JP2006226538A - 氷蓄熱式熱源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 氷蓄熱式熱源装置の蓄熱槽に蓄えた氷を使い切った後の無駄な消費電力を軽減する。
【解決手段】 循環されるブラインを冷却する冷凍機１と、冷凍機で冷却されたブラインを循環して氷を生成して蓄熱する蓄熱槽３と、冷凍機で冷却されたブラインを循環して水と熱交換して冷水を生成するブライン／水熱交換器２と、ブライン／水熱交換器により生成された冷水を蓄熱槽に供給する冷水管路と、蓄熱槽の冷水を三方弁を介して吸込んで負荷に供給する冷水ポンプ７と、冷水管路から分岐して蓄熱槽をバイパスして三方弁８に供給するバイパス管路とを備え、蓄熱槽内の氷を使い切ったとき、三方弁の蓄熱槽につながる流路を閉止して、ブライン／水熱交換器により生成された冷水をバイパス管路のみを介して負荷に供給する制御手段１３を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、氷蓄熱式熱源装置に係り、特に、氷蓄熱槽内の氷を使い切った後の熱源装置の運転方法及び制御技術に関する。

例えば、空調装置などに用いられる氷蓄熱式熱源装置としては、特許文献1に記載されているように、冷凍機により冷却されたブラインを循環して、蓄熱槽内の水を氷に変えて蓄熱する蓄熱槽が設けられている。また、蓄熱槽内の蓄熱状態にかかわらず冷房負荷に冷熱を供給するため、冷凍機により冷却されたブラインを循環して、冷房負荷に循環する水を冷却するブライン／水熱交換器が設けられている。それらの蓄熱槽とブライン／水熱交換器にブラインを循環する管路は並列に設けられている。一方、冷房負荷に循環する冷水の冷水管路は、ブライン／水熱交換器により冷却された冷水を蓄熱槽を通流させて冷房負荷に戻す冷水管路が設けられている。また、ブライン／水熱交換器により冷却された冷水を蓄熱槽をバイパスして冷房負荷に戻すバイパス管路が設けられている。そして、冷水管路とバイパス管路に通流する水量を制御するため、それらの管路のバイパス管路の房負荷側の合流部に三方弁を設けて構成されている。

このように構成される特許文献１に記載の氷蓄熱式熱源装置によれば、夜間などにおいて、ブライン／水熱交換器へのブライン循環を停止して、蓄熱槽にブラインを循環させて蓄熱槽に氷を生成して蓄熱する。一方、昼間などの冷房負荷が大きいときには、蓄熱槽のブライン循環を停止して、ブライン／水熱交換器にブラインを循環させる。そして、ブライン／水熱交換器から冷水を蓄熱槽に供給すると共に、蓄熱槽の冷水とブライン／水熱交換器からの冷水とを三方弁で混合して設定温度に調整して冷房負荷に供給することにより、蓄熱槽の氷に蓄熱された冷熱を利用している。また、蓄熱槽内の氷を使いきるために、負荷予測制御を行っている。

特開２０００−３３７６８３号公報（第２頁、図１、２）

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術においては、蓄熱槽内の氷を使い切った場合の氷蓄熱式熱源装置の運転制御、特に三方弁などの制御については配慮されていない。

すなわち、蓄熱槽内の氷を使い切ったときの蓄熱槽内の水温は少なくともブライン／水熱交換器から供給される冷水の温度と同等もしくは高い。したがって、蓄熱槽内の氷を使い切ったにもかかわらず、冷房負荷に循環する水を蓄熱槽に流すと、ブライン／水熱交換器から供給される冷水の冷熱が蓄熱槽内の水に奪われることになる。そのため、蓄熱槽で奪われる冷熱の分だけ、熱交換器に流れるブラインの冷熱が余分に必要になり、冷凍機の消費電力が無駄になるという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決すること、すなわち、氷蓄熱式熱源装置の蓄熱槽に蓄えた氷を使い切った後の無駄な消費電力を軽減することを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明の氷蓄熱式熱源装置は、循環されるブラインを冷却する冷凍機と、該冷凍機で冷却されたブラインを循環して氷を生成して蓄熱する蓄熱槽と、前記熱源機で冷却されたブラインを循環して水と熱交換して冷水を生成するブライン／水熱交換器と、該ブライン／水熱交換器により生成された冷水を前記蓄熱槽に供給する冷水管路と、前記蓄熱槽の冷水を三方弁を介して吸込んで負荷に供給する冷水ポンプと、前記冷水管路から分岐して前記蓄熱槽をバイパスして前記三方弁に供給するバイパス管路とを備えてなる氷蓄熱式熱源装置において、前記蓄熱槽内の氷を使い切ったとき、前記三方弁の前記蓄熱槽につながる流路を閉止して、前記ブライン／水熱交換器により生成された冷水を前記バイパス管路のみを介して前記負荷に供給する制御手段を設けたことを特徴とする。

このように構成することにより、蓄熱槽内の氷を使い切ったときには、ブライン／水熱交換器により生成された冷水が蓄熱槽をバイパスして負荷に供給されるため、冷水の冷熱が蓄熱槽内の水によって奪われることがないから、冷凍機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。

この場合において、冷凍機の運転停止は、三方弁の負荷側の冷水温度の設定値に基づいて制御するのが好ましい。これにより、冷凍機の消費電力を低減できるだけでなく、蓄熱槽内の氷を使い切った後でも、所定水温の冷水を負荷に供給することができる。この場合において、制御手段は、冷水温度の設定温度に許容値αを設定し、冷水温度の検出値が設定温度より許容値だけ高い温度（設定値＋α）に上昇したときに冷凍機を運転し、冷水温度の検出値が設定温度より許容値だけ低い温度（設定値−α）に低下したときに冷凍機を運転することが好ましい。これによれば、冷凍機は頻繁な運転又は停止をすることなく、安定して作動する。

また、一般の蓄熱運転の場合は、蓄熱槽内の温度に基づいて、例えば、槽内の温度が９℃に達したときに冷凍機を運転し、槽内の温度が７℃に低下したときに冷凍機を停止する制御を行っている。この場合において、三方弁で混合された冷水の設定温度を５℃にすると、氷を使い切った場合には蓄熱槽内の冷水温度が７℃以下になっているから、蓄熱槽につながる三方弁のポートを全閉しない限り、負荷に７℃以下の冷水を供給できないが、本発明によれば、蓄熱槽につながる三方弁のポートを全閉しているから、氷を使い切った場合であっても、設定温度の冷水を負荷に供給することができる。

本発明によれば、氷蓄熱式熱源装置の蓄熱槽に蓄えた氷を使い切った後の無駄な消費電力を軽減することができる。

以下、本発明を適用してなる氷蓄熱式熱源装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の氷蓄熱式熱源装置の構成を示す図である。

図１に示すように、一実施形態の氷蓄熱式熱源装置は、ブラインを冷却する冷凍機１と、冷凍機１からのブラインが通流されるブライン／水熱交換器２と、冷凍機１からのブラインが通流される伝熱管が水中に設置されてなる蓄熱槽３とを備えて形成される。ブライン／水熱交換器２のブライン側は、ブラインポンプ４と電動二方弁５を介して冷凍機１のブライン流路に連結され、これによってブライン／水熱交換器２のブライン循環管路が形成されている。また、蓄熱槽３の伝熱管の一端は、電動二方弁６を介して冷凍機１のブライン流路の一端に連結され、他端はブラインポンプ４の吸込み側に連結され、これによって蓄熱槽３のブライン循環管路が形成されている。

ブライン／水熱交換器２の水が通流される側の一端は、冷却水管路１４を介して負荷９の一端に連結され、他端は冷却水管路１５を介して蓄熱槽３内に連結されている。蓄熱槽３の底部は電動三方弁８と冷水ポンプ７を有する冷却水管路１６を介して負荷９の他端に連結されている。また、蓄熱槽３をバイパスしてブライン／水熱交換器２により生成された冷水を電動三方弁８のポートＢに導くバイパス管路１７が設けられている。

また、蓄熱槽３には、蓄熱槽３内の氷の残量を検出する残氷センサ１０が、蓄熱槽内の水温を検出する槽内温度センサ１１が設けられている。また、電動三方弁８から冷水ポンプ７に供給される冷水の温度を検出する冷水温度センサ１２が設けられている。さらに、これらの残氷センサ１０、槽内温度センサ１１、冷水温度センサ１２等の検出値に基づいて、冷凍機１や電動三方弁８を制御する制御装置１３が設けられている。制御装置１３は、残氷センサ１０から蓄熱槽３内の氷の残量が無くなったことを検知した信号に基づいて、電動三方弁８の蓄熱槽３側のポートを閉止する指令を出力するように構成されている。

このように構成される実施形態の動作の概要を説明する。夜間などの蓄熱運転時には、電動二方弁５を閉じ、電動二方弁６を開いて、ブラインポンプ４と冷凍機１を運転することにより、冷凍機１によって冷却されたブラインが蓄熱槽３の伝熱管に通流される。これによって、蓄熱槽３内の水がブラインにより冷却されて伝熱管の表面等に氷が生成される。一方、昼間などの冷房負荷が大きいときには、電動二方弁６を閉じて蓄熱槽３のブライン循環を停止し、電動二方弁５を開いてブラインをブライン／水熱交換器２に循環させる。そして、冷水ポンプ７を運転して負荷９に冷水を循環させることにより負荷に冷熱を供給する。このとき、電動三方弁８は、蓄熱槽３の冷水と、ブライン／水熱交換器２からの冷水とを混合して負荷９に供給する。

次に、本発明の特徴部である蓄熱槽３内の氷を使い切ったときの制御について、図２を参照して説明する。残氷センサ１０から蓄熱槽３の氷がなくなった検知信号が出力されると、制御装置１３は電動三方弁８の蓄熱槽３側のポートＡを閉止する。なお、図中、閉止している弁又は弁ポートは、黒く塗りつぶして示している。これにより、ブライン／水熱交換器２から供給される冷水は、蓄熱槽３をバイパスして電動三方弁８のポートＢにのみ流入する流れとなり、電動三方弁８のポートＣから流出して負荷９に供給される。

このように、本実施形態によれば、蓄熱槽３内の氷を使い切ったときには、ブライン／水熱交換器２により生成された冷水が蓄熱槽３をバイパスして負荷９に供給されるため、冷水の冷熱が蓄熱槽３内の水によって奪われることがないから、冷凍機１の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。

ここで、冷水温度センサ１２の検出値に基づいて、冷凍機１や電動三方弁８を制御する制御装置１３の実施形態について説明する。上述したように、制御装置１３は、残氷センサ１０によって蓄熱槽３内の氷がなくなったことを示す検知信号により、電動三方弁８のポートＡを閉止する。次いで、制御装置１３は、冷水温度センサ１２の検出値を設定温度に保持するように冷凍機１の運転、停止を制御するようになっている。これにより、所定温度の冷水を負荷９に供給することができる。また、冷水温度の設定温度は、許容値αをもたせることが望ましい。すなわち、（設定値−α）で冷凍機１を停止し、（設定値＋α）で冷凍機を運転することにより、冷凍機１の頻繁な運転又は停止を回避して、安定な運転を行うことができる。

また、一般の蓄熱運転の場合は、槽内温度センサ１１の検出温度に基づいて、例えば検出温度が９℃に達したときに冷凍機１を運転し、検出温度が７℃に低下したときに冷凍機１を停止する制御を行っている。この場合において、冷水温度センサ１２の検出値を設定温度が５℃の場合、氷を使い切ると、電動三方弁８のポートＡを全閉しない限り、負荷９には７℃以下の冷水を供給できない。この点、本実施形態によれば、電動三方弁８のポートＡを全閉しているから、氷を使い切った場合であっても、所定温度の冷水を負荷９に供給することができる。

本発明の氷蓄熱式熱源装置の一実施形態の構成図である。 図１の実施形態における蓄熱槽内の氷を使い切った後の動作を説明する図である。

符号の説明

1 冷凍機
２ ブライン／水熱交換器
３ 蓄熱槽
４ ブラインポンプ
５ 電動二方弁
６ 電動二方弁
７ 冷水ポンプ
８ 電動三方弁
９ 負荷
１０ 残氷センサ
１１ 槽内温度センサ
１２ 冷水温度センサ
１３ 制御装置

Claims (3)

1. 循環されるブラインを冷却する冷凍機と、該冷凍機で冷却されたブラインを循環して氷を生成して蓄熱する蓄熱槽と、前記冷凍機で冷却されたブラインを循環して水と熱交換して冷水を生成するブライン／水熱交換器と、該ブライン／水熱交換器により生成された冷水を前記蓄熱槽に供給する冷水管路と、前記蓄熱槽の冷水を三方弁を介して吸込んで負荷に供給する冷水ポンプと、前記冷水管路から分岐して前記蓄熱槽をバイパスして前記三方弁に供給するバイパス管路とを備えてなる氷蓄熱式熱源装置において、前記蓄熱槽内の氷を使い切ったとき、前記三方弁の前記蓄熱槽につながる流路を閉止して、前記ブライン／水熱交換器により生成された冷水を前記バイパス管路のみを介して前記負荷に供給する制御手段を設けたことを特徴とする氷蓄熱式熱源装置。
2. 前記制御手段は、前記三方弁の負荷側の冷水温度に基づいて前記冷凍機の運転と停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱式熱源装置。
3. 前記制御手段は、前記冷水温度を設定温度に許容値を設定し、前記冷水温度の検出値が前記設定温度より許容値だけ高い温度に上昇したときに前記冷凍機を運転し、前記冷水温度の検出値が前記設定温度より許容値だけ低い温度に低下したときに前記冷凍機を停止することを特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱式熱源装置。
   

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