JP3788391B2 - 氷蓄熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱装置に関し、特に、ブラインが循環するブライン回路と水が循環する利用側回路とに接続された主熱交換器における製氷時の凍結防止技術に係るものである。
【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。この氷蓄熱装置は、例えば空調機と組み合わせて利用されている。この氷蓄熱装置では、夜間に製氷を行って冷熱を蓄える一方、昼間には夜間に蓄えた冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、安価な深夜電力を利用して空調機の運転コストを低減するとともに、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７−３０１４３８号公報に開示されているように、いわゆるスタティック型で内融方式を採用したものが知られている。図５に示すように、この種の氷蓄熱装置（100）は、蓄熱槽（110）に接続されたブライン回路（120）と、水が循環する利用側回路（130）とを備え、両回路（120，130）が主熱交換器（140）を介して接続されている。蓄熱槽（110）には、水等の蓄熱媒体が貯留され、その内部には熱媒体としてのブラインが流れる伝熱管（111）が配置されている。ブライン回路（120）は、主熱交換器（140）と蓄熱槽（110）の伝熱管（111）との間に、ブラインポンプ（121）及びブラインチラー（冷凍機）（122）を有している。また、ブラインポンプ（121）の上流側には膨張タンク（123）が接続されている。さらに、ブライン回路（120）には主熱交換器（140）と並列のバイパス通路（124）が設けられ、バイパス通路（124）の下流端には三方弁（125）が設けられている。
【０００４】
そして、製氷時には、ブラインチラー（122）でマイナス５℃程度に冷却したブラインをブライン回路（120）内で循環させ、蓄熱槽（110）の蓄熱媒体を凍らせる。このとき、三方弁（125）はブラインがバイパス通路（124）のみを流れるように切り換えられる。
【０００５】
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ブラインを冷却する。このとき、ブラインは三方弁（125）を切り換えることにより主熱交換器（140）に供給され、利用側回路（130）の水を冷却する。そして、その冷熱を該利用側回路（130）の室内熱交換器（131）等に搬送し、冷房等を行う。このときは、主熱交換器（140）を流れるブラインとバイパス通路（124）を流れるブラインの流量を三方弁（125）で適宜調整することにより、冷却温度が制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記氷蓄熱装置（100）において、製氷時にブラインは基本的には主熱交換器（140）へ流れないが、主熱交換器（140）の入口側配管（126）の温度がバイパス通路（124）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下していき、それに伴って主熱交換器（140）の温度が低下することがあった。そして、このときには利用側回路（130）で水が循環していないため、主熱交換器（140）内に溜まっている水が凍りやすく、場合によっては主熱交換器（140）が破損するなどの不具合を生じるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、氷蓄熱装置でブラインと水とを熱交換させる主熱交換器の凍結を防止して、主熱交換器の破損などの不具合が発生するのを阻止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ブライン回路において主熱交換器の前後の配管から主熱交換器への冷熱の伝達を防止して、該主熱交換器の凍結を阻止するようにしたものである。
【０００９】
具体的に、請求項１から５に記載の発明は、ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、ブライン回路（20）に、主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）と、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁（26）とを備えた氷蓄熱装置を前提としている。
【００１０】
そして、請求項１に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の上流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側に、出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の上方に位置する出口側配管（28）に液トラップ（28a）が設けられる。
【００１１】
この請求項１の発明において、製氷時には、ブラインチラー等の冷凍機で冷却したブラインをブライン回路（20）内で循環させることにより、蓄熱槽（11）の蓄熱媒体が凍結する。このとき、制御弁（26）はブラインがバイパス通路（25）のみを流れるように設定される。したがって、製氷時にブラインは主熱交換器（40）へ流れない。また、制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられていて、製氷時には主熱交換器（40）の入口側配管（27）がブライン回路（20）から遮断されるため、上記入口側配管（27）の温度がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下することはない。さらに、主熱交換器（40）の出口側配管（28）には、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通る液トラップ（28a）が設けられているため、ブライン回路（20）の低温のブラインが出口側配管（28）に入ることがなく、該出口側配管（28）の温度低下も防止できる。以上のことから、主熱交換器（40）に溜まっている水が凍るのを防止できる。
【００１２】
一方、冷熱の利用時には、蓄熱槽（11）の氷化物によってブラインを冷却しながら、制御弁（26）を切り換えてブラインを主熱交換器（40）に供給し、利用側回路（30）の水を冷却する。そして、その冷熱を該利用側回路（30）の室内熱交換器等に搬送することで、冷房等を行うことができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の氷蓄熱装置において、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）に、該出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配が付けられていることを特徴としている。
【００１４】
このように構成すると、製氷時にブライン回路（20）の低温のブラインが主熱交換器（40）に入ってしまうことは、液トラップ（28a）にバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けたことにより確実に防止される。したがって、主熱交換器（40）の温度低下による凍結を確実に防止できる。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の下流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の上流側に、入口側配管（27）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（27a）が設けられていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の下方に位置する入口側配管（27）に液トラップ（27a）が設けられる。
【００１６】
この請求項３の発明では、主熱交換器（40）の入口側配管（27）に液トラップ（27a）を設けているため、該入口側配管（27）から主熱交換器（40）への低温のブラインの流入による温度低下を防止できる。また、出口側配管（28）は制御弁（26）によってバイパス通路（25）と遮断できるため、出口側配管（28）から主熱交換器（40）への低温のブラインの流入や熱伝導による温度低下も防止できる。これにより、主熱交換器（40）での凍結を防止できる。
【００１７】
また、請求項４に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の上流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側には、出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側に、膨張タンク（29）が接続されていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の上方に位置する出口側配管（28）に膨張タンク（29）が設けられる。
【００１８】
この請求項４の発明では、製氷時にブライン回路（20）を循環するブラインの温度が下がって密度が上昇すると、膨張タンク（29）内の温度の高いブラインが回路内へ流入する。この膨張タンク（29）は、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に、バイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側で接続されている。したがって、その接続点よりも主熱交換器（40）側の出口側配管（28）は、膨張タンク（29）内の温度が高いブラインの影響を受けることになり、温度の低下が抑えられる。また、制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられているため、主熱交換器（40）の入口側がブライン回路（20）から遮断され、その結果、入口側配管（27）の温度がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下することもない。以上のことから、主熱交換器（40）での凍結が確実に防止される。
【００１９】
また、請求項５に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の上流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側に、出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられ、該液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の上方に位置する出口側配管（28）に液トラップ（28a）と膨張タンク（29）とが設けられる。
【００２０】
この請求項５の発明では、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に液トラップ（28a）を設け、この液トラップ（28a）に膨張タンク（29）を接続するとともに、入口側配管（27）には主熱交換器（40）の上流側に制御弁（26）を接続しているため、請求項１，４の発明の作用により入口側配管（27）と出口側配管（28）の温度低下を防止でき、その結果、主熱交換器（40）の温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）での水の凍結を確実に防止できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の氷蓄熱装置（10）は、例えば直方体状の容器からなる蓄熱槽（11）と、ブラインが循環するブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備えている。蓄熱槽（11）の内部には、蓄熱媒体である水が貯留されている。また、主熱交換器（40）は、詳細は図示していないが、ブラインの流れる流路と水の流れる流路とが薄いプレートにより交互に区画形成されたプレート熱交換器により構成されている。
【００２３】
この氷蓄熱装置（10）は、スタティック型で且つ内融方式に構成されている。この氷蓄熱装置（10）は、蓄熱槽（11）の水を凍らせて冷熱を蓄える冷蓄熱運転と、蓄熱槽（11）の氷を溶かしながら冷熱を利用側回路（30）に伝達する冷熱利用運転とを行う。利用側回路（30）は、蓄えた冷熱を利用して空調を行う空調機に用いられている。
【００２４】
ブライン回路（20）は、ブラインポンプ（21）と、ブラインチラー（22）と、上記蓄熱槽（11）の内部に配置された蓄熱熱交換器（23）と、上記主熱交換器（40）とを、ブライン配管（24）で順に接続することにより構成されている。ブライン回路（20）には、熱媒体であるブラインが充填されている。ブライン回路（20）は、ブラインが上記主熱交換器（40）を下方から上方へ向かって流通するように構成されている。
【００２５】
上記蓄熱熱交換器（23）は、図示しない入口ヘッダ及び出口ヘッダの間で分岐した複数の伝熱管（23a）を備えている。そして、ブラインポンプ（21）を運転すると、ブライン回路（20）でブラインが循環し、蓄熱槽（11）の内部でブラインと水とが熱交換を行う。
【００２６】
上記ブライン回路（20）には、ブラインが主熱交換器（40）をバイパスするように主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）が設けられている。蓄熱熱交換器（23）と主熱交換器（40）との間には三方弁（26）が接続され、上記バイパス通路（25）の一端と主熱交換器（40）の下方の入口側配管（27）とがこの三方弁（26）に接続されている。上記三方弁は、主熱交換器（40）の上流側に配置され、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁を構成している。
【００２７】
ブライン回路（20）には、主熱交換器（40）の上方へのびる出口側配管（28）に、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられている。この液トラップ（28a）には、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって（図の左側から右側へ向かって）上向きの勾配が付けられている。また、上記ブライン回路（20）には、液トラップ（28a）とブラインポンプ（21）との間に膨張タンク（29）が接続されている。
【００２８】
上記ブラインチラー（22）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、冷媒が循環して冷凍サイクル動作が行われる。そして、ブラインチラー（22）は、冷媒回路での冷凍サイクル動作によって、ブラインの冷却を行うように構成されている。
【００２９】
一方、上記利用側回路（30）は、主熱交換器（40）と、利用側熱交換器（31）と、利用側ポンプ（32）とを順に配管接続して構成されている。利用側回路（30）には熱媒水が充填されており、利用側ポンプ（32）を運転すると主熱交換器（40）と利用側熱交換器（31）の間で熱媒水が循環する。利用側熱交換器（31）は、図示しないが、例えばファンコイルユニットに設けられ、利用側回路（30）を循環する熱媒水と室内空気とが熱交換を行う。また、上記主熱交換器（40）においては、ブライン回路（20）を循環するブラインと、利用側回路（30）を循環する熱媒水との間での熱交換が行われる。
【００３０】
−運転動作−
次に、この氷蓄熱装置（10）の運転動作のうち、まず冷蓄熱運転（製氷運転）時の動作について説明する。この冷蓄熱運転は、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（22）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（32）は停止され、利用側回路（30）における水の循環は行われない。
【００３１】
冷蓄熱運転時には、三方弁（26）が主熱交換器（40）側を遮断してバイパス通路（25）側を連通させる状態となる。したがって、ブラインが主熱交換器（40）をバイパスし、バイパス通路（25）を流れる状態となる。つまり、ブライン回路（20）では、ブラインチラー（22）と蓄熱熱交換器（23）とを通ってブラインが循環する。
【００３２】
ブラインチラー（22）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（22）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器（23）の入口ヘッダから各伝熱管（23a）に分配される。分配されたブラインは伝熱管（23a）内を流れ、その間に蓄熱槽（11）内の水と熱交換する。そして、蓄熱槽（11）内の水が低温のブラインによって冷却されて凍結し、伝熱管（23a）の周囲で氷が生成される。伝熱管（23a）を通過したブラインは、バイパス通路（25）及びブラインポンプ（21）を通り、さらにブラインチラー（22）に戻って冷却された後、再び蓄熱熱交換器（23）へ送られて、以上の循環動作を繰り返す。
【００３３】
この冷蓄熱運転時、ブライン回路（20）内でブライン温度が低下すると、ブラインの密度が高くなる。そうすると、膨張タンク（29）からブライン回路（20）へブラインが供給され、循環量が確保される。
【００３４】
上述のように、冷蓄熱運転時は、ブラインチラー（22）で生成された冷熱によって製氷を行っている。したがって、ブラインチラー（22）の冷熱が、蓄熱媒体である水の潜熱として蓄熱槽（11）内に蓄えられる。この冷蓄熱運転は、蓄熱槽（11）内の氷の量、即ち製氷量が所定値となるまで継続される。なお、製氷量は、蓄熱槽（11）内における水位の変化等に基づいて検知される。
【００３５】
この冷蓄熱運転時には、三方弁（26）の設定はブラインがバイパス通路（25）のみを流れる状態であり、ブラインは主熱交換器（40）へは流れない。そして、この実施形態１では、三方弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられているため、主熱交換器（40）の入口側配管（27）は製氷時にはブライン回路（20）に対して遮断されており、入口側配管（27）がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧の影響を受けないために、その温度が低下することはない。
【００３６】
さらに、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に液トラップ（28a）を設け、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るようにしているため、ブライン回路（20）を循環する低温のブラインが出口側配管（28）を通って主熱交換器（40）に入ることを防止できる。特に、液トラップ（28a）にバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けているため、ブラインが出口側配管（28）から主熱交換器（40）に入ってしまうのを確実に防止できる。
【００３７】
以上のように、入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方の温度低下を抑えられるため、主熱交換器（40）の温度低下も抑えられる。したがって、主熱交換器（40）に溜まっている水が凍るのを確実に防止できる。
【００３８】
次に、利用冷房運転（冷熱利用運転）時の動作について説明する。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可能である。
【００３９】
ピークシフト運転は、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（22）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（22）で生成する冷熱と、蓄熱槽（11）に蓄えた冷熱との両方を用いて冷房負荷に対応する。したがって、ピークシフト運転時にはブラインチラー（22）に対する負荷が軽減され、解氷による冷熱の利用分に対応した消費電力が削減されて、昼間の電力需要の低減が図られる。
【００４０】
このピークシフト運転時には、三方弁（26）がバイパス通路（25）側を遮断して主熱交換器（40）側を連通させる状態となり、ブラインは主熱交換器（40）へ流入する。このとき、ブライン回路（20）では、ブラインチラー（22）、蓄熱熱交換器（23）、主熱交換器（40）の順でブラインが循環する。
【００４１】
ブラインチラー（22）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。なお、ブラインチラー（22）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（22）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器（23）の入口ヘッダから各伝熱管（23a）に分配される。分配されたブラインは伝熱管（23a）内を流れ、その間に蓄熱槽（11）内の氷と熱交換して更に冷却される。
【００４２】
蓄熱熱交換器（23）で冷却されたブラインは、主熱交換器（40）へ流入する。主熱交換器（40）では、低温のブラインと利用側回路（30）の熱媒水とが熱交換を行い、利用側回路（30）の熱媒水が冷却される。主熱交換器（40）で吸熱したブラインは、ブラインポンプ（21）を通って再びブラインチラー（22）へ送られ、以上の動作を繰り返してブライン回路（20）内を循環する。
【００４３】
利用側回路（30）では、主熱交換器（40）と利用側熱交換器（31）との間で熱媒水が循環する。主熱交換器（40）で冷却された熱媒水は、利用側熱交換器（31）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熱媒水は、利用側ポンプ（32）によって主熱交換器（40）へ送られ、以上の循環動作を繰り返す。
【００４４】
一方、ピークカット運転は、ブラインチラー（22）を停止し、蓄熱槽（11）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。したがって、ピークカット運転時にはブラインチラー（22）の消費電力がゼロとなり、昼間の電力需要が一層低減される。
【００４５】
ピークカット運転時には、ブライン回路（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（22）は停止しており、ブラインは単にブラインチラー（22）を通過して蓄熱熱交換器（23）へ流入する。ブラインは、蓄熱熱交換器（23）を流れる間に蓄熱槽（11）の氷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（23）のみにおいて行われる。
【００４６】
そして、ブライン回路（20）内をブラインが循環すると共に水が利用側回路（30）を循環し、利用側熱交換器（31）において水が室内空気と熱交換することにより室内空気が冷却される。
【００４７】
−実施形態１の効果−
以上説明したように、この実施形態１によれば、主熱交換器（40）の入口側に三方弁（26）を設け、出口側に液トラップ（28a）を設けているため、製氷時（冷蓄熱運転時）に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、三方弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設ける構成において、出口側に液トラップ（28a）を設けるだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００４８】
また、この実施形態１では、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）に、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けるようにしているので、製氷時に主熱交換器（40）が出口側配管（28）側から温度低下するのを確実に防止できる。このため、主熱交換器（40）での水の凍結による破損などの不具合をより確実に防止できる。
【００４９】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、図２に示しているように、ブライン回路（20）における三方弁（26）と液トラップ（27a）の接続位置を実施形態１とは変更したものである。
【００５０】
この氷蓄熱装置（10）のブライン回路（20）には、上記三方弁（26）が主熱交換器（40）の下流側に配置されており、この三方弁（26）により主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御するようにしている。また、主熱交換器（40）の上流側には、入口側配管（27）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（27a）が設けられている。
【００５１】
この実施形態２によれば、主熱交換器（40）の入口側配管（27）に液トラップ（27a）を設けているため、冷蓄熱運転時に入口側配管（27）から主熱交換器（40）へのブラインの流入による温度低下を防止できる。また、出口側配管（28）は冷蓄熱運転時には三方弁（26）によってバイパス通路（25）から遮断されるため、ブライン回路（20）から出口側配管（28）を介して主熱交換器（40）へのブラインの流入や熱伝導による温度低下も防止できる。これにより、実施形態１と同様に主熱交換器（40）での水の凍結を防止できるので、主熱交換器（40）の破損などの不具合を防止できる。
【００５２】
【発明の実施の形態３】
本発明の実施形態３は、図３に示すように、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の出口側配管（28）と、ブライン回路（20）に対する膨張タンク（29）の接続配管とを実施形態１とは異なるようにした例である。
【００５３】
この実施形態３では、上記各実施形態と同様にバイパス通路（25）が主熱交換器（40）と並列に接続される一方、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に実施形態１の液トラップ（28a）は設けられていない。また、三方弁（26）は、実施形態１と同様に主熱交換器（40）の上流側に設けられている。さらに、主熱交換器（40）の出口側配管（28）には、該出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側となる位置に、膨張タンク（29）が接続されている。
【００５４】
膨張タンク（29）は、温度変化によるブラインの体積変化を吸収するために用いられており、温度が相対的に高くなったときはタンク（29）内にブラインを受け入れる一方、温度が相対的に低くなったときはタンク（29）内のブラインがブライン回路（20）へ流出する。
【００５５】
氷蓄熱装置（10）は、基本的には、断熱されたケーシング（C：一部のみを図示）の中に各機器が収納されており、製氷運転中はケーシング（C）内が低温になる。一方、上記膨張タンク（29）はケーシング（C）の外に配置されており、製氷運転中でも該膨張タンク（29）を比較的温度が高い状態に保ちながら、ブライン回路（20）中のブラインの体積が小さくなったときに該タンク（29）内のブラインをブライン回路（20）に供給できるようにしている。
【００５６】
このように構成すると、製氷時にブライン回路（20）を循環するブラインの温度が下がって密度が大きくなる（体積が小さくなる）と、膨張タンク（29）内の温度の高いブラインが図に矢印（A）で示すようにブライン回路（20）内へ流入する。この膨張タンク（29）は、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に、バイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側で接続されている。したがって、主熱交換器（40）側の出口側配管（28）は、ブライン回路（20）が低温であっても、膨張タンク（29）からブライン回路（20）へ流入するブラインの高い温度に影響されることになり、温度低下は生じない。また、三方弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられているため、主熱交換器（40）の入口側配管（27）の温度がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下することもない。したがって、この実施形態３においても、製氷時の主熱交換器（40）の凍結が確実に防止されるので、主熱交換器（40）の破損などの不具合を防止できる。
【００５７】
【発明の実施の形態４】
本発明の実施形態４を図４に示している。この例では、ブライン回路（20）には、主熱交換器（40）の下流側に実施形態１と同様に出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられ、この液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されている。この構成において、膨張タンク（29）は、実施形態２と同様に主熱交換器（40）の出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側の位置に接続されていることになる。
【００５８】
この実施形態４においても、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に液トラップ（28a）が設けられているので、製氷時に低温のブラインがブライン回路（20）から出口側配管（28）を介して主熱交換器（40）へ入ることはない。また、この液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されており、製氷時にブライン回路（20）を循環するブラインの温度が下がって密度が大きくなると膨張タンク（29）内の温度の高いブラインが回路内へ流入するので、このことによっても主熱交換器（40）の温度低下が阻止される。
【００５９】
さらに、入口側配管（27）は三方弁（26）によって製氷時にブライン回路（20）から遮断されるため、主熱交換器（40）が入口側から低温のブラインの影響で温度低下することも阻止できる。
【００６０】
以上のように、この実施形態４では、上記実施形態１と実施形態３の両方の作用により主熱交換器（40）の温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）での水の凍結をより確実に防止できる。
【００６１】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６２】
例えば、上記実施形態１では、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けている液トラップ（28a）に、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けているが、この勾配は付けなくてもよい。その場合でも、液トラップ（28a）自体の効果としてブラインが出口側配管（28）を通って主熱交換器（40）に入ることは防止できるので、主熱交換器（40）の凍結を防止できる。
【００６３】
また、上記実施形態ではブラインの流れを制御する制御弁として三方弁（26）を用いているが、この三方弁（26）の代わりに二方弁を二つ用いてもよい。例えば、実施形態１，３，４では、バイパス通路（25）と主熱交換器（40）の入口側配管（27）とにそれぞれ二方弁を設けるとよい。また、実施形態２では、バイパス通路（25）と主熱交換器（40）の出口側配管（28）とにそれぞれ二方弁を設けるとよい。このようにしても、実施形態１，３，４の場合は入口側配管（27）をブライン回路（25）から遮断でき、実施形態２の場合は出口側配管（28）をブライン回路（25）から遮断できるうえ、制御弁の反対側には液トラップ（28a，27a）が設けられるので、入口側配管（27）と出口側配管（28）を通じて主熱交換器（40）が温度低下するのを防止できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とを並列に接続したブライン回路（20）において、主熱交換器（40）の入口側に三方弁などの制御弁（26）を設け、出口側に液トラップ（28a）を設けているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、制御弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設ける構成において、出口側に液トラップ（28a）を設けるだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００６５】
また、請求項２に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）に、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けるようにしているので、製氷時に主熱交換器（40）が出口側配管（28）から温度低下するのを確実に防止できる。したがって、主熱交換器（40）での水の凍結による破損などの不具合をより確実に防止できる。
【００６６】
また、請求項３に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の入口側に液トラップ（27a）を設け、出口側に制御弁（26）を設けているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、制御弁（26）を主熱交換器（40）の出口側に設ける構成において、入口側に液トラップ（27a）を設けるだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００６７】
また、請求項４に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の入口側に制御弁（26）を設け、出口側配管（28）にはバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側に膨張タンク（29）を接続しているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、制御弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設ける構成において、出口側は膨張タンク（29）の接続位置を上記位置に特定するだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００６８】
また、請求項５に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の入口側に制御弁（26）を設け、出口側配管（28）には膨張タンク（29）が接続された液トラップ（28a）を設けているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下をより確実に防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。この場合でも、制御弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設け、出口側は液トラップ（28a）に膨張タンク（29）を接続するだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図５】従来の氷蓄熱装置の回路図である。
【符号の説明】
（10） 氷蓄熱装置
（11） 蓄熱槽
（20） ブライン回路
（21） ブラインポンプ
（22） ブラインチラー
（23） 蓄熱熱交換器
（24） ブライン配管
（25） バイパス通路
（26） 三方弁（制御弁）
（27） 入口側配管
（27a） 液トラップ
（28） 出口側配管
（28a） 液トラップ
（29） 膨張タンク
（30） 利用側回路
（31） 利用側熱交換器
（32） 利用側ポンプ
（40） 主熱交換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱装置に関し、特に、ブラインが循環するブライン回路と水が循環する利用側回路とに接続された主熱交換器における製氷時の凍結防止技術に係るものである。
【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。この氷蓄熱装置は、例えば空調機と組み合わせて利用されている。この氷蓄熱装置では、夜間に製氷を行って冷熱を蓄える一方、昼間には夜間に蓄えた冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、安価な深夜電力を利用して空調機の運転コストを低減するとともに、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７−３０１４３８号公報に開示されているように、いわゆるスタティック型で内融方式を採用したものが知られている。図５に示すように、この種の氷蓄熱装置（100）は、蓄熱槽（110）に接続されたブライン回路（120）と、水が循環する利用側回路（130）とを備え、両回路（120，130）が主熱交換器（140）を介して接続されている。蓄熱槽（110）には、水等の蓄熱媒体が貯留され、その内部には熱媒体としてのブラインが流れる伝熱管（111）が配置されている。ブライン回路（120）は、主熱交換器（140）と蓄熱槽（110）の伝熱管（111）との間に、ブラインポンプ（121）及びブラインチラー（冷凍機）（122）を有している。また、ブラインポンプ（121）の上流側には膨張タンク（123）が接続されている。さらに、ブライン回路（120）には主熱交換器（140）と並列のバイパス通路（124）が設けられ、バイパス通路（124）の下流端には三方弁（125）が設けられている。
【０００４】
そして、製氷時には、ブラインチラー（122）でマイナス５℃程度に冷却したブラインをブライン回路（120）内で循環させ、蓄熱槽（110）の蓄熱媒体を凍らせる。このとき、三方弁（125）はブラインがバイパス通路（124）のみを流れるように切り換えられる。
【０００５】
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ブラインを冷却する。このとき、ブラインは三方弁（125）を切り換えることにより主熱交換器（140）に供給され、利用側回路（130）の水を冷却する。そして、その冷熱を該利用側回路（130）の室内熱交換器（131）等に搬送し、冷房等を行う。このときは、主熱交換器（140）を流れるブラインとバイパス通路（124）を流れるブラインの流量を三方弁（125）で適宜調整することにより、冷却温度が制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記氷蓄熱装置（100）において、製氷時にブラインは基本的には主熱交換器（140）へ流れないが、主熱交換器（140）の入口側配管（126）の温度がバイパス通路（124）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下していき、それに伴って主熱交換器（140）の温度が低下することがあった。そして、このときには利用側回路（130）で水が循環していないため、主熱交換器（140）内に溜まっている水が凍りやすく、場合によっては主熱交換器（140）が破損するなどの不具合を生じるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、氷蓄熱装置でブラインと水とを熱交換させる主熱交換器の凍結を防止して、主熱交換器の破損などの不具合が発生するのを阻止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ブライン回路において主熱交換器の前後の配管から主熱交換器への冷熱の伝達を防止して、該主熱交換器の凍結を阻止するようにしたものである。
【０００９】
具体的に、請求項１から５に記載の発明は、ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、ブライン回路（20）に、主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）と、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁（26）とを備えた氷蓄熱装置を前提としている。
【００１０】
そして、請求項１に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の上流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側に、出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の上方に位置する出口側配管（28）に液トラップ（28a）が設けられる。
【００１１】
この請求項１の発明において、製氷時には、ブラインチラー等の冷凍機で冷却したブラインをブライン回路（20）内で循環させることにより、蓄熱槽（11）の蓄熱媒体が凍結する。このとき、制御弁（26）はブラインがバイパス通路（25）のみを流れるように設定される。したがって、製氷時にブラインは主熱交換器（40）へ流れない。また、制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられていて、製氷時には主熱交換器（40）の入口側配管（27）がブライン回路（20）から遮断されるため、上記入口側配管（27）の温度がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下することはない。さらに、主熱交換器（40）の出口側配管（28）には、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通る液トラップ（28a）が設けられているため、ブライン回路（20）の低温のブラインが出口側配管（28）に入ることがなく、該出口側配管（28）の温度低下も防止できる。以上のことから、主熱交換器（40）に溜まっている水が凍るのを防止できる。
【００１２】
一方、冷熱の利用時には、蓄熱槽（11）の氷化物によってブラインを冷却しながら、制御弁（26）を切り換えてブラインを主熱交換器（40）に供給し、利用側回路（30）の水を冷却する。そして、その冷熱を該利用側回路（30）の室内熱交換器等に搬送することで、冷房等を行うことができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の氷蓄熱装置において、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）に、該出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配が付けられていることを特徴としている。
【００１４】
このように構成すると、製氷時にブライン回路（20）の低温のブラインが主熱交換器（40）に入ってしまうことは、液トラップ（28a）にバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けたことにより確実に防止される。したがって、主熱交換器（40）の温度低下による凍結を確実に防止できる。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の下流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の上流側に、入口側配管（27）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（27a）が設けられていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の下方に位置する入口側配管（27）に液トラップ（27a）が設けられる。
【００１６】
この請求項３の発明では、主熱交換器（40）の入口側配管（27）に液トラップ（27a）を設けているため、該入口側配管（27）から主熱交換器（40）への低温のブラインの流入による温度低下を防止できる。また、出口側配管（28）は制御弁（26）によってバイパス通路（25）と遮断できるため、出口側配管（28）から主熱交換器（40）への低温のブラインの流入や熱伝導による温度低下も防止できる。これにより、主熱交換器（40）での凍結を防止できる。
【００１７】
また、請求項４に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の上流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側には、出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側に、膨張タンク（29）が接続されていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の上方に位置する出口側配管（28）に膨張タンク（29）が設けられる。
【００１８】
この請求項４の発明では、製氷時にブライン回路（20）を循環するブラインの温度が下がって密度が上昇すると、膨張タンク（29）内の温度の高いブラインが回路内へ流入する。この膨張タンク（29）は、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に、バイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側で接続されている。したがって、その接続点よりも主熱交換器（40）側の出口側配管（28）は、膨張タンク（29）内の温度が高いブラインの影響を受けることになり、温度の低下が抑えられる。また、制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられているため、主熱交換器（40）の入口側がブライン回路（20）から遮断され、その結果、入口側配管（27）の温度がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下することもない。以上のことから、主熱交換器（40）での凍結が確実に防止される。
【００１９】
また、請求項５に記載の氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の上流側に上記制御弁（26）が設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側に、出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられ、該液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されていることを特徴としている。このようにすると、ブラインが主熱交換器（40）を下方から上方へ流れる構成においては、主熱交換器（40）の上方に位置する出口側配管（28）に液トラップ（28a）と膨張タンク（29）とが設けられる。
【００２０】
この請求項５の発明では、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に液トラップ（28a）を設け、この液トラップ（28a）に膨張タンク（29）を接続するとともに、入口側配管（27）には主熱交換器（40）の上流側に制御弁（26）を接続しているため、請求項１，４の発明の作用により入口側配管（27）と出口側配管（28）の温度低下を防止でき、その結果、主熱交換器（40）の温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）での水の凍結を確実に防止できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の氷蓄熱装置（10）は、例えば直方体状の容器からなる蓄熱槽（11）と、ブラインが循環するブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備えている。蓄熱槽（11）の内部には、蓄熱媒体である水が貯留されている。また、主熱交換器（40）は、詳細は図示していないが、ブラインの流れる流路と水の流れる流路とが薄いプレートにより交互に区画形成されたプレート熱交換器により構成されている。
【００２３】
この氷蓄熱装置（10）は、スタティック型で且つ内融方式に構成されている。この氷蓄熱装置（10）は、蓄熱槽（11）の水を凍らせて冷熱を蓄える冷蓄熱運転と、蓄熱槽（11）の氷を溶かしながら冷熱を利用側回路（30）に伝達する冷熱利用運転とを行う。利用側回路（30）は、蓄えた冷熱を利用して空調を行う空調機に用いられている。
【００２４】
ブライン回路（20）は、ブラインポンプ（21）と、ブラインチラー（22）と、上記蓄熱槽（11）の内部に配置された蓄熱熱交換器（23）と、上記主熱交換器（40）とを、ブライン配管（24）で順に接続することにより構成されている。ブライン回路（20）には、熱媒体であるブラインが充填されている。ブライン回路（20）は、ブラインが上記主熱交換器（40）を下方から上方へ向かって流通するように構成されている。
【００２５】
上記蓄熱熱交換器（23）は、図示しない入口ヘッダ及び出口ヘッダの間で分岐した複数の伝熱管（23a）を備えている。そして、ブラインポンプ（21）を運転すると、ブライン回路（20）でブラインが循環し、蓄熱槽（11）の内部でブラインと水とが熱交換を行う。
【００２６】
上記ブライン回路（20）には、ブラインが主熱交換器（40）をバイパスするように主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）が設けられている。蓄熱熱交換器（23）と主熱交換器（40）との間には三方弁（26）が接続され、上記バイパス通路（25）の一端と主熱交換器（40）の下方の入口側配管（27）とがこの三方弁（26）に接続されている。上記三方弁は、主熱交換器（40）の上流側に配置され、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁を構成している。
【００２７】
ブライン回路（20）には、主熱交換器（40）の上方へのびる出口側配管（28）に、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられている。この液トラップ（28a）には、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって（図の左側から右側へ向かって）上向きの勾配が付けられている。また、上記ブライン回路（20）には、液トラップ（28a）とブラインポンプ（21）との間に膨張タンク（29）が接続されている。
【００２８】
上記ブラインチラー（22）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、冷媒が循環して冷凍サイクル動作が行われる。そして、ブラインチラー（22）は、冷媒回路での冷凍サイクル動作によって、ブラインの冷却を行うように構成されている。
【００２９】
一方、上記利用側回路（30）は、主熱交換器（40）と、利用側熱交換器（31）と、利用側ポンプ（32）とを順に配管接続して構成されている。利用側回路（30）には熱媒水が充填されており、利用側ポンプ（32）を運転すると主熱交換器（40）と利用側熱交換器（31）の間で熱媒水が循環する。利用側熱交換器（31）は、図示しないが、例えばファンコイルユニットに設けられ、利用側回路（30）を循環する熱媒水と室内空気とが熱交換を行う。また、上記主熱交換器（40）においては、ブライン回路（20）を循環するブラインと、利用側回路（30）を循環する熱媒水との間での熱交換が行われる。
【００３０】
−運転動作−
次に、この氷蓄熱装置（10）の運転動作のうち、まず冷蓄熱運転（製氷運転）時の動作について説明する。この冷蓄熱運転は、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（22）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（32）は停止され、利用側回路（30）における水の循環は行われない。
【００３１】
冷蓄熱運転時には、三方弁（26）が主熱交換器（40）側を遮断してバイパス通路（25）側を連通させる状態となる。したがって、ブラインが主熱交換器（40）をバイパスし、バイパス通路（25）を流れる状態となる。つまり、ブライン回路（20）では、ブラインチラー（22）と蓄熱熱交換器（23）とを通ってブラインが循環する。
【００３２】
ブラインチラー（22）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（22）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器（23）の入口ヘッダから各伝熱管（23a）に分配される。分配されたブラインは伝熱管（23a）内を流れ、その間に蓄熱槽（11）内の水と熱交換する。そして、蓄熱槽（11）内の水が低温のブラインによって冷却されて凍結し、伝熱管（23a）の周囲で氷が生成される。伝熱管（23a）を通過したブラインは、バイパス通路（25）及びブラインポンプ（21）を通り、さらにブラインチラー（22）に戻って冷却された後、再び蓄熱熱交換器（23）へ送られて、以上の循環動作を繰り返す。
【００３３】
この冷蓄熱運転時、ブライン回路（20）内でブライン温度が低下すると、ブラインの密度が高くなる。そうすると、膨張タンク（29）からブライン回路（20）へブラインが供給され、循環量が確保される。
【００３４】
上述のように、冷蓄熱運転時は、ブラインチラー（22）で生成された冷熱によって製氷を行っている。したがって、ブラインチラー（22）の冷熱が、蓄熱媒体である水の潜熱として蓄熱槽（11）内に蓄えられる。この冷蓄熱運転は、蓄熱槽（11）内の氷の量、即ち製氷量が所定値となるまで継続される。なお、製氷量は、蓄熱槽（11）内における水位の変化等に基づいて検知される。
【００３５】
この冷蓄熱運転時には、三方弁（26）の設定はブラインがバイパス通路（25）のみを流れる状態であり、ブラインは主熱交換器（40）へは流れない。そして、この実施形態１では、三方弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられているため、主熱交換器（40）の入口側配管（27）は製氷時にはブライン回路（20）に対して遮断されており、入口側配管（27）がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧の影響を受けないために、その温度が低下することはない。
【００３６】
さらに、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に液トラップ（28a）を設け、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るようにしているため、ブライン回路（20）を循環する低温のブラインが出口側配管（28）を通って主熱交換器（40）に入ることを防止できる。特に、液トラップ（28a）にバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けているため、ブラインが出口側配管（28）から主熱交換器（40）に入ってしまうのを確実に防止できる。
【００３７】
以上のように、入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方の温度低下を抑えられるため、主熱交換器（40）の温度低下も抑えられる。したがって、主熱交換器（40）に溜まっている水が凍るのを確実に防止できる。
【００３８】
次に、利用冷房運転（冷熱利用運転）時の動作について説明する。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可能である。
【００３９】
ピークシフト運転は、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（22）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（22）で生成する冷熱と、蓄熱槽（11）に蓄えた冷熱との両方を用いて冷房負荷に対応する。したがって、ピークシフト運転時にはブラインチラー（22）に対する負荷が軽減され、解氷による冷熱の利用分に対応した消費電力が削減されて、昼間の電力需要の低減が図られる。
【００４０】
このピークシフト運転時には、三方弁（26）がバイパス通路（25）側を遮断して主熱交換器（40）側を連通させる状態となり、ブラインは主熱交換器（40）へ流入する。このとき、ブライン回路（20）では、ブラインチラー（22）、蓄熱熱交換器（23）、主熱交換器（40）の順でブラインが循環する。
【００４１】
ブラインチラー（22）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。なお、ブラインチラー（22）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（22）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器（23）の入口ヘッダから各伝熱管（23a）に分配される。分配されたブラインは伝熱管（23a）内を流れ、その間に蓄熱槽（11）内の氷と熱交換して更に冷却される。
【００４２】
蓄熱熱交換器（23）で冷却されたブラインは、主熱交換器（40）へ流入する。主熱交換器（40）では、低温のブラインと利用側回路（30）の熱媒水とが熱交換を行い、利用側回路（30）の熱媒水が冷却される。主熱交換器（40）で吸熱したブラインは、ブラインポンプ（21）を通って再びブラインチラー（22）へ送られ、以上の動作を繰り返してブライン回路（20）内を循環する。
【００４３】
利用側回路（30）では、主熱交換器（40）と利用側熱交換器（31）との間で熱媒水が循環する。主熱交換器（40）で冷却された熱媒水は、利用側熱交換器（31）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熱媒水は、利用側ポンプ（32）によって主熱交換器（40）へ送られ、以上の循環動作を繰り返す。
【００４４】
一方、ピークカット運転は、ブラインチラー（22）を停止し、蓄熱槽（11）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。したがって、ピークカット運転時にはブラインチラー（22）の消費電力がゼロとなり、昼間の電力需要が一層低減される。
【００４５】
ピークカット運転時には、ブライン回路（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（22）は停止しており、ブラインは単にブラインチラー（22）を通過して蓄熱熱交換器（23）へ流入する。ブラインは、蓄熱熱交換器（23）を流れる間に蓄熱槽（11）の氷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（23）のみにおいて行われる。
【００４６】
そして、ブライン回路（20）内をブラインが循環すると共に水が利用側回路（30）を循環し、利用側熱交換器（31）において水が室内空気と熱交換することにより室内空気が冷却される。
【００４７】
−実施形態１の効果−
以上説明したように、この実施形態１によれば、主熱交換器（40）の入口側に三方弁（26）を設け、出口側に液トラップ（28a）を設けているため、製氷時（冷蓄熱運転時）に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、三方弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設ける構成において、出口側に液トラップ（28a）を設けるだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００４８】
また、この実施形態１では、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）に、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けるようにしているので、製氷時に主熱交換器（40）が出口側配管（28）側から温度低下するのを確実に防止できる。このため、主熱交換器（40）での水の凍結による破損などの不具合をより確実に防止できる。
【００４９】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、図２に示しているように、ブライン回路（20）における三方弁（26）と液トラップ（27a）の接続位置を実施形態１とは変更したものである。
【００５０】
この氷蓄熱装置（10）のブライン回路（20）には、上記三方弁（26）が主熱交換器（40）の下流側に配置されており、この三方弁（26）により主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御するようにしている。また、主熱交換器（40）の上流側には、入口側配管（27）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（27a）が設けられている。
【００５１】
この実施形態２によれば、主熱交換器（40）の入口側配管（27）に液トラップ（27a）を設けているため、冷蓄熱運転時に入口側配管（27）から主熱交換器（40）へのブラインの流入による温度低下を防止できる。また、出口側配管（28）は冷蓄熱運転時には三方弁（26）によってバイパス通路（25）から遮断されるため、ブライン回路（20）から出口側配管（28）を介して主熱交換器（40）へのブラインの流入や熱伝導による温度低下も防止できる。これにより、実施形態１と同様に主熱交換器（40）での水の凍結を防止できるので、主熱交換器（40）の破損などの不具合を防止できる。
【００５２】
【発明の実施の形態３】
本発明の実施形態３は、図３に示すように、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の出口側配管（28）と、ブライン回路（20）に対する膨張タンク（29）の接続配管とを実施形態１とは異なるようにした例である。
【００５３】
この実施形態３では、上記各実施形態と同様にバイパス通路（25）が主熱交換器（40）と並列に接続される一方、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に実施形態１の液トラップ（28a）は設けられていない。また、三方弁（26）は、実施形態１と同様に主熱交換器（40）の上流側に設けられている。さらに、主熱交換器（40）の出口側配管（28）には、該出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側となる位置に、膨張タンク（29）が接続されている。
【００５４】
膨張タンク（29）は、温度変化によるブラインの体積変化を吸収するために用いられており、温度が相対的に高くなったときはタンク（29）内にブラインを受け入れる一方、温度が相対的に低くなったときはタンク（29）内のブラインがブライン回路（20）へ流出する。
【００５５】
氷蓄熱装置（10）は、基本的には、断熱されたケーシング（C：一部のみを図示）の中に各機器が収納されており、製氷運転中はケーシング（C）内が低温になる。一方、上記膨張タンク（29）はケーシング（C）の外に配置されており、製氷運転中でも該膨張タンク（29）を比較的温度が高い状態に保ちながら、ブライン回路（20）中のブラインの体積が小さくなったときに該タンク（29）内のブラインをブライン回路（20）に供給できるようにしている。
【００５６】
このように構成すると、製氷時にブライン回路（20）を循環するブラインの温度が下がって密度が大きくなる（体積が小さくなる）と、膨張タンク（29）内の温度の高いブラインが図に矢印（A）で示すようにブライン回路（20）内へ流入する。この膨張タンク（29）は、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に、バイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側で接続されている。したがって、主熱交換器（40）側の出口側配管（28）は、ブライン回路（20）が低温であっても、膨張タンク（29）からブライン回路（20）へ流入するブラインの高い温度に影響されることになり、温度低下は生じない。また、三方弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられているため、主熱交換器（40）の入口側配管（27）の温度がバイパス通路（25）を流れるブラインからの熱伝導やブラインの動圧のために低下することもない。したがって、この実施形態３においても、製氷時の主熱交換器（40）の凍結が確実に防止されるので、主熱交換器（40）の破損などの不具合を防止できる。
【００５７】
【発明の実施の形態４】
本発明の実施形態４を図４に示している。この例では、ブライン回路（20）には、主熱交換器（40）の下流側に実施形態１と同様に出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられ、この液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されている。この構成において、膨張タンク（29）は、実施形態２と同様に主熱交換器（40）の出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側の位置に接続されていることになる。
【００５８】
この実施形態４においても、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に液トラップ（28a）が設けられているので、製氷時に低温のブラインがブライン回路（20）から出口側配管（28）を介して主熱交換器（40）へ入ることはない。また、この液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されており、製氷時にブライン回路（20）を循環するブラインの温度が下がって密度が大きくなると膨張タンク（29）内の温度の高いブラインが回路内へ流入するので、このことによっても主熱交換器（40）の温度低下が阻止される。
【００５９】
さらに、入口側配管（27）は三方弁（26）によって製氷時にブライン回路（20）から遮断されるため、主熱交換器（40）が入口側から低温のブラインの影響で温度低下することも阻止できる。
【００６０】
以上のように、この実施形態４では、上記実施形態１と実施形態３の両方の作用により主熱交換器（40）の温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）での水の凍結をより確実に防止できる。
【００６１】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６２】
例えば、上記実施形態１では、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けている液トラップ（28a）に、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けているが、この勾配は付けなくてもよい。その場合でも、液トラップ（28a）自体の効果としてブラインが出口側配管（28）を通って主熱交換器（40）に入ることは防止できるので、主熱交換器（40）の凍結を防止できる。
【００６３】
また、上記実施形態ではブラインの流れを制御する制御弁として三方弁（26）を用いているが、この三方弁（26）の代わりに二方弁を二つ用いてもよい。例えば、実施形態１，３，４では、バイパス通路（25）と主熱交換器（40）の入口側配管（27）とにそれぞれ二方弁を設けるとよい。また、実施形態２では、バイパス通路（25）と主熱交換器（40）の出口側配管（28）とにそれぞれ二方弁を設けるとよい。このようにしても、実施形態１，３，４の場合は入口側配管（27）をブライン回路（25）から遮断でき、実施形態２の場合は出口側配管（28）をブライン回路（25）から遮断できるうえ、制御弁の反対側には液トラップ（28a，27a）が設けられるので、入口側配管（27）と出口側配管（28）を通じて主熱交換器（40）が温度低下するのを防止できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とを並列に接続したブライン回路（20）において、主熱交換器（40）の入口側に三方弁などの制御弁（26）を設け、出口側に液トラップ（28a）を設けているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、制御弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設ける構成において、出口側に液トラップ（28a）を設けるだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００６５】
また、請求項２に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）に、バイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けるようにしているので、製氷時に主熱交換器（40）が出口側配管（28）から温度低下するのを確実に防止できる。したがって、主熱交換器（40）での水の凍結による破損などの不具合をより確実に防止できる。
【００６６】
また、請求項３に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の入口側に液トラップ（27a）を設け、出口側に制御弁（26）を設けているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、制御弁（26）を主熱交換器（40）の出口側に設ける構成において、入口側に液トラップ（27a）を設けるだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００６７】
また、請求項４に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の入口側に制御弁（26）を設け、出口側配管（28）にはバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側に膨張タンク（29）を接続しているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下を防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。さらに、制御弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設ける構成において、出口側は膨張タンク（29）の接続位置を上記位置に特定するだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００６８】
また、請求項５に記載の発明によれば、主熱交換器（40）の入口側に制御弁（26）を設け、出口側配管（28）には膨張タンク（29）が接続された液トラップ（28a）を設けているため、製氷時に入口側配管（27）と出口側配管（28）の両方で温度低下を防止できる。したがって、主熱交換器（40）の温度低下をより確実に防止できるので、水の凍結による主熱交換器（40）の破損などの不具合も防止できる。この場合でも、制御弁（26）を主熱交換器（40）の入口側に設け、出口側は液トラップ（28a）に膨張タンク（29）を接続するだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図５】従来の氷蓄熱装置の回路図である。
【符号の説明】
（10） 氷蓄熱装置
（11） 蓄熱槽
（20） ブライン回路
（21） ブラインポンプ
（22） ブラインチラー
（23） 蓄熱熱交換器
（24） ブライン配管
（25） バイパス通路
（26） 三方弁（制御弁）
（27） 入口側配管
（27a） 液トラップ
（28） 出口側配管
（28a） 液トラップ
（29） 膨張タンク
（30） 利用側回路
（31） 利用側熱交換器
（32） 利用側ポンプ
（40） 主熱交換器
Claims (5)
- ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、
ブライン回路（20）に、主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）と、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁（26）とを備えた氷蓄熱装置であって、
ブライン回路（20）には、上記制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側に、出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられていることを特徴とする氷蓄熱装置。 - 主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている液トラップ（28a）には、該出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）側から主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配が付けられていることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置。
- ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、
ブライン回路（20）に、主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）と、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁（26）とを備えた氷蓄熱装置であって、
ブライン回路（20）には、上記制御弁（26）が主熱交換器（40）の下流側に設けられるとともに、主熱交換器（40）の上流側に、入口側配管（27）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（27a）が設けられていることを特徴とする氷蓄熱装置。 - ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、
ブライン回路（20）に、主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）と、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁（26）とを備えた氷蓄熱装置であって、
ブライン回路（20）には、上記制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側には、出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点（P）よりも主熱交換器（40）側に、膨張タンク（29）が接続されていることを特徴とする氷蓄熱装置。 - ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、
ブライン回路（20）に、主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）と、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁（26）とを備えた氷蓄熱装置であって、
ブライン回路（20）には、上記制御弁（26）が主熱交換器（40）の上流側に設けられるとともに、主熱交換器（40）の下流側に、出口側配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成された液トラップ（28a）が設けられ、該液トラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されていることを特徴とする氷蓄熱装置。
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