JPH0641063Y2 - 空調用氷蓄熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，冷房用の冷熱源を氷の潜熱の形態で蓄えるよ
うにした空調用氷蓄熱装置に関する。

〔従来の技術〕

空調用蓄熱水槽に氷を蓄えることによって冷熱を潜熱の
形態で蓄熱するいわゆる氷蓄熱方式には製氷法の相違に
より蓄える氷の形態がソリッド状（氷塊状）のものとリ
キッド状（微細な氷が水に懸濁した状態）のものがあ
る。両者の方式にはそれぞれ得失があるが，後者のいわ
ゆるシャーベット状の氷−水スラリーを蓄熱水槽に蓄え
る方式として，出願人は既に特願昭62-47770号，特願昭
62-62681号，特願昭62-102994号，特願昭62-228800号，
特願昭62-245930号，実願昭62-30383号，実願昭62-1811
76〜８号，実願昭62-192012等において，零℃以下に冷
却された過冷却水を連続流れとして製造し，この連続流
れの過冷却水の過冷却状態を瞬時に解除することによっ
て微細な氷が分散した蓄熱に適したリキッドアイスを製
造する発明考案を提案した。

〔考案が解決しようとする問題点〕

水冷却器で過冷却水を連続して作り，この過冷却水の連
続流れから微細な氷を析出させて蓄熱水槽で蓄える場合
に，前記の特許出願および実用新案登録出願で提案した
ように，蓄熱水槽内の水を水冷却器に循環供給すること
が有利となるが，この水冷却器に供給する水に微細氷が
同伴すると水冷却器伝熱管の凍結を起こす原因となる。
このような管路の凍結は過冷却水を連続的に製造する場
合の最も気を付けねばならない問題である。

実願昭−63-14563号および実願昭63-76854号において出
願人はこの問題を解決する手段として氷捕集フイルター
と水流を乱流化する乱流発生手段を組み合わせる方式，
および主フイルターの上流側に復氷防止用氷捕集フイル
ターを介装させる方式を既に提案した。

本考案も，この問題を解決することを目的としたもので
あり，該先願とは異なった手段によってこの問題を解決
しようとするものである。

〔問題点を解決する手段〕

本考案は，水冷却器に水を連続的に通水して零℃以下の
過冷却水を連続的に取り出すようにした過冷却水製造装
置を，空調用熱源水を蓄える蓄熱水槽の槽外に設置し，
蓄熱水槽内の水の一部を該水冷却器に連続的にポンプ圧
送する給水管路を設けると共に該水冷却器から流出する
過冷却水の連続流れを前記蓄熱水槽に過冷却解除装置を
介してまたは介さずして戻す経路を設け，前記給水管路
にフイルターとヒーター，または充填物を装填した通水
容器を介装させてなる特徴とする空調用氷蓄熱装置を提
供するものである。

蓄熱水槽から水冷却器に至る給水管路に浄化用の主フイ
ルターを設けて水冷却器に懸濁物質や氷が移行するのを
防止しても，非常に微細な氷（氷核）はこのフイルター
を通過したり，或いは経路の途中で何らかの原因によっ
て氷核が発生し，これが過冷却水を製造する水冷却器の
伝熱管内に流れ込むと管内凍結を引き起こす引き金とな
る。給水管路のポンプの駆動による発熱によって或る程
度この氷核の消去或いは生成抑制を図ることはできる
が，決定的な解決策とはならず例えば装置稼働の立上り
初期等においてはポンプの発熱だけに頼るのは危険を伴
う。このため本考案ではこの給水管路にヒータを挿入し
て積極的に再熱を図り，また，この再熱は過冷却水を製
造しようとするさいに熱的にはマイナスの効果であるか
ら，熱の投入は可及的少量として，管路中での水の撹拌
と滞在時間の充填物容器によって確保し，これによって
既述の問題の解決を図ったものである。

以下に図面の実施例に従って本考案の内容を具体的に説
明する。

〔実施例〕

第１図は，本考案の空調用氷蓄熱装置の全体を示す実施
例である。本考案では特に冷房シーズンにおいて蓄熱水
槽内にシャーベット状の氷を蓄えることによって大量の
冷熱を蓄えるようにしたものであり，この製氷は例えば
夜間電力を利用して行ない，蓄えられた冷熱（つまり零
℃近辺の水）が建物内の空気調和器群等に循環供給され
る。

第１図において１は蓄熱水槽,2は水冷却器であり，蓄熱
水槽１内の水は循環ポンプ３によって水冷却器２に供給
される。すなわち，循環ポンプ３によって蓄熱水槽１内
の水の一部が水供給管路４を経て水冷却器２に連続供給
され，ここで零℃以下に冷却された過冷却水の連続流れ
が製造される。この過冷却水の連続流れは，蓄熱水槽の
水面より上方に位置する管路出口５から大気中に吐出さ
れ，蓄熱水槽１に向けて落下させる。この落下の過程で
過冷却を解除する装置を設置しておくのが実際には便宜
である。図示の例ではこの過冷却解除装置は，水平方向
に吐出する過冷却水の連続流れ６を途中で遮る邪魔板７
からなっている。すなわち，邪魔板７に過冷却水６が衝
突することによってその衝突エネルギーによって瞬時に
過冷却状態が解除され，邪魔板７からは微細氷が析出し
た氷−水スラリーが飛翔し，これが蓄熱水槽に落下す
る。

水冷却器２としては，例えば多数本の伝熱管８の内側に
水を通水するようにしたシエルアンドチューブ型熱交換
器が使用することができる。すなわち，シエル９内を仕
切り壁10,11で仕切って冷却室12を構成し，この冷却室1
2内に多数本の伝熱管８を貫通させ，この伝熱管８内に
通水すると共に管外の冷却室12に冷媒を供給して管内を
連続通水する水を零℃以下に冷却する。そのさい，冷却
室12をヒートポンプの蒸発器として機能させるように冷
凍サイクルを構成する。すなわち，圧縮機13,凝縮器14,
膨張弁15および該冷却室12の蒸発器との間を冷媒配管
し，冷却室12で蒸発する冷媒の圧を一定に維持すること
によって各伝熱管８を零℃以下の一定の温度に冷却する
ことができる。なお，このような冷凍サイクルに代えて
冷却室12内に冷凍機から所定温度のブラインを供給する
構成としてもよい。

本考案者らは，先に特願昭62-271922号において，水と
接触する管壁温度が−5.8℃以下とはならない温度（た
だし零℃以下）に伝熱管８を冷却すれば，水流のレイノ
ズル数（つまり流速や管径），冷却される前の水温，冷
却後の水温等とは無関係に過冷却水が連続的に製造でき
ることを明らかにした。したがって本考案においても，
冷却器２における伝熱管８の内壁温度がどの地点でも−
5.8℃以下とはならない温度（ただし零℃以下）に制御
する。このようにして，水冷却器２内の伝熱管８では凍
結を起こすことなく各伝熱管の吐出口５から過冷却水を
連続流れとして取り出されるが，水冷却器２に供給され
る水中に微細氷が同伴すると，これが引き金となって過
冷却水から氷が析出し伝熱管８の凍結を起こす原因とな
る。給水管路４の採水口17の近傍の槽内に一次フイルタ
ー18を設置し，この一次フイルターで氷を一次捕集し，
更に給水管路に主フイルター20を設置することによって
槽内の微細氷をある程度捕集でき，さらにポンプ３の稼
働による熱付与によて融解作用が働くが，なお完全では
ない。

本考案は，給水管路４にヒーター21および／または充填
材を装填した通水容器（以下，充填材装填容器と呼ぶ）
22を挿入することによってこの問題を解決したものであ
る。第１図ではヒーター21だけを，第２図では充填材装
填容器22を，第３図ではヒーター21と充填材装填容器22
を挿入した例を示している。

給水管路４に挿入するヒーター21は，第４図に示すよう
なプラグ式ヒーターを使用するのが便宜である。第４図
において23は発熱体,24は発熱体を支持したプラグ,25は
このプラグ式ヒーターを取付けるチーズ部を示してい
る。

給水管路４に挿入する充填材装填容器22は，水が通水す
る容器に空間率を大きくして成形した三次元樹脂成形品
を充填材として装填したものであり，第５図にその例を
示した。この例では，円筒容器本体27の内部に小円筒の
内筒28を設けた二重筒容器を使用し，この中に充填材30
を装填したものである。内筒28は取外し可能な蓋29に取
付けられ，この内筒28の長さは容器本体27の深さよりも
短くしてある。容器本体27には給水口31が，そして蓋29
の中央（内筒28の内部）に排水口32が設けられ，これら
給水管路４の管に接続される。第６図に装填された充填
材30の例を示す。この例に見られるように，バー状の樹
脂が三次元方向に入り組んで成形されたものであり，そ
の大きさは外径２〜5mm程度のものである。これは三菱
樹脂株式会社製の「充填材Ｓ」として市場で入手でき
る。このような空間率の大きな充填材30を第５図の容器
に装填し，これを給水管路４に介装させることによっ
て，水はこの充填材30層中を流れる過程で大きな圧損を
受けることなく乱流化される。この乱流化作用によって
同伴した氷核は融解される。そしてこの容器内を通過す
るさいの滞在時間がこの融解を助成する。第５図の容器
では内筒28の外側を廻ったあと内筒28の内部にその下方
から入り込むので十分な滞在時間を得ることができる。

第７図〜第９図は充填材装填容器22の他の例を示したも
のである。第７図の例では容器本体27の壁に給水口31と
排水口32を対向して設け，蓋29に容器内を縦方向に二室
に仕切る仕切り壁33を設けて，給水口31から一方の室に
入った水が仕切り壁33の下を潜って他方の室に入り込む
ようにしてある。36は多孔板を示す。第８図の例では，
容器本体27の底部を二重底にして排水チャンバー34を設
け，この排水チャンバー34内に底板35の中央部の多孔板
36から容器内の水が流れ込むようにすると共に，容器高
さより長さの短い内筒37を底板35の中央部の取付けたも
のである。給水口31は排水チャンバー34より若干上方の
容器本体下方に取付けられる。これによって，給水口31
から容器内の内筒37の外側に入った水は旋回しながら上
昇し，ついで内筒37内を下降し排水チャンバー34を経て
排水口32より出る。第９図の例は，第５図の例を上下逆
にした構造を有している。すなわち，容器長さより短い
長さの内筒38を容器本体27の底板39に取付け，この内筒
38内の水を抜き出せるように底板中央部に排水口32を設
け，容器本体27の側壁下方に給水口31を設けたものであ
る。なお，この例では多孔板36（網体でもよい）を容器
底部に配することによって充填材30を全体を容器底から
浮かしてある。第10図の例は，給水路41と排水路42を容
器本体27の内部にまで延長して設け，これら給水路41と
排水路42にも充填材30を装填したものである。

第５図および第７〜10図のいずれの充填材装填容器22も
容器内に水の屈曲経路が形成されると共にこの屈曲経路
内に充填材30が装填される。したがって，この中を通水
する水は十分な滞在時間が得られると共にその間に大き
な乱流効果が得られる。この結果，氷核が同伴した水が
流れ込んだ場合にもこれを融解させることができる。ま
た蓋29の取外しによってメインテナンス操作も簡単にで
きる。

ヒーター21および／または充填材装填容器22を給水管路
４に挿入する位置はポンプ３の下流側とするのがよい
が，場合によってはポンプ３の上流側にしてもよい。い
ずれにしても，水冷却器２から出来るだけ離れた位置の
水槽近傍に設置するのがよい。また主フイルター20はカ
ートリッジ側フイルターを使用することが便宜である。

〔考案の効果〕

以上のようにして本考案によると，過冷却水からシャー
ベット状の氷を作って空調用蓄熱を図る場合において過
冷却水製造時の伝熱管凍結の問題が簡単な構成によって
解決でき，シャーベット状の氷を安定して製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の空調用氷蓄熱装置の実施例を示す機器
配置系統図，第２図および第３図は第１図の装置におけ
る水冷却器への給水管路部分について他の構造例を示す
図，第４図は第１図の装置に使用するヒーターの略断面
図，第５図は第１図の装置で使用する充填材装填容器の
略断面図，第６図は本考案で使用する充填材の例を示す
斜視図，第７図，第８図，第９図および第10図はいずれ
も第１図の装置で使用する充填材装填容器の例を示す略
断面図である。 １……蓄熱水槽,2……水冷却器,3……循環ポンプ,4……
給水管路,5……過冷却水の吐出口,7……過冷却解除装
置,8……伝熱管,18……一次フイルター,20……主フイル
ター,21……ヒーター,22……充填材装填容器,30……充
填材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中西 正人 神奈川県川崎市多摩区西生田３―20―９ (72)考案者 谷野 正幸 神奈川県川崎市多摩区西生田３―20―９ (56)参考文献 特開 昭63−14063（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】水冷却器に水を連続的に通水して零℃以下
   の過冷却水を連続的に取り出すようにした過冷却水製造
   装置を，空調用熱源水を蓄える蓄熱水槽の槽外に設置
   し，蓄熱水槽内の水の一部を該水冷却器に連続的にポン
   プ圧送する給水管路を設けると共に該水冷却器から流出
   する過冷却水の連続流れを前記蓄熱水槽に過冷却解除装
   置を介してまたは介さずして戻す経路を設け，前記給水
   管路にフイルターとヒーターを介装させてなる空調用氷
   蓄熱装置。
2. 【請求項２】水冷却器に水を連続的に通水して零℃以下
   の過冷却水を連続的に取り出すようにした過冷却水製造
   装置を，空調用熱源水を蓄える蓄熱水槽の槽外に設置
   し，蓄熱水槽内の水の一部を該水冷却器に連続的にポン
   プ圧送する給水管路を設けると共に該水冷却器から流出
   する過冷却水の連続流れを前記蓄熱水槽に過冷却解除装
   置を介してまたは介さずして戻す経路を設け，前記給水
   管路に，充填物を装填した通水容器を介装させてなる空
   調用氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】通水容器は容器内に水の屈曲通水路が形成
   され，この屈曲通水路に充填材が装填される請求項２に
   記載の空調用氷蓄熱装置。