JPH04306434A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄氷槽の蓄冷材を循環
させて過冷却したのちその過冷却状態を解消してスラリ
ー状の氷化物にする氷蓄熱装置に係り、スラリー状の氷
化物をその流動性を保持して輸送する対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業プラントやビルなどにおける
比較的大規模な空調システムには蓄熱空調システムが利
用されている。蓄熱空調システムには、冷熱の蓄積に氷
を用い、冷却面に氷を付着させずに氷を生成するダイナ
ミック方式があり、この方式の一つに過冷却制御型の製
氷装置が知られている。

【０００３】この過冷却制御型の氷蓄熱装置は、冷却装
置に接続された熱交換器と蓄氷槽との間で蓄氷槽の蓄冷
材を循環させる循環路を設け、熱交換器により蓄氷槽の
蓄冷材を冷却した後、過冷却状態を解消させてスラリ―
状の氷にするものである。

【０００４】過冷却状態を解消する構造は、例えば、Ｕ
ＳＰ４６７１０７７号公報および特開昭６３−１４０６
４号公報に開示された氷蓄熱装置では、過冷却水を蓄氷
槽（２）に注ぎこみ、水面や浮遊する氷との衝撃によっ
て過冷却状態を解消して氷化を起こさせるものである。 また、特開平２−９７８３４号公報に開示された装置で
は、蓄氷槽上部に過冷却解消装置を設け、循環路から吐
出した過冷却水をこの過冷却解消装置の過冷却水降下面
上を流下させる間に電子冷却ユニットによって氷化を起
こさせるものである。

【０００５】過冷却状態は不安定で、わずかの刺激によ
っても氷化が開始する。このため、上記の過冷却制御型
の製氷装置では、管路の閉塞を防止するために必ず循環
路外で過冷却状態の解消を行なうものとしている。

【０００６】同様に、熱交換器から過冷却解消部までの
距離が長いと、その間の配管で過冷却状態が解消してし
まい、管路を氷で閉塞するおそれがあるため、従来では
、過冷却用の熱交換器は必ず過冷却解消部に近接した位
置に設置されている。したがって、過冷却解消部と熱交
換器とは蓄氷槽に近接して配置されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置では、過冷却状態の解消を循環路をでてから行なうの
で、過冷却解消部や熱交換器の設置位置が蓄氷槽の付近
に限られることになり、設計上の自由度が小さいという
問題がある。

【０００８】この問題は、過冷却制御型の製氷装置が用
いられる大規模な空調システムでは、重要なものとなっ
てくる。つまり、蓄氷槽をはじめ過冷却解消部、熱交換
器の占める面積は非常に大きいため、これらの装置を一
箇所に設置することが困難なことが多いからである。こ
のため、蓄氷槽から離れたあき空間に過冷却解消部や熱
交換器を適宜配置し、氷化物が混在した蓄冷材を蓄氷槽
まで輸送できることが強く要請される。

【０００９】そこで、循環路の途中で製氷を行い、流動
可能なスラリ―状に保ったまま蓄冷材を蓄氷槽まで送る
試みが考えられる。この場合には、輸送中に氷が管壁に
付着して着氷層をつくり、着氷層がさらに厚くなれば、
管路を閉塞するおそれも生じてくるという問題を克服し
なければならない。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、管路を閉塞する原因となる管壁の着
氷を剥離し、氷化物が混在した蓄冷材を円滑に輸送でき
るようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明が講ずる手段は、氷化物が混在した蓄冷材が
流通する流路を復管路（４Ｂ）内に形成すると共に、蓄
冷材の流れの作用によってこの流路が変形するようにし
、着氷層を剥離するものである。

【００１２】具体的には、請求項１の発明の解決手段は
、図１（実線部分のみ）に示すように、スラリー状に氷
化された蓄冷材（Ｗ）を貯溜するための蓄氷槽（２）と
、蓄冷材（Ｗ）を過冷却するための冷却手段（３）と、
上記冷却手段（３）と蓄氷槽（２）との間で蓄冷材（Ｗ
）を強制循環させるための循環路（４）と、上記冷却手
段（３）の下流側の循環路（４）に設けられ、冷却手段
（３）で過冷却された蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消
させてスラリー状の氷化物を生成する過冷却解消部（６
）とを備えた氷蓄熱装置を前提とする。

【００１３】さらに、過冷却解消部（６）の下流側に設
けられ、両端開放の筒状に形成されると共に、上流側の
端縁が循環路（４）の管壁に止着された揺動自在な着氷
剥離部材（１０）と、該着氷剥離部材（１０）と循環路
（４）の管壁との間に液状の蓄冷材（Ｗ）を供給する供
給手段（１１）とを設けた構成としている。

【００１４】請求項２の発明の解決手段は、図１（破線
部分を含む）に示すように、請求項１の発明において、
供給手段（１１）により着氷剥離部材（１０）と循環路
（４）の管壁との間に供給される蓄冷材（Ｗ）の流れを
乱して、着氷剥離部材（１０）を強制的に揺動させる強
制揺動手段（１２）を設けた構成としている。

【００１５】

【作用】以上の構成により、蓄氷槽（２）と冷却手段（
３）との間において蓄冷材（Ｗ）を循環させると共に、
循環路（４）の途中で過冷却解消部（６）により過冷却
状態を解消して、スラリー状の氷化物を生成している。 生成された氷化物は生成当初は蓄冷材（Ｗ）中に均一に
分散しているが、管路を流通している間に蓄冷材（Ｗ）
の液部分との比重差により分離し、比重の小さい氷化物
は管壁上部に集まる。このため、氷化物が管壁に付着し
やすくなる。そして、管壁に着氷層ができると、この着
氷層に管壁周辺に集まった氷群が凝集して管路を閉塞す
るに至る。

【００１６】そこで、上記製氷運転において、本発明の
請求項１の発明によれば、着氷剥離部材（１０）は、氷
化物が混在する蓄冷材（Ｗ）が流入すると管壁側へ筒状
に拡がると同時に、供給手段（１１）により、液状の蓄
冷材（Ｗ）が着氷剥離部材（１０）と管壁との間に供給
されると、着氷剥離部材（１０）が管路中心側に浮き上
がる。この浮き上がり状態の着氷剥離部材（１０）は、
管路内においていわば吹き流しのごとき形態になる。そ
して、着氷剥離部材（１０）をはさんで内側の流れと外
側の流れのいずれか又は双方の影響を受け、着氷剥離部
材（１０）が揺動する。この揺動にともなう着氷剥離部
材（１０）の変形により、着氷剥離部材（１０）に付着
した氷が剥離される。

【００１７】請求項２の発明によれば、強制揺動手段（
１２）により、供給手段（１１）から供給される蓄冷材
（Ｗ）を乱して着氷剥離部材（１０）を強制的に揺動さ
せ、氷をより確実に剥離する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１９】図１に氷蓄熱装置の構成を示す。氷蓄熱装
置（１）は、スラリ―状に氷化した蓄冷材（Ｗ）を貯溜
するための蓄氷槽（２）を備え、該蓄氷槽（２）と冷却
手段としての熱交換器（３）との間は、循環路（４）に
より蓄冷材（Ｗ）の循環可能に接続されている。該循環
路（４）は、蓄氷槽（２）の底部から熱交換器（３）に
蓄冷材（Ｗ）を供給する往管路（４Ａ）と、熱交換器（
３）から蓄氷槽（２）の上部にスラリ―状の氷になった
蓄冷材（Ｗ）を戻す復管路（４Ｂ）とからなっており、
往管路（４Ａ）に介設されたポンプ（５）により、循環
路（４）内で蓄氷槽（２）の蓄冷材（Ｗ）を強制循環さ
せている。

【００２０】さらに、上記循環路（４）の復管路（４Ｂ
）において、熱交換器（３）の下流側には、熱交換器（
３）で過冷却された蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消さ
せる過冷却解消部（６）が設けられている。ここで、蓄
冷材（Ｗ）には、水又は水溶液が用いられている。

【００２１】熱交換器（３）の冷却方式としては、冷媒
により蓄冷材（Ｗ）を直接冷却する直接膨脹式、あるい
は冷却されたブラインにより蓄冷材（Ｗ）を間接的に冷
却する間接膨脹式のいずれであってもよい。

【００２２】また、蓄氷槽（２）には、図１に示すよう
に、氷化物がもつ冷熱を空調に用いるための冷房負荷（
７）が設けられている。冷房負荷（７）としては、貯溜
されている蓄冷材（Ｗ）を冷媒回路の冷媒を冷却するの
に用いる方式であっても、空気を直接冷却する方式であ
ってもよい。

【００２３】過冷却解消部（６）の過冷却状態の解消方
式としては、冷却することにより温度衝撃を与えるもの
、大きな流速や乱流を発生させたり、振動や気泡を発生
させることにより機械的な衝撃を与えるものなど、種々
のものが挙げられる。

【００２４】次に、本発明の特徴として、過冷却解消部
（６）の下流側の復管路（４Ｂ）には、図１に示すよう
に、着氷剥離部材（１０）が配設されている。着氷剥離
部材（１０）の上流側近傍の復管路（４Ｂ）には、図３
に示すように、フランジ接合部（１７）が設けられてい
る。着氷剥離部材（１０）は、図２に示すように、両端
開放の筒状に形成され、その上流側の端縁（１０ａ）が
上記フランジ接合部（１７）に脱着自在に挟着されると
共に、復管路（４Ｂ）の管壁に沿って下流側に延長され
ている。

【００２５】一方、復管路（４Ｂ）には、供給手段（１
１）としてバイパス路（１８）が設けられている。この
バイパス路（１８）は、熱交換器（３）の上流側から着
氷剥離部材（１０）の配設箇所まで蓄冷材（Ｗ）をバイ
パスするものである。すなわち、バイパス路（１８）の
始端は、ポンプ（５）と熱交換器（３）との間の往管路
（４Ａ）に接続される一方、終端はフランジ接合部（１
７）のやや下流側の復管路（４Ｂ）に接続されている。 バイパス路（１８）により、熱交換器（３）の上流側か
ら液状の蓄冷材（Ｗ）が分流され、図３に示すように、
着氷剥離部材（１０）と管壁との間に供給されている。

【００２６】着氷剥離部材（１０）の材料としては、着
氷剥離部材（１０）内外の流れによって揺動が容易に生
じるものを用いる。具体的には、合成樹脂フィルム、織
布、帆布その他の布地、金属製薄膜などを用いる。望ま
しくは、有極性分子である氷が付着しにくい無極性材料
を用いる。具体的には、フッ素樹脂製薄膜あるいはフッ
素樹脂膜が積層された合成樹脂フィルム、フッ素樹脂コ
ーティングがなされた布地や金属製薄膜を用いる。

【００２７】ここで、着氷剥離部材（１０）の揺動とは
、着氷剥離部材（１０）に接触する蓄冷材の流れの作用
により、着氷剥離部材（１０）が、規則正しくあるいは
ランダムに、全体的にあるいは局所的に、へこみ膨らみ
、またはなびき、旗めくことをいう。

【００２８】また、供給される蓄冷材（Ｗ）中には、着
氷剥離部材（１０）の配設箇所の管壁に氷が付着するの
を防ぐため、氷が混入しないようにすることが必要であ
る。このため、バイパス路（１８）の始端には氷化物が
混在した蓄冷材（Ｗ）から水だけを分離する分離部（１
９）を設けることが望ましい。

【００２９】この分離部（１９）は、図４に示すように
、躯体（２０）とその内部に配設された多孔管（２１）
とからなる。多孔管（２１）の両端は連絡管（２２），
（２２）を介して復管路（４Ｂ）に接続されており、多
孔管（２１）内を氷化物の混在する蓄冷材（Ｗ）が流通
し、液部分だけが多孔管（２１）の孔を通過して躯体（
２０）内に流入するようになっている。

【００３０】分離部（１９）の多孔管（２１）は、その
孔径が氷の粒径に対応する所定値に設定されている。孔
径がこの所定値を超えるときは、氷の粒子がバイパス路
（１８）を経て復管路（４Ｂ）に流入し、復管路（４Ｂ
）の管壁に着氷が生じる原因となる。所定値に満たない
ときは、孔に氷の粒子が詰まりやすくなり、安定した水
の分離を続けることができない。

【００３１】次に、上記氷蓄熱装置（１）の作動につい
て説明する。蓄冷熱運転を行ない、蓄氷槽（２）に冷熱
を蓄えるには、蓄冷材（Ｗ）を蓄氷槽（２）と熱交換器
（３）との間で循環させると共に、熱交換器（３）によ
り、蓄氷槽（２）の蓄冷材（Ｗ）を過冷却する。過冷却
された蓄冷材（Ｗ）は過冷却解消部（６）で再冷却等さ
れ、その過冷却状態が解消されて、スラリ―状の氷化物
が生成される。そして、この氷化物を含む蓄冷材（Ｗ）
は流動可能なスラリ―状を保ったまま蓄氷槽（２）へ強
制循環されて貯溜され、昼間の冷房運転時の冷熱として
使用される。

【００３２】一方、過冷却解消部（６）を通過してスラ
リー状となった氷化物は、過冷却解消部（６）通過直後
は氷の粒子が蓄冷材（Ｗ）中に均一に分散しているが、
着氷剥離部材（１０）付近にまでくると、比重の小さい
氷の粒子は浮き上がり、着氷剥離部材（１０）の上半部
分の近傍に集まるようになる。このため、氷の粒子が着
氷剥離部材（１０）に接触しやすくなり、着氷剥離部材
（１０）に付着するようになる。そして、着氷剥離部材
（１０）に着氷層ができると、この着氷層にその近傍の
氷群が凝集し、そのままでは管路を閉塞してしまう。

【００３３】そこで、着氷剥離部材（１０）と供給手段
（１１）の作動について説明する。過冷却解消部（６）
を通過した蓄冷材（Ｗ）は、スラリー状となって着氷剥
離部材（１０）に流入する。これにより、着氷剥離部材
（１０）は管壁側へ筒状に拡がると同時に、バイパス路
（１８）により、着氷剥離部材（１０）と管壁との間に
液状の蓄冷材（Ｗ）が供給されており、これによって着
氷剥離部材（１０）は管路中心側へ浮き上がる。この浮
き上がり状態の着氷剥離部材（１０）は管路内において
いわば吹き流しのごとき形態になる。そして、着氷剥離
部材（１０）をはさんで内側の流れと外側の流れのいず
れか又は双方の影響を受け、着氷剥離部材（１０）が揺
動する。特に、着氷剥離部材（１０）の内側を流れる蓄
冷材（Ｗ）には、氷化物が混在しているので、内側の流
れから受ける影響は大きい。この場合、揺動する着氷剥
離部材（１０）はつねに管壁から離れている必要はなく
、管壁に接触してもよい。この揺動にともなう着氷剥離
部材（１０）の変形により、着氷剥離部材（１０）に付
着した氷が剥離される。しかも、着氷の剥離には、氷の
粒子の分散に特別な動力を必要としないという利点を有
する。

【００３４】なお、循環路（４）に設ける着氷剥離部材
（１０）および供給手段（１１）の個数は、図１に示す
ごとくそれぞれ一個に限らず、設計上自由に定めること
ができる。供給手段（１１）は１本で複数の着氷剥離部
材（１０）に蓄冷材（Ｗ）を供給するものであってもよ
い。また、復管路（４Ｂ）内に配設される着氷剥離部材
（１０）の長さも、設計上自由に定めることができる。

【００３５】また、バイパス路（１８）により着氷剥離
部材（１０）外周に供給する蓄冷材（Ｗ）の流速および
流量としては、最小限、着氷剥離部材（１０）が管壁か
ら管路中心側へ浮き上がる程度であればよいが、さらに
着氷剥離部材（１０）を揺動させることを目的として、
バイパス路（１８）の管径を大きくする、あるいは別に
ポンプを設けるなどして、増大させてもよい。

【００３６】また、着氷剥離部材（１０）と管壁のいず
れかまたは双方に突起や突条を設けてもよい。突起や突
条を設けることにより、着氷剥離部材（１０）の揺動を
促進し、着氷の剥離効果を向上することができる。

【００３７】次に、着氷剥離部材（１０）の揺動を強制
的におこす強制揺動手段を設けた実施例について説明す
る。強制揺動手段は、着氷剥離部材（１０）と復路（４
Ｂ）の管壁との間に供給される蓄冷材（Ｗ）の流れを乱
して着氷剥離部材（１０）を強制的に揺動させるもので
ある。流れを乱す手段としては、流速を増大させる、乱
流をおこすなどのほかに、蓄冷材（Ｗ）を脈動させるこ
とが考えられる。後者の実施例としては、例えば図１の
破線に示すように、脈動発生部（１２）がバイパス路（
１８）に設けられ、該バイパス路（１８）を流通する蓄
冷材（Ｗ）を脈動させるものがある。脈動発生部（１２
）は、例えば、電磁弁であって、この電磁弁を継続的に
開閉させることによって、バイパス路（１８）内の流れ
る蓄冷材（Ｗ）に脈動を発生せしめている。そして、こ
の脈動は、蓄冷材（Ｗ）の流れにしたがってバイパス路
（１８）から復管路（４Ｂ）内に伝わり、管壁と着氷剥
離部材（１０）との間を下流へ進行していく。この脈動
を受けて、着氷剥離部材（１０）は激しく揺動すること
となり、着氷の剥離効果を一層顕著にすることができる
。

【００３８】

【発明の効果】以上の構成により、請求項１の発明によ
れば、蓄氷槽の蓄冷材を循環させて過冷却したのち、そ
の過冷却状態を解消させてスラリー状の氷化物にする氷
蓄熱装置において、着氷剥離部材の内外の蓄冷材の流れ
によって、着氷剥離部材を管路内で吹き流し状態に揺動
させている。したがって、管壁に氷化物が直接接触しな
いようにできると共に、着氷剥離部材に付着した氷を払
い落とすことができる。そのため、管路の閉塞を起こす
ことなく、氷化物が混在した蓄冷材を円滑に輸送するこ
とができる。さらに、請求項２の発明によれば、強制揺
動手段により、着氷剥離部材の揺動を激しくするので、
円滑輸送の効果を一層高めることができる。

【００３９】このことから、管路内における氷化物の生
成、輸送という製氷技術が可能になる。そして、過冷却
解消部で氷化を開始してから数ｍ〜数十ｍという長い距
離を輸送することができる。その結果、建屋の状況、他
の装置との配置関係などに応じて、過冷却解消部と熱交
換器の配置、さらには揚程やベンドの数などを自由に設
定できる。したがって、蓄熱空調システムの設計の自由
度を大きくすることができる。

【００４０】しかも、従来のように循環路をでてから氷
化を行うものではないので、熱損失が少なく、製氷効率
の向上、ひいては動力コストの低減を図ることができる
。

【００４１】また、本発明の氷分散手段は、特別な動力
を必要としないので、経済的に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】氷蓄熱装置の構成を示す回路図である。

【図２】着氷剥離部材を示す斜視図である。

【図３】着氷剥離部材およびバイパス路の構成を示す断
面図である。

【図４】分離部の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

２　　　　蓄氷槽 ３　　　　冷却手段 ４　　　　循環路 ６　　　　過冷却解消部 １０　　着氷剥離部材 １１　　供給手段 １８　　バイパス路 （供給手段） １２　　脈動発生部 （強制揺動手段） Ｗ　　　　蓄冷材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スラリー状に氷化された蓄冷材（Ｗ）
   を貯溜するための蓄氷槽（２）と、蓄冷材（Ｗ）を過冷
   却するための冷却手段（３）と、上記冷却手段（３）と
   蓄氷槽（２）との間で蓄冷材（Ｗ）を強制循環させるた
   めの循環路（４）と、上記冷却手段（３）の下流側の循
   環路（４）に設けられ、冷却手段（３）で過冷却された
   蓄冷材（Ｗ）の過冷却状態を解消させてスラリー状の氷
   化物を生成するための過冷却解消部（６）とを備えた氷
   蓄熱装置であって、該過冷却解消部（６）の下流側に設
   けられ、両端開放の筒状に形成されると共に、上流側の
   端縁が循環路（４）の管壁に止着された揺動自在な着氷
   剥離部材（１０）と、該着氷剥離部材（１０）と循環路
   （４）の管壁との間に液状の蓄冷材（Ｗ）を供給する供
   給手段（１１）とを備えたことを特徴とする氷蓄熱装置
   。
2. 【請求項２】供給手段（１１）により着氷剥離部材（１
   ０）と循環路（４）の管壁との間に供給される蓄冷材（
   Ｗ）の流れを乱して着氷剥離部材（１０）を強制的に揺
   動させる強制揺動手段（１２）を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の氷蓄熱装置。