JPH10325656A

JPH10325656A - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JPH10325656A
Application number: JP9133773A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sekiya; 英士関矢; Ikuo Sugita; 育生杉田; Katsuya Yamashita; 勝也山下; Takayuki Hachimonji; 孝幸八文字; Yutaka Watanabe; 裕渡邊
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】熱媒体を外部に取出したり、戻したりする配管
やポンプを不要にして熱媒体を削減し、また配管からの
漏洩や配管内部の凍結を防止することにある。【解決手段】内部に水２が蓄えられると共に、その下層
の貯溜部に水に対して不溶性で水より密度が大きく、且
つ凝固点が０℃以下の熱媒体３を貯溜した氷蓄熱槽１
と、この氷蓄熱槽１の貯溜部に設けられ熱媒体３に冷熱
を与える冷媒配管４と、氷蓄熱槽１の外部に設けられ冷
媒配管４に冷媒を供給する冷凍機５とを備え、氷蓄熱槽
１の下層部の熱媒体３を冷凍機５より冷媒配管４に供給
される冷媒により０℃以下に冷却し、氷蓄熱槽１内に氷
を生成して蓄積する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動的な氷を氷蓄
熱槽内に蓄える氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、深夜の余剰電力を有効に活用して
昼間冷房負荷が高負荷となる時間帯に対処することを目
的に、深夜電力で水槽内の水を冷やしたり（冷水蓄
熱）、凍らせたり（氷蓄熱）しておき、その冷熱で昼間
の冷房を行うようにしたシステムが開発されている。

【０００３】特に過密な都市部では、冷房負荷に対して
十分な大きさの水槽を設置することは容易ではないた
め、蓄熱密度の大きな氷蓄熱への希望が多くなってき
た。従来の氷蓄熱の方式としては数多くあり、例えば文
献「エネルギー・資源」VOL.11,No.4,P.341 〜346(1990
/7) にてそれらを知ることができるが、大型の装置は未
だ実績も少なく、経済性の面でも更なる向上が望まれて
いることから、蓄熱技術の改良が必要である。

【０００４】これらの多くの方式の中でもダイナミック
型（動的製氷）は、流動的な氷を氷蓄熱槽内に蓄えるも
ので、蓄熱槽内の一部の場所あるいは蓄熱槽外で製造し
た氷を蓄熱槽内に送込むことができるため、スタティッ
ク型（静的製氷）のように蓄熱槽内全域に亘る製氷構造
が不要であり、特に大容量の氷蓄熱装置には適している
と考えられている。

【０００５】また、ダイナミック型の氷は細かく流動的
なので、水との熱交換特性にも優れているので、冷熱の
取り出し速度の点でも有利である。ところで、ダイナミ
ック型（動的製氷）氷蓄熱装置の一方式として、特開平
３−１４０７６７号公報に示されているようなものがあ
る。

【０００６】この方式は、熱媒体を介して蓄熱槽内にス
ラリー状の氷を発生するもので、基本的構成が単純で、
大型への対応が容易であるという長所がある。この方式
の基本的な概念を図１３（ａ），（ｂ）で説明すると、
氷蓄熱槽１０１には水溶液（Ｗ）と該水溶液（Ｗ）より
密度が大きい油性液体（Ｏ）が貯溜されている。この油
性液体（Ｏ）は油性液体取出手段１０２により氷蓄熱槽
１０１の外部に取出され、油性液体冷却手段１０３で水
溶液（Ｗ）の凍結温度以下に冷却された後、油性液体噴
射ノズル１０４の噴射孔１０５から高速噴流となって水
溶液（Ｗ）と油性液体（Ｏ）の境界面に噴出し、この境
界面を撹拌する。

【０００７】これにより、油性液体（Ｏ）と接触した水
溶液（Ｗ）は冷却、氷化するが、境界面の撹拌により生
成された氷は破砕され、スラリー状の氷（Ｉ）となって
水溶液（Ｗ）の上層部に浮上する。また、氷蓄熱槽１０
１の冷熱は熱負荷１０６に送られ、この熱負荷１０６を
冷却することにより、自らは温度が上昇して氷蓄熱槽１
０１に戻る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような蓄
熱方式では油性液体（Ｏ）を氷蓄熱槽１０１の外部に取
出す系統、即ち油性液体取出手段１０２があることか
ら、そのための配管やポンプが必要となる上、油性液体
取出手段１０２の内容積に相当する分だけ余計に油性液
体（Ｏ）が必要になる。

【０００９】このことは油性液体（Ｏ）の充填量分を含
めた設備費の増加をもたらすほか、油性液体取出手段１
０２における油性液体（Ｏ）の漏洩事故に関して対応策
を必要とする。また、境界面の撹拌により油性液体
（Ｏ）中に水溶液（Ｗ）の液滴が巻込まれると、それが
油性液体取出手段１０２内に入込み、油性液体冷却手段
１０３のため、氷粒となって配管中に氷結し、管路を閉
塞させる可能性がある。

【００１０】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、熱媒体を外部に取出したり、戻したりする配
管やポンプを不要にして熱媒体を削減し、また配管から
の漏洩や配管内部の凍結を防止できる動的製氷方式の氷
蓄熱装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により動的製氷方式の氷蓄
熱装置を構成するものである。請求項１に対応する発明
は、内部に水が蓄えられると共に、その下層の貯溜部に
水に対して不溶性で水より密度が大きく、且つ凝固点が
０℃以下の熱媒体を貯溜した氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽
の貯溜部に設けられ前記熱媒体に冷熱を与える冷熱伝達
手段と、前記氷蓄熱槽の外部に設けられ前記冷熱伝達手
段に冷媒を供給する冷凍機とを備え、前記氷蓄熱槽の下
層部の熱媒体を前記冷凍機より前記冷熱伝達手段に供給
される冷媒により０℃以下に冷却し、前記氷蓄熱槽内に
氷を生成して蓄積する。

【００１２】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の氷蓄熱装置において、前記冷熱伝達手段は
前記冷凍機の冷媒蒸発器として機能させ、熱媒体を直接
０℃以下に冷却する。

【００１３】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の氷蓄熱装置において、前記冷熱伝達手段は
一端が前記冷凍機の冷熱発生部に、他端は前記氷蓄熱槽
の底部の熱媒体層に通じるヒートパイプにより構成さ
れ、該ヒートパイプを伝わる冷熱で前記熱媒体を０℃以
下に冷却する。

【００１４】上記請求項１乃至請求項３に対応する発明
の氷蓄熱装置にあっては、氷蓄熱槽内の水の下層の貯溜
部に水に対して不溶性で水より密度が大きく、且つ凝固
点が０℃以下の熱媒体を溜め、該熱媒体を氷蓄熱槽の外
部に出すことなく冷却し、水と熱媒体との界面に氷片を
発生させて蓄熱するので、熱媒体を氷蓄熱槽の外部に取
出したり、戻す配管やポンプが不要となり、その結果そ
の系統内の容積分の熱媒体を削減できる。さらに、熱媒
体を氷蓄熱槽の外に取出す方式で起こり得る配管からの
漏洩や配管内部の氷結が防止できる。

【００１５】また、請求項２に対応する発明の氷蓄熱装
置にあっては、冷凍機の冷媒蒸発器が熱媒体の冷却器と
なっており、途中に熱輸送のための媒体を介在させない
ので、系統が単純であるほか、効果的な熱交換が可能と
なる。

【００１６】さらに、請求項３に対応する発明の氷蓄熱
装置にあっては、冷凍機の冷熱がヒートパイプで伝達さ
れるので、系統が単純である上動力が不要となり、保
守、管理が容易である。

【００１７】請求項４に対応する発明は、内部に水が蓄
えられると共に、その下層の貯溜部に水に対して不溶性
で水より密度が大きく、且つ凝固点が０℃以下の熱媒体
を貯溜した氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽の貯溜部に設けら
れ前記熱媒体層内に配設された液化天然ガス（ＬＮＧ）
配管とを備え、この液化天然ガス配管内に供給されるＬ
ＮＧの冷熱で前記熱媒体を直接０℃以下に冷却する。

【００１８】上記請求項４に対応する発明の氷蓄熱装置
にあっては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用
効果が得られることに加えて、熱媒体の冷却をＬＮＧの
冷熱で行うので、冷熱の有効利用が図れるほか、冷凍機
のような冷熱発生設備やその運転動力が不要である。

【００１９】請求項５に対応する発明は、請求項１乃至
請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄熱装
置において、前記熱媒体層内に、熱媒体に流動もしくは
脈動のような動きを発生させる手段を設ける。

【００２０】上記請求項５に対応する発明の氷蓄熱装置
にあっては、上記請求項１乃至請求項４に対応する発明
と同様の作用効果が得られることに加えて、水と熱媒体
との界面に波動を起こさせるので、両者間の熱交換が促
進されるほか、界面に発生した氷片が界面から離脱し浮
上し易くなる。

【００２１】請求項６に対応する発明は、請求項５に対
応する発明の氷蓄熱装置において、前記脈動発生装置を
前記氷蓄熱槽内の底部に形成した凹部に設置する。上記
請求項６に対応する発明の氷蓄熱装置にあっては、上記
請求項５に対応する発明と同様の作用効果が得られるこ
とに加えて、波動発生装置を氷蓄熱槽の底部に設けた凹
部に設置しているので、熱媒体の保有量が低減でき、氷
蓄熱槽の有効容積が拡大する。

【００２２】請求項７に対応する発明は、請求項１乃至
請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄熱装
置において、前記氷蓄熱槽内の底部に傾斜面又は段差部
等の高低差を有するブロック体を設け、このブロック体
の上端部側に前記熱媒体を循環させる手段を設ける。

【００２３】上記請求項７に対応する発明の氷蓄熱装置
にあっては、上記請求項１乃至請求項４に対応する発明
と同様の作用効果が得られることに加えて、冷却した熱
媒体がブロック体の高低差により斜面又は段差部に沿っ
て流下するので、水と熱媒体の間の相対位置の変化が生
じ両者間の熱交換が促進されるほか、水の内部にも流動
が生じるので、発生した氷片が界面から離脱し、浮上し
易くなる。

【００２４】請求項８に対応する発明は、請求項１乃至
請求項７の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄熱装
置において、前記氷蓄熱槽内の水中に該水を流動させる
手段を設ける。

【００２５】請求項９に対応する発明は、請求項８に対
応する発明の氷蓄熱装置において、水を流動させる手段
は水中に設けた取水口部と放水口部との間を配管により
結び、且つ配管の途中に水ポンプを設けてなる水循環系
により構成する。

【００２６】請求項１０に対応する発明は、請求項８に
対応する発明の氷蓄熱装置において、水を流動させる手
段として撹拌機を用いる。請求項１１に対応する発明
は、請求項９に対応する発明の氷蓄熱装置において、取
水口部及び放水口部はそれぞれの位置や方向が可変可能
な機能を有する。

【００２７】上記請求項８乃至請求項１１に対応する発
明の氷蓄熱装置にあっては、上記請求項１乃至請求項７
に対応する発明と同様の作用効果が得られることに加え
て、水と熱媒体の界面に波動が誘起され、両者間の熱交
換が促進されるほか、界面に発生した氷片が界面から離
脱し、浮上し易くなる。

【００２８】請求項１２に対応する発明は、請求項１乃
至請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄熱
装置において、氷蓄熱槽内の側壁の水と熱媒体との界面
付近に対応する部分を小摩擦物質で構成する。

【００２９】請求項１３に対応する発明は、請求項１乃
至請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄熱
装置において、氷蓄熱槽内の側壁の水と熱媒体との界面
付近に対応する部分に加熱手段を設ける。

【００３０】請求項１４に対応する発明は、請求項１３
に対応する発明の氷蓄熱装置において、加熱手段として
電熱を用いる。請求項１５に対応する発明は、請求項１
乃至請求項３の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄
熱装置において、氷蓄熱槽内の側壁の水と熱媒体との界
面付近に対応する部分に冷凍機の廃熱を利用して壁面を
加熱する加熱手段を設ける。

【００３１】上記請求項１２乃至請求項１５に対応する
発明の氷蓄熱装置にあっては、氷蓄熱槽内の側壁に氷片
の付着防止対策がとられているので、水と熱媒体との界
面に氷片が付着し成長して界面を塞ぐという問題を解決
することができる。

【００３２】請求項１６に対応する発明は、請求項１乃
至請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明の氷蓄熱
装置において、氷蓄熱槽内の水と熱媒体との界面を覆う
ように薄膜を設ける。

【００３３】上記請求項１６に対応する発明の氷蓄熱装
置にあっては、上記請求項１乃至請求項４に対応する発
明と同様の作用効果が得られることに加えて、水と熱媒
体との界面に薄膜が張られているので、両液体を完全に
分離した状態で氷の生成ができる。

【００３４】請求項１７に対応する発明は、内部側壁に
設けられた複数段の棚部にそれぞれ一体的に構成された
熱媒体貯溜部を有し、内部に水が蓄えられると共に、前
記熱媒体貯溜部に水に対して不溶性で水より密度が大き
く、且つ凝固点が０℃以下の熱媒体を貯溜した氷蓄熱槽
と、この氷蓄熱槽の前記各棚部の熱媒体貯溜部に設けら
れ前記熱媒体に冷熱を与える熱媒体冷却手段と、前記氷
蓄熱槽内の水を前記各棚部に循環させる水循環系統とを
備え、前記氷蓄熱槽の各棚部の熱媒体を前記熱媒体冷却
手段により０℃以下に冷却し、氷蓄熱槽内に氷を生成し
て蓄積する。

【００３５】上記請求項１７に対応する発明の氷蓄熱装
置にあっては、上記請求項１に対応する発明と同様の作
用効果が得られることに加えて、熱媒体と水の熱交換部
が棚状になっているので、単位設置面積当たりの氷片の
発生量を増大できる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による氷蓄熱装置の第
１の実施の形態の基本的概念を示す構成図である。図１
において、１は氷蓄熱槽で、この氷蓄熱槽１内には水２
が蓄えられると共に、その下層部に水２に対して不溶性
で水２より密度が大きく、且つ凝固点が０℃以下の熱媒
体３が溜めてある。また、この熱媒体３の貯溜部には冷
媒配管４が往復路を形成するように配設されると共に、
氷蓄熱槽１の外部に設置された冷凍機５に接続され、こ
の冷凍機５との間で冷媒が氷蓄熱槽１内の冷媒配管４を
通して循環する冷却系統を構成している。

【００３７】この場合、冷凍機５は内部で冷媒が冷凍サ
イクルにより冷熱を発生するものであるが、冷凍機５内
で減圧された液体状態の冷媒は氷蓄熱槽１内の熱媒体３
中に配設された冷媒配管４を流れる過程でその周囲の熱
媒体３の熱を奪って蒸発し、再び冷凍機５に戻るように
なっている。つまり、氷蓄熱槽１内の熱媒体３が停留す
る部分が冷凍機５の蒸発器になっている。

【００３８】一方、６は氷蓄熱槽１内の冷水２を外部へ
流出させるための冷水ポンプで、この冷水ポンプ６によ
り流出した冷水は熱負荷７に供給された後、氷蓄熱槽１
の上部に浮遊する氷塊８上に戻されるようになってい
る。

【００３９】このような構成の氷蓄熱装置において、冷
凍機５を運転すると、熱媒体３の温度が低下し、やがて
熱媒体３と水２の境界面近傍の部分は水温が０℃以下に
なるので、この部分に氷片９が発生する。この氷片９は
密度が水２よりも小さいため、境界面の動揺などで熱媒
体３との接触が切れると、水面に浮上し集まって氷塊８
となる。氷蓄熱槽１で冷やされた水２は冷水ポンプ６で
熱負荷７に送られ、熱負荷７を冷却することにより、自
らは温度が上昇して氷蓄熱槽１に戻る。

【００４０】上記第１の実施の形態の基本的特徴は、熱
媒体３を氷蓄熱槽１外に抽出することなく、製氷機能を
満たしているので、熱媒体を外部に取出すためのポンプ
や配管等が不要となり、また配管中で氷結して管路が閉
塞することもなくなる。

【００４１】さらに、冷凍機５の冷媒蒸発器が熱媒体３
の冷却器となっており、途中に熱輸送のための媒体を介
在させないので、系統が単純であるほか、冷媒から熱媒
体３への効果的な熱交換が可能となる。

【００４２】なお、上記水２とは純粋なＨ₂ Ｏを意味し
ている訳ではなく、添加剤等を混入させたもの、つまり
水溶液を意味している。しかし、厳密には水溶液である
としても、基本的にはＨ₂ Ｏの特性を使用するのが目的
なので、ここでは全て「水」の表現をすることにする。

【００４３】図２は本発明による氷蓄熱装置の第２の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００４４】第２の実施の形態では、氷蓄熱槽１内の熱
媒体３の貯溜部にヒートパイプ１０を設け、このヒート
パイプ１０を外部の冷凍機５に接続して冷凍機５で生じ
る冷熱をヒートパイプ１０を通して熱媒体３に伝えるよ
うにしたものである。

【００４５】このような構成の氷蓄熱装置とすれば、系
統が単純になる上、冷凍機５から熱媒体３への熱輸送に
関して動力を必要としないので、保守並びに管理が容易
である。

【００４６】なお、上記ではヒートパイプ１０を熱輸送
手段として用いたが、ドリームパイプ（日本機械学会誌
第90巻第824 号第911 頁（昭和62年 7月）参照）等も同
様に適用可能である。

【００４７】図３は本発明による氷蓄熱装置の第３の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００４８】第３の実施の形態では、冷凍機に代えてＬ
ＮＧ（液化天然ガス）タンク１１を設置し、また氷蓄熱
槽１内の熱媒体３の貯溜部には冷媒配管に代えてＬＮＧ
配管１２を往復路が形成されるように配設すると共に、
その一端が氷蓄熱槽１の外部に設置されたＬＮＧタンク
１１にＬＮＧポンプ１３を介して接続され、他端は氷蓄
熱槽１の外部より図示しない需要先へ気化したＬＮＧが
送られるように接続されるものである。

【００４９】このような構成の氷蓄熱装置において、Ｌ
ＮＧタンク１１内のＬＮＧはＬＮＧポンプ１３で氷蓄熱
槽１内にＬＮＧ配管１２を通して送られ、ここで熱媒体
３を冷却した後、気体となって図示しない需要先へ送ら
れる。

【００５０】ここで、ＬＮＧは−１６２℃の低温で貯蔵
されており、ガス燃料として使用するときには一般に海
水等により加熱し、気化している。そこで、ＬＮＧが身
近にあるような条件のところでは、ＬＮＧの気化熱を有
効活用して氷蓄熱槽１内の熱媒体３を冷却することによ
り、図３に示すように冷凍機を使わずに氷蓄熱を実現で
きる。

【００５１】従って、第３の実施の形態では熱媒体３の
冷却をＬＮＧの冷熱で行うので、冷熱の有効利用が図ら
れるほか、冷凍機のような冷熱発生設備やその運転動力
が不要である。

【００５２】図４は本発明による氷蓄熱装置の第４の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００５３】第４の実施の形態では、図１と同様に氷蓄
熱槽１内の熱媒体３の貯溜部に図示しない冷凍機より冷
媒が送られる冷媒配管４を配設すると共に、さらに熱媒
体３中に複数基（ここでは３基）の波動発生装置（例え
ばダクトプロペラ）１４を設けて熱媒体３と水２との界
面に波動が生じるようにしたものである。

【００５４】ここで、波動とは、水２と熱媒体３との界
面での両者の相対的な運動のことであり、それぞれの物
質にとって循環電流でも良いし、鉛直方向あるいは水平
方向の脈動でもよい。また、大きな振幅の波に超音波振
動を重ねたようなものでも良い。

【００５５】このような構成の氷蓄熱装置において、３
基のダクトプロペラ１４を回転駆動すると、熱媒体３は
水２と熱媒体３との界面に向かって吹上げ、その位置で
は熱媒体３の液面が盛上がり、それが崩れ落ちるときに
周囲の水２との間に激しい相対運動が生じるほか、水２
と熱媒体３との界面が波立つ。

【００５６】従って、このように波動を起こさせること
により、熱媒体３と水２の間の熱交換が促進され、水２
が効率良く冷却されるばかりでなく、両液体の界面に発
生した氷塊６が界面から離脱し易くなるので、製氷効果
が一段と加速される。

【００５７】なお、上記では波動発生装置１４としてダ
クトプロペラを用いたが、界面にそのような運動を生じ
させる構造であれば、振動板のような方式や、その他の
複数の種類のものを併用したものでも良い。

【００５８】さらに、波動は常に一定の動きである必要
はなく、氷片９の発生状況、氷塊８の形成状況等に応じ
て適宜変化させ得る方式が望ましい。図５は本発明によ
る氷蓄熱装置の第５の実施の形態の基本的概念を示す構
成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

【００５９】第５の実施の形態では、図１と同様に氷蓄
熱槽１内の熱媒体３の貯溜部に図示しない冷凍機より冷
媒が送られる冷媒配管４を配設すると共に、さらに氷蓄
熱槽１内の底部に上面が傾斜面に形成されたブロック体
１５を設け、その傾斜上部側に例えばダクトプロペラの
ような熱媒体循環装置１６を設け、この熱媒体循環装置
１６により熱媒体を傾斜上端に供給し、そこからブロッ
ク体１５の傾斜面を流下するようにしたものである。

【００６０】このような構成の氷蓄熱装置において、ブ
ロック体１５の傾斜面を流下する熱媒体３とそれに接す
る水２との間には相対位置の変化が生じるので、図４の
場合と同様の効果が得られるほか、熱媒体３の流れに引
き摺られて水２側にも循環流が生じるので、界面から離
脱した氷片９の浮上にも効果的である。

【００６１】なお、ブロック体１５の傾斜面はブロック
体全長に亘って傾斜角一定である必要はなく、また全面
的、部分的に傾斜角度が可変の構造としたり、階段状と
しても良い。また、傾斜の方向も氷蓄熱槽１の形状や寸
法に応じて決めればよく、一方向に限る必要はない。

【００６２】図６は本発明による氷蓄熱装置の第６の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図４と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００６３】第６の実施の形態では、氷蓄熱槽１の底面
の複数箇所に凹部１７を設け、これらの凹部１７に例え
ばダクトプロペラのような波動発生装置１４を設けるよ
うにしたものである。

【００６４】ここで、熱媒体３中に波動発生装置１４を
設ける場合、水２の中に突き出る部分があると、そこに
氷結が生じて氷柱のように成長し、波動の発生を妨げた
り、氷片９の離脱や浮上を阻害したりする。そこで、波
動発生装置１４は熱媒体３中に没していることが望まし
いが、波動発生装置１４を熱媒体中に完全に没した状態
にするためには、熱媒体３の溜まりの深さをそれ相当に
確保しなければならず、その結果貯溜する熱媒体３の分
量が多くなり、その分氷蓄熱槽１内の水２の保有量が少
なくなる。

【００６５】上記のような構成の氷蓄熱装置において
は、氷蓄熱槽１の底面の複数箇所に設けられた凹部１７
に熱媒体循環装置１４を設ける構成としているので、熱
媒体３の溜まりの深さを稼ぐことができる上、熱媒体３
の分量を削減することが可能となり、さらにはその分氷
蓄熱槽１内の水２の保有量が増大する。

【００６６】図７は本発明による氷蓄熱装置の第７の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００６７】第７の実施の形態では、図１と同様に氷蓄
熱槽１内の熱媒体３の貯溜部に図示しない冷凍機より冷
媒が送られる冷媒配管４を配設すると共に、水中に取水
口部２０と放水口部２１を設け、これら取水口部２０及
び放水口部２１間を配管により接続して水循環系統１８
を形成し、その中途に水循環ポンプ１９を設ける構成と
するものである。

【００６８】このような構成の氷蓄熱装置において、水
循環ポンプ１９を運転することにより水２に循環流が生
じ、その動きにより水２と熱媒体３との界面が波立つ。
従って、このように波動を起こさせることにより、熱媒
体３と水２の間の熱交換が促進され、水２が効率良く冷
却されるばかりでなく、両液体の界面に発生した氷片９
が界面から離脱し易くなるので、製氷効果が一段と加速
される。さらに、水２の循環が図５の場合よりも能動的
になるので、界面から離脱した氷片９の浮上にも一層効
果的である。

【００６９】なお、水循環系統１８は氷蓄熱槽１に対し
て１系統に限る必要がなく、氷蓄熱槽１の形状や寸法に
応じて複数の系統としても良い。また、水循環系統１８
の取水口部２０、放水口部２１の位置や方向、形状等は
固定する必要がないばかりでなく、可変として水２と熱
媒体３との界面での氷片９の発生状況、水面での氷塊８
の形成状況、氷蓄熱槽１の側壁への氷片９の付着状況
等、諸状況に応じて取水及び放水の状態を最適にするこ
とも考えられる。

【００７０】例えば、放水口部２１からの噴流を強弱変
化させることで水２と熱媒体３の界面の波動への影響度
を変えることができ、また氷蓄熱槽１の側壁への噴流を
向けることで、後述するような氷蓄熱槽１の側壁への氷
片９の付着防止の手段ともなり得る。

【００７１】そして、これらの噴流の各種変化は、制御
装置で制御すれば良いが、単に周期的に変化を繰返すだ
けで済むのであれば、水流により機能する機械的タイマ
ー機構や、水流の反動作用等を放出口部２１自身に持た
せることにより、特別な制御装置を設けなくても実施可
能である。

【００７２】図８は本発明による氷蓄熱装置の第８の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００７３】第８の実施の形態では、図１と同様に氷蓄
熱槽１内の熱媒体３の貯溜部に図示しない冷凍機より冷
媒が送られる冷媒配管４を配設すると共に、水中に複数
台の撹拌機２２を設け、これらの撹拌機２２により水２
を撹拌することにより第７の実施の形態と同様の作用効
果を得ることができる。

【００７４】この場合、撹拌機２２は氷蓄熱槽１の形状
や寸法に応じて複数のものを適宜配置すれば良く、それ
ぞれは同一仕様のものでも異なる仕様のものでも良い。
また、その設置位置や運転形態は一定に固定する必要が
なく、水２と熱媒体３との界面での氷片９の発生状況、
水面での氷塊８の形成状況、氷蓄熱槽１の側壁への氷片
９の付着状況等、諸状況に応じて最適な対応が可能であ
ることが好ましい。

【００７５】図９は本発明による氷蓄熱装置の第９の実
施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。

【００７６】前述した第１の実施の形態乃至第８の実施
の形態によれば、水２と熱媒体３の界面の面積は氷蓄熱
槽１の底面積にほぼ等しい。そのため、熱媒体３から水
２への伝熱面積が限られてしまう。

【００７７】第９の実施の形態では、図９に示すように
氷蓄熱槽１内の側壁に複数段の棚部１ａを設けると共
に、各棚部１ａに熱媒体貯溜部を一体的に構成し、これ
ら各棚部１ａの熱媒体貯溜部に熱媒体３をそれぞれ溜
め、また図示しない冷凍機より冷媒が送られる冷媒配管
４を配設し、且つ各棚部１ａ内に水循環ポンプ１９によ
り氷蓄熱槽１内の水中に設けられた取水口部より取入れ
た水を放出する水循環系統１８を設ける構成としたもの
である。

【００７８】このような構成の氷蓄熱装置とすれば、氷
蓄熱槽１内の側壁に複数段の棚部１ａを設ける構成とす
ることにより、単位設置面積当たりの伝熱面積を増大さ
せることができ、また各棚部１ａで発生した氷片９を水
循環系統１８からの水流で氷蓄熱槽１内に押し流すこと
により、蓄熱される。

【００７９】なお、図９では氷蓄熱槽１内の底面は単な
る水槽の構造としているが、この部分にも熱媒体３を溜
め、ここからも氷片９を発生させるようにしても良い。
図１０は本発明による氷蓄熱装置の第１０の実施の形態
の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついて述べる。

【００８０】前述した第１の実施の形態乃至第９の実施
の形態で、氷片９を発生させると氷蓄熱槽１内の側壁の
水２と熱媒体３との界面部分に発生した氷片９が側壁に
付着して浮上せず、そこから氷蓄熱槽１内部に向かって
成長するという現象が生じる可能性がある。このような
現象は水２と熱媒体３との界面を封鎖する状態をもたら
すので、過度に至らぬようにしなければならない。

【００８１】第１０の実施の形態では、図１０に示すよ
うに氷蓄熱槽１内の水２と熱媒体３との界面部分に相当
する側壁を摩擦の小さい物質、例えばテフロンからなる
小摩擦物質２３で構成するものである。

【００８２】このような構成とすれば、側壁への氷片９
の付着が生じないので、上述した問題を解消することが
できる。上記構成は図１乃至図９に示す第１乃至第９の
実施の形態に対してそれぞれ適用できるものである。

【００８３】図１１は本発明による氷蓄熱装置の第１１
の実施の形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分について述べる。

【００８４】第１１の実施の形態では、図１１に示すよ
うに氷蓄熱槽１内の側壁の水２と熱媒体３との界面部分
に加熱器２４を設ける構成としたものである。このよう
な構成とすれば、第１０の実施の形態と同様に水２と接
する部分の壁面温度が０℃以下になるのを防いでいるの
で、側壁への氷片９の付着が生じず、上述の問題を解消
することができる。

【００８５】この場合、加熱器２４としては、電熱でも
良く、また冷凍機の排熱を導くことも考えられる。冷凍
機の排熱であれば製氷作業のときは必ず発生する排熱を
利用するので、省エネルギー効果もある。また、加熱器
２４は氷蓄熱槽１内の側壁に限ることなく、側壁外面に
設置しても良く、側壁の構造内部に埋め込むようにして
もよい。

【００８６】上記構成は図１乃至図９に示す第１乃至第
９の実施の形態に対してそれぞれ適用できるものであ
る。図１２は本発明による氷蓄熱装置の第１２の実施の
形態の基本的概念を示す構成図で、図１と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分について述べる。

【００８７】第１２の実施の形態では、氷蓄熱槽１内の
水２と熱媒体３との界面全体を覆うように薄膜２５を配
設し、熱媒体３と水２とを薄膜２５を介して接するよう
にしたものである。

【００８８】このような構成の氷蓄熱装置とすれば、水
２と熱媒体３は完全に分離されるので、相互の微量の溶
解や微小液滴の混入等が防止できる。また、この薄膜２
５は十分な面積を持つものとすれば、水２と熱媒体３の
界面の波動にも対応可能となし得る。上記構成は図１乃
至図１１に示す第１乃至第１１の実施の形態に対してそ
れぞれ適用できるものである。

【００８９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、熱媒
体を外部に取出したり、戻したりする配管やポンプを不
要にして熱媒体を削減でき、また配管からの漏洩や配管
内部の凍結を防止できる動的製氷方式の氷蓄熱装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明よる氷蓄熱装置の第１の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図２】本発明よる氷蓄熱装置の第２の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図３】本発明よる氷蓄熱装置の第３の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図４】本発明よる氷蓄熱装置の第４の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図５】本発明よる氷蓄熱装置の第５の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図６】本発明よる氷蓄熱装置の第６の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図７】本発明よる氷蓄熱装置の第７の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図８】本発明よる氷蓄熱装置の第８の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図９】本発明よる氷蓄熱装置の第９の実施の形態の基
本的概念を示す構成図。

【図１０】本発明よる氷蓄熱装置の第１０の実施の形態
の基本的概念を示す構成図。

【図１１】本発明よる氷蓄熱装置の第１１の実施の形態
の基本的概念を示す構成図。

【図１２】本発明よる氷蓄熱装置の第１２の実施の形態
の基本的概念を示す構成図。

【図１３】従来の氷蓄熱装置を示し、（ａ）は構成図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図。

【符号の説明】

１……氷蓄熱槽２……水３……熱媒体４……冷媒配管５……冷凍機６……冷水ポンプ７……熱負荷８……氷塊９……氷片１０……ヒートパイプ１１……ＬＮＧタンク１２……ＬＮＧ配管１３……ＬＮＧポンプ１４……波動発生装置１５……ブロック体１６……熱媒体循環装置１７……凹部１８……水循環系統１９……水循環ポンプ２０……取水口部２１……放水口部２２……撹拌機２３……小摩擦物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下勝也神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者八文字孝幸神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者渡邊裕東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に水が蓄えられると共に、その下層
の貯溜部に水に対して不溶性で水より密度が大きく、且
つ凝固点が０℃以下の熱媒体を貯溜した氷蓄熱槽と、こ
の氷蓄熱槽の貯溜部に設けられ前記熱媒体に冷熱を与え
る冷熱伝達手段と、前記氷蓄熱槽の外部に設けられ前記
冷熱伝達手段に冷媒を供給する冷凍機とを備え、前記氷
蓄熱槽の下層部の熱媒体を前記冷凍機より前記冷熱伝達
手段に供給される冷媒により０℃以下に冷却し、前記氷
蓄熱槽内に氷を生成して蓄積することを特徴とする氷蓄
熱装置。
【請求項２】請求項１記載の氷蓄熱装置において、前
記冷熱伝達手段は前記冷凍機の冷媒蒸発器として機能さ
せ、熱媒体が直接０℃以下に冷却されることを特徴とす
る氷蓄熱装置。
【請求項３】請求項１記載の氷蓄熱装置において、前
記冷熱伝達手段は一端が前記冷凍機の冷熱発生部に、他
端は前記氷蓄熱槽の底部の熱媒体層に通じるヒートパイ
プにより構成され、該ヒートパイプを伝わる冷熱で前記
熱媒体が０℃以下に冷却されることを特徴とする氷蓄熱
装置。
【請求項４】内部に水が蓄えられると共に、その下層
の貯溜部に水に対して不溶性で水より密度が大きく、且
つ凝固点が０℃以下の熱媒体を貯溜した氷蓄熱槽と、こ
の氷蓄熱槽の貯溜部に設けられ前記熱媒体層内に配設さ
れた液化天然ガス（ＬＮＧ）配管とを備え、この液化天
然ガス配管内に供給されるＬＮＧの冷熱で前記熱媒体を
直接０℃以下に冷却することを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４の何ずれか一つの
項に記載の氷蓄熱装置において、前記熱媒体層内に、熱
媒体に流動もしくは脈動のような動きを発生させる手段
を設けたことを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項６】請求項５記載の氷蓄熱装置において、前
記脈動を発生させる装置を前記氷蓄熱槽内の底部に形成
した凹部に設置したことを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項４の何ずれか一つの
項に記載の氷蓄熱装置において、前記氷蓄熱槽内の底部
に傾斜面又は段差部等の高低差を有するブロック体を設
け、このブロック体の上端部側に前記熱媒体を循環させ
る手段を設けたことを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項７の何ずれか一つの
項に記載の氷蓄熱装置において、前記氷蓄熱槽内の水中
に該水を流動させる手段を設けたことを特徴とする氷蓄
熱装置。
【請求項９】請求項８記載の氷蓄熱装置において、水
を流動させる手段は水中に設けた取水口部と放水口部と
の間を配管により結び、且つ配管の途中に水ポンプを設
けてなる水循環系により構成したことを特徴とする氷蓄
熱装置。
【請求項１０】請求項８記載の氷蓄熱装置において、
水を流動させる手段は撹拌機であることを特徴とする氷
蓄熱装置
【請求項１１】請求項９記載の氷蓄熱装置において、
取水口部及び放水口部はそれぞれの位置や方向が可変可
能な機能を有することを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項１２】請求項１乃至請求項４の何ずれか一つ
の項に記載の氷蓄熱装置において、氷蓄熱槽内の側壁の
水と熱媒体との界面付近に対応する部分を小摩擦物質で
構成したことを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項１３】請求項１乃至請求項４の何ずれか一つ
の項に記載の氷蓄熱装置において、氷蓄熱槽内の側壁の
水と熱媒体との界面付近に対応する部分に加熱手段を設
けたことを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項１４】請求項１３記載の氷蓄熱装置におい
て、加熱手段は電熱であることを特徴とする氷蓄熱装
置。
【請求項１５】請求項１乃至請求項３の何ずれか一つ
の項に記載の氷蓄熱装置において、氷蓄熱槽内の側壁の
水と熱媒体との界面付近に対応する部分に冷凍機の廃熱
を利用して壁面を加熱する加熱手段を設けたことを特徴
とする氷蓄熱装置。
【請求項１６】請求項１乃至請求項４の何ずれか一つ
の項に記載の氷蓄熱装置において、氷蓄熱槽内の水と熱
媒体との界面を覆うように薄膜を設けたことを特徴とす
る氷蓄熱装置。
【請求項１７】内部側壁に設けられた複数段の棚部に
それぞれ一体的に構成された熱媒体貯溜部を有し、内部
に水が蓄えられると共に、前記熱媒体貯溜部に水に対し
て不溶性で水より密度が大きく、且つ凝固点が０℃以下
の熱媒体を貯溜した氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽の前記各
棚部の熱媒体貯溜部に設けられ前記熱媒体に冷熱を与え
る熱媒体冷却手段と、前記氷蓄熱槽内の水を前記各棚部
に循環させる水循環系統とを備え、前記氷蓄熱槽の各棚
部の熱媒体を前記熱媒体冷却手段により０℃以下に冷却
し、前記氷蓄熱槽内に氷を生成して蓄積することを特徴
とする氷蓄熱装置。