JP2531967B2 - 二次側蓄熱槽を有する冷房システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、地域冷房システムのように、冷熱製造プラ
ント（一次側）から複数の冷熱需要者（二次側）に向け
て冷媒（ブライン・水・過冷却水・氷混じりの水等を含
む）を供給するシステムに関する。

（従来の技術） 従来の蓄熱槽を備えた地域冷房システムでは、冷熱製
造プラントである一次側に蓄熱槽が設けられ、二次側は
開放系の回路となっていることが多い。このため、 ａ） 大きな搬送動力を必要とする。

ｂ） 二次側での落水事故の影響がプラント側にも及
ぶ。

ｃ） 二次側負荷が小さな場合に低温の冷媒が一次側へ
戻る可能性がある。

等の問題点があった。

特公昭62-13572号「各戸蓄熱式地域熱供給システム」
では、各需要者ごとに熱交換器付蓄熱槽を設置し、熱の
需要者側と供給側とが各々独立して運転できるようにし
たシステムが提案されている。しかしながら、このシス
テムは温水を供給することだけを目的としており冷媒の
製造と供給については考慮されておらず、また蓄熱槽と
空調負荷とのバランスをとるための配管や運転モードに
ついては何らの記載もないので、冷房運転には利用でき
ないという欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、一次側又は二次側で事故や故障があ
った場合でもその影響が他方に及ぶことがないようにそ
れぞれ独立して運転することができ、使用条件が異なる
需要者に対しても最適の冷房が得られるように個別に対
応することができる効率が良く信頼性の高い冷房システ
ムを提供することにある。

（問題点を解決するための手段とその作用） 本発明の前述した目的は、一次側の冷熱製造供給部と
二次側の冷熱需要負荷部とを備える冷房システムにおい
て、一次側から冷媒の供給を受ける二次側設備内に熱交
換器と蓄熱槽を配置し、前記熱交換器内に、一次側の冷
熱供給回路に接続する第１パイプと、冷媒ポンプを用い
て二次側の空調負荷に冷媒を送り出す第２パイプと、蓄
熱ポンプを用いて前記蓄熱槽へと冷媒を移送する第３パ
イプと、放熱ポンプを用いて前記蓄熱槽から冷媒をくみ
上げる第４パイプとを配置し、第１パイプは第２パイプ
及び第３パイプに対向してそれぞれと熱交換し、第２パ
イプを第１パイプ及び第４パイプに対向してそれぞれと
熱交換するように配置した二次側蓄熱槽を有する冷房シ
ステムによって達成される。

かかる構成に基づき、本発明の冷房システムによれ
ば、二次側に密閉型４回路熱交換器が設けられているの
で、次の５通りのモードでの運転が可能になる。

Ａ） 通常負荷運転・・・・通常負荷の冷房時 冷凍機だけ運転し、蓄熱運転をしない Ｂ） 無負荷蓄熱運転・・・夜間など無負荷時 冷凍機を運転し、蓄熱槽に全部蓄熱する Ｃ） 低負荷放熱運転・・・冷房負荷が小さい時 冷凍機を運転せず、蓄熱槽から放熱する Ｄ） 大負荷放熱運転・・・冷房負荷が大きい時 冷凍機を運転し、蓄熱槽からも放熱する Ｅ） 低負荷蓄熱運転・・・冷房負荷が小さい時 冷凍機を運転し、余りだけを蓄熱する これにより、一部の事故や故障が全体に及ぶことが防
止され、システムの信頼性が高くなる。

また、一次側と二次側が独立して運転可能になるの
で、不特定多数の需要者に応じた個別の冷房が可能にな
り、配管も小口径のパイプが使用できる。

プラント側では深夜電力料金（例えば午後10時から午
前６時又は午前８時まで適用）を利用することにより経
済性が向上し、二次側のポンプ動力を50〜60％削減する
ことができる。

本発明のシステムは、蓄熱槽や熱交換器を複数にした
り、冷熱製造プラント側の冷凍機を複数にする等の修正
を加えれば、情報管理施設その他高度な信頼性を必要と
するシステムに対しても適用できることになる。

また、一次側から二次側への冷媒供給配管を通常の２
本から３本に増設し、冷媒の往復管と予備配管を含む３
管式とすることにより、漏水の検知や修理あるいは設備
の更新がやりやすくなるという利点が得られる。

本考案の他の特徴及び利点は、添付図面の実施例を参
照した以下の記載により明らかとなろう。

（実施例） 第１図は、本発明による冷房システムの運転モードＡ
（通常負荷運転）を表わしており、一次側の冷熱製造供
給部10から２本の配管11,12を通じて二次側の冷熱需要
負荷部20に冷媒が送られている。

二次側には、一次側からの冷媒が供給される冷熱供給
回路13、空調機22を含む冷房負荷回路21、蓄熱槽30へ冷
たい水を送り込む蓄熱回路31、蓄熱槽30から冷たい水を
くみ上げる放熱回路41の４つの回路が含まれている。

冷熱供給回路13には二方弁14が設けられて冷媒の供給
を制御し、冷房負荷回路21には冷媒ポンプ24が設けられ
て冷媒を空調機へと供給し、蓄熱回路31には蓄熱ポンプ
34が設けられて蓄熱槽から水をくみ上げ、放熱回路41に
は放熱ポンプ44が設けられて蓄熱槽から水をくみ上げる
ようになっている。蓄熱槽30の内部は、仕切板36によっ
て高温部37（12〜13℃）と低温部38（５〜６℃）に分け
られている。

蓄熱回路31及び放熱回路41には、それぞれ制御用の三
方弁16と二方弁17が配置されている。さらに、冷房負荷
回路21及び蓄熱回路31には、制御用の温度センサー51、
52、53が取付けられている。

これら４つの回路は、熱交換器50内で図示するように
対向している第１パイプ15、第２パイプ25、第３パイプ
35、第４パイプ45にそれぞれ接続されて、所定の熱交換
作用を行なうようになっている。すなわち、第１パイプ
15は第２パイプ25及び第３パイプ35に対向してそれぞれ
と熱交換し、一方第２パイプ25は第１パイプ15及び第４
パイプ45に対向してそれぞれと熱交換するように配置さ
れている。横方向に隣接する第１パイプ15と第４パイプ
45との間には仕切板56が設けられ、第２パイプ25と第３
パイプ35との間には仕切板57が設けられている。なお、
各位置での温度は例示であって、厳密なものではない。

第１図に示すモードＡ（通常負荷運転）の運転状態で
は、一次側に含まれる冷凍機だけを運転し、二次側の蓄
熱運転はしない。冷熱供給回路13では、一次側から配管
11を通じて６℃の冷媒が供給され、二方弁14を通過し、
熱交換器50内の第１パイプ15を流れて第２パイプ25との
間で熱交換を行ない、13℃に温められた水になって配管
12から一次側へと帰還する。冷房負荷回路21では、冷媒
ポンプ24が第２パイプ25で熱交換して冷たくなった７℃
の水をくみ上げ、空調機22へと送り、温められた水は14
℃になって熱交換器50内に戻る。

制御方法としては、二次側の熱要求により、二方弁14
を比例制御する。

第２図は、モードＢ（無負荷蓄熱運転）の運転状態を
表わしており、これは深夜など無負荷時に安い電気料金
で冷凍機を運転し、蓄熱槽に全部を蓄熱する運転操作で
ある。冷熱供給回路13では、一次側から配管11を通じて
４℃の冷媒が供給され、二方弁14を通過し、熱交換器50
内の第１パイプ15を流れて第３パイプ35との間で熱交換
を行ない、11℃に温められた水になって配管12から一次
側へと帰還する。蓄熱回路31では、蓄熱ポンプ34が蓄熱
槽30内の12℃の水をくみ上げて第３パイプ35へと送り、
熱交換して冷やされた５℃の冷水を蓄熱槽へと戻す。

制御方法としては、センサー53により三方弁16を比例
制御し、蓄熱ポンプ34の吐出水温度を設定する。さら
に、センサー52により二方弁14を制御し、出口温度を５
℃に設定する。５℃以下になれば二方弁14を絞る。

第３図は、モードＣ（低負荷放熱運転）の運転状態を
表わしており、これは冷房負荷の小さな中間の季節（春
・秋）などにおいて、冷凍機を運転することなく蓄熱槽
に溜められた冷媒だけで冷房運転を行なう操作である。
放熱回路41において、放熱ポンプ44が蓄熱槽30内の６℃
の冷媒をくみ上げて第４パイプ45へと送り、第２パイプ
25と熱交換して温められた13℃の水を蓄熱槽へと戻す。
冷房負荷回路21では、冷媒ポンプ24が第２パイプ25で熱
交換して冷たくなった７℃の水をくみ上げ、空調機22へ
と送り、温められた水は14℃になって熱交換器50内に戻
る。

制御方法としては、二方弁14を閉鎖し、センサー51に
より二次側負荷量を検出し、放熱ポンプ44を作動させ
る。センサー51により二方弁17を制御し、低負荷の場合
は開とし冷媒をバイパスさせ、バイパス量が増加すれば
放熱ポンプ44を停止させる。

第４図は、モードＤ（大負荷放熱運転）の運転状態を
表わしており、これは冷房負荷のピーク時に冷凍機だけ
では足りない部分を蓄熱槽からの冷媒で補おうとする操
作である。冷熱供給回路13では、一次側から配管11を通
じて６℃の冷媒が供給され、二方弁14を通過し、熱交換
器50内の第１パイプ15を流れて第２パイプ25との間で熱
交換を行ない、13℃の温水になって配管12から一次側へ
と帰還する。放熱回路41では、放熱ポンプ44が蓄熱槽30
内の６℃の冷媒をくみ上げて第４パイプ45へと送り、第
２パイプ25と熱交換して温められた13℃の水を蓄熱槽へ
と戻す。冷房負荷回路21では、冷媒ポンプ24が第２パイ
プ25で第１パイプ15及び第４パイプ45と熱交換して冷た
くなった７℃の水をくみ上げ、空調機22へと送り、温め
られた水は14℃になって熱交換器50内に戻る。

制御方法としては、センサー51の設定温度が満足され
るように、蓄熱槽の放熱運転を優先し不足分に応じて二
方弁14を開いていく方式と、一次側からの冷媒供給を優
先し不足分に応じて放熱ポンプ44を作動させる方式とが
選択できる。

第５図は、モードＥ（低負荷蓄熱運転）の運転状態を
表わしており、これは夜間冷房負荷が小さい時に冷凍機
を運転して余った能力を蓄熱槽への蓄熱にあてようとす
る操作である。冷熱供給回路13では、一次側から配管11
を通じて４℃の冷媒が供給され、二方弁14を通過し、熱
交換器50内の第１パイプ15を流れて第２パイプ25及び第
３パイプ35との間で熱交換を行ない、11℃に温められた
水になって配管12から一次側へと帰還する。蓄熱回路31
では、蓄熱ポンプ34が蓄熱槽30内の12℃の水をくみ上げ
て第３パイプ35へと送り、熱交換して冷やされた５℃の
冷媒を蓄熱槽へと戻す。冷房負荷回路21では、冷媒ポン
プ24が第２パイプ25で第１パイプ15と熱交換して冷たく
なった７℃の水をくみ上げ、空調機22へと送り、温めら
れた水は14℃になって熱交換器50内に戻る。

制御方法としては、センサー51の設定温度が満足され
る範囲内で二方弁14を制御し、センサー52の温度によっ
て蓄熱ポンプ34を作動させ蓄熱させる。

第６図は、負荷パターンの例と運転モードとを時刻を
横軸にとって表わしたグラフであり、午後10時からの24
時間を、モードE,B,C,D,Aの順序で運転している。縦軸
は冷房負荷を表わし、二次側負荷は1,2,3,4,5,6,7の順
序で変化している。冷凍機は8,9,10,3,休み,11,4,12,6,
7の順序で運転される。モードＤにおいては冷凍機の容
量100％を超える冷房負荷が要求されるので、この足り
ない分は、前述したように蓄熱槽からの放熱運転で補っ
ている。

グラフの面積イとロは蓄熱槽に蓄熱した熱量を表わ
し、面積ハとニは蓄熱槽から放熱する熱量を表わしてい
るので、面積イとロの合計が概ね面積ハとニの合計に等
しくなるように装置の容量を決定する。

第７図は、本発明の他の実施例である地域冷房システ
ムのフローシートを表わしており、地域冷房プラントと
なる一次側10に冷凍機60が４台設置され、需要者側設備
となる二次側20には蓄熱槽30及び熱交換器50がそれぞれ
２台ずつ設置されて、冷媒往ヘッダー71及び冷媒還ヘッ
ダー72を介して多数の空調機22に冷媒を供給している。

一次側10には、冷媒を送り出す冷媒往ヘッダー61、冷
媒が帰還する冷媒還ヘッダ62、冷媒補給水タンク63、冷
媒加圧タンク64、遮断弁65、冷媒ポンプ66、冷媒加圧ポ
ンプ67などが配置されている。

一次側から二次側への冷媒供給ラインには、冷媒送出
用配管81、冷媒戻り用配管82、及び両方向に使用可能な
予備配管83の３本の配管が設けられており、前述したよ
うに、漏水の検知、修理あるいは設備更新がやりやすい
構造になっている。また、二次側の地域配管は内面エポ
キシライニング鋼管とし、耐久性をもたせることが望ま
しい。

二次側20には、さらに膨張タンク85、流量計86、差圧
制御弁87などが配置されている。

第７図の実施例は、特に延床面積が１万坪以上あるよ
うな大型ビルで機械室が２つあるような場合に、各々を
単独運転とすることにより、システムの高い信頼性を確
保する目的で利用されることになる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く、本発明の冷房システムによ
れば、次のような多くの利点が得られる。まず一次側か
らみた利点として、 １） プラントの機器容量を小さくできる。

２） 契約電力を小さくできる。

３） 深夜電力を利用できる。

４） 冷熱の安定供給ができる。

５） 冷凍機の稼動率が上がり、高効率の運転ができ
る。

６） ポンプの実揚程を小さくできるので動力費が節減
できる。

７） 予備の冷凍機が不要になる。すなわち、第７図の
実施例では系統を２つに分けているが、たとえ一系統が
止まっても他の一系統と蓄熱槽でカバーできる。余裕を
みてそれぞれの系統の能力を総容量の75％にしても、完
全な予備の冷凍機は不用になる。

二次側からみた利点として、 １） ポンプ動力が節約できる。

２） 落水事故を防止できる。

３） 変流量制御ができる。

４） 地域方式の場合には、需要家の契約熱量を減らす
ことができる。

さらに、一次側又は二次側で事故や故障があっても、
その影響が他方に及ぶことがないようにそれぞれ独立し
て運転することができ、使用条件が異なる需要者に対し
ても最適の冷房が得られるよう個別に対応することがで
きる。かくして効率が良く信頼性の高い冷房システムが
提供されることになり、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】

第１図は本発明の第１実施例による冷房システムの運転
モードＡを表わす回路図、第２図は運転モードＢを表わ
す回路図、第３図は運転モードＣを表わす回路図、第４
図は運転モードＤを表わす回路図、第５図は運転モード
Ｅを表わす回路図、第６図は負荷パターン例と運転モー
ドの関係を表わすグラフ、第７図は本発明の第２実施例
を表わす回路図である。 10……冷熱製造供給部 20……冷熱需要負荷部 11,12……配管 13,21,31,41……回路 14,17……二方弁、16……三方弁 15,25,35,45……パイプ 22……空調機 24,34,44……ポンプ 30……蓄熱槽 50……熱交換器 51,52,53……温度センサー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次側の冷熱製造供給部と二次側の冷熱需
   要負荷部とを備える冷房システムにおいて、 一次側から冷媒の供給を受ける二次側設備内に熱交換器
   と蓄熱槽を配置し、 前記熱交換器内に、一次側の冷熱供給回路に接続する第
   １パイプと、冷媒ポンプを用いて二次側の空調負荷に冷
   媒を送り出す第２パイプと、蓄熱ポンプを用いて前記蓄
   熱槽へと冷媒を移送する第３パイプと、放熱ポンプを用
   いて前記蓄熱槽から冷媒をくみ上げる第４パイプとを配
   置し、第１パイプは第２パイプ及び第３パイプに対向し
   てそれぞれと熱交換し、第２パイプは第１パイプ及び第
   ４パイプに対向してそれぞれと熱交換するように配置し
   たことを特徴とする二次側蓄熱槽を有する冷房システ
   ム。