JPH0615243Y2 - 空調用氷蓄熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，冷房用の冷熱源を氷の潜熱の形態で蓄えるよ
うにした空調用氷蓄熱装置に関する。

〔従来の技術〕

空調用蓄熱水槽に氷を蓄えることによって冷熱を潜熱の
形態で蓄熱するいわゆる氷蓄熱方式には製氷法の相違に
より蓄える氷の形態がソリッド状（氷塊状）のものとリ
キッド状（微細な氷が水に懸濁した状態）のものがあ
る。

周知のとおり，ビル空調を水熱源方式で行なう場合には
地下ピット等を利用して熱源水を蓄える大型の蓄熱水槽
が構築され，この蓄熱水槽において空調用に必要な冷熱
または温熱を蓄えるようにしている。前記の氷蓄熱を行
なう場合に，前記のリキッド方式ではかような蓄熱水槽
をそのまま利用した例はない。ソリッド方式では該蓄熱
水槽を利用した例があるが，この場合のI.P.F（氷の充
填率）は10％前後であると言われており，効率が悪いも
のとなっている。また，氷塊を生成するのに特殊溶液等
が使用される例や蓄熱水槽を圧力容器に構成する例など
があるが，このような溶液を用いてソリッド方式とする
ことは種々の問題があるし，圧力容器とするには非常に
費用が嵩む。他方，リキッド方式で行えばI.P.Fは非常
に高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，深夜電力等を利用して行なう場合にその
時間帯で実現するには非常に大規模な氷製造設備となっ
てしまう。

このように，ソリッド方式およびリキッド方式にはそれ
ぞれ得失があるが，後者のいわゆるシャーベット状の氷
−水スラリーを製造するリキッド方式として，出願人は
すでに特願昭62-47770号，特願昭62-62681号，特願昭62
-102994号，特願昭62-228800号，特願昭62-245930号，
実願昭62-30383号，実願昭62-181176〜8号，実願昭62-1
92012等において，零度℃以下に冷却された過冷却水を
連続流れとして製造し，この連続流れの過冷却水の過冷
却状態を瞬時に解除することによって微細な氷が分散し
た蓄熱に適したリキッドアイスを製造する発明考案を提
案した。

特開昭62-147271号公報は冷却用伝熱面の水の流速が所
定以上となるように流動状態を保って冷却すると過冷却
水が得られると教示している。

〔考案の目的〕

本考案は，ビルの地下ピット等に構築される通常の大型
の蓄熱水槽をそのままリキッドアイス貯蔵槽として，必
要な時に（冷房シーズンに）利用することを目的とした
ものである。

〔考案の構成〕

前記の目的を達成せんとする本考案の要旨とするところ
は，空調用熱源水を蓄える主蓄熱水槽のほかにこれより
小型の補助蓄熱水槽を別途に設置し，この補助蓄熱水槽
の水面が実質上一定に維持されるように主蓄熱水槽から
水を給水する管路を形成し，水を零度℃以下の過冷却水
にまで連続的に冷却する水冷却器を設置すると共に，補
助蓄熱水槽内の水をこの水冷却器に連続供給する給水管
路を形成し，この水冷却器から連続的に取り出される過
冷却水に対しその過冷却状態を解除する手段を設け，こ
の過冷却状態解除手段を経て氷−水スラリーとなった流
体を，過手段を介してまたは介さずして，前記の主蓄
熱水槽に供給する経路を設けたことを特徴とする。

すなわち本考案においては，補助蓄熱水槽，水冷却器お
よび過冷却状態解除装置等からなる微細氷の生成装置を
主蓄熱水槽と分離して機械室に設置し，この機械室内の
補助蓄熱水槽に主蓄熱水槽の水の一部を供給し，作られ
たシーベット状の氷を主蓄熱水槽に搬送するようにした
ものである。

なお，過冷却状態解除装置によって氷−水スラリーとな
った固液混合液体から出来るだけ水を分離して濃縮した
氷−水スラリーを主蓄熱水槽に搬送することが好まし
く，このためには，フイーダ部の一部または全部を多数
の細孔をもつ材で構成したモーノポンプを用いるのが
便宜である。つまり該フイーダ部で水を該細孔から出来
るだけ分離し，この分離した水は補助蓄熱水槽に戻すと
共に，濃縮した氷−水スラリーをこのモーノポンプで主
蓄熱水槽に搬送するのである。

〔実施例〕

第１図は，本考案の空調用氷蓄熱装置の全体を示す実施
例であり，１は主蓄熱水槽を示す。この主蓄熱水槽１は
大型建物の水熱源空調用に地下等に設置される通常の水
槽であり，冷房シーズンには冷水を暖房シーズンには温
水を蓄えるように構成された大型蓄熱水槽である。本考
案ではこのような大型の蓄熱水槽をそのまま利用してシ
ャーベット状の微細な氷を蓄えようとするものである。

本考案においては，かような主蓄熱水槽１のほかに，小
型の補助蓄熱水槽２を機械室等に設置する。そして，主
蓄熱水槽１内の熱源水の一部をポンプ３によって補助蓄
熱水槽２に管路４を経て供給する。そのさい，補助蓄熱
水槽２に液面検出計５を取付け，その指示値を制御器６
に送信し，該指示値が設定値の範囲に入るようにポンプ
３を制御して補助蓄熱水槽２内の水面を実質上一定に維
持する。

この補助蓄熱水槽２と同じ機械室に水冷却器７が設置さ
れ，この水冷却器７に補助蓄熱水槽２の水が給水管路８
を経てポンプ９によって連続供給される。水冷却器７は
例えば多数本の伝熱管10の内側に水を通水するようにし
たシエルアンドチューブ型熱交換器を使用することがで
きる。すなわち，シエル11内を仕切り板12,13で仕切っ
て冷却室14を構成し，この冷却室14内に多数本の伝熱管
10を貫通させ，この伝熱管10内に通水すると共に管外の
冷却室14に冷媒を供給して管内を連続通水する水を零度
℃以下に冷却する。そのさい，冷却室14をヒートポンプ
の蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを構成す
る。すなわち，圧縮機15，凝縮器16，膨張弁17および該
冷却室14の蒸発器との間を冷媒配管し，冷却室14で蒸発
する冷媒の圧を一定に維持することによって，各伝熱管
10を零度℃以下の一定の温度に冷却することができる。
なお，このような冷凍サイクルに代えて冷却室14内に冷
凍機から所定温度のブラインを供給する構成としてもよ
い。本考案者らは先に特願昭62-271922号において，水
と接触する管壁温度がマイナス5.８℃以下とはならない
温度（ただし零度℃以下）に伝熱管10を冷却すれば，水
流のレイノルズ数（つまり流速や管径），冷却される前
の水温，冷却後の水温等とは無関係に過冷却水が連続的
に製造できることを明らかにした。したがって，本考案
においても，水冷却器７における伝熱管10の内壁温度が
どの地点でも−5.８℃以下とはならない温度（ただし零
度℃以下）に制御する。このようにして，水冷却器７内
の伝熱管10では凍結を起こすことなく各伝熱管の吐出口
18から過冷却水が連続流れとして取り出される。

水冷却器７は補助蓄熱水槽２の水面よりも高所に設置
し，水冷却器７の吐出口18から過冷却水を大気中に吐出
し，その落液過程で過冷却水の解除を行なうのが実操業
上好ましく，図示の例では，この過冷却状態解除装置と
して，二段傾斜樋が使用されている。すなわち，一次樋
19に過冷却水の吐出落下流を受けて過冷却水に衝撃を付
与すると共に過冷却状態解除のための時間を樋19内での
流れ過程で付与する。またこの樋19の傾斜を適切にする
ことによって，吐出落下流が樋と衝突したあと下流側に
速やかに流れるようにすれば，その衝突位置において氷
塊に成長することが防止できると共に，落下してくる過
冷却水の流れにさかのぼって氷が成長する（つららの立
上りが生ずる）ことも防止できる。そして，この一次樋
19の下方にさらに二次樋20を設けることによって過冷却
状態の解除はさらに完全となり，この二次樋20から流出
するさいには，水中に微細な氷が分散したシャベット状
の流体となる。

このシャベット状の氷−水スラリーをそのまま主蓄熱水
槽１に搬送することもできるが，製氷効率および蓄熱効
率をより向上させるために，該スラリー中の水を出来る
だけ分離して濃縮したスラリーを主蓄熱水槽１に搬送す
るのが好ましい。このため，図示の実施例では，過機
能をもつモーノポンプ21をスラリーの搬送装置として使
用している。

第２図は本考案に従う改良モーノポンプの例を示したも
のである。周知のとおり，モーノポンプはステーター22
内に蛇行ローター23を挿入し，この蛇行ローター23を軸
回りに回転することによってステーター22との間で生じ
る隙間を軸方向に連続的に移行させるものであり，この
連続移行する隙間に流体を供給することによって搬送機
能（ポンプ機能）を果たすものである。24は流体のフイ
ーダ部を示すが，本考案ではこのフイーダ部24を構成す
るケーシングの一部または全部を材で構成する。図示
の例では，フイーダ部24の底板および側板を，細孔をも
つ多孔金属板25で形成してある。すなわち，このフイー
ダ部24に前記の氷−水スラリーの流体を供給したさい
に，ここに滞留する間にフイーダ部24の細孔から水漏れ
が生ずるようにしてある。これによって蛇行ローター23
に供給されるスラリーは水量の減少した濃縮したスラリ
ーとなり，この濃縮スラリーが吐出される。

第１図に示すように，この濃縮スラリーを管路26を経て
主蓄熱水槽１に搬送し，他方，フイーダ部24から漏水し
た水は補助蓄熱水槽２に戻す。これによって，主蓄熱水
槽１には氷密度の濃い微細氷が蓄えられることになり，
補助蓄熱水槽２には零度℃近くの水が戻されることにな
る。

〔作用効果〕

本考案によると，大容量の主蓄熱水槽であっても，その
一部の水を一たん小容量の補助蓄熱水槽に一定量保留
し，この少量の保留水を水冷却器に循環することによっ
て，過冷却水を連続製造するから，製氷効率が非常に良
好となり，且つ主蓄熱水槽から補助蓄熱水槽に汲み上げ
るためのポンプ３の動力は非常に軽微となる。そして，
主蓄熱水槽には製造された微細な氷が氷密度の高い状態
で供給することができる。したがって，例えば夜間電力
を利用して本考案装置を稼働する場合でも，その短い時
間帯において大容量の主蓄熱水槽に十分高い密度の氷を
供給することが可能となる。他方，補助蓄熱水槽では，
スラリーから分離された零度℃付近の水を戻すようにす
れば低温の水が常に保留されることになるので，この低
温の水から過冷却水を製造すればよく，したがって製氷
効率が良好となる。そして本考案は，既に構築されてい
る氷蓄熱を本来は意図していなかった既存の熱源水の蓄
熱水槽を氷蓄熱水槽に利用することが可能となると共
に，その氷蓄熱をリキッドアイス方式で達成することが
できるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の装置の機器配置を示す略断面図，第２
図は本考案に従う改良モーノポンプの略断面図である。 １……主蓄熱水槽，２……補助蓄熱水槽，３……ポン
プ，４……補助蓄熱水槽への給水管路，５……液面検出
計，６……制御器，７……水冷却器，８……補助蓄熱水
槽から水冷却器への給水管路，９……ポンプ，19,20…
…傾斜樋（過冷却状態解除装置），21……モーノポン
プ，24……モーノポンプのフイーダ部，25……細孔をも
つフイーダ部ケーシング。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】空調用熱源水を蓄える主蓄熱水槽のほかに
   これより小型の補助蓄熱水槽を別途に設置し，この補助
   蓄熱水槽の水面が実質上一定に維持されるように主蓄熱
   水槽から水を給水する管路を形成し， 水を零度℃以下の過冷却水にまで連続的に冷却する水冷
   却器を設置すると共に，補助蓄熱水槽内の水をこの水冷
   却器に連続供給する給水管路を形成し， この水冷却器から連続的に取り出される過冷却水に対し
   その過冷却状態を解除する手段を設け， この過冷却状態解除手段を経て氷−水スラリーとなった
   流体を前記の主蓄熱水槽に供給する経路を設けてなる空
   調用蓄熱装置。
2. 【請求項２】空調用熱源水を蓄える主蓄熱水槽のほかに
   これより小型の補助蓄熱水槽を別途に設置し，この補助
   蓄熱水槽の水面が実質上一定に維持されるように主蓄熱
   水槽から水を給水する管路を形成し， 水を零度℃以下の過冷却水にまで連続的に冷却する水冷
   却器を設置すると共に，補助蓄熱水槽内の水をこの水冷
   却器に連続供給する給水管路を形成し， この水冷却器から連続的に取り出される過冷却水に対し
   その過冷却状態を解除する手段を設け， この過冷却状態解除手段を経て氷−水スラリーとなった
   流体を過する手段を設け，その過水を補助蓄熱水槽
   に，そして濃縮した氷−水スラリーを前記の主蓄熱水槽
   に供給する経路を設けてなる空調用蓄熱装置。
3. 【請求項３】濃縮した氷−水スラリーが主蓄熱水槽にモ
   ーノポンプによって供給され，このモーノポンプの流体
   フイーダ部の一部または全部が多数の細孔をもつ材で
   構成されている実用新案登録請求の範囲第２項記載の空
   調用蓄熱装置。