JP3126521B2 - 氷蓄熱法における氷・水スラリーの供給方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、氷蓄熱法における氷・
水スラリーの供給方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建物内に配設したファンコイルユニット
や水熱源ヒートポンプユニットの水側熱交換器に、蓄熱
槽内に蓄えた冷温水を循環させて冷暖房を行う際、冷房
時の冷熱を蓄熱槽内において氷の形態で蓄えるいわゆる
氷蓄熱システムは、小規模装置でも多量の冷熱を蓄えら
れることから近年特に注目されている。ところでこのよ
うな氷蓄熱システムにおいて蓄熱槽内に蓄えられる氷に
は、生成、使用する氷の性状の種類により、氷塊状のも
のとシャーベット状のものとがあるが、後者の方がＩ．
Ｐ．Ｆ．（氷の充填率）を大きくでき、蓄熱効率を向上
させることができる。

【０００３】かかるシャーベット状の氷を生成するにあ
たっては、例えば特開昭６３−２１７１７１号公報、特
開昭６３−２３１１５７号公報、特開平１−１１４６８
２号公報などに開示される技術において、過冷却水から
連続的に生成する方法、装置などが既に提案されてい
る。これら公知技術によれば、過冷却水を過冷却器の伝
熱管の吐出口から連続的に空中に吐出させ、該吐出流を
衝突板などの過冷却解除手段に衝突させて衝撃を付与さ
せることにより、シャーベット状の氷を水とのスラリー
状態（氷・水スラリー）で連続して効率よく生成するこ
とが可能となっている。そして蓄熱槽から取水した水で
上記の氷・水スラリーを生成し、これを蓄熱槽に供給し
て当該蓄熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱法は、極め
て効率がよいのでビル等の空調に大いに利用されつつあ
る。

【０００４】ところでそのようにして生成された氷・水
スラリーを蓄熱槽に供給する方法については、従来以下
のような方法があった。例えば実開平４−８０２５号公
報においては、槽上部に設けた過冷却解除手段としての
平板上に落下させて蓄熱槽に直接供給する方法が開示さ
れている。これを図６に基づいて説明すると、蓄熱槽１
０１内下部からポンプ１０２によって取水した水を、蓄
熱槽１０１の上方に設けた過冷却器１０３へ供給し、こ
の過冷却器１０３から吐出される過冷却水を、蓄熱槽１
０１の上部に設けた平板１０４に衝突させて過冷却状態
を解除し、それによって生成された氷・水スラリーをそ
のまま蓄熱槽１０１内に落下させて蓄熱槽１０１に供給
するというものである。

【０００５】また他の先行技術によれば、水面のヘッド
差によって氷・水スラリーを配管によって移送する手段
が提案されている。これは図７に示したように、蓄熱槽
１１１内下部からポンプ１１２によって取水した水を、
やはり蓄熱槽１１１の上方に設けた過冷却器１１３へ供
給し、この過冷却器１１３から吐出される過冷却水を、
熱槽１１１の上方であって、かつ過冷却器１１３の下方
に設けた過冷却解除手段としての縦パイプ１１４内に落
下させ、そのときに生成された氷・水スラリーを、縦パ
イプ１１４の下流側に接続されかつ蓄熱槽１１１の上方
に配設した、分岐配管１１５によって蓄熱槽１１１の上
方から供給するものである。

【０００６】また基本的には上記先行技術と同様な供給
方法を採っている図８に示したものも提案されている。
これは、蓄熱槽１２１内下部からポンプ１２２によって
取水した水を、蓄熱槽１２１の側部上方に設けた過冷却
器１２３に供給し、この過冷却器１２３から吐出される
過冷却水を、蓄熱槽１２１の側部上方であって、かつ過
冷却器１２３の下方に設けた縦パイプ１２４内に落下さ
せ、そのときに生成された氷・水スラリーを、縦パイプ
１２４内の水面（氷・水スラリーにおける水相面）と蓄
熱槽１２１内の水面との高低差による差圧を利用して、
縦パイプ１２４の下部から蓄熱槽１２１内に配管される
分岐配管１２５を通じて、蓄熱槽１２１内に供給すると
いうものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来技術では、以下のような問題が生ずる。

【０００８】即ち、まず図６に示したような蓄熱槽１０
１の上方に板状の過冷却解除手段を設けて直接蓄熱槽に
氷・水スラリーを落下させて供給する方法では、蓄熱槽
上部に過冷却器、及び板状の過冷却解除手段を設置する
スペースが必要となってくる。従って、蓄熱槽上部にそ
のようなスペースがない場合には、氷蓄熱システムを構
成できないおそれがでてきたり、蓄熱槽の容量が制限さ
れる場合がある。

【０００９】また図７に示したように過冷却解除手段と
して縦パイプ１１４を槽上部に設置したものについて
は、前記板状の過冷却解除手段の場合よりは、スペース
的、適用可能な蓄熱槽に自由度が増すが、依然として槽
上部にこれら二つの主要機器を設置しなければならない
という制限は避けられない。

【００１０】さらに図８に示したものは、槽の直接上部
でなくとも、過冷却器、過冷却解除手段を設置できるか
ら、上記２つの先行技術よりは位置関係についての条件
は緩和されるが、縦パイプ１２４内の水面と蓄熱槽１２
１内の水面との高低差を確保する必要があるので、少な
くとも縦パイプ１２４内の水面が蓄熱槽１２１内の水面
よりも高い位置になるような場所に設置しなければなら
ず、システムの設計にやはり大きな制限を受ける。特
に、近年は需要量の増大に鑑み、地下スラブを利用した
平面多槽型の蓄熱槽を利用した大規模氷蓄熱システムに
関心が高まっているが、蓄熱槽の側部上方にそのような
過冷却器と、縦パイプを設置するのは、設計上大きな制
約となるのは明らかである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる点に鑑み
てなされたものであり、過冷却器とそれに対応する過冷
却解除パイプの設置場所を蓄熱槽の水面よりも下の位置
に設定できる氷・水スラリーの供給方法を提供して上記
問題の解決を図るものである。

【００１２】そのためまず請求項１では、空調用熱源水
を蓄える蓄熱槽から取水した水を、当該蓄熱槽の槽外に
設置した過冷却器に供給し、当該過冷却器から吐出され
る過冷却水を過冷却解除パイプ内に落下させ、それによ
って生じた氷・水スラリーを当該蓄熱槽内に供給し、当
該蓄熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱法において、前
記過冷却解除パイプの下流側にポンプを設置し、過冷却
解除パイプ内の水位を一定に保ちながら前記ポンプによ
る圧送によって氷・水スラリーを当該蓄熱槽に供給する
ことを特徴とする、氷蓄熱法における氷・水スラリーの
供給方法を提供する。

【００１３】この場合、過冷却解除パイプ内の水位を一
定に保つには、請求項２に記載したように、過冷却解除
パイプの下流側にポンプバイパス管を設け、このポンプ
バイパス管に設けた弁の操作によって行うことができ
る。さらに弁の操作の制御については、請求項３に記載
したように、過冷却解除パイプ内の水位を検出する液面
計測器からの信号に基づいて行ってもよい。

【００１４】また過冷却解除パイプ内の水位を一定に保
つには、請求項４に記載したように、ポンプ側の制御
（例えばインバータ制御）によって圧送する氷・水スラ
リーの流量を調節して行ってもよい。このようにポンプ
側で制御する場合にも、請求項５に記載したように、過
冷却解除パイプ内の水位を検出する液面計測器からの信
号に基づいて制御を行うことができる。

【００１５】そして以上の各方法において、請求項６に
記載したように、過冷却器を蓄熱槽内の水面より下方に
維持させることによって蓄熱槽から取水する構成として
もよい。

【００１６】

【作用】請求項１によれば、ポンプによる圧送によって
氷・水スラリーを蓄熱槽に供給するから、過冷却解除パ
イプ内の水面の位置を蓄熱槽の水面よりも上の位置に設
定する必要がない。この場合、過冷却解除パイプ内の水
位を一定に保ちつつ圧送するから、過冷却水と同量の氷
・水スラリーが蓄熱槽に供給されることになる。

【００１７】請求項２によれば、過冷却解除パイプの下
流側にポンプバイパス管を設け、このポンプバイパス管
に設けた弁の操作によって過冷却解除パイプ内の水位を
一定に保つから、配管内部での氷による閉塞等の問題は
生じない。また過冷却解除パイプにおける縮小部など管
内閉塞の可能性が大きい部分の流速を増すことが可能で
あり、それによって過冷却解除や氷・水スラリーの搬送
がよりスムーズに行われる。

【００１８】請求項３では、請求項２の作用を自動化し
て実施することができる。

【００１９】請求項４によれば、上記請求項２のように
バイパス管を設けることなく、過冷却解除パイプ内の水
位を一定に保つことができる。

【００２０】請求項５では、請求項４の作用を自動化し
て実施することができる。

【００２１】請求項６では、蓄熱槽内の水面と過冷却解
除パイプ内の水面の高低差による圧力によって取水でき
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
れば、図１は第１実施例を実施するために必要な主要構
成要素の説明図であり、本実施例における蓄熱槽１は地
下スラブを利用した蓄熱槽であり、機械室２が蓄熱槽１
に隣接している。そして過冷却器３、及びこの過冷却器
３から吐出される過冷却水を氷・水スラリーに変換する
過冷却解除手段である縦パイプ４は上記機械室２内に設
置されている。

【００２３】蓄熱槽１内の下方には、氷核を分離するた
めの氷フィルタ５が設けられており、この氷フィルタ５
の下方に配管された取水管６から取水される蓄熱槽１内
の水は、ポンプ７によって上記過冷却器３に供給され
る。そして過冷却器３によって生成された過冷却水は、
吐出されて縦パイプ４内に落下し、そのときの衝撃で過
冷却状態が解除され氷・水スラリーが生成される。

【００２４】この縦パイプ４の下流側の配管周りは図２
に示したように構成されており、氷・水スラリーを蓄熱
槽１内に圧送するためのポンプ８は、縦パイプ４の底部
に接続された主搬送管９に設けられ、さらにこのポンプ
８をパスするポンプバイパス管１０が主搬送管９に並列
に接続されている。

【００２５】ポンプバイパス管１０には、電動弁１１が
設けられており、この電動弁１１の開閉制御は、縦パイ
プ４内の水位を検出してそれに基づいて制御信号を出力
する液面計調節器１２によって行われる。即ちこの液面
計調節器１２は、常に縦パイプ４内の水位を監視して、
予め定めた水位を保つように制御信号を電動弁１１に出
力し、この制御信号によって電動弁１１の開閉が行われ
るようになっているのである。そのようにして流量が制
御された氷・水スラリーは、主搬送管９を通じて蓄熱槽
１内に配管されている分岐吐出管１３から蓄熱槽１内に
供給されるように構成されている。

【００２６】第１実施例を実施するための主要な設備機
器は以上のように配置、構成されており、通常夜間に実
施される製氷・蓄氷運転の際には、ポンプ７の作動によ
り蓄熱槽１から取水された水は過冷却器３に供給され、
そこから吐出される過冷却水は縦パイプ４内に落下して
氷・水スラリーが生成される。

【００２７】そしてポンプ８によってこの氷・水スラリ
ーは主搬送管９内を圧送され、分岐吐出管１３から蓄熱
槽１内に供給される。このようにポンプ８による圧送に
よって氷・水スラリーが蓄熱槽内に供給されるから、過
冷却器３や縦パイプ４の設置高さは、蓄熱槽１内の水面
の高さに関係なく設定できる。従って、図１に示したよ
うに、蓄熱槽１に隣接した機械室２内にこれら過冷却器
３や縦パイプ４を設置することが可能である。それゆえ
地下スラブを利用して蓄熱槽を構成する場合、システム
の構築が容易であり、地下スラブを最大限有効に利用す
ることができる。

【００２８】さらにまた、上記のようにポンプ８によっ
て縦パイプ４内の氷・水スラリーを圧送するにあたり、
液面計調節器１２及びそれによって制御される電動弁１
１によって、縦パイプ４内の水位は一定に保たれている
から、生成される過冷却水と同一量の氷・水スラリーが
蓄熱槽１に供給されるので、ポンプ８による圧送に伴う
支障はない。

【００２９】しかも本実施例の場合、ポンプバイパス管
１０を設け、このポンプバイパス管１０に設けた電動弁
１１によって流量の調節を行っているから、主搬送管９
内部の氷による閉塞のおそれはなく、また縦パイプ４の
縮小部分など管内閉塞の可能性が大きい部分の流速が増
加するので、過冷却の解除や氷・水スラリーの圧送が一
層スムーズに行われる。こなお過冷却解除が充分でない
氷は付着しやすいものであるが、例えば図１における破
線で示したような、ポンプ８からの氷・水スラリーを一
部縦パイプ４内に戻す還流管１０’を設ければ、過冷却
解除がさらに確実に行われ、その結果主搬送管９内部に
氷が付着することはさらに確実に防止される。

【００３０】ちなみに上記第１実施例のようにポンプバ
イパス管１０を設けた場合の各管路内を流れる流量は、
次の通りである。即ち、過冷却器３に供給される水の量
をＵ₁、縦パイプ４とポンプバイパス管１０の接続部ま
での間の主搬送管９に流れる量をＵ₂、ポンプバイパス
管１０内を還流する量をＵ₃、主搬送管９を通じて最終
的に蓄熱槽１内に供給される量をＵ₄とすれば、 Ｕ₂＝Ｕ₁＋Ｕ₃＞Ｕ₁ であり、また当然のことながら、 Ｕ₁＝Ｕ₄ である。

【００３１】次に第２実施例を図３に基づいて説明すれ
ば、本実施例はいわゆる複数水槽並列蓄氷型の蓄熱槽に
対して本発明を実施した場合であり、同図に示したよう
に本実施例における蓄熱槽２１は、小槽２１ａ、２１
ｂ、２１ｃによって構成されている。そして他の構成例
えば過冷却器３や縦パイプ４などは、上記第１実施例と
同様な構成であり、その他取水管６、ポンプ７、ポンプ
８など図１における引用番号と同一の番号が付された構
成部材は、上記第１実施例と同一の構成を表している。
そして図示は省略したが、縦パイプ４の下流側には、上
記第１実施例と同様なポンプバイパス管、電動弁、液面
計調節器が配設されている。

【００３２】このように複数水槽並列蓄氷型の蓄熱槽に
対しても本発明は実施でき、その場合も過冷却器３及び
縦パイプ４の位置を蓄熱槽２１内の水面よりも低い位置
に設定できるなど上記第１実施例と同一の作用効果が得
られる。またポンプ８によって圧送するから、図３のよ
うに氷・水スラリーの搬送距離が大きくなっても支障な
く蓄熱槽２１の各小槽２１ａ、２１ｂ、２１ｃにこれを
供給することができる。

【００３３】本発明では、ポンプによって圧送するか
ら、例えば図４に示した第３実施例のように、過冷却器
３、縦パイプ４の位置よりも高い位置、即ち蓄熱槽３１
内の上部に主搬送管９に接続される分岐吐出管３２を配
設しても、この蓄熱槽３１内に氷・水スラリーを供給す
ることが可能である。

【００３４】さらにまた、図５に示した第４実施例に示
したように、過冷却器３を蓄熱槽４１の水面よりも低い
位置に設定すれば、その水槽水頭圧を利用して取水管６
から蓄熱槽４１内の水を取水してこれを過冷却器３に供
給することができ、上記各実施例において取水に必要だ
ったポンプ７を不要とすることができる。この場合もポ
ンプ８によって氷・水スラリーを圧送して蓄熱槽４１に
供給するから、そのように過冷却器３を蓄熱槽４１内の
水面の位置よりも低い場所に設置しても、氷・水スラリ
ーの供給に支障はない。

【００３５】以上の各実施例でもわかるように、本発明
によれば、蓄熱槽に対する過冷却器、縦パイプの設置場
所、高さを自由に設定できるから、従来氷蓄熱システム
を構築する場合に大きな制約となっていたこれらの設備
機器の位置関係に対する制約を大きく緩和できるもので
ある。

【００３６】

【発明の効果】請求項１によれば、ポンプによる圧送に
よって氷・水スラリーを蓄熱槽に供給するから、過冷却
解除パイプ内の水面の位置を蓄熱槽の水面よりも上方の
位置に設定する必要がなく、従って氷蓄熱システムを構
築する際の設備機器の位置関係に対する制約が大きく緩
和でき、例えば既存のビルなどにシステムを構築する場
合において、限られた空間を最大限有効に利用すること
ができる。また過冷却水と同量の氷・水スラリーが蓄熱
槽に供給されるから、ポンプ圧送による支障はない。

【００３７】請求項２によれば、ポンプバイパス管に設
けた弁の操作によって過冷却解除パイプ内の水位を一定
に保つから、配管内部での氷による閉塞等の問題は生じ
ず、しかも過冷却解除パイプにおける縮小部など管内閉
塞の可能性が大きい部分の流速を増すので、過冷却解除
や氷・水スラリーの搬送がより一層スムーズに行われ
る。

【００３８】請求項３によれば、請求項２に記載の発明
を自動化して実施することができる。

【００３９】請求項４によれば、上記請求項２のような
バイパス管を設けることなく、過冷却解除パイプ内の水
位を一定に保つことができるので、配管施工量を増やす
ことなく、請求項１の作用効果が得られる。また設備機
器の設置場所の自由度が請求項２よりも大きい。

【００４０】請求項５では、請求項４に記載の発明を自
動化して実施することができる。

【００４１】請求項６では、取水するためのポンプを設
けることなく、上記請求項１乃至５の作用効果が得られ
る。従って取水系に必要な設備機器の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における主要な構成要素の概略図で
ある。

【図２】第１実施例における縦パイプの下流側の配管周
りを示す説明図である。

【図３】第２実施例における主要な構成要素の概略図で
ある。

【図４】第３実施例における主要な構成要素の概略図で
ある。

【図５】第４実施例における主要な構成要素の概略図で
ある。

【図６】過冷却解除手段として平板を使用した従来技術
の説明図である。

【図７】過冷却解除手段として縦パイプを使用した従来
技術の説明図である。

【図８】過冷却解除手段として縦パイプを使用しかつ氷
・水スラリーの供給口が蓄熱槽内下部にある従来技術の
説明図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ３ 過冷却器 ４ 縦パイプ ６ 取水管 ７ ポンプ ８ ポンプ ９ 主搬送管 １０ ポンプバイパス管 １１ 電動弁 １２ 液面計調節器 １３ 分岐吐出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷野 正幸 神奈川県相模原市共和２−８−21−101 (72)発明者 衛藤 一典 東京都町田市森野４−15−12 寺田ビル 森野Ｂ−311 (72)発明者 松本 正 神奈川県厚木市妻田北３−14−50 コー ポ本厚木Ａ−103 (72)発明者 守屋 充 神奈川県座間市相模ヶ丘３−７−25 サ ンライトヒルズ203 (72)発明者 菊地 栄 神奈川県厚木市下津古久１−３−17 (72)発明者 入部 真武 神奈川県川崎市多摩区西生田３−20−９ (56)参考文献 特開 平６−123455（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−123456（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−94268（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1834（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−217171（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231157（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−32935（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−8025（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 5/00 F28D 20/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から取水し
   た水を、当該蓄熱槽の槽外に設置した過冷却器に供給
   し、当該過冷却器から吐出される過冷却水を過冷却解除
   パイプ内に落下させ、それによって生じた氷・水スラリ
   ーを当該蓄熱槽内に供給し、当該蓄熱槽内に氷・水を共
   存させる氷蓄熱法において、前記過冷却解除パイプの下
   流側にポンプを設置し、過冷却解除パイプ内の水位を一
   定に保ちながら前記ポンプによる圧送によって氷・水ス
   ラリーを当該蓄熱槽に供給することを特徴とする、氷蓄
   熱法における氷・水スラリーの供給方法。
2. 【請求項２】 過冷却解除パイプの下流側にポンプバイ
   パス管を設け、このポンプバイパス管に設けた弁の操作
   によって過冷却解除パイプ内の水位を一定に保つことを
   特徴とする、請求項１に記載の氷蓄熱法における氷・水
   スラリーの供給方法。
3. 【請求項３】 過冷却解除パイプ内の水位を検出する液
   面計測器からの信号に基づいて弁の操作が制御されるこ
   とを特徴とする、請求項２に記載の氷蓄熱法における氷
   ・水スラリーの供給方法。
4. 【請求項４】 ポンプの制御によって過冷却解除パイプ
   内の水位を一定に保つことを特徴とする、請求項１に記
   載の氷蓄熱法における氷・水スラリーの供給方法。
5. 【請求項５】 過冷却解除パイプ内の水位を検出する液
   面計測器からの信号に基づいてポンプが制御されること
   を特徴とする、請求項４に記載の氷蓄熱法における氷・
   水スラリーの供給方法。
6. 【請求項６】 過冷却器を蓄熱槽内の水面より下方に維
   持させることによって蓄熱槽から取水することを特徴と
   する、請求項１、２、３、４又は５に記載の氷蓄熱法に
   おける氷・水スラリーの供給方法。