JPH05231679A - 氷蓄熱システムの負荷側送還水法 - Google Patents

氷蓄熱システムの負荷側送還水法

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JPH05231679A
JPH05231679A JP7241892A JP7241892A JPH05231679A JP H05231679 A JPH05231679 A JP H05231679A JP 7241892 A JP7241892 A JP 7241892A JP 7241892 A JP7241892 A JP 7241892A JP H05231679 A JPH05231679 A JP H05231679A
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Toshio Hayashi
利雄 林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 氷蓄熱システムの蓄熱槽内の冷熱を0℃近い
温度の冷水として負荷側熱交換器に供給する。 【構成】 製氷設備を備えた氷蓄熱槽から負荷側熱交換
器に槽内水を送水し,該負荷側熱交換器を通過した水を
該蓄熱槽に還水として戻すさいに,この還水に槽内水の
一部を添加してから槽内の下方に流入させることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,空調用の熱源水を氷の
形態で蓄熱できるようにした氷蓄熱システムにおいて,
蓄熱槽に貯蔵された冷熱を0℃に近い冷水として負荷側
に取り出せるようにした氷蓄熱システムの負荷側送還水
法に関する。
【0002】
【従来の技術】建物内に配設したフアンコイルユニット
や水熱源ヒートポンプユニットの水側熱交換器に冷温水
を循環させて冷暖房を行なうさいに,冷房時の冷熱を蓄
熱槽内において氷の形態で蓄えるいわゆる氷蓄熱方式が
注目されており,一部稼働されるようになった。これ
は,例えば夜間電力で製氷装置を駆動して製氷し,氷の
状態で多量の冷熱を蓄熱槽で蓄えたうえ,冷房運転時に
その氷の冷熱を冷水として取出して二次側熱交換器(負
荷側熱交換器)に循環するものであり,水の潜熱を利用
するので小規模装置でも多量の冷熱を蓄えることができ
る。
【0003】この氷蓄熱方式には,製氷法の相違によっ
て蓄える氷の形態が氷塊状 (ソリッド状) のものとシャ
ーベット状 (微細氷と水とが混在したリキッド状または
スラリー状) のものとに分けられる。両者にはそれぞれ
得失があるが,氷塊方式では氷塊を蓄熱水槽で生成させ
る (熱交換器の表面で生成させる) 場合に氷層が厚くな
るとそれに伴って熱の伝導が低下するので大きな厚みに
することには限界があり,氷の充填率 (I.P.F.) は通常
は10%前後である。このI.P.F.を向上させるために添加
剤を加えた特殊溶液を使用したり,蓄熱水槽自体を圧力
容器に構成する例なども報告されている。
【0004】一方シャーベット状の氷を製造する場合に
はI.P.F.は非常に大きくすることができるが,大容量の
水をシャーベット状にするには一般には非常に大規模な
設備を必要とする。このシャーベット状の蓄熱方式につ
いては,例えば特開昭63-123968〜9号公報, 特開昭63-1
29274〜5号公報に記載のものなどが知られている。また
同一出願人に係る特開昭63-217171号公報および特開昭6
3-231157号公報に過冷却水からから微細な氷を製氷する
方法および装置を提案し,この過冷却水を伝熱管で連続
製造することを要件として,それらの改善等について,
特開昭63-271074号公報, 特開昭64-75869号公報, 特開
昭64-90973号公報, 特開平1-114682号公報, 実開昭63-1
39459号公報, 実開平1-88235号公報, 実開平1-88236号
公報, 実開平1-88237号公報, 実開平1-97135号公報, 実
開平1-112345号公報, 実開平1-120022号公報, 実開平1-
125940号公報, 実開平1-136830号公報, 実開平1-136832
号公報, 実開昭1-148538号公報, 実開平1-178528号公
報, 実開平2-527号公報等に様々な提案を行った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】いずれの製氷方式を採
用するにしても,蓄熱槽に蓄えられた冷熱を0℃に近い
冷水として負荷側に供給するのが最も望ましい。低温度
の冷水であれば,二次側熱交換器をコンパクト化でき,
送水量も低減できるので,配管サイズの縮小,ポンプ動
力の低減等から省設備省動力となるからであり,また低
温度低露点温度の空気を製造することもできる。
【0006】シャーベット状の氷蓄熱方式の場合には,
微細な氷の集合であるから氷塊方式に比べると,氷が槽
内水と接触する面積が飛躍的に大きくなり,このため
に,氷の融解が容易であり,したがって,蓄熱槽からの
冷熱の取出しについても0℃近くの低温の冷水が取り出
せるものと期待された。
【0007】ところが,氷が共存する状態で負荷側熱交
換器に槽内水を循環させても,現実には3〜4℃前後の
水が負荷側に送水される結果となることが判明した。例
えば空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集,199
1.10.31〜11.2,P57〜60には,シャーベット状の氷蓄熱
方式でも取り出し水温は3〜4℃前後になることがその
図3,図5,図7等に示されている。
【0008】本発明は,このような問題の解決を目的と
したものであり,氷蓄熱槽から0℃近い冷水を負荷側に
取り出せるようにして,このシステムの一層の利点を図
ることを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば,製氷設
備を備えた氷蓄熱槽から負荷側熱交換器に槽内水を送水
し,該負荷側熱交換器を通過した水を該蓄熱槽に還水と
して戻すさいに,この還水に槽内水の一部を添加してか
ら槽内の下方に流入させることを特徴とする。より具体
的には,槽内に流入する還水温度が4℃前後の温度とな
るように槽内の冷水を還水に添加するのである。
【0010】
【作用】水の密度はぼぼ4℃で最大となる。密度が最大
の水は,蓄熱槽内の底部に滞留する。したがって,ほぼ
4℃の還水を蓄熱槽の下方に低流速で流入させると,蓄
熱槽の底部に滞留し,槽内の氷を溶かしながら温度を下
げ,蓄熱槽の上部へと移動する。このため,蓄熱槽の上
部では氷と共存した0℃近くの水が常時存在することに
なり,この0℃の冷水を負荷側熱交換器に供給できる。
【0011】これに対して,本発明のように還水を温度
制御することなくそのまま蓄熱槽に流入させると,槽内
水との温度差が大きいために(負荷側熱交換器を経た還
水は槽内水よりも3〜10℃程度高温になる),たとえ
蓄熱槽の下方に導入したとしても,その浮力によって上
部に移動し,上部には氷が存在するとしても3〜4℃の
温度を保持し,これが負荷側に送水されることになる。
【0012】したがって,還水が蓄熱槽に戻る過程で,
槽内の冷水との混合によって高密度の水温となるように
制御してから槽内下方に流入させると,氷蓄熱システム
において,冷熱を0℃に近い冷水として蓄熱槽から取り
出すことができる。
【0013】
【実施例】図1は,本発明を適用する氷蓄熱システムの
一実施例を示したものであり,先ずその全体構成につい
て概説する。1は蓄熱槽,2は過冷却器,3は循環ポン
プであり,蓄熱槽1内の水はポンプ3の駆動により水路
4を経て過冷却器2に連続供給され,この過冷却器2に
よって零度℃以下の過冷却水5となって大気中に吐出
し,この過冷却水5の吐出流は,分散板6に衝突したう
え蓄熱槽1内に落下する。この分散板6への落下衝撃に
より過冷却状態が解除されて微細な氷となり,蓄熱槽1
内にはシヤーベット状の氷7が溜まる。これが冷熱を蓄
えるための一次側運転である。
【0014】過冷却器2は,多数本の伝熱管 (チユー
ブ)9をシエル10内に垂直に配置した縦型のシエルアン
ドチユーブ熱交換器からなっている。各チユーブ9 (以
下,伝熱管9と言う) は, シエル10 (以下, 冷却容器10
と呼ぶ) を上下に貫通して配置され,上端は入口ヘッダ
ー部11に開口し,下端は大気に開放していることから,
水入口ヘッダー部11に導入された水は各伝熱管9内を垂
直に流下して下端の吐出口15より大気中に垂直に吐出す
る。
【0015】シエル側の冷却容器10は, 各伝熱管9の内
壁温度が零℃以下であって−5.8℃以上となるように,
各伝熱管9をその外壁から冷却するものである。この冷
却媒体としては,冷凍機で製造したブラインを使用する
こともできるが,図示の例ではヒートポンプ装置の蒸発
器として機能させている。すなわち, 蒸発器 (つまり冷
却容器10), 圧縮機12, 凝縮器13, 膨脹弁14, 蒸発器10
を順に経る冷媒回路をもってヒートポンプ装置が構成さ
れている。
【0016】このヒートポンプ装置の駆動により冷却容
器10が蒸発器となり,各伝熱管9を前記温度に冷却す
る。なお,この冷却容器10内を冷媒液で満たし, この液
冷媒を伝熱管9からの受熱によって沸騰させる沸騰型の
蒸発器となるようにヒートポンプ装置を組立てることも
できる。また図示の例では過冷却器2は伝熱管9を垂直
にした縦型のシエルアンドチユーブ熱交換器を示してい
るが,伝熱管9を水平方向にした横型のものであっても
よく,この場合は過冷却水は放物線を描いて落下する。
【0017】蓄熱槽1内において微細な氷7と共存する
水は,建物内に配置されるフアンコイルユニットやヒー
トポンプユニットの水側熱交換器等の負荷側熱交換器16
に往水管路17を経て送水され,この負荷側熱交換器16を
通過して昇温した水は還水管路18を経て蓄熱槽1に戻さ
れる。これが二次側運転であり,19は二次側ポンプであ
る。過冷却水の製造装置の一次側運転と二次側運転を同
時に行うこともできるし,前者を安価な夜間電力を利用
して行うことにより夜間に蓄熱しこれを昼間の冷房に利
用してもよい。また,暖房運転の場合には,過冷却水の
製造装置は休止し,熱源機器例えばボイラーやヒートポ
ンプ装置によって蓄熱槽1内に温水を蓄え,この温水を
負荷側に供給することも可能である。
【0018】本発明は,製氷装置を稼動して負荷側熱交
換器16に冷水を送り出す場合に, 蓄熱槽1への還水の仕
方に特徴がある。すなわち,還水管路18を経て戻る還水
に蓄熱槽1内の冷水を混合して還水温度を4℃前後に制
御してから,蓄熱槽1内に流入させるのである。
【0019】図示の例では,多数の流出口20を持つ水の
分散流出ヘッダ21が蓄熱槽1の底部に設置してあり,還
水管路18を経て戻る還水は, 分散流出ヘッダ21の各流出
口20から低流速で槽内底部に流入する。流出口20を槽平
面全体に分布させることによって,一層均一に槽内底部
に流入させることができる。
【0020】他方, 蓄熱槽1の水面レベル22より僅かに
下位のところに冷水取出口23をもつ送水管24が設けられ
ており,この送水管24には, 槽内水を汲み上げるポンプ
25がその管路の途中に介装してある。そして,この送水
管24は還水管路18の途中に合流している。したがってポ
ンプ25を駆動すると還水管路18を流れる還水に槽内水が
添加されることになる。ポンプ25の停止中はポンプ25が
停止弁の役割を果たすので,還水管路18の還水が送水管
24を経て蓄熱槽1に戻ることはない。この逆流防止を一
層確実にするために送水管25に逆止弁を設けておくこと
もできる。
【0021】ポンプ25は可変流量ポンプが使用されてお
り,ポンプ能力制御装置26によって送水量が制御され
る。送水管24と還水管路18との合流点27よりも下流側の
還水管路には,その中を流れる水の温度を検出する水温
検出器28が取付けられており,その検出信号は水温調節
計29に入力される。
【0022】水温調節計29では上限値(4℃+α)と下
限値(4℃−α)を設定温度とし,水温検出器28の検出
値がこの範囲内に収まるようにポンプ能力制御装置26に
制御信号を出力する。すなわち, 上限値を超えたらポン
プ25の送水量を高め, 下限値を低下したら送水量を低く
する。αの値は,できるだけ小さくすることが望ましい
が, あまり小さくするとフラッピングを起こし易くなる
ので,2℃好ましくは1℃程度とするのがよい。
【0023】なお,図示の実施例に代えて,還水管路18
を経て戻る還水をいったんバッフアタンクに導入し,こ
のバッフアタンクに送水管25を接続することによって,
バッフアタンク内で還水と槽内水とを合流させ, ここで
蓄熱槽1に流入させる還水温度を4℃±αに制御するこ
ともできる。この場合には,多数の負荷側熱交換器から
還水が合流して戻るような場合でも,その還水温度の経
時変化をバッフアタンク内でいったん緩衝させることが
でき,槽内水と合流させる場合でもその温度制御性が良
くなる。
【0024】以上の構成により,蓄熱槽底部の分散流出
ヘッダ21の各流出口20からほぼ4℃前後に温度調節され
た還水を低流速で槽内に流出させることができる。この
4℃前後の水は槽内水の中で最も密度が高いので,槽内
底部に滞留し,槽内の氷によって0℃近くにまで冷却さ
れながら一様流れとなって上方に移動する。このため槽
内では最底部のほぼ4℃から水面近くの0℃に至る温度
勾配をもつ成層状態が形成され,この状態が上向き連続
流れの中で維持される。
【0025】したがって,蓄熱槽1の水面近くの0℃近
くの冷水を,水面近くに設けた往水取出し口30から取出
し, これを往管配管17を経て負荷側熱交換器16に送水す
ることによって,最も低温の冷水を用いて負荷を処理す
ることができる。
【0026】負荷側熱交換器16に送水する二次側運転を
実施しながら製氷を行う二次側運転を行う場合には,槽
内の最も高温の水を二次側に給送するのが効率がよい。
このため,二次側の槽内水の取入れは,槽内下方に設け
た二次側取入れ口31から行うのがよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
製氷蓄熱システムの蓄熱槽に貯蔵された冷熱を0℃に近
い冷水として負荷側に供給することが可能となり,この
氷蓄熱システムの特徴,すなわち二次側熱交換器のコン
パクト化,送水量の低減,配管サイズの縮小,ポンプ動
力の低減,低温度低露点温度の空気製造,といった利点
を最大限に生かすことができる。
【0028】しかも,還水温度の制御は槽内水の冷水を
用いて行うので別途の冷熱源は不要である。また本発明
に従う還水温度の制御を行っても装置全体の熱バランス
が崩れることもない。このため設備的にも制御的にも複
雑化することもない。したがって,安価にして冷熱を0
℃近い冷水として取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用することができる氷蓄熱システム
の装置全体構成の例を示す略断面図である。
【符号の説明】
1 蓄熱槽 2 過冷却器 3 ポンプ 5 過冷却水の連続流れ 6 分散板 7 シャーベット状の氷 9 伝熱管(チユーブ) 10 冷却容器(シエル) 16 負荷側熱交換器 17 負荷側の往水管路 18 負荷側の還水管路 19 二次側ポンプ 20 還水の吐出口 21 分散流出ヘッダ 23 冷水取出し口 24 送水管 25 送水ポンプ 26 ポンプ能力制御装置 27 還水管路と送水管路の合流点 28 温度検出計 29 温度調節計 30 温水管路への冷水取出し口

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 製氷設備を備えた氷蓄熱槽から負荷側熱
    交換器に槽内水を送水し,該負荷側熱交換器を通過した
    水を該蓄熱槽に還水として戻すさいに,この還水に槽内
    水の一部を添加してから槽内の下方に流入させることを
    特徴とする氷蓄熱システムの負荷側送還水法。
  2. 【請求項2】 還水に添加する槽内水の量は,槽内に流
    入する還水温度が4℃±α(α≦2℃)の範囲となるよ
    うに制御される請求項1に記載の負荷側送還水法。
  3. 【請求項3】 還水に添加する槽内水は,槽内水の上方
    から取り出される請求項1または2に記載の負荷側送還
    水法。
  4. 【請求項4】 負荷側熱交換器に送水する水は,槽内水
    の上方から取り出される請求項1,2または3に記載の
    負荷側送還水法。
  5. 【請求項5】 還水は, 槽内の底部に設置された分散流
    出ヘッダの多数の流出口から槽内に流入される請求項
    1,2,3または4に記載の負荷側送還水法。
  6. 【請求項6】 製氷設備は,槽外に設置された過冷却水
    製造装置と,この過冷却水製造装置に槽内水を送水する
    管路と,該装置で得られる零℃以下に冷却された過冷却
    水を液状または氷状で蓄熱槽に戻す管路とからなる請求
    項1,2,34または5に記載の負荷側送還水法。
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