JPH07113498B2 - 過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法 - Google Patents
過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法Info
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- JPH07113498B2 JPH07113498B2 JP6809490A JP6809490A JPH07113498B2 JP H07113498 B2 JPH07113498 B2 JP H07113498B2 JP 6809490 A JP6809490 A JP 6809490A JP 6809490 A JP6809490 A JP 6809490A JP H07113498 B2 JPH07113498 B2 JP H07113498B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法
に係り，詳しくは，空調用の熱源水を一たん零度℃以下
の過冷却水にまで冷却し，この過冷却水から微細な氷を
析出させて蓄熱槽に蓄えるようにした氷蓄熱システムに
おいて，過冷却水を省エネルギー的に且つ効率よく製造
するヒートポンプ装置の制御方法に関する。
に係り，詳しくは，空調用の熱源水を一たん零度℃以下
の過冷却水にまで冷却し，この過冷却水から微細な氷を
析出させて蓄熱槽に蓄えるようにした氷蓄熱システムに
おいて，過冷却水を省エネルギー的に且つ効率よく製造
するヒートポンプ装置の制御方法に関する。
建物内に配設したフアンコイルユニットや水熱源ヒート
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，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。
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，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（I.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。I.P.F.を向上させるために添加剤を加えた特
殊溶液を使用したり，蓄熱水槽自体を圧力容器に構成す
る例なども報告されているが，既設建物の蓄熱式の水熱
源冷暖房設備をそのまま氷蓄熱方式に適用するには問題
が多い。一方シャーベット状の製造する場合にはI.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
ーベッ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。このシャーベット状の蓄熱方式については，
例えば特開昭63−123968〜９号公報，特開昭63−129274
〜５号公報に記載のものなどが知られている。また同一
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，過冷却水から微細な氷を製氷する方法
および装置を提案し，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それらの改善等について，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63−1
39459号公報，実開平１−88235号公報，実開平１−8823
6号公報，実開昭平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１−125940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２−527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ベ
ッ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ブラインを通液する
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するものであった。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。
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（I.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。I.P.F.を向上させるために添加剤を加えた特
殊溶液を使用したり，蓄熱水槽自体を圧力容器に構成す
る例なども報告されているが，既設建物の蓄熱式の水熱
源冷暖房設備をそのまま氷蓄熱方式に適用するには問題
が多い。一方シャーベット状の製造する場合にはI.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
ーベッ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。このシャーベット状の蓄熱方式については，
例えば特開昭63−123968〜９号公報，特開昭63−129274
〜５号公報に記載のものなどが知られている。また同一
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，過冷却水から微細な氷を製氷する方法
および装置を提案し，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それらの改善等について，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63−1
39459号公報，実開平１−88235号公報，実開平１−8823
6号公報，実開昭平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１−125940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２−527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ベ
ッ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ブラインを通液する
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するものであった。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。
前記の過冷却器におい円，伝熱管の内壁温度を−5.8℃
〜０℃に制御することが肝要であるが，この伝熱管を配
した冷却容器内に冷凍機のブラインを通液する方式では
伝熱管とブライとの伝熱は対流熱伝達（液体の対流）と
なる。また，冷却容器をヒートポンプ装置の蒸発器とす
る方式でも伝熱管と蒸発した気体熱媒との対流熱伝達
（気体の対流）となる。かような対流熱伝達による方式
では熱伝達係数の面でも，また均一な熱伝達を行う面で
もその改善には限界がある。
〜０℃に制御することが肝要であるが，この伝熱管を配
した冷却容器内に冷凍機のブラインを通液する方式では
伝熱管とブライとの伝熱は対流熱伝達（液体の対流）と
なる。また，冷却容器をヒートポンプ装置の蒸発器とす
る方式でも伝熱管と蒸発した気体熱媒との対流熱伝達
（気体の対流）となる。かような対流熱伝達による方式
では熱伝達係数の面でも，また均一な熱伝達を行う面で
もその改善には限界がある。
本発明はこの限界を克服することを目的としたものであ
る。
る。
本発明は，該過冷却器における熱伝達を先のように対流
熱伝達によって行うのではなく，沸騰熱伝達によって行
うものであり，伝熱管をその中に配した冷却容器を満液
型の蒸発器に構成した点に特徴があり，且つこのような
満液型の蒸発器をもつヒートポンプ装置の冷媒流れを適
正に制御できるようにしたものである。
熱伝達によって行うのではなく，沸騰熱伝達によって行
うものであり，伝熱管をその中に配した冷却容器を満液
型の蒸発器に構成した点に特徴があり，且つこのような
満液型の蒸発器をもつヒートポンプ装置の冷媒流れを適
正に制御できるようにしたものである。
すなわち本発明は，チユーブ側に水をそしてシエル側に
冷媒を供給するようにしたシエルアンドチユーブ型の熱
交換器でヒートポンプ装置の蒸発器を構成し，この蒸発
器から圧縮機，凝縮器および膨脹弁を経て該蒸発器に戻
る冷媒循環サイクルを形成したヒートポンプ装置を稼働
しているあいだ，該蒸発器のシエル内に液冷媒を存在さ
せてこれを沸騰蒸発させながらチユーブ内を流れる水を
零度℃以下の温度に冷却して過冷却水を連続的に製造す
るものであり，そのさい， （１）蒸発器のチユーブに入る前の水の温度を検出し続
け，この検出値に基いて検出水温より所定温度だけ低い
温度にシエル内の冷媒温度が維持されるように圧縮機の
容量制御を行う， （２）シエル内における液冷媒の液面レベルを検出し続
け，この検出値に基いて液面レベルが所定位置に維持さ
れるように膨脹弁の開度制御を行う， （３）凝縮器を通過した冷媒温度を検出し続け，この検
出値に基いてこの冷媒温度が所定範囲となるように凝縮
器の放熱量を制御する， （４）凝縮器と膨脹弁との間の冷却管路に，蒸発器のチ
ユーブに入る前の水と冷媒とを熱交換する熱交換器を配
置し，この熱交換器を通過した水の温度を検出し続け，
この水温が所定範囲となるように凝縮器の放熱量を制御
する， のいずれか一種または二種以上の制御を併せて実施する
ことを特徴とする過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制
御方法を提供するものである。
冷媒を供給するようにしたシエルアンドチユーブ型の熱
交換器でヒートポンプ装置の蒸発器を構成し，この蒸発
器から圧縮機，凝縮器および膨脹弁を経て該蒸発器に戻
る冷媒循環サイクルを形成したヒートポンプ装置を稼働
しているあいだ，該蒸発器のシエル内に液冷媒を存在さ
せてこれを沸騰蒸発させながらチユーブ内を流れる水を
零度℃以下の温度に冷却して過冷却水を連続的に製造す
るものであり，そのさい， （１）蒸発器のチユーブに入る前の水の温度を検出し続
け，この検出値に基いて検出水温より所定温度だけ低い
温度にシエル内の冷媒温度が維持されるように圧縮機の
容量制御を行う， （２）シエル内における液冷媒の液面レベルを検出し続
け，この検出値に基いて液面レベルが所定位置に維持さ
れるように膨脹弁の開度制御を行う， （３）凝縮器を通過した冷媒温度を検出し続け，この検
出値に基いてこの冷媒温度が所定範囲となるように凝縮
器の放熱量を制御する， （４）凝縮器と膨脹弁との間の冷却管路に，蒸発器のチ
ユーブに入る前の水と冷媒とを熱交換する熱交換器を配
置し，この熱交換器を通過した水の温度を検出し続け，
この水温が所定範囲となるように凝縮器の放熱量を制御
する， のいずれか一種または二種以上の制御を併せて実施する
ことを特徴とする過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制
御方法を提供するものである。
ヒートポンプ装置の蒸発器は，低圧器内に冷媒液が噴射
されることによって膨脹蒸発が行われるのが一般であ
り，先に提案した過冷却器においてもヒートポンプ装置
の蒸発器は器内で冷媒を膨脹蒸発させ，この気体冷媒と
伝熱管壁を熱伝達させるものであたが，本発明は蒸発器
（シエル）内に液冷媒を満たしておき，この液冷媒を沸
騰させてチユーブ内の通水と熱交換させるものであるか
ら，沸騰による強制攪拌によって熱伝達が良好となり且
つ器内の伝熱管（チユーブ）の全体に均一に熱を伝達す
ることができる。
されることによって膨脹蒸発が行われるのが一般であ
り，先に提案した過冷却器においてもヒートポンプ装置
の蒸発器は器内で冷媒を膨脹蒸発させ，この気体冷媒と
伝熱管壁を熱伝達させるものであたが，本発明は蒸発器
（シエル）内に液冷媒を満たしておき，この液冷媒を沸
騰させてチユーブ内の通水と熱交換させるものであるか
ら，沸騰による強制攪拌によって熱伝達が良好となり且
つ器内の伝熱管（チユーブ）の全体に均一に熱を伝達す
ることができる。
他方，前記（１）の制御によって、蒸発器への入口水温
の違いに因らずに蒸発器内の冷媒の沸騰状態を一定に制
御できる。また，前記（２）の制御によって，蒸発器内
での蒸発圧力を適正に制御することができ，蒸発器と凝
縮器との圧力差が過大となるのを防止することができ
る。さらに（３）および（４）の制御によって，凝縮器
を出る冷媒液の保有エンタルピーの最小値を確保するこ
とが可能となり，また，ヒートポンプの成績係数を高め
ることができる。
の違いに因らずに蒸発器内の冷媒の沸騰状態を一定に制
御できる。また，前記（２）の制御によって，蒸発器内
での蒸発圧力を適正に制御することができ，蒸発器と凝
縮器との圧力差が過大となるのを防止することができ
る。さらに（３）および（４）の制御によって，凝縮器
を出る冷媒液の保有エンタルピーの最小値を確保するこ
とが可能となり，また，ヒートポンプの成績係数を高め
ることができる。
そのほか，以下の実施例で説明するような様々な作用を
本発明は供し，全体として省エネルギー的にかつ効率よ
く過冷却水を製造できる。
本発明は供し，全体として省エネルギー的にかつ効率よ
く過冷却水を製造できる。
第１図は本発明を実施する装置の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１内
にはシヤーベット状の氷８が溜まる。
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１内
にはシヤーベット状の氷８が溜まる。
図示の例では，熱源側循環水路４において，ポンプ３の
吸込側に微細な氷を捕集するためのフイルタ９が介装さ
れ，ポンプ３から過冷却器２に至る径路に負荷側熱交換
器12および液・液熱交換器10が介装されると共に，さら
に下流側にバッファタンク11が介装されている。すなわ
ち，蓄熱槽１内の冷水は，フイルタ9,ポンプ3,負荷側熱
交換器12,バッファタンク11,過冷却器２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，建物内のフア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。
吸込側に微細な氷を捕集するためのフイルタ９が介装さ
れ，ポンプ３から過冷却器２に至る径路に負荷側熱交換
器12および液・液熱交換器10が介装されると共に，さら
に下流側にバッファタンク11が介装されている。すなわ
ち，蓄熱槽１内の冷水は，フイルタ9,ポンプ3,負荷側熱
交換器12,バッファタンク11,過冷却器２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，建物内のフア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。
なお，この負荷側熱交換器は熱源側循環水路４とは別に
または併用して設けることもできる。すなわち，図の左
方に破線で示したように，槽内の冷水を負荷側熱交換器
12′を経たあと再び槽内に戻る負荷側循環水路13を別途
形成してもよい。この循環水路13中の14は負荷側のフイ
ルタ,15は負荷側のポンプ,16は散水装置を表している。
または併用して設けることもできる。すなわち，図の左
方に破線で示したように，槽内の冷水を負荷側熱交換器
12′を経たあと再び槽内に戻る負荷側循環水路13を別途
形成してもよい。この循環水路13中の14は負荷側のフイ
ルタ,15は負荷側のポンプ,16は散水装置を表している。
熱源側循環水路４の過冷却器２は，多数本の伝熱管（チ
ユーブ）17をシエル18内に配置したシエルアドチユーブ
型熱交換器からなっている。各チユーブ17（以下伝熱管
17と言う）は，シエル18（以下冷却容器18と呼ぶ）を貫
通して配置され，一方の端は水入口ヘッダー部20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
ッダー部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。シエル側の冷却容器18
はヒートポンプ装置の蒸発器として機能するが，これが
満液型の蒸発器に構成される点に本発明の大きな特徴が
ある。すなわち，ヒートポンプ装置稼働中は冷却容器18
内には液冷媒21が伝熱管17を浸すに充分な量で，つまり
その液面22が機内の伝熱管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で液冷媒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。
ユーブ）17をシエル18内に配置したシエルアドチユーブ
型熱交換器からなっている。各チユーブ17（以下伝熱管
17と言う）は，シエル18（以下冷却容器18と呼ぶ）を貫
通して配置され，一方の端は水入口ヘッダー部20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
ッダー部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。シエル側の冷却容器18
はヒートポンプ装置の蒸発器として機能するが，これが
満液型の蒸発器に構成される点に本発明の大きな特徴が
ある。すなわち，ヒートポンプ装置稼働中は冷却容器18
内には液冷媒21が伝熱管17を浸すに充分な量で，つまり
その液面22が機内の伝熱管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で液冷媒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。
なお，第１図において,24は圧縮機,25は凝縮器,26は受
液器,27は膨脹弁を示しており，これらの間に冷媒配管
されることによってヒートポンプ装置を構成している。
受液器26と膨脹弁27の間には先述の液・液熱交換器10が
介装されている。凝縮器25は空冷式のフインチューブ型
熱交換コイルからなり，フアン28の駆動によって空気を
通流することにより，圧縮器24から吐出する高圧冷媒の
凝縮熱を放熱する。この液冷媒は一たん受液器26に送ら
れ，液・液熱交換器10で過冷却器２に入る前の熱源水と
熱交換して冷却されたあと膨脹弁27を経て蒸発器である
冷却容器18内に導入される。すなわち，冷却容器18の下
部に設けられた液冷媒導入口29から器内の液冷媒21の槽
の下方に膨脹弁27を経た冷媒が導入される。他方，冷却
容器18の上部に設けられた気体冷媒導出口30から圧縮機
24に気体冷媒が吸引される。これにより冷却容器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。
液器,27は膨脹弁を示しており，これらの間に冷媒配管
されることによってヒートポンプ装置を構成している。
受液器26と膨脹弁27の間には先述の液・液熱交換器10が
介装されている。凝縮器25は空冷式のフインチューブ型
熱交換コイルからなり，フアン28の駆動によって空気を
通流することにより，圧縮器24から吐出する高圧冷媒の
凝縮熱を放熱する。この液冷媒は一たん受液器26に送ら
れ，液・液熱交換器10で過冷却器２に入る前の熱源水と
熱交換して冷却されたあと膨脹弁27を経て蒸発器である
冷却容器18内に導入される。すなわち，冷却容器18の下
部に設けられた液冷媒導入口29から器内の液冷媒21の槽
の下方に膨脹弁27を経た冷媒が導入される。他方，冷却
容器18の上部に設けられた気体冷媒導出口30から圧縮機
24に気体冷媒が吸引される。これにより冷却容器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。
そのさい，液冷媒21の液面22が定常な位置に維持される
ように制御運転が行われると共に，この沸騰蒸発によっ
て液冷媒21の温度を，伝熱管17の内面温度が−5.8℃以
上で零度℃以下の温度に冷却されるような温度に制御す
ることによって，過冷却器２の伝熱管17の吐出口からは
零度℃以下に過冷却された過冷却水の連続流れ５が吐出
し，これが傾斜衝突板，分配板，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。
ように制御運転が行われると共に，この沸騰蒸発によっ
て液冷媒21の温度を，伝熱管17の内面温度が−5.8℃以
上で零度℃以下の温度に冷却されるような温度に制御す
ることによって，過冷却器２の伝熱管17の吐出口からは
零度℃以下に過冷却された過冷却水の連続流れ５が吐出
し，これが傾斜衝突板，分配板，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。
この運転状態を伝熱管17に入る水の入口水温に拘わらず
一定に維持するために，本発明では，伝熱管17に入る前
の水の温度を温度検出計31で検出し続け，この検出値に
基いて検出水温より所定温度だけ低い温度にシエル内の
冷媒温度が維持されるように圧縮機の容量制御を行う。
より具体的には，温度検出計31の検出値を温度調節計32
に入力し，この温度調節計32において，この検出値から
或る値だけ差し引いた値を演算し，この演算値を圧縮機
24の容量制御装置33に制御操作信号として出力する。実
際には蒸発器内の液冷媒の温度を温度検出計34で検出
し，この検出値が該演算値に対応する値となるように容
量制御装置33を操作して圧縮機24の容量制御を行う。例
えば伝熱管17に入る水の温度より常に10℃低い温度を蒸
発温度の設定値として，この設定値に蒸発温度が維持さ
れるように圧縮機24の容量制御を実施する。この10℃は
例示であって装置規模や条件によって適正に定められ
る。或る一定の値を減算するのであるから，入口水温の
変動に応じて蒸発温度の設定値は変動するが，ほぼ同じ
条件で熱変換が可能となる。これは次のような理由によ
る。液冷媒の沸騰状態は伝熱面の過熱度により変化し，
過熱度が高いほど，つまり入口水温と液冷媒の温度との
差が大きいほど激しい沸騰となる。本例では入口水温と
液冷媒の温度差が一定となるように，つまり過熱度が一
定となるように制御されるので入口水温が変化しても沸
騰現象が一定に維持されることになる。また，この加熱
度が一定となるように制御されることによって蒸発器に
おける冷却能力が水温の違いに因らず一定となる結果，
ヒートポンプの消費電力は凝縮器における凝縮圧力によ
って定まることになり，消費電力の変動が少なくなる。
さらに蒸発温度制御の操作が圧縮機の容量制御で行うの
で，入口水温の高いときのヒートポンプの成績係数は大
幅に改善されることになる。
一定に維持するために，本発明では，伝熱管17に入る前
の水の温度を温度検出計31で検出し続け，この検出値に
基いて検出水温より所定温度だけ低い温度にシエル内の
冷媒温度が維持されるように圧縮機の容量制御を行う。
より具体的には，温度検出計31の検出値を温度調節計32
に入力し，この温度調節計32において，この検出値から
或る値だけ差し引いた値を演算し，この演算値を圧縮機
24の容量制御装置33に制御操作信号として出力する。実
際には蒸発器内の液冷媒の温度を温度検出計34で検出
し，この検出値が該演算値に対応する値となるように容
量制御装置33を操作して圧縮機24の容量制御を行う。例
えば伝熱管17に入る水の温度より常に10℃低い温度を蒸
発温度の設定値として，この設定値に蒸発温度が維持さ
れるように圧縮機24の容量制御を実施する。この10℃は
例示であって装置規模や条件によって適正に定められ
る。或る一定の値を減算するのであるから，入口水温の
変動に応じて蒸発温度の設定値は変動するが，ほぼ同じ
条件で熱変換が可能となる。これは次のような理由によ
る。液冷媒の沸騰状態は伝熱面の過熱度により変化し，
過熱度が高いほど，つまり入口水温と液冷媒の温度との
差が大きいほど激しい沸騰となる。本例では入口水温と
液冷媒の温度差が一定となるように，つまり過熱度が一
定となるように制御されるので入口水温が変化しても沸
騰現象が一定に維持されることになる。また，この加熱
度が一定となるように制御されることによって蒸発器に
おける冷却能力が水温の違いに因らず一定となる結果，
ヒートポンプの消費電力は凝縮器における凝縮圧力によ
って定まることになり，消費電力の変動が少なくなる。
さらに蒸発温度制御の操作が圧縮機の容量制御で行うの
で，入口水温の高いときのヒートポンプの成績係数は大
幅に改善されることになる。
他方，このような沸騰現象が一定に維持されても，蒸発
圧力は入口水温によって変化することになる。この圧力
変化が大きい場合には膨脹弁に高いレンジアビリテイが
求められる。例えば冷媒の蒸発温度と入口水温の温度差
を７℃に制御すると入口水温が25℃の場倍の蒸発温度の
設定値は18℃であり，その蒸発圧力は約7.73kg/cm2であ
る。また製氷時は入口水温が0.5℃として同様に蒸発圧
力は3.05kg/cm2となる。凝縮圧力の変動を仮に20〜10kg
/cm2の範囲で許容すると，蒸発器と凝縮器との圧力差の
最大値と最小値はそれぞれ16.95kg/cm2と2.37kg/cm2と
算出される。このような要求特性を満たす膨脹弁あるい
はシステムは存在しない。そこで本発明においては，膨
脹弁27を電動式とすると共に，その弁体の駆動部にステ
ッピングモーター35を使用し，これをドライバー36で駆
動する構成とする。しかしこのドライバー36の駆動操作
は，膨脹弁27の開度を指示値としてフイードバック制御
することは一般にできない。そのため時間比例PID動作
調節計37を設置し，このPID動作調節計37への入力とし
ては器内の液冷媒の液面検出計38の検出信号を使用す
る。なお、ステッピングモーター35は動作・非動作と回
転方向を指定する必要があるが，このためにPID動作調
節計37はヒート・クールリレー接点使用のものが適当で
ある。このようにして膨脹弁27の開度を制御することに
よって，蒸発器内の圧力を許容範囲に納めることがで
き，ひいては液面が所定範囲となるように制御される。
圧力は入口水温によって変化することになる。この圧力
変化が大きい場合には膨脹弁に高いレンジアビリテイが
求められる。例えば冷媒の蒸発温度と入口水温の温度差
を７℃に制御すると入口水温が25℃の場倍の蒸発温度の
設定値は18℃であり，その蒸発圧力は約7.73kg/cm2であ
る。また製氷時は入口水温が0.5℃として同様に蒸発圧
力は3.05kg/cm2となる。凝縮圧力の変動を仮に20〜10kg
/cm2の範囲で許容すると，蒸発器と凝縮器との圧力差の
最大値と最小値はそれぞれ16.95kg/cm2と2.37kg/cm2と
算出される。このような要求特性を満たす膨脹弁あるい
はシステムは存在しない。そこで本発明においては，膨
脹弁27を電動式とすると共に，その弁体の駆動部にステ
ッピングモーター35を使用し，これをドライバー36で駆
動する構成とする。しかしこのドライバー36の駆動操作
は，膨脹弁27の開度を指示値としてフイードバック制御
することは一般にできない。そのため時間比例PID動作
調節計37を設置し，このPID動作調節計37への入力とし
ては器内の液冷媒の液面検出計38の検出信号を使用す
る。なお、ステッピングモーター35は動作・非動作と回
転方向を指定する必要があるが，このためにPID動作調
節計37はヒート・クールリレー接点使用のものが適当で
ある。このようにして膨脹弁27の開度を制御することに
よって，蒸発器内の圧力を許容範囲に納めることがで
き，ひいては液面が所定範囲となるように制御される。
次に，凝縮器25における冷媒の凝縮温度の制御を説明す
る。図示のように液・液熱交換器10を凝縮器と蒸発器と
の間の冷媒管路に介装させ，この熱交換器10によって凝
縮冷媒液がもつ熱量を蒸発器に入る前の熱源水に供給
し，これによって熱源水を加熱してヒートポンプの成績
係数の向上を図る場合に，冷媒液の保有エンタルピーの
最小値が保障できるように凝縮器25での凝縮温度を制御
することが有利である。このため，凝縮器25の出側冷媒
管路に凝縮冷媒液の温度を検出する温度検出器40を取付
け，この検出値に基いてこの冷媒温度が所定値以上とな
るようにフアン28の回転数を制御する。具体的には，フ
アン28のモーターの回転数をインバータ装置42で操作す
る構成とし，温度検出器40の検出値が設定値以上となる
ように温度調節計41で該インバータ装置42に制御信号を
出力する。そのさい，システムの運転開始時点では冷媒
流量が安定する状態に達するまでは，凝縮温度の設定値
を高めに設定しておくのがよい。
る。図示のように液・液熱交換器10を凝縮器と蒸発器と
の間の冷媒管路に介装させ，この熱交換器10によって凝
縮冷媒液がもつ熱量を蒸発器に入る前の熱源水に供給
し，これによって熱源水を加熱してヒートポンプの成績
係数の向上を図る場合に，冷媒液の保有エンタルピーの
最小値が保障できるように凝縮器25での凝縮温度を制御
することが有利である。このため，凝縮器25の出側冷媒
管路に凝縮冷媒液の温度を検出する温度検出器40を取付
け，この検出値に基いてこの冷媒温度が所定値以上とな
るようにフアン28の回転数を制御する。具体的には，フ
アン28のモーターの回転数をインバータ装置42で操作す
る構成とし，温度検出器40の検出値が設定値以上となる
ように温度調節計41で該インバータ装置42に制御信号を
出力する。そのさい，システムの運転開始時点では冷媒
流量が安定する状態に達するまでは，凝縮温度の設定値
を高めに設定しておくのがよい。
変法として，液・液熱交換器10を通過した熱源水の温度
を温度検出器43で検出し，この熱源水温度が設定値以上
となるようにフアン28の回転数制御を実施することもで
きる。この場合も，温度検出器43の検出値が設定値以上
となるように温度調節計41で該インバータ装置42に制御
信号を出力すればよい。
を温度検出器43で検出し，この熱源水温度が設定値以上
となるようにフアン28の回転数制御を実施することもで
きる。この場合も，温度検出器43の検出値が設定値以上
となるように温度調節計41で該インバータ装置42に制御
信号を出力すればよい。
以上のようにして本発明によると，過冷却水を製造して
これからシヤーベット状の氷を製造して空調用氷蓄熱を
行うさいに，その中心機器である過冷却器を沸騰熱伝達
方式の満液型蒸発器に構成したので，従来の対流熱伝達
方式に比べて，熱伝達係数が向上すると共に伝熱管の全
体に均一な熱伝達が達成される。したがって，伝熱管内
面温度を正確に制御することが要求される過冷却水の連
続製造にとって高い効率のもとで運転ができる。また，
前述した本発明によるヒートポンプ装置の制御法を実施
することにより，満液型蒸発器での蒸発温度と圧力が適
正に保たれると共に，凝縮温度も適正に制御されるので
ヒートポンプ装置の成績係数も向上し，省エネルギーを
達成しながら安定した運転を行うことができる。
これからシヤーベット状の氷を製造して空調用氷蓄熱を
行うさいに，その中心機器である過冷却器を沸騰熱伝達
方式の満液型蒸発器に構成したので，従来の対流熱伝達
方式に比べて，熱伝達係数が向上すると共に伝熱管の全
体に均一な熱伝達が達成される。したがって，伝熱管内
面温度を正確に制御することが要求される過冷却水の連
続製造にとって高い効率のもとで運転ができる。また，
前述した本発明によるヒートポンプ装置の制御法を実施
することにより，満液型蒸発器での蒸発温度と圧力が適
正に保たれると共に，凝縮温度も適正に制御されるので
ヒートポンプ装置の成績係数も向上し，省エネルギーを
達成しながら安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を実施する過冷却水製造装置の例を示す
略断面系統図である。 １……蓄熱槽,2……過冷却器， ３……ポンプ,4……熱源側循環水路， ５……過冷却水,6……過冷却状態解除装置， ９……フイルタ,10……液・液熱交換器， 11……バッファタンク,12……負荷側熱交換器， 13……負荷側循環水路,18……伝熱管 19……冷却容器（シエル）,21……液冷媒， 22……液冷媒の液面,24……圧縮機， 25……凝縮器,26……受液器， 27……膨脹弁,29……液冷媒導入口， 30……気体冷媒導出口,31,34,40,43……温度検出器,32,
41……温度調節計， 37……PID動作調節形,38……液面検出計， 42……インバータ装置。
略断面系統図である。 １……蓄熱槽,2……過冷却器， ３……ポンプ,4……熱源側循環水路， ５……過冷却水,6……過冷却状態解除装置， ９……フイルタ,10……液・液熱交換器， 11……バッファタンク,12……負荷側熱交換器， 13……負荷側循環水路,18……伝熱管 19……冷却容器（シエル）,21……液冷媒， 22……液冷媒の液面,24……圧縮機， 25……凝縮器,26……受液器， 27……膨脹弁,29……液冷媒導入口， 30……気体冷媒導出口,31,34,40,43……温度検出器,32,
41……温度調節計， 37……PID動作調節形,38……液面検出計， 42……インバータ装置。
Claims (4)
- 【請求項１】チユーブ側に水をそしてシエル側に冷媒を
供給するようにしたシエルアンドチユーブ型の熱交換器
でヒートポンプ装置の蒸発器を構成し，この蒸発器から
圧縮機，凝縮器および膨脹弁を経て該蒸発器に戻る冷媒
循環サイクルを形成したヒートポンプ装置を稼働してい
るあいだ，該蒸発器のシエル内に液冷媒を存在させてこ
れを沸騰蒸発させながらチユーブ内を流れる水を零度℃
以下の温度に冷却して過冷却水を連続的に製造し，その
さい蒸発器のチユーブに入る前の水の温度を検出し続
け，この検出値に基いて検出水温より所定温度だけ低い
温度にシエル内の冷媒温度が維持されるように圧縮機の
容量制御を行うことを特徴とする過冷却水製造用ヒート
ポンプ装置の製造方法。 - 【請求項２】チユーブ側に水をそしてシエル側に冷媒を
供給するようにしたシエルアンドチユーブ型の熱交換器
でヒートポンプ装置の蒸発器を構成し，この蒸発器から
圧縮機，凝縮器および膨脹弁を経て該蒸発器に戻る冷媒
循環サイクルを形成したヒートポンプ装置を稼働してい
るあいだ，該蒸発器のシエル内に液冷媒を存在させてこ
れを沸騰蒸発させながらチユーブ内を流れる水を零度℃
以下の温度に冷却して過冷却水を連続的に製造し，その
さい該シエル内における液冷媒の液面レベルを検出し続
け，この検出値に基いて液面レベルが所定位置に維持さ
れるように膨脹弁の開度制御を行うことを特徴とする過
冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法。 - 【請求項３】チユーブ側に水をそしてシエル側に冷媒を
供給するようにしたシエルアンドチユーブ型の熱交換器
でヒートポンプ装置の蒸発器を構成し，この蒸発器から
圧縮機，凝縮器および膨脹弁を経て該蒸発器に戻る冷媒
循環サイクルを形成したヒートポンプ装置を稼働してい
るあいだ，該蒸発器のシエル内に液冷媒を存在させてこ
れを沸騰蒸発させながらチユーブ内を流れる水を零度℃
以下の温度に冷却して過冷却水を連続的に製造し，その
さい該凝縮器を通過した冷媒温度を検出し続け，この検
出値に基いてこの冷媒温度が所定範囲となるように凝縮
器の放熱量を制御することを特徴とする過冷却水製造用
ヒートポンプ装置の制御方法。 - 【請求項４】チユーブ側に水をそしてシエル側に冷媒を
供給するようにしたシエルアンドチユーブ型の熱交換器
でヒートポンプ装置の蒸発器を構成し，この蒸発器から
圧縮機，凝縮器および膨脹弁を経て該蒸発器に戻る冷媒
循環サイクルを形成したヒートポンプ装置を稼働してい
るあいだ，該蒸発器のシエル内に液冷媒を存在させてこ
れを沸騰蒸発させながらチユーブ内を流れる水を零度℃
以下の温度に冷却して過冷却水を連続的に製造し，その
さい凝縮器と膨脹弁との間の冷媒管路に，蒸発器のチユ
ーブに入る前の水と冷媒とを熱交換する熱交換器を配置
し，この熱交換器を通過した水の温度を検出し続け，こ
の水温が所定範囲となるように凝縮器の放熱量を制御す
ることを特徴とする過冷却水製造用ヒートポンプ装置の
制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6809490A JPH07113498B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6809490A JPH07113498B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03271671A JPH03271671A (ja) | 1991-12-03 |
| JPH07113498B2 true JPH07113498B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=13363805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6809490A Expired - Lifetime JPH07113498B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 過冷却水製造用ヒートポンプ装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07113498B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008224055A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Ihi Corp | 冷媒液位検出装置、満液式蒸発器、氷蓄熱装置及びヒートポンプシステム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2795070B2 (ja) * | 1992-07-01 | 1998-09-10 | ダイキン工業株式会社 | 製氷装置 |
-
1990
- 1990-03-20 JP JP6809490A patent/JPH07113498B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008224055A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Ihi Corp | 冷媒液位検出装置、満液式蒸発器、氷蓄熱装置及びヒートポンプシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03271671A (ja) | 1991-12-03 |
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