JPH0979618A

JPH0979618A - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JPH0979618A
Application number: JP23722295A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sekiya; 矢英士関; Kazuichi Iwasaki; 崎和市岩; Sanae Sekida; 田早苗関; Takayuki Marume; 目隆之丸; Hajime Shingu; 宮肇新; Motoki Iwakata; 片基樹岩; Hitoshi Umetsu; 津仁梅
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題と解決手段】蓄熱槽中の氷と暖かい戻り水との
熱交換を効率的に行え、熱負荷への冷熱の供給特性が向
上させることができる氷蓄熱装置を提供する。氷蓄熱槽
（１）に氷（４）と冷水（２）を収容し、氷蓄熱槽
（１）の冷水（２）または氷スラリーを熱負荷（９）へ
送出して冷熱を熱負荷（９）へ供給し熱負荷（９）から
の戻り水（１０）を氷蓄熱槽（１）へ戻す氷蓄熱装置に
おいて、戻り水（１０）を氷蓄熱槽（１）の所定の局部
領域へ注水する少なくとも１個の集中注水手段（１２）
を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は氷蓄熱装置に係り、
特に氷蓄熱槽からの冷熱取り出し速度の向上を図る氷蓄
熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】昼間冷房負荷が高負荷となる時間帯に対
処する目的と、深夜の余剰電力を活用する目的で、深夜
電力で水槽内の水を冷やしたり（冷水蓄熱）、凍らせた
り（氷蓄熱）しておき、その冷熱で昼間の冷房を行う技
術がある。特に過密な都市部では、冷房負荷に対して十
分な大きさの水槽を設置することが容易ではないため、
蓄熱密度の大きな氷蓄熱への要望が多くなって来た。

【０００３】氷蓄熱の方式は数多くあり、例えば文献
「エネルギー・資源」Vol.11, No.4,P.341 〜346(1990/
7）にてそれらを知ることができるが、技術的にはまだ
要求を十分満足できているとは言い難く、技術的課題の
ひとつは蓄熱槽内に蓄えられている冷熱の取り出し速度
を向上させることである。

【０００４】これら多くの方式の中でもダイナミック型
（動的製氷）は、流動的な氷を氷蓄熱槽内に蓄えるもの
で、蓄熱槽内の一部の場所あるいは蓄熱槽外で製造した
氷を蓄熱槽内に送り込んで行けるため、スタティック型
（静的製氷）のように蓄熱槽内全域に亘る製氷構造が不
要であり、特に大容量の氷蓄熱装置に適するとみられて
いる。またダイナミック型の氷は細かく流動的なので、
水との熱交換特性にも優れているから、冷熱の取り出し
速度の点でも有利である。

【０００５】ダイナミック型（動的製氷）氷蓄熱装置の
基本的な概念を図２０に示す。これは上記文献ではP.34
3 の直接接触熱交換（関西電力・三井造船）の方式に類
似したものであり、また特開平４−２３６０３２号とし
ても知られている。

【０００６】図２０において、氷蓄熱槽１０１内の水１
０２は、冷凍機１０３により冷却され、氷１０４となっ
て氷蓄熱槽１０１に蓄えられる。冷凍機１０３による水
１０２の冷却の仕方は、上記文献に示すように多くの方
式があるが、本図では一例として熱媒体１０５を介して
氷発生装置１０６で水１０２を冷やし氷１０４を製造す
る。氷蓄熱槽１０１に蓄えられた冷熱は、水１０２の形
態で冷水取水口１０７から冷水ポンプ１０８により熱負
荷１０９に送られ、冷熱を放出した後、氷蓄熱槽１０１
に戻る。

【０００７】なお、本図では氷発生装置１０６が水１０
２の内部にあり水中で氷１０４を発生させているが、氷
発生装置１０６が水面上にあり大気中で製氷して、でき
た氷１０４を水１０２の中に落とすという方式もある。

【０００８】このような冷熱蓄熱方式にあっては、熱負
荷１０９からの温度が上がった戻り水１１０が、氷蓄熱
槽１０１内で速やかに温度低下しないと、暖かな状態の
ままで再び熱負荷１０９に回ってしまうので、ゆっくり
と、少量ずつしか冷熱を供給できない。深夜の余剰電力
の時間帯以外の時間に十分ゆっくりと冷熱供給する場合
には、特に問題はないが、例えば午後の暑い盛りの２時
間に集中的に冷熱を供給するというような要求に対して
は、氷蓄熱槽１０１内での水１０２と氷１０４との熱交
換を良くして、冷熱の取り出し速度を向上させる必要が
ある。

【０００９】図２０に示す従来の装置では、熱負荷１０
９からの暖かい戻り水１１０は、一般に氷蓄熱槽１０１
の水面上に広く散水されるが、氷蓄熱槽１０１内の氷１
０４に水道（みずみち）１１１が生じると、散水された
戻り水１１０が優先的にこの水道１１１を通って冷水取
水口１０７に回ってしまい、氷１０４との熱交換が十分
行われぬ暖かい状態のまま熱負荷１０９に供給されるこ
とになる。

【００１０】これは、氷蓄熱槽１０１の水面面積に比べ
て、戻り水１１０の流量が小さいため、氷蓄熱槽１０１
内の水１０２の流れが極めて緩やかなことに起因する。

【００１１】戻り水１１０と氷１０４の熱交換に関する
工夫として図２１に示すような案があり、これは特開平
６−２７２９１７号として提案されている。

【００１２】図２１の（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図
である。これによれば、図示していない過冷却器などの
製氷装置により製氷された氷２０２を冷却源として蓄え
るための蓄熱槽２０３と、その蓄熱槽２０３内の氷２０
２を２次側負荷２０４からの暖かい戻り水により解氷す
るための解氷装置２０５と、解氷により得られた冷水を
再び２次側負荷２０４に戻すための取水口２０６を有す
る取水装置２０７とから構成されている。

【００１３】そして、解氷装置２０５は、蓄熱槽２０３
の一方の面の上方に配置された配管２０８とその配管２
０８に適当なピッチで取り付けられたノズルのような複
数の噴き出し口２０９（噴流ノズル）から構成される。

【００１４】このように構成することにより、２次側負
荷２０４により昇温した戻り水を水面近傍の水中におい
て速い速度で蓄熱槽２０３内の氷２０２に向けて噴き出
すことが可能である。この結果、噴流ノズル２０９から
噴き出される噴流が直接激しく氷２０２に衝突すること
により、解氷が生じる。また同時に、噴流により蓄熱槽
２０３内の水が攪拌され循環流が生じ、その循環流によ
り間接的に解氷が生じる。そして、以上の作用により解
氷効率を高めることができるとされている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ダイナミック型の方式
による氷はスタティック型の方式のものに比べ、水との
熱交換特性が良いとは言え、上記の提案にもあるよう
に、冷熱の取り出し速度、言い換えれば解氷特性につい
ては、さらなる特性の向上が望まれている。

【００１６】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、氷蓄熱槽からの冷熱の取り出し速度
を向上させた氷蓄熱装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の氷蓄熱装置は、氷蓄熱槽に氷と冷水を収容
し、前記氷蓄熱槽の冷水または氷スラリーを熱負荷へ送
出して冷熱を熱負荷へ供給し熱負荷からの戻り水を前記
氷蓄熱槽へ戻す氷蓄熱装置において、前記戻り水を前記
氷蓄熱槽の所定の局部領域へ注水する少なくとも１個の
集中注水手段を備えることを特徴とする。

【００１８】また、好適には前記集中注水手段による注
水を制御する注水制御手段を備える。

【００１９】また、前記戻り水を前記氷蓄熱槽の広い領
域に分散散水させる分散散水手段を備える。

【００２０】また、前記注水制御手段は、前記集中注水
手段と前記分散散水手段とを同時にあるいは個別に使用
可能に制御する。

【００２１】また、前記注水制御手段は、前記熱負荷へ
送出される冷水の供給温度と前記熱負荷からの戻り水の
戻り温度とに基づき前記集中注水手段と前記分散散水手
段とを使い分けるように制御する。

【００２２】また、前記集中注水手段は、前記氷蓄熱槽
中の水または氷中に浮き上がり可能な材料で形成されて
おり、前記氷蓄熱槽の水面上への氷の盛り上がりに対し
て常に氷上に存在するように支持されている。

【００２３】また、複数の前記集中注水手段が前記戻り
水を前記氷蓄熱槽の異なる所定の局部領域へ放出するよ
うに配設され、複数の前記集中注水手段は互いに異なる
容量、形状あるいは構造を有する。

【００２４】また、複数の前記集中注水手段が前記戻り
水を前記氷蓄熱槽の異なる所定の局部領域へ放出するよ
うに配設され、前記注水制御手段は、前記氷蓄熱槽内の
温度状況および氷の分布状況についての計測結果に基づ
き、各々の前記集中注水手段による注水を制御する。

【００２５】また、複数の前記集中注水手段が前記戻り
水を前記氷蓄熱槽の異なる所定の局部領域へ放出するよ
うに配設され、前記注水制御手段は、各々の前記集中注
水手段の注水時間を可変に制御可能である。

【００２６】また、前記集中注水手段は、注水方向ある
いは噴流形状を可変にする構造を有する。

【００２７】また、前記注水制御手段は、前記集中注水
手段の注水方向または噴流形状を所定時間毎に変更可能
に制御する。

【００２８】また、前記注水制御手段は、前記氷蓄熱槽
内の温度状況および氷の分布状況を計測結果に基づき、
前記集中注水手段の注水方向あるいは噴流形状を制御す
る。

【００２９】また、前記熱負荷をバイパスするバイパス
配管と、このバイパス配管を開閉する流量調整弁とを備
え、前記注水制御手段は、前記氷蓄熱槽内の温度状況お
よび氷の分布状況の計測結果に基づき前記流量調整弁の
開度を制御可能である。

【００３０】また、前記氷蓄熱槽内の冷水を前記氷蓄熱
槽内の水面近傍で噴出するための循環注水手段と、前記
氷蓄熱槽内の冷水を循環注水手段へ循環供給する循環ポ
ンプとを備える。

【００３１】また、互いに連通する複数の前記氷蓄熱槽
を備え、一部の前記氷蓄熱槽には前記集中注水手段が配
設され、他の前記氷蓄熱槽には前記分散散水手段が配設
されている。

【００３２】また、前記氷蓄熱槽内の温度分布は、光フ
ァイバー内の散乱光に基づき計測される。

【００３３】また、前記氷蓄熱槽内の氷の分布は、水面
からの反射光に基づき計測される。

【００３４】また、前記氷蓄熱槽内の前記氷蓄熱槽内の
温度分布を計測するための温度計測手段が、前記注水制
御手段の配設方向に沿って配設されている。

【００３５】上述のような本発明では、熱負荷からの暖
まった戻り水は、氷蓄熱槽内の限定された水域に集中的
に戻すので、氷蓄熱槽内には局部的に激しい流れが生
じ、そのため氷が氷蓄熱槽内で流動するなどの結果、氷
と水の熱交換が促進され、戻り水もまた冷たい水とよく
混合するので、冷水取出口に至るまでに十分冷えた状態
となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施形態例について説明する。図１は本発明の基本的概念
を示す図である。図１において、氷蓄熱槽１には氷４と
冷水である水２が収容されている。氷蓄熱槽１の冷水２
は熱負荷９へ送出され、水２の冷熱が熱負荷９へ供給さ
れる。熱負荷９からの戻り水１０は氷蓄熱槽１へ戻され
る。

【００３７】氷蓄熱槽１の上方部には、戻り水１０を氷
蓄熱槽１の所定の局部領域へ注水する少なくとも１個の
集中注水手段としての集中注水ノズル１２が配設されて
いる。集中注水ノズル１２による注水は、注水制御手段
によって制御される。

【００３８】本発明では、熱負荷９からの暖まった戻り
水１０は、集中注水ノズル１２によって氷蓄熱槽１内の
限定された水域に集中的に戻す。この結果、氷蓄熱槽１
内の戻り水１０の注水点近傍には大きな水流が生じ、注
水された戻り水１０は周囲の水２と良く混合する。

【００３９】そして、この攪拌作用により、氷４と水２
の熱交換も促進されるので、全体として熱負荷９への冷
熱供給が効果的に行われる。

【００４０】このように本発明では、戻り水１０により
氷蓄熱槽１内が攪拌されるので、氷蓄熱槽１内に攪拌機
などの機構を設ける必要もなく、そのための動力も必要
としない。

【００４１】なお、氷発生装置６は図１では水２中にあ
り、水２中で製氷を行うような構成とているが、氷発生
装置６が水面上にあって、氷４を水面上で製造して水２
中に落下させる方式もあり、この後者の構成であって
も、本発明は同様に適用可能である。

【００４２】以上のように本発明の実施形態例によれ
ば、戻り水１０を氷蓄熱槽１の所定の局部領域へ注水す
る集中注水ノズル１２を設けたので、熱負荷９からの暖
かい戻り水１０は氷蓄熱槽１内に広く分散散水されるの
ではなく、特定の局部領域に集中的に注水されるので、
氷蓄熱槽１内の水２が攪拌され、水２と氷４の熱交換が
促進される他、戻り水１０も効果的に混合されるので、
水２が暖かい状態のまま熱負荷９に循環するという問題
が解決され、従って、熱負荷９への冷熱の供給特性が改
善される。

【００４３】次に以下に、本発明の他の実施形態例ある
いはより具体的な実施形態例について説明する。

【００４４】図２は、図１に示した基本的概念に基づく
具体的な実施形態例を示す。図２において、氷蓄熱槽１
には、広い水域に分散的に散水させるための分散散水ノ
ズル１１と、限定された水域に集中的に注水するための
集中注水ノズル１２が設置されている。熱負荷９からの
暖まった戻り水１０は、注水制御手段を構成する弁１３
ａ，１３ｂの操作により、これらのノズル１１、１２を
通して氷蓄熱槽１に戻される。

【００４５】熱負荷９の熱需要が低い状態では、氷蓄熱
槽１からは少しずつ冷熱を取り出せば良いので、分散散
水ノズル１１を用いて満遍なく散水し、氷蓄熱槽１内の
氷４を全体的にゆっくりと溶かせば良い。

【００４６】熱負荷９の熱需要が高い状態では、氷蓄熱
槽１からは急速に冷熱を取り出す必要があるので、集中
注水ノズル１２を用いて氷蓄熱槽１内の一部の水域に集
中的に注水する。その結果、氷蓄熱槽１内には大きな水
流が生じ、戻り水１０は効果的に冷却されるので、高い
熱需要にも対応可能である。

【００４７】本実施形態例によれば、従来からある分散
散水ノズル１１と本発明の集中注水ノズル１２を使い分
けることにより、効果的な熱交換が可能となる。

【００４８】次に、図３を参照して他の実施形態例を説
明する。

【００４９】分散散水ノズル１１と集中注水ノズル１２
は別々に動作しなければならないものではない。図３に
示すように、大規模な氷蓄熱装置で、氷蓄熱槽１が複数
あるような場合には、例えば氷蓄熱槽１ａの方から集中
的に冷熱を供給していたとして、氷蓄熱槽１ａ内の氷４
ａが残り少なくなったときには、氷蓄熱槽１ａの方の集
中注水ノズル１２ａを用いても氷蓄熱槽１ａでは対応が
つかなくなる。このような状態に達したら、氷蓄熱槽１
ｂの集中注水ノズル１２ｂに切り替えて、氷蓄熱槽１ｂ
の方に戻り水１０を集中注水すれば良いが、氷蓄熱槽１
ａの方にも未だ氷４ａが少しは残っているので、戻り水
１０の一部は分散散水ノズル１１ａを用いて氷蓄熱槽１
ａに分散散水することにより、氷蓄熱槽１ａの方も最後
まで冷熱を使い切ることができる。

【００５０】本実施形態例によれば、従来からある分散
散水ノズル１１と本発明の集中注水ノズル１２を使い分
けることにより、効果的な熱交換が可能となる。

【００５１】次に、、図４を参照して他の実施形態例を
説明する。

【００５２】図４において、熱負荷９からの戻り水１０
は、分散散水ノズル１１と集中注水ノズル１２のいずれ
にも供給されるが、熱負荷９への配管と戻り水１０の配
管にそれぞれ温度検出器１４Ａ，１４Ｂを設け、これら
の温度を勘案して分水制御装置を構成する制御装置１５
が両ノズル１１、１２を使い分けるようになっている。

【００５３】温度検出器１４Ａによる熱負荷９への供給
温度が、温度検出器１４Ｂによる熱負荷９からの戻り水
１０の温度に近く、熱負荷９にとって満足できる温度で
なければ、戻り水１０は集中注水ノズル１２に供給す
る。

【００５４】本実施形態例によれば、熱負荷９への冷水
供給温度と戻り温度を計測することにより分散散水ノズ
ル１１と集中注水ノズル１２の使い分けを判断するの
で、自動的な運用が可能となる。

【００５５】次に、図５を参照してさらに他の実施形態
例を説明する。

【００５６】集中注水ノズル１２は氷蓄熱槽１に１個だ
けに限る必要はない。図５において、氷蓄熱槽１の大き
さや、冷熱の要求される取り出し速度などに応じて、図
５のごとく複数の集中注水ノズル１２が配設されてい
る。その場合注水ノズル１２入口の弁１３の開閉操作で
同時にも個別にも使用可能とすることができる。

【００５７】複数の集中注水ノズル１２の設置場所も氷
蓄熱槽１に均等に配置する必要はなく、氷蓄熱槽１の形
状や冷水取水口７の位置等を勘案して疎密のある配置と
することで良い。

【００５８】集中注水ノズル１２は、図２〜図５に示す
ように、水面より上方に設置される。集中注水ノズル１
２を水面より上方に設置すれば、該集中注水ノズル１２
から落下する戻り水１０により水面が波立つが、氷４は
水２より密度が小さいため水２に浮かぶので、氷４の水
面付近が水２と動的に接触することになり、熱伝達が促
進される。

【００５９】また、集中注水ノズル１２は必ずしも水面
より上方に設置する必要はない。図６は水面よりも下方
に設置する例である。

【００６０】ここでは集中注水ノズル１２を水中に設置
し、氷蓄熱槽１の水２の内部に戻り水１０を注水するの
で、水２は攪拌され、その結果水２と氷４の間に相対運
動が生じ、水２と氷４の熱伝達が促進される。

【００６１】特に、氷発生装置６が水中にある場合に
は、その付近に氷４が残り易いので、氷発生装置６と関
係付けて、水中に集中注水ノズル１２を設置すれば、効
果的である。

【００６２】以上説明したように、図５あるいは図６に
示すように、複数の集中注水ノズル１２が配設されてい
るので、氷蓄熱槽１内の氷４の位置や量により最適な注
水が可能となる。

【００６３】次に、図７を参照して本発明の他の実施形
態例について説明する。

【００６４】図７において、集中注水ノズル１２は水２
または氷４に沈まない重量で構成しており、注水配管と
の接続は可撓性の材料、もしくは可撓性の構造としてい
る。この重量と可撓性機構１６のため、集中注水ノズル
１２は図７（ａ）のように水面に浮いた状態に保持され
ているが、製氷が進み、氷４が水面上に盛り上がって来
ると、今度は図７（ｂ）のように氷４の上に転がった状
態となる。

【００６５】本実施形態例によれば、集中注水ノズル１
２は氷４に対して自由に状態を変え得るので、配管や集
中注水ノズル１２自身が折れたり曲がったりすることが
ない。また、集中注水ノズル１２から戻り水１０が放水
されるときは、氷４に対して直接放水されるので、解氷
特性も良くなる。

【００６６】次に、図８を参照して、図５に示した形態
例の変形例に相当する他の実施形態例について説明す
る。

【００６７】複数の集中注水ノズル１２は、その数に関
する分だけ操作の自由度があるわけである。そこで戻り
水１０はどのノズルに供給してどのノズルに供給しない
かであるが、本実施形態例では氷蓄熱槽１の内部に複数
の温度検出器１４と氷検出器１７を配置し、その信号を
制御装置１５に入れ、制御装置１５が氷蓄熱槽１内の温
度分布および氷分布を算出して、戻り水１０をどのノズ
ルに供給するべきか判断し、注水制御手段を構成する弁
１３を開閉する。

【００６８】本実施形態例によれば、氷蓄熱槽１内の水
２の温度と氷４の状態に応じて集中注水ノズル１２への
注水を操作するので、効果的な熱交換が可能となる。

【００６９】次に、図９を参照して、図５に示した形態
例の他の変形例に相当する実施形態例について説明す
る。

【００７０】図９において、複数の集中注水ノズル１２
は、同一仕様のものに限る必要はない。氷蓄熱槽１の形
状や冷水取水口７の位置、それぞれのノズルの位置等を
勘案して、それぞれ容量、形状、構造等を変えることが
考えられる。

【００７１】特に、氷発生装置６が水中にある場合に
は、その付近に氷４が残り易いので、氷発生装置６と関
係付けて、水中に集中注水ノズル１２を設置すれば、効
果的である。

【００７２】本実施形態例によれば、集中注水ノズル１
２はそれぞれの設置場所ごとに相応しい仕様としている
ので、氷蓄熱槽１内の氷４の位置や量に対して最適な注
水が可能となる。

【００７３】次に、図１０を参照して、図８あるいは図
９に示した例の変形例を説明する。

【００７４】図８において、タイマー１８を用いて、複
数の集中注水ノズル１２を個別または同時に注水したり
注水の停止をしたりするようになっている。特に注水を
パルス状に行えば、水２中に脈動が生じ、水２と氷４の
熱交換が促進される。

【００７５】次に、図１１を参照して他の実施形態例に
ついて説明する。

【００７６】複数の集中注水ノズル１２は、氷蓄熱槽１
内の温度分布や氷４の存在位置に応じて注水状態を変化
し得る方が、氷蓄熱槽１から熱負荷９への冷熱の供給特
性が良い。

【００７７】そこで、集中注水ノズル１２を、注水方向
あるいは噴流形状を可変にする構造を有するようにし、
注水方向や噴流形状が可変なものを用いれば、特に氷４
の量が少なくなって来た状態の時に、氷４のある位置を
狙って集中的に注水することが可能になる。

【００７８】なお、図１１に示す噴流の各種変化は、水
流により機能する機械的タイマー機構などを集中注水ノ
ズル１２自身に持たせることにより、特別な制御装置１
５を設けなくとも実施可能である。

【００７９】本実施形態例によれば、集中注水ノズル１
２は注水方向や噴流形状を可変としているので、氷蓄熱
槽１内の氷４の位置や量に対して最適な注水が可能とな
る。

【００８０】次に、図１２を参照して、図１１に示す集
中注水ノズル１２を使用した実施形態例を示す。注水方
向や噴流形状が可変の集中注水ノズル１２の可変操作は
次のようにして行われる。本実施態様例では氷蓄熱槽１
内部の複数の場所の温度を計測する複数の温度検出器１
４と、氷４の位置を検出する複数の氷検出器１７が設置
されており、これらの検出器による計測信号は注水制御
手段を構成する制御装置１５に送られる。それぞれの集
中注水ノズル１２には、注水方向や噴流形状を可変に制
御する可変装置１９が設けられている。制御装置１５
は、氷蓄熱槽１内の温度分布や氷分布を算出して、それ
ぞれの集中注水ノズル１２の可変装置１９に信号を送
り、それぞれの注水状態を操作する。

【００８１】本実施形態例によれば、氷蓄熱槽１内の水
２の温度と氷４の状態に応じて集中注水ノズル１２の可
変装置を操作するので、効果的な熱交換が可能となる。

【００８２】次に、図１３を参照して、他の実施形態例
について説明する。

【００８３】本実施形態例では、熱負荷９をバイパスす
るバイパス配管２０と、バイパス配管２０を介して氷蓄
熱槽１へ戻される冷水の量を調整する流量調整弁２１と
が設けられている。

【００８４】流量調整弁２１は、注水制御手段を構成す
る制御装置１５によって制御され、制御装置１５は、複
数の温度検出器１４と複数の氷検出器１７による計測結
果に基づき流量調整弁２１を制御するようになってい
る。

【００８５】バイパス配管２０を介して氷蓄熱槽１へ戻
される冷水は、熱負荷９により温度の上がった戻り水１
０と異なり加熱されていない。従って、バイパス配管２
０を介して氷蓄熱槽１へ戻される冷水の量と、戻り水１
０の量との組み合わせによって集中注水ノズル１２によ
って注水される水の温度が調節される。

【００８６】本実施形態例によれば、バイパス配管２０
と流量調整弁２１とを設け、制御手段１５によって流量
調整弁２１を制御するようにし、氷蓄熱槽１内の水２の
温度と氷４の状態に応じて集中注水ノズル１２の可変装
置を操作するので、効果的な熱交換が可能となる。

【００８７】次に、図１４を参照して他の実施形態例に
ついて説明する。

【００８８】本実施形態例では、集中注水ノズル１２の
他に、氷蓄熱槽１内の冷水２を氷蓄熱槽１内の水面近傍
で水平方向に噴出するための循環注水手段としての循環
ノズル２３と、氷蓄熱槽１内の冷水２を循環ノズル２３
へ循環供給する循環ポンプ２２とを備えている。

【００８９】制御装置１５は、複数の温度検出器１４と
複数の氷検出器１７による計測結果に基づき、集中注水
ノズル１２による戻り水１０の注水を制御するととも
に、循環ポンプ２２の制御を介して循環ノズル２３によ
る冷水２の注水を制御する。

【００９０】循環ノズル２３により氷蓄熱槽１内の冷水
２を氷蓄熱槽１内の水面近傍で水平方向に噴出すること
により、水面に覆う氷４を氷蓄熱槽１内の特定の領域に
吹き流す。このような構成とすることにより、氷４は、
集中注水ノズル１２にとって都合の良い位置に集められ
るので、集中注水ノズル１２の注水効果が向上する。

【００９１】また、このような構成とすることにより、
集中注水ノズル１２の個数や機能を削減できる可能性が
ある。

【００９２】次に、図１５を参照して他の実施形態例に
ついて説明する。

【００９３】“従来の技術”の項で述べたように、ダイ
ナミック型の製氷方式で得られる流動性のある氷の解氷
特性を向上させることにある。ところで、この流動性の
ある氷は、その粒子が小さいため、とかく含水率が大く
なり、必然的に氷蓄熱槽１内の水２の割合が大きくなり
がちである。すなわち、氷蓄熱にとって重要な氷充填率
（ＩＰＦ：Ice Packing Facter）が小さくなりがちであ
る。

【００９４】一方、スタティック型で得られるような、
固く固まった氷は含水率が少ないので、氷充填率を高め
られる傾向があるが、水との熱交換が良くない、すなわ
ち解氷特性が良くないので、冷熱を急速に取り出すこと
が困難である。

【００９５】本実施形態例では、氷蓄熱槽１が複数ある
場合、もし１基だけの場合には内部を仕切ることにより
複数の構成として、各槽を連通させ、冷水取水口７に対
して上流側には含水率が少ない固い氷を、下流側には含
水率が多くても解氷特性の良い氷を蓄え、両者の長所を
生かし、短所を補うようにしたものである。

【００９６】図１５において、氷蓄熱槽１ａには含水率
が少ない固い氷４，４′を、氷蓄熱槽１ｂには流動性の
ある微細な氷４を蓄えるような構成とする。氷４，４′
の製氷過程は本特許には直接関係ないので、図１５では
製氷装置は図示していないが、それぞれどのような方式
のものでも良い。

【００９７】本実施形態例では含水率が少ない固い塊
（急速解氷には不適）の氷４′を蓄える（即ち高い氷充
填率）氷蓄熱槽１ａには集中注水ノズル１２を、流動性
のある微細な（急速解氷には最適）の氷４を蓄える（即
ち低い氷充填率）氷蓄熱槽１ｂには分散散水ノズル１１
を使い、システム全体としての氷充填率と解氷特性を向
上させる。

【００９８】図１５のような構成とすることにより、熱
負荷９からの暖まった戻り水１０は解氷特性に劣る氷蓄
熱槽１ａに戻り、集中注水ノズル１２にて難解氷性の氷
４′に向かって集中的に放水されるので、その解氷特性
は改善される。また、氷蓄熱槽１ａで一旦氷４′と熱交
換した水２′が連通孔３１を通って氷蓄熱槽１ｂに回
り、そこでも解氷性に優れた氷４と熱交換をするので、
十分温度の低下しないまま冷水取水口７に直行するとい
う心配はなくなる。

【００９９】本実施形態例によれば、複数の氷蓄熱槽１
ｂ，１ｂの各々の氷４，４′の性状に応じて注水方式を
選定するので、システム全体としての氷充填率と解氷特
性を向上させることができる。

【０１００】次に、図１６を参照して、図８、図１２、
図１３および図１４に示す実施形態例において機器の設
置方法に関わる具体例について説明する。

【０１０１】氷蓄熱槽１内の温度分布や氷分布を槽内全
域に亘って計測するには、槽内全域に温度等の検出器を
設置しなければならない。そこでこれらを槽内の各位置
に保持する手段が必要になる。この手段をわざわざ講じ
る代わりに、ここでは温度検出器１４を集中注水ノズル
１２に添わせて設置している。集中注水ノズル１２は氷
蓄熱槽１に対して平面的に分布配置されるので、温度検
出器１４をこれに添わせるのは効果的である。

【０１０２】温度検出器１４の支持材２４は、氷４の製
造が進んで水面から盛り上がって来る場合にも、過度の
応力を受けないよう、可撓性の材料または構造としても
良い。

【０１０３】次に、図１７を参照して、図８、図１２、
図１３、図１４および図１６に示す実施形態例におい
て、氷蓄熱槽１内の温度計測に関わる他の具体例を説明
する。

【０１０４】氷蓄熱槽１内の温度を計測するには、図６
のように温度検出器１４を設置することでもよいが、温
度検出器１４は設置されたその位置の温度しか測定しな
いので、氷蓄熱槽１内全域に亘って温度分布を知るため
には、広さ方向に温度検出器１４をばら蒔くことにな
り、それら多数の施工は大規模な工事作業となるし、温
度信号の信号ケーブルの敷設処理も大工事である。

【０１０５】そこで、温度計測の一手法として光ファイ
バーを使用し、図１７に示すように温度を計測したい道
筋に沿って光ファイバー２５を通し、監視・制御装置２
６に繋いでおく。監視・制御装置２６から、光ファイバ
ー２５にパルス光を送ると、光ファイバー２５の中でラ
マン散乱光が発生し、監視・制御装置２６に戻って行く
が、この散乱光の強度は温度と相関関係があるので、パ
ルス光を発信した後のラマン散乱光の時間的変化を監視
すれば、ラマン散乱光の強度から温度が、戻り時間から
その温度の位置が判断できる。

【０１０６】この手法によれば、氷蓄熱槽１に光ファイ
バー２５を張り巡らすだけで、広さ方向の温度分布が計
測できるので、本発明のように広範囲に亘って温度分布
を知りたい場合には都合がよい。

【０１０７】光ファイバー２５は、氷蓄熱槽１の底面も
しくはその近傍に張り巡らすことでも良いが、必要に応
じて各水位や水面の部分に設置することでもよい。光フ
ァイバー２５による温度計測法と他温度測定方法を併用
することも考えられる。

【０１０８】次に、図１８を参照して、図８、図１２、
図１３、図１４、図１６および図１７に示す実施形態例
において氷蓄熱槽１内の氷の存在位置を検出する他の具
体例を説明する。

【０１０９】氷検出器１７は、氷蓄熱槽１内の氷４の状
態が判断可能な信号を出せるものであれば、これと決ま
った方式である必要はない。光や超音波の伝わり具合に
より検出する方式や、氷４に押されると接点が閉じるよ
うな方式など、さまざまな方式が考えられ、氷検出器１
７の設置場所はその方式に応じて決められる。

【０１１０】ここでは、水面からの光の反射により水面
に存在する氷４の分布を検出するもので、光源２７から
の光２８が水面で反射して受光器２９に入るようになっ
ている。受光器２９の受ける光３１は、反射点に氷４が
あるかないかでそのスペクトル成分や反射強度偏光の様
子が異なるので、受光器２９の受ける光２８を解析する
ことにより、水面に存在する氷４の分布を知ることがで
きる。

【０１１１】光源２７と受光器２９は、氷蓄熱槽１の形
状や規模に応じて必要個数設置すればよく、それぞれ位
置や方向が可変なものでもよい。

【０１１２】また、光源２７からの光２８は、通常の可
視光でよいが、偏光した光やレーザ光でもよい。

【０１１３】また、図１９は、氷蓄熱槽１内の氷の存在
量を検出する他の具体例を示すものであり、抵抗式の水
面計３０で氷蓄熱槽１の水位を計測することにより、氷
蓄熱槽１内の氷４の量を算出する。以上説明した実施形
態例において、氷蓄熱槽の冷水を熱負荷へ送出する場合
を示したが、冷水を熱負荷へ送出する場合に限らず、冷
と氷片との混合流体である氷スラリーを熱負荷へ送出す
るようにしてもよい。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、戻り水を氷蓄熱槽の所定の局部領域へ注水する集
中注水手段を設けたので、熱負荷からの暖かい戻り水は
氷蓄熱槽内に広く分散散水されるのではなく特定の局部
領域に集中的に注水され、氷蓄熱槽内の冷水が攪拌さ
れ、冷水と氷の熱交換が促進される他に戻り水も効果的
に混合されるので、戻り水が暖かい状態のまま熱負荷に
循環するということがなくなり、熱負荷への冷熱の供給
特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による氷蓄熱装置の基本的構成を示す断
面図。

【図２】図１の基本的概念に基づく一実施形態例を示す
断面図。

【図３】同他の実施形態例を示す断面図。

【図４】同他の実施形態例を示す断面図。

【図５】同他の実施形態例を示す断面図。

【図６】同他の実施形態例を示す断面図。

【図７】本発明による氷蓄熱装置における集中注水ノズ
ルの一実施例を示す図であり、氷が水面から多く浮上し
ていない場合（ａ）と多く浮上している場合（ｂ）を示
す断面図。

【図８】図１の基本的概念に基づく他の実施形態例を示
す断面図。

【図９】同他の実施形態例を示す断面図。

【図１０】同他の実施形態例を示す断面図。

【図１１】注水方向あるいは噴流形状を可変にする構造
を有する集中注水ノズルの各変形状態とそれに伴う注水
形態を示す図。

【図１２】図１の基本的概念に基づく他の実施形態例を
示す断面図。

【図１３】同他の実施形態例を示す断面図。

【図１４】同他の実施形態例を示す断面図（ａ）と対応
する平面図（ｂ）。

【図１５】同他の実施形態例を示す断面図。

【図１６】同他の実施形態例を示す断面図。

【図１７】同他の実施形態例を示す断面図。

【図１８】氷蓄熱槽内の氷の存在位置を検出する具体例
を説明する断面図。

【図１９】氷蓄熱槽１内の氷の存在量を検出する具体例
を示す断面図。

【図２０】従来の氷蓄熱装置の概略構成を示す断面図。

【図２１】従来の氷蓄熱装置において、戻り水と氷の熱
交換に関する従来例を説明する断面図（ａ）と対応する
平面図（ｂ）。

【符号の説明】

１氷蓄熱槽２水３冷凍機４氷５熱媒体６氷発生装置７冷水取水口８冷水ポンプ９熱負荷１０戻り水１３ａ，１３ｂ弁１１分散散水ノズル１２集中注水ノズル１４温度検出器１５制御装置１６可撓性機構１７氷検出器１８タイマ１９可変装置２０バイパス配管２１流量調整弁２２循環ポンプ２３循環ノズル２４支持材２５光ファイバ２６監視・制御装置２７光源２８光２９受光器３０抵抗式水面計３１連通孔１１１水道（みずみち）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関田早苗東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者丸目隆之東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者新宮肇東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者岩片基樹東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者梅津仁東京都港区西新橋三丁目７番１号東芝プラント建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】氷蓄熱槽に氷と冷水を収容し、前記氷蓄熱
槽の冷水または氷スラリーを熱負荷へ送出して冷熱を熱
負荷へ供給し熱負荷からの戻り水を前記氷蓄熱槽へ戻す
氷蓄熱装置において、前記戻り水を前記氷蓄熱槽の所定
の局部領域へ注水する少なくとも１個の集中注水手段を
備えることを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項２】前記集中注水手段による注水を制御する注
水制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の氷
蓄熱装置。
【請求項３】前記戻り水を前記氷蓄熱槽の広い領域に分
散散水させる分散散水手段を備えることを特徴とする請
求項１記載の氷蓄熱装置。
【請求項４】前記注水制御手段は、前記集中注水手段と
前記分散散水手段とを同時にあるいは個別に使用可能に
制御することを特徴とする請求項３に記載の氷蓄熱装
置。
【請求項５】前記注水制御手段は、前記熱負荷へ送出さ
れる冷水の供給温度と前記熱負荷からの戻り水の戻り温
度とに基づき前記集中注水手段と前記分散散水手段とを
使い分けるように制御することを特徴とする請求項４に
記載の氷蓄熱装置。
【請求項６】前記集中注水手段は、前記氷蓄熱槽中の水
または氷中に浮き上がり可能な材料で形成されており、
前記氷蓄熱槽の水面上への氷の盛り上がりに対して常に
氷上に存在するように支持されていることを特徴とする
請求項１に記載の氷蓄熱装置。
【請求項７】複数の前記集中注水手段が前記戻り水を前
記氷蓄熱槽の異なる所定の局部領域へ放出するように配
設され、複数の前記集中注水手段は互いに異なる容量、
形状あるいは構造を有することを特徴とする請求項１に
記載の氷蓄熱装置。
【請求項８】複数の前記集中注水手段が前記戻り水を前
記氷蓄熱槽の異なる所定の局部領域へ放出するように配
設され、前記注水制御手段は、前記氷蓄熱槽内の温度状
況および氷の分布状況についての計測結果に基づき、各
々の前記集中注水手段による注水を制御することを特徴
とする請求項２に記載の氷蓄熱装置。
【請求項９】複数の前記集中注水手段が前記戻り水を前
記氷蓄熱槽の異なる所定の局部領域へ放出するように配
設され、前記注水制御手段は、各々の前記集中注水手段
の注水時間を可変に制御可能であることを特徴とする請
求項２に記載の氷蓄熱装置。
【請求項１０】前記集中注水手段は、注水方向あるいは
噴流形状を可変にする構造を有することを特徴とする請
求項１または請求項２のいずれかに記載の氷蓄熱装置。
【請求項１１】前記注水制御手段は、前記集中注水手段
の注水方向または噴流形状を所定時間毎に変更可能に制
御することを特徴とする請求項１０に記載の氷蓄熱装
置。
【請求項１２】前記注水制御手段は、前記氷蓄熱槽内の
温度状況および氷の分布状況を計測結果に基づき、前記
集中注水手段の注水方向あるいは噴流形状を制御するこ
とを特徴とする請求項１０に記載の氷蓄熱装置。
【請求項１３】前記熱負荷をバイパスするバイパス配管
と、このバイパス配管を開閉する流量調整弁とを備え、
前記注水制御手段は、前記氷蓄熱槽内の温度状況および
氷の分布状況の計測結果に基づき前記流量調整弁の開度
を制御可能であることを特徴とする請求項２に記載の氷
蓄熱装置。
【請求項１４】前記氷蓄熱槽内の冷水を前記氷蓄熱槽内
の水面近傍で噴出するための循環注水手段と、前記氷蓄
熱槽内の冷水を循環注水手段へ循環供給する循環ポンプ
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装
置。
【請求項１５】互いに連通する複数の前記氷蓄熱槽を備
え、一部の前記氷蓄熱槽には前記集中注水手段が配設さ
れ、他の前記氷蓄熱槽には前記分散散水手段が配設され
ていることを特徴とする請求項３に記載の氷蓄熱装置。
【請求項１６】前記氷蓄熱槽内の温度分布は、光ファイ
バー内の散乱光に基づき計測されることを特徴とする請
求項５、請求項８、請求項１２、請求項１３のいずれか
に記載の氷蓄熱装置。
【請求項１７】前記氷蓄熱槽内の氷の分布は、水面から
の反射光に基づき計測されることを特徴とする請求項
５、請求項８、請求項１２、請求項１３のいずれかに記
載の氷蓄熱装置。
【請求項１８】前記氷蓄熱槽内の温度分布を計測するた
めの温度計測手段が、前記注水制御手段の配設方向に沿
って配設されていることを特徴とする請求項５、請求項
８、請求項１２、請求項１３、請求項１６のいずれかに
記載の氷蓄熱装置。