JP3000907B2 - 蓄氷型冷水装置の運転制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、過冷却水に属す
る技術分野で、詳しくは蓄氷型冷水装置の運転制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空調設備や食品冷却装置等に冷水
を供給する蓄氷型冷水装置がある。この蓄氷型冷水装置
は、図３に示すように、蓄氷タンク３１と過冷却水用熱
交換器３２（以下、「熱交換器３２」と云う）との間を
冷媒循環路３３で連通するとともに、前記熱交換器３２
と冷凍機３４との間を冷媒循環路３５で連通した構成と
なっている。この蓄氷型冷水装置は、電力料金の安い深
夜電力を利用して蓄氷タンク３１内に氷を蓄えておき、
負荷の要求に応じ蓄氷タンク３１の上方より解氷水を供
給してタンク下部より冷水を取り出すようにしている。

【０００３】ところで、この蓄氷型冷水装置の運転は、
蓄氷タンク３１の所定水位まで水を満たした後冷凍機３
４を起動して、冷却媒体を熱交換器３２内に供給して循
環させるとともに、蓄氷タンク３１内の被冷却水を熱交
換器３２に送り込んで熱交換し、過冷却された水を蓄氷
タンク３１内へ還流する。そして、蓄氷タンク３１内に
おいて製氷が始まり、蓄氷が進むにともない前記蓄氷タ
ンク３１内の水位も高くなる。水位がある程度高くなる
と、氷が前記熱交換器３２の出口に氷筍となって登って
行き凍結が発生する。凍結が発生すると、所定の凍結解
除動作を行なう。この凍結解除動作は、冷凍機３４を停
止し、常温水を供給して凍結部の氷を融解する。この凍
結は、水位が高くなるほど頻繁に発生するので、前記蓄
氷タンク３１内に蓄氷した氷を凍結解除動作により溶か
してしまう結果になり蓄氷効率が悪くなる。また、蓄氷
終了後に冷水の取出しを開始しても水位がある程度低く
なるまでは、前記凍結が発生し前記冷凍機３４が停止す
ることによる冷水供給能力の低下が問題になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記問題
点に鑑み、蓄氷タンクの蓄氷効率を向上させるととも
に、冷水取出し時における冷水供給能力の低下を防止す
る蓄氷型冷水装置の運転制御方法を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するためになされたものであって、冷凍機，過冷却
水用熱交換器および蓄氷タンクにより構成された蓄氷型
冷水装置において、この蓄氷型冷水装置の蓄氷運転中ま
たは冷水取出し運転中、前記蓄氷タンク内の水位が所定
水位よりも高く、かつ前記過冷却水用熱交換器の出口で
凍結が所定回数発生したとき、所定の凍結解除動作を行
い、その後、前記過冷却水用熱交換器の出口で被冷却水
を過冷却にならない冷水温度に調節することを特徴とし
ている。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明すると、この発明は、蓄氷型冷水装置の運転
制御方法に係るもので、特に蓄氷タンク内に氷を蓄氷す
る蓄氷運転中または冷水取出し運転中における前記蓄氷
タンク内の水位が、所定水位よりも高いときに過冷却水
用熱交換器（以下「熱交換器」と云う）の出口で所定回
数凍結したときの運転制御方法で、前記蓄氷型冷水装置
を効率的に運転するものである。この発明は、前記蓄氷
タンク内に氷を蓄氷する蓄氷運転中または冷水取出し運
転中における前記蓄氷タンク内の水位が所定水位よりも
高いときに、前記熱交換器の出口で、凍結が所定回数発
生したとき、所定の凍結解除動作を行なった後、被冷却
水の温度を前記熱交換器の出口で過冷却にならない温度
に制御することにより実現されている。前記蓄氷タンク
内の水位は、被冷却水を前記熱交換器に送り込んで熱交
換し、過冷却された水を蓄氷タンク内に還流する。そし
て、前記蓄氷タンク内において製氷が始まり、蓄氷が進
むにともない水位が高くなる。水位がある程度高くなる
と氷が前記熱交換器の出口に向って氷筍となって登って
行き凍結が発生する。この凍結により前記熱交換器の出
口近傍は完全に氷により凍結される。この凍結を解除す
る凍結解除動作（たとえば冷凍機を停止し熱交換器へ常
温水を供給）を行なうが、短時間では氷を完全に融解す
ることができず、残存した氷が成長してまた熱交換器が
氷でつまることになる。この発明にあっては、前記熱交
換器が所定回数（たとえば３回）凍結したとき、前記凍
結解除動作を行ない、その後、熱交換器入口の水温を加
熱手段で調節し、出口で過冷却にならない冷水（たとえ
ば０．１℃）とすることにより実現している。

【０００７】前記蓄氷型冷水装置は、冷凍機，熱交換器
および蓄氷タンクにより構成されており、具体的には、
前記蓄氷タンクの下部と前記熱交換器の入口を冷水供給
路で接続し、この冷水供給路に温度センサと加熱手段お
よび圧力センサを設けるとともに、前記蓄氷タンク内に
水位検出手段を設け、さらにこの蓄氷タンクの下部に冷
水取水路を接続している。そして、前記温度センサ，加
熱手段，圧力センサおよび水位検出手段を制御器に接続
した構成となっている。前記加熱手段としては、前記冷
水供給路に常温水供給路を接続する構成，伝熱ヒータを
設ける構成，前記冷凍機の高温冷媒を利用する構成等が
ある。また、水位検出手段は、電極棒方式，フロート方
式等がある。

【０００８】前記蓄氷型冷水装置の運転制御方法は、蓄
氷タンクに氷を蓄える蓄氷運転中または蓄氷タンクから
冷水を取出す冷水取出し運転中において、前記蓄氷タン
ク内の水位が所定水位よりも高いときに、氷が氷筍とな
って隆起し、その先端部が熱交換器の出口に到達して凍
結する回数が所定回数（たとえば３回）になったときの
運転制御方法である。すなわち、前記熱交換器出口で凍
結すると、出口と水面の間は氷筍により連結された状態
となり、出口近傍は氷で完全に凍結された状態となる。
そこで、凍結解除動作を行なうが、この凍結解除動作
は、先ず、冷水供給路に設けた圧力センサが前記熱交換
器の凍結を検知し信号を制御器へ通報する。受信した制
御器は、冷凍機の運転を停止するとともに前記冷水供給
路に設けた加熱手段を作動させ、常温水を前記熱交換器
へ供給して凍結を解除する。そして、前記冷凍機を駆動
する。この凍結解除動作が所定回数になると、前記制御
器は、前記冷水供給路の温度センサからの信号に基づ
き、前記熱交換器の出口で、過冷却にならない冷水温度
（たとえば０．１℃）になるように、前記熱交換器の入
口温度を前記加熱手段を介して調節する。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、加熱手段として常温水供給を用
いた蓄氷型冷水装置の第１実施例の構成を示す説明図で
ある。

【００１０】図１において、蓄氷型冷水装置は、冷凍機
１，過冷却水用熱交換器２（以下、「熱交換器２」と云
う）および蓄氷タンク３により構成されている。冷凍機
１は、たとえば液化した冷媒（たとえばフロン）を膨張
弁１ａで減圧した後、前記熱交換器２を介して被冷却水
を冷媒の蒸発潜熱によって冷却する方式のものである。
前記熱交換器２は、図１に示すように、外管２ａを螺旋
状に形成し、その内部に内管２ｂを挿入した二重管構造
であって、外管２ａと内管２ｂとの間に前記蓄氷タンク
３から供給される被冷却水が流通し、内管２ｂ内には前
記冷凍機１から供給される冷媒が流通する。したがっ
て、被冷却水を内管２ｂの外周から冷却して過冷却水と
し、この過冷却水を前記蓄氷タンク３に流入させ、そこ
で氷結させている。

【００１１】前記冷凍機１と前記内管２ｂとは、膨張弁
１ａを介して冷媒供給路４により接続されるとともに、
冷媒還流路５により接続されており、冷媒が両者間を循
環する構成となっている。一方、前記蓄氷タンク３の下
部と前記外管２ａの入口とは、冷水供給路６によって、
また前記熱交換器２の外管２ａの出口と前記蓄氷タンク
３との間は過冷却水還流路７で接続されており、前記冷
水供給路６には、温度センサ８と加熱手段としての常温
水供給路９，圧力センサ１３および循環ポンプ１０が挿
設してあり、前記常温水供給路９には、流量調節弁１１
が設けてある。

【００１２】前記蓄氷タンク３内には、水位検出手段と
して、電極棒方式の水位検出装置１２が設けられてい
る。この水位検出装置１２は、上限水位（Ｓ棒）中間水
位（Ｍ棒）および下限水位（Ｌ棒）をそれぞれ検出する
Ｓ，Ｍ，Ｌの３本の電極棒により構成されており、後述
する制御方法で適用する所定水位は、中間水位（Ｍ棒）
を基準としている。また、前記蓄氷タンク３の下部に冷
水取水路１４を接続し、上部には給水路１５を接続して
いる。そして、前記温度センサ８，加熱手段としての前
記常温水供給路９に設けた流量調節弁１１，前記水位検
出装置１２および前記圧力センサ１３は、信号線１６を
介して制御器１７にそれぞれ接続されている。

【００１３】つぎに、上記構成の蓄氷型冷水装置の運転
制御方法を説明する。この蓄氷型冷水装置は、電力料金
の安い深夜電力を利用して前記蓄氷タンク３内に氷を蓄
えておき、負荷側の要求に応じ前記蓄氷タンク３の上部
に接続してある給水路１５から所定量の解氷水を供給す
るとともに、下部に接続した冷水取水路１４から冷水を
負荷側へ供給する。負荷側への冷水供給と同時に前記蓄
氷型冷水装置が起動する。

【００１４】ところで、前記蓄氷タンク３内に氷を蓄え
る蓄氷運転中において、この蓄氷タンク３内の水位が前
記水位検出装置１２の中間水位（Ｍ棒）よりも高くなる
と、氷筍ができ易くなり、さらに水位が高くなると前記
熱交換器２の出口に向って氷筍が成長し、やがて前記出
口に到達して凍結する。凍結すると、冷水供給路６の圧
力センサ１３が検知し、その検出信号を制御器１７に通
報する。受信した制御器１７は、凍結解除動作を行ない
再び蓄氷運転を行なうが、凍結解除動作中は前記冷凍機
１が停止し常温水を熱交換器２へ供給するので、折角製
氷した氷を解かし製氷効率は低下する。また、この凍結
は、水位が高くなるほど頻繁に発生する。そして、蓄氷
完了後の冷水取出し運転中においても、前記中間水位よ
りも高い水位のときは、前記凍結は同様に発生する。

【００１５】この発明の運転制御方法は、前記蓄氷運転
中または冷水取出し運転中において、前記蓄氷タンク３
内の水位が中間水位よりも高いときに、前記氷筍による
凍結が所定回数（たとえば３回）発生したとき制御器１
７は、前記凍結解除動作の終了後に、前記冷水供給路６
に設けた温度センサ８からの信号に基づき、前記熱交換
器２の出口で過冷却にならない冷水温度（たとえば０．
１℃）になるように、常温水供給路９に設けた流量調節
弁１１の開度を調節して前記熱交換器２の入口に所定温
度の被冷却水を供給する。

【００１６】つぎに、この発明の第２実施例を図２に基
づいて説明する。尚、図１に示す第１実施例と同一部材
には同符号を付し重複する説明は省略する。

【００１７】図２に示す実施例は、冷水供給路６に設け
る加熱手段に電熱ヒータ１８を適用したもので、特に寒
冷地等の外気温度の低い地区においては好適である。ま
た、加熱手段として、前記冷凍機１の冷媒回路に第２放
熱器（図示省略）を設け（平成７年１１月１６日に出願
した「蓄氷型冷水装置の凍結防止装置」と題する発明の
明細書および図面参照）この第２放熱器を前記冷水供給
路６に設けることも好適である。

【００１８】以上説明したように、前記蓄氷型冷水装置
を前記運転制御方法により運転すれば、前記蓄氷タンク
３内の水位が高いときに頻繁に発生する凍結を減少させ
るとともに、蓄氷タンク３内の氷充填率を高めることが
できる。また蓄氷時間を必要最少時間にすることができ
る。

【００１９】尚、この発明の前記蓄氷タンク３内の水位
が所定水位より上で、所定回数凍結したらとしているの
は、給水温度や外気温度の変化により、給水量に対する
製氷量が大きく変化するため、製氷量が多いときは低い
水位でも氷筍が発生し、製氷量が少ないときは高い水位
にならないと氷筍は発生しない。また、蓄氷開始時の水
位と氷の残量によっても氷筍の発生する水位が相違す
る。さらに、所定回数（たとえば１回ではない）として
いるのは、突発的な前記熱交換器内での凍結を氷筍によ
る凍結と判断しないようにするためのものである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、蓄氷型冷水装置の蓄氷運転中または冷水取出し運転
中における蓄氷タンク内の水位が所定水位よりも高く、
かつ、過冷却水用熱交換器の出口で凍結が所定回数発生
したとき、所定の凍結解除動作を行ない、その後、前記
過冷却水用熱交換器の出口で被冷却水の温度を過冷却に
ならない冷水温度に調節するようにしたので、前記蓄氷
タンク内の水位が高いときに頻繁に発生する凍結を防止
するとともに、氷の充填率を高めることができる。ま
た、蓄氷時間を必要最少時間とすることができ効率的で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第１実施
例の構成を示す説明図である。

【図２】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第２実施
例の構成を示す説明図である。

【図３】従来の蓄氷型冷水装置の構成を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 冷凍機 ２ 過冷却水用熱交換器 ３ 蓄氷タンク

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機１，過冷却水用熱交換器２および
   蓄氷タンク３により構成された蓄氷型冷水装置におい
   て、この蓄氷型冷水装置の蓄氷運転中または冷水取出し
   運転中、前記蓄氷タンク３内の水位が所定水位よりも高
   く、かつ前記過冷却水用熱交換器２の出口で凍結が所定
   回数発生したとき、所定の凍結解除動作を行い、その
   後、前記過冷却水用熱交換器２の出口で被冷却水を過冷
   却にならない冷水温度に調節することを特徴とする蓄氷
   型冷水装置の運転制御方法。