JP2547918B2 - 潜熱蓄積装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に夜間の電力を使用
し、蓄熱槽にシャーベット状の冷却凝固物を生成する事
により冷熱を蓄熱し、これを昼間、融解し冷房空調に利
用する潜熱蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業プラントや高層建築等におけ
る空調システムには、夜間の割安な電力を利用してヒー
トポンプ（冷凍機と同一、以下にＨＰと記す）を用いて
冷水や温水を生成して蓄熱し、これを主に昼間の空調に
使用し経済性を向上させた蓄熱型の空調システムが提案
されている。特に、最近では夏期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心配もあり社会的
にも夜間電力の活用が望まれる状況となりつつある。

【０００３】この様な背景から蓄熱装置を有する空調設
備が多数研究され、既に稼働状態にあり、特に蓄熱容量
が従来の水に比して飛躍的に増大する氷蓄熱装置の実用
化が着々と進められている。

【０００４】例えば、卑近な例では、水槽内部にシャー
ベット状態の氷を製造・貯蔵する過冷却製氷方式を採用
したスーパーアイスシステム（高砂熱学株式会社商品
名）がある。潜熱蓄熱媒体（第１の液体）として水を用
い、特にシャーベット状態の氷を連続的に製造する点に
おいて本発明の蓄熱装置（潜熱蓄熱装置）と同様であ
る。

【０００５】しかしながら、従来のシャーベット状氷を
製造・貯氷するシステムでは製造された氷を効果的に移
送する手段を持たない為、大規模な氷蓄熱システムへの
展開が計られなかったり、氷を蓄える水槽内部の氷の体
積占有率が十分でなく、装置の大型化を招くなどの問題
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シャーベット状態の氷
を製造する事を特徴とする直接々触製氷方式では、製造
されたシャーベット状の氷が水槽上部に浮力により貯溜
される。貯溜された氷の最上部では下にある氷の浮力に
より弱い圧縮を受ける為、氷の占める体積率は約30％程
度あるが、貯溜される氷の最下部では、圧縮が無い為、
氷の占める体積率は１％程度に低下している。この為、
従来の直接々触製氷方式を採用する氷蓄熱装置は蓄熱水
槽の氷充填率（アイスパッキングファクター）が低い欠
点があった。

【０００７】また、この欠点を改良する目的で製氷槽上
部に貯溜されるシャーベット状態の氷を水車などの移送
手段により汲み上げ、貯氷槽へ移送する技術もあるが複
雑な機構を必要とする為、長期の使用に保守・点検上の
問題があった。

【０００８】本発明は、上述した事情に鑑みなされたも
のであって、冷却凝固物の貯溜槽内部に効率良く、かつ
簡潔な機構により、シャーベット状の冷却凝固物を蓄え
る目的でなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、建物の地下あ
るいは屋上等の空間に例えば冷水および非水溶性で水よ
り重い不凍液（蓄熱冷媒液）を水と一緒に貯溜する氷蓄
熱水槽（特に氷の貯溜を行う水槽を貯氷槽、氷の製造を
行う水槽を製氷槽と呼ぶ）を設け、この貯氷槽内の冷水
を建物や建物内部の各部屋へ強制的に循環供給する循環
給水系と該製氷槽下部より蓄熱冷媒液を取りだし、別置
きされた冷凍機にて冷却した後、再度製氷槽内に戻す蓄
熱冷媒液循環系を備えた空気調和装置において、主に、
夜間の割安な電力を使用して製氷槽内にシャーベット状
の氷を高効率に製造し、これを定期的に貯氷槽内に移送
し、高密度でシャーベット状の氷を蓄え、昼間は該貯氷
槽より冷水あるいはシャーベット状態の氷の混ざる冷水
を取り出し、低温度のまま直接、あるいは建物の各部屋
を冷房して高温となった還流水と混合させ適温とした
後、冷水を冷房負荷に送水する。

【００１０】一方、高温の還流水の一部あるいは全ては
該貯氷槽の上部よりシャワー等の形態にてシャーベット
状の氷に散布する。シャーベット状の氷は貯氷槽内部に
浮遊し解氷されつつ上部へ浮上するので、高速度な解氷
が可能となる。

【００１１】この様な優れた特徴を有する氷蓄熱装置
（潜熱蓄熱装置）に於いて、製氷槽にて製造されたシャ
ーベット状の氷を貯氷槽に移送する手段として製氷槽に
て製造され、上部に浮遊する氷充填率の高い状態のシャ
ーベット状氷を移送するに際して、水門を一気に開く事
により雪崩の様に貯氷槽へ移送することが効果的であ
る。

【００１２】

【作用】製氷槽にて製造されたシャーベット状の氷が所
定の量となり、かつ製氷槽上部に望ましい氷の体積占有
率にて浮上した状態となる頃合を見計らう様に、貯氷槽
から水をポンプにて製氷槽へ送水し、貯氷槽水位に比し
て所定高さだけ製氷槽の水位を上げた所で（水位を検出
するセンサーがその情報を掴む）貯氷槽と製氷槽を接続
する解放型の連結部に設置される水門を一気に解放する
様な構成としているので、製氷槽上部に浮遊しているシ
ャーベット状態の氷は雪崩の様に貯氷部へ移動する。

【００１３】この様に水門を開け閉めする事により製氷
（貯溜）と移送を繰り返し、貯氷槽内にシャーベット状
の氷を高密度で蓄える事が可能となる。一方、製氷槽内
部での製氷過程を常に低い氷の体積充填率にて実施でき
る為、製氷条件も良好に保つことが可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例につき、図１，図２に基づ
いて説明する。

【００１５】図に示される様に、主に夜間の割安な電力
を使用して、第２の液体である蓄熱冷媒液（例えば、フ
ロリナート）Ｗａを汲み上げポンプ１を駆動し、冷凍機
２に送り、第１の液体である水の凝固点（０℃）より低
温に冷却した後、複数個の製氷槽３に同時あるいは、時
間的にずらして配管４およびその先端に設置した複数個
のノズル５より製氷槽３内の水Ｗの中へ流出させ蓄熱冷
媒液Ｗａの保有する冷熱を水Ｗに与える。

【００１６】各ノズル５は、蓄熱冷媒液Ｗａが噴出後に
水Ｗと十分な熱交換を実施するために必要な高さ（第１
の液体と第２の液体の界面位置から）の 0.5ｍ以上を確
保した位置に設置してある。この為、蓄熱冷媒液Ｗａは
製氷槽３の底部６に設置した貯溜部７に到達するまでに
ほぼ水温（製氷状態であれば０℃）まで温度上昇し蓄熱
冷媒液Ｗａによる熱交換効率はほぼ 100％となる。

【００１７】製氷槽３内部では、生成されるシャーベッ
ト状の氷８が上部９に雲の如く貯溜されるが、氷の体積
占有率は水面に近いほど高率である。この様に製氷が継
続する間、貯氷槽10の下部に設置した蓄熱冷媒液Ｗａの
貯溜部12より冷水Ｗと共に蓄熱冷媒液Ｗａが配管13およ
びポンプ14を介して製氷槽３に連続して送水されてい
る。その結果、製氷槽３の水位は除々に上昇する。当
然、貯氷槽10の水位は減少するが、製氷槽３の容積に比
して貯氷槽10の容積は数倍以上であるためその動きは僅
かである。

【００１８】製氷槽３内の水位が上昇すると、所定の位
置に設置された水位センサー15にて所定量に達した事が
検出されると製氷槽３と貯氷槽10を連結する連結部16に
設置された水門部17の水門板18が下方へ移動し製氷部３
の上部９にあるシャーベット状態の氷８が全体的な流れ
（雪崩の様に一気にシャーベット状氷が動く）として連
結部16を経由して貯氷槽10へ移送される。連結部16は製
氷槽３から貯氷槽10へ向け常に下りの傾斜を有する構成
となっており、途中で氷が停滞することのない様に構成
される。

【００１９】水門部17の最下部まで水が流出する頃合を
見計らって、水門部17の水門板18が除々に上昇し再び、
水Ｗの蓄積が始まる。この間、製氷は連続して継続され
ている。

【００２０】以上のように、実施例ではシャーベット状
態の氷の移送に、貯溜状態シャーベット状態の氷の貯溜
状態に応じて水門を解放する事により一気に雪崩の様な
塊として氷の体積充填率の高い状態のまま貯氷槽へ移送
する様な構成としたので、移送の為の動力は基本的に貯
氷槽から製氷槽へ送られる水移送に必要なポンプ動力の
みで良く、また、水門板の上下移動のみによるメカニズ
ムを採用し、重力によるシャーベット状態の氷の動きを
発生させているので、複雑な移送手段を必要とせずに氷
の移送が可能となる。さらに、水門の形状をなるべく水
平方向に長くとる様にすれば、氷が千切れて水が選択的
に流れてしまう事を抑制する効果がある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した通り本発明においては、シ
ャーベット状の氷を定期的に製氷槽から貯氷槽へ移送す
る事ができるので、製氷槽内の製氷条件を常に最良の状
態に保つと共に、製氷槽上部に貯溜される氷体積占有率
の高いシャーベット状の氷を貯氷槽へ選択的に移送でき
る効果がある。さらに、水門板の開く方向を下方として
いるので、最初に水だけが流出してしまう事が防止で
き、一気に雪崩の様にシャーベット状の氷を動かす事が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により氷移送装置を備えた氷蓄熱装置の
構成概要図

【図２】図１の断面構成図

【符号の説明】

１…蓄熱冷媒液Ｗａの循環ポンプ ２…冷凍機などの蓄熱冷媒液Ｗａの冷却手段 ３…製氷槽 ４…蓄熱冷媒液Ｗａの循環系配管 ５…蓄熱冷媒液Ｗａの水Ｗ内への流出ノズル ６…製氷槽底部 ７…蓄熱冷媒液Ｗａの貯溜部 ８…シャーベット状の氷 ９…製氷槽上部 10…貯氷槽 11…貯氷槽底部 12…蓄熱冷媒液Ｗａの貯溜部兼取水部 13…水移送配管 14…水移送ポンプ 15…水位センサー 16…連結部 17…水門部 18…水門板（弁板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−223291（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−251139（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−155135（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調用蓄熱媒体として液体の凝固時の潜
   熱を用いる蓄熱装置であって、蓄熱槽内の第１の液体の
   中に第１の液体より凝固点が低くかつ互いに混合、化合
   することがなく水溶性である第２の液体を別置きの冷凍
   手段により第１の液体の凝固点以下に冷却した後に噴出
   させる流出手段を有し、第１の液体の一部を直接々触熱
   交換により冷却凝固させ、その潜熱を奪う事により蓄熱
   させる手段および流出した第２の液体を分離回収する手
   段を有する潜熱蓄積装置において、もっぱら第１の液体
   の冷却凝固物を製造する凝固物製造部と製造された第１
   の液体の冷却凝固物を蓄える貯溜部に槽を分離し、両槽
   を接続する解放型の上部連結部において液体の流れを制
   御する開閉機構を設置すると共に、貯溜槽下部から第１
   の液体を取り出し凝固物製造槽に送る送液系を設置し、
   凝固物製造を槽内の液位を除々に増加させつつ冷却凝固
   を実施し、冷却凝固物製造槽の液位が貯溜槽液位を所定
   量上回った事を検出し開閉機構を解放し、一気に凝固物
   製造槽上部に貯溜される第１の液体およびその冷却凝固
   物を貯溜槽に流下させる手段を有することを特徴とする
   潜熱蓄積装置。
2. 【請求項２】 冷却凝固物貯溜槽からの第１の液体の採
   取位置を槽の最下部とし、冷却凝固物製造槽からの第１
   の液体および冷却凝固物の一定時間ごとの移送時に混入
   する第２の液体を採取回収することを特徴とする請求項
   １に記載の潜熱蓄積装置。
3. 【請求項３】 冷却凝固物製造槽および貯溜槽の底面に
   １か所以上の窪み部を設け、この窪み部に第２の液体が
   集合・貯溜される様、底面に若干の傾斜をつけると共
   に、貯溜された第２の液体を回収する回収手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄積装置。