JPH10325657A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備の小型化を図ることができ、かつ長時間
連続的に設備を運転することができる氷蓄熱装置を提供
する。 【解決手段】 本発明は、水に不溶解且つ水よりも大き
な比重の冷却媒体を冷却する冷却部と、冷却部により冷
却された冷却媒体を製氷装置容器内の水中に射出するノ
ズル５と、製氷装置容器内に設けられ、ノズルから射出
された冷却媒体を製氷装置容器内の貯氷部へ導くための
バッフル板７と、製氷装置容器内に設けられ、バッフル
板によって貯氷部へ導かれた冷却媒体を冷却部に供給す
るための吸込孔１１が形成された多孔板１２とを具備す
る氷蓄熱装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用として冷熱
を供給する設備に使用されたり、空調用として高層建築
の空調設備などに使用される氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、安価な深夜電力を利用し、更に昼
間に集中する冷房用電力需要を低減することが可能で、
かつ熱源機器容量の低減や契約電力の低減も図れること
から、氷蓄熱を有する空調システムは、ビル空調や地域
冷暖房システムなどの比較的大容量の空調システムへの
適用が期待されている。

【０００３】特に、最近では、夏季の昼間の冷房負荷が
急速に増大し、電力の安定供給が阻害される恐れもあ
り、社会的にも夜間電力の有功活用が望まれる状況とな
っている。

【０００４】このような背景から、蓄熱層を有する空調
設備が多数提案され、既に稼動状況のものもあり、特に
蓄熱容量を従来の水蓄熱と比べて大幅に増大することの
できる氷蓄熱装置の実用化が進められている。

【０００５】この氷蓄熱装置は、蓄熱槽に流動性を有す
るシャーベット状の氷粒を蓄え、これを昼間の冷房用の
冷熱源として空気調和機などに利用したり、あるいは製
氷部で生成された氷粒重水を直接空気調和機などに供給
して冷房用の冷熱源とするものである。

【０００６】この氷蓄熱装置の一例としては、米国特許
第２９９６８９４号、特開平５−２２３２９１号公報な
どに開示されたものがある。これらは、いずれも空調用
潜熱蓄熱装置であり、潜熱蓄熱体（第１の液体）として
水を用い、冷凍機に於いて０℃以下に冷却された冷却媒
体（第２の液体：非水溶性不凍液、以下不凍液という）
を、水中に噴出させて水と直接接触交換させて氷粒を連
続的に生成する方式である。

【０００７】このような直接接触方式の潜熱蓄熱装置
は、第１の液体と第２の液体との間に熱交換装置がない
ため熱損失が少なく、高効率で微細な氷粒を生成するこ
とができる。

【０００８】また、この氷粒は浮力や水流とともに移動
するので、常に、０℃の水と不凍液とが接触することに
より製氷されるため、高い製氷効率を得ることができ
る。図５は、従来の氷蓄熱装置の製氷装置容器を示す部
分断面図である。

【０００９】同図に示すように、氷蓄熱装置１の製氷装
置容器内部は、氷を生成するための製氷部２、製氷部２
において生成された氷を貯えるための貯氷部３、不凍液
を貯えるための貯留部４に別れている。

【００１０】上記製氷部２と貯氷部３とは隔壁６によっ
て仕切られている。また、同図において、５は不凍液を
射出するための不凍液ノズルであり、７は不凍液ノズル
５から射出した不凍液の流れの向きを変えるためのバッ
フル板である。

【００１１】また、８は不凍液を外部に取り出すための
出口ノズルであり、９は氷粒、１０は水と不凍液との界
面を示し、１３は、主に不凍液により構成される泡を示
している。

【００１２】不凍液ノズル５から流出した不凍液は、製
氷部２内において周囲の水と熱交換し、氷の粒を生成し
た後、図中の矢印の流れに示すようにバッフル板７によ
って流れの向きを変え貯氷部３に流れる。

【００１３】この間に水、氷と不凍液はその密度差によ
って分離され、不凍液は貯留部４へ流入し、水と氷とは
貯氷部３へ流入する。貯留部４の不凍液は、出口ノズル
８から外部に取り出され、図示しない冷凍機で冷却さ
れ、再度、不凍液ノズル５から機内に流入する。一方、
生成された氷は、貯氷部３に蓄積され、図示しない冷水
取り出し系統から冷熱を外部に供給する。

【００１４】このように、従来の氷蓄熱装置において
は、製氷部下部に不凍液の貯留部を設け、水と分離され
た不凍液がある程度の深さを持って滞留するように構成
し、この貯留部４に出口ノズルを配することによって不
凍液を取り出していた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図５に示したような氷
蓄熱装置の製氷装置容器においては、出口ノズル５から
流出し、水と熱交換した不凍液は、ある程度の流速を持
って貯留部４の不凍液と水との界面１０に衝突する。

【００１６】このとき水の薄膜中に不凍液を包含する泡
１３が界面１０に生成される。この泡１３は、その大部
分が不凍液で構成されるため比重は不凍液に近く、不凍
液の流れに乗って泡が外部に流出する。

【００１７】図５に示すように、一般に、貯留部４の流
路面積と出口配管の断面積は大きく異なり、また、形状
も異なるため出口ノズル８の入口近傍では、図中に矢印
で示す偏流が生じ易く、流れの速い部分が不凍液と水と
の界面１０、或いは充分に分離の進んでいない混合領域
（図中Ａ部）に近い場合には、不凍液とともに水が出口
ノズル８から流出し易い。

【００１８】水が不凍液に混入したまま流出すると、下
流配管の弁、フィルタへの氷粒の付着や冷凍機内での凍
結を引き起こし、その結果、長時間にわたる設備の安定
した連続運転を行なうことが困難になるという問題があ
った。また、このようなことから設備の構造も大きくな
りがちになるため、建設費が増大してしまうという問題
があった。

【００１９】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、設備の小型化を図ることができ、かつ長時間連
続的に設備を運転することができる氷蓄熱装置を提供す
ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】従って、まず、上記目的
を達成するために第１の発明は、水に不溶解且つ水より
も大きな比重の冷却媒体を冷却する冷却手段と、前記冷
却手段により冷却された冷却媒体を製氷装置容器内の水
中に射出するノズルと、前記製氷装置容器内の前記冷却
媒体中に設けられ、前記ノズルによって射出された冷却
媒体を前記冷却手段に供給するための吸込孔が形成され
た多孔板とを具備する氷蓄熱装置である。

【００２１】また、第２の発明は、水に不溶解且つ水よ
りも大きな比重の冷却媒体を冷却する冷却手段と、前記
冷却手段により冷却された冷却媒体を製氷装置容器内の
水中に射出するノズルと、前記製氷装置容器内の前記冷
却媒体中に設けられ、前記ノズルによって射出された冷
却媒体を前記冷却手段に供給するための吸込孔が形成さ
れた多孔板とを具備し、前記吸込孔の径は、前記多孔板
を通過する冷却媒体の流速が一定となるように形成され
ていることを特徴とする氷蓄熱装置である。

【００２２】さらに、第３の発明は、水に不溶解且つ水
よりも大きな比重の冷却媒体を冷却する冷却手段と、前
記冷却手段により冷却された冷却媒体を製氷装置容器内
の水中に射出するノズルと、前記製氷装置容器内の前記
冷却媒体中に設けられ、前記ノズルによって射出された
冷却媒体を前記冷却手段に供給するための出口ノズルに
連通するように接続されたマニホールドとを具備し、前
記マニホールドには、前記冷却媒体の流れ方向に対して
側面或いは下流に吸込孔が形成されていることを特徴と
する氷蓄熱装置である。

【００２３】さらに、第４の発明は、第３の発明におい
て、前記マニホールドの前記冷却媒体の流れ方向に対し
て上流側の側面にさらに吸込孔を形成し、この吸込孔に
バッフル板をさらに設けたことを特徴とする氷蓄熱装置
である。

【００２４】次に、各発明の作用について説明する。第
１の発明によれば、吸込孔が設置された多孔板を製氷装
置容器内の冷却媒体中に設置することにより、不凍液に
水や氷が混入することによる下流機器の凍結・目詰まり
などを防止することができる。

【００２５】第２の発明によれば、吸込孔が形成された
多孔板を用いることにより、多孔板の二次側では均一な
流速分布となり、偏流による不凍液中に水が混入するこ
とを防止することができ、その結果、長時間連続的に設
備を運転することができるようになる。

【００２６】第３の発明によれば、マニホールドに冷却
媒体の流れ方向に対して側面或いは下流に吸込孔が形成
されているので、上流側の影響を受けにくく、泡の吸い
込みを防止することができ、その結果、設備を長時間運
転することが可能になる。

【００２７】第４の発明によれば、マニホールドの側面
或いは下部のみならず、冷却媒体の流れに対して上流側
の側面にも吸込孔を形成するので、機器の寸法上の制約
がある場合にも長時間運転を行なうことが可能になる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る氷蓄熱装置の製氷装置容器を示す部分断面図で
ある。なお、図５と同一部分には、同一符号を付して説
明する。

【００２９】すなわち、従来の氷蓄熱装置と本実施の形
態の氷蓄熱装置と異なる点は、多孔板１２を内部に設け
ていることにある。同図に示すように、本実施の形態に
おける氷蓄熱装置１の製氷装置容器内部は、氷を生成す
るための製氷部２、製氷部２において生成された氷を貯
えるための貯氷部３、不凍液を貯えるための貯留部４に
別れている。

【００３０】上記製氷部２と貯氷部３とは隔壁６によっ
て仕切られている。また、同図において、５は不凍液を
射出するための不凍液ノズルであり、７は不凍液ノズル
５から射出した不凍液の流れの向きを変えるためのバッ
フル板である。

【００３１】また、８は不凍液を外部に取り出すための
出口ノズルであり、９は氷粒、１０は水と不凍液との界
面を示し、１３は、主に不凍液により構成される泡を示
している。

【００３２】さらに、製氷装置容器内の貯留部４におい
ては、バッフル板７と略平行に多孔板１２が設置されて
いる。この多孔板１２には、図１に示すように、貯留部
４に流入した不凍液を通過させるための複数の吸込孔１
１が形成されている。また、この多孔板１２は、同図に
示すように、不凍液中に設置されている。

【００３３】次に、不凍液ノズル５から射出された不凍
液が出口ノズル５に到達するまでの作用について説明す
る。不凍液ノズル５から流出した不凍液は、製氷部２内
において周囲の水と熱交換し、氷の粒を生成した後、バ
ッフル板７によって流れの向きを変えて貯氷部３に流れ
る。

【００３４】この間に水、氷と不凍液はその密度差によ
って分離され、不凍液は貯留部４へ流入し、水と氷とは
貯氷部３へ流入する。生成された氷は、貯氷部３に蓄積
され、図示しない冷水取り出し系統から冷熱を外部に供
給する。

【００３５】一方、不凍液貯留部４へ流入した不凍液
は、ある程度の流速をもって貯留部４へ流入するが、多
孔板１２の前後で不凍液の流速は、水滴や泡自身の浮力
によって不凍液中を上昇する速度よりも低く且つ一様に
なる。

【００３６】そして、多孔板１２の吸込孔１１を通過し
た不凍液は、出口ノズル８から外部に取り出され、図示
しない冷凍機によって冷却され、再度、不凍液ノズル５
から製氷装置容器内に射出される。

【００３７】したがって、本実施の形態の氷蓄熱装置に
よれば、吸込孔１１が設置された多孔板１２を製氷装置
容器内に設置することにより、泡を搬送する不凍液の流
速の早い部分がなくなり、その結果、不凍液の局部的な
高速流による泡の吸い込みを制御することができる。

【００３８】すなわち、多孔板１２の前後で不凍液の流
速を水滴や泡が自身の浮力によって不凍液中を上昇する
速度より低く、且つ一様にすることが達成され、これに
より、不凍液に水や氷が混入することによる下流機器の
凍結・目詰まりなどを防止することができる。 ＜第２の実施の形態＞次に、本発明の第２の実施の形態
に係る氷蓄熱装置について説明する。

【００３９】上述の第１の実施の形態の氷蓄熱装置にお
いては、不凍液に水や氷が混入することにより、下流機
器の凍結・目詰まりなどを防止することができるが、完
全に防止することはできなかった。

【００４０】本実施の形態の氷蓄熱装置は、不凍液に水
や氷が混入することを完全に防止することができるもの
である。すなわち、本実施の形態の氷蓄熱装置において
は、上述の第１の実施の形態において設置した多孔板１
２に形成された吸込孔１１の大きさを場所によって変化
させることにより、上記目的を確実ならしめるものであ
る。

【００４１】吸込孔１１の大きさは、全体の形状、不凍
液の流入形態及び出口ノズルの位置、大きさ等により一
概には決定することができないが、一般的には、多孔板
１２に直角方向の速度成分の大きいところでは、孔径を
小さく、逆に多孔板に平行する速度成分の大きいところ
では孔径を大きくとるのが原則である。

【００４２】この様に、吸込孔１１が形成された多孔板
１２を用いることにより、多孔板１２の二次側では均一
な流速分布となり、偏流による不凍液中に水が混入する
ことを防止することができ、その結果、長時間連続的に
設備を運転することができるようになる。 ＜第３の実施の形態＞次に、本発明の第３の実施の形態
に係る氷蓄熱装置について説明する。

【００４３】本実施の形態の氷蓄熱装置は、上述の第１
の実施の形態及び第２の実施の形態において述べた多孔
板１２の代わりに吸い込みマニホールド２１を設置する
ものである。

【００４４】図２は、本発明の第３の実施の形態に係る
氷蓄熱装置の製氷装置容器を示す部分断面図であり、図
３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。なお、図１と同一部
分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００４５】同図に示すように、本実施の形態の氷蓄熱
装置においては、製氷装置容器内に出口ノズル８と連通
するようにマニホールド２１が接続されている。このマ
ニホールド２１は、図３に示すように、５つに分岐して
おり、この分岐した分岐配管には、不凍液を吸い込むた
めの吸込孔２２がそれぞれ形成されている。なお、この
マニホールド２１も、上述の多孔板１２と同様に、不凍
液中に配置されている。

【００４６】これら吸込孔２２は、マニホールド２１の
側面に形成される。そして、この吸込孔２２に吸い込ま
れた不凍液は、出口ノズル８を介して上述のように、冷
凍機に供給される。

【００４７】すなわち、このようにマニホールド２１の
側面に形成された吸込孔２２では、上流側の影響を受け
にくく、泡の吸い込みを防止することができる。したが
って、本実施の形態の氷蓄熱装置によれば、長時間連続
的に設備を運転することができるようになる。

【００４８】なお、上述の説明においては、マニホール
ド２１の側面に吸込孔２２を形成するようにしたが、不
凍液の下流側、すなわち、マニホールド２１の下部に吸
込孔を形成するようにしてもよい。 ＜第４の実施の形態＞次に、本発明の第４の実施の形態
に係る氷蓄熱装置について説明する。

【００４９】上述の第３の実施の形態において説明した
側面或いは下部に吸込孔を形成した吸込マニホールド
は、機器の寸法上の制約などで実施し得ない場合があ
る。本実施の形態の氷蓄熱装置は、このような場合に有
効なものであり、上述の第３の実施の形態の吸い込みマ
ニホールドに対して、さらに上部に吸込孔を形成し、こ
の吸込孔に対して第２のバッフル板を取り付けたもので
ある。

【００５０】図４は、本発明の第４の実施の形態に係る
氷蓄熱装置のマニホールドを示す部分断面図である。同
図に示すように、本実施の形態の吸い込みマニホールド
２１の上流側の側面には吸込孔２２が形成されている。
そして、この吸込孔２２の近傍には、支持板３２を介し
て第２のバッフル板３１が取り付けられている。

【００５１】このような構成の氷蓄熱装置においては、
吸込孔２２の近傍に設けられた第２のバッフル板３１に
より主流からの直接吸込みを防止し、流れを乱さないよ
うにするとともに、流れに鋭角の曲がりを与え、気泡が
消えやすくなる。

【００５２】したがって、本実施の形態の氷蓄熱装置に
よれば、長時間連続的に設備を運転することができるよ
うになる。なお、上述の実施の形態においては、製氷装
置容器内に第２のバッフル板３１が取り付けられている
場合について説明したが、この第２のバッフル板３１は
なくてもよい。

【００５３】したがって、第１の実施の形態乃至第４の
実施の形態の氷蓄熱装置によれば、不凍液と水とを直接
接触させることにより、細かい粒状の氷を連続的に発生
させる氷蓄熱装置において、不凍液と水との分離効率を
向上させ、その混入による連続運転に対する阻害要因を
除去することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
設備の小型化を図ることができ、かつ長時間連続的に設
備を運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る氷蓄熱装置の
製氷装置容器を示す部分断面図である。

【図２】本発明の第３の実施の形態に係る氷蓄熱装置の
製氷装置容器を示す部分断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る氷蓄熱装置の
マニホールドを示す断面図である。

【図５】従来の氷蓄熱装置の製氷装置容器を示す部分断
面図である。

【符号の説明】

１…氷蓄熱装置、 ２…製氷部、 ３…貯氷部、 ４…貯留部、 ５…不凍液ノズル、 ６…隔壁、 ７…バッフル板、 ８…出口ノズル、 ９…氷粒、 １０…水と不凍液との界面、 １１…吸込孔、 １２…多孔板、 １３…泡、 ２１…吸い込みマニホールド、 ２２…吸込孔、 ３１…第２のバッフル板、 ３２…支持板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水に不溶解且つ水よりも大きな比重の冷
   却媒体を冷却する冷却手段と、 前記冷却手段により冷却された冷却媒体を製氷装置容器
   内の水中に射出するノズルと、 前記製氷装置容器内の前記冷却媒体中に設けられ、前記
   ノズルによって射出された冷却媒体を前記冷却手段に供
   給するための吸込孔が形成された多孔板とを具備するこ
   とを特徴とする氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 水に不溶解且つ水よりも大きな比重の冷
   却媒体を冷却する冷却手段と、 前記冷却手段により冷却された冷却媒体を製氷装置容器
   内の水中に射出するノズルと、 前記製氷装置容器内の前記冷却媒体中に設けられ、前記
   ノズルによって射出された冷却媒体を前記冷却手段に供
   給するための吸込孔が形成された多孔板とを具備し、 前記吸込孔の径は、前記多孔板を通過する冷却媒体の流
   速が一定となるように形成されていることを特徴とする
   氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 水に不溶解且つ水よりも大きな比重の冷
   却媒体を冷却する冷却手段と、 前記冷却手段により冷却された冷却媒体を製氷装置容器
   内の水中に射出するノズルと、 前記製氷装置容器内の前記冷却媒体中に設けられ、前記
   ノズルによって射出された冷却媒体を前記冷却手段に供
   給するための出口ノズルに連通するように接続されたマ
   ニホールドとを具備し、 前記マニホールドには、前記冷却媒体の流れ方向に対す
   る側面或いは下流側の側面に吸込孔が形成されているこ
   とを特徴とする氷蓄熱装置。
4. 【請求項４】 前記マニホールドの前記冷却媒体の流れ
   方向に対して上流側の側面にさらに吸込孔を形成し、こ
   の吸込孔にバッフル板をさらに設けたことを特徴とする
   請求項３記載の氷蓄熱装置。