JPH0744923Y2 - 空調用氷蓄熱装置の過冷却器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は，空調用の熱源水を氷の
形態で蓄熱するようにした氷蓄熱装置における過冷却水
製造のための過冷却器の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物内に配設したフアンコイルユニット
や水熱源ヒートポンプユニットの水側熱交換器に冷温水
を循環させて冷暖房を行なうさいに，冷房時の冷熱を蓄
熱槽内において氷の形態で蓄えるいわゆる氷蓄熱方式が
注目されており，一部稼働されるようになった。これ
は，例えば夜間電力で冷凍機を駆動して製氷し，氷の状
態で多量の冷熱を蓄熱槽で蓄えたうえ，冷房運転時にそ
の氷の冷熱を冷水として取出して二次側熱交換器に循環
するものであり，水の潜熱を利用するので小規模装置で
も多量の冷熱を蓄えることができる。

【０００３】この氷蓄熱方式には，製氷法の相違によっ
て蓄える氷の形態が氷塊状 (ソリッド状) のものとシャ
ーベット状 (微細氷と水とが混在したリキッド状または
スラリー状) のものとに分けられる。両者にはそれぞれ
得失があるが，氷塊方式では氷塊を蓄熱水槽で生成させ
る (熱交換器の表面で生成させる) 場合に氷層が厚くな
るとそれに伴って熱の伝導が低下するので大きな厚みに
することには限界があり，したがって，氷の充填率 (I.
P.F.) は10％前後にしかならず, 蓄熱効率が悪くなるこ
とは避けられない。I.P.F.を向上させるために添加剤を
加えた特殊溶液を使用したり，蓄熱水槽自体を圧力容器
に構成する例なども報告されているが,既設建物の蓄熱
式の水熱源冷暖房設備をそのまま氷蓄熱方式に適用する
には問題が多い。

【０００４】一方シャーベット状の氷を製造する場合に
はI.P.F.は非常に大きくすることができるが，大容量の
水をシャーベット状にするには一般には非常に大規模な
設備を必要とする。このシャーベット状の蓄熱方式につ
いては，例えば特開昭63-123９６８〜9号公報, 特開昭6
3-129274〜5号公報に記載のものなどが知られている。
また同一出願人に係る特開昭63-217171号公報および特
開昭63-231157号公報に過冷却水からから微細な氷を製
氷する方法および装置を提案し，この過冷却水を伝熱管
で連続製造することを要件として，それらの改善等につ
いて, 特開昭63-271074号公報, 特開昭64-75869号公報,
特開昭64-90973号公報, 特開平1-114682号公報, 実開
昭63-139459号公報, 実開平1-88235号公報, 実開平1-88
236号公報, 実開平1-88237号公報, 実開平1-97135号公
報, 実開平1-112345号公報, 実開平1-120022号公報, 実
開平1-125940号公報, 実開平1-136830号公報, 実開平1-
136832号公報, 実開昭1-148538号公報, 実開平1-178528
号公報, 実開平2-527号公報等に様々な提案を行った。

【０００５】いずれにしても，これらに提案した過冷却
水からシャーベット状の氷を製造する製氷システムの過
冷却器は，水がその中を通水する伝熱管を冷却容器内に
配置し，この冷却容器内に冷却媒体として冷凍機のブラ
インを通液するか，或いは冷却容器をヒートポンプ装置
の蒸発器として機能するように構成するものである。こ
れらを総称して本考案では過冷却器とよぶ。過冷却器内
の伝熱管の内壁温度を零度℃以下ではあるが−5.8℃以
上に維持すれば水の入口温度や流量等の変動に拘わらず
管内で凍結を起こすことなく伝熱管の吐出口から過冷却
水の連続流れを取り出すことができることも既に明らか
にした（例えば前記の特開平1-114682号公報) 。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】過冷却器の伝熱管の吐
出口から過冷却水を連続流れとして吐出させる場合，吐
出口付近の材料 (管端や管端を支持する壁材) が空気の
露点以下の温度にまで冷却されるとこの部分に大気中の
湿分が結露し, この結露がひきがねとなってこれに触れ
た過冷却水からも氷が析出して吐出口付近に着氷が成長
し，凍結トラブルを引き起こす。また，大気中の湿分の
みならず，過冷却水の飛沫若しくは微細氷の飛沫がなん
らかの事情でこの吐出口付近の材料に跳ね返っても着氷
が成長し，同様のトラブルの原因となる。

【０００７】このような問題を解決するために，同一出
願人による前記実開平1-136830号公報において吐出口付
近のシエル壁表面をグラスウールやアスベスト等の保温
材を用いた保温層で防露層とすることを提案した。ま
た，実願平2-51213号明細書および図面において, 断熱
層 (例えばガラスビーズ充填層),中間層 (樹脂層) およ
び断熱ゴムシート層からなる断熱材料層を形成し，その
中に電熱線を埋め込むことを提案した。

【０００８】本考案は，これらの提案と同様の目的のも
とに，前記の問題をより一層簡便に解決することを意図
したものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案は，蓄熱槽内の水
の一部を過冷却器に循環させて零℃以下に冷却された過
冷却水を作り，この過冷却水から蓄熱用の氷を作る空調
用氷蓄熱装置において，水を通水させる多数本のチユー
ブをシエル内に貫通させたシエルアンドチューブ型熱交
換器によって前記の過冷却器を構成すると共に各チユー
ブの出口端をシエル壁から大気に開口させ，この出口端
をもつ該シエル壁の外側表面に，通電により発熱する発
熱体が樹脂層内に一体的に埋め込まれた面状発熱体を取
り付けたことを特徴とする空調用氷蓄熱装置の過冷却器
を提供する。

【００１０】

【実施例】図１は，本考案を適用する氷蓄熱装置の一実
施例を示したものであり，先ずその全体構成について概
説する。１は蓄熱槽，２は過冷却器，３は循環ポンプで
あり，蓄熱槽１内の水はポンプ３の駆動により水路４を
経て過冷却器２に連続供給され，この過冷却器２によっ
て零度℃以下の過冷却水５となって大気中に吐出し，こ
の過冷却水５の吐出流は，分散板６に衝突したうえ蓄熱
槽１内に落下する。この分散板６への落下衝撃により過
冷却状態が解除されて微細な氷となり，蓄熱槽１内には
シヤーベット状の氷７が溜まる。

【００１１】過冷却器２は，多数本の伝熱管 (チユー
ブ）９をシエル10内に垂直に配置した縦型のシエルアン
ドチユーブ熱交換器からなっている。各チユーブ９ (以
下，伝熱管９と言う) は, シエル10 (以下, 冷却容器10
と呼ぶ) を上下に貫通して配置され，上端は入口ヘッダ
ー部11に開口し，下端は大気に開放していることから，
水入口ヘッダー部11に導入された水は各伝熱管９内を垂
直に流下して下端の吐出口15より大気中に垂直に吐出す
る。

【００１２】シエル側の冷却容器10は, 各伝熱管９の内
壁温度が零℃以下であって−5.8℃以上となるように，
各伝熱管９をその外壁から冷却するものである。この冷
却媒体としては，冷凍機で製造したブラインを使用する
こともできるが，図示の例ではヒートポンプ装置の蒸発
器として機能させている。すなわち, 蒸発器 (つまり冷
却容器10), 圧縮機12, 凝縮器13, 膨脹弁14, 蒸発器10
を順に経る冷媒回路をもってヒートポンプ装置が構成さ
れている。このヒートポンプ装置の駆動により冷却容器
10が蒸発器となり，各伝熱管９を前記温度に冷却する。
なお，この冷却容器10内を冷媒液で満たし, この液冷媒
を伝熱管９からの受熱によって沸騰させる沸騰型の蒸発
器となるようにヒートポンプ装置を組立てることもでき
る。また図示の例では過冷却器２は伝熱管９を垂直にし
た縦型のシエルアンドチユーブ熱交換器を示している
が，伝熱管９を水平方向にした横型のものであってもよ
く，この場合は過冷却水は放物線を描いて落下する。

【００１３】蓄熱槽１内において氷７と共存する水（冷
水）は，図示されてはいないが，建物内に配置されるフ
アンコイルユニットやヒートポンプユニットの水側熱交
換器に循環され，空調用の熱源水（冷熱源）に供され，
再びこの蓄熱槽１内に戻される。過冷却水の製造装置の
運転（熱源機器の運転）と空調運転（負荷側の運転）を
同時に行うこともできるし，前者を安価な夜間電力を利
用して行うことにより夜間に蓄熱しこれを昼間の冷房に
利用してもよい。また，暖房運転の場合には，過冷却水
の製造装置は休止し，熱源機器例えばボイラーやヒート
ポンプ装置によって蓄熱槽１内に温水を蓄え，この温水
を負荷側に供給する。

【００１４】本考案は，かような過冷却水から氷を作る
氷蓄熱設備において，過冷却器２の過冷却水吐出端部の
構造に特徴がある。図２および図３はその実施例を示し
たものである。

【００１５】図２は過冷却器２における過冷却水吐出側
端部を見た正面図，図３はそのＸ−Ｘ線矢視断面を示し
ている。図示のように，多数の伝熱管９はその吐出口15
が冷却容器10 (シエル) のシエル壁16より若干突出する
ように配置される。このシエル壁16は金属板からなり，
この金属板を各伝熱管９が気密に貫通している。本考案
によれば，金属板からなるシエル壁16の外側表面に面状
発熱体シート17が貼付けられる。

【００１６】この面状発熱体シート17は，通電によって
発熱する繊維物質例えばグラフトカーボンを耐熱性樹脂
に埋め込んだものや或いは発熱線を樹脂層内に埋め込ん
だものである。この面状発熱体シート17に伝熱管９の外
径に相当する孔をあけ, この孔に各伝熱管９を密着挿入
してシエル壁16の外表面に貼付ける。これにより，シエ
ル壁16と面状発熱体シート17とは積層体となり，この積
層体が伝熱管９の支持壁を構成する。図示の例では伝熱
管９の吐出口15がこの積層体の最外表面より僅かに突出
した状態を示しているが，吐出口15が最外表面と同一面
に存在するようにしてもよい。

【００１７】

【考案の効果】該面状発熱体17を用いると，シエル壁16
の金属板や伝熱管９の管端が零℃以下に冷却されても，
該発熱体17に通電することによって過冷却水の製造に影
響を与えることなく過冷却器の過冷却水吐出側壁面を空
気の露点温度以上に維持することができる。すなわち,
過冷却水の温度を上げたり，過冷却状態を解除したりす
ることなく，この部分に結露や着氷することが防止でき
る。このため，過冷却水の製造を安定して行うことがで
き，夜間等の無人運転でも氷蓄熱装置を安定して稼働す
ることができる。先に実開平1-136830号公報で提案した
ものより構造が簡単であり，確実且つ安価に結露が防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用する空調用氷蓄熱装置の全体を示
す略断面図である。

【図２】本考案に従う過冷却器の過冷却水吐出側の面を
見た正面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線矢視断面図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 過冷却器 ３ ポンプ ５ 過冷却水の連続流れ ６ 分散板 ７ シャーベット状の氷 ９ 伝熱管（チユーブ） 10 冷却容器（シエル） 11 上部ヘッダー 15 過冷却水吐出口 16 シエル壁 17 面状発熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 守屋 充 神奈川県座間市相模ケ丘３−７−25 サン ライトヒルズ203 (72)考案者 谷野 正幸 神奈川県相模原市共和２−８−21−101

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽内の水の一部を過冷却器に循環さ
   せて零℃以下に冷却された過冷却水を作り，この過冷却
   水から蓄熱用の氷を作る空調用氷蓄熱装置において，水
   を通水させる多数本のチユーブをシエル内に貫通させた
   シエルアンドチューブ型熱交換器によって前記の過冷却
   器を構成すると共に各チユーブの出口端をシエル壁から
   大気に開口させ，この出口端をもつ該シエル壁の外側表
   面に，通電により発熱する発熱体が樹脂層内に一体的に
   埋め込まれた面状発熱体を取り付けたことを特徴とする
   空調用氷蓄熱装置の過冷却器。