JP5081009B2 - Method for setting height position of supply port in method for supplying ice / water slurry and method for supplying ice / water slurry - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば食品工場等でのいわゆるシャーベット状の氷を蓄えるいわゆるダイナミック型氷蓄熱システムにおいて、氷蓄熱槽内に均一に蓄氷して、多量の氷を貯蔵するための、氷・水スラリーの供給方法における供給口の高さ位置の設定方法及び氷・水スラリーの供給方法に関するものである。 The present invention relates to an ice / water slurry for storing a large amount of ice uniformly in an ice heat storage tank in a so-called dynamic ice heat storage system for storing so-called sherbet-like ice in a food factory, for example. This invention relates to a method for setting the height position of a supply port and a method for supplying ice / water slurry.
食品工場や乳製品関連工場等では、いわゆるチルド冷水と呼ばれるたとえば0℃〜1.5℃の低温の冷水を使用しているが、このような低温の冷水を製造、供給するためのいわゆるアイスバンクシステムとして、解氷特性の良いダイナミック型氷蓄熱システムの中でも、水の過冷却現象を利用したものは、食品工場等での、チルド冷水を製造・供給するためのアイスバンクシステムとして有望である。このアイスバンクシステムでは、0℃〜1.5℃のいわゆるチルド冷水の温度を維持するために、残氷量(最小蓄氷量)を設定した運転が必要になる。したがって、とくに氷蓄熱槽をコンパクトにするために、氷蓄熱槽内に均一に蓄氷して、多量の氷を高密度に貯蔵することが求められる。 In food factories and dairy products-related factories, so-called chilled cold water, for example, low-temperature cold water of 0 ° C. to 1.5 ° C., for example, is used. Among dynamic ice heat storage systems with good ice-breaking characteristics, those utilizing the water supercooling phenomenon are promising as ice bank systems for producing and supplying chilled cold water in food factories and the like. In this ice bank system, in order to maintain a so-called chilled cold water temperature of 0 ° C. to 1.5 ° C., an operation in which a remaining ice amount (minimum ice storage amount) is set is required. Therefore, in particular, in order to make the ice storage tank compact, it is required to store ice uniformly in the ice storage tank and store a large amount of ice at a high density.
水の過冷却現象を利用した氷蓄熱システムにおいて、均一蓄氷に関連する技術として、基本的な単一槽において過冷却水からの相変化を完了させて製造された氷・水スラリーによる、均一な蓄氷に資する先行公知技術には、氷蓄熱装置での水中ポンプ等による水域攪拌によって蓄氷分布の均一化を図るもの(特許文献1)、氷蓄熱装置での水噴射による堆積氷の崩壊によって蓄氷状態を分散化するもの(特許文献2)がある。 In an ice heat storage system that utilizes the supercooling phenomenon of water, as a technology related to uniform ice storage, the uniform ice-water slurry produced by completing the phase change from the supercooled water in a basic single tank Prior art that contributes to ice storage is to homogenize the distribution of ice storage by agitating the water area with an underwater pump or the like in an ice heat storage device (Patent Document 1), and the collapse of sedimentary ice by water injection in the ice heat storage device (Patent Document 2) disperses the ice storage state.
しかしながら、前記した従来技術は、いずれも対処的なものであり、蓄氷のメカニズムをも考慮したものではなく、そのため特に槽内の広がり方向に均一に蓄氷することができず、高密度で多量の氷を確実に貯蔵する事が難しかった。 However, the above-mentioned conventional techniques are all countermeasures and do not take into account the ice storage mechanism. Therefore, the ice cannot be stored uniformly in the spreading direction in the tank, and the density is high. It was difficult to reliably store a large amount of ice.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ダイナミック型のアイスバンクシステムにおける氷蓄熱槽内において、特に広がり方向に均一に蓄氷にするようにして、多量の氷を高密度に貯蔵することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and in an ice heat storage tank in a dynamic type ice bank system, a large amount of ice is stored in a high density so that the ice is stored uniformly in the spreading direction. The purpose is that.
前記目的を達成するため、本発明は、過冷却器で製造される氷・水スラリーを、供給管の供給口から氷・水スラリーを下方から上方に向けて吐出して氷蓄熱槽に供給するにあたり、当該供給口は前記氷蓄熱槽内の水面上に位置させ、前記氷蓄熱槽における予め定めた蓄氷率のときの氷蓄熱槽内の氷の盛り上がり高さHiceを求めておき、前記供給口での氷・水スラリーの流速から、その動圧分の水柱高さHを求め、前記Hiceから水柱高さHを減じた高さを前記供給口の水面上の高さ位置に設定することを特徴としている。 To achieve the above object, the present invention supplies ice / water slurry produced by a supercooler from a supply port of a supply pipe to the ice heat storage tank by discharging the ice / water slurry from below to above. In this case, the supply port is positioned on the water surface in the ice heat storage tank, and the ice swell height Hice in the ice heat storage tank at a predetermined ice storage rate in the ice heat storage tank is obtained, and the supply The water column height H corresponding to the dynamic pressure is obtained from the flow velocity of the ice / water slurry at the mouth, and the height obtained by subtracting the water column height H from the Hice is set as the height position on the water surface of the supply port. It is characterized by.
詳しくは後述するが、発明者らの知見によれば、氷蓄熱槽内の氷層(シャーベット状の氷の層)の上面に供給された、流動性に富む氷・水スラリーは、多孔質体と見なせる氷層に、氷・水スラリー中の水が浸透しながら氷層上面を流れ、氷・水スラリー中の氷の割合が高まって、その流動性がなくなった時点で堆積して氷層となる(なお実際には、氷層上面に流れる氷・水スラリー中の水が氷層に浸透する際にも若干の氷は堆積するが、氷・水スラリーが流動性を無くした時点で殆どの氷が堆積することを実験観察によって確認している)。したがって、氷層へ浸透する水の圧力(浸透ポテンシャル)を極力少なくして、水平方向に広がる方向へと分散させることで、槽内の広がり方向に均一に蓄氷することが可能になる。 Although details will be described later, according to the knowledge of the inventors, the ice / water slurry having a high fluidity supplied to the upper surface of the ice layer (sherbet-like ice layer) in the ice heat storage tank is a porous body. The water in the ice / water slurry permeates into the ice layer that can be regarded as flowing through the upper surface of the ice layer, and when the proportion of ice in the ice / water slurry increases and its fluidity is lost, (In fact, some of the ice is deposited when the water in the ice / water slurry flowing on the top of the ice layer penetrates into the ice layer. Experimental observations confirm that ice is accumulating). Therefore, by reducing the pressure of water penetrating into the ice layer (penetration potential) as much as possible and dispersing it in the horizontal spreading direction, it is possible to store ice uniformly in the spreading direction in the tank.
また氷蓄熱槽の水面上近傍に氷・水スラリーを供給して蓄氷する方法と、氷蓄熱槽の上部から氷・水スラリーを供給して蓄氷する方法とを比較すれば、発明者らが調べたところ、後者の方法では氷層が水平方向に広がり難く、氷層が盛り上って不均一な蓄氷状態になっていることがわかった。 In addition, the inventors compared the method of supplying ice / water slurry near the surface of the ice heat storage tank to store ice and the method of supplying ice / water slurry from the top of the ice heat storage tank to store ice. As a result, it was found that the ice layer is difficult to spread in the horizontal direction by the latter method, and the ice layer is raised and is in an uneven ice storage state.
一方氷蓄熱槽の水面近傍に氷・水スラリーを供給する場合、氷・水スラリーを上向きに供給することが、供給流速に相当する浸透ポテンシャルをなくすことになり、好ましい。しかしながら氷蓄熱槽の水面近傍に氷・水スラリーを上向きに供給した場合、氷蓄熱槽で堆積する氷層(盛り上る氷層)は、水面近傍に設置される氷・水スラリーの供給口からの氷・水スラリーの吹き出し抵抗を増大させる。その結果、氷蓄熱槽に供給される供給管の圧力が上昇して、過冷却水を製造する熱交換器にプレート型熱交換器を使用した場合、プレート間差圧が少なくなり、過冷却水の安定製造が阻害される可能性がある。また水面下に供給口を設定すると、時間の経過に伴って供給口が氷で閉塞されるおそれもある。 On the other hand, when supplying ice / water slurry to the vicinity of the water surface of the ice heat storage tank, it is preferable to supply the ice / water slurry upward because the penetration potential corresponding to the supply flow rate is eliminated. However, when ice / water slurry is supplied upward near the water surface of the ice heat storage tank, the ice layer that accumulates in the ice heat storage tank (the rising ice layer) is from the ice / water slurry supply port installed near the water surface. Increase blowing resistance of ice / water slurry. As a result, when the pressure of the supply pipe supplied to the ice heat storage tank rises and the plate type heat exchanger is used as a heat exchanger for producing supercooled water, the pressure difference between the plates decreases, and the supercooled water May be hindered. If the supply port is set below the surface of the water, the supply port may be blocked with ice as time passes.
そこで、氷・水スラリーの吹き出し抵抗を増大させないように、氷・水スラリーの供給口は水面よりも上方に設置することが望ましい。但し、供給口から上向きに氷・水スラリーを吐出させると、初期段階では供給口の真上には氷層が形成されず供給口の周囲に形成されていくが、氷層が次第に高くなっていき、やがて供給口が氷層に埋もれてしまうことが考えられる。 Therefore, it is desirable to install the ice / water slurry supply port above the water surface so as not to increase the blowing resistance of the ice / water slurry. However, when ice / water slurry is discharged upward from the supply port, an ice layer is not formed immediately above the supply port in the initial stage, but is formed around the supply port, but the ice layer gradually becomes higher. It is conceivable that the supply port will eventually be buried in the ice layer.
そこで本発明では、前記氷蓄熱槽における予め定めた蓄氷率のときの氷蓄熱槽内の氷の盛り上がり高さHiceを予め求めておき、前記供給口での氷・水スラリーの流速に基づいてその動圧分の水柱高さHを求め、前記Hiceから水柱高さHを減じた高さを前記供給口の高さ位置に設定するようにした。これによって供給口高さから動圧分の水柱高さまでは、供給口から吐出される氷・水スラリーによって流路が確保され、吐出する際の流路抵抗が増大したり、供給口自体が氷層に埋もれてしまう事を防止することができる。すなわち、設計蓄氷率(IPF)近くの満蓄状態では、氷・水スラリーの動圧によって、供給口よりも上方の氷層に流路が形成され、氷・水スラリーの吹き出し抵抗は増大せず、かつ浸透ポテンシャルを極力少なくすることができる。その結果、水平方向に氷が広がりやすくなり、広がり方向に均一な蓄氷状態を実現できる。 Therefore, in the present invention, the ice swell height Hice in the ice heat storage tank at a predetermined ice storage rate in the ice heat storage tank is obtained in advance, and based on the flow rate of the ice / water slurry at the supply port. The water column height H corresponding to the dynamic pressure was obtained, and the height obtained by subtracting the water column height H from the Hice was set as the height position of the supply port . As a result, from the height of the supply port to the height of the water column corresponding to the dynamic pressure, the flow path is secured by the ice / water slurry discharged from the supply port, and the flow resistance at the time of discharge increases, or the supply port itself is iced. It can prevent being buried in the layer. That is, in the full storage state near the design ice storage rate (IPF), a flow path is formed in the ice layer above the supply port due to the dynamic pressure of the ice / water slurry, and the blowing resistance of the ice / water slurry is increased. In addition, the osmotic potential can be reduced as much as possible. As a result, the ice easily spreads in the horizontal direction, and a uniform ice storage state can be realized in the spreading direction.
なおここで予め定めた蓄氷率というのは、設計段階で氷蓄熱槽に貯蔵しようと定めた氷の蓄氷率(IPF)をいい、氷の盛り上がり高さHiceは、そのときの氷の盛り上がり高さであり、形成された氷(氷層)のうちの水面から最も高い位置にある氷までの高さをいう。 The ice storage rate set in advance here means the ice storage rate (IPF) of ice determined to be stored in the ice heat storage tank at the design stage, and the ice rising height Hice is the ice rising at that time. This is the height of the formed ice (ice layer) from the water surface to the highest ice.
発明者らの知見では、広範囲に氷・水スラリーが流れて広がり、均一に蓄氷できるか否かは、浸透水の流量によって定まる。また浸透水の流量は、氷蓄熱槽に堆積する氷層(盛り上る氷層)で定まる。すなわち、氷蓄熱槽の水平断面に対して、浸透水の流量以上の氷・水スラリーを供給することが、均一に蓄氷できるか否かを定める。 According to the knowledge of the inventors, whether or not ice / water slurry flows and spreads over a wide area and can be uniformly stored is determined by the flow rate of the permeated water. The flow rate of the permeated water is determined by the ice layer (the rising ice layer) that accumulates in the ice heat storage tank. That is, it is determined whether or not ice / water slurry having a flow rate equal to or greater than the flow rate of permeated water can be uniformly stored in the horizontal section of the ice heat storage tank.
したがって、システム設計の上では、予定した設計IPFを高く設定するほど、また水深が深い氷蓄熱槽ほど、均一な蓄氷が可能になる。すなわち、氷蓄熱槽に供給する氷・水スラリーの流量を氷蓄熱槽の水平断面積で除した空塔速度が、均一蓄氷の判断基準になる。しかしながら、スラブ下などの空間を氷蓄熱槽に活用する場合など、槽形状は与条件である場合が考えられる。また、この判断基準である空塔速度の観点からは、単に、氷・水スラリーの供給口の数を増やしても、不均一な蓄氷は改善されない。 Therefore, in the system design, as the planned design IPF is set higher and the ice heat storage tank having a deeper water depth, uniform ice storage becomes possible. In other words, the superficial velocity obtained by dividing the flow rate of the ice / water slurry supplied to the ice heat storage tank by the horizontal cross-sectional area of the ice heat storage tank becomes the criterion for uniform ice storage. However, there are cases where the shape of the tank is a given condition, such as when a space under the slab is used for an ice heat storage tank. In addition, from the viewpoint of the superficial velocity that is a criterion for this determination, even if the number of ice / water slurry supply ports is simply increased, uneven ice storage is not improved.
そこで、本発明においては、前記供給管内の氷・水スラリーに対して、前記氷蓄熱槽から取水した水を加えて、供給口から吐出される氷・水スラリーの流量を増加させることが提案できる。 Therefore, in the present invention, it can be proposed to add water taken from the ice heat storage tank to the ice / water slurry in the supply pipe to increase the flow rate of the ice / water slurry discharged from the supply port. .
かかる場合、氷蓄熱槽内の氷の盛り上がり高さを監視し、所定高さ以上になった際に、前記氷蓄熱槽から取水した水を加えて、供給口から吐出される氷・水スラリーの流量を増加させたり、氷蓄熱槽内の氷の盛り上がり高さの時間的変化を監視し、当該変化が予め定めた変化率以上になった際に、前記氷蓄熱槽から取水した水を加えて、供給口から吐出される氷・水スラリーの流量を増加させることが提案できる。 In such a case, the rising height of the ice in the ice storage tank is monitored, and when it exceeds a predetermined height, water taken from the ice storage tank is added, and the ice / water slurry discharged from the supply port is added. Increase the flow rate or monitor the temporal change in the rising height of the ice in the ice storage tank, and when the change exceeds a predetermined rate of change, add water taken from the ice storage tank. It can be proposed to increase the flow rate of the ice / water slurry discharged from the supply port.
盛り上がり高さの計測は、たとえば氷蓄熱槽の上部に設けた超音波高さ計,レーザー測距計、あるいは静電容量計測器によって、水面から盛り上がる氷の頂上部の高さを検出することでこれを行なうことができる。 The height of the rise is measured, for example, by detecting the height of the top of the ice rising from the surface of the water using an ultrasonic height meter, laser range finder, or capacitance meter installed at the top of the ice storage tank. This can be done.
本発明によれば、ダイナミック型のアイスバンクシステムにける氷蓄熱槽内にある氷の蓄氷を、特に広がり方向において均一にすることができ、多量の氷を高密度に貯蔵することが可能である。 According to the present invention, ice storage in an ice heat storage tank in a dynamic type ice bank system can be made uniform, particularly in the spreading direction, and a large amount of ice can be stored at high density. is there.
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態にかかる氷・水スラリーの供給方法を実施するアイスバンクシステムの概要を示しており、氷蓄熱槽1内の下部には、パンチングメタル等によって構成された中空状の取水部2が設けられている。取水部2に連通している第1の取水管3を通じて、ポンプ4によって取水された槽内の水は、過冷却器11へと送られ、冷凍機12で生成されてポンプ14で供給される冷凍ブラインとの間で熱交換されて、0℃以下の過冷却水が製造される。本実施の形態における過冷却器11は、プレート型熱交換器を採用しているが、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いてもよい。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an outline of an ice bank system that implements an ice / water slurry supply method according to an embodiment, and a hollow water intake made of punching metal or the like is formed in the lower part of the ice
過冷却器11で製造された過冷却水は、過冷却解除器13へと送られて過冷却状態が解除され、氷・水スラリーとなって、供給管5を通じて氷蓄熱槽1内へと供給され、槽内に蓄氷される。本実施の形態における供給管5は、槽内に対して水平に配管され、槽内の中央にて垂直に立ち上がる構成を有し、その先端部開口部は、供給口5aとなる。したがって図2にも示したように、氷・水スラリーSは、供給管5の供給口5aから垂直に噴き上げられ、その周囲にシャーベット状の氷が堆積して氷層Pが形成されていく。
The supercooled water produced by the
取水部2に連通している第2の取水管21を通じて、ポンプ22a〜22cによって取水された槽内の冷水は、チルド冷水として送水管23を通じて冷却負荷24へと送られる。そして冷却負荷24からの昇温した還水は、還水管25を通じて氷蓄熱槽1内に供給される。還水管25の槽内での吹出口25aは、槽内水面下の100〜200mmに位置しており、たとえばジェットノズル構成として、還水を氷層Pに向けて側方から水平に噴流させて、氷層Pを融解して解氷する。
The cold water in the tank taken by the
送水管23には、チルド冷水の流量を測定する流量計26、チルド冷水の温度を測定する温度センサ27が設けられている。また還水管25にも還水の温度を測定する温度センサ28が設けられている。これらによって、冷却負荷24に供給する供給冷熱量の積算値を測定することができる。
The
そして第2の取水管21と還水管25との間には、バイパス管29が配管され、このバイパス管29には、流量制御弁30が設けられている。
A
氷蓄熱槽1内の上方には、氷蓄熱槽1内の氷層Pに向けて超音波を発信して、水面上の氷の盛り上がり高さを検出する超音波高さ計31が設けられている。この超音波高さ計31は、たとえば超音波を対象物に発信して、当該対象物からの反射波や透過波の強度、伝搬時間等を測定して、対象物までの距離を測定するものである。発信先、すなわち高さを測定する地点は、氷層(氷)が最も厚い箇所を設定し、供給管5の供給口5aの近くとすることが好ましい。具体的には、たとえば供給口5aから水平方向に約30cm程度離れたところが適当である。これは測定地点が供給口5aに近すぎて、上方向に吹き上がる氷・水スラリーSの流れの影響を受けないようするためである。
Above the ice
なお、前記超音波高さ計31によって、氷層Pの盛り上がり高さを測定することで、氷蓄熱槽1内の氷層PのIPFを計測することができる。蓄氷量と氷の盛上り高さの関係について、発明者らがモデルケースを用いて実際に検証したところ、IPFが20%のときの氷の盛上り高さは260±25mm程度、IPFが30%のときは350±25mm程度、IPFが40%のときは460±25mm程度であったことがわかった。本実施の形態で製造された氷はスラリー状であり、図2のように、槽内の氷層P上面に供給された氷・水スラリーSは、氷層Pの低い部分に流れて堆積していく。したがって、槽内の残氷に関わらず、満蓄時の盛上り高さ、たとえばIPFが40%のときの盛上り高さは、毎回ほぼ同じ値になる。したがって超音波高さ計31を使用して、氷層Pの盛り上がり高さ、すなわち水面Lから最も盛り上がった部分までの高さを測定することで、氷蓄熱槽1内の氷層PのIPFを計測することもできる。
Note that the IPF of the ice layer P in the ice
なお超音波高さ計31に代えて、レーザー測距計、静電容量によって距離を測定する計測機器も使用することができる。
In place of the
本実施の形態で採用しているアイスバンクシステムは、制御装置Cによって制御され、たとえばチルド冷水の流量を測定する流量計26、チルド冷水の温度を測定する温度センサ27、28の信号は制御装置Cへと出力され、冷却負荷24に供給する供給冷熱量の積算値が算出される。一方、超音波高さ計31による高さ信号も制御装置Cへと出力され、予め設定していた高さ−満蓄状態の関係によって、IPFfull(設計段階で氷蓄熱槽1に貯蔵しようと定めた氷の蓄氷率)が検出されるようになっている。そしてこれらの信号に基づいて、制御装置Cは、冷凍機12、ポンプ4、14等を制御して、蓄氷運転の発停の制御を行なう。
The ice bank system employed in the present embodiment is controlled by the control device C. For example, signals from a
なお図1に示したシステム構成例は、主要部分を示しており、実際の現場で施工する場合には、たとえば冷却負荷24と氷蓄熱槽1との間の配管を直接行なわずに、間に放熱器として水−水熱交換器を介在させたり、あるいは製氷系についても、第1の取水管3に水−水熱交換器を介在させて、冷却負荷への循環系との間で熱交換して昇温した後の水を過冷却器11に送るようにしてもよい。
In addition, the system configuration example shown in FIG. 1 shows the main part. When the construction is actually performed on the site, for example, the piping between the cooling
次に以上の構成にかかるアイスバンクシステムにおける供給管5の供給口5aの高さ位置の設定について説明する。既述したが、氷蓄熱槽1内に氷・水スラリーを供給する場合、図3に示したように、(a)氷蓄熱槽の水面L近傍に下方から氷・水スラリーSを供給して蓄氷する方法と、図4に示したように、(b)氷蓄熱槽の上部から氷・水スラリーSを供給して蓄氷する方法とが考えられる。
そして既述のように(a)の方法の方が、水平方向に広がりやすく、その結果(b)の方法よりも氷層が盛り上らず、したがって水平方向に均一な蓄氷状態となりやすい。
Next, the setting of the height position of the
As described above, the method (a) tends to spread in the horizontal direction, and as a result, the ice layer does not rise more than the method (b), and therefore, the ice storage state tends to be uniform in the horizontal direction.
これをより詳述すると、(a)の方法において、氷層への浸透する水の圧力E(浸透ポテンシャル)は、図3のように氷層上面の位置とほぼ同じである。一方、(b)の方法においては、図4に示したように、図3のときの浸透ポテンシャルEに、氷・水スラリーSの流速uに相当するポテンシャルと、氷・水スラリー供給口Qと氷層上面の距離Kに相当するポテンシャルが加わる。たとえば、氷・水スラリーSの流速uが2m/sで、距離Kが0.3mとすると、(b)の方法のポテンシャルは(a)の方法よりも、(1/2×22)/9.8+0.3=0.5mAq大きいことになる。 More specifically, in the method (a), the pressure E (penetration potential) of water penetrating into the ice layer is substantially the same as the position of the upper surface of the ice layer as shown in FIG. On the other hand, in the method (b), as shown in FIG. 4, the permeation potential E in FIG. 3 includes the potential corresponding to the flow velocity u of the ice / water slurry S, the ice / water slurry supply port Q, A potential corresponding to the distance K on the top surface of the ice layer is added. For example, when the flow velocity u of the ice / water slurry S is 2 m / s and the distance K is 0.3 m, the potential of the method (b) is (1/2 × 2 2 ) / 9.8 + 0.3 = 0.5 mAq larger.
また、氷層上面の位置を0.5mとすると、(a)の方法の浸透ポテンシャルは0.5mAqであり、(b)の方法の浸透ポテンシャルは0.5mAq+0.5m=1.0mAqあるため、2倍のポテンシャルで水が氷層に浸透するので、氷が広がり難くなり、その結果(b)の方法では不均一な蓄氷状態になる。 If the position of the upper surface of the ice layer is 0.5 m, the osmotic potential of the method (a) is 0.5 mAq, and the osmotic potential of the method (b) is 0.5 mAq + 0.5 m = 1.0 mAq. Since water penetrates into the ice layer at twice the potential, it becomes difficult for the ice to spread, and as a result, the method (b) results in a non-uniform ice storage state.
かかる点に鑑みて本実施の形態では、供給管5の供給口5aは下方から上に向けて氷・水スラリーSを供給する構成を採用している。その際、既述したように、氷蓄熱槽1内で堆積する氷層(盛り上る氷層)は、水面近傍に設置された供給口5aからの氷・水スラリーSの吹き出し抵抗を増大させ、過冷却水の安定製造が阻害される可能性があるので、供給口5aは水面Lよりも上方に設置されている。
In view of this point, the present embodiment adopts a configuration in which the
そして供給口5aの高さ位置については、まず所定の設計IPFfullから盛上り高さHiceを予め定める。ここでIPFfullとは、設計段階で氷蓄熱槽1に貯蔵しようと定めた氷の蓄氷率をいう。次に、図2に示したように、供給口5aでの氷・水スラリーSの流速から、その動圧分の水柱高さH求める。そして、IPFfull時の盛上り高さHiceから動圧分の水柱高さHを引いた値hを、供給口5aの高さ位置とする。これによって設計IPF近くの満蓄状態では氷・水スラリーSの動圧によって、図2に示したように、供給口5aよりも上方の氷層に流路Xが形成され、氷・水スラリーSの吹き出し抵抗は増大せず、かつ、浸透ポテンシャルを極力少なくすることができる。
For the height position of the
そして本実施の形態ではそのように浸透ポテンシャルを極力少なくしているので、水平方向に氷層が広がりやすく、その結果氷層が盛り上らず、水平方向に均一な蓄氷状態を実現することができる。 In this embodiment, since the osmotic potential is reduced as much as possible, the ice layer tends to spread in the horizontal direction, and as a result, the ice layer does not rise and a uniform ice storage state in the horizontal direction is realized. Can do.
ところで図5に示したように、槽内の氷層Pの上面に供給された、流動性に富む氷・水スラリーSは、多孔質体と見なせる氷層Pに氷・水スラリーS中の水が浸透しながら氷層Pの上面を流れ、氷・水スラリーS中の氷の割合が高まって、その流動性がなくなった時点で堆積して氷層となる。なお実際には、氷層Pの上面に流れる氷・水スラリーS中の水が氷層Pに浸透する際にも若干の氷は堆積するが、氷・水スラリーSが流動性を無くした時点で殆どの氷が堆積することを実験観察によって確認している。 By the way, as shown in FIG. 5, the ice / water slurry S having a high fluidity supplied to the upper surface of the ice layer P in the tank is transferred to the ice layer P that can be regarded as a porous body. Flows through the upper surface of the ice layer P while infiltrating, and when the proportion of ice in the ice / water slurry S increases and its fluidity is lost, it accumulates to form an ice layer. Actually, some ice accumulates even when water in the ice / water slurry S flowing on the upper surface of the ice layer P penetrates into the ice layer P, but when the ice / water slurry S loses its fluidity. It has been confirmed by experimental observation that most of the ice is deposited.
図5は、氷・水スラリーS中の氷の割合IPFS0で流量GS0の氷・水スラリーSが、氷層上面に供給された様子を模式的に示しているが、この氷・水スラリーSは氷層Pの上面を流れながら、氷・水スラリーS中の流量GW1の水が氷層Pに浸透する。そして下流での氷・水スラリーSの流量GS1は、GS0−GW1であり、氷・水スラリーS中の氷の割合IPFS1は、GS0×IPFS0/GS1=GS0×IPFS0/(GS0−GW1)である。 FIG. 5 schematically shows a state in which the ice / water slurry S having the ice ratio IPF S0 and the flow rate G S0 is supplied to the upper surface of the ice layer. While S flows on the upper surface of the ice layer P, the water of the flow rate GW1 in the ice / water slurry S penetrates into the ice layer P. The flow rate G S1 ice-water slurry S at the downstream is a G S0 -G W1, the ratio IPF S1 ice ice-water slurry S is, G S0 × IPF S0 / G S1 = G S0 × IPF S0 / (G S0 -G W1 ).
このIPFS1の氷・水スラリーSは、流量GS1で氷層Pの上面を流れながら、氷・水スラリーS中の流量GW2の水が氷層に浸透する。そしてその下流での氷・水スラリーSの流量GS2は、GS1−GW2=GS0−(GW1+GW2)であり、同様に、氷・水スラリーS中の氷の割合IPFS2は、GS1×IPFS1/GS2=(GS0−GW1)×{GS0×IPFS0/(GS0−GW1)}/{GS0−(GW1+GW2)}である。
さらに、その下流での氷・水スラリーの流量GS3は、GS2−GW3=GS0−(GW1+GW2+GW3)であり、氷・水スラリーS中の氷の割合IPFS3はGS2×IPFS2/GS3={GS0−(GW1+GW2)}×[(GS0−GW1)×{GS0×IPFS0/(GS0−GW1)}/{GS0−(GW1+GW2)}]/{GS0−(GW1+GW2+GW3)}である。
Ice-water slurry S of this IPF S1 while flowing the upper surface of the ice layer P at a flow rate G S1, water flow rate G W2 ice-water slurry S from penetrating the ice layer. The flow rate G S2 ice-water slurry S at the downstream, G S1 -G W2 = G S0 - a (G W1 + G W2), similarly, the ratio IPF S2 ice ice-water slurry S is , G S1 × IPF S1 / G S2 = (G S0 -G W1) × {G S0 × IPF S0 / (G S0 -G W1)} / - a {G S0 (G W1 + G W2)}.
Further, the flow rate G S3 ice-water slurry at the downstream, G S2 -G W3 = G S0 - a (G W1 + G W2 + G W3), the proportion IPF S3 ice ice-water slurry S is G S2 × IPF S2 / G S3 = {G S0 - (G W1 + G W2)} × [(G S0 -G W1) × {G S0 × IPF S0 / (G S0 -G W1)} / {G S0 - ( GW1 + GW2 )}] / { GS0- ( GW1 + GW2 + GW3 )}.
このようにみれば、ある地点iにおける氷・水スラリー中の氷の割合IPFiは、
IPFi=(GS0−ΣGWi(1〜i−1))×(GS0−ΣGWi(1〜i−2))×(GS0×IPFS0/(GS0−ΣGWi(1〜i−2)))/(GS0−ΣGWi(1〜i−1))/(GS0−ΣGWi(1〜i))であり、このIPFiが流動性を維持するための限界値を超えた場合に、氷・水スラリーSは静止して氷層となる。
In this way, the ice ratio IPF i in the ice / water slurry at a certain point i is
IPF i = (G S0 −ΣG Wi (1 to i−1) ) × (G S0 −ΣG Wi (1 to i−2) ) × (G S0 × IPF S0 / (G S0 −ΣG Wi (1 to i) -2))) and / (G S0 -ΣG Wi (1~i -1)) / (G S0 -ΣG Wi (1~i)), the limit value for the IPF i maintains liquidity If it exceeds, the ice / water slurry S becomes stationary and becomes an ice layer.
したがって供給する氷・水スラリーSの流量GS0と、供給する氷・水スラリーS中の氷の割合IPFS0が既知であれば、広範囲に氷・水スラリーが流れて広がって均一に蓄氷できるか否かは、浸透水の流量GWiによって定まることがわかる。なお氷・水スラリーの流量やIPFの決定は、たとえば設備構築後の試運転時に決定することができる。 Therefore, if the flow rate G S0 of the ice / water slurry S to be supplied and the ratio IPF S0 of the ice in the ice / water slurry S to be supplied are known, the ice / water slurry can flow and spread over a wide area to uniformly store ice. It is understood that whether or not it is determined by the flow rate G Wi of the permeated water. Note that the flow rate of ice / water slurry and the IPF can be determined, for example, at the time of trial operation after facility construction.
つまり供給口5aから供給される氷・水スラリーの浸透水以上の流量の水を、氷・水スラリー中に確保すれば、氷・水スラリーにおける浸透水分を除いた水と、氷とが供給地点からより遠い方向へと流れ、その結果、水平方向に氷層が広がり水平方向により均一な蓄氷状態を実現することができる。たとえば供給口5aから供給される氷・水スラリーにおいて、氷が3、水が97の割合で存在している場合、浸透水が97の条件であれば、氷・水スラリーが流動せず供給地点で停止してしまい、その場で氷が堆積して盛り上がることになる。一方、当該氷・水スラリーに水を60増加させて、氷が3、水が157の氷・水スラリーを構成した場合、氷・水スラリー中の氷の絶対量を低下させることなく、浸透水分を除いた水60によって氷・水スラリーが遠くへと広がっていくことになる。
In other words, if water in the ice / water slurry having a flow rate equal to or higher than the osmotic water of the ice / water slurry supplied from the
このような観点から、供給管5に対して、低温の水を混入させて供給口5aから供給される氷・水スラリーの流量を増加させることが提案できる。かかる場合、混入する水は低温で、氷・水スラリー中の氷の量を極力減じさせないものがよいので、氷蓄熱槽1内の水を取水して供給管5に供給することが好ましい。これに基づいたものとして、たとえば図6、図7に示した例を提案できる。
From this point of view, it can be proposed to mix the low-temperature water into the
図6に示した例は、氷蓄熱槽1内の水を、氷蓄熱槽1内に配管されている取水管51を通じて氷蓄熱槽1内に設置したポンプ52で取水して、そのまま供給管5内に供給する構成である。なお図6の例では、槽の底部近傍から取水するようにしている。また図7に示した例は、氷蓄熱槽1外に設置されたポンプ53によって、氷蓄熱槽1外に配管されている取水管54によって氷蓄熱槽1内の水を、ここでは槽の底部近傍から取水し、氷蓄熱槽1外にて供給管5内に供給する構成である。
In the example shown in FIG. 6, the water in the ice
なおこれら図7の構成において、製氷された氷・水スラリーの流量をGs、その氷・水スラリー中の氷の割合をIPFsとし、氷蓄熱槽1から取水した水の流量をGwとすると、供給口5aでの氷・水スラリーの流量は、Gs+Gwまで増加して空塔速度は速くなり、そのときの氷・水スラリー中の氷の割合IPFsは、IPFs×Gs/(Gs+Gw)まで少なくなる。氷・水スラリー中の氷の割合IPFsが増加すると、不均質な氷層が形成されて氷層へ水が浸透し易くなり、氷が広がらないことを確認しているが、氷蓄熱槽1から取水した水を加えて氷・水スラリー中の氷の割合IPFsを低下させても、そのようなIPFsの低下は蓄氷形状に悪影響を与えない。
7, the flow rate of the ice / water slurry produced is Gs, the proportion of ice in the ice / water slurry is IPFs, and the flow rate of water taken from the ice
また図6の例では、氷蓄熱槽1内の水をそのまま槽内にて、供給管5内に供給しているので、混合させる水の温度は変化せず、したがって氷・水スラリー内の氷の量を減じさせないというメリットがある。一方図7に示した例では、ポンプ53、取水管54とも、槽外に配置されているので、保守、メンテナンスの点で有利である。
In the example of FIG. 6, since the water in the ice
さらにまた、図6、図7のような水の再循環系統に用いるポンプ52、53は、低揚程で少消費電力のポンプで良く、またたとえば蓄氷過程の後半において氷層が盛り上って浸透ポテンシャルが増加したときに起動すれば充分である。このような例として、たとえば氷蓄熱槽1内の氷の盛り上がり高さを超音波高さ計31で監視し、所定高さ以上になった際に、ポンプ52、53を起動させたり、あるいは、氷蓄熱槽1内の氷の盛り上がり高さの時間的変化を監視し、当該変化が予め定めた変化率以上になった(大きくなった)際にポンプ52、53を起動させることが提案できる。このようなポンプ52、53の発停制御は、超音波高さ計31からの検出信号を受けた制御装置Cによって容易に行なうことができる。
Furthermore, the
本発明は、過冷却器で製造される氷・水スラリーを氷蓄熱槽に供給して蓄氷するいわゆるダイナミック型のアイスパンクシステムに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a so-called dynamic type ice puncture system in which ice / water slurry produced by a supercooler is supplied to an ice heat storage tank to store ice.
1 氷蓄熱槽
2 取水部
3 第1の取水管
4、14、22a〜22c、52、53 ポンプ
5 供給管
5a 供給口
11 過冷却器
12 冷凍機
13 過冷却解除器
21 第2の取水管
23 送水管
24 冷却負荷
25 還水管
25a 吹出口
26 流量計
27、28 温度センサ
29 バイパス管
30 流量制御弁
31 超音波高さ計
C 制御装置
E 浸透ポテンシャル
h 供給口の水面上の高さ
H 水柱高さH
Hice 氷の盛り上がり高さ
L 水面
P 氷層
Q 氷・水スラリー供給口
X 流路
DESCRIPTION OF
Hice Ice swell height L Water surface P Ice layer Q Ice / water slurry supply port X Channel
Claims (4)
当該供給口は前記氷蓄熱槽内の水面上に位置させ、
前記氷蓄熱槽における予め定めた蓄氷率のときの氷蓄熱槽内の氷の盛り上がり高さHiceを求めておき、
前記供給口での氷・水スラリーの流速から、その動圧分の水柱高さHを求め、
前記Hiceから水柱高さHを減じた高さを前記供給口の水面上の高さ位置に設定することを特徴とする、
氷・水スラリーの供給方法における供給口の高さ位置の設定方法。 When supplying ice / water slurry produced by the supercooler from the supply port of the supply pipe to the ice heat storage tank by discharging the ice / water slurry from below to above ,
The supply port is located on the water surface in the ice storage tank,
Obtaining the ice swell height Hice in the ice heat storage tank at a predetermined ice storage rate in the ice heat storage tank,
From the flow velocity of the ice / water slurry at the supply port, the water column height H corresponding to the dynamic pressure is obtained,
The height obtained by subtracting the water column height H from the Hice is set to a height position on the water surface of the supply port,
A method for setting the height position of the supply port in the ice / water slurry supply method.
過冷却器で製造される氷・水スラリーを、氷蓄熱槽内の水面上に位置させた供給管の供給口を通じて、下方から上方に向けて吐出して氷蓄熱槽に供給するにあたり、前記供給管内の氷・水スラリーに対して、前記氷蓄熱槽から取水した水を加えて、供給口から吐出される氷・水スラリーの流量を増加させることを特徴とする、氷・水スラリーの供給方法。 Using the method for setting the height position of the supply port in the ice / water slurry supply method according to claim 1, the height of the supply port of the ice / water slurry supply pipe is set,
When supplying ice / water slurry produced by the supercooler to the ice heat storage tank by discharging it from below through the supply port of the supply pipe located on the water surface in the ice heat storage tank, the supply A method for supplying ice / water slurry, wherein water taken from the ice heat storage tank is added to the ice / water slurry in the tube to increase the flow rate of the ice / water slurry discharged from the supply port. .
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