(57)【要約】    【課題】  過冷却水が循環途中で氷結することを防止し、又氷蓄熱装置の設置制約を除去する。    【解決手段】  氷水生成器１７を含み氷蓄熱槽１２から冷水１５を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ライン２０を具備し、前記氷水生成器は冷水を過冷却する冷凍機４の蒸発器１と過冷却解除して氷水を生成する過冷却解除部２５とを有し、氷水を吐出して前記氷蓄熱槽に送出する。    【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷水生成器を含み氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ラインを具備し、前記氷水生成器は前記氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、過冷却後直ちに過冷却解除して氷水を生成し、氷水状態で氷水循環ラインを介して前記氷蓄熱槽に送出することを特徴とする氷蓄熱方法。
【請求項２】
冷水／氷水循環ラインを流動する冷媒の態様が冷却水及び氷水である様に構成された請求項１の氷蓄熱方法。
【請求項３】
氷水生成器を含み氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ラインを具備し、前記氷水生成器は冷水を過冷却する冷凍機の蒸発器と過冷却解除して氷水を生成する過冷却解除部とを有し、氷水を吐出して前記氷蓄熱槽に送出することを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項４】
前記過冷却解除部は、氷水生成器の蒸発器に連設される流速増速部と該流速増速部と軸心の方向が異なる様に該流速増速部に連設された出口水室部とを具備し、前記蒸発器から流出された過冷却水が前記流速増速部で増速され、前記出口水室部で流れ方向が変更されることで過冷却状態が解除される様に構成された請求項３の氷蓄熱装置。
【請求項５】
前記流速増速部は前記出口水室部の中心に対してオフセットして設けられ、前記出口水室部で旋回流が発生する様に構成された請求項４の氷蓄熱装置。
【請求項６】
前記流速増速部の少なくとも下流端部分に加熱手段を設け、前記流速増速部と前記出口水室部との連設部に熱絶縁部を形成した請求項４の氷蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を熱媒体とした氷蓄熱方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビル等の空調を行う場合の熱媒体として水が用いられ、水を氷水状態として蓄熱槽に貯留する氷蓄熱装置がある。
【０００３】
従来の氷蓄熱装置として、例えば特許文献１に示されるものがあり、図７に於いて略述する。
【０００４】
図７中、１は過冷却器を兼ねる蒸発器、２は凝縮器、３は圧縮機、４は冷凍機、５は冷却塔、１２は氷蓄熱槽を示している。
【０００５】
前記蒸発器１、前記凝縮器２、前記圧縮機３は閉鎖された冷凍機４を構成している。又、前記冷却塔５と前記凝縮器２間を冷却水ポンプ６によって水が循環され、冷却水系７が形成される。又、前記蒸発器１と前記氷蓄熱槽１２間は冷水ポンプ８によって冷媒である水が循環され、冷水系１３が形成される。該冷水系１３は冷水が循環する為の配水管１１を具備し、該配水管１１には上流側から前記冷水ポンプ８、予熱交換器９、氷核フィルタ１０が設けられている。
【０００６】
前記冷凍機４に於いて、前記凝縮器２内で前記冷却水系７によって冷凍機４の冷媒が凝縮され、前記蒸発器１で冷媒が蒸発する。前記冷水ポンプ８によって循環される冷水は前記蒸発器１で過冷却（−２℃）される。過冷却水は、前記配水管１１を通って前記氷蓄熱槽１２に吐出され、吐出される際に過冷却状態が解除され、氷結シャーベット状の氷水として前記氷蓄熱槽１２に貯留される。前記予熱交換器９は、冷水が前記配水管１１内で氷結しない様に冷水を所要温度迄冷却し、前記氷核フィルタ１０は冷水中の氷を除去し、氷が前記蒸発器１に流入しない様にするものである。
【０００７】
前記氷蓄熱槽１２には、シャーベット状の氷１４が貯留されることで冷熱が蓄えられる。冷房等冷熱が必要な場合、氷が融解され得られた冷水１５が抽出され、空調機（図示せず）等に供給される。
【０００８】
上記した従来の氷蓄熱装置では、状態の不安定な過冷却水が前記蒸発器１から前記配水管１１により前記氷蓄熱槽１２に導かれるので、前記配水管１１中で衝撃を受ける等により過冷却水が氷結する虞れがあり、氷結した場合は前記配水管１１が詰り、更に氷結が前記蒸発器１迄伝播し、該蒸発器１が凍り付き、氷蓄熱装置を停止しなければならない事態に至る虞れがある。
【０００９】
又、従来の氷蓄熱装置では、前記配水管１１から前記氷蓄熱槽１２に吐出して、過冷却状態を解除する構成であるので、前記配水管１１の吐出位置は前記氷蓄熱槽１２の上方に制限され、氷蓄熱装置の設置に制約を受ける等の不具合があった。
【００１０】
【特許文献１】特許第３１２２２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は斯かる実情に鑑み、過冷却水が循環途中で氷結することを防止し、又氷蓄熱装置の設置制約を除去するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、氷水生成器を含み氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ラインを具備し、前記氷水生成器は前記氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、過冷却後直ちに過冷却解除して氷水を生成し、氷水状態で氷水循環ラインを介して前記氷蓄熱槽に送出する氷蓄熱方法に係り、又冷水／氷水循環ラインを流動する冷媒の態様が冷却水及び氷水である様に構成された氷蓄熱方法に係るものである。
【００１３】
又、本発明は、氷水生成器を含み氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ラインを具備し、前記氷水生成器は冷水を過冷却する冷凍機の蒸発器と過冷却解除して氷水を生成する過冷却解除部とを有し、氷水を吐出して前記氷蓄熱槽に送出する氷蓄熱装置に係るものである。
【００１４】
又、本発明は、前記過冷却解除部は、氷水生成器の蒸発器に連設される流速増速部と該流速増速部と軸心の方向が異なる様に該流速増速部に連設された出口水室部とを具備し、前記蒸発器から流出された過冷却水が前記流速増速部で増速され、前記出口水室部で流れ方向が変更されることで過冷却状態が解除される様に構成された氷蓄熱装置に係り、又前記流速増速部は前記出口水室部の中心に対してオフセットして設けられ、前記出口水室部で旋回流が発生する様に構成された氷蓄熱装置に係り、更に又前記流速増速部の少なくとも下流端部分に加熱手段を設け、前記流速増速部と前記出口水室部との連設部に熱絶縁部を形成した氷蓄熱装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、氷水生成器を含み氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ラインを具備し、前記氷水生成器は前記氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、過冷却後直ちに過冷却解除して氷水を生成し、氷水状態で氷水循環ラインを介して前記氷蓄熱槽に送出するので、不安定な過冷却水状態でラインを循環することが無くなるので、衝撃等でライン流動中に氷結する事態が避けられ、安定した氷蓄熱装置の作動が実現できる。
【００１６】
又本発明によれば、氷水生成器を含み氷蓄熱槽から冷水を吸上げ、氷水として前記氷蓄熱槽に循環させる冷水／氷水循環ラインを具備し、前記氷水生成器は冷水を過冷却する冷凍機の蒸発器と過冷却解除して氷水を生成する過冷却解除部とを有し、氷水を吐出して前記氷蓄熱槽に送出するので、氷水生成器と氷蓄熱槽との配置の制約がなく、狭小な場所での設置が可能となり又ラインを構成する配管の引回し等の制約が無くなる。
【００１７】
又本発明によれば、前記過冷却解除部は、氷水生成器の蒸発器に連設される流速増速部と該流速増速部と軸心の方向が異なる様に該流速増速部に連設された出口水室部とを具備し、前記蒸発器から流出された過冷却水が前記流速増速部で増速され、前記出口水室部で流れ方向が変更されることで過冷却状態が解除される様に構成され、前記流速増速部は前記出口水室部の中心に対してオフセットして設けられ、前記出口水室部で旋回流が発生する様に構成されたので、簡単な構成で効果的に過冷却状態の解除が行われる。
【００１８】
更に又本発明によれば、前記流速増速部の少なくとも下流端部分に加熱手段を設け、前記流速増速部と前記出口水室部との連設部に熱絶縁部を形成したので氷結が流速増速部に伝播することなく、安定した氷蓄熱装置の運転が可能となる等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る氷蓄熱装置の第１の実施の形態を示しており、図中、図７中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２１】
凝縮器２の熱交換器２１と蒸発器１の熱交換器２２と圧縮機３とは冷凍機用配管１８に接続され、該冷凍機用配管１８の前記凝縮器２と前記蒸発器１との間には膨張弁１９が設けられ、閉鎖循環路が形成される。該閉鎖循環路には熱媒体が循環され、前記凝縮器２の前記熱交換器２１で冷却され、凝縮され、前記膨張弁１９により気化され、前記蒸発器１で該蒸発器１を流通する冷水を過冷却し、前記熱交換器２２より前記圧縮機３に循環する。
【００２２】
氷水生成器１７は前記蒸発器１と過冷却解除部２５により構成され、氷蓄熱槽１２と前記氷水生成器１７の吸入側とは冷水吸上げ配管２３によって接続され、前記氷水生成器１７の吐出側とは氷水戻し配管２４によって接続され、前記冷水吸上げ配管２３には冷水予熱器４０が設けられている。前記氷水生成器１７は吐出側に前記過冷却解除部２５を具備し、前記氷水戻し配管２４は前記過冷却解除部２５に接続されている。前記氷水戻し配管２４は、好ましくは、合成樹脂製、或は金属製で内面に弗素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリエチレン等の合成樹脂層が形成されたものが使用される。
【００２３】
冷水ポンプ８で吸上げられた冷水は前記冷水予熱器４０で予熱された後前記氷水生成器１７に送出され、前記熱交換器２２で過冷却状態迄冷却され、更に前記氷水生成器１７から吐出される際に前記過冷却解除部２５を通過する。前記冷水予熱器４０は前記氷水生成器１７に入る冷水中に氷の粒が混入していると、それを核として該氷水生成器１７内で過冷却水が凍結するので、氷の粒を溶解させる為のものである。前記過冷却解除部２５を通過する際に過冷却状態が解除され、氷結し、氷水として前記氷水生成器１７から吐出され、該氷水生成器１７は氷水生成器として機能する。氷水は前記氷水戻し配管２４を経て前記氷蓄熱槽１２に循環され、氷は前記氷蓄熱槽１２に貯溜される。而して、前記冷水ポンプ８、前記冷水吸上げ配管２３、前記氷水生成器１７、前記氷水戻し配管２４は冷水／氷水循環ライン２０を構成する。
【００２４】
前記氷水戻し配管２４を流通するのは、不安定な過冷却水ではなく、安定な氷水であるので、流通途中で衝撃等を受けたとしても氷結し氷水戻し配管２４を詰らせることはない。更に、図１では、氷水生成器１７と氷蓄熱槽１２とを上下に配置しているが、実際には同一水平面に配置してもよい等、氷水生成器１７、氷蓄熱槽１２の配置に制約はなく、配管の引回しの制約、設置場所の制約が解除される。
【００２５】
冷熱が利用される場合は、前記氷蓄熱槽１２から冷水１５が抽出され、図示しない空調機等に供給される。
【００２６】
図２〜図４に於いて、前記過冷却解除部２５について説明する。
【００２７】
該過冷却解除部２５は、主に流速増速部２６、熱絶縁部２７、出口水室部２８から構成されている。
【００２８】
前記流速増速部２６は前記蒸発器１の吐出側端に連設され、流路断面が下流に向って漸次減少する略漏斗状をしており、前記流速増速部２６の下流端に前記出口水室部２８が連設されている。前記流速増速部２６はフランジ部２６ａを有し、前記蒸発器１に対して着脱可能となっている。
【００２９】
前記出口水室部２８は鉛直方向に延びる軸心を有する中空管であり、前記出口水室部２８の下部に前記流速増速部２６が連通し、上端に吐出孔２９が設けられている。前記流速増速部２６の下流端部外周にはヒータ３１が巻設され、前記流速増速部２６の下流端部を、例えば２０℃前後に又はそれ以上に加熱し、前記流速増速部２６と前記出口水室部２８の接続部に熱絶縁部２７を形成している。尚、前記ヒータ３１は前記流速増速部２６の全長に亘って巻設されてもよい。更に、前記ヒータ３１の熱源としては抵抗発熱体、或は蒸気、或は加熱した水、油等種々採用できる。
【００３０】
該流速増速部２６を金属製とすると、該流速増速部２６の内面には、氷結防止用の合成樹脂、例えば、弗素樹脂等の樹脂層３２を形成する。又は、前記流速増速部２６自体を合成樹脂製としてもよい。前記蒸発器１の吐出側端面にも、氷結防止用の合成樹脂、例えば、弗素樹脂製の合成樹脂層３３を形成する。尚、図中、３４は過冷却水が流出される流出口である。
【００３１】
前記出口水室部２８は合成樹脂製、若しくは金属製であり、該出口水室部２８を金属製とすると、内面には氷結防止用の合成樹脂、例えば、弗素樹脂製の合成樹脂層３５を形成する。前記吐出孔２９はフランジ部２９ａを具備しており、該フランジ部２９ａを介して前記氷水戻し配管２４が着脱可能に接続される。
【００３２】
前記蒸発器１から流出した過冷却水は、前記流速増速部２６を通過することで増速され、更に前記出口水室部２８で流れが上方向に方向が変ることで、過冷却状態が解除され、氷結する。氷結することで温度が０℃迄上昇し、又氷結した氷は比重が小さいので、冷水と共にシャーベット状（氷水）となって上昇する。前記出口水室部２８内で一旦氷結があると、該出口水室部２８内の氷が種氷となり、該出口水室部２８内に流入する過冷却水は順次解除される。尚、氷結を促進する為、該出口水室部２８の所要位置に超音波振動機等の氷結補助手段を設置してもよい。
【００３３】
前記熱絶縁部２７は前記流速増速部２６の下流端を加熱し、熱絶縁部を形成し、前記出口水室部２８内での氷結が前記流速増速部２６に伝播しない様にしてある。而して、前記吐出孔２９からは状態の安定した０℃の氷水が吐出される。前記氷水戻し配管２４を流通する氷水は、０℃であるので該氷水戻し配管２４が氷結によって詰まることがなくなる。
【００３４】
尚、前記過冷却解除部２５は前記フランジ部２６ａで前記蒸発器１と、又前記フランジ部２９ａで前記氷水戻し配管２４と切離し可能であるので、ユニット化が可能であり、取扱い、組立て作業性、保守性が向上する。
【００３５】
又、前記流速増速部２６は、前記出口水室部２８を省略し、前記氷水戻し配管２４に直接連結する構成としてもよい。
【００３６】
図５、図６は第２の実施の形態に係る過冷却解除部３９を示しており、図中、図２、図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略してある。
【００３７】
流速増速部２６の軸心３６を、出口水室部２８の中心３７に対してオフセットさせている。
【００３８】
前記軸心３６が前記中心３７に対してオフセットされることで、前記出口水室部２８に流入した過冷却水は、該出口水室部２８内で旋回する。過冷却水が、前記出口水室部２８内で旋回することで、効果的に過冷却状態が解除され、氷結が生じる。又、旋回流３８が発生することで、中心に氷が集り、氷は種氷となる。又、前記出口水室部２８に滞留することなく、円滑に氷水として吐出孔２９より吐出され、更に中心に氷が集まることで管壁に氷が付着することがなく氷結が成長して、前記出口水室部２８を凍りつかせることがなくなる。又、吐出孔２９、及びその下流側でも旋回流を維持させることで同様な結果が得られる。
【００３９】
尚、第１、第２の実施の形態に於いて、出口水室部２８の軸心は鉛直方向としたが、水平或は斜めであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】第１の実施の形態に於ける過冷却解除部の側面図である。
【図３】第１の実施の形態に於ける過冷却解除部の平面図である。
【図４】該過冷却解除部の一部を破断した拡大側面図である。
【図５】第２の実施の形態に於ける過冷却解除部の側面図である。
【図６】第２の実施の形態に於ける過冷却解除部の平面図である。
【図７】従来例のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１              蒸発器
４              冷凍機
１２            氷蓄熱槽
１４            氷
１５            冷水
１７            氷水生成器
２０            冷水／氷水循環ライン
２１            熱交換器
２２            熱交換器
２３            冷水吸上げ配管
２４            氷水戻し配管
２５            過冷却解除部
２６            流速増速部
２７            熱絶縁部
２８            出口水室部
３１            ヒータ
３２            樹脂層
３３            合成樹脂層
３６            軸心
３８            旋回流
３９            過冷却解除部
４０            氷水予熱器
【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】
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