JP2006071228A - Supercooled water dynamic type ice heat storage tank device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過冷却水を利用した氷蓄熱槽装置に関し、特に静置型でなく流水を過冷却するタイプのダイナミック式氷蓄熱槽装置に関する。 The present invention relates to an ice heat storage tank apparatus using supercooled water, and more particularly to a dynamic ice heat storage tank apparatus of a type that supercools running water instead of a stationary type.
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、この製氷運転時において、蓄熱槽から取水した0℃の冷水には氷核が存在しているため、過冷却水生成時に凍結を起こす要因になる。そこで、この0℃の冷水を0℃を超える温度に加熱して、冷水中の氷核を完全に融解させてやる必要がある。これまで、氷蓄熱槽の底部付近から過冷却水製造用の熱交換器に至る戻り管を電気ヒーター等で加熱する方法や、加熱用熱交換器を挿入して他の系からの熱エネルギを吸収させる方法などが提案されてきた。 Dynamic ice heat storage tank devices that produce supercooled water in a heat exchanger (supercooler), generate ice from this supercooled water in closed piping, and apply it to air conditioning systems are already widely used. However, during this ice making operation, ice nuclei are present in the 0 ° C. cold water taken from the heat storage tank, which causes freezing when supercooled water is generated. Therefore, it is necessary to heat the cold water at 0 ° C. to a temperature exceeding 0 ° C. to completely melt the ice nuclei in the cold water. Until now, the return pipe from the vicinity of the bottom of the ice heat storage tank to the heat exchanger for producing supercooled water is heated with an electric heater or the like, or a heat exchanger for heating is inserted to obtain heat energy from other systems. A method of absorption has been proposed.
いくつかの従来技術では、氷蓄熱槽から取水した0℃の冷水を加熱するのに用いる熱交換器を介して、その冷熱を一般の冷房負荷、あるいは冷水蓄熱に利用している。 In some conventional techniques, the cold heat is used for general cooling load or cold water heat storage through a heat exchanger used to heat cold water at 0 ° C. taken from an ice heat storage tank.
この種の従来技術の問題点として下記の点が挙げられる。
(1)戻り管内部で0℃であった冷水を0℃を超える温度まで加熱した熱量の分は、冷凍機側として余分に冷却しなければならないから、冷凍機の製氷能力は例えば約20%低下することになる。その損失分を一般の冷房負荷で補おうとしても、製氷時は深夜の時間が多いので、夜間の冷房負荷として有効に利用できることが少ない
(2)冷水蓄熱に利用する場合は、氷蓄熱槽の他に水蓄熱槽が必要となり、スペースが増大して槽容積全体に対する蓄熱量が減少することになり、経済性を損なう
(3)一般の冷房負荷のみで冷水の加熱を行うと、冷房負荷の変動により、冷水の設定温度に対する制御が困難となる
(4)制御弁を用いて冷水温度を制御する場合、加熱用熱交換器の1次側負荷の状態により2次側冷水温度の制御が困難な場合がある。
The following points are cited as problems of this type of prior art.
(1) Since the amount of heat generated by heating the cold water that was 0 ° C. inside the return pipe to a temperature exceeding 0 ° C. must be cooled on the freezer side, the ice making capacity of the freezer is about 20%, for example. Will be reduced. Even when trying to make up for the loss with a general cooling load, there are many late-night hours during ice making, so it is rarely useful as a cooling load at night. (2) When using it for cold water heat storage, In addition, a water heat storage tank is required, the space increases, the heat storage amount for the entire tank volume decreases, and the economic efficiency is impaired. (3) If the cooling water is heated only with a general cooling load, the cooling load is reduced. Due to fluctuations, it becomes difficult to control the set temperature of the chilled water. (4) When the chilled water temperature is controlled using the control valve, it is difficult to control the chilled water temperature on the secondary side depending on the state of the primary load of the heat exchanger for heating. There are cases.
本発明と関連する氷蓄熱装置の従来例として次のようなものがある。
本発明の主たる目的は、過冷却水から密閉系の配管内で氷を生成する氷蓄熱槽装置において、戻り管内での氷結を安定した状態で防止すると共にその冷熱を有効に活用する手段を提供することにある。
本発明の他の目的は、氷蓄熱槽装置を含むシステム全体の高効率化を図ることにある。
The main object of the present invention is to provide means for preventing ice formation in a return pipe in a stable state and effectively utilizing the cold heat in an ice heat storage tank device that generates ice from supercooled water in a closed pipe. There is to do.
Another object of the present invention is to increase the efficiency of the entire system including the ice heat storage tank device.
前述した課題を解決するため、本発明では、製氷運転時、氷蓄熱槽から取水した0℃の冷水中に存在する氷核を安定した状態で融解するため、戻り管の途中にバイパス回路を設けてこのバイパス回路中に第1の熱交換器と第2の熱交換器を直列に配置し、第1の熱交換器の2次側を夜間冷房負荷処理用空調システム系統(空調負荷・躯体蓄熱・水蓄熱など)に接続し、第2の熱交換器の2次側を空調システムの冷凍機へ通じる冷却水再冷却回路に接続する。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a bypass circuit is provided in the middle of the return pipe in order to melt ice nuclei existing in 0 ° C. cold water taken from the ice heat storage tank in a stable state during ice making operation. A first heat exchanger and a second heat exchanger are arranged in series in the bypass circuit, and the secondary side of the first heat exchanger is connected to an air conditioning system for nighttime cooling load processing (air conditioning load / body heat storage). -Connect to water heat storage etc.) and connect the secondary side of the second heat exchanger to the cooling water re-cooling circuit leading to the refrigerator of the air conditioning system.
かかる構成に基づき、本発明によれば、
(1)製氷運転時には冷凍機と冷却塔の間で常時一定温度の冷却水が循環しているので、安定した凍結防止効果が得られる。すなわち、従来のように、空調負荷の大小によって加熱量不足を招き凍結を生じるようなことがない
(2)2つの熱交換器を用いることにより、空調負荷が変動しても戻り管の温度を安定した状態に制御することが可能になる
(3)冷房負荷が小さく全ての加熱分を利用できない場合でも、冷却水を用いているので、冷却水温度が低下し、冷凍機の効率が上昇する。すなわち、冷却水回路に蓄熱槽から取水した0℃の冷水の加熱を利用することで、通常の冷却水温度を低下させることができて、冷熱が有効に活用できると共に、冷凍機の運転効率を上げることができる
(4)安定した凍結防止、安定した制御、冷凍機の運転効率の上昇などにより、システム全体の効率を高めることができる。
Based on this configuration, according to the present invention,
(1) During ice making operation, cooling water having a constant temperature is constantly circulated between the refrigerator and the cooling tower, so that a stable antifreezing effect can be obtained. In other words, unlike the conventional case, the amount of heating does not cause a shortage of heat and does not cause freezing. (2) By using two heat exchangers, the temperature of the return pipe can be adjusted even if the air conditioning load fluctuates. It becomes possible to control to a stable state (3) Even when the cooling load is small and not all the heating component can be used, the cooling water temperature is lowered and the efficiency of the refrigerator is increased because the cooling water is used. . In other words, by using the 0 ° C. cooling water taken from the heat storage tank in the cooling water circuit, the normal cooling water temperature can be lowered and the cooling energy can be used effectively, and the operating efficiency of the refrigerator can be improved. (4) The efficiency of the entire system can be increased by stable freeze prevention, stable control, increase in operating efficiency of the refrigerator, and the like.
第1の熱交換器の2次側は、各種の夜間冷房負荷処理用空調システム系統(空調負荷・躯体蓄熱・水蓄熱など)に接続することができるが、戻り管の加熱のための熱量は極めて大きいため、水蓄熱槽ではその保有水量が大きくなり、極端に大きな設置スペースを必要とする。従って、建物の躯体蓄熱用冷却装置に接続することが好適である。 The secondary side of the first heat exchanger can be connected to various air conditioning systems for nighttime cooling load processing (air conditioning load, housing heat storage, water heat storage, etc.), but the amount of heat for heating the return pipe is Since it is extremely large, the amount of water held in the water heat storage tank increases, and an extremely large installation space is required. Therefore, it is preferable to connect to a building heat storage cooling device.
躯体蓄熱の利点としては、
(1)水蓄熱槽を併設する必要がないので、省スペース化を図ることができる
(2)空調負荷に接続してリアルタイムで冷熱を消費するのではなく、躯体蓄熱に利用すれば実質的な蓄熱量(氷蓄熱+躯体蓄熱)は大きくなり、昼間の空調電力量削減に大きく寄与できる
(3)躯体蓄熱負荷がなくても、冷却水で安定した凍結防止ができるので、躯体蓄熱を予備的な蓄熱として利用できることになる。
As an advantage of housing heat storage,
(1) Since there is no need to install a water heat storage tank, it is possible to save space. (2) Instead of consuming cold heat in real time by connecting to an air conditioning load, it is practical if it is used for housing heat storage. The amount of heat storage (ice heat storage + body heat storage) increases and can greatly contribute to reducing the amount of air conditioning power during the daytime. (3) Even if there is no body heat storage load, stable freezing prevention can be achieved with cooling water. It can be used as a reliable heat storage.
本発明による蓄熱槽装置の制御方法として、製氷運転時に躯体蓄熱を行なわない時は、冷凍機の冷却水回路を利用して、冷水を0℃を超える温度まで加熱し一定温度に制御する。
冷水を0℃を超える温度に一定に制御するのに、第1の加熱用熱交換器の2次側冷水量で先に制御し、設定温度に達しない時は、第2の加熱用熱交換器の2次側冷却水量で設定温度に制御することができる。
第1の加熱用熱交換器で先に0℃の冷水の加熱を行なうことで、優先的に躯体蓄熱へ冷熱を送ることができる。さらに0℃を超える一定温度まで達しない場合は、第2の加熱用熱交換器で冷却水回路を利用して冷水を加熱し、精度の高い温度制御を行なうことができる。
As a control method of the heat storage tank apparatus according to the present invention, when the housing heat storage is not performed during the ice making operation, the cooling water circuit of the refrigerator is used to heat the cold water to a temperature exceeding 0 ° C. and control it to a constant temperature.
In order to control the chilled water to a temperature exceeding 0 ° C., control the amount of chilled water on the secondary side of the first heating heat exchanger first, and if it does not reach the set temperature, the second heating heat exchange It can control to preset temperature with the amount of secondary side cooling water of a vessel.
By first heating the cold water at 0 ° C. with the first heat exchanger for heating, the cold heat can be preferentially sent to the housing heat storage. Further, when the temperature does not reach a certain temperature exceeding 0 ° C., the cooling water circuit is heated by the second heating heat exchanger, and the temperature can be controlled with high accuracy.
さらに好適には、上記の2台の熱交換器を一体型の熱交換器内に収納し、3回路型の熱交換器として1台にまとめることができる。
さらに好適には、躯体蓄熱に利用する第1の加熱用熱交換器の2次側冷水温度を制御するのに、冷水ポンプの回転数を制御して2次側冷水温度を制御することができる。
More preferably, the above-mentioned two heat exchangers can be housed in an integrated heat exchanger and combined into one unit as a three-circuit type heat exchanger.
More preferably, in order to control the secondary chilled water temperature of the first heating heat exchanger used for housing heat storage, it is possible to control the secondary chilled water temperature by controlling the number of revolutions of the chilled water pump. .
本発明による過冷却水ダイナミック式氷蓄熱槽装置は、その好適な態様として、次のようにして運転される。
(1)氷蓄熱運転時に、蓄熱槽から取水した冷水を0℃を超える温度に加熱する際に、その時得られる冷熱を建物構造体の躯体に蓄熱する
(2)躯体蓄熱を行なわない時は、冷凍機の冷却水を再冷し、冷凍機の運転効率を上げる
(3)0℃を超える任意の温度に一定に制御する手段として、2台の熱交換器のうち、先に躯体蓄熱用の熱交換器で2次側冷水を制御し、その後冷却水回路用の熱交換器で2次側冷却水を制御する
(4)躯体蓄熱用冷水ポンプの回転数を制御して、熱交換器の2次側冷水量を変化させ、2次側冷水の供給温度を制御する。
The supercooled water dynamic ice storage tank device according to the present invention is operated as follows as a preferred mode.
(1) During the ice heat storage operation, when the cold water taken from the heat storage tank is heated to a temperature exceeding 0 ° C., the cold heat obtained at that time is stored in the building structure (2) When the building heat storage is not performed, Recool the cooling water of the refrigerator and increase the operating efficiency of the refrigerator. (3) As a means of controlling the temperature to an arbitrary temperature exceeding 0 ° C., out of the two heat exchangers, the first one is used for housing heat storage. The secondary chilled water is controlled by the heat exchanger, and then the secondary chilled water is controlled by the heat exchanger for the cooling water circuit. (4) The rotational speed of the chilled water storage chilled water pump is controlled, and the heat exchanger The supply temperature of the secondary side cold water is controlled by changing the amount of the secondary side cold water.
かくして、戻り管内での氷結を防止すると共にその冷熱を有効に活用する手段が提供され、氷蓄熱装置を含むシステム全体の高効率化を図ることができるなどの利点が得られる。さらに、2台の熱交換器を1台とすることで、設置スペースが少なくて済む。冷水ポンプの回転数を変えて温度制御することにより、ポンプ動力の省エネルギ化を図ると共に、高精度で負荷側冷水温度を制御できることになる。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。 Thus, a means for preventing freezing in the return pipe and effectively utilizing the cold energy is provided, and an advantage can be obtained that the efficiency of the entire system including the ice heat storage device can be increased. Furthermore, the installation space can be reduced by using two heat exchangers as one unit. By controlling the temperature by changing the number of rotations of the chilled water pump, energy saving of the pump power can be achieved and the load-side chilled water temperature can be controlled with high accuracy. Hereinafter, the present invention will be further described with reference to embodiments of the accompanying drawings.
図1は本発明による過冷却水利用ダイナミック式氷蓄熱槽装置の全体を表す回路図であって、従来技術と同様に、過冷却水製造用熱交換器10で作られた過冷却水が製氷機12で製氷されて氷蓄熱槽14へと供給される。氷蓄熱槽14の底部付近から製氷放熱ポンプ(冷水ポンプ)16で引き抜かれた冷水は、戻り管18を通過し、氷核除去フィルタ20を通過して過冷却水製造用熱交換器10へと戻される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the whole of a dynamic ice heat storage tank device using supercooled water according to the present invention. Like the prior art, the supercooled water produced by the
過冷却水製造用熱交換器10の他側にはブライン低温回路26が配置されており、ブライン冷凍機22からブラインポンプ24により−3.3℃の低温液体が供給されている。ブライン冷凍機22の他側は空調システム用の冷却塔46へと接続されている。
A brine low-
戻り管18の途中から分岐した冷水管28は、放熱用の熱交換器30を通過して氷蓄熱槽14へと戻るが、この熱交換器30は冷房負荷(空調機など)から冷水ポンプ32によって運ばれてくる冷水と熱交換するために用いられる。
The
図2は図1における従来部分の一部を省略し本発明の特徴部分を拡大して示した図であり、戻り管18の途中のバイパス回路50として、第1の加熱用熱交換器51と第2の加熱用熱交換器52の各1次側回路が直列に挿入配置され、第1の熱交換器51の2次側は建物の躯体蓄熱用冷却装置60に通じる躯体蓄熱用回路34に接続され、第2の熱交換器52の2次側は空調システムの冷凍機22に通じる冷却水再冷却回路38に接続されている。バイパス回路50の1次側は加熱ポンプ58で冷水が送られる。躯体蓄熱用回路34には冷水ポンプ36が配置され、冷却水再冷却回路38には冷水ポンプ40,42が配置されている。
FIG. 2 is an enlarged view of the characteristic part of the present invention, omitting a part of the conventional part in FIG. 1. As a
建物の躯体蓄熱用冷却装置60は、壁面に隣接するスラブ(床版)付近に設置した放熱器(熱交換器)で構成され、冷気を放出してスラブに冷熱を蓄えるようになっている。
The building body heat
ところで、このように外部負荷を利用して加熱を行なう場合、外部負荷は大きく変動するので、2つの熱交換器の回路における温度を調節し、例えば2次側冷水温度を一定に保ちながら製氷運転を行う必要がある。かかる目的のため、第1及び第2の熱交換器51,52のそれぞれの2次側回路に電動弁53(MV1),54(MV2)が配置され、各電動弁には戻り管18の途中に配置された温度センサTE1,TE2からの情報に基づいて電動弁を開閉あるいは切り換えるための制御信号が送られるようになっている。電動弁53,54にはそれぞれ蓄熱と再冷を解除させるためのバイパス回路55,56(図2)が設けられている。
By the way, when heating is performed using an external load in this way, the external load fluctuates greatly, so the temperature in the circuit of the two heat exchangers is adjusted, for example, ice making operation while keeping the secondary cold water temperature constant Need to do. For this purpose, motor-operated valves 53 (MV1) and 54 (MV2) are arranged in the secondary circuits of the first and
さらに、本発明の他の特徴に基づき、躯体蓄熱用回路34の途中にも温度センサTE3が配置され、その情報に基づいて冷水ポンプ36にその回転数を変化させるための制御信号(アナログ制御)が送られるようになっている。すなわち、ここでは冷水ポンプ36の回転数を変えることにより第1の加熱用熱交換器51の2次側冷水温度を一定に保つように制御しており、ポンプ動力の省エネルギ化を図ると共に、負荷側冷水温度を高精度に制御できるようなっている。
Further, based on another feature of the present invention, a temperature sensor TE3 is also arranged in the middle of the housing
本発明では、第1と第2の加熱用熱交換器51,52を配置しているが、常に両方の熱交換器を作動させる必要はない。例えば、製氷運転時に第1の加熱用熱交換器51を用いた躯体蓄熱を行なわない時は、第2の加熱用熱交換器52だけを作動させるように、冷凍機の冷却水再冷却回路38を利用して、戻り管18の冷水を0℃を超える温度まで加熱し一定温度に制御する。
すなわち、冷水を0℃を超える温度に一定に制御するのに、第1の加熱用熱交換器51の2次側冷水量で先に制御し、設定温度に達しない時は、第2の加熱用熱交換器52の2次側冷却水量で設定温度に制御するようにする。
In the present invention, the first and
That is, in order to control the chilled water to a temperature exceeding 0 ° C., the second chilled water amount of the first
図1の実施態様では、さらに冷凍機の冷却水再冷却回路38とブライン低温回路26との間に、凍結解除用の熱交換器64とブラインポンプ66を含む凍結解除用回路68が挿入配置されている。この回路68は、ブライン冷凍機22の動作によって配管が凍結した場合にその凍結を解除させるために用いられる。
In the embodiment of FIG. 1, a
さらに好適な実施態様として、2台の加熱用熱交換器51,52を一体型の熱交換器70内に収納し、3回路型の熱交換器として1台にまとめることができる。これにより、スペースが節約され、配管・配線・メンテナンスなどが単純化されてコストを低減することができる。
As a more preferred embodiment, the two
さらに、図示した例では配管抵抗を増大させないように、加熱用熱交換器の回路をバイパス回路で構成しているが、第1と第2の熱交換器51,52はバイパス回路でなく戻り管の途中に直列で挿入できるように切り替え可能とすることもできる。
Furthermore, in the illustrated example, the circuit of the heat exchanger for heating is configured by a bypass circuit so as not to increase the pipe resistance, but the first and
図3は、本発明による氷蓄熱槽装置を用いて戻り管の冷水を加熱する際の温度制御プロセスを流れ図にしたものである。
工程81・・・製氷ポンプ16・ブラインポンプ24などを運転して製氷を開始する
工程82・・・加熱ポンプ58の運転を開始する
工程83・・・温度センサTE1での感知温度に応じて電動式制御弁53でバイパス回路55の開閉を判断する
工程84・・・感知温度TE1が0.5℃以下なら電動式制御弁53を切り換えてバイパス回路55を閉鎖する。躯体蓄熱用回路34に水が流れて躯体蓄熱が開始される
工程85・・・感知温度TE1が0.5℃以上なら電動式制御弁53を切り換えてバイパス回路55を開放する。躯体蓄熱用回路34の水が停止して躯体蓄熱が終了となる
FIG. 3 is a flow chart of the temperature control process when the cold water in the return pipe is heated using the ice heat storage tank device according to the present invention.
Step 81: Starts ice making by operating the
工程86・・・温度センサTE2での感知温度に応じて電動式制御弁54でバイパス回路56の開閉を判断する
工程87・・・感知温度TE2が0.5℃以下なら電動式制御弁54を切り換えてバイパス回路56を閉鎖する。冷却水再冷却回路38に水が流れて冷却水の再冷が開始される
工程88・・感知温度TE1が0.5℃以上なら電動式制御弁54を切り換えてバイパス回路56を開放する。冷却水再冷却回路38の水が停止して冷却水の再冷が終了となる
工程89・・・製氷ポンプ16・ブラインポンプ24などを停止させて製氷運転を終了させる
工程90・・・加熱用ポンプ58の運転を停止させる。
Step 86: Judgment of opening / closing of the bypass circuit 56 by the
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、過冷却水から密閉系の配管内で氷を生成する際に、戻り管内での氷結を防止すると共にその冷熱を有効に活用する手段が提供され、氷蓄熱装置を含むシステム全体の高効率化を図ることができるなど、その技術的効果にはきわめて顕著なものがある。 As described above in detail, according to the present invention, when ice is generated from supercooled water in a closed pipe, there is a means for preventing freezing in the return pipe and effectively utilizing the cold. The technical effects of the system including the ice heat storage device can be improved, and the technical effect is extremely remarkable.
10 過冷却水製造用熱交換器
14 氷蓄熱槽
16 製氷ポンプ
18 戻り管
34 躯体蓄熱用回路
36 冷水ポンプ
38 冷却水再冷却回路
50 バイパス回路
51,52 加熱用熱交換器
53,54 電動式制御弁
55,56 バイパス回路
58 加熱ポンプ
60 躯体蓄熱用冷却装置
70 一体型熱交換器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
過冷却水から製造した氷を蓄える氷蓄熱槽と、
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水循環ポンプと、
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氷蓄熱槽装置において、
前記戻り管の途中にバイパス回路を設けてこのバイパス回路中に第1の熱交換器と第2の熱交換器を直列に配置し、第1の熱交換器の2次側を夜間冷房負荷処理用空調システム系統に接続し、第2の熱交換器の2次側を空調システムの冷凍機へ通じる冷却水再冷却回路に接続したことを特徴とする過冷却水ダイナミック式氷蓄熱槽装置。 A supercooled water production heat exchanger that turns water into supercooled water;
An ice storage tank for storing ice produced from supercooled water;
A return pipe for guiding cold water from near the bottom of the ice heat storage tank to the supercooled water production heat exchanger;
A water circulation pump arranged in the middle of the return pipe;
In an ice heat storage tank device comprising an air conditioning or other secondary system circuit for circulating cold water from the ice heat storage tank,
A bypass circuit is provided in the middle of the return pipe, and the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged in series in the bypass circuit, and the secondary side of the first heat exchanger is subjected to nighttime cooling load processing. A supercooled water dynamic ice heat storage tank device, which is connected to a cooling air recirculation circuit connected to a cooling air recirculation circuit that is connected to an air conditioning system system and that leads to a secondary side of the second heat exchanger to a refrigerator of the air conditioning system.
The ice heat storage tank device according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the secondary side cold water of the first or second heat exchanger is adjusted by controlling the number of rotations of the cold water pump.
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