JPH04320740A - 氷蓄熱槽 - 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、ヒートポンプシステム
における冷房用熱源として稼働可能な氷蓄熱槽に関し、
水を供給した槽内部に熱交換器が配設され、この熱交換
器への熱媒体の可逆的な循環により製氷を行ない、槽内
部に冷熱熱源としての氷が蓄えられるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプを利用した空調システムは
、暖房、冷房、除湿等の種々の機能が備えられたものと
して広く普及されてきており、現在の住宅設備において
は必須の設備になりつつある。

【０００３】一般的な空調システムの具体的構成として
は、屋外に設置された熱交換器と、室内に設置された熱
交換器との間にて熱媒体を圧縮機によって可逆的に循環
させ、室内の熱交換器を放熱器若しくは吸熱器として作
動させることにより室内の空気を加温若しくは冷却する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ヒ
ートポンプを利用した空調システムにも、改善すべき点
がある。

【０００５】すなわち、夏期の昼間等においては、外気
温度の上昇に伴い屋外に設置された熱交換器の熱交換能
力が低下し、それにより室内の快適さを維持するために
、多大な電力を消費して空調システムを作動させなけれ
ばならないのが現状であった。

【０００６】したがって、従来のヒートポンプを利用し
た空調システムにおいては、省エネルギーの面、即ち電
力消費の面で問題があった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、深夜電力により槽内部に効率良く氷を製造して蓄え
ることにより、日中、低消費電力の冷房を行なうため冷
熱源として使用可能な氷蓄熱槽を提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る氷蓄熱槽は
、槽内部に熱交換器を配設し、該熱交換器への熱媒体の
可逆的な循環により前記熱交換器を放熱作動若しくは吸
熱作動させて製氷を行ない、槽内部に氷を蓄える氷蓄熱
槽であって、熱交換器は、上面が平坦に形成された容器
で構成されているとともに、この容器の側部周囲には線
状発熱体が配設されていることを特徴とするものである
。

【０００９】

【作用】本発明の氷蓄熱槽によれば、水を供給した槽内
部に配設した熱交換器は、上面が平坦に形成された容器
で構成されているので、製氷を行なう際に熱交換器が吸
熱器として作動することにより、容器内部を通過する液
状の熱媒体が気体状冷媒となって吸熱し、短時間で容器
の表面に氷が形成される。

【００１０】また、容器の側部周囲に線状発熱体が配設
されているので、製氷を行なう際には、容器の上下面に
形成された氷が、線状発熱体の発熱により上部及び下部
が分離して形成され、また、容器から氷を剥離させる際
には、容器の上面に形成された氷が容易に剥離して氷蓄
熱槽の上部に浮上していき蓄えられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の氷蓄熱槽の実施例について、
図１ないし図７を参照して説明する。

【００１２】本実施例の氷蓄熱槽は、例えば深夜電力を
利用して、氷蓄熱槽内部に配設された熱交換器の吸放熱
作動を繰り返すことにより製氷を行ない、かつ形成され
た氷を槽内部に蓄える作動（以下、蓄氷作動と略称する
。）を行ない、昼間等においては、室内側の熱交換器か
ら送られてきた気体状熱媒体を、蓄氷された槽内部に送
り込むことにより凝縮液化させて再度他の熱交換器に送
り込むことで行なう冷房の冷熱源としての作動（以下、
冷房作動と略称する。）を行なえるものである。

【００１３】第５図は、本発明の氷蓄熱槽が組み込まれ
たヒートポンプ式の空調装置システムの実施例を示すも
のである。

【００１４】先ず、本空調装置の全体的な基本構成から
説明する。

【００１５】本構成は、圧縮機１と、熱交換器２、３、
４、５と、膨張弁６と、分流器７と、複数の第１及び第
２の制御弁８、９とを備え、前記圧縮機１の吐出配管１
ａに、それぞれ第１の制御弁８と熱交換器２、３、４、
２４と膨張弁６とが直列に接続された複数の連結配管Ａ
、Ｂ、Ｃ、Ｄを接続するとともに、これら連結配管Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄの膨張弁６側を分流器７に接続し、さらに前
記各連結配管Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの第１の制御弁８と熱交換
器２、３、４、２４との間から第２の制御弁９を備えた
分流配管Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを分岐させて圧縮機１の吸入配
管１ｂに接続してなる基本構成となっている。

【００１６】そして、本実施例では、熱交換器２、３、
４、２４のうち、熱交換器２が室外機に設置され、熱交
換器３が室内の空調機に納まり、熱交換器４が水（貯湯
水）を蓄えた貯湯槽１０の内部に設置されている。

【００１７】さらに、熱交換器２４は、熱交換槽２４ａ
の内部に配設されている。この熱交換槽２４ａには、連
結配管Ｊと、ブラインポンプ２４ｂを直列に接続した連
結配管Ｋとが配設されている。また、連結配管Ｊ、Ｋは
、氷蓄熱槽２０の内部に設置されたブライン式の熱交換
器５と接続している。これにより、熱交換器５、連結配
管Ｊ、Ｋ、熱交換槽２４ａの経路内で熱媒体が循環する
構成とされており、熱媒体は熱交換器２４と熱交換器５
とで熱交換が行なわれるようになっている。ここで、氷
蓄熱槽２０内の水には、防錆剤や不凍液などを溶かして
もよい。

【００１８】次に、本実施例の構成要素について具体的
に説明する。

【００１９】先ず、圧縮機１は、インバータ１５の制御
により所定の周波数で回転し、アキュムレータ１１から
送られてきた熱媒体を圧縮して、第５図上方から下方へ
矢印方向に圧送するものである。この圧縮機１から吐出
した熱媒体は、第１及び第２の制御弁８、９の関連的な
切り替え制御によって、熱交換器２、３、４、５、２４
を選択的に通過するようになっている。

【００２０】次に、室外に設置された熱交換器２は、内
部を通る熱媒体と外気との間で熱交換が行われて吸熱器
又は放熱器として使用されるものである。

【００２１】また、室内に設置された熱交換器３は、フ
ィン付きの配管等により室内空気と接触面積が大きくな
るように形成されて放熱器又は吸熱器として使用される
ものであり、膨張弁６によりその放熱量及び吸熱量が調
整されるようになっている。

【００２２】また、貯湯槽１０の内部に配設された熱交
換器４は、上記熱交換器２、３と同様にフィン付きの蛇
管等により蓄熱媒体と接触面積が大きくなるように形成
されていてもよく放熱器及び吸熱器として使用されるも
のであり、第１及び第２の制御弁８，９の切り替え及び
膨張弁６により、その放熱量及び吸熱量が調整されるよ
うになっている。

【００２３】また、膨張弁６は、電子式のものが用いら
れており、熱交換器２、３、４、５、２４を通過してき
た熱媒体を狭い通路を通して圧力を下降させる作用をも
つもので、漸次自動的に弁の開度を調整する。

【００２４】また、分流器７は、各連結配管Ａ、Ｂ、Ｃ
、Ｄの一端が接続されており、放熱器として作動する熱
交換器を通過してきた熱媒体を、吸熱器として作動する
熱交換器に向けて流す構成となっている。

【００２５】また、第１及び第２の制御弁８、９として
は、弁開度を連続的に変更し得る流量制御弁などを用い
ることもできる。

【００２６】一方、氷蓄熱槽２０の内部に配設されてい
る熱交換器５は、図５に示したように、熱交換槽２４ａ
の連結配管Ｊ、Ｋと接続されている。そして、図１に示
すように、断熱材２１により周囲が囲まれた氷蓄熱槽２
０内部の上部から下方へ延びる蛇行した熱交換配管２２
と、この熱交換配管２２と連結されて氷蓄熱槽２０の底
部に水平配置された熱交換器２３とから構成されている
。

【００２７】ここで、熱交換器２３は、図２ないし図４
に示すように、氷蓄熱槽２０の底部に略水平配置された
銅製の容器２５と、容器２５の側周面２６に取り付けら
れた発熱コード２７とから概略構成されている。なお、
熱交換器２３の下面は、断熱処理を施してもよい。

【００２８】銅製の容器２５は、平面視において氷蓄熱
槽２０の底部面積の大部分を占める大きさの円形状をな
し、内部容積が拡大された袋状に形成されている。そし
て、容器の側周面に形成された接続部２８、２９には、
熱交換配管２２と、容器内部を循環した熱媒体を送り出
す配管３０とが接続されている。また、容器２５の上面
２５ａ及び下面２５ｂは平坦に形成されている。

【００２９】また、容器２５の側周面２６に取り付けら
れた発熱コード２７は、通電により自身が発熱するもの
である。この発熱コード２７は、導電体として高抵抗の
ニクロム線３０が使用され、このニクロム線３０の外周
に塩化ビニール等の被覆材３１が被覆された構成になっ
ている。

【００３０】そして、上記のように配設された熱交換器
５は、氷蓄熱槽２０の外部へ延在する外部配管と連結さ
れている。なお、前記熱交換配管２２、熱交換器２３は
外部配管との連結順序を逆にしてもよい。

【００３１】さらにまた、氷蓄熱槽２０の上部壁には空
気孔３２が設けられている。また、図中符号３３はポン
プであり、このポンプ３２を作動させることにより、氷
蓄熱槽２０の上部から底部へ水ないし空気を送り、槽内
温度の均一化及び熱交換器２３からの氷の分離を促すよ
うになっている。

【００３２】これにより、熱交換器５は、第１及び第２
の制御弁８、９の切り替え及び膨張弁６により、熱媒体
の放熱量及び吸熱量が調整されるようになっている。

【００３３】次に、上述した図５に示す装置構成を使用
して、本発明の氷蓄熱槽２０が行なう蓄氷作動、及び氷
が蓄えられた氷蓄熱槽２０を使用する冷房作動について
以下に説明する。

【００３４】なお、図５に示す装置構成は、熱交換器２
、３、４、５が吸熱作動若しくは放熱作動を行なうこと
により、冷房、冷房＋暖房、冷房（除湿）＋暖房などの
機能が備えられている。すなわち、圧縮機１により高温
高圧状態に圧縮されて吐出配管１ａから吐出した熱媒体
を、連結配管Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれに接続する第１
の制御弁８と、分岐配管Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈのそれぞれに接
続する第２の制御弁９の開閉制御を関連的に行うことに
より、上記機能を行なうことができるが、それらの機能
の説明は省略する。

【００３５】先ず、氷蓄熱槽２０の蓄氷作動は、前述し
たように、通常、深夜電力を利用して氷蓄熱槽２０内部
の熱交換器５を作動させて行なわれる。そして、この蓄
氷作動は、容器の上面に氷を形成する製氷工程と、容器
の上面から氷を剥離させる氷剥離工程とを行ない、これ
ら製氷工程と氷剥離工程とを繰り返すことにより氷蓄熱
槽２０内部に円盤状の氷が蓄えられるものである。

【００３６】すなわち、製氷工程は、連結配管Ｂ、Ｃ、
Ｄの第１の制御弁８を閉状態とし、連結配管Ａの第１の
制御弁８を開状態とし、分岐配管Ｇの第２の制御弁９の
みを開状態として他の第２の制御弁９を閉状態とする。 そして、熱媒体の流れを第４図の矢印方向として、室外
に設置された熱交換器２を放熱器として作動させ、熱交
換器２４を吸熱器として作動させる。さらに、ブライン
ポンプ２４ｂを作動させて、熱交換槽２４ａ内部を循環
する熱媒体を熱交換器２４とで熱交換を行なわせ、氷蓄
熱槽２０に設置された熱交換器５を吸熱器として作動さ
せる。これとともに、発熱コード２７を通電する。

【００３７】この状態で、容器２５内部に送り込まれた
液状熱媒体は吸熱しながら蒸発し、図３に示すように、
容器２５の上面２５ａ及び下面２５ｂに短時間で氷が形
成される。ここで、容器２５の側周面２６には発熱した
発熱コード２７が取り付けられているので、その周囲に
は氷が形成されず、容器２５の上面２５ａ側の氷３４と
、容器の下面２６の氷３５とが、それぞれ分離した状態
で厚さの１ｃｍ程に効率良く形成される。

【００３８】また、氷剥離工程は、連結配管Ａ、Ｂ、Ｄ
の第１の制御弁８を閉状態とし、連結配管Ａの第１の制
御弁８を開状態とし、分岐配管Ｅの第２の制御弁９のみ
を開状態として他の第２の制御弁９を閉状態とする。そ
して、熱媒体の流れを第３図の矢印方向として、室外に
設置された熱交換器２を吸熱器として作動させ、熱交換
器２４を放熱器として作動させる。さらに、ブラインポ
ンプ２４ｂを作動させて、熱交換槽２４ａ内部の熱媒体
を熱交換器２４とで熱交換を行なわせ、氷蓄熱槽２０に
設置された熱交換器５を放熱器として作動させる。これ
とともに、発熱コード２７を通電させた状態にしておく
。

【００３９】これにより、容器２５の上面２５ａ及び下
面２５ｂとに分離して形成された氷３４、３５は、高温
度の熱媒体によって容器２５が加温されることにより、
図４に示すように、容易に剥離していく。そして、容器
２５の上面２５ｂから剥離した氷３４は、円盤状の氷３
４として氷蓄熱槽２０の上部に浮上していき蓄えられる
。なお、下面側の氷３５は、その場に滞留することにな
る。

【００４０】このように、蓄氷作動は、製氷工程と、氷
剥離工程とを繰り返し行うことにより、製氷速度及び放
冷熱性（融解性）が高められた状態で短時間で所定容積
の氷を蓄えることができる。

【００４１】次に、氷３４を蓄えた氷蓄熱槽２０を使用
した冷房作動について説明する。先ず、連結配管Ａ、Ｃ
、Ｄの第１の制御弁８を閉状態とし、連結配管Ｂの第１
の制御弁８を開状態とし、分岐配管Ｇの第２の制御弁９
のみを開状態として他の第２の制御弁９を閉状態とする
。そして、熱媒体の流れを第５図の矢印方向として、室
内に設置された熱交換器３を放熱器として作動させる。

【００４２】これにより、熱交換器３で蒸発した熱媒体
は、氷蓄熱槽２０の熱交換器５に送り込まれ、氷蓄熱槽
２０の内部で高効率に凝縮、液化された後、分岐配管Ｇ
に送り込まれる。この際には、圧縮機１は、ポンプの機
能を果たすだけでよく、消費電力は少ない。

【００４３】以上、述べたことから容易に理解できるよ
うに、製氷工程の際には、熱交換器２３を吸熱作動させ
て発熱コード２７を通電することにより、内容積が拡大
された容器２５内部に送り込まれた液状熱媒体が蒸発に
伴って潜熱として吸熱するので、短時間に容器２５の上
下面に所定厚さの氷３４、３５が分割されて形成される
。

【００４４】また、氷剥離工程の際には、熱交換器２３
を放熱作動させることにより、容器２５の上面２５ａか
ら円盤状の氷３４を剥離させて氷蓄熱槽２０の上部に浮
上して蓄える。これら製氷工程及び氷分離工程を繰り返
し行なうことにより、短時間に槽内部に複数の円盤状の
氷３４が蓄えられた冷熱熱源を得ることができる。

【００４５】また、内部に氷３４を蓄えた冷熱熱源とし
ての氷蓄熱槽を、他の熱交換器と関連的に作動させるこ
とにより、他の熱交換器で蒸発した熱媒体を、氷蓄熱槽
の熱交換器２３に送り込み、氷蓄熱槽の内部で高効率に
凝縮、液化することができるため、日中の消費電力量を
大幅に削減した冷房を行なうことができる。

【００４６】次に、図６及び図７に示すものは、水を供
給した氷蓄熱槽内部に配設された熱交換器の他の実施例
を示すものである。

【００４７】本実施例の熱交換器２３は、図１ないし図
５に示した構成に加えて、容器２５の上面２５ａに発熱
コード３６が格子状に配設された構造になっている。

【００４８】上記構成からなる熱交換器２３を使用して
、製氷工程において熱交換器２３を吸熱作動することに
より、容器２５の上面２５ａには、格子状の発熱コード
３６で囲まれた部分３７に厚さ１ｃｍ程の氷３８が形成
される。そして、氷剥離工程において熱交換器２３を放
熱作動することにより、容器２５の上面２５ａに形成さ
れた氷は、速やかに剥離され、図７に示すように、角状
の氷片３８として氷蓄熱槽２０の上部に浮上していき蓄
えられる。これは、盤状の氷より放冷熱性を良くするた
めである。

【００４９】従って、本実施例の熱交換器は、図１ない
し図５に示した熱交換器と同様の作用効果を得ることが
できる。

【００５０】さらに、本発明の氷蓄熱槽２０は、夏期に
おける製氷作動、冷房作動のみに使用されのではなく、
冬季、春期において氷蓄熱槽２０の内部の熱交換器を常
時放熱器として作動させて蓄熱し、これを熱交換器２２
で吸熱することで暖房熱源槽として使用してもよい。な
お、氷蓄熱槽２０及び熱交換器２３の形状は、前述した
ものに限定されない。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の氷蓄熱槽
は、熱交換器を吸熱作動させて線状発熱体を通電するこ
とにより、容器内部に送り込まれた液状熱媒体が蒸発に
伴って潜熱として吸熱するため、平坦に形成された容器
の上面に短時間で氷を形成することができる。

【００５２】また、容器の側部周囲に線状発熱体が配設
されているため、製氷を行なう際には、容器の上下面に
形成された氷が、線状発熱体の発熱量により上部及び下
部が分離して形成され、また、容器から氷を剥離させる
際には、容器の上面に形成された氷が容易に剥離して氷
蓄熱槽の上部に浮上していき蓄えられる。これらの動作
を繰り返し行なうことにより、短時間で槽内部に氷を蓄
えた冷熱熱源を得ることができる。

【００５３】また、内部に氷を蓄えた冷熱熱源としての
氷蓄熱槽を、他の熱交換器と関連的に作動させることに
より、他の熱交換器で蒸発した熱媒体を、氷蓄熱槽の放
熱作動を行なう熱交換器に送り込み、氷蓄熱槽の内部で
高効率に凝縮、液化することができるため、日中の消費
電力量を大幅に削減して省エネルギー化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の氷蓄熱槽を示す斜視図である。

【図２】本発明の氷蓄熱槽における熱交換器を示す平面
図である。

【図３】容器の上下面に氷が形成された状態を示す図２
におけるＩＩＩーＩＩＩ線矢視の断面図である。

【図４】容器の上下面から氷が剥離する状態を示す図２
におけるＩＩＩーＩＩＩ線矢視の断面図である。

【図５】本発明の氷蓄熱槽が設置された空調システムを
示す概略構成図である。

【図６】本発明の氷蓄熱槽における熱交換器の他の実施
例を示す平面図である。

【図７】他の実施例の熱交換器が配設された氷蓄熱槽を
示す斜視図である。

【符号の説明】

５　　　　　　熱交換器 ２０　　　　槽（氷蓄熱槽） ２３　　　　槽の底部に配設された熱交換器２５　　　
　銅製の容器（容器） ２５ａ　　容器の上面 ２６　　　　容器の周側面 ２７　　　　発熱コード（線状発熱体）３４　　　　円
盤状の氷 ３６　　　　格子状に設けられた発熱コード（線状発熱
体）３８　　　　角状の氷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　槽内部に熱交換器を配設し、該熱交換
   器への熱媒体の可逆的な循環により前記熱交換器を放熱
   作動若しくは吸熱作動させて製氷を行ない、前記槽内部
   に氷を蓄える氷蓄熱槽であって、前記熱交換器が、上面
   が平坦に形成された容器で構成されているとともに、こ
   の容器の側部周囲には線状発熱体が配設されていること
   を特徴とする氷蓄熱槽。