(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管（41）を流れる熱媒体で蓄熱媒体を冷却して上記伝熱管（41）の周囲に氷化物（32）を生成させる蓄熱運転と、該氷化物（32）で上記伝熱管（41）内の熱媒体を冷却して冷熱を取り出す利用運転とを行う氷蓄熱装置において、
利用運転時に伝熱管（41）と氷化物（32）との間に生じた隙間（33）において強制対流を生じさせる撹拌手段（50）を備える一方、
上記撹拌手段（50）は、伝熱管（41）と氷化物（32）の隙間（33）へ撹拌用流体として空気を吹き込むように構成され、
上記伝熱管（41）には直線状の直管部（42）と半円弧状の曲管部（43,44）とが交互に形成され、該伝熱管（41）は直管部（42）の長手方向が略鉛直方向となる姿勢で設けられており、
蓄熱媒体を貯留する蓄熱槽（31）に上記伝熱管（41）が収納され、
上記伝熱管（41）における直管部（42）の上端に連続する曲管部（43）の全体又は一部分が、蓄熱媒体の液面（34）よりも上方に常に位置している氷蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の氷蓄熱装置において、
撹拌手段（50）は、伝熱管（41）の近傍に開口して内部を撹拌用流体が流通するガイドパイプ（53）を備えている氷蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の氷蓄熱装置において、
撹拌手段（50）は、伝熱管（41）に向けて撹拌用流体を噴出させるノズル部材（59）を備えている氷蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載の氷蓄熱装置において、
撹拌手段（50）は、伝熱管（41）の直管部（42）の下端部付近から撹拌用流体を吹き込むように構成されている氷蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱媒体の相変化により冷熱を蓄える氷蓄熱装置に関し、特に、冷熱の取り出し性能の向上策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蓄熱槽に貯留した水等の蓄熱媒体を冷却して凍らせ、蓄熱媒体の潜熱として冷熱を蓄える氷蓄熱装置が知られている。近年、氷蓄熱装置は、空調機と組み合わせて利用されている。つまり、夜間に製氷を行って冷熱を蓄える一方、昼間には蓄えた冷熱を利用して冷房運転を行うようにしている。このような運転により、安価な深夜電力を利用することにより空調機の運転コストを低減すると共に、夜間と昼間の電力需要の平準化を図るようにしている。
【０００３】
氷蓄熱装置としては、特開平７−３０１４３８号公報に開示されているような、いわゆるスタティック型で内融方式を採用するものが知られている。この種の蓄熱装置では、蓄熱槽内に水等の蓄熱媒体を貯留する一方、蓄熱槽内に伝熱管を配置している。そして、製氷時には、冷凍機等で冷却した熱媒体を伝熱管に流し、蓄熱槽の蓄熱媒体を凍らせる。一方、冷熱の利用時には、凍結した蓄熱媒体、即ち氷化物によって伝熱管の熱媒体を冷却し、冷却した熱媒体を室内熱交換器等に搬送して冷房等を行うようにしている。
【０００４】
尚、氷蓄熱装置には、スタティック型に対してダイナミック型と呼ばれるものがある。ダイナミック型では、スラリー状の氷を連続して製造し、粒状の氷を蓄熱槽に蓄えるようにしている。また、内融方式に対して外融方式と呼ばれるものがある。外融方式では、固液共存状態の蓄熱槽から液相の蓄熱媒体を取り出し、取り出した低温の蓄熱媒体と熱媒体を熱交換させた後に、再び蓄熱媒体を蓄熱槽に戻すようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示されているような氷蓄熱装置では、冷熱を取り出す利用運転を継続すると、冷熱の取り出し性能が急激に低下するという問題がある。
【０００６】
具体的に、製氷時には、冷却した熱媒体を伝熱管に流して製氷を行うため、蓄熱媒体は伝熱管の周囲から凍結してゆく。一方、冷熱の利用時には、熱媒体を伝熱管内に流して蓄熱媒体と熱交換させるため、蓄熱媒体は伝熱管の周囲から融解してゆく。従って、利用運転の開始当初には氷化物と伝熱管とが接触状態にあり、伝熱管内の熱媒体は該伝熱管のみを介して氷化物と熱交換する。
【０００７】
これに対し、利用運転が進行すると、伝熱管の周囲の氷化物が融けて伝熱管と氷化物の間に隙間が生じ、伝熱管内の熱媒体は伝熱管と液相の蓄熱媒体の両方を介して氷化物と熱交換しなければならない。また、伝熱管と氷化物の間に隙間が生じた場合、伝熱管と氷化物の間の伝熱は、該隙間に存在する液相の蓄熱媒体の自然対流により行われる。このため、伝熱管内の熱媒体と氷化物との熱交換量が減少し、冷熱取り出し性能の低下を招いていた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、氷蓄熱装置において、冷熱の利用時における冷熱取り出し性能の低下を防止することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が講じた第１の解決手段は、伝熱管（41）を流れる熱媒体で蓄熱媒体を冷却して上記伝熱管（41）の周囲に氷化物（32）を生成させる蓄熱運転と、該氷化物（32）で上記伝熱管（41）内の熱媒体を冷却して冷熱を取り出す利用運転とを行う氷蓄熱装置を対象とする。そして、利用運転時に伝熱管（41）と氷化物（32）との間に生じた隙間（33）において強制対流を生じさせる撹拌手段（50）を備える一方、上記撹拌手段（50）は、伝熱管（41）と氷化物（32）の隙間（33）へ撹拌用流体として空気を吹き込むように構成され、上記伝熱管（41）には直線状の直管部（42）と半円弧状の曲管部（43,44）とが交互に形成され、該伝熱管（41）は直管部（42）の長手方向が略鉛直方向となる姿勢で設けられており、蓄熱媒体を貯留する蓄熱槽（31）に上記伝熱管（41）が収納され、上記伝熱管（41）における直管部（42）の上端に連続する曲管部（43）の全体又は一部分が、蓄熱媒体の液面（34）よりも上方に常に位置しているものである。
【００１０】
本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、撹拌手段（50）には、伝熱管（41）の近傍に開口して内部を撹拌用流体が流通するガイドパイプ（53）を設けるものである。
【００１１】
本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、撹拌手段（50）には、伝熱管（41）に向けて撹拌用流体を噴出させるノズル部材（59）を設けるものである。
【００１２】
本発明が講じた第４の解決手段は、上記第１の解決手段において、撹拌手段（50）は、伝熱管（41）の直管部（42）の下端部付近から撹拌用流体を吹き込むように構成されるものである。
【００１３】
−作用−
上記第１の解決手段では、蓄熱運転によって冷熱を蓄え、蓄えた冷熱を利用運転により取り出して冷房等に利用する。
【００１４】
蓄熱運転時には、冷凍機等の冷熱源で冷却した熱媒体が伝熱管（41）内を流通する。この熱媒体が伝熱管（41）を介して蓄熱媒体と熱交換を行い、蓄熱媒体が冷却されて凍結する。その際、伝熱管（41）の周囲の蓄熱媒体が凍結して氷化物（32）となり、この氷化物（32）が徐々に成長してゆく。そして、冷熱源からの冷熱が蓄熱媒体の潜熱として蓄熱槽（31）内に蓄えられる。
【００１５】
一方、利用運転時には、伝熱管（41）内を流れる熱媒体を氷化物（32）で冷却することによって、蓄熱槽（31）内に蓄えた冷熱を取り出す。そして、冷却された熱媒体により冷却対象物を冷却し、蓄えた冷熱を利用する。例えば、冷却対象物としての室内空気を冷却し、蓄えた冷熱を冷房に利用する。
【００１６】
利用運転時には、伝熱管（41）の周囲から氷化物（32）が融解してゆくため、伝熱管（41）と氷化物（32）との間に隙間（33）が生ずる。この隙間（33）には液相の蓄熱媒体が存在し、該液相の蓄熱媒体によって氷化物（32）と熱媒体との熱交換が妨げられる。これに対し、本解決手段では、撹拌手段（50）が上記隙間（33）において強制対流を生じさせる。この強制対流により、上記隙間（33）の蓄熱媒体と氷化物（32）との熱伝達率、及び該蓄熱媒体と伝熱管（41）との熱伝達率が向上し、氷化物（32）と熱媒体の間の伝熱が促進される。
【００１７】
また、上記第１の解決手段では、伝熱管（41）と氷化物（32）の間の隙間（33）に撹拌用流体として空気を吹き込み、上記隙間（33）に撹拌用流体を流すことによって強制対流を生じさせる。
【００１８】
また、上記第１の解決手段では、蓄熱槽（31）の内部に伝熱管（41）が設置される。伝熱管（41）は、蓄熱媒体にほぼ浸かった状態となっているが、上方に位置する曲管部（43）が常に液面（34）よりも上に突出する状態となるように設置される。従って、伝熱管（41）のうち液面（34）より上に突出した部分は蓄熱媒体と接触せず、この液面（34）から突出した部分の周囲には、蓄熱運転時においても氷化物（32）は生成しない。
【００１９】
ここで、相変化に伴って蓄熱媒体の密度が変化するため、蓄熱槽（31）内に存在する氷化物（32）の量によって、液面（34）の位置が変動する。例えば、水又は水溶液を蓄熱媒体とした場合、氷化物（32）が増加するに従って液面（34）は上昇し、氷化物（32）が融解するに従って液面（34）は降下する。そして、上記伝熱管（41）は、液面（34）が最も高い位置となった状態においても、上方に位置する曲管部（43）が液面（34）よりも上に位置するような状態で設置されている。この場合、曲管部（43）の全体が液面（34）から突出していてもよく、また曲管部（43）の一部分だけが液面（34）から突出していてもよい。
【００２０】
上記第２の解決手段では、ガイドパイプ（53）を通じて撹拌用流体が供給される。このガイドパイプ（53）は、伝熱管（41）の近傍に開口している。つまり、ガイドパイプ（53）は、利用運転時に氷化物（32）が融解して隙間（33）が生ずる位置に開口している。従って、撹拌用流体は、利用運転時における氷化物（32）と伝熱管（41）の間の隙間（33）に確実に供給される。
【００２１】
上記第３の解決手段では、ノズル部材（59）から伝熱管（41）に向けて撹拌用流体が噴出する。ここで、利用運転時には伝熱管（41）の周囲に氷化物（32）が存在する。従って、利用運転の開始当初においては、噴出された撹拌用流体は氷化物（32）に吹き付けられる。撹拌用流体を吹き付けることによって氷化物（32）が局所的に急速に融解し、最終的には、噴出された撹拌用流体が伝熱管（41）の近傍にまで到達する。その後は、ノズル部材（59）からの撹拌用流体が氷化物（32）と伝熱管（41）の間の隙間（33）に流入し、該隙間（33）で強制対流が生じる。
【００２２】
上記第４の解決手段では、伝熱管（41）における直管部（42）の下端部付近の位置から、氷化物（32）と伝熱管（41）の間の隙間（33）に撹拌用流体が吹き込まれる。その後、撹拌用流体は伝熱管（41）の直管部（42）に沿って上方に流れ、この撹拌用流体の流れによって上記隙間（33）に強制対流が生じる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明では、利用運転時に氷化物（32）と伝熱管（41）の間で生じた隙間（33）において、強制対流を生じさせるようにしている。従って、本発明によれば、上記隙間（33）が生じた状態においても、氷化物（32）と伝熱管（41）内の熱媒体との熱交換量を十分に確保することができ、利用運転時において冷熱取り出し性能を高く維持することができる。更に、冷熱取り出し性能を高く維持できることから、以下のような効果が得られる。
【００２４】
先ず、冷熱取り出し性能を高く維持できるため、蓄熱槽（31）内に残留する氷化物（32）の量が少なくなったときにも充分に冷熱を取り出すことができる。このため、蓄熱槽（31）内に氷化物（32）が残っているにもかかわらず冷熱の取り出しができなくなるという問題を回避することができる。従って、蓄熱槽（31）に蓄えた冷熱を余すことなく利用することができ、残氷によるエネルギのロスを低減することができる。
【００２５】
また、ピークシフト運転だけでなく、ピークカット運転にも対応することが可能となる。ここで、ピークシフト運転は、冷凍機等の冷熱源を運転すると同時に蓄熱槽（31）からの冷熱の取り出しも行い、冷凍機等の負荷を軽減して運転に要するエネルギの削減する運転である。従って、ピークシフト運転時には、長時間をかけて少しずつ冷熱を取り出せればよく、上記従来の氷蓄熱装置でも対応できる。一方、ピークカット運転は、冷凍機等の冷熱源を停止して蓄えた冷熱のみを利用する運転である。従って、ピークカット運転時には、短時間に大量の冷熱を取り出す必要があり、上記従来のものでは対応できなかった。
【００２６】
これに対し、本発明に係る氷蓄熱装置によれば、利用運転時における冷熱取り出し能力の低下を防ぐことができる。このため、該氷蓄熱装置では単位時間あたりの冷熱の取り出し量を十分に確保することができ、ピークカット運転をも行うことが可能となる。
【００２７】
また、本発明によれば、氷化物（32）と伝熱管（41）の間の隙間（33）に撹拌用流体を送り込むことにより、該隙間（33）で確実に強制対流を生じさせることができる。更に、本発明では、空気を撹拌用流体として利用できる。空気の比重は蓄熱媒体の比重よりも小さいため、隙間（33）に送り込まれた空気は浮力によって流動して該隙間（33）内の蓄熱媒体を撹拌する。従って、撹拌用流体を高い圧力で隙間（33）に吹き込む必要がなく、強制対流を生じさせるのに要する動力を削減できる。
【００２８】
また、本発明では、伝熱管（41）の一部分は液面（34）よりも上に突出しており、この突出した部分の周囲で氷化物（32）が生成することはない。従って、利用運転時に伝熱管（41）の周囲に生じる隙間（33）は、少なくとも一箇所で必ず液面（34）に開口することとなる。このため、撹拌手段（50）によって隙間（33）に送り込まれた撹拌用流体は、隙間（33）内を流通して該隙間（33）の開口部分から流出する。この結果、隙間（33）における撹拌用流体の流動を常に確保することができ、隙間（33）において強制対流を確実に生じさせることができる。
【００２９】
上記第２，第３の解決手段によれば、ガイドパイプ（53）やノズル部材（59）を用いて撹拌用流体を氷化物（32）と伝熱管（41）の間の隙間（33）に確実に送り込むことができる。
【００３０】
上記第４の解決手段では、直管部（42）の下端部付近から撹拌用流体を吹き込み、撹拌用流体を直管部（42）に沿って上方へ流すようにしている。このため、撹拌用流体として空気等のような蓄熱媒体よりも比重の小さい流体を用いた場合には、撹拌用流体を浮力により流動させることができ、強制対流を生じさせるのに要する動力を削減できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態の氷蓄熱装置（30）は、冷房用の空調機（10）に設けられている。空調機（10）には、循環回路（20）が設けられている。循環回路（20）は、冷熱源であるブラインチラー（21）と、氷蓄熱装置（30）と、室内熱交換器（22）と、循環ポンプ（23）とを順にブライン配管（24）で接続して構成されている。循環回路（20）には、熱媒体であるブラインが充填されている。そして、循環回路（20）は、循環ポンプ（23）により、ブラインチラー（21）、氷蓄熱装置（30）、室内熱交換器（22）の順にブラインを循環させるように構成されている。
【００３３】
上記循環回路（20）には、室内熱交換器（22）をバイパスする第１バイパス管（25）と、氷蓄熱装置（30）をバイパスする第２バイパス管（26）とが設けられている。第１バイパス管（25）は、一端が氷蓄熱装置（30）と室内熱交換器（22）の間に、他端が室内熱交換器（22）と循環ポンプ（23）の間にそれぞれ接続されている。第１バイパス管（25）には、第１開閉弁（27）が設けられている。第２バイパス管（26）は、一端がブラインチラー（21）と氷蓄熱装置（30）の間に、他端が氷蓄熱装置（30）と室内熱交換器（22）の間にそれぞれ接続されている。第２バイパス管（26）には、第２開閉弁（28）が設けられている。また、上記循環回路（20）には、室内熱交換器（22）の上流側で、且つ第１バイパス管（25）の接続部の下流側に第３開閉弁（29）が設けられている。
【００３４】
上記ブラインチラー（21）は、図示しないが、冷媒回路が設けられている。そして、ブラインチラー（21）は、冷媒回路で冷媒を循環させて冷凍サイクル動作を行い、ブラインを冷却するように構成されている。一方、上記室内熱交換器（22）は、ブラインと室内空気とを熱交換させるように構成されている。この室内熱交換器（22）は、図示しないが、いわゆるファンコイルユニットである室内機に設けられている。
【００３５】
図２に示すように、上記氷蓄熱装置（30）は、蓄熱槽（31）と、蓄熱熱交換器（40）と、撹拌手段である撹拌回路（50）とを備え、スタティック型で且つ内融方式に構成されている。
【００３６】
上記蓄熱槽（31）は、直方体状に形成され、内部に蓄熱媒体である水が貯留されている。
【００３７】
上記蓄熱熱交換器（40）は、複数の伝熱管（41）で構成されている。尚、図２では伝熱管（41）を１本だけ図示している。各伝熱管（41）の各端は、上記循環回路（20）のブライン配管（24）に接続されている。伝熱管（41）は、直線状の直管部（42）と半円弧状の曲管部（43,44）とが交互に形成され、蓄熱槽（31）の内部で上下に蛇行するように配置されている。つまり、蓄熱熱交換器（40）は、複数の伝熱管（41）を、直管部（42）がほぼ鉛直方向となる姿勢で、蓄熱槽（31）の奥行き方向（図２における紙面に垂直方向）に配列して構成されている。各伝熱管（41）において、上方に位置する曲管部が上曲管部（43）に、下方に位置する曲管部が下曲管部（44）にそれぞれ構成されている。
【００３８】
上記蓄熱熱交換器（40）は、蓄熱槽（31）の内部にほぼ水没する状態で設置されている。具体的に、蓄熱熱交換器（40）は、各伝熱管（41）の上曲管部（43）の全体が水面（34）よりも上に突出し、且つ下曲管部（44）と蓄熱槽（31）の底との距離がある程度確保されるような姿勢で設置されている。また、伝熱管（41）の上曲管部（43）は、蓄熱槽（31）内の氷（32）の量が最大となって水面（34）の位置が最も上昇した状態、即ち蓄熱運転が完了した直後の状態においても、水面（34）より上に位置するようにされている。蓄熱熱交換器（40）は、伝熱管（41）内のブラインと蓄熱槽（31）内の水とを熱交換させるように構成されている。この熱交換によって蓄熱槽（31）内の水が冷却され、伝熱管（41）の周囲で凍結して氷（32）となる。
【００３９】
上記撹拌回路（50）は、エア配管（51）と、ガイドパイプ（53）とより構成されている。この撹拌回路（50）は、撹拌手段であると同時に、空気供給手段でもある。エア配管（51）は、一端で蓄熱槽（31）外部の空気中に開口すると共にエアポンプ（52）を備え、撹拌用流体として空気を取り込むように構成されている。このエア配管（51）は、蓄熱槽（31）内に延び、その他端側が蓄熱槽（31）の底面に沿って形成されている。エア配管（51）の他端側には、伝熱管（41）の各下曲管部（44）に対応して複数のガイドパイプ（53）が接続されている。
【００４０】
図３に示すように、ガイドパイプ（53）は、導入部（54）と供給部（55）とより構成されている。尚、図２及び図３は、伝熱管（41）の周囲の氷（32）が融けて伝熱管（41）と氷（32）の間に隙間（33）が生じた状態を示している。
【００４１】
導入部（54）は、下端がエア配管（51）に接続されて上方に延びている。導入部（54）の上端には、供給部（55）が接続されている。供給部（55）は、伝熱管（41）よりもやや大径の円弧状の管から成り、伝熱管（41）における下曲管部（44）の一部の周囲を囲むように構成されている。そして、ガイドパイプ（53）は、導入部（54）及び供給部（55）を通じ、エア配管（51）からの空気を伝熱管（41）と氷（32）の間に生じた隙間（33）に供給するように構成されている。
【００４２】
−運転動作−
《蓄熱運転》
蓄熱運転時の動作について説明する。この蓄熱運転は、室内の冷房が不要となる夜間に、安価な深夜電力でブラインチラー（21）を運転して行われる。また、蓄熱運転時には、撹拌回路（50）のエアポンプ（52）は停止されている。
【００４３】
蓄熱運転時には、第１開閉弁（27）が開放され、第２開閉弁（28）及び第３開閉弁（29）が閉鎖される。この状態で循環ポンプ（23）を運転し、循環回路（20）内でブラインを循環させる。循環回路（20）において、ブラインは第１バイパス管（25）を流れて室内熱交換器（22）をバイパスし、ブラインチラー（21）と氷蓄熱装置（30）との間を循環する。
【００４４】
ブラインチラー（21）で冷却されたブラインは、氷蓄熱装置（30）の蓄熱熱交換器（40）へ流入して各伝熱管（41）に分流される。該ブラインは、伝熱管（41）を流れる間に蓄熱槽（31）内の水と熱交換する。蓄熱槽（31）内の水はブラインで冷却されて凍結し、伝熱管（41）の周囲で氷（32）が生成して成長する。
蓄熱槽（31）の水から吸熱したブラインは、ブラインチラー（21）に送られて冷却される。冷却されたブラインは、再び氷蓄熱装置（30）に送られ、この循環を繰り返す。
【００４５】
ここで、蓄熱熱交換器（40）は、各伝熱管（41）の下曲管部（44）と蓄熱槽（31）の底との距離がある程度確保されるように設置されている。従って、伝熱管（41）から離れた蓄熱槽（31）の底付近において、水は凍結せず液相の状態に保持される。このため、蓄熱運転時においても、撹拌回路（50）のエア配管（51）内での水の凍結が回避される。
【００４６】
上述のように、蓄熱運転では、ブラインチラー（21）で生成された冷熱を用い、蓄熱槽（31）内で製氷を行っている。従って、ブラインチラー（21）の冷熱が、蓄熱媒体である水の潜熱として蓄熱槽（31）内に蓄えられる。この蓄熱運転は、蓄熱槽（31）内の氷（32）の量、即ち製氷量が所定値となるまで継続される。尚、製氷量は、蓄熱槽（31）内における水位の変化等に基づいて検知される。
【００４７】
《利用運転》
利用運転時の動作について説明する。この利用運転は、蓄熱運転により蓄えた冷熱を利用し、主として昼間に室内を冷房するために行われる。また、上記空調機（10）は、利用運転として、ピークシフト運転とピークカット運転の両方を行うことができる。
【００４８】
ピークシフト運転時は、蓄熱運転で蓄えた冷熱を取り出すと同時に、ブラインチラー（21）も運転して冷房を行う運転である。つまり、ピークシフト運転では、ブラインチラー（21）で生成する冷熱と、氷蓄熱装置（30）に蓄えた冷熱との両方を用いて冷房負荷に対応する。従って、ピークシフト運転時にはブラインチラー（21）に対する負荷が軽減され、ブラインチラー（21）の消費電力が減少して昼間の電力需要の低減が図られる。
【００４９】
ピークシフト運転時には、第１開閉弁（27）及び第２開閉弁（28）が閉鎖され、第３開閉弁（29）が開放される。この状態で循環ポンプ（23）を運転し、循環回路（20）内でブラインを循環させる。循環ポンプ（23）から吐出されたブラインは、ブラインチラー（21）に流入して冷却される。ブラインチラー（21）で冷却されたブラインは、氷蓄熱装置（30）の蓄熱熱交換器（40）へ流入して各伝熱管（41）に分流される。その後、ブラインは、伝熱管（41）を流れる間に蓄熱槽（31）内の氷（32）と熱交換して更に冷却される。冷却されたブラインは、室内熱交換器（22）に流れる。室内熱交換器（22）では、低温のブラインと室内空気とが熱交換し、室内空気が冷却される。室内熱交換器（22）で吸熱したブラインは、循環ポンプ（23）に吸入されてこの循環を繰り返す。
【００５０】
一方、ピークカット運転は、ブラインチラー（21）を停止し、蓄熱槽（31）に蓄えられた冷熱のみを利用して冷房を行う運転である。従って、ピークカット運転時にはブラインチラー（21）の消費電力がゼロとなり、昼間の電力需要の低減が図られる。
【００５１】
ピークカット運転時には、循環回路（20）において、上記ピークシフト運転時と同様にブラインが循環する。その際、ブラインチラー（21）は停止しているため、氷蓄熱装置（30）のみにおいてブラインの冷却が行われる。この点のみが上記ピークシフト運転と相違する。
【００５２】
上記ピークシフト運転時及びピークカット運転時には、室内熱交換器（22）からのブラインが蓄熱熱交換器（40）の伝熱管（41）内を流れる。そして、伝熱管（41）の周囲では氷（32）が融解し、図２及び図３に示すように、伝熱管（41）と氷（32）の間に隙間（33）が生じる。また、本実施形態では、伝熱管（41）の上曲管部（43）が常に水面（34）よりも上に位置するように、蓄熱熱交換器（40）を設置している。従って、伝熱管（41）の各直管部（42）に沿って形成された隙間（33）の上端は、水面（34）において開口している。
【００５３】
この状態で撹拌回路（50）のエアポンプ（52）を運転すると、エア配管（51）に空気が吸入される。吸入された空気は、エア配管（51）内を流れて各ガイドパイプ（53）に分流され、ガイドパイプ（53）の供給部（55）から上記隙間（33）に供給される。上記隙間（33）に供給された空気は、浮力によって伝熱管（41）の直管部（42）に沿って上方へ流れる。この空気の流動により、上記隙間（33）内の水が撹拌されて強制対流が生じる。また、隙間（33）に導入された空気は、隙間（33）を流れた後にその上端から空気中に排出される。従って、隙間（33）に送り込まれた空気が隙間（33）に滞留することは無く、隙間（33）における空気の流動が常に確保される。
【００５４】
−実施形態の効果−
本実施形態では、利用運転時に氷（32）と伝熱管（41）の間で生じた隙間（33）に対し、撹拌回路（50）によって空気を供給するようにしている。このため、上記隙間（33）おいて、強制対流を生じさせることができ、氷（32）と伝熱管（41）との伝熱を促進させることができる。この結果、氷（32）と伝熱管（41）内のブラインとの熱交換量を十分に確保することができ、利用運転中の冷熱取り出し性能を高く維持することができる。更に、冷熱取り出し性能を高く維持できることから、以下のような効果が得られる。
【００５５】
先ず、冷熱取り出し性能を高く維持できるため、蓄熱槽（31）内に残留する氷（32）の量が少なくなったときにも充分に冷熱を取り出すことができる。このため、蓄熱槽（31）内に氷（32）が残っているにもかかわらず冷熱の取り出しができなくなるという問題を回避することができる。従って、蓄熱槽（31）に蓄えた冷熱を余すことなく利用することができ、残氷によるエネルギのロスを低減することができる。
【００５６】
また、短時間に大量の冷熱を取り出すことが可能となるため、ピークシフト運転だけでなく、従来の内融方式の氷蓄熱装置（30）では対応できなかったピークカット運転をも行うことができる。
【００５７】
ここで、従来の氷蓄熱装置（30）では、ピークカット運転を可能とするために、いわゆる外融方式による冷熱の取り出しを行うように構成される場合があった。具体的に、この場合、両端が蓄熱槽（31）に接続された管路を設け、更に管路の途中に冷熱取り出し用の熱交換器を設ける。そして、管路内で蓄熱媒体を循環させる一方、該熱交換器で蓄熱媒体とブライン等の熱媒体とを熱交換させていた。
【００５８】
これに対し、本実施形態では、空気を供給するための撹拌回路（50）を設けることのみによってピークカット運転を可能としている。従って、本実施形態によれば、構成の複雑化を最小限に抑制して製造コストの上昇を抑制しつつ、ピークカット運転可能な氷蓄熱装置（30）を構成することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、撹拌回路（50）のガイドパイプ（53）によって、伝熱管（41）の下曲管部（44）付近から撹拌用流体である空気を供給している。このため、伝熱管（41）の直管部（42）の周囲に形成された隙間（33）において、確実に強制対流を生じさせることができ、冷熱取り出し性能を確実に高く維持できる。更に、蓄熱媒体である水よりも比重の小さい空気を撹拌用流体として用いている。このため、上記隙間（33）内において浮力により空気を流動させることができる。この結果、空気を高い圧力で隙間（33）に吹き込む必要がなくなり、エアポンプ（52）の駆動に要する動力を削減できる。
【００６０】
また、本実施形態では、伝熱管（41）の上曲管部（43）が常に水面（34）よりも上に位置するように、蓄熱熱交換器（40）を設置している。このため、利用運転時において、隙間（33）に送り込んだ空気を常に空気中へ排出することができ、隙間（33）における空気の流動を確保することができる。この結果、隙間（33）において強制対流を確実に生じさせることができ、氷（32）と伝熱管（41）内のブラインの間の伝熱を充分に促進することができ、利用運転中の冷熱取り出し性能を高く維持することができる。
【００６１】
−実施形態の第１変形例−
上記実施形態では、ガイドパイプ（53）を伝熱管（41）の各下曲管部（44）に対応して設けるようにしているが、これに代えて、伝熱管（41）の各直管部（42）に対応してガイドパイプ（53）を設けるようにしてもよい。
【００６２】
図４に示すように、この第１変形例におけるガイドパイプ（53）は、直管状に形成されている。ガイドパイプ（53）は、下端がエア配管（51）に接続され、伝熱管（41）の直管部（42）に向けて上方に延びている。また、ガイドパイプ（53）の上端は、伝熱管（41）よりもやや大径に形成され、直管部（42）の下端部分の周囲を囲むように構成されている。そして、このガイドパイプ（53）は、エア配管（51）からの空気を直管部（42）の周囲に形成された隙間（33）に供給するように構成されている。
【００６３】
−実施形態の第２変形例−
上記実施形態の撹拌回路（50）では、エア配管（51）にガイドパイプ（53）を直接接続しているが、これに代えて、エア配管（51）と各ガイドパイプ（53）との間に所定のヘッダを設けるようにしてもよい。尚、本変形例におけるガイドパイプ（53）の構成は、上記実施形態と同様である。
【００６４】
具体的に、図５に示すように、比較的大径の筒状に形成された筒型ヘッダ（56）を設けるようにしてもよい。この筒型ヘッダ（56）は、蓄熱槽（31）の底面に沿って設けられている。筒型ヘッダ（56）の端面にはエア配管（51）が接続される一方、側面には伝熱管（41）の下曲管部（44）に対応して複数のガイドパイプ（53）が接続されている。
【００６５】
また、図６に示すように、箱状に形成された箱型ヘッダ（57）を設けるようにしてもよい。この箱型ヘッダ（57）は、蓄熱槽（31）の底面に沿って設けられている。箱形ヘッダの側面にはエア配管（51）が接続される一方、上面には伝熱管（41）の下曲管部（44）に対応して複数のガイドパイプ（53）が接続されている。
【００６６】
本変形例では、エア配管（51）からの空気は、筒型ヘッダ（56）又は箱型ヘッダ（57）に一旦流入し、その後、各ガイドパイプ（53）に分流される。このため、各ガイドパイプ（53）に空気を均等に分配することができる。
【００６７】
−実施形態の第３変形例−
上記実施形態では、伝熱管（41）と氷（32）の間の隙間（33）へ空気を送り込むためにガイドパイプ（53）を設けているが、これに代えて、以下のような構成としてもよい。
【００６８】
図７に示すように、蓄熱槽（31）の全面に亘って仕切板（61）を設け、該蓄熱槽（31）内を上部空間（63）と下部空間（64）とに区画する。仕切板（61）には、各伝熱管（41）の直管部（42）に対応して、該直管部（42）の直径よりもやや大きな直径を有する開口部（62）が形成されている。そして、仕切板（61）は、開口部（62）を直管部（42）の下端部が貫通するように配置されている。また、エア配管（51）は、蓄熱槽（31）内の下部空間（64）に開口するように構成されている。
【００６９】
本変形例では、エア配管（51）に取り込まれた空気は、下部空間（64）に供給される。ここで、開口部（62）は伝熱管（41）の直管部（42）よりも大径に形成されている。従って、エア配管（51）からの空気は、開口部（62）を通って直管部（42）の周囲に形成された隙間（33）に供給される。
【００７０】
−実施形態の第４変形例−
上記実施形態では、伝熱管（41）と氷（32）の間の隙間（33）へ空気を送り込むためにガイドパイプ（53）を設けているが、これに代えて、以下のような構成としてもよい。
【００７１】
図８に示すように、伝熱管（41）の下曲管部（44）に対応して所定の管板（65）を設ける。管板（65）は、樋を伏せたような形に形成されている。つまり、管板（65）は、半円弧状に湾曲して長手方向に延びる側面部（66）と、該側面部（66）の両端を塞ぐ端面部（67）とより構成されている。管板（65）の側面部（66）には、伝熱管（41）の直管部（42）に対応して該直管部（42）の直径よりもやや大きな直径を有する開口部（62）が形成されている。そして、管板（65）は、開口部（62）を直管部（42）の下端部が貫通するように配置されている。また、エア配管（51）は、管板（65）の内側に開口するように構成されている。
【００７２】
本変形例では、エア配管（51）に取り込まれた空気は、管板（65）の内側に形成された空間に供給される。ここで、開口部（62）は伝熱管（41）の直管部（42）よりも大径に形成されている。従って、エア配管（51）からの空気は、開口部（62）を通って直管部（42）の周囲に形成された隙間（33）に供給される。
【００７３】
−実施形態の第５変形例−
上記実施形態では、伝熱管（41）の上曲管部（43）の全体が常に水面（34）よりも上に位置する構成としているが（図２参照）、上曲管部（43）の全体が水面（34）より上に突出していることは必ずしも要しない。従って、図９に示すように、上曲管部（43）の一部分だけを水面（34）より上に突出させるようにしてもよい。
【００７４】
具体的に、蓄熱槽（31）内の氷（32）の量が最大となって水面（34）の位置が最も上昇した状態、即ち蓄熱運転が完了した直後の状態においても、上曲管部（43）の頂部が水面（34）よりも上に位置するようにされている。このため、利用運転時に伝熱管（41）の周囲に形成される隙間（33）は、その上端で必ず水面（34）に開口する。この結果、撹拌回路（50）のエア配管（51）から隙間（33）に送り込まれた空気は、隙間（33）を流れた後に空気中へ確実に排出され、隙間（33）における空気の流動が確保される。
【００７５】
【発明のその他の実施の形態】
−第１変形例−
上記各実施形態では、撹拌回路（50）によって空気を撹拌用流体として供給しているが、これに代えて、液相の蓄熱媒体である水と空気とを混合したものを撹拌用流体として用いるようにしてもよい。
【００７６】
図１０（ａ）の全体図に示すように、第１変形例では、撹拌回路（50）に水配管（71）が設けられる。水配管（71）の一端は蓄熱槽（31）内に開口し、他端側は蓄熱槽（31）の底に沿って延びている。水配管（71）には、水ポンプ（72）及び空気混合器（73）が設けられている。図１０（ｂ）の要部拡大図に示すように、空気混合器（73）は、エゼクタにより構成され、水の噴流によって空気を取り込んで該空気と水とを混合する。水配管（71）の他端側には、上記実施形態と同様に複数のガイドパイプ（53）が設けられている。
【００７７】
上記撹拌回路（50）では、水ポンプ（72）を運転すると、蓄熱槽（31）内の水が水配管（71）内に吸い込まれる。水配管（71）に吸い込まれた水は、空気混合器（73）に流入して空気と混合され、その後、ガイドパイプ（53）を通じて伝熱管（41）と氷（32）の間の隙間（33）に供給される。つまり、気泡の混入した水が撹拌用流体として伝熱管（41）と氷（32）の間の隙間（33）に供給される。そして、伝熱管（41）と氷（32）の間の隙間（33）で強制対流が生じる。
【００７８】
−第２変形例−
上記各実施形態では、空調機（10）の循環回路（20）においてブラインを循環させるようにしている。そして、熱媒体であるブラインを相変化させることなく、顕熱変化を利用して冷熱の搬送を行っている。
【００７９】
これに対し、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路を氷蓄熱装置（30）の蓄熱熱交換器（40）に接続し、冷媒回路の冷媒を熱媒体として空調機（10）を構成するようにしてもよい。つまり、熱媒体である冷媒を相変化させて、潜熱変化を利用して冷熱の搬送を行うようにしてもよい。
【００８０】
この場合、蓄熱運転時には、冷媒回路内を冷媒が循環して冷凍サイクル行う。そして、蓄熱熱交換器（40）内で冷媒が蒸発し、蓄熱槽（31）内の水が冷却されて凍結することにより冷熱が蓄えられる。一方、利用運転時には、冷媒回路内を循環する冷媒が蓄熱熱交換器（40）内で冷却されて凝縮し、これによって蓄熱槽（31）に蓄えられた冷熱が取り出される。
【００８１】
−第３変形例−
上記各実施形態では、本発明に係る氷蓄熱装置（30）を空調機（10）に設けるようにしているが、該氷蓄熱装置（30）の適用対象は空調機（10）に限られるものではなく、冷蔵庫等の庫内を冷却する冷却装置や、各種の冷却対象を冷却する冷凍装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態に係る空調機の配管系統図である。
【図２】  実施形態に係る氷蓄熱装置の概略構成図である。
【図３】  図２における要部Ａの拡大図である。
【図４】  実施形態の第１変形例における図３相当図である。
【図５】  実施形態の第２変形例に係る撹拌回路の要部拡大図である。
【図６】  実施形態の第２変形例に係る撹拌回路の要部拡大図である。
【図７】  実施形態の第３変形例に係る撹拌回路の要部拡大図である。
【図８】  実施形態の第４変形例に係る撹拌回路の要部拡大図である。
【図９】  実施形態の第５変形例に係る蓄熱槽における蓄熱熱交換器の配置を示す要部拡大図である。
【図１０】  その他の実施形態の第１変形例に係る氷蓄熱装置の全体及び要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
（30）  氷蓄熱装置
（31）  蓄熱槽
（32）  氷（氷化物）
（33）  隙間
（34）  水面（液面）
（41）  伝熱管
（42）  直管部
（43）  上曲管部
（44）  下曲管部
（45）  曲管部
（50）  撹拌回路（撹拌手段）
（53）  ガイドパイプ
（59）  ノズル部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003642238.tif 000008
【図８】
0003642238.tif 000009
【図９】
0003642238.tif 000010
【図１０】
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