JP2651726B2 - 氷片と水の混送手段を備えた水中蓄氷蓄熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、建築物や地域の冷房システムに用いられ
る氷片と水の混送手段を備えた水中蓄氷蓄熱装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、大規模な空調システムにおいて、夏期昼間に発
生する冷房ピーク負荷を吸収するため、夜間電力等の低
コストエネルギーを利用して、冷媒に用いている水を夜
間に冷却して、これを蓄熱槽を蓄熱しておき、昼間に冷
熱としてこの冷水を送り出す手段が知られている。

また蓄熱槽や冷房配管を出来るだけ小型化するため
に、冷水の一部を氷化して氷状態または氷水混合体とし
たり、冷媒の潜熱を大きくする目的で種々の発明がなさ
れている。

例えば特開昭63−194141号公報の場合は、蓄熱水槽内
に製氷のための冷却用ドラムを浸漬しておき、水槽内で
直接冷媒水を製氷化するものである。また特開昭63−21
7170号公報の場合は、蓄熱水槽の外部の直上に製氷機を
設置し、水槽内の水を吸い上げて製氷機で氷化し、槽内
に氷片を落下して氷水混合体を製造するものである。さ
らに特開昭64−90973号公報および特開平１−114682号
公報に示された製氷法は、従来のものと異なるが、いず
れも蓄熱水槽内の冷媒水を製氷機との間で循環しながら
製氷し、水槽内の一定比率の水を氷に置換して蓄熱する
方法である。

前記従来の各発明は、いずれも製氷手段または蓄氷手
段に関するものであり、氷の潜熱は蓄熱槽内の水を冷却
するのみに利用され、冷房配管へは蓄熱槽から冷水のみ
が供給され、氷の潜熱は冷房配管内で有効に利用されて
いなかった。

すなわち、冷房に利用される冷媒の潜熱は流体（水）
と固体（氷）では著しく異なり、例えば０℃の水を10℃
上昇させるのに必要とする熱量は10kcal/kgであるのに
対して、氷の場合は90kcal/kgであり、氷の方が著しく
潜熱が大きいものであるにもかかわらず、冷房配管には
冷水に比べて著しく大きな潜熱を有する氷が有効に利用
されていなかった。

最近、冷水と氷片を混合して、冷房配管に流送させる
方式の有効性が注目され、研究されている。第３図はこ
の従来方式を示すものである。

この従来方式は、夜間の余剰電力等を使用して製氷機
５により製造した氷片13を蓄氷専用槽15に蓄氷してお
き、冷熱使用時には別に設けた水槽16に貯溜されている
冷水12をポンプ８で引出し、ポンプ吸込側で蓄氷されて
いる氷片13を連続混入するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記の冷水12と氷片13とを混合して冷房配管
９へ流送する従来の方式は、製氷された氷片13が蓄氷専
用槽15内に貯えられるので、蓄氷槽15内で圧密された
り、氷片同士が凍着して氷塊になってしまうと共に、送
氷管路２内でも同様のトラベルが生じ、正常に氷片13を
冷房配管９内に送り出せない課題があった。

また、送氷可能な場合でも、氷片間に存在する気泡が
そのまま送氷管路２を通して冷房配管９内に送られてし
まい、そのため冷却効率を損なう課題があった。さらに
蓄氷専用槽15と水槽16とからなる２槽方式であるので、
夜間電力を利用して製氷を開始する時点では、蓄氷専用
槽15が空の状態であり、冷房配管内を循環する冷水12
は、水槽16のみに貯えられているため、水槽16の容積が
大きくなってしまい、例えば氷片13と冷水12の混合割合
を50％とした場合、蓄氷専用槽15と水槽16の合計槽容積
は、使用水量の約1.5倍必要となって、蓄熱槽のコンパ
クト化が図れない課題があった。

この発明は、前記従来の方式の課題を解消したもの
で、氷片と冷水を同一蓄熱槽内に貯え、かつ氷片を全て
冷水と混合状態で蓄氷搬送することにより、氷の潜熱を
冷房負荷に有効に利用し、また氷片の凍着による氷塊化
等のトラブルの発生を防止できる氷片と水の混送手段を
備えた水中蓄氷蓄熱装置を提供することを目的とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明の氷片と水の混
送手段を備えた蓄氷蓄熱装置においては、冷水12と氷片
13を貯える蓄熱槽１と、その蓄熱槽１内の水を用いて製
氷する槽外の製氷機５と、その製氷機５により製造され
た氷片13を蓄熱槽１に送る送氷管路２と、蓄熱槽１内の
氷片13を槽外に排氷する排氷管路３と、蓄熱槽１内に接
続された冷水供給管路７と、蓄熱槽１内の氷片13と冷水
12を混合して冷房配管９に供給するポンプ８とにより構
成される水中蓄氷蓄熱装置であって、前記送氷管路２は
その内部に送氷機2Aを備え、その送氷管路２の氷片受入
側に、蓄熱水面付近のレベルにおいて氷片受入用ホッパ
ー2Dが設けられ、氷片排水用開口部2Cを備えている送氷
管路２の氷片排出側は蓄熱槽１内の下部に設けられ、蓄
熱槽１内の上部の蓄熱水面より低い水中に、氷片取入部
４を有する排氷管路３が設けられ、その排氷管路３と蓄
熱槽１内に接続された冷水管路７とは、前記ポンプ８の
吸込口に接続されている。

〔作 用〕

夜間の製氷時に、蓄熱槽１内の蓄熱水11を製氷機５に
よって連続的に氷片13にする。さらにこの氷片13を、送
氷管路２により蓄熱槽１内の下部に、蓄熱水11の水中を
通して連続的に搬送し、蓄熱槽１内の下部から蓄熱水中
へ放出する。氷片13は、水よりも比重が小さいので蓄熱
槽１内で浮上し、蓄熱槽１内の上部に設置された氷片取
入部４における制氷板4Aの下部で制止され、その制氷板
4Aの下部に蓄氷されていく。

夜間に前述の動作が連続的に行なわれて、蓄熱槽１内
の約半分が氷片13に置換され、蓄熱槽１内の蓄熱水中の
中層部に水没して蓄氷される。

翌日昼間に、冷房負荷を必要とする段階で排氷管路３
の送氷機3Aおよびポンプ８を運転することにより、冷水
12と氷片13が連続的に混合冷水として冷房配管９へ流送
され、温水化した戻り水は、戻り水配管10を経て蓄熱槽
１内へ戻される。

また製氷段階で氷片13に混入付着した気泡等は、前記
制氷板4Aの透水孔4Bを通過して蓄熱槽１内の上部へ抜け
るので、冷房配管９に送られることはない。

水中に遊離した氷片13は、水との比重差が極めて少な
く、かつ常時水中にて氷片を搬送するため、極めて見掛
重量の少ない粒体を搬送することになり、そのため極め
て円滑に管路内を搬送できるので、搬送動力が少なくて
済む。

さらに水中にて氷片を浮遊状態で蓄氷するため圧密が
起らず、蓄熱槽１からの氷搬出を容易に行なえる。

〔実施例〕

次にこの発明を図示の例によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の実施例に係る氷片と水の混送手段
を備えた水中蓄氷蓄熱装置を示す縦断側面図であり、第
２図はその縦断正面図である。

蓄熱槽１は、対象とする冷房範囲に必要な冷水12と氷
片13の総量に等しい容積を貯えるに必要の大きさとす
る。蓄熱槽１の規模が大きい場合は、その蓄熱槽１内に
適当数の隔壁1Aを設け、各隔壁1Aの上部および下部に貫
通孔1Bを設けて、冷水12が各室に移動できるようにす
る。槽外の製氷機５による製造された氷片13を蓄熱槽１
内に搬送する送氷管路２は下部水平送氷管路2Eとその端
部に屈折連設された垂直送氷管路2Fとその上端部に屈折
連設された上部水平送氷管路2Gとにより構成され、前記
送氷管路２における下部水平送氷管路2Eは、蓄熱槽１内
の下部に収容されると共に、蓄熱槽１の側壁に水密状態
で貫通固定され、かつ下部水平送氷管路2Eの上部には、
蓄熱槽１内において氷片排出用開口部2Cが設けられてい
る。また下部水平送氷管路2Eと垂直送氷管路2Fと上部水
平送氷管路2Gとは公知の接続手段により接続されてい
る。

前記下部水平送氷管路2E,垂直送氷管路2F,上部水平送
氷管路2G内に駆動モーター2Bにより回転されるスクリュ
ーコンベアからなる送氷機2Aが収容され、その送氷機2A
の軸の一端部は管端板の中央に固定された軸受により支
承され、前記送氷機2Aの軸の他端部は駆動モーター2Bの
回転軸に連結され、その駆動モーター2Bにより送氷機2A
を回転すると、送氷管路２内の氷片13が搬送される。な
おスクリューコンベアからなる送氷機2Aの外径は送氷管
路２の内径よりも若干小さく設定され、水が送氷管路２
内を通流し得るように構成されている。

槽外にある上部水平送氷管路2Gの上部に設けられた開
口部に、製氷機５により製造された氷片13を受入れる氷
片受入用ホッパー2Dが連結され、このホッパー2Dを取付
けた上部水平送氷管路2Gの上面は、蓄熱槽１内の蓄熱水
面とほぼ同じレベルに設定される。このようにすれば、
送氷管路２内は常に冷水12と氷片13とで満たされるの
で、送氷をスムーズに行なうことができる。

製氷機５における製氷用水受入口と蓄熱槽１の下部と
は、製氷用水管路６を介して接続され、蓄熱槽１内の冷
水12が製氷用水として製氷機５に供給され、その製氷機
５により製造された氷片13は送氷管路２を通って蓄熱槽
１内に送られる。

次に蓄氷および排水機種について説明する。

蓄熱槽１内の蓄熱水11の中に氷片取入部４を備えてい
る排氷管路３が水平状態で配置され、蓄熱１内の水中に
氷片13が蓄氷されて、主として昼間に、蓄熱槽１内の氷
片13が冷房配管９に排水される。

前記排水管路３は、水平排氷管路3Dとその端部に連設
された垂直排氷管路3Eとにより構成され、前記排氷管路
３における水平排氷管路3Dは、蓄熱槽１内の上部におけ
る蓄熱水面よりも低い位置に配置されると共に、蓄熱槽
１の側壁に水密状態で貫通固定され、かつ水平排氷管路
3Dと垂直排氷管路3Eとは公知の接続手段により接続され
ている。

前記水平排氷管路3Dおよび垂直排水管路3E内に駆動モ
ーター3Bにより回転されるスクリューコンベアからなる
送氷機3Aが収容され、その送氷機3Aの軸の一端部は管端
板の中央に固定された軸受により支承され、前記送氷機
3Aの軸の他端部は駆動モーター3Bの回転軸に連結され、
その駆動モーター3Bにより送氷機3Aを回転すると、排氷
管路３内の氷片13が搬送される。

前記排氷管路３の下部に、蓄熱槽１内のほぼ全長にわ
たって延長する氷片受入用開口部3Cが設けられて、蓄熱
槽１内に位置する排氷管路３の断面が逆Ｕ字状に形成さ
れ、かつその排氷管路３における断面逆Ｕ字状部分の両
側の下端部と、蓄熱槽１の両側壁とにわたって、その逆
Ｕ字状部分から側壁に向かって斜めに下向きに傾斜する
制氷板4Aが架設固定され、その制氷板4Aに多数の透水孔
4Bが設けられ、前記両側の制氷版4Aと水平排氷管路3Dの
開口部3Cとにより氷片取入部４が構成されている。

冷水供給管路７の一端部が蓄熱槽１内の下部に接続さ
れ、その冷水供給管路７の他端部と垂直排氷3Eの上端部
とは、ポンプ８の吸込口に対し管路を介して接続され、
そのポンプ８の吐出口に冷房配管９が接続されている。

前記送氷管路２から蓄熱槽１内に放出された氷片13
は、制氷板4Aにより浮上が防止されて、水中に蓄氷さ
れ、次いで前記氷片受入用開口部3Cを通って排氷管路３
内に侵入する。なお、制氷板4Aに設けられた透水孔4B
は、上下方向の通水を許容し、かつ送氷される氷片13に
気泡が付着している場合は、その気泡を上昇通過させ
る。また前記ポンプ８は、蓄熱槽１内の下部の冷水12と
氷片13とからなる混合流体を冷房配管９に供給する。

冷房配管９に供給される氷片13と冷水12の混合割合を
調節するには、冷水供給管路７から吸込む冷水の流量を
一定にして、排氷管路３内のスクリューコンベアからな
る送氷機3A回転速度を調節して排氷量を可変にしても良
いし、スクリューコンベアからなる送氷機3Aの回転速度
を一定にして、冷水供給管路７の途中にバルブを設け、
そのバルブの開度調節によって冷水供給量を調節しても
良い。また冷房配管９で熱消費された戻り水は戻り水配
管10により蓄熱槽１内に送られる。さらに蓄熱槽１の上
部には空気抜管1Cが接続されている。

次にこの発明の氷片と水の混送手段を備えた水中蓄氷
蓄熱装置の運転について説明する。

（Ａ）まず蓄熱槽１内に所定の水位まで水を入れる。

（Ｂ）夜間の余剰電力により製氷機５を運転し、蓄熱槽
１内から製氷用水管路６を通って製氷機５に供給される
水を製氷する。

（Ｃ）次に駆動モーター2Bを運転して送氷管路２内の送
氷機2Aを駆動し、製氷機５により製造された氷片13を、
氷片受入用ホッパー2Dおよび送氷管路２を経て蓄熱槽１
内に搬送し、その蓄熱槽１内の下部に排出する。この場
合、送氷管路２内は蓄熱槽１からの水が充満しているの
で、氷片13は圧密されたり氷塊になることなく、スムー
ズに送氷され、蓄熱槽１内の下部の氷片排出用開口部2C
から浮上排出される。

（Ｄ）蓄熱１内に排出された氷片13は、水中を浮上し、
蓄熱水面よりも低レベルに設けられた氷片取入部４の制
氷板4Aにより浮上が阻止されて、水中に蓄氷されてい
く。蓄氷する氷片層の量は、冷房配管９に送る氷片13と
冷水12の混合割合にもよるが、例えば混合割合を50％と
した場合、氷片層の量は最大時に全体水位の約50％とす
る。

（Ｅ）蓄熱槽１内に所定量を蓄氷したのち、または通夜
運転により製氷したのち、製氷機５および送氷管路２内
の送氷機2Aの駆動を停止する。

（Ｆ）昼間の冷房負荷が必要となった時点で、ポンプ８
を起動すると共に、排被管路３内の送氷機3Aを駆動し、
蓄熱槽１内の冷水12と氷片13を混合して、これをポンプ
８により冷房配管９に送る。冷房配管９に送る氷片13と
冷水12の混合割合は、前述のようにして調節される。

冷房負荷により熱消費された冷房配管９内の水は、戻
り水配管10により蓄熱槽１内に戻され、次いで氷片取入
部４における制氷板4Aの透水孔4Bを通って下方に移動す
る。この場合、下方に移動する水は氷片層により冷却さ
れる。

なお、氷片13と冷水12の混合流体とするのは、冷房負
荷がピークの際のみとし、冷房負荷が低いときは、排氷
管路３内の送氷機3Aを停止して、冷水12のみを循環させ
るようにしてもよい。

（Ｇ）以下、前記（Ｂ）〜（Ｆ）の動作を反復して行な
わせる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように構成されているので、以下に
記載するような効果を奏する。

夜間の余剰電力を利用して蓄熱槽１内の水を製氷して
得られた氷片13を、水中を通して搬送して蓄熱槽１内の
蓄熱水面から没した水中に蓄氷し、さらに蓄熱槽１内の
水中に設置した排氷管路３で水中を通して排氷し、蓄熱
槽１内の冷水12と混合して冷房配管９に送ることができ
るため、冷房負荷に対して氷の潜熱を有効に利用するこ
とができ、したがって、大きな冷房負荷に対応すること
が可能となり、かつ冷房配管サイズを小さくすることが
できる。

また氷片13の搬送，蓄氷を全て水中で行なうため、氷
片同士の凍着や氷塊等が生じることが無く、極めてスム
ーズに氷片13の搬送を行なうことができ、また送氷機の
動力が小さくて済むと共に冷房配管９への空気混入が生
じない。さらに氷片13と冷水12を同一の蓄熱槽１内に貯
えることができるため、蓄熱槽１をコンパクトにするこ
とができると共に、蓄熱槽１の設置スペースが狭くて済
む。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る氷片と水の混送手段
を備えた水中蓄氷蓄熱装置の縦断側面図、第２図は第１
図における蓄熱槽部分の拡大縦断正面図である。第３図
は従来の蓄熱装置の縦断側面図である。 図において、１は蓄熱槽、1Aは隔壁、1Bは貫通孔、1Cは
空気抜管、２は送氷管路、2Aは送氷機、2Bは駆動モータ
ー、2Cは氷片排出用開口部、2Dは氷片受入用ホッパー、
2Eは下部水平送氷管路、2Fは垂直送氷管路、2Gは上部水
平送氷管路、３は排氷管路、3Aは送氷機、3Bは駆動モー
ター、3Cは氷片受入用開口部、3Dは水平排氷管路、3Eは
垂直排氷管路、４は氷片取入部、4Aは制氷板、4Bは透水
孔、５は製氷機、６は製氷用水管路、７は冷水供給管
路、８はポンプ、９は冷房配管、10は戻り水配管、11は
蓄熱水、12は冷水、13は氷片である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷水12と氷片13を貯える蓄熱槽１と、その
   蓄熱槽１内の水を用いて製氷する槽外の製氷機５と、そ
   の製氷機５により製造された氷片13を蓄熱槽１に送る送
   氷管路２と、蓄熱槽１内の氷片13を槽外に排水する排氷
   管路３と、蓄熱槽１内に接続された冷水供給管路７と、
   蓄熱槽１内の氷片13と冷水12を混合して冷房配管９に供
   給するポンプ８とにより構成される水中蓄氷蓄熱装置で
   あって、前記送氷管路２はその内部に送氷機2Aを備え、
   その送氷管路２の氷片受入側に、蓄熱水面付近のレベル
   において氷片受入用ホッパー2Dが設けられ、氷片排出用
   開口部2Cを備えている送氷管路２の氷片排出側は蓄熱槽
   １内の下部に設けられ、蓄熱槽１内の上部の蓄熱水面よ
   り低い水中に、氷片取入部４を有する排氷管路３が設け
   られ、その排氷管路３と蓄熱槽１内に接続された冷水管
   路７とは、前記ポンプ８の吸込口に接続されている氷片
   と水の混送手段を備えた水中蓄氷蓄熱装置。