JP4385447B2 - Thermal storage air conditioner - Google Patents
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- Y02E60/14—Thermal energy storage
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄熱式空調設備に関し、冷熱負荷増大時に蓄熱された冷熱の放出と同時に追いかけ運転される冷凍機の冷却系に冷熱(冷廃熱)を利用することで効率向上を図るようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から空調設備の一つとして蓄熱式の空調設備が用いられるようになってきており、通常負荷状態では、効率の良い定格運転を行う一方、夜間の比較的涼しい外気を利用するとともに、コストの安い夜間電力を利用して蓄熱槽に冷熱等を蓄熱しておき、、冷熱負荷増大時には、冷熱などを放出するようにしている。
【0003】
例えば蓄熱式空調設備の一例は、図3に示すように、冷凍機1で作られる冷水2を冷熱負荷3に供給するとともに、夜間などに蓄熱槽4に冷水2を供給できるようにする一方、冷凍機1には冷却塔5を介して冷却水6を送る冷却系7が設けられて放熱が行われるようになっており、冷熱負荷増大時には、図4に示すように、蓄熱槽4の冷熱を冷熱負荷3に送って利用するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような冷凍機での放熱を冷却塔からの冷却水を循環して行う場合、外気温度(湿球温度)の上昇などによって冷却水の温度が上昇して凝縮温度が上昇すると、図5に示すように、冷凍機の効率が低下し、例えば冷却水の温度が1℃上昇すると、ターボ式冷凍機の場合には、運転効率が約3%、吸収式冷凍機の場合には、運転効率が5〜12%程度低下する。
【0005】
このため必要な冷熱を得るためにより多くの電力や熱エネルギを投入しなければならない。
【0006】
また、これまでの冷凍機の冷却水温度は、最低温度を管理制御しているが高温度側は何等制御が行われていない。
【0007】
一方、これまでの蓄熱槽4に蓄熱された冷水2は冷熱負荷に直接送られて利用されることから、通常12℃程度まででこれ以上の温度の冷熱は利用されていないのが現状である。
【0008】
この発明はかかる従来技術の有する課題を解決するためになされたもので、冷熱負荷増大時に蓄熱された冷熱の放出と同時に追いかけ運転される冷凍機の冷却系に蓄熱された冷熱(冷廃熱)を利用することで効率向上を図ることができる蓄熱式空調設備を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するためこの発明の請求項1記載の蓄熱式空調設備は、蓄熱槽に蓄熱した冷熱を冷熱負荷の増大時に放出する蓄熱式空調設備であって、前記空調設備の冷凍機の冷却系に、前記蓄熱槽から前記冷熱負荷に直接供給した後の冷廃熱を直接または熱交換器を介して利用する冷熱供給系を設けたことを特徴とするものである。
【0010】
この蓄熱式空調設備によれば、空調設備の冷凍機の冷却系に蓄熱槽から冷熱負荷に直接供給した後の冷廃熱を直接または熱交換器を介して利用する冷熱供給系を設けるようにしており、冷凍機の冷却水の温度を蓄熱された冷熱を利用して冷却することで、冷熱負荷に対する冷熱の放熱と同時に、追いかけ運転する冷凍機の冷却水の温度を下げることで外気温度の上昇にかかわらず冷凍機の運転効率を向上するようにしている。
また、冷凍機の冷却系に冷熱供給系を介して供給する冷熱を、冷熱負荷に直接供給した後の冷廃熱とするようにしており、これまで利用できなかった温度の高い冷廃熱(外気温度に比べれば、低温の冷廃熱)を利用することで、一層効率的に蓄熱された冷熱を利用できるようになる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1および図2はこの発明の蓄熱式空調設備の一実施の形態にかかり、図1は概略構成図、図2は運転状態の説明図である。
【0014】
この蓄熱式空調設備10は、冷凍機11を備えており、冷凍機11の蒸発器12で熱交換されて作られる冷水13を冷熱負荷14に冷水ポンプ15を介して循環して昼間の冷房などを行う一方、夜間には冷水13を蓄熱槽16に循環して冷熱を蓄熱するようになっている。
【0015】
また、冷凍機11には、凝縮器17などに冷却水18を循環供給する冷却系19が設けられ、冷却塔20と冷却水ポンプ21によって冷却水18を循環して冷却塔20で放熱するようになっている。
【0016】
そして、蓄熱槽16には冷水供給ポンプ22が備えられ、冷熱負荷14の負荷増大時に冷水13を供給して放熱することで、冷凍機11の駆動に必要なピーク電力等をカットするようにしてある。
【0017】
さらに、この蓄熱式空調設備10では、冷凍機11の冷却系19に熱交換器23が設けられ、冷水供給ポンプ22の吐出側の分岐管24と接続され、蓄熱槽16に蓄熱された冷水13を供給して冷却水18を冷却できるようにしてあり、冷却後の冷水13が蓄熱槽16に戻されるようになっている。また、この熱交換器23には、蓄熱槽16に蓄熱された冷水13を冷熱負荷14に供給して放熱した後の冷廃水25を供給し、冷却水18を冷却した後蓄熱槽16に戻すことができるようにしてある。
【0018】
なお、冷凍機11の冷却系19の冷却水18の冷却のため熱交換器23を設置して蓄熱槽16から冷水13を供給するのに代え、冷却水18に冷水13を混合循環するようにしても良い。
【0019】
また、冷凍機11はターボ式冷凍機、往復式冷凍機や吸収式冷凍機などいずれの形式のものであっても良い。
【0020】
さらに、蓄熱槽16として冷水13で蓄熱する場合に限らず、氷蓄熱を行うものなど他の形式の蓄熱槽であっても良い。
【0021】
このように構成した蓄熱式空調設備10では、夜間などに夜間電力を利用するとともに、比較的涼しい外気を利用して冷凍機11を運転し、蒸発器12で熱交換されて作られる冷水13を蓄熱槽16に循環して、例えば5〜7℃程度の冷水13として冷熱を蓄熱する。
【0022】
一方、昼間など冷熱負荷14の負荷増大時には、蓄熱槽16に蓄熱してある冷水13を冷水供給ポンプ22により冷熱負荷14に供給して放熱することで、冷凍機11の駆動に必要な電力等を削減するようにする。
【0023】
この蓄熱された冷水13の冷熱負荷14への供給と同時に、冷凍機11も追いかけ運転されるが、通常冷熱負荷14の負荷増大時には、外気温度が上昇しており、冷凍機11の冷却系19の冷却塔20と冷却水ポンプ21によって循環される冷却水18の温度が上昇した状態となり、冷凍機11の運転効率が低下した状態になる。
【0024】
そこで、冷凍機11の冷却系19に設けた熱交換器23に、蓄熱槽16に蓄熱された冷水13を冷熱負荷14に供給して放熱した後の冷廃水25として供給し、冷却水18を冷却する。
【0025】
この冷熱負荷14では、蓄熱槽16の5〜7℃の冷水13が12℃程度まで放熱利用され、12℃以上の冷廃水25は直接冷房などに利用することができず蓄熱槽16に戻されているが、冷凍機11の冷却系19では有効に利用できる冷熱であり、この冷廃水25によって冷却水18を冷却し、例えば冷廃水25が28℃程度になるまでその冷熱を利用し、冷凍機11の運転効率の向上を図る。
【0026】
これにより、従来の蓄熱式空調設備では、昼間の冷熱負荷の負荷増大時に追いかけ運転する必要がある冷凍機については、冷却水18の温度を何等制御することなく外気温度の影響を直接受ける状態で運転せざるを得ず、運転効率が著しく低い状態となっていたが、この蓄熱式空調設備10によれば、追いかけ運転する必要がある冷凍機11を運転効率の好い状態で運転することができる。
【0027】
なお、夜間の蓄熱運転の際、冷水13を28℃から5〜7℃間で冷凍機11で冷却して蓄熱する必要があるが、夜間電力を利用するとともに、比較的涼しい外気を利用して冷凍機11を運転できるので、使用電力料金も大巾に削減できる。
【0028】
例えば年間電力料金の削減効果を試算してみると、次のようになる。
【0029】
まず、試算条件として、電力料金を、基本料金が1510円/kw/月、従量料金が夏期昼間で20円/kwh 、夜間で6円/kwh とし、冷凍機を、容量が500USRTで、冷却水温度が1℃変化すると消費動力が3%変化するとし、運転条件を、蓄熱槽の冷熱を使い切ってしまい、冷却水を5℃下げるようにこの蓄熱式空調設備を運転することが1日3時間、週5日、年間6週間あるものとした。
【0030】
このような条件の下で、基本料金の削減効果が、1576千円/年、従量料金の削減が−265千円/年(増加)となり、全体で1311千円/年の削減効果がある。
【0031】
以上のように、この蓄熱式空調設備10によれば、冷凍機11の冷却水18を蓄熱した冷水で冷却することで運転効率を向上することができ、電力または熱エネルギの消費を減らすことができる。
【0032】
また、これまで利用されていなかった蓄熱槽の10〜12℃以上の冷熱を利用することができ、実質的に蓄熱槽を大容量としたのと同等の効果を得ることができる。
【0033】
さらに、蓄熱装置としてアイスオンコイル型氷蓄熱装置を用いた場合には、過大に蓄熱されると、氷のブロッキングによる熱量不足を招くことがあるが、冷熱を冷凍機の冷却水の冷却に用いることで過大に蓄熱されることがなくなるとともに、冷熱を有効に活用し、設備の健全性を維持することができる。
【0034】
また、既存の蓄熱式空調設備に蓄熱槽からの冷水による冷凍機の冷却水の冷却系(熱交換器あるいは直接混合する配管など)を付加するだけでこの発明を簡単に適用することができる。
【0035】
なお、上記実施の形態では、蓄熱槽への冷熱の蓄熱を空調設備を構成する冷凍機を運転して得るようにしたが、この場合に限らず、他の冷凍機等の運転によって冷熱を蓄熱したり、他の冷熱源がある場合にそれを利用して蓄熱するようにしても良い。
【0036】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したように、この発明の請求項1記載の蓄熱式空調設備によれば、空調設備の冷凍機の冷却系に蓄熱槽から冷熱負荷に直接供給した後の冷廃熱を直接または熱交換器を介して利用する冷熱供給系を設けたので、冷熱負荷に対する冷熱の放熱と同時に、追いかけ運転する冷凍機の冷却水の温度を下げることで外気温度の上昇にかかわらず冷凍機の運転効率を向上することができる。
また、冷凍機の冷却系に冷熱供給系を介して供給する冷熱を、冷熱負荷に直接供給した後の冷廃熱とするようにしたので、これまで利用できなかった温度の高い冷廃熱(外気温度に比べれば、低温の冷廃熱)を利用することができ、一層効率的に蓄熱された冷熱を利用して冷凍機の運転効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の蓄熱式空調設備の一実施の形態にかかる概略構成図である。
【図2】この発明の蓄熱式空調設備の一実施の形態にかかる運転状態の説明図である。
【図3】従来の蓄熱式空調設備の概略構成図である。
【図4】従来の蓄熱式空調設備の運転状態の説明図である。
【図5】冷凍機の凝縮温度に対する冷凍能力の変化の説明図である。
【符号の説明】
10 蓄熱式空調設備
11 冷凍機
12 蒸発器
13 冷水
14 冷熱負荷
15 冷水ポンプ
16 蓄熱槽
17 凝縮器
18 冷却水
19 冷却系
20 冷却塔
21 冷却水ポンプ
22 冷水供給ポンプ
23 熱交換器
24 分岐管
25 冷廃水[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat storage type air conditioner, and is designed to improve efficiency by using cold heat (cold waste heat) in a cooling system of a refrigerator that is chased simultaneously with the discharge of cold heat stored when the cold load is increased. Is.
[0002]
[Prior art]
Thermal storage air-conditioning equipment has been used as one of the air-conditioning equipment. In normal load conditions, efficient rated operation is performed. Cold energy is stored in the heat storage tank using cheap nighttime electric power, and when the cold load increases, the cold energy is released.
[0003]
For example, as shown in FIG. 3, an example of a heat storage type air conditioner supplies
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when heat radiation in such a refrigerator is performed by circulating cooling water from the cooling tower, if the temperature of the cooling water rises due to an increase in the outside air temperature (wet bulb temperature) or the like, As shown in FIG. 5, when the efficiency of the refrigerator decreases, for example, when the temperature of the cooling water rises by 1 ° C., the operation efficiency is about 3% in the case of a turbo type refrigerator, and in the case of an absorption type refrigerator, Operating efficiency is reduced by about 5 to 12%.
[0005]
For this reason, more electric power and thermal energy must be input in order to obtain the necessary cold energy.
[0006]
In addition, the cooling water temperature of the conventional refrigerator is managed and controlled at the minimum temperature, but no control is performed on the high temperature side.
[0007]
On the other hand, since the
[0008]
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and cold energy (cold waste heat) stored in the cooling system of the refrigerator that is chased simultaneously with the release of the cold energy stored when the cold load is increased. It is intended to provide a regenerative air conditioning facility that can improve efficiency by using the.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems of the prior art, the regenerative air conditioning system according to claim 1 of the present invention is a regenerative air conditioning system that discharges the cold energy stored in the thermal storage tank when the cold load increases , The cooling system of the refrigerator is provided with a cooling heat supply system that uses the chilled waste heat directly supplied from the heat storage tank to the cooling load directly or through a heat exchanger.
[0010]
According to this heat storage type air conditioner, the cooling system of the refrigerator of the air conditioner is provided with a cold heat supply system that uses the cold waste heat directly supplied from the heat storage tank to the cold load or directly through the heat exchanger. and has, by cooling by using cold heat stored in the heat-the temperature of the cooling water of the refrigerator, at the same time as the cold heat of the heat radiation for cooling load, by lowering the temperature of the cooling water of the refrigerator to chase operating outside air temperature Regardless of the rise, the operation efficiency of the refrigerator is improved.
In addition, the cooling heat supplied to the cooling system of the refrigerator via the cooling power supply system is used as the cooling waste heat after being directly supplied to the cooling load. Compared to the outside air temperature, the cold energy stored at a low temperature can be used more efficiently by utilizing the low-temperature waste heat.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 relate to an embodiment of a heat storage type air conditioning system according to the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram, and FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation state.
[0014]
The regenerative
[0015]
Further, the refrigerator 11 is provided with a
[0016]
The
[0017]
Further, in the heat storage
[0018]
Instead of installing the
[0019]
The refrigerator 11 may be of any type such as a turbo refrigerator, a reciprocating refrigerator, or an absorption refrigerator.
[0020]
Further, the
[0021]
In the regenerative
[0022]
On the other hand, when the load of the
[0023]
The refrigerator 11 is also chased simultaneously with the supply of the stored
[0024]
Therefore, the
[0025]
In this
[0026]
As a result, in the conventional heat storage type air conditioner, the refrigerator that needs to be chased when the daytime cooling load increases is directly affected by the outside air temperature without any control of the temperature of the cooling
[0027]
In addition, at the time of night heat storage operation, it is necessary to cool the
[0028]
For example, a trial calculation of the effect of reducing the annual electricity charge is as follows.
[0029]
First, as a trial calculation condition, the electricity charge is 1510 yen / kw / month for the basic charge, the pay-per-use charge is 20 yen / kwh for summer daytime, 6 yen / kwh for nighttime, and the refrigerator has a capacity of 500 USRT and cooling water. If the temperature changes by 1 ° C, the power consumption will change by 3%. The operating condition is that the cold energy in the heat storage tank is used up, and it is 3 hours a day that this regenerative air conditioning equipment is operated to lower the cooling water by 5 ° C. , 5 days a week, 6 weeks a year.
[0030]
Under these conditions, the basic charge reduction effect is 1576 thousand yen / year and the pay-as-you-go charge reduction is -265 thousand yen / year (increase), resulting in a total reduction effect of 1311 thousand yen / year.
[0031]
As described above, according to the heat storage
[0032]
Moreover, the cool heat | fever of 10-12 degreeC or more of the thermal storage tank which was not utilized until now can be utilized, and the effect equivalent to having made the thermal storage tank large capacity | capacitance can be acquired.
[0033]
Furthermore, when an ice-on-coil type ice heat storage device is used as the heat storage device, if the heat is stored excessively, there may be a shortage of heat due to ice blocking, but the cold heat is used for cooling the cooling water of the refrigerator. As a result, heat is not stored excessively, and cold energy can be used effectively to maintain the soundness of the equipment.
[0034]
In addition, the present invention can be easily applied only by adding a cooling water cooling system (such as a heat exchanger or a pipe for direct mixing) of a refrigerator using cold water from a heat storage tank to an existing heat storage type air conditioner.
[0035]
In the above-described embodiment, cold energy is stored in the heat storage tank by operating a refrigerator that constitutes the air conditioning equipment. However, the present invention is not limited to this, and cold energy is stored by operation of other refrigerators or the like. Or, when there is another cold heat source, it may be used to store heat.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail with reference to one embodiment, according to the heat storage type air conditioner of claim 1 of the present invention, after directly supplying the cooling load of the refrigerator of the air conditioner from the heat storage tank to the cooling load. A cold supply system that uses the cold waste heat directly or through a heat exchanger is provided, so that the temperature of the outside air can be raised by lowering the temperature of the cooling water of the chiller that is chasing after the heat is released to the cold load. Regardless of this, the operating efficiency of the refrigerator can be improved.
In addition, since the cooling heat supplied to the cooling system of the refrigerator via the cooling heat supply system is changed to the cooling waste heat after being directly supplied to the cooling load, the cold waste heat with a high temperature that could not be used until now ( Compared to the outside air temperature, it is possible to use low-temperature cold waste heat), and the operating efficiency of the refrigerator can be improved by using the cold energy stored more efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram according to an embodiment of a heat storage type air conditioner of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation state according to the embodiment of the heat storage type air conditioning equipment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a conventional heat storage type air conditioner.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation state of a conventional heat storage type air conditioner.
FIG. 5 is an explanatory diagram of changes in the refrigerating capacity with respect to the condensation temperature of the refrigerator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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