(57)【要約】【課題】  熱交換器内での氷結や管内閉塞を発生させにくいダイナミック型の氷蓄熱装置を提供する。【解決手段】  水−油混合液よりなる蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、前記蓄熱漕の外部に設置され、導電性金属よりなる冷却コイルを内蔵する冷却器と、前記蓄熱槽から抽出した蓄熱材を前記冷却コイルに導き、当該冷却コイルにおいて冷却された蓄熱材を前記蓄熱槽に還流させる配管系とを備える氷蓄熱装置に、前記蓄熱材にマイナスの電圧を印加するための電源を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水−油混合液よりなる蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、前記蓄熱漕の外部に設置され、導電性金属よりなる冷却コイルを内蔵する冷却器と、前記蓄熱槽から抽出した蓄熱材を前記冷却コイルに導き、当該冷却コイルにおいて冷却された蓄熱材を前記蓄熱槽に還流させる配管系と、前記蓄熱材にマイナスの電圧を印加するための電源とを備えることを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱材の水：油の体積比が、５０：５０〜７０：３０であることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱材に印加される電圧が、−３０〜−１００Ｖであることを特徴とする請求項１又は２に記載の氷蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナミック型氷蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
夏期の電力負荷の平準化対策として、夜間電力を用いて製氷することにより冷熱を氷として貯蔵し、この冷熱を昼間の冷房に利用する氷蓄熱が、近年のビル空調システムなどにおいて普及しつつある。
【０００３】
この氷蓄熱の方式としては、蓄熱槽内に製氷コイルを設置し、槽内水を直接氷結させるスタティック方式が従来一般的であったが、この方式では、製氷コイルに着床した氷の成長に伴って熱抵抗が増大し、製氷効率が低下する問題が不可避であった。
【０００４】
これに対して、ダイナミック型の氷蓄熱装置は、蓄熱槽の外部に設置された冷却器に槽内水を導いて過冷却状態にするとともに、槽内水を蓄熱槽に還流させる際に過冷却状態を解除させることで生成される氷を貯留するものであることから、製氷効率の低下を伴うことなく連続的な製氷が可能であり、また、過冷却状態の解除により生成される氷は、氷粒子が微細であるために放熱効率に優れ、更に、水とともに配管内を冷熱需要地まで搬送することが可能であるなどの利点を有しており、近年、スタティック方式に代わって普及が進んでいる。
【０００５】
しかし、ダイナミック型の氷蓄熱装置は、冷却器の冷却コイル内に不安定な過冷却状態の槽内水を循環させるものであるため、冷却条件の変動や管内流の乱れなどにより過冷却状態が解除されて冷却コイルの管内壁に氷結を生じ、流動抵抗の増大や管内閉塞などの不具合を生じ易いという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−５５４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みて、冷却コイルでの氷結や、これによる流動抵抗の増大や管内閉塞などの不具合を発生させにくいダイナミック型の氷蓄熱装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決したものであり、水−油混合液よりなる蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、前記蓄熱漕の外部に設置され、導電性金属よりなる冷却コイルを内蔵する冷却器と、前記蓄熱槽から抽出した蓄熱材を前記冷却コイルに導き、当該冷却コイルにおいて冷却された蓄熱材を前記蓄熱槽に還流させる配管系と、前記蓄熱材にマイナスの電圧を印加するための電源とを備えることを特徴とする氷蓄熱装置である。
【０００８】
即ち、本発明は、蓄熱材として使用する水−油混合液が配管系を循環する間に、或いは、蓄熱槽内において蓄熱材を攪拌することにより蓄熱材中の油がマイナスに帯電することを利用し、蓄熱材と冷却コイルの間に印加する電圧により当該冷却コイル内壁近傍の油濃度を上昇させ、これにより、冷却コイル内壁における着氷や管内閉塞を防止し、或いは、発生した着氷を除去することを可能としたものである。
【０００９】
本発明において蓄熱材に使用する油としては、例えば、シリコンオイルを使用することができるが、蓄熱材の系内における循環や攪拌による油の十分な帯電と高い蓄冷効率とを両立させるためには、蓄熱材中の油の体積比は、３０〜５０％とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明では、蓄熱材に印加する電圧を調整することにより、冷却コイル内壁近傍の油濃度を制御することができるため、例えば、−３０〜−１００Ｖの印加電圧で、氷結を防止（抑制）すると同時に、冷却コイル内壁近傍の油濃度が過剰になることによる冷却効率の低下が生じない適切な運転条件を容易に設定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る氷蓄熱装置１０の構成を示す説明図であり、図中１１は、シリコンオイルの体積率が例えば３０〜５０％である水−シリコンオイル混合液からなる蓄熱材１２が貯留される蓄熱槽であり、蓄熱槽１１内の蓄熱材１２は、蓄熱槽１１下方に設けられた取水部から配管１３中を冷却器１４に導かれ、冷却器１４中に設けられた、例えば、銅などの導電性金属により形成された冷却コイル１５内を通過する間に氷点以下の温度まで過冷却され、その後、解除機１６において蓄熱材に衝撃を加えることにより、蓄熱材１２中の水の一部が微細な氷粒子に相変化した状態となって、蓄熱槽１１に還流されるようになっている。
【００１３】
また、蓄熱槽１１中の蓄熱材１２には、直流電源１７から導かれたマイナス電極１７ａが浸漬される一方、上記冷却コイル１５が接地されており、蓄熱材１２と冷却コイル１５の間に蓄熱材１２を陰極とする、例えば、−３０〜−１００Ｖ程度の電圧を印加できるようになっている。
【００１４】
更に、蓄熱槽１１中には、モータ１８に接続された攪拌翼１９が設置されており、蓄熱材１２を攪拌して、水とシリコンオイルが混合した状態を維持できるようになっている。
【００１５】
上記氷蓄熱装置１０においては、蓄熱材１２が攪拌翼１９により攪拌され、或いは、蓄熱材１２が配管１３、冷却コイル１５中を循環する間に、シリコンオイル同士、又は、シリコンオイルと配管１３、冷却コイル１５との摩擦などの作用によりシリコンオイルがマイナスに帯電することになり、また、蓄熱材１２と冷却コイル１５の間には蓄熱材１２を陰極とする電圧が印加されるようになっていることから、冷却コイル１５内において、管内壁近傍のシリコンオイル濃度が上昇する現象が生じ、これにより、冷却コイル１５の管内壁における着氷が防止されることになる。
【００１６】
なお、上記氷蓄熱装置１０では、製氷運転中は継続的に蓄熱材１２に電圧を印加することも可能であり、また、例えば、配管１３内の流路抵抗の測定などにより冷却コイル１５内の着氷を検知できるようにし、着氷が発生した場合にのみ蓄熱材１２に電圧を印加し、或いは、蓄熱材１２に印加する電圧を上昇させて、発生した着氷を除去するように運転することも可能である。
【００１７】
続いて、本発明の有効性を実証するために行われた実験の結果についての説明を行う。
【００１８】
図２は、蓄熱材の攪拌によるシリコンオイルの帯電量の測定を行うための測定装置２０の説明図である。
【００１９】
図示されるように、ステンレス容器２１中に貯留される水−シリコンオイル混合液よりなる蓄熱材２２中にステンレス製の攪拌翼２３が浸漬されており、攪拌翼２３により蓄熱材２２を攪拌した後に蓄熱材２２中のシリコンオイルが上層に相分離したところを静電気モニター２４の測定部２５において帯電量を測定するようになっている。なお、図中２６は、ステンレス容器２２を電気的に浮かせるために使用した木製の座である。
【００２０】
上記測定装置２０を使用し、水の体積比率を０％から１００％まで１０％毎に変化させた１５００ｍｌの蓄熱材２２をステンレス容器２１に貯留し、攪拌翼の回転速度を２００ｒｐｍとして２５分間攪拌した後の蓄熱材２２の帯電量を測定した結果を図３に示す。
【００２１】
図３において、横軸は蓄熱材２２中の水の体積比率、縦軸は測定された帯電量であり、図から、含水率４０〜７０％で帯電量は最も大きくなり、含水率が３０％以下、８０％以上では帯電量が急激に低下していることが分かる。ここで、蓄熱材中の含水率を５０％以下とすると、蓄熱効率の低下が顕著になることから、氷蓄熱装置において使用する蓄熱材の含水率としては、５０〜７０％が適切であるということができる。
【００２２】
また、図４（ａ）は、攪拌により帯電させた蓄熱材にマイナスの電圧を印加することによるシリコンオイルの濃度分布の変化を観察するために使用した実験装置３０を示す説明図であり、図４（ｂ）は、同装置３０を下方から見た底面図である。
【００２３】
図示されるように、蓄熱材３１を貯留する容器は、アースに接続されたステンレス管３２、及び、透明なアクリル板３３により構成され、蓄熱材３１に浸漬したステンレス製攪拌翼３４には定電圧発生装置３５のマイナス端子が接続されている。また、アクリル板３３の下方には、ビデオカメラ３６が設置され、蓄熱材３１中のシリコンオイルの経時的な濃度分布の変化を観察できるようになっている。なお、水とシリコンオイルのコントラストをつけるために、オリエント化学工業社製のＯｉｌ  Ｒｅｄを使用し、シリコンオイルを赤く染めて実験を行った。また、Ｏｉｌ  Ｒｅｄを投入しても蓄熱材３１の帯電特性に変化を生じないことは事前に確認されている。
【００２４】
図５は、蓄熱材３１として、水とシリコンオイルそれぞれ２００ｍｌの混合液を上記容器中に入れ、回転速度１８０ｒｐｍで２５分攪拌を行うことでシリコンオイルを帯電させた後、定電圧発生装置３５から１００Ｖのマイナス電圧をステンレス製攪拌翼３４に印加したときのビデオカメラ３６による撮影像であり、図５（ａ）は、電圧印加前の状態であり、図５（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、電圧印加から２秒後、５秒後、１０秒後の状態を示している。
【００２５】
図５に示されるように、マイナス電圧の印加前においては均一に混ざり合っていた蓄熱材３１が、電圧を印加して数秒後にはステンレス管３２の中央付近にシリコンオイル濃度が低下して色が薄くなった部分を生じ、時間を経るにつれて、これが徐々に拡大していく様子が観察された。
【００２６】
更に、ステンレス製攪拌翼３４に印加する電圧を変化させ、電圧印加から１０秒後にステンレス管３２内壁付近（図４（ｂ）において符号Ｓで示される部分の液表面から１ｃｍ程度の位置）から採取したサンプル中のシリコンオイル濃度を測定した結果を図６に示す。
【００２７】
図６において、横軸は印加電圧、縦軸はサンプル中のシリコンオイル濃度を示しており、蓄熱材３１に３０Ｖ以上のマイナス電圧を印加することで、ステンレス管付近のシリコンオイル濃度が明確に上昇していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る氷蓄熱装置の構成を示す説明図である。
【図２】蓄熱材を攪拌することによるシリコンオイルの帯電量の測定に使用した測定装置の説明図である。
【図３】蓄熱材中の水分量と、攪拌によるシリコンオイルの帯電量の関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、蓄熱材にマイナスの電圧を印加することによるシリコンオイルの濃度分布の変化を観察するために使用した実験装置の説明図であり、（ｂ）は、同装置の底面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図４の装置における電圧印加前、及び、電圧印加から２秒後、５秒後、１０秒後のビデオカメラ３６による撮影像である。
【図６】図４の装置にける蓄熱材に印加する電圧と、ステンレス管近傍のシリコンオイル濃度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０ 氷蓄熱装置
１１ 蓄熱槽
１２ 蓄熱材
１３ 配管
１４ 冷却器
１５ 冷却コイル
１６ 解除機
１７ 直流電源
１８ モータ
１９ 攪拌翼
２１ 蓄熱材
２２ ステンレス容器
２３ 攪拌翼
２４ 静電気モニター
２５ 測定部
３１ 蓄熱材
３２ ステンレス管
３３ アクリル板
３４ 攪拌翼
３５ 定電圧発生装置
３６ ビデオカメラ
【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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