JP5198828B2

JP5198828B2 - 移氷システム

Info

Publication number: JP5198828B2
Application number: JP2007277301A
Authority: JP
Inventors: 忠彦射場本; 真史百田; 拓百宮良; 路郎島津; 浩村上; 槙夫相川
Original assignee: Tokyo Denki University; Tonets Corp
Current assignee: Tokyo Denki University; Tonets Corp
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009103388A

Description

本発明は、冷熱源機の氷蓄熱システムに用いる移氷システム及びこれを用いた氷水搬送システムに関するものである。なお、以下では氷蓄熱空調システムを例にして説明している。

ビルの冷房用熱源として夜間電力を利用した蓄熱式熱源システムが採用される傾向にある。なかでも、コンパクト性、夜間稼働率の高さ、低水温を利用した大温度差によるポンプ・ファン等の搬送動力の低減といった利点から、氷蓄熱空調システムが有効な方法として考えられている。これと同時に空調システムにも高密度冷熱搬送が求められており、氷の潜熱を付加する氷水搬送システムの実現が望まれる。氷水搬送システムは、水の顕熱のみを利用する水搬送方式と比べて、主配管系の縮小と搬送熱量当たりの動力縮減を図ることが可能と考えられ、システム導入及び運用時のＣＯ_２排出量の削減が期待できる。

このような氷蓄熱空調システムにおいては、氷蓄熱槽として単一のものを用いる場合と、複数個用いる場合がある。ビル等の建築物においては、建物最下階の床スラブと基礎スラブの間の空間である二重スラブを複数個の蓄熱槽として利用している。このように、蓄熱槽として既設ビル地下の二重スラブを利用することは、省スペースや工事期間の短縮等のメリットが大きく、また既設ビルに適用することができるため、好ましい。

これらの複数個の蓄熱槽に対して氷蓄熱を行う場合、各蓄熱槽を連通管で連結し、氷を移動させる必要がある。このように複数個の蓄熱槽に対して氷を移動させて蓄氷を行う氷蓄熱装置が特許文献１に開示されている。この氷蓄熱装置は、複数の蓄熱水槽、各水槽の水を熱負荷に移送するポンプ及び配管、製氷装置からなる氷蓄熱装置において、製氷装置から隔たった水槽の水を、ポンプで製氷装置に直結した水槽に送ることにより、製氷装置に直結した水槽に発生した氷を、水槽のオーバーフロー水とともに他の水槽に移送するものである。

特開平５−３４０５６７号公報

しかしながら、特許文献１の氷蓄熱装置は、オーバーフロー水とともに他の水槽に氷ごと移動させるものである。氷は水よりも比重が小さいため、水槽の上側から氷を供給したのでは、効率よく水槽内に氷を溜めることができない。すなわち、複数個の蓄熱槽は、蓄熱槽下部まで氷で満たされていることが蓄熱効率及び蓄熱容量の観点から好ましい。

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、複数個の蓄熱槽に対し、効率よく大容量の蓄氷を行うことができる氷水搬送システムの提供を目的とするものである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、複数個の蓄熱槽と、当該各蓄熱槽を連通させる連通管とを備え、当該連通管により、前記各蓄熱槽は一連に連通し、前記各蓄熱槽に対して順番に氷水を移動させる移氷システムにおいて、前記複数個の蓄熱槽は、製氷機からのブロック状アイスが供給される投入槽と、当該投入槽から一連に連通して最終の蓄熱槽に当たる末端槽とを備え、前記末端槽と前記投入槽の間の連通管には、前記末端槽から前記投入槽に向けて前記氷水を搬送するための搬送ポンプが備わり、前記各連通管の吸込口は前記蓄熱槽の水面下近傍に備わり、前記各連通管の吐出口は前記蓄熱槽の下部に備わり、前記搬送ポンプを駆動させることにより、前記投入槽から前記末端槽に向けて、前記各蓄熱槽内に溜められた氷水の水位が順番に低くなり、当該隣接する蓄熱槽内の水位差を利用して、前記蓄熱槽の連通管の吸込口から氷水を吸込んで隣接する蓄熱槽の連通管の吐出口から吐出させる構成としたことを特徴とする移氷システムを提供する。

また、請求項２の発明では、前記吸込口の開口端は、上側を向いて開口していることを特徴としている。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の移氷システムを用いて、前記投入槽は、ループを形成した主配管を介して二次側設備と連通し、前記投入槽と前記主配管は、供給管及び排出管で接続され、前記供給管を通じて前記投入槽内の氷水を前記主配管内に供給し、前記排出管を通じて前記主配管内の水を前記投入槽に排出することを特徴とする氷水搬送システムを提供する。

請求項１の発明によれば、連通管の吸込口は蓄熱槽の水面近傍に備わり、連通管の吐出口は蓄熱槽の下部に備わるため、水面付近に溜まった氷を効率よく連通管に吸い込むことができ、これを蓄熱槽の下部から吐出することにより、蓄熱槽内に効率よく氷を溜めることができる。すなわち、氷は蓄熱槽内を上昇するため、下部から氷を吐出することにより、吐出口付近に氷の流通を妨げるものがないので、氷の移動をスムーズに行うことができる。これにより、蓄熱槽全体における大容量の氷蓄熱が可能となる。

また、搬送ポンプを用いて末端槽から投入槽に向けて氷水を搬送するため、そのポンプ動力により各蓄熱槽に水位差が生じる。この水位差を利用して氷を移動させるため、さらに効率よく氷を移動させることができる。また、搬送ポンプにより氷水が各蓄熱槽を循環するので、流動性を保ったままの蓄氷が可能となり、二次側への氷の搬送が可能となる。また、蓄熱槽内に可動部を設けることなく氷の移動が可能となるので、装置が複雑となることはない。したがって、簡単に設置可能となるため、既存の二重スラブを利用した複数個の蓄熱槽に対して容易に適用できる。

請求項２の発明によれば、吸込口の開口端は、上側を向いて開口しているため、水面に集まる氷を一様に連通管を通して移動させることができる。したがって、効率よく迅速に氷を移動（移氷）させることができる。

請求項３の発明によれば、二次側設備と連通する環状にループした主配管に対し、氷水を供給し、これとともに水を排出するため、主配管内の氷充填率(IPF(Ice Packing Factor))を高めることができ、更なる高密度冷熱搬送が可能となる。これにより、主配管のポンプ流量、すなわちポンプ動力の低減を図ることができ、システム全体としての運転効率を高めることができる。

本発明は、複数個の蓄熱槽と、当該各蓄熱槽を連通させる連通管とを備え、当該連通管により、前記各蓄熱槽は一連に連通し、前記各蓄熱槽に対して順番に氷水を移動させる移氷システムにおいて、前記複数個の蓄熱槽は、製氷機からの氷が供給される投入槽と、当該投入槽から一連に連通して最終の蓄熱槽に当たる末端槽とを備え、前記投入槽から前記末端槽に向けて、前記各蓄熱槽内に溜められた氷水の水位が順番に低くなるように形成され、前記末端槽と前記投入槽の間の連通管には、前記末端槽から前記投入槽に向けて前記氷水を搬送するための搬送ポンプが備わり、前記連通管の吸込口は前記蓄熱槽の水面近傍に備わり、前記連通管の吐出口は前記蓄熱槽の下部に備わり、氷の移動をスムーズに行うことができる移氷システムである。

図１は本発明に係る移氷システムに用いる複数個の蓄熱槽の概略平面図である。

図では４個の蓄熱槽Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを示す。各蓄熱槽Ａ〜Ｄは、それぞれ連通管１〜４により連通される。この連通管１〜４により、各蓄熱槽Ａ〜Ｄ内は一連に連通し、循環することになる。蓄熱槽（末端槽）Ｄと蓄熱槽（投入槽）Ａを連通する連通管４には搬送ポンプ（スラリーポンプ）５が備わる。各蓄熱槽Ａ〜Ｄ内には、氷水が溜められている。氷水は、連通管１〜４を通って蓄熱槽Ａ〜Ｄを流動的に循環する。

図２は図１の各蓄熱槽を横に並べて展開した状態を示す概略断面図である。

図示したように、各蓄熱槽Ａ〜Ｄ内には、氷６を含む氷水が溜められる。搬送ポンプ５を駆動させることにより、蓄熱槽Ｄ内の氷水が蓄熱槽Ａに搬送される。したがって、蓄熱槽Ｄの水位が下がり、蓄熱槽Ａの水位が上がる。これに伴い、蓄熱槽ＡからＤに向かって順番に水位が下がる。このとき、各蓄熱槽Ａ〜Ｄ内の氷水も連通管１〜４を通って各蓄熱槽Ａ〜Ｄ内を循環して流通する。したがって、各蓄熱槽Ａ〜Ｄを有効に利用して、高密度で蓄熱することが可能となる。

このように、水位差を利用して氷６を移動（移氷）させるため、効率よく氷を移動させることができる。また、搬送ポンプ５により氷水が各蓄熱槽Ａ〜Ｄを循環するので、流動性を保ったままの蓄氷が可能となり、二次側への氷６の搬送が可能となる。また、蓄熱槽Ａ〜Ｄ内に可動部を設けることなく氷６の移動が可能となるので、装置が複雑となることはない。したがって、簡単に設置可能となるため、既存の二重スラブを利用した複数個の蓄熱槽に対して容易に適用できる。

連通管１〜４の吸込口１ａ〜４ａは水面近傍に設置される。これにより、水面付近に溜まった氷を効率よく連通管に吸い込むことができ、氷６の移動効率が向上する。また、連通管１〜４の吐出口１ｂ〜４ｂは蓄熱槽Ａ〜Ｄの下部に設置される。これにより、氷６は水面側に上昇するという氷の比重を考慮し、氷６の流通を妨げるものがない場所に吐出口１ｂ〜４ｂを設置することになる。したがって、氷６の移動をスムーズに行うことができる。このため、蓄熱槽Ａ〜Ｄ全体における大容量の氷蓄熱が可能となる。

連通管１〜４の吸込口１ａ〜４ａの開口端は、上側を向いて開口している。これにより、水面に集まる氷６を一様に連通管１〜４を通して移動させることができる。したがって、効率よく迅速に氷６を移動（移氷）させることができる。吸込口１ａ〜４ａの開口端を横向きにした場合は、開口端よりも上側に存在する氷６を移動させることができないため、上側を向けたほうが一様に吸い込めるため好ましいといえる。このとき、連通管の径が大きくなるにつれ、移動される氷６の量が増加するので、さらに迅速に移氷を行うことができる。

なお、吸込口１ａ〜４ａの開口端と水面との距離は、氷６の比重や大きさ、各蓄熱槽Ａ〜Ｄの槽内氷充填率を考慮して設定する。この設定は、搬送ポンプ５の流量を調整することにより行うことができる。したがって、ポンプ５により生じた各蓄熱槽Ａ〜Ｄの水位を考慮した位置になるように、各連通管１〜４の開口端の高さにも段差が形成される。例えば、１０ｍｍ角の氷６を移動させるときに、流速を０．１ｍ／ｓとした場合に、連通管の径が５０ｍｍでは、開口端と水面との距離は９．２ｍｍあれば十分である。２０ｍｍ角の氷６を移動させるのであれば、１８．４ｍｍ以上設けることが好ましい。

また、氷６の吸込効率を高めるため、吸込口１ａ〜４ａの開口端にホッパーを設けて開口端を広げてもよい。これにより、さらに迅速な移氷が可能となる。

図３は複数個の蓄熱槽の他の例を示す概略平面図である。

図示したように、蓄熱槽Ａ〜Ｄは、図１で示したような一方向の横並びではなく、蓄熱槽Ｂ，Ｃで折り返して投入槽Ａと末端槽Ｄが隣り合わせとなるように形成してもよい。このようにすれば、末端槽Ｄから投入槽Ａへの連通管の配設を容易に行うことができ、配管レイアウト上の制約をうけることもない。

なお、本発明に係る移氷システム及び氷水搬送システムにおいて、搬送対象物たる氷水に含まれる氷としては、焼結現象を回避できる点でブロック状アイスを用いるほうがよい。ブロック状アイスは、密度が高く、流れやすい特性を有しているので、このような点でもよい。本発明は、このようなブロック状アイスをも確実に搬送できるシステムである。

図４は本発明に係る移氷システムを用いた氷水搬送システムの概略図である。

図示したように、投入槽Ａは、ループを形成した主配管７を介して空調機等の冷熱源機たる二次側設備８と連通する。投入槽Ａと主配管７は、供給管９及び排出管１０で接続される。投入槽Ａには、製氷機１１からの氷が投入されて充填される。製氷は、例えばポンプ１５により投入槽Ａ内の水を汲み上げて行われる。充填された氷は、上述したように、搬送ポンプ５により各蓄熱槽Ａ〜Ｄに循環するように移動される。

各二次側設備８で用いられる冷熱は、投入槽Ａから供給される。このとき、供給管９を通じて投入槽Ａ内の氷水を主配管７内に供給し、これと同時に排出管１０を通じて主配管７内の水のみを投入槽Ａに排出する。これにより、主配管７内の氷充填率(IPF(Ice Packing Factor))を高めることができ、更なる高密度冷熱搬送が可能となる。具体的には、従来の氷充填率が約１０％程度であったのに対し、５０％近くまで高めることができる。したがって、主配管７に備わるポンプ１２の流量、すなわちポンプ動力の低減を図ることができ、システム全体としての運転効率を高めることができる。

供給管９に備わるポンプ１３の吸込口は、投入槽Ａの水面近くにあることが好ましい。これにより、水面に集まった氷を効率よく主配管に移動させることができる。なお、１４は主配管７の下流側に高密度冷熱を搬送するためのバイパス管である。主配管７は、上述したように、独立した環状のループ形状である。したがって、蓄熱槽を含めた一環ループ形状に比べてより高密度の冷熱を搬送することができる。さらに、このように主配管７をクローズさせて形成することにより、主配管７内の負荷が供給管９のポンプ１３にかかることはない。したがって、ポンプ１３の動力の低減を図ることができる。

本発明に係る移氷システムに用いる複数個の蓄熱槽の概略平面図である。図１の各蓄熱槽を横に並べて展開した状態を示す概略断面図である。複数個の蓄熱槽の他の例を示す概略平面図である。本発明に係る移氷システムを用いた氷水搬送システムの概略図である。

符号の説明

１〜４：連通管、５：搬送ポンプ、６：氷、７：主配管、８：二次側設備、９：供給管、１０：排出管、１１：製氷機、１２：ポンプ、１３：ポンプ、１４：バイパス管、１５：ポンプ、Ａ〜Ｄ：蓄熱槽

Claims

複数個の蓄熱槽と、
当該各蓄熱槽を連通させる連通管とを備え、
当該連通管により、前記各蓄熱槽は一連に連通し、前記各蓄熱槽に対して順番に氷水を移動させる移氷システムにおいて、
前記複数個の蓄熱槽は、製氷機からのブロック状アイスが供給される投入槽と、当該投入槽から一連に連通して最終の蓄熱槽に当たる末端槽とを備え、
前記末端槽と前記投入槽の間の連通管には、前記末端槽から前記投入槽に向けて前記氷水を搬送するための搬送ポンプが備わり、
前記各連通管の吸込口は前記蓄熱槽の水面下近傍に備わり、前記各連通管の吐出口は前記蓄熱槽の下部に備わり、
前記搬送ポンプを駆動させることにより、前記投入槽から前記末端槽に向けて、前記各蓄熱槽内に溜められた氷水の水位が順番に低くなり、当該隣接する蓄熱槽内の水位差を利用して、前記蓄熱槽の連通管の吸込口から氷水を吸込んで隣接する蓄熱槽の連通管の吐出口から吐出させる構成としたことを特徴とする移氷システム。