JP2016008748A - 塊状氷の充填率制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塊状氷をタンクから効率よく取り出すことができ、水中における塊状氷の充填率を容易に制御することができる塊状氷の充填率制御装置を提供する。【解決手段】塊状氷の充填率制御装置１は、塊状氷３及び水４からなる氷水を貯留するためのタンク２と、該タンク２から延びて前記タンク２から取り出した前記氷水が流れる取り出し管路５と、前記タンク２及び前記取り出し管路５に供給するための水が流れる水供給管路６と、該水供給管路６からそれぞれ分岐し、前記タンク２と接続された押し出し管路７及び前記取り出し管路５と接続された稀釈管路８とを備え、前記取り出し管路５は前記タンク２の上部に接続され、前記押し出し管路７は前記タンク２の下部に接続されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、水中における塊状氷の充填率を制御するための塊状氷の充填率制御装置に関するものである。

ビルの冷房用熱源として夜間電力を利用した蓄熱式熱源システムが採用されている。なかでも、コンパクト性、夜間稼働率の高さ、低水温を利用した大温度差によるポンプやファン等の搬送動力の低減といった利点から氷蓄熱タイプの空調システムが有効な方法である。これと同時に空調システムにも高密度冷熱搬送が求められており、氷の潜熱を付加する氷水搬送システムの実現が望まれている。氷水搬送システムは、水の顕熱のみを利用する水搬送方式と比べて、主配管系の縮小と搬送熱量あたりの動力縮減を図ることが可能と考えられ、システム導入及び運用時のＣＯ_２排出量の削減が期待できる。上記潜熱を固まった形状を有する塊状氷から取り出す場合、このような塊状氷を効率よく搬送してその氷充填率（ＩＰＦ）を制御することが必要となってくる。

貯氷タンク内の氷水を取り出す方法が特許文献１に開示されている。特許文献１の方法は、塊状氷を含む氷水を熱交換器に向けて搬送している。すなわち、熱交換を行う配管内には塊状氷が混ざった水が流れる。しかしながら、氷水の搬送のためには水のみを搬送するためのポンプは用いることはできず、例えばスラリーポンプ等、ある程度高出力のポンプを使用する必要がある。

特許第２８０４１２０号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、塊状氷をタンクから効率よく取り出すことができ、水中における塊状氷の充填率を容易に制御することができる塊状氷の充填率制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、塊状氷及び水からなる氷水を貯留するためのタンクと、該タンクから延びて前記タンクから取り出した前記氷水が流れる取り出し管路と、前記タンク及び前記取り出し管路に供給するための水が流れる水供給管路と、該水供給管路からそれぞれ分岐し、前記タンクと接続された押し出し管路及び前記取り出し管路と接続された稀釈管路とを備え、前記取り出し管路は前記タンクの上部に接続され、前記押し出し管路は前記タンクの下部に接続されていることを特徴とする塊状氷の充填率制御装置を提供する。

好ましくは、前記取り出し管路は、内径が他の部分より広がって延びている拡大セクションを有し、該拡大セクションの上流側には、徐々に内径が拡径する拡径部が形成され、前記拡大セクションの下流側には、徐々に内径が縮小する縮径部が形成されている。

本発明によれば、取り出し管路がタンクの上部に、押し出し管路がタンクの下部にそれぞれ接続されている。このため、押し出し管路からタンク内水を流入することにより、タンク上部に溜まっている塊状氷を押し出し、取り出し管路に流入させることができる。そして、取り出し管路を流れる塊状氷を含む氷水に対して稀釈管路から水を供給するので、取り出し管路内の塊状氷の充填率を容易に制御することができる。このとき、押し出し管路及び稀釈管路には水のみが流れているので、これらの管路では水のみを搬送可能な比較的低出力（小容量）のポンプを用いることができる。換言すれば、このような低出力のポンプでタンク内の塊状氷を取り出して取り出し管路に氷水を搬送することができる。

また、塊状氷と水が流れる取り出し管路に拡大セクションを設けることで、取り出し管路内の塊状氷の分布を均一にすることができる。すなわち、拡大セクションの上側を塊状氷が流れ、下側を水が流れる。このとき、縮径部にて塊状氷は前を流れる塊状氷との間隔が詰まってくるので、縮径部を通過すると塊状氷は均一な分布となる。このように塊状氷が均一分布となった状態で、塊状氷は拡大セクションの下側を流れてきた水とともに取り出し管路を流れる。

本発明に係る塊状氷の充填率制御装置の概略図である。 取り出し管路内のＩＰＦとバルブの開度との関係を示すグラフである。 拡大セクションの概略図である。

図１に示すように、本発明に係る塊状氷の充填率制御装置１は、いわゆるシャーベット状の氷ではなく、固まった形状を有する塊状の氷のみが含まれている氷水の充填率を制御するものである。したがって本発明では、シャーベット状の氷が含まれる氷水については適用外である。本発明は、塊状氷を用いた場合における特有の問題点を解決するためのものとして機能する。このため、本明細書では特に断わりがない場合、塊状氷のみが含まれている水を「氷水」と称する。

装置１はタンク２を備えている。このタンク２には、塊状氷３及び水４が蓄えられている。このとき、塊状氷３は水４内を上昇（浮上）するので、塊状氷３が上部に、水４が下部にそれぞれ分離して蓄えられている。タンク２に供給される塊状氷３は、主配管（不図示）を介して矢印Ａ方向に流れてきて、タンク２内に流入する。この供給方法は適宜公知の方法を利用できる。このようにして、タンク２内には氷水が貯留されることになる。タンク２からは取り出し管路５が延びている。具体的には、取り出し管路５はタンク２の上部（図の例では上端）に接続されてここから延びている。この取り出し管路５はタンク２内から取り出された氷水が流れる。すなわち、塊状氷３と水４とが流れる。なお、取り出し管路５にバルブ１３を配し、取り出し管路５を流れる氷水の量を調整することもできる。

一方で、装置１には、上述したタンク２内に塊状氷を供給する経路とは別に、タンク２及び取り出し管路５に水を供給するための水供給管路６が配設されている。水供給管路６は途中でそれぞれ押し出し管路７及び稀釈管路８とに分岐している。押し出し管路７は、水供給管路６からタンク２に接続されている。稀釈管路９は、水供給管路６から取り出し管路５に接続されている。水供給管路６にはポンプ９が配設されていて、このポンプ９を駆動することで水供給管路６内の水が押し出し管路７を介してタンク２内に流入する。タンク２内に水が流入することで、塊状氷３は押し出されて取り出し管路５内に流入する。ここで、押し出し管路７はタンク２の下部に接続されている。このため、タンク２の上部に溜まっている塊状氷３を下側から効率よく押し上げて取り出し管路５に流出させることができる。このとき、タンク２の内部にその上端に向けて徐々に縮径する逆テーパ形状の逆テーパ部１０を設けることが好ましい。これにより、塊状氷３は取り出し管路５に向けてさらに効率よく搬送される。

タンク２から押し出された塊状氷３は、水４とともに氷水として取り出し管路５を流通する。ここでポンプ９の駆動により、水供給管路６内の水が稀釈管路８を介して取り出し管路５内に流入する。これにより取り出し管路５内の塊状氷３のＩＰＦを低下させることができる。すなわち、塊状氷３の充填率を制御することができる。この充填率の割合の制御は、押し出し管路７及び稀釈管路８のそれぞれに配設された押し出しバルブ１１及び稀釈バルブ１２の開度を調整することにより行うことができる。

詳しく言えば、図２に示すように、グラフの実線Ｂで示す押し出しバルブ１１の開度を上げれば上げるほど、タンク２内の塊状氷３が取り出し管路５内に流入するので、ＩＰＦは高くなる。逆に、稀釈バルブ１２の開度を上げれば上げるほど、取り出し管路５内に流入する水の量が増加するので取り出し管路５内の塊状氷３のＩＰＦは減少する。取り出し管路５内の塊状氷３のＩＰＦ制御は、この二つのバルブ１１、１２の開度調整により所望の値に制御できる。この制御は、一方のバルブ１１、１２のいずれかのみの開度を調整して行ってもよいし、双方のバルブ１１、１２の開度を調整して行ってもよい。また、二つのバルブ１１、１２の代わりに、水供給管路６と押し出し管路７及び稀釈管路８との分岐点に設けられた三方弁を用いて行ってもよい。

以上説明したように、装置１では、取り出し管路５がタンク２の上部に、押し出し管路７がタンク２の下部にそれぞれ接続されている。このため、押し出し管路７からタンク２内に水を流入することにより、タンク２の上部に溜まっている塊状氷３を押し出し、取り出し管路５に流入させることができる。そして、取り出し管路５を流れる塊状氷３を含む氷水に対して稀釈管路８から水を供給するので、取り出し管路５内の塊状氷３の充填率を容易に制御することができる。このとき、押し出し管路７及び稀釈管路８には水のみが流れているので、これらの管路７、８の水の搬送には水のみを搬送可能な比較的低出力（小容量）のポンプ９を用いて上記制御を行うことができる。換言すれば、このような低出力のポンプ９でタンク２内の塊状氷３を取り出して取り出し管路５に氷水を搬送することができる。したがって塊状氷を用いるからといってスラリーポンプ等の高出力（高容量）のポンプを用いることが不要となる。また、本装置１にはポンプは一つで足りる。すなわち塊状氷３をタンク２から押し出すポンプ９のみで上述した主配管（不図示）から氷水を取り出すことができている。このように一つのポンプで足りることは圧力制御も容易となり、二つのポンプを利用した場合によく生じてしまう逆流の懸念もなくなる。

取り出し管路５を流れる氷水は例えば熱交換器等でその冷熱を利用され、再びタンク４あるいは上述した主配管（不図示）に戻される。すなわち、タンク４に供給される氷水は再びこの氷水が供給された主配管にすべて戻るようになっている。したがって氷水が流れる管路は密閉回路（管路）となっている。これにより高圧力を得ることができ、塊状氷５の流通を効率よく行うことができる。

ここで、取り出し管路５内を流れる塊状氷３の分布を均一にするため、取り出し管路７に拡大セクション１４を設けてもよい。拡大セクション１４は、取り出し管路５の一部の内径を他の部分より広げ、この広がった部分が所定長さ延びている箇所である。この拡大セクション１４の上流側には、徐々にその内径が拡径していく拡径部１５が形成されている。また、拡大セクション１４の下流側には、徐々にその内径が縮小していく縮径部１６が形成されている。すなわち、拡大セクション１４の径の広がりは突然急に広がるのではなく、徐々に広がっていき、径の狭まりは徐々に縮小していく。これにより、拡大セクション１４を通過した氷水における塊状氷３の分布は均一となる。

すなわち、拡大セクション１４では、塊状氷３が浮上するという性質から、その上側を塊状氷３が流れ、下側を水４が流れる（図の矢印Ｄ方向）。拡大セクション１４の上流側では、タンク２から押し出されて不均一に分布する塊状氷３が流れている。氷水が拡大セクション１４に流入すると、拡大セクション１４内で塊状氷３と水４とが分離し、水４は流速を速めて拡大セクション１４を通過する。一方で塊状氷３は、縮径部１６にて前を流れる塊状氷３との間隔が詰まってくる。このため、縮径部１６を通過すると塊状氷３は均一な分布となり、拡大セクション１４の下側を流れて整流された水４とともに取り出し管路５を流れる。このように、拡大セクション１４ではあえて塊状氷３の流速を低下させて分布を均一にし、水４を整流させてその水とともに均一分布の塊状氷３を搬送することができるので、塊状氷３が流れる管路に一般的に利用することもできる。なお、シャーベット状の氷を流して実験したところ、縮径部１５にて圧密となるため氷が雪玉化し、管路が閉塞されてしまった。塊状氷３であればこのような現象はなくスムーズに流れた。このため本発明では流れる氷を塊状氷５に限定している。

１：塊状氷の充填率制御装置、２：タンク、３：塊状氷、４：水、５：取り出し管路、６：水供給管路、７：押し出し管路、８：稀釈管路、９：ポンプ、１０：逆テーパ部、１１：押し出しバルブ、１２：稀釈バルブ、１３：バルブ、１４：拡大セクション、１５：拡径部、１６：縮径部

Claims (2)

1. 塊状氷及び水からなる氷水を貯留するためのタンクと、
   該タンクから延びて前記タンクから取り出した前記氷水が流れる取り出し管路と、
   前記タンク及び前記取り出し管路に供給するための水が流れる水供給管路と、
   該水供給管路からそれぞれ分岐し、前記タンクと接続された押し出し管路及び前記取り出し管路と接続された稀釈管路とを備え、
   前記取り出し管路は前記タンクの上部に接続され、
   前記押し出し管路は前記タンクの下部に接続されていることを特徴とする塊状氷の充填率制御装置。
2. 前記取り出し管路は、内径が他の部分より広がって延びている拡大セクションを有し、
   該拡大セクションの上流側には、徐々に内径が拡径する拡径部が形成され、
   前記拡大セクションの下流側には、徐々に内径が縮小する縮径部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の塊状氷の充填率制御装置。

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