(57)【要約】【課題】内融式と外融式の複合運転が可能な省エネルギー型の氷蓄熱システムを実現する。外融式の冷水供給運転を行う際に、冷水供給配管に過冷却水が供給されて凍結するのを防止し、安定した冷水供給運転を可能とする。【解決手段】氷蓄熱水槽内の冷却コイル表面で製氷するスタティック式氷蓄熱システムで、昼間の大負荷時には内融式で運転し、夜間の小負荷時には外融式で運転する。小負荷を処理するための冷水管路と冷水ポンプが配置され、氷蓄熱水槽内の側部に槽内チャンバが設けられ、その中に出口管・水槽水吸い込み口・バイパス管接続口が設けられる。さらに、出口管路・還流管路・バイパス管路が設けられ、出口管からの冷水温度を検知する温度センサーが配置される。温度センサーからの信号に基づいて還流管路の流量とバイパス管路の流量とを制御し、出口管からの冷水温度が０°Ｃ以上で１°Ｃ付近となるようにする。【選択図】図１
2008032328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷蓄熱水槽内の冷却コイル表面で製氷するスタティック式氷蓄熱システムで、昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転し、夜間の小負荷時には外側から氷を融解させる外融式で冷水を負荷側に供給し小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムであって、
夜間の小負荷を処理するための冷水管路と冷水ポンプが配置され、
氷蓄熱水槽内の側部に槽内チャンバが設けられ、
この槽内チャンバには一方に出口管、他方に水槽水吸い込み口、さらに前記吸い込み口に隣接した位置にバイパス管接続口が設けられており、
前記出口管から水槽内の水を前記冷水管路に供給する出口管路と、
小負荷処理後の冷水を前記冷水管路から前記水槽の入口開口へと導入する還流管路と、
前記還流管路の途中から冷水を前記槽内チャンバの前記バイパス管路接続口へと流入させるバイパス管路とを備えたことを特徴とするスタティック式氷蓄熱システム。
【請求項２】
前記バイパス管路の流量が前記出口管の流量の２５〜４０％の範囲になるように、前記パイパス管路に抵抗を設けたことを特徴とする請求項１記載のスタティック式氷蓄熱システム。
【請求項３】
前記出口管からの冷水温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーからの信号に基づいて前記還流管路の流量と前記バイパス管路の流量とを制御する制御部とが設けられ、前記出口管からの冷水温度が０°Ｃ以上で好ましくは１°Ｃ付近となるように前記制御部で制御することを特徴とする請求項１記載のスタティック式氷蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は氷蓄熱槽内の冷却コイル（ブラインチューブ）表面で製氷するスタティック式氷蓄熱システムに関し、特に昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転し、夜間の小負荷時には外側から氷を融解させる外融式で冷水を負荷側に供給し小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
氷蓄熱システムには、蓄熱槽の中で製氷するスタティック式と、製氷部で作られたシャーベット状の氷をポンプで貯氷部へと送るダイナミック式とがあり、スタティック式にはコイルチューブの内側から氷を融解させる内融式と、コイルチューブの外側から氷を融解させる外融式とがある。本発明はスタティック式の氷蓄熱システムで、昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転し、夜間の小負荷時には外側から氷を融解させる外融式で冷水を負荷側に供給して小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムに関するものである。スタティック型の氷蓄熱システムとして次のような技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５２１６２「内融式氷蓄熱槽」には、スタティック型内融式の氷蓄熱システムの代表的な構造が示され、伝熱管（冷却コイル）に金属製の支持部材を取り付け、さらに氷蓄熱槽の底部に空気を送るブロアと散気管を設けて、氷蓄熱取り出し速度の向上と氷蓄熱取り出し温度の降下を意図している。
【０００４】
【特許文献２】特開平１０−２８８４３６「氷蓄熱システムにおけるスタティック型製氷装置」では、冷却パイプに隣接して縦方向に延びる冷却板を追加し、さらに水を散布する手段を追加して製氷能力を高めるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のように、昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転し、夜間の小負荷時には外側から氷を融解させる外融式で冷水を負荷側に供給し小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムは、省エネルギーで熱効率の高い運転が可能となるが、夜間の小負荷運転開始時に負荷側に供給される冷水の温度が０°Ｃ未満の過冷却状態となり、冷水ポンプ吸い込み側の配管内部で凍結を起こし、冷水ポンプでキャビテーションのような現象が発生する可能性があることが判明した。図３を参照しながら説明すると、氷蓄熱水槽１０の内部の冷却コイル１２に冷凍機（図示せず）からのブラインが供給され、冷却コイルの周囲に着氷する。昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転されるので、ブラインが大負荷側へと供給されて冷房運転を実行する。この際、ブロア１４から空気を蓄熱槽内に放出することにより、水槽内が攪拌され、より低温のブラインを大負荷側に送ることができる。
【０００６】
一方、夜間の小負荷時には、冷水ポンプ１６を運転して水槽の底部付近の位置Ｂから冷水を取り出し、冷水配管１８、開閉弁２０，２１，２２を介して小負荷Ｅへと供給し、省エネルギー式の冷房運転を行う。配管内に混入したエアはエア抜き弁Ｃへと送られる。冷房運転を終了した還流水は冷水入口Ａから蓄熱槽１０内へと戻される。
【０００７】
このような小負荷運転は、運転開始後２時間程度経過すると定常状態に達して安定した運転が可能となるが、小負荷運転を開始した時点では、蓄熱槽内の水の一部が過冷却状態（０°Ｃ未満）にあるため、冷却コイル１２周辺の過冷却水が対角線方向に流れて、冷水配管１８内に過冷却水が流入する。過冷却水は開閉弁２０，２１の位置で物理的変化を受けて過冷却状態が解消され、凍結するようになる。ここで凍結すると冷水ポンプ１６の吸い込み側管路が閉塞状態となり、冷水ポンプ１６はキャビテーションのような現象が発生して安定した運転ができなくなり、負荷を処理する熱交換器（図示せず）への冷水の供給が不能となるだけでなく、異音の発生や配管の損傷を生じるおそれがあることがわかった。
【０００８】
本発明の主たる目的は、夜間の小負荷を処理するための外融式の冷水供給運転を行う際に、冷水供給配管に過冷却水が供給されて凍結するのを防止し、安定した冷水供給運転を可能とすることにある。
本発明の他の目的は、内融式と外融式の複合運転を可能とすることにより、省エネルギー型の氷蓄熱システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決するため、本発明はその第１の態様において、夜間の小負荷を処理するための冷水管路と冷水ポンプが配置され、氷蓄熱水槽内の側部に槽内チャンバが設けられ、この槽内チャンバには一方に出口管、他方に水槽水吸い込み口、さらに前記吸い込み口に隣接した位置にバイパス管接続口が設けられており、前記出口管から水槽内の水を前記冷水管路に供給する出口管路と、小負荷処理後の冷水を前記冷水管路から前記水槽の入口開口へと導入する還流管路と、前記還流管路の途中から冷水を前記槽内チャンバの前記バイパス管路接続口へと流入させるバイパス管路とを備えたことを特徴とするスタティック式氷蓄熱システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の氷蓄熱システムでは、水槽内の側部に槽内チャンバを設けてその一方に出口管を配置したことと、槽内チャンバにバイパス管路からの冷水を導入して水槽内の低温の冷水と混合するようにしたこととにより、水槽内の温度より比較的高い温度の水を冷水供給管へと供給することになり、冷水供給管路に過冷却水が供給されるおそれが解消し、夜間の小負荷運転を安定して行うことが可能となる。
【００１１】
本発明はさらに好適な態様として、前記バイパス管路の流量が前記出口管の流量の２５〜４０％の範囲になるように、前記パイパス管路に抵抗を設けることができ、これにより無駄なバイパス量を削減でき、冷水ポンプの容量及び消費エネルギーの増加を低減することが可能となる。
【００１２】
本発明はさらに他の好適な態様として、前記出口管からの冷水温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーからの信号に基づいて前記還流管路の流量と前記バイパス管路の流量とを制御する制御部とを設けて、前記出口管からの冷水温度が０°Ｃ以上で好ましくは１°Ｃ付近となるように前記制御部で制御することができる。これにより、水槽内の温度が１°Ｃ以上のときはバイパス量がなくなり、冷水ポンプの消費エネルギーの増加をさらに小さくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は、本発明によるスタティック型氷蓄熱システムの最も好適な態様を表しており、氷蓄熱水槽１０の内部の冷却コイル１２に冷凍機（図示せず）からのブラインが供給され、冷却コイルの周囲に着氷する。昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転され、ブラインが大負荷側へと供給されて冷房運転を実行する。図１には省略されているが、図３に示したようなブロア１４から空気を蓄熱槽内に放出することにより、水槽内が攪拌され、より低温のブラインを大負荷側に送ることができる。
【００１４】
本発明の氷蓄熱システムは、夜間の小負荷時には冷却コイル１２の周囲に着氷した氷を外側から融解させる外融式で冷水を負荷側に供給し小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムであるから、小負荷処理用の回路が設けられている。すなわち、夜間の小負荷を処理するための冷水管路３０と外融冷水ポンプ３２とが配置され、冷水が水／水熱交換器３６へと送られ、熱交換器３６を介して夜間負荷側に冷熱が供給される。夜間負荷側への供給温度を一定にするように、流量制御弁３４、５７および温度センサー６２が設けられている。
【００１５】
本発明の特徴に従い、氷蓄熱水槽１０内の側部に断熱材料製の槽内チャンバ４０が設けられ、この槽内チャンバ４０には一方に出口管４２、他方に水槽水吸い込み口４４、さらに吸い込み口４４の近傍の対向した位置にバイパス管接続口４６が設けられており、その他の面は封鎖されている。例として、槽内チャンバ４０の幅Ｗは３０００ｍｍ、高さＨは４５０ｍｍ、奥行きＤは１８０ｍｍ、吸い込み口の高さＳは５００ｍｍに設定することができる。図１では、槽内チャンバ４０を横形として氷蓄熱水槽１０の底部に内壁面に沿って設置しているが、槽内チャンバ４０を立て形として内壁面に沿って立てた状態で設置することもできる。
【００１６】
槽内チャンバ４０の出口管４２には、水槽内の水を冷水管路３０に供給するための出口管路５０が接続されている。さらに、小負荷処理後の冷水を冷水管路３０から水槽１０の入口開口１１へと導入する還流管路５２と流量制御弁５３、還流管路５２の途中から冷水を槽内チャンバ４０のバイパス管路接続口４６へと流入させるバイパス管路５４と流量制御弁５５とが設けられている。
【００１７】
かくして、本発明の氷蓄熱システムの基本的な態様によれば、氷蓄熱水槽１０内に設けられた槽内チャンバ４０にバイパス管路５４からの冷水が導入されて、水槽内の低温の冷水と混合される結果、水槽内の温度より比較的高い温度の水が冷水供給管路３０へと供給されることになり、冷水供給管路３０に過冷却水が供給されるおそれが解消し、夜間の小負荷運転を安定して行うことが可能となる。
【００１８】
本発明はさらに好適な態様として、バイパス管路５４の途中に抵抗５８（絞り・オリフィスなど）が設けられる。この抵抗はバイパス管路５４を通過する流量が出口管の流量の２５〜４０％の範囲になるように設定することが好ましい。これにより無駄なバイパス量を削減でき、冷水ポンプの容量及び消費エネルギーの増加を低減することが可能となる。
【００１９】
前述したように、本発明の目的は冷水供給回路に過冷却状態の水が供給されるのを防止することであるから、最適な態様として、槽内チャンバ４０の出口管４２の冷水温度を検知するための温度センサー６０を配置し、温度センサー６０からの信号に基づいて還流管路５２の流量とバイパス管路５４の流量とを制御する制御部７０を設けることができる。制御部７０は、出口管４２からの冷水温度が０°Ｃ以上で好ましくは１°Ｃ付近となるように制御するほか、小負荷側への冷水供給位置に設けられた温度センサー６２の信号に基づいて、冷水供給回路の流量制御弁５７を制御するなどして、小負荷側に最適な冷水が供給されるように調節する働きを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、夜間の小負荷を処理するために外融式の冷水供給運転を行う際に、冷水供給配管に過冷却水が供給されて凍結するのが防止され、安定した冷水供給運転が可能となり、省エネルギー型の氷蓄熱システムが実現される。さらに、冷水ポンプの消費エネルギーの増加を最小限に抑えることが可能となるなど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による氷蓄熱システムを表す概略図。
【図２】本発明における槽内チャンバを表す概略斜視図。
【図３】従来の氷蓄熱システムを表す概略図。
【符号の説明】
【００２２】
１０  氷蓄熱水槽
１１  入口開口
１２  冷却コイル
３０  冷水管路
３２  冷水ポンプ
３４，５３，５５，５７  流量制御弁
４０  槽内チャンバ
４２  出口管
４４  吸い込み口
４６  バイパス管接続口
５０  出口管路
５２  還流管路
５４  バイパス管路
５８  抵抗
６０  温度センサー
７０  制御部
【図１】
2008032328.tif 000003
【図２】
2008032328.tif 000004
【図３】
2008032328.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月4日(2006.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷蓄熱水槽内の冷却コイル表面で製氷するスタティック式氷蓄熱システムで、昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転し、夜間の小負荷時には外側から氷を融解させる外融式で冷水を負荷側に供給し小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムであって、
夜間の小負荷を処理するための冷水管路と冷水ポンプが配置され、
氷蓄熱水槽内の側部に槽内チャンバが設けられ、
この槽内チャンバには一方に出口管、他方に水槽水吸い込み口、さらに前記吸い込み口に隣接した位置にバイパス管接続口が設けられており、
前記出口管から水槽内の水を前記冷水管路に供給する出口管路と、
小負荷処理後の冷水を前記冷水管路から前記水槽の入口開口へと導入する還流管路と、
前記還流管路の途中から冷水を前記槽内チャンバの前記バイパス管路接続口へと流入させるバイパス管路とを備えたことを特徴とするスタティック式氷蓄熱システム。
【請求項２】
前記出口管からの冷水温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーからの信号に基づいて前記還流管路の流量と前記バイパス管路の流量とを制御する制御部とが設けられ、前記出口管からの冷水温度が０°Ｃ以上で好ましくは１°Ｃ付近となるように前記制御部で制御することを特徴とする請求項１記載のスタティック式氷蓄熱システム。
【請求項３】
前記バイパス管路の流量が前記出口管の流量の２５〜４０％の範囲になるように、前記パイパス管路に抵抗を設けたことを特徴とする請求項１記載のスタティック式氷蓄熱システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明のように、昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転し、夜間の小負荷時には外側から氷を融解させる外融式で冷水を負荷側に供給し小負荷を処理する複合型の氷蓄熱システムは、省エネルギーで熱効率の高い運転が可能となるが、夜間の小負荷運転開始時に負荷側に供給される冷水の温度が０°Ｃ未満の過冷却状態となり、冷水ポンプ吸い込み側の配管内部で凍結を起こし、冷水ポンプでキャビテーションのような現象が発生する可能性があることが判明した。図４を参照しながら説明すると、氷蓄熱水槽１０の内部の冷却コイル１２に冷凍機（図示せず）からのブラインが供給され、冷却コイルの周囲に着氷する。昼間の大負荷時には内側から氷を融解させる内融式で運転されるので、ブラインが大負荷側へと供給されて冷房運転を実行する。この際、ブロア１４から空気を蓄熱槽内に放出することにより、水槽内が攪拌され、より低温のブラインを大負荷側に送ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明はさらに好適な態様として、前記出口管からの冷水温度を検知する温度センサーと、前記温度センサーからの信号に基づいて前記還流管路の流量と前記バイパス管路の流量とを制御する制御部とを設けて、前記出口管からの冷水温度が０°Ｃ以上で好ましくは１°Ｃ付近となるように前記制御部で制御することができる。これにより、水槽内の温度が１°Ｃ以上のときはバイパス量がなくなり、冷水ポンプの消費エネルギーの増加をさらに小さくすることが可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明はさらに他の好適な態様として、前記バイパス管路の流量が前記出口管の流量の２５〜４０％の範囲になるように、前記パイパス管路に抵抗を設けることができ、これにより無駄なバイパス量を削減でき、冷水ポンプの容量及び消費エネルギーの増加を低減することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図３は本発明の他の好適な態様として、バイパス管路５４の途中に抵抗５８（絞り、オリフィス、手動弁など）が設けられる。この抵抗はバイパス管路５４を通過する流量が出口管の流量の２５〜４０％の範囲になるように設定することが好ましい。これにより無駄なバイパス量を削減でき、冷水ポンプの容量及び消費エネルギーの増加を低減することが可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
【図１】本発明による氷蓄熱システムを表す概略図。
【図２】本発明における槽内チャンバを表す概略斜視図。
【図３】本発明による氷蓄熱システムを表す概略図。
【図４】従来の氷蓄熱システムを表す概略図。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008032328.tif 000006
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008032328.tif 000007
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図４】
2008032328.tif 000008