JPH01239327A - 多層階建物の氷蓄熱冷房設備 - Google Patents

多層階建物の氷蓄熱冷房設備

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JPH01239327A
JPH01239327A JP6628888A JP6628888A JPH01239327A JP H01239327 A JPH01239327 A JP H01239327A JP 6628888 A JP6628888 A JP 6628888A JP 6628888 A JP6628888 A JP 6628888A JP H01239327 A JPH01239327 A JP H01239327A
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Takao Okada
孝夫 岡田
Tokio Okonogi
小此木 時雄
Toshio Hayashi
利雄 林
Masayuki Yano
正幸 谷野
Sakae Kikuchi
栄 菊地
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、氷蓄熱を利用した多層階建物の冷房設備に関
する。
〔発明の背景〕
ビル空調において、夏期昼間の冷房負荷のピーク力、ト
のために夜間電力を利用して氷を作りこれを昼間の冷房
用冷熱源に利用しようとする氷蓄熱方式が種々提案され
ている。この氷蓄熱方式には、製氷法の相違によって蓄
熱槽に蓄える氷の形態がソリッド状(氷塊状)のものと
、リキッド状(微細な氷が水に分散したスラリー状)の
ものがある。両者にはそれぞれ得失があるが、後者のい
わゆるシャヘット状の氷−水スラリ一方式では氷製造の
ための冷凍機の成績係数が高く且つ氷の容積率も比較的
高くまた氷−水スラリーの流体として取り扱うことがで
きるので有利な面が多い。
この微細な氷が分散したシャベット状の流体を製造する
には、零度°C以下に過冷却された過冷却水の連続流れ
を作り5 この過冷却水の連Vt流れからその過冷却状
態を瞬時に解除する方法が有利である。本発明者らは特
願昭62−271922号において水と接触する管壁温
度が−5,8°C以下とはならない温度(ただし零度゛
C以下)に伝熱管を冷却すれば、水流のレイノルズ数(
つまり流速や管径)、冷却される前の水温、冷却後の水
温等とは無関係に過、冷却水が連続的に製造できること
を明らかにした。このようにして製造される過冷却水の
連続流れに物理的な衝撃を付与したり氷と接触させて瞬
時に過冷却状態を解除すると微細な氷が水中に分散した
氷−水スラリーを簡単に製造することが可能である。
一方、水浩熱のためには氷蓄熱槽を必要とするが、これ
まで提案された空調用水蓄熱槽は成る階に水槽を設置し
、この槽内に氷を蓄えるというものが普通であった。こ
のため、ビル等の多層階建物の場合には、この氷蓄熱槽
から各階の空調機への冷水の循環に多大の動力を必要と
する。このことは、氷の潜熱ではなく水の顕熱を蓄える
普通の蓄熱水槽の場合も同様であるが、氷蓄熱の場合に
は氷製造装置との間でも循環が必要とされるので二次側
(空調機側)と−次側(氷製造装置側)の両者への整合
性のとれた循環が必要となる。すなわち、水と水という
固液混合流体を対象とした場合にも水だけを対象とした
のと同様の蓄熱設備を用いたのでは、その固液混合流体
の特殊性が十分に発揮されずに自ずと不合理が発生する
。例えば氷は水より比重が小さくなるので液面近くに浮
遊するという性質があるが、シャベット状の流体を平面
的に蓄える場合には、−次側と二次側への循環をどのよ
うな位置配分で行えばよいか苦慮することも多く、搬送
動力の点でもまた蓄熱効率の点でも不合理が生じやすい
〔発明の目的〕
本発明は、ビル等の多層階建物に対して氷蓄熱方式によ
る冷房を行なう場合の一次側と二次側への循環搬送を合
理的に行なうと共にシャヘット状流体の特徴を有利に利
用した省設備省動力省スペースの空調設備の提供を目的
としたものである。
〔発明の構成〕
本発明は、多層階建物の各階に配置した空調機に冷水を
循環供給して冷房を行なう空調設備において、多層階建
物の一部または全部の階層の高さに相当する主竪管と軸
型管を施設すると共に3ム主竪管と軸型管とをその底部
で連通させ、過冷却水製造用の水冷却器を上層階に設置
し、軸型管内の水を水冷却器に給水する管路を設けると
共にその給水のためのポンプを施設し5該水冷却器から
主竪管の上部に通ずる流体通路を設けて主竪管内に微細
氷が分散した氷−水スラリーを蓄える構成としたうえ、
軸型管内の冷水を各階の空調装置に送水したあと主型管
に戻す熱源水柱管路を各階において施設するか、主竪管
内の水を各階の空調装置に送水したあと軸型管に戻す熱
源水柱管路を各階において施設するか、または、主竪管
内の水を各階の空調装置に送水したあと主型管に戻す熱
源水柱管路を各階において施設したことを特徴とするも
のである。
すなわち本発明においては、空調を必要とする各階に通
ずる高さの主型管を配置し、この主竪管内にシャベント
状の氷−水スラリーを蓄えるのであり5 この水−水ス
ラリーを製造するのに過冷却水運VF、製造装置を用い
て行なう。そして、軸型管を別途施設することによって
一次側および二次側への搬送を合理的に行なうようにし
且つ二次側へは各階毎に主型管および/または軸型管か
ら冷水を循環させるようにしたものである。
多層階建物を対象として竪型蓄熱水槽を施設した例がこ
れまでも報告されているが、従来の場合は成層蓄熱を意
図した水(液体)を対象とするものであり、水蓄熱を意
図したものではない。つまり温水は上部に冷水は下部に
その比重差を利用して成層が形成されるように竪型に蓄
熱水槽を構成するのであり、一般に水より比重が小さく
なる氷を分散させたシャヘット状の氷−水スラリーを対
象とした場合には前記のような成層を形成するのとは全
く異なる状態となり1十分な氷が分散していれば静置状
態では上部も下部も零度°C近い! 変の冷水が存在す
ることになる。
本発明において過冷却水を製造する水冷却器はシェルア
ンドチューブ型の熱交換器を使用することができる。チ
ューブ内に水を通水し、シェル内に冷媒を供給してチュ
ーブ内を連続して流れる水を零度°C以下の過冷却水と
するのである。そのさいチューブの内壁温度がどの地点
でも−5,8°C以下とはならない零度゛C以下の温度
に維持することが望ましい。またチューブから流出する
過冷却水を過冷却状態解除装置に導いて過冷却状態を解
除し、連続的に氷−水スラリーを作ってこれを王竪管の
上部に供給するようにすることが望ましい。
この過冷却状態解除装置としては過冷却水流を壁面等に
衝突させその吐出および落下エネルギーを利用して解除
する方式、振動樋や撹拌翼を備えた容器に過冷却水を通
過させる方式など、過冷却水の連続流れから瞬間的に且
つ連続的に過冷却状態を解除する方式がよい。
〔実施例] 第1回は1本発明に従う多層階建物の氷蓄熱冷房設備の
例を図解的に示したものであり、1は主型管、2は従翌
管であり、これらは図示の例では建物の最下層階から最
上階まで垂直に延びておりその下部において連通管3に
よって互いに連通している。主型管1は大径鋼管からな
り、外表面には保温巻が施しである。軸型管2は主型管
1より口径の小さいパイプであり、その下端が前記の連
通管3に接続され、主型管1と同様に最上階まで延び出
している。建物の最上階または屋上には過冷却水製造装
置の水冷却器4が設置され、この水冷却器4の給水口に
軸型管2の上端が管路5を通じて連結している。また水
冷却器4をバイパスして主型管1の上部に通ずるバイパ
ス管6が軸型管2の上部に接続され、管路5とバイパス
管6への通水量を配分する弁7a、7bが設置されてい
る。
上層階に設置された水冷却器4はシェルアンドチューブ
型熱交換器であり、そのチューブ内を通過する水をシェ
ル内に供給される冷媒によって連続的に冷却する。その
さいチューブの内壁温度が−5,8°C以上零度°C以
下となるように調整する。
これによって、水冷却器4からは零度°C以下の温度に
冷却された過冷却水の連続流れが取り出される。水冷却
器4から吐出する過冷却水は過冷却状態解除装置8に受
け、ここで過冷却状態を解除して水中に微細な氷が析出
した水−水スラリーとしたうえ、主型管1内に導入する
図示の例では主型管1と軸型管2との底部を連結する連
結管3にポンプ9が介装され、このポンプ9の駆動によ
って軸型管2から水冷却器4に揚水して過冷却水の連続
製造が行われ、王翌管1→従翌管2→水・冷却器4→過
冷却状態解除装置→主間管1というWi環路が形成され
る。また必要に応して主型管l→軸型管2→バイパス管
6→主竪管lという循環路が形成される。
空調を必要とするフロア−(図ではF7〜F 、、* 
2フロア一部分を示す)には空調機10が必要数配置さ
れる。これらはビル空調に普通に使用される冷房i器例
えばファンコイルユニット、エアハントリングユニシト
。水熱源ヒートポンプユニット等である。
以上の構成になる本発明に従う氷製造および氷蓄熱設備
と各階の空調機10とは次のように接続される。
まず第1図の6様においては、各階の空調機10のコイ
ルに通ずる往管11がその階の軸型管2を起点として接
続され、空調機10からの1管12は主型管lに接続さ
れている。そして、各階の往還路には循環ポンプ13が
設置されている。
第2図に示す態様は、各階の空調機10のコイルに通ず
る往管11がその階の主型管1を起点として接続され、
空調機10からの連管12は軸型管2に接続されている
。その他の設備構成は第1図のものと実質上同じであり
、第1図と同一符号のものは同じものを示している。
第3図に示す態様は、各階の空調機10のコイルに通ず
る往管11がその階の主型管1を起点として接続され、
空調機10からの連管12も主型管1に接続されている
。その他の設備構成は第1図のものと実質上同じであり
、第1図と同一符号のものは同じものを示している。
いずれも、各階の空調機10に対してその階の主型管1
と軸型管2の位置から往還路が横引きされているが、配
管の都合上、隣接する複数階の空調機群を一つのクロー
ズ往還路にまとめて施工することもできる。
〔作用効果〕
本発明の設備では、過冷却水の連続流れから微細な氷を
析出させることによって2に一水スラリーを作り、これ
を主型管1内に蓄えるものであり。
主型管lの上部と下部では氷と水の比重差によってスラ
リー濃度に多少の変化は生ずるとしても。
微細な氷は比較的主型管1内の下部まで分散した状態と
なり、スラリー状態が維持された状態では主型管1内の
水は上部も下部も実質上零度°Cとなる。特に高温水が
主型管1内に導入された場合には低温水よりもその比重
差によって上方に浮遊しようとし、逆に低温水は下降し
ようとする。したがって、高温水はスラリー濃度の高い
上部に移行して温度が下がるので主型管1内では上下方
向でそれほど温度差のない水(氷が併存していれば零度
°Cの水)が貯留されることになる。
そして、スラリー濃度を高めた状態で蓄熱することによ
って主型管lの径はそれほど大きくする必要はなく、従
来の成層蓄熱で提案された竪型蓄熱水槽の場合に比べて
格段に小さくすることができる。例えば1フロア−50
0m ”の建物を例とすると、主型管l内の水容積率を
50%、建物の空調負荷を100Kcal/m2. 8
時間の熱負荷をまかなう建物の1階当りの高さを3.6
mとした場合、必要蓄熱量は約400Mca l 、単
位体積当りの蓄熱量は52Mca l 7m 3゜とな
り、これに必要な主型管1の口径は約1 、65mとな
る。これに対し、同じ熱負荷に対し7°Cの冷水を蓄え
て成層蓄熱水槽(Δtを5°Cとする)を間管で構成す
る場合には、計算上その口径は5.3mを必要とするこ
とになる。すなわち水の顕熱で蓄熱する場合に比べて間
管の口径は1/3ないしl/4で済むことになり、大径
鋼管を用いて簡単に氷蓄熱槽を作ることができる。
さらに1本発明の設備では設備の荷重分布が上下方向に
分散されると共に設備費用が割安となり且つ建物のシャ
フト等を利用して主型管1と軸型管2を配設すれば省ス
ペースが図れるし、場合によっては建物の外側にタワー
を構築してこの中に主型管1と軸型管2を設置すること
もできる。
そして第1図〜第3回の態様では各々次のような効果が
発揮される。第1図の場合には、軸型管2自体が各階の
往管に対する冷水へンダーとして機能する。そのさい、
各階の循環ポンプ13の駆動によって軸型管2内の冷水
が取り出されると、その取り出された分だけ下部の連結
管3を通して主型管1内の水が自然に軸型管2内に流れ
込み(主間管1の水頭と軸型管2の水頭が同レベルにな
ろとする)のでポンプ9を駆動しなくても、冷水が各往
管に自由に供給できる。そして、主型管1に戻された温
水は主型管1内の濃度の高い上方の氷−水スラリーの方
に浮上するので水との熱交換が良好に行われ、氷が存在
する間は実質上零度°Cの水を主型管lの下方から取り
出すことができる。
第2図の場合には、主型管1が給水へラダーとして軸型
管2が還水ヘッダーとして機能し1両ヘソグーの水頭が
自然に同じレヘルとなるから、この場合にもポンプ9を
駆動せずとも冷水を各階に供給できる。そして、軸型管
2に戻された温水はバイパス管6を通じてスラリー濃度
の高い主型管Jの上部に戻されるから、この場合にも温
水と氷との良好な熱交換が達成される。
第3図の場合にもポンプ9の駆動なしに各階に冷水を供
給できることは同じであるが、上層階の方が下層階より
も熱負荷が大きいような建物に対して特に有益となる。
すなわち、負荷側を運転している状態では主翌管1内で
は上方に行くほどスラリー濃度が高くなるような状態が
自然に作られるので、上層階で熱負荷が大きくてもこれ
をまかなう冷水を氷が存在する間は自由に増り出ずこと
ができる。水を蓄熱する成層蓄熱では上の方が温水とな
るのでこのような効果は期待できないが。
本発明に従う氷蓄熱ではこのような特有の効果が発運さ
れる。
以上のようにして2本発明によると省動力、省設備、省
スペースの運転効率のよい氷蓄熱冷房設備が提供される
のであり、冷房負荷のビーク−カントに大きく貢献する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従う氷蓄熱冷房設備の部器配置図、第
2図は本発明に従う氷蓄熱冷房設備の他の例を示す機器
配置図、第3図は本発明に従う氷蓄熱冷房設備のさらに
他の例を示す機器配置図である。 1・・主型管、  2・・軸型管、  3・・連結管。 4・・過冷却水製造装置の水冷却器、  6 ・バイパ
ス管、  8・・過冷却状態解除装置、  9、ポンプ
、  1(1・・空調機111・・往管路。 ]2・・連管路、13・・循環ポンプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多層階建物の各階に配置した空調機に冷水を循環
    供給して冷房を行なう空調設備において、多層階建物の
    一部または全部の階層の高さに相当する主竪管と従竪管
    を施設すると共に該主竪管と従竪管とをその底部で連通
    させ、 過冷却水製造用の水冷却器を上層階に設置し、従竪管内
    の水を水冷却器に給水する管路を設けると共にその給水
    のためのポンプを施設し、該水冷却器から主竪管の上部
    に通ずる流体通路を設けて主竪管内に微細氷が分散した
    氷−水スラリーを蓄える構成としたうえ、 従竪管内の冷水を各階の空調装置に送水したあと主竪管
    に戻す熱源水往還路を各階において施設したことを特徴
    とする多層階建物の氷蓄熱冷房設備。
  2. (2)多層階建物の各階に配置した空調機に冷水を循環
    供給して冷房を行なう空調設備において、多層階建物の
    一部または全部の階層の高さに相当する主竪管と従竪管
    を施設すると共に該主竪管と従竪管とをその底部で連通
    させ、 過冷却水製造用の水冷却器を上層階に設置し、従竪管内
    の水を水冷却器に給水する管路を設けると共にその給水
    のためのポンプを施設し、該水冷却器から主竪管の上部
    に通ずる流体通路を設けて主竪管内に微細氷が分散した
    氷−水スラリーを蓄える構成としたうえ、 主竪管内の水を各階の空調装置に送水したあと従竪管に
    戻す熱源水往還路を各階において施設したことを特徴と
    する多層階建物の氷蓄熱冷房設備。
  3. (3)多層階建物の各階に配置した空調機に冷水を循環
    供給して冷房を行なう空調設備において、多層階建物の
    一部または全部の階層の高さに相当する主竪管と従竪管
    を施設すると共に該主竪管と従竪管とをその底部で連通
    させ、 過冷却水製造用の水冷却器を上層階に設置し、従竪管内
    の水を水冷却器に給水する管路を設けると共にその給水
    のためのポンプを施設し、該水冷却器から主竪管の上部
    に通ずる流体通路を設けて主竪管内に微細氷が分散した
    氷−水スラリーを蓄える構成としたうえ、 主竪管内の水を各階の空調装置に送水したあと主竪管に
    戻す熱源水往還路を各階において施設したことを特徴と
    する多層階建物の氷蓄熱冷房設備。
  4. (4)水冷却器から主竪管の上部に通ずる流体通路には
    過冷却状態解除装置が設置される特許請求の範囲第1項
    、第2項または第3項記載の氷蓄熱冷房設備。
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