JP3866799B2 - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、氷蓄熱装置としては、例えば、図２に示すものが知られている。
この従来の氷蓄熱装置によれば、蓄熱運転は、基本的に２２時〜８時の１０時間の間に行われる。
【０００３】
氷蓄熱槽１内の蓄熱量は、氷量センサ２により常時監視しており、２２時〜８時の間で所定の蓄熱量に達した場合は蓄熱運転を終了させる。
蓄熱運転の動作は、次の通りである。
製氷ポンプ３により氷蓄熱槽１から水だけを引き抜き、給水配管４を通して製氷機５に給水する。冷凍機６によって高温高圧の冷媒液を冷媒配管１２を通して膨張弁１３により低温低圧の冷媒を製氷機（蒸発器）５へ送り、製氷機５では伝熱面を介して冷媒と水が熱交換を行い、製氷機５に給水された水量の１０％程度を氷にする。生成した氷と水は一緒に重力により製氷機５下部の補助タンク７に落下する。補助タンク７に落ちた氷と水は、攪拌機８により均一に混合される。補助タンク７に取り付けた電極棒９により補助タンク７の水位レベルに応じて氷スラリポンプ１０を発停させ、氷スラリ配管１１により氷水を氷蓄熱槽１に搬送する。
【０００４】
この際の冷凍サイクルを説明する。
冷凍機６の冷媒液レシーバ１６より高温高圧の冷媒液を冷媒配管１２を通して製氷機５へ送る。この際、冷媒液は、製氷機５に入る手前で、膨張弁１３により圧力を下げられ、製氷機５に入る時には、冷媒液温が−１０℃〜−１５℃とされている。製氷機５で冷媒液は水から熱を吸収してガスとなる。冷媒ガスはコンプレッサにより高温高圧ガスとなり、コンデンサ１７において冷却水に熱を与え凝縮して高温高圧の冷媒液となり冷媒液レシーバ１６に入る。コンデンサ１７へ送られる冷却水は、コンデンサ１７と密閉式冷却塔１５との間を冷却水ポンプ１４により循環している。
【０００５】
次に、冷水追従運転について説明する。
冷水追従運転は、昼間の建物営業時間帯９時〜１７時の間に行われる。中央監視により設定されたスケジュールタイマーにより運転される。
冷水追従運転の動作は、次の通りである。冷水一次ポンプ１８により冷水第一配管２０を介して空調負荷３２側の１２℃の水を冷媒・水熱交換器（蒸発器）１９に給水し、冷媒と熱交換し７℃の冷水を取り出す。
【０００６】
この時の冷凍サイクルを説明する。
冷凍機６の冷媒液レシーバ１６より高温高圧の冷媒液が製氷機５へ送られないように電磁弁２８を閉じる。そして、電磁弁２９を開いて、冷凍機６の冷媒液レシーバ１６より高温高圧の冷媒液を、冷媒・水熱交換器１９に連絡する冷媒液管３１へ送る。高温高圧の冷媒液は、冷媒・水熱交換器１９に入る手前で膨張弁３０により圧力を下げることにより、冷媒液温を２℃として冷媒・水熱交換器１９に入る。ここで、水から熱を吸収してガスとなる。冷媒ガスはコンプレッサにより高温高圧ガスとなり、コンデンサ１７において冷却水に熱を与え凝縮して高温高圧の冷媒液となり冷媒液レシーバ１６に入る。コンデンサ１７へ送られる冷却水は、コンデンサ１７と密閉式冷却塔１５との間を冷却水ポンプ１４により循環している。
【０００７】
次に、放熱運転について説明する。
昼間の建物営業時間帯９時〜１７時の間に、中央監視により設定したタイムスケジュールにより放熱運転を行う。氷蓄熱槽１内水温を常時監視しており、放熱タイム中でも水温５℃で放熱運転を終了させる。
放熱運転の動作は、冷水一次ポンプ２２により１２℃の水を水・水熱交換器２３の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽１から解氷ポンプ２４により２℃の冷水を供給し、熱交換を行い、２次側は１２℃を７℃とし、１次側は２℃を１０℃とした水温とする。１次側の水・水熱交換器２３から出た１０℃の水は、氷蓄熱槽１上部に設置したノズル２５により蓄氷２６上部に散水され、氷を溶かす。
【０００８】
次に、放熱＋冷水運転について説明する。
放熱＋冷水運転は、冷水運転と放熱運転を同時に行うもので、水・水熱交換器２３の２次側出口７℃冷水と、冷媒・水熱交換器１９の２次側出口７℃冷水が２次側配管により合流する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図２に示す従来の氷蓄熱装置による氷蓄熱システムでは、昼間解氷により建物の空調負荷に対応する他、製氷に使用した冷凍機６を用いて昼間冷水を製造する冷水追従運転を行っている。
【００１０】
従って、氷蓄熱槽１から低温冷水を取り出し、空調負荷と熱交換した水を氷蓄熱槽１に戻す配管系統と、冷水追従運転により空調負荷に対応する配管系塔が別系統となっていた。
又、図２に示す従来の氷蓄熱装置による氷蓄熱システムでは、空調負荷３２側に空冷ヒートポンプチラーが組み込まれているので、高圧ガス取締法による許可申請（法定冷凍能力が５０トン以上の場合）を必要とする場合がある。例えば、空冷ヒートポンプチラーの法定冷凍能力が４０トン、冷凍機６の法定冷凍能力が２０トン×２台とすると、図２に示す従来の氷蓄熱装置による氷蓄熱システムでは、冷水第１配管２０を介装するために、冷媒・水熱交換器１９によって１次側と２次側とが繋がった形となり、合算されるため法定冷凍能力が８０トンとなる。
【００１１】
従って、法定冷凍能力が５０トン以上の場合には、高圧ガス取締法により、耐圧、気密検査等面倒な手続きを必要とする。
本発明は斯かる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、冷媒・冷水熱交換器と水・水熱交換器を直列に設けることにより、２次側の空調負荷と氷蓄熱槽との間を１台の水・水熱交換器で完全に分断することを可能とし高圧ガス取締法による容量の合算を不要とすると共に、昼間の空調負荷対応として (1) 放熱運転（解氷運転）、 (2) 冷水追従運転、 (3) 放熱＋冷水追従運転の３モード運転を氷蓄熱槽に連絡する流路の切替操作によって達成することが可能な氷蓄熱装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、冷凍機と、この冷凍機に蓄熱モード用冷媒配管を介して連絡する製氷機と、この製氷機の下部に配設される補助タンクと、この補助タンクに氷スラリポンプを備えた氷スラリ配管を介して連絡する氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽の底部側と製氷機とを連絡し氷蓄熱槽内の水を製氷ポンプにより製氷機に送る給水配管と、氷蓄熱槽の底部側に連絡し氷水を解氷ポンプにより導出する冷水配管と、この冷水配管に介装され１次側に氷水を導入する水・水熱交換器と、この水・水熱交換器の下流側で冷水配管に介装される冷媒・水熱交換器と、この冷媒・水熱交換器と冷凍機とを連絡する冷水追従モード用冷媒配管と、冷媒・水熱交換器の上流側で電動弁を設けた冷水配管に連絡すると共に氷蓄熱槽内上部に配置される散水ノズルと、この散水ノズルと冷媒・水熱交換器との間の分岐部から分岐すると共に電動弁を設け氷蓄熱槽の底部内側の冷水配管吸込口近傍に開口端部を位置するように配置した冷水追従モード用水配管と、水・水熱交換器に連絡し空調負荷側の冷水を水・水熱交換器の２次側に送る冷水一次ポンプを備えた二次側水配管とを有することを特徴とする。
【００１３】
（作用）
請求項１記載の発明においては、昼間の空調負荷対応として、(1)放熱運転、(2)冷水追従運転、(3)放熱＋冷水追従運転の３モード運転が氷蓄熱槽を介して全て行える。１次側と２次側を水・水熱交換器を設置することにより、１次側と２次側とがそれぞれ独立系統となり縁が切れる。
【００１４】
放熱＋冷水追従運転のモードの時冷水追従運転を氷を解かして２次側空調負荷に対応する放熱運転の負荷側と熱交換後の水を予冷するのに用いる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、請求項１に係る氷蓄熱装置の一実施形態を示す。
図において、５０は冷凍機を示す。本実施形態では冷凍能力２０ＲＴの冷凍機５０が２台配設されている。各冷凍機５０は、１台の密閉型冷却塔６０に冷却水管路５１を介して連絡している。冷却水管路５１には冷却水ポンプ５２が設けられている。
【００１７】
各冷凍機５０には、蓄熱モード用冷媒配管５３と冷水追従モード用冷媒配管５４とが設けられている。
蓄熱モード用冷媒配管５３には、電動弁５５と膨張弁５６とが設けられている。
【００１８】
冷水追従モード用冷媒配管５４には、電動弁５７と膨張弁５８とが設けられている。
そして、蓄熱モード用冷媒配管５３と冷水追従モード用冷媒配管５４とは、気液熱交換器５９を介して連絡している。
各蓄熱モード用冷媒配管５３は、２台の製氷機６１にそれぞれ連絡している。
【００１９】
各製氷機６１の下部には、補助タンク６２が配設されている。各補助タンク６２には攪拌機６３と電極棒６４が設けられている。
各補助タンク６３の底部には、氷スラリポンプ６６を備えた氷スラリ配管６５が取り付けられている。
各氷スラリ配管６５の開口端部６７は、氷蓄熱槽６８の底部側に位置するように配管されている。
【００２０】
氷蓄熱槽６８は、底部側に冷水を吸い込むためのメッシュ付（金網）吸込口６９，７０が設けられており、一方の吸込口６９に給水配管７２が取り付けられ、他方の吸込口７０に冷水配管７４が取り付けられている。
氷蓄熱槽６８には、上部側に散水ノズル７１が設けられている。
給水配管７２には製氷ポンプ７３が設けられ、氷蓄熱槽６８内の水を製氷機６１へ送るようになっている。
【００２１】
冷水配管７４は、氷蓄熱槽６８の底部側から氷水を解氷ポンプ７５により導出し、水・水熱交換器７６及び冷媒・水熱交換器７７を経由し散水ノズル７１又は冷水追従モード用水配管７８を介して水を氷蓄熱槽６８へ戻す水路を形成する。
水・水熱交換器７６には、空調負荷側の冷水を送る冷水一次ポンプ８０を備えた二次側水配管７９が連絡している。
【００２２】
冷媒・水熱交換器７７は、２台有り、各冷媒・水熱交換器７７には冷水追従モード用冷媒配管５４が連絡している。
各冷媒・水熱交換器７７において、冷水配管７４は、それぞれの冷媒・水熱交換器７７に連絡できるように分岐し、それぞれの流入側に電動弁８１，８２が設けられている。
【００２３】
冷水追従モード用水配管７８は、冷媒・水熱交換器７７と散水ノズル７１の間から分岐しており、分岐部８３より下流側に電動弁８４が設けられている。又、分岐部８３より下流側の冷水配管７４にも電動弁８５が設けられている。
冷水追従モード用水配管７８の氷蓄熱槽６８内の開口端部８６は、吸込口７０の近傍に位置している。
【００２４】
次に、このように構成された本実施形態に係る氷蓄熱装置の作用を説明する。
先ず、蓄熱運転について説明する。
基本的に２２時〜８時の１０時間の間に蓄熱運転を行う。氷蓄熱槽６８内の蓄熱量は、従来と同様に氷量センサ（図示せず）により常時監視しており、２２時〜８時の間で所定の蓄熱量に達した場合は蓄熱運転を終了させる。
【００２５】
蓄熱運転の動作は、製氷ポンプ７３により氷蓄熱槽６８から水だけを引き抜き給水配管７２を通して製氷機６１に給水する。冷凍機５０によって冷媒を製氷機６１に送り、伝熱面を介して冷媒と水が熱交換を行い、製氷機６１に給水された水量の１０％程度を氷にする。生成した氷と水は一緒に重力により製氷機６１下部の補助タンク６２に落下する。補助タンク６２に落ちた氷と水は、攪拌機６３により均一に混合される。補助タンク６２に取り付けた電極棒６４により補助タンク６２の水位レベルに応じて氷スラリポンプ６６を発停させ、氷スラリ配管６５により氷水を氷蓄熱槽６８に搬送する。
【００２６】
この際の冷凍サイクルを説明する。
冷凍機５０の冷媒液レシーバより高温高圧の冷媒液を蓄熱モード用冷媒配管５３を通して送る。この際、冷媒液は、製氷機（蒸発器）６１に入る手前で、膨張弁５６により圧力を下げられ、製氷機６１に入る時には、冷媒液温を−１０℃〜−１５℃とされている。製氷機（蒸発器）６１で冷媒液は水から熱を吸収してガスとなる。冷媒ガスはコンプレッサにより高温高圧ガスとなり、コンデンサ８７において冷却水に熱を与え凝縮して高温高圧の冷媒液となり冷媒液レシーバ８８に入る。コンデンサへ送られる冷却水は、コンデンサ８７と密閉型冷却塔６１との間を冷却水ポンプ５２により循環している。
【００２７】
次に、冷水追従運転について説明する。
冷水追従運転は、昼間の建物営業時間帯９時〜１７時の間に行う。中央監視により設定されたスケジュールタイマーにより運転される。
冷水追従運転の動作は、次の通りである。冷水一次ポンプ８０により１２℃の水を水・水熱交換器７６の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽６８の５℃の冷水を冷水配管７４を介して解氷ポンプ７５により供給し、熱交換を行い、２次側は１２℃を７℃とし、１次側は５℃を１０℃の水温とする。１次側の水・水熱交換器７６から出た１０℃の水は、冷媒・水熱交換器７７に入り、冷媒と熱交換を行い５℃の冷水となる。この冷水は氷蓄熱槽６８上部にある散水ノズル７１側の電動弁８５を閉、冷水追従モード用水配管７８の電動弁８４を開とし、解氷ポンプ７５のサクション近辺の吸込口７０に供給される。供給された５℃冷水は、ショートサーキットにより、解氷ポンプ７５より取り出される。
【００２８】
この時の冷凍サイクルを説明する。
蓄熱モード用冷媒配管５３を電動弁５５により閉とし、冷水追従モード用冷媒配管５４を電動弁５７により開とし、冷凍機５０の冷媒液レシーバより高温高圧の冷媒液を冷媒・水熱交換器（蒸発器）７７へ送る。高温高圧の冷媒液は、冷媒・水熱交換器７７に入る手前で膨張弁５８により圧力を下げることにより、冷媒液温を２℃として冷媒・水熱交換器７７に入る。ここで、冷媒液は、水から熱を吸収してガスとなる。冷媒ガスはコンプレッサにより高温高圧ガスとなり、コンデンサ８７で密閉型冷却塔６０から冷却水ポンプ５２で送られた冷却水に熱を与え凝縮して高温高圧の冷媒液となり冷媒レシーバに入る。
【００２９】
次に、放熱運転について説明する。
昼間の建物営業時間帯９時〜１７時の間に、中央監視により設定したタイムスケジュールにより放熱運転を行う。氷蓄熱槽６８内水温を常時監視しており、放熱タイム中でも水温５℃で放熱運転を終了させる。
放熱運転の動作は、次の通りである。冷水一次ポンプ８０により１２℃の水を水・水熱交換器７６の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽６８の２℃の冷水を冷水配管７４を介して解氷ポンプ７５により供給し、熱交換を行い、２次側は１２℃を７℃とし、１次側は２℃を１０℃の水温とする。１次側の水・水熱交換器７６から出た１０℃の水は、冷媒・水熱交換器７７を通るが、冷凍機５０は作動させない。冷媒・水熱交換器７７を介した１０℃の水は、氷蓄熱槽６８上部にある冷水追従モード用水配管側の電動弁８４を閉、氷蓄熱槽６８上部の散水ノズル７１側の電動弁８５を開とし、散水ノズル７１により氷蓄熱槽６８内蓄氷上部に散水され、氷を溶かす。
【００３０】
次に、放熱＋冷水追従運転について説明する。
これは、冷水追従運転と放熱運転を同時に行うものである。
放熱冷水追従運転の動作は、次の通りである。冷水一次ポンプ８０により１２℃の水を水・水熱交換器７６の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽６８の２℃の冷水を冷水配管７４を介して解氷ポンプ７５により供給し、熱交換を行い、２次側は１２℃を７℃とし、１次側は２℃を１０℃の水温とする。１次側の水・水熱交換器７６から出た１０℃の水は、冷媒・水熱交換器７７を通り、冷凍機５０を作動させ冷媒と熱交換し、冷媒・水熱交換器７７の出口５℃の冷水となる。この５℃の冷水は、氷蓄熱槽６８上部にある冷水追従モード用水配管側の電動弁８４を閉、氷蓄熱槽６８上部の散水ノズル７１側の電動弁８５を開とし、散水ノズル７１により氷蓄熱槽６８内蓄氷上部に散水され、氷を溶かす。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、従来２系統必要としたものを水・水熱交換器７６を介装することにより１系統とことが可能となり、ポンプ台数、熱交換器を減らすことができる。
【００３２】
解氷・冷水追従運転系統を直列に配置するため、空調負荷と熱交換した水は、氷蓄熱槽６８に戻ることが可能となり、氷蓄熱槽６８からの取出冷水は水・水熱交換器７６を介装することにより二次側水配管７９と縁を切ることができる。
水・水熱交換器７６の１次側には、(1)放熱運転、(2)冷水追従運転、(3)放熱＋冷水追従運転の３モード運転が、氷蓄熱槽６８を介して全て行える。
【００３３】
尚、本実施形態では、氷蓄熱用冷凍機５０の法定冷凍能力を２０トン×２台とし、２次側主熱源の法定冷凍能力を４０トンとしたが、上述した如く、１次側と２次側とが水・水熱交換器７６によって縁が切ってあるため、高圧ガス取締法上合算されないため、設備全体として法定能力が４０トンとなり、設備届出となり、申請手続きが簡単となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、氷蓄熱槽〜解氷ポンプ〜水・水熱交換器〜冷媒・水熱交換器〜散水ノズルをその循環系に含む冷水配管と、冷水配管の、冷媒・水熱交換器と散水ノズルとの間に電動弁を介して分岐接続され、そのもう片側管端を氷蓄熱槽の底部側の冷水配管吸込口近傍に開口端部を位置させる冷水追従モード用水配管を備える構成としたので、「放熱運転（解氷運転）」は、冷媒・水熱交換器に冷媒を流さないよう、かつ、散水ノズルに流路を切り替えるのみで、「冷水追従運転」は、冷媒・水熱交換器に冷媒を流すよう、かつ、冷水追従モード用水配管に流路を切り替えるのみで、「放熱＋冷水追従遮転」は、冷媒・水熱交換器に冷媒を流すよう、かつ、散水ノズルに流路を切り替えるのみで、それぞれ達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る氷蓄熱装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】従来の氷蓄熱装置を示す説明図である。
【符号の説明】
５０ 冷凍機
５３ 蓄熱モード用冷媒配管
５４ 冷水追従モード用冷媒配管
５５，５７，８１，８２，８４，８５ 電動弁
５６，５８ 膨張弁
６１ 製氷機
６２ 補助タンク
６６ 氷スラリポンプ
６８ 氷蓄熱槽
６９，７０ メッシュ付（金網）吸込口
７１ 散水ノズル
７２ 給水配管
７３ 製氷ポンプ
７４ 冷水配管
７５ 解氷ポンプ
７６ 水・水熱交換器
７７ 冷媒・水熱交換器
７８ 冷水追従モード用水配管
７９ 二次側水配管
８０ 冷水一次ポンプ

Claims (1)

1. 冷凍機（５０）と、
   この冷凍機（５０）に蓄熱モード用冷媒配管（５３）を介して連絡する製氷機（６１）と、
   この製氷機（６１）の下部に配設される補助タンク（６２）と、
   この補助タンク（６２）に氷スラリポンプ（６６）を備えた氷スラリ配管（６５）を介して連絡する氷蓄熱槽（６８）と、
   この氷蓄熱槽（６８）の底部側と製氷機（６１）とを連絡し氷蓄熱槽（６８）内の水を製氷ポンプ（７３）により製氷機（６１）に送る給水配管（７２）と、
   氷蓄熱槽（６８）の底部側に連絡し氷水を解氷ポンプ（７５）により導出する冷水配管（７４）と、
   この冷水配管（７４）に介装され１次側に氷水を導入する水・水熱交換器（７６）と、
   この水・水熱交換器（７６）の下流側で冷水配管（７４）に介装される冷媒・水熱交換器（７７）と、
   この冷媒・水熱交換器（７７）と冷凍機（５０）とを連絡する冷水追従モード用冷媒配管（５４）と、
   冷媒・水熱交換器（７７）の上流側で電動弁（８１，８２，８５）を設けた冷水配管（７４）に連絡すると共に氷蓄熱槽（６８）内上部に配置される散水ノズル（７１）と、
   この散水ノズル（７１）と冷媒・水熱交換器（７７）との間の分岐部（８３）から分岐すると共に電動弁（８４）を設け氷蓄熱槽（６８）の底部内側の冷水配管吸込口（７０）近傍に開口端部（８６）を位置するように配置した冷水追従モード用水配管（７８）と、
   水・水熱交換器（７６）に連絡し空調負荷側の冷水を水・水熱交換器（７６）の２次側に送る冷水一次ポンプ（８０）を備えた二次側水配管（７９）と
   を有することを特徴とする氷蓄熱装置。

Images