【手続補正書】
【提出日】平成16年12月1日(2004.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱装置および氷蓄熱装置の運転方法に関し、さらに詳しくは冷水利用運転中の冷却能力不足を防止することのできる氷蓄熱装置および氷蓄熱装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
氷蓄熱装置は、蓄熱に深夜電力を利用できるだけでなく、蓄熱能力が非常に高いものであるため、近年では広く用いられている。かかる氷蓄熱装置として、冷却コイルと、この冷却コイルの下方に水面が維持される貯水槽とを備え、製氷運転の際に貯水槽からの貯留水を冷却コイル外面に受けて冷却し、冷却コイル外面に氷を形成しかつ貯え、冷水利用運転の際には貯水槽の貯留水を冷水利用部に供給して利用したのち、利用済みの水を冷却コイル外面の氷表面を巡りつつ流下させて冷却し、冷却した水を貯水槽に循環させるタイプの氷蓄熱装置が知られている。本出願人による特開平５−２４０５３８号公報（特公平８−２０１５２号公報）に示す流下液膜式氷蓄熱装置がこのタイプに該当する。
【０００３】
図３は従来の流下液膜式氷蓄熱装置の具体例１００を示しており、このものは、ケーシング１０４の下部を貯水槽１０２とし、ケーシング１０４内における、貯水槽１０２の水面の上方に製氷用冷媒の通る冷却コイル１０１を配設し、かつ冷却コイル１０１の上方に複数の散水器を配設してなるものである。冷却コイル１０１はケーシング１０４外部の冷凍機１０５と連結しており、この冷凍機１０５との間で製氷用冷媒を循環させるようになっている。
【０００４】
そして、製氷時には、貯水槽１０２内の水を製氷用給水ポンプ１０６により直接に散水器１０３に供給し、散水器１０３から冷却コイル１０１上に散布する。散布された水は冷却コイル１０１の外表面を上部から下部へと巡りながら流下する過程で、冷却コイル１０１内を循環する製氷用冷媒により冷却され氷となる。この着氷位置は冷却コイル１０１の下部から上部へとしだいに進み、最終的には冷却コイル１０１全体に及ぶ。このようにして、冷却コイル１０１外面に氷が貯えられる。
【０００５】
一方、冷水利用運転時には、貯水槽１０２内の冷水を冷水供給ポンプ１１１により冷水利用部１１０に供給し、当該冷水利用部１１０において利用（熱交換）する。次いで、利用済みの水を散水器１０３に供給し、この散水器１０３から散布する。散布された水は冷却コイル１０１表面に貯えられた氷の表面を巡りながら流下する過程で冷却され、しかる後貯水槽１０２に戻される。この際、冷却コイル１０１から剥離して落下する氷もあり、この落下氷は貯水槽１０２内の水を冷却する。
【０００６】
従来、かかる流下液膜式の氷蓄熱装置では、冷水利用運転の際に冷水利用部１１０で必要とする水温の冷水を常に得るために、１回の冷水利用運転に必要とされる量よりも多い量（以下、余分貯氷量ともいう）の氷を製造して貯えていた。この場合、冷水利用運転を終えたときにもある程度の氷が冷却コイル１０１外面に融け残ることになる。
【０００７】
他方、流下液膜式の氷蓄熱装置では、冷却コイル１０１に貯えた氷の量だけ貯水槽１０２の貯水量が減少する。また、貯氷量および貯水量の和は初期貯水量（氷量が０の場合の貯水量）と等しく、かつ一定である。よって、従来は、例えば製氷運転開始前に、貯水槽１０２の貯水量を測定し、この貯水量と初期貯水量との差をとることで冷却コイル１０１の残氷量を求め、この残氷量に基づいて当該製氷運転の際の製氷量を決定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の流下液膜式の氷蓄熱装置では、冷水利用運転中に冷却能力が不足し、所望の温度の冷水を得られないことがあった。
【０００９】
そこで、本発明の主たる課題は、流下液膜式の氷蓄熱装置において生ずる、冷水利用運転中の冷却能力不足を防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明のうち、請求項１記載の氷蓄熱装置は、冷却コイルと、この冷却コイルの下方に水面が維持される貯水槽とを備え、
製氷運転時、前記貯水槽からの貯留水を前記冷却コイル外面に受けて冷却し、前記冷却コイル外面に氷を形成しかつ貯え、
冷水利用運転時、前記貯水槽の貯留水を冷水利用部に供給して利用したのち、利用済みの水を前記冷却コイル外面の氷表面を巡りつつ流下させて冷却し、冷却した水を前記貯水槽に循環させる氷蓄熱装置において；
前記貯水槽に対して外部から補給水を供給する補給手段と、前記冷水利用部へ供給する水の温度を測定する水温測定手段とを設け、
前記冷水利用運転中に前記水温測定手段による測定水温が設定温度を超えた場合、その後に前記補給手段により前記貯水槽に対して補給水を供給するとともに、前記貯水槽の貯留水を前記冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させてその残氷を融解させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２記載の氷蓄熱装置は、冷却コイルと、この冷却コイルの下方に水面が維持される貯水槽とを備え、
製氷運転時、前記貯水槽からの貯留水を前記冷却コイル外面に受けて冷却し、前記冷却コイル外面に氷を形成しかつ貯え、
冷水利用運転時、前記貯水槽の貯留水を冷水利用部に供給して利用したのち、利用済みの水を前記冷却コイル外面の氷表面を巡りつつ流下させて冷却し、冷却した水を前記貯水槽に循環させる氷蓄熱装置において；
前記貯水槽に対して外部から補給水を供給する補給手段と、前記貯水槽における貯水量調節手段とを設け、
前記冷却コイル外面に残氷がある時点で、前記補給手段により前記貯水槽に対して補給水を供給するとともに、前記貯水槽の貯留水を前記冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させてその残氷を融解させ、融解後の前記貯水槽における貯水量を前記貯水量調節手段によって所定量に調節するように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明において、請求項３に記載のように、前記冷水利用部へ供給する水の温度を測定する水温測定手段を設け、前記冷水利用運転中に前記水温測定手段による測定水温が設定温度を超えた場合、その後に前記補給手段により前記貯水槽に対して補給水を供給するとともに、前記貯水槽の貯留水を前記冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させてその残氷を融解させ、融解後の前記貯水槽における貯水量を前記貯水量調節手段によって所定量に調節するように構成するのは好ましい。
【００１３】
一方、請求項４記載の氷蓄熱装置の運転方法は、冷却コイルと、この冷却コイルの下方に水面が維持される貯水槽とを備え、
製氷運転時、前記貯水槽からの貯留水を前記冷却コイル外面に受けて冷却し、前記冷却コイル外面に氷を形成しかつ貯え、
冷水利用運転時、前記貯水槽の貯留水を冷水利用部に供給して利用したのち、利用済みの水を前記冷却コイル外面の氷表面を巡りつつ流下させて冷却し、冷却した水を前記貯水槽に循環させる氷蓄熱装置を用い；
前記冷水利用運転中に前記冷水利用部へ供給する水の温度を測定し、その測定水温が設定温度を超えた場合、その後に前記貯水槽に対して外部から補給水を供給するとともに、前記貯水槽の貯留水を前記冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させてその残氷を融解させるように構成したことを特徴とする方法である。
【００１４】
＜作用＞
本発明者は、流下液膜式の氷蓄熱装置において生ずる冷水利用運転中の冷却能力不足が、少なくとも下記の２つの原因によることを知見している。
【００１５】
（イ）第１の原因
第１の原因として、冷却コイルにおけるブリッジングがある。すなわち、このタイプの氷蓄熱装置では、前述のように冷水利用運転によって氷を全て使いきることなく、冷却コイルに氷を残したままで次の製氷運転を行う。すると、この製氷運転においては残氷部分の上にも着氷するため、当該残氷部分が周囲よりも厚肉な氷に成長する。また、この厚肉な氷は続く冷水利用運転時において当然に融け難いので、当該運転終了後、より厚肉な氷として残存する。このようにして、製氷運転と冷水製造運転とを繰り返すにつれ、冷却コイルの特定部位に、冷却コイル間に跨る大きな氷塊が形成される。
【００１６】
そして、かかるブリッジングを生ずると、氷の表面積が極端に小さくなり、氷塊の内部が実質的に冷却に寄与しなくなること、および氷塊部分に氷が偏在しているので、氷に接触せずに又は接触するが殆ど冷却されずに貯水槽に至る水が多くなることによって、冷却能力が著しく低下する。その結果、冷却コイルに必要十分量の氷が残存しているにもかかわらず、冷水利用運転の際に冷却能力が不足し、所望の温度の冷水を得られなくなるのである。以下、このような冷却に実質的に寄与しない氷または氷部分を無効氷といい、逆に冷却に実質的に寄与する有効な氷または氷部分を有効氷ともいう。
【００１７】
この水温上昇現象を経時的にみると、図４に示すグラフのようになる。製氷運転（実線）および冷水利用運転（点線）を繰り返し行っていると、貯氷量に異常はないものの、その実、時が経つに連れて二点鎖線で示すように無効氷が増加し、有効氷が減少していく。そして、冷水利用運転中において冷却コイルに有効氷が無くなり無効氷だけになると、見かけ上冷水を製造・供給するのに十分な量の氷を冷却コイルに貯えているにもかかわらず、貯水槽から冷水利用部に供給する水の温度が急に上昇するのである。
【００１８】
（ロ）第２の原因
第２の原因としては、水循環経路外への水の蒸発、漏出等による保有水の一部消失がある。すなわち、従来は、例えば製氷運転開始前に貯水量を測定し、この測定結果と「初期貯水量＝貯水量＋貯氷量」の関係に基づき残氷量を求め、この残氷量に基づいて、当該製氷運転における製氷量を決定していた。したがって、保有水の一部が消失していた場合、残氷量を多めに見積ることにより製氷量を少なめにしてしまい、その結果次の冷水利用運転中に冷却能力不足を生じていたのである。
【００１９】
本発明は、これらの知見に基づきなされたものであって、先ず請求項１記載の氷蓄熱装置は、水温測定手段により冷水利用部へ供給する水の温度を測定し、その測定水温が設定温度を超えた場合、冷却コイルには無効氷が残っているだけであるので、その後に補給手段により貯水槽に対して補給水を供給するとともに、貯水槽の貯留水を冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させることにより、その残っている無効氷を融解させるものである。
【００２０】
このように残氷を融解させることで無効氷が無くなりまたは減り、無効氷の増加（前述の第１の原因）による冷水利用運転中の冷却能力不足を防止することができる。また、冷水利用運転中に残氷が無効氷だけになったことを条件として残氷を融解させると、無駄な残氷融解を行わなくて済み、装置の運転コストを最小限度に抑えることができる。
【００２１】
次に、請求項２記載の氷蓄熱装置は、冷却コイル外面に残氷がある時点で、補給手段により貯水槽に対して補給水を供給するとともに、貯水槽の貯留水を冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させてその残氷を融解させるだけでなく、融解後の貯水槽における貯水量を貯水量調節手段によって所定量に調節するものである。
【００２２】
このように、補給水により残氷を融解させるとともに、融解後の貯水槽における貯水量を貯水量調節手段によって所定量に調節することにより、保有水量が確実にリセットされ、保有水の一部が消失している場合には、その消失分の水が補給される。
【００２３】
よって、この氷蓄熱装置では、残氷を融解させることで無効氷が無くなりまたは減り、無効氷の増加（前述の第１の原因）による冷水利用運転中の冷却能力不足を防止することができるだけでなく、保有水量をリセットすることにより保有水の一部消失（前述の第２の原因）による冷却能力不足を防止することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の氷蓄熱装置は、上記請求項２記載の氷蓄熱装置において、冷水利用部へ供給する水の温度を測定する水温測定手段を設け、冷水利用運転中に水温測定手段による測定水温が設定温度を超えた場合、その後に補給手段により貯水槽に対して補給水を供給するとともに、貯水槽の貯留水を冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下させてその残氷を融解させ、融解後の貯水槽における貯水量を貯水量調節手段によって所定量に調節するものである。
【００２５】
よって、この氷蓄熱装置においては、残氷の融解により無効氷の増加による冷水利用運転中の冷却能力不足を防止でき、保有水量をリセットすることにより保有水の一部消失による冷却能力不足を防止でき、さらに、冷水利用運転中に残氷が無効氷だけになったことを条件として残氷を融解させることで、無駄な残氷融解を行わなくて済み、装置の運転コストを最小限度に抑えることができる。
【００２６】
請求項４記載の氷蓄熱装置の運転方法については、上記請求項１記載の氷蓄熱装置の作用と同様であるので、ここでは敢えて説明を略す。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ詳述する。
図１は、本発明に係る流下液膜式の氷蓄熱装置１０を用いた氷蓄熱式空調システム１のフロー図を示している。この氷蓄熱装置１０は、ケーシング１４の下部を貯水槽１２とし、ケーシング１４内における、貯水槽１２の水面の上方に製氷用冷媒の通る冷却コイル１１を配設し、かつ冷却コイル１１の上方に複数の散水器を配設してなるものである。また、ケーシング１４内には、貯水槽１２の水位を測定する水位測定手段１６が設けられている。この水位測定手段１６としては、超音波センサなどの非接触型センサを用いるのが好ましいが、接触型センサを用いることもできる。一方、ケーシング１４の外には冷却コイル１１内に製氷用冷媒を流通・循環させる冷凍機１５が設置されている。Ｐ１は製氷用冷媒循環ポンプを示している。
【００２８】
本システム１では、かかる氷蓄熱装置１０の貯水槽１２と冷水利用部たる空調機２とが冷水供給ポンプＰ２を有する冷水供給路Ｒ１により連結され、空調機２と散水器１３とが温水返送路Ｒ２により連結されて、冷水利用運転時の水循環経路が形成されている。また、これら冷水供給路Ｒ１と温水返送路Ｒ２とが製氷用給水路Ｒ３により連結されて製氷運転時の水循環経路が形成されており、この製氷用給水路Ｒ３には製氷用給水ポンプＰ３が配設されている。
【００２９】
そして、かかる構成の下で、本発明に従って貯水槽１２から空調機２へ供給する水の温度を測定するべく、冷水供給路Ｒ１の貯水槽１２寄りに水温測定手段１９を設けている。また、補給手段として、補給水調整弁Ｂ１を有し、貯水槽１２の上側においてケーシング１４内に通じる補給水路１７を設け、貯水量調節手段として、貯水槽１２内の貯水量が所定量（例えば初期貯水量）よりも多くなると少なくとも残氷の融解後において貯水槽１２内の貯留水を外部に排出するオーバーフロー路１８を設けている。
【００３０】
以下、この氷蓄熱式空調システム１の運転方法について説明する。
＜製氷運転＞
製氷時には、製氷用冷媒循環ポンプＰ１により、冷凍機１５と冷却コイル１１との間で製氷用冷媒を循環させるとともに、貯水槽１２内の水を冷水供給路Ｒ１、製氷用給水路Ｒ３および温水返送路Ｒ２を介して散水器１３に供給し、この散水器１３からコイル状冷却コイル１１に向けて散布する。散布された水は冷却コイル１１の表面を上部から下部へと巡りながら流下する過程で、冷却コイル１１内を通る製氷用冷媒により冷却され氷となる。この着氷位置は冷却コイル１１の下部から上部へと徐々に移動していく。通常の場合、冷却コイル１１全体に着氷する。このようにして、冷却コイル１１表面に氷が貯えられる。
【００３１】
貯氷量が１回の冷水利用運転に必要な量（すなわち、１回の冷水利用運転中、冷水利用部の許容水温範囲内の冷水を送り続けることができる氷量）に余分貯氷量を加えた量に達したならば、製氷運転を終える。
【００３２】
なお、この製氷量は当該製氷運転開始前の残氷量に応じて定める。この残氷量は、従来例と同様に製氷運転開始前の貯水量と初期貯水量との差より求めることができる。すなわち、図２に示すように、水位測定手段１６により貯水槽１２の水位を測定し、この測定水位と初期水位（貯氷量が０の時の製氷部の水位）との差を求め、この水位差と貯水槽１２のサイズとに基づいて貯水槽１２の貯水量と初期貯水量との差を求め、これを残氷量とする。
【００３３】
＜冷水利用運転＞
冷水利用時には、貯水槽１２内の冷水を冷水供給路Ｒ１を介して空調機２に供給し、この空調機２において利用（熱交換）させる。次いで、利用済みの水を温水返送路Ｒ２を介して散水器１３に供給し、この散水器１３から冷却コイル１１上に散布する。散布された水は冷却コイル１１外面に貯えられた氷の表面を巡りながら流下する過程で徐々に冷却され、しかる後貯水槽１２に落下供給される。この際、冷却コイル１１に付着した氷は融解する。また融解により冷却コイル１１から剥離して落下する氷もあり、この落下氷によって貯水槽１２内の水も冷却される。冷却され貯水槽１２に戻された水は、再び空調機２へ供給される。なお、例えば貯氷量の不足により空調機２が必要とする温度の冷水を送ることができない場合には製氷運転を同時に行うことができる。
また、かかる冷水利用運転の際、貯水槽１２から空調機２へ供給する冷水の温度を水温測定手段１９により測定し、この測定水温と設定温度（例えば空調機２で必要な冷水温度の上限、さらに具体的には７℃）との比較を定期的または連続的に行う。その結果、冷水利用運転中に水温測定手段１９の測定水温が設定温度を超えなかった場合には、冷水利用運転終了後に再び製氷運転を行う。
【００３４】
一方、冷水利用運転の際に水温測定手段１９の測定水温が設定温度を超えた場合、その後、例えば当該冷水利用運転終了後に次述の残氷融解および保有水量リセット運転を行う。
【００３５】
＜残氷融解および保有水量リセット運転＞
本運転においては、先ず補給水調整弁Ｂ１を開け、補給水路１７を介して補給水（例；水道水等の常温または高温の水）を外部から貯水槽１２に対して供給する。貯水槽１２の貯水量がオーバーフローレベルに達すると、オーバーフロー路１８を介して貯水槽１２内の水が排出される。この排水が始まったならば補給水調整弁Ｂ１を閉じるとともに、製氷用給水ポンプＰ３を作動させて貯水槽１２内の水を冷水供給路Ｒ１、製氷用給水路Ｒ３、温水返送路Ｒ２、散水器１３、冷却コイル１１配設部、貯水槽１２の順に循環させる。この場合、冷水供給ポンプＰ２を作動させて、貯水槽１２内の水を冷水供給路Ｒ１、空調機２、温水返送路Ｒ２、散水器１３、冷却コイル１１、貯水槽１２の順に循環させることもできる。
【００３６】
この循環水は、冷却コイル１１配設部において、冷却コイル外面の残氷表面を巡りつつ流下し、その流下過程で冷却コイル１１外面に付着残存する無効氷を融解させる。また、貯水槽１２の貯留水に浮遊する氷も融解する。残氷が融解してくると循環水量は増えるが、この増加分の水はオーバーフロー路１８を介して排出される。この水循環は、残氷量に応じて残氷が完全に融解するまで行われる。残氷が融解したならば、製氷用給水ポンプＰ３（空調機２を介して水循環を行った場合は冷水供給ポンプＰ２）を停止させる。オーバーフロー路１８からの排水が止まったならば、本運転を終了する。このようにして、冷却コイル１１に残氷の全く無い、かつ保有水量の過不足の無い状態となる。本運転終了後、再び製氷運転を開始する。
【００３７】
なお、本発明者の実験によると、かかる残氷融解および保有水リセットを行うことになるのは、設定温度が７℃の場合で、多くても月に１、２回程度であり、給水量は初期保有水量の５％程度であることを知見している。
【００３８】
＜その他＞
（イ）上記例では、冷水利用運転中に水温測定手段１９の測定水温が設定温度を超えたことを条件として残氷融解等を行うこととしたが、かかる水温測定手段１９を設けずに、必要に応じて残氷融解等を行うようにしても良い。特に、無効氷の増加速度および保有水量の消失速度は、装置毎に略一定となる傾向があるので、予め無効氷量が無い状態から余分貯氷量を超えるまでの期間や保有水量をリセットしてから保有水量の消失により冷却能力不足を生ずるまでの期間を求めておき、これらの期間に応じて定期的に残氷の融解や保有水量のリセットを行うこともできる。
【００３９】
また、上記例のように、冷水利用運転中に水温測定手段１９の測定水温が設定温度を超えたことのみを残氷融解等の条件とすると、残氷融解等では解決しない原因により冷却能力不足が生じた場合にも残氷融解等を行ってしまう。そこで、冷水利用運転中に水温測定手段による温度測定を行うとともに、前述の方法により貯氷量を求め、水温測定手段による測定水温が設定温度を超え、かつ貯氷量が所定量を超えている場合に、前述の残氷融解を行うことも提案する。この場合、より確実に、冷水利用運転中に残氷が無効氷だけになったことを検出できる。
【００４０】
（ロ）本発明では、水温測定手段の配設部位は、貯水槽から冷水利用部へ供給する水の温度を測定しうる位置であれば適宜定めることができる。例えば、上記例の氷蓄熱装置１０において、水温測定手段１９を貯水槽１２内の冷水送出部分近傍に設けることもできる。
【００４１】
（ハ）上記例は、補給水路１７により貯水槽１２に直接に補給水を供給するものである。しかし、本発明では、貯水槽１２に対して外部から補給水を供給できれば良く、従って間接的に貯水槽に補給水を供給しても良い。上記例でいうならば、散水器１３、冷水供給路Ｒ１、温水返送路Ｒ２、製氷用給水路Ｒ３等を介して、外部から補給水を貯水槽１２に対して供給するように構成しても良い。
【００４２】
（ニ）上記例では、水量調節手段として、貯水槽１２の貯水量が所定量以上になると貯留水を排水させるオーバーフロー路１８を設けたが、本発明の貯水量調節手段はこれに限定されない。例えば図１に示すように、貯水槽１２の適宜の位置（例えば側壁下端部または底壁）に排水路２０を連通させ、この排水路２０に排水調整弁２１を配設し、水位測定手段１６の水位測定結果より貯水量を求め、この貯水量が所定量（例えば初期貯水量）以上である場合には排水調整弁２１を開けて貯水槽１２の貯留水を排水路２０を介して排出させ、貯水量が所定量となったならば排水調整弁２１を閉じるようにして、水量調節を行っても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、流下液膜式の氷蓄熱装置において生ずる、冷水利用運転時の冷却能力不足を防止することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１…氷蓄熱式空調システム、２…空調機、１０…氷蓄熱装置、１１…コイル状冷却コイル、１２…貯水槽、１３…散水器、１４…ケーシング、１５…冷凍機、１６…水位測定手段、１７…補給水路、１８…オーバーフロー路、１９…水温測定手段、Ｒ１…冷水供給路、Ｒ２…温水返送路、Ｒ３…製氷用給水路、Ｐ１…製氷用冷媒循環ポンプ、Ｐ２…冷水供給ポンプ、Ｐ３…製氷用給水ポンプ。