JPH06201162A - ダイナミック型氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スタティック型に比較して氷の充填率が高い
ダイナミック型の氷蓄熱槽１における同充填率をさらに
向上させる。 【構成】 氷蓄熱槽１内に上下方向に延長される円筒状
の製氷器１１を配置する。製氷器１１の上部には、冷凍
機９により冷却されて冷媒配管５を流れる冷媒Ｒを噴出
するノズル１３を設けるとともに、氷蓄熱槽１内の水Ｍ
を製氷器１１内に供給するための流入孔１９を設ける。
製氷器１１の下端の排出口２２は、氷蓄熱槽１の底部の
冷媒貯溜部３を覆うように配置された分離器２１に対し
接線方向に連通接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蓄熱媒体と蓄熱媒体
の凝固点以下でかつ蓄熱媒体に溶解しない液体との直接
接触により蓄熱媒体を凍結製氷させ、この製氷物の吸熱
作用を利用するダイナミック型氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】氷蓄熱装置を備えた空気調和システム
は、夏期の昼間に集中する冷房用電力需要の一部を夜間
にシフトし、電力の平準化を可能とするものである。つ
まり、割安な夜間電力を利用して蓄冷熱を行い、この蓄
冷熱を昼間の冷房に使用することによって、ユーザは低
ランニングコストによる空調が得られ、一方電力会社は
電力需要のピークシフトにより設備稼働率の向上が図ら
れる。

【０００３】氷蓄熱装置における氷の製氷方法は、大別
すると製氷用熱交換器上で着氷・解氷を行うスタティッ
ク型と、製氷用熱交換器上で着氷させないダイナミック
型がある。

【０００４】一般に、スタティック型は、構造が単純で
ある反面、氷の成長に伴って伝熱抵抗が増加するため、
製氷のための冷却温度を徐々に下げなければならず、効
率の低下を招くといった本質的な欠点があるのに対し、
ダイナミック型ではスタティック型に比較して冷媒の冷
却温度を高くすることができるため、冷凍機の成績係数
が良好となり、氷蓄熱槽内に熱交換器などを配置する必
要がなく、氷の充填率（ＩＰＦ：Ice Packing Factor）
も向上する。

【０００５】ダイナミック型にも種々の方式があるが、
そのーつに低温で比重が１以上の非水溶性液体（冷媒）
と水との直接接触により製氷する方式がある。これは、
蓄熱槽の底部に存在する非水溶性液体を０℃以下に冷却
して蓄熱槽内に配置されたノズルを介して水中に噴出さ
せるものである。この冷却された非水溶性液体の循環に
よって蓄熱槽内では、非水溶性液体と水との直接熱交換
によってシャーベット状の氷（氷粒）が生成され、この
氷は浮力によって上昇し、蓄熱槽上部から貯溜され、浮
遊して存在することになる。そして、必要に応じてこの
氷の溶解時における吸熱作用を空調機の冷房運転に利用
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなダイナミック型氷蓄熱システムにおいては、生成
されて浮遊するシャーベット状の氷では、氷間の圧縮が
ほとんどないため、氷の占める体積率が低く、ＩＰＦが
低い欠点があった。また、非水溶性液体と水との熱交換
はノズルから水中に噴出された非水溶性液体が水中を落
下する間に行われるため、ノズルの配置は、氷蓄熱槽の
底部より熱交換に必要な距離だけ上方でなければならな
い。通常、この落下距離は１ｍ程度必要である。つま
り、ノズルより下方の１ｍ程度までの領域は氷の製氷領
域で、ノズルより上方が氷の貯溜領域となる。この場
合、氷蓄熱槽においてノズルより低い領域はデッドスペ
ースとなることを意味し、氷を貯溜することはできず、
ＩＰＦの低い原因になっている。仮に、ノズルより下方
の領域でも氷の貯溜とともに製氷を行おうとすると、製
氷時にノズルが氷結し、噴出孔が詰まって冷媒の供給が
できなくなる。

【０００７】また、ノズルより上方だけを氷の貯溜領域
とした場合においても、ノズルの噴出孔が徐々に凍結
し、これが成長して噴出孔が詰まり、製氷の継続ができ
なくなるという問題があった。

【０００８】そこで、この発明は、スタティック型に比
較して氷の充填率が高いダイナミック型の同充填率をさ
らに向上させることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、蓄熱媒体と、液温が蓄熱媒体
の凝固点以下で蓄熱媒体より比重が大きくかつ蓄熱媒体
に溶解しない液体とを氷蓄熱槽に収納し、この氷蓄熱槽
の底部に、液体を回収し途中に冷却手段を備えた液体回
収配管の一端を接続し、この液体回収配管の他端に設け
られて液体を噴出する噴出手段と、前記氷蓄熱槽内の蓄
熱媒体が流入する流入孔とを上部に備え、下部に氷蓄熱
槽内の底部付近に開口部を持つ排出口を備えた製氷器を
設けた構成としてある。

【００１０】第２に、第１の構成において、製氷器はそ
の壁面を内筒と外筒とからなる二重構造とし、内筒と外
筒との隙間の上部付近に、液体回収配管から冷却手段を
バイパスするバイパス配管を接続した構成としてある。

【００１１】第３に、第１または第２の構成において、
氷蓄熱槽の底部には、上部に氷放出口、下部に液体放出
口を有する円形の分離器を配置し、この分離器に対し製
氷器の下部の排出口を接線方向に接続した構成としてあ
る。

【００１２】

【作用】第１の構成によれば、蓄熱媒体に溶解しない液
体を噴出手段から製氷器内に噴出すると、この噴出動作
に伴って氷蓄熱槽内の蓄熱媒体が流入孔を通って製氷器
内に流入する。製氷器内では、液体が落下する間に蓄熱
媒体と接触して製氷が行われ、製氷物は、液体の流れに
沿って下降して下部の排出口から氷蓄熱槽の底部に排出
され、その後浮力によって氷蓄熱槽内を上昇する。一
方、製氷器内で熱交換した液体は、下部の排出口から流
出して氷蓄熱槽底部に滞留し、液体回収配管によって回
収されて循環する。

【００１３】第２の構成によれば、製氷器の内筒と外筒
との隙間に、冷却手段をバイパスすることにより冷却さ
れない状態の液体が供給され、これにより製氷器の内壁
面への着氷が防止される。

【００１４】第３の構成によれば、製氷器内で生成され
た製氷物及び液体は、排出口から分離器内に流出する際
に旋回流となり、製氷物は比重が小さいことから上部の
氷放出口から放出され、液体は下部の液体放出口から液
体回収配管に回収されて、両者の分離が促進される。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１６】図１は、この発明の一実施例を示すダイナ
ミック型氷蓄熱装置の全体構成を示す斜視図である。氷
蓄熱槽１内は、蓄熱媒体である水Ｍと、水Ｍの凝固点以
下、つまり０℃以下の液温で水Ｍより比重が大きい非水
溶性の液体である冷媒Ｒとで満たされている。氷蓄熱槽
１の底部には、下方に突出する冷媒貯溜部３が設けら
れ、水Ｍより比重が大きい冷媒Ｒは、水Ｍと分離して大
部分が冷媒貯溜部３に沈殿して存在することになる。

【００１７】冷媒貯溜部３の下端には、冷媒貯溜部３内
の冷媒Ｒを回収する液体回収配管としての冷媒配管５の
一端が接続されている。冷媒配管５には、冷媒貯溜部３
側から順に、冷媒Ｒを循環させる冷媒ポンプ７、冷媒ポ
ンプ７から送られる冷媒を冷却する冷却手段としての冷
凍機９が設けられている。冷媒配管５の他端は氷蓄熱槽
１の上部側壁に接続され、その先端は、氷蓄熱槽１の内
壁に沿って上下方向に延長され全体として円筒状を呈す
る製氷器１１の上端に接続されている。冷媒配管５は、
冷凍機９をバイパスするバイパス配管５ａを備えてお
り、バイパス配管５ａの先端は、前記製氷器１１の上部
側壁に接続されている。

【００１８】製氷器１１の上端内部には、図２に示すよ
うに、冷媒Ｒを微粒子として噴出する噴出手段としての
ノズル１３が配置され、このノズル１３に冷媒配管５が
連通接続されている。ノズル１３には、噴出された冷媒
Ｒに旋回流を生起させるような複数の噴出孔１３ａが形
成されている。製氷器１１は、その全長が内筒１１ａと
外筒１１ｂとから構成され、これら両者間に隙間１５が
形成されている。この隙間１５にバイパス配管５ａが連
通接続されている。バイパス配管５ａの隙間１５への接
続部の上部には、製氷器１１内の製氷領域１７と氷蓄熱
槽１内とを連通する流入孔１９が複数設けられている。

【００１９】氷蓄熱槽１の底部には、冷媒貯溜部３を覆
うように配置された分離器２１が設けられ、この分離器
２１に、製氷器１１下部に開口部を持つ排出口２２が接
続されている。分離器２１は、上部に円形に開口した氷
放出口２１ａが、下部には氷放出口２１ａより大径の円
形に開口した液体放出口としての冷媒放出口２１ｂがそ
れぞれ形成され、冷媒放出口２１ｂは冷媒貯溜部３に対
向する位置に開口している。製氷器１１下部の排出口２
２は、分離器２１の傾斜している側壁２１ｃに、内部の
円形空間に対して接線方向に開口するよう接続されてい
る。

【００２０】このような構成の氷蓄熱装置において、ポ
ンプ７を駆動すると、冷媒貯溜部３内の冷媒Ｒは冷凍機
９で任意の温度に冷却され、ノズル１３から製氷器１１
内の製氷領域１７に微粒子となって旋回流で噴出され
る。一方、ポンプ７からバイパス配管５ａを通る冷媒Ｒ
は、冷却されない状態で内筒１１ａと外筒１１ｂとの隙
間１５に供給される。冷媒Ｒがノズル１３から噴出され
ると、氷蓄熱槽１内の水は冷媒噴流の吸引作用で流入孔
１９から製氷器１１内の製氷領域１７に供給される。

【００２１】製氷領域１７では、冷媒Ｒは水Ｍと直接接
触して熱交換を行い、水Ｍを冷却しながら落下し、分離
器２１に導かれる。そして、この行程を繰り返し、水Ｍ
の温度が０℃に達すると、冷媒Ｒと水Ｍとの接触により
氷の生成が開始される。生成された氷と、冷媒Ｒ及び水
Ｍとは、ノズル１３からの流れにより、排出口２２から
分離器２１内に排出される際に旋回流となる。この結
果、水より比重の小さい氷は上部の氷放出口２１ａから
蓄熱槽１内に放出され、水より比重の大きい冷媒Ｒは下
部の冷媒放出口２１ｂから冷媒貯溜部３に排出される。

【００２２】このように分離器２１は、遠心分離器のよ
うな働きをし、氷と冷媒Ｒとの分離を促進する。蓄熱槽
１内に放出された氷は、氷粒（シャーベット状の氷）Ｋ
となって浮力で水Ｍ中を上昇し、氷蓄熱槽１の上方に浮
遊する。この状態を継続すると、生成された氷粒Ｋは氷
蓄熱槽１の上方から下方へと徐々に貯溜されて行くこと
になる。この場合、製氷領域１７が製氷器１１として氷
蓄熱槽１とは分離しているため、氷蓄熱槽１内の氷の貯
溜領域が下方まで拡大され、氷の充填率が大幅に向上す
る。

【００２３】製氷器１１の内筒１１ａと外筒１１ｂとの
隙間１５には、冷凍機９をバイパスする冷却されない冷
媒Ｒ、つまり水Ｍの凝固点以上の温度の冷媒Ｒが供給さ
れるため、内筒１１ａの内壁面への着氷が防止される。
したがって、製氷器１１内の製氷領域１７では、常に安
定した製氷が行われることになる。内筒１１ａの内壁面
への着氷防止については、この内壁面を摩擦係数の小さ
い物質でコーティングすることによっても可能である。
また、ノズル１３は製氷器１１の上端に位置し、一方水
Ｍはノズル１３より下方から製氷器１１に流入し、ノズ
ル１３から噴出する冷媒Ｒの下降に伴って製氷が行われ
るので、ノズル１３の噴出孔１３ａ付近には氷は存在せ
ず、したがって噴出孔１３ａの凍結及び詰まりは防止さ
れる。

【００２４】なお、上記実施例では、製氷器１１を氷蓄
熱槽１内に配置したが、氷蓄熱槽１内の氷の貯溜領域を
さらに拡大するため、製氷器１１の大部分を氷蓄熱槽１
の外部に配置し、この製氷器１１の下部の排出口２２を
氷蓄熱槽１の底部に配置した分離器２１に接続するよう
にしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、第１の発明に
よれば、氷蓄熱槽内の氷の貯溜領域と分離された製氷器
内で、液温が蓄熱媒体の凝固点以下で蓄熱媒体より比重
が大きくかつ蓄熱媒体に溶解しない液体と蓄熱媒体とが
熱交換を行って氷が生成され、生成された氷は製氷器の
下部から氷蓄熱槽内に排出するように構成したので、氷
蓄熱槽内の氷の貯溜領域を下方まで拡大でき、氷の充填
率の向上を図ることができる。

【００２６】第２の発明によれば、製氷器の内筒と外筒
との隙間に冷凍機をバイパスする冷却されない液体を供
給するようにしたので、製氷器内面への着氷を防止する
ことができる。

【００２７】第３の発明によれば、製氷器下部の排出口
を円形の分離器の接線方向に接続したので、製氷器から
分離器へ流出する氷及び液体は旋回流となって両者の分
離を促進させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すダイナミック型氷蓄
熱装置の全体構成を示す斜視図である。

【図２】図１の氷蓄熱槽のノズルまわりの拡大された断
面図である。

【符号の説明】

Ｍ 水（蓄熱媒体） Ｒ 冷媒（液体） １ 氷蓄熱槽 ５ 冷媒配管（液体回収配管） ５ａ バイパス配管 ９ 冷凍機（冷却手段） １１ 製氷器 １１ａ 内筒 １１ｂ 外筒 １５ 隙間 １３ ノズル（噴出手段） １９ 流入孔 ２１ 分離器 ２１ａ 氷放出口 ２１ｂ 液体放出口 ２２ 排出口

フロントページの続き (72)発明者 大高 敏男 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 小津 政雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱媒体と、液温が蓄熱媒体の凝固点以
   下で蓄熱媒体より比重が大きくかつ蓄熱媒体に溶解しな
   い液体とを氷蓄熱槽に収納し、この氷蓄熱槽の底部に、
   液体を回収し途中に冷却手段を備えた液体回収配管の一
   端を接続し、この液体回収配管の他端に設けられて液体
   を噴出する噴出手段と、前記氷蓄熱槽内の蓄熱媒体が流
   入する流入孔とを上部に備え、下部に氷蓄熱槽内の底部
   付近に開口部を持つ排出口を備えた製氷器を設けたこと
   を特徴とするダイナミック型氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 製氷器はその壁面を内筒と外筒とからな
   る二重構造とし、内筒と外筒との隙間の上部付近に、液
   体回収配管から冷却手段をバイパスするバイパス配管を
   接続したことを特徴とする請求項１記載のダイナミック
   型氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 氷蓄熱槽の底部には、上部に氷放出口、
   下部に液体放出口をそれぞれ有する円形の分離器を配置
   し、この分離器に対し製氷器の下部の排出口を接線方向
   に接続したことを特徴とする請求項１または２記載のダ
   イナミック型氷蓄熱装置。