(57)【要約】【課題】冷却面から蓄熱材の氷の結晶を剥離させるための動力や氷水蓄熱槽全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための動力を最小限に抑え、高効率化を図りつつ、マイナス温度の氷水を製造することができ、且つ大規模設備にも柔軟に対応し得る蓄熱システムを提供する。【解決手段】蓄熱材にエタノール系不凍液水溶液を用い、過冷却器７で過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除装置８で過冷却解除することによりマイナス温度のシャーベット状の氷水を製造し、氷水蓄熱槽３へ供給すると共に、氷水蓄熱槽３の氷水取出口９を先端が広がる管状として液面近傍に配置し、且つ該氷水蓄熱槽３の氷水取出口９を壁面１０から内側へ離反させるよう構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造されたマイナス温度のシャーベット状の氷水を蓄熱材として氷水蓄熱槽に貯留し、該氷水蓄熱槽に貯留された氷水を取り出して冷熱源として利用するようにした蓄熱システムであって、
氷水蓄熱槽の氷水取出口を先端が広がる管状として液面近傍に配置したことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
氷水蓄熱槽の氷水取出口を壁面から内側へ離反させるようにした請求項１記載の蓄熱システム。
【請求項３】
氷水蓄熱槽の氷水取出口から取り出されて搬送される氷水の一部を氷水取出口近傍に戻すようにした請求項１又は２記載の蓄熱システム。
【請求項４】
蓄熱材にエタノール系不凍液水溶液を用いた請求項１〜３いずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項５】
過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除することによりマイナス温度のシャーベット状の氷水を製造するようにした請求項１〜４いずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項６】
冷熱源として利用されて融解した蓄熱材を氷水取出口から離れた氷水蓄熱槽の底部に戻すようにした請求項１〜５いずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項７】
氷水蓄熱槽の氷水取出口を横向きに先端が広がる管状とした請求項１〜６いずれかに記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、深夜電力を利用して氷を製造し貯留しておき、該氷を冷熱源として冷房や食品の冷蔵等に利用する蓄熱技術の開発が進められている。
【０００３】
図５は最近開発された蓄熱システムの一例を表わすものであって、図５中、１は冷凍サイクルにより低温の冷媒を得る冷凍ユニット、２は冷凍ユニット１で得られた低温の冷媒によりプロピレングリコール系不凍液水溶液等の蓄熱材を冷却して氷を製造する製氷機、３は製氷機２で製造された氷をシャーベット状の氷水として貯留する氷水蓄熱槽、４は氷水蓄熱槽３に貯留されたシャーベット状の氷水により二次側冷水を冷却する熱交換器であり、５は製氷機２の内壁に形成された冷却面において冷媒により冷却されて氷結した蓄熱材の氷を掻き取るための旋回翼、６は氷水蓄熱槽３全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための撹拌機である。
【０００４】
図５に示される蓄熱システムにおいては、冷凍ユニット１で得られた低温の冷媒により、製氷機２の内壁に形成された冷却面において蓄熱材が冷却されて氷が製造され、該氷が旋回翼５によって掻き取られ、該掻き取られた蓄熱材の氷がシャーベット状の氷水として搬送されて氷水蓄熱槽３に貯留される。
【０００５】
前記氷水蓄熱槽３においては、撹拌機６により槽全体が撹拌されて蓄熱材の氷の凝集が抑制されており、貯留されたシャーベット状の氷水が循環されて熱交換器４へ導入され、該熱交換器４において二次側冷水が冷却され、該冷却された二次側冷水が冷房や食品の冷蔵等に利用される。
【０００６】
尚、シャーベット状の氷水を扱う蓄熱システムを示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２７２３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示されるような蓄熱システムでは、旋回翼５を備えた掻き取り式の製氷機２を用いており、冷却面からプロピレングリコール系不凍液水溶液等の蓄熱材の氷の結晶を剥離させるために大きな動力が必要となり、且つ氷水蓄熱槽３にも、槽全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための撹拌機６を設けなければならず、該撹拌機６を駆動するための大きな動力が消費されることから、システム全体として高効率化が困難となっており、しかも、掻き取り式の製氷機２の場合、一台当りの製氷能力が小さく、大規模設備には数台〜数十台の製氷機２を設置する必要があった。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、冷却面から蓄熱材の氷の結晶を剥離させるための動力や氷水蓄熱槽全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための動力を最小限に抑え、高効率化を図りつつ、マイナス温度の氷水を製造することができ、且つ大規模設備にも柔軟に対応し得る蓄熱システムを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、製造されたマイナス温度のシャーベット状の氷水を蓄熱材として氷水蓄熱槽に貯留し、該氷水蓄熱槽に貯留された氷水を取り出して冷熱源として利用するようにした蓄熱システムであって、
氷水蓄熱槽の氷水取出口を先端が広がる管状として液面近傍に配置したことを特徴とする蓄熱システムにかかるものである。
【００１１】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１２】
氷水蓄熱槽に槽全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための撹拌機を設けなくても、氷水取出口から蓄熱材の氷水をその固相率を低下させずに安定して取り出すことが可能となる。
【００１３】
前記蓄熱システムにおいては、氷水蓄熱槽の氷水取出口を壁面から内側へ離反させるようにすることが有効であり、このようにすると、氷と水が混在する氷水蓄熱槽の壁面に沿って流れるように存在する水（「水路（みずみち）」と称される）の影響を受けないようにすることができ、氷水取出口から取り出される蓄熱材の氷水の固相率が低下することをより確実に防止可能となる。
【００１４】
前記蓄熱システムにおいては、氷水蓄熱槽の氷水取出口から取り出されて搬送される氷水の一部を氷水取出口近傍に戻すようにしても良く、このようにすると、氷水取出口近傍で蓄熱材の氷が凝集することを防止する上でより有効となる。
【００１５】
前記蓄熱システムにおいては、蓄熱材にエタノール系不凍液水溶液を用いることが望ましく、該エタノール系不凍液水溶液は、使用目的に応じてエタノール濃度を変えることで凝固点を調節することが可能であり、適用範囲を広げやすく、しかも、プロピレングリコール系不凍液水溶液等に比べ安価となる。
【００１６】
前記蓄熱システムにおいては、過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除することによりマイナス温度のシャーベット状の氷水を製造することが好ましく、過冷却解除による製氷の場合、従来の旋回翼を備えた掻き取り式の製氷機を用いるものと比較して、冷却面から蓄熱材の氷の結晶を剥離させるための大きな動力が必要とならず、システム全体として高効率化が可能となり、しかも、過冷却解除による製氷では、一台で規模に応じた対応が行える。
【００１７】
前記蓄熱システムにおいては、冷熱源として利用されて融解した蓄熱材を氷水取出口から離れた氷水蓄熱槽の底部に戻すようにすることもでき、このようにすると、温度上昇して氷水蓄熱槽へ戻される蓄熱材と低温の蓄熱材の氷水とが混合しにくくなり、温度効率を高めることが可能となる。
【００１８】
前記蓄熱システムにおいては、氷水蓄熱槽の氷水取出口を横向きに先端が広がる管状としても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、蓄熱材にエタノール系不凍液水溶液（Ｃ２Ｈ５ＯＨ−Ｈ２Ｏ）を用い、冷凍ユニット１の冷媒が流通される過冷却器７で過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除装置８で過冷却解除することによりマイナス温度のシャーベット状の氷水を製造し、氷水蓄熱槽３へ供給すると共に、氷水蓄熱槽３の氷水取出口９を先端が広がる管状として液面近傍に配置し、且つ該氷水蓄熱槽３の氷水取出口９を壁面１０から内側へ離反させるようにし、氷水蓄熱槽３の氷水取出口９から取り出されて熱交換器４へ搬送される氷水の一部を氷水取出口９近傍に戻すようにし、更に、熱交換器４における二次側冷水との熱交換により冷熱源として利用されて融解した蓄熱材を氷水取出口９から離れた氷水蓄熱槽３の底部１１に戻すよう構成したものである。
【００２１】
尚、本図示例の場合、前記氷水蓄熱槽３の氷水取出口９は、横向きに先端が広がる管状としてあるが、上向きに先端が広がる管状としても良い。
【００２２】
前記氷水蓄熱槽３の氷水取出口９より下方における所要箇所には、氷水取出口９から取り出される蓄熱材の氷水の固相率が高すぎる場合に液状の蓄熱材の一部を抜き出して前記蓄熱材の氷水に混ぜて薄めるための固相率制御用水溶液取出口１２を設け、前記氷水取出口９から取り出される蓄熱材の氷水の固相率を略一定に制御するようにしてある。
【００２３】
一方、前記過冷却解除装置８としては、例えば、図２及び図３に示すような旋回流式のものを採用することができ、以下に詳述する。
【００２４】
即ち、前記過冷却解除装置８は、筒形の本体１３を有しており、該本体１３の下端（一端側）には端部に向かって縮径させた截頭円錐形部１４を形成しており、又、本体１３の上端（他端側）には氷水排出口１５を形成している。図２では本体１３の上端にも截頭円錐形部１４’を形成してその端部中心に氷水排出口１５を形成した好適な例の場合を示しているが、截頭円錐形部１４’を備えることなく氷水排出口１５を設けたり、或いは本体１３の上端に接線方向に氷水排出口１５を接続してもよい。
【００２５】
前記本体１３の下端と截頭円錐形部１４との繋ぎ部１６の近傍に、その接線方向に接続するようにした過冷却蓄熱材導入口１７を設け、該過冷却蓄熱材導入口１７に前記過冷却器７（図１参照）で過冷却された蓄熱材を導くようにしている。前記過冷却蓄熱材導入口１７は、その先端１７ａが本体１３の内部に突出しており、且つその先端１７ａはノズル状に尖った形状に形成されている。
【００２６】
前記截頭円錐形部１４の端部（底面）には、該截頭円錐形部１４の内部に過冷却状態解除用のトリガーを供給するようにしたトリガー供給口１８を設ける。該トリガー供給口１８には、例えば空気１９を供給するようにした気体供給装置２０を接続して、該気体供給装置２０から空気１９を導入しても良いし、或いは前記氷水蓄熱槽３からの氷水を導入するようにしても良い。
【００２７】
尚、前記本体１３及び截頭円錐形部１４は非金属材料にて構成することが、氷を付着させにくくする上で好ましく、又、本体１３及び截頭円錐形部１４を金属材料で構成する場合にはその内面に過冷却状態解除兼着氷防止層を形成しておくことが、氷を付着させにくくする上で好ましい。過冷却状態解除兼着氷防止層としては、テフロン（登録商標）、ビニール、フェノール樹脂等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜等を用いることができる。一例としては金属管の内面にポリエチレンライニングしたものを用いることができる。
【００２８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２９】
エタノール系不凍液水溶液からなる蓄熱材は、冷凍ユニット１の冷媒が流通される過冷却器７で過冷却状態に冷却された後、過冷却解除装置８で過冷却解除されることによりマイナス温度のシャーベット状の氷水が製造され、氷水蓄熱槽３へ供給されて貯留される。
【００３０】
ここで、前記過冷却解除装置８として、図２及び図３に示すような旋回流式のものを採用した場合には、前記過冷却器７にて過冷却された過冷却蓄熱材は、過冷却蓄熱材導入口１７により過冷却解除装置８の本体１３の下端と截頭円錐形部１４との繋ぎ部１６の近傍に接線方向から供給され、氷水排出口１５に向かう上向きの旋回流Ｓ１を形成すると同時に、截頭円錐形部１４内に向かう強い旋回流Ｓ２を形成し、このとき、截頭円錐形部１４の下端は閉塞されていて下方に流動できないために、強い旋回流Ｓ２によって上向きの力が高められ、よって接線方向の導入部に向かう引戻し流が消失して、安定した上昇流Ｙが形成されるようになり、気体供給装置２０によりトリガー供給口１８から供給された空気１９（或いは氷水蓄熱槽３からの氷水）は、截頭円錐形部１４内の強い旋回流Ｓ２によって微細化されて過冷却蓄熱材と混合することによりその過冷却状態を解除し、更に微細化した気泡（或いは氷水）は気柱を形成することなく、過冷却解除された蓄熱材の氷水と共に旋回しながら本体１３内部を上昇流Ｙに沿って上昇し、過冷却解除された蓄熱材の氷水が氷水排出口１５から排出され、前記氷水蓄熱槽３へ供給される形となる。尚、図２及び図３に示すような旋回流式の過冷却解除装置８では、截頭円錐形部１４の内部において氷の生成が最大に行われるようになるが、截頭円錐形部１４の内部には強い旋回流Ｓ２が形成されているので、氷を剥ぎ取る効果が強く、よって截頭円錐形部１４の内面に氷が付着・成長する問題を防止することができ、且つ本体１３の上端部にも截頭円錐形部１４’を形成してあり、該截頭円錐形部１４’の内部にも強い旋回流が形成されるので、截頭円錐形部１４’の内面に氷が付着・成長する問題を防止できる。又、本体１３内部では、旋回流Ｓ１によって比重の小さい気泡と氷が本体１３の軸中心側に徐々に集まるように作用するので、本体１３の軸中心部では氷の生成が促進されて過冷却状態の解除が完了されるようになり、逆に本体１３内面近傍では氷の生成が弱められるので、本体１３の内面に氷が付着・成長する問題が低減されるようになる。
【００３１】
前記氷水蓄熱槽３に貯留された蓄熱材の氷水は、氷水取出口９から取り出されて熱交換器４へ導かれ、該熱交換器４における二次側冷水との熱交換により冷熱源として利用されて融解した後、氷水取出口９から離れた氷水蓄熱槽３の底部１１に戻される。
【００３２】
尚、前記氷水蓄熱槽３の氷水取出口９から取り出される蓄熱材の氷水の固相率が高すぎる場合には、固相率制御用水溶液取出口１２から液状の蓄熱材の一部が抜き出されて前記氷水蓄熱槽３の氷水取出口９から取り出される蓄熱材の氷水に混ぜられ、該蓄熱材の氷水が薄められ、その固相率が略一定に制御され、搬送が確実に行われるようになっている。
【００３３】
ここで、前記氷水蓄熱槽３の氷水取出口９は先端が広がる管状として液面近傍に配置してあるため、氷水蓄熱槽３に槽全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための撹拌機６を設けなくても、氷水取出口９から蓄熱材の氷水をその固相率を低下させずに安定して取り出すことが可能となる。尚、この点については、実際に行った基礎試験結果によって確認されており、その比較例として氷水取出口９を単なる横向きの管とした場合、蓄熱材の氷水は、氷水取出口９から流れ出しても、固相率が低く且つ時間と共に低下してしまい、安定して取り出せなかった。
【００３４】
又、本図示例においては、氷水蓄熱槽３の氷水取出口９を壁面１０から内側へ離反させるようにしてあるため、氷と水が混在する氷水蓄熱槽３の壁面１０に沿って流れるように存在する水（「水路（みずみち）」と称される）の影響を受けないようにすることができ、氷水取出口９から取り出される蓄熱材の氷水の固相率が低下することをより確実に防止可能となる。
【００３５】
更に又、本図示例においては、氷水蓄熱槽３の氷水取出口９から取り出されて搬送される氷水の一部が氷水取出口９近傍に戻されるが、このようにすると、氷水取出口９近傍で蓄熱材の氷が凝集することを防止する上でより有効となる。
【００３６】
又、本図示例においては、冷熱源として利用されて融解した蓄熱材を氷水取出口９から離れた氷水蓄熱槽３の底部１１に戻すようにしてあるため、温度上昇して氷水蓄熱槽３へ戻される蓄熱材と低温の蓄熱材の氷水とが混合しにくくなり、温度効率を高めることが可能となる。
【００３７】
一方、本図示例において蓄熱材として用いるエタノール系不凍液水溶液のエタノール濃度に対する凝固／融解温度は、図４に示すようになっており、該エタノール系不凍液水溶液は、使用目的に応じてエタノール濃度を変えることで凝固点を調節することが可能であり、適用範囲を広げやすく、しかも、プロピレングリコール系不凍液水溶液等に比べ安価となる。
【００３８】
更に、本図示例においては、冷凍ユニット１の冷媒が流通される過冷却器７で過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除装置８で過冷却解除することによりマイナス温度のシャーベット状の氷水を製造しているが、過冷却解除による製氷の場合、従来の旋回翼５を備えた掻き取り式の製氷機２を用いるものと比較して、冷却面から蓄熱材の氷の結晶を剥離させるための大きな動力が必要とならず、システム全体として高効率化が可能となり、しかも、過冷却解除による製氷では、一台で規模に応じた対応が行える。
【００３９】
こうして、冷却面から蓄熱材の氷の結晶を剥離させるための動力や氷水蓄熱槽３全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための動力を最小限に抑え、高効率化を図りつつ、マイナス温度の氷水を製造することができ、且つ大規模設備にも柔軟に対応し得る。
【００４０】
尚、本発明の蓄熱システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の蓄熱システムによれば、冷却面から蓄熱材の氷の結晶を剥離させるための動力や氷水蓄熱槽全体を撹拌して蓄熱材の氷の凝集を抑制するための動力を最小限に抑え、高効率化を図りつつ、マイナス温度の氷水を製造することができ、且つ大規模設備にも柔軟に対応し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の蓄熱システムに備える過冷却解除装置の形態の一例を示す縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】エタノール系不凍液水溶液のエタノール濃度に対する凝固／融解温度線図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
１        冷凍ユニット
３        氷水蓄熱槽
４        熱交換器
７        過冷却器
８        過冷却解除装置
９        氷水取出口
１０        壁面
１１        底部
１２        固相率制御用水溶液取出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004245485.tif 000006
【図５】
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