JPH05172374A - 氷蓄熱槽の氷量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 氷蓄熱装置の氷蓄熱槽内の氷量及び氷分布を
正確に検出する。 【構成】 微細粒状氷と水とを貯留する氷蓄熱装置の氷
蓄熱槽１内に複数の検知棒６、６…を深さ方向に延在す
るように配置し、この検知棒６を槽上部位置にある枠体
５に固着する。また検知棒６の長手方向に所定間隔でプ
ローブ７、７…を配設し、枠体５を上下方向に移動させ
る。このときのプローブ７の回動動作により電気抵抗を
検出して氷量含有率を計測する。さらに各プローブから
のデータを収集して演算部１４により蓄熱水槽全体の氷
量分布を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は氷蓄熱槽の氷量検出装置
に係り、特に建物等の空間の氷の融解熱を利用して空気
調和を行う氷蓄熱装置の氷蓄熱槽内の氷量を正確に検出
するための氷蓄熱槽の氷量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年工業プラントやビル等における比較
的大規模の空気調和システムには蓄熱空気調和システム
が利用されるようになってきた。この蓄熱空気調和シス
テムは昼間の空気調和負荷のピーク時における電力需要
の軽減と夜間のオフピーク時の電力供給の拡大を図るこ
とをその目的の一つとしている。

【０００３】このために夏期の冷房負荷軽減のために冷
熱エネルギーを貯留するシステムが種々開発されてきて
いるが、氷蓄熱槽はその代表的な設備である。

【０００４】この氷蓄熱槽は内部で氷を生成貯留し、必
要時にこの氷または冷水と空気調和機との間で熱交換を
行うようになっている。

【０００５】特に氷の解氷性を重視する氷蓄熱装置では
製氷工程に種々の工夫がなされており、シャーベット状
の氷や微細粒状氷を生成して水槽内に浮遊させて必要時
に水槽の上部から冷房負荷吸収後の戻り温水を散布し解
氷するダイナミック方式氷蓄熱装置が普及している。こ
の方式は従来のスタティック方式に比べ製氷工程の効率
が良く、解氷性も良好である。

【０００６】ところで、この種の氷蓄熱装置では空気調
和運転に際して現在の氷蓄熱量を把握する必要がある。
上述のダイナミック方式氷蓄熱装置において、この点を
見ると、氷蓄熱装置内で粒状氷がシャーベット状に存在
するので、氷層の厚さを正確に検出することが難しく、
また粒状氷は水面付近に浮上しているので、体積膨張に
よる水位の上昇を正確に検知しにくい点がある。これら
の点を考慮したものとして生成された氷の体積膨張に伴
う水量の増加をレベル計により計測する氷生成量検出装
置（特開昭６４−１９２７７号公報参照）や、氷の生成
に伴う水の部分のイオン物質の組成変化による導電率等
の電気的性質の変化を計測する氷蓄熱量計測方法（特開
平３−１１０３３０号公報参照）等が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
氷生成量検出装置では複数の氷蓄熱水槽を連続して使用
する場合や解氷運転時の場合に各水槽での水位に差が生
じたり、水槽からの取水量と戻り水量との相関が水位計
測に影響してしまうという問題がある。また、氷蓄熱計
測方法では装置の配管内の錆の発生や防食剤、微生物の
存在により水槽内の水の水質が経年変化を示すことや冷
却負荷吸収後の温水の還流による電気的性質の変化の影
響による計測誤差が生じるという問題がある。

【０００８】このように現状では稼働運転時の氷蓄熱量
や長期経過時の氷蓄熱量の正確な計測は困難な状態にあ
る。

【０００９】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、運転時においても氷蓄熱装
置内全体の氷量を正確に計測できる氷量検出装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は微細粒状氷を生成し、水中に貯留する
氷蓄熱装置の氷蓄熱槽内に複数の検知棒を深さ方向に延
在するように上記槽上部位置にある枠体に固着するとと
もに、上記検知棒の長手方向に所定間隔でプローブを配
設し、上記枠体を上下方向に移動させて上記プローブ位
置の氷量を検出し、各プローブからのデータを収集して
演算部により蓄熱水槽全体の氷量分布を算出するように
したことを特徴とするものである。

【００１１】また、第２の発明は微細粒状氷を生成し、
水中に貯留する氷蓄熱装置の氷蓄熱槽内に支柱を立設
し、この支柱に開孔を有する平板格子状の氷受けを取り
付け、さらにこの氷受けがほぼ水平状態を保持して昇降
するように氷受けにフロート機構を設けるとともに、そ
の深度を計測する水深計とを備え、この水深計の計測結
果から上記蓄熱水槽内の氷量を算出するようにしたこと
を特徴とするものである。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、微細粒状氷を生成し、水
中に貯留する氷蓄熱装置の氷蓄熱槽内に複数の検知棒を
深さ方向に延在するように上記槽上部位置にある枠体に
固着するとともに、上記検知棒の長手方向に所定間隔で
プローブを配設し、上記枠体を上下方向に移動させて上
記プローブ位置の氷量を検出し、各プローブからのデー
タを収集して演算部により蓄熱水槽全体の氷量分布を算
出するようにしたので、プローブからの検出値データを
もとに槽内の各点の水量を計測し、この多点計測結果を
もとにデータベースを参照して槽内の氷の３次元分布を
定量的に算出することができる。

【００１３】また、第２の発明によれば微細粒状氷を生
成し、水中に貯留する氷蓄熱装置の蓄熱水槽内に支柱を
立設し、この支柱に開孔を有する平板状の氷受けを取り
付け、さらにこの氷受けがほぼ水平状態を保持して昇降
するように氷受けにフロート機構を設けるとともに、そ
の深度を計測する水深計とを備え、この水深計の計測結
果から上記蓄熱水槽内の氷量を算出するようにしたの
で、氷受け上に氷塊が推積し、氷受けが沈降した量を計
測することで、槽内氷量を定量的に正確に知ることがで
きるとともに、氷受けを任意の高さに移動させることが
できる。

【００１４】

【実施例】以下第１の発明による氷蓄熱槽の氷量検出装
置の一実施例を図１乃至図４を参照して説明する。図１
において、符号１は氷蓄熱槽を示しており、この氷蓄熱
槽の内部にはシャーベット状に固化した微粒子状の氷２
と水３とが混合状態で貯留されている。この氷蓄熱槽１
内の固化した微粒子状の氷２は雲状塊をなして浮遊して
いる。この雲状塊の氷２は深さ方向に比重のばらつきが
あるが、その大部分は水中に没している。

【００１５】またこの氷蓄熱槽１の上部には水槽の縁に
設けられた吊下げ装置４により枠体５が吊持されてい
る。この枠体５は吊下げ装置４により上下方向に昇降さ
せることができる。さらにこの枠体５には縦横に複数の
検知棒６，６…が水槽の底方向に向けて吊持されてい
る。また各検知棒６には所定間隔をあけて複数本のプロ
ーブ７，７…が固着されている。このプローブ７は図２
に示したように細長いピン状をなし、根元部７ａが検知
棒６に対して回動自在に取り付けられている。またこの
プローブ７は水槽内でほぼ鉛直に吊持されている検知棒
６に対して直角をなし、槽内において水平状態が中立位
置となるように２個の位置保持用バネ部材８，８により
その初期位置が規定されている。また、このプローブ７
の基部に対応する検知棒６の側面には円弧状の電気抵抗
体９が形成されている。この電気抵抗体９は銅箔、白金
箔等の良導体から構成されている。

【００１６】一方、プローブ７の基部にはこの電気抵抗
体と摺接する端子７ｂが形成されており、バネ部材８に
接続されたリード線１０とバネ部材８とプローブ７と電
気抵抗体９とは電気的に直列に接続されている。したが
って、プローブの回動により電気抵抗体部分の長さが変
化するので、図示しない電源に対するこの電気抵抗値を
計測すれば、プローブ７の回動角度を算出することがで
きる。なお、この部分はケースカバー１１で覆われてお
り、プローブ７の可動部分にはべローズ１６が装着さ
れ、ケース１１内が浸水しないようになっている。また
各プローブ７から導出したリード線１０，１２はパイプ
１３を介して氷蓄熱槽１内から外部に導かれ、図示しな
いインタフェースを介してパソコン等の電算機１４に接
続されている（図１参照）。この電算機１４では各検知
棒６のプローブ７からの計測結果を収集して水槽全体の
氷量の存在を算出することができる。またその算出結果
はディスプレイ装置１５により視覚的に表示される。図
３は検知棒を所定速度で氷蓄熱槽内を上昇あるいは下降
させた状態の電気抵抗の経時変化を示した特性曲線図で
ある。検知棒６は枠体５の吊上げ装置４を操作させるこ
とで上下方向に所定量だけ移動させることができるが、
このときプローブ７の周囲に氷がある場合にはプローブ
７の移動に対して水中に浮遊する氷が抵抗となり、プロ
ーブ７の動きが阻害され検知棒６の移動に対してプロー
ブ７が後方に遅れるようにして回動して移動する。また
このプローブ７の移動の遅れ量は氷粒の含有率により異
なる。この差を定量的に把えたのが図３である。

【００１７】図３に示したようにシャーベット状氷塊の
濃度により基準抵抗値からの指示抵抗値線に差が生じ
る。抵抗値線Ａは氷塊がない水中状態をプローブが移動
した時の抵抗値の変化を示したものである。プローブは
検知棒の初期移動に追従して僅かに移動するが、以後は
検知棒と一体的に移動するので、表示抵抗値も基準抵抗
値を示している。抵抗値線Ｂは粒状氷塊の含有率が１０
％の状態を示しており、抵抗値線Ｃは粒状氷塊の含有率
が２５％の状態を示している。このように発生する指示
抵抗値の最大値あるいは抵抗値の変化の最大値を計測す
ることにより検知棒の周囲の氷の状態を把握することが
できる。このときの指示抵抗値と氷塊の含有率との関係
はあらかじめ氷塊の種々の含有率での抵抗値を計測して
おき、そのデータを蓄積して参照用のデータベースを構
築している。したがって指示抵抗値の深さ方向分布等の
データも収集され、各検知棒のデータを集約することで
氷蓄熱槽全体の氷の分布を定量的に把握することができ
る。

【００１８】例えば、抵抗値の変化を各検知棒のプロー
ブごとに検出して等しい抵抗値を指示するプローブを抽
出して氷の等濃度線図あるいは等濃度面図を作成するこ
とができる。また等濃度面図等は電算機でデータ処理さ
れディスプレイで視覚的に把握しやすい立体形状で表示
させることができる。

【００１９】図４は氷蓄熱槽内に設置された３５本の検
知棒により検出された氷蓄熱槽内の氷の等濃度面図の一
例を示したものである。この等濃度面図は各検知棒のプ
ローブで検出された１０％氷濃度点を結んで隣接する検
知棒間に三角形の等濃度平面を作成し、この平面を集め
て多面形状を構成したものである。また、精度が要求さ
れる場合には、曲線補間して曲面形状とすることも可能
である。この等濃度面図を５％、１０％、１５％…等の
各濃度について作成することより氷蓄熱槽内全体の氷の
分布状態を立体的に把握することができるとともに、こ
のデータを積分すれば氷蓄熱槽内全体の氷の分布状態を
定量的に求めることができる。

【００２０】なお、プローブ７の取り付け状態は、プロ
ーブ７の腕が一定時間経過後に初期状態に復帰し、かつ
上下方向へのいずれの移動も等しい抵抗変化を示すこと
と、プローブ自身に適正な感度が設定できるように決定
される。また腕の長さは抵抗が大きすぎず、氷の付着が
生じないように決定される。

【００２１】また、計測のタイミングは上方あるいは下
方への検知棒の移動を数回実施して計測データが安定し
た状態でデータを収集するようにし、その平均値をもっ
て決定するが、その際に基準抵抗値を確認した後に移
動、計測を行うようにする。

【００２２】以上に述べたように本実施例によれば、製
氷時のみならず、温水が注水されるような解氷時におい
ても正確な氷量の計測を行うことができる。また運転状
態が安定し、一定のパターンに従った状態での繰り返し
の場合にはデータの収集の回数やデータ収集箇所を減ら
した計測モードの設定も可能である。

【００２３】次に他の実施例として上述のプローブに代
えて光ファイバによる計測を行うようにした検知棒の構
成とその動作について図５により説明する。同図におい
て、符号２０は光検知部を示しており、この光検知部２
０は上述のプローブと同様の間隔で検知棒２１に取り付
けられている。この検知棒２１は図示したように中空の
角パイプで内部には複数の光ファイバ２２，２２…が収
容されている。この光ファイバ２２は同図（ｂ）に示し
たように各光検知部２０まで導かれており、一方の光フ
ァイバ内には図示しない光源から所定光量の検出光Ｒが
伝送され、発光端部２０Ａから受光端部２０Ｂに向けて
検出光Ｒが出射される。このとき発光端部２０Ａから受
光端部２０Ｂの間には媒体として水または氷が存在して
おり、発光部２０Ａから出射された検出光Ｒはこの中を
通過して受光部２０Ｂに到達する。そしてこの光は光フ
ァイバ２２を通じて光量検出装置２３に導かれる。この
光量検出装置２３で検出された光量と光源の光量とから
水中内を通過した際の光の透過減衰率が分かる。

【００２４】この透過減衰率は光の通過部分の氷の含有
率と相関があるので、この両者の関係を調べることによ
り光量検出装置２３の値で光検知部２０の氷の含有率を
把握することができる。

【００２５】このように本実施例によれば検知棒を上下
方向に移動させる必要がないので、検知棒を計測ように
昇降させる設備を必要としないという利点がある。な
お、氷蓄熱槽内の水の濁り等のために透過減衰率が大き
くなるおそれがある場合には所定の校正作業を行うこと
が好ましい。また本実施例の場合にも各光検出部からの
データをもとに等濃度面図を作成することができること
は言うまでもない。

【００２６】次に第２の発明による氷蓄熱装置の氷量検
出装置について図６乃至図１０を参照して説明する。図
６において、符号３０は図１に示した氷蓄熱槽と同様の
構造の氷蓄熱槽を示しており、水槽上部に位置する氷搬
送管３１を通じて粒状氷３２が連続的に供給されるよう
になっている。この供給された粒状氷３２は氷受け３３
上に堆積し、次々と投入された粒状氷３２はその自重に
より圧縮され、氷受け上で大きな氷塊３４を形成する。

【００２７】ここで氷受け３３の構造について説明す
る。氷受けは図７に示したように網目状の開孔を有する
平板格子状をなし、四隅には氷受け３３を支柱３５に嵌
着させるための取付ブロック３６が形成されている。氷
受け３３は取付ブロック３６を介して貫通した４本の支
柱３５によりほぼ水平を保持するように水槽内３０に収
容されている。

【００２８】さらに氷受け３３の側部にはフロート機構
３７が取り付けられている。このフロート機構３７は箱
状をしており、図示しない空気源から空気を取り入れ、
氷受け３３の見掛け比重を水槽内の水の比重より小さく
することができる。このため氷受け３３に氷塊３４が堆
積していない状態で空気を供給すると氷受け３３は水面
部分に浮上でき、粒状氷３２が水槽内に搬送され氷受け
３３上で氷塊３４が形成されると、その重量により沈降
し始める。したがって氷受け３３が水中で停止した位置
と空気供給量とを確認することにより氷受け３３上に堆
積した氷量を知ることができる。このとき氷受け３３の
水槽内での位置は氷受けの下面に装着された水深計３８
により計測することができる（図６参照）。

【００２９】一方、フロート機構３７の容量は、最大量
の氷塊３４が堆積した場合にも氷受け３３を水面まで上
昇させられる浮力を生じる程度に設定されている。な
お、取付ブロック３６内には図示しない傾斜計が内蔵さ
れており、氷塊３４が氷受け３３上で偏心して形成さ
れ、氷塊３４の重量が各取付ブロック３６に対して不均
等に作用し傾きが生じた場合に一定角度以上の傾きに対
して警報を発するとともに、制御部に対して氷受け３３
が水平状態になるようにフロート機構内３７に空気を供
給するように信号を送るようになっている。

【００３０】また本実施例では氷受け３３は網目状に開
孔が設けられ、これにより氷受けが水槽内を移動する際
も小さな抵抗を受けるのみである。

【００３１】図８は氷受けの変形例を示しており、この
氷受け４０は平板に多数の円孔４１，４１…が形成され
ている。この場合にも水中抵抗を小さくすることがで
き、フロート機構３７の容量を小さく抑えることができ
る。

【００３２】次に本発明の他の実施例について図９及び
図１０を参照して説明する。図９は平面形状が円形の氷
蓄熱槽に使用される氷受けを示したものである。この氷
受け４２にも同様にフロート機構と水深計とが装備され
ているが、この氷受け４２は氷塊３４の重量により水槽
内に沈降した際に支柱４３回りに回転することができ、
これにより氷塊３４の形成を促進することができ、コン
パクトな氷蓄熱槽を作れるとともに装置の蓄熱効率を向
上させることができるという利点を有する。図１０は平
面形状が正六角形をした氷受け４４を示しており、この
氷受け４４を支持する支柱４５は水槽内に６本配置され
ている。

【００３３】また上述の実施例の支柱３５，４３，４５
には光電センサ４６，４７，４８を装着することができ
る。このとき各支柱に対し、それぞれ発光部Ａと受光部
Ｂとを設け、発光部Ａから出射された検出光Ｒが水中を
通過して対向する支柱の受光部Ｂに入射するように設定
してある。このとき受光部Ｂで得られる光量を計測する
ことにより検出光Ｒの透過減衰率を求め、第１の発明と
同様にこの氷受け上の氷塊の存在を定量的に求めること
ができる。

【００３４】なお、いずれ構造の支柱を採用した場合で
もフロート機構を利用することで解氷時に氷受けを浮上
させ水槽上部から氷塊にシャワーリングすることがで
き、解氷効率をアップすることができる。

【００３５】また、このフロート機構に代えて図１に示
したようなロープによる昇降装置を装備したり、取付ブ
ロック内にアクチュエータを搭載して支柱に反力を取っ
て昇降することもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、上述の
発明によれば、氷蓄熱槽内全体の氷量を定量的に計測で
きるとともに、氷分布状態を正確に把握でき、氷蓄熱装
置の運転効率が向上する等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明による氷蓄熱槽の氷量検出装置の一
実施例を示した断面図。

【図２】検知棒のプローブの詳細を示した部分拡大図。

【図３】氷量の差によるプローブ電気抵抗の経時変化を
示した特性曲線図。

【図４】氷蓄熱槽内の氷の１０％等の濃度面図を示した
特性図。

【図５】本発明による氷蓄熱槽の氷量検出装置の検知部
の他の実施例を示した斜視図及び断面図。

【図６】第２の発明による氷蓄熱槽の氷量検出装置の一
実施例を示した断面図。

【図７】図６に示した氷受けの全体を示した斜視図。

【図８】図７に示した氷受けの変形例を示した斜視図。

【図９】氷受けの他の実施例を示した斜視図。

【図１０】氷受けの他の実施例を示した斜視図。

【符号の説明】

１，３０ 氷蓄熱槽 ２，３２ 氷 ４ 吊下げ装置 ５ 枠体 ６，２１ 検知棒 ７ プローブ １４ 電算機 １５ ディスプレイ装置 ２０ 光検知部 ２２ 光ファイバ ２３ 光量検出装置 ３３，４０，４２，４４ 氷受け ３５，４３，４５ 支柱 ３７ フロート機構 ３８ 水深計 ４６，４７，４８ 光電センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微細粒状氷を生成し、水中に貯留する氷蓄
   熱装置の氷蓄熱槽内に複数の検知棒を深さ方向に延在す
   るように上記槽上部位置にある枠体に固着するととも
   に、上記検知棒の長手方向に所定間隔でプローブを配設
   し、上記枠体を上下方向に移動させて上記プローブ位置
   の氷量を検出し、各プローブからのデータを収集して演
   算部により蓄熱水槽全体の氷量分布を算出するようにし
   たことを特徴とする氷蓄熱槽の氷量検出装置。
2. 【請求項２】微細粒状氷を生成し、水中に貯留する氷蓄
   熱装置の氷蓄熱槽内に支柱を立設し、この支柱に開口を
   有する平板状の氷受けを取り付け、さらにこの氷受けが
   ほぼ水平状態を保持して昇降するように氷受けにフロー
   ト機構を設けるとともに、その深度を計測する水深計と
   を備え、この水深計の計測結果から上記蓄熱水槽内の氷
   量を算出するようにしたことを特徴とする氷蓄熱槽の氷
   量検出装置。