JP2698435B2 - 氷蓄熱槽装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はオフィスビル、病院等の大規模な空気調和
設備の熱源蓄熱用に設置される氷蓄熱槽装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、氷蓄熱槽装置において製氷機で生成された冷媒
は槽本体内に貫入される連結パイプにより蓄熱槽内へ送
られ、その連結パイプの先端開口部から冷媒を吐出する
ようになっていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記従来の氷蓄熱槽装置においては、蓄熱
槽内へ貫入された連結パイプの先端開口部から吐出され
る冷媒のため槽内下部に乱流がおこり、そのため槽内の
温度分布が均一に保たれないので熱効率が低下するとい
う問題点があった。

この発明は従来の技術の有するこのような問題点を解
消するためになされたものであり、その目的とするとこ
ろは製氷機より冷媒を蓄熱槽内へ乱流を起こすことなく
層流で流入させることができ、槽内の温度分布を均一に
保って熱効率を上げることのできる氷蓄熱槽装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、この発明は製氷機より蓄
熱槽内へパイプ状をなす吐出管を水平に貫入し、前記蓄
熱槽内に位置する吐出管の周面上側に複数の長孔からな
る吐出孔を上向きに形成したことを要旨としている。

［作用］ 上記のように構成された氷蓄熱槽装置においては製氷
機から送られてきた冷媒は吐出管の先端から主流速のま
まで吹き出されることなく、同吐出管の周面に形成され
た複数の吐出孔から主流速が抑制されて吐出される。そ
して、槽内下部で乱流を起こすことなく吐出された冷媒
は層流で上方へ流動する。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を第１図から第
18図に従って説明する。

第３図に示すように氷蓄熱槽装置の蓄熱槽１は冷媒と
してのスラリー状の氷（以下、「氷」と略す。）Ｒを生
成する製氷機２と空調機３に対し相互に連結されてい
る。

前記製氷機２は吸水管４を介して蓄熱槽１より吸入し
た冷水を前記氷Ｒに生成し、同氷Ｒを後述する吐出管５
を介して前記蓄熱槽１へ供給している。また、前記空調
機３は供給管６を介して蓄熱槽１下部より供給された冷
水を利用して冷房等のための熱交換を行うとともにその
熱交換により温度の高くなった水を送水管７を介して前
記蓄熱槽１へ送っている。

次に、この蓄熱槽１について説明すると第1,2図に示
すように蓄熱槽１は槽内平断面形状が円形となる円筒形
状に形成され、ビルの屋上に設けられた突条のベースコ
ンクリート８に対し支持枠９等を介して支持固定されて
いる。

前記支持枠９は第6,8図に示すように周縁部9aと弦部9
b、補強部9c及び固定部9dとからなっている。周縁部9a
は断面横チャンネル状の鋼材にて形成され、前記ベース
コンクリート８上に蓄熱槽１の下端縁と略同一の円形状
に配置されている。なお、周縁部9aは４つの円弧部分に
分割できるようになっている。弦部9bは断面横Ｈ形状の
鋼材にて形成され、前記周縁部9a内に一定の間隔をおい
て架設されている。補強部9cは断面Ｌ字形状の鋼材にて
形成され、前記弦部9bに直交して各弦部9b及び周縁部9a
間に等間隔に架設されている。なお、周縁部9a、弦部9b
及び補強部9cの各上端面は同一平面を形成している。固
定部9dは板状に形成され、前記周縁部9aのベースコンク
リート８と当接する下端縁内側に対し水平状態に突出し
て溶接固定されている。そして、この支持枠９はベース
コンクリート８に埋設された基礎ボルト10に対し前記固
定部9dにおいて固定支持されている。

前記支持枠９の上端面には前記周縁部9aの上端面外周
縁と略同一の円形状に形成されたステンレス鋼製の基板
11が載置され、同基板11上には第７図に示す受台12が載
置されている。

受台12は木枠13と保温材14とからなり、同木枠13は前
記支持枠９の上端面形状と同一に形成され、同様に周縁
部13a、弦部13b及び補強部13cとから構成されている。
なお、前記木枠13の周縁部13a内において弦部13bと補強
部13cとにより仕切られた空間には発泡スチロール製の
保温材14が嵌め込まれている。そして、前記基板11と受
台12とにより蓄熱槽１の底板15に対する保温構造を構成
している。

前記受台12上には第７図に二点鎖線で示すように同受
台12上面を覆う正十二角形に形成されたステンレス鋼製
の底板15が載置され、同底板15上には蓄熱槽１の槽本体
16が載置されている。

同槽本体16は同径に形成され四段に積層されたステン
レス鋼製の円筒から構成され、各円筒の接合部分は槽本
体16の外面側において互いに当接するフランジ部17が等
間隔をおいてクサビ止め溶接されるとともに槽本体16の
内面側においてその接合部分が溶接固定されている。な
お、前記積層された円筒のうち最上段の円筒のみその高
さが他の円筒に比べて半分となっている。

前記槽本体16は下端縁を前記底板15に対し溶接固定さ
れるとともに、その下端外周縁部を固定部材18により密
着包囲されている。同固定部材18は断面Ｌ字状で前記槽
本体16の外周縁に沿う円弧状に形成されている。なお、
固定部材18には一定の間隔をおいて補強用リブが設けら
れている。そして、固定部材18は第８図に示すようにそ
の下方に重合する底板15、受台12の木枠周縁部13a及び
基板11とともに前記支持枠９の周縁部9aに対しボルト19
とナット20によりしめつけ固定されている。

また、前記底板15の外縁を構成する各辺部15aには第
８図に示すように支持板21が取付けられている。同支持
板21は前記辺部15aから上方に延びる垂立片21aと同じく
辺部15aから斜め下方に延びる斜状片21bとからなり、同
斜状片21bの先端部は基板11と木枠13との間に挾着固定
されている。そして、支持板21の斜状片21b、底板15及
び木枠周縁部13aにより囲まれる空間には保温材22が嵌
め込まれている。なお、支持板21の垂立片21aの内側、
すなわち槽本体16と対応する側には後述する保温パネル
23のうち最下部の保温パネル23の各下端部外面が当接
し、この垂立片21aにより前記保温パネル23の下端部が
位置決め支持されている。

前記槽本体16の外周面には同槽本体16の形状に沿って
吹き付けられた発泡ポリスチレンによるラギング層24が
施され、さらにその表面には第9,10図に示す多数の保温
パネル23が槽本体16の外周面全体を覆うように取付けら
れている。なお、前記保温パネル23は槽本体16の外周面
と対応する内面が凹状にプレス加工されており、その凹
部には同凹部に対し嵌合可能に成型された発泡ポリスチ
レン製の保温部材25が嵌め込まれている。

第4,5図に示すように槽本体16の下部側面には製氷機
２と連結される吸水管４が貫設されるとともに同様に空
調機３と連結される供給管６が貫設され、また作業者の
視認可能な高さの位置に槽内部点検用の二重ガラス構造
の下部点検口26が設けられている。また、同じく下部側
面には前記吸水管４及び供給管６よりも上方となる位置
に製氷機２から延設された吐出管５が貫通されている。

前記吐出管５は第２図に示すように先端が閉塞された
４本のパイプからなり、貫入された蓄熱槽１内において
互いに平行に配列され各パイプの周面上側にはパイプの
長手方向に一定の間隔をおいて上向きの吐出孔としての
長孔27が複数個形成されている。同長孔27は吐出される
氷Ｒの流速による槽内下部における乱流を防止するた
め、同長孔27から吐出される氷Ｒが1m上昇するとその流
速による周囲への影響がなくなるようにその孔部分が計
算して求めた大きさに形成されている。

因に、この実施例においてはパイプ断面積を50cm²、
氷Ｒのパイプ内流量Ｑを140/minとし、同パイプに幅2
cm、長さ50cmの長孔27を３箇所設けている。したがっ
て、長孔27により構成される吐出孔の面積ＡはＡ＝（0.
5×0.02）×３＝0.03m²と求められ、同吐出孔からの氷
Ｒの初流速VOはVO＝Q/Aから0.078m/sと求められる。そ
して、ここから静止流体内における粉流定数を3.5（実
験値）として、吐出孔からの距離Ｘが1mの位置での氷Ｒ
の流速Umを求めると、 となる。よって、長孔27から吐出された氷Ｒは1m上昇し
た位置ではその流速により槽内周囲へ影響を与えること
のない層流となる。

なお、前記吐出管５は各パイプ先端部を底板15から立
設した支持棒28により水平状態に固定支持されている。

第13,14図に示すように槽本体16の中間部一側外面に
は第一転倒防止部材29の先端が溶接固定され、同第一転
倒防止部材29はその基端がコンクリート梁Ａにボルト着
されている。また、槽本体16に対し前記第一転倒防止部
材29と180度反対側であって同槽本体16の上端近傍の位
置には第二転倒防止部材30の先端が溶接固定され、同第
二転倒防止部材30はその基端がコンクリート梁Ｂにボル
ト着されている。なお、前記梁Ａよりも梁Ｂの方が槽本
体16の外周面に対し離間して設けられているため、第一
転倒防止部材29のアーム部29aよりも第二転倒防止部材3
0のアーム部30aの方が長く形成されている。

また、槽本体16の上部側面すなわち最上段の円筒部分
には前記下部点検口26と同様の上部点検口31が設けられ
るとともに、槽本体16の平断面略中心点を通り水平方向
に延びる直線が同槽本体16の上部側面を交差する二位置
には光センサ用窓32が設けられている。また、熱交換後
の水を送るために空調機３から配設された送水管７が同
槽本体16の上部側面に対し貫入されるとともに、冷媒溶
液給水用の給水管33が貫通されている。

槽本体16の上端縁には断面すげ傘状の天板34が嵌合さ
れ、その周縁部が槽本体16に対し溶接固定されている。
同天板34の上面には第５図に示すように中央に後述する
支柱35の上端部が露出し、同支柱35を中心として四方に
内部点検用入り口としてのマンホール36が設けられてい
る。なお、同図において37は天板34上面に露出した槽内
温度検知用サーモパイプの上端であり、38は検知用予備
孔である。

また、前記天板34の上面には第15図に二点鎖線で示す
ように保温性を有する発泡ポリスチレンによりラギング
が施され、その上にステンレス鋼板が被覆されている。
そして、さらにその上面周縁部には手摺り39が設けら
れ、同手摺り39と連結された手摺りばしご40が槽本体16
の一側外面に沿って下方へ延設されている。

また、前記底板15、槽本体16及び天板34からなる蓄熱
槽１内の中央部には底板15から天板34を貫通する筒状の
支柱35が立設されている。また、同支柱35と平行に蓄熱
槽１内の一側部には槽内の温度検知用サーモパイプ37が
底板15から天板34を貫通して立設されている。前記支柱
35の天板34上方に露出した上端部には通気孔41が設けら
れ、一方、支柱35の下端部には底板15に対し支柱35を固
定支持する支持部材42との接合部分に開口43が形成され
ている。

第15,16図に示すように蓄熱槽１内において前記支柱3
5の上部には槽本体16内周面と水平状態で密着嵌合する
散水板としての主散水板44が貫装され、同主散水板44よ
りさらに上部には断面が盆状であって主散水板44に比較
して小径に形成された副散水板45がその中央部で貫装さ
れている。なお、前記主散水板44は前記槽本体16の上部
側面に設けられた上部点検口31及び光センサ用窓32の設
置位置より上方であって、同じく給水管33及び送水管７
の貫通位置よりも下方に位置し、槽本体16の内周面間に
架設したアングル46上にスポット溶接されている。ま
た、副散水板45の上方には蓄熱槽１内において二叉に分
岐された送水管７の注水口7aが上方より注水可能に配置
されている。

一方、前記支柱35には主散水板44と副散水板45との間
にオーバーフロー穴47が設けられている。なお、この実
施例では主散水板44より10cm上方の位置に設けられてい
る。また、前記支柱35には前記主散水板44の直近下方の
位置に連通孔48が設けられている。そして、前記通気孔
41、オーバーフロー穴47、連通孔48及び開口43は相互に
連通状態となっており、支柱35はオーバーフローパイプ
及び槽内の負圧調整用パイプとしての機能もはたすよう
になっている。なお、前記支柱35は前記連通孔48と開口
43との間の部分に内筒49が形成され、同支柱35内周面と
内筒49外周面との間の間隙には発泡ポリウレタン50が充
填され、二重構造となっている。

前記主散水板44は第17図に示すように蓄熱槽１の平面
形状を分割して形成される10枚のパンチングボード51か
ら構成され、各パンチングボード51間の接合面及び槽本
体16内周面との接合面にはスポット溶接されている。な
お、同図において52は前記支柱35を貫通させるための支
柱貫通用孔であり、53は温度検知用サーモパイプ貫通用
孔、54は予備用貫通孔である。また、55は前記マンホー
ル36の下方に位置する点検孔である。

前記主散水板44を構成する各パンチングボード51には
第18図に示すような上方が小径の断面テーパ状に形成さ
れた滴下孔56が設けられている。この滴下孔56は蓄熱槽
１内の水面へ水を均一に滴下させるための孔であり、前
記送水管７より副散水板45を介して主散水板44上に注水
され滞留した水が水位を4mmから10cmの間に保って均一
滴下がはかれるようにその孔の大きさと数が計算されて
いる。

因、この実施例では主散水板44の直径Ｄを3550mm、滴
下孔56の径を6mmとし、散水量Ｑを最大で2200/min、
最小で440/minと設定した場合の前記均一滴下をする
ための滴下孔56を次のように配置している。

すなわち、流量計数Ｃを0.76（実験値）、滴下孔56の
面積Ａを2.83×10^-5m²主散水板44上の水位高さＨを0.1m
として滴下孔56の一単位当たりの散水量Q1を から求め、次に滴下孔56の数ＮをＮ＝Q/Q1から求めてい
る。その計算の結果はQ1＝1.807/min、Ｎ＝1217個で
ある。そして、さらに第17図に示すような配置パターン
でのピッチＰをＤ＝1.15PN^0.5用いて求め、各滴下孔54
間のピッチＰを90mmとしている。

なお、前記のように計算上求められる孔の数は1217個
であるが、スポット溶接された各パンチングボード51の
すき間からも漏れることを考慮し、実際には1098個の滴
下孔56が設けられている。

また、前記主散水板44上に設けられた副散水板45には
送水管７の注水口7aより注水され滞留した水を主散水板
44へ滴下するための断面テーパ状の副滴下孔57が12個設
けられている。なお、副滴下孔57は前記滴下孔56よりも
径が大きく形成されている。

次に、以上のように構成された氷蓄熱槽装置の作用に
ついて説明する。

まず初めに、給水管33から給水され蓄熱槽１内に蓄え
られた水は吸水管４を介して製氷機２へ送られる。そし
て同製氷機２により生成された氷Ｒが吐出管５の長孔27
を介して蓄熱槽１内下部へ吐出される。吐出される氷Ｒ
は長孔27から1m上昇すると流速がほぼ0mとなり、その後
は水と氷Ｒとの比重差により層流で上方へ流動する。し
たがって、蓄熱槽１内下部には乱流は起きずまた氷Ｒは
上方へ流動するので吐出管５の下方には常に冷水が貯留
される。

この状態から供給管６を介して蓄熱槽１内下部の冷水
が空調機３へ送られる。そしてこのとき、この実施例に
係る蓄熱槽１は槽内形状が円筒状となっているので、槽
内の氷Ｒ及び冷水は全体的に流動しその一部が停滞する
ことはない。

また、前記吸水管４又は供給管６を介して蓄熱槽１内
下部の冷水が槽外へ送り出されると、これに伴い槽内水
位が下がる。すると槽内の水面上空間は負圧となるが通
気孔41及び連通孔48を介して外気と連通され負圧調整が
される。

空調機３を経て温度の高くなった水が送水管７の注水
口7aを介して副散水板45上へ注水されると、その水は副
滴下孔57から主散水板44上へ滴下される。そして主散水
板44上に滞留した水は滴下孔56から槽内全体に均一に滴
下される。なお、主散水板44上に滞留する水が滴下能力
を越える所定の高さ以上（この実施例では10cm以上）の
水位に達すると、支柱35のオーバーフロー穴47からオー
バーフロー水が支柱35内を通り蓄熱槽１内下部の冷水側
に開口40を経て流出される。

主散水板44上の水が全部滴下されると、その際滴下孔
56は残存する水の表面張力により水の膜で塞がれる。し
かし、同滴下孔56は上方が小径の断面テーパ状となって
いるので塞がれるのは滴下孔56上方の小径部のみであ
り、その結果槽内下方からの冷気により凍結した場合に
は滴下孔56の深さ方向の上方一部分だけが凍結される。

蓄熱槽１内の水位Ｗが主散水板44の直近下方まで上昇
すると、すなわち氷Ｒが多量となり体積膨脹した氷Ｒが
増えすぎると、光センサ用窓32を通して光センサ（図示
しない）がこれを検知し、製氷機２の稼動を制限する。

また、保温パネル23は外部からの衝撃に対し蓄熱槽１
を保護し、同保温パネル23の内側の保温部材25は槽本体
16を通しての外部への熱放出を防止している。

さらに、受台12は底板15を通しての外部への熱放出を
防止するとともに、底板15と支持枠９間に介在すること
により衝撃を吸収し防震構造を構成する。

このように、この実施例においては槽内形状を円筒状
としたことにより槽内に氷Ｒ及び冷水が停滞しないので
槽内容量を100％有効に利用することができる。しか
も、円筒状とすることにより同一容積なら槽本体16を高
くすることにより設置面積を小さくでき、かつ槽内温度
分布を上下で高温部、低温部に分けられるので、蓄熱槽
１の設置スペースを少なくできるとともにムラのない温
度分布で良好な熱効率を実現することができる。

また、吐出管５は先端が閉塞されたパイプの周面上側
に長手方向に上向きの長孔27を一定間隔をおいて形成
し、氷Ｒを吐出管５の先端から主流速のままで吹き出す
ことなく、その長孔27から上方へ主流速を抑制されて吐
出するようにしているので蓄熱槽１内下部に乱流を起こ
さず、層流で氷Ｒを上方へ流動させることができる。そ
の結果槽内高温部と低温部の混合を防ぎ、適切な温度分
布を維持できるとともに吐出管５の下方に常に冷水を貯
留できるので熱使用効率を上げることができる。

さらに、送水管７から温かい水の蓄熱槽１内への注水
構造を副散水板45と主散水板44との二段構成による滴下
構造としているので、蓄熱槽１内の水面全体により安定
的に均一に滴下させることができ、その結果槽内上部の
氷Ｒと滴下された温かい水との間で均一に効率よく速や
かに熱交換させることができる。また、滴下孔56を上方
が小径の断面テーパ状とし、表面張力により水の膜が張
って凍結する部分をその滴下孔56の小径部分のみとした
ので、装置稼動後すぐに凍結部分を融解させることがで
き、均一滴下をさせることができる。

加えて、主散水板44上に滞留する水が滴下能力を越え
た水量となると、オーバーフロー穴47から支柱35内を通
りオーバーフローした水が支柱35下部の開口43から蓄熱
槽１内下部へ流入されるので主散水板44を通して常に適
切な滴下状態を維持させることができる。

また、吸水管４または供給管６から蓄熱槽１内の冷水
が槽外へ送り出され、槽内水位が下がると蓄熱槽１内の
冷水が槽外へ送り出され、槽内水位が下がると蓄熱槽１
内の水面上空間は負圧となるが、外気と連通する通気孔
38及び連通孔44により槽内の負圧が調整されるので槽本
体16等が前記負圧により変形するのを防止することがで
きる。

また、槽本体16の外周面を覆う保温パネル23は内側凹
部23aに保温部材25を嵌め込み、しかも槽本体16の外周
面には発泡ポリスチレンによるラギング層24が施されて
いるので槽本体16を通して熱放出を防止できるととも
に、前記保温部材25とラギング層24が衝撃吸収作用をす
るので外部からの衝撃による蓄熱槽１の破損を防止する
ことができる。

さらに、この実施例では蓄熱槽１の支持構造において
底板15と基板11間に木枠13と保温材14からなる受台12を
配置したことにより底板15を通しての熱放出を防止する
ことができるとともに、同受台12が衝撃吸収作用をもは
たすので防震構造としての機能をはたすこともできる。

なお、この発明は前記実施例に限定されることなく、
たとえば吐出孔としての長孔を周面全体に設けられた複
数の細孔とするなどこの発明の趣旨を逸脱しない範囲で
任意に変更することも可能である。

［効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、冷媒を吐出管
周面の複数の吐出孔から主流速を抑制して槽内へ吐出し
得るばかりでなく、その吐出孔はパイプ状をなして槽内
へ水平に貫入された吐出管の周面上側に形成された上向
きの長孔であるため、それらの長孔から前記冷媒を乱流
を起こさず層流で上方へ流動させることができ、その結
果、槽内の高温部と低温部の温度分布を均一に保ちつつ
熱効率を孔に維持できるとともに吐出管の下方には常に
冷水を貯留させることができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した一実施例の蓄熱槽全体正
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図はこの
発明に係る氷蓄熱槽装置の概略図、第４図は第１図から
保温パネル等の外装を取除いた図、第５図は同平面図、
第６図は支持枠の平面図、第７図は受台平面図、第８図
は蓄熱槽の支持構造要部断面図、第９図は保温パネル正
面図、第10図は同平断面図、第11図は保温部材正面図、
第12図は同平断面図、第13図は転倒防止部材の取付位置
を示す概略側面図、第14図は同平面図、第15図は蓄熱槽
内要部破断面図、第16図は同要部平面図、第17図は主散
水板平面図、第18図は同一部断面図である。 蓄熱槽１、製氷機２、空調機３、吐出管５、吐出孔とし
ての長孔27、冷媒としての氷Ｒ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平１−60130（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒（Ｒ）を生成する製氷機（２）と、同
   製氷器（２）と連結され冷媒（Ｒ）を蓄える蓄熱槽
   （１）とを含む氷蓄熱槽装置において、 前記製氷機（２）より蓄熱槽（１）内へパイプ状をなす
   吐出管（５）を水平に貫入し、前記蓄熱槽（１）内に位
   置する吐出管（５）の周面上側に複数の長孔からなる吐
   出孔（27）を上向きに形成したことを特徴とする氷蓄熱
   槽装置。