JPH06147561A - 氷蓄熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 氷蓄熱法において、使用する過冷却器の凍結
を防止して高効率の蓄氷運転を実現する。 【構成】 空調用熱源水を蓄える蓄熱槽１から氷核分離
体４を通して取水し、取水口８から取水した水を熱交換
器１０によって加熱してから過冷却器に２に供給する。
その場合取水口８の面速度も、適宜蓄熱槽１内に蓄えら
れる氷核の浮上終末速度に基づいて設定する。 【効果】 比較的大きな氷核は氷核分離体４によって、
小さな氷核は面速度の設定によって、夫々取水口８内へ
流入することが防止され、さらに取水した水中に流入し
た微小な氷核は加熱によって融解するから、過冷却器凍
結の原因となる氷核が過冷却器２内に流入することを防
止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調用熱源水を氷と共
存の形態で蓄熱する氷蓄熱方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建物内に配設したファンコイルユニット
や水熱源ヒートポンプユニットの水側熱交換器に、蓄熱
槽内に蓄えた冷温水を循環させて冷暖房を行う際、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
氷蓄熱システムは、小規模装置でも多量の冷熱を蓄えら
れることから近年特に注目されている。ところでこのよ
うな氷蓄熱システムにおいて蓄熱槽内に蓄えられる氷に
は、生成、使用する氷の性状の種類により、氷塊状のも
のとシャーベット状のものとがあるが、後者の方がＩＰ
Ｆ（氷の充填率）を大きくでき、蓄熱効率を向上させる
ことができる。

【０００３】かかるシャーベット状の氷を生成するにあ
たっては、例えば特開昭６３−２１７１７１号公報、特
開昭６３−２３１１５７号公報、特開平１−１１４６８
２号公報などに開示される技術において、過冷却水から
連続的に生成する方法、装置などが既に提案されてい
る。これら公知技術によれば、過冷却水を過冷却器の伝
熱管の吐出口から連続的に空中に吐出させ、該吐出流を
衝突板などの過冷却解除手段に衝突させて衝撃を付与さ
せることにより、シャーベット状の氷を水とのスラリー
状態（氷・水スラリー）で連続して効率よく生成するこ
とが可能となっている。

【０００４】上記技術において使用される過冷却器は、
例えば水がその中を通水する伝熱管を冷却容器内に配置
し、この冷却容器内に冷却媒体として冷凍機のブライン
を通液するか、あるいは冷却容器をヒートポンプ装置の
蒸発器として機能するように構成したものであり、この
伝熱管の放出端からは０゜Ｃ以下の過冷却水が吐出され
るようになっている。そして上記のような過冷却器を用
いて、空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から取水した水から
氷・水スラリーを生成し、これを当該蓄熱槽に供給して
当該蓄熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱法は、極めて
効率がよいので、最近はビル等の空気調和設備に大いに
利用されつつある。

【０００５】ところでそのようにして蓄熱槽から取水す
る場合、水と一緒に既に共存している氷核までをそのま
ま取り入れてこれを過冷却器に供給してしまうと、過冷
却器内に氷核が流入して過冷却器が凍結してしまう。そ
こで蓄熱槽から取水して過冷却器に水を供給するにあた
っては、蓄熱槽内の氷核が過冷却器に流入するのを防止
しなければならない。この点従来は例えば特開平３−２
７１６４３号公報や特開平４−２４１２５１号公報、そ
の他実開平４−８０２５号公報においてみられるよう
に、蓄熱槽と過冷却器との間の配管途中において氷フィ
ルタを設け、この氷フィルタで氷核を捕集するようにし
ていた。この氷フィルタは、例えばろ材としてポリエチ
レンまたはポリプロピレン製の布を織り込んだ、円筒形
のカートリッジタイプのものを使用している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来技術では、水中のゴミによる目詰まりで管路が
閉塞するおそれがある。またポンプについての負担も無
視できず、連続運転が難しい場合もある。またフィルタ
自体の耐久性の問題もあり、メンテナンスが必要不可欠
であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる点に鑑み
てなされたものであり、従来のような氷フィルタを使用
せずに氷核が過冷却器に流入するのを防止できる、氷蓄
熱方法を提供して上記問題の解決を図るものである。

【０００８】そのためまず請求項１では、空調用熱源水
を蓄える蓄熱槽から取水した水を、当該蓄熱槽の槽外に
設置した過冷却器に供給し、当該過冷却器から吐出され
る過冷却水によって生成される氷・水スラリーを当該蓄
熱槽内に供給し、当該蓄熱槽内に氷・水を共存させる氷
蓄熱方法において、前記蓄熱槽から取水するにあたり、
取水部の面速度を氷核の浮上終末速度より小さくして取
水することを特徴とする、氷蓄熱方法を提供する。

【０００９】請求項２では、空調用熱源水を蓄える蓄熱
槽から取水した水を、当該蓄熱槽の槽外に設置した過冷
却器に供給し、当該過冷却器から吐出される過冷却水に
よって生成される氷・水スラリーを当該蓄熱槽内に供給
し、当該蓄熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱方法にお
いて、前記蓄熱槽から取水した水を過冷却器に供給する
にあたり、加熱して供給することを特徴とする、氷蓄熱
方法を提供する。

【００１０】請求項３では、上記請求項１と請求項２の
方法を組み合わせた方法、即ち、空調用熱源水を蓄える
蓄熱槽から取水した水を、当該蓄熱槽の槽外に設置した
過冷却器に供給し、当該過冷却器から吐出される過冷却
水によって生成される氷・水スラリーを当該蓄熱槽内に
供給し、当該蓄熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱方法
において、前記蓄熱槽から取水するにあたり、取水部の
面速度を氷核の浮上終末速度より小さくして取水し、さ
らにこの取水した水を加熱して過冷却器に供給すること
を特徴とする、氷蓄熱方法を提供する。

【００１１】そして以上における各氷蓄熱方法におい
て、請求項４に記載したように、メッシュなどの氷核分
離体を通して取水することを特徴とする構成としてもよ
い。

【００１２】

【作用】請求項１の作用について以下に説明する。まず
氷核の浮上終末速度は氷核の粒径によって異なってお
り、また当該終末浮上速度を求める場合、各粒径のレイ
ノルズ数の範囲によって求める式が異なっているが、氷
核を球形として仮定して求めた各粒径ごとの浮上終末速
度は図３の表に示したようになる。この浮上終末速度は
上向きであり、取水部を槽底部に設置し下向きの面速を
形成し、その面速度を浮上終末速度よりも小さくして取
水すれば、取水する水に氷核が流入することはない。従
って、蓄熱槽内に蓄えられたシャーベット状の氷におけ
る氷核の粒径に基づいて取水部の面速度を適宜設定する
ことにより、取水する水に氷核が流入することはないも
のである。

【００１３】請求項２によれば、取水した水を一旦加熱
してから過冷却器に供給するから、取水部から流入した
氷核を融解させることができる。この場合、過冷却器の
能力にも左右されるが、過冷却器の入口温度が必要以上
に上昇しない範囲で加熱することが望ましく、かかる点
に鑑みれば、取水するにあたっては例えば取水部の面速
度を調整したり、取水するにあたりメッシュ等の氷核分
離体を使用するなどして、流入を許容する氷核の粒径を
ある程度小さいものにしておくことが望ましい。

【００１４】この点請求項３によれば、上記請求項１、
２の作用を実現しているので、そのような上記の要望を
満たす構成である。従って、取水部の面速度をある程度
大きくして、氷核分離する氷核の粒径をある程度まで限
定し、流入する微小な氷核は加熱によって融解させると
いう方法が採用でき、蓄熱槽内に蓄えられたシャーベッ
ト状の氷における氷核の粒径分布及びその氷核量を測定
し、設定した面速度において流入する氷核の粒径、氷核
量に基づいて、最適な加熱量を算出することが可能であ
る。このようにすることにより、過冷却器の凍結を防止
しつつ最も効率のよい蓄氷運転が可能となる。

【００１５】請求項４によれば、さらにメッシュ等の氷
核分離体を通して取水するから、メッシュの大きさを組
み合わせることにより、面速度の設定の選択幅が広まり
さらに高効率の蓄氷運転が可能になる。例えば１０メッ
シュのメッシュを使用した場合、１メッシュの大きさは
２．５／１０³［ｍ］であるからこれ以上大きい粒径の
氷核の取水部への流入はメッシュで防止される。従って
取水部の面速度を当該粒径の浮上終末速度（５．０／１
０²［m／s］）以上に設定しても、当該粒径以上の大き
さを有する氷核が取水されることはない。

【００１６】また取水部の面速度は、取水するポンプ等
の制御によって調整できるが、ポンプの出力を一定にし
たまま、メッシュ等の氷核分離体における可通過面積を
適宜増減することによっても調整できる。例えば可通過
面積を小さくすれば、取水部の面速度は大きくなる。従
って、請求項４に記載したようにメッシュを通して取水
すれば、使用するメッシュの大きさや面積を適宜選択す
ることにより、捕獲する氷核の大きさを設定しつつ同時
に面速度の設定もできる。それゆえ、システム全体とし
て高効率の氷蓄熱方法が実現できるものである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
れば、図１は第１実施例を実施するために必要な主要構
成要素、及び配管の概略を示しており、本実施例におい
て空調用熱源水を蓄える蓄熱槽１は単一槽を使用してい
る。もちろんこれに代えて地下スラブなどを利用して複
数の連通した小槽から構成されるいわゆる多槽型蓄熱槽
を用いてもよい。

【００１８】この蓄熱槽１の上方には、別設の冷凍機ユ
ニットから供給されるブラインを氷生成熱源とする過冷
却器２が設けられ、この過冷却器２から吐出される０゜
Ｃ以下の過冷却水は、蓄熱槽１上部に設けられた過冷却
解除手段である衝突板３に衝突して過冷却状態が解除さ
れてシャーベット状の氷が生成され、そのまま蓄熱槽１
内に落下して蓄熱槽１に水と共存の形態で蓄えられる。

【００１９】蓄熱槽１内下部には図２に示したように、
メッシュからなる氷核分離体４及び仕切壁５によって囲
まれた取水空間６が形成され、取水管７の先端に位置し
て下向きに設けられる取水口８はこの取水空間６内に位
置している。従って、比較的粒径の大きい氷核の取水空
間６内への侵入は上記氷核分離体４によって阻害される
ので、取水口８から取り入れられることはない。

【００２０】この氷核分離体４は４枚の単位氷核分離体
４ａによって構成されており、各単位氷核分離体４ａ
は、方形の枠体の中にメッシュ（１０メッシュ）を配設
したパネル状の形態を有している。そしてこの単位氷核
分離体４ａは夫々独立して取り外し自在である。従って
取り外した単位氷核分離体４ａを適宜の盲板と置き換え
たり、あるいは単位氷核分離体４ａを適宜の盲蓋で覆う
ことにより、取水空間６内への可通過面積を変化させる
ことができる。このようにして氷核分離体４の可通過面
積を変化させることにより、取水口８の面速度変化させ
ることができるようになっている。

【００２１】ちなみに本実施例で使用した単位氷核分離
体４ａ１枚あたりの可通過面積は０．８１［ｍ²］であ
り、従って４枚全てを単位氷核分離体４ａとすれば可通
過面積は３．２４［ｍ²］となる。その場合例えば流量
が１６００［ｌ／min］の下での面速度は０．００８２
［m／s］となり、以下単位氷核分離体４ａを１枚ずつ順
次減らせば、そのときの面速度は夫々０．０１１０［m
／s］、０．０１６５［m／s］、０．０３３３［m／s］
と変化させることができる。

【００２２】取水管７にはポンプ９が設けられ、取水管
７を通じて蓄熱槽１から取水された水はこのポンプ９に
よって過冷却器２へと供給されるが、供給途中には熱交
換器１０が設けられている。この熱交換器１０は液−液
型熱交換器であり、冷却塔（図示せず）から供給される
温水と前記取水した水との熱交換が行われるようになっ
ている。これら冷却塔、冷凍機は既にビル等に設置して
あるものを使用できるので、新たに専用の設備を導入す
る必要はない。そして熱交換によって温度が低下した温
水は、冷凍機（図示せず）へと戻されるようになってい
る。そしてこの熱交換器１０の制御によって、蓄熱槽１
から取水した水に対する加熱量の調整が行われる。なお
その他、冷水の二次側からの還水によって加熱し、温度
が低下した冷水を蓄熱または二次側へ供給するように構
成しても有効利用が図れる。

【００２３】本実施例を実施するための主要な設備機
器、配管系統は以上のように構成されており、それらを
用いて蓄氷運転した場合の効率について評価するため
に、運転効率、過冷度率、製氷効率について以下のよう
に定めた。ここで運転効率とは、 運転効率［％］＝１００［％］−凍結損失率［％］ で示されるものであって、さらに上式にいう凍結損失率
とは、 凍結損失率［％］＝（過冷却器の凍結による蓄熱停止時
間／目標ＩＰＦまでの総蓄熱時間）×１００ で示されるものであり、また過冷度率とは、 過冷度率［−］＝（過冷却器出入口温度差−過冷却器入
口温度）／過冷却器出入口温度差 であり、また製氷効率とは 製氷効率［％］＝運転効率［％］×過冷度率［−］ で表わされる指標である。

【００２４】而して長時間運転した結果についていう
と、取水した蓄熱槽１内の水の温度が０゜Ｃ、取水口８
の面速度が０．００５［m／s］のとき、熱交換器１０に
よってこれを加熱して過冷却器２の入口温度を０．４゜
Ｃにした場合の運転効率、過冷度率、製氷効率は、夫々
９２．３［％］、０．８［−］、７３．８［％］となっ
た。また加熱量を増加して過冷却器２の入口温度を０．
６゜Ｃにした場合の運転効率、過冷度率、製氷効率は、
夫々１００．０［％］、０．７［−］、７０．０８
［％］となった。比較するために、同一条件の下で加熱
量を減じて過冷却器２の入口温度を０．２゜Ｃにした場
合の運転効率、過冷度率、製氷効率を示すと、夫々５
９．２［％］、０．９［−］、５３．３［％］となって
いる。従って適正な加熱量を設定することによって、効
率（運転効率、製氷効率）を高めることが可能になって
いる。

【００２５】また過冷却器２の入口温度を同一温度にし
たまま面速度を変化させると、入口温度が０．４゜Ｃ、
０．６゜Ｃのいずれの場合も、概ね面速度が小さいほど
運転効率、製氷効率が高いことも確認できた。従って、
生成されるシャーベット状の氷における氷核の粒径分布
や氷核量に基づいて、適宜面速度、加熱量を調整するこ
とにより、高効率で蓄氷運転することができるものであ
る。

【００２６】

【発明の効果】請求項１によれば、蓄熱槽内に蓄えられ
たシャーベット状の氷における氷核の粒径に基づいて取
水部の面速度を適宜設定することにより、取水する水に
氷核が流入することはない。従って過冷却器の運転中
に、過冷却器に氷核が流入して凍結することを防止でき
る。

【００２７】請求項２によれば、取水した水を一旦加熱
してから過冷却器に供給するから、取水する際に流入し
た氷核は加熱によって融解し、過冷却器が凍結すること
はない。

【００２８】請求項３によれば、上記請求項１、２の作
用が得られるから、面速度の設定により取水の際に流入
する氷核の粒径をそれに応じて小さくすることができ、
加熱量も対応して必要最小限とすることができる。従っ
て、高効率の蓄氷運転が可能である。

【００２９】請求項４によれば、メッシュ等の氷核分離
体を通して取水するから、面速度とは関係なく比較的大
きな粒径の氷核の取水時の流入は防止される。従って面
速度の設定幅が広がり、より高効率な蓄氷運転が可能で
ある。またメッシュ等の氷核分離体における可通過面積
を適宜増減することによって同時に面速度も調整できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における主要な設備機器と配管系統の概
略図である。

【図２】実施例における氷核分離体の斜視図である。

【図３】氷核の粒径と浮上終末速度との関係を示す表で
ある。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 過冷却器 ３ 衝突板 ４ 氷核分離体 ７ 取水管 ８ 取水口 ９ ポンプ １０ 熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守屋 充 神奈川県座間市相模ヶ丘３−７−25 サン ライトヒルズ203 (72)発明者 衛藤 一典 東京都町田市森野４−15−12 寺田ビル森 野Ｂ−311 (72)発明者 松本 正 神奈川県厚木市妻田北３−14−50 コーポ 本厚木Ａ−103

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から取水し
   た水を、当該蓄熱槽の槽外に設置した過冷却器に供給
   し、当該過冷却器から吐出される過冷却水によって生成
   される氷・水スラリーを当該蓄熱槽内に供給し、当該蓄
   熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱方法において、前記
   蓄熱槽から取水するにあたり、取水部の面速度を氷核の
   浮上終末速度より小さくして取水することを特徴とす
   る、氷蓄熱方法。
2. 【請求項２】 空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から取水し
   た水を、当該蓄熱槽の槽外に設置した過冷却器に供給
   し、当該過冷却器から吐出される過冷却水によって生成
   される氷・水スラリーを当該蓄熱槽内に供給し、当該蓄
   熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱方法において、前記
   蓄熱槽から取水した水を過冷却器に供給するにあたり、
   取水した水を加熱して供給することを特徴とする、氷蓄
   熱方法。
3. 【請求項３】 空調用熱源水を蓄える蓄熱槽から取水し
   た水を、当該蓄熱槽の槽外に設置した過冷却器に供給
   し、当該過冷却器から吐出される過冷却水によって生成
   される氷・水スラリーを当該蓄熱槽内に供給し、当該蓄
   熱槽内に氷・水を共存させる氷蓄熱方法において、前記
   蓄熱槽から取水するにあたり、取水部の面速度を氷核の
   浮上終末速度より小さくして取水し、さらにこの取水し
   た水を加熱して過冷却器に供給することを特徴とする、
   氷蓄熱方法。
4. 【請求項４】 蓄熱槽から取水するにあたり、メッシュ
   等の氷核分離体を通して取水することを特徴とする、請
   求項１、２又は３に記載の氷蓄熱方法。