JPH03271643A - 氷蓄熱空調システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過冷却水から微細な氷を製造して空調用蓄熱
に利用する氷蓄熱空調システムにおいて空調熱源運転を
実施しているときに併せて製氷運転を実施するか否か、
実施するとすればその時間をどれだけの長さにするかを
決定する運転方法に関する。

〔従来の技術〕

建物内に配設したファンコイルユニットヤ水熱源ヒート
ポンプユニットの水側熱交換器に冷温水を循環させて冷
暖房を行なうさいに、冷房時の冷熱を蓄熱槽内において
氷の形態で蓄えるいわゆる氷蓄熱方式が注目されており
、一部稼働されるようになった。これは１例えば夜間電
力で冷凍機を駆動して製氷し、氷の状態で多量の冷熱を
蓄熱槽で蓄えたうえ、冷房運転時にその氷の冷熱を冷水
として取出して二次側熱交換器（負荷側熱交換器と呼ぶ
）に循環するものであり、水の潜熱を利用するので小規
模装置でも多量の冷熱を蓄えることができる。

この氷蓄熱方式には、製氷法の相違によって蓄える氷の
形態が氷塊状（ソリッド状）のものとシャーベット状（
微細氷と水とが混在したリキッド状またはスラリー状）
のものとに分けられる。両者にはそれぞれ得失があるが
、氷塊方式では氷塊を蓄熱水槽で生成させる　（熱交換
器の表面で生成させる）場合に氷層が厚くなるとそれに
伴って熱の伝導が低下するので大きな厚みにすることに
は限界があり、したがって、氷の充填率（１，Ｐ、Ｆ、
）は１０％前後にしかならず、蓄熱効率が悪くなること
は避けられない。一方シャーベット状の氷を製造する場
合には１．Ｐ、Ｆ、は非常に大きくすることができるが
、大容量の水をシャーヘント状にするには一般には非常
に大規模な設備を必要とする。このため、零度゛Ｃ以下
に過冷却された過冷却水の流れから微細な氷を析出させ
る方式が開発された。

例えば同一出願人に係る特開昭６３−２１７１７１号公
報および特開昭６３−２３１１５７号公報に、過冷却水
からら微細な氷を製氷する方法および装置を提案し。

また、この過冷却水を伝熱管で連続製造することを要件
として、特開昭６３−２７１０７４号公報、特開昭６４
−７５８６９号公報、特開昭６４−９０９７３号公報、
特開平１−１１４６８２号公報、実開昭６３−１３９４
５９号公報、実開平１−８８２３５号公報、実開平１−
８８２３６号公報、実開平１−８８２３７号公報、実開
平１−９７１３５号公報、実開平１−１１２３４５号公
報、実開平１−１２００２２号公報、実開平１１２５９
４０号公報、実開平１−１３６８３２号公報、実開昭１
１４８５３８号公報、実開平１−１７８５２８号公報、
実開平２５２７号公報等に様々な提案を行った。いずれ
にしても、これらに提案した過冷却水からシャーヘント
状の氷を製造する製氷システムの過冷却器は水がその中
を通水する伝熱管を冷却容器内に配置し、この冷却容器
内に冷却媒体として冷凍機の７ラインを通液するか、或
いは冷却容器をヒートポンプ装置の蒸発器として機能す
るように構成しこれによって伝熱管の内壁温度を零度℃
以下ではあるが−５，８℃以上に維持すれば水の入口温
度や流量等の変動に拘わらず管内で凍結を起こすことな
く過冷却水の連続流れが製造できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ソリッド状、シャーベット状を問わず、かような氷蓄熱
システムでは、氷蓄熱槽内の水を熱源水として負荷側熱
交換器に循環させる空調熱源運転を実施しているさいに
製氷運転も同時に実施するいわゆる追い掛け運転を行う
のが総合的な経済性を確保するためには有利となる。こ
の追い掛け運転の発停は、蓄熱槽内の残水量と負荷予測
が基準となるが、残水量の検出や負荷予測を正確に行う
には難点も多い。特にソリッド状氷蓄熱システムでは、
夜間の製氷運転開始時に熱交換器表面に氷が残っている
とトラブルの原因となるし、製氷時には水量の増加とと
もに冷凍機の成績係数が低下する。したがって、空調熱
源運転終了時に氷が完全に融解していることが条件とな
り、この条件を満たしたうえで追い掛け運転の発停制御
を組み込まざるを得す、その制御が一層複雑化するし、
熱負荷に完全に対応するには高い精度の負荷予測も必要
となる。

一方、過冷却水によるシャーベット状氷蓄熱システムで
は、前記のような制約条件はなく、水生成の進行による
成績係数の低下もない。したがって追い掛け運転は夜間
電力の利用率或いは熱負荷への対応を考慮してその発停
を制御すればよい。

また外気温度に拘わらず冷却能力が一定であり且つ蓄熱
終了時の蓄熱量も一定であるという特性も有している。

このようなことから、過冷却水型の氷蓄熱システムでは
追い掛け運転の発停制御の基準化ができれば非常に有利
であり、これによって氷蓄熱システムの経済性を一層高
めることができる。

本発明はこの要求を満たすことを目的としたものである
。

〔発明の構成〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は、蓄熱槽内の水を槽外に設置した過冷却器に通水して
零度℃以下の過冷却水としたうえその過冷却状態を解除
して微細な氷を析出させて該蓄熱槽に蓄える製氷運転と
、該蓄熱槽内の水を負荷側熱交換器に通水したあと該蓄
熱槽に戻す空調熱源運転とを行う氷蓄熱空調システムに
おいて。

空調熱源運転を実施しながら製氷運転を実施する追い掛
け運転の発停制御を行うにあたり、蓄熱槽から負荷側熱
交換器に入る前の往水温度と蓄熱槽に戻る還水温度の差
を検出し、この温度差に基いて該追い掛け運転の時間を
決定することを特徴とする。

〔作用〕

熱源水の負荷側熱交換器への循環量がほぼ一定であれば
、その往水温度と還水温度の温度差をもって熱負荷の代
用値とすることができる。すなわち熱源水の遁環量×温
度差が熱負荷となるから。

熱負荷は温度差で代用させることができる。一方熱負荷
の一般的な特性として、その熱負荷パターン（熱負荷の
経時変化）は個々の建物やその使用の仕方によって異な
るが、一つの既設建物ではその日の熱負荷パターンと総
熱負荷量の関係は特別なことがない限り定型的なもので
あり、経験的に判読できる。したがって、成る時刻にお
ける熱負荷が計測されると（該温度差から予測されると
）。

その日の総熱負荷量を推定することができる。したがっ
て、空調熱源運転を行っている当日の比較的早い時刻に
該温度差を検出してその日の熱負荷状態を知れば、当日
の総熱負荷量を推定でき、これによって追い掛け運転が
必要か否か、また必要な場合にはどれだけの時間が必要
かを決定することができる。

以下に図面を参照しながら１本発明に従う氷蓄熱空調シ
ステム例とその運転方法を具体的に説明する。

〔実施例〕

第１図は過冷却型製氷蓄熱システムの一実施例を示した
ものである。１は蓄熱槽、２は過冷却器３は循環ポンプ
であり、蓄熱槽１内の水はポンプ３の駆動により熱源側
循環水路４を経て過冷却器２に連続供給され、この過冷
却器２によって零度℃以下の過冷却水５となって大気中
に吐出し、この過冷却水５の吐出流は、場合によっては
過冷却状態解除装置６に衝突したうえ、蓄熱槽１内に戻
される。過冷却状態が解除するさいに微細な氷となり、
蓄熱槽ｌ内にはシャーベット状の氷８が溜まる。

他方、蓄熱槽１内の冷水が空調用の負荷側熱交換器１２
に通したあと再び蓄熱槽に戻る負荷側循環水路１３が形
成される。すなわち、蓄熱槽１内の冷水はフィルタ１４
．負荷側ポンプ１５．負荷側熱交換器１２．散水装置１
６を経て槽内に戻る。負荷側熱交換器１２としては通常
は液・液熱交換器を使用し。

建物内のファンコイルユニットやヒートポンプユニット
の水側熱交換器を循環する二次側冷温水と熱交換する。

場合によってはこの負荷側熱交換器１２自身を空°調器
の熱交換器として使用することもできる。１４および９
は水掃集用のフィルターを示す。

熱源側循環水路４の過冷却器２は、多数本の伝熱管（チ
ューブ）１７をシェル１８内に配置したシェルアンドチ
ューブ型熱交換器からなっている。各チューブ１７（以
下伝熱管１７と言う）は、シェル１８（以下冷却容器１
８と呼ぶ）を貫通して配置され一方の端は水入ロヘンダ
一部２ｏに開口し、他方の端は大気に開放していること
から、水入口ヘッダ一部２０に導入された水は各伝熱管
１７内を流れて他方の開口端より大気中に吐出する。シ
ェル側の冷却容器１８はヒートポンプ装置の蒸発器とし
て機能するように構成されている。すなわち１２４は圧
縮機、２５は凝縮器、２７は彫版弁を示しており、これ
らの間に冷媒配管することによってヒートポンプ装置を
構成している。このヒートポンプ装置を稼働し、蒸発器
である冷却容器１８内の冷媒の蒸発温度を制御して伝熱
管１７の内壁温度を零度℃以下で−５，８℃以上となる
ように冷却することにより伝熱管１７の吐出口から過冷
却水の連続流れ５が吐出し、これが傾斜衝突板３分配板
９回転板等からなる吐出流に衝撃を付与する過冷却状態
解除装置６に触れることにより微細な氷を析出しつつ蓄
熱槽１内に溜まる。

第２図は、過冷却器２を満液型の華発器として構成した
以外は、実質上第１図と同様の設備を示しており、第１
図と同し符号を付した機器は第１図で説明したのと同し
内容のものである。第２図の設備では、ヒートポンプ装
置ｆｌｉ！働中は冷却容器１８内に液冷媒２１が伝熱管
１７を浸すに充分な量で。

つまりその液面２２が器内の伝熱管１７より上方に位置
するように、満たされており、液面２２の上方空間が低
圧に維持され且つ伝熱管１７によって液冷媒２１が加熱
されることによって液が沸騰する状態に置かれる。すな
わち、冷却容器１８の下部に液冷媒導入口２９が設けら
れることにより、器内の液冷媒２１の層内にその下方か
ら膨張弁２７を経た冷媒が導入される。冷却容器１８の
上部に設けられた気体冷媒導出口３０から圧縮ｓ！２４
に気体冷媒が吸引されることにより冷却容器１８内は低
圧に維持されるので。

また伝熱管１７の中を通流する熱源水によって熱が付与
されるので、液冷媒２１は沸騰を起こす。なお２６は受
液器であり、凝縮器２５で＃縮した液冷媒を−たんここ
で受け、液・液熱交換器ＩＯを経たあと膨張弁２７を介
して冷却容器１８内に送られる。液・液熱交換器１０で
は凝縮液冷媒が有する熱を過冷却器２の伝熱管１７に入
る前の水に付与する作用を果たす。凝縮器２５は空冷式
のフィンチューブ型熱交換コイルからなり、ファン２８
の駆動によって空気を通流することにより、圧縮機２４
から吐出する高圧冷媒の凝縮熱を放熱する。１１はバッ
ファタンクを示す。第２図の設備でも蒸発器である冷却
容器１８内の冷媒液の蒸発温度と圧力が適正に制御され
ることより、第１図の設備と同様に、伝熱管１７の吐出
口からは過冷却水が連続的に吐出し、その過冷却状態が
解除されると微細なジャーヘット状の氷を析出し、蓄熱
槽１内に蓄えられる。

第１図や第２図の設備において、この製氷運転は通常は
夜間に実施し、建物の稼働時間帯であるその他の時間帯
において蓄熱槽内の水を負荷側熱交換器１２に循環する
空調熱源運転を実施する。この空調熱源運転を実施しな
がら製氷運転を実施する追い掛け運転は、その日の総熱
源量をまかなうには夜間に製造した氷が足りないときに
実施するのであるが、その発停制御のために本発明では
次のような機器構成を採用する。先ず、負荷側循環水路
１３において、蓄熱槽１から負荷側熱交換器１２に入る
前の往水管路にその往水温度を検出するための温度検出
器３２を取付けると共に、負荷側熱源水１２を経て蓄熱
槽１に戻る還水管路にその還水温度を検出するための温
度検出器３３を取付ける。そして雨検出器３２の３３の
検出信号を温度差計３４に入力し、ここで往水温度と還
水温度の差を計測し。

その計測値を信号変換器３５に送信する。この信号変換
器３５ではその建物の熱負荷パターンと総負荷量との記
録された関係から１人力時刻の温度差に基いて追い掛け
運転が必要であるか否か、また必要な場合の運転時間を
判断し、必要な運転時間が判断された場合にはタイマー
３６にヒートポンプ装置の発停制御信号を出力する。タ
イマー３６はリモート設定可能なものを使用する。そし
て、このタイマー３６は５　ヒートポンプ装置のスイッ
チ回路３７をオン・オフ動作させる。このオン・オフ動
作は熱源側循環水路４に介装されたポンプ３および圧縮
機２４の電源側に設けられたリレー回路の断続動作であ
る。

第３図は成る建物の冷房負荷の時刻変化を表した熱負荷
パターン図であり、８曲線は６月、ｂ曲線は８月、Ｃ曲
線は１０月のそれぞれ月別合計を表している。このよう
に盛夏時と中間期とではパターンは異なるが、数日間の
単位で見れば熱負荷パターンはおよそ決まった挙動を示
す。したがって空調熱源運転当日の比較的早い時刻例え
ば８時に冷房負荷がどの程度であるかが判読されると、
その日の負荷パターンが決まり、これによってその日の
総負荷量（パターン曲線の積分値）が推定できる。先述
のように温度差計３４の出力はその時刻の熱負荷に対応
する。したがって例えば８時に計測された温度差計の出
力からその日のパターンが決まり、総負荷量が推定でき
る。この推定総負荷量が夜間に製氷された水量ではまか
なえないと判断された場合に、信号変換器３５がその不
足する製氷運転時間を演算し９タイマー３６にその運転
時間を登録し、ヒートポンプ装置のリレー回路３７を発
停する。これによって追い掛け運転がその時間幅だけ実
施され、実施後はヒートポンプ装置を停止する。

第４図はシステム全体の制御フローを示したものである
。同図の追い掛け運転時間設定が前記の温度差計３４の
出力に基づく操作となる。なお、この追い掛け運転は蓄
熱槽の水温が設定値（例えばｌ″Ｃ）以下を維持してい
ても実施するものを意味し、設定値以上となった場合に
実施する製氷運転とは一応区別される。

〔効果〕

以上のように５本発明は過冷却水から微細な氷を製造す
る空調用製氷蓄熱システムにおいて、追い掛け運転の必
要性とその運転時間の決定が往水温度と還水温度の差に
基いて判断されるので、追い掛け運転を行うためのヒー
トポンプ装置の発停制御が極めて単純に行うことができ
、これによって当該システムによる一層経済的且つ合理
的な運転が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は過冷却器に気化型蒸発器を用いた空調用製氷蓄
熱システムの機器配置図、第２図は過冷却器に満液型蒸
発器を用いた空調用製氷蓄熱システムの機器配置図、第
３図は成る建物における熱負荷の経時変化を示す月別パ
ターン図、第４図は製氷蓄熱システムの制御フロー図で
ある。 １・・蓄熱槽、　　　　　２・・過冷却器。 ３・・ポンプ、　　　　　４・・熱源側循環水路１１　
・ １３　・ １９　・ ２２　・ ２５　・ ２７　・ ３０　・ ３３　・ ３５　・ ３７　・ 過冷却水、　　　　６・・過冷却解除装置フィルタ、１
０・・液・液熱交換器 バッファタンク、　１２・・負荷側熱交換器負荷側循環
水路、　１８・・伝熱管 冷却容器　　　　２］・・液冷媒 液冷媒の液面、２４・・圧縮機 凝縮器、２６・・受液器 彫版弁、２９・・液冷媒導入口。 気体冷媒導出口、３２・・往水温度検出計還水温度検出
計、３４・・温度差計。 信号変換器、３６・・タイマー ヒートポンプ装置のスイッチ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蓄熱槽内の水を槽外に設置した過冷却器に通水して零度
   ℃以下の過冷却水としたうえ、その過冷却状態を解除し
   て微細な氷を析出させて該蓄熱槽に蓄える製氷運転と、
   該蓄熱槽内の水を負荷側熱交換器に通水したあと該蓄熱
   槽に戻す空調熱源運転とを行う氷蓄熱空調システムにお
   いて、空調熱源運転を実施しながら製氷運転を実施する
   追い掛け運転の発停制御を行うにあたり、蓄熱槽から負
   荷側熱交換器に入る前の往水温度と蓄熱槽に戻る還水温
   度の差を検出し、この温度差に基いて該追い掛け運転の
   時間を決定することを特徴とする氷蓄熱空調システムの
   運転方法。