JPH06331181A - 冷却・加熱・蓄熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 氷水を安定に輸送することのできる冷却シス
テムを提供する。 【構成】 蓄熱装置６６と、ヒートポンプと、これらを
接続する配管、バルブより構成されるヒートポンプ側ル
ープと、冷却負荷と、前記蓄熱装置と冷却負荷間を接続
する配管６２、ポンプ、バルブより構成され、冷流体で
ある氷水が輸送できるようになっている負荷側ループと
を有する冷却システムにおいて、前記蓄熱装置６６に
は、少なくとも冷水槽６３と氷水槽６１とを有し、該冷
水槽６３の冷水と氷水槽６１の氷水を混合して氷水供給
配管６２に氷水を送る混合装置５８と該氷水供給配管に
氷水中の氷分率を測定する氷分率検出部６０とを具備
し、前記混合装置５８には氷分率検出部の信号により氷
分率値が規定値となるように制御できる制御装置５９を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートポンプや冷凍機を
用いた冷却又は冷却・加熱システムに関し、特に地域暖
冷房・給湯等を行なう大型冷却装置に好適なヒートポン
プを用いた冷却又は冷却・加熱又は蓄熱システムに関す
るものである。

【０００２】なお、本明細書における熱回収装置とは、
単に廃水などの人工的廃熱の回収装置だけではなく、井
戸水、海水等外部の外気より高温のエネルギー源からの
熱を回収する熱回収装置をも含むものとする。また、ヒ
ートポンプとは加熱用だけでなく、冷却用の冷凍機も含
む広義のヒートポンプである。

【０００３】

【従来の技術】通常の地域暖冷房・給湯システムは、温
流体としてはボイラ等安価な化石燃料を燃焼させて、温
水や蒸気を用いる方法が主流である。この方式の場合
は、温熱の利用方法に多少無駄があってもボイラや燃料
コストが安いので経済的である。また、冷流体側も吸収
冷凍機による方法や、ボイラにより蒸気タービンを駆動
しこのタービンによりターボ冷凍機を運転する方法が多
い。

【０００４】しかしながら、最近、大気中に放出される
二酸化炭素等による温室効果により、地球の温暖化が問
題となっている。このため、化石燃料を大量に使用する
地域暖冷房・給湯においても、将来大幅に一次エネルギ
ーを削減することが要望されると思われる。この要望に
応えるものとして、蓄熱式電動ヒートポンプを用いた氷
水輸送式地域暖冷房・給湯システムが推奨されている。
即ち、蓄熱式とすることにより、夜間に運転し、発電所
を建設するための一次エネルギーを大幅に削減し、更
に、氷水輸送方式とすることにより、輸送熱量当たりの
配管建設用一次エネルギーを減らす氷蓄熱・氷水輸送シ
ステムが推奨されている。

【０００５】しかしながら、これまでに数多くの蓄熱式
ヒートポンプを用いた氷輸送式地域冷暖房システムが提
案されているにもかかわらず、従来システムに種々の欠
点があり、本格的実用化には至っていない。これらのう
ち、大きな欠点は下記４つである。 （１）熱利用側熱交換器の性能が悪い。 （２）輸送される氷水の氷部が、配管中の分岐部や利用
側熱交換器で閉塞を起こす。 （３）大容量の場合は氷蓄熱槽と温水槽の兼用が難し
く、通常は別槽となっているため、兼用となっている水
蓄熱方式と比べて、あまり小さくならない。 （４）製氷のためのエネルギーが大きい。

【０００６】以下に上述の欠点について概要を説明す
る。（１）の欠点は氷水と負荷水との熱交換器の本質的
な欠点である。即ち、研究結果によれば、氷水は０℃の
水と氷粒との混合体であるが、熱交換器伝熱面を介し
て、先ず０℃の水が負荷水により加熱され、その後、加
熱された氷水側の水が、氷粒を溶かすことになるが、こ
の溶かすのに時間がかゝり、その結果、熱交換器の性能
が悪くなるものと思われる。

【０００７】（２）の欠点は特に負荷が少ないときに生
じやすい。ＤＨＣの負荷条件によっても異なるが、一般
の事務所ビル比率の多いＤＨＣでは夜間には負荷が激減
する。この場合、従来研究されている氷輸送システムは
必要な負荷量より遙かに大きい冷熱を送っているので、
この欠点は目立たないが、エクセルギー損失を少なくす
る省エネルギー冷熱輸送システムでは負荷からの還水の
温度が、１０〜１７℃と高くなるように制御されるの
で、低負荷では氷水供給流量即ち、管内流速が極端にお
そくなる。然るに、研究結果によると、管内流速がおそ
くなると管内で、前述「氷閉塞現象」を起こすことが予
想される。

【０００８】（３）の問題点を解決することは氷水ＤＨ
Ｃを普及するための必須条件である。負荷となるビルが
インテリジェントビルが多い場合は「温熱」側のことを
あまり考慮する必要がないが、温熱負荷が多い場合には
蓄熱槽コスト及びスペース低減のため、温熱蓄熱と冷熱
蓄熱の兼用部分を多くする必要がある。但し、兼用とす
ることにより製氷部分のコスト上昇が大きくなっては無
意味である。

【０００９】（４）の問題点を解決する際、重要なこと
は「製氷」という手段を冷熱の利用まで含めて総合的に
考えなければならないということである。従来研究され
ているほとんどのシステムは負荷からの還水温度が０℃
になっているシステムか、又は特願昭６２−１０２９９
４号のように還水が、氷蓄熱槽に戻っている。即ち、前
者は利用側熱交換器におけるエクセルギー損失が大き
く、後者は高温の水と低温の水を混合することによる
「混合によるエクセルギー損失」が大きい。

【００１０】これらの欠点を解決するシステムとして、
解氷のための「冷熱」を冷水の冷却に利用する「冷熱回
収式製氷方式」が特願平２−２１４０５４号、特願平３
−３４８７０８号、特願平３−４５８３２号に提案され
ている。しかしながら、特願平３−３４８７０８号は高
価な製氷熱交換器を多数必要とする方式であり、また特
願平２−２１４０５４号、特願平３−４５８３２号は研
究結果によると、解氷即ち冷熱回収モードのとき、ブラ
イン温度が期待したよりも上がり難いという欠点があっ
た。

【００１１】従って、これら（４）つの問題点を解決す
るために特願昭６２−１０２９９４号の「過冷却方式」
という概念又は前述の「冷熱回収方式」という概念に基
づく実用的なシステムを開発する必要がある。なお、上
記問題点（１）については、別の出願により解決手段を
見い出している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の（２）
〜（４）の問題点を解決することにより、氷水輸送が可
能なＤＨＣシステムに好適な蓄熱システム、冷却システ
ム又は冷却・加熱システムを提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題の従来技術の問
題点２を解決するために、本発明では、蓄熱装置と、ヒ
ートポンプと、これらを接続する配管、バルブより構成
されるヒートポンプ側ループと、冷却負荷と、前記蓄熱
装置と冷却負荷間を接続する配管、ポンプ、バルブより
構成され、冷流体である氷水が輸送できるようになって
いる負荷側ループとを有する冷却システムにおいて、冷
熱負荷の量によって冷流体中に氷の混ざらない冷水を送
る冷水供給モードと、氷水を送る氷水供給モードとの切
り替え手段を具備し、且つ氷水供給モードのとき、冷熱
負荷に応じて冷流体中の氷分率を変化できるように構成
したものである。前記冷流体中の氷分率は、前記負荷へ
の冷流体供給部分に冷却容量を測定するカロリメータを
設置し、該カロリメータの信号により変化させる。

【００１４】また、本発明は、蓄熱装置と、ヒートポン
プと、これらを接続する配管、バルブより構成されるヒ
ートポンプ側ループと、冷却負荷と、前記蓄熱装置と冷
却負荷間を接続する配管、ポンプ、バルブより構成さ
れ、冷流体である氷水が輸送できるようになっている負
荷側ループとを有する冷却システムにおいて、前記蓄熱
装置には、少なくとも冷水槽と氷水槽とを有し、該冷水
槽の冷水と氷水槽の氷水とを混合して氷水供給配管に氷
水を送る混合装置と該氷水供給配管に氷水中の氷分率を
測定する氷分率検出部とを具備し、前記混合装置には氷
分率検出部の信号により氷分率値が規定値となるように
制御できる制御装置を有することとしたものである。

【００１５】上記課題の従来技術の問題点３を解決する
ために、本発明では、蓄熱装置と、ヒートポンプと、こ
れらを接続する配管、バルブより構成されるヒートポン
プ側ループと、冷却加熱負荷と、前記蓄熱装置と冷却加
熱負荷間を接続する配管、ポンプ、バルブより構成さ
れ、冷温流体が輸送できるようになっている負荷側ルー
プとを有している冷却・加熱システムにおいて、前記蓄
熱装置が、温水槽として使用されるときは、成層式蓄熱
槽となるように出入口ノズルが配備されている一つの氷
水・温水兼用槽、一つ以上の温水専用槽、一つ以上の冷
水専用槽により構成されており、冷熱負荷の小さい季節
には、冷流体槽として、冷水専用槽が使用され、氷水・
温水兼用槽は温流体槽として使用され、冷熱負荷の大き
い季節には、冷流体槽として、冷水専用槽、氷水・温水
兼用槽が使用され、負荷側には冷流体負荷送水側へ冷水
槽内の冷水も、氷水・温水兼用槽内の冷流体も送れるよ
うに構成されていることとしたものである。

【００１６】上記課題の従来技術の問題点４を解決する
ために、本発明では、蓄熱装置と、ヒートポンプシステ
ムと、これらを接続する配管、バルブより構成されるヒ
ートポンプ側ループと、前記蓄熱装置に接続され氷水が
輸送できるようになっている負荷側ループとを有してい
る蓄熱システムにおいて、前記蓄熱装置が冷水専用槽と
氷水・温水兼用槽と温水専用槽とを有し、前記ヒートポ
ンプシステムが少なくとも冷水専用槽の水を冷却する冷
水チラーと、氷水・温水兼用槽の水を氷らすブラインチ
ラーと熱交換器とを有する製氷システムを備えたことと
したものである。

【００１７】また、本発明は、ヒートポンプ装置と冷却
負荷に接続された蓄熱装置を有する蓄熱システムにおい
て、前記蓄熱装置が少なくとも冷水槽と氷水槽とを有
し、前記ヒートポンプ装置がブラインを冷却するヒート
ポンプ、ポンプ、バルブ、水流下式熱交換器、水熱交換
器により構成されるブラインループを有しており、前記
蓄熱装置が製氷モードのときは、ヒートポンプで冷却さ
れたブラインは水流下式熱交換器に送られ、水流下式熱
交換器に氷水槽内の水を散水し、水熱交換器への給水は
停止され、また、解氷モードのときは、水流下式熱交換
器に送られるブラインはヒートポンプで冷却されないよ
うに製氷停止手段が作動し、且つ、水流下式熱交換器へ
の散水は停止され、水熱交換器への給水がなされるよう
に構成されている。前記蓄熱システムにおいて、製氷停
止手段が、前記ブラインループにおける水流下式熱交換
器に設けたバイパス配管であるか、又は前記ヒートポン
プの運転停止である。

【００１８】

【作用】冷却又は冷却・加熱装置を上記の如く構成する
ことにより、後に詳述するように、氷水輸送地域冷暖房
システムが普及するための上述４つの問題点を解決した
システムとなる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図
１は利用側熱交換器の構成を示す図、図２は利用熱交換
器の別の一態様を示す図である。また、図４は主として
負荷制御と蓄熱槽の構成を示す図、図５〜７は氷水製造
装置の構成及び原理を示す図である。

【００２０】実施例１ まず、地域冷・暖房・給湯システムの負荷側を図１を用
いて説明する。図１において、１、２、３はＤＨＣの熱
需要家であるビルである。４は冷熱往主管、５は冷熱復
主管である。６、７はそれぞれ温熱の往主管と復主管で
ある。８は熱供給センターのあるビルで、このビルにも
冷暖房負荷があるが、この冷熱負荷には氷水は供給され
てなく、通常の冷水が供給されている。ビル１では別の
発明である氷水／負荷水熱交換器システム９が設置され
ている。この熱交換器システム９には冷熱枝管１０を経
由して氷水が供給される。１１は入口ヘッダーでここか
ら、伝熱管１２に氷水が流入し、伝熱管外部の冷水によ
り加熱され例えば５℃の水と氷粒との混合体となる。

【００２１】そしてこの混合体は「氷粒・冷水混合部」
１３に流入し、この内部の蛇行通路１４を通りながら、
加熱された水により氷粒が溶け、例えば０℃の水となっ
て、再び熱交換器の伝熱管１５に流入する。そして、こ
の伝熱管外部１６の冷水、例えば負荷からの還水１７°
の冷水により加熱され、ヘッダー１７から熱交換器外部
に流出する。なお、熱交換器出口の戻り管１８には容量
制御弁１９があり、必要な熱量だけ、氷水が、この熱交
換器に流入するように例えば、ヘッダー１７部の温度が
１７℃となるように制御される。

【００２２】図２、図３は図１の熱交換器システムの別
の態様である。図２は平面断面図、図３はそのＡ−Ａ矢
視図である。この場合は伝熱管外に氷水が流れるように
なっている。氷水はノズル２０から流入し、伝熱管１２
内で冷水により加熱され、その後、バッフル２１間を蛇
行するように流れ、ノズル２２より外部に流出する。こ
の構造の場合は１３の部分が伝熱面のない「氷粒・冷水
混合部」となっている。

【００２３】また、図１のビル２には別の発明である氷
水熱交換器システムが設置されている。この場合は氷粒
が熱交換器伝熱面側に流入しないようになっている。こ
の場合氷水は最初に伝熱面を有しないタンク状の「氷粒
・冷水混合部」１３に流入する。そしてこの１３の下部
の氷粒のない部分の０℃の水がポンプ２３により低温側
熱交換器伝熱管２４に送られ加熱され、例えば５℃とな
ってバイパス管２５を通り、再び氷粒・冷水混合部１３
に戻り氷粒を溶かすようになっている。更に、この熱交
換器システムに流入した同一質量流量の水が、管２６を
通り高温側熱交換器伝熱管２７に送られ、更に加熱され
管１８より冷熱戻り主管５に送られる。

【００２４】なおビル３には熱供給センターから供給さ
れる氷水が、直接接触熱交換器システム９″により溶か
され、この水が、ビル３内の負荷となるエアハンドリン
グユニットやファンコイルユニットに直接送られる場合
である。この場合は伝熱面の熱通過によるエクセルギー
ロスがない利点がある。

【００２５】この熱交換器の特徴は氷水流入部２９より
上部に、負荷からの戻り口３０と温度の高い小量の冷水
の出口部３１が配備され、且つ、温度の低い冷水が負荷
側に流出する冷水供給口３２が、下部に配備され、且
つ、この直接接触式熱交換器システムからの冷熱流体側
温度が負荷量関連物理量により制御されていることであ
る。この熱交換器では氷の浮力が熱交換性能を上げるよ
うに働くので通常の直接接触熱交換器より性能が向上す
る。

【００２６】次に、氷水を輸送するための冷却システム
について説明する。図１で各ビルに取りつけられている
５１は冷熱のカロリメータである。実用化される場合の
氷水輸送のカロリメータには２つの考え方がある。一つ
は熱供給会社で氷水を供給し、その送った氷水の冷熱絶
体熱量を基に各需要家が料金を支払う方式である。この
場合、需要家側がエネルギーの利用方法について努力し
て戻り温水を高くして戻すようにすると得をすることに
なる。

【００２７】もう一つの方法は需要家側で使用した熱量
即ち、冷熱供給熱量と戻り熱量との差をカロリメータで
測定し、その熱量に応じて料金を支払う方式である。こ
の場合熱交換器を需要家側で用意する場合、例えば還水
温度を０℃で戻しても１５℃で戻しても料金が変らない
ので、熱の有効利用を図るため還水温度で多少料金を補
正する必要がある。いずれにしても、熱交換器を需要家
側で用意する場合は熱交換器供給側で、冷熱供給側熱量
を実測し、上記どちらかの方法で料金を支払ってもらう
必要がある。

【００２８】図１のカロリメータ５１は戻り側に流量計
５２と温度計５３を設置し、供給氷水の質量流量を算出
し、供給側に氷分率（全体流量に対する氷体積又は質量
の比）計と温度計を取りつけて前述質量流量と氷分率よ
り供給冷熱量を算出するようになっている。通常、入口
側の氷水の温度は良く混合されているので０℃と近似し
温度測定を省略することも可能である。カロリメータと
して出力する場合は、前述戻り側の流量を温度から、戻
り側熱量を算出し、供給冷熱量から減じればよい。

【００２９】さて、図１のシステムにおいて、負荷が減
ってくると、供給配管内圧力が上昇するので、供給配管
に設置された圧力検出器５５の信号により、熱供給セン
ターにおけるポンプ５６の回転数制御器５７が制御され
流量が減少し、管内流速がおそくなる。ところが、研究
結果によると氷粒が配管分岐部や熱交換器などで閉塞を
起こす氷分率は管内氷水の速度がおそくなるほど小さ
い。従って負荷が少なくなると熱交換器システム９など
で閉塞を起こし易くなる。

【００３０】次に、この問題点を解決するためのシステ
ムを図４で説明する。図１のカロリメータ出力は電気信
号により熱供給センターの中央監視室に送られ、監視さ
れ且つ、その合計値が積算される。この合計値により、
地域に供給する氷水の氷分率が制御されるようになって
いる。図４において、５８は氷分率制御器である。カロ
リメータの合計負荷量などの負荷関連量によりコンピュ
ータ５９で最適氷分率が計算される。また６０は氷分率
計で、この実測値と最適氷分率値に差がある場合は氷分
率制御器５８に信号が送られる。

【００３１】この氷分率制御器５８は図の場合氷水槽６
１からの氷水と吸込む氷水管６２と冷水専用槽６３の冷
水を吸入する冷水管６４が接続されている。６５は氷水
入口部である。氷水槽内の氷の槽内に一様に分布してい
ないので、氷水管６２から吸入される氷分率は一定とな
っていないが、この氷分率制御器５８で冷水を混合する
ことにより、常に最適氷分率の氷水を送れるようになっ
ている。

【００３２】なお蓄熱槽６６は図の場合は冷水専用槽６
３と氷水槽６１の他に負荷供給側温水槽６７と負荷還水
側温水槽６８の４槽から構成されている。但し氷水槽は
冬季は温水槽として利用される氷水・温水兼用槽となっ
ている。

【００３３】実施例２ 図４に蓄熱槽の構成を示す。図４においては、蓄熱槽と
して、夏季は冷熱蓄熱槽として冷水専用槽６３と氷水・
温水兼用槽６１が、また温熱蓄熱槽として、温水槽６
７、６８が使用される。冷水専用槽は負荷からの戻り口
６９と冷凍機への供給口７０が、槽上部に、冷凍機から
の冷水流入口７１と負荷への供給口６４が槽の下部に配
備されることにより温度成層型の蓄熱槽となっている。
６９から戻り温度は１４〜１７℃程度で、下部は例えば
５℃程度となっている。また、氷水槽には、後述する製
氷器に０℃の水が汲み上げられる管７２と氷水が流入す
る流入口７３が設けられている。６５は氷流入部であ
る。氷の形状によっては砕氷機能を具備したものが用い
られる。７４は冷水バランス管である。バルブ７５は開
けられている。

【００３４】その他に温水配管７６、７７が設けられて
いるが、バルブ７８、７９は閉じられている。温水槽は
例えば図のように６７と６８の２槽となっている。負荷
からの戻り水は槽６８の下部の流入口８９より流入す
る。そしてヒートポンプへの送水口８１よりヒートポン
プ（図示せず）に送られ加熱され、槽６７の上部に流入
管８２より流入する。負荷への送水口８３は同じく槽上
部に設けられている。槽６７と６８は連絡管８４と開け
られたバルブ８５により連絡されている。槽６７側の連
絡口８６は下部に、槽６８側の連絡口８７は上部に設け
られているので槽６７、６８全体として成層形蓄熱槽と
なっている。即ち蓄熱時の温水流れは８２→８６→８７
→８１のようになる。

【００３５】冬季には氷水・温水兼用槽は温水槽として
利用される。即ち、バルブ７５、８５が閉じられ、バル
ブ７８、７９が開けられる。従って蓄熱時の温水流れは
８２→８６→７６→７７→８７→８１のように流れる。
冷熱蓄熱槽としては冷水専用槽だけが利用される。この
冷水製造用冷凍機は通常ウルトラチラーと呼ばれる。ほ
ゞ０℃の冷水を製造できるチラーが使用される。夏季に
はこのウルトラチラーの冷水出口温度を５℃程度になる
ように運転するが、冬季は０℃冷水を製造し、地域冷房
に供給する。なお冬季に負荷側が５℃の冷水でも運転可
能な場合には冷凍機として通常の冷水出口５℃の冷凍機
を用いてもよい。なお、寒冷地など外気温が低い場合に
は冷凍機を運転しなくても外気で冷水を冷却することも
可能であり、河川水や雪などを冷却源として用いてもよ
い。

【００３６】実施例３ 次に製氷システムを備えた蓄熱システムについて説明す
る。実施例３は特願昭６２−１０２９９４号の改良発明
である。過冷却水から氷を析出する方法を輸送しやすい
氷が得られるので、氷水輸送式ＤＨＣの製氷方式として
有望な製氷システムである。

【００３７】図５は本システムを図４のシステムと組み
合せた省エネ製氷システムである。氷水槽の０℃の水
は、ポンプ１０１により冷水専用槽６３の底部の５℃程
度の水と制御弁１０７により混合され、過冷却水が製造
し易い条件となり、フィルター１０３を通った後、過冷
却器１０４で０℃以下に過冷却され、氷水槽６１に流入
し、ここで氷が析出する。１０５はブラインチラーでポ
ンプ１０６により過冷却器にブラインを送り冷却するよ
うになっている。本発明の製氷システムは、配管１００
又は７２から製氷側に移動する５℃程度の冷水が、冷水
チラー１０７で冷却されるようになっている。即ち、冷
水専用槽６３の上部の配管６９から流入する１４〜１７
℃程度の冷水はポンプ１０８で流入口７０より冷水チラ
ー１０７により冷却され、槽下部の流出口７１に吐出さ
れるようになっている。このシステムは特に氷分率を制
御するシステムで省エネルギー効果が大きい。その結果
を図６で説明する。

【００３８】図６の（ａ）は通常の冷凍機の理論動力を
表す図である。即ち温度・エントロピー線図において、
冷凍機の理論動力は１０９を凝縮温度、１１０は蒸発温
度とすると図のＡＢＣＤで囲まれた面積となる。理論的
には冷水は図中の１１１のように冷却され、以後１１２
のようにエントロピーを減少させる。本システム（ｂ）
では冷水チラーの蒸発温度は１１３のように高くなるの
で、理論動力は冷水チラーの理論動力：ＧＢＨＦで囲ま
れた面積とブライン冷凍機の理論動力：ＨＣＤＥで囲ま
れた面積の和となる。即ち、ＩＧＦＥで囲まれた面積分
だけ省エネルギーとなる。この省エネルギー割合は図
（ｃ）のように氷分率が小さいほど大きくなる。

【００３９】実施例４ 次にもう一つの製氷システムを図７を用いて説明する。
図７の製氷システムは、特願平３−３４８７０８号、特
願平２−２１４０５４号、特願平３−４５８３２号と思
想、即ち、解氷時の冷熱を冷水冷却用に回収するという
概念を同じとする発明で、これらのシステムの欠点を解
消したものである。

【００４０】図７において、製氷時はブライン冷凍機１
０５で冷却されたブラインはノズル１１４→バッファタ
ンク１１５→ポンプ１０６→バルブ１１６→バルブ１１
７→冷水冷却器→水・ブライン熱交換器１１８→水流下
式熱交換器１１９→バルブ１２０→バルブ１２１→ノズ
ル１２２→ブライン冷凍機１０５と流れる。この製氷モ
ードのときはポンプ１２３は運転されるが、１２４は停
止されているので、ブライン温度は下がり、水流下式熱
交換器１１９の上部の散水管１２５から散水される０℃
の水はその伝熱面で氷結し徐々に氷厚を増す。一定時間
後切替バルブ１１６、１１７、１２０、１２１が切替え
られ、ポンプ１２３が停止し、ポンプ１２４、１２６が
運転され解氷運転となる。

【００４１】熱交換器１１８には温度の高い冷水が供給
されるので、水流下式熱交換器１１９→熱交換器１１８
→バルブ１１７→ポンプ１２６→バルブ１２０→１１９
と流れるブラインの温度は上昇し、水流下式熱交換器伝
熱面に付着した氷は付着部分を温められ、氷水槽６１に
落下する。一方ブライン冷凍機で冷やされたブラインは
徐々に温度降下するが、バッファタンク１１５があるこ
ととブライン冷凍機の容量制御が作動するので、短時間
である解氷時間の間の温度低下は小さい。なお、システ
ムによっては冷凍機１０５の運転を停止させる。水流下
式熱交換器における解氷が終わると再び製氷運転にもど
り、この両サイクルを繰返す。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
それぞれ下記のように優れた効果が得られる。 （１）請求項１、２、３に記載の発明によれば低負荷時
においても配管分岐部や熱交換器において氷粒が閉塞せ
ず、且つ、輸送用と製氷用合計の動力を最小限となるよ
うに制御できる。 （２）請求項３項に記載のように構成することにより氷
水槽の氷分布が多少悪くても、規定の氷分率の氷水を送
ることができる。

【００４３】（３）請求項４項に記載のように構成する
ことにより温熱も含めた総合蓄熱槽容積を小さくするこ
とができる。しかも氷水槽が一つなので、蓄熱槽間で氷
を移動する必要がない。 （４）請求項５項に記載のように構成することにより、
冷凍機動力の少ない製氷システムとすることができる。 （５）請求項６〜８に記載のように構成することによ
り、高価となる製氷用水流下式熱交換器の数を減らすこ
とができ、且つ、解氷時に加熱する熱量を減らすことが
でき、しかも水流下式熱交換器を含む解氷時のブライン
ループには冷凍機による冷却効果がないのでブライン温
度が下がりやすく、短時間で解氷が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】地域冷暖房システムの利用側熱交換器の構成を
示す概略断面図。

【図２】熱交換器の他の例を示す断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】負荷制御を説明するための蓄熱槽の構成を示す
断面図。

【図５】製氷システムを備えた蓄熱槽の概略断面図。

【図６】製氷のための理論動力を示すグラフ。

【図７】製氷システムを備えた蓄熱槽の概略断面図。

【符号の説明】 １、２、３：熱需要家ビル、４：冷熱往主管、５：冷熱
復主管、６：温熱往主管、７：温熱復主管、８：熱供給
センター、９、９′、９″：熱交換システム、１０：冷
熱枝管、１１：入口ヘッダー、１２、１５、２４、２
７：伝熱管、１３：水粒・冷水混合部、１４：蛇行通
路、１６：伝熱管外部、１７：出口ヘッダー、１８：戻
り管、１９：容量制御弁、２０：氷水ノズル、２１：バ
ッフル、２２：出口冷水ノズル、２３：ポンプ、２５：
バイパス管、２８：直接接触熱交換器、２９：氷水流入
部、３０：戻り口、３１：出口部、３２：冷水供給口、
５１：カロリメータ、５２：流量計、５３：温度計、５
４：供給冷熱量測定器、５５：圧力計、５６：ポンプ、
５７：回転数制御器、５８：氷分率制御器、５９：コン
ピュータ、６０：氷分率計、６１：氷水槽、６２：氷水
管、６３：冷水専用槽、６４：冷水管、６６：蓄熱槽、
６７：負荷供給側温水槽、６８：負荷還水側温水槽、６
９：冷水戻り口、７０：冷凍機供給口、７１：冷凍機冷
水流入口、７２：製氷器吸水管、７３：氷水流入口、８
１：ヒートポンプ送水口、８２：加熱水流入口、１０
１：ポンプ、１０２：制御弁、１０３：フィルター、１
０４：過冷却器、１０５：ブラインチラー、１０７：冷
水チラー、１１８：熱交換器、１１９：水流下式熱交換
器、１２５：散水器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白樫 正高 新潟県長岡市長峰町60−25 (72)発明者 北原 拓夫 新潟県長岡市若草町１−４−21 (72)発明者 河田 剛毅 新潟県長岡市北園町４−25

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱装置と、ヒートポンプと、これらを
   接続する配管、バルブより構成されるヒートポンプ側ル
   ープと、冷却負荷と、前記蓄熱装置と冷却負荷間を接続
   する配管、ポンプ、バルブより構成され、冷流体である
   氷水が輸送できるようになっている負荷側ループとを有
   する冷却システムにおいて、冷熱負荷の量によって冷流
   体中に氷の混ざらない冷水を送る冷水供給モードと、氷
   水を送る氷水供給モードとの切り替え手段を具備し、且
   つ氷水供給モードのとき、冷熱負荷に応じて冷流体中の
   氷分率を変化できるように構成したことを特徴とする冷
   却システム。
2. 【請求項２】 前記冷流体中の氷分率は、前記負荷への
   冷流体供給部分に冷却容量を測定するカロリメータを設
   置し、該カロリメータの信号により変化させることを特
   徴とする請求項１記載の冷却システム。
3. 【請求項３】 蓄熱装置と、ヒートポンプと、これらを
   接続する配管、バルブより構成されるヒートポンプ側ル
   ープと、冷却負荷と、前記蓄熱装置と冷却負荷間を接続
   する配管、ポンプ、バルブより構成され、冷流体である
   氷水が輸送できるようになっている負荷側ループとを有
   する冷却システムにおいて、 前記蓄熱装置には、少なくとも冷水槽と氷水槽とを有
   し、該冷水槽の冷水と氷水槽の氷水とを混合して氷水供
   給配管に氷水を送る混合装置と、該氷水供給配管に氷水
   中の氷分率を測定する氷分率検出部とを具備し、前記混
   合装置には氷分率検出部の信号により氷分率値が規定値
   となるように制御できる制御装置を有することを特徴と
   する冷却システム。
4. 【請求項４】 蓄熱装置と、ヒートポンプと、これらを
   接続する配管、バルブより構成されるヒートポンプ側ル
   ープと、冷却加熱負荷と、前記蓄熱装置と冷却加熱負荷
   間を接続する配管、ポンプ、バルブより構成され、冷温
   流体が輸送できるようになっている負荷側ループとを有
   している冷却・加熱システムにおいて、前記蓄熱装置
   が、温水槽として使用されるときは成層式蓄熱槽となる
   ように出入口ノズルが配備されている一つの氷水・温水
   兼用槽、一つ以上の温水専用槽、一つ以上の冷水専用槽
   により構成され、冷熱負荷の小さい季節には冷流体槽と
   して、冷水専用槽が使用され、氷水・温水兼用槽は温流
   体槽として使用され、冷熱負荷の大きい季節には冷流体
   槽として、冷水専用槽、氷水・温水兼用槽が使用され、
   負荷側には冷流体負荷送水側へ冷水槽内の冷水も、氷水
   ・温水兼用槽内の冷流体も送れるように構成されている
   ことを特徴とする冷却・加熱システム。
5. 【請求項５】 蓄熱装置と、ヒートポンプシステムと、
   これらを接続する配管、バルブより構成されるヒートポ
   ンプ側ループと、前記蓄熱装置に接続され氷水が輸送で
   きるようになっている負荷側ループとを有している蓄熱
   システムにおいて、前記蓄熱装置が冷水専用槽と氷水・
   温水兼用槽と温水専用槽とを有し、前記ヒートポンプシ
   ステムが少なくとも冷水専用槽の水を冷却する冷水チラ
   ーと、氷水・温水兼用槽の水を氷らすブラインチラーと
   熱交換器とを有する製氷システムを備えたことを特徴と
   する蓄熱システム。
6. 【請求項６】 ヒートポンプ装置と冷却負荷に接続され
   た蓄熱装置を有する蓄熱システムにおいて、前記蓄熱装
   置が少なくとも冷水槽と氷水槽とを有し、前記ヒートポ
   ンプ装置がブラインを冷却するヒートポンプ、ポンプ、
   バルブ、水流下式熱交換器、水熱交換器により構成され
   るブラインループを有しており、前記蓄熱装置が製氷モ
   ードのときは、ヒートポンプで冷却されたブラインは水
   流下式熱交換器に送られ、水流下式熱交換器に氷水槽内
   の水を散水し、水熱交換器への給水は停止され、また、
   解氷モードのときは、水流下式熱交換器に送られるブラ
   インはヒートポンプで冷却されないように製氷停止手段
   が作動し、且つ、水流下式熱交換器への散水は停止さ
   れ、水熱交換器への給水がなされるように構成されてい
   ることを特徴とする蓄熱システム。
7. 【請求項７】 前記製氷停止手段が、前記ブラインルー
   プにおける水流下式熱交換器のバイパス配管である請求
   項６記載の蓄熱システム。
8. 【請求項８】 前記製氷停止手段が、前記ヒートポンプ
   の運転停止である請求項６記載の蓄熱システム。