JPH04136437U - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単で、設備コストも運転コストも安
い氷蓄熱装置を得る。 【構成】 氷蓄熱装置において、蓄熱剤として重量比で
（８００〜５０）：１程度の水と吸水ポリマーの混合物
を使用し、蓄熱槽下部よりゲル状の混合物を汲み出し、
蓄熱槽の上部に氷を含んだ混合物や温度の上昇した混合
物を導入するように構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の氷蓄熱装置には、製氷コイル内に冷媒やブラインを流してコイルの外側 に氷を静かに着氷させるスタティックタイプと、冷却器内外に着氷した氷を、機 械的に移動させて、蓄えたり、かき落して蓄えたりするダイナミックタイプの２ 通りがある。

【０００３】 そしてダイナミックタイプといっても種々な方法が考えられている。次のその 例を述べる。 （１）製水板の上に水を噴霧し、徐々に着氷量を増加させてゆき、所定厚さ又は 所定時間経過後に、冷却管にホットガスを流すように回路切替をして製氷板を加 熱して氷を蓄熱槽に落下蓄積させる。 （２）ブライン（水とアルコール類の混合物で凍結温度が０℃以下となるもの。 一般に不凍液と呼ばれる）を凍結温度以下に冷却し、ブライン中の水分を徐々に 凍らせて蓄積する。 （３）又水道水を０℃以下に過冷却し、蓄熱槽内に放出して蓄熱槽内でシャーベ ット状の氷を作る。 （４）さらに蓄熱槽内に水と冷媒を封入しておき、冷媒を直接蓄熱槽内で膨張さ せ、水と冷媒の結晶体（クラスレート）を作りこのクラスレートに蓄冷する方法 もある。

【０００４】

【解決すべき問題点】

前述のスタティックタイプの氷蓄熱装置では、コイルの外側に着氷させるので 、氷の厚さが大きくなるにつれて、氷の熱伝導率の低さのために、冷却側のブラ イン温度あるいは蒸発温度を低くしないと氷ができにくくなり、このことにより 冷凍機の効率（成績係数）が低下する。またコイルの間隔を適当に設けて、製氷 量もコントロールしないと、氷厚が増加するにつれて、コイル同志に余分な力が 加わったり、くっつき合って解氷しがたくなったりする欠点がある。

【０００５】 又ダイナミックタイプの内、前記の（１）のものでは、製氷装置と蓄熱槽を一 体型として作る必要があり、また機構が複雑となり、制御も複雑となる。またホ ットガスバイパスをする必要があり、冷却面を一時加熱する必要があるので、省 エネルギー的でなく、また加熱サイクル時は冷却ができないなどの不利な点があ る。

【０００６】 （２）に示したものでは、氷が生成されるにつれてブライン濃度が高くなり、 凍結温度がさらに低くなり、冷凍機の効率（成績係数）を悪化させるなどの欠点 がある。

【０００７】 （３）に示したものでは、蓄熱槽内の水道水を過冷却するものであるが、水の 中に微細な氷の細片などが存在すると、過冷却器内で氷が生成されてしまうので 、水をろ過処理したり多少予熱したりする必要があり、装置が複雑になったり、 制御が複雑になる欠点がある。

【０００８】 （４）に示したものでは、蓄熱槽の中に水と冷媒が共存することとなり、蓄熱 槽が圧力容器扱いとなったり、銅や鉄で蓄熱槽を作ったりすると、腐食が問題と なったりする欠点がある。

【０００９】 一般論として、氷蓄熱装置としての理想的な条件としては、次に示すような諸 点が考えられる。 （１）熱の出し入れが容易なこと。又特別な熱交換器を必要としないこと。

【００１０】 （２）状態変化（融点、沸点）が目的の蓄熱状態に近いこと。氷点が０℃に近 いこと。 （３）蓄熱容量が大きいこと。（水が蓄冷剤としては優れている。） （４）繰り返し使用しても劣化しないこと。耐久性のあること。

【００１１】 （５）安価で大量に入手できること。 （６）化学的に安定で取扱いが容易なこと。 （７）安全性が高いこと （８）システムが単純であること （９）設備コストが安いこと （１０） 運転コストが安いこと などが挙げられる。

【００１２】 従来技術のスタティックタイプには上記の諸点のうち（１）、（２）、（８） 、（９）、（１０）などに難点があり、ダイナミックタイプには、（１）、（２ ）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）などに難点があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

この考案の氷蓄熱装置は、前記の諸欠点を解消するために、蓄熱剤として、重 量比が（８００〜５０）：１の水と吸水ポリマーとの混合物（吸水ゲルと称す） を使用し、蓄熱槽の上部と下部をポンプを含む配管で連結し、製氷サイクルと解 氷サイクルの何れにおいても、蓄熱槽下部の吸水ゲルを汲み出して、蓄熱の上部 に、氷を含んだ混合物や温度の上昇した混合物を導入するようにしたものである 。

【００１４】

【作用】

この考案では、蓄熱材料として吸水ポリマーと水の混合物を選定し、蓄熱槽の 中に蓄えておく。この場合には混合液は混合比によって粘性の小さい流動性の高 いゲル状から粘性の高いゲル状あるいは固形状まで任意に選定できる。

【００１５】 流動性の高い水と吸水ポリマーのゲルをポンプにより汲み出し、冷凍機にて冷 却される製氷器内に導き、製氷器内を通過するうちにゲル中の水分子が氷となっ て蓄熱槽内に導かれる。蓄熱槽内では氷が上部に浮上し、残りのゲルは蓄熱槽下 部に移動するのでこの水を含んだゲルを製氷器内に再循環させる。

【００１６】 一方、蓄熱槽内に蓄えられた冷熱の利用は次のように行う。すなわち蓄熱槽の 下部に蓄えられた水を多く含むゲルをポンプにより汲み出し、空調機やファンコ イルに送り、冷熱を取り出し、冷房に利用する。

【００１７】 空調機やファンコイルにおいて温度の上昇したゲルは、蓄熱槽の上部よりデス トリビュータにて均一に散布され、蓄熱槽上部に貯った氷を溶かす。これをくり 返すことによって、蓄熱槽内に蓄えられた冷熱を有効に取り出すことができる。

【００１８】

【実施例】

図１は蓄熱槽と製氷冷却機が別体として設置された例であって、氷蓄熱槽１内 に吸水ポリマーと水の混合物１０を貯留しておく。水とポリマーの重量比は所望 の条件に応じて種々選定できるが、（８００〜５０）：１程度の範囲に選定する 。

【００１９】 この混合物１０をポンプ４１を含む配管４によってヒートポンプ２に循環させ て冷却し、吸水ゲル内の一部の水分を凍結させる。そして図示の如く槽１の下部 より汲み上げて冷却後の、一部に氷を含む吸水ゲルを蓄熱槽１の上部に導き、散 布器４２により槽内に散布される。

【００２０】 この蓄熱槽内に導かれた氷を含む吸水ゲルは、氷とその他の混合物の密度差に よって氷のみ上部に貯まり、水分を含む混合物は下方に分離して貯まる。すなわ ちこのサイクルをくり返すに従って蓄熱槽１の上部には氷、下部には流動性の高 いゲルが蓄えられることになる。

【００２１】 冷熱の取り出しは、製氷、貯氷サイクルとは逆になり、蓄熱槽下部にある流動 性の高いゲル（温度は０℃程度）をポンプ５１を含む配管５によって汲み出し、 空調器３などの熱負荷部へ供給する。この熱負荷部で冷熱を放出して、（熱交換 して）温度の上昇したゲルは槽１の上部の散布器５２より均一に散布し、氷上に 噴霧する。これにより、蓄熱槽上部に貯められていた氷が融解し、ゲルの温度が ０℃程度になって、蓄熱槽下部に貯まる。氷を使い終ってしまうと温度は上昇す る。このサイクルをくり返すことにより、蓄熱槽１内に蓄えられた冷熱を有効に 利用できる。

【００２２】 図２は蓄熱槽と製氷器が一体型に作製され、ヒートポンプが屋外に別置されて いる例を示し、製氷用冷媒をポンプ４１を含む配管４でヒートポンプ２を循環さ せ、製氷器２０に戻す。４３は循環を調節するレジーバタンクである。

【００２３】 一方蓄熱槽１内の吸水ゲル１０を、ポンプ６１を含む配管６で、槽１の下部か ら汲み上げて製氷器２０を通し製氷する。このサイクルのくり返しにより次第に 氷は上部に、水を多く含むゲルは下方に貯まってくる。

【００２４】 冷熱の取り出しは図１の例と同様であって蓄熱槽１の下方の０℃位の流動性の 高いゲルをポンプ５１を含む配管５によって空調機３を循環させる。

【００２５】

【考案の効果】

以上述べた如く、この考案は （１）吸水ポリマーと水の混合物である吸水ゲルを冷却してその一部を氷とする 。 （２）蓄熱槽内で氷は上部に、残りのゲルは蓄熱槽の下部に、その密度差によっ て自然に分離して貯まる。 （３）水を直接凍結させ、氷と水とは自然に分離貯蔵されるので、０℃附近で凍 結させることができる。 （４）蓄熱槽内に多量の氷を貯めることができる。 という諸点を満足させるように構成されているので、 （１）連続して０℃に近い冷却温度で製氷運転することができ、冷凍機の成績係 数を高く維持でき、又運転コストを低減できる。 （２）蓄熱槽内に多量の氷を貯えることができる。貯氷率は一般には３０〜５０ ％以下であるが、６０％程度までは確保できる。 （３）全体として構造や作動が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例の説明図である。

【図２】別な実施例の説明図である。

【符号の説明】

１ 氷蓄熱槽 ２ ヒートポンプ ３ 空調機 ４ 配管 ４１ ポンプ ４２ 散布器 ４３ レシーバタンク ５ 配管 ５１ ポンプ ５２ 散布器 ６ 配管 ６１ ポンプ １０ 混合物

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 氷蓄熱装置において、蓄熱剤として水と
   吸水ポリマーとの混合物（吸水ゲルと称す）を使用し、
   水対ポリマーの重量比を（８００〜５０）：１としたこ
   とを特徴とする氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の氷蓄熱装置において、
   蓄熱槽の上部と下部をポンプを含む配管によって連結
   し、製氷サイクル、解凍サイクルの何れにおいても、蓄
   熱槽下部の吸水ゲルを汲み出して、蓄熱槽の上部に氷を
   含んだ吸水ゲルや、温度の上昇した吸水ゲルを導入する
   ことを特徴とする氷蓄熱装置。