JP3758841B2

JP3758841B2 - 氷充填率調整装置

Info

Publication number: JP3758841B2
Application number: JP32707497A
Authority: JP
Inventors: 修三覚知; 幸三木; 幸夫浜岡; 靖司冨山; 敬也浅野
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JPH11141926A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜熱利用の高密度の冷熱を貯蔵し、貯蔵した冷熱を負荷の容量変化に追従して供給する氷蓄熱システムにおいて、負荷への搬送中の冷熱媒体である氷水スラリの氷充填率を調整して所定値に維持する氷充填率調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
氷水スラリから水を抽出して氷充填率を高める装置としては、従来より図２に示す氷充填率調整装置が使用されている。同図に見るように、氷充填率調整装置は、氷水スラリ１０の搬送流路である主管部５０に設けられ、主管部５０に接続して前記搬送流路を形成し且つ多数の水抽出孔５３を有するする内管部５１と、該内管部の外周に同心円筒状の閉鎖ジャケット構造の外管部５２と、外管部５２の上部に設けた分離水配管部５４及び分離水流量制御弁５５とより構成されている。
内管部５１において水抽出孔５３を介して搬送されてくる氷水スラリの水を抽出して、抽出した水を分離水配管部５４により外管部５２より分離し、分離後分離水流量制御弁５５を介して後段下流に設けた氷充填率計測装置５６の計測結果に基づき適宜分離水量を調節して氷充填率を調整するようにしたものである。
【０００３】
ところで、従来の氷充填率調整装置においては、分離水を抜かない状態でも、小さい冷却負荷に対応すべく氷水スラリの搬送量を押さえ低流速にて氷水スラリを搬送しているときは器内に閉塞状態を起こし、それ以外にも搬送開始時、搬送中でも閉塞を屡々起こし、長時間の搬送継続運転ができない問題があった。
【０００４】
上記閉塞の原因としては、内管部５１の内部で閉塞を起こす場合と、内管部５１の外側の環状バイパス流路５７で起こす場合が考えられる。
従来は一般に環状バイパス流路５７での閉塞が原因と考えられていた。例えば特開平７−２７３８１号公報に開示された記載に見るように、内管部５１の水抽出孔５３を通過した細かい氷粒が内管部５１の外面あるいは分離水配管部の接続部への付着により閉塞を起こす以外に、閉塞の主たる原因が分離水の低い流速に起因する細かい氷粒の環状バイパス流路内における滞留にあることを指摘している。そして、多少の閉塞状態にあってもその閉塞状態を打破するに必要な分離手段を下記にように提案している。
【０００５】
１）分離水配管部を下流側の外管部の端部に設け、外管部の断面中心に対し分離水配管部の軸芯を偏心させて設け、環状バイパス流路に旋回流を形成させる。
２）内管部の外周面に螺旋状フィンを付け、上記旋回流を助長させる。
３）その結果、環状バイパス流路内の分離水を攪拌させ、細かい氷粒の付着を防止するとともに、内部管の内部にも旋回流を惹起させ水抽出孔５３での氷粒による閉塞を防止する。
４）また、分離水流量制御弁の上流側にエゼクタとエゼクタノズルに駆動水ポンプを設け、分離水配管部の吸引力を確保するとともにエゼクタの駆動水の流量制御と分離水流量制御弁の作動とによって、きめ細かい氷充填率調整を可能する。
【０００６】
然し、上記提案は閉塞によって起きる真の原因除去でなく、上記対策だけでは分離水の分離以前におきる低流速時におきる閉塞等の問題は未解決である。
そこで、本願発明者等は上記問題解決のため、先に特開平８−３１３０１８号公報開示の記載において、氷充填率調整装置器について、下記提案をしている。
１）内管部内面を滑らかな曲面構成とすることにより内管部内の氷水スラリの流れの抵抗を小さくして閉塞発生阻止を可能にする。
２）また、閉塞発生防止手段として、水抽出孔の孔径及び長手方向のピッチ及び抽出孔内の流速を指定して氷の外管部への流出防止及び水抽出孔の閉塞防止をする。
３）氷充填率調整装置の長さと内管部の内径比を指定して閉塞防止をする。
【０００７】
更に、その後、閉塞の原因につき鋭意探求した結果下記事項が解明された。
即ち、図３に示すように、環状バイパス流路５７に抽出水のバイパス流が形成され、内管部５１で氷量の濃縮が起こるとともに内管部流速の低下が惹起され、内管部５１内の氷粒はより停滞し易い状況となる。
なお、内管部５１の下流側では環状バイパス流路を形成した水が内管部に流入するため、内管部５１内の濃縮した氷水スラリの下流側への移動を妨げ、結果として、従来の図３に示すような氷充填率調整装置では氷粒群を流れの上下より圧縮することになり、これに起因する搬送不可は避けることが出来ない構造上の問題点を内蔵していることが理解された。
【０００８】
即ち、従来の氷充填率調整装置においては、下記問題点を内蔵している。
ａ、水抽出孔が内管部全域に設けられ、分離水配管部がその略中央の外管部に設けられ抽出された環状バイパス流路の水が下流側で内管部への流入を許容する構造になっていること、
ｂ、環状バイパス流路における流れの停滞に起因する閉塞を顧慮しすぎるため広幅の流路を形成し、上記現象を助長している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、少なくとも負荷への搬送中惹起される閉塞の原因を除去するとともに、分離水の分離時にも付帯的に起きる閉塞を未然に防止した、氷充填率調整装置の提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の氷充填率調整装置は、
氷水スラリの負荷への搬送流路である主管部にその両端で接続する内管部と、内管部の外周に同心円筒状に設けた閉鎖状ジャケット構造の外管部と、外管部に設けた分離水配管部及び分離水流量制御弁とを含む構成とし、内管部に設けた多数の水抽出孔よりなるフィルタ部を介して氷水スラリの一部を外管部へ抽出分流させ環状バイパス流路を形成して分離水配管部により外管部より分離させ、分離後分離水流量制御弁を介して外部へ適量放出させることにより、氷水スラリの氷充填率の制御ができるようにした氷充填率調整装置において、
【００１１】
内管部の内径は氷水搬送開始時において略０．５ｍ／ｓｅｃ以上の流速が確保できる大きさとし、外管部と内管部との間の内径差を極力小さく構成して形成される環状バイパス流路の収容可能流量を低く押さえる構成とし、
フィルタ部は内管部の下流側の一部を除く上流側に設け、分離水配管部の分離水口は前記フィルタ部を含まない内管部と外管部により形成された平行流路の末端近くの下方に設け、フィルタ部全域で環状バイパス流を形成し、形成後は軸方向の前記平行流を形成して分離水口より分離水配管部に流入する構成とし、
外管部の上部に空気抜けを設ける構成とした、ことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明に係わる氷充填率調整装置においては、
先ず、内管部の内径を低負荷時でも氷水の停滞が起きないように氷水搬送開始時に流速が０．５ｍ／ｓｅｃ以上の値を維持できる大きさとする。即ち、搬送されてきた氷水スラリが内管部の水抽出孔を多数設けたフィルタ部に差し掛り水の抽出が始まり以後氷水スラリの内管部内の進行につれその濃度が上がった状態でも部分的滞留を起こさない流速が必要で、その下限流速が０．５ｍ／ｓｅｃであることを示しており、そのため場合によっては内管部内径を主管部内径以下にする。氷水搬送開始時に、氷充填率調整装置外管内径基準で流速０．５ｍ／ｓｅｃ以上で通過するよう制御させる。
その後、微細な氷粒子が環状部全体に充分溜まる時間（約１０分程度）をおけば、バイパス流れが生じなくなるため、０．１ｍ／ｓｅｃ程度の低流速としても閉塞せず、長時間の氷水搬送が可能である。
【００１３】
次に、環状バイパス流路を形成する外管部と内管部との間の内径差はなるべく小さくし、バイパス流量を低く押さえ内管部を搬送される氷水スラリの急激な濃縮を押さえ部分的停滞を防止する。また前記間隙を狭くすることにより環状バイパス流路に収容される分離水の水量は小さくなるため、氷充填率調整のための分離水抜き取りの回転率が増加し、環状バイパス流路における氷粒の停滞閉塞を防止できる。
【００１４】
上記外管部と内管部との間隙を狭くすることにより、水抽出孔を介しての分離水や分離氷粒のラジアル方向の急激な吸引力を小さく押さえることができ、氷粒の内管部内壁への吸いよせ、張りつき現象の発生を押さえることができる。
また、分離水流量制御弁を解放した場合、環状バイパス流路に溜まっていた分離水は前記流路を形成する外管部と内管部との間の間隙が狭い結果、高い流速で移動し部分的滞留部を発生することなく除去排出できる。
【００１５】
また、水抽出孔が多数設けてあるフィルタ部は内管部の下流側の一部を残し上流側に設ける構成としたため、フィルタ部による分離水の抽出分離はその上流側全域で行われ環状バイパス流を形成し、以後内管部ないし外管部の軸方向に平行流を形成し分離水口に向け滑らかに流入する。
また、分離水配管部の分離水口は前記フィルタ部を含まない平行流が形成されている外管部の末端近くの下流側に設けてあるため、前記平行流は滑らかな流線を描きつつ、氷水スラリの搬送方向に逆行することなく分離水配管部に流入させ、流入時の乱流の発生停滞を防止できる。
また、外管部の上部に空気抜けを設ける構成とし、定期的に環状バイパス流路に溜まった空気を除去するようにしてある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の氷充填率調整装置の概略の構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の氷充填率調整装置は、氷水スラリ１０を負荷へ搬送する搬送流路である主管部５０に設けた氷充填率計測装置５６の上流側または下流側に設けたもので、前記主管部５０に接続する接続フランジを両端に持つ内管部１１と、該内管部の外周に同心円状に設けた閉鎖ジャケット構造の外管部１２と、該外管部の下流側末端下部に設けた分離水配管部１５と、該分離水配管部に設けた分離水流量制御弁１６等を含む構成とする。
【００１８】
上記内管部１１は下流側の一部Ｘを残す上流側Ｌ−Ｘには多数の水抽出孔１４を設けフィルタ部を形成し、外管部１２と内管部１１との間の間隙Ｙは極力狭く設定しその間に形成される環状バイパス流路１３の収容可能流量をなるべく小さくする構成にしてある。
内管部内径ｄｉと外管部内径ｄｏとの管径比は、環状部相当直径ｄｅ＝（ｄｏ2−ｄｉ²）／ｄｉ²として０．５＜ｄｅ／ｄｉ＜１．５の範囲とする。この際、環状部の流路隙間Ｙが氷粒子直径より小さくならないようにする。
内管部を構成するパンチングメタルは、孔径０．５ｍｍ、ピッチ１．０９ｍｍ、開口率１９％を標準とする。
上記環状バイパス流路１３は内管部１１の上流側のＬ−Ｘのフィルタ部位では、流速ｖ_xで搬送される氷水スラリ１０より抽出速度ｖ_y で水の抽出をラジアル方向に行い環状バイパス流を形成し、以後内管部１１及び外管部１２の軸方向に平行の平行流を前記氷水スラリ１０の搬送方向に逆らうことなく分離水口１５ａまで形成し、爾後分離水配管部１５の流路に添い滑らかに流路変換を行い分離水として分離水流量制御弁１６を経由して図示してない氷蓄熱槽へ還流するようにしてある。
【００１９】
なお、外管部１２の上部には空気抜き１７を設け、定期的に環状バイパス流路１３内に溜まった空気を抜くようにしてある。
また、前記分離水流量制御弁１６は下流側の氷充填率計測装置の計測結果に基づきモータ１６ａを介して氷水スラリ１０より適当量の分離水を分離するようにしてある。
なお、氷充填率計測装置５６を氷充填率計測装置の上流側に配置し、負荷側へ流出する氷充填率が設定値となるように分離水を抽出すれば、氷充填率調整装置に流入する氷充填率が急激に増加した場合の過濃縮による閉塞を防止することができる。
また、高い氷充填率に濃縮する場合も考慮して、フィルタ部Ｌ−Ｘを長く設定すれば分離水抽出面積を大きくすることにより、分離水の水抽出孔通過速度を低く押さえ氷粒の内管部壁面への吸引及び張りつきを防止できる。
内管部内径ｄｉと内管部有効長さＬ−Χとの比は、氷充填率の濃縮性能に関係する。
内管部内径ｄｉに対して内管部有効長さＬ−Χが大きいほど高濃縮が可能である。
内管部内径ｄｉに対して内管部有効長さＬ−Χを４３倍とることによって氷充填率（ＩＰＦ）を４倍まで濃縮できる。（流入ＩＰＦ７．５％から流出ＩＰＦ３０％）。
【００２０】
使用に際しては、
１）氷充填率調整装置の内管部及び外管部等が満水状態になった後、分離水流量制御弁１６の開度を調整して水の抽出分離量を調整して当該氷水スラリ１０の氷充填率の調整を行う。
２）氷水スラリの搬送開始時に内管部１１の出口の流速が０．５ｍ／ｓｅｃ以上になるように流速制御を行う。
３）内管部１１の出口における氷水スラリの氷充填率が３０％以下になるように分離水流量制御弁１６の開度を調整する。
なお、前記調整弁１６の開度制御は濃縮時は遅く３０％超過時は早急に作動するよう構成してある。
４）万一、閉塞した場合は氷充填率調整装置下流側に配置されている図示しない弁を閉め、分離水流量制御弁１６を全開として、分離水配管から氷充填率調整装置上流側へ水を逆流させることによって速やかに閉塞した氷を除去できる。
【００２１】
【発明の効果】
上記構成により、少なくとも負荷への搬送中惹起される閉塞の原因を除去するとともに、分離水の分離時にも付帯的に起きる閉塞を未然に防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の氷充填率調整装置の概略の構成を示す図である。
【図２】従来の氷充填率調整装置の概略の構成を示す模式図である。
【図３】従来の氷充填率調整装置における閉塞状態惹起の原因を示す模式図である。
【符号の説明】
１０氷水スラリ
１１内管部
１２外管部
１３環状バイパス流路
１４水抽出孔
１５分離水配管部
１５ａ分離水口
１６分離水流量制御弁
１７空気抜き

Claims

氷水スラリの負荷への搬送流路である主管部にその両端で接続する内管部と、内管部の外周に同心円筒状に設けた閉鎖状ジャケット構造の外管部と、外管部に設けた分離水配管部及び分離水流量制御弁とを含む構成とし、内管部に設けた多数の水抽出孔よりなるフィルタ部を介して氷水スラリの一部を外管部へ抽出分流させ環状バイパス流路を形成して分離水配管部により外管部より分離させ、分離後分離水流量制御弁を介して外部へ適量放出させることにより、氷水スラリの氷充填率の制御ができるようにした氷充填率調整装置において、
内管部の内径は氷水搬送開始時において略０．５ｍ／ｓｅｃ以上の流速が確保できる大きさとし、外管部と内管部との間の内径差を極力小さく構成して形成される環状バイパス流路の収容可能流量を低く押さえる構成とし、
フィルタ部は内管部の下流側の一部を除く上流側に設け、分離水配管部の分離水口は前記フィルタ部を含まない内管部と外管部により形成された平行流路の末端近くの下方に設け、フィルタ部全域で環状バイパス流を形成し、形成後は軸方向の前記平行流を形成して分離水口より分離水配管部に流入する構成とし、
外管部の上部に空気抜けを設ける構成とした、ことを特徴とする氷充填率調整装置。