JPH04313658A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調用氷蓄熱装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の氷蓄熱装置を有する空調システム
は、昼間に集中する冷房用電力需要を低減するために、
安価な深夜電力を利用し熱源機器の負荷を軽減させ、ビ
ル空調や地域熱供給等の比較的大容量の空調システムへ
適用されている。この氷蓄熱装置の氷の製造方法は、大
別して間接熱交換方式と直接熱交換方式との２方式があ
る。

【０００３】ところで、前者の間接熱交換方式は冷却媒
体にエチレングリコール等の不凍液やフレオン等を用い
て氷蓄熱槽内に設けた製氷用伝熱管の外側または内側に
氷を生成させる方式であるので、製氷用伝熱管壁に氷を
生成させると氷の厚さが増加するに伴って氷自身の熱伝
導率が小さいため、冷却媒体から水への熱移動が減少す
ることにより氷の生成速度が遅くなり、冷却媒体を冷却
する冷凍機の効率が低下する。

【０００４】そこで、氷蓄熱槽内に伝熱管を配置する場
合には、伝熱管の外側に氷が生成するので、伝熱管の本
数を増加させて氷蓄熱槽の効率を向上させようとすると
、伝熱管の増加分だけ水槽内での伝熱管の占有率が高く
なり、氷の充填率が減少することになる。他方、伝熱管
の本数を少なくしても伝熱管に着氷する厚さを増すと、
氷の生成速度が遅くなるばかりだけでなく、解氷時には
着氷部の融けやすい部分が生じて全体として氷厚が不均
一となるため効率が低下すると共に、再度伝熱管に着氷
する際には着氷部から着氷を開始するため厚い部分がさ
らに厚くなりついには氷と氷とが接触して伝熱管が曲が
ったり破損するといった事故を生じることがある。

【０００５】また、この間接熱交換方式の一種として、
製氷用の伝熱管を通して冷却するのであるが、被冷却液
に水を選び、この水がある流速で流せば０℃以下でも凍
結しないという現象を利用した連続流れの過冷却水を用
いる方式がある。この方式は過冷却水の連続流れを蓄熱
水槽に戻す際に衝突板を設け、運動エネルギーを消滅さ
せ、過冷却水の一部を氷粒として析出させ、蓄熱槽に蓄
えるものであり、シャーペット状の氷を蓄熱水槽に貯蔵
することができる。従って、蓄熱水槽内は氷粒と水だけ
なので氷の充填率は高い。

【０００６】しかし、この過冷却水の連続流れを作り出
す過程において淀みなく水を流す必要があるため直管し
か使用できず、その直管の中でも入口から水流を一様に
する部分と冷却液により冷却する部分とが必要で、その
直管の長さを長くせざる得ず、過冷却器自身が長大にな
ってしまう。また、過冷却水の流量変化に伴い、その温
度制御が難しい上、現実には冷却液として冷媒を使用す
ることは、蒸発熱伝達に起因する管内冷結・閉塞を生じ
る恐れがあるので、冷却液としてブライン使用せざる得
ず、冷凍機の成績係数は良くない。その上、この過冷却
水中に微小な混在物が含まれるだけで、それを核として
、凍結が生じるので循環する水の清浄度が問題となる。

【０００７】一方、後者の直接熱交換方式は直接低温の
冷却媒体を氷蓄熱槽内に循環させて氷を生成させる方式
であり、水と氷とが氷蓄熱槽内に生成させるため、冷凍
機の効率は向上するが水の中に冷却媒体ガス及び圧縮機
用の潤滑油が入るため、水と冷却媒体ガスとが反応して
腐食性のガスを発生したり、冷却媒体自身の物性が変化
するといった現象を生じる。その上、実際には冷媒中に
含まれる潤滑油を水槽中に混入させることができないの
で、冷媒と潤滑油の分離が必要であり、逆に水槽中で蒸
発する冷媒ガス中に含まれる水分が圧縮機内で悪影響を
引き起こすため、冷媒ガス中の水分除去も必要である。 また、この蒸発器でもある氷蓄熱槽は高圧容器となって
しまうので、大型化に向かない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、氷蓄
熱の製造方法は直接熱交換方式と間接熱交換方式とに大
別されるが、各々次のごとき欠点をもっている。すなわ
ち、 （１）伝熱管の表面で製氷・着氷する方式は、冷凍機の
成績係数の低下、氷の充填率が低い、解氷性能が悪い、
伝熱管の破損等の欠点がある。 （２）過冷却水の連続流れを利用する方式は、過冷却器
の長大化、過冷却水の清浄度、過冷却水の温度制御の難
しさ等の欠点がある。 （３）冷媒液（ガス）を直接水中に吹き込む方式は、腐
食性ガスの発生、油及び水分の分離の必要性、高圧容器
となる等の欠点がある。

【０００９】本発明は上記欠点を解決するためになされ
たもので、その目的は、冷凍機の効率及び氷の充填率向
上並に解氷性能の向上を図り、さらに腐食性ガスが発生
せず、冷媒自身の物性の変化しない、新規な氷蓄熱装置
を提供することにある。 ［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、製氷器と、比重量が水の１．５倍以上，
凝固点が−２０℃以下でかつ水に不溶解な冷却媒体であ
るフロリナート液と、フロリナート液と水とを分離貯留
する分離槽と、水と氷を貯留する氷水槽とからなり、前
記フロリナート液と水とをポンプで前記製氷器に供給し
て直接接触熱交換により氷を析出させるとともにフロリ
ナート液と水と氷を前記分離槽に供給し、該分離槽で分
離された水と氷を前記氷水槽に供給するように構成した
ことを特徴とする。

【００１１】

【作用】冷却媒体として用いられるフロリナート液は、
無色・透明・無臭・不活発な液体であり、完全にフッ素
化された構造をしており、炭素原子Ｃとフッ素原子Ｆと
の結合体で、この結合数に応じて沸騰点と凝固点は異な
るが、凝固点は−２０℃以下のものがほとんどである。 比重量も０℃付近では水の１．７倍以上もあり、氷の約
２倍程度あり、さらに水への溶解性は温度１０℃で７．
２ｐｐｍとかなり少ないため、水と混合しても完全に分
離してフロリナート液が沈殿し水が浮くこととなり、両
者を混ぜ合わせるには強力な攪拌が必要である。

【００１２】この冷却媒体（フロリナート液）の特性を
利用して、水と０℃以下のフロリナート液とを二重管式
製氷器にて混ぜ合わせることで、フロリナート液・水・
氷との混相流として流し、３種の媒体を分離するための
分離槽で氷を表面に浮上させ、この氷を別の貯槽に氷水
槽として貯えることで、解氷性が良く、氷の充填率の高
い氷蓄熱槽を実現することができる。また、製氷器を二
重管式とし、内管内に被冷却媒体である水（または０℃
以上のフロリナート液）を通し、外管と内管の間に０℃
以下のフロリナート液を供給し、内管に設けた多数の小
孔からこの０℃以下のフロリナート液を供給することに
より、混相流中の水・氷が内管内壁に付着するのを防止
し、フロリナート液・水・氷の安定した混相流を流すこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００１４】図１は、本発明の一実施例の構成図である
。同図に示すように、氷蓄熱装置は製氷器１、氷水分離
槽２、氷水槽３および冷凍機１１を主たる構成としてい
る。氷水分離槽２はフロリナート液６と水７が分離貯留
されており、氷水槽３には水７と氷８が貯留されている
。製氷器１は二重管方式で、内管は多数の小孔を設けた
多孔管１０となっている。氷水分離槽２の下部からフロ
リナート液６を抽出し、フロリナート液循環ポンプ４に
より冷凍機１１を通って製氷器１に供給され、一部の冷
却しないフロリナート液６は製氷器１・水の循環ライン
に直接供給される構成となっている。また冷凍機１１を
通ったフロリナート液６は製氷器１の外管の外側から供
給され、内管の小孔を通って内管内に供給される構成と
なっている。氷水槽３に貯留されている水７は水循環ポ
ンプ５により、製氷器１の内管内に供給される。製氷器
１の内管内では、水供給口２１からの水（または０℃以
上のフロリナート液と水との混合液）と内管である多孔
管１０の小孔からの０℃以下のフロリナート液とが集ま
り、一部の水を氷に変換し、氷水分離槽２に落下供給す
る。氷水分離槽２では上部にデミスタ９が設けられてお
り、氷８と他の液体、水７・フロリナート液６とを分離
し、最上部に浮遊した氷８及び水７を堰を超えて氷水槽
３に搬送する構成となっている。

【００１５】図２は、図１の氷蓄熱装置の製氷器の概略
図であり、図３（ａ）および（ｂ）はその製氷器の詳細
図である。図２に示すように、製氷器１は二重管式にな
っており、内管は多数の小孔、フロリナート供給孔１９
を設けた多孔管１０となっている。外管には長手方向に
複数のノズルが設けてあり、冷却用のフロリナート液と
非冷却用フロリナート液とを仕切り板１８で分割された
外管と内管の間の部分に供給する構造となっている。上
流側には非冷却用フロリナート供給ノズル１７を設置し
た非冷却用フロリナート液供給部１５を、下流側には冷
却用フロリナート供給ノズル１６を設置した冷却用フロ
リナート供給部１４を形成している。内管の端部は水供
給管１３と接続されており、多孔管１０のフロリナート
供給孔１９から入ってきた非冷却用フロリナートと水と
が混在しながら流れる水流助走部１２を通って、更に冷
却用フロリナートと混在しながら熱交換し、下流の混相
流吐出口２２から氷水分離槽２へ硫下する構造となって
いる。また、図３（ｂ）に示すように、フロリナート供
給部から内管内へ通ずるフロリナート供給孔１９は内管
の接線方向に向かって開孔する構造となっている。

【００１６】本実施例の氷蓄熱装置は上記のように構成
されているので、氷水槽３の水７と氷水分離槽２のフロ
リナート液６を各々循環ポンプ４と５により、二重管式
である製氷器１における内管である多孔管１０で混在さ
せ、直接接触熱交換により一部の水を氷に変換し、フロ
リナート液・水・氷の混相流として流し、氷水分離槽２
に落し込み、デミスタ９で氷８と他の液体とを分離する
。その下のフロリナート液６と水７とは、その比重差で
自然に分離し、下部にフロリナート液６が沈殿し、上部
に水７が浮く。フロリナート液６は氷水分離槽２から出
て、氷水分離槽２に戻るが、水７は氷水槽１から出て、
氷水分離槽２に戻るので、氷水分離槽２の液面は上昇し
、上部に浮遊している氷８と水７が、氷水分離槽２と氷
水槽３との間の堰を越えて氷水槽３に流れ込む。このよ
うにして氷８を氷水槽３に安定に貯蔵することができる
。

【００１７】また、製氷器１では、二重管式で内管に接
続方向の小さな開孔１９を長手方向に一様に設けること
で、内管内の流れを旋回流に保ちながら、０℃以下のフ
ロリナート液を供給するので、直接接触熱交換により析
出した氷と水を内管内壁及びフロリナート供給孔１９に
付着させることなく、フロリナート液・水・氷の混相流
を流すことができ、析出した氷はすべて氷水分離槽２に
供給することができる。そして、内管端部の水流助走部
１２を設け、０℃以上のフロリナートを供給し、その水
流助走部１２の下流部での０℃以下のフロリナート液と
水との急激なる接触を防止することができるので、安定
に粒状の氷を析出することができる。

【００１８】上記したように、本実施例によると、二重
管式の製氷器１でフロリナート液６・水７・氷８との安
定した混相流を形成することができかつ粒状の氷を析出
できるので、氷水分離槽２でシャーベット状の氷を堆積
することができる。さらに、氷水分離槽２内の水容積が
増加するので、液面上部の水と浮遊している氷は氷水槽
３との堰を越えて、氷水槽３に氷８を蓄積することがで
きる。氷水槽３に入ってくるのは、氷水分離槽２の最上
部の水と浮遊している氷だけなので、氷水槽３には水７
と氷８しか存在せず、氷水槽３内での氷の充填率は高く
することができ、氷水槽３の氷８はシャーベット状で解
け易く、従来から使用されてきた上部からの水噴霧等で
容易に解氷できるので、解氷性能も良好である。

【００１９】また、フロリナート液６を直接冷凍機に供
給するので、冷凍機の成績係数は良好である。さらに、
フロリナート液６と水７と強制対流の混合直接接触熱交
換なので熱交換性能も非常に良好である。その上、製氷
器１内の内管ではフロリナート供給孔１９が接線方向に
開孔してあるため、混相流が旋回流に流れ、比重量の小
さい水や氷は中心部を流れるため内管壁面に水や氷の付
着は防止できるので、小孔の閉塞や内管流路の変形はな
い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の氷蓄熱装置
によれば、次の効果を有する。

【００２１】（１）フロリナート液と水との強制対流接
触混合によりフロリナート液と水との熱交換性能は高い
上、フロリナート液を冷凍機の冷却管で直接冷却するの
で、冷凍機の成績係数が高い。 （２）製氷器内で粒状の氷が析出するので、それを氷水
槽で堆積させても解氷性能が良好である。 （３）氷水槽自体は、従来からの水槽と同じものなので
、氷の充填率も高く、大型化も容易である。 （４）フロリナート液は揮発性が低く、氷水分離槽でフ
ロリナート液の上部に恒常的に水があるので、補充する
必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図。

【図２】図１の製氷器の概略図。

【図３】同図（ａ）は製氷器内管の斜視図、同図（ｂ）
は製氷器内管の断面図。

【符号の説明】 １…製氷器、２…氷水分離槽、３…氷水槽、４…フロリ
ナート循環ポンプ、５…水循環ポンプ、６…フロリナー
ト液、７…水、８…氷、９…デミスタ、１０…フロリナ
ート供給多孔管、１１…冷凍機、１２…水流助走部、１
３…水供給管、１４…冷却用フロリナート供給部、１５
…非冷却用フロリナート供給部、１６…冷却用フロリナ
ート供給ノズル、１７…非冷却用フロリナート供給ノズ
ル、１８…冷却用と非冷却用フロリナート仕切板、１９
…フロリナート供給孔、２０…フロリナートと水混相流
路、２１…水供給口、２２…混相流吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　製氷器と、比重量が水の１．５倍以上
   ，凝固点が−２０℃以下でかつ水に不溶解な冷却媒体で
   あるフロリナート液と、フロリナート液と水とを分離貯
   留する分離槽と、水と氷を貯留する氷水槽とからなり、
   前記フロリナート液と水とをポンプで前記製氷器に供給
   して直接接触熱交換により氷を析出させるとともにフロ
   リナート液と水と氷を前記分離槽に供給し、該分離槽で
   分離された水と氷を前記氷水槽に供給するように構成し
   たことを特徴とする氷蓄熱装置。