JP3328888B2 - 蓄氷槽からの冷水取り出し方法及び冷房用過冷却水型氷蓄熱システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷房用の熱源を冷
熱として蓄えておく氷蓄熱システムの運転方法にかか
り、特に蓄氷槽から低温の冷水を取り出す冷水取り出し
方法に関する。本発明は、更に、上記冷水取り出し方法
を実施するための冷房用過冷却水型氷蓄熱システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】以前より行われていた水蓄熱に代わって
近年は、夜間電力で冷凍機を駆動して水を凍らせて、昼
間の冷房運転時に必要な冷熱を氷の形で蓄える氷蓄熱方
式が稼働されるようになってきた。この様に氷の形で冷
熱の蓄熱を行えば、水の固液相変化時の潜熱を利用でき
るので小型の蓄熱槽でも多量の冷熱が蓄えられ、冷房シ
ステム装置全体の小型化に寄与できるので、占有面積の
小規模化、低コスト化等に有利である。

【０００３】この様な氷蓄熱方式には製氷方法の相違に
より、ソリッド状の氷塊を作製するソリッド方式と、水
を過冷却してシャーベット状の氷・水スラリーを作製す
る過冷却水型リキッド方式等があり、大規模設備ではそ
の保守管理及び氷充填率の観点や、添加剤が不要な利点
等から後者の過冷却水型氷蓄熱方式が主流となってい
る。

【０００４】しかしながら、かかる過冷却水型氷蓄熱シ
ステムの氷蓄積時の状態に着目し氷充填率の向上等を図
ったものはあったが、冷房運転時の冷水取り出し方法に
関する研究は多くは成されていなかった。そのため、冷
房負荷が高くなって冷水取り出し量が増加すると、所定
温度の冷水が得られない場合があり、問題となってい
た。

【０００５】一方、充分に低い温度の冷水を得たい場合
には、氷と水とが接触している時間を長くとる必要があ
り、そのため冷房運転時の蓄氷槽内に張られる水の水位
が上昇するので、大きな蓄氷槽を必要とした。従って、
蓄氷槽の製造コスト上昇の要因となっていたばかりでな
く、蓄氷槽の据え付けのためのコストが高くつき、解決
が望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不利、不便に鑑みて創作されたもので、その目的は、
安定的に低温冷水を取り出すことができる蓄氷槽からの
冷水取り出し方法と、該冷水取り出し方法を実施するた
めの冷房用過冷却水型氷蓄熱システムを提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、冷熱源となる氷・水スラリ
ーが蓄えられる蓄氷槽と、前記蓄氷槽に水を散水する散
水ノズルを有し、前記蓄氷槽から冷水を取り出して冷房
運転を行う過冷却水型氷蓄熱システムの蓄氷槽からの冷
水取り出し方法であって、冷房運転開始前にシャーベッ
ト状の氷を前記蓄氷槽に蓄えて、冷房運転開始時に蓄氷
槽内のシャーベット状の氷をその高さの少なくとも３割
を冷水の水面上に露出させ、冷房運転時には、前記水面
上に露出したシャーベット状の氷に水を散水して、前記
シャーベット状の氷を融解させて冷水を取り出すことを
特徴とする。請求項２記載の発明は、前記蓄氷槽を複数
備え、冷水の取り出しに係る蓄氷槽内の水を他の蓄氷槽
に移動させて、シャーベット状の氷を水面上に露出させ
ることを特徴とする。請求項３記載の発明に係る冷房用
過冷却水型氷蓄熱システムは、冷熱源となる氷・水スラ
リーが蓄えられる蓄氷槽と、水を過冷却する過冷却器
と、蓄氷槽内に散水する散水ノズルとを備え、 前記過冷
却器は蓄氷槽の下部と配管接続され、前記過冷却器にお
いて過冷却された水を衝撃により過冷却状態を解き、相
変化したシャーベット状の氷を冷水の水面上に露出した
状態で蓄氷槽内に蓄えると共に、前記散水ノズルは冷房
時に取り出される蓄氷槽内の冷水と熱交換する熱交換器
を介して蓄氷槽の下部と配管接 続され、前記蓄氷槽は複
数備えられ各蓄氷槽の下部が互いにポンプを介して配管
接続され、該ポンプを動作させることによって前記水面
上に露出するシャーベット状の氷の高さを制御すること
を特徴とする。

【０００８】

【作用】蓄氷槽に冷熱源となる氷・水スラリーを蓄え、
これに水を散水ノズルより散水すれば、前記蓄氷槽内に
蓄えられたシャーベット状氷が融解して冷水を生じ、蓄
氷槽の下部に移行するので、この冷水をポンプで取り出
すことができる。

【０００９】そして、前記蓄氷槽に蓄えられる氷として
シャーベット状のものを用い、冷房運転開始時に前記蓄
氷槽内のシャーベット状の氷をその高さの少なくとも３
割を冷水の水面上に露出させ、前記水面上に露出したシ
ャーベット状の氷に散水ノズルから水を散水すれば、水
がシャーベット状の氷の中を透過して氷と水との接触が
よく行われるので、氷の融解や熱移動が速やかに進行
し、これにより４℃以下の冷水を取り出すことができ
る。

【００１０】又、冷房運転時に冷水の水面を常に制御し
ているので、蓄氷槽内の水位が不用意に上昇することが
ない。

【００１１】

【実施例】図は、本発明の冷房用過冷却水型氷蓄熱シス
テムの一例を示す。この過冷却水型氷蓄熱システムは、
冷熱源となる氷・水スラリーが蓄えられる蓄氷槽と、蓄
氷槽からの循環水を過冷却する過冷却器と、蓄氷槽から
取り出された冷水を熱交換器を介して蓄氷槽内に散水す
る散水ノズルとを備えている。

【００１２】図１はシャーベット状の氷を蓄積している
状態を示し、図２は冷房運転開始前の初期状態を示し、
図３は冷房運転時の状態を示している。

【００１３】図１において、本発明の過冷却水型氷蓄熱
システムは複数のユニットから構成されており、本図で
は、ユニットａ1、ユニットａ2が図示されている。そし
て、各ユニットａ1、ａ2は、冷凍機ａ31、ａ32、ブライ
ンポンプａ81、ａ82、過冷却器ａ71、ａ72、解除分散板
ａ21、ａ22、蓄氷槽１１、１２、水循環ポンプａ51、ａ
52を備えており、割安な夜間電力を利用するために通常
夜間において蓄氷運転を開始する。

【００１４】前記過冷却器ａ71、ａ72には通常シェル＆
チューブ型熱交換器が使用され、そのシェル側に冷凍機
ａ31、ａ32で冷却されたブラインをブラインポンプａ8
1、ａ82で流して、水循環ポンプａ51、ａ52の駆動によ
り蓄氷槽１１、１２からチューブ内を流れる水を、該過
冷却器ａ71、ａ72の出口における温度が−２℃程度に過
冷却し、過冷却水ａ41、ａ42を得る。

【００１５】そして前記過冷却水ａ41、ａ42を解除分配
板ａ21、ａ22に放出して衝突させ、その衝撃で過冷却水
ａ41、ａ42の過冷却状態を解く。過冷却状態が解かれた
前記過冷却水ａ41、ａ42は相変化を起こして氷・水スラ
リー状態となるので、該氷・水スラリーを蓄氷槽１１、
１２内に供給し、密度差により前記シャーベット状氷ａ
11、ａ12を蓄氷槽内の水面の上部に蓄積させると共に、
水ａ61、ａ62を下部に集め、更に前記水ａ61、ａ62を前
記水循環ポンプａ51、ａ52により再度過冷却器ａ71、ａ
72に導いて再度過冷却状態に冷却して分配解除部ａ21、
ａ22に放出する過程を繰り返す。この様に、シャーベッ
ト状の氷ａ11、ａ12の蓄積を継続して行い、該シャーベ
ット状の氷ａ11、ａ12が所定量蓄積したら蓄氷処理を停
止して、冷房運転が開始されるまで待機する。

【００１６】なお、前記シャーベット状の氷ａ11、ａ12
が所定量蓄積後は、その大部分を水面上に位置する様に
保っておけば、熱伝導現象により前記シャーベット状の
氷ａ11、ａ12に伝わる熱量を少なくすることができるの
で、氷のロスが少なく、更に後述する冷房運転の初期状
態での水の移動作業が不要であるので本発明の実施に特
に好ましい。

【００１７】ユニットａ1の蓄氷槽１１とユニットａ2の
蓄氷槽１２とはこれらの下部が互いにポンプ６１を介し
てパイプにより配管接続され、複数のユニットの蓄氷槽
間で水の移動ができる様に接続されている。冷熱取り出
しを行うユニットをユニットａ1 であるものとして冷房
運転開始前の初期状態での処理を図２を参照して説明す
る。

【００１８】該初期状態においては、冷熱取り出しユニ
ットａ1 内のシャーベット状の氷ａ11の水面上に露出し
た部分の高さにより処理が異なる。

【００１９】前記シャーベット状の氷ａ11の高さの３割
以上、望ましくはそのほとんどが水面上に露出していた
場合にはそのまま冷房運転を開始する。

【００２０】一方、前記シャーベット状の氷ａ11の高さ
の３割以上が水面上に露出していなかった場合には、ポ
ンプ６１を動作させ、冷熱取り出しに係るユニットａ1
の蓄氷槽１１内のシャーベット状の氷ａ11をその高さの
少なくとも３割が水面上に露出する様に、前記ユニット
ａ1 の蓄氷槽１１内に存する冷水７を、他のユニットａ
2 の蓄氷槽１２内に移動させてから冷房運転を開始す
る。なお、前記他のユニットａ2 は、未だ冷熱の取り出
しが行われていないユニットでも、既に冷熱の取り出し
が行われ、シャーベット状の氷ａ12が解けてしまってい
るユニットでも、あるいは冷水を一時保持するために別
途設けられた蓄氷を行わないユニットであっても良い。

【００２１】冷房運転時には図３に示す如く、解氷用ポ
ンプ３を動作させ、前記冷熱取り出しに係るユニットａ
1 のシャーベット状の氷ａ11に、散水ノズル４から還水
５を散水し、前記シャーベット状氷ａ11が融解して冷却
された冷水８を二次側熱交換器９に導いて図示しない負
荷から供給される二次側ブラインと熱交換を行わせ、温
度が上昇した還水５を再度散水ノズル４から散水する処
理を繰り返す。この様に、還水５を散水ノズル４から散
水すれば、前記シャーベット状の氷ａ11は融解して還水
と混合されて冷水８を生じるので、冷水８を熱交換器９
に導くことにより冷熱を取り出すことができる。

【００２２】該冷房運転時には、蓄氷槽１１内のシャー
ベット状の氷ａ11をその高さの少なくとも３割を水面上
に露出させて運転する。この場合、蓄氷槽１１の底面か
ら前記シャーベット状の氷ａ11の上面までの高さをｈi
、蓄氷槽１１の底面から前記水面までの高さをｈwとす
ると、 (ｈi−ｈw)／ｈi≧０．３ …… (１) なる関係が成立する。この様に３割以上であるが、望ま
しくは７割以上、理想的には殆ど全ての氷を水面上に露
出させて運転するとより効果的である。

【００２３】しかしながら、冷房運転により前記シャー
ベット状の氷ａ11は融解し、前記冷水８の水面は運転に
つれて上昇する。そこで、上記式(１)の関係が維持され
る様に、余分な冷水は冷熱取り出しユニットａ1 以外の
ユニット又は別途冷水を保持するために設けられたユニ
ットに移動させ、上記式(１)の関係が保たれるようにす
る。

【００２４】この様に、式(１)が成立するように冷水８
の水面の高さｈw の制御を行えば、水面上には常にシャ
ーベット状の氷ａ11が露出するので、この部分に直接還
水５を散布することができる。シャーベット状の氷ａ11
に直接散布された還水は、シャーベット状の氷ａ11の内
部を透過して、還水と氷との接触がよく行われ、氷の溶
解や熱移動が速やかに進行し、これにより冷水８の温度
を４℃以下にすることができる。

【００２５】又、水面の高さｈw の制御が常に行われる
ので、水面が不用意に上昇することはなく、これによ
り、前記蓄氷槽１１は、前記水面の最高水位よりも下の
構造を鉄筋コンクリート、鋼板製槽、地面に掘った穴の
周囲にビニールシートを張ったもの等の重構造３１とし
ておけば足り、その上の構造を、屋外にあっては風雪等
に耐えれば足りるプラスチックパネル等の軽構造３２と
することができる。

【００２６】この様に冷熱が必要な限り冷房運転を継続
し、そして前記冷水８の温度が所定温度以下に保てなく
なったような場合には、該ユニットａ1 の運転を停止
し、冷水取り出しを行っていないユニットがあればその
ユニットからの冷熱取り出し運転を開始する。

【００２７】

【発明の効果】本発明の冷水取り出し方法によれば、夜
間に蓄えられる蓄氷槽内のシャーベット状の氷を冷房運
転開始時にその高さの少なくとも３割を冷水の水面上に
露出させるので、この露出したシャーベット状の氷に散
水ノズルから水を散水することにより、水がシャーベッ
ト状の氷の中を透過する。そのため、氷の融解や熱移動
が速やかに進行し、冷房運転中に冷水を安定して蓄氷槽
から取り出すことができる。 又、本発明の過冷却水型氷
蓄熱システムによれば、各蓄氷槽の下部を互いにポンプ
を介して配管接続して、冷水の水面上に露出されたシャ
ーベット状の氷の高さを制御するようにしている。その
ため、冷房運転中に、散水ノズルから常に露出したシャ
ーベット状の氷に水を散水することができ、蓄氷槽から
冷水を安定して取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施に用いられる過冷却水型氷蓄熱
システムにおけるシャーベット状の氷が蓄積される状態
を示す図

【図２】 その後冷房運転が行われる前の初期状態を示
した図

【図３】 その後冷房運転が行われている状態を示した
図

【符号の説明】

ａ1 冷熱取り出しに係るユニット ａ2 他
のユニット １１、１２ 蓄氷槽 ４ 散水ノズル
８ 冷水 ｈi 蓄氷槽内のシャーベット状の氷の高さ ｈw 冷水の水面の高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入部 真武 神奈川県厚木市愛甲710−１ コート・ アムールＩＩ203号 (72)発明者 中野 一馬 神奈川県川崎市中原区下小山田４−17− ５ セジュール447−Ｂ−203 審査官 近藤 裕之 (56)参考文献 特開 平３−55446（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52454（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−174270（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281209（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−79330（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 5/00 102

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷熱源となる氷・水スラリーが蓄えられ
   る蓄氷槽と、前記蓄氷槽に水を散水する散水ノズルを有
   し、前記蓄氷槽から冷水を取り出して冷房運転を行う過
   冷却水型氷蓄熱システムの蓄氷槽からの冷水取り出し方
   法であって、冷房運転開始前に シャーベット状の氷を前記蓄氷槽に蓄
   えて、冷房運転開始時に蓄氷槽内のシャーベット状の氷
   をその高さの少なくとも３割を冷水の水面上に露出さ
   せ、冷房運転時には、 前記水面上に露出したシャーベット状
   の氷に水を散水して、前記シャーベット状の氷を融解さ
   せて冷水を取り出すことを特徴とする蓄氷槽からの冷水
   取り出し方法。
2. 【請求項２】 前記蓄氷槽を複数備え、 冷水の取り出しに係る蓄氷槽内の水を他の蓄氷槽に移動
   させて、シャーベット状の氷を水面上に露出させること
   を特徴とする請求項１記載の蓄氷槽からの冷水取り出し
   方法。
3. 【請求項３】 冷熱源となる氷・水スラリーが蓄えられ
   る蓄氷槽と、水を過冷却する過冷却器と、蓄氷槽内に散
   水する散水ノズルとを備え、 前記過冷却器は蓄氷槽の下部と配管接続され、前記過冷
   却器において過冷却された水を衝撃により過冷却状態を
   解き、相変化したシャーベット状の氷を冷水の水面上に
   露出した状態で蓄氷槽内に蓄えると共に、 前記散水ノズルは冷房時に取り出される蓄氷槽内の冷水
   と熱交換する熱交換器を介して蓄氷槽の下部と配管接続
   され、 前記蓄氷槽は複数備えられ各蓄氷槽の下部が互いにポン
   プを介して配管接続され、該ポンプを動作させることに
   よって前記水面上に露出するシャーベット状の氷の高さ
   を制御することを特徴とする冷房用過冷却水型氷蓄熱シ
   ステム。