JP2792403B2

JP2792403B2 - 氷水スラリー供給方法

Info

Publication number: JP2792403B2
Application number: JP5201627A
Authority: JP
Inventors: 謙年林; 和夫相沢; 英雅生越
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH0755209A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ダイナミック
型氷畜熱式地域冷暖房システムにおいて、貯氷槽へ氷水
スラリーを供給する氷水スラリー供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイナミック型氷蓄熱式地域冷暖房シス
テムとは、細かい氷を用い、氷そのものをスラリーとし
て搬送することが可能なシステムである。このシステム
は、細かい氷をスラリーとして搬送可能であるため、冷
熱消費施設への冷熱供給用地冷配管の直径を小さくでき
る。また、製氷装置と貯氷槽を個別に設置することが可
能であり、大規模化が容易である。また、搬送される氷
が細かく、氷の水との間の接触面積が大きいため、大熱
負荷への対応が可能である。

【０００３】ダイナミック型氷蓄熱式地域冷暖房システ
ムの冷熱需要期の運転状態には主として次の二通りがあ
る。１．蓄熱運転モ−ド夜間等の熱負荷が小さいときに製氷装置で製造した氷水
スラリーを貯氷槽に貯蔵するモードである。このときの
流体は、製氷装置、氷水スラリー搬送用配管、貯氷槽、
製氷用水戻り配管および製氷装置を順次循環している。

【０００４】２．放熱運転モ−ド蓄熱運転モードで蓄えられた冷熱（冷水または氷水スラ
リー）を冷熱消費施設へ供給するモードである。このと
きの流体は、貯氷槽、往路用地冷配管、冷熱消費施設、
復路用地冷配管および貯氷槽の経路で順次循環してい
る。

【０００５】このようなダイナミック型氷蓄熱式地域冷
暖房システムの蓄熱運転モ−ドにおける製氷装置から貯
氷槽への氷水スラリー供給装置の一例が、「過冷却水を
用いた氷蓄熱システムの開発」（小此木著，日本混相流
学会第９回混相流レクチャーシリーズ；氷蓄熱システ
ムと混相流，１２３頁，１９９２年１２月）に開示ささ
れている。この氷水スラリー供給装置では、図４に示す
ように、製氷装置（図示せず）で製造された氷水スラリ
ーは、氷水スラリー搬送用配管６１を通って吹出し口６
２に設けられた開口部６２ａ〜６２ｃから貯氷槽６３へ
供給される。貯氷槽６３からは氷片除去用のフィルタ６
４および製氷用水戻り配管６５を通って、製氷装置へ製
氷用水が戻される。すなわち、氷水スラリーまたは冷水
は、製氷装置、氷水スラリー搬送用配管６１、貯氷槽６
３、製氷用水戻り配管６５および製氷装置を順次循環さ
れる。蓄えられた冷熱は低温の水の形で往路用地冷配管
６６を経て冷熱消費施設へ供給され、利用された後に昇
温した冷水が復路用地冷配管６７を経て冷熱消費施設か
ら貯氷槽へ戻される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】製氷装置から供給され
る氷は球状ではなく、また、氷自体の凝集性により互い
にくっつき易く、開口部６２ａ〜６２ｃから供給された
後貯氷槽６３内で凝集し、柔らかい塊になり易い。貯氷
槽６３内の氷分率が上がってくると開口部６２ａ〜６２
ｃの近傍で、氷が凝集し、かつ、滞留するようになる。
このため、開口部６２ａ〜６２ｃからの吹き出し圧損が
高くなり、最悪の場合には、図６に示すように、氷塊７
１が開口部７２を塞ぎ、氷水スラリーの供給が停止して
しまう。貯槽ＩＰＦが少ない場合には、開口部から吹出
された氷は水面に浮上して分散するが、開口部の上方水
面下にある程度の氷が溜ると、氷が細かいため、後から
浮上した氷は既に水面下に溜った氷に捕捉されて凝集す
る。この結果、図６に示すように、水面下に略逆ピラミ
ット状に氷の凝集が起きる。この結果、貯氷槽６３の内
部が十分な高氷分率（３０％程度）に達する前に氷水ス
ラリーの供給が停止してしまうことがある。

【０００７】また、開口部における単位時間当たりの吹
出流量が大きいほど、噴流の効果により、開口部を塞ご
うとする氷を排除できるため、高い氷分率まで貯氷可能
である。図６は、開口部における単位時間（分）当たり
の吹出流量と貯氷槽６３の貯氷可能な氷分率（貯槽ＩＰ
Ｆという；単位：％）との関係を示す特性図である。こ
の実験では、６００×６００×５００ｍｍの貯氷槽に、
底面から４０ｍｍの位置に鉛直下向きに設置した口径４
０ｍｍの開口部を有する吹出し口より氷水スラリーを供
給した。

【０００８】さらに、一旦、開口部が氷に塞がれ供給が
停止してしまうと、一度開口部を覆ってしまった氷は凝
集性が高く、圧密されており、排除し難いため、供給流
量（圧力）を増大させても供給を再開することは困難で
ある。

【０００９】上述の傾向は程度の差こそあれ、吹出し口
６２の吹出方向（鉛直上向き、鉛直下向き、水平）や開
口部の位置（水面からの距離、壁面からの距離）に関わ
らず存在する。

【００１０】以上のように、貯氷槽に高い氷分率まで貯
氷するためには、開口部からの吹出流量を大きくする必
要がある。しかし、ダイナミック氷蓄熱式地域冷暖房シ
ステムの蓄熱運転モードにおいて、製氷装置側の最適流
量と貯氷槽の開口部側の最適な吹出流量とは異なる場合
が多い。すなわち、従来、製氷装置から貯氷槽へ氷水ス
ラリーを供給する場合には、製氷装置が製造する氷水ス
ラリーの量が、開口部から吹出される氷水スラリーの流
量であるが、製氷装置側の最適氷水スラリー製造量は、
貯氷槽の開口部側の最適な吹出流量に比べて少量である
場合が多い。

【００１１】また、例えば、ダイナミック型氷蓄熱式地
域冷暖房システムで製氷装置から貯氷槽へ氷水スラリー
を供給する際に、ビルの地下の二重スラブを貯氷槽とし
て利用する場合のように貯氷槽が複数からなる場合、各
貯氷槽に製氷機からの吹出し口を設置する必要がある。

【００１２】また、一つの吹出し口から供給可能な貯氷
槽の領域には限度があるため、貯氷槽が大きい場合に
は、貯氷槽が単一または複数のいずれにも関わらず、槽
内全体に貯氷するために複数の吹出し口を設ける必要が
生じる。

【００１３】このように複数の吹出し口を設けた場合、
従来の製氷装置から貯氷槽への氷水スラリーの供給装置
では、製氷装置からの氷水スラリーを、各々の吹出し口
に分配して同時にを吹き出すような構造となっており、
吹出し口の数に応じて個々の吹出し口の開口部からの吹
出流量は小さくなる。従って、貯氷槽に高い氷分率で貯
氷するためには、氷水スラリー搬送ポンプの搬送流量を
吹出し口の数に応じて大きくする必要がある。

【００１４】しかしながら、上述のように、単に製氷装
置で製造した氷水スラリー量をそのまま貯氷槽へ搬送し
ているのでは、製氷装置の流量と吹出し口の開口部にお
ける吹出流量を独立して設定することができない。この
ため、製氷装置の製氷能力が低いと、吹出し口の開口部
における吹出流量が不十分となり、貯氷槽内に高い氷分
率まで貯氷することが難しい。

【００１５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、製氷装置の製氷能力と関係なく、貯氷槽に高い
氷分率で氷水スラリーを貯氷することができる氷水スラ
リー供給装置を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は，氷水スラリー
を製造する製氷装置と、前記氷水スラリーまたは水を貯
溜する貯氷槽と，前記貯氷槽へ前記製氷装置で製氷され
た前記氷水スラリーを搬送する搬送用配管と、前記貯氷
槽に収容された前記氷水スラリーまたは前記水の一部を
前記搬送用配管の途中に供給する循環用配管と、前記循
環用配管の途中に設けられた前記氷水スラリーまたは水
の輸送手段を具備し，さらに，前記輸送用配管の前記循
環用配管が接続された接続部よりも下流側に設けられた
氷水スラリー流量測定手段と，前記循環用配管の途中に
設けられた前記搬送用配管に供給される氷水スラリー流
量を調整する循環流量調整手段とを具備し、前記氷水ス
ラリー流量測定手段で測定された氷水スラリーの流量に
基づいて，前記循環流量調整手段により循環流量を調整
することにより，前記搬送用配管に供給される氷水スラ
リーの流量を任意に調節するようにしたことを特徴とす
る氷水スラリー供給方法。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【作用】本発明の氷水スラリー供給装置は、製氷装置か
ら氷水スラリーを貯氷槽へ供給するための搬送用配管
に、貯氷槽に収容された氷水スラリーまたは水の一部を
戻すための循環用配管が接続されている。これにより、
貯氷槽に収容された氷水スラリーまたは水の一部を、輸
送手段により、貯氷槽、循環用配管、搬送用配管、貯氷
槽の経路で循環させる。これにより、製氷装置から供給
される氷水スラリーに貯氷槽に貯溜された氷水スラリー
または水の一部を加え、貯氷槽へ供給される時点での氷
水スラリーの流量を、製氷装置の製氷能力と関係なし
に、増加させることができる。

【００２０】また、氷水スラリー流量測定手段および循
環流量調整手段を設けた場合には、貯氷槽へ供給される
氷水スラリーの流量を氷水スラリー流量測定手段で測定
して把握しつつ、循環流量調整手段で循環させる氷水ス
ラリーまたは水の量を調整することにより、貯氷槽へ供
給される時点での氷水スラリーの流量を、製氷装置から
の氷水スラリーの供給量とは独立かつ任意に調整する。

【００２１】さらに、制御手段を設けた場合には、氷水
スラリー流量測定手段で測定された氷水スラリーの流量
に基づいて搬送用配管に供給される氷水スラリーの流量
を調節して、貯氷槽へ供給される時点での氷水スラリー
の流量を、製氷装置からの氷水スラリーの供給量とは独
立に任意の設定値に自動的に調整する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、ここに説明する全ての実施例におけるシス
テムの運転状態は、蓄熱運転モ−ドである。

【００２３】図１は、本発明の氷水スラリー供給装置の
第１実施例を示す概略図である。図中１１で示される貯
氷槽の内部には、氷水スラリー１２が吹出される吹出用
配管１３が設けられている。吹出用配管１３の先端部
は、貯氷槽１１の底面に向かって折り曲げられ、その開
口部１３ａは下方方向に向かって開口している。開口部
１３ａは必要に応じて２個以上設けることができる。吹
出用配管１３の他端部には、製氷装置１４から氷水スラ
リー１２を搬送する搬送用配管１５が接続されている。
ここで用いられる製氷装置は、例えば、真空製氷機のよ
うにシャーベット状の氷を製造するものの他、過冷却に
よって氷を生成するものや、大きい氷塊を破砕して細か
いサイズの氷を製造するものである。

【００２４】一方、貯氷槽１１の底面部には、循環用配
管１６が接続されている。循環用配管１６の他端部は、
搬送用配管１５の途中に接続されている。また、循環用
配管１６の途中には、循環ポンプ１７および循環量調節
弁１８が備えられている。このようにして、氷水スラリ
ー１２の循環ループが形成されている。

【００２５】また、貯氷槽１１の下方側面部には、製氷
用水戻り配管１９が接続され、その他端部は、製氷装置
１４に接続されている。さらに、貯氷槽１１の下方側面
部には、冷熱消費施設（図示せず）に氷水スラリーを供
給するための往路用地冷配管２０が接続され、また、貯
氷槽１１の上方側面部には、冷熱消費施設から使用後の
水を戻すための復路用地冷配管２１が接続されている。

【００２６】このような構造からなる貯氷槽１１への氷
水スラリー供給装置１０によれば、製氷装置１４で製造
された氷水スラリー１２は、搬送用配管１５を通って貯
氷槽１１へ搬送され、吹出用配管１３を経て貯氷槽１１
の内部に吹出される。また、貯氷槽１１から製氷用水戻
り配管１９を通って製氷装置１５へ製氷用水が供給され
る。

【００２７】また、貯氷槽１１の内部に収容された氷水
スラリー１２または水２２の一部は、循環ポンプ１７に
より、循環用配管１６を介して搬送用配管１５に戻され
る。すなわち、氷水スラリー１２または水２２が、貯氷槽１１＝＝＞循環用配管１６（循環ポンプ１７、
循環量調節弁１８）＝＝＞搬送用配管１５＝＝＞吹出用配管１３＝＝＞貯氷槽１１の経路で循環する。

【００２８】この際、吹出用配管１３の開口部１３ａか
らの氷水スラリーの吹出流量Ｑは、製氷装置１４から搬
送用配管１５を搬送されてきた氷水スラリーの流量Ｑ₁
と循環用配管１６により搬送用配管１５へ戻される氷水
スラリー１２または水２２の循環流量Ｑ₂ の和となり、
以下の式（１）で表される。

【００２９】Ｑ＝Ｑ₁ ＋Ｑ₂ ・・・・・・（１）従って、循環流量Ｑ₂ を循環量調節弁１８で調節するこ
とによって、高氷分率で貯氷するのに必要な氷水スラリ
ーの吹出流量Ｑを製氷装置１４からの氷水スラリーの流
量Ｑ₁ と独立して任意に得ることができる。すなわち、
製氷装置１４からの氷水スラリーの流量Ｑ₁ が少ない場
合には、循環流量Ｑ₂ を増加させて、高氷分率での貯氷
を可能にするのに必要な氷水スラリーの吹出流量Ｑを維
持することができる。

【００３０】また、製氷装置１４の製氷能力に応じて最
適な流量Ｑ₁ を設定できると同時に、貯氷槽１１への氷
水スラリーの吹出流量Ｑを独立して設定することができ
るので、製氷装置１４および貯氷槽１１のそれぞれの最
適運転が可能である。

【００３１】さらに、高い氷分率で貯氷可能な吹出流量
を確保しようとする場合でも、製氷装置から貯氷槽への
氷水スラリー搬送用ポンブ（図示せず）の流量を低く抑
えることができ、また、循環ポンプ１７は、貯氷槽１１
近傍のごく短い距離（圧力損失が小さい）を流動させる
だけで済むため、全体としてのランニンングコストの低
減が図られる。

【００３２】図２は、複数の貯氷槽に氷水スラリーを供
給する本発明の貯氷槽への氷水スラリー供給装置の第２
実施例を示す概略図である。図中３１は、ｎ個の貯氷槽
３１ａ〜３１ｎが一列に連設されてなる貯氷槽群であ
る。各々の貯氷槽３１ａ〜３１ｎの間は、仕切り壁３２
で仕切られ、仕切り壁３２には、連通管３３が設けら
れ、隣合う貯氷槽どうしを接続している。貯氷槽３１ａ
〜３１ｎを貫くようにして氷水スラリー吹出配管３４が
設置されている。貯氷槽３１ａ〜３１ｎのぞれぞれにお
いて、氷水スラリー吹出配管３４から下方方向に向かっ
て開口する開口部３５が設けられている。開口部３５
は、必要に応じて各貯氷槽３１ａ〜３１ｎに２個以上設
けることもできる。氷水スラリー吹出配管３４の他端部
には、製氷装置３６から氷水スラリーを搬送する氷水ス
ラリー搬送用配管３７が接続されている。

【００３３】一方、吹出用配管３４の最も下流側の貯氷
槽３１ｎの底面部には、循環用配管３８が接続されてい
る。循環用配管３８の他端部は、氷水スラリー搬送用配
管３７の途中に接続されている。また、循環用配管３８
の途中には、循環ポンプ３９および循環量調節弁４０が
備えられている。このようにして、氷水スラリーの循環
ループが形成されている。

【００３４】また、貯氷槽３１ｎの下方側面部には、製
氷用水戻り配管４１が接続され、その他端部は、製氷装
置３６に接続されている。さらに、吹出用配管３４の最
も上流側の貯氷槽３１ａの下方側面部には、冷熱消費施
設（図示せず）に氷水スラリーを供給するための往路用
地冷配管４２が接続され、また、吹出用配管３４の最も
下流側の貯氷槽３１ｎの上方側面部には、冷熱消費施設
から使用後の水を戻すための復路用地冷配管４３が接続
されている。このような構造からなる氷水スラリー供
給装置３０では、同時に複数の貯氷槽へ複数の吹出し口
３５から氷水スラリー４４が供給されることになり、各
々の吹出し口３５からの吹出流量は、単一槽への供給の
場合に比べて小さくなる。

【００３５】上述の複数の貯氷槽３１ａ〜３１ｎに氷水
スラリーを供給する場合の氷水スラリー供給装置３０
も、第１実施例の場合と同様に、吹出用配管３４の最も
下流側の貯氷槽３１ｎの内部に収容された氷水スラリー
または水の一部を、循環用配管３８を介して氷水スラリ
ー搬送用配管３７に戻して循環させる。循環用配管３８
からの氷水スラリーまたは水の循環流量Ｑ₂ を、循環量
調節弁４０で調節することによって、高氷分率で貯氷す
るのに必要な氷水スラリーの吹出流量Ｑを製氷装置４６
からの氷水スラリーの流量Ｑ₁ と独立して任意に得るこ
とができる。

【００３６】図３は、本発明の氷水スラリー供給装置の
第３実施例を示す概略図である。本実施例では、第１実
施例と同様の構成からなる氷水スラリー供給装置５０に
おいて、貯氷槽１１の下方側面部に接続された製氷用水
戻り配管５１の途中に、循環用配管５２を接続して、製
氷装置１４から氷水スラリーを貯氷槽１１へ搬送する氷
水スラリー搬送用配管１５に連結している。循環用配管
５２の途中には、循環ポンプ５３および循環量調節弁５
４が配置されている。

【００３７】このような構成からなる氷水スラリー供給
装置５０によれば、貯氷槽１１から製氷装置１４に戻さ
れる製氷用の水の一部が、循環用ポンプ５３により循環
用配管５２を介して氷水スラリー搬送用配管１５に戻し
て循環される。すなわち、貯氷槽１１に収容された水
は、貯氷槽１１＝＝＞製氷用水戻り配管５１＝＝＞循環用配管５２（循環ポンプ５３、循環量調節
弁５４）＝＝＞氷水スラリー搬送用配管１５＝＝＞貯氷槽１１という経路で循環する。

【００３８】この場合にも、第１実施例と同様に、循環
用配管５２を通る水の循環流量Ｑ₂を調節することによ
って、高氷分率で貯氷するに必要な吹出流量Ｑを、製氷
装置１４からの氷水スラリーの流量Ｑ₁ とは独立して、
任意に得ることができる。

【００３９】図４は、本発明の氷水スラリー供給装置の
第４実施例を示す概略図である。本実施例では、第１実
施例と同様の構成からなる氷水スラリー供給装置８０に
おいて、搬送用配管１５の循環用配管１６との接続部よ
りも下流側に流量測定装置８１を設置し、さらに、流量
測定装置８１からの測定信号を受け取り、かつ、循環ポ
ンプ１７へ制御信号を出力する流量制御装置８２を設置
した。流量制御装置８２は、流量測定装置８１の測定値
に基づいて循環ポンプ１７を制御し、循環用配管１６の
内部を流れる氷水スラリーの流量を変更して、吹出用配
管１３から貯氷槽１１へ供給される氷水スラリーの流量
が設定値になるように調整する。このような構成からな
る氷水スラリー供給装置８０によれば、吹出用配管１３
の開口部１３ａからの氷水スラリーの吹出流量が常に自
動的に任意の設定地に調節することができる。なお、流
量制御装置８２は、循環ポンプ１７に変えて循環量調節
弁１８を制御するようにしても良い。

【００４０】

【発明の効果】本発明の貯氷槽への氷水スラリー供給装
置によれば、氷水スラリー搬送用配管の途中に貯氷槽に
収容された氷水スラリーまたは水の一部を戻す循環ル−
プを形成したため、循環させる氷水スラリーまたは水の
流量を調節することにより、貯氷槽内への氷水スラリー
の吹出流量を、製氷装置から供給される氷水スラリーの
流量に関係なく、独立かつ任意に調節できる。このた
め、容易に貯氷槽内への氷水スラリーの吹出流量を最適
に設定し、高い氷分率まで貯氷槽全体に氷水スラリーを
供給することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の氷水スラリー供給装置の第１実施例を
示す概略図。

【図２】本発明の氷水スラリー供給装置の第２実施例を
示す概略図。

【図３】本発明の氷水スラリー供給装置の第３実施例を
示す概略図。

【図４】本発明の氷水スラリー供給装置の第４実施例を
示す概略図。

【図５】従来の氷水スラリー供給装置を示す概略図。

【図６】従来の氷水スラリー供給装置を示す概略図。

【図７】氷水スラリーの吹出流量と貯氷槽への貯氷可能
氷分率との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１０…氷水スラリー供給装置、１１…貯氷槽、１２…氷
水スラリー、１３…吹出用配管、１４…製氷装置、１５
…搬送用配管、１６…循環用配管、１７…循環ポンプ、
１８…循環量調節弁、１９…製氷用水戻り配管、２０…
往路用地冷配管、２１…復路用地冷配管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−306434（ＪＰ，Ａ) 特開平４−227447（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24F 5/00 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】氷水スラリーを製造する製氷装置と、前
記氷水スラリーまたは水を貯溜する貯氷槽と，前記貯氷
槽へ前記製氷装置で製氷された前記氷水スラリーを搬送
する搬送用配管と、前記貯氷槽に収容された前記氷水ス
ラリーまたは前記水の一部を前記搬送用配管の途中に供
給する循環用配管と、前記循環用配管の途中に設けられ
た前記氷水スラリーまたは水の輸送手段を具備し，さらに，前記輸送用配管の前記循環用配管が接続された
接続部よりも下流側に設けられた氷水スラリー流量測定
手段と，前記循環用配管の途中に設けられた前記搬送用
配管に供給される氷水スラリー流量を調整する循環流量
調整手段とを具備し、前記氷水スラリー流量測定手段で測定された氷水スラリ
ーの流量に基づいて，前記循環流量調整手段により循環
流量を調整することにより，前記搬送用配管に供給され
る氷水スラリーの流量を任意に調節するようにしたこと
を特徴とする氷水スラリー供給方法。