JP2009281664A - 過冷却水を用いた氷蓄熱システムにおける解氷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】氷蓄熱システムにおける複雑な配管系統を単純化して、省エネルギー及び省コストを図る。氷蓄熱槽内での攪拌効果を高めて低温冷水の取り出しを容易にし氷による閉塞を防止する。
【解決手段】蓄熱槽からの冷水を空調負荷に送る氷蓄熱システム用の解氷装置である。製氷機から蓄熱槽へと戻る第１の戻り配管と空調負荷から蓄熱槽へと戻る第２の戻り配管とが蓄熱槽の直前で合流させられて１本の還水配管を形成している。還水配管の蓄熱槽側先端部分が垂直ノズルを形成し、この垂直ノズルの下端は蓄熱槽内の水面よりも下方まで浸漬するように位置決めされている。垂直ノズルの周囲に還水配管の管壁を貫通する丸孔又はスリットが形成され、丸孔又はスリットから氷水が噴出して蓄熱槽内の水面上に散布されるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調用の冷熱源となる蓄熱用氷、屋内・屋外スキー場用の散布用氷および一般冷却・保冷用氷等を蓄えるための氷蓄熱システムに関し、特に過冷却水を用いた氷蓄熱システムの解氷装置に係るものである。

冷凍機で０℃以下の低温にまで冷却した過冷却状態の水に衝撃などを与えて過冷却状態を解除させ、シャーベット状態の氷を製造して蓄熱槽内に蓄える氷蓄熱システムはすでに広く利用されているが、蓄熱槽の底部から冷水を取り出すために、蓄熱槽の上部に解氷用の配管を設置するのが一般的である。この場合、蓄熱槽には、製氷した氷を投入するための氷供給配管と、解氷用配管（散水配管）と、冷水取り出し用配管との３系統の配管が必要となり、蓄熱槽の周囲で配管が複雑に交差するなどして設置やメンテナンスに支障を来すおそれがあった。

本発明と関連する従来技術として次のようなものがある。
特開平６−３００３２７号「蓄熱システムの運転方法」には、氷蓄熱・冷水蓄熱・温水蓄熱の３モードに切り換え運転可能なシステムが記載されているが、蓄熱槽には、氷供給配管・散水配管・冷水取り出し用配管の３系統が複雑に設置されており、配管経路中でのエネルギー損失が大きくなると共に、設置作業が困難となり、設置コスト及びメンテナンスコストが上昇するという問題点がある。また、製氷した氷を氷供給配管を通じて蓄熱槽の上部から大気中に自由落下させているので、水面に到達する前にエネルギー損失を生じるという問題点がある。

本発明の主たる目的は、複雑な配管系統を単純化して、省エネルギー及び省コストを図ることにある。
本発明の他の目的は、氷蓄熱槽内での攪拌効果を高めて低温冷水の取り出しを容易にし、氷による閉塞を防止することにある。

前述した課題を解決するため、本発明は、冷凍機で過冷却水を製造し、過冷却熱交換器からなる製氷機を用いて一次側の過冷却水から二次側で製氷し、製氷した氷を蓄熱槽に送って蓄え、蓄熱槽からの冷水を空調負荷に送る氷蓄熱システム用の解氷装置を提供する。この解氷装置は、製氷機から蓄熱槽へと戻る第１の戻り配管と空調負荷から蓄熱槽へと戻る第２の戻り配管とが蓄熱槽の直前で合流させられて１本の還水配管を形成し、前記還水配管の蓄熱槽側先端部分が垂直ノズルを形成し、前記垂直ノズルの下端は蓄熱槽内の水面よりも下方まで浸漬するように位置決めされており、前記垂直ノズルの周囲に還水配管の管壁を貫通する丸孔又はスリットが形成され、前記丸孔又はスリットから氷水が噴出して蓄熱槽内の水面上に散布されるようになっている。

かかる構成に基づき、本発明の解氷装置によれば、
（１）３系統であった蓄熱槽への配管が２系統になり、構造が単純化され、配管の設置が容易になる。
（２）氷水配管をそのまま解氷配管として利用できるので、省資源、省コスト、省メンテナンスが図られる。
（３）配管経路での熱損失が低下することにより、一定した温度で冷熱を取り出すことが可能になる。

（４）氷水ノズル（垂直ノズル）の下端が氷蓄熱槽の水面下に位置決めされているので、従来の自由落下の場合と比べて、解氷時の氷水ノズルからの噴流エネルギー損失を低減することが可能になり、低温冷水の取り出しに有利となる。
（５）氷水ノズルのサイズを絞れば、氷蓄熱槽内に噴出する噴流エネルギーを高めることができ、氷蓄熱槽内での攪拌効果を高めて、低温冷水の取り出しに有利となる。
（６）氷水ノズルの側面に開口（丸孔又はスリットなど）を設ければ、製氷時に氷水ノズル部分での氷による閉塞を防止することができ、連続製氷運転に有利となる。

製氷ノズル（垂直ノズル）はその上端で屈曲させ水平管部と一体の略Ｌ字形に形成することにより、設置が容易になると共に、ノズル内での閉塞を防止するために有利となる。

以下、添付図面の実施態様を参照しながら、本発明による過冷却水を用いた氷蓄熱システムにおける解氷装置についてさらに説明する。

図１及び図２は本発明による過冷却水を用いた氷蓄熱システムにおける解氷装置の回路図を表しており、図１は製氷時（氷蓄熱運転時）、図２は解氷時（冷水蓄熱運転時及び温水蓄熱運転時）をそれぞれ表している。図３は垂直ノズルと貫通スリットの好適な例を表す側面及び断面図である。図４は垂直ノズルと貫通孔の好適な例を表す側面及び断面図である。図５は製氷時における貫通スリットからの氷水流出を表す側面図である。図６は解氷時における垂直ノズル下部からの水流出を表す側面図である。図７は垂直ノズルの有無により取水温度が変化することを表すグラフである。

図１及び図２のシステム２０は、冷凍機４で過冷却水を製造し、過冷却熱交換器３からなる製氷機を用いて一次側の過冷却水から二次側で製氷し、製氷したシャーベット状の氷を氷水ノズル１３を通じて蓄熱槽１に送って蓄え、蓄熱槽１からの冷水を取水装置５から製氷放熱ポンプ７で汲み上げて空調負荷（解氷負荷）２に送る氷蓄熱システムである。符号６は取水配管、符号１０は氷水配管、符号１１は解氷配管、符号１２は氷水・解氷配管（製氷及び解氷兼用配管）、１４はブライン配管をそれぞれ表している。切り換え弁８は、製氷時には閉、解氷時には開に切り換えられる。切り換え弁９は、製氷時には開、解氷時には閉に切り換えられる。

本発明に従い、製氷機（過冷却熱交換器）３から蓄熱槽１へと戻る第１の戻り配管１０と、空調負荷２から蓄熱槽１へと戻る第２の戻り配管１１とが蓄熱槽の直前で合流させられて１本の還水配管１２を形成している。還水配管１２の蓄熱槽側先端部分は垂直ノズル１３を形成する。垂直ノズル１３は噴き出し流速を高めるため還水配管１２の管径をテーパ付き縮径部１２ａまで絞って設置しており、垂直ノズル１３の下端は蓄熱槽１内の水面よりも下方まで浸漬するように位置決めされている。

図３と図４は垂直ノズル１３の好適な実施態様を表しており、その上端で屈曲させられて還水配管１２の水平管部と一体の略Ｌ字形に形成されている。図３の例では垂直ノズル１３ａの周囲に還水配管１２の管壁を貫通する多数のスリット１７が形成され、図４の例では垂直ノズル１３ｂの周囲に還水配管１２の管壁を貫通する多数の丸孔１８が形成されている。貫通穴部分の開口率は面積で３０〜５０％程度が好ましい。

図５は製氷運転時を表しており、切換弁８が閉、切換弁９が開となる。蓄熱槽１内に氷が溜まってくると、垂直ノズル１３ａの先端が閉塞し氷水が流れなくなる。垂直ノズル１３ａの先端が閉塞した場合に垂直ノズル１３ａ周囲のスリット１７から氷水が噴出して蓄熱槽１内の水面上に散布されるようになっている。図６は解氷運転時を表しており、切換弁８が開、切換弁９が閉となり、垂直ノズル１３ａの下端から水が流出する。

図７は、本発明による垂直ノズルを設けた場合と設けない場合とで、取水温度に変化が生じることを実験によって確認したデータを表している。折れ線Ａはスリットの付いた垂直ノズルを設けた蓄熱槽内に還水配管１２から８℃の水を投入した場合の取水温度の時間的変化を表し、折れ線Ｂは垂直ノズル無しで水を自由落下させる方法で還水配管１２から８℃の水を投入した場合の取水温度の時間的変化を表している。開始から約１７分後には、垂直ノズルを設けた場合（Ａ）の取水温度が垂直ノズルを設けない場合の取水温度よりも約１℃程度低下し、開始から５時間近く経過すると氷が減少するため逆転していく。

従来の自由落下の場合（Ｂ）では、氷水ノズル吐出後の冷水が空気にぶつかり拡散されるため、氷水ノズルからの噴流エネルギー損失が大きく、水槽内の攪拌力が低下している。それに対して、垂直ノズルを設けた場合（Ａ）は、垂直ノズルの下端が蓄熱槽１内の水面よりも下方まで浸漬しているため、氷水ノズル吐出後の冷水と空気との接触が少なく、ノズルの噴流が拡散されず、氷水ノズルからの噴流エネルギー損失を低減することが可能となり、低温の冷水を取り出すことができる。このことから、本発明による垂直ノズルが一定の効果をあげることが確認できた。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、３系統であった蓄熱槽への配管が２系統になり構造が単純化され配管の設置が容易になる。氷水配管をそのまま解氷配管として利用できるので、省資源、省コスト、省メンテナンスが図られる。配管経路での熱損失が低下することにより、一定した温度で冷熱を取り出すことが可能になるなどの利点が得られ、その技術的効果には極めて顕著なものがある。

本発明による解氷装置の製氷時の回路図。 本発明による解氷装置の解氷時の回路図。 垂直ノズルと貫通スリットの好適な例を表す側面及び断面図。 垂直ノズルと貫通孔の好適な例を表す側面及び断面図。 製氷時における貫通スリットからの氷水流出を表す側面図。 解氷時における垂直ノズル下部からの水流出を表す側面図。 垂直ノズルの有無により取水温度が変化することを表すグラフ。

符号の説明

１ 氷蓄熱槽 ２ 空調負荷
３ 製氷機 ４ 冷凍機
５ 取水装置 ６ 取水配管
７ 製氷放熱ポンプ ８，９ 切換弁
１０ 氷水配管 １１ 解氷配管
１２ 氷水・解氷配管 １３ 氷水ノズル
１４ ブライン配管 １７ スリット
１８ 丸孔

Claims (2)

1. 冷凍機で過冷却水を製造し、過冷却熱交換器からなる製氷機を用いて一次側の過冷却水から二次側で製氷し、製氷した氷を蓄熱槽に送って蓄え、蓄熱槽からの冷水を空調負荷に送る氷蓄熱システム用の解氷装置であって、
   製氷機から蓄熱槽へと戻る第１の戻り配管と空調負荷から蓄熱槽へと戻る第２の戻り配管とが蓄熱槽の直前で合流させられて１本の還水配管を形成し、
   前記還水配管の蓄熱槽側先端部分が垂直ノズルを形成し、
   前記垂直ノズルの下端は蓄熱槽内の水面よりも下方まで浸漬するように位置決めされており、
   前記垂直ノズルの周囲に還水配管の管壁を貫通する丸孔又はスリットが形成され、
   前記丸孔又はスリットから氷水が噴出して蓄熱槽内の水面上に散布されるようになっていることを特徴とする過冷却水を用いた氷蓄熱システムにおける解氷装置。
2. 前記垂直ノズルはその上端で屈曲し水平管部と一体の略Ｌ字形に形成されている請求項１記載の解氷装置。

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