JP4515282B2

JP4515282B2 - 氷蓄熱槽の水量調整方法

Info

Publication number: JP4515282B2
Application number: JP2005040980A
Authority: JP
Inventors: 統久石田
Original assignee: 日本スピンドルテクノ株式会社
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2006226606A

Description

本発明は、氷蓄熱式冷凍装置に関するもので、特に、氷蓄熱槽の水量調整方法に関するものである。

近年、電力需要のピークカット及びエネルギコストの削減等を目的として、低コストの深夜電力を用いて夜間に氷蓄熱槽に氷を生成し、この氷蓄熱槽に氷として蓄えられるエネルギを昼間の冷房等に利用する氷蓄熱式冷凍装置が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、この種の氷蓄熱式冷凍装置においては、氷蓄熱槽に氷として蓄えられる蓄熱量の制御を、氷蓄熱槽の水位に基づいて行うようにしている。すなわち、水は氷になると体積が膨張するため、氷蓄熱槽に生成される氷の量が増加すると、水位は上昇する。したがって、水位が所定の目標水位になるまで蓄熱運転を行うことにより、氷蓄熱槽に蓄えられる蓄熱量が適正に調整されることになる。

しかしながら、この蓄熱量の制御方法は、氷蓄熱槽内の水と氷の総量（水分量）が一定であるとの前提の下に行われているため、氷蓄熱槽内の空気中の水分が凝縮、具体的には、低温となる氷蓄熱槽の内壁面に発生する結露水が氷蓄熱槽内に貯留された水に混合し、その結果、氷蓄熱槽内の水分量が設定水量より増加すると、正確な氷蓄熱量の把握、ひいては、蓄熱量の制御が困難となり、蓄熱量の不足が生じる等の問題があった。
また、外気が乾燥している場合等には、氷蓄熱槽内の水分が蒸発し、氷蓄熱槽内の水分量が設定水量より減少すると氷の出来すぎから製氷率センサーが正常に動作しなくなる等の問題があった。

これらの問題点に対処するため、氷蓄熱槽の所定の基準水位となる位置に、製氷動作の開始前に開口し、かつ製氷動作時に閉止される開閉弁を備え、製氷動作開始前に該開閉弁を開口することにより該基準水位以上の水を該氷蓄熱槽外に排水処理することによって該氷蓄熱槽の水位を基準水位に調整する基準水位管を設けるようにした氷蓄熱式冷凍装置が提案されている（特許文献２参照）。

この氷蓄熱式冷凍装置による氷蓄熱槽の水量調整方法は、蓄熱槽内の水温を検知して判断を行っているが、蓄熱槽内の水温にはばらつきがあり、また、氷の出来方に偏り等が生じた場合には、正確な判定ができないおそれがあった。

特開平７−３０１４３８号公報特開平１１−１３２５７６号公報

本発明は、上記従来の氷蓄熱槽の水量調整方法の有する問題点に鑑み、放熱運転中の冷媒温度に基づいて判定を行うことにより、系内全体の残氷がないことを正確に把握することができるようにした氷蓄熱槽の水量調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法は、氷蓄熱槽に備えた水位計からなる製氷率計により検知した製氷率が１０〜４０％で、かつ冷凍装置系内を流れる冷媒温度が放熱運転時の設定温度より１．５〜２．５℃の範囲で設定した温度以上高い状態が３０分〜１時間の範囲で設定した時間継続した場合に、氷蓄熱槽の水量が設定水量より増加していると判断して、氷蓄熱槽の水量調整を行うことを特徴とする。

この場合、検知する製氷率を１０％〜４０％としているのは、１０％未満では、負荷によっては若干の氷が残っているにもかかわらず、冷媒の温度が上がってくることがあり、水量調整を行う必要性がないのに行うおそれがあり、一方、４０％を越えると、水量の変化があまりにも大きく、蓄熱装置の能力上問題が生じるためである。
また、検知する冷媒温度を放熱運転時の設定温度より１．５〜２．５℃の範囲で設定した温度以上高い状態としているのは、１．５℃未満では、冷媒温度の変動で誤判断するおそれがあり、一方、２．５℃を越えると、冷水温度への影響が大きくなるため現実的でなくなるためである。
また、検知する時間の範囲を３０分〜１時間としているのは、３０分未満では、負荷の変動により誤判断するおそれがあり、一方、１時間を越えると、水温の上昇により運転に支障を来すおそれがあるためである。

なお、氷蓄熱槽に備えた製氷率計により検知した製氷率が０％以下になった場合に、氷蓄熱槽の水量が設定水量より減少していると判断して、氷蓄熱槽の水量調整を行うことができる。

この場合において、氷蓄熱槽の水量調整を、サイフォンの原理を利用して水量調整を行うことができる。

本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法によれば、蓄熱運転開始時に氷蓄熱槽内に残存する氷の影響を受けることなく氷蓄熱槽の水量調整を行うことができ、これにより、正確な氷蓄熱量の把握ができ、蓄熱量の過不足のない制御を行うことができる。

また、サイフォンの原理を利用して水量調整を行うようにすることにより、氷蓄熱槽の水量調整を自動化することができる。

以下、本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法を実施する氷蓄熱式冷凍装置の一実施例を示す。
この氷蓄熱式冷凍装置は、熱源機１と、熱源機１とポンプＢＰを配した冷媒配管１１を介して接続される氷蓄熱槽２と、熱源機１及び氷蓄熱槽２と冷媒配管１１を介して接続され、この冷媒配管１１を循環する冷媒と、空調機等の負荷側４のポンプＣＰを配した冷媒配管４１を循環する冷媒との間で熱交換を行うようにする熱交換器３とで構成されている。

そして、製氷を行う蓄熱運転の際には、熱源機１、氷蓄熱槽２間で冷媒を循環させ、氷蓄熱槽２に貯留された水を冷媒によって冷却して氷を生成するようにする。
一方、このようにして生成された氷を利用する蓄熱利用運転時には、熱源機１、氷蓄熱槽２、熱交換器３の間で冷媒を循環させ、氷蓄熱槽２に氷として蓄えられるエネルギによって冷媒を更に冷却して、熱交換器３において、この冷却した冷媒と、空調機等の負荷側４のポンプＣＰを配した冷媒配管４１を循環する冷媒との間で熱交換を行い、空調等を行うようにする。なお、冷媒配管１１、４１を循環する冷媒の温度を、温度計Ｔ１、Ｔ２により測定し、測定した温度に基づいて、空調温度等の制御を行うようにしている。
これによって、氷蓄熱槽２に氷として蓄えられたエネルギの分だけ、熱源機１の電力消費量が減少し、電力のピークカット等を達成することができる。

ところで、この氷蓄熱式冷凍装置においては、氷蓄熱槽２に氷として蓄えられる蓄熱量の制御を、氷蓄熱槽２の水位に基づいて行うようにしている。
しかしながら、氷蓄熱槽２内の空気中の水分が凝縮、具体的には、低温となる氷蓄熱槽２の内壁面に発生する結露水が氷蓄熱槽２内に貯留された水に混合し、その結果、氷蓄熱槽２内の水分量が設定水量より増加することにより、正確な氷蓄熱量の把握、ひいては、蓄熱量の制御が困難となる。

このため、本実施例の氷蓄熱式冷凍装置においては、製氷率及び冷媒温度に基づいて氷蓄熱槽の水量調整を行うことにより、より具体的には、氷蓄熱槽２に備えた製氷率計（水位計及び検出器）により検知した製氷率が１０〜４０％で、かつ温度計Ｔ１によって測定する冷凍装置系内、すなわち、氷蓄熱槽２から出た冷媒配管１１を流れる冷媒温度が昼間における放熱運転時の設定温度より１．５〜２．５℃の範囲で設定した温度以上高い状態が３０分〜１時間の範囲で設定した時間継続した場合に、氷蓄熱槽２の水量ＷＬが設定水量ＷＬ０より増加していると判断して、氷蓄熱槽２の水量調整（氷蓄熱槽２からの水の排出）を行うようにする。

この場合、氷蓄熱槽２の水量調整は、氷蓄熱槽２内に残存する氷の影響を受けることがないように、氷蓄熱槽２内の氷が完全に溶けた状態で行うようにする。
そして、図１（ｂ）に示すように、氷蓄熱槽２に配設したサイフォン管２１の先端を設定水量ＷＬ０の位置に設定した状態で、給水バルブ２１ａを開いてサイフォン管２１から一旦給水を行い、その後、給水バルブ２１ａを閉じ、排水バルブ２１ｂを開いて設定水量ＷＬ０になるまで排水を行い、排水完了後、排水バルブ２１ｂを閉じるようにする。

また、外気が乾燥している場合等には、氷蓄熱槽２内の水分が蒸発し、氷蓄熱槽２内の水分量が設定水量より減少すると氷の出来すぎから製氷率センサーが正常に動作しなくなる等の問題が生じる。

このため、本実施例の氷蓄熱式冷凍装置においては、氷蓄熱槽２に備えた製氷率計により検知した製氷率が０％以下になった場合に、氷蓄熱槽２の水量が設定水量より減少していると判断して、氷蓄熱槽２の水量調整（氷蓄熱槽２への水の供給）を行うようにする。

この場合、氷蓄熱槽２の水量調整は、氷蓄熱槽２内に残存する氷の影響を受けることがないように、氷蓄熱槽２内の氷が完全に溶けた状態で行うようにする。
そして、図１（ｂ）に示すように、氷蓄熱槽２に配設したサイフォン管２１の先端を設定水量ＷＬ０の位置に設定した状態で、給水バルブ２１ａを開いてサイフォン管２１から給水を行い、その後、給水バルブ２１ａを閉じ、排水バルブ２１ｂを開いて設定水量ＷＬ０になるまで排水を行い、排水完了後、排水バルブ２１ｂを閉じるようにする。

これにより、蓄熱運転開始時に氷蓄熱槽２内に残存する氷の影響を受けることなく氷蓄熱槽２の水量調整を行うことができるとともに、正確な氷蓄熱量の把握ができ、蓄熱量の過不足のない制御を行うことができる。

以上、本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法は、製氷率及び冷媒温度に基づいて氷蓄熱槽の水量調整を行うことにより、蓄熱運転開始時に氷蓄熱槽内に残存する氷の影響を受けることなく氷蓄熱槽の水量調整を行うことができることから、氷蓄熱式冷凍装置に好適に用いることができる。

本発明の氷蓄熱槽の水量調整方法を実施する氷蓄熱式冷凍装置の一実施例を示し、（ａ）はその概略構成図、（ｂ）は氷蓄熱槽の水量調整手段の説明図である。

１熱源機
１１冷媒配管
２氷蓄熱槽
３熱交換器
４負荷側
４１冷媒配管
ＢＰポンプ
ＣＰポンプ

Claims

氷蓄熱槽に備えた水位計からなる製氷率計により検知した製氷率が１０〜４０％で、かつ冷凍装置系内を流れる冷媒温度が放熱運転時の設定温度より１．５〜２．５℃の範囲で設定した温度以上高い状態が３０分〜１時間の範囲で設定した時間継続した場合に、氷蓄熱槽の水量が設定水量より増加していると判断して、氷蓄熱槽の水量調整を行うことを特徴とする氷蓄熱槽の水量調整方法。
氷蓄熱槽の水量調整を、サイフォンの原理を利用して水量調整を行うことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱槽の水量調整方法。