JP4218026B2

JP4218026B2 - 循環バブリングシステム

Info

Publication number: JP4218026B2
Application number: JP2003301050A
Authority: JP
Inventors: 輝彦菊地
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP2005069591A

Description

本発明は氷蓄熱システムに設置する循環バブリングシステムに関し、特に氷蓄熱槽内の配管の着氷を効率的に解氷する循環バブリングシステムに関する。

空調設備に利用される氷蓄熱システムは、昼間の冷暖房用の電力を夜間へシフトして省電力化を図ることができることから多用されている。すなわち、空調用冷熱源となる氷を電力料金の安価な夜間に製氷し、電力需要が多く高価な昼間に氷が解けた解氷水を空調用冷熱源として利用している。

氷蓄熱システムにおいて一般に用いられている外融式氷蓄熱システムの概略を図４に示す。図４において、氷蓄熱槽１は内部に水を満たし、製氷コイル２が水没するように設置されてある。製氷コイル２の出口はポンプ３を介して冷凍機４の入口に配管ａにより接続し、また、製氷コイル２の入口は配管ｂにより冷凍機４の出口に接続してある。配管ａ，ｂは内部にブライン（不凍液）を充填し、ブラインが循環する循環経路を形成している。一方、氷蓄熱槽１には解氷水を内部に流入する流入口５が側面に設置してある。また、解氷水を流出する流出口６が対面の側壁に設置されてある。流入口５は空調機７の出口に配管ｃにより接続している。また、流出口６は循環ポンプ８を介して空調機７の入口に配管ｄにより接続している。

以上の構成により、氷蓄熱システムは次のように作動する。製氷は電力料金が安価な夜間に行われる。製氷コイル２から出たブラインは、冷凍機４に接続する配管ａ内をポンプ３により冷凍機４に送られて冷却される。冷凍機４で冷却されたブラインは、製氷コイル２の入口に配管ｂで送られ製氷コイル２を流通して製氷コイル２を冷却し、製氷コイル２の出口に戻る。ブラインの循環により製氷コイル２の周りの水が冷却され、次第に氷蓄熱槽１内の水が製氷される。一方、解氷は日中の空調機７の稼動に伴って行われる。氷蓄熱槽１内の氷を解氷した解氷水は、解氷水ポンプ８により解氷水流出口６から取水され空調機７に配管で送られ、空調機７で図示しない空調空気と熱交換して、室内の空調空気を冷却する。空調空気と熱交換して昇温した解氷水は氷蓄熱槽１側面に設置した流入口５に配管ｃで送られる。流入口５に送られた解氷水は氷蓄熱槽１内に流入し、氷蓄熱槽１内部の氷を解氷した後、再び流出口６から取水される。また、氷蓄熱槽内部に設置した製氷コイル２の下方には、端部をコンプレッサに接続したエア吹き出し口を備えた配管９を設置してある。配管９はエア吹き出し口からエアを吹き出し蓄熱槽内部をバブリングする。氷蓄熱槽内部の着氷を解氷する場合、解氷水の流入だけでは氷蓄熱槽の流入口または流出口付近の解氷が進み、それ以外の場所では製氷コイル配管の着氷の解氷が進まず残氷してしまう。そこで、配管９により氷蓄熱槽内部にエアを供給してバブリングを行い、これにより解氷水を氷蓄熱槽の上下方向に流動させて槽内部を攪拌する。したがって氷と解氷水の熱伝導率が上がり解氷が促進されることになる。

特許文献１および特許文献２には、氷蓄熱槽の製氷コイル配管の着氷を解氷する際、コンプレッサ等を付設し、循環水にエアを混合した状態で攪拌し、温度のムラをなくし均一に解氷を行っている装置が開示されている。

特開平１０−１８５２５０号公報特開平１０−２３８８２８号公報

製氷コイルの配管表面に着氷した氷を解氷する場合、特許文献１によれば、製氷コイルの下方にポンプによる水噴き出し手段を付設することにより解氷を行っていた。また、特許文献２によれば、製氷コイルの下方にコンプレッサによるエア吹き出し配管を付設することにより、製氷コイル表面の解氷を行っていた。

しかしながら、このようなポンプあるいはコンプレッサは、本体、電源工事、配管等の付帯設備が必要であり、さらにポンプ等の運転機動力が必要となる問題が生じていた。
そこで、本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、氷蓄熱槽の製氷時において製氷コイルの配管表面に着氷した氷を効果的に解氷することが可能な循環バブリングシステムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る循環バブリングシステムは、空調機と氷蓄熱槽の間を配管で接続し解氷水が循環する解氷水循環経路と、前記解氷水循環経路内部の解氷水を循環させるポンプと、前記解氷水循環経路に接続した吸引管を備え、前記氷蓄熱槽内部をバブリングするエアを吸い込むエジェクタ式の吸気機構と、前記氷蓄熱槽の解氷水が循環する配管の流入口から前記氷蓄熱槽内部に配設した配管に形成し、前記エジェクタ式の吸気機構のエアを吹出して前記氷蓄熱槽内部をバブリングする吹出しノズルと、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記氷蓄熱槽で排出されたバブリングガスを回収する回収部と、回収した前記バブリングガスを前記吸気機構に吸引させるバブリングガス循環経路を備え、前記バブリングガスを循環させることが望ましい。

本発明に係る循環バブリングシステムは、氷蓄熱システムの氷蓄熱槽内部を循環する解氷水の循環経路にエジェクタ式の吸気機構を備え、氷蓄熱槽内下方からバブリングするようにした。このため、従来用いていたエアバブリング用のコンプレッサ等の付帯設備及び、コンプレッサ等の運転時のエネルギーが不要になり、システム稼動のコストを抑えることが可能となる。また、既存の氷蓄熱システムに容易に設置することが可能である。

さらに、氷蓄熱槽で排出されたバブリングガスを回収する回収部と、回収したバブリングガスを吸気機構に吸引させるバブリングガス循環経路を配置し、バブリングガスを循環させるようにした。これにより、バブリングガスを再利用することが可能となる。

図１は本発明に係る循環バブリングシステムの第１実施形態を示す概略図である。図２は本発明に係るエア吸引部の吸気機構の構造を示す図である。図１に示すように、氷蓄熱槽１０の内部に製氷するための水１１を満たす。製氷コイル１２は氷蓄熱槽１０内部に水没するように設置されてある。製氷コイル１２は、１本の冷媒管であり蛇行して形成されている。製氷コイル１２の水面側の端部は配管１６ａにより冷凍機１４出口に接続してある。また、製氷コイル１２の槽底面側の端部はポンプ１８を介して、配管１６ｂにより冷凍機１４入口に接続してある。配管１６ａ，ｂ内部は冷却媒体であるブライン（不凍液）を充填し、ポンプ１８によって図１の矢印ｇ方向に循環している。

また、氷蓄熱槽１０の解氷水が循環する配管の流入口２０は、氷蓄熱槽１０底部の側面に設置されてある。また、氷蓄熱槽１０の解氷水が流出する流出口２２は、前記流入口２０と対面する側面に設置されてある。流出口２２は空調機２４および循環ポンプ２６を介して、配管１６ｃによりエア吸引部２８の入口に接続している。また、流入口２０は配管１６ｄによりエア吸引部２８の出口と接続している。さらに、流入口２０から氷蓄熱槽１０内部に配設した配管１６ｅは、水面側に吹出しノズル３０を形成してある。

図２は、エア吸引部の吸気機構の説明図である。エア吸引部２８は、エア供給管３２と圧力管３４が配設してある。図２に示すように、圧力管３４はＬ字上に折り返しエア供給管３２に接続してある。圧力管３４はエア吸引部に接続する手前で循環ポンプ２６に接続してあり、循環ポンプ２６により圧力水が供給される。エア供給管３２は端部を配管１６ｄにより氷蓄熱槽１０の流入口２０に接続してある。また、エア供給管３２は圧力管３４よりも管径を太く設定してある。エア供給管３２に接続する圧力管３４の端部はノズル３６を有する。ノズル３６はコーン状で先端の開口径を細く形成してある。エア吸引部２８にはエジェクタ式の吸気機構が設けてある。吸気機構はノズル３６の吐出口と対応した位置に接続した吸引管３８を有する。吸引管３８は端部にフィルタ付吸込口４０が設置されてある。フィルタ付吸込口４０はエアに含まれる塵埃を端部に設置したフィルタによって取り除いたエアの吸込口である。また、吸引管３８とフィルタ付吸込口４０との間には、フィルタ付吸込口４０側から二方弁４２と、チャッキ弁４４を設置してある。二方弁４２はエア供給時に開状態となりエアをエア吸引部に流し、エア停止時には閉状態となりエアの供給を停止する。また、チャッキ弁４４は水の逆流防止の役割を果たす。ノズル３６は圧力管３４に供給された圧力水をエア供給管３２内部に向けて噴射する。これにより、エジェクタ効果が生じて吸引管３８の接続部における圧力が周囲よりも低くなり、吸引管３８内のエアがエア供給管３２に混入する。

上記構成により、循環バブリングシステムは次のように作動する。製氷は電力の安価な夜間に行うことが望ましい。冷凍機１４は０度よりも低い温度に設定しブラインを冷却する。冷凍機１４で冷却されたブラインは配管１６ａを介してポンプ１８により、氷蓄熱槽１０内部に設置した製氷コイル１２に供給される。製氷コイル１２に供給されたブラインは、製氷コイル１２の上部から蛇行しながら製氷コイル１２内部を流れ、氷蓄熱槽１０底部の端部に接続した配管１６ｂを介して冷凍機１４に回収される。このとき、ブラインが製氷コイル１２内部を流れることにより、冷却したブラインと氷蓄熱槽１０内部の製氷コイル１２表面に接する水との間で熱交換が起こる。その結果、水が凍結して製氷コイル１２外周から氷が生成する。

次に、解氷は日中の空調機２４の稼動に伴って行われる。氷蓄熱槽１０内部に設置した流入口２０から水を流入し、氷蓄熱槽１０内部で製氷した氷を溶解させて解氷水を得る。解氷水は氷蓄熱槽１０底部に設置した流出口２２から流出して配管１６ｃを介して接続した空調機２４に供給される。空調機２４は、図示しない空調空気と熱交換して、室内の空調空気を冷却する。熱交換した後の水は空調機２４から排出してエア吸引部２８に供給される。エア吸引部２８の吸気機構によるエア吸引は次のように行う。圧力水が循環ポンプ２６から圧力管３４に供給される。圧力水は圧力管３４内部を流動して吸気機構を形成するノズル３６から噴射される。噴射された圧力水はエア供給管３２の内部にエジェクタ効果を発生させる。エジェクタ効果はエア供給管３２に接続した吸引管３８内部に吸引力を生じ、吸引管３８の端部のフィルタ付吸込口４０からエアを吸い込む。吸い込まれたエアは吸引管３８に接続したエア供給管３２内部に流入する。エア供給管３２に流入したエアはノズル３６から噴射した圧力水とともに氷蓄熱槽１０内部の配管１６ｅに供給される。エアは配管１６ｅに形成した吹出しノズル３０から吹き出し氷蓄熱槽内部をバブリングする。

このような実施形態の循環バブリングシステムは、圧力水をノズル３６から噴出してエジェクタ効果を発生させているため、解氷水循環経路にバブリングするエアを混入することができ、氷蓄熱槽１０内の配管に着氷する氷の均一な解氷が可能となる。よって、コンプレッサ等の付帯設備を用いなくてもバブリングすることができる。

図３は本発明に係る循環バブリングシステムの第２実施形態を示す概略図である。第１の実施形態と同一の構成は同一番号を付して説明を省略する。本実施形態では氷蓄熱槽から排出されたバブリングガスを回収し、回収したバブリングガスを吸引機構に吸い込ませるバブリングガスの循環経路を配設する。本実施形態ではバブリングガスに窒素ガスを用いて説明する。

氷蓄熱槽１０の水面上を覆うようにコーン状の密閉蓋５０を形成する。密閉蓋５０の上部中心の開口部５２とフィルタ付吸込口４０を配管１６ｆにより接続する。ここで、窒素ガスの供給方法は、図３に示すように、窒素ボンベ５８をフィルタ付吸込口４０に配管５４により接続し、窒素ガスを供給する。なお、本実施形態では窒素ボンベ５８をフィルタ付吸込口４０に接続して説明するが、窒素ボンベ５８を密閉蓋５０に配管５６により接続し、氷蓄熱槽内部に窒素ガスを封入する方式としてもよい。

このような構成により、第２実施形態に係る循環バブリングシステムの窒素ガス吸引は次のように作用する。窒素ボンベ５８をフィルタ付吸込口４０に配管５４により接続する。吸気機構のエジェクタ効果によって吸引力が生じ、窒素ガスが吸引管３８に接続したエア供給管３２内部に流入する。エア供給管３２に流入した窒素ガスはノズル３６から噴出した圧力水とともに氷蓄熱槽１０内部の配管１６ｅに供給される。窒素ガスは配管１６ｅに形成した吹出しノズル３０から吹き出し、氷蓄熱槽１０内部をバブリングする。氷蓄熱槽１０の水面上に浮上した窒素ガスは密閉蓋５０により回収され開口部５２から配管１６ｆを経由してフィルタ付吸込口４０に供給される。回収された窒素ガスはフィルタ付吸込口４０の下方からの吸引力によって解氷水循環経路に供給される。

このような第２の実施形態の循環バブリングシステムは、氷蓄熱槽１０に蓋を設置してフィルタ付吸込口４０と接続することにより、バブリングガスを循環させることができバブリングガスの再利用を図ることができる。また、バブリングガスに窒素ガスを用いることで製氷コイルの配管の腐食を防止し、耐久性がよくなり長寿命とすることができる。なお、本実施形態ではバブリングガスに窒素ガスを用いて説明したが、配管の腐食を防止することができるガスであればこれに限定されず、例えばアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを用いてもよい。
なお、上記循環バブリングシステムは負荷側に空調機２４に適用した例について説明したが、これは熱負荷であればよく、例えば生産冷却水のための熱交換設備など、一般的な熱交換器に適用することができる。

本実施形態に係る循環バブリングシステムの概略を示す図である。本実施形態に係るエア吸引部の吸気機構の構造を示す図である。本実施形態に係る第２実施形態の概略を示す図である。従来の氷蓄熱システムの概略を示す図である。

符号の説明

１………氷蓄熱槽、２………製氷コイル、３………ポンプ、４………冷凍機、５………流入口、６………流出口、７………空調機、８………循環ポンプ、９………エア配管、１０………氷蓄熱槽、１２………製氷コイル、１４………冷凍機、１６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，………配管、１８………ポンプ、２０………流入口、２２………流出口、２４………空調機、２６………循環ポンプ、２８………エア吸引部、３０………吹出しノズル、３２………エア供給管、３４………圧力管、３６………ノズル、３８………吸引管、４０………フィルタ付吸込口、４２………二方弁、４４………チャッキ弁、５０………密閉蓋、５２………開口部、５４、５６………配管、５８………窒素ボンベ。

Claims

空調機と氷蓄熱槽の間を配管で接続し解氷水が循環する解氷水循環経路と、
前記解氷水循環経路内部の解氷水を循環させるポンプと、
前記解氷水循環経路に接続した吸引管を備え、前記氷蓄熱槽内部をバブリングするエアを吸い込むエジェクタ式の吸気機構と、
前記氷蓄熱槽の解氷水が循環する配管の流入口から前記氷蓄熱槽内部に配設した配管に形成し、前記エジェクタ式の吸気機構のエアを吹出して前記氷蓄熱槽内部をバブリングする吹出しノズルと、
を備えたことを特徴とする循環バブリングシステム。
前記氷蓄熱槽で排出されたバブリングガスを回収する回収部と、回収した前記バブリングガスを前記吸気機構に吸引させるバブリングガス循環経路を備え、前記バブリングガスを循環させたことを特徴とする請求項１記載の循環バブリングシステム。