JP5464947B2 - 氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法、特に蓄熱運転である製氷運転時に熱源機運転容量を制御するようにした氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法に関する。

従来の氷蓄熱装置においては、氷蓄熱槽内に蓄熱を行うための熱交換器及び水位レベルセンサーを設け、蓄熱により生じる蓄熱媒体（水）の水位レベル変化を利用し、蓄熱終了時のレベルを感知して蓄熱運転を完了する。このとき、熱源機は１００％容量運転を行い、所定の蓄熱運転終了時刻に至るか、又は上記の蓄熱終了水位レベルを感知した場合に蓄熱運転を終了する。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１２４３７０号公報（第１頁、図１）

従来の氷蓄熱装置では、蓄熱運転である製氷運転時の熱源機運転は１００％容量運転であるため、蓄熱容量が少ない場合は短時間で所定の蓄熱量を蓄えることができる。
熱源機にインバータ方式熱源機を用いる場合は低容量運転を行う方が効率が良い運転であるが、従来の氷蓄熱装置では、蓄熱運転時の熱源機運転は常に１００％容量運転を行うので、効率の悪い運転を行っていたという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インバータ方式の熱源機を用い、製氷運転開始時に熱源機に対して効率の良い低容量運転を行い、外気温度や氷蓄熱槽内水温などの運転条件の変動により熱源機の蓄熱能力が変動したときにも、所望の所定時間内に必要な製氷の蓄熱量を蓄える氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法は、不凍液循環用ポンプ、インバータ方式の熱源機、氷蓄熱槽内に配設された製氷用コイル及び不凍液循環用ポンプという不凍液の循環路を有する氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法において、前記不凍液循環用ポンプ及び前記熱源機を制御する制御手段は、前記熱源機によって冷却した不凍液を製氷用コイルに流して氷蓄熱槽内の水を凍結させる製氷運転開始時には、前記熱源機に対して低容量運転の範囲内であって、該低容量運転の範囲内での最高の運転効率となる初期最高効率熱源運転容量の運転を行わせ、製氷運転開始からの所定時間が経過する毎に、当該所定時間毎に設定された目標水位と、水位検出装置が検出した氷蓄熱槽内の実水位と、を比較し、前記目標水位より前記実水位が下回れば、熱源機の運転容量を当初の前記初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、前記目標水位より前記実水位が上回れば、そのまま前記初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、２回目以降、前記所定時間が経過し、前回に前記初期最高効率熱源運転容量により運転を続行している場合であって、前記目標水位より前記実水位が下回れば、前記熱源機の運転容量を当初の前記初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、前記目標水位より前記実水位が上回れば、そのまま前記初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、前回に前記熱源機の運転容量を所定量増加させているときに前記目標水位より前記実水位が下回っていれば、熱源機の運転容量を更に所定量増加させ、前回に前記熱源機の運転容量を所定量増加させているときに前記目標水位より前記実水位が上回っていれば、熱源機の運転容量を所定量減少させ、前記実水位が所定時間で前記目標水位に達するまで前記所定時間が経過する毎に行うようにしたものである。

本発明に係る氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法によれば、不凍液循環用ポンプ及び熱源機を制御する制御手段は、製氷運転開始時には、熱源機に対して低容量運転の範囲内であって、該低容量運転の範囲内での最高の運転効率となる初期最高効率熱源運転容量の運転を行わせ、製氷運転開始からの所定時間が経過する毎に、当該所定時間毎に設定された目標水位と、水位検出装置が検出した氷蓄熱槽内の実水位と、を比較し、目標水位より実水位が下回れば、熱源機の運転容量を当初の初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、目標水位より実水位が上回れば、そのまま初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、２回目以降、所定時間が経過し、前回に初期最高効率熱源運転容量により運転を続行している場合であって、目標水位より実水位が下回れば、熱源機の運転容量を当初の初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、目標水位より実水位が上回れば、そのまま初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、前回に熱源機の運転容量を所定量増加させているときに目標水位より実水位が下回っていれば、熱源機の運転容量を更に所定量増加させ、前回に熱源機の運転容量を所定量増加させているときに目標水位より実水位が上回っていれば、熱源機の運転容量を所定量減少させ、実水位が所定時間で目標水位に達するまで所定時間が経過する毎に行うようにしたので、製氷運転開始時に熱源機に対して低容量運転を行うため、効率の良い蓄熱運転を実現でき、また所定時間経過毎に目標水位と水位検出装置が検出した氷蓄熱槽内の実水位とを比較し、比較の結果に基づいて熱源機の運転容量を増減させるため、外気温度や氷蓄熱槽内水温などの運転条件の変動により熱源機の蓄熱能力が変動した場合にも、所定時間で必要な製氷の蓄熱量を蓄えることができるという効果がある。

本発明の実施の形態の氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法を実施する氷蓄熱ユニットの構成図。 氷蓄熱ユニットにおける従来のインバータを用いない熱源機とインバータ方式の熱源機の運転容量に対する運転効率の変化を示すグラフ。 同氷蓄熱ユニットの製氷運転時における目標水位と実水位の推移を示すグラフ。 同氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法の過程を示すフローチャート。

図１は本発明の実施の形態の氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法を実施する氷蓄熱ユニットの構成図である。
図１において、氷蓄熱ユニットは、不凍液を冷却するインバータ方式の熱源機１と、熱源機１により冷却された不凍液が流れ込む製氷用コイル２を内蔵する氷蓄熱槽３と、不凍液と負荷側の水との熱交換を行う熱交換器４とを備え、熱源機１と熱交換器４とは不凍液を循環させる循環用パイプ１５で接続されている。
このインバータ方式の熱源機１は内蔵する圧縮機の駆動周波数を可変制御して運転容量を調整するものである。
その循環用パイプ１５には不凍液循環用ポンプ５が設けられており、さらに循環用パイプ１５から分岐し、製氷用コイル２を介して循環用パイプ１５に戻す製氷用パイプ１６が接続されている。さらに、循環用パイプ１５には熱源機１から出た不凍液を熱交換器４に流さずにショートカットして熱源機１に戻すショートカット用パイプ１７が接続されている。

循環用パイプ１５には、製氷用パイプ１６との分岐部分近傍に第１のバルブ６が設けられている。また、製氷用パイプ１６には第２のバルブ７が設けられている。さらに、ショートカット用パイプ１７には第３のバルブ８が設けられている。さらにまた、循環用パイプ１５には、ショートカット用パイプ１７より熱交換器４寄りに第４のバルブ９が設けられている。これら第１のバルブ６〜第４のバルブ９は運転モードを切り替えるためのものである。
また、氷蓄熱槽３内の水位を検知する水位検出装置１０は、熱源機１に運転容量の増減を指示する制御手段１１に接続されている。

このように構成された氷蓄熱システムにおいて、蓄熱運転である製氷運転時は、第２のバルブ７及び第３のバルブ８を開とし、第１のバルブ６及び第４のバルブ９を閉とし、不凍液循環用ポンプ５を駆動することにより、不凍液が熱源機１と氷蓄熱槽３内に設置された製氷用コイル２の間で循環される。
即ち、熱源機１により概略−５℃程度に冷却された不凍液が、循環用パイプ１５の一部を通って製氷用パイプ１６に入り、製氷用パイプ１６から氷蓄熱槽３内に設置された製氷用コイル２の内側を通ることにより氷蓄熱槽３内に蓄えた水が冷却され、製氷用コイル２の外部に氷を生成する。そして、製氷用コイル２を通過した不凍液は製氷用パイプ１６を経て循環用パイプ１５の一部及びショートカット用パイプ１７を通って循環用パイプ１５に戻り、不凍液循環用ポンプ５を通って熱源機１に戻り、循環することになる。

解氷運転時は、第２のバルブ７及び第４のバルブ９を開とし、第１のバルブ６及び第３のバルブ８を閉とし、不凍液循環用ポンプ５を駆動することにより、不凍液が熱源機１（解氷運転時は熱源機１を停止する）を介して、氷蓄熱槽３内に設置された製氷用コイル２と不凍液と負荷側の水との熱交換を行う熱交換器４の間で循環される。
即ち、氷蓄熱槽３内に設置された製氷用コイル２にて、５℃程度に冷却された不凍液が、製氷用パイプ１６を経て循環用パイプ１５の一部を通って熱交換器４に入り、熱交換器４では不凍液と負荷側の水との熱交換を行って概略７℃程度に冷却された水が負荷側に供給される。そして、熱交換器４を通過した不凍液は、循環用パイプ１５を通って不凍液循環用ポンプ５を介して熱源機１に戻り、熱源機１から循環用パイプ１５の一部を通って製氷用パイプ１６に入り、製氷用パイプ１６から氷蓄熱槽３内に設置された製氷用コイル２に戻り、循環することになる。

上述の製氷運転において、従来の氷蓄熱システムでは、インバータを用いない熱源機は、図２のグラフに示すように低容量運転を行うと運転効率が低下するため、製氷運転時には熱源機は１００％容量運転を行っていた。
この本発明の実施の形態１では、インバータ方式の熱源機１を用いており、図２のグラフに示すように、低容量運転を行うほうが運転効率が上昇するため、製氷運転時には熱源機１は例えば３５％位の低容量運転を行う。
また、図３は氷蓄熱ユニットの製氷運転時における目標水位と実水位の推移のグラフで、横軸に蓄熱運転時間、縦軸に水位を示している。
図３のグラフでは、蓄熱開始時刻に水位（残氷）がある場合を示し、目標水位より実水位が大きい時間帯は最も効率の良い運転容量である例えば３５％の低容量運転で製氷運転を行って実水位を目標水位に一致させるようにしたことを示している。

この場合、所望の時間（通常は例えば、蓄熱調整契約時間内２２：００〜８：００の１０時間）で必要な蓄熱量を蓄えるように目標水位を定めている。そして、製氷が進むと製氷による水の体積膨張による氷蓄熱槽３内の水位が上昇していき、最終的に目標水位と実水位とが一致するようにしている。
しかし、実際には実水位と目標水位が一致した後に、外気温度や氷蓄熱槽３内の水温などの運転条件の変動により、目標水位より実水位が下回ったり、その後、逆に目標水位より実水位が上回ったりすることがある。
そこで、目標水位より実水位が下回る場合は熱源機１の運転容量を増加させ、目標水位より実水位が上回る場合は熱源機１の運転容量を減少させる等の蓄熱制御をして所望の所定時間で必要な蓄熱量を蓄えるようにする。

次に、本発明の実施の形態の氷蓄熱ユニットの蓄熱運転である製氷運転時における蓄熱制御方法について図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、氷蓄熱システムの第２のバルブ７及び第３のバルブ８を開とし、第１のバルブ６及び第４のバルブ９を閉とし、制御手段１１が不凍液循環用ポンプ５を駆動し、インバータ方式の熱源機１を動作させることにより、熱源機１で冷却された不凍液が熱源機１と氷蓄熱槽３内に設置された製氷用コイル２の間で循環され、製氷運転が開始される（ステップＳ１）。
このとき、熱源機１の運転は初期最高効率熱源運転容量、即ち熱源機１は例えば３５％位の低容量運転を行う。

次に、制御手段１１は製氷運転の開始から例えば１０分間の所定時間が経過すると（ステップＳ２）、１０分毎に設定された目標水位と、水位検出装置１０が検出した氷蓄熱槽３内の実水位とを比較し（ステップＳ３）、目標水位より実水位が下回れば、熱源機１の運転容量を例えば５％程度増加させる（ステップＳ４）。
また、目標水位より実水位が上回れば、そのまま初期最高効率熱源運転容量により運転を続行する（ステップＳ５）。
それから、２回目の１０分間の所定時間が経過した場合に、前回に最高効率熱源運転容量により運転を続行していれば、ステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返すが、前回に熱源機１の運転容量を例えば５％程度増加させて４０％の運転容量になっているときには、目標水位より実水位が下回っていれば、熱源機１の運転容量を更に例えば５％程度増加させるが、目標水位より実水位が下回っていれば、このときには熱源機１の運転容量は初期最高効率熱源運転容量の３５％でないので、熱源機１の運転容量を例えば５％程度増減少させる（ステップＳ６）。
以上の蓄熱制御を実水位が所望の所定時間での目標水位に達するまで、例えば１０分間の所定時間毎に行う。
上記所定時間は１０分に限定されるものでなく、分単位で任意に設定することができ、時間が短くなればなるほど、きめ細かく応答性の良い制御を行うことができる。

本発明の実施の形態の氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法は、氷蓄熱ユニットの熱源機にインバータ方式熱源機を用い、制御手段１１は製氷運転開始時に熱源機１に対して低容量である初期最高効率熱源運転容量の運転を行い、製氷運転の開始から例えば１０分間の所定時間経過すると、所定時間毎に設定された目標水位と、水位検出装置１０が検出した氷蓄熱槽３内の実水位とを比較し、目標水位より実水位が下回れば、熱源機１の運転容量を当初の初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、また目標水位より実水位が上回れば、そのまま初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、２回目の１０分間の所定時間が経過した場合に、前回に最高効率熱源運転容量により運転を続行していれば、１回目と同様に目標水位より実水位が下回れば、熱源機１の運転容量を当初の初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、また目標水位より実水位が上回れば、そのまま初期最高効率熱源運転容量により運転を続行するが、前回に熱源機１の運転容量を所定量増加させているときに目標水位より実水位が下回っていれば、熱源機１の運転容量を更に所定量増加させるが、目標水位より実水位が上回っていれば、熱源機１の運転容量を所定量減少させ、以上の蓄熱制御を実水位が所定時間で目標の水位に達するまで所定時間毎に行うようにしたので、製氷運転開始時に熱源機１の低容量運転を行うため、効率の良い蓄熱運転を実現でき、また所定時間経過毎に目標水位と水位検出装置１０が検出した氷蓄熱槽３内の実水位とを比較し、比較の結果に基づいて熱源機１の運転容量を増減させるため、外気温度や氷蓄熱槽内水温などの運転条件の変動により熱源機１の蓄熱能力が変動した場合にも、所望の所定時間で必要な製氷の蓄熱量を蓄えることができる。

１ 熱源機、２ 製氷用コイル、３ 氷蓄熱槽、４ 不凍液と負荷側の水との熱交換器、５ ポンプ、６ 第１のバルブ、７ 第２のバルブ、８ 第３のバルブ、９ 第４のバルブ、１０ 水位検出装置、１１ 演算装置、１５ 循環用パイプ、１６ 製氷用パイプ、１７ ショートカット用パイプ。

Claims (2)

1. 不凍液循環用ポンプ、インバータ方式の熱源機、氷蓄熱槽内に配設された製氷用コイル及び不凍液循環用ポンプという不凍液の循環路を有する氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法において、
   前記不凍液循環用ポンプ及び前記熱源機を制御する制御手段は、
   前記熱源機によって冷却した不凍液を製氷用コイルに流して氷蓄熱槽内の水を凍結させる製氷運転開始時には、
   前記熱源機に対して低容量運転の範囲内であって、該低容量運転の範囲内での最高の運転効率となる初期最高効率熱源運転容量の運転を行わせ、
   製氷運転開始からの所定時間が経過する毎に、
   当該所定時間毎に設定された目標水位と、
   水位検出装置が検出した氷蓄熱槽内の実水位と、を比較し、
   前記目標水位より前記実水位が下回れば、熱源機の運転容量を当初の前記初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、
   前記目標水位より前記実水位が上回れば、そのまま前記初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、
   ２回目以降、前記所定時間が経過し、前回に前記初期最高効率熱源運転容量により運転を続行している場合であって、
   前記目標水位より前記実水位が下回れば、前記熱源機の運転容量を当初の前記初期最高効率熱源運転容量から所定量増加させ、
   前記目標水位より前記実水位が上回れば、そのまま前記初期最高効率熱源運転容量により運転を続行し、
   前回に前記熱源機の運転容量を所定量増加させているときに前記目標水位より前記実水位が下回っていれば、熱源機の運転容量を更に所定量増加させ、
   前回に前記熱源機の運転容量を所定量増加させているときに前記目標水位より前記実水位が上回っていれば、熱源機の運転容量を所定量減少させ、
   前記実水位が所定時間で前記目標水位に達するまで前記所定時間が経過する毎に行うようにしたことを特徴とする氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法。
2. 前記製氷運転開始からの所定時間は分単位で設定されていることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱ユニットの蓄熱制御方法。

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