(57)【要約】【課題】大深度に適したダイナミック式氷蓄熱システムを提供する。ＩＰＦを高めて省スペースを図る。製氷ポンプの吸い込み圧力低下を回避し機器の破損を防止する。【解決手段】ダイナミック式氷蓄熱システムにおいて、氷蓄熱槽内に鉛直方向に延伸する浸透管が配置され、浸透管は上端閉止プレートと中央管部と下部プレートから成る。中央管部は平板に多数の孔を穿孔したパンチング板で作られ、中央管部の水平断面は正方形又は長方形又は円形で、中央管部の下端付近の側部又は下部プレートに戻り管の端部が接続されている。上端閉止プレートは氷蓄熱槽内の水面の直下付近に位置しかつ下部プレートは氷蓄熱槽内の底部付近に位置するように設置され、浸透管の中央管部から周囲の冷水を吸引し中央管部の内部を冷水流路としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を過冷却水にする過冷却水製造熱交換器と、
過冷却水から氷を製造する製氷機と、
前記製氷機で作られたシャーベット状の氷を氷蓄熱槽へと案内する製氷管と、
氷蓄熱槽と、
前記氷蓄熱槽の底部付近からの冷水を前記過冷却水製造熱交換器へと案内する戻り管と、
該戻り管の途中に配置した製氷ポンプと、
前記氷蓄熱槽からの冷水を循環させる空調その他の二次系回路とを備えるダイナミック式氷蓄熱システムにおいて、
前記氷蓄熱槽内に鉛直方向に延伸する浸透管が配置され、該浸透管は上端閉止プレートと中央管部と下部プレートから成り、前記中央管部は平板に多数の孔を穿孔したパンチング板で作られ、該中央管部の水平断面は正方形又は長方形又は円形で、該中央管部の下端付近の側部又は前記下部プレートに前記戻り管の端部が接続されており、
前記上端閉止プレートは氷蓄熱槽内の水面の直下付近に位置しかつ前記下部プレートは氷蓄熱槽内の底部付近に位置するように設置されており、
前記浸透管の中央管部から周囲の冷水を吸引し中央管部の内部を冷水流路としたことを特徴とする大深度水槽に適したダイナミック式氷蓄熱システム。
【請求項２】
前記浸透管内を通過する最大冷水流速が概ね２．０ｍ／秒以下となるように浸透管のサイズを設定し、前記パンチング板の開口率を約３０〜４０％とする請求項１記載の氷蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却水を利用した氷蓄熱システムに関し、特に静置型でなく流水を過冷却して製氷するタイプのダイナミック式氷蓄熱システムに関する。
【０００２】
熱交換器（過冷却器）内で過冷却水を製造し、この過冷却水から密閉系の配管内で氷を生成して空調システム等に応用するダイナミック式氷蓄熱槽装置はすでに広く利用されているが、建物の構造上から大深度（５ｍ以上）の深さ（高さ）を有する氷蓄熱槽を使用しなければならない場合がある。一般に、蓄熱槽内にどれだけ氷が貯められるか、すなわち蓄熱槽内にある水の何％が氷になるかを示す目安としてＩＰＦ（Ice Packing Factor＝氷充填率）が用いられ、ダイナミック型は５０％程度といわれている。大深度の蓄熱槽で氷の充填を継続していくと、当初ＩＰＦは増加していくが、次第に水槽内の氷層抵抗が上昇し、製氷ポンプ（水循環ポンプ）の吸い込み圧力が低下して負圧になり、空気を吸い込むようになるため、高ＩＰＦ（４０％以上）まで蓄氷することができない。このため、従来は蓄熱槽の深度（高さ）は５ｍが限界とされ、より大きな大深度水槽に適した氷蓄熱システムが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４１６６「ダイナミック型氷蓄熱槽の氷塊解氷装置」には、ダイナミック型とスタティック型との相違点や、ＩＰＦが大きくなると氷片や氷粒が相互に吸着結合して大きな氷塊を生じることが記載されている。この氷塊解氷装置は、氷蓄熱槽の側面に複数の噴射装置を設けて、二次側空調装置からの還流水を氷塊に向けて噴射し、氷塊を局部的に溶かし割れを生じさせて氷塊を破砕させるようになっている。
【０００４】
【特許文献２】特開平７−２９３９４５「ダイナミック氷蓄熱システムの蓄熱槽」では、蓄熱槽の上部の水面下に氷浮上防止用のスクリーンを配置し、上部の水中に製氷用吸出管と解氷用吸出管を配置し、中間部に戻り水管を配置し、底部に過冷却水管と戻り水管を配置することにより、常時低温の冷水を吸引できるように構成している。これは構造が複雑になりすぎるという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は、従来蓄氷不可能とされていた大深度に適した氷蓄熱システムを提供することにある。
本発明の第２の目的は、ＩＰＦを高めて省スペースを図ることが可能な氷蓄熱システムを提供することにある。
本発明の第３の目的は、製氷ポンプの吸い込み圧力低下を回避し、機器の破損を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するため、本発明はその基本的態様として、水を過冷却水にする過冷却水製造熱交換器と、過冷却水から氷を製造する製氷機と、前記製氷機で作られたシャーベット状の氷を氷蓄熱槽へと案内する製氷管と、氷蓄熱槽と、前記氷蓄熱槽の底部付近からの冷水を前記過冷却水製造熱交換器へと案内する戻り管と、該戻り管の途中に配置した製氷ポンプと、前記氷蓄熱槽からの冷水を循環させる空調その他の二次系回路とを備えるダイナミック式氷蓄熱システムで構成される。
【０００７】
本発明は、かかる氷蓄熱システムにおいて、氷蓄熱槽内に鉛直方向に延伸する浸透管が配置され、該浸透管は上端閉止プレートと中央管部と下部プレートから成り、前記中央管部は平板に多数の孔を穿孔したパンチング板で作られ、該中央管部の水平断面は正方形又は長方形又は円形で、該中央管部の下端付近の側部又は前記下部プレートに前記戻り管の端部が接続されており、前記上端閉止プレートは氷蓄熱槽内の水面の直下付近に位置しかつ前記下部プレートは氷蓄熱槽内の底部付近に位置するように設置されており、前記浸透管の中央管部から周囲の冷水を吸引し中央管部の内部を冷水流路として確保したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
かかる構成に基づき、本発明によれば、
（１）パンチング板から成る浸透管を設置し、その内部を冷水流路として確保したので、製氷ポンプの吸い込み圧力低下を回避することができ、機器の破損を防止することができる。
（２）浸透管の上端部を閉止し、浸透管を水面下に配置したので、エアを巻き込む現象が改善され、浸透管内部に概ね密閉された冷水流路が確保できる。
（３）従来蓄氷不可能と考えられていた条件（５ｍ以上の大深度）の蓄熱槽でも約４０％程度までの蓄氷が可能となる。
（４）スペースの制約で平坦なプール型の氷蓄熱槽が設置できない建物であっても大深度の水槽を用いた氷蓄熱システムを採用することが可能になり、省スペースを実現できる。
【０００９】
本発明の好適な態様として、浸透管内を通過する最大冷水流速が概ね２．０ｍ／秒以下となるように浸透管のサイズを設定し、前記パンチング板の開口率（板全体の面積における孔の面積の割合）を約３０〜４０％とすることが最適である。最大冷水流速が大きすぎると水面が波立ってエアを吸い込む可能性が生じる。また、パンチング板の開口率が小さすぎると氷の塊で詰まるおそれがあり、大きすぎるとスクリーンとしての役割を果たせないことになる。以下、添付図面の実施態様を参照しながら、本発明についてさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による氷蓄熱システム全体の概略断面図。
【図２】浸透管の斜視図。
【図３】浸透管を設置しない場合の大深度水槽における蓄氷可能領域を表すグラフ。
【図４】浸透管を設置した場合の大深度水槽における蓄氷可能領域を表すグラフ。
【図５】ＩＰＦの増大によるポンプの吸込み圧力の変化を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明による大深度水槽に適したダイナミック式氷蓄熱システムの全体を表しており、従来のダイナミック式氷蓄熱システムと同様に、水を過冷却水にする過冷却水製造熱交換器１０、過冷却水から氷を製造する製氷機１２、製氷機１２で作られたシャーベット状の氷を氷蓄熱槽へと案内する製氷管１８、氷蓄熱槽１４、氷蓄熱槽１４の底部付近からの冷水を前記過冷却水製造熱交換器へと案内する戻り管１６、戻り管１６の途中に配置した製氷ポンプ２０、氷蓄熱槽１４からの冷水を循環させる空調その他の二次系回路２４、二次系戻り管２６を備えている。
【００１２】
図１，図２に示すように、本発明の特徴では、氷蓄熱槽１４内に鉛直方向に延伸する浸透管３０が配置され、浸透管３０は上端閉止プレート３２と中央管部３４と下部プレート３６から成り、中央管部３４は平板に多数の孔を穿孔したパンチング板で作られ、中央管部の水平断面は図に示す正方形以外に長方形又は円形に形成することができる。また、中央管部３４の下端付近の側部（図１）又は下部プレート３６に戻り管１６の端部が接続されている。
【００１３】
図１の浸透管頂部を拡大した引出図に示すように、上端閉止プレート３２の上面は氷蓄熱槽１４内の水面の直下付近に位置しており、水面からの高さＨは２Ｄ〜３Ｄ（Ｄは浸透管３０の幅）程度が好適である。また、下部プレート３６は氷蓄熱槽１４内の底部付近に位置するように設置されている。
かくして、浸透管３０の中央管部３４から周囲の冷水を吸引することで、中央管部３４の内部が冷水流路として確保されている。これにより、戻り管１６が氷で閉塞する可能性が減少し、製氷ポンプ２０の吸い込み圧力が低下することを回避できるようになり、機器の破損を防止できるという利点が得られる。
【００１４】
図３，図４は、大深度水槽における蓄氷可能領域を実験した結果を水深（ｍ）とＩＰＦ（％）との関係で表しており、図３のグラフは本発明の浸透管を設置していない場合の結果、図４のグラフは本発明の浸透管を設置した場合の結果をそれぞれ表している。図３において、左上から右下へと延びる破線は、蓄氷が可能な領域と不可能な領域との限界を表しており、水深５ｍではＩＰＦ４０％以上の氷充填率は困難であること、水深２０ｍではＩＰＦ２０％の氷充填率が上限であることなどが判明した。一方、本発明の浸透管を設置した図４の場合は、深さ２２ｍの大深度の蓄熱槽でもＩＰＦ４０％での蓄氷が可能であることが判明した。
【００１５】
図５は、氷蓄熱槽の深さ（高さ）を１０ｍにした場合の、ＩＰＦ（％）とポンプの吸い込み圧力（ｋＰａ）との関係を実験した結果を表している。運転条件は、水槽サイズ：１１．３ｍ2 ×１０ｍ、水位７ｍ、製氷流量１４１ｍ3 ／ｈ、槽内面流速３．４７ｍｍ／ｓ、浸透管サイズ：一辺２００ｍｍの正方形断面×５．５ｍ、浸透管内流速：１．０ｍ／ｓ、製氷時間１０ｈ、圧力測定位置：水槽出口とした。実験の結果、本発明による浸透管を設置しない場合はＩＰＦが２５％を超える付近から吸い込み圧力が急激に低下する傾向が判明した。一方、本発明の浸透管を設置した場合は場合はＩＰＦが３０％を超える付近から吸い込み圧力が徐々に低下する傾向が判明した。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、パンチング板から成る浸透管を設置し、その内部を冷水流路として確保したので、製氷ポンプの吸い込み圧力低下を回避することができ、機器の破損を防止することができる。浸透管の上端部を閉止し、浸透管を水面下に配置したので、エアを巻き込む現象が改善され、浸透管内部に冷水流路が確保できる。従来蓄氷不可能と考えられていた５ｍ以上の大深度の蓄熱槽でも、約４０％程度までの蓄氷が可能となる結果、スペースの制約で平坦なプール型の氷蓄熱槽が設置できない建物であっても大深度の水槽を用いた氷蓄熱システムを採用することが可能になり省スペース・省エネルギを実現できるなど、その技術的効果にはきわめて顕著なものがある。
【符号の説明】
【００１７】
１０  過冷却水製造用熱交換器        １２  製氷機
１４  氷蓄熱槽                      １６  戻り管
１８  製氷管                        ２０  製氷ポンプ
２４  二次系回路                    ３０  浸透管
３２  上端閉止プレート              ３４  中央管部
３６  下部プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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