JP2698437B2 - 蓄熱槽 - 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使用される蓄熱槽に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来より、この種の空気調和設備としては、水を取り
込んで氷に生成する製氷機と、その氷を貯える蓄熱槽
と、この蓄熱槽に貯えられた氷又は製氷機から発生する
温水によって熱交換を行う熱交換機とを備えており、前
記蓄熱槽に貯えた氷を熱交換機に送って冷房作用をなす
とともに、製氷機で製氷中に発生する温水を前記熱交換
機に送って暖房作用をなすようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記蓄熱槽は建物の地下等にその一部を利
用してコンクリートで形成されているのが一般的なの
で、もともと充分な保温対策が取られていないという問
題点がある。

従って、本発明は充分な保温効果を得ることができる
蓄熱槽を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、少なくとも槽本体
の側面にその形状に沿った保温層を設け、この保温層の
表面を内面が凹状をなす複数のパネル体で覆い、このパ
ネル体の内面にはその形状に沿った保温部材を設け、こ
の保温部材と前記保温層との間に空気層が形成されるよ
うにしたという手段を採用している。

〔作用〕

即ち、本発明では、槽本体側面の保温層とパネル体内
面の保温部材により蓄熱槽内に蓄えられた熱が外部へ逃
げるのを防止する。又、槽本体の側面にパネル体を取付
けると、前記保温層と保温部材の間には保温効果をより
一層向上させるための空気層が簡単に形成される。

〔実施例〕

以下、この発明を具体化した一実施例を第１図〜第18
図に従って説明する。

先ず、本実施例の空気調和設備の概略を説明すると、
第２図に示すように、この設備は水を取り込んでスラリ
ー状の氷（以下、単に氷という）Ｒに生成する製氷機２
と、この氷Ｒを貯える蓄熱槽１と、蓄熱槽１に貯えられ
た氷Ｒを取り込んで熱交換を行う空調機３とを備えてお
り、蓄熱槽１と製氷機２とには蓄熱槽１内の水を図示し
ないポンプによって製氷機へ取り込むための吸水管４
と、製氷機２で生成した氷を再び蓄熱槽内へ送り込むた
めの吐出管５とが各々接続されている。前記蓄熱槽１と
空調機３とには図示しないポンプによって蓄熱槽１から
氷を取り込むための供給管６が接続されており、前記空
調機３には熱交換が終わって温度の高くなった水を再び
蓄熱槽１に戻すための送水管７が接続されている。

前記蓄熱槽１は第３図、第４図に示すように、槽内平
断面形状が略円形となる円筒状に形成され、ビルの屋上
に設けられた３条のベースコンクリート８に対して支持
枠９を介して支持固定されている。

前記支持枠９は第１図、第７図に示すように、ベース
コンクリート８上に載置されるとともに、上部フランジ
部9e及び下部フランジ部9fを備えた断面横チャンネル状
で全体が円筒状に形成された鋼材よりなる周縁部9aと、
この周縁部9a内に一定間隔をおいて架設された複数本の
断面横Ｈ状の鋼材よりなる弦部9bと、これらの弦部9b間
にこの弦部9bと直交するように一定の間隔をおいて架設
された複数本の断面逆Ｌ状の補強部9cとから構成されて
おり、前記補強部9c、弦部9b及び周縁部9aの各上端面は
同一平面を形成するようになっている。前記周縁部9aは
４分割されるとともに、図示はしないが互いの端部を突
き合わせて内側から補強部材を当ててボルトとナットに
より一体化されている。前記突き合わせ部分の略中間部
となる周縁部9aの前記下部フランジ部9fと対向する部分
には前記周縁部9aの軸心方向内方へ延びる板状の固定部
9dが取着されており、この固定部9dにおいて前記ベース
コンクリート８から突出された基礎ボルト10に対してナ
ット止めすることによって前記支持枠９がベースコンク
リート８に対して支持固定されるようになっている。

前記支持枠９上には第１図、第８図に示すように、前
記上部フランジ部9eを含む直径と略同一の直径をなす遮
蔽部材としてのステンレス製の基板11が載置されてお
り、この基板11上には枠体12が載置されている。前記枠
体12は前記周縁部9aの上部フランジ部9eと同心円状をな
す木製の本体側周縁部13aと、同本体側周縁部13a内にお
ける前記弦部9b及び補強部9cに対応する位置において、
互いに直交するように配置された同じく木製の本体側弦
部13b及び本体側補強部13cとから構成されており、これ
らはそれぞれ円角柱状の木材にて形成されている。前記
枠体12内において前記本体側弦部13b及び本体側補強部1
3cによって区画された空間部には発泡スチレン樹脂製の
保温材14が充填されており、この保温材14、本体側周縁
部13a、本体側補強部13c及び本体側弦部13bの各上端面
は同一平面を形成している。

前記枠体12上には正十二角形状をなす底面としてのス
テンレス製の底板15が載置されており、この底板15、前
記枠体12及び基板11によって囲まれる空間部が前記枠体
12外部と遮断されるようになっている。

前記底板15の外縁を構成する各辺部15aより所定長さ
内方へ離れた部分には筒状をなすステンレス製の槽本体
16が載置されている。前記槽本体16は第５図に示すよう
に、同径で最上段のものが他の３つのものの半分の高さ
に形成された合計四段のステンレス製の円筒を積み重ね
ることによって形成されている。各円筒はそれらの接合
部分となる槽本体16の外側面において、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
もに、槽本体16の内面側において、その突き合わせ部分
が溶接固定されている。

前記槽本体16はその下端を前記底板15に対し溶接固定
されるとともに、前記下端外周にはその軸心方向外方へ
向かう断面Ｌ字状の固定部材18が溶接固定されており、
この固定部材18と前記上部フランジ部9eとの間にボルト
19を貫通してナット20止めすることによって支持枠９に
対して蓄熱槽１が連結固定されるようになっている。な
お、図示はしないが、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。

前記底板15の外縁を構成する各辺部15aと前記基板11
の外縁との間には第１図に示すように、支持板21が連結
されている。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と前
記本体側周縁部13aとの間に挾着固定されている。前記
支持板21の斜状片21b、底板15及び本体側周縁部13aによ
り囲まれる空間部には発泡スチレン樹脂製の保温材22が
充填されている。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の下端部が位置決め支持
されている。

前記槽本体16の側面には第１図、第３図、第４図に示
すように、その形状に沿って吹き付けられた発泡スチレ
ン樹脂による保温層としてのラギング層24が施されてお
り、その表面には複数個のステンレス製のパネル体とし
ての保温パネル23が前記槽本体16の側面全体を覆うよう
に密着して取付けられている。前記保温パネル23は第11
図、第12図に示すように、前記底板15の各辺部15aと同
一長さの正面正四角形状に形成されており、その中央部
にはほぼ半球状をなす凸部23aが形成されている。従っ
て、第１図に示すように、保温パネル23の内面は凹状を
なしている。前記保温パネル23の両縁部は内側に折曲形
成されており、第４図に示すように、各パネル23が槽本
体16の側面を覆うように配置されたとき、各パネル23の
描く軌跡が略円状を描くようになっている。前記保温パ
ネル23の槽本体16側となる内側には第１図、第９図、第
10図に示すように、前記槽本体16の側面形状に沿うよう
に湾曲形成された発泡ポリエチレン樹脂製の保温部材25
が嵌合されており、前記槽本体16と保温パネル23との間
に外部から遮断された空間部を形成するようになってい
る。なお、前記保温パネル23は槽本体16の側面から突出
形成された取付ボルト23bに対してナット止めされてい
る。

槽本体16の下部側面には第２図〜第６図に示すよう
に、製氷機２と連結される前記吸水管４と、空調機３へ
連結される前記供給管６が貫設されるとともに、作業者
の確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。同じく槽本体16の
下部側面の前記吸水管４及び供給管６よりも上方となる
位置には製氷機２から延設された前記吐出管５が貫通さ
れている。

前記吐出管５は第４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、嵌入された蓄熱槽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。従って、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χが1mの位置での氷Ｒの流速Umを求めると、 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の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。

槽本体16の中間部一側面には第13図、第14図に示すよ
うに、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。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の上端近傍の一側
面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。そして、前記梁Ａよりも梁Ｂの方が槽
本体16の外周面に対して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30のアーム30aの方が長く形成されている。

槽本体16の上部側面、すなわち最上段の円筒部分には
第３図、第５図、第６図に示すように、前記下部点検口
26と同様の上部点検口31が設けられており、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本体16
の上部側面と交差する二位置には光センサ用窓32が設け
られている。前記最上段の円筒部分には熱交換後の水を
送るために空調機３から配設された送水管７と、冷媒給
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６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
に内部点検入口としてのマンホール36が設けられてい
る。前記天板34の上面におけるマンホール36の両側には
槽内温度検知用サーモパイプと検知用予備孔38とがその
上端を露出させている。前記天板34の上面には図示はし
ないが前記槽本体16側面と同様に発泡スチレン樹脂によ
るラギング層が施され、その上には第３図に示すよう
に、ステンレス製の被覆板39aが被覆されている。前記
被覆板39aの上面周縁部には手摺り39が設けられ、同手
摺り39にはこの手摺り39に連結された手摺りはしご40が
槽本体16の一側面に沿って下方へ延設されている。

また、蓄熱槽１内の中央部には第４図、第５図、第15
図に示すように、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。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が底面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より上方に露出した上端部には通気孔41が設けられる
とともに、支柱35下端部の底板15に対して同支柱35を固
定支持する支持部材42との接合部分には開口43が形成さ
れている。

蓄熱槽１内において前記支柱35の上部には第15図〜第
18図に示すように、槽本体16内周面と水平状態で密着嵌
合する主散水板44が取着され、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がその中央部で取着されてい
る。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。前記副散水板45の上
方には蓄熱槽１内において二又に分岐された送水管７の
注水口7aが注水可能に配置されている。

前記支柱35における主散水板44と副散水板45との間に
はオーバーフロー孔47が設けられている。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。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
フロー孔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本体16
内の負圧調節用パイプとしての機能もはたすようになっ
ている。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の外周
面との隙間には発泡ポリウレタン樹脂50が充填されて二
重構造となっている。

前記主散水板44は蓄熱槽１の平面形状を分割して形成
されて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の内周面との接
合面はスポット溶接されている。

なお、52は前記支柱35を貫通させるための支柱貫通孔
であり、53は温度検知用のサーモパイプ貫通用孔、54は
予備用の貫通孔である。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
上方から小径の断面テーパ状に形成された主滴下孔56が
設けられている。この主滴下孔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上に注入され滞留した
水が水位を4mm〜10mm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。

因に、この実施例では主散水板44の直径Ｄを3.550m
m、主滴下孔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
をするための主滴下孔56を次のように配置している。

すなわち、流量係数Ｃを0.76（実験値）、主滴下孔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として主滴下孔56の単位当りの散水量Q₁を、 から求め、次に主滴下孔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を用いて求め、各
主滴下孔56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1222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
隙間から漏れることを考慮し、実際には1096個の主滴下
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
けられており、この副滴下孔57は前記主滴下孔56よりも
径が大きく形成されている。

次に、上記のように構成された空気調和設備の作用・
効果について説明する。

先ず、給水管33から給水された蓄熱槽１内に貯えられ
た水は吸水管４を介して製氷機２へ送られる。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。突出される氷Ｒは長孔27から
1m上昇すると流速がほぼ０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。従って、蓄熱層
１内下部に乱流は起きず、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。このと
き、前記吐出管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して吐出する
ようにしているので、蓄熱槽１内に乱流を起こさず、層
流で氷Ｒを上方へ流動させることができる。従って、槽
内高温部と低温部との混合を防ぎ、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。

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。このとき前記蓄熱層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く、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
とによって設置面積を小さくできるとともに、槽内温度
分布を上下で高温部、低温部に分けられるので、ムラの
ない温度分布で良好な熱交換が実現できる。

また、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上へ滴下されるとともに、主散
水板44上に滞留した水は主滴下孔56から槽内全面に均一
に滴下される。このとき、前記副散水板45と主散水板44
との二段構造による滴下構造を用いたので、蓄熱槽１内
の水面全体により安定的で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を行うことができ
る。

主散水板44上に滞留する水が滴下能力を越える所定高
さ以上（この実施例では10cmである）の水位に達する
と、支柱35のオーバーフロー孔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43を経
て流出されるので、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。

主散水板44上の水が全部滴下されると、その際、主滴
下孔56は残存する水の表面張力により水の幕で塞がれ
る。このとき、同主滴下孔56は上方が小径の断面テーパ
状となっているので、塞がれるのは主滴下孔56の上方の
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主滴下孔56の深さ方向の上方一部だ
けが凍結される。従って、新たに温度の高くなった水が
主散水板44上に滴下されると前記凍結は簡単に解除され
る。

蓄熱槽１内の水位が主散水板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張した氷Ｒが増
えすぎると、光センサ用窓32を通して光センサがこれを
検知し製氷機２の稼動を制限する。

蓄熱槽１の底板15にはその底板15と前記枠体12と基板
11とによって同枠体12の外部から遮断された空間部が設
けられるとともに、その空間部内に保温材14を充填した
ので、蓄熱槽１内に貯えられた熱がこの部分を通って外
部に逃げにくくなり、保温効果が向上する。また、前記
枠体12として熱電導率の低い木材を用い、枠体12内を複
数個の空間部に仕切ることによって前記保温効果をさら
に向上させることができるとともに、木材はコンクリー
トに比較して柔軟性のある材質なので、衝撃を吸収して
防振効果をも発揮する。

前記ステンレス製の保温パネル23は外部からの衝撃に
対し槽本体16を保護するとともに、槽本体16のラギング
槽24と前記保温パネル23の内側に設けられた保温部材25
とによって蓄熱槽１内に貯えられた熱の外部への熱放出
を防止して保温効果を向上させることができる。さらに
は、前記保温部材25とラギング層24との間に空気層を設
けたので、前記保温効果は一層向上される。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、例えば次に示すように変更して具体化することも可
能である。

（１）前記本体側弦部13b及び本体側補強部13cの本数を
任意に変えること。

（２）保温材14の材質を本実施例の発泡ポリエチレン樹
脂以外のグラスウール等に変えること。

〔効果〕

以上詳述したように本発明によれば次に示す特有の効
果を発揮する。

請求項１の蓄熱槽においては、即ち、槽本体側面の保
温層とパネル体内面の保温部材により保温効果を向上で
きるとともに、前記保温層と保温部材との間に形成され
る空気層の存在により前記保温効果をより一層向上させ
ることができ、しかも、かかる効果的な空気層を槽本体
の表面にパネル体を取付けるだけで簡単に形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部を示す蓄熱槽底面の断面図、第２
図は本発明を具体化した空気調和設備の概略図、第３図
は蓄熱槽の正面図、第４図は第３図のＡ−Ａ線断面図、
第５図は第３図から保温パネル等の外装を取り除いた正
面図、第６図は第５図の平面図、第７図は支持枠の平面
図、第８図は枠体の平面図、第９図は保温部材の正面
図、第10図は第９図の平面断面図、第11図は保温パネル
の正面図、第12図は第11図の平面断面図、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図は第13図
の平面図、第15図は蓄熱槽の部分破断断面図、第16図は
第15図における主散水板と副散水板とを示す平面図、第
17図は主散水板の平面図、第18図は第17図の部分拡大断
面図である。 槽本体16、パネル体としての保温パネル23、保温層とし
てのラギング層24、保温部材25。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平１−96896（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−34197（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも槽本体（16）の側面にその形状
   に沿った保温層（24）を設け、この保温層（24）の表面
   を内面が凹状をなす複数のパネル体（23）で覆い、この
   パネル体（23）内面にはその形状に沿った保温部材（2
   5）を設け、この保温部材（25）と前記保温層（24）と
   の間に空気層が形成されるようにしたことを特徴とする
   蓄熱槽。