸に支持させるのがよい。

本発明の製氷ドラムはそのドラム壁内に設けた冷媒管路
に冷媒を供給することによってこのドラム自身を冷凍サ
イクルの蒸発器として機能させるものであるが１本発明
では既存の冷凍機の余力を利用することによってその機
能を発揮させることができる。すなわち、蓄熱水槽を設
置される通常の建物では冷房用冷熱源を得るための冷凍
機が設置されるが、この冷房運転用或いは冷水蓄熱用に
設置された冷凍機内の冷媒の一部を冷凍機内から取り出
してこれを本発明の氷蓄熱装置に利用することができる
。例えば１通常の単胴密閉型ターボ冷凍機ではその運転
中に冷凍機コンデンサーから冷凍機クーラーに送りこま
れる冷媒の一部が冷媒ポンプによってモータ一部やパー
ジコンデンサー等に送られる構造となっているが、その
液冷媒の循環路から液冷媒を冷凍機外に取り出して本発
明の氷蓄熱装置のドラム冷媒管路に送り出し、この製氷
ドラムで蒸発させたあとそのガス冷媒を冷媒ガスプロア
によって再び冷凍機コンデンサ一部に戻すようにすれば
よい。これによって新設の冷凍機なしで本発明の氷蓄熱
装置の運転ができる。

以下に実施例によって本発明装置を具体的に説明する。

〔実施例〕

第１図は３本発明の氷蓄熱装置の実施例を示したもので
あり、１は蓄熱水槽、２は冷凍機、３は制御装置を示す
。

蓄熱水槽１は建物の空調用熱源水を蓄えるのに設置され
る通常の蓄熱水槽であり、仕切壁４によって多数の小水
槽５に区分され、各仕切壁４に設けられた連通孔６を経
て各小水槽５に熱源水が方向性をもって流れる。本発明
においては、かような通常の蓄熱水槽１の小水槽の一部
または全部に本発明に従う製氷ドラムユニット７が水中
に浸漬される。この製氷ドラムユニット７は、蓄熱水槽
１を構成している天井板８に通常設置されるマンホール
９を利用してその機能部が水中に浸漬するように設置さ
れている。

以下にまず、この製氷ドラムユニット７の詳細を第２図
〜第７図に従って説明する。

第２閏は本発明の製氷ドラムユニット７の全体を示した
ものであり、１０は製氷ドラム、１１は掻き羽根、１２
はユニット支持架台、１３は掻き羽根を回転させる回転
軸、１４は減速機、１５はモータ、１６は冷媒往管、１
７は冷媒連管である。

ユニット支持架台１２は、第１図で示したマンホール９
の孔径より大きな径を有した仮であり、この支持架台１
２の下方に製氷ドラム１０と掻き羽ｌ１１１とからなる
機能部を複数本の吊り部材１８と回転軸１３を介して支
持すると共に、この支持架台１２の上に減速機１４およ
びモータ１５を支持する。またこの支持架台１２には冷
媒往管１６および冷媒連管１７が貫通する孔が設けられ
ている。製氷ドラム１０の外径はマンホール９の孔径よ
り小さく、シたがって。

マンホール９からこの製氷ドラム１０を下げ降ろして水
中に浸漬させることができ、支持架台１２がマンホール
９を塞ぐ盤となる。

第３図は製氷ドラム１０と掻き羽根１１の取付は関係を
示す製氷ドラム部の前半弁明り欠き斜視図である。図示
のように１本発明の製氷ドラム１０は両端開口の円筒形
状を存しており、ドラム１０を構成している周面材料自
身に多数の冷媒管路２０が設けられている。この冷媒管
路２０は９重ね合わせた二枚の金属プレート（後述の第
４図に示す金属プレートａと金属プレートｂ）の両プレ
ートの間に形成されたものであり、各冷媒管路２０には
第１図の冷凍［２から冷媒が供給される。掻き羽根１１
はドラム１０の内側周面を周回するように設置されてい
る。すなわち、ドラム１０の中心に設置された回転軸１
３に掻き羽根１１が取付けられ、この掻き羽根１１の端
縁がドラム１０の内面（冷媒管路２０が存在する部位の
内面）と僅かなりリアランスをもって周回するようにし
たものである。

ドラム１０は吊り部材１８によって軸を垂直にして吊り
下げられるが１回転軸１３に遊嵌されたカンプリング２
１（図示の例では上下二ケ所）とこのカップリング２１
から延びる支持杆２２とによって、ドラム１０と回転軸
１３との相対距離が一定に保たれている（回転軸１３が
ドラム１０の中心に位置するように両者の位置が固定さ
れる）、使用状態においてはカンプリング２１が回転軸
１３に対して遊嵌状態で取付けられることにより、モー
タ１５によって付与される回転軸１３の回転運動はドラ
ム１０には伝達されず、ドラム１０は吊り部材１８によ
って停止位置に静止する。

本発明の製氷ドラム１０は二枚の金属プレートの間に多
数本の冷媒管路２０を形成した点に一つの特徴があるの
で、その詳細を第４図〜第７図に従って説明する。

第４図は製氷ドラム１０を展開して示したドラム内側の
斜視図である。図示のように１本発明の製氷ドラム１０
は１重ね合わせた二枚の金属プレートａ、！：ｂのプレ
ート間に多数本の冷媒管路を形成しである。この冷媒管
路は、プレートの一方の端に縦方向に形成した入口ヘッ
ダー管路２５．プレートの他方の端に縦方向に形成した
出口ヘッダー管路２６、そして１人ロヘフダー管路２５
と出口ヘッダー管路２６との間に連絡される互いに平行
な多数本の独立した伝熱管路２０″とからなり、各伝熱
管路２０゛はその入口ヘングー管路２５への接続部にお
いて管径を絞った細管部２７を有している。この細管部
２７は絞り弁の役割をはたす。入口ヘッダー管路２５は
冷媒往管１６に、また出口ヘッダー管路２６は冷媒連管
１７に接続される。円筒形のドラムに構成するには金属
プレートの両端縁を互いに溶接することによって行われ
る。第４図の２８はこの溶接部を示している。

第５図は９両金属プレートａとｂの間に冷媒管路を形成
するための線状溶接部パターンを示す図である。すなわ
ち、金属プレートａとｂを重ね合わせたうえ１両金属プ
レートａとｂの平板面に電子ビーム溶接などの電縫溶接
によって図示のようなパターンの連続した線状の溶接部
を形成する。

より具体的には、隣合う線状溶接部の間に、入口ヘッダ
ー管路２５．出口へ７グー管路２６．各伝熱管路２０”
、細管部２７などの各管路を形成するための間隙をあけ
た線状溶接部パターンを形成する。

このように９本発明に従う製氷ドラムの製造にあたって
は、先ず、二枚の金属プレートを重ね合わせたうえ５該
金属プレ一ト同士を電縫溶接することにより、隣合う線
状溶接部同士の間に所定の間隔をあけた多数本の線状溶
接部を形成する。

ついで、金属プレートの両端縁を互いに溶接することに
よって上下端開口の円筒形のドラムに構成したうえ、隣
合う線状溶接部で挟まれる金属プレート間の非溶接間隙
（入ロヘソグー管路２５．出口へ、グー管路２６．各伝
熱管路２０°、細管部２７などの各管路となる間隙）に
高圧ガスを供給してこの非溶接間隙を膨張させる。図示
の線状溶接部パターンでは、入口へフダー管路２５．出
ロヘングー管路２６．各伝熱管路２０°、細管部２７に
対応する非溶接間隙は互いに連通した一つの閉鎖回路を
形成しているので、この閉鎖回路の１箇所に高圧ガス導
入口を設け、これから閉鎖回路内に高圧ガスを供給する
ことによって、各管路形状に膨張させることができる。

この膨張工程は、前記のパターンを形成し両端を溶接し
たドラムを型内にセットして行うのがよい。これによっ
て正確に冷媒管路を形成することができる。

第６図は、第５図のＶＩ−ＩＴ線矢視断面部の細管部２
７の膨張後の一部断面を、第７図は第５図の■−■線矢
視断面の伝熱管路２０°の膨張後の一部断面を示したも
のである。第６〜７図において、イは当該管路を形成す
る線状溶接部の一方の溶接部断面１口は当該管路を形成
する線状溶接部の他方の溶接部断面であり、これらの溶
接部では金属プレートａとｂが溶着している。

本発明によるドラム１０は、金属プレートａとｂの間に
冷媒管路が形成されるから、その冷媒管路を構成してい
る両側の金属プレートが伝熱面となり、且つ各冷媒管路
の間に管路部と連続して存在する金属プレート部分が伝
熱フィンの役割を果たすので非常に熱交換効率の高い熱
交換器となる。

しかも、前述のようにその製造は簡単に行なうことがで
きるものである。

本発明においては１以上の構成になる製氷ドラム１０に
掻き羽根１１を第２図のように取付けて製氷ドラムユニ
ット７を構成し５　これを蓄熱水槽１の小水槽の一部ま
たは全部に第１図のように設置して小水槽内の熱源水の
一部を製氷化するのであるが、そのさい、各製氷ドラム
１０を製氷機として機能させるために、これを冷媒の蒸
発器として作用させる。このための冷媒として、既存の
冷凍機内を循環する冷媒を利用して行なうことができる
。

以下にその詳細を第１図に従って説明する。

第１図において、冷凍機２は当該蓄熱水槽１が設置され
る建物の空調用に設置された単胴密閉ターボ冷凍機であ
り、一点破線で示す範囲が既設の冷凍機構成を示してい
る。この冷凍機２において３０はクーラー　（蒸発器）
、３１はコンデンサー（凝縮器）、３２は圧縮機、３３
は駆動モーター、３４はベーンモーター、３５はオイル
ポンプ伝導装置（増速機）、３６は羽根車、３７はパー
ジコンデンサーヲ示している。このような構成になる通
常のターボ冷凍機では、液冷媒の一部が冷媒ポンプ３８
によって機内から取り出され、補助冷却管３９で再度冷
却されたあと冷却剤としてモーター３３に送られるか。

冷媒ポンプ３８から直接パージコンデンサー３７に循環
される構成となっている。

本発明では１機内からいったん取り出されて機内に戻さ
れる液冷媒管路、より具体的には冷媒ポンプ３８の吐出
側管路４０に対して、新たな冷媒主往管４１を接続する
。この冷媒主往管４１には電動弁４２を取付ける。この
冷媒主往管４１を蓄熱水槽１の小水槽に設置される各製
氷ドラムユニット７の近傍にまで施設したうえ、冷媒生
還管４３を各製氷ドラムユニント７から冷凍機のコンデ
ンサー３１に電動弁４４を介して接続する。そして、各
製氷ドラムユニット７の冷媒往管１６を制御弁４５を介
して冷媒主往管４１に接続し、また各製氷ドラムユニッ
ト７の冷媒連管１７を冷媒生還管４３に接続する。冷媒
生還管４３の下流側（冷媒の流れに対して最下流側の製
氷ドラムの冷媒連管１７が接続される位置よりもさらに
下流側）に冷媒ガスブロア４７が設置される。

必要に応して、冷媒ガスブロア４７と冷凍機のコンデン
サー３１との間の冷媒生還管４３に熱交換器４８を接続
し、ブロア４７の吐出ガスが有する熱の回収を図ると共
に冷凍機の負荷の低減を行なう。

このようにして、既存の冷凍機２の循環冷媒管路４０と
各製氷ドラムユニット７の製氷ドラム１０とをつなぐ冷
媒配管を施設したうえ、制御盤３を設置する。この制御
盤３は、冷凍機２の循環冷媒管路４０の電動弁５０．冷
媒主往管４１の送り出し側の電動弁４２および冷媒生還
管４３の戻り側の電動弁４４の開閉動作を行なうと共に
、冷媒ガスブロア４７の発停制御および各製氷ドラムユ
ニット７の冷媒往管１６に介装される制御弁４５の開度
制御を行なう。

以上の構成になる本発明の氷蓄熱装置によると冷凍機２
の冷媒ポンプ３８を稼動し、電動弁５０を閉動作、電動
弁４２および４４を閉動作させ、且つ冷媒ガスブロア４
７を稼動させれば、冷凍機２内の液冷媒が各製氷ドラム
ユニット７のドラム１０に供給され、第４図で説明した
各ドラム１０における細管部２７で液冷媒が絞られたう
え、冷媒管路２０においてガス化蒸発して水槽内の水を
強制冷却して製氷化することができる。そのさい各製氷
ドラムユニット７の掻き羽ａｌｌを回転させることによ
り、ドラムｌＯの内面に生成する氷はドラム１０から掻
き剥がされて水中に移行し、ドラム１０の上端開口から
水面に向かって浮遊する。一方、ドラム１０の外面にも
氷が生成するが、これは水中において一定の厚みまで成
長したあと、この氷層が断熱層の役割を果たしてその成
長が停止し、内面での氷結を促進することになる。第１
図において５２で示す層はドラム外側に生成する氷層を
示している。製氷ドラムユニット７で生成した氷が水流
によって押し流されないようにメツシュや帆布等によっ
て氷溜まりを形成してもよい。各製氷ドラムユニット７
のドラム１０でガス化した冷媒は冷媒ガスブロア４７に
よって再び冷凍機２に戻されること（冷凍ｌ１２のコン
デンサ一部３１に戻される）は既述のとおりである。

なお７図示の実施例では製氷ドラム１０は絞り弁として
作用する細管部２７を設けた例を示したが。

この細管部２７に代えてまたはこれに加えて冷媒往管１
６に設けた制御弁４５を膨張弁として機能させてもよい
。また、掻き羽根はドラムの内側を周回させる例だけを
示したが、ドラムの外側を周回させる構成或いはドラム
の内側と外側を周回させる構成とすることもできる。ま
た掻き羽根は必ずしも一枚で構成する必要はなく１回転
軸１３に対して複数枚設置してもよい。

〔作用効果〕

各製氷ドラムユニット７を蓄熱水槽１内に浸漬すること
によって、各製氷ドラム１０の表面で生成した氷は掻き
羽根１１によって掻き判がされつつ水中に浮遊し、微細
粒の氷が水面近くに浮いた状態での水蓄熱ができる。こ
の微細粒が浮遊した状態では水の流れを完全に遮断する
ことはないから。

各小水槽間の水の流れを止めることはない。したがって
、氷蓄熱運転時或いはその冷熱を利用した冷房運転時に
おいて蓄熱水槽内に水が流れるから蓄熱水槽本来の機能
を停止することはない。そして１本発明の製氷ドラムユ
ニット７は既存の蓄熱水槽の天井部のマンホールを利用
して設置が簡単にできる。また本発明による製氷ドラム
１０は金属プレート間に冷媒管路を形成した製造が簡単
で且つ金属プレート自身がフィンの役割を示す単純形状
を有しており熱交換効率のよいものであるから製氷効率
が良好であり、特に既存の冷凍機がその機内に有する冷
媒を利用して製氷ができるものである。したがって、ビ
ル空調用に氷蓄熱設備を付加する場合に、設置作業が容
易で新設部分の設備費用は非常に低廉に行なうことがで
き、且つそのランニングコストも低廉であるという有益
な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の氷蓄熱装置の一実施例を示す機器配置
系統図、第２図は本発明に従う製氷ドラムユニットの全
体斜視図、第３図は第２図の製氷ドラムユニットのドラ
ムおよび掻き羽根部分を説明するための前半掛切り欠き
斜視図、第４図は製氷ドラムユニットのドラムの展開斜
視図、第５図は該ドラムを製作するための線状溶接部パ
ターン図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線矢視断面部分
を膨張後に示した拡大略断面図、第７図は第５図の■−
■線矢視断面部分を膨張後に示した拡大略断面図である
。 １・・蓄熱水槽、　　２・・既設冷凍機。 ３・・制御盤、　　４・・仕切壁、　　５・・小水槽。 ６・・連通孔、　　７・・製氷ドラムユニット。 ８・・蓄熱水槽の天井板、　　９・・マンホール。 １０・・製氷ユニットのドラム、１１・・掻き羽根。 １２・・支持架台、１３・・回転軸、１５・・モーター
、１６・・冷媒往管、１７・・冷媒連管。 １８・・吊り部材、３０・・冷凍機のクーラ一部。 ３１・・冷凍機のコンデンサ一部、３３・・冷凍機のモ
ータ一部、３７・・冷凍機のパージコンデンサ一部、３
８・・冷媒ポンプ、４０・・冷凍機の冷媒循環路、４１
・・冷媒主往管７４３・・冷媒生還管、４５・・制御弁
、４７・・冷媒ガスブロア。 ５２・・ドラム表面に成長した氷塊。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ドラム壁内に冷媒管路を設けた両端開口の製氷ド
   ラムと、この製氷ドラムの内表面に生成した氷を掻き剥
   ぐための掻き羽根と、からなる製氷ドラムユニットを、
   蓄熱水槽の水中に浸漬してなる氷蓄熱装置。
2. （２）ドラム壁内に冷媒管路を設けた両端開口の製氷ド
   ラムと、この製氷ドラムの内表面に生成した氷を掻き剥
   ぐための掻き羽根と、からなる製氷ドラムユニットを、
   蓄熱水槽の水中に浸漬し、前記製氷ドラムの冷媒管路に
   、本氷蓄熱装置以外の用途向け既に設置されている既存
   冷凍機の冷媒の一部を循環させる冷媒配管を施設してな
   る氷蓄熱装置。