JP3445410B2 - 氷蓄熱システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、氷蓄熱槽に潜熱として
蓄えた冷熱を利用して二次側の冷媒を冷却するための氷
蓄熱システムに関する。 【０００２】 【従来の技術】冷凍機で氷点下に冷却したブラインを過
冷却器に循環供給し、氷蓄熱槽内の水を取水してその過
冷却器に送ることにより、過冷却状態にした水を氷と水
のスラリー状態で氷蓄熱槽内に吐き出して蓄熱を行う氷
蓄熱システムは公知である。かような氷蓄熱システムで
は、蓄熱時における過冷却器内での水の凍結による閉塞
といった問題を回避するために、過冷却器に送る前の水
を予熱することが行われている。また、過冷却器内で水
が凍結した場合には、過冷却器に送られるブラインを加
熱して過冷却器内で凍結した氷を融解させている。そし
て、これら過冷却器に送る前の水の予熱やブラインの加
熱によって生じる冷熱を利用して二次側の冷媒を冷却す
ることも、従来より行われている。 【０００３】図２に、そのように過冷却器に送る前の水
の予熱やブラインの加熱によって生じる冷熱を利用して
二次側の冷媒を更に冷却するように構成した従来の氷蓄
熱システムの概要を示す。蓄熱時には氷蓄熱槽５０内の
水を、槽底部のフィルタ５１を介してポンプ５２で汲み
上げ、過冷却器５３に送る。過冷却器５３には、冷凍機
５４で氷点下に冷却されたブラインがポンプ５５の稼働
で循環供給されている。そして、この過冷却器５３で−
２〜−３℃程度まで冷却された過冷却状態の水を、氷蓄
熱槽５０の上部に設置された解除パイプ５６に吐き出
す。この解除パイプ５６内において過冷却状態の水が氷
と水のスラリー状態となって氷蓄熱槽５０内に吐き出さ
れる。氷蓄熱槽５０内に吐き出されたスラリー状の氷と
水は密度差によって氷と水に分離し、水は再びポンプ５
２で汲み上げられて過冷却器５３に送られる。こうして
氷蓄熱槽５０内の水の温度が２℃付近まで低下すると氷
生成が始まり、以後、氷蓄熱槽５０内の水の温度が０℃
に維持される。 【０００４】このような従来の蓄熱システムにおいて蓄
熱を行う際に、先ず、過冷却器５３に送る前の水を予熱
するにあたっては、氷蓄熱槽５０の底部から汲み上げた
水の一部をポンプ５２の上流側に設けた分岐回路６０か
らポンプ６１の稼働で熱交換器６２に循環供給し、二次
側の冷媒と熱交換を行わせる。熱交換の結果、分岐回路
６０から熱交換器６２に供給された水は昇温し、その
後、戻り回路６３から戻されて再び過冷却器５３に送る
前の水に合流する。こうして過冷却器５３に送る前の水
を約０．５℃に昇温させることによって、過冷却器５３
内での水の凍結による閉塞といった問題を回避してい
る。 【０００５】また、過冷却器５３の凍結状態を解決する
ためにブラインを加熱するにあたっては、過冷却器５３
から冷凍機５４に戻されるブラインを弁７５によって止
め、過冷却器５３出口のブライン回路に設けた分岐回路
６５からポンプ６６の稼働で熱交換器６７に循環供給
し、二次側の冷媒と熱交換を行わせる。熱交換の結果、
分岐回路６５から熱交換器６７に供給されたブラインは
昇温し、その後、戻り回路６８から戻されて過冷却器５
３に送られる。こうして過冷却器５３に送られるブライ
ンを昇温させることによって、過冷却器５３内で発生し
た水の凍結を融解・解除する構成になっている。そし
て、これら過冷却器５３に送る前の水を予熱することに
よって得た冷熱や、ブラインの加熱によって得た冷熱を
利用して、二次側の冷媒を更に冷却している。 【０００６】一方、この蓄熱システムにおいて放熱を行
う場合は、過冷却器５３とポンプ５２の間に設けられた
弁７０を閉め、ポンプ５２と弁７０の間に接続した分岐
回路７１の弁７２を開ける。そして、氷蓄熱槽５０の底
部からポンプ５２で汲み上げた水を、分岐回路７１から
熱交換器７３に供給し、熱交換器７３で冷熱を放出した
水は戻り回路７４から氷蓄熱槽１の上部に戻す。 【０００７】また、例えば日中のピーク負荷などに対応
する場合は、冷凍機５４と過冷却器５３の間に設けられ
た弁７５を閉め、冷凍機５４と弁７５の間に接続した分
岐回路７６の弁７７を開ける。そして、冷凍機５４で５
℃程度に冷却したブラインを分岐回路７６から熱交換器
７８に供給し、熱交換器７８で冷熱を放出したブライン
は戻り回路７９からポンプ５５の稼働で冷凍機５４に戻
す。このように蓄熱時においては過冷却器５３に供給さ
れるブラインを二次側の冷媒と直接熱交換させることに
よって、いわゆる日中追い掛け熱交換ができるように構
成されている。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】このように従来の氷蓄
熱システムは、蓄熱運転時における予熱用の熱交換器６
２およびブライン加熱用の熱交換器６７と、放熱運転時
における熱交換器７３および日中追い掛け冷却用の熱交
換器７８といった、全部で四台の熱交換器を備えてい
る。そのため、従来の氷蓄熱システムは設置スペースが
広く必要であり、また、設備コストや運転コストも割高
である。 【０００９】本発明の目的は、以上のような氷蓄熱シス
テムにおいて熱交換器の設置台数を減らすことにより、
スペースの縮小化および低コスト化を達成することにあ
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、冷凍機
で氷点下に冷却されたブラインが循環供給される過冷却
器に氷蓄熱槽内の水を送り、該過冷却器で過冷却状態に
した水を氷と水のスラリー状態で氷蓄熱槽内に吐き出し
て蓄熱を行う氷蓄熱システムにおいて、氷蓄熱槽内の水
と熱交換して二次側の冷媒を冷却する氷蓄熱槽水系熱交
換器と、冷凍機で冷却されたブラインと熱交換して二次
側の冷媒を冷却するブライン系熱交換器とを備え、氷蓄
熱槽水系熱交換器に対して、過冷却器に送られる水の一
部を循環供給させる状態と、氷蓄熱槽内から取水した水
の全部を循環供給させる状態とに切り換える回路と、ブ
ライン系熱交換器に対して、凍結した過冷却器のブライ
ンを循環供給させる状態と、冷凍機で氷点下に冷却され
たブラインの全部を循環供給させる状態とに切り換える
回路とを備えていることを特徴とする氷蓄熱システムが
提供される。 【００１１】 【作用】本発明の氷蓄熱システムでは、蓄熱運転時にお
いては、過冷却器に送られる水の一部を氷蓄熱槽水系熱
交換器に循環供給させて二次側の冷媒と熱交換を行わせ
ることにより予熱を行う。また、凍結した過冷却器のブ
ラインをブライン系熱交換器に循環させ、ブラインを加
熱して過冷却器内での凍結を解除する。そして、これら
予熱やブラインの加熱によって得た冷熱は、二次側の冷
媒の冷却に利用することができる。 【００１２】一方、放熱時においては、回路を切り換え
ることによって、氷蓄熱槽内から取水した水の全部を氷
蓄熱槽水系熱交換器に循環供給して二次側の冷媒を冷却
する。また、例えば日中のピーク負荷などに対応する場
合は、冷凍機で５℃程度に冷却したブラインをブライン
系熱交換器に供給し、ブラインと二次側の冷媒とを直接
熱交換させることによって、いわゆる日中追い掛け熱交
換を行うことができる。 【００１３】このように本発明の氷蓄熱システムは、回
路を切り換えることによって、氷蓄熱槽水系熱交換器
を、蓄熱時においては過冷却器に送られる水を予熱する
ための熱交換器として機能させ、放熱時においては氷蓄
熱槽内から取水した水で二次側の冷媒を冷却する熱交換
器として機能させることができる。また、回路を切り換
えることによって、ブライン系熱交換器を、蓄熱時にお
いてはブラインを加熱して過冷却器内での凍結を解除す
るための熱交換器として機能させ、放熱時においてはブ
ラインと二次側の冷媒とを直接熱交換させるいわゆる日
中追い掛け熱交換器として機能させることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の実施例にかかる氷蓄熱システムの概要を示すフ
ロー図である。 【００１５】氷蓄熱槽１内の水は、槽底部のフィルタ２
を介して回路３からポンプ４で汲み上げられ、弁５を通
過して過冷却器６に送られる。過冷却器６には、冷凍機
７で氷点下（例えば約−６℃）に冷却されたブライン
が、回路８から弁９を経て供給され、過冷却器６におい
て熱交換を終えたブラインは、回路１０を経てポンプ１
１の稼働で冷凍機７に戻される。冷凍機７は、例えばタ
ーボ冷凍機などで構成される。また、冷却塔１２で冷却
された冷却水がポンプ１３の稼働によって冷凍機７に循
環供給され、ブラインから熱を奪っている。 【００１６】過冷却器６内において冷凍機７のブライン
と熱交換して過冷却状態となった水が、氷蓄熱槽１の上
方に設置された解除パイプ１５に吐き出され、氷と水の
スラリー状態となって氷蓄熱槽１内の上部に吐き出され
る。氷蓄熱槽１内に吐き出されたスラリー状の水は密度
差によって氷と水に分離し、水は再びポンプ４で汲み上
げられ、回路３を経由して過冷却器６に送られる。こう
して氷蓄熱槽１内の水の温度が０℃付近まで低下すると
氷生成が始まり、以後、氷蓄熱槽１内の水の温度が０℃
に維持される。氷蓄熱槽１内に生成される氷は雪を水に
浸したような性状を有する。 【００１７】そして、この実施例の氷蓄熱システムは、
氷蓄熱槽１内の水と熱交換して二次側の冷媒を冷却する
氷蓄熱槽水系熱交換器２０と、冷凍機７で冷却されたブ
ラインと熱交換して二次側の冷媒を冷却するブライン系
熱交換器２１とを備えている。氷蓄熱槽水系熱交換器２
０の二次側とブライン系熱交換器２１の二次側には、例
えば空調冷房用の冷水がポンプ２２、２３で循環供給さ
れ、氷蓄熱槽１内の水および冷凍機７のブラインと熱交
換して冷却されるようになっている。 【００１８】そして、回路３においてポンプ４の上流側
には、過冷却器６に送られる水の一部を取水して氷蓄熱
槽水系熱交換器２０に循環供給させる分岐回路２５が接
続されている。分岐回路２５にはポンプ２６、逆流防止
用のチャッキ弁２９が設けられており、このポンプ２６
の稼働によって回路３中を流れる水の一部を取水し、そ
の取水した水を氷蓄熱槽水系熱交換器２０に供給する。
そして、氷蓄熱槽水系熱交換器２０で冷熱を放出し、昇
温した水は戻り回路２７を経て、再び回路３のポンプ４
の上流側に戻されるようになっている。戻り回路２７に
は弁２８が設けてある。 【００１９】また、回路３においてポンプ４の下流側に
は、氷蓄熱槽１内から回路３を経て取水した水の全部を
氷蓄熱槽水系熱交換器２０に循環供給させる供給回路３
０が接続されている。供給回路３０には弁３１が設けて
ある。この供給回路３０を経て氷蓄熱槽水系熱交換器２
０に供給された水は、氷蓄熱槽水系熱交換器２０で冷熱
を放出した後、戻り回路３２を経て、氷蓄熱槽１内の上
部（高温側）に直接戻されるようになっている。戻り回
路３２には弁３３が設けてある。 【００２０】そして、回路１０において過冷却器６の出
口には、過冷却器６から冷凍機７に戻されるブラインの
一部を取り出してブライン系熱交換器２１に循環供給さ
せる分岐回路３５が接続されている。この分岐回路３５
からブライン系熱交換器２１に供給されて冷熱を放出
し、昇温したブラインは戻り回路３６を経て、回路８の
弁９の下流側に戻されるようになっている。戻り回路３
６にはポンプ３７、逆流防止用のチャッキ弁３８が設け
られており、このポンプ３７の稼働によって過冷却器６
内のブラインをブライン系熱交換器２１に供給する。 【００２１】また、回路８において弁９の上流側には、
冷凍機７で冷却されたブラインの全部をブライン系熱交
換器２１に循環供給させる供給回路４０が接続されてい
る。供給回路４０には弁４１が設けてある。この供給回
路４０を経てブライン系熱交換器２１に供給されたブラ
インは、ブライン系熱交換器２１で冷熱を放出した後、
戻り回路４２を経て、回路１０のポンプ１１の上流側に
戻され、再び冷凍機７で冷却されるようになっている。 【００２２】次に、以上のように構成された実施例の氷
蓄熱システムの作用を、蓄熱運転と放熱運転に分けて説
明する。 【００２３】［蓄熱運転］蓄熱運転時は、回路８の弁９
を開け、供給回路４０の弁４１を閉じ、冷凍機７で氷点
下（例えば約−６℃）に冷却したブラインをポンプ１１
の稼働で過冷却器６に送る。また、回路３の弁５を開
け、供給回路３０の弁３１を閉じ、氷蓄熱槽１底部より
ポンプ４で汲み上げた水を回路３から過冷却器６に送
り、過冷却器６で冷却した過冷却状態の水を、解除パイ
プ１５に吐き出し、氷と水のスラリー状態にして氷蓄熱
槽１内の上部に吐き出す。こうして、氷蓄熱槽１内に氷
を生成させて蓄熱する。 【００２４】蓄熱運転中に過冷却器６内での水の凍結や
閉塞を防ぐべく予熱するに際しては、分岐回路２５の弁
２８を開け、ポンプ２６の稼働によって回路３中から供
給回路２５に取水した水を、氷蓄熱槽水系熱交換器２０
に供給する。なお、供給回路２５における逆流はチャッ
キ弁２９で防止される。そして、氷蓄熱槽水系熱交換器
２０で冷熱を放出し、昇温した水を戻り回路２７から回
路３中に戻して混合することにより、過冷却器６に供給
される水の温度を全体的に昇温させる。回路３中から供
給回路２５に取水する水の量は、過冷却器６に供給され
る水の温度を約０．５℃程度に昇温できるように、弁２
８の開度やポンプ２６の稼働量で調整する。こうして約
０．５℃程度に予熱した水を過冷却器６に供給すれば、
過冷却器６内での水の凍結や閉塞といった問題を解消で
きる。 【００２５】また、蓄熱運転中に過冷却器６内で凍結が
発生してしまった場合には、過冷却器６に供給している
ブラインを加熱し、過冷却器６内の凍結を融解させる。
その場合は、回路８に設けてある弁９を閉め、過冷却器
６から回路１０を経て冷凍機７に戻されるブラインの一
部をポンプ１１の上流側に設けた分岐回路３５に取り出
し、その取り出したブラインをブライン系熱交換器２１
に供給して、二次側の冷媒と熱交換を行わせる。この熱
交換の結果で昇温したブラインを戻り回路３６から回路
８に戻して過冷却器６内のブラインを昇温させることに
よって、過冷却器６内で発生した水の凍結を融解・解除
する。 【００２６】このように、過冷却器６に送る前の水を予
熱し、また、ブラインを加熱した結果、二次側の冷媒は
冷却される。この二次側の冷媒の冷熱は、例えば空調冷
房などにおいて利用することができる。 【００２７】［放熱運転］放熱運転時は、回路３の弁５
を閉じ、供給回路３０の弁３１を開け、回路２７の弁２
８を閉じる。そして、氷蓄熱槽１の底部から回路３を介
してポンプ４で汲み上げた水を、供給回路３０から氷蓄
熱槽水系熱交換器２０に供給し、氷蓄熱槽水系熱交換器
２０で冷熱を放出した水は戻り回路３２から氷蓄熱槽１
の上部に戻す。こうして、二次側の冷媒に対して冷熱を
放出する。 【００２８】また、例えば日中のピーク負荷などに対応
する場合は、回路８の弁９を閉じ、供給回路４０の弁４
１を開ける。そして、冷凍機７で例えば５℃程度に冷却
されたブラインを、供給回路４０からブライン系熱交換
器２１に供給し、ブライン系熱交換器２１で冷熱を放出
したブラインは戻り回路４２から冷凍機７に戻して再び
冷却する。このように冷凍機７で５℃程度にまで冷却し
たブラインと二次側の冷媒とを熱交換させることによっ
て、例えば日中のピーク負荷などにも対応できる。 【００２９】 【発明の効果】本発明によれば、氷蓄熱槽水系熱交換器
を予熱熱用と氷蓄熱の放熱用の熱交換器として兼用する
ことができ、また、ブライン系熱交換器を過冷却器内で
の凍結を解除するためのブライン加熱用と日中追い掛け
冷却用の熱交換器として兼用することができる。このよ
うに熱交換器を兼用させたことにより、従来は四台設置
していた熱交換器の設置台数を二台に減らすことができ
る。従って、本発明によれば、従来に比べてスペースの
少ない、低コストの氷蓄熱システムを提供できるように
なる。 【００３０】また、氷蓄熱槽水系熱交換器とブライン系
熱交換器の流量は日中運転時の能力で選定され、蓄熱時
の予熱及び凍結解除運転時の流量はその１／５〜１／１
０程度である。従って、熱交換器圧損が大幅に減少し、
ポンプ動力を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例にかかる氷蓄熱システムの概要
を示すフロー図である。 【図２】従来の氷蓄熱システムの概要を示すフロー図で
ある。 【符号の説明】 １ 氷蓄熱槽 ６ 過冷却器 ７ 冷凍機 ２０ 氷蓄熱槽水系熱交換器 ２１ ブライン系熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 文教 千葉県松戸市常盤平柳町６−４ ミナミ ハイツ303 (72)発明者 神白 雅治 埼玉県浦和市文蔵５−９−９ (56)参考文献 特開 平５−172444（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322396（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−133944（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 5/00 102

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 冷凍機で氷点下に冷却されたブラインが
   循環供給される過冷却器に氷蓄熱槽内の水を送り、該過
   冷却器で過冷却状態にした水を氷と水のスラリー状態で
   氷蓄熱槽内に吐き出して蓄熱を行う氷蓄熱システムにお
   いて、 氷蓄熱槽内の水と熱交換して二次側の冷媒を冷却する氷
   蓄熱槽水系熱交換器と、冷凍機で冷却されたブラインと
   熱交換して二次側の冷媒を冷却するブライン系熱交換器
   とを備え、 氷蓄熱槽水系熱交換器に対して、過冷却器に送られる水
   の一部を循環供給させる状態と、氷蓄熱槽内から取水し
   た水の全部を循環供給させる状態とに切り換える回路
   と、 ブライン系熱交換器に対して、過冷却器に送られるブラ
   インの一部を循環供給させる状態と、冷凍機で氷点下に
   冷却されたブラインの全部を循環供給させる状態とに切
   り換える回路とを備えていることを特徴とする氷蓄熱シ
   ステム。