JP3402271B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱を行う冷凍
装置に関し、特に、蓄熱媒体の撹拌制御対策に係るもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、蓄熱槽に貯留した水等の蓄熱
媒体を冷却して凍らせ、蓄熱媒体の潜熱として冷熱を蓄
える氷蓄熱装置が知られている。近年、氷蓄熱装置は、
空調機と組み合わせて利用されている。つまり、夜間に
製氷を行って冷熱を蓄える一方、昼間には蓄えた冷熱を
利用して冷房運転を行う。このような運転により、安価
な深夜電力を利用することにより空調機の運転コストを
低減すると共に、夜間と昼間の電力需要の平準化を図っ
ている。

【０００３】氷蓄熱装置としては、特開平７−３０１４
３８号公報に開示されているような、いわゆるスタティ
ック型で内融方式を採用するものが知られている。この
種の蓄熱装置では、蓄熱槽内に水等の蓄熱媒体を貯留す
る一方、蓄熱槽内に伝熱管を配置している。そして、製
氷時には、冷凍機等で冷却した熱媒体を伝熱管に流し、
蓄熱槽の蓄熱媒体を凍らせる。一方、冷熱の利用時に
は、凍結した蓄熱媒体、即ち氷化物によって伝熱管の熱
媒体を冷却し、冷却した熱媒体を室内熱交換器等に搬送
して冷房等を行うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の氷蓄熱
装置においては、冷熱を取り出す利用運転を継続する
と、冷熱の取り出し性能が急激に低下するという問題が
ある。

【０００５】つまり、冷熱の利用時において、伝熱管の
周囲に生成された氷化物が融けて伝熱管と氷化物の間に
隙間が生ずる。この結果、伝熱管内の熱媒体は伝熱管と
液相の蓄熱媒体の両方を介して氷化物と熱交換しなけれ
ばならない。この伝熱管と氷化物の間の伝熱は該隙間に
存在する液相の蓄熱媒体の自然対流により行われる。こ
のため、伝熱管内の熱媒体と氷化物との熱交換量が減少
し、冷熱取り出し性能の低下を招いていた。

【０００６】そこで、本願出願人は、上記伝熱管と氷化
物の間に隙間に空気を供給して該間隙の蓄熱媒体を撹拌
することを提案している。しかしながら、冷熱の利用時
において、常に空気を供給すると、省エネルギ化に反す
るという問題がある。

【０００７】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもの
で、省エネルギ化を図った蓄熱媒体の撹拌を行うことを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】〈発明の概要〉 本発明は、所定条件でのみ蓄熱媒体の撹拌を行うように
したものである。

【０００９】〈解決手段〉 具体的に、図１に示すように、本発明が講じた手段は、
蓄熱槽（31）に収納された蓄熱熱交換器（40）を有し且
つ熱媒体が循環する循環回路（20）を備え、上記蓄熱槽
（31）の蓄熱媒体を冷却して氷蓄熱を行う一方、上記蓄
熱槽（31）の氷によって熱媒体を冷却して冷熱を取り出
す解氷運転を行う冷凍装置を前提としている。更に、上
記蓄熱槽（31）内に空気を供給して蓄熱媒体を撹拌する
空気供給手段（5A）が設けられている。そして、該空気
供給手段（5A）が、蓄熱槽（31）に導入されたエア供給
管（53）と、該エア供給管（53）に設けられたエアポン
プ（52）を備えている。その上、外気温度を検出する温
度検出手段（Th1）が設けられている。加えて、解氷運
転の開始後、上記温度検出手段（Th1）の検出温度が第
１の所定温度になると、上記空気供給手段（5A）のエア
ポンプ（52）を駆動し、上記検出温度が第２の所定温度
以下に低下すると、上記エアポンプ（52）を停止する撹
拌制御手段（81）が設けられている。

【００１０】また、本発明は、蓄熱槽（31）に収納され
た蓄熱熱交換器（40）を有し且つ熱媒体が循環する循環
回路（20）を備え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却
して氷蓄熱を行う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって
熱媒体を冷却して冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装
置を前提としている。更に、上記蓄熱槽（31）内に空気
を供給して蓄熱媒体を撹拌する空気供給手段（5A）が設
けられている。そして、該空気供給手段（5A）が、蓄熱
槽（31）に導入されたエア供給管（53）と、該エア供給
管（53）に設けられたエアポンプ（52）を備えている。
その上、上記循環回路（20）の熱媒体の温度を検出する
温度検出手段（Th2）が設けられている。加えて、解氷
運転の開始後、上記温度検出手段（Th2）の検出温度が
第１の所定温度になると、上記空気供給手段（5A）のエ
アポンプ（52）を駆動し、上記検出温度が第２の所定温
度以下に低下すると、上記エアポンプ（52）を停止する
撹拌制御手段（81）が設けられている。

【００１１】その際、上記温度検出手段（Th2）が、循
環回路（20）の蓄熱熱交換器（40）の出口側における熱
媒体の温度を検出することが好ましい。

【００１２】また、本発明は、蓄熱槽（31）に収納され
た蓄熱熱交換器（40）を有し且つ熱媒体が循環する循環
回路（20）を備え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却
して氷蓄熱を行う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって
熱媒体を冷却して冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装
置を前提としている。更に、上記蓄熱槽（31）内に空気
を供給して蓄熱媒体を撹拌する空気供給手段（5A）が設
けられている。上記循環回路（20）には、利用側熱媒体
が循環する利用側回路（70）が主熱交換器（22）を介し
て接続され、上記空気供給手段（5A）が、蓄熱槽（31）
に導入されたエア供給管（53）と、該エア供給管（53）
に設けられたエアポンプ（52）を備えている。そして、
上記利用側回路（70）の利用側熱媒体の温度を検出する
温度検出手段（Th3）が設けられている。加えて、解氷
運転の開始後、上記温度検出手段（Th3）の検出温度が
第１の所定温度になると、上記空気供給手段（5A）のエ
アポンプ（52）を駆動し、上記検出温度が第２の所定温
度以下に低下すると、上記エアポンプ（52）を停止する
撹拌制御手段（81）が設けられている。

【００１３】その際、上記温度検出手段（Th3）が、利
用側回路（70）の主熱交換器（22）の出口側における利
用側熱媒体の温度を検出することが好ましい。

【００１４】また、本発明は、蓄熱槽（31）に収納され
た蓄熱熱交換器（40）を有し且つ熱媒体が循環する循環
回路（20）を備え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却
して氷蓄熱を行う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって
熱媒体を冷却して冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装
置を前提としている。更に、上記蓄熱槽（31）内に空気
を供給して蓄熱媒体を撹拌する空気供給手段（5A）が設
けられている。そして、該空気供給手段（5A）が、蓄熱
槽（31）に導入されたエア供給管（53）と、該エア供給
管（53）に設けられたエアポンプ（52）を備えている。
その上、時刻を刻むタイマ（82）が設けられている。加
えて、解氷運転の開始後、冷熱要求が大きくなるとき、
エアポンプ（52）を駆動するように、上記タイマ（82）
の時刻が第１の所定時刻になると、上記空気供給手段
（5A）のエアポンプ（52）を駆動し、その後、第２の所
定時刻になると、上記エアポンプ（52）を停止する撹拌
制御手段（81）が設けられている。

【００１５】すなわち、本発明では、解氷運転を開始し
た後、所定の駆動条件になると空気供給手段（5A）を駆
動して蓄熱槽（31）内の空気撹拌を行う。例えば、解氷
運転を開始した後、外気温度を測定し、撹拌制御手段
（81）が、外気温度が所定温度以上になったか否かを判
定する。

【００１６】該外気温度が所定温度になると、撹拌制御
手段（81）がエアポンプ（52）をＯＮし、蓄熱槽（31）
に空気を供給し、例えば、伝熱管（41）の周囲に形成さ
れた隙間（33）に空気を送り込む。

【００１７】その後、上記外気温度が所定温度以下に低
下すると、撹拌制御手段（81）がエアポンプ（52）をＯ
ＦＦし、上述した隙間（33）への空気供給を停止する。

【００１８】また、他の発明では、解氷運転を開始した
後、循環回路（20）の熱媒体の温度又は利用側回路（7
0）の熱媒体の温度を測定し、撹拌制御手段（81）が、
熱媒体温度が所定温度以上になったか否かを判定する。

【００１９】該熱媒体温度が所定温度になると、撹拌制
御手段（81）がエアポンプ（52）をＯＮし、蓄熱槽（3
1）に空気を供給し、例えば、伝熱管（41）の周囲に形
成された隙間（33）に空気を送り込む。

【００２０】その後、上記熱媒体温度が所定温度以下に
低下すると、撹拌制御手段（81）がエアポンプ（52）を
ＯＦＦし、上述した隙間（33）への空気供給を停止す
る。

【００２１】また、他の発明では、解氷運転を開始した
後、現在時刻を測定し、撹拌制御手段（81）が、所定時
刻になったか否かを判定する。

【００２２】所定の時刻になると、撹拌制御手段（81）
がエアポンプ（52）をＯＮし、蓄熱槽（31）に空気を供
給し、例えば、伝熱管（41）の周囲に形成された隙間
（33）に空気を送り込む。

【００２３】その後、所定時間が経過し、所定時刻にな
ると、撹拌制御手段（81）がエアポンプ（52）をＯＦＦ
し、上述した隙間（33）への空気供給を停止する。

【００２４】

【発明の効果】したがって、本発明によれば、所定条件
になると空気を蓄熱槽（31）に供給するようにしたため
に、省エネルギ化を確実に図ることができる。

【００２５】特に、エアポンプ（52）を必要時のみ駆動
するようにすると、無駄なエネルギの消費を確実に抑制
することができる。

【００２６】特に、冷熱の要求が大きくなると、エアポ
ンプ（52）を駆動するので、負荷に確実に対応すること
ができ、空調の快適性を向上させることができる。

【００２７】また、利用側熱媒体の温度を検出して撹拌
制御を行うようにすると、負荷に直接に対応して冷熱の
取出しを制御することができる。

【００２８】また、現在時刻によって撹拌制御を行うよ
うにすると、決められた時間帯のみに解氷を集中させる
ことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態１を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００３０】図１に示すように、氷蓄熱装置（30）は、
循環回路（20）と蓄熱槽（31）とを備えている。該氷蓄
熱装置（30）は、スタティック型で且つ内融方式に構成
されている。そして、上記氷蓄熱装置（30）は、蓄熱槽
（31）の水を凍らせて冷熱を蓄える冷蓄熱運転を行う一
方、蓄熱槽（31）の水を加熱して温熱を蓄える温蓄熱運
転を行うように構成されている。

【００３１】上記氷蓄熱装置（30）の循環回路（20）に
は、利用側回路（70）が接続され、蓄えた冷熱又は温熱
を利用して空調を行う冷凍装置が構成されている。

【００３２】上記循環回路（20）は、ブラインチラー
（21）と、蓄熱熱交換器（40）と、主熱交換器（22）
と、循環ポンプ（23）とを順にブライン配管（24）で接
続して構成されている。上記循環回路（20）には、熱媒
体であるブラインが充填されている。上記循環ポンプ
（23）を運転すると、ブラインが循環回路（20）を循環
する。

【００３３】上記循環回路（20）には、主熱交換器（2
2）をバイパスする第１バイパス管（25）と、蓄熱熱交
換器（40）をバイパスする第２バイパス管（26）とが設
けられている。

【００３４】該第１バイパス管（25）の一端は、蓄熱熱
交換器（40）と主熱交換器（22）の間に接続されてい
る。また、上記第１バイパス管（25）の他端は、第１三
方弁（27）を介して、主熱交換器（22）と循環ポンプ
（23）の間に接続されている。

【００３５】上記第２バイパス管（26）の一端は、ブラ
インチラー（21）と氷蓄熱装置（30）の間に接続されて
いる。また、上記第２バイパス管（26）の他端は、第２
三方弁（28）を介して、氷蓄熱装置（30）と主熱交換器
（22）の間に接続されている。

【００３６】上記ブラインチラー（21）は、図示しない
が、冷媒回路を備えている。この冷媒回路では冷媒が循
環し、冷凍サイクル動作とヒートポンプサイクル動作と
が切り換えて行われる。そして、ブラインチラー（21）
は、冷媒回路での冷凍サイクル動作によるブラインの冷
却と、ヒートポンプサイクル動作によるブラインの加熱
とを切り換えて行うように構成されている。

【００３７】上記利用側回路（70）は、主熱交換器（2
2）と、利用側熱交換器（71）と、利用側ポンプ（72）
とを順に配管接続して構成されている。該利用側回路
（70）には、利用側熱媒体である水が充填され、利用側
ポンプ（72）を運転すると主熱交換器（22）と利用側熱
交換器（71）の間で水が循環する。上記利用側熱交換器
（71）は、図示しないが、いわゆるファンコイルユニッ
トに設けられ、利用側回路（70）を循環する水と室内空
気とを熱交換させる。上記主熱交換器（22）は、循環回
路（20）を循環するブラインと、利用側回路（70）を循
環する水とを熱交換させる。

【００３８】図２及び図３に示すように、上記蓄熱熱交
換器（40）は、蓄熱槽（31）の内部に設置されている。
該蓄熱槽（31）は、直方体状に形成され、内部に蓄熱媒
体である水が貯留されている。

【００３９】上記蓄熱熱交換器（40）は、複数の伝熱管
（41）を備えている。該伝熱管（41）は、直線状の直管
部（42）と半円弧状の曲管部（43,44）とが交互に連続
し、上下に蛇行する形状に形成されている。そして、上
記曲管部（43,44）のうち、直管部（42）の上端側に位
置するものが上曲管部（43）に構成され、下端側に位置
するものが下曲管部（44）に構成されている。

【００４０】上記伝熱管（41）は、架橋ポリエチレン管
（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）によって構成されている。こ
こでは、架橋層の外周に非架橋層が形成された二層構造
の架橋ポリエチレン管を用いている。尚、架橋層のみで
形成された単層構造の架橋ポリエチレン管を用いてもよ
い。

【００４１】複数の伝熱管（41）は、一定間隔で配列さ
れ、一端がそれぞれ入口ヘッダ（45）に接続され、他端
がそれぞれ出口ヘッダ（46）に接続されている。

【００４２】上記各伝熱管（41）の間には、図４に示す
ように、一つおきに固定部材（60）である固定板（60）
が設けられている。該固定板（60）は、上下方向に等間
隔で三つずつ設けられ、その両側に位置する伝熱管（4
1）の直管部（42）を支持するように構成されている。
また、上記固定板（60）のうち伝熱管（41）の直管部
（42）における最も下段に設置される固定板（60）に
は、それぞれエア配管（50）が一体に取り付けられてい
る。

【００４３】上述のように配列された伝熱管（41）の両
側には、枠状に形成された一つのフレーム（47）が設け
られている。該フレーム（47）には上記固定板（60）の
端部が取付け固定されている。

【００４４】上記蓄熱熱交換器（40）の入口ヘッダ（4
5）は、ブラインチラー（21）に接続される一方、出口
ヘッダ（46）は、主熱交換器（22）に接続されている。
そして、蓄熱熱交換器（40）は、伝熱管（41）内のブラ
インと蓄熱槽（31）内の水とを熱交換させるように構成
されている。この熱交換によって蓄熱槽（31）内の水が
冷却され、伝熱管（41）の周囲で凍結して氷（32）が生
成される。

【００４５】上記蓄熱熱交換器（40）の各エア配管（5
0）には、それぞれエア供給管（53）が接続されてい
る。該エア供給管（53）は、蓄熱槽（31）の外部へ延
び、空気中に開口している。また、上記エア供給管（5
3）にはエアポンプ（52）が設けられている。そして、
上記各エア配管（50）とエアポンプ（52）とエア供給管
（53）とは、空気を取り込んで各エア配管（50）へ供給
する空気供給手段（5A）を構成している。

【００４６】次に、上記固定板（60）及びエア配管（5
0）の構成について、図４及び図５を参照しながら説明
する。

【００４７】上記固定板（60）は、蓄熱熱交換器（40）
における各伝熱管（41）の設置間隔に対応した所定幅を
有する板状に形成されている。該固定板（60）の両側部
には、伝熱管（41）の直管部（42）に対応する位置に、
複数の支持孔（61）が形成されている。該支持孔（61）
は、各直管部（42）に対応して一つずつ形成されてい
る。該支持孔（61）は、固定板（60）の側面に向かって
開口するＣ字状に形成されている。

【００４８】上記支持孔（61）には、固定板（60）の側
方から伝熱管（41）の直管部（42）が嵌まり込む。つま
り、上記固定板（60）は、その両側に位置する伝熱管
（41）の直管部（42）を支持し、一つの固定板（60）に
よって、二本の伝熱管（41）が固定されている。

【００４９】上記エア配管（50）は、最下段の固定板
（60）に一本ずつ一体に取り付けられている。尚、図５
は、伝熱管（41）の周囲の氷（32）が融けて伝熱管（4
1）と氷（32）の間に隙間（33）が生じた状態を示して
いる。上記エア配管（50）は、固定板（60）の長手方向
に沿って、該固定板（60）のほぼ全長に亘って設けられ
ている（図２参照）。また、上記エア配管（50）は、固
定板（60）に隣接する二本の伝熱管（41）と接触するよ
うに、所定の直径に形成されている。

【００５０】図４に示すように、上記エア配管（50）に
は、空気を吹き出す吹出孔（51）が形成されている。該
吹出孔（51）は、各伝熱管（41）の直管部（42）に対応
して一つずつ形成されている。つまり、上記吹出孔（5
1）は、図４における手前側だけでなく、奥側の伝熱管
（41）にも対応して形成されている。上記吹出孔（51）
は、エア配管（50）の下半分における側面に形成され、
エア配管（50）において下方に開口するように構成され
ている。

【００５１】上記エア配管（50）は、エア供給管（53）
から送られた空気を吹出孔（51）から吹き出し、該空気
を伝熱管（41）の近傍へ供給する。そして、上記吹出孔
（51）から吹き出された空気は、伝熱管（41）と氷（3
2）の間に生じた隙間（33）へ流入し、該隙間（33）の
内部を伝熱管（41）の直管部（42）に沿って、浮力によ
って流動する。

【００５２】一方、上記ブラインチラーには、温度検出
手段である外気温センサ（Th1）が設けられている。該
外気温センサ（Th1）は、外気温度を検出して検出信号
を出力している。

【００５３】上記エアポンプ（52）は、コントローラ
（80）によって駆動制御されている。該コントローラ
（80）には、外気温センサ（Th1）の検出信号が入力さ
れると共に、撹拌制御手段（81）が設けられている。該
撹拌制御手段（81）は、外気温センサ（Th1）の検出温
度が所定の温度範囲になると、上記空気供給手段（5A）
のエアポンプ（52）を駆動するように構成されている。
つまり、上記撹拌制御手段（81）は、冷熱を利用した利
用冷房運転時の所定条件になると、伝熱管（41）と氷
（32）との間の間隙（33）にエアを供給して熱媒体であ
る水を撹拌するように構成されている。

【００５４】〈作用〉 次に、上述した冷凍装置の運転動作について説明する。

【００５５】−冷蓄熱運転− 先ず、冷蓄熱運転は、室内の冷房が不要となる夜間に、
安価な深夜電力でブラインチラー（21）を運転して行わ
れる。この冷蓄熱運転時には、利用側ポンプ（72）は停
止されて利用側回路（70）における水の循環は行われな
い。また、冷蓄熱運転時には、エアポンプ（52）は停止
されてエア配管（50）からの空気の供給は行われない。

【００５６】冷蓄熱運転時には、第１三方弁（27）が主
熱交換器（22）側を遮断して第１バイパス管（25）側を
連通させる状態となり、ブラインは主熱交換器（22）を
バイパスして第１バイパス管（25）を流れる。一方、第
２三方弁（28）が第２バイパス管（26）側を遮断して蓄
熱熱交換器（40）側を連通させる状態となり、ブライン
は蓄熱熱交換器（40）を流通する。つまり、循環回路
（20）では、ブラインチラー（21）と蓄熱熱交換器（4
0）との間でブラインが循環する。

【００５７】ブラインチラー（21）では、冷媒回路の冷
凍サイクル動作によってブラインが冷却される。ブライ
ンチラー（21）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器
（40）の入口ヘッダ（45）へ流入し、各伝熱管（41）内
を流れ、その間に蓄熱槽（31）内の水と熱交換する。蓄
熱槽（31）内の水は、低温のブラインによって冷却され
て凍結し、伝熱管（41）の周囲で氷（32）が生成して成
長する。その後、ブラインはブラインチラー（21）に戻
って冷却され、再び蓄熱熱交換器（40）へ送られて、こ
の循環を繰り返す。

【００５８】上述のように、冷蓄熱運転では、ブライン
チラー（21）で生成された冷熱によって製氷を行ってい
る。従って、ブラインチラー（21）の冷熱が、蓄熱媒体
である水の潜熱として蓄熱槽（31）内に蓄えられる。こ
の冷蓄熱運転は、蓄熱槽（31）内の氷（32）の量、即ち
製氷量が所定値となるまで継続される。尚、製氷量は、
蓄熱槽（31）内における水位の変化等に基づいて検知さ
れる。

【００５９】−利用冷房運転− 次に、利用冷房運転時の動作について説明する。

【００６０】この利用冷房運転は、冷蓄熱運転により蓄
えた冷熱を利用し、主として昼間に室内を冷房するため
に行われる。また、利用冷房運転として、ピークシフト
運転とピークカット運転との両方が行われる。

【００６１】ピークシフト運転時は、冷蓄熱運転で蓄え
た冷熱を取り出すと同時に、ブラインチラー（21）も運
転して冷房を行う運転である。つまり、ピークシフト運
転では、ブラインチラー（21）で生成する冷熱と、蓄熱
槽（31）に蓄えた冷熱との両方を用いて冷房負荷に対応
する。従って、ピークシフト運転時には解氷運転の利用
分の消費電力が減少して昼間の電力需要の低減が図られ
る。

【００６２】ピークシフト運転時には、第１三方弁（2
7）が第１バイパス管（25）側を遮断して主熱交換器（2
2）側を連通させる状態となり、ブラインは主熱交換器
（22）へ流入する。一方、第２三方弁（28）が第２バイ
パス管（26）側を遮断して蓄熱熱交換器（40）側を連通
させる状態となり、ブラインは蓄熱熱交換器（40）を流
通する。つまり、循環回路（20）では、ブラインチラー
（21）、蓄熱熱交換器（40）、主熱交換器（22）の順で
ブラインが循環する。

【００６３】ブラインチラー（21）では、冷媒回路の冷
凍サイクル動作によってブラインが冷却される。尚、ブ
ラインチラー（21）から流出する際のブラインの温度
は、上記冷蓄熱運転時よりも高く設定される。ブライン
チラー（21）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器
（40）の入口ヘッダ（45）へ流入し、各伝熱管（41）に
分配される。分配されたブラインは伝熱管（41）内を流
れ、その間に蓄熱槽（31）内の氷（32）と熱交換して更
に冷却される。

【００６４】蓄熱熱交換器（40）で冷却されたブライン
は、主熱交換器（22）へ流入する。主熱交換器（22）で
は、低温のブラインと利用側回路（70）の水とが熱交換
を行い、利用側回路（70）の水が冷却される。主熱交換
器（22）で吸熱したブラインは、循環ポンプ（23）を通
って再びブラインチラー（21）へ送られ、この循環を繰
り返す。

【００６５】利用側回路（70）では、主熱交換器（22）
と利用側熱交換器（71）との間で水が循環する。主熱交
換器（22）で冷却された水は、利用側熱交換器（71）へ
流入して室内空気と熱交換を行い、室内空気が冷却され
る。室内空気から吸熱した水は、利用側ポンプ（72）に
よって主熱交換器（22）へ送られ、この循環を繰り返
す。

【００６６】一方、ピークカット運転は、ブラインチラ
ー（21）を停止し、蓄熱槽（31）に蓄えられた冷熱のみ
を利用して冷房を行う運転である。従って、ピークカッ
ト運転時にはブラインチラー（21）の消費電力がゼロと
なり、昼間の電力需要の低減が図られる。

【００６７】ピークカット運転時には、循環回路（20）
において、上記ピークシフト運転時と同様にブラインが
循環する。その際、ブラインチラー（21）は停止してお
り、ブラインは単にブラインチラー（21）を通過して蓄
熱熱交換器（40）へ流入する。ブラインは、蓄熱熱交換
器（40）を流れる間に蓄熱槽（31）の氷（32）と熱交換
して冷却される。つまり、ブラインの冷却は、蓄熱熱交
換器（40）のみにおいて行われる。この点のみが上記ピ
ークシフト運転と相違する。

【００６８】上記ピークシフト運転時及びピークカット
運転時には、主熱交換器（22）で吸熱したブラインが蓄
熱熱交換器（40）に送り込まれる。このブラインは、伝
熱管（41）内を流れ、蓄熱槽（31）の氷（32）と熱交換
する。従って、伝熱管（41）の周囲では氷（32）が融解
し、伝熱管（41）と氷（32）の間に隙間（33）が生じる
（図５参照）。この隙間（33）は、液相である水によっ
て満たされている。

【００６９】この状態でエアポンプ（52）を運転する
と、エア供給管（53）を通じてエア配管（50）に空気が
送り込まれる。この空気は、エア配管（50）の吹出孔
（51）から吹き出され、伝熱管（41）の直管部（42）の
近傍へ供給される。即ち、エア配管（50）によって、伝
熱管（41）の周囲に形成された隙間（33）に空気が送り
込まれる。

【００７０】上記隙間（33）に供給された空気は、浮力
によって伝熱管（41）の直管部（42）に沿って上方へ流
れる。この空気の流動により、上記隙間（33）内の水が
撹拌されて強制対流が生じる。ここで、蓄熱熱交換器
（40）は、伝熱管（41）の上曲管部（43）が水面上に突
出する姿勢で配置されている。従って、上記隙間（33）
に供給された空気は、隙間（33）内を流れて水面から空
気中に排出される。

【００７１】−撹拌制御− そこで、上記エアポンプ（52）の制御、つまり、水の撹
拌制御について、図６に基づき説明する。

【００７２】先ず、ステップＳＴ１１において、解氷運
転である利用冷房運転を開始した後、ステップＳＴ１２
に移り、外気温度を測定する。つまり、コントローラ
（80）が外気温センサ（Th1）の検出信号を取り込んだ
後、ステップＳＴ１３に移る。このステップＳＴ１３に
おいて、撹拌制御手段（81）は、外気温度が２８℃より
高くなったか否かを判定し、外気温度が２８℃より高く
なるまでステップＳＴ１２に戻る。

【００７３】一方、上記外気温度が２８℃より高くなる
と、上記ステップＳＴ１３の判定がＹＥＳとなってステ
ップＳＴ１４に移る。このステップＳＴ１４において、
撹拌制御手段（81）はエアポンプ（52）をＯＮし、上述
したように伝熱管（41）の周囲に形成された隙間（33）
に空気を送り込む。

【００７４】その後、上記ステップＳＴ１４からステッ
プＳＴ１５に移り、外気温度が２５℃以下に低下したか
否かを判定し、外気温度が２５℃以下に低下するまでス
テップＳＴ１４に戻る。

【００７５】一方、上記外気温度が２５℃以下に低下す
ると、上記ステップＳＴ１５の判定がＹＥＳとなってス
テップＳＴ１６に移る。このステップＳＴ１６におい
て、撹拌制御手段（81）はエアポンプ（52）をＯＦＦ
し、上述した隙間（33）への空気供給を停止する。

【００７６】この撹拌制御は、要するに、外気温度が高
くなり、負荷が増大し、利用側熱交換器（71）の要求熱
量が増大すると、エアポンプ（52）を駆動し、冷熱の取
出し量を増大させる。

【００７７】−温蓄熱運転− 次に、他の運転として、温蓄熱運転時の動作について説
明する。

【００７８】この温蓄熱運転は、室内の暖房が不要とな
る夜間に、安価な深夜電力でブラインチラー（21）を運
転して行われる。この温蓄熱運転時には、利用側ポンプ
（72）は停止されて利用側回路（70）における水の循環
は行われない。また、温蓄熱運転時には、エアポンプ
（52）は停止されてエア配管（50）からの空気の供給は
行われない。

【００７９】温蓄熱運転時には、上記の冷蓄熱運転時と
同様に第１三方弁（27）及び第２三方弁（28）が設定さ
れ、ブラインチラー（21）と蓄熱熱交換器（40）との間
でブラインが循環する。

【００８０】ブラインチラー（21）では、冷媒回路のヒ
ートポンプサイクル動作によってブラインが加熱され
る。ブラインチラー（21）で加熱されたブラインは、蓄
熱熱交換器（40）の入口ヘッダ（45）へ流入し、各伝熱
管（41）に分配される。分配されたブラインは伝熱管
（41）内を流れ、その間に蓄熱槽（31）内の水と熱交換
する。蓄熱槽（31）内の水は、高温のブラインによって
加熱される。そして、ブラインチラー（21）で生成した
温熱が、蓄熱媒体である水の顕熱として蓄熱槽（31）内
に蓄えられる。その後、ブラインはブラインチラー（2
1）に戻って加熱され、再び蓄熱熱交換器（40）へ送ら
れて、この循環を繰り返す。

【００８１】−利用暖房運転− 最後に、利用暖房運転時の動作について説明する。

【００８２】この利用暖房運転は、温蓄熱運転により蓄
えた温熱を利用し、主として昼間に室内を暖房するため
に行われる。また、利用暖房運転として、ピークシフト
運転とピークカット運転との両方が行われる。

【００８３】ピークシフト運転時は、温蓄熱運転で蓄熱
槽（31）に蓄えた温熱を取り出すと同時に、ブラインチ
ラー（21）も運転して暖房を行う運転である。そして、
循環回路（20）では、上記の利用冷房運転時と同様に第
１三方弁（27）第２三方弁（28）とが設定され、ブライ
ンチラー（21）、蓄熱熱交換器（40）、主熱交換器（2
2）の順でブラインが循環する。

【００８４】ブラインチラー（21）では、冷媒回路のヒ
ートポンプサイクル動作によってブラインが加熱され
る。このブラインは、蓄熱熱交換器（40）へ送られ、蓄
熱槽（31）内の温水によって更に加熱された後に主熱交
換器（22）へ送られる。主熱交換器（22）では、高温の
ブラインと利用側回路（70）の水とが熱交換を行い、利
用側回路（70）の水が加熱される。主熱交換器（22）で
放熱したブラインは、循環ポンプ（23）を通って再びブ
ラインチラー（21）へ送られ、この循環を繰り返す。

【００８５】利用側回路（70）では、主熱交換器（22）
と利用側熱交換器（71）との間で水が循環する。主熱交
換器（22）で加熱された水は、利用側熱交換器（71）へ
流入して室内空気と熱交換を行い、室内空気が加熱され
る。室内空気へ放熱した水は、利用側ポンプ（72）によ
って主熱交換器（22）へ送られ、この循環を繰り返す。

【００８６】一方、ピークカット運転は、上記利用冷房
運転時と同様に、ブラインチラー（21）を停止し、蓄熱
熱交換器（40）と主熱交換器（22）との間でブラインを
循環させて行われる。そして、ピークカット運転には、
蓄熱槽（31）に蓄えられた温熱のみを利用して暖房が行
われる。

【００８７】〈実施形態１の効果〉 以上のように、本実施形態によれば、所定条件になると
空気を蓄熱槽（31）に供給するようにしたために、省エ
ネルギ化を確実に図ることができる。

【００８８】特に、エアポンプ（52）を必要時のみ駆動
するので、無駄なエネルギの消費を確実に抑制すること
ができる。

【００８９】また、冷熱の要求が大きくなると、エアポ
ンプ（52）を駆動するので、負荷に確実に対応すること
ができ、空調の快適性を向上させることができる。

【００９０】更にまた、空気供給手段（5A）は、伝熱管
（41）の近傍へ空気を供給するようにしている。したが
って、氷（32）の融解によって伝熱管（41）の周囲に生
じる隙間（33）に空気を確実に送り込むことができる。
このため、上記隙間（33）の液相中で強制対流を生じさ
せることができ、氷（32）と伝熱管（41）との伝熱を促
進させることができる。この結果、氷（32）と伝熱管
（41）内のブラインとの熱交換量を十分に確保すること
ができ、利用運転中の冷熱取り出し性能を高く維持する
ことができる。

【００９１】また、冷熱取り出し性能を高く維持できる
ため、蓄熱槽（31）内に残留する氷（32）の量が少なく
なったときにも充分に冷熱を取り出すことができる。し
たがって、蓄熱槽（31）内に残留する氷（32）の量が少
なくなった状態においても、冷熱の取り出しを充分に行
うことができる。このため、蓄熱槽（31）内に氷（32）
が残っているにもかかわらず冷熱の取り出しができなく
なるといいう問題を回避することができる。

【００９２】また、上記蓄熱槽（31）に蓄えた冷熱を余
すことなく利用することができ、残氷によるエネルギの
ロスを低減することができる。

【００９３】

【発明の実施の形態２】次に、本発明の実施形態２を図
面に基づいて説明する。

【００９４】本実施形態は、図７に示すように、実施形
態１が外気温度によって空気の撹拌制御を行ったのに代
えて、ブライン温度によって空気の撹拌制御を行うもの
である。

【００９５】図１に示すように、循環回路（20）におけ
る第２三方弁（28）の下流側には、ブライン温度を検出
するブライン温度センサ（Th2）が設けられている。つ
まり、該ブライン温度センサ（Th2）は、循環回路（2
0）の蓄熱熱交換器（40）の出口側におけるブラインの
温度を検出する温度検出手段である。

【００９６】また、コントローラ（80）の撹拌制御手段
（81）は、ブライン温度センサ（Th2）の検出温度が所
定の温度範囲になると、空気供給手段（5A）のエアポン
プ（52）を駆動するように構成されている。

【００９７】そこで、上記エアポンプ（52）の制御につ
いて、図７に基づき説明する。この制御動作は、基本的
に実施形態１（図６参照）と同様である。

【００９８】先ず、解氷運転である利用冷房運転を開始
した後（ステップＳＴ２１）、ブライン温度を測定する
（ステップＳＴ２２）。続いて、上記撹拌制御手段（8
1）は、ブライン温度が５．５℃より高くなったか否か
を判定する（ステップＳＴ２３）。

【００９９】上記ブライン温度が５．５℃より高くなる
と、撹拌制御手段（81）はエアポンプ（52）をＯＮし
（ステップＳＴ２４）、伝熱管（41）の周囲の隙間（3
3）に空気を送り込む。

【０１００】その後、上記ブライン温度が３．５℃以下
に低下したか否かを判定し（ステップＳＴ２５）、ブラ
イン温度が３．５℃以下に低下すると、撹拌制御手段
（81）はエアポンプ（52）をＯＦＦし、上述した隙間
（33）への空気供給を停止する（ステップＳＴ２６）。
その他の構成並びに作用及び効果は実施形態１と同様で
ある。

【０１０１】

【発明の実施の形態３】次に、本発明の実施形態３を図
面に基づいて説明する。

【０１０２】本実施形態は、図８に示すように、実施形
態１が外気温度によって空気の撹拌制御を行ったのに代
えて、利用側熱媒体の温度である利用側水温によって空
気の撹拌制御を行うものである。

【０１０３】図１に示すように、利用側回路（70）にお
ける主熱交換器（22）の下流側には、利用側水温を検出
する水温センサ（Th3）が設けられている。つまり、該
水温センサ（Th3）は、利用側回路（70）の主熱交換器
（22）の出口側における水温を検出する温度検出手段で
ある。

【０１０４】また、コントローラ（80）の撹拌制御手段
（81）は、水温センサ（Th3）の検出温度が所定の温度
範囲になると、空気供給手段（5A）のエアポンプ（52）
を駆動するように構成されている。

【０１０５】そこで、上記エアポンプ（52）の制御につ
いて、図８に基づき説明する。この制御動作は、基本的
に実施形態１（図６参照）と同様である。

【０１０６】先ず、解氷運転である利用冷房運転を開始
した後（ステップＳＴ３１）、利用側水温を測定する
（ステップＳＴ３２）。続いて、撹拌制御手段（81）
は、利用側水温が９℃より高くなったか否かを判定する
（ステップＳＴ３３）。

【０１０７】上記利用側水温が９℃より高くなると、撹
拌制御手段（81）はエアポンプ（52）をＯＮし（ステッ
プＳＴ３４）、伝熱管（41）の周囲の隙間（33）に空気
を送り込む。

【０１０８】その後、上記利用側水温が７℃以下に低下
したか否かを判定し（ステップＳＴ３５）、利用側水温
が７℃以下に低下すると、撹拌制御手段（81）はエアポ
ンプ（52）をＯＦＦし、上述した隙間（33）への空気供
給を停止する（ステップＳＴ３６）。

【０１０９】したがって、本実施形態では、利用側水温
を検出して撹拌制御を行うので、負荷に直接に対応して
冷熱の取出しを制御することができる。その他の構成並
びに作用及び効果は実施形態１と同様である。

【０１１０】

【発明の実施の形態４】次に、本発明の実施形態４を図
面に基づいて説明する。

【０１１１】本実施形態は、図９に示すように、実施形
態１が外気温度によって空気の撹拌制御を行ったのに代
えて、一日の時刻によって空気の撹拌制御を行うもので
ある。

【０１１２】図１に示すように、コントローラ（80）に
は、時刻を刻むタイマ（82）が設けられている。また、
コントローラ（80）の撹拌制御手段（81）は、上記タイ
マ（82）の時刻が所定の時刻範囲になると、上記空気供
給手段（5A）のエアポンプ（52）を駆動するように構成
されている。

【０１１３】そこで、上記エアポンプ（52）の制御につ
いて、図９に基づき説明する。この制御動作は、基本的
に実施形態１（図６参照）と同様である。

【０１１４】先ず、解氷運転である利用冷房運転を開始
した後（ステップＳＴ４１）、時刻を測定し、つまり、
タイマ（82）の時刻を読み込む（ステップＳＴ４２）。
続いて、撹拌制御手段（81）は、現在時刻が１２時か否
かを判定する（ステップＳＴ４３）。

【０１１５】現在時刻が１２時になると、撹拌制御手段
（81）はエアポンプ（52）をＯＮし（ステップＳＴ４
４）、伝熱管（41）の周囲の隙間（33）に空気を送り込
む。

【０１１６】その後、現在時刻が１５時になったか否か
を判定し（ステップＳＴ４５）、現在時刻が１５時にな
ると、撹拌制御手段（81）はエアポンプ（52）をＯＦＦ
し、上述した隙間（33）への空気供給を停止する（ステ
ップＳＴ４６）。

【０１１７】したがって、本実施形態では、現在時刻に
よって撹拌制御を行うので、決められた時間帯のみに解
氷を集中させることができる。その他の構成並びに作用
及び効果は実施形態１と同様である。

【０１１８】

【発明の他の実施の形態】上記実施形態においては、循
環回路（20）がブラインを循環させるようにしたが、本
発明は冷媒などの各種のものであってもよい。

【０１１９】また、本発明は、空調を行う冷凍装置に限
られず、各種の冷凍装置であったもよいことは勿論のこ
と、循環回路（20）なども実施形態に限定されるもので
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る氷蓄熱装置の配管系統
図である。

【図２】蓄熱槽及び蓄熱熱交換器を示す概略構成図であ
る。

【図３】蓄熱熱交換器の構成を示す概略斜視図である。

【図４】蓄熱熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。

【図５】蓄熱熱交換器の断面を示す要部断面図である。

【図６】実施形態１の撹拌制御を示す制御フロー図であ
る。

【図７】実施形態２の撹拌制御を示す制御フロー図であ
る。

【図８】実施形態３の撹拌制御を示す制御フロー図であ
る。

【図９】実施形態４の撹拌制御を示す制御フロー図であ
る。

【符号の説明】

20 循環回路 21 ブラインチラー 22 主熱交換器 31 蓄熱槽 40 蓄熱熱交換器 41 伝熱管 5A 空気供給手段 50 エア配管 52 エアポンプ 53 エア供給管 70 利用側回路 71 利用側熱交換器 80 コントローラ 81 撹拌制御手段 82 タイマ Th1 外気温センサ（温度検出手段） Th2 ブライン温度センサ（温度検出手段） Th3 水温センサ（温度検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−313591（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−68538（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 20/00 F24F 5/00 102

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽（31）に収納された蓄熱熱交換器
   （40）を有し且つ熱媒体が循環する循環回路（20）を備
   え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却して氷蓄熱を行
   う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって熱媒体を冷却し
   て冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装置において、 上記蓄熱槽（31）内に空気を供給して蓄熱媒体を撹拌す
   る空気供給手段（5A）が設けられ、 該 空気供給手段（5A）は、蓄熱槽（31）に導入されたエ
   ア供給管（53）と、該エア供給管（53）に設けられたエ
   アポンプ（52）を備える一方、 外気温度を検出する温度検出手段（Th1）が設けられ、解氷運転の開始後、上記 温度検出手段（Th1）の検出温
   度が第１の所定温度になると、上記空気供給手段（5A）
   のエアポンプ（52）を駆動し、上記検出温度が第２の所
   定温度以下に低下すると、上記エアポンプ（52）を停止
   する撹拌制御手段（81）が設けられている冷凍装置。
2. 【請求項２】 蓄熱槽（31）に収納された蓄熱熱交換器
   （40）を有し且つ熱媒体が循環する循環回路（20）を備
   え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却して氷蓄熱を行
   う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって熱媒体を冷却し
   て冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装置において、 上記蓄熱槽（31）内に空気を供給して蓄熱媒体を撹拌す
   る空気供給手段（5A）が設けられ、 該 空気供給手段（5A）は、蓄熱槽（31）に導入されたエ
   ア供給管（53）と、該エア供給管（53）に設けられたエ
   アポンプ（52）を備える一方、上記 循環回路（20）の熱媒体の温度を検出する温度検出
   手段（Th2）が設けられ、 解氷運転の開始後、上記 温度検出手段（Th2）の検出温
   度が第１の所定温度になると、上記空気供給手段（5A）
   のエアポンプ（52）を駆動し、上記検出温度が第２の所
   定温度以下に低下すると、上記エアポンプ（52）を停止
   する撹拌制御手段（81）が設けられている冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 温度検出手段（Th2）が、循環回路（20）の蓄熱熱交換
   器（40）の出口側における熱媒体の温度を検出する冷凍
   装置。
4. 【請求項４】 蓄熱槽（31）に収納された蓄熱熱交換器
   （40）を有し且つ熱媒体が循環する循環回路（20）を備
   え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却して氷蓄熱を行
   う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって熱媒体を冷却し
   て冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装置において、 上記蓄熱槽（31）内に空気を供給して蓄熱媒体を撹拌す
   る空気供給手段（5A）が設けられ、 上記 循環回路（20）には、利用側熱媒体が循環する利用
   側回路（70）が主熱交換器（22）を介して接続され、上記 空気供給手段（5A）は、蓄熱槽（31）に導入された
   エア供給管（53）と、該エア供給管（53）に設けられた
   エアポンプ（52）を備える一方、 上記利用側回路（70）の利用側熱媒体の温度を検出する
   温度検出手段（Th3）が設けられ、 解氷運転の開始後、上記 温度検出手段（Th3）の検出温
   度が第１の所定温度になると、上記空気供給手段（5A）
   のエアポンプ（52）を駆動し、上記検出温度が第２の所
   定温度以下に低下すると、上記エアポンプ（52）を停止
   する撹拌制御手段（81）が設けられている冷凍装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 温度検出手段（Th3）が、利用側回路（70）の主熱交換
   器（22）の出口側における利用側熱媒体の温度を検出す
   る冷凍装置。
6. 【請求項６】 蓄熱槽（31）に収納された蓄熱熱交換器
   （40）を有し且つ熱媒体が循環する循環回路（20）を備
   え、上記蓄熱槽（31）の蓄熱媒体を冷却して氷蓄熱を行
   う一方、上記蓄熱槽（31）の氷によって熱媒体を冷却し
   て冷熱を取り出す解氷運転を行う冷凍装置において、 上記蓄熱槽（31）内に空気を供給して蓄熱媒体を撹拌す
   る空気供給手段（5A）が設けられ、 該 空気供給手段（5A）は、蓄熱槽（31）に導入されたエ
   ア供給管（53）と、該エア供給管（53）に設けられたエ
   アポンプ（52）を備える一方、 時刻を刻むタイマ（82）が設けられ、 解氷運転の開始後、冷熱要求が大きくなるとき、エアポ
   ンプ（52）を駆動するように、上記 タイマ（82）の時刻
   が第１の所定時刻になると、上記空気供給手段（5A）の
   エアポンプ（52）を駆動し、その後、第２の所定時刻に
   なると、上記エアポンプ（52）を停止する撹拌制御手段
   （81）が設けられている冷凍装置。