JP2005201476A - 氷蓄熱システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】氷スラリー液をスラリーポンプ25により搬送し、切替弁21、24により、複数の氷蓄熱槽23a、23bの一方へ流入させる。一方の氷蓄熱槽23aへ一定流量取り込んだ後、蓄氷状態を感知した後、切替弁21、24を切り換えて氷スラリー液を他の氷蓄熱槽23bへ流入させる。ここで氷スラリー液を一定量取り込んだ後、切替弁によりさらに他の第3以降の氷蓄熱槽へ切り換える。第1氷蓄熱槽では、氷スラリー液は乱さず放置することで氷と水の2相に分離する。上層に分離した氷は時間の経過とともに氷が密になり体積が収縮するため第1氷蓄熱槽の下部にあらたに氷蓄熱が可能な領域が生じ、以上の切り換え工程を繰り返すことによって、複数の氷蓄熱槽の高密度化を実現する。
【選択図】図1
Description
これを説明すると、上記に示した氷スラリーを直接又は間接的に生成する方式では、氷を生成する装置である過冷却解除器や過冷却器や蒸発器本体などに蓄熱槽内の氷片が戻ってしまい、装置内に氷片が付着し閉塞又は能力の低下が起こってしまう。このため、場合によってはシステム全体を停止する必要が起こる。これを解消するため、図8に示すように予熱器16を設け、返り管に持ち込まれた氷片を解氷している。しかし、このようにしてしまうと、戻り水を加熱することになり加熱分だけ余計にエネルギーを要することになる。
また、一つの例としては図7に示すように特許第3270152号特許公報に開示した技術がある。メッシュからなる氷核分離体4及び仕切壁5によって囲まれた取水空間Aが形成され、比較的粒径の大きい氷核又は氷片の取水空間A内への侵入は上記氷核分離体4によって阻害されるようになっている。また、氷の小片を返り水に戻さないようにするため、導入された氷スラリーが氷と水に槽内で分離するように蓄熱槽内で下向きの面速度が生ずるように取水して過冷却器に供給すると共に、その下向きの面流速が槽内での氷核の浮上終末速度より小さくなるように設定されている。
また、この種の氷スラリーは導入された直後、混合した状態であり、蓄氷を停止させると氷の浮力により、氷と水は上下に分離される。したがって、分離されるまで氷の導入を一旦止め、氷の底面を上昇させれば、その分の蓄氷が可能である。しかし、単一の槽の場合は、一旦蓄氷を停止する必要があり、蓄氷に時間を要する。したがって、蓄熱時間帯に制限がある夜間蓄熱の場合、所望の蓄熱量に達する事ができず、蓄熱を終了させなくてはならならず、このような不具合を解消するためには、蓄熱槽自体を大型に計画するしかなかった。
また、複数の蓄熱槽の場合でも、同時に蓄氷を行うことになれば、一旦蓄氷を停止する必要があり、上記の課題は解消されない。
すなわち、複数の氷蓄熱槽を製氷中に順次に切換えることにより蓄熱槽内への氷スラリーの流入を一時停止し、液流動の静止に伴う氷の浮力による高密度化を行い、再び液層部分に氷スラリーを流入するという工程を繰り返すことで、従来の氷蓄熱システムと比較して蓄熱量又は氷充填率(IPF)の増大が可能となるため、蓄熱槽の容積を小さくでき、槽自体のコスト低減が図れ、設置スペースも小さくできる。また、順次切替弁によって蓄氷がなされるので、水と氷を分離するため冷凍機を停止する時間を要することがなく、短時間で所望の蓄熱を完了することが可能となる効果がある。
上記過冷却器18の二次側18bは一方で、冷水往き管22aに接続された過冷却解除器20及び三方弁でなる切替弁21を介し、冷水往き管22bを経由して第1氷蓄熱槽23aに接続して氷スラリーを該第1氷蓄熱槽23aに導入している。上記過冷却器18の二次側18bの他方は、上記第1氷蓄熱槽23aの出口側の冷水返り管22eに接続されかつ上記切替弁21と略同一構成の切替弁24及び氷スラリーポンプ25並びに予熱器26に接続されている。
ここで、上記冷水往き管22aの経路にある過冷却解除器20は、流通冷水を過冷却し氷スラリーを製造する。そして、予熱器26は、該冷水往き管22aの該過冷却器18の上流に氷片があるとそれを核として該過冷却器18の内部や配管内で氷が成長し、凍結による上記冷水往き管22aの閉塞を防止するため該過冷却器18の上流に配置されている。
上記第1氷蓄熱槽23a内の蓄水量が増大するに従い、該第1氷蓄熱槽23aの出口側に接続した冷水返り管22e内に僅かの氷が混入する場合もある。したがって、氷片の戻りが過冷却器18に混入しないようにするために予熱器26を上記冷水返り管22eにつながる冷水返り管22dの経路に配備している。そして、該予熱器26から流出する氷スラリーの水温を例えば、0.5(℃)にして該氷片を溶融する。
上述した冷凍機17や冷水往き管22a及び冷水返り管22dに接続される過冷却器18、過冷却解除器20、氷スラリーポンプ25又は予熱器26等はいわゆる氷スラリー液生成手段としての意義を有する。
冷凍機17により製造した氷スラリーをスラリーポンプ25により搬送し、切替弁21、24により、複数の氷蓄熱槽23a、23bの一方へ流入させる。氷スラリーを一方の氷蓄熱槽23aへ一定流量取り込んだ後、後述する蓄氷状態を感知又は予測した後、切替弁21、24を切り換えて氷スラリーを他の氷蓄熱槽23bへ流入させる。ここで氷スラリーを一定量取り込んだ後、切替弁(図示せず)によりさらに他の第3以降の氷蓄熱槽を設置している場合には順次切り換えていく。氷スラリーの取り込みを停止している第1氷蓄熱槽23aでは、氷と水の混相である氷スラリーは乱さず放置することで氷と水の2相に分離する。上層に分離した氷は時間の経過とともに氷が密になり体積が収縮するため第1氷蓄熱槽23aの下部にあらたに氷蓄熱が可能な領域が生じる。以上の切り換え工程を蓄熱完了時まで繰り返すことによって、複数の氷蓄熱槽23a、23bの高密度化を実現する。
尚、図1に於いて、27は冷却塔、28は冷却水ポンプであり、冷凍機17の凝縮器17cを接続し冷却水の循環回路を構成している。また、上記氷蓄熱槽23a、23bは複数個又は多数個を設置してもよく、その場合切替弁21、24は構造を改変すること及び配管路の変更に加えてその配置数を適宜変更することにより対処する。
該図2に示す本発明に係る氷蓄熱システムの構成例は冷凍機の種類を代えたのみで基本的には図1に示すものと略同一の構成となる。
尚、上記図2に示す他の構成は、図1に示すものと略同一であり、同一番号を付し、説明を省略する。また、図2に示す本発明に係る氷蓄熱システムの実施の形態に於ける他の例についての基本的な作用等は、前述した図1に示すものと同一であり、その説明を省略する。
30は、本氷蓄熱システムの動作状況を監視すること及び切替弁等の制御を行なう中央監視装置である。該中央監視装置30は、後述する電気伝導度計31a、31bの測定値の信号を受けその値に基づき、後述する第1、第2、第3、第4切替弁21A、21B、24A、24Bの動作を司どる。
そして、上記第1氷蓄熱槽23a及び上記第2氷蓄熱槽23bの氷充填率(IPF)は槽内の電気伝導度(μS/cm)により測定する。この電気伝導度(μS/cm)は、氷蓄熱槽内の液体中の例えば塩分濃度値であって、氷の結晶は塩分を包含しないので液体中の塩分濃度が槽内の氷が多くなるほど高い値を示す。この性質を利用して、電気伝導度から氷充填率を算出する。
ここで、上記氷充填率(IPF)は上記第1又は第2氷蓄熱槽23a、23b内の製氷を含む全水量(kg)に対する製氷量(kg)の重量比率であってパーセント又は対比で表示する。
尚、当該第1及び第2切替弁21A、21B、当該第3及び第4切替弁24A、24Bは図1及び図2に示す三方弁で構成された切替弁21、24を適用してもよく又、その他の各種の汎用の弁装置を使用してもよい。そして、上記第1切替弁21Aは例えば冷水往き管22a、22bの接続点Dに近い部位に及び上記第2切替弁21Bは冷水往き管22a、22cの接続点Dに近い部位にそれぞれ配置している。また、上記第3切替弁24Aは返り管22e、22dの接続点Eに近い部位に及び上記第4切替弁24Bは冷水返り管22f、22dの接続点Eに近い部位にそれぞれ配置している。
また、上記第1氷蓄熱槽23aと上記第2氷蓄熱槽23bを単一の槽で形成したうえに、隔壁を設け、2槽に区分し、区分したそれぞれに往き管、返り管を接続した構成としてもよい。
また、本実施例1では氷蓄熱槽を2個設置した場合について説明したが、これに限定されず、複数個ないし多数個の氷蓄熱槽を配置し、それに相応して切替弁や冷水往き管又は冷水返り管等を増設すると共に配管回路を改変することにより所期の目的を達成できるものである。
当該実施例2は冷凍機及びその周辺配管回路を除いて上述した本発明に係る氷蓄熱システムの具体的な実施例1と略同一構成であり、同一番号を付しその詳しい説明を省略する。
これに基づき説明すれば、上記第1氷蓄熱槽23a及び上記第2氷蓄熱槽23bやその他設置している氷蓄熱槽(図4に図示せず)の槽内に充填された水−氷液(氷スラリー液)の温度(℃)が最適温度の限界値、例えば、7(℃)以下であるか否かを別置した温度センサ(図示せず)等で検出し、対象氷蓄熱槽へ氷スラリーを導入し対象蓄熱槽の蓄熱状態(電気伝導度)によって対象蓄熱槽を順次切り換える蓄熱運転(以下、「蓄氷運転モード」という。)へ移行するか否かを判断する(ステップ1)。ここで、限界温度値7(℃)とは、上記水蒸気圧縮冷凍機29の蒸発器29a内の水温を各槽の切換え時に上昇させることなく蒸気圧を安定化し、圧縮機29bの運転を安定するための温度値である。
上記第1氷蓄熱槽23a内の氷スラリー液の温度が7(℃)以下でないときは、本システムに設置したすべての切替弁、第1切替弁21A、第2切替弁21B、第3切替弁24A、第4切替弁24B等が開放し(ステップ4)、冷凍機29を起動(ステップ5)させ、全ての蓄熱槽が限界温度値以下になるまで、その状態を保持する(ステップ6)。
そして、上記本システムに設置したすべての氷蓄熱槽23a、23b等の氷スラリー液の温度が7(℃)以下になれば、対象蓄熱槽としての上記第1氷蓄熱槽23a以外の第2氷蓄熱槽23bの冷水往き管22c等に接続された第2切替弁21Bを含む他のすべての氷蓄熱槽の冷水往き管に接続された切替弁の弁開度を上記と同様な操作で閉止し、蓄氷運転モードが開始される(ステップ7)。
本システムに設置したすべての氷蓄熱槽内の氷スラリー液等液中の電気伝導度が電気伝導度計31aで計測した所定値に達しているか否かを判断し(ステップ8)、また、IPF(氷充填率)が設定値に到達したか否かを各氷蓄熱槽に設定した電気伝導度計(図示せず)により判断して蓄氷を継続するか否かを判断する。すべての氷蓄熱槽の蓄熱を動作を完了させ水蒸気圧縮冷凍機29を停止する(ステップ9)、そして蓄熱運転を完了する。
なお、この蓄熱完了の設定値とは、対象となる蓄熱槽の目標氷充填率から換算した電気伝導度であって、当該蓄熱完了の設定値に達している場合は、前述の如くその対象蓄熱槽の蓄氷を終了させ、以降はその蓄熱槽には蓄氷しない(ステップ11)。そして、対象蓄熱槽の蓄氷が完了したら、対象蓄熱槽を切り換える(ステップ12)。
このように本システムに設置した氷蓄熱槽を順次かつ輪番的に氷スラリー液等の液の導入、停止を行う。従って、蓄氷運転が行われている間でも、蓄氷をしていない槽があり、他の蓄氷が行われている間は、氷の体積が減少させ、新たに蓄氷できる領域を増やすことができる。
また、上述した動作説明では切り換えの際に対象となる蓄熱槽は、一つの槽として説明しているが、三槽以上で計画している場合は、切り換え時に蓄氷させる槽の数は、一槽に限定するものでもなく二つ以上としてもよい。
(1)氷蓄熱槽内の所定レベルに於ける氷スラリー液を検出し、上記切替弁を制御する手段を本発明のシステムに適用する場合
上述した蓄氷の対象となる氷蓄熱槽の第1、第2、第3及び第4切替弁21A、21B、24A、24Bの動作について説明する。すなわち、氷蓄熱槽の氷層の下部が一定の高さまで低下したとき、これを各氷蓄熱槽23a、23bの側壁面に設置した上記蓄氷状態を感知するためのレベルセンサー(図示せず)により検知し、蓄氷する氷蓄熱槽を切り替え、氷蓄熱槽に一定量の氷を蓄熱されるように順番に蓄氷していく。第1氷蓄熱槽23aに設置するレベルセンサーにより氷が検知された場合、第1切替弁21A、第3切替弁24Aを閉止し、第2切替弁21B、第4切替弁24Bを開き、第2氷蓄熱槽23bに蓄氷するように切り換えられる。そして、最後の氷蓄熱槽まで一定量の蓄氷が完了したら、氷スラリー液の流入を再び第1氷蓄熱槽23aへ切り替える。このような手順で運転を行い、各氷蓄熱槽のIPF(%)を向上させる。そして、蓄熱完了の判定は第1氷蓄熱槽23a、第2氷蓄熱槽23bの側壁面に設置した最下部のレベルセンサーなどにより検知して行なう。なお、上記レベルセンサーは任意の蓄氷レベルに配置し、光の反射等で検知する方式など槽のレベルに水或いは氷かを検知することができるものであればよく、また、複数個設置し、切り換えの回数に応じて、下部に位置するレベルセンサーに順次切り換えるようにしてもよい。
このように構成すれば、蓄氷が所定レベルまで達しているか否かを確実に把握することができ、各氷蓄熱槽内の氷充填率を向上させることができる。
(2)冷水返り管部分の氷片を検知して切替弁を制御する手段を本発明のシステムに適用する場合
かかる場合、冷水返り管22e、22fの部分に氷片を検知できる上記蓄氷状態を感知するための氷片センサを取り付け、該氷片を検知しこれにより次に蓄氷する第2氷蓄熱槽23bへ氷スラリー液が導入されるように第1、第2、第3及び第4切替弁21A、21B、24A、24Bを動作させる。
このように構成すれば、氷片が冷水返り管22eに流入した場合、直ちに第1切替弁21A、第3切替弁24Aが閉止し、第2切替弁21B、第4切替弁24Bの開動作をし蓄氷させる氷蓄熱槽を切り替わる。したがって、氷片による影響で冷凍機をストップさせず、各氷蓄熱槽23a、23b内の氷充填率を向上させることができる。
(3)タイマー設定手段を本発明のシステムに適用する場合
かかる場合、例えば図6の冷凍機の運転テーブルに示すように各氷蓄熱槽の蓄氷状態を予測し蓄熱時間帯を設定した各氷蓄熱槽23a、23bの運転テーブルを予めプログラムしておき、この運転テーブルに従って第1切替弁21A、第2切替弁21B、第3切替弁24A、第4切替弁24Bを切り替える。
このように構成すれば、予め蓄氷時間によりタイマー設定しているので、切替センサ又は氷スラリー液のレベルセンサ等の機器を必要とせず、各氷蓄熱槽21Aないし24B内の氷充填率を向上させることができる。
尚、上記各手段を組み合わせて、第1、第2、第3及び第4切替弁21A、21B、24A、24Bを制御してもよく、例えば、蓄氷初期段階では、電気伝導度計を使用する氷充填率(IPF)の所定値を採用し、蓄氷がある程度達した場合は冷水返り管で氷片を検出する手段を採用してもよい。
17a 冷凍機の蒸発器
17b 冷凍機の圧縮機
17c 冷凍機の凝縮器
18 過冷却器
18a 過冷却器の一次側
18b 過冷却器の二次側
19 冷水ポンプ
19a 冷水配管
20 過冷却解除器
21 切替弁
21A 第1切替弁
21B 第2切替弁
22a 冷水往き管
22b 冷水往き管
22c 冷水往き管
22d 冷水返り管
22e 冷水返り管
22f 冷水返り管
23a 第1氷蓄熱槽
23a1 第1氷蓄熱槽の内底面
23b 第2氷蓄熱槽
23b1 第2氷蓄熱槽の内底面
24 切替弁
24A 第3切替弁
24B 第4切替弁
25 氷スラリーポンプ
26 予熱器
27 冷却塔
28 冷却水ポンプ
29 水蒸気圧縮冷凍機
29a 水蒸気圧縮冷凍機の蒸発器
29b 水蒸気圧縮冷凍機の圧縮機
29c 水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器
30 中央監視装置
31a 電気伝導度計
31b 電気伝導度計
L1 制御線
L2 制御線
Claims (5)
- 氷スラリー液生成手段と、該氷スラリー液生成手段に接続されかつ複数個又は隔壁により画成された単一の氷蓄熱槽の入口側及び出口側に接続された冷水往き管及び冷水返り管とでなる構成に於いて、上記氷蓄熱槽内の液中の氷充填率(IPF)が所定値に到達することで上記各氷蓄熱槽への氷スラリー液の導入を順次切替えする切替弁を上記冷水往き管の経路に備えたことを特徴とする氷蓄熱システム。
- 氷スラリー液生成手段と、該氷スラリー液生成手段に接続されかつ複数個又は隔壁により画成された単一の氷蓄熱槽の入口側及び出口側に接続された冷水往き管及び冷水返り管とでなる構成に於いて、上記各氷蓄熱槽内に電気伝導度計を配置し、上記氷蓄熱槽内の液中の電気伝導度(μS/cm)を該電気伝導度計による計測値が所定値に到達することで上記各氷蓄熱槽への氷スラリー液の導入を順次切替えする切替弁を上記冷水往き管の経路に備えたことを特徴とする氷蓄熱システム。
- 氷スラリー液生成手段と、該氷スラリー液生成手段に接続されかつ複数個又は隔壁により画成された単一の氷蓄熱槽の入口側及び出口側に接続された冷水往き管及び冷水返り管とでなる構成に於いて、上記氷蓄熱槽内のスラリー液の所定の複数段に設定した蓄氷レベルを検出しかつ上記各氷蓄熱槽の側壁面に単一又は複数個設置したレベルセンサと、該レベルセンサの検出信号により上記各氷蓄熱槽への氷スラリー液の導入を順次切替えする切替弁とを上記冷水往き管の経路に備えたことを特徴とする氷蓄熱システム。
- 氷スラリー液生成手段と、該氷スラリー液生成手段に接続されかつ複数個又は隔壁により画成された単一の氷蓄熱槽の入口側及び出口側に接続された冷水往き管及び冷水返り管とでなる構成に於いて、上記冷水返り管内の氷片を検出しかつ該冷水返り管の所望部位に設置された氷片センサと、該氷片センサの検出信号により上記各氷蓄熱槽への氷スラリー液の導入を順次切替えする切替弁とを上記冷水往き管の経路に備えたことを特徴とする氷蓄熱システム。
- 氷スラリー液生成手段と、該氷スラリー液生成手段に接続されかつ複数個又は隔壁により画成された単一の氷蓄熱槽の入口側及び出口側に接続された冷水往き管及び冷水返り管とでなる構成に於いて、上記氷スラリー液生成手段に設けかつ予めプログラムされた蓄熱運転時間帯を設定するタイマー設定手段と、該タイマー設定手段により上記各氷蓄熱槽への氷スラリー液の導入を順次切替えする切替弁とを上記冷水往き管の経路に備えたことを特徴とする氷蓄熱システム。
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2004
- 2004-01-13 JP JP2004005660A patent/JP4420326B2/ja not_active Expired - Lifetime
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