(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源装置より冷却用熱媒の供給を受けて製氷過程を介して蓄熱し、蓄熱した負荷用冷熱を解氷過程を介して負荷に供給する氷蓄熱槽とよりなる氷蓄熱システムにおいて、
上記負荷用冷熱取り出し手段として、氷蓄熱槽内に設けた冷熱取出し管を循環する二次側熱媒を介して取り出す内融式冷熱取り出し手段と、氷蓄熱槽内の氷の融解に伴い形成された冷水を介して取り出す外融式冷熱取り出し手段とを両設して構成し、更に前記冷水が、氷結防止用のエアの吹き出しパイプを介して取出し可能の構成にした、ことを特徴とする内外融ダブルフロー型氷蓄熱システム。
【請求項２】
前記氷結防止用のエアは、高圧窒素ガスにより構成した請求項１記載の内外融ダブルフロー型氷蓄熱システム。
【請求項３】
熱源装置より冷却用熱媒の供給を受けて製氷過程を介して蓄熱し、蓄熱した負荷用冷熱を解氷過程を介して負荷に供給する氷蓄熱槽とよりなる氷蓄熱システムにおいて、
上記負荷用冷熱取り出し手段として、氷蓄熱槽内に設けた冷熱取出し管を循環する二次側熱媒を介して取り出す内融式冷熱取り出し手段と、氷蓄熱槽内の氷の融解に伴い形成された冷水を介して取り出す外融式冷熱取り出し手段とを両設して構成し、更に前記冷水が、断熱効果を有する断熱性パイプを介して取出し可能の構成にしたことを特徴とする内外融ダブルフロー型氷蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタティックタイプの氷蓄熱槽において蓄熱された冷熱の効率的取出しを可能にした氷蓄熱槽を備えた内外融ダブルフロー型氷蓄熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力空調システムが顕在化するにつれ、電力の供給と需要の時間的不整合性が問題となりその解決の一手段として蓄熱式空調システムの有効利用が挙げられ、その推進が図られてきた。
しかし、一方、都市機能の集中化に伴い建物の高層化、高密度化を惹起し従来の水蓄熱では蓄熱容量の確保が困難となり、蓄熱空調システムの高密度化が大きな問題となり潜熱を利用した高密度蓄熱特性が期待できる氷蓄熱システムが招来され、実用化されている。
【０００３】
上記氷蓄熱システムには、固体氷を使用するスタティック型と流動性を持つ結晶状の氷を使用するダイナミック型が使用されており、熱源方式には二次冷媒循環方式、直膨式、直接接触式が使用されている。
【０００４】
上記スタティック型は、蓄熱槽内に熱交換器を形成する伝熱管表面に接触している水を、伝熱管壁面を通して間接的に冷却し、その表面に氷層を形成させるようにしたもので、上記の生成氷層より前記負荷用冷熱を得る手段としては内融式の冷熱取出し手段と外融式の冷熱取出し手段とがある。
内融式の冷熱取出し手段は、例えば氷蓄熱槽内に二次側冷媒であるブラインを循環させる冷熱取出し管を別に内蔵させ、これを外部の負荷用熱交換器に接続させ冷熱を取り出すようにしたものである。
【０００５】
上記内融式の冷熱取出し手段を使用した内融式氷蓄熱システムを示す図４により下記に詳説する。
本内融式氷蓄熱システムは、クーリングタワー２１を備えた熱源装置２０と氷蓄熱槽１５と負荷用熱交換器１４と冷房負荷であるファンコイルユニット１９とよりなる。
熱源装置２０は蒸発器２０ａと凝縮器２０ｂと膨張弁２０ｃと圧縮機２０ｄとよりなり、圧縮機２０ｄにより圧縮された高温高圧代替フロン２０ｅはクーリングタワー２１で得られた略３５℃の冷却水２１ａを介して凝縮器２０ｂで凝縮させられ、さらに膨張弁２０ｃを経由して蒸発器２０ａで蒸発する。蒸発器２０ａ内では氷蓄熱槽冷却用熱媒であるブライン１６ａは前記蒸発熱により略−６℃に冷却されポンプ１６ｂを介して氷蓄熱槽１５へ送り込まれ、該氷蓄熱槽１５での冷熱の授受により−２．３℃に昇温して蒸発器２０ａに帰還循環するようにしてある。
【０００６】
上記氷蓄熱槽１５には、蓄熱用の伝熱管１６と冷熱取出し管１２を内蔵させ、前記伝熱管１６を介して貫流するブライン１６ａにより管壁表面に氷層を形成させ、氷蓄熱槽の全域にわたり氷１７の氷結状態にする。一方氷結状態の氷１７の中に配管された冷熱取出し管１２内には二次側用ブライン１２ａをポンプ１２ｂにより循環するようにしてあるため、循環するブライン１２ａは管壁を介して周囲の氷より冷熱を奪い冷却されて負荷用熱交換器１４に送られる。負荷用熱交換器１４を介して、冷熱は冷却配管１８内をポンプ１８ｂにより貫流する冷水１８ａに与えられ、ファンコイルユニット１９に冷熱を供給するようにしてある。
【０００７】
上記内融式の冷熱取出し手段は、氷を氷蓄熱槽内の全域にわたり生成させることができるため、蓄熱槽を小さくすることができる利点と氷充填率の高い状態からの冷熱の取出しが可能である利点があるが、冷熱の取出しが冷熱取出し管１２を介して間接的に行われるため、熱の冷熱取出し速度が遅いこと、及び解氷が進み残氷が少なくなると低い温度での熱の取出しが困難になると言う問題点を内蔵している。
【０００８】
一方、外融式の冷熱取出し手段は、図５に示す外融式氷蓄熱システムに見るように、解氷した冷水をそのまま取り出すため、取出し速度が速いこと及び残氷量が少なくなっても比較的低い温度での熱の取出しが可能である反面、氷充填率が高くすることができないため、蓄熱槽が大きくなる問題点があった。
【０００９】
即ち、上記外融式氷蓄熱式システムは、クーリングタワー２１を備えた熱源装置２０と氷蓄熱槽１５と負荷用熱交換器１３と冷房負荷であるファンコイルユニット１９とより構成してある。
熱源装置２０は内融式と同じように、蒸発器２０ａと凝縮器２０ｂと膨張弁２０ｃと圧縮機２０ｄとよりなる。代替フロン２０ｅは圧縮機２０ｄにより圧縮高圧高温気体となり凝縮器２０ｂに送られ、クーリングタワー２１で得られた冷却水２１ａを介して凝縮させられる。凝縮された代替フロン２０ｅは膨張弁２０ｃを経由して蒸発器２０ａで蒸発する。蒸発器２０ａ内では氷蓄熱槽冷却用熱媒であるブライン１６ａは前記蒸発熱により略−６ ℃ に冷却されポンプ１６ｂを介して氷蓄熱槽１５へ送り込まれ、該氷蓄熱槽１５での冷熱の授受により−２．３
℃に昇温して蒸発器２０ａに帰還循環するようにしてある。
【００１０】
上記氷蓄熱槽１５は、蓄熱用の伝熱管１６を内蔵させ、伝熱管１６内を貫流するブライン１６ａにより管壁表面に氷層を形成する製氷過程を経て氷１７の氷結状態を形成する。この氷１７の解氷過程において形成された冷水を冷水引き出し管５０、ポンプ５０ｂを介して負荷用熱交換器１３に送り、更に冷却配管１８及びポンプ１８ｂを介し、ファンコイルユニット１９へ冷熱を供給するようにしてある。
【００１１】
ところで、スタティックタイプの氷蓄熱槽には下記条件を具備する必要がある。ａ、氷充填率を高めることにより、蓄熱槽の大きさをより小さくすること、
ｂ、残氷量が少なくなっても冷熱を速やかに取出し可能であること、
上記二つの条件を満足させるためには、内融式の冷熱の取出しにより氷充填率を高め、内融式の前記欠点を補足するため、解氷により生じた冷水からの冷熱を取り出す外融式とを併用する内外融式の冷熱の取出しが必要とされる。
【００１２】
即ち、図６に示すような内外融式氷蓄熱システムも考えられる。この場合は、前記図５に示す外融式氷蓄熱システムに、冷却用熱媒であるブライン１６ａの蒸発器２０ａへの帰路に負荷用熱交換器５２への冷熱供給回路５１を設け、前記ブライン１６ａに氷蓄熱槽１５での製氷過程に負荷用熱交換器５２への冷熱付与過程を加えたものである。
【００１３】
しかし、上記のような内外融氷蓄熱システムでは、図５に示す外融式氷蓄熱システムにおいて、外融式の冷熱取出し手段を形成する冷水引き出し管５０、ポンプ５０ｂ等による冷水５０ａの引き出しをそのまま引用したもので、氷充填率の高い蓄熱槽においては、隣接する氷晶の接触による氷のブロック化を起こし冷水の取出しは困難になる問題点を内蔵する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、氷充填率の高い氷蓄熱槽でも冷水の循環を氷結を伴うことなく循環させ、内融式の熱の取出しと外融式熱の取出しを効率的に組合せを可能とした内外融ダブルフロー型氷蓄熱システムの提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明における温蓄熱システムは、
熱源装置より冷却用熱媒の供給を受けて製氷過程を介して蓄熱し、蓄熱した負荷用冷熱を解氷過程を介して負荷に供給する氷蓄熱槽とよりなる氷蓄熱システムにおいて、
上記負荷用冷熱は、氷蓄熱槽内に設けた冷熱取出し管を循環する二次側熱媒を介して取り出す冷熱と、氷蓄熱槽内の氷の融解に伴い形成された冷水を介して取り出す冷熱とより構成したことを特徴とし、言換えれば上記負荷用冷熱取り出し手段として、氷蓄熱槽内に設けた冷熱取出し管を循環する二次側熱媒を介して取り出す内融式冷熱取り出し手段と、氷蓄熱槽内の氷の融解に伴い形成された冷水を介して取り出す外融式冷熱取り出し手段とを両設して構成したことを要旨とする。
【００１６】
上記構成により、熱源装置よりの冷却用熱媒の供給により氷蓄熱槽内に蓄熱された冷熱を未解氷の氷結状態のものと、解氷ににより融解水の状態に分け、その両者よりそれぞれ効率的冷熱の取出しを可能にしたもので、
前記氷結状態のものよりの冷熱の取出しは前記内融式の冷熱の取出し手段により可能とし、該手段の使用により氷充填率を高め、氷蓄熱槽の大きさをより小さくすることが可能となり、
また、融解水よりの冷熱の取出しは外融式の冷熱取出し手段により、内融式の場合困難であった冷熱の取出し速度を高め、且つ残氷量の小さい時でも比較的低い温度での冷熱の取出しを可能になり、
上記二つの冷熱取出し手段の併用組合せにより両者の欠点を補い、氷充填率の高い氷蓄熱槽の使用を可能とし、建物の高層化、高密度化に対応できる高密度蓄熱特性を持つ氷蓄熱システムを提供できる。
【００１７】
そして請求項１記載の発明は、前記冷水が、氷結防止用のエアの吹き出しパイプを介して取出し可能に構成し、好ましくは前記氷結防止用のエアは、高圧窒素ガスにより構成しても良い。
【００１８】
上記構成により、氷充填率の高い状態においても、エアの吹き出しにより冷水に流動性を与えることにより隣接する氷晶の接触によるブロック化を防ぎ、且つ氷蓄熱時における吹き出しパイプ内の冷水の氷結を防止でき、蓄熱時及び氷充填率の高いときでもでも冷水取出しが可能である。
【００１９】
又請求項３記載の発明は、前記冷水が、断熱効果を有するＰＶＣやＦＲＰ等の断熱性パイプを介して取出し可能の構成にした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の内外融ダブルフロー型氷蓄熱システムの概略の構成を示す図で、図２は図１の外融式の冷熱取出し手段の概略の構成を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の内外融ダブルフロー型氷蓄熱システムは、クーリングタワー２１を備えた熱源装置２０と、氷蓄熱槽１５と、負荷用熱交換器１３、１４と、負荷であるファンコイルユニット１９と、それらを結ぶ配管より構成する。
上記クーリングタワー２１は、外気を介して凝縮器２０ｂの凝縮用冷却水２１ａを得るようにしてある。熱源装置２０は、代替フロン２０ｅを冷媒とし蒸発器２０ａ、凝縮器２０ｂ、膨張弁２０ｃ、圧縮機２０ｄとよりなり、前記代替フロン２０ｅを圧縮機２０ｄにより高圧高温ガスに圧縮したのち凝縮器２０ｂで前記冷却水２１ａを介して凝縮させ、ついで膨張弁２０ｃを経由して蒸発器２０ａで蒸発させる。蒸発器２０ａ内では氷蓄熱槽冷却用熱媒であるブライン１６ａは前記蒸発熱により略−６ ℃ に冷却されポンプ１６ｂを介して氷蓄熱槽１５へ送り込まれ、該氷蓄熱槽１５での冷熱の授受により−２．３ ℃ に昇温して蒸発器２０ａに帰還循環するようにしてある。
【００２２】
上記氷蓄熱槽１５は、前記冷却用熱媒であるブライン１６ａの蓄熱用の熱交換器を形成する伝熱管１６と、冷熱取出し管１２と、エア吹き込みパイプ１０とを内蔵する。伝熱管１６は前記蒸発器２０ａに接続し、蓄熱時の製氷過程において（出口温度−６ ℃ 、戻り温度−２．３ ℃ ）のブライン１６ａをポンプ１６ｂを介して循環させ、管壁に氷晶を形成付着させ氷蓄熱槽内に略全域にわたり氷１７の氷結状態を形成するようにしてある。また、冷熱取出し管１２は負荷用熱交換器１４に接続し、二次側用ブライン１２ａをポンプ１２ｂを介して氷１７内を循環させ冷熱を管内に取込み内融式の取出し手段を形成し、負荷用熱交換器１４に冷熱を供給する構成にしてある。
【００２３】
上記エア吹き込みパイプ１０は、図１、図２（Ａ）に示すように氷蓄熱槽１５内に直立状に設け底部近く設けた該パイプの最下端には、図２（Ｂ）に示す複数の切り欠込み１０ｃを設けラッパ状開口部１０ｄを形成させ、内部に冷水取出し管１１を内蔵させ、エア吹き込みパイプ１０の上部より引き出し、ポンプ１１ｂを介して負荷用熱交換器１３に接続して循環する冷水１１ａを介して冷熱を供給する外融式の冷熱取出し手段を形成する構成にしてある。
また、エア吹き込みパイプ１０の頂部にはエア吹き込み口１０ｂを設け、高圧窒素ガス１０ａを吹き込み、エア吹き込みパイプ１０内における冷水の蓄熱時の氷結防止をなし蓄熱時においても冷水の取出しを可能とするとともに、開口部１０ｄの周辺に微少氷晶を含む冷水に攪拌ないし擾乱を起こさせ循環するように構成してある。
【００２４】
なお、上記内融式の冷熱取出し手段により取り出された冷熱は負荷用熱交換器１４を介し、また、外融式の冷熱取出し手段により取り出された冷熱は負荷用熱交換器１３を介し、冷却配管１８、１８、ポンプ１８ｂを介してファンコイルユニット１９に供給するようにしてある。
【００２５】
使用に際しては、図３（Ａ）に示すように、氷充填率が略７０％付近からの冷熱の取出しが、主として上記内外融式の冷熱取出し手段により行われ、爾後暫時にして主として内融式の冷熱取出し手段により冷熱取出しが行われ、氷充填率が低下し比較的低温の冷熱の取出しは外融式の冷熱取出し手段により行われる。
なお、内融式の冷熱取出し手段による場合と外融式の冷熱取出し手段による場合の冷熱取出し温度と氷充填率の関係を、図３（Ｂ）に表す。内融式の冷熱取出し手段は、冷熱取出し温度は高いが氷蓄熱槽の氷充填率が１００％より可能である（ここでは９０％からを図示）。しかし、低い氷充填率では効果的に作動しないことが理解される。
また、図３（Ｃ）に見るように、外融式の冷熱取出し手段は、氷充填率が略５０％付近より０％まで作動し、冷熱取出し温度は内融式に比較し低温での取出しが可能であることが理解される。
斯くして、図３（Ａ）に示す内融外融ダブルフロー型の冷熱取出しが最も効率的であることわかる。
【００２６】
【発明の効果】
上記構成により、本発明は下記効果を奏する。
ａ、内融式の冷熱取出し手段の場合は、氷充填率が略９０％程度で作動し、内外融式ダブルフロー型の熱の取出しの場合は氷充填率が略７０％程度で作動するが、残氷率０近くまで低熱を取り出せるので、氷蓄熱槽の大きさを小さく構成できる。
ｂ、大きな冷熱取出し速度を確保できるため、高負荷となる立ち上げ時でも、熱源装置を稼働させずに直ちに多量の熱を取出し対応できる。
ｃ、熱の取出しが効率的で、高密度の蓄熱特性を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内外融ダブルフロー型氷蓄熱システムの概略の構成を示す図である。
【図２】図１の外融式の冷熱取出し手段の概略の構成を示す図である。
【図３】図１の冷熱取出し手段とそれを構成する内融式の冷熱取出し手段と外融式の冷熱取出し手段とに対する、氷充填率と冷熱取出し温度との関係を示す図で（Ａ）は図１の冷熱取出し手段に対する場合を示し、（Ｂ）は内融式の冷熱取出し手段に対する場合を示し、（Ｃ）は外融式の冷熱取出し手段に対する場合を示す。
【図４】従来の内融式氷蓄熱システムの概略の構成を示す図である。
【図５】従来の外融式氷蓄熱システムの概略の構成を示す図である。
【図６】従来の内外融式氷蓄熱システムの概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  エア吹き込みパイプ
１１  冷水取出し管
１２  冷熱取出し管
１３、１４  負荷用熱交換器
１５  氷蓄熱槽
１６  伝熱管
１７  氷
１９  ファンコイルユニット
２０  熱源装置
２１  クーリングタワー
【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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【図６】
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