JP3300714B2 - 蓄熱システムの運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱システムに係り、
特に氷蓄熱システムの運転方法、さらには氷蓄熱、冷水
蓄熱および温水蓄熱の選択的運転が可能な蓄熱システム
の運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建物内に配設したファンコイルユニット
や水熱源ヒートポンプユニットの水側熱交換器に冷温水
を循環させて冷暖房を行う際に、冷房時の冷熱を蓄熱槽
内において氷の形態で蓄える、いわゆる氷蓄熱方式を用
いた蓄熱システムが提案されている。かかるシステムに
よれば、例えば夜間電力で冷凍機を駆動して製氷し、氷
の状態で多量の冷熱を蓄熱槽で蓄えた上、冷房運転時に
その氷の冷熱を冷水として取り出して二次側熱交換器
（負荷側熱交換器）に循環するものであり、水の固液相
変態時の潜熱を利用するので小規模装置でも大量の冷熱
を蓄えることができることから近年特に注目されてい
る。

【０００３】ところで、このような氷蓄熱システムにお
いて蓄熱槽内に蓄えられる氷には、生成、使用する氷の
性状の種類により、氷塊状のものとシャーベット状のも
のがあるが、後者の方がＩＰＦ（氷充填率）を大きくで
き、蓄熱効率を向上させることができるので有利であ
る。

【０００４】かかる柔らかいシャーベット状の氷を生成
するにあたっては、従来より、例えば特開昭６３−２１
７１７１号公報、特開昭６３−２３１１５７号公報、特
開平１−１１４６８２号公報、特開平３−１７７６９４
号公報などにおいて、水の過冷却現象を利用して連続的
に氷・水スラリーを生成する方法並びに装置などが提案
されている。

【０００５】例えば、特開平３−１７７６９４号公報に
は、複数の槽に氷を蓄氷する方法として、縦パイプ（解
除パイプ）内で過冷却を解除し、生成したスラリー状の
水と氷を、解除パイプと水槽との水位差を利用して配管
で移送し、蓄熱槽の槽底部から水中に供給する方法が提
案されている。

【０００６】しかしながら、上記のように氷供給位置を
槽底部とする場合には、蓄氷量の増加に伴い氷槽の水の
通過抵抗が増し、解除パイプの水位が上昇する。そのた
め、最大蓄氷量は、その設備に設置しうる解除パイプの
高さにより決定されてしまうため問題があった。

【０００７】また、蓄えた氷を解氷し冷水を供給する放
熱運転の際には、槽内の氷を均一に融解し、効率よく低
温の冷水を取水するため、従来より、水槽上部に設置さ
れた散水ノズルにて、冷水還り水を氷の上に散布してい
る。かかる放熱運転は、取水温度が二次側への供給温度
となった時点で終了するが、ノズル散布により槽内は混
合されているため、終了時の槽内水温は、終了時の取水
温度に近いため、従来のシステムでは、その槽内温度と
散水温度間の顕熱熱量を利用することはできなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、解除パイプの高さにより蓄氷量の制限を受ける
ことのない、あるいは解除パイプの水位の上昇を最小限
に抑えることが可能であり、したがって蓄熱槽のＩＰＦ
の高い新規かつ改良された蓄熱システムの運転方法を提
供することである。

【０００９】本発明の別の目的は、従来、解氷放熱時に
利用することが不可能であった、解氷終了後の顕熱分も
利用することが可能な蓄熱効率の高い新規かつ改良され
た蓄熱システムの運転方法を提供することである。

【００１０】本発明のさらに別の目的は、必要に応じて
選択的に氷蓄熱運転、冷水蓄熱運転および温水蓄熱運転
を実施することが可能な新規かつ改良された蓄熱システ
ムの運転方法を提供することである。

【００１１】

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点によれば 、空調用熱源水を蓄え
る蓄熱槽から熱源水を取水し、その取水された熱源水を
前記蓄熱槽の槽外に設置された過冷却器に送り過冷却水
に変換し、その過冷却水を過冷却解除手段によって氷・
水スラリーに変換し、その氷・水スラリーを前記蓄熱槽
内に蓄える氷蓄熱システムにおいて、前記蓄熱槽の底部
から立ち上がるように配管された移送配管系により、前
記過冷却解除手段において形成された氷・水スラリーを
前記蓄熱槽の水面近傍の水中空間に移送し、供給するこ
とを特徴とする、蓄熱システムの運転方法が提供され
る。

【００１３】また本発明の別の観点によれば、空調用熱
源水を蓄える蓄熱槽から熱源水を取水し、その取水され
た熱源水を前記蓄熱槽の槽外に設置された過冷却器に送
り過冷却水に変換し、その過冷却水を過冷却解除手段に
よって氷・水スラリーに変換し、その氷・水スラリーを
前記蓄熱槽内に蓄える氷蓄熱システムにおいて、解氷時
に、まず負荷側からの戻り水を蓄熱槽内の氷の上に散水
することにより解氷するとともに、蓄熱槽の底部から冷
水を取水し負荷側に送り、前記蓄熱槽から取水される冷
水温度が所定値に到達した時点で、前記負荷側から送ら
れた戻り水の経路を切り換えて、移送配管系により前記
蓄熱槽の水面近傍の水中空間に移送し、供給するととも
に、蓄熱槽の底部から冷水を取水し負荷側に送ることを
特徴とする、蓄熱システムの運転方法が提供される。そ
の場合に、前記移送配管系が分流器手段を備え、この分
流器手段により、前記負荷側からの戻り水が、前記蓄熱
槽の水面近傍の水中空間から、温度成層を形成するよう
に水中に供給されるように構成することが好ましい。

【００１４】また、前記移送配管系に関しては、前記蓄
熱槽の上部から底部に向けて立ち下がるように配管され
た管路を介して、前記蓄熱槽の水面近傍の水中空間に開
口するように構成することが可能である。

【００１５】さらにまた本発明の別の観点によれば、空
調用熱源水を蓄える蓄熱槽と、前記蓄熱槽の底部におい
て開口を有する第１の配管系と、前記蓄熱槽の水面近傍
の水中空間において開口を有する第２の配管系と、前記
蓄熱槽の水面上部の空間において開口を有する第３の配
管系と、前記蓄熱槽の槽外に設置されて前記蓄熱槽から
取水された水を過冷却水に変換する過冷却器手段と、前
記蓄熱槽の槽外に設置されて前記過冷却器手段により変
換された過冷却水を氷・水スラリーに変換する過冷却解
除手段と、前記蓄熱槽の槽外に設置されて熱源水の熱交
換を行う熱交換器手段とを備え、前記第１の配管系は１
または２以上の第１の弁手段および１または２以上の第
１のポンプ手段を介して負荷側、前記過冷却器手段また
は前記熱交換器手段のいずれかに選択的に連通され、前
記第２の配管系は１または２以上の第２の弁手段および
１または２以上の第２のポンプ手段を介して前記負荷
側、前記過冷却解除手段または前記熱交換器手段のいず
れかに選択的に連通され、前記第３の配管系は１または
２以上の第３の弁手段を介して負荷側に連通されて成る
熱交換器システムにおいて、上記弁手段の切り換えによ
り氷蓄熱モードまたは水蓄熱モードを選択的に稼動でき
ることを特徴とする、蓄熱システムの運転方法が提供さ
れる。さらに前記氷蓄熱モードにおいて解氷を行う場合
に、前記蓄熱槽から前記第１の配管系を介して前記第１
のポンプ手段により取水される冷水温度が所定値に到達
した時点で、前記負荷側から送られた戻り水を前記第２
の配管系に送り、前記第２の配管系から前記戻り水を前
記蓄熱槽の水面近傍の水中空間より水中に供給すること
により冷水供給を実施するように前記第１および第２の
弁手段を切り換えるように構成することも可能である。

【００１６】さらにまた前記水蓄熱モードにおいて温水
蓄熱および温水供給を行うことも可能であり、その場合
において、前記温水蓄熱を実施する場合には、前記蓄熱
槽から前記第１の配管系を介して前記第１のポンプ手段
により取水された水を前記熱交換器に送り、前記熱交換
器において昇温された温水を前記第２の配管系を介して
前記蓄熱槽の水面近傍の水中空間より水中に供給するこ
とにより温水蓄熱を実施するように前記第１および第２
の弁手段を切り換え、前記温水供給を行う場合には、前
記蓄熱槽から前記第２の配管系を介して前記第２のポン
プ手段により取水された温水を前記負荷側に送り、前記
負荷側からの戻り水を前記第１の配管系を介して前記蓄
熱槽の底部から水中に供給するように前記第１および第
２の弁手段を切り換えるように構成することが可能であ
る。

【００１７】また、前記第２の配管系に分流器手段を設
け、この分流器手段により、前記負荷側からの前記戻り
水または前記冷却水解除手段からの前記氷・水スラリー
が、前記蓄熱槽の水面近傍の水中空間から、温度成層を
形成するように水中に供給されるように構成することが
好ましい。あるいは、前記第２の配管系に関しては、前
記蓄熱槽の上部から底部に向けて立ち下がるように配管
された管路を介して、前記蓄熱槽の水面近傍の水中空間
に開口するように構成することが可能である。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【作用】請求項１ の発明によれば、氷・水スラリーが蓄
熱槽の水面近傍の水中空間より水中に供給され、槽底部
より取水されるので、蓄氷量が増加した場合であって
も、氷移送配管側に氷層圧損増加の影響が及ばないた
め、解氷パイプ水位の上昇を少なくすることが可能であ
る。

【００２１】請求項２の発明によれば、放熱運転におい
て、まず散水ノズルより負荷側からの戻り水を散水し氷
を融解し、蓄熱槽から供給される冷水温度が上限値に到
達した時点で、冷水の戻り水の経路を移送管系側に切り
換えることが可能である。その結果、冷水の戻り水は蓄
熱槽の水面近傍の水中空間より水中に供給されるので、
蓄熱槽の底部から冷水を取水することにより、従来、解
氷放熱時に利用できなかった解氷終了後の顕熱分も利用
することできる。

【００２２】請求項３によれば、負荷側からの戻り水が
分流器より低速で蓄熱槽内に供給され、温度成層を形成
するので、蓄熱槽の底部から効率よく顕熱熱量を回収す
ることができる。

【００２３】請求項４の発明によれば、槽底から氷供給
管を立ち上げるのが困難なような水深の深い水槽を用い
る場合であっても、移送管を蓄熱槽の上部に配管し、そ
こから氷供給管を立ち下げることにより、容易に移送管
の配管を行うことができる。また、その分だけ蓄熱槽の
槽容量を大きくできる。

【００２４】請求項５の発明によれば、弁手段を単に切
り換えるだけで、冷房負荷の少ない中間期や冬期に、蓄
氷槽を水蓄熱槽として運用することができ、蓄熱システ
ムの有効活用を図れる。また、解氷運転において、まず
散水ノズルより負荷側からの戻り水を散水し氷を融解
し、蓄熱槽から供給される冷水温度が上限値に到達した
時点で、冷水の戻り水の経路を移送管系側に切り換える
ことが可能である。その結果、冷水の戻り水は蓄熱槽の
水面近傍の水中空間より水中に供給されるので、蓄熱槽
の底部から冷水を取水することにより、従来、解氷放熱
時に利用できなかった解氷終了後の顕熱分も利用するこ
とできる。弁手段を単に切り換えるだけで、氷蓄熱また
は冷水蓄熱を行う蓄熱槽を用いて温水蓄熱を実施するこ
とができるので、蓄熱システムのさらなる有効活用を図
ることができる。また、負荷側からの戻り水または冷却
期水解除手段からの氷水スラリーが分流器より低速で蓄
熱槽内に供給され、温度成層を形成するので、蓄熱槽の
底部から効率よく顕熱熱量を回収することができる。ま
た、槽底から氷供給管を立ち上げるのが困難なような水
深の深い水槽を用いる場合であっても、移送管を蓄熱槽
の上部に配管し、そこから氷供給管を立ち下げることに
より、容易に移送管の配管を行うことができる。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【実施例】次に添付図面を参照しながら、本発明に基づ
く蓄熱システムの運転方法の好適な実施例について説明
する。なお、各図において同じ機能を有する構成部材に
ついては同一符号を付することにより、重複説明を回避
することにする。

【００３０】図１は、本発明に基づく第１の方法を実施
するための蓄熱システムの概略図である。１は氷・水ス
ラリーを蓄えるための蓄熱槽、２は蓄熱槽の槽外に設置
された過冷却器、３は過冷却水を相変化させるための過
冷却解除パイプである。

【００３１】蓄熱槽１の底部に複数の開口を有する取水
管４から取水された水は、水循環ポンプ５および予熱器
６を介して、過冷却器２に送られる。過冷却器２に送ら
れた水は過冷却器出口で−２℃程度の過冷却域にまで冷
却され、放出される。放出された過冷却水は過冷却解除
パイプ３により、過冷却状態を解除され、シャーベット
状の氷・水スラリーが生成される。生成した氷・水スラ
リーは、過冷却解除パイプ３と蓄熱槽１との水位差によ
り、配管を介して蓄熱槽１に移送供給される。

【００３２】蓄熱槽１の底部には、槽取水部での微細な
氷が循環水中へ混入するのを極力少なくするため、氷核
分離メッシュ７が設置される。また、取水を槽底部から
低速で行うことによっても、循環水中への氷の混入を減
少させることができる。なお、予熱器６は循環冷水中に
混入した氷を融解し、過冷却水の安定生成を維持するた
めのものである。

【００３３】解除パイプ３から蓄熱槽１へ氷・水スラリ
ーを移送し供給するために、従来は、水中底部噴き出し
方式が一般的に採用されていた。この方式によれば、生
成した氷・水スラリーが蓄熱槽１の下方から供給される
ので、槽内水面上の空間は多くを必要とせず、蓄氷槽容
積を有効に活用することができる。しかしながら、蓄氷
がすすみ、噴き出し口が氷塊で覆われてくると、移送管
の移送ヘッドが増加して、最終的に氷・水スラリーが供
給できなくなるので、たかだか２５％程度のＩＰＦを確
保できるに過ぎなかった。

【００３４】これに対して、本発明に基づく第１の方法
によれば、蓄熱槽の水上に配置された配管８により、生
成した氷・水スラリーが水上から蓄熱槽に供給される。
このように移送管８は蓄熱槽と空間的に独立して配置さ
れているので、氷・水スラリーの移送を常に安定して行
うことが可能であり、蓄氷量が解除パイプ３の高さによ
り制限されることはない。そのため、ＩＰＦを従来の方
法に比較して高く設定することが可能である。

【００３５】なお本発明方法による蓄氷の限界は、水中
の氷が圧密されたのち、水上に盛り上がった氷が供給口
を覆う時点である。よって、水面上部には、氷移送配管
と氷の盛り上がる空間高さが必要であり、水槽容積の蓄
熱有効利用率を考えれば、槽高さの大きな槽に適する方
式である。

【００３６】また、上記移送管８を蓄熱槽１の槽外に付
設することが可能であれば、槽容積の利用率をさらに高
めることができる。

【００３７】次に図２を参照しながら、本発明に基づく
第２の方法について説明する。図２の蓄熱システムは基
本的には図１の蓄熱システムと同様の構成を有してい
る。ただし、この蓄熱システムの場合には、移送管９が
蓄熱槽１の底部から立ち上がるように配管され、氷・水
スラリーの噴き出し口１０が水面近傍の水中に開口する
ように構成されている。

【００３８】この第２の方法によれば、水は槽底部より
取水されて、氷・水スラリーは水面近傍の水中において
蓄熱槽内に供給される。そのため、蓄氷量が増加して
も、氷移送管側に氷層圧損増加の影響が及ばないため、
解除パイプの水位の上昇を少なくおさえることができ
る。このように、本方法によれば、移送管の移送ヘッド
はＩＰＦが増加してもあまり増加しないので、結果的に
ＩＰＦを高く設定することができる。また、水上には配
管スペースが不要なので、氷が盛り上がるスペースだけ
を確保すればよく、省スペースのシステムを提供でき
る。

【００３９】さらに、氷・水スラリーの噴き出し口１０
に後述するような分流器（ディストリビュータ）１１を
設けることも可能である。

【００４０】図３には、氷供給口にディストリビュータ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設置した例が示されている。
図１および図２の実施例では、単一槽で過冷却器を水槽
上部に設置した構成を示したが、図３に示す蓄熱システ
ムは、複数の蓄熱槽１ａ、１ｂ、１ｃから構成されてい
る。かかる複数槽蓄熱システムにあっても、各水槽をそ
れぞれ単一の水槽と想定して、解除パイプ移送方式で各
水槽に均等に氷・水スラリーを供給し、各々の水槽から
取水管４ａ、４ｂ、４ｃを介して取水することが可能な
ので、基本的な動作は上記実施例と変わらない。なお、
氷核分離用メッシュ７ａ、７ｂ、７ｃは各水槽に設置さ
れる。

【００４１】この実施例では、取水管４ａ、４ｂ、４ｃ
により取水された水を、第１のバルブ１２および第１の
循環ポンプ１３を介して過冷却器２に送ることが可能で
あるとともに、第２のバルブ１４および第２の循環ポン
プ１５を介して二次負荷側に送ることが可能である。ま
た、移送管９ａ、９ｂ、９ｃは第３のバルブ１６を介し
て過冷却解除パイプ３に連通しているとともに、第４の
バルブ１７を介して負荷側に連通している。

【００４２】蓄氷時には、第２のバルブ１４を閉止し第
１のバルブ１２を開放することにより、各蓄熱槽１ａ、
１ｂ、１ｃから取水管４ａ、４ｂ、４ｃを介して循環水
を過冷却器２に送り、過冷却水を生成し、その過冷却水
を過冷却解除パイプ３により氷・水スラリーに変換す
る。蓄氷時には、第３のバルブが開放され第４のバルブ
は閉止しているので、生成した氷・スラリーは移送管９
ａ、９ｂ、９ｃを介して、蓄熱槽の水面近傍の水中にお
いて槽内に供給される。

【００４３】解氷時には、本実施例の如く配管を施し、
氷供給口にディストリビュータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ
を設置することにより、従来解氷放熱時に利用できなか
った解氷終了後の顕熱分も利用することができる。次
に、かかる顕熱利用動作について説明する。

【００４４】まず通常の解氷（放熱）運転時には、第３
および第４のバルブ１６、１７が閉止することにより、
負荷側からの戻り水が図示しない散水ノズルより氷の上
に散布され、氷を融解する。氷の融解により得られた冷
水は、取水管４ａ、４ｂ、４ｃから取水されて、第１の
バルブ１２が閉止され第２のバルブ１４が開放されてい
るので、負荷側に送られる。

【００４５】解氷がすすみ、蓄熱槽から供給される冷水
温度が上限値に到達すると、散水ノズルに連通する図示
しないバルブが閉止されるとともに第４のバルブ１７が
開放され、負荷側からの戻り水の経路が氷移送配管９
ａ、９ｂ、９ｃに切り換えられる。そのため、冷水戻り
水は、氷移送配管９ａ、９ｂ、９ｃを経由してディスト
リビュータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃより温度成層を形成
するように低速で槽内に供給される。この結果、従来は
利用することができなかった槽内温度と戻り水温度の間
の顕熱を利用して冷水を得ることができる。

【００４６】なお、取水は、ディストリビュータ１１
ａ、１１ｂ、１１ｃにより形成される温度成層を乱すこ
とないように、極低速で行うことができる。なお、特願
平４−３１０２３６号公報に開示されているように、か
かる極低速での取水は、氷核分離のためにも有効である
ので、極低速での取水運転が蓄熱システムの効率を高め
るために好ましい。

【００４７】次に図４を参照しながら、氷蓄熱と同時に
水蓄熱を実施することが可能な蓄熱システムの実施例に
ついて説明する。

【００４８】この蓄熱システムは、５槽の蓄熱槽１ａ、
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅから構成され、それぞれの槽に
取水管４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、氷核分離メッシ
ュ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、移送管９ａ、９ｂ、
９ｃ、９ｄ、９ｅおよびディストリビュータ１１ａ、１
１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、散水管２０ａ、２０
ｂ、２０ｃ、２０ｅが設置されている。また蓄熱槽の槽
外には過冷却器２０、過冷却解除パイプ３およびヒート
ポンプなどの熱交換器２１が設置されている。

【００４９】取水管４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ，４ｅは、
前述の実施例と同様に、第１のバルブ２２および製氷循
環ポンプ２３を介して過冷却器２０に連通しているとと
もに、第２のバルブ２４を介して温水還管２５に連通
し、第３のバルブ２６および冷水供給ポンプ２７を介し
て冷水供給管２８に連通し、第４のバルブ２９および温
水蓄熱ポンプ３０を介して温水蓄熱往管３１に連通し、
さらに第５のバルブ３２を介して冷水蓄熱還管３３に連
通している。

【００５０】また、移送管９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９
ｅは、前述の実施例と同様に、第６のバルブ３６を介し
て過冷却解除パイプ３に連通しているとともに、第７の
バルブ３７および温水供給ポンプ３８を介して温水供給
管３９に連通し、第８のバルブ４０を介して冷水還管４
１に連通し、第９のバルブ４２を介して温水蓄熱還管４
３に連通し、第１０のバルブ４４および冷水蓄熱ポンプ
４５を介して冷水蓄熱往管４６に連通している。さら
に、冷水還管は第８のバルブ４０の上流側で分岐して第
１１のバルブ９７を介して散水管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄ、２０ｅに連通している。

【００５１】上記のように構成された図４に示す蓄熱シ
ステムは、バルブおよびポンプを適宜切り換えることに
より、表１に示すような運用モードで蓄氷槽、冷水槽、
温水槽としてそれぞれ運転することが可能である。

【００５２】

【表１】

【００５３】１．蓄氷運転 蓄氷時には、第２〜第５のバルブ２４、２６、２９を閉
止するとともに第１のバルブ２２を開放し、各蓄熱槽１
ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅから取水管４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄ、４ｅにより取水された水を過冷却器２に送り
過冷却水に変換し、その過冷却水を過冷却解除パイプ３
に放出し氷・水スラリーを生成する。生成した氷・水ス
ラリーは、第７〜第１１のバルブ３７、４０、４２、４
４、４７が閉止され第６のバルブ３６が開放されている
ので、移送配管９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅに移送さ
れ、ディストリビュータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｅから蓄熱槽の水面近傍の水中空間から槽内に供給され
る。供給された氷・水スラリーは、水中にて氷と水とに
分離され、氷部分は圧密され、蓄熱槽の水中上部に氷層
が形成される。

【００５４】２．解氷運転 解氷時には、第１、第２のバルブ２２、２４および第
４、第５のバルブ２９、３２が閉止され第３のバルブ２
６が開放されて、蓄熱槽の底部から取水管４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄ、４ｅにより取水された冷水が冷水蓄熱ポン
プ２７により負荷側に供給される。負荷側にて昇温され
た戻り水は、まず最初には、第６〜第１０のバルブ３
６、３７、４０、４２、４４を閉止し第１１のバルブ４
７を開放することにより、散水管２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄ、２０ｅに送られ、蓄熱槽の上部に蓄氷され
た氷の上に散水され、氷が融解される。

【００５５】しかし、解氷運転が進展し、蓄熱槽から供
給される冷水温度が上限値に達した時点で、第１１のバ
ルブ４７を閉止するとともに第８のバルブ４０を開放し
て負荷側からの戻り水を移送管側に切り換え、各移送管
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅを介して各ディストリビ
ュータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅから水
面近傍の水中から、温度成層をなすように低速で槽内に
給水する。その結果、従来利用することができなかった
解氷終了後の槽内の顕熱熱量を得ることが可能となり、
蓄熱システムの有効利用を図ることができる。

【００５６】さらに、図４の蓄熱システムによれば、冷
房負荷の少ない中間期や冬期に、蓄氷槽を水蓄熱槽、す
なわち冷水蓄熱システムまたは温水蓄熱システムとして
運用することもできる。

【００５７】なお、水蓄熱運転時の流量は、下の計算例
に示すように、氷蓄熱放熱時に比較して少ないので温度
成層がより形成し易い。 計算条件 槽容積：Ｖ（ｔｏｎ） 氷蓄熱時 （放熱運転） 蓄氷率（ＩＰＦ）３０％ 放熱運転時間 ３ｈｒ 冷水還り温度 １４℃ 供給冷水温度 ７℃ 水蓄熱時 （冷水槽として運用、放熱運転の場合） 蓄熱温度 ７℃ 冷水還り温度 １４℃ 放熱時間 ８ｈｒ 循環水量 氷蓄熱時＝Ｖ（０．３×８０＋１４）／
（３×７）＝１．８ Ｖ（ｔｏｎ／ｈｒ） 水蓄熱時＝Ｖ×７／（８×７）＝０．１３ Ｖ（ｔｏｎ
／ｈｒ）

【００５８】３．冷水蓄熱時 冷水蓄熱時には、第６〜第９のバルブ３６、３７、４
０、４２および第１１のバルブ４７を閉止して第１０の
バルブ４４を開放し、冷水蓄熱ポンプ４５により、移送
管９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅのディストリビュータ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅから取水され
た水をヒートポンプ２１に送り、冷却する。冷却された
冷水は、第１〜第４のバルブ２２、２４、２９、３２を
閉止して第５のバルブ３２を開放することにより、蓄熱
槽底部から取水管４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを冷水
供給管として利用して蓄熱槽内に供給する。

【００５９】このように冷水蓄熱時には、水槽の上部に
おいて開口する移送管を冷水取水管として利用し、水槽
底部に開口する取水管を冷水供給管として利用すること
により、効率的な冷水蓄熱システムを提供することがで
きる。

【００６０】４．冷水供給時 冷水供給時には、第１、第２のバルブ２２、２４および
第４、第５のバルブ２９、３２が閉止され第３のバルブ
２６が開放されて、蓄熱槽の底部から取水管４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅにより取水された冷水が冷水供給
ポンプ２７により負荷側に供給される。負荷側にて昇温
された戻り水は、第６、第７のバルブ３６、３７および
第９〜第１１のバルブ４２、４４、４５を閉止して第８
のバルブ４７を開放することにより、移送管９ａ、９
ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅのディストリビュータ１１ａ、１
１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅから蓄熱槽の水面近傍か
ら水中に温度成層をなすように供給される。

【００６１】５．温水蓄熱時 温水蓄熱時には、第１〜第３のバルブ２２、２４、２６
および第５のバルブ３２が閉止されるとともに第４のバ
ルブ２４が開放されて、蓄熱槽の底部から取水管４ａ、
４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅにより取水された水が温水蓄熱
ポンプ３０によりヒートポンプ２１に送られる。ヒート
ポンプ２２により昇温された温水は、第６〜第８のバル
ブ３６、３７、４０および第１０、第１１のバルブ４
４、４７を閉止して第９のバルブ４２を開放することに
より、移送管９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅのディスト
リビュータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅか
ら蓄熱槽の水面近傍から水中に供給される。

【００６２】６．温水供給時 温水供給時には、冷水供給時と同様に、第１、第２のバ
ルブ２２、２４および第４、第５のバルブ２９、３２が
閉止され第３のバルブ２６が開放されて、蓄熱槽の底部
から取水管４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅにより取水さ
れた冷水が冷水供給ポンプ２７により負荷側に供給され
る。負荷側にて昇温された戻り水は、第６、第７のバル
ブ３６、３７および第９〜第１１のバルブ４２、４４、
４５を閉止して第８のバルブ４７を開放することによ
り、移送管９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅのディストリ
ビュータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅから
蓄熱槽の水面近傍から水中に温度成層をなすように供給
される。

【００６３】図示の実施例では、冷水供給と温水供給を
同じ供給系を用いて実施しているが、さらに配管を施
し、温水供給の場合には蓄熱槽の上部から移送管９ａ、
９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅのディストリビュータ１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを介して温水を取水す
るような構成とすることもできる。

【００６４】以上説明したような構成を採用することに
より、単に蓄氷運転を実施するだけでなく、冷房負荷の
少ない中間期や冬期に、蓄氷槽を冷水槽または温水槽と
して利用することも可能となるので、蓄熱システムの有
効利用を図ることができる。

【００６５】なお上記の例では、いずれも移送管を蓄熱
槽の底部から水面に向けて立ち上げる構成を採用してる
が、例えば、水深の深い水槽では、蓄熱槽の底部から移
送管を立ち上げるのは困難なので、図５に示すように、
移送管４８を蓄熱槽内上部に設置し、そこから供給管４
９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅを立ち下げるよ
うな構成をとることも可能である。

【００６６】最後に図６〜図８を参照しながら、本発明
に適用可能なディストリビュータ５０の構造について説
明する。

【００６７】氷供給管５１の先端に、その開口部５２の
管径に一致する孔５３が開けられたドーナツ状円板５４
と、その上部に棒状支持部材５５を介して適当な間隔を
もって同外形の円板５６を水平平行にとりつけたもので
ある。その外径や間隔は、放熱時流量に応じて、あるい
は温度から槽内に温度成層が形成されるように調整する
ことが可能である。一般にディストリビュータ外周面の
速度で０．０５〜０．１ｍ／ｓが必要とされており、本
発明の場合にもかかる流速が得られるように、ディスト
リビュータの寸法を調整することが可能である。

【００６８】また、既に説明したように、蓄熱槽の底部
に配置される取水部は、氷核分離を効率的に行うために
極低速で設計することが好ましく、かかる設計に基づい
て蓄熱システムを構築した場合には、取水時にディスト
リビュータ５０により形成された温度成層が乱されるこ
とはない。

【００６９】さらに、図７に示すように、上部円板５６
を水槽水面５７で代用することによっても同様の効果を
得ることが可能である。あるいは、図８に示すように、
孔開き円板５４の周囲に円筒形状のパンチング板５８を
設置することにより、さらに水の分散を促進することも
可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、本発明に基づく蓄熱シス
テムの運転方法の一実施例によれば、氷・水スラリーが
蓄熱槽の水面上部の空間より水中に落とし込まれるた
め、すなわち移送配管系の氷供給口が、槽内水と接して
いないため、解除パイプ水位を蓄氷量にかかわらず一定
に保持することが可能である。そのため、従来の装置の
ように解除パイプの高さにより蓄氷量が制限されること
がない。その結果ＩＰＦの高いシステムを提供できる。

【００７１】また、本発明に基づく蓄熱システムの運転
方法の別の実施例によれば、氷・水スラリーが蓄熱槽の
水面近傍の水中空間より水中に供給され、槽底部より取
水されるので、蓄氷量が増加した場合であっても、氷移
送配管側に氷層圧損増加の影響が及ばないため、解氷パ
イプ水位の上昇を少なくすることが可能である。

【００７２】さらに、本発明に基づく蓄熱システムの運
転方法の別の実施例によれば、負荷側からの戻り冷水を
解氷終了時に散水管から移送管側に切り換えることによ
り、従来は回収できなかった槽内の顕熱熱量も冷水とし
て利用回収することが可能である。

【００７３】さらにまた、本発明に基づく蓄熱システム
の運転方法の別の実施例によれば、氷蓄熱槽を、冷房負
荷の少ない中間期や冬期には、冷水蓄熱槽あるいは温水
蓄熱槽として利用することができるので蓄熱システムの
効率的な運用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく蓄熱システムの運転方法を適用
可能な水上噴き出し方式の実施例の概略図である。

【図２】本発明に基づく蓄熱システムの運転方法を適用
可能な水中上部噴き出し方式の実施例の概略図である。

【図３】本発明に基づく蓄熱システムの運転方法を適用
可能な解氷放熱時に顕熱分も回収可能な実施例の概略図
である。

【図４】本発明に基づく蓄熱システムの運転方法を適用
可能な、氷蓄熱、冷水蓄熱および温水蓄熱の切り換え運
転が可能な実施例の概略図である。

【図５】本発明に基づく蓄熱システムの運転方法を適用
可能な、移送管立ち下がり方式の実施例の概略図であ
る。

【図６】本発明に適用可能なディストリビュータの一実
施例の見取図である。

【図７】本発明に適用可能なディストリビュータの別の
実施例の横断面図である。

【図８】本発明に適用可能なディストリビュータのさら
に別の実施例の横断面図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 過冷却器 ３ 過冷却解除パイプ ４ 取水管 ５ 循環水供給パイプ ６ 予熱器 ７ 氷核分離用メッシュ ９ 移送管 １１ ディストリビュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 一 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 関 義輝 茨城県稲敷郡阿見町荒川沖1594−７ (72)発明者 山崎 喜久夫 茨城県北相馬郡利根町中田切442−19 (72)発明者 菊地 栄 神奈川県厚木市下津古久１−３ ガーデ ンタウン南厚木 (72)発明者 守屋 充 神奈川県座間市入谷４−６−１ 東建座 間ハイツ１−1218 (72)発明者 小此木 時雄 東京都八王子市松が谷49−３−201 (56)参考文献 特開 平２−166330（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1834（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 5/00 F28F 27/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から熱源水を
   取水し、その取水された熱源水を前記蓄熱槽の槽外に設
   置された過冷却器に送り過冷却水に変換し、その過冷却
   水を過冷却解除手段によって氷・水スラリーに変換し、
   その氷・水スラリーを前記蓄熱槽内に蓄える氷蓄熱シス
   テムにおいて、前記蓄熱槽の底部から立ち上がるように
   配管された移送配管系により、前記過冷却解除手段にお
   いて形成された氷・水スラリーを前記蓄熱槽の水面近傍
   の水中空間に移送し、供給することを特徴とする、蓄熱
   システムの運転方法。
2. 【請求項２】空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から熱源水を
   取水し、その取水された熱源水を前記蓄熱槽の槽外に設
   置された過冷却器に送り過冷却水に変換し、その過冷却
   水を過冷却解除手段によって氷・水スラリーに変換し、
   その氷・水スラリーを前記蓄熱槽内に蓄える氷蓄熱シス
   テムにおいて、解氷時に、まず負荷側からの戻り水を蓄
   熱槽内の氷の上に散水することにより解氷するととも
   に、蓄熱槽の底部から冷水を取水し負荷側に送り、前記
   蓄熱槽から取水される冷水温度が所定値に到達した時点
   で、前記負荷側から送られた戻り水の経路を切り換え
   て、移送配管系により前記蓄熱槽の水面近傍の水中空間
   に移送し、供給するとともに、蓄熱槽の底部から冷水を
   取水し負荷側に送ることを特徴とする、蓄熱システムの
   運転方法。
3. 【請求項３】前記移送配管系が分流器手段を備え、この
   分流器手段により、前記負荷側からの戻り水が、前記蓄
   熱槽の水面近傍の水中空間から、温度成層を形成するよ
   うに水中に供給されることを特徴とする、請求項２に記
   載の蓄熱システムの運転方法。
4. 【請求項４】前記移送配管系が前記蓄熱槽の上部から底
   部に向けて立ち下がるように配管された管路を介して前
   記蓄熱槽の水面近傍の水中空間に開口していることを特
   徴とする、請求項２または３に記載の蓄熱システムの運
   転方法。
5. 【請求項５】空調用熱源水を蓄える蓄熱槽と、前記蓄熱
   槽の底部において開口を有する第１の配管系と、前記蓄
   熱槽の水面近傍の水中空間において開口を有する第２の
   配管系と、前記蓄熱槽の水面上部の空間において開口を
   有する第３の配管系と、前記蓄熱槽の槽外に設置されて
   前記蓄熱槽から取水された水を過冷却水に変換する過冷
   却器手段と、前記蓄熱槽の槽外に設置されて前記過冷却
   器手段により変換された過冷却水を氷・水スラリーに変
   換する過冷却解除手段と、前記蓄熱槽の槽外に設置され
   て熱源水の熱交換を行う熱交換器手段とを備え、前記第
   １の配管系は１または２以上の第１の弁手段および１ま
   たは２以上の第１のポンプ手段を介して負荷側、前記過
   冷却器手段または前記熱交換器手段のいずれかに選択的
   に連通され、前記第２の配管系は１または２以上の第２
   の弁手段および１または２以上の第２のポンプ手段を介
   して前記負荷側、前記過冷却解除手段または前記熱交換
   器手段のいずれかに選択的に連通され、前記第３の配管
   系は１または２以上の第３の弁手段を介して負荷側に連
   通されて成る熱交換器システムにおいて、前記熱交換器
   システムが上記弁手段の切り換えにより氷蓄熱モードま
   たは水蓄熱モードを選択的に稼動できることを特徴とす
   る、蓄熱システムの運転方法。