JPH086170Y2 - 氷蓄熱システム - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、製氷機により製造された氷を蓄氷槽に蓄え
て蓄熱する氷蓄熱システムに関する。

〔従来の技術〕

今日においては、夜間の電力需要は昼間よりも大幅に
少ないため、夜間電力料金を大幅に割り引くことによ
り、夜間電力の利用促進が図られている。

このため、従来、夜間電力を使用して夜間に蓄熱し、
この熱エネルギーを昼間に室内の冷房や冷凍機等に利用
することが行なわれている。

このような蓄熱システムとしては、従来、製氷機によ
り製造された氷を蓄氷槽に蓄えて蓄熱するハーベスト方
式の氷蓄熱システムが知られている。

このような氷蓄熱システムとしては、例えば、昭和63
年４月21日と22日に株式会社リアライズ社の主催で行な
われたセミナーのREALIZE セミナーテキスト「氷蓄熱空
調システムの実際と将来展望」に記載されているような
ものが知られている。

第７図は、このセミナーテキストに記載された氷蓄熱
システムを示すもので、符号11は、製氷ユニットを示し
ている。

この製氷ユニット11内には複数の製氷板13が上下方向
に配置されており、これらの製氷板13の内部には、フロ
ンガスの流通路15が形成されている。

また、製氷板13の上端および下端の流通路15には、フ
ロンガスの流通管17,19が接続されている。

そして、製氷板13の下方には、排出口が形成された受
け皿21が配置されている。この排出口は、受け皿21の下
方に配置された蓄氷槽23と連通管25により連通してお
り、この連通管25には砕氷機27が配置されている。

また、製氷板13の上部に位置する製氷ユニット11に
は、散水パイプ29が配置され、この散水パイプ29はポン
プ30が配置された配管31に接続されており、この配管31
の下端は蓄氷槽23の水35中に配置されている。

このような氷蓄熱システムでは、散水パイプ29から散
水された水35が製氷板13の表面を流れ落ちる過程で、製
氷板13の流通路15を流通するフロン液が蒸発し、流れ落
ちる水の一部を製氷板13の表面に着氷させる。

そして、氷37が数mmの厚さになった時、即ち、一定時
間経過後に、高温のフロンガスを数十秒間製氷板13の流
通路15に送ることにより製氷板13を加熱し、第８図に示
すように、製氷板13から氷37を剥離させ、重力で落下さ
せ、砕氷機27により砕氷して、水35が蓄えられた蓄氷槽
23に氷37を水35と混合して蓄える。この蓄氷槽23の水35
を空調機等の負荷に供給し、この負荷に置いて熱交換が
行なわれる。

以上のように構成された氷蓄熱システムでは、例え
ば、電力料金の安い夜間に氷蓄熱して熱エネルギーを蓄
え、この熱エネルギーを昼間に室内の冷房や冷凍機等に
使用することができ、夜間電力を有効に利用することが
できる。

しかしながら、このような従来の氷蓄熱システムで
は、水35が蓄えられた蓄氷槽23に水35と氷37を混合して
蓄えていたので、蓄氷槽23内に氷37と水35が共存してお
り、蓄氷槽23内の氷37の量を測定することが非常に困難
であるという問題があった。

このため、残存している氷37により冷却される蓄氷槽
23内の水35の量、即ち、残存する蓄熱量が不明であり、
空調機等の負荷による熱エネルギー使用量の変化に対応
して、空調機等の運転計画を立てることが非常に困難で
あるという問題があった。

このような問題点を解決するために、本出願人は、こ
の実用新案登録出願と同日付けで氷蓄熱システムについ
ての特許出願をした。

第９図は、この特許出願の明細書に記載されている氷
蓄熱システムを示すもので、図において、符号41は、チ
ップ状または砕石状の氷を製造する製氷機を示してい
る。

この製氷機41には、例えば、ノーススター製氷機（商
品名）が使用されている。

この製氷機41の下方には、製氷機41により製造された
氷43を蓄える蓄氷槽45が配置され、この蓄氷槽45の下部
には、冷水を排水する排水口47が形成されている。この
排水口47は、常時開口されている。

また、蓄氷槽45内の上部には散水装置48が配置されて
おり、この散水装置48は、散水パイプ49の下面に、蓄氷
槽45内の氷43に散水する多数の散水ノズル51を配置して
形成されている。

蓄氷槽45の下方には、蓄氷槽45の排水口47からの冷水
を受ける受水槽53が配置されている。

この受水槽53と散水装置48とは、受水槽53の冷水を、
例えば、空調機等の負荷55に供給するための冷水供給流
路57により連結されており、この負荷55において熱交換
された水が散水装置48に供給される。

また、循環ポンプ59よりも負荷55側で、温水供給流路
61が冷水供給流路57から分岐され、この温水供給流路61
が散水装置48に接続されている。分岐点よりも散水装置
48側の冷水供給流路57と温水供給流路61には、冷水供給
弁63とバイパス弁65がそれぞれ配置されている。

さらに、受水槽53と製氷機41とは、受水槽53の水を製
氷機41に供給するための原料水供給流路67により連結さ
れ、この原料水供給流路67には、原料水ポンプ69が配置
されている。

そして、冷水を蓄える受水槽53には、この受水槽53内
の水位を測定する水位計71が配置されている。この水位
計71は、蓄氷槽45内に100％蓄氷した時の水位WL₁と蓄氷
槽45内の氷43が完全に解氷した時の水位WL₂の間の水位W
Lを測定可能に構成されている。この水位計71は、例え
ば、氷蓄熱システムを監視する監視室のモニターに接続
され、水位WL₂と、負荷55に冷水を供給している時の水
位WLとの差（WL₂−WL）を計算して表すように構成され
ている。

以上のように構成された氷蓄熱システムでは、例え
ば、夜間に原料水ポンプ69が始動され、原料水供給流路
67により受水槽53の水が製氷機41に供給され、この製氷
機41によりチップ状，砕石状の氷43が製造され、この氷
43が蓄氷槽45に蓄えられる。この氷43の製造量に応じて
受水槽53の水が低下し、所定水位WL₁になると原料水ポ
ンプ69が停止され、これにより、氷蓄熱が完了される。

次に、例えば、夜間に蓄熱された熱エネルギーを昼間
に冷水として取り出す場合には、冷水供給弁63が閉とさ
れるとともにバイパス弁65が開とされ、循環ポンプ59が
始動され、温水供給流路61により受水槽53の温水が蓄氷
槽45の氷43に散水装置48から散水され、温水が氷43中を
通過中に冷却されて冷水とされる。この冷水が蓄氷槽45
の排出口47から受水槽53に蓄えられ、冷水供給弁63を開
とするとにより、受水槽53の冷水が冷水供給流路57を介
して負荷55に供給され、この負荷55において熱交換する
ことにより行なわれる。

しかして、以上のように構成された氷蓄熱システムで
は、氷43を製造する製氷機41の下方に、氷43を蓄えると
ともに排水口47が形成された蓄氷槽45を配置し、排水口
47からの冷水を受ける受水槽53を蓄氷槽45の下方に配置
し、蓄氷槽45内の氷43に散水する散水装置48を蓄氷槽45
内に配置し、受水槽53と製氷機41とを原料水供給流路67
により連結し、受水槽53と散水装置48を、負荷55を介し
て冷水供給流路57により連結し、受水槽53に、この受水
槽53内の水位を測定する水位計71を配置したので、蓄氷
槽45に氷43が貯蔵されていない時の受水槽53の水位WL₂
と、負荷55に冷水を供給している時の受水槽53内の水位
WLとを測定し、この差（WL₂−WL）を求めることによ
り、蓄氷槽45に残存している氷量を確認することがで
き、残存蓄熱量を従来よりも確実に測定することができ
る。

これにより、負荷55による熱エネルギー使用量の変化
に対応して、負荷55の運転計画を立てることが従来より
も容易となる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような氷蓄熱システムでは、水平
方向に配置された散水パイプ49の下面に、蓄氷槽45内の
氷43に散水する多数の散水ノズル51を、散水位置や口径
等を考慮しないで配置する時には、第10図に示すよう
に、散水された水が流れやすい蓄氷槽45内壁面と氷43と
の間に、バイパス流路75が形成され、このバイパス流路
75から大量の水が一時に受水槽53に流入する虞があっ
た。

また、散水された水が集中する個所が生じ、この部分
の氷43のみが溶融してバイパス流路77が形成され、この
バイパス流路77から大量の水が一時に受水槽53に流入す
る虞があった。

このため、蓄氷槽45に大量の氷43が残存しているにも
かかわらず、氷43中のバイパス流路75,77を大量の水が
一時に通過し、散水された水が氷43により十分に冷却さ
れない状態で、蓄氷槽45の排水口47から受水槽53に流入
する事態が生じ、受水槽53内の冷水温度が上昇し、蓄熱
効率が低下するという問題があった。

本考案は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、蓄氷槽に蓄えられた氷中に、大量の水が一時
に流れるバイパス流路が形成されることを確実に防止す
ることができる氷蓄熱システムを提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の氷蓄熱システムは、チップ状または砕石状の
氷を製造する製氷機と、この製氷機により製造された氷
を蓄えるとともに下部に冷水を排水する排水口が形成さ
れた蓄氷槽と、この蓄氷槽の排水口からの冷水を受ける
受水槽と、前記蓄氷槽内に配置されこの蓄氷槽内の氷に
散水する散水装置と、前記受水槽の冷水を負荷に供給し
この負荷において熱交換された水を前記散水装置に供給
するための冷水供給流路とを備え、前記散水装置を、水
平方向に配置された複数の水平配管と、これらの水平配
管にほぼ垂直に水平配管の下方に延設される垂直配管と
から構成し、前記水平配管に多数の小口径ノズルを配置
し、前記垂直配管に大口径ノズルを配置してなるもので
ある。

〔作用〕

本考案の氷蓄熱システムでは、散水装置による散水開
始前には、大口径ノズルが蓄氷槽に蓄えられた氷に埋没
されており、この状態で大口径ノズルからの散水が開始
されると、蓄氷槽の氷内に空洞が形成され、一方、この
空洞の上部の氷が、蓄氷槽の氷の上方からの小口径ノズ
ルの散水により溶融されると、空洞が潰れて空洞周囲の
氷が空洞による凹みに崩落し、蓄氷槽内の氷がほぼ水平
状態となり、この状態で氷が溶融され、排水口が常時氷
により塞がれた状態とされる。

〔実施例〕

以下、本考案の詳細を図面に示す一実施例について説
明する。

第１図は、本考案の氷蓄熱システムを示すもので、図
において、符号81は、チップ状または砕石状の氷を製造
する製氷機を示している。

この製氷機81には、例えば、ノーススター製氷機（商
品名）が使用されている。

この製氷機81の下方には、製氷機81により製造された
氷83を蓄える蓄氷槽85が配置され、この蓄氷槽85の下部
には、冷水を排水する排水口87が形成されている。この
排水口87は、常時開口されている。

また、蓄氷槽85内の上部には、蓄氷槽85内の氷83に散
水する散水装置88が配置されている。

蓄氷槽85の下方には、蓄氷槽85の排水口87からの冷水
を受ける受水槽93が配置されている。

この受水槽93と散水装置88とは、受水槽93の冷水を、
例えば、空調機等の負荷95に供給するための冷水供給流
路97により連結されており、この負荷95において熱交換
された水が散水装置88に供給される。

また、循環ポンプ99よりも負荷95側で、温水供給流路
101が冷水供給流路97から分岐され、この温水供給流路1
01が散水装置88に接続されている。分岐点よりも散水装
置88側の冷水供給流路97と温水供給流路101には、冷水
供給弁103とバイパス弁105がそれぞれ配置されている。

さらに、受水槽93と製氷機81とは、受水槽93の水を製
氷機81に供給するための原料水供給流路107により連結
され、この原料水供給流路107には、原料水ポンプ109が
配置されている。

また、冷水を蓄える受水槽93には、この受水槽93内の
水位を測定する水位計111が配置されている。この水位
計111は、蓄氷槽85内に100％蓄氷した時の水位WL₁と蓄
氷槽85内の氷83が完全に解氷した時の水位WL₂の間の水
位WLを測定可能に構成されている。この水位計111は、
例えば、氷蓄熱システムを監視する監視室のモニターに
接続され、水位WL₂と、負荷95に冷水を供給している時
の水位WLとの差（WL₂−WL）を計算して表すように構成
されている。

そして、散水装置88が、第２図に示すように、水平方
向に配置された５本の水平配管113と、これらの水平配
管113とほぼ垂直をなし水平配管113の下方に延設される
垂直配管115とから構成されている。

水平配管113の下面には、蓄氷槽85内に蓄えられた氷8
3の上方から散水する多数の小口径ノズル117が配置さ
れ、垂直配管115の先端部には大口径ノズル119が配置さ
れている。これらの水平配管113と垂直配管115は、塩化
ビニル製パイプにより形成されている。

また、水平配管113と垂直配管115は、蓄氷槽85内に配
置され冷水供給流路97が連結される主配管121に配置さ
れている。

即ち、蓄氷槽85内には、その内壁に沿って主配管121
が配置され、この主配管121には所定間隔を置いて３本
の副配管123が水平方向に蓄氷槽85の中央部に向けて配
置されている。両端の副配管123には、２本の水平配管1
13が形成されたＵ字状管125の折曲部127がそれぞれ接続
されている。また、中央の副配管123は水平方向に延設
され水平配管113とされている。

垂直配管115は、中央の水平配管113の下面中央に垂直
方向に配置され、蓄氷槽85内に氷83が100％蓄えられる
と、垂直配管115の先端部に配置された大口径ノズル119
が氷83中に埋没するように形成されている。

また、小口径ノズル117および大口径ノズル119は、蓄
氷槽85の内壁面に散水しないように形成されている。

さらに、大口径ノズル119の散水角度は、小口径ノズ
ル117の散水角度よりも大きくなるように形成されてい
る。

以上のように構成された氷蓄熱システムでは、例え
ば、夜間に原料水ポンプ109が始動され、原料水供給流
路107により受水槽93の水が製氷機81に供給され、この
製氷機81によりチップ状，砕石状の氷83が製造され、こ
の氷83が蓄氷槽85に蓄えられる。この氷83の製造量に応
じて受水槽93の水が低下し、所定水位WL₁になると原料
水ポンプ109が停止され、これにより、氷蓄熱が完了さ
れる。

次に、例えば、夜間に蓄熱された熱エネルギーを昼間
に冷水として取り出す場合には冷水供給弁103が閉とさ
れるとともにバイパス弁105が開とされ、循環ポンプ99
が始動され、温水供給流路101により受水槽93の温水が
蓄氷槽85の氷83に散水装置88から散水され、温水が氷83
中を通過中に冷却されて冷水とされる。この冷水が蓄氷
槽85の排出口87から受水槽93に蓄えられ、冷水供給弁10
3を開とすることにより、受水槽93の冷水が冷水供給流
路97を介して負荷95に供給され、この負荷95において熱
交換することにより行なわれる。

そして、以上にように構成された氷蓄熱システムで
は、散水装置88による散水開始前には、第３図に示すよ
うに、大口径ノズル119が蓄氷槽85に蓄えられた氷83に
埋没されており、この状態で大口径ノズル119による散
水が開始されると、第４図に示すように、蓄氷槽85の氷
83内に空洞131が形成され、一方、この空洞131の上部の
氷83が、蓄氷槽85の氷83の上方からの小口径ノズル117
の散水により溶融されると、第５図に示すように、空洞
131が潰れて空洞131の周囲の氷83が空洞131による凹み
に崩落し、蓄氷槽85内の氷83の上面がほぼ水平状態とな
り、この状態で氷83が溶融され、第６図に示すように、
排水口87が常時氷83により塞がれた状態とされる。

しかして、以上のように構成された氷蓄熱システムで
は、散水装置88を、水平方向に配置された複数の水平配
管113と、これらの水平配管113にほぼ垂直に水平配管11
3の下方に延設される垂直配管115とから構成し、水平配
管113に多数の小口径ノズル117を配置し、垂直配管115
に大口径ノズル119を配置したので、散水装置88による
散水開始前には、大口径ノズル119が蓄氷槽85に蓄えら
れた氷83に埋没されており、この状態で大口径ノズル11
9による散水が開始されると、蓄氷槽85の氷83内に空洞1
31が形成され、一方、この空洞131の上部の氷83が小口
径ノズル117の散水により溶融されると、空洞131が潰れ
て空洞131の周囲の氷83が空洞131による凹みに崩落し、
蓄氷槽85内の氷83の上面がほぼ水平状態となり、この状
態で氷83が溶融され、排水口87が常時氷83により塞がれ
た状態とされ、蓄氷槽85に蓄えられた氷83中に、大量の
水が一時に流れるバイパス流路が形成されることを確実
に防止することができる。

これにより、残存氷量が少なくなっても受水槽93の冷
水温度を低温に維持することができ、蓄熱効率を大幅に
向上することができる。

また、残存氷量が少なくなっても受水槽93の冷水温度
を低温に維持することができるので、冷水の温度変化が
少なく、負荷95に対応した制御を容易に行なうことがで
きる。

さらに、蓄氷槽85内の氷83がほぼ水平状態で溶融され
ない場合には、小口径ノズル117と大口径ノズル119の口
径，高さ，個数および位置等を種々変化させることによ
り、蓄氷槽85内の容積変化に対応して、氷83をほぼ水平
状態で溶融することができる。

また、大口径ノズル119により散水される水量が多い
ため、大量の氷83を短期に溶融することができ、これに
より、短期に大量の冷水を空調機等の負荷95に供給する
ことができる。

また、以上のように構成された氷蓄熱システムでは、
氷83を製造する製氷機81の下方に、氷83を蓄えるととも
に排水口87が形成された蓄氷槽85を配置し、排水口87か
らの冷水を受ける受水槽93を蓄氷槽85の下方に配置し、
蓄氷槽85内の氷83に散水する散水装置88を蓄氷槽85内に
配置し、受水槽93と製氷機81とを原料水供給流路107に
より連結し、受水槽93と散水装置88を、負荷55を介して
冷水供給流路97により連結し、受水槽93に、この受水槽
93内の水位を測定する水位計111を配置したので、蓄氷
槽85に氷83が貯蔵されていない時の受水槽93の水位WL₂
と、負荷95に冷水を供給している時の受水槽93内の水位
WLとを測定し、この差（WL₂−WL）を求めることによ
り、蓄氷槽85に残存している氷量を確認することがで
き、残存蓄熱量を従来よりも確実に測定することができ
る。

これにより、負荷95による熱エネルギー使用量の変化
に対応して、負荷95の運転計画を立てることが従来より
も容易となる。

尚、上記実施例では、水平配管113と垂直配管115を塩
化ビニル製パイプにより形成した例について説明した
が、本考案は上記実施例に限定されるものではなく、例
えば、ステンレス等により、水平配管と垂直配管を形成
しても、上記実施例とほぼ同様の効果を得ることができ
る。そして、この場合には水平配管と垂直配管の強度を
向上させることができ、特に垂直配管が氷に埋没され垂
直配管に偏荷重が作用しても折損することがない。さら
に垂直配管の折損を確実に防止するために、例えば、水
平配管と垂直配管とを支持部材により連結し、垂直配管
を支持しても良い。

また、上記実施例では、水平配管113を主配管121から
一側に向けて水平方向に配置した例について説明した
が、本考案は上記実施例に限定されるものではなく、例
えば、主配管を蓄氷槽の中央部に配置し、この主配管の
両側に向けて水平配管を下側に傾斜して配置しても、上
記実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。

さらに、上記実施例では、蓄氷槽85内に大口径ノズル
119を一個配置した例について説明したが、本考案は上
記実施例に限定されるものではなく、蓄氷槽の容積等の
状態により、蓄氷槽に複数の大口径ノズルを配置して
も、上記実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。

〔考案の効果〕

本考案の氷蓄熱システムでは、散水装置を、水平方向
に配置された複数の水平配管と、これらの水平配管にほ
ぼ垂直に水平配管の下方に延設される垂直配管とから構
成し、水平配管に多数の小口径ノズルを配置し、垂直配
管に大口径ノズルを配置したので、散水装置による散水
開始前には、大口径ノズルが蓄氷槽に蓄えられた氷に埋
没されており、この状態で大口径ノズルからの散水が開
始されると、蓄氷槽の氷内に空洞が形成され、一方、こ
の空洞の上部の氷が小口径ノズルの散水により溶融され
ると、空洞が潰れて空洞周囲の氷が空洞による凹みに崩
落し、蓄氷槽内の氷の上面がほぼ水平状態となり、この
状態で氷が溶融され、排水口が常時氷により塞がれた状
態とされ、蓄氷槽に蓄えられた氷中に、大量の水が一時
に流れるバイパス流路が形成されることを確実に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る氷蓄熱システムの一実施例を示す
説明図である。 第２図は第１図の散水装置を示す斜視図である。 第３図乃至第６図は、散水装置の散水により氷を溶融し
ている状態を示す説明図である。 第７図は従来のハーベスト方式の氷蓄熱システムにおい
て、氷を製造している状態を示す説明図である。 第８図は第７図の氷蓄熱システムにおいて、製氷板から
氷を剥離させ、蓄氷槽に蓄えている状態を示す説明図で
ある。 第９図は本出願人が同時に特許出願した氷蓄熱システム
を示す説明図である。 第10図は、蓄氷槽の氷中に大量の水が一時に流れるバイ
パス流路が形成された状態を示す説明図である。 〔主要な部分の符号の説明〕 81……製氷機 83……氷 85……蓄氷槽 87……排水口 88……散水装置 93……受水槽 97……冷水供給流路 113……水平配管 115……垂直配管 117……小口径ノズル 119……大口径ノズル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】チップ状または砕石状の氷を製造する製氷
   機と、この製氷機により製造された氷を蓄えるとともに
   下部に冷水を排水する排水口が形成された蓄氷槽と、こ
   の蓄氷槽の排水口からの冷水を受ける受水槽と、前記蓄
   氷槽内に配置されこの蓄氷槽内の氷に散水する散水装置
   と、前記受水槽の冷水を負荷に供給しこの負荷において
   熱交換された水を前記散水装置に供給するための冷水供
   給流路とを備え、前記散水装置を、水平方向に配置され
   た複数の水平配管と、これらの水平配管にほぼ垂直に水
   平配管の下方に延設される垂直配管とから構成し、前記
   水平配管に多数の小口径ノズルを配置し、前記垂直配管
   に大口径ノズルを配置してなることを特徴とする氷蓄熱
   システム。