JP2009168369A - Ice bank system and operation control method for ice bank system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば食品工場等でのいわゆるシャーベット状の氷を蓄えるアイスバンクシステム(蓄氷システム)において、所定温度のチルド冷水温度を維持し、かつ効率良く当該システムを運転するためのアイスバンクシステム並びにその運転制御方法に関するものである。 The present invention provides an ice bank system for maintaining a chilled cold water temperature at a predetermined temperature and operating the system efficiently in an ice bank system (ice storage system) for storing so-called sherbet-like ice in a food factory, for example. And an operation control method thereof.
食品工場や乳製品関連工場等では、いわゆるチルド冷水と呼ばれるたとえば0℃〜1.5℃の低温の冷水を使用しているが、このような低温の冷水を製造、供給するためのいわゆるアイスバンクシステムとして、従来から外融式のスタティック型アイスバンクが採用されている。スタティック型アイスバンクは、いわゆる「氷のもち(氷相の持続性)」が良く、冷凍冷蔵史から考えても、食品工場には受け入れられ易いものであった。しかしながら「氷のもち」が良いことは、逆に言えば、「解氷特性が悪い」ということであるので、チルド冷水の温度制御には、これまで多くの労力とノウハウがつぎ込まれてきた。 In food factories and dairy products-related factories, so-called chilled cold water, for example, low-temperature cold water of 0 ° C. to 1.5 ° C., for example, is used, so-called ice bank for producing and supplying such low-temperature cold water Conventionally, an externally fused static ice bank has been adopted as a system. The static type ice bank has a good so-called “ice glutinousness (sustainability of ice phase)”, and even from the viewpoint of the history of freezing and refrigeration, it was easily accepted by food factories. However, the good thing about “Ichi no Mochi” is that it means “poor de-icing properties”, so much effort and know-how have been put into the temperature control of chilled cold water.
一方、前記したスタティック型アイスバンクに対し、「解氷特性が良い」ダイナミック型アイスバンクの中で、水の過冷却現象を利用したものが食品工業にとっては有望である。しかしながらこのダイナミック型アイスバンクによるチルド冷水の温度制御方法は未だ確立していないのが現状である。 On the other hand, among the above-described static type ice banks, among the dynamic type ice banks having “good de-icing characteristics”, those utilizing the supercooling phenomenon of water are promising for the food industry. However, the temperature control method for chilled cold water by this dynamic ice bank has not been established yet.
アイスバンクシステムでのチルド冷水の温度制御には、前提として満蓄状態の検知と、蓄氷停止および蓄氷開始(再開)の運転制御が必要であるが、この点に関連した公知技術としてはいわゆる負荷予測技術があり、特開2002−277018「空気調和装置」(特許文献1)に開示されているような昼間の外気温による目標蓄熱量の設定や、特開平6−74499「氷蓄熱装置」(特許文献2)に開示されている前日の空調機の使用熱負荷量による目標蓄熱量の設定等が挙げられる。 The temperature control of chilled chilled water in the ice bank system requires detection of the full storage state and operation control of ice storage stop and ice storage start (restart) as preconditions. There is a so-called load prediction technique, and setting of a target heat storage amount according to the outside air temperature during the day as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-277018 “Air Conditioner” (Patent Document 1), The setting of the target heat storage amount by the use heat load amount of the air conditioner on the previous day disclosed in (Patent Document 2) is exemplified.
しかしながら、負荷予測や製造冷熱量の演算には当然誤差が含まれ、目標蓄熱量は大きな誤差を含むおそれがある。特に従来のスタティック型アイスバンクでの過度の蓄氷は、特開平11−287541「氷蓄熱装置および氷蓄熱装置の運転制御方法」(特許文献3)で指摘されたブリッジングや、特開平9−128642「水冷蓄熱式飲料装置」(特許文献4)で指摘されたコイル凍結(変形・破壊)の問題につながるため、アイスバンクシステムでの満蓄状態は、演算だけではなく、別途に検知する必要がある。 However, an error is naturally included in the load prediction and the calculation of the manufacturing cold heat amount, and the target heat storage amount may include a large error. In particular, excessive ice storage in a conventional static type ice bank is caused by bridging pointed out in Japanese Patent Laid-Open No. 11-287541 “Ice Thermal Storage Device and Operation Control Method of Ice Thermal Storage Device” (Patent Document 3), 128642 “Water-cooled thermal storage beverage device” (Patent Document 4) leads to the problem of coil freezing (deformation / destruction). Therefore, it is necessary to detect the full storage state in the ice bank system separately from the calculation. There is.
この点に関し、たとえば、特開2005−114338「満氷感知装置及びその感知方法」(特許文献5)、特開平9−72582「蓄熱式冷水装置」(特許文献6)での水位センサによる氷量検知、特開平8−287345「自動販売機の冷却制御装置」(特許文献7)における着氷量を検知するアイスバンク検知手段等は、これに関する先行公知技術として挙げることができる。 In this regard, for example, the amount of ice by the water level sensor in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-114338 “Full Ice Detection Device and Detection Method” (Patent Document 5) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-72582 “Heat Storage Chilled Water Device” (Patent Document 6). An ice bank detection means for detecting the amount of ice formation in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-287345 “Cooling Control Device for Vending Machine” (Patent Document 7) can be cited as a prior art related to this.
しかしながら、特許文献5〜7に記載した氷量検知技術は、いずれもスタティック型アイスバンクに用いられるものであり、そのままではシャーベット状の氷を製造して蓄氷していくダイナミック型のアイスバンクシステムには適用できない。すなわち、スタティック型の氷蓄熱槽では氷は常に水没している状態なので、IPFが高くなる(蓄氷量が多くなる)に伴って、氷と水の密度差によって氷蓄熱槽内の水位が上昇する。このことを利用してスタティック型では水位センサによって水と氷の割合、すなわちIPFを検知することが行なわれている。しかしながらダイナミック型の氷蓄熱槽では、水面下だけでなく水面上にもシャーベット状の氷層が蓄えられる。そして水面下のシャーベット状の氷層には「雪のような氷」と「水」が混在し、水面上のシャーベット状の氷層には「雪のような氷」と「空気」が混在している。これら「氷」、「水」、「空気」の割合は未知であるので、スタティック型のように水位センサの値によってIPFを検知することは不可能である。
However, the ice amount detection technologies described in
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ダイナミック型のアイスバンクシステムにおいて氷蓄熱槽内にある氷の蓄氷状態を的確に検出するシステムを提供するとともに、このシステムを用いて蓄氷停止および蓄氷開始の運転制御を好適に実施することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a system for accurately detecting the ice storage state of ice in an ice heat storage tank in a dynamic ice bank system, and also uses this system to store ice. The object is to suitably carry out operation control for stopping and starting ice storage.
前記目的を達成するため、本発明のシステムは、過冷却器で製造される氷・水スラリーを蓄える氷蓄熱槽を有し、冷却負荷に対して前記氷蓄熱槽からの冷水を供給するように構成された蓄氷運転及び解氷運転の双方が可能なダイナミック型のアイスバンクシステムにおいて、前記氷蓄熱槽内における氷の蓄氷量を、氷の盛り上がり高さに基づいて検出する検出センサを備えたことを特徴としている。 To achieve the above object, the system of the present invention has an ice heat storage tank for storing ice / water slurry produced by a supercooler, and supplies cold water from the ice heat storage tank to a cooling load. In the dynamic ice bank system capable of both the ice storage operation and the ice-breaking operation, a detection sensor for detecting the amount of ice stored in the ice storage tank based on the rising height of the ice is provided. It is characterized by that.
発明者らが調べたところ、氷・水スラリー状態で槽内に蓄氷していく場合、その盛り上がり状況と、氷の蓄氷量とは一定の関係があることが判明した。したがって、シャーベット状の氷が槽内に蓄積して盛り上がり高さを検出することで、槽内の氷の満蓄状態をはじめとして蓄氷量も的確に知ることができる。ここでいう盛り上がり高さとは、槽内の水面からの高さであり、盛り上がった部分のうち最も高い部分までの高さをいう。 As a result of investigations by the inventors, it has been found that when ice is stored in a tank in an ice / water slurry state, there is a certain relationship between the rising state and the amount of ice stored. Therefore, the sherbet-like ice accumulates in the tank and the rising height is detected, so that the ice storage amount including the full storage state of the ice in the tank can be accurately known. The raised height here is the height from the water surface in the tank, and is the height up to the highest portion of the raised portions.
このような検出センサとしては、たとえば前記氷蓄熱槽の氷に向けて上方から超音波を発信して、水面上の氷の盛り上がり高さを検出する超音波高さ計を挙げることができる。その他、レーザー方式の距離測定計、静電容量の検出による距離測定計を用いてもよい。 As such a detection sensor, for example, an ultrasonic height meter that transmits an ultrasonic wave from above toward the ice of the ice heat storage tank and detects the rising height of the ice on the water surface can be mentioned. In addition, a laser-type distance meter or a distance meter based on capacitance detection may be used.
このようなアイスバンクシステムにおいて、前記冷却負荷からの還水を前記氷蓄熱槽内に供給して前記解氷運転は行なわれるようにし、前記検出センサによって予め設定した満蓄氷充填率(IPFfull)と、常に所定の温度以下の冷水が取水可能な最小氷充填率(IPFmin)との間に最大氷充填率(IPFmax)を設定し、前記氷蓄熱槽内にある氷の充填率が、満蓄氷充填率(IPFfull)以上になった時点で蓄氷運転を停止し、前記氷蓄熱槽内にある氷の充填率が前記最大氷充填率(IPFmax)以下になった時点で、蓄氷運転を開始するようにしてもよい。 In such an ice bank system, the return water from the cooling load is supplied into the ice heat storage tank so that the ice melting operation is performed, and the full ice storage rate (IPFfull) set in advance by the detection sensor. The maximum ice filling rate (IPFmax) is set between the minimum ice filling rate (IPFmin) at which cold water below a predetermined temperature can always be taken, and the ice filling rate in the ice heat storage tank is fully stored. When the ice filling rate (IPFfull) is exceeded, the ice storage operation is stopped, and when the ice filling rate in the ice heat storage tank becomes the maximum ice filling rate (IPFmax) or less, the ice storage operation is started. You may make it start.
解氷に当たっては、槽内の氷の上方から散水する散水方式と、槽内の水面下側方から槽内の氷に噴水して解氷する噴流方式が考えられる。散水方式は冷却負荷からの還水を、たとえば槽上部に設けたスプレイノズルなどから氷層上面に散水して、水平面上で均一に氷を融解するものである。噴流方式は負荷からの還水を、たとえば槽内水面下100〜200mmに設けた水中ジェットノズルから氷層に噴出して、氷を融解するものである。 In deicing, there are a watering method in which water is sprinkled from above the ice in the tank, and a jet method in which water is sprayed on the ice in the tank from the lower side of the water surface in the tank to melt the ice. In the watering method, the return water from the cooling load is sprinkled on the upper surface of the ice layer from, for example, a spray nozzle provided in the upper part of the tank, and the ice is melted uniformly on the horizontal plane. In the jet system, the return water from the load is ejected from, for example, an underwater jet nozzle provided 100 to 200 mm below the water level in the tank to the ice layer to melt the ice.
散水方式での解氷過程では、水平面上に均一に散水されるので、蓄氷量の減少に伴って氷の盛上り高さも低くなるので、氷の盛上り高さによるIPF検知には好都合である。したがって、冷却負荷からの還水を氷蓄熱槽内に供給して前記解氷運転は行なわれるようにし、検出センサによって予め設定した満蓄氷充填率(IPFfull)と、常に所定の温度以下の冷水が取水可能な最小氷充填率(IPFmin)との間に最大氷充填率(IPFmax)を設定し、氷蓄熱槽内にある氷の充填率が、満蓄氷充填率(IPFfull)以上になった時点で蓄氷運転を停止し、前記氷蓄熱槽内にある氷の充填率が前記最大氷充填率(IPFmax)以下になった時点で、蓄氷運転を開始するような運転方法にも、もちろん使用することが可能である。 In the icing process using the sprinkling method, water is sprayed uniformly on the horizontal plane, so the rising height of the ice decreases as the amount of ice storage decreases, which is convenient for IPF detection based on the rising height of the ice. is there. Therefore, the de-icing operation is performed by supplying the return water from the cooling load into the ice heat storage tank, and the full ice storage rate (IPFfull) preset by the detection sensor and the chilled water always below the predetermined temperature. Set the maximum ice filling rate (IPFmax) with the minimum ice filling rate (IPFmin) that can be taken in, and the ice filling rate in the ice heat storage tank became more than the full ice filling rate (IPFfull) Of course, the ice storage operation is stopped at the time, and the ice storage operation is started when the filling rate of ice in the ice heat storage tank becomes equal to or less than the maximum ice filling rate (IPFmax). It is possible to use.
ただし、スプレイノズルから氷層への散水を水平面に均一化するためには、スプレイノズルの散水角度に応じた空間高さ(氷層とスプレイノズルの距離)が必要になる。この空間により、槽内の容積を蓄氷に有効利用できないため、噴流方式に比べて大きな槽が必要になるという点があり、槽の大きさに制限を受ける場合には、必ずしも最良の方式とは言えない。 However, in order to make the water spray from the spray nozzle to the ice layer uniform in a horizontal plane, a space height (distance between the ice layer and the spray nozzle) corresponding to the water spray angle of the spray nozzle is required. Due to this space, the volume in the tank cannot be effectively used for ice storage, so there is a point that a large tank is required compared to the jet method, and when the size of the tank is limited, it is not necessarily the best method I can't say that.
この点噴流方式では、噴流によって槽内水面下で氷が融解され、氷層が崩落しながら解氷過程が進行するので、槽内の高さ方向のスペースを節約することが可能である。しかしながら解氷過程での氷層の崩落により、氷の盛上り高さによっては、IPF(Ice Packing Factor)とも呼称される蓄氷率が正確に検知できない事態も予想される。 In this point jet method, ice is melted under the water surface in the tank by the jet, and the ice melting process proceeds while the ice layer collapses, so that it is possible to save space in the height direction in the tank. However, due to the collapse of the ice layer during the ice-breaking process, depending on the height of the ice, it is expected that the ice storage rate, also called IPF (Ice Packing Factor), cannot be detected accurately.
そこでかかる点に鑑み、冷却負荷からの還水を、前記氷蓄熱槽の水面下側方から槽内の氷に供給して解氷するようにした場合には、氷の充填率が前記最大氷充填率(IPFmax)以下になった場合に蓄氷運転を開始することに代えて、冷却負荷に供給する冷水の供給冷熱量の積算値が、前記満蓄氷充填率(IPFfull)と最大氷充填率(IPFmax)の差に相当する蓄氷量(Qice)以上になった時点で蓄氷運転を開始するように制御することが提案できる。 In view of this point, when the return water from the cooling load is supplied to the ice in the tank from the lower side of the water surface of the ice storage tank, the filling rate of ice is the maximum ice. Instead of starting the ice storage operation when the filling rate (IPFmax) or less is reached, the integrated value of the amount of cold water supplied to the cooling load is the total ice filling rate (IPFfull) and the maximum ice filling. It can be proposed that the ice storage operation is started when the ice storage amount (Qice) corresponding to the difference in the rate (IPFmax) is reached.
本発明によれば、ダイナミック型のアイスバンクシステムにおいて氷蓄熱槽内にある氷の蓄氷状態を的確に検出して、蓄氷停止および蓄氷開始の運転制御を好適に実施することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to detect appropriately the ice storage state of the ice in an ice thermal storage tank in a dynamic type ice bank system, and to suitably perform operation control of ice storage stop and ice storage start. is there.
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態にかかるアイスバンクシステムの概要を示しており、氷蓄熱槽1内の下部には、パンチングメタル等によって構成された中空状の取水部2が複数設けられている。これら取水部2に連通している第1の取水管3を通じて、ポンプ4によって取水された槽内の水は、過冷却器11へと送られ、冷凍機12で生成されてポンプ14で供給される冷凍ブラインとの間で熱交換されて、0℃以下の過冷却水が製造される。本実施の形態における過冷却器11は、プレート型熱交換器を採用しているが、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いてもよい。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an outline of an ice bank system according to an embodiment, and a plurality of hollow
過冷却器11で製造された過冷却水は、過冷却解除器13へと送られて過冷却状態が解除され、氷・水スラリーとなって、供給管5を通じて氷蓄熱槽1内へと供給され、槽内に蓄氷される。本実施の形態では、槽内において水平に配管された供給管5に、複数の吐出管6が垂直に接続されており、吐出管6の先端は槽内の水面の上方に位置するように配管されている。したがって図1に示したように、吐出管6の先端から氷・水スラリーが垂直に噴き上げられると、その周囲にシャーベット状の氷が堆積していく。
The supercooled water produced by the
取水部2に連通している第2の取水管21を通じて、ポンプ22a〜22cによって取水された槽内の冷水は、チルド冷水として冷却負荷23へと送られる。そして冷却負荷23からの昇温した還水は、還水管24を通じて氷蓄熱槽1内に供給される。還水管24の槽内での吹出口24aは、槽内水面下の100〜200mmに位置しており、たとえばジェットノズル構成として、還水を氷Pに向けて側方から水平に噴流させて、氷Pを融解して解氷する。
The cold water in the tank taken by the
第2の取水管21には、チルド冷水の流量を測定する流量計25、チルド冷水の温度を測定する温度センサ26が設けられている。また還水管24にも還水の温度を測定する温度センサ27が設けられている。これによって、冷却負荷23に供給する供給冷熱量の積算値を測定することができる。
The
そして第2の取水管21と還水管24との間には、バイパス管28が配管され、このバイパス管28には、流量制御弁29が設けられている。
A
氷蓄熱槽1内の上方には、氷蓄熱槽1内の氷Pに向けて超音波を発信して、水面上の氷の盛り上がり高さを検出する超音波高さ計31が設けられている。この超音波高さ計31は、たとえば超音波を対象物に発信して、当該対象物からの反射波や透過波の強度、伝搬時間等を測定して、対象物までの距離を測定するものである。発信先、すなわち高さを測定する地点は、氷層が最も厚い箇所を設定し、吐出管6の吐出口の近くとすることが好ましい。これは測定地点が吐出口に近すぎて、上方向に吹き上がる氷・水スラリーの流れの影響を受けないようするためである。具体的には、たとえば吐出口から水平方向に約30cm程度離れたところが適当である。
Above the ice
前記超音波高さ計31を使用すれば、氷Pの盛り上がり高さを測定することで、氷蓄熱槽1内の氷PのIPFを計測することができる。発明者らが実際に検証したところを次に示す。
If the
図2に、蓄氷量と氷の盛上り高さの関係を示した。これは4回の製氷(蓄氷)運転を実施し、「IPFと氷の盛上り高さの関係」の再現性を確認したものであり、図2のように、IPFが20%のときの氷の盛上り高さは260±25mm程度、IPFが30%のときは350±25mm程度、IPFが40%のときは460±25mm程度であったことがわかった。 FIG. 2 shows the relationship between the amount of ice storage and the rising height of ice. This is the result of confirming the reproducibility of the “relationship between the IPF and the rising height of ice” after four ice making (ice storage) operations. As shown in FIG. 2, the IPF is 20%. It was found that the rising height of ice was about 260 ± 25 mm, about 350 ± 25 mm when the IPF was 30%, and about 460 ± 25 mm when the IPF was 40%.
本システムで製造された氷はスラリー状であり、図3のように、槽内の氷層上面に供給されたスラリー状の氷は、氷層の低い部分に流れて堆積する。したがって、槽内の残氷に関わらず、満蓄時の盛上り高さ、たとえばIPFが40%のときの盛上り高さは、毎回ほぼ同じ値になる。図4にはかかる事象の確認試験の結果として、IPFが35%以下から40%以上までの製氷(蓄氷)と解氷とを3回繰り返し、最後にIPFが10%以下まで解氷したときの、氷の盛上り高さの時間変化をIPFの時間変化とともに示したものである。このときの解氷は、前記した噴流方式である。これによれば、IPFが0%から製氷(蓄氷)を開始した場合と同様に、IPFが40%の満蓄状態は、400〜450mmの氷の盛上り高さで検知できることがわかる。 The ice produced by this system is in the form of a slurry, and as shown in FIG. 3, the slurry-like ice supplied to the upper surface of the ice layer in the tank flows and accumulates in the lower part of the ice layer. Therefore, regardless of the remaining ice in the tank, the rising height at full storage, for example, the rising height when the IPF is 40%, is almost the same value every time. As a result of the confirmation test of such an event, FIG. 4 shows that when ice making (ice storage) with IPF of 35% or less to 40% or more and ice melting are repeated three times, and finally IPF is defrosted to 10% or less. This shows the time change of the rising height of ice together with the time change of IPF. The de-icing at this time is the jet method described above. According to this, it can be seen that the full storage state where the IPF is 40% can be detected with the rising height of the ice of 400 to 450 mm, as in the case where the ice making (ice storage) starts from 0%.
このようにして前記超音波高さ計31を使用して、氷Pの盛り上がり高さ、すなわち水面Lから最も盛り上がった部分までの高さhを測定することで、氷蓄熱槽1内の氷PのIPFを計測することができる。
In this way, by using the
本実施の形態のアイスバンクシステムは、制御装置Cによって制御され、たとえばチルド冷水の流量を測定する流量計25、チルド冷水の温度を測定する温度センサ26、27の信号は制御装置Cへと出力され、冷却負荷23に供給する供給冷熱量の積算値が算出される。一方、超音波高さ計31による高さ信号も制御装置Cへと出力され、予め設定していた高さ−満蓄状態の関係によって、IPFfullが検出されるようになっている。そしてこれらの信号に基づいて、制御装置Cは、冷凍機12、ポンプ4、14等を制御して、蓄氷運転の発停の制御を行なう。
The ice bank system of the present embodiment is controlled by the control device C. For example, the signals of the flow meter 25 that measures the flow rate of chilled cold water and the signals of the
なお図1に示したシステム構成例は、主要部分を示しており、実際の現場で施工する場合には、たとえば冷却負荷23と氷蓄熱槽1との間の配管を直接行なわずに、間に放熱器として水−水熱交換器を介在させたり、あるいは製氷系についても、第1の取水管3に水−水熱交換器を介在させて、冷却負荷への循環系との間で熱交換して昇温した後の水を過冷却器11に送るようにしてもよい。
In addition, the system configuration example shown in FIG. 1 shows the main part, and in the case of construction at an actual site, for example, the piping between the cooling
次に以上の構成にかかるアイスバンクシステムの運転制御例について説明する。本システムではIPFが50%までの蓄氷が可能であるが、所定の製氷能力qiceと所定の槽内の水張り量において、IPFが50%以下のところで、最大氷充填率(IPFmax)が設定される。ここで前提となる蓄氷可能IPFが50%というのは、装置や氷蓄熱槽の耐久性の面から、設計上これ以上貯めないと、設計者あるいは運用者が定めた値である。 Next, an example of operation control of the ice bank system according to the above configuration will be described. In this system, ice storage with an IPF of up to 50% is possible, but the maximum ice filling rate (IPFmax) is set when the IPF is 50% or less at a predetermined ice making capacity qice and a predetermined amount of water filling in the tank. The The premise that the IPF capable of storing ice is 50% is a value determined by the designer or operator that the system or the ice heat storage tank should not store any more from the viewpoint of durability.
またIPFmaxの設定は、次のようにして行なわれる。まず冷却負荷23の最大負荷条件の冷却負荷の時間変化に基づいて取水温度を演算して、常に所定の温度以下の取水が可能な最小氷充填率IPF(IPFmin)を求めておく。発生する負荷が蓄氷能力を超えた場合にはIPFが低下していくが、この低下していったIPFがIPFminを下回るかどうかは、後述のようにIPFmaxの設定値に拠る。一方冷凍機の頻繁な発停を抑えるためには、蓄氷運転が停止される満蓄検知のIPF(IPFfull)とIPFmaxとの間のIPFの差が大きいほどよい。つまりIPFmaxが小さいほど冷凍機の頻繁な発停の回数は減少する。なお各IPFの値の大小は、蓄氷可能IPFの50%≧IPFfull>IPFmax>IPFminである。
IPFmax is set as follows. First, the water intake temperature is calculated based on the time change of the cooling load under the maximum load condition of the
そして低下していくIPFがIPFminを下回るかどうかについては、前記したようにIPFmaxの設定値に左右される。これを図5〜図7に基づいて詳述すると、図5は、あるアイスバンクシステムにおいて、蓄氷可能IPFが50%、IPFfullが45%、IPFmaxが40%、IPFminが20%の運転例を示している。ここで超音波高さ計31による満蓄検知のIPF(IPFfull)は、前記した蓄氷可能IPFから、設計余裕分のIPF分、たとえば5%を減じた値としている。なおこのシステムは、たとえば乳製品関連工場に設置するシステムであり、工場の製造時間帯は9時〜22時であり、冷凍機も22時で停止するが、その後もたとえば製品を低温で保管するためなどして低負荷が発生し、24時間チルド冷水を供給するという条件の設備に対応したシステムである。そして負荷のピーク時には、蓄氷能力以上の負荷が発生する設備を対象としている。なおこの設備に供給するチルド冷水の許容上限温度は、1℃である。
Whether or not the decreasing IPF is lower than IPFmin depends on the set value of IPFmax as described above. This will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. 5 shows an example of operation in which an ice bank capable of storing ice is 50%, IPFfull is 45%, IPFmax is 40%, and IPFmin is 20% in an ice bank system. Show. Here, the IPF (IPFfull) for full storage detection by the
図5に示したように、このシステムではチルド負荷と製氷能力の大小によって氷蓄熱槽内の氷の量が増減して、IPFは一日の間で25%変化するが、図5の例では、適切にIPFmaxが定められているので、一日を通じてIPFが20%を下回ることはなく、したがって供給するチルド冷水の温度が1℃を超えることはない。それゆえIPFmaxが40%という設定は適正なものである。 As shown in FIG. 5, in this system, the amount of ice in the ice heat storage tank increases and decreases depending on the chilled load and the ice making capacity, and the IPF changes by 25% throughout the day. In the example of FIG. Since the IPFmax is appropriately determined, the IPF does not fall below 20% throughout the day, and therefore the temperature of the chilled cold water supplied does not exceed 1 ° C. Therefore, the setting that IPFmax is 40% is appropriate.
しかしながら供給するチルド冷水を低温に維持するためには、氷蓄熱槽内に多くの氷があるほどよく、これを換言すれば氷蓄熱槽内に氷が少ないとき、すなわちIPFが小さいときには、チルド冷水の温度が上がり易くなる。たとえば、図6に示したように、IPFmaxを35%と設定すると、15時〜18時にはIPFが15%となってしまい、供給するチルド冷水の温度が1.1℃となってしまい、許容上限値の1℃を超えてしまう。同様に、図7に示したように、IPFmaxを30%と設定すると、15時〜18時にはIPFが10%となってしまい、供給するチルド冷水の温度が1.2℃となってしまい、許容上限値の1℃を超えてしまう。したがって、IPFmaxの設定は、負荷の発生量と稼働時間等を考慮し、一日の間で変化するIPFを勘案して、最小IPFがIPFminを下回らないように設定する必要がある。 However, in order to maintain the chilled cold water to be supplied at a low temperature, it is better that there is more ice in the ice heat storage tank. In other words, when there is little ice in the ice heat storage tank, that is, when the IPF is small, chilled cold water It becomes easy to raise the temperature. For example, as shown in FIG. 6, if the IPFmax is set to 35%, the IPF will be 15% from 15:00 to 18:00, the temperature of the chilled cold water supplied will be 1.1 ° C., and the allowable upper limit Exceeds the value of 1 ° C. Similarly, as shown in FIG. 7, when the IPFmax is set to 30%, the IPF becomes 10% from 15:00 to 18:00, and the temperature of the chilled cold water to be supplied becomes 1.2 ° C. It exceeds the upper limit of 1 ° C. Therefore, it is necessary to set the IPFmax so that the minimum IPF does not fall below the IPFmin in consideration of the IPF changing during one day in consideration of the load generation amount and the operation time.
そして本システムはこのようにして定めたIPFmaxと本システムの蓄氷可能IPF(50%)の間で、氷層の盛上り高さに基づき、超音波高さ計31による満蓄検知のIPF(IPFfull)を定める。このように定める事で、満蓄氷充填率(IPFfull)と、常に所定の温度以下の冷水が取水可能な最小氷充填率(IPFmin)との間に最大氷充填率(IPFmax)が設定されることになる。そして満蓄氷充填率(IPFfull)と最大氷充填率(IPFmax)の差に相当する蓄氷量(Qice)を予め求めておく。 Then, the present system uses an IPF (full accumulation detection by the ultrasonic height gauge 31) based on the rising height of the ice layer between the IPFmax determined in this way and the IPF capable of storing ice (50%). IPFfull). By determining in this way, the maximum ice filling rate (IPFmax) is set between the full ice storage filling rate (IPFfull) and the minimum ice filling rate (IPFmin) at which cold water of a predetermined temperature or lower can always be taken. It will be. Then, an ice storage amount (Qice) corresponding to the difference between the full ice storage filling rate (IPFfull) and the maximum ice filling rate (IPFmax) is obtained in advance.
このように設定した状態で、満蓄状態(=IPFfull)で蓄氷運転が停止している状態から冷却負荷23へのチルド冷水への供給運転を開始すると、冷却負荷23に供給する冷水の供給冷熱量の積算値が、前記満蓄氷充填率(IPFfull)と最大氷充填率(IPFmax)の差に相当する蓄氷量(Qice)を上回った時点で、冷凍機12、ポンプ4、14等が作動し、蓄氷運転を開始される。
When the supply operation to the chilled cold water to the
そして超音波高さ計31が、満蓄氷充填率(IPFfull)の高さを検出した時点で、冷凍機12、ポンプ4等を停止し、蓄氷運転を停止させる。したがって、常に所定の満蓄IPF(IPFfull)を目標に蓄氷運転がなされ、また最小IPF(IPFmin)以上の蓄氷量が常に確保されることになる。この場合、製氷能力よりも冷却負荷23の負荷が大きい時にはIPFは減少し、逆に冷却負荷よりも製氷能力が大きい時にはIPFは増加するので、過冷却器13の製氷能力は、冷却負荷のピークよりも大きく設定しておくことが望ましい。もちろんIPFmaxは、既述したように、対象とする負荷に対して運転した場合に、変化するIPFがIPFminを下回らないように設定しておく事が必要である。
Then, when the
なお冷凍機12の発停は、これを短時間のサイクルで頻繁に行なう事は好ましくないので、前記した蓄氷運転の開始、停止は、冷凍機12のON−OFF時間を考慮して行なうことが好ましい。たとえばON−OFF時間の間隔は0.5時間以上確保するようにして、運転制御を実施することが好ましい。
In addition, since it is not preferable to start and stop the
すなわち、IPFfullとIPFmaxとの差に相当する蓄氷量Qiceを、製氷能力qiceで除した時間が、0.5時間以上となるように満蓄氷充填率(IPFfull)と最大氷充填率(IPFmax)を定めることが好ましい。 That is, the full ice storage rate (IPFfull) and the maximum ice filling rate (IPFmax) so that the time obtained by dividing the ice storage amount Qice corresponding to the difference between IPFfull and IPFmax by the ice making capacity qice is 0.5 hours or more. ) Is preferable.
それを考慮した例としては、たとえば製氷能力qiceが140[Rt](423[Mcal/h])、槽内水張り量が68[m3]において、最大負荷条件の冷却負荷の時間変化に基づいて取水温度を演算して、IPFmin=20%、IPFmax=40%と定める。次に氷層の盛上り高さに基づいて、たとえばIPFfullを45%と定める。したがって、蓄氷可能IPFは50%、IPFfullは45%、IPFmaxは40%、IPFminは20%である。 As an example considering this, for example, when the ice making capacity qice is 140 [Rt] (423 [Mcal / h]) and the amount of water filling in the tank is 68 [m 3 ], The intake water temperature is calculated to determine IPFmin = 20% and IPFmax = 40%. Next, based on the rising height of the ice layer, for example, IPFfull is determined to be 45%. Therefore, IPF capable of storing ice is 50%, IPFfull is 45%, IPFmax is 40%, and IPFmin is 20%.
そうするとIPFfullとIPFmaxとの差の5%に相当するQiceは68[m3]×80[Mcal/m3]×0.05/3.024=90[Rt・h](272[Mcal])であり、このQiceをqiceで除した時間は、
90[Rt・h]/140[Rt]=0.64[h]となる。
これは、0.5[h]以上であるので、冷凍機12の頻繁なOn−Off運転にはならない。したがって、満蓄後に供給冷熱量の積算値が90[Rt・h](272[Mcal])以上になったときに、製氷を開始(再開)するように設定すれば、冷凍機12のON−OFFを頻繁に行なう事はない。
Then, Qice corresponding to 5% of the difference between IPFfull and IPFmax is 68 [m 3 ] × 80 [Mcal / m 3 ] × 0.05 / 3.024 = 90 [Rt · h] (272 [Mcal]). Yes, the time when this Qice is divided by qice is
90 [Rt · h] / 140 [Rt] = 0.64 [h].
Since this is 0.5 [h] or more, the
ところで冷却負荷23へのチルド冷水の供給冷熱量は、取水温度の流量と温度に基づいて積算されるが、冷却負荷の時間変化に基づいた取水温度の演算には誤差が含まれる場合がある。この場合、冷却負荷23に供給するチルド冷水の温度が所定の温度以上に上昇する可能性もある。
By the way, the amount of chilled cold water supplied to the
これに対処するため、チルド冷水が所定の温度(たとえば1℃)以上になると流量制御弁28を開く。そうすると、氷蓄熱槽1から取水された冷水は、還水管24にも供給され、合流後の還水管24の水温は低温になり、水の流量は増加する。その結果、還水管24を経て槽内の吹出口24aから噴出される水の温度が低温になり、取水温度が低下する。他方、吹出口24aから噴出される水の流量が増加すると噴出流速が速くなり、氷Pの融解性能は向上する。
In order to cope with this, when the chilled cold water reaches a predetermined temperature (for example, 1 ° C.) or higher, the
一方、バイパス管28の流量制御弁29が開いているときに取水温度が0.5℃以下になると、流量制御弁29を閉じる。温度センサ27によって検出される還水管24の水の温度は上昇し、水の流量は減少する。還水管24を経て槽内の吹出口24aから噴出される水の温度が上昇すると、取水温度も上昇する。他方、吹出口24aから噴出される水の流量が減少すると噴出流速が遅くなり、氷Pの融解性能は低下するようになる。
On the other hand, when the intake water temperature becomes 0.5 ° C. or lower when the
このような温度センサ27からの還水の温度に基づいて、バイパス管28の流量制御弁29の開閉制御を行なう事で、冷却負荷23に供給するチルド冷水の温度、並びに過冷却器11へ供給される冷水の温度は所定温度に維持され、チルド冷水の水温上昇をリカバーすると共に、過冷却器11へ供給される水に対する予熱を極力押えることが可能になり、本システムの高効率運転を実現するものである。このような制御も制御装置Cによって行なうことができる。
Based on the temperature of the return water from the
本発明は、食品工場や乳製品関連工場等に対して、いわゆるチルド冷水と呼ばれるたとえば0℃〜1.5℃の低温の冷水を供給するシステムに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a system that supplies so-called chilled cold water, for example, cold water having a low temperature of 0 ° C. to 1.5 ° C., for example, to a food factory or a dairy product factory.
1 氷蓄熱槽
2 取水部
3 第1の取水管
4、14、22a〜22c ポンプ
5 供給管
6 吐出管
11 過冷却器
12 冷凍機
13 過冷却解除器
21 第2の取水管
23 冷却負荷
24 還水管
24a 吹出口
25 流量計
26、27 温度センサ
28 バイパス管
29 流量制御弁
31 超音波高さ計
C 制御装置
L 水面
P 氷
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記氷蓄熱槽内における氷の蓄氷量を、氷の盛り上がり高さに基づいて検出する検出センサを備えたことを特徴とする、アイスバンクシステム。 An ice storage tank for storing ice / water slurry produced by a supercooler has both an ice storage operation and an ice removal operation configured to supply cold water from the ice storage tank to a cooling load. In a dynamic ice bank system,
An ice bank system comprising a detection sensor for detecting an ice storage amount in the ice heat storage tank based on a rising height of ice.
前記冷却負荷からの還水を前記氷蓄熱槽内に供給して前記解氷運転は行なわれるようにし、
前記検出センサによって予め設定した満蓄氷充填率(IPFfull)と、常に所定の温度以下の冷水が取水可能な最小氷充填率(IPFmin)との間に最大氷充填率(IPFmax)を設定し、
前記氷蓄熱槽内にある氷の充填率が、満蓄氷充填率(IPFfull)以上になった時点で蓄氷運転を停止し、前記氷蓄熱槽内にある氷の充填率が前記最大氷充填率(IPFmax)以下になった時点で、蓄氷運転を開始することを特徴とする、アイスバンクシステムの運転制御方法。 In the ice bank system according to claim 1 or 2,
Supplying the return water from the cooling load into the ice heat storage tank so that the ice melting operation is performed,
A maximum ice filling rate (IPFmax) is set between a full ice filling rate (IPFfull) set in advance by the detection sensor and a minimum ice filling rate (IPFmin) at which cold water of a predetermined temperature or lower can always be taken,
The ice storage operation is stopped when the filling rate of ice in the ice heat storage tank becomes equal to or higher than the full ice storage filling rate (IPFfull), and the filling rate of ice in the ice heat storage tank is equal to the maximum ice filling rate. An ice bank system operation control method, wherein ice storage operation is started when the rate (IPFmax) or less is reached.
氷の充填率が前記最大氷充填率(IPFmax)以下になった場合に蓄氷運転を開始することに代えて、
冷却負荷に供給する冷水の供給冷熱量の積算値が、前記満蓄氷充填率(IPFfull)と最大氷充填率(IPFmax)の差に相当する蓄氷量(Qice)以上になった時点で蓄氷運転を開始することを特徴とする、請求項3に記載のアイスバンクシステムの運転制御方法。 The return water from the cooling load is supplied to the ice in the tank from the lower side of the water surface of the ice heat storage tank so that the ice is melted.
Instead of starting the ice storage operation when the ice filling rate is less than the maximum ice filling rate (IPFmax),
When the integrated value of the amount of cold water supplied to the cooling load becomes equal to or greater than the ice storage amount (Qice) corresponding to the difference between the full ice storage filling rate (IPFfull) and the maximum ice filling rate (IPFmax). The operation control method for the ice bank system according to claim 3, wherein the ice operation is started.
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