JPH1047714A - 氷蓄熱装置の凍結防止装置及び凍結防止設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水循環回路を循環する水を過冷却し、この過
冷却を解消して氷を生成する氷蓄熱装置に対し、水循環
回路での凍結発生を予知し、この凍結が発生し易い状況
では、これを防止する制御を行うことにより、解凍運転
の頻度を低減する。 【解決手段】 冷媒循環回路と水循環回路(B) とを備
え、蓄熱熱交換器(42)で水を冷却して過冷却状態にし、
氷核生成器(46)で生成した氷核により過冷却状態を解消
させて製氷する装置に対し、蓄熱熱交換器(42)の上流側
に、レーザ光の光散乱法を利用して、この水配管(45c)
中の氷の個数及びその大きさを認識する氷計測器(20)を
設ける。この氷計測器(20)が氷の個数及びその大きさを
検知し、蓄熱熱交換器(42)に凍結発生の可能性が生じた
場合には、蓄熱熱交換器(42)の能力を低下させ、蓄熱熱
交換器(42)内部での過冷却解消動作の発生を抑制して凍
結を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱装置の凍結
防止装置及びこの凍結防止のための氷蓄熱装置の設計方
法に係り、特に、水又は水溶液等の蓄熱媒体を過冷却熱
交換器において過冷却状態まで冷却した後、この過冷却
状態を解消することにより氷を生成して該氷を蓄熱タン
クに貯蔵するようにしたものに対し、水の循環回路での
凍結を防止する対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、氷蓄熱型の空気調和装置等に
設けられている氷蓄熱装置として、冷房負荷のピーク時
における電力需要の軽減及びオフピーク時における電力
需要の拡大を図ることに鑑みて、冷房負荷のピーク時に
冷熱として利用するためのスラリー状の氷を冷房負荷の
オフピーク時に生成して蓄熱タンクに貯蔵しておくもの
が知られている。

【０００３】この種の氷蓄熱装置の一例として、例え
ば、特開平４−２５１１７７号公報に開示されているよ
うに、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び過冷却熱交換器の
冷媒熱交換部を冷媒配管によって順次接続して成る冷媒
循環回路と、蓄熱タンク、上記冷媒熱交換部との間で熱
交換可能な過冷却熱交換器の蓄熱媒体熱交換部及び過冷
却解消部を水配管によって順次接続して成る水循環回路
とを備えたものが知られている。

【０００４】そして、この種の氷蓄熱装置の製氷運転動
作としては、蓄熱タンクから水配管へ取出した水（蓄熱
媒体）を、蓄熱媒体熱交換部において冷媒熱交換部の冷
媒と熱交換させて過冷却状態まで冷却し、過冷却解消部
においてこの過冷却状態を解消してスラリー状の氷を生
成する。そして、この氷を蓄熱タンクに供給して貯留す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
氷蓄熱装置では、製氷運転時に、蓄熱タンク内の氷が循
環路に流れ出てしまうことがある。そして、このような
状況が発生すると、この循環路に流れ出た氷が過冷却熱
交換器に達し、該氷の周囲で水の過冷却解消動作が行わ
れ、過冷却解消部以外の部分で氷が生成されてしまう。
このため、製氷動作が安定して行われないばかりでな
く、この氷が過冷却熱交換器の壁面に付着して成長する
ことにより該過冷却熱交換器の凍結が生じ、製氷動作が
不能になってしまう虞れもある。

【０００６】また、このような過冷却熱交換器の凍結が
生じると、製氷運転を停止し、圧縮機の吐出冷媒（ホッ
トガス）を過冷却熱交換器に供給する解凍運転を行うよ
うになっている。しかし、この解凍運転中は製氷が行わ
れないばかりでなく、この解凍運転の終了時には、水循
環回路の水温が比較的高い状態になっている。このた
め、製氷運転の再起動時には、この温度の高い水を再び
過冷却状態にする必要があり、製氷効率の低下を招いて
しまうことになる。

【０００７】尚、この凍結発生の検知は、例えば、水温
センサにより、過冷却熱交換器の出口側の水温を検出す
ることにより行われる。つまり、この水温が過冷却温度
（例えば−２℃）から凝固点温度（０℃）まで上昇した
際には、過冷却熱交換器内部で過冷却が解消していると
判断する。そして、この凍結発生時の水温変化は、過冷
却熱交換器内部での過冷却解消動作の開始と同時に急速
に起こるため、この凍結発生を予知することは困難であ
った。つまり、過冷却熱交換器の出口側の水温を検知し
て凍結発生を予知しようとしても、この水温が変化し始
めた際には、既に、過冷却熱交換器の内部では過冷却解
消動作が開始しており、これが急速に拡大して、その大
部分で凍結を引き起こしている状態となっている。この
ため、この温度変化を検知することで、凍結発生を予知
することは不可能である。

【０００８】そして、従来より、上記解凍運転の頻度を
低減して製氷効率の向上を図ることを目的として、この
凍結発生を予知可能な手段が要求されていたが、未だ、
その手段は提案されていないのが現状である。

【０００９】本発明は、これらの点に鑑みてなされたも
のであって、凍結発生を予知し、この凍結が発生し易い
状況では、これを防止する制御を行うことにより、解凍
運転の頻度を低減することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、水循環回路における水流中の氷の存在
を認識可能な手段を利用することで、製氷運転中におけ
る水循環回路の凍結予知や、水循環回路を構成する各種
機器の凍結防止が図れる設計に役立てることができるよ
うにした。

【００１１】具体的に、請求項１記載の発明は、蓄熱媒
体(W) を貯留する蓄熱タンク(T) と、蓄熱媒体(W) を圧
送する循環手段(P) と、蓄熱媒体(W) を過冷却可能な過
冷却熱交換器(42)とが循環配管(45)によって蓄熱媒体
(W) の循環が可能に接続されてなる蓄熱循環回路(B) を
備え、上記蓄熱タンク(T) から取出した液相の蓄熱媒体
(W) を過冷却熱交換器(42)において過冷却状態まで冷却
し、これを過冷却熱交換器(42)から導出した後に、その
過冷却状態を解消して氷(I) を生成し、該氷(I)を蓄熱
タンク(T) に回収するようにした氷蓄熱装置を前提とし
ている。

【００１２】そして、上記蓄熱循環回路(B) における過
冷却熱交換器(42)の上流側の循環配管(45c) に設けら
れ、該循環配管(45c) 内部を流れている蓄熱媒体(W) 中
の氷(I) の存在を認識可能な氷認識手段(20)と、該氷認
識手段(20)の出力を受け、過冷却熱交換器(42)の上流側
の循環配管(45c) を流れる蓄熱媒体(W) 中に氷(I) が存
在するとき、過冷却熱交換器(42)での凍結を防止する凍
結防止制御を行う凍結防止手段(71)とを設けた構成とし
ている。

【００１３】この構成により、製氷時には、蓄熱タンク
(T) から取出した液相の蓄熱媒体(W) を過冷却熱交換器
(42)において過冷却状態まで冷却し、これを過冷却熱交
換器(42)から導出した後に、その過冷却状態を解消して
氷(I) を生成し、該氷(I) を蓄熱タンク(T) に回収す
る。また、この製氷時に、過冷却熱交換器(42)の上流側
の循環配管(45c) に設けた氷認識手段(20)により、過冷
却熱交換器(42)に導入する氷(I) の存在を認識する。そ
して、氷認識手段(20)が、氷(I) の存在を認識したとき
には、凍結防止手段(71)が過冷却熱交換器(42)での凍結
を防止する凍結防止制御を行う。これにより、解凍運転
の頻度が削減されることになる。

【００１４】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置の凍結防止装置において、氷認識手段(20)
により循環配管(45c) における氷(I) の大きさを認識可
能とし、凍結防止手段(71)が、氷認識手段(20)の認識し
た氷(I) が大きいほど蓄熱循環回路(B) の蓄熱媒体(W)
の流速が高くなるように制御する構成としている。

【００１５】この構成により、氷認識手段(20)が認識し
た氷(I) が大きい場合には、過冷却熱交換器(42)の凍結
が発生し易いと判断して、凍結防止手段(71)は、蓄熱循
環回路(B) の蓄熱媒体(W) の流速を高くする。このた
め、氷が過冷却熱交換器(42)を通過する際の流速が高く
なるので、この通過時間の短縮化によって該蓄熱熱交換
器(42)内部での過冷却解消動作が抑制できる。

【００１６】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置の凍結防止装置において、氷認識手段(20)
を、循環配管(45c) における氷(I) の量又は氷(I) の大
きさを認識可能とし、凍結防止手段(71)が、氷認識手段
(20)の認識した氷(I) の量が多いほど又は氷(I) の大き
さが大きいほど過冷却熱交換器(42)における蓄熱媒体の
過冷却度を小さくするように制御する構成としている。

【００１７】この構成により、過冷却熱交換器(42)に氷
(I) が導入されてしまう状況では、この過冷却熱交換器
(42)内の蓄熱媒体(W) の過冷却度が小さくなり、容易に
は過冷却が解消しないように制御される。

【００１８】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置の凍結防止装置において、蓄熱循環回路
(B) における蓄熱タンク(T) の下流側に、該蓄熱タンク
(T) から導出した蓄熱媒体を加熱する予熱手段(40)を設
け、氷認識手段(20)に、循環配管(45c) における氷(I)
の量又は氷(I) の大きさを認識させる。そして、凍結防
止手段(71)が、氷認識手段(20)の認識した氷(I) の量が
多いほど又は氷(I) の大きさが大きいほど予熱手段(40)
による蓄熱媒体の加熱量が増大するように制御する構成
としている。

【００１９】請求項５記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置の凍結防止装置において、蓄熱循環回路
(B) に、蓄熱タンク(T) の下流側に設けられ、該蓄熱タ
ンク(T) から導出した蓄熱媒体を加熱する予熱手段(40)
と、該予熱手段(40)の下流側に設けられ、予熱手段(40)
によって加熱された蓄熱媒体を撹拌する撹拌手段(41)と
を備えさせる。また、氷認識手段(20)に、循環配管(45
c) における氷(I) の量又は氷(I) の大きさを認識させ
る。そして、凍結防止手段(71)が、氷認識手段(20)が認
識した氷(I) の量が多いほど又は氷(I) の大きさが大き
いほど撹拌手段(41)における撹拌力が増大するように制
御する構成としている。

【００２０】これら請求項４及び５記載の発明により、
過冷却熱交換器(42)の上流側に氷(I) が流通する状況で
は、この氷(I) の融解を促進するような制御が行われる
ことになり、過冷却熱交換器(42)への氷(I) の導入が抑
制されることで、その凍結が抑制される。

【００２１】請求項６記載の発明は、上記請求項１記載
の氷蓄熱装置の凍結防止装置において、蓄熱タンク(T)
に、生成された氷(I) を蓄熱タンク(T) に供給する供給
管(45d) 及び蓄熱タンク(T) 内の蓄熱媒体を取出す取出
し管(45e) を夫々接続させ、氷認識手段(20)に、循環配
管(45c) における氷(I) の量又は氷(I) の大きさを認識
させる。そして、凍結防止手段(71)が、氷認識手段(20)
の認識した氷(I) の量が多いほど又は氷(I) の大きさが
大きいほど供給管(45d) からの氷(I) の供給方向を、取
出し管(45e) の接続位置とは反対の方向に指向させるよ
うに制御する構成としている。この構成により、蓄熱タ
ンク(T) 内における取出し管(45e) の接続位置周辺部分
で蓄熱媒体(W) が撹拌されて、該取出し管(45e) から氷
(I) が排出されるといった状況が抑制されることにな
り、過冷却熱交換器(42)への氷(I)の導入が回避されて
凍結が防止される。

【００２２】請求項７記載の発明は、上述した請求項１
記載に係る氷認識手段(20)が設けられた氷蓄熱装置に対
し、蓄熱循環回路(B) を構成する各種機器を、凍結防止
を目的とした設計をするための設計方法を対象としてい
る。そして、氷認識手段(20)による氷(I) の検知動作に
続いて、該氷認識手段(20)が氷(I) の存在を検知したと
き、その氷認識手段(20)の配設位置に基いて氷(I) の発
生原因となっている機器を認識し、過冷却熱交換器(42)
への氷(I) の流入を防止するように、その機器を改良す
る変更動作を行うようにしている。

【００２３】これにより、これまでにない新たな設計方
法を提供でき、これによって設計された機器を備えた氷
蓄熱装置は、蓄熱循環回路(B) の凍結を抑制しながら製
氷が行えることになる。

【００２４】請求項８記載の発明は、上記請求項７記載
の氷蓄熱装置の凍結防止設計方法において、蓄熱循環回
路(B) の蓄熱タンク(T) の下流側に、該蓄熱タンク(T)
から取出した蓄熱媒体を加熱する予熱手段(40)を設け、
氷認識手段(20)を予熱手段(40)の下流側に設け、該予熱
手段(40)から流出する蓄熱媒体(W) 中の氷(I) の存在を
検知可能とする。そして、氷認識手段(20)が氷(I) の存
在を検知したとき、予熱手段(40)による氷(I) の融解が
不十分であると認識して、該予熱手段(40)を加熱量が増
大するように改良する設計を行うようにしている。

【００２５】請求項９記載の発明は、上記請求項７記載
の氷蓄熱装置の凍結防止設計方法において、蓄熱循環回
路(B) に、蓄熱タンク(T) の下流側に設けられ、該蓄熱
タンク(T) から取出した蓄熱媒体を加熱する予熱手段(4
0)と、該予熱手段(40)の下流側に設けられ、予熱手段(4
0)によって加熱された蓄熱媒体を撹拌する撹拌手段(41)
とを備えさせ、氷認識手段(20)を撹拌手段(41)の下流側
に設け、該撹拌手段(41)から流出する蓄熱媒体(W) 中の
氷(I) の存在を検知可能とする。そして、氷認識手段(2
0)が氷(I) の存在を検知したとき、撹拌手段(41)におけ
る撹拌力が不十分であると認識して、該撹拌手段(41)を
撹拌力が増大するように改良する設計を行うようにして
いる。

【００２６】請求項１０記載の発明は、上記請求項７記
載の氷蓄熱装置の凍結防止設計方法において、蓄熱タン
ク(T) に、生成された氷(I) を該蓄熱タンク(T) 内に供
給する供給管(45d) 及び蓄熱タンク(T) 内の蓄熱媒体を
取出す取出し管(45e) を夫々接続し、氷認識手段(20)を
取出し管(45e) に設け、該取出し管(45e) により蓄熱タ
ンク(T) から取出される蓄熱媒体(W) 中の氷(I) の存在
を検知可能とする。そして、氷認識手段(20)が氷(I) の
存在を検知したとき、蓄熱タンク(T) に対する供給管(4
5d) の接続状態が不良であると認識して、該供給管(45
d) の接続状態を、氷(I) の供給方向が取出し管(45e)
の接続位置とは反対の方向に指向するように改良する設
計を行うようにしている。

【００２７】これら請求項８〜１０記載の発明により、
氷認識手段(20)を利用した機器の設計動作を具体化で
き、上記請求項７記載の発明に係る設計方法の実用性が
向上する。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。図１は本形態に係る氷蓄熱式空気調和
装置に備えられた冷媒循環回路(A) を、また、図２は水
循環回路(B)を夫々示している。図１に示すように、本
空気調和装置は、室外ユニット(X) と室内ユニット(Y)
とが上記冷媒循環回路(A) の一部を構成する液側及びガ
ス側の連絡管(RL,RG) により接続されて構成されてい
る。以下、冷媒循環回路(A) 及び水循環回路(B) につい
て説明する。

【００２９】−冷媒循環回路の説明− 先ず、冷媒循環回路(A) の主要回路構成について説明す
る。この冷媒循環回路(A) は、室外ユニット(X) に備え
られた圧縮機(1) 、四路切換弁(2) 、熱源側熱交換器と
しての室外熱交換器(3) 及び第１室外電動膨張弁(5)
と、室内ユニット(Y) に備えられた室内電動膨張弁(6)
及び利用側熱交換器としての室内熱交換器(7) とが冷媒
配管(8) によって順に接続されて成るメイン冷媒回路(A
-1) を備えている。

【００３０】各機器の冷媒配管(8) による接続状態につ
いて詳しく説明すると、上記室外熱交換器(3) における
ガス側である一端にはガス側配管(10)が、液側である他
端には液側配管(11)が夫々接続されている。ガス側配管
(10)は、四路切換弁(2) によって圧縮機(1) の吐出側と
吸入側とに切換可能に接続されている。つまり、このガ
ス側配管(10)は、圧縮機(1) の吐出側と四路切換弁(2)
とを接続する第１吐出ガスライン(10a) 、四路切換弁
(2) と室外熱交換器(3) とを接続する第２吐出ガスライ
ン(10b) 、四路切換弁(2) と圧縮機(1) の吸入側とを接
続する吸入ガスライン(10c) を備えている。また、この
吸入ガスライン(10c) にはアキュムレータ(12)が設けら
れている。

【００３１】一方、液側配管(11)は、室外熱交換器(3)
と第１室外電動膨張弁(5) とを接続する第１液ライン(1
1a) 、室外電動膨張弁(5) と液側連絡管(RL)とを接続す
る第２液ライン(11b) を備えている。

【００３２】また、上記液側連絡管(RL)は、室内液配管
(7a)を介して室内熱交換器(7) の液側に接続されてい
る。この室内液配管(7a)には上記室内電動膨張弁(6) が
設けられている。

【００３３】一方、上記ガス側連絡管(RG)は、室内ガス
配管(7b)を介して室内熱交換器(7)のガス側に接続され
ている。また、このガス側連絡管(RG)は、ガス配管(15)
を介して四路切換弁(2) に接続されており、この四路切
換弁(2) によって圧縮機(1)の吐出側及び吸入側に対す
る接続状態が切換え可能となっている。

【００３４】また、上記圧縮機(1) は、インバータ制御
されて多数段階に容量制御される可変容量型で成ってい
る。以上が冷媒循環回路(A) の主要な回路構成である。

【００３５】−水循環回路の説明− 次に、水循環回路(B) の構成について説明する。この水
循環回路(B) は、図２に示すように、蓄熱タンク(T) 、
循環手段としてのポンプ(P) 、二重管構造の熱交換器で
成る予熱手段としての予熱器(40)、撹拌手段としての混
合器(41)、縦型のシェルアンドチューブ式の熱交換器で
成る過冷却熱交換器としての蓄熱熱交換器(42)及び過冷
却解消器(43)が水配管(45)によって水の循環（図２の矢
印参照）が可能に順に接続されている。また、蓄熱熱交
換器(42)と過冷却解消器(43)とを接続する水配管(45a)
には、氷核生成器(46)が備えられている。そして、予熱
器(40)及び蓄熱熱交換器(42)では上記冷媒循環回路(A)
を流れる冷媒と水との間で熱交換を行うように構成され
ている。

【００３６】以下、この蓄熱熱交換器(42)及び予熱器(4
0)に対し、水との間で熱交換を行う冷媒を供給するため
の冷媒循環回路(A) の構成について説明する。

【００３７】図１に示すように、蓄熱熱交換器(42)に
は、該蓄熱熱交換器(42)内の冷媒の流通空間に連通する
上部接続管(51)及び下部接続管(52)が接続されている。
上部接続管(51)は、一端が蓄熱熱交換器(42)の側面上部
に、他端が吸入ガスライン(10c) における上記アキュム
レータ(12)の上流側に夫々接続されている。一方、下部
接続管(52)は、一端が蓄熱熱交換器(42)の側面下部に、
他端が第１液ライン(11a) に夫々接続されている。ま
た、この蓄熱熱交換器(42)内の冷媒の流通空間には水配
管(45)に連通する複数本の伝熱管が収容されており、こ
の伝熱管の内部を水が流通するようになっている。つま
り、この蓄熱熱交換器(42)は、伝熱管内部を流れる水
と、上部接続管(51)及び下部接続管(52)により導入、導
出されて伝熱管外部を流れる冷媒との間で熱交換を行う
ように構成されている。

【００３８】一方、予熱器(40)は、下部接続管(52)の途
中に設けられており、この二重管でなる予熱器(40)の中
央側空間を水が外側空間を下部接続管(52)内の冷媒が流
れることで、この両者間で熱交換を行うようになってい
る（図２参照）。

【００３９】また、下部接続管(52)における第１液ライ
ン(11a) に対する接続位置と予熱器(40)との間には開閉
自在な第１電磁弁(SV1) が、また、該下部接続管(52)に
おける蓄熱熱交換器(42)と予熱器(40)との間には開度調
整可能な第２室外電動膨張弁(52a) が、更に、上部接続
管(51)には開閉自在な第３電磁弁(SV3) が夫々設けられ
ている。

【００４０】更に、第１吐出ガスライン(10a) と蓄熱熱
交換器(42)との間はホットガス供給管(54)により接続さ
れている。このホットガス供給管(54)には開閉自在な第
２電磁弁(SV2) が設けられている。

【００４１】このようにして予熱器(40)及び蓄熱熱交換
器(42)に冷媒配管が接続されていることにより、各冷媒
配管より各機器(40,42) に冷媒が供給されると、該冷媒
と水との間で熱交換が行われて該水を冷却或いは加熱す
るようになっている。具体的には、例えば、蓄熱熱交換
器(42)において製氷用の過冷却水を生成するよう水を冷
却したり、水配管(45)を不要な氷が循環する際には該氷
を融解するよう予熱器(40)により水を加熱する。

【００４２】次に、上記氷核生成器(46)について説明す
る。この氷核生成器(46)は、水配管(45a) を流れる水の
一部を冷媒循環回路(A) を流れる冷媒により冷却氷化
し、それを氷核として過冷却解消器(43)に向って供給す
るものである。そして、この氷核生成器(46)には氷核生
成冷媒導入管(58)及び氷核生成冷媒導出管(59)が接続さ
れている。氷核生成冷媒導入管(58)は、一端が下部接続
管(52)における蓄熱熱交換器(42)と第２室外電動膨張弁
(52a) との間に、他端が氷核生成器(46)に夫々接続され
ている。また、この氷核生成冷媒導入管(58)はキャピラ
リチューブ(CP)を備えている。氷核生成冷媒導出管(59)
は、一端が上部接続管(51)に、他端が氷核生成器(46)に
夫々接続されている。これにより、氷核生成冷媒導入管
(58)から氷核生成器(46)に導入された冷媒と水配管(45
a) を流れる水との間で熱交換を行って該水を冷却し、
この水の一部を氷塊として水配管(45a) の内壁面に付着
生成する。その後、この氷塊の周囲で過冷却水の一部の
過冷却を解消して氷核を生成し、これを過冷却解消部(4
3)に向って流す構成となっている。

【００４３】また、上記混合器(41)及び過冷却解消器(4
3)は、共に中空円筒状の容器で成り、水配管(45)により
内周面接線方向から水が導入され容器内に導入された水
が旋回流となる構成とされている。これにより、混合器
(41)では、後述するように蓄熱タンク(T) から流出され
た氷と予熱器(40)で加熱された水とを混合撹拌すること
で、この氷の融解を促進させ、一方、過冷却解消器(43)
では、上記氷核生成器(46)で生成された氷核と蓄熱熱交
換器(42)で生成された過冷却水とを混合撹拌して過冷却
の解消を促進するようになっている。

【００４４】また、図２における(62)は、予熱器(40)に
導入する水に含まれる氷や不純物を除去するためのフィ
ルタである。

【００４５】そして、上述した四路切換弁(2) 、各電磁
弁(SV1〜SV3)及び各電動膨張弁(5,6,52a) はコントロー
ラ(70)によって開閉状態が制御されるようになってい
る。

【００４６】−氷計測器の構成− そして、本形態の特徴として、水循環回路(B) には、氷
認識手段としての氷計測器(20)が設けられている。この
氷計測器(20)は、図２に実線で示す如く蓄熱熱交換器(4
2)上流側の水配管(45c) に設けられており、この水配管
(45c) を流れる水(W) の内部に氷(I) が存在しているか
否かを認識し、氷(I) が存在している場合にはその通過
個数を計測するものである。以下、この氷計測器(20)の
構成について説明する。

【００４７】図３及び図４に示すように、本形態におけ
る氷計測器(20)は、レーザ光(L) を水配管(45c) 内部に
照射し、この照射範囲内を氷(I) が通過した際に発生す
る散乱光(S) を検知するといった所謂光散乱法によって
氷(I) の存在を認識するものである。詳しくは、水配管
(45c) の管壁の一部分を透明な管体で構成している。ま
た、本氷計測器(20)は、He-Ne レーザ発生器(21)を備
え、このレーザ発生器(21)が発生したレーザ光(L) を反
射鏡(22)によって上記水配管(45c) の透明部分に向けて
照射するようになっている。また、本計測器(20)は、レ
ーザ光(L) の照射方向に対して直交する方向から散乱光
(S) を集光する集光レンズ(24)を備えている。尚、この
集光手法としては、レーザ光の入射方向或いはその反対
方向から散乱光を集光、検知する前方散乱、後方散乱検
知による計測としてもよい。そして、この集光レンズ(2
4)に集光された散乱光(S) が絞り板(25)のピンホールを
経て光電子増倍管(26)に入力され、該光電子増倍管(26)
が氷(I) の存在を検知するようになっている。また、こ
の光電子増倍管(26)は、集光レンズ(24)からの光信号を
電圧信号に変換するものであって、散乱光(S) の光度が
高いほど高い電圧信号を発信するようになっている。そ
して、この光電子増倍管(26)には直流高圧電源(27)及び
冷却装置(28)が接続されている。更に、この光電子増倍
管(26)からの出力（電圧信号）は、ハイパスフィルタ(H
PF) 及びローパスフィルタ(LPF) を通過することでノイ
ズ等が除去された後、カウンタ(30)に入力されるように
なっている。

【００４８】このような構成により、水配管(45c) の透
明部分に氷(I) が流れて、この氷(I) がレーザ光(L) の
照射範囲内を通過すると、この氷(I) から発せられる散
乱光(S) が集光レンズ(24)に集光され、光電子増倍管(2
6)からの出力がカウンタ(30)に送信されて、該カウンタ
(30)に「１」が加算される。このような動作が繰り返さ
れることにより、カウンタ(30)にカウント値が積算され
ていき、これによって氷(I) の通過個数が計測されるよ
うになっている。つまり、このカウンタ(30)のカウント
数を所定時間毎に取出すことにより、この所定時間にお
ける氷(I) の通過個数が検知できるようになっている。

【００４９】−センサ類の構成− 上記冷媒循環回路(A) 及び水循環回路(B) には、各種の
センサが設けられている。この各センサについて説明す
ると、先ず、冷媒循環回路(A) には、室外空気温度を検
出する外気温センサ(Th-1)が室外熱交換器(3) の近傍
に、室外熱交換器(3) の液冷媒温度を検出する室外液温
センサ(Th-2)が室外熱交換器(3) の液側に、圧縮機(1)
の吐出ガス冷媒温度を検出する吐出ガス温センサ(Th-3)
が第１吐出ガスライン（10a)に、圧縮機(1) の吸入ガス
冷媒温度を検出する吸入ガス温センサ(Th-4)が吸入ガス
ライン(10c) にそれぞれ設けられている。更に、圧縮機
(1)の吐出冷媒圧力を検出する高圧圧力センサ（SEN-H)
が第１吐出ガスライン(10a)に、圧縮機(1）の吸込冷媒
圧力を検出する低圧圧力センサ（SEN-L)が吸入ガスライ
ン(10c) にそれぞれ設けられていると共に、圧縮機(1)
の吐出冷媒圧力が所定高圧になると作動する高圧保護開
閉器（HPS)が吐出ガスライン(10a) に設けられている。

【００５０】一方、水循環回路(B) には、予熱器(40)下
端部の水入口部分に入口水温センサ(Th-W1) が、混合器
(41)の下端部の水出口部分近傍に出口水温センサ(Th-W
2) が、蓄熱熱交換器(42)上端部の水出口側に過冷却水
温センサ(Th-W3) が、過冷却解消器(43)に氷生成検知セ
ンサ(Th-W4) がそれぞれ設けられており、各部での水温
を検知するようになっている。更に、予熱器(40)の下端
に繋がる水入口管(45b)には該水入口管(45b) 内の水の
流速を検知し、該流速が所定値以下になるとＯＮ作動す
るフロースイッチ(SW-F)が設けられている。

【００５１】−制御の構成− そして、本空気調和装置は、各センサ（Th-1〜SEN-L,Th
-W1 〜Th-W4)、開閉器（HPS)、スイッチ(SW-F)の検出信
号及び氷計測器(20)のカウンタ(30)のカウント信号がコ
ントローラ(70)に入力され、これら検出信号に基づいて
各電磁弁(SV1〜SV3)の開閉切換え、各電動膨張弁(5,6,5
2a) の開度調整及び圧縮機(1) の容量等を制御してい
る。

【００５２】そして、上記コントローラ(70)には、蓄熱
熱交換器(42)での凍結を防止するための凍結防止制御を
行う凍結防止手段(71)が設けられている。この凍結防止
手段(71)は、上記氷計測器(20)の出力を受け、水配管(4
5c) を流れる蓄熱媒体(W) 中に氷(I) が存在するとき、
過冷却熱交換器(42)での凍結を防止するような凍結防止
制御（詳しくは後述する）を行うようになっている。

【００５３】−運転動作− 次に、上述の如く構成された空気調和装置の運転動作に
ついて説明する。本空気調和装置の運転モードとして
は、通常冷房運転、通常暖房運転、冷蓄熱運転、解凍運
転及び冷蓄熱利用冷房運転がある。

【００５４】以下、各運転モードにおける冷媒循環動作
について説明する。 −通常冷房運転− この運転モードでは、コントローラ(70)により、四路切
換弁(2) が図中実線側に切換えられ、室内電動膨張弁
(6) が所定開度に調整（過熱度制御）され、第１室外電
動膨張弁(5) が全開状態に、第２室外電動膨張弁(52a)
が全閉状態にされる。一方、各電磁弁(SV1〜SV3)は共に
閉鎖される。

【００５５】この状態で圧縮機(1) が駆動すると、該圧
縮機(1) から吐出された冷媒は図５に矢印で示すよう
に、四路切換弁(2) を経て室外熱交換器(3) に導入さ
れ、該室外熱交換器(3) において外気との間で熱交換を
行って凝縮する。その後、この冷媒は液側配管(11)を経
て室内ユニット(Y) に導入され、室内電動膨張弁(6) で
減圧された後、室内熱交換器(7) において室内空気との
間で熱交換を行い蒸発して室内空気を冷却する。そし
て、このガス冷媒はガス配管(15)、四路切換弁(2) 及び
吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機(1) の吸入側に戻さ
れる。このような冷媒の循環動作を行うことにより室内
の冷房が行われる。

【００５６】−通常暖房運転− この運転モードでは、コントローラ(70)により、四路切
換弁(2) が破線側に切換えられ、第１室外電動膨張弁
(5) が所定開度に調整される一方、室内電動膨張弁(6)
が全開状態に、第２室外電動膨張弁(52a) が全閉状態に
される。また、各電磁弁(SV1〜SV3)は共に閉鎖される。

【００５７】この状態で圧縮機(1) が駆動すると、該圧
縮機(1) から吐出された冷媒は図６に矢印で示すよう
に、四路切換弁(2) 及びガス配管(15)を経て室内ユニッ
ト(Y)に導入され、室内熱交換器(7) において室内空気
との間で熱交換を行って凝縮して室内空気を加温する。
その後、この冷媒は、液側配管(11)を流れて第１室外電
動膨張弁(5) で減圧された後、室外熱交換器(3) に導入
され、該室外熱交換器(3) において外気との間で熱交換
を行って蒸発する。その後、四路切換弁(2) 、吸入ガス
ライン(10c) を経て圧縮機(1) の吸入側に戻される。こ
のような冷媒の循環動作を行うことにより室内の暖房が
行われる。

【００５８】−冷蓄熱運転− この運転モードは、水循環回路(B) を流れる水を過冷却
状態にすると共に、氷核生成器(46)において生成された
小粒子状の氷核をこの過冷却水に接触させることによ
り、この氷核の周囲で過冷却状態を解消して蓄熱用の氷
を生成するためのものである。

【００５９】この運転モードでは、コントローラ(70)に
より、四路切換弁(2) が実線側とされ、第２室外電動膨
張弁(52a) が所定開度に調整される一方、他の電動膨張
弁(5,6) は閉鎖される。また、第１電磁弁(SV1) 及び第
３電磁弁(SV3) が開放される一方、第２電磁弁(SV2) は
閉鎖される。

【００６０】この状態で、水循環回路(B) にあっては、
ポンプ(P) が駆動して該水循環回路(B) において水が循
環する。一方、冷媒循環回路(A) にあっては、圧縮機
(1) が駆動し、この圧縮機(1) から吐出された冷媒は、
図７に矢印で示すように、四路切換弁(2) を経て室外熱
交換器(3) に導入され、該室外熱交換器(3) において外
気との間で熱交換を行って凝縮する。その後、この冷媒
は、第１液ライン(11a)及び下部接続管(52)を経て蓄熱
熱交換器(42)に導入されることになる。この際、冷媒は
第２室外電動膨張弁(52a) により減圧され、この蓄熱熱
交換器(42)に導入された冷媒は、該蓄熱熱交換器(42)の
伝熱管内を流れている水との間で熱交換を行って蒸発
し、この水を過冷却状態（例えば−２℃）まで冷却す
る。その後、この冷媒は上部接続管(51)及び吸入ガスラ
イン(10c) を経て圧縮機(1) の吸入側に戻される。

【００６１】また、本運転にあっては、同時に氷核生成
器(46)において氷核の生成動作が行われている。つま
り、下部接続管(52)を流れている冷媒の一部は、第２室
外電動膨張弁(52a) の下流側において氷核生成冷媒導入
管(58)に分流され、キャピラリチューブ(CP)により更に
減圧された後、氷核生成器(46)に導入される。そして、
この氷核生成器(46)において、水配管(45a) を流れる水
との間で熱交換を行って蒸発して該水を冷却し、この水
の一部を氷塊として水配管(45a) の内壁面に付着生成
し、その後、この氷塊の周囲で過冷却水の一部の過冷却
を解消して氷核を生成し、これを過冷却解消部(43)に向
って流す。そして、この蒸発した冷媒は、氷核生成冷媒
導出管(59)及び上部接続管(51)を経て圧縮機(1) の吸入
側に戻される。

【００６２】このようにして氷核生成器(46)により生成
された氷核が、水配管(45a) を流れる過冷却水中に混入
され、これらが過冷却解消器(43)に導入されて撹拌され
ることにより蓄熱用のスラリー状の氷が生成されて蓄熱
タンク(T) に回収貯留されることになる。

【００６３】このような冷蓄熱運転時、過冷却解消器(4
3)において過冷却解消動作が良好に行われているか否か
の確認は、上記過冷却水温センサ(Th-W3) 及び氷生成検
知センサ(Th-W4) によって夫々検知される水温によって
行われる。つまり、良好な製氷動作が行われている場
合、過冷却水温センサ(Th-W3) では過冷却状態の水温
（例えば−２℃）が、氷生成検知センサ(Th-W4) では過
冷却が解消され氷と水とが混在した水温（例えば０℃）
が夫々検出されることになり、これら水温を各センサ(T
h-W3,Th-W4) が検知することで過冷却解消動作が行われ
ていることが確認できる。

【００６４】また、この冷蓄熱運転における圧縮機(1)
の容量制御は、過冷却水温センサ(Th-W3) によって検出
される水温が所定温度（例えば上述した−２℃）に維持
されるように行われる。また、本運転時には、予熱器(4
0)にも比較的高温の冷媒が流れるようになっているの
で、仮に蓄熱タンク(T) 内の一部の氷が水配管(45)に流
出した場合であっても、これが予熱器(40)に混入した際
には、該予熱器(40)において加熱された水に氷が接触
し、更に、これらが混合器(41)において撹拌されること
で氷が融解するようになっている。つまり、蓄熱熱交換
器(42)に氷が混入してしまうことを回避できるようにし
ている。

【００６５】そして、この冷蓄熱運転における特徴とす
る動作としては、上記氷計測器(20)による氷(I) の計測
を利用した上記凍結防止手段(71)による蓄熱熱交換器(4
2)の凍結防止制御動作にある。以下、この動作について
説明する。

【００６６】上述したように、氷計測器(20)は、蓄熱熱
交換器(42)上流側の水配管(45c) における氷(I) の通過
個数を常時計測しており、この通過個数はカウンタ(30)
に積算されている。そして、このカウンタ(30)に積算さ
れたカウント値が所定時間（例えば１sec ）毎にコント
ローラ(70)に送信される。このカウント値が所定値（例
えば１００個／sec)よりも低い、つまり、単位時間あた
りの氷(I) の通過個数が僅かであったり若しくは全く氷
(I) が流れていない状況では、蓄熱熱交換器(42)の凍結
の虞れがないと判断してそのまま冷蓄熱運転を継続す
る。

【００６７】一方、上記カウント値が所定値よりも高
い、つまり、氷(I) の通過個数が比較的多い場合には、
この多量の氷(I) が蓄熱熱交換器(42)に導入して、該蓄
熱熱交換器(42)が凍結してしまう虞れがあると判断す
る。このため、このようにカウント値が所定値よりも高
い場合には、この蓄熱熱交換器(42)の凍結を防止するた
めの動作が行われる。

【００６８】この凍結防止のための具体的な動作として
は、例えば、蓄熱熱交換器(42)の能力を低下させる動作
が挙げられる。つまり、冷媒循環回路(A) における冷媒
循環量の低減或いは、第２室外電動膨張弁(52a) の開度
の拡大による冷媒減圧度の低減等によって蓄熱熱交換器
(42)で生成される過冷却水の過冷却度を小さくする。こ
れにより、仮に、蓄熱熱交換器(42)に氷(I) が導入され
たとしても、この蓄熱熱交換器(42)内部において容易に
過冷却解消動作が行われることはなくなる。従って、蓄
熱熱交換器(42)の凍結が抑制されることになる。また、
この蓄熱熱交換器(42)の能力を低下させる手段として
は、上記の冷媒循環量及び冷媒減圧度の制御に限らず、
他の手段を採用するようにしてもよい。

【００６９】また、この蓄熱熱交換器(42)の凍結を防止
するための動作の他の例としては、予め、予熱器(40)や
混合器(41)を能力可変に構成しておき、上記カウント値
が所定値よりも高い場合には、この能力を上昇させるこ
とが挙げられる。つまり、予熱器(40)にあっては、その
加熱量を可変とし、混合器(41)にあっては、その撹拌力
を可変とするように構成しておく（例えば、予熱器(40)
に加熱量増大用のヒータを備えさせたり、混合器(41)に
対する水(W) の導入方向を変更可能な構成にしたりす
る）。そして、氷(I) の通過個数が比較的多い状況で
は、これらの能力を向上させて氷(I) の融解を促進さ
せ、これによって蓄熱熱交換器(42)への氷(I)の導入を
抑制して該蓄熱熱交換器(42)の凍結を防止する。また、
予熱器(40)の能力を上昇させる制御動作の他の例として
は、この予熱器(40)と上記蓄熱熱交換器(42)を並列に接
続するような冷媒回路に構成し、この予熱器(40)と蓄熱
熱交換器(42)への冷媒供給量を可変とする比例弁を備え
させ（図示省略）、予熱器(40)側への冷媒分流量を増大
させるようにすることが挙げられる。更に、混合器(41)
の能力を上昇させる制御動作の他の例としては、この混
合器(41)の入口側の配管径を小さくして導入流速を上昇
させ、混合器(41)内部で乱流の発生させたり、この入口
側の配管からの水の流入方向を改良する（例えばルーバ
等を利用して上向きに流入させる）ことが挙げられる。

【００７０】更に、蓄熱熱交換器(42)の凍結を防止する
ための手段の他の例としては、蓄熱タンク(T) に氷(I)
を供給する供給管(45d) を、予め、供給方向を可変とし
ておく。具体的な構成としては、例えば、図８に示すよ
うに、供給管(45d) の供給口に供給方向を可変とする回
動可能なルーバ(47)を設け、これを図示しないモータ等
の駆動源によって回動調整することで、蓄熱タンク(T)
内への供給方向を変更可能とする。そして、上記カウン
ト値が所定値よりも高い場合には、この供給方向を、蓄
熱タンク(T) から水(W) を取出すための取出し管(45e)
の接続位置とは反対側へ指向させる（図８に示す回動状
態）。これによって、取出し管(45e) 付近の水(W) が撹
拌されて蓄熱タンク(T) 内の氷(I) が取出し管(45e) か
ら排出されてしまうといったことが抑制されることにな
る。また、この蓄熱タンク(T) からの氷(I) の排出を回
避する制御動作の他の例としては、ポンプ(P) の能力を
低下させて、蓄熱タンク(T) 内部に作用する取出し管(4
5e) の負圧を低減させることも挙げられる。

【００７１】−解凍運転− 上述したような冷蓄熱運転の際、仮に、蓄熱熱交換器(4
2)において水の過冷却が解消してしまって該蓄熱熱交換
器(42)が凍結した場合には、この冷蓄熱運転を一時的に
中断して解凍運転に切り換える。この解凍運転では、各
電動膨張弁(5,6,52a) が共に全閉状態とされる。また、
第１電磁弁(SV1) が閉鎖され、第２電磁弁(SV2) 及び第
３電磁弁(SV3) が開放される。この状態で、圧縮機(1)
が駆動し、図９に矢印で示すように、圧縮機(1) からの
高温のガス冷媒をホットガス供給管(54)により蓄熱熱交
換器(42)に導入する。そして、蓄熱熱交換器(42)に導入
された冷媒（ホットガス）は、その温熱によって蓄熱熱
交換器(42)内の氷(I) を融解する。その後、この冷媒は
上部接続管(51)により蓄熱熱交換器(42)から導出され、
吸入ガスライン(10c) を経て圧縮機(1) の吸入側に戻さ
れる。また、このような解凍運転時に、水循環回路(B)
のポンプ(P) を駆動させておけば、氷が僅かに融解した
状態で、この氷がポンプ(P) からの水圧によって蓄熱熱
交換器(42)内の水経路の壁面から容易に離脱されて過冷
却解消器(43)に向って押し流されることになる。

【００７２】尚、冷蓄熱運転時において蓄熱熱交換器(4
2)が凍結したことを検知する動作としては、過冷却水温
センサ(Th-W3) によって検出される水温度が−２℃から
０℃に急激に上昇した場合に、この過冷却水温センサ(T
h-W3) の上流側で過冷却解消動作が行われて氷が生成さ
れていると判断し、これによって上記の解凍運転を所定
時間（例えば５分間）行う。また、その他に解凍運転を
開始する動作としては、上記フロースイッチ(SW-F)によ
って検出される水の流速が所定値以下になった場合、氷
が水循環回路(B) の一部を閉塞している（例えば伝熱管
の内部を閉塞している）と判断し、この場合にも解凍運
転を行って氷を融解する。そして、この解凍運転が終了
すると、再び冷蓄熱運転が開始されることになる。

【００７３】−冷蓄熱利用冷房運転− この運転モードは、上述した冷蓄熱運転において蓄熱タ
ンク(T) に貯留された氷の冷熱を利用しながら室内の冷
房を行うものである。

【００７４】この運転モードでは、コントローラ(70)に
より、四路切換弁(2) が実線側に切換えられ、室内電動
膨張弁(6) が所定開度に調整され、第１及び第２室外電
動膨張弁(5,52a) が全開状態にされる。また、第１電磁
弁(SV1) 及び第２電磁弁(SV2) が開放され、第３電磁弁
(SV3) が閉鎖される。

【００７５】この状態で、水循環回路(B) にあっては、
ポンプ(P) が駆動して該水循環回路(B) において水が循
環する。これにより、水循環回路(B) には蓄熱タンク
(T) 内の氷によって冷却された冷水が循環することにな
る。一方、冷媒循環回路(A) にあっては、圧縮機(1) が
駆動し、この圧縮機(1) から吐出された冷媒は、図１０
に矢印で示すように、その一部は、四路切換弁(2) を経
て室外熱交換器(3) に導入され、該室外熱交換器(3) に
おいて外気との間で熱交換を行って凝縮する。その後、
この冷媒は、液側配管(11)を経て室内ユニット(Y) に向
って流れる。また、他の一部の吐出冷媒は、四路切換弁
(2) 及び室外熱交換器(3) をバイパスしてホットガス供
給管(54)を流れて蓄熱熱交換器(42)に導入され、ここで
水循環回路(B) を循環する冷水（伝熱管内部を流れる冷
水）との間で熱交換を行って凝縮し、下部接続管(52)に
導入される。そして、この下部接続管(52)に導入された
冷媒は液側配管(11)に合流して室内ユニット(Y) に向っ
て流れる。そして、この室内ユニット(Y) に達した冷媒
は、室内電動膨張弁(6) で減圧された後、室内熱交換器
(7) で蒸発して室内空気を冷却し、ガス配管(15)及び吸
入ガスライン(10c) を経て圧縮機(1) の吸入側に戻され
る。このようにして、蓄熱タンク(T) 内に貯留されてい
る氷の冷熱を利用した室内冷房運転が行われる。

【００７６】また、このような冷蓄熱利用冷房運転にお
いて、過冷却水温センサ(Th-W3) によって検出される水
温が所定温度（例えば５℃）に達した場合には、各電磁
弁(SV1,SV2) が閉鎖されて、冷蓄熱利用冷房運転を終了
して、通常の冷房運転に切換えられる。つまり、過冷却
水温センサ(Th-W3) の水温検知により、蓄熱タンク(T)
内の冷熱の殆どを利用したと判断した後には、通常の冷
房運転に切り換えられる。以上のような各運転により室
内の空気調和が行われる。

【００７７】このように、本形態によれば、水循環回路
(B) に氷計測器(20)を設け、これによって蓄熱熱交換器
(42)の凍結予知を行って、この凍結を防止するような制
御を行うようにしたために、蓄熱熱交換器(42)の凍結発
生頻度を極端に低減することができ、冷蓄熱運転を長時
間に亘って連続して行うことができる。このため、安定
した冷蓄熱を行うことができて、製氷効率の向上を図る
ことができる。

【００７８】（変形例）次に本発明に係る氷計測器(20)
を利用した動作の変形例について説明する。上記実施形
態で述べたように、氷計測器(20)の光電子増倍管(26)
は、散乱光(S) の光度が高いほど高い電圧信号を発信す
るようになっている。また、この散乱光(S) の光度は水
配管(45c) を流れる氷(I) の大きさが大きいほど高いも
のとなる傾向がある。このため、光電子増倍管(26)が発
する電圧信号の大きさを検出することにより氷(I) の個
数ばかりでなく、その大きさをも検出することができる
ことになる。

【００７９】そして、本変形例では、上記実施形態のカ
ウンタ(30)（第１のカウンタ）に加えて、図３に仮想線
で示すように、光電子増倍管(26)が発する電圧信号のう
ち電圧値が所定値以上の比較的高い電圧信号のみをカウ
ントする第２のカウンタ(31)を備えさせ、この第２のカ
ウンタ(31)のカウント積算値が、上記第１のカウンタ(3
0)のカウント積算値と同期して所定時間（例えば１sec
）毎にコントローラ(70)に送信されるようになってい
る。つまり、この第２のカウンタ(31)は、散乱光(S) の
強度に基いて氷(I) の大きさを検知でき、そのカウント
値によって比較的大きな氷(I) の通過個数を計測できる
ようになっている。

【００８０】そして、本例では、第１のカウンタ(30)に
よって、大きさに拘りなく検知された氷(I) の個数と、
第２のカウンタ(31)によって検知された大きさの大きい
氷(I) の個数とに基づいて、冷蓄熱運転時における蓄熱
熱交換器(42)の凍結を防止する制御を行うようになって
いる。

【００８１】この動作としては、先ず、第１のカウンタ
(30)のカウント値と第２のカウンタ(31)のカウント値と
が略等しく、且つこれらカウント値が所定値以上である
場合には、水配管(45c) を流れている氷(I) は、その殆
どが比較的大きな氷(I) であると判断することができ
る。このため、このような状況では、ポンプ(P) の能力
を上昇させての水循環回路(B) を流れている水(W) の流
速を上昇させる。これにより、この比較的大きな氷(I)
が蓄熱熱交換器(42)を通過する際の流速も高くなるの
で、この通過時間の短縮化によって該蓄熱熱交換器(42)
内部での過冷却解消動作を抑制することができることに
なる。また、このような動作では、蓄熱熱交換器(42)を
通過する水(W) の流速も高くなるので、この水(W) が蓄
熱熱交換器(42)を通過する通過時間も短くなる。このた
め、該水(W) の過冷却度が小さくなって、これによって
も蓄熱熱交換器(42)内部での過冷却解消動作を抑制する
ことができることになる。

【００８２】一方、第１のカウンタ(30)のカウント値が
比較的多く、逆に第２のカウンタ(31)のカウント値が比
較的少ない場合には、水配管を流れている氷(I) は、そ
の殆どが比較的小さな氷(I) であると判断することがで
きる。このためこのような状況では、ポンプ(P) の能力
を低下させて水循環回路(B) を流れている水(W) の流速
を低下させる。これにより、蓄熱熱交換器(42)に対する
単位時間当りの氷(I)の導入個数が低減することになる
ので、該蓄熱熱交換器(42)内部での過冷却解消動作を抑
制することができることになる。また、このような動作
では、蓄熱タンク(T) から水配管(45)へ水(W) を取出す
際の吸引力が小さくなるので、この蓄熱タンク(T) から
の氷(I) の導出量を抑制することができ、これによって
も蓄熱熱交換器(42)内部での過冷却解消動作を抑制する
ことができることになる。

【００８３】このように、本例によれば、水循環回路
(B) によって氷(I) の個数ばかりでなく、その大きさを
も認識できるようにし、これを凍結防止制御に利用する
ようにしたので、蓄熱熱交換器(42)上流側での氷(I) の
発生状況、特に、氷(I) の大きさに適した凍結防止動作
を行うことができる。

【００８４】また、このような氷(I) の大きさに応じて
蓄熱熱交換器(42)の凍結防止制御を行う場合、上述した
ポンプ(P) の能力制御ばかりでなく、予熱器(40)や混合
器(41)の能力制御を行うようにしてもよい。つまり、比
較的大径の氷(I) が流れている場合には、これら機器の
加熱量或いは撹拌力を向上させて、氷(I) の融解能力を
高めるようにする。

【００８５】（設計動作）以上、氷蓄熱装置の水循環回
路(B) に氷計測器(20)を設け、これによって蓄熱熱交換
器(42)の凍結を防止するための運転動作を行う場合につ
いて説明したが、このように氷計測器(20)を設ける技術
思想を利用すれば、この氷蓄熱装置を設計する際に、予
め、各機器を凍結が発生し難いものに設計することがで
きる。

【００８６】以下、水循環回路(B) を構成する各機器を
設計する際の動作について説明する。以下の設計動作
は、何れも、先ず、機器を試作し、これを水循環回路
(B) に組込んで冷蓄熱運転を行って氷(I) の流通状態を
検知し（検知動作）、凍結発生の虞れがある場合には、
この機器を改良するような設計を行う（変更動作）とい
った作業により行われる。また、この設計動作において
装置に取付けられた氷計測器(20)は、装置の出荷時に
は、該装置から取外されることになる。このため、１個
の氷計測器(20)によって多数の装置に対して設計動作を
行うことができることになる。

【００８７】−混合器の設計動作− 本設計動作にあっては、氷計測器(20)を上述した実施形
態と同様に混合器(41)の下流側に設け、この部分での氷
(I) の通過個数及びそのうち氷径が所定寸法以上である
ものを検出する。そして、この通過個数が所定値よりも
多いときや所定寸法以上の氷(I) が通過しているときに
は混合器(41)の撹拌力が十分に得られていないとして、
その設計変更を行う。

【００８８】具体的には、氷計測器(20)が、氷(I) の通
過個数及び氷径に基いた認識信号を出力し（検知動
作）、この認識信号（カウンタのカウント値）に基づい
て氷(I)の通過個数及びそのうち比較的大きさの大きい
ものの個数を検知し、大きさが１０μm 以上の氷(I) が
流れていたり或いは、氷(I) の大きさは１０μm 未満で
あっても、その通過個数が毎秒１００個以上であるよう
な場合には、混合器(41)の撹拌力が十分に得られていな
いと判断する。

【００８９】そして、このような判断が行われると、混
合器(41)若しくはその周辺部材を、上記撹拌力が向上す
るような設計変更（変更動作）を行うことになる。この
変更例としては、例えば、混合器(41)の上流側の水配管
(45f) を小径のものに変更して混合器(41)に導入する水
(W) の流速を上昇させる。これにより、混合器(41)内部
に乱流を発生させることで撹拌力を向上させることがで
きる。また、他の例としては、混合器(41)内部での水
(W) の流通時間を長く設定するような変更を行う。つま
り、混合器(41)内部への水(W) の吹出方向を改良したり
（出口側の水配管(45c) の接続位置とは反対方向（例え
ば上向き）に吹出させる）、混合器(41)の高さ寸法や径
寸法を大きくするようにしたり、或いは混合器(41)内部
に邪魔板を設けたりするといった設計変更を行うことに
よって、氷(I) が混合器(41)に導入してから導出するま
での時間を延長させ、これによって氷(I) の融解の促進
を図るような設計を行う。

【００９０】−予熱器の設計動作− 本設計動作にあっては、図２に仮想線で示すように、氷
計測器(20)を予熱器(40)の下流側の水配管(45f) に設
け、この部分での氷(I) の通過個数及びその大きさを検
出する。そして、この通過個数が所定値よりも多いとき
や通過する氷(I)の大きさが所定寸法よりも大きいとき
には予熱器(40)の加熱量が十分に得られていないとし
て、その能力を変更するような設計を行う。

【００９１】具体的には、各カウンタ(30,31) のカウン
ト値に基づいて氷(I) の通過個数及びそのうち比較的大
きさの大きいものの個数を検出し、上述した混合器(41)
の検査における判断条件と同様の氷(I) の流通条件が成
立した場合には、予熱器(40)を、その加熱量が増大する
ように設計変更することになる。この変更例としては、
例えば、予熱器(40)を大型のものに設計変更する。これ
によって氷(I) の融解の促進を図るようにする。

【００９２】−タンク接続管の設計動作− 本設計動作にあっては、氷計測器(20)を蓄熱タンク(T)
の下流側の取出し管(45e) に設け、この部分での氷(I)
の通過個数及びその大きさを検出する。そして、この通
過個数が所定値よりも多いときや通過する氷(I) の大き
さが所定寸法よりも大きいときには、蓄熱タンク(T) へ
氷(I) を供給するための供給管(45d) の接続状態が良好
ではないとして、その接続状態を変更するような設計を
行う。

【００９３】具体的には、各カウンタ(30,31) のカウン
ト値に基づいて氷(I) の通過個数及びそのうち比較的大
きさの大きいものの個数を検出し、上述した混合器(41)
の検査における判断条件と同様の氷(I) の流通条件が成
立した場合には、蓄熱タンク(T) に対する供給管(45d)
の接続状態を、該供給管(45d) からの水(W) の吹出方向
を取出し管(45e) の接続位置とは反対の方向に指向させ
るような接続状態に変更する。これによって、取出し管
(45e) 付近の水(W) が撹拌されて蓄熱タンク(T) 内の氷
(I) が取出し管(45e) から排出されてしまうといったこ
とを抑制できる。

【００９４】−水配管の設計動作− 本設計動作にあっては、氷計測器(20)を各機器を接続す
る水配管(45)の夫々に設け、この部分での氷(I) の通過
個数及びその大きさを検出する。つまり、各水配管にお
ける接続部分、エルボ、分岐部、流路の拡大及び縮小部
などが氷(I) の発生に与える影響を検知し、各部におけ
る乱流や滞留の影響により、蓄熱熱交換器(42)の上流側
において多量の氷(I) が発生しているような状況では、
この部分の配管を、乱流や滞留の発生し難いものに交換
する。これにより、蓄熱熱交換器(42)での凍結防止が図
れ、また蓄熱タンク(T) に供給される氷(I) の大きさを
適切なものに設計することができることになる。

【００９５】尚、このような氷(I) の検知を利用した設
計動作は、上述した各機器の設計の他に、蓄熱熱交換器
(42)、氷核生成器(46)及び過冷却解消器(43)に対しても
適用することが可能である。

【００９６】また、このような氷(I) の検知を利用した
設計は、凍結防止を目的とした設計に限らず、各機器の
能力設定や、熱ロスを削減するための設計にも使用可能
である。

【００９７】また、本実施形態では、光散乱法によって
氷(I) を認識するようにしたが、本発明はこれに限ら
ず、光透過法や高速度カメラ撮影等によって氷(I) を認
識するようにしてもよい。

【００９８】また、蓄熱用の蓄熱媒体として水を使用し
たが、その他ブライン水溶液等を使用するようにしても
よい。

【００９９】また、空気調和装置用の氷蓄熱装置に本発
明を適用した場合について説明したが、その他の蓄冷熱
を利用する装置に対しても適用可能である。

【０１００】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば以下に述べるような効果が発揮される。請求項１記載
の発明によれば、過冷却水の過冷却解消動作によって氷
を生成するようにした氷蓄熱装置に対し、過冷却熱交換
器の上流側の循環配管の氷の存在を氷認識手段によって
認識し、この氷の存在を認識したとき、過冷却熱交換器
での凍結を防止する凍結防止制御を行うようにしたため
に、従来では不可能とされていた凍結発生の予知を行う
ことができる。これにより、解凍運転の頻度が削減さ
れ、製氷効率の向上を図ることができる。

【０１０１】請求項２記載の発明では、蓄熱循環回路の
蓄熱媒体の流速を高くして、氷が過冷却熱交換器を通過
する通過時間を短縮化し、請求項３記載の発明では、過
冷却熱交換器における蓄熱媒体の過冷却度を小さくして
過冷却熱交換器内では容易には過冷却が解消しないよう
にし、また、請求項４記載の発明では、予熱手段による
蓄熱媒体の加熱量を増大させ、更に、請求項５記載の発
明では、撹拌手段における撹拌力を増大させることによ
って過冷却熱交換器での凍結を抑制するようにし、そし
て、請求項６記載の発明では、蓄熱タンクからの氷の排
出を抑制するように供給管からの供給方向を改良するこ
とで、凍結防止手段による凍結防止制御動作を具体的に
提供できる。これにより、本発明の実用性の向上を図る
ことができる。

【０１０２】請求項７記載の発明によれば、蓄熱循環回
路での氷の存在の有無を認識することによって、この蓄
熱循環回路を構成する各種機器を、凍結防止を目的とし
た設計が行えるようにしたために、これまでにない新た
な設計方法を提供でき、これによって設計された機器を
氷蓄熱装置に備えさせることにより、製氷運転時の凍結
の発生が抑制され、製氷効率の向上を図ることができ
る。

【０１０３】請求項８〜１０記載の発明によれば、上記
請求項７記載の発明に係る設計方法によって設計する機
器を具体的に得ることができ、本方法の実用性の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る空気調和装置に備えられた冷媒
循環回路を示す図である。

【図２】水循環回路の構成を示す図である。

【図３】氷計測器の概略構成を示す図である。

【図４】レーザ光発生器の構成を示す図である。

【図５】通常冷房運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図６】通常暖房運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図７】冷蓄熱運転の冷媒循環動作を示す回路図であ
る。

【図８】供給管の吹出し方向を変更する場合のタンク内
部を示す断面図である。

【図９】解凍運転の冷媒循環動作を示す回路図である。

【図１０】冷蓄熱利用冷房運転の冷媒循環動作を示す回
路図である。

【符号の説明】

(B) 水循環回路（蓄熱循環回路） (20) 氷計測器（氷認識手段） (40) 予熱器（予熱手段） (41) 混合器（撹拌器） (42) 蓄熱熱交換器 (45,45c) 水配管（循環配管） (45d) 供給管 (45e) 取出し管 (71) 凍結防止手段 (T) 蓄熱タンク (P) ポンプ（循環手段） (W) 水（蓄熱媒体） (I) 氷

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱媒体(W) を貯留する蓄熱タンク(T)
   と、蓄熱媒体(W) を圧送する循環手段(P) と、蓄熱媒体
   (W) を過冷却可能な過冷却熱交換器(42)とが循環配管(4
   5)によって蓄熱媒体(W) の循環が可能に接続されてなる
   蓄熱循環回路(B) を備え、 上記蓄熱タンク(T) から取出した液相の蓄熱媒体(W) を
   過冷却熱交換器(42)において過冷却状態まで冷却し、こ
   れを過冷却熱交換器(42)から導出した後に、その過冷却
   状態を解消して氷(I) を生成し、該氷(I) を蓄熱タンク
   (T) に回収するようにした氷蓄熱装置において、 上記蓄熱循環回路(B) における過冷却熱交換器(42)の上
   流側の循環配管(45c)に設けられ、該循環配管(45c) 内
   部を流れている蓄熱媒体(W) 中の氷(I) の存在を認識可
   能な氷認識手段(20)と、 該氷認識手段(20)の出力を受け、過冷却熱交換器(42)の
   上流側の循環配管(45c) を流れる蓄熱媒体(W) 中に氷
   (I) が存在するとき、過冷却熱交換器(42)での凍結を防
   止する凍結防止制御を行う凍結防止手段(71)とが設けら
   れていることを特徴とする氷蓄熱装置の凍結防止装置。
2. 【請求項２】 氷認識手段(20)は、循環配管(45c) にお
   ける氷(I) の大きさを認識可能となっており、 凍結防止手段(71)は、氷認識手段(20)が認識した氷(I)
   が大きいほど蓄熱循環回路(B) の蓄熱媒体(W) の流速が
   高くなるように制御することを特徴とする請求項１記載
   の氷蓄熱装置の凍結防止装置。
3. 【請求項３】 氷認識手段(20)は、循環配管(45c) にお
   ける氷(I) の量又は氷(I) の大きさを認識可能となって
   おり、 凍結防止手段(71)は、氷認識手段(20)が認識した氷(I)
   の量が多いほど又は氷(I) の大きさが大きいほど過冷却
   熱交換器(42)における蓄熱媒体の過冷却度を小さくする
   ように制御することを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱
   装置の凍結防止装置。
4. 【請求項４】 蓄熱循環回路(B) は、蓄熱タンク(T) の
   下流側に、該蓄熱タンク(T) から導出した蓄熱媒体を加
   熱する予熱手段(40)が設けられており、 氷認識手段(20)は、循環配管(45c) における氷(I) の量
   又は氷(I) の大きさを認識する一方、 凍結防止手段(71)は、氷認識手段(20)が認識した氷(I)
   の量が多いほど又は氷(I) の大きさが大きいほど予熱手
   段(40)による蓄熱媒体の加熱量が増大するように制御す
   ることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置の凍結防
   止装置。
5. 【請求項５】 蓄熱循環回路(B) には、蓄熱タンク(T)
   の下流側に設けられ、該蓄熱タンク(T) から導出した蓄
   熱媒体を加熱する予熱手段(40)と、該予熱手段(40)の下
   流側に設けられ、予熱手段(40)によって加熱された蓄熱
   媒体を撹拌する撹拌手段(41)とが備えられ、 氷認識手段(20)は、循環配管(45c) における氷(I) の量
   又は氷(I) の大きさを認識する一方、 凍結防止手段(71)は、氷認識手段(20)が認識した氷(I)
   の量が多いほど又は氷(I) の大きさが大きいほど撹拌手
   段(41)における撹拌力が増大するように制御することを
   特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置の凍結防止装置。
6. 【請求項６】 蓄熱タンク(T) には、生成された氷(I)
   を蓄熱タンク(T) に供給する供給管(45d) 及び蓄熱タン
   ク(T) 内の蓄熱媒体を取出す取出し管(45e)が夫々接続
   されており、 氷認識手段(20)は、循環配管(45c) における氷(I) の量
   又は氷(I) の大きさを認識する一方、 凍結防止手段(71)は、氷認識手段(20)が認識した氷(I)
   の量が多いほど又は氷(I) の大きさが大きいほど供給管
   (45d) からの氷(I) の供給方向を、取出し管(45e) の接
   続位置とは反対の方向に指向させるように制御すること
   を特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置の凍結防止装
   置。
7. 【請求項７】 蓄熱媒体(W) を貯留する蓄熱タンク(T)
   と、蓄熱媒体(W) を圧送する循環手段(P) と、蓄熱媒体
   (W) を過冷却可能な過冷却熱交換器(42)とが循環配管(4
   5)によって蓄熱媒体(W) の循環が可能に接続されてなる
   蓄熱循環回路(B) を備え、 上記蓄熱タンク(T) から取出した液相の蓄熱媒体(W) を
   過冷却熱交換器(42)において過冷却状態まで冷却し、こ
   れを過冷却熱交換器(42)から導出した後に、その過冷却
   状態を解消して氷(I) を生成し、該氷(I) を蓄熱タンク
   (T) に回収する一方、 上記蓄熱循環回路(B) における循環配管(45)の所定位置
   に設けられ、該所定位置において循環配管(45)内部を流
   れている蓄熱媒体(W) 中の氷(I) の存在を検知可能な氷
   認識手段(20)が設けられた氷蓄熱装置の凍結防止設計方
   法であって、 上記氷認識手段(20)による氷(I) の検知動作に続いて、
   該氷認識手段(20)が氷(I) の存在を検知したとき、その
   氷認識手段(20)の配設位置に基いて氷(I) の発生原因と
   なっている機器を認識し、過冷却熱交換器(42)への氷
   (I) の流入を防止するように、その機器を改良する変更
   動作を行うことを特徴とする氷蓄熱装置の凍結防止設計
   方法。
8. 【請求項８】 蓄熱循環回路(B) は、蓄熱タンク(T) の
   下流側に、該蓄熱タンク(T) から取出した蓄熱媒体を加
   熱する予熱手段(40)が設けられており、 氷認識手段(20)は、予熱手段(40)の下流側に設けられ、
   該予熱手段(40)から流出する蓄熱媒体(W) 中の氷(I) の
   存在を検知可能となっており、 上記氷認識手段(20)が氷(I) の存在を検知したとき、予
   熱手段(40)による氷(I) の融解が不十分であると認識し
   て、該予熱手段(40)を加熱量が増大するように改良する
   ことを特徴とする請求項７記載の氷蓄熱装置の凍結防止
   設計方法。
9. 【請求項９】 蓄熱循環回路(B) には、蓄熱タンク(T)
   の下流側に設けられ、該蓄熱タンク(T) から取出した蓄
   熱媒体を加熱する予熱手段(40)と、該予熱手段(40)の下
   流側に設けられ、予熱手段(40)によって加熱された蓄熱
   媒体を撹拌する撹拌手段(41)とが備えられ、 氷認識手段(20)は、撹拌手段(41)の下流側に設けられ、
   該撹拌手段(41)から流出する蓄熱媒体(W) 中の氷(I) の
   存在を検知可能となっており、 上記氷認識手段(20)が氷(I) の存在を検知したとき、撹
   拌手段(41)における撹拌力が不十分であると認識して、
   該撹拌手段(41)を撹拌力が増大するように改良すること
   を特徴とする請求項７記載の氷蓄熱装置の凍結防止設計
   方法。
10. 【請求項１０】 蓄熱タンク(T) には、生成された氷
    (I) を該蓄熱タンク(T) 内に供給する供給管(45d) 及び
    蓄熱タンク(T) 内の蓄熱媒体を取出す取出し管(45e) が
    夫々接続されており、 氷認識手段(20)は、取出し管(45e) に設けられ、該取出
    し管(45e) により蓄熱タンク(T) から取出される蓄熱媒
    体(W) 中の氷(I) の存在を検知可能となっており、 上記氷認識手段(20)が氷(I) の存在を検知したとき、蓄
    熱タンク(T) に対する供給管(45d) の接続状態が不良で
    あると認識して、該供給管(45d) の接続状態を、氷(I)
    の供給方向が取出し管(45e) の接続位置とは反対の方向
    に指向するように改良することを特徴とする請求項７記
    載の氷蓄熱装置の凍結防止設計方法。