JPH06147563A

JPH06147563A - 氷蓄熱設備

Info

Publication number: JPH06147563A
Application number: JP29474392A
Authority: JP
Inventors: Motonori Ooi; 元徳大熨; Takayo Shiiba; 隆代椎葉; Yasuyuki Nishi; 康之西
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】簡便な設備で多量の氷を能率良く作製する。【構成】氷蓄熱槽２とその氷蓄熱槽２に氷を供給する
製氷装置３とを設けてある氷蓄熱設備であって、前記製
氷装置３を構成するに、低温雰囲気４を形成する雰囲気
形成手段と、それにより形成された低温雰囲気４内に水
を噴霧して雪又は粒子状の氷を作製する噴霧器５を設
け、作製された雪又は氷を回収して前記氷蓄熱槽２に搬
送する搬送手段６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調などの熱源として
使用される蓄熱設備のうち、蓄熱槽の小型化を図るため
に、その蓄熱手段として氷蓄熱を採用した、つまり、氷
蓄熱槽とその氷蓄熱槽に氷を供給する製氷装置とを設け
てある氷蓄熱設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の氷蓄熱設備では、製氷装置が、金
属板や金属管などからなる製氷部材をヒートポンプなど
で冷却し、その冷却された製氷部材の表面に水を接触さ
せることにより凍結させて製氷するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術によれば、水のうち冷却作用を被る被冷却面が製氷部
材表面に接触する水表面の一部分のみがであるから、被
冷却面を大きくして多量の氷を作製するためには、製氷
部材の表面積の大きなものにする必要がある。他方、製
氷部材表面に接触して凍結した氷、つまり、結氷は製氷
運転に伴い次第にその厚さを増大していくことになる
が、氷自体は断熱材として作用するため、結氷の厚さが
薄いうちはその結氷表面に水が接触しての凍結が効率良
く行なわれるものの、結氷の厚さが厚くなるに従って結
氷表面での水の凍結の効率が悪化し、氷を効率良く作製
するには、製氷部材表面に結氷させる操作と、その結氷
の厚さが所定になる都度結氷を製氷部材表面から除去す
る操作とを繰り返す必要がある。従って、製氷部材やそ
れを冷却する装置、製氷部材表面から結氷を除去するた
めの装置など設備全体が大掛かりで複雑なものになりコ
ストが高くつくものになり易い割りには、多量の氷を能
率良く作製することができなかった。本発明の目的は、
簡便な設備で多量の氷を能率良く作製することができる
ようにする点にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による氷蓄熱設備
の特徴は、前記製氷装置を構成するに、低温雰囲気を形
成する雰囲気形成手段と、それにより形成された低温雰
囲気内に水を噴霧して雪又は粒子状の氷を生成する噴霧
器を設け、生成された雪又は氷を回収して前記氷蓄熱槽
に搬送する搬送手段を設けてある点にある。そして、前
記雰囲気形成手段は、対外的に密閉された雰囲気形成用
の空間を形成する囲いを設け、その囲い内に大気を供給
する換気手段を設けて構成することが好ましい。

【０００５】

【作用】本発明によれば、低温雰囲気内に噴霧器から水
を噴霧してその噴霧した微小な水滴をその表面で低温雰
囲気空気に空中で接触させることにより、微小な水滴を
蒸発させたのちその蒸気を凍結させて雪を作製したり、
或いは、微小な水滴を冷却凍結して粒子状の氷を作製し
たりするから、微小な水滴の表面全体を被冷却面にし
て、水の量に対する被冷却面の面積を非常に大きなもの
にできる。しかも、搬送装置を設けて、低温雰囲気底部
に落下してきた雪や氷を回収して氷蓄熱槽に搬送するよ
うにしてあるから、製雪・製氷に伴ないその搬送装置を
運転することにより、作製された雪や氷をその搬送で低
温雰囲気外に排出して、低温雰囲気内を水噴霧による製
雪・製氷可能な状態に継続維持することができ、製雪・
製氷を連続的に行える。その上、微小な水滴の低温雰囲
気内の空気との接触により製雪・製氷するから、雰囲気
形成手段の低温化手段として、空気を冷却するするもの
で済み、その結果、大気温度が低い冬季などでは、その
低温の大気を低温雰囲気に供給することにより、自然冷
熱を利用して経済的に製氷し蓄熱することができる。

【０００６】特に、上記の自然冷熱を利用し易いことに
着目して、対外的に密閉された雰囲気形成用の空間を形
成する囲いを設け、その囲い内に大気を供給する換気手
段を設けて、前記雰囲気形成手段を構成する場合には、
冬季などの自然冷熱を回収した冷熱の蓄熱を行えて、そ
の冷熱の蓄熱を経済的に行うことができる。すなわち、
後述実施例で示すように、冬季などの外気温度が低い時
期にその低い大気温度を利用して雪や氷を作成し氷蓄熱
槽に貯留することで冷熱を蓄熱し、夏季などの冷房を行
う際にその蓄熱冷熱を使用することにより、冬季などの
自然冷熱を夏季などの冷房に利用できる。殊に、大気温
度が氷点下以下になるような地域に設置した場合には、
製氷のために要するエネルギーが非常に少なくて済む。

【０００７】

【発明の効果】従って本発明によれば、低温雰囲気に水
を噴霧するといった簡便・経済的な手段で被冷却面の面
積を増大できることにより多量の氷を能率良く作製でき
る状態で冷熱の蓄熱を行うことができる氷蓄熱設備を提
供できるようになった。特に請求項２記載のようにすれ
ば、自然冷熱を有効利用して、夏季など冷房必要時期の
冷房を経済的に行うことができ、殊に冬季に外気温度が
氷点下以下になる地域の空調設備用の氷蓄熱設備として
有用である。

【０００８】

【実施例】冷房が必要になる冷房必要時期（夏季など）
と、外気の湿球温度Ｔが０℃以下となる寒冷時期（冬季
など）とがある地域の建物を対象とする空調設備など
に、付帯設備として設置される蓄熱設備であって、冷房
用の氷蓄熱設備と暖房用の蓄熱設備とを有する。前記冷
房用の氷蓄熱設備は、図１に示すように、建物１の地下
階の最下階に氷蓄熱槽２を設置し、製氷装置３を設けて
構成されている。前記氷蓄熱槽２は、建物１での年間の
全冷房負荷をまかなうに足りる冷熱を蓄熱できる容量に
構成されている。前記製氷装置３は、低温雰囲気４を形
成する雰囲気形成手段と、それにより形成された低温雰
囲気４内に水を噴霧して雪を作製する噴霧器５と、作製
された雪を回収して前記氷蓄熱槽２に搬送する搬送手段
６と、前記氷蓄熱槽２内の水を噴霧すべき水として前記
噴霧器５に供給する給水手段とを設けて構成されてい
る。前記雰囲気形成手段は、対外的に密閉された雰囲気
形成用の空間を形成する囲い７と、その囲い７内に低温
外気（大気）を供給する換気手段とを設けて構成されて
いる。前記囲い７は、タワー状のもので、建物１の屋上
に設置されている。前記換気手段は、前記囲い７の側壁
に、内部への複数の外気導入口８をがらり状に形成し、
囲い７の頂部に、内部空気を外部に排出する排気ファン
９を設置して構成されている。前記噴霧器５は、スノー
ガンで、前記給水手段により供給されてくる水を上方に
向けて噴霧するように設置されている。前記搬送手段６
は、囲い７内を落下してきた雪を回収する回収ホッパー
１０と、その回収ホッパー１０内の雪を前記氷蓄熱槽２
内に落下供給するシューター１１とから構成されてい
る。つまり、重力を利用して無動力で雪を氷蓄熱槽２に
搬送するように構成されている。前記シューター１１
は、建物１内を上下に貫通する状態に設置しても良い
が、建物１外に設置しても良い。また、シューター１１
内での雪の落下搬送を円滑に行わせるために、送風ファ
ンを設けて送風により搬送を補助するようにしても良
く、加えて、ホッパー１０内への散水手段を設けて、シ
ューター１１に雪詰まりが発生した場合、散水によりそ
の雪詰まりを解消するようにしても良い。前記給水手段
は、建物１の屋上に、水を外気に接触させて熱交換させ
るクーリングタワー１２を設置し、そのクーリングタワ
ー１２に氷蓄熱槽２内の水を熱交換対象としてポンプＰ
Ａにより揚送する揚送路１３と、熱交換後の水を前記噴
霧器５に噴霧するようにポンプＰＢにより圧送する圧送
路１４とを設けて構成されている。つまり、圧送路１４
のポンプＰＢは、噴霧器５から水を噴霧するためのポン
プを兼用している。もって、製氷装置３は、外気の湿球
温度Ｔが０℃以下のときに、雰囲気形成手段を運転し
て、湿球温度Ｔが０℃以下の低温雰囲気４を形成すると
ともに、その低温雰囲気４内の湿球温度Ｔを０℃以下に
維持する一方、給水手段を運転して、氷蓄熱槽２内の水
をクーリングタワー１２で０℃近くまで冷却したのちに
低温雰囲気４内に噴霧することにより、噴霧した微小な
水を低温雰囲気４内の空気との接触で凍結させて、雪を
作製し、その作製した雪を落下回収して氷蓄熱槽２内に
落下搬送し、このようなことを継続することにより、氷
蓄熱槽２内の水を次第に氷に置換するように構成されて
いる。そして、氷蓄熱設備は、寒冷時期に製氷して氷蓄
熱槽２内で貯留することにより、冷房必要時期に必要と
なる冷熱を蓄熱するように構成されている。前記暖房用
の蓄熱設備は、前記最下階に温水蓄熱槽１５を設置し、
太陽熱を利用して温水を発生する温水発生手段を設けて
構成されている。前記温水発生手段は、太陽熱で水を加
熱するための複数の太陽熱利用温水発生器１６（以下ソ
ーラーパネルと称する。）を前記囲い７の外面を形成す
る状態に設置し、前記温水蓄熱槽１５内の水を加熱対象
水としてポンプＰＣにより前記ソーラーパネル１６に供
給する給水路１７と、加熱された水（温水）を温水蓄熱
槽１５内に散水管１８を介して水面に散布する状態に流
下返送する返送路１９とを設けて構成されている。もっ
て、暖房用の蓄熱設備は、夏季などの暖房不要時期の昼
間に温水発生手段を運転して温水蓄熱槽１５とソーラー
パネル１６との間で水を循環させることにより、温水蓄
熱槽１５内の水を次第に温水に変えて所定温度にし、そ
の後は、所定温度を維持するように温水発生手段を運転
することにより、暖房用の温熱を蓄熱し、暖房必要時期
にも、必要に応じて昼間に温水発生手段を運転すること
により、温熱補給を行えるように構成されている。上記
の構成では、ソーラーパネル１６が、太陽熱による低温
雰囲気４の温度上昇を抑える断熱壁として作用するか
ら、太陽熱を受ける屋上に囲い７を設置しながらも、低
温雰囲気４を低温に維持するための構成が簡単なもので
済む。因みに、寒冷大気を利用して雪を作製することが
できる大気の湿球温度Ｔ（℃）と噴霧器５に供給する水
の温度ｔ（℃）との条件は、（Ｔ＋ｔ）／２≦０である。また、雪を作製するときに接触すべき寒冷大気
の体積と湿球温度Ｔと雪の含水率ｓは図２に示すような
関係にある。従って、例えば雪の含水率ｓが３０％、水
温ｔが０℃、寒冷大気の湿球温度Ｔが−１℃のときに
は、１Ｋｇの雪を作製するには１００ｍ³の寒冷大気が
必要であることが判る。次に実際的なモデル例と、それ
に対する検討について説明する。《条件設定》夏季の冷房負荷Ａを７５０×１０⁶（Ｋｃ
ａｌ／年）、大気が−１℃以下の年間延べ時間を１００
時間、氷蓄熱槽２から流出する熱損失率（熱ロス）を１
５％とし、０℃の水を１５℃まで使用するとする。雪の
含水率ｓが３０％、水温ｔが０℃、寒冷大気の湿球温度
Ｔが−１℃のときには、１Ｋｇの雪を作製するには１０
０ｍ³の寒冷大気が必要であるとする。《蓄熱に必要な熱量計算》冷房負荷の氷換算量Ａｉは、Ａｉ＝Ａ÷〔８０（Ｋｃａｌ／Ｋｇ）＋１５（Ｋｃａｌ
／Ｋｇ）〕の式（８０は氷の融解熱）から７８９５（Ｔｏｎ／年）
となる。熱ロスを考慮した必要蓄氷量Ｑｉは、Ｑｉ＝７８９５÷（１−０．１５）＝９２８８≒９３０
０（Ｔｏｎ／年）となり、作製すべき雪の必要製雪量Ｑｓは、雪の比重を
０．２として、Ｑｓ＝Ｑｉ÷〔０．２×１０００（Ｋｇ／ｍ³）〕の式から４６５００（ｍ³／年）となる。《必要寒冷大気量》１００時間で上記４６５００（ｍ³
／年）の雪〔９３００（Ｔｏｎ／年）の氷〕を作製する
に必要な寒冷大気の必要寒冷大気量Ｑａは、Ｑａ＝〔Ｑｉ×１００（Ｋｇ／ｍ³）〕÷〔０．７×１
００（時間）〕の式から１３２８６０００ｍ³／Ｈｒ＝３６９０ｍ³／
ｓｅｃとなる。《製雪能力》１００時間で上記４６５００（ｍ³／年）
の雪を作製するのに必要な噴霧器５の製雪能力は、４６
５００÷１００＝４６５（ｍ³／Ｈｒ）となる。そし
て、既存の人工降雪機としては、消費電力が３７（Ｋ
ｗ）、製雪能力が７４（ｍ³／Ｈｒ）のものがあり、こ
れを使用するとすると、７台設置することにより実現可
能である。更にいうと、人工降雪機の電力〔合計で２５
９（Ｋｗ）〕を、重油を燃料とする３５０（ＫＶＡ）の
発電機で賄う場合、必要燃料量は、重油の発熱量を１０
０００（Ｋｃａｌ／Ｋｇ）としかつ効率を０．４とし
て、約６０００Ｋｇとなり、その燃料を収容するに足り
る燃料タンクを設置すれば良く、実現可能である。ま
た、上記の冷房負荷Ａを油焚吸収式冷凍機を用いて解消
する場合の必要燃料量を算出すると、約８４トンにな
り、この場合、燃料使用料が１４倍となる。《囲い７の考察》囲い７として、形状が円筒形、頂部の
全面から排気し、側面の全面から吸気するものを考え、
上部及び側面の面風速を５（ｍ／ｓｅｃ）とし、また、
水から雪になるための時間関係や水・雪の自由落下のよ
る相対速度の増加などは考慮しないものとする。上記必
要寒冷大気量Ｑａを得るための囲い７の容量は、直径Ｄ
が、〔４・Ｑａ／５・π〕^1/2＝３０（ｍ）、高さＨ
が、Ｑａ／５・３０・π＝７．８（ｍ）となる。また、
側面の面風速を１．５（ｍ／ｓｅｃ）とした場合には、
２６（ｍ）となる。《氷蓄熱槽２の考察》氷蓄熱槽２の面積を５００ｍ²と
した場合の氷蓄熱槽２の基本深さＤｂは、Ｄｂ＝９３００（ｍ³）÷〔５００（ｍ²）・０．５〕
＝３７．２（ｍ）となる。ここで、建物１の地下２階（７ｍ）までを駐車
場などの各種の空間に使用し、その下に氷蓄熱槽２を設
置するものとし、柱・梁・壁など構造体による氷蓄熱槽
２の体積減を１０％とした場合の氷蓄熱槽２の実深さＤ
及び掘削深度ｄはそれぞれ、Ｄ＝３７．２÷（１−０．１）≒４２（ｍ）ｄ＝７＋４２＝４９≒５０（ｍ）となり、現在の掘削・地下施工技術で十分に実施可能で
ある。

【０００９】〔別実施例〕上記実施例では、水の噴霧に
より雪を作製したが、粒子状の氷を作製しても良い。上
記実施例では、低温雰囲気４の湿球温度Ｔを０℃以下に
することにより、噴霧器５で水を単に噴霧するだけで、
その噴霧水を周囲の空気との接触で凍結させるようにし
たが、噴霧器５から水を圧縮空気とともに噴出させるこ
とにより、空気の断熱膨張で噴霧水周囲を冷却するよう
にしても良い。この場合、低温雰囲気４の温度を高く設
定することができるから、温度面で実施し易く、特に、
寒冷大気の冷熱を用いるときには、大気の湿球温度Ｔが
０℃以下にならない箇所でも実施することができるな
ど、適用範囲を広げることができる。上記実施例では、
囲い７の側面から大気を吸い込み、頂部から排出する一
方、下方部から上方に向かって水を噴霧するようにした
が、低温雰囲気４内での空気の流れ及び水の噴霧方向
は、次のようなものであっても良い。《１》図３に示すように、囲い７の側面から大気を吸い
込み、頂部から排出する一方、頂部から下方に向けて水
を噴霧する。《２》図４に示すように、囲い７の側面のうち対向する
２箇所の一方から大気を吸い込み、他方から排出し、頂
部から下方に向けて水を噴霧する。《３》図５に示すように、囲い７の頂部から大気を吸い
込み、側面下方部から排出し、頂部から下方に向けて水
を噴霧する。上記実施例では、寒冷大気の冷熱のみを用いて製雪した
が、製雪・製氷するにあたっては、つまり、低温雰囲気
４を形成するにあたっては、空気を補助的に冷却する冷
凍機を併用しても良く、また、主として冷凍機により空
気冷却を行ない、寒冷大気の冷熱で空気を補助的に冷却
するようにしても良い。もちろん、冷凍機のみによっ
て、空気を冷却するようにして実施しても良い。すなわ
ち、図６に示すように、冷凍機（図示せず）により発生
される冷熱で空気を冷却する熱交換機ＣＨを設け、低温
雰囲気４内から空気を吸引して熱交換機ＣＨで冷却させ
たのち低温雰囲気４内に送る送風機Ｆを設けて、雰囲気
形成手段を構成する。氷蓄熱槽２を、井戸作成の技術を
用いて深井戸として構築する。

【００１０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】概略構成図

【図２】寒冷大気の体積・大気の湿球温度Ｔ・水温ｔ・
含水率ｓの関係を示すグラフ

【図３】別の実施例における空気の流れと噴霧流れとを
示す概略図

【図４】別の実施例における空気の流れと噴霧流れとを
示す概略図

【図５】別の実施例における空気の流れと噴霧流れとを
示す概略図

【図６】別の実施例を示す概略構成図

【符号の説明】２氷蓄熱槽３製氷装置４低温雰囲気５噴霧器６搬送装置７囲い

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】氷蓄熱槽（２）とその氷蓄熱槽（２）に
氷を供給する製氷装置（３）とを設けてある氷蓄熱設備
であって、前記製氷装置（３）を構成するに、低温雰囲
気（４）を形成する雰囲気形成手段と、それにより形成
された低温雰囲気（４）内に水を噴霧して雪又は粒子状
の氷を生成する噴霧器（５）を設け、生成された雪又は
氷を回収して前記氷蓄熱槽（２）に搬送する搬送手段
（６）を設けてある氷蓄熱設備。
【請求項２】前記雰囲気形成手段を構成するに、対外
的に密閉された雰囲気形成用の空間を形成する囲い
（７）を設け、その囲い（７）内に大気を供給する換気
手段を設けてある請求項１記載の氷蓄熱設備。