JP3893462B2 - Dynamic ice storage heat transfer device - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶液の凍結により生じる氷晶を、アイススラリーとしてダイナミック型氷蓄熱に用いるとともに、その冷熱を需要地まで移送できるようにしたダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
夏期の電力需要の昼夜間格差を平準化するための手段として、夜間の余剰電力による氷蓄熱手段が有効とされているが、水溶液を凍結させ、生成した氷晶をアイススラリーとして冷熱需要地まで輸送することのできるダイナミック型氷蓄熱装置は、純水を凍結させるため冷却面上に氷晶が付着して輸送することのできないスタティック型氷蓄熱装置に比べて、氷晶生成時の冷却性能やシステムの小型化などの点で優れているものの、水溶液の凍結の進行に伴う濃度上昇によって凍結温度が徐々に低下するため、これに伴い冷凍機の成績係数が低下し、氷晶生成の所要電力が大きくなるという欠点が指摘されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、水溶液の凍結の進行に伴う濃度上昇を、適切な水の補給により効率よく抑制して、冷凍機の成績係数の低下を防止し、ひいては氷晶生成のための所要動力の低減を図るとともに、その冷熱を需要地まで移送できるようにしたダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明のダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置は、冷却用熱交換器を内包した凍結器と、同凍結器内の液体を撹拌すべく同凍結器の底部内に設けられた撹拌器と、上記凍結器内の液温を計測する温度計と、上記凍結器にポンプ付き配管を介して接続されるとともに内部に採冷熱用熱交換器を内包した融解器と、同融解器の底部内に水平に張設されたメッシュとを備えるとともに、上記凍結器にバルブ付き配管および水溶液ポンプを介して接続された水溶液タンクと、上記凍結器にバルブ付き配管および融解水ポンプを介して接続された融解水タンクと、上記融解器の底部を上記水溶液タンクに接続するバルブ付き配管と、上記融解器の底部を上記融解水タンクに接続するバルブ付き配管とが設けられ、上記融解器が上記凍結器から離隔した冷熱需要地に設置されるとともに、上記の凍結器と融解器とを接続するポンプ付き配管の外周に保冷層が装着されて、同ポンプ付き配管を通じて上記凍結器から上記融解器へアイススラリーの送給が行われるように構成されており、上記水溶液タンクから上記凍結器内へ水溶液を供給すべく上記水溶液ポンプを制御するとともに上記温度計からの検出信号に応じ上記凍結器内の水溶液の濃度を調整すべく上記融解水ポンプによる上記凍結器内への送水を自動制御する制御系が設けられたことを特徴としている。
【０００５】
上述のように、ダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置において凍結器と融解器とが別個に設けられて相互にポンプ付き配管を介し接続されている場合、氷蓄熱の際に、まず水溶液タンクから水溶液ポンプにより凍結器内に水溶液の供給が行われて、冷却用熱交換器による凍結作用と撹拌器による撹拌作用とにより氷晶を含むアイススラリーが凍結器内に生成されるようになるが、その際、温度計による上記凍結器内の液温の計測値に応じて、制御系により、凍結温度の低下を招かないように、上記融解水タンクから、先の採冷熱時に貯溜しておいた融解水を融解水ポンプによって凍結器内に補給する自動制御が行われるので、上記アイススラリーの生成が効率よく行われるようになる。
【０００６】
そして、冷熱需要地における採冷熱時には、上記融解器における上記採冷熱用熱交換器が用いられるが、その際、上記アイススラリーに含まれる水溶液は、予めメッシュにより濾過されて水溶液タンク内に貯溜され、このようにして残留した氷晶は上記採冷熱交換器により融解して融解水タンクに貯溜されるので、上記の水溶液および融解水は繰返し使用することができる。
【０００７】
また、凍結器と融解器とが、外周に保冷層を装着されたポンプ付き配管を介して接続されるので、冷熱の需要地が上記凍結器から大幅に離隔していても、上記ポンプ付き配管の外周に十分な保冷層を装着することにより、同配管を通じてアイススラリーの送給を適切に行うことが可能になる。
【０００８】
一般に、水溶液の凍結による濃度上昇とそれに伴う凍結温度の低下は、水溶液を用いるダイナミック型氷蓄熱装置固有の総合性能劣化要因として広く認識されており、これを回避する方策としては、(1) 使用する水溶液初期濃度を薄くする、(2) 生成させる氷晶量を低く制限するなどの消極的・対症療法的な手段が採られている。しかし、前者はダイナミック型氷蓄熱装置を実現するための鍵となるアイススラリー（溶液と氷晶の混合物：流動性のある氷晶）の生成を難しくし、氷晶生成のための新たな技術開発とエネルギーが必要になるという問題を抱えている。また後者は、冷熱蓄熱容器中の氷晶割合の低下、すなわち冷熱貯蔵量の低下を引き起こすため、ダイナミック型氷蓄熱装置のメリットを打ち消しかねない危険をはらんでいる。
【０００９】
現在、水溶液の凍結に伴う濃度上昇によって引き起こされる問題を解決する具体的な技術は確立されておらず、それゆえにダイナミック型氷蓄熱装置の普及が遅れている。上述のように、水溶液の凍結を用いるダイナミック型氷蓄熱装置の性能劣化要因は、水溶液の凍結に伴う溶質濃縮効果に基づいている。
【００１０】
本発明では、この現象を逆に利用してダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置の性能劣化を抑制している。すなわち、水溶液を凍結させると溶質濃縮効果によって水溶液の濃度が上昇する一方、ほとんど溶質を含まない氷晶が生成する。この氷晶を採冷熱時に融解するとほぼ純水が得られるので、これを保存しておき、蓄冷熱時に水溶液にこの純水を加えながら凍結させれば、水溶液濃度を一定に保つことができる。これが本発明の原理である。
本発明の最大の特徴は、水溶液を凍結させる際に自然に生じる溶質濃縮効果を利用して、特別な付加装置やエネルギーの投入なしに凍結温度の低下に伴うダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置の性能劣化を抑制できることにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明すると、図１は本発明の一実施形態としての装置を模式的に示す説明図であり、図２は本発明の装置を用いた場合の冷凍機の成績係数を示すグラフ、図３は従来技術による氷蓄熱装置の特性を示すグラフ、図４は本発明によるダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置の特性を示すグラフ、図５は本発明と従来技術とについて総合成績係数を比較して示すグラフである。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態では、冷却用熱交換機２を内包した凍結器１と採冷熱用熱交換器４を内包した融解器３とが個別に設けられて、両者１，３はポンプ15付き配管16を介して接続されている。そして、凍結器１の内部の水溶液５の温度を計測する温度計14が設けられるほか、凍結器１の内部の液体を撹拌できるように、同凍結器１の底部には撹拌器13が設けられている。
【００１３】
また、凍結器１の底部には、バルブ９ａ付き配管９Ａおよび水溶液ポンプ11を介して水溶液タンク７が接続されるとともに、バルブ10ａ付き配管10Ａおよび融解水ポンプ12を介して融解水タンク８が接続されている。
【００１４】
一方、融解器３の内部には採冷熱用熱交換器４が設けられるほか、同融解器３の底部内には水平に張設されたメッシュ６が装備されている。
そして、融解器３の底部も、バルブ９ｂ付き配管９Ｂを介して水溶液タンク７に接続されるとともに、バルブ10ｂ付き配管10Ｂを介して融解水タンク８に接続されている。
【００１５】
さらに、温度計14からの検出信号に応じて凍結器１の内部の水溶液（一般的な塩類あるいはエチレングリコールなどの水溶液）の濃度を調整できるように、融解水ポンプ12による融解水タンク８から凍結器１内への送水を自動制御するための制御系17が設けられている。
【００１６】
このようにして、本実施形態では、冷却用熱交換器２を内包する凍結器１に水溶液タンク７から水溶液ポンプ11により水溶液を入れて、冷却用熱交換器２により凍結器１内に氷晶を含むアイススラリーを生成してゆく際に、凍結器１内の凍結温度をほぼ一定に保持できるように、凍結器１の内部に、凍結温度の低下に応じて水の補給が行われるが、この水として、先の採冷熱時に融解器３内の氷晶を融解させて得た融解水が、融解水タンク８から融解水ポンプ12によって補給される。
なお、凍結器１および融解器３や水溶液タンク７，融解水タンク８および配管類は、すべて外面に図示しない防熱層が施されている。
【００１７】
上述のダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置では、凍結器１と融解器３とが別個に設けられ、相互にポンプ15付き配管16を介して接続されているが、氷蓄熱の際に、まず水溶液タンク７から水溶液ポンプ11により凍結器1内に水溶液の供給が行われて、冷却用熱交換器2による凍結作用と撹拌器13による撹拌作用とにより氷晶を含むアイススラリーが凍結器１内に生成されるようになる。その際、温度計14による凍結器１内の液温の計測値に応じて、凍結温度の低下を招かないように、融解水タンク８から、先の採冷熱時に貯溜しておいた融解水を、融解水ポンプ12によって凍結器１内に補給する自動制御が、制御系17により行われるので、撹拌器13の作動と相まって上記アイススラリーの生成が効率よく行われるようになる。
【００１８】
そして、凍結器１からポンプ15付き配管16を介しアイススラリーが融解器３へ送られた後、同融解器３で採冷熱を行う際には、融解器３における採冷熱用熱交換器４が用いられるが、その際、上記アイススラリーに含まれる水溶液は、予めメッシュ６により濾過されて水溶液タンク７内に貯溜され、このようにして融解器３内に残留した氷晶は採冷熱用熱交換器４により融解して融解水タンク８に貯溜されるので、上記の水溶液タンク７内の水溶液および融解水タンク８内の融解水は繰返し使用することができる。
【００１９】
また、凍結器１と融解器３とが、外周に保冷層を装着されたポンプ15付き配管16を介して接続されるので、融解器３の設置される冷熱需要地が凍結器１から大幅に離隔していても、同配管16を通じてアイススラリーの送給を冷熱の損失を伴うことなく行うことが可能になる。
【００２０】
さらに、凍結器１内の液温を検出する温度計14からの検出信号に応じて、凍結器１内の水溶液濃度を調整するため、同凍結器１内への融解水ポンプ12による送水が制御系17により自動的に行われるようになっており、この制御系17は図１に示すごとく水溶液ポンプ11の制御も行えるように構成されているので、このダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置の運転管理が、きわめて効率よく的確に行われるようになる。
【００２１】
次に、実際の冷凍機の効率（成績係数：ＣＯＰ）と蒸発器温度（冷却温度）との関係（図２参照）を用いて、従来技術に基づくダイナミック型氷蓄熱装置と、本発明による氷蓄熱装置とを比較してみると、装置に蓄えられる冷熱量と冷凍機所要動力、ならびに溶液の濃度変化、凍結温度の変化を理論的に予測した結果は、図３，図４に示すとおりである。
【００２２】
図３および図４に見られるように、従来技術に基づくダイナミック型氷蓄熱装置では、蓄冷熱量の増加、すなわち溶液中の氷晶濃度の増加に伴って溶液濃度が上昇し、それによる凍結温度の低下が冷凍機の効率の低下を招く結果、冷凍機所要動力が極端に大きくなっていることがわかる。これに対して、本発明による氷蓄熱装置では、溶液濃度と凍結温度とが一定に保たれるため、冷凍機所要動力の極端な増加が無く、蓄冷熱量にほぼ比例した動力を冷凍機に投入することで蓄冷が行える。ただし本発明による氷蓄熱装置では、採冷熱時に水溶液の持つ冷熱を放散することになるため、採冷熱量は蓄冷熱量より若干減少するが、その差は図５に示すとおりごく僅かであり、実用上は問題にならない。
【００２３】
氷蓄熱装置としての性能を直接比較するために、従来技術による氷蓄熱装置と本発明による氷蓄熱冷熱移送装置との蓄熱後における回収可能な冷熱量を、それに要する冷凍機駆動動力で除した総合成績係数を求め、蓄冷熱量（溶液内の氷晶濃度）に対してプロットした結果を図５に示す。このグラフに示されるように、本発明による氷蓄熱冷熱移送装置は、溶液単位質量あたりの冷熱貯蔵量が少ないうちは前述の冷熱損失の影響で従来技術によるものよりも性能が劣るが、蓄冷熱量が増加すると従来技術によるものの性能を凌ぎ、特に高蓄熱量領域において性能が低下しない点が特徴的である。
【００２４】
上述のように、本発明によれば、水溶液を用いるダイナミック型氷蓄熱装置に不可避と考えられてきた氷晶の生成に伴う水溶液の濃縮による凍結温度の低下とそれによる冷凍機効率の低下を、特別な装置の付加や新たなエネルギーの投入なしに回避することができ、氷蓄熱装置の高性能化と普及とを通して、夏期の電力需要のピークカットに資することができるものと期待される。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置によれば次のような効果が得られる。
(1) ダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置において凍結器と融解器とが別個に設けられて相互にポンプ付き配管を介し接続されており、氷蓄熱の際に、まず水溶液タンクから水溶液ポンプにより凍結器内に水溶液の供給が行われるが、この水溶液供給のための水溶液ポンプの制御は制御系によって適切に行われる。そして、冷却用熱交換器による凍結作用と撹拌器による撹拌作用とにより氷晶を含むアイススラリーが凍結器内に生成されるようになるが、その際、温度計による上記凍結器内の液温の計測値に応じて、凍結温度の低下を招かないように、上記融解器に接続された融解水タンクから、先の採冷熱時に貯溜しておいた融解水を、融解水ポンプによって上記凍結器内に補給する制御が、上記温度計に接続された制御系により自動的に行われるので、上記撹拌器による撹拌作用と相まって上記アイススラリーの生成が効率よく適切に行われるようになる。そして、冷熱需要地における採冷熱時には、上記融解器における採冷熱用熱交換器が用いられるが、その際、上記アイススラリーに含まれる水溶液は、予めメッシュにより濾過されて上記水溶液タンク内に貯溜され、このようにして残留した氷晶は上記採冷熱交換器により融解して融解水タンクに貯溜されるので、上記の水溶液および融解水は繰返し使用することができる。また、上記の凍結器と融解器とは保冷層を装着されたポンプ付き配管を介して接続されるので、同融解器を設置される冷熱需要地が上記凍結器から大幅に離隔していても、上記ポンプ付き配管の外周に十分な保冷層を装着することにより、同配管を通じてアイススラリーの送給を冷熱の損失を伴うなく行うことが可能になる。
(2) 凍結器内の液温を検出する温度計からの検出信号に応じて、凍結器内の水溶液濃度を調整するため、同凍結器内への融解水ポンプによる送水が制御系により自動的に行われるようになっているので、このダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置の運転管理が効率よく行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態としてのダイナミック型氷蓄熱装置を模式的に示す説明図である。
【図２】 本発明の装置の性能を従来技術に基づく装置の性能と比較する際に用いた冷凍機の成績係数を示すグラフである。
【図３】 従来技術による氷蓄熱装置の特性を示すグラフである。
【図４】 本発明によるダイナミック型氷蓄熱装置の特性を示すグラフである。
【図５】 本発明と従来技術とについて総合成績係数を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１ 凍結器
２ 冷却用熱交換器
３ 融解器
４ 採冷熱用熱交換器
５ 水溶液
６ メッシュ
７ 水溶液タンク
８ 融解水タンク
９ａ，９ｂ バルブ
９Ａ，９Ｂ 配管
10ａ, 10ｂ バルブ
10Ａ，10Ｂ 配管
11 水溶液ポンプ
12 融解水ポンプ
13 撹拌器
14 温度計
15 ポンプ
16 配管
17 制御系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relatesto a dynamic ice storage heat transfer devicethat uses ice crystals generated by freezing an aqueous solution as ice slurry for dynamic ice storage, andcan transfer the cold energy to a demand area .
[0002]
[Prior art]
As a means of leveling the daytime and nighttime disparities in power demand in summer, ice heat storage means by surplus power at night is effective. The dynamic ice storage device that can be transported has a higher cooling performance at the time of ice crystal generation than the static ice storage device that freezes pure water and cannot be transported because ice crystals adhere to the cooling surface. Although it is excellent in terms of downsizing of the system, etc., the freezing temperature gradually decreases as the concentration of the aqueous solution increases as the freezing of the aqueous solution progresses. Has been pointed out the disadvantage of becoming larger.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention efficiently suppresses the increase in the concentration accompanying the progress of freezing of the aqueous solution by appropriately replenishing water to prevent the performance coefficient of the refrigerator from being lowered, and hence the reduction of the power required for generating ice crystals. FIGRutotomoni, and to provide a dynamic type ice cold storagecold transfer device was so thatcan transfer the cold to demand area.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a dynamic ice storageheat transfer device of the present invention is provided in a freezer containing a heat exchanger for cooling, and in the bottom of the freezerto stir the liquid in the freezer. A stirrer, a thermometer for measuring the liquid temperature in the freezer, a melter connected to the freezer via a pipe with a pump and including a heat exchanger for cooling heat inside. An aqueous solution tank connected to the freezer via a pipe with a valve and an aqueous solution pump, and a pipe with a valve and a molten water pump to the freezer. A melted water tank connected via a valve, a valved pipe connecting the bottom of the melter to the aqueous solution tank, and a valved pipe connecting the bottom of the melter to the melted water tank. Vessel It is installed in the cold demand area separated from the freezer, and a cooling layer is attached to the outer periphery of the piping with a pump connecting the freezing device and the melting device, and the melting from the freezing device through the piping with the pump. vesselare configured to feed the ice slurry is madeto,on depending on the detection signal from the thermometer SLcontrols the aqueous solution pump to supply an aqueous solution to the freezer in the above aqueous solution tank In order to adjust the concentration of the aqueous solution in the freezer, a control system for automatically controlling the water supply to the freezer by the melting water pump is provided.
[0005]
As described above, when the freezer and the melter are separately provided in the dynamic ice storageheat transfer device and are connected to each other via a pipe with a pump, the water solution pump is first supplied from the aqueous solution tank during the ice storage. As a result, the aqueous solution is supplied into the freezer, and an ice slurry containing ice crystals is generated in the freezer by the freezing action by the cooling heat exchanger and the stirring action by the stirrer. In accordance with the measured value of the liquid temperature in the freezer with a thermometer, thecontrol system will not cause a decrease inthe freezing temperature.the fusionautomatic control is performed to replenish in freezer by Kaisui pump Runode, so generating the ice slurry is efficiently.
[0006]
The heat exchanger for cooling heat in the melter is used at the time of cooling heatin thecold demand area. At that time, the aqueous solution contained in the ice slurry is previously filtered through a mesh and stored in the aqueous solution tank. Since the ice crystals remaining in this manner are melted by the cooling heat exchanger and stored in the molten water tank, the aqueous solution and the molten water can be used repeatedly.
[0007]
In addition, since the freezer and the melting device are connected via a pipe with a pump having a cold insulation layer attached to the outer periphery, the pipe with the pump can be used even if the cold demand area is far away from the freezer. By mounting a sufficient cold insulation layer on the outer periphery of the ice slurry, it is possible toappropriately feed the ice slurry through the pipe.
[0008]
In general, the increase in concentration due to freezing of aqueous solutions and the accompanying decrease in freezing temperature are widely recognized as factors that degrade the overall performance of dynamic ice storage devices that use aqueous solutions. Reactive and symptomatic measures have been taken, such as reducing the initial concentration of aqueous solution to be reduced, and (2) limiting the amount of ice crystals to be generated. However, the former makes it difficult to generate ice slurry (mixture of solution and ice crystal: fluid ice crystal), which is the key to realizing a dynamic ice storage device, and develops a new technology for ice crystal generation. And have the problem of needing energy. Further, the latter causes a decrease in the ice crystal ratio in the cold energy storage container, that is, a decrease in the amount of cold energy stored. Therefore, there is a risk of negating the merit of the dynamic ice heat storage device.
[0009]
At present, a specific technique for solving the problem caused by the increase in the concentration due to freezing of the aqueous solution has not been established. Therefore, the spread of the dynamic ice heat storage device is delayed. As described above, the performance deterioration factor of the dynamic ice storage device using the freezing of the aqueous solution is based on the solute concentration effect accompanying the freezing of the aqueous solution.
[0010]
In the present invention, this phenomenon is reversed to suppress the performance deterioration of the dynamic ice storageheat transfer device. That is, when the aqueous solution is frozen, the concentration of the aqueous solution increases due to the solute concentration effect, while ice crystals containing almost no solute are generated. When this ice crystal is melted at the time of cooling heat, almost pure water is obtained. If this ice crystal is stored and frozen while adding pure water to the aqueous solution at the time of cold storage heat, the aqueous solution concentration can be kept constant. This is the principle of the present invention.
The greatest feature of the present invention is that it uses the solute concentration effect that naturally occurs when freezing an aqueous solution, and the performance of a dynamic ice storage heat andcold transfer device that accompanies a decrease in freezing temperature without the addition of special equipment or energy. This is because deterioration can be suppressed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an apparatus as an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a refrigerator using the apparatus of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the coefficient of performance, FIG. 3 is a graph showing the characteristic of the ice storage device according to the prior art, FIG. 4 is a graph showing the characteristic of the dynamic ice storageheat transfer device according to the present invention, and FIG. It is a graph which compares and shows a comprehensive coefficient of performance.
[0012]
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a freezer 1 including acooling heat exchanger 2 and amelting device 3 including acooling heat exchanger 4 are provided separately, It is connected via apipe 16 with apump 15. Athermometer 14 for measuring the temperature of theaqueous solution 5 inside the freezer 1 is provided, and astirrer 13 is provided at the bottom of the freezer 1 so that the liquid inside the freezer 1 can be stirred. ing.
[0013]
Further, anaqueous solution tank 7 is connected to the bottom of the freezer 1 through apipe 9A with avalve 9a and an aqueous solution pump 11, and amolten water tank 8 is connected through a pipe 10A with avalve 10a and amolten water pump 12. Has been.
[0014]
On the other hand, aheat exchanger 4 for cooling heat is provided inside themelting device 3, and amesh 6 stretched horizontally is provided in the bottom of themelting device 3.
The bottom of themelter 3 is also connected to theaqueous solution tank 7 via apipe 9B with avalve 9b and also connected to themolten water tank 8 via a pipe 10B with a valve 10b.
[0015]
Furthermore, freezing from themolten water tank 8 by themolten water pump 12 is performed so that the concentration of the aqueous solution (general salt or aqueous solution of ethylene glycol, etc.) inside the freezer 1 can be adjusted according to the detection signal from thethermometer 14. Acontrol system 17 for automatically controlling the water supply into the vessel 1 is provided.
[0016]
Thus, in this embodiment, anaqueous solution is put into the freezer 1 containing thecooling heat exchanger 2from theaqueous solution tank 7by the aqueoussolution pump11 , and ice crystals are put into the freezer 1 by thecooling heat exchanger 2. When generating the ice slurry containing, water is supplied to the inside of the freezer 1 as the freezing temperature decreases, so that the freezing temperature in the freezer 1 can be kept substantially constant. As this water, molten water obtained by melting ice crystals in themelting device 3 at the time of the previous cooling heat is supplied from themolten water tank 8 by themolten water pump 12.
The freezer 1, themelter 3, theaqueous solution tank 7, the meltedwater tank 8, and the piping are all provided with a heat insulating layer (not shown) on the outer surface.
[0017]
In the above-described dynamic ice storageheat transfer device, the freezer 1 and themelter 3 are separately provided and connected to each other via apipe 16 with apump 15.The aqueous solution pump11 supplies the aqueous solution into the freezer 1, and an ice slurry containing ice crystals is generated in the freezer 1 by the freezing action by thecooling heat exchanger 2 and the stirring action by thestirrer 13. Will come to be. At that time, according to the measured value of the liquid temperature in the freezer 1 by thethermometer 14, the molten water stored at the time of the previous cooling heat is removed from themolten water tank 8 so that the freezing temperature does not decrease. ,automatic control of supply in the freezer 1 by meltedwater pump 12is performed bythecontrol system17 Runode,stirrer 13 operated coupled with the generation of the ice slurry is to be performed efficiently.
[0018]
Then,after the ice slurry is sentfrom the freezer 1 to themelter 3 via thepipe16with thepump15,when the cooling heatis collected inthemelter 3, theheat exchanger 4 for cooling heat in themelter 3 is At that time, the aqueous solution contained in the ice slurry is filtered in advance by themesh 6 and stored in theaqueous solution tank7 , and thus the ice crystals remaining in themelter 3 are subjected to heat exchange for cooling heat collection. Since it is melted by thevessel 4 and stored in themolten water tank 8, theaqueous solution in theaqueoussolution tank 7 and themolten water in themolten water tank 8 can be used repeatedly.
[0019]
In addition, since the freezer 1 and themelter 3 are connected via apipe 16 with apump 15 having a cold insulation layer attached to the outer periphery, the cold heat demand area where themelter 3 is installed is greatly increased from the freezer 1. Even if they are separated from each other, the ice slurry can be fed through thepipe 16without loss of cold heat .
[0020]
Further, in order to adjust the concentration of the aqueous solution in the freezer 1 according to the detection signal from thethermometer 14 that detects the liquid temperature in the freezer 1, the water supply by themelt water pump 12 to the freezer 1 is controlled. Since thecontrol system17isconfigured so as to be able to control theaqueous solution pump11asshown in FIG. 1, the operation management of the dynamic ice storage heat /cool transfer device is performed. Will be done very efficiently and accurately.
[0021]
Next, using the relationship between the efficiency (coefficient of performance: COP) of the actual refrigerator and the evaporator temperature (cooling temperature) (see FIG. 2), the dynamic ice storage device based on the prior art and the ice according to the present invention are used. Comparing with the heat storage device, the results of theoretical predictions of the amount of cold heat stored in the device, the power required for the refrigerator, the concentration change of the solution, and the freezing temperature are as shown in FIGS. is there.
[0022]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the dynamic ice storage device based on the prior art, the solution concentration rises as the amount of cold storage heat increases, that is, the ice crystal concentration in the solution increases, and the freezing temperature is thereby increased. It can be seen that the reduction causes the efficiency of the refrigerator to decrease, and the power required for the refrigerator is extremely large. On the other hand, in the ice heat storage device according to the present invention, since the solution concentration and the freezing temperature are kept constant, there is no extreme increase in power required for the refrigerator, and power that is approximately proportional to the amount of heat stored in the refrigerator is input to the refrigerator. By doing so, cold storage can be performed. However, in the ice heat storage device according to the present invention, since the cold heat of the aqueous solution is dissipated at the time of cooling heat, the cooling heat amount is slightly reduced from the cold storage heat amount, but the difference is very small as shown in FIG. The top is not a problem.
[0023]
In order to directly compare the performance as an ice heat storage device, the total amount of cold energy that can be recovered after heat storage between the ice heat storage device according to the prior art and the ice heat storagecold heat transfer device according to the present invention is divided by the driving power required for the refrigerator. FIG. 5 shows the results of obtaining the coefficient of performance and plotting it against the amount of cold storage heat (ice crystal concentration in the solution). As shown in this graph, the ice storageheat transfer device according to the present invention is inferior in performance to the conventional technology due to the effect of the above-mentioned heat loss while the amount of cold storage per unit mass of the solution is small, The characteristic is that the performance of the conventional technology surpasses that of the conventional technology, and the performance does not deteriorate particularly in the high heat storage amount region.
[0024]
As described above, according to the present invention, the decrease in freezing temperature due to the concentration of the aqueous solution accompanying the formation of ice crystals, which has been considered inevitable for the dynamic ice storage device using the aqueous solution, and the decrease in the refrigerator efficiency due to it, It can be avoided without adding special equipment or introducing new energy, and it is expected that it will contribute to the peak cut in power demand in summer through the high performance and widespread use of ice storage devices.
[0025]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the dynamic ice storageheat transfer device of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) In a dynamic type ice storageheat transfer device, a freezer and a melter are provided separately and are connected to each other via a pipe with a pump. supply of the aqueous solutionRu performedwithin, but control of the aqueous solution pump for the aqueous solution feed is suitably carried out by the control system. And, although ice slurry containing ice crystals by the stirring action of the agitator and the freezing action of the cooling heat exchanger is to be generated in the freezer, this time, the liquid in the freezer by a thermometer Depending on the temperature measurement value, the molten water stored at the time of the previous cooling heat from the molten water tank connected to the melting device is frozen by the melting water pump so that the freezing temperature does not decrease.control of replenished into the vesselis soautomatically performed Runodeby a control system connected to the thermometer, generation ofcombined the ice slurrywith stirring action by the agitatoris carried out efficiently andappropriately. Then, the cold time of adoptingthe cold demand area, cold heat exchanger adopted in the melter is used, but this time, the aqueous solution contained in the ice slurry is stored withinthe aqueous solution tank is filtered through a pre-mesh Since the ice crystals remaining in this manner are melted by the cooling heat exchanger and stored in the molten water tank, the aqueous solution and the molten water can be used repeatedly. In addition, since theabove freezer and the melter are connected via a pipe with a pump fitted witha cold insulation layer, even if the cold demand place where the melter is installed is greatly separated from the freezer By mounting a sufficient cold insulation layer on the outer periphery of the pumped pipe, the ice slurry can be fed through the pipewithout anyloss of cold heat .
(2) In order to adjust the concentration of the aqueous solution in the freezer according to the detection signal from the thermometer that detects the liquid temperature in the freezer, the control system automatically supplies water to the freezer using the melting water pump.Therefore , operation management of the dynamic ice storageheat transfer device is efficiently performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a dynamic ice heat storage device as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a coefficient of performance of a refrigerator used in comparing the performance of the device of the present invention with the performance of a device based on the prior art.
FIG. 3 is a graph showing characteristics of an ice heat storage device according to the prior art.
FIG. 4 is a graph showing characteristics of a dynamic ice heat storage device according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a comparison of overall coefficient of performance for the present invention and the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1Freezer 2 Heat exchanger for cooling 3Melting device 4 Heat exchanger for coolingheat collection 5Aqueous solution 6Mesh 7Aqueous solution tank 8Melting water tank 9a,9b Valve 9A, 9B Piping
10a, 10b valve
10A, 10B piping
11 Aqueous solution pump
12 Melting water pump
13 Stirrer
14 Thermometer
15 Pump
16 Piping
17 Control system

Claims (1)

Translated fromJapanese

冷却用熱交換器を内包した凍結器と、同凍結器内の液体を撹拌すべく同凍結器の底部内に設けられた撹拌器と、上記凍結器内の液温を計測する温度計と、上記凍結器にポンプ付き配管を介して接続されるとともに内部に採冷熱用熱交換器を内包した融解器と、同融解器の底部内に水平に張設されたメッシュとを備えるとともに、上記凍結器にバルブ付き配管および水溶液ポンプを介して接続された水溶液タンクと、上記凍結器にバルブ付き配管および融解水ポンプを介して接続された融解水タンクと、上記融解器の底部を上記水溶液タンクに接続するバルブ付き配管と、上記融解器の底部を上記融解水タンクに接続するバルブ付き配管とが設けられ、上記融解器が上記凍結器から離隔した冷熱需要地に設置されるとともに、上記の凍結器と融解器とを接続するポンプ付き配管の外周に保冷層が装着されて、同ポンプ付き配管を通じて上記凍結器から上記融解器へアイススラリーの送給が行われるように構成されており、上記水溶液タンクから上記凍結器内へ水溶液を供給すべく上記水溶液ポンプを制御するとともに上記温度計からの検出信号に応じ上記凍結器内の水溶液の濃度を調整すべく上記融解水ポンプによる上記凍結器内への送水を自動制御する制御系が設けられたことを特徴とする、ダイナミック型氷蓄熱冷熱移送装置。And it was encapsulated cooling heat exchanger freezer, a stirrer provided in the bottom of the freezerin order to stir the liquid in the freezer, and a thermometer for measuring the liquid temperature in the freezer, The freezer is connected to the freezer via a pipe with a pump and includes a heat exchanger for cooling heat collection inside, and a mesh horizontally stretched in the bottom of the melter, and the freezing An aqueous solution tank connected to the vessel via a valved pipe and an aqueous solution pump, a molten water tank connected to the freezer via a valved pipe and a molten water pump, and the bottom of the melter to the aqueous solution tank A pipe with a valve to be connected and a pipe with a valve to connect the bottom of the melter to the melted water tank are provided, and the melter is installed in a cold heat demand area separated from the freezer, and the freeze Vessel and fusion Vessels and the to be cold layer is mounted on the outer periphery of the pump with piping connectionsare configured to feed the ice slurry into the melter is performed from the freezer through a pipe with thepump, from the aqueous solution tank by the melted water pump to adjust the concentration of the aqueous solution of responseJi upper Symbol in the freezer on the detection signal from the thermometerto control the aqueous solution pump to supply an aqueous solution to the freezer in the above freezing vessel A dynamic ice storageheat transfer device, which is provided with a control system for automatically controlling water supply.

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