JPH0772632B2 - 蓄熱式熱源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、蓄熱式熱源装置に係り、特に、水を媒体とす
る氷蓄熱式熱源装置における蓄熱終了の判定、およびこ
れに伴う冷凍機の運転制御に好適な蓄熱量制御装置を備
えた蓄熱式熱源装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、氷蓄熱式熱源装置の蓄熱終了の判定は、例えば、
特開昭62-134467号公報に記載のように、測定針を氷の
表面に接触させ、その変位量を蓄熱量に換算して、所定
の蓄熱量が蓄熱できているか否かを判定する方法や、蓄
熱槽内の水位を検出し、蓄熱運転開始時との水位差によ
り蓄熱完了を判定する方法などが用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、検出器の信頼性，安全性についての配
慮がなされておらず、測定針接触方式の従来技術の場
合、部品点数が多く、機械的可動部分が多いため、小
形，軽量化を図ることが難しく、しかも、故障が起りや
すいという問題があった。

また、水位検出方式の場合は、蒸発による水位の低下に
より、水位検出が不可となる。あるいは、中間期の負荷
の少ない時期には、前日の蓄熱を使い切らない状態（氷
が残っている状態）で蓄熱運転に入り、一定の水位差が
つくまで蓄熱運転を継続するため、過剰着氷となり、冷
凍機の運転効率が低下すること、および、チューブ間の
氷が接触することによって構造破壊を生じる恐れがあっ
た。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、安定かつ正確な測定が可能なブライン
温度で蓄熱終了の判定ができ、誤動作や過剰着氷による
熱源機器の運転効率の低下、あるいは構造体破壊を防止
し、しかも、簡便な制御系の構成を可能とする蓄熱式熱
源装置を提供することを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の蓄熱式熱源装置に
係る第１の発明の構成は、熱源機器と、この熱源機器に
ブライン配管を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱槽に
おける蓄熱量を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源装置
において、 前記蓄熱槽から前記熱源機器のブライン入口へ通じる蓄
熱槽出口配管上にブライン温度を検出する温度検出器を
設け、この温度検出器に電気的に接続して前記熱源機器
の発停を制御する温度調節手段を設け、蓄熱槽から出る
ブライン温度が所定温度より上昇しないときに蓄熱終了
を判断して前記温度調節手段に熱源機器停止の信号を出
力せしめる制御回路を設けたものである。

また、第２の発明の構成は、熱源機器と、この熱源機器
にブライン配管を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱槽
における蓄熱量を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源装
置において、前記熱源機器から前記蓄熱槽へ通じる配管
上と前記蓄熱槽から前記熱源機器へ通じる配管上とにそ
れぞれブライン温度を検出する温度検出器を設け、これ
らの検出器と電気的に接続して前記熱源機器の発停を制
御する温度調節手段を設け、前記蓄熱槽から出るブライ
ン温度と前記蓄熱槽へ入るブライン温度との温度差が所
定温度より小さいときに蓄熱終了を判断して前記温度調
節手段に熱源機器停止の信号を出力せしめる制御回路を
設けたものである。

さらに、第３の発明の構成は、熱源機器と、この熱源機
器にブライン配管を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱
槽における蓄熱量を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源
装置において、前記熱源機器から前記蓄熱槽へ通じる熱
源機器出口配管上にブライン温度を検出する温度検出器
を設け、この温度検出器に電気的に接続して前記熱源機
器の発停を制御する温度調節手段を設け、熱源機器に係
る冷凍サイクルの冷媒の比重量の低下にともなう前記熱
源機器の出口温度の低下によって蓄熱終了を判断して前
記温度調節手段に熱源機器停止の信号を出力せしめる制
御回路を設けたものである。

さらに、第４の発明の構成は、熱源機器と、この熱源機
器にブライン配管を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱
槽における蓄熱量を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源
装置において、熱源機器に係る冷凍サイクルの蒸発器に
温度検出器を設け、この温度検出器に電気的に接続して
前記熱源機器の発停を制御する温度調節手段を設け、蒸
発温度の低下によって蓄熱終了を判断して前記温度調節
手段に熱源機器停止の信号を出力せしめる制御回路を設
けたものである。

［作用］ 蓄熱運転（製氷運転）時の氷厚に対する蓄熱槽からのブ
ライン出口温度の変化の一例を第２図に示す。

第２図は、氷厚と蓄熱槽出口のブライン温度との関係を
示す特性線図である。

第２図に示すように、着氷開始から氷厚がある厚さに達
するまでは、蓄熱槽からのブライン出口温度は変化せず
一定であるが、ある厚さに達すると徐々に低下しはじめ
るという特徴を示している。

これは、着氷が開始してからある厚さに達するまでは、
氷が厚くなることにより熱通過率が低くなる特性と、氷
が厚くなることにより表面積が大きくなるという特性と
がほぼ釣り合うためにブライン温度の低下が押えられて
いるが、ある厚さ以上になると、熱通過率の低下が、表
面積の増加以上に大きくなるために、ブライン温度が低
下してゆくという特性によるものである。

もっとも基本的な第１の発明では、蓄熱槽内の氷厚と蓄
熱槽からのブライン出口温度との特性を基に、蓄熱槽か
らのブライン出口温度を検出することによって氷厚（蓄
熱量）を認識し、蓄熱の終了を判断しようとするもので
ある。

つまり、ブライン温度が所定温度より上昇しないとき、
具体的にはブライン温度の低下が大きくなったとき蓄熱
終了と判定し、蓄熱運転が終了しようとするものであ
る。

基本的な第１の発明によれば、安定かつ正確な測定が可
能なブライン温度で蓄熱終了の判定を行なえるので誤動
作や過剰着氷による熱源装置の効率低下を防止できる。

ところで、上記のように蓄熱槽からのブライン出口温度
が低下した場合、これにともなって熱源機器における冷
凍サイクルの蒸発温度も低下するため、蓄熱終了の判定
は、上記第４の発明の構成により蒸発器内温度の検出に
よって可能である。

また、蒸発器内温度が低下した場合、冷媒の比重量の低
下により冷凍容量が低下するのにともなって、熱源機器
の出口温度も低下するので、上記第３の発明の構成によ
り熱源機器出口温度の検出によっても蓄熱終了の判定が
可能である。

さらに、上記のような冷凍容量の低下は、熱源機器への
ブライン出入口温度の温度差によって検出できる。した
がって、上記第２の発明の構成により、ブライン温度差
の検出によっても蓄熱終了の判定が可能である。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るヒートポンプ式氷蓄
熱ユニットの系統図である。

第１図において、１は、熱源機器に係る空冷ヒートポン
プ式チラーユニット（以下単にチラーユニットとい
う）、２は、チラーユニット１にブライン配管を介して
接続する氷蓄熱の蓄熱槽、３はブライン／水熱交換器、
４はブラインポンプ、5,6はブライン流路切替弁、７は
冷温水三方弁、８はブライン配管、９は、蓄熱槽２内の
製氷用熱交換器、10は冷温水配管であり、これらで、ヒ
ートポンプ式氷蓄熱ユニットを構成している。

11は、蓄熱終了判定用の温度検出器で、この温度検出器
11は、蓄熱槽２からチラーユニット１のブライン入口へ
通じる蓄熱槽出口配管8a上に装備されている。

12は、前記温度検出器11に電気的に接続して前記チラー
ユニット１の発停を制御する温度調節手段に係る温度ス
イッチである。

これら温度検出器11、温度スイッチ12、およびその制御
回路によって、第１の発明に係る本実施例のヒートポン
プ式氷蓄熱ユニットにおける蓄熱量制御系を構成してい
る。

第１図において、太線で示した配管系が蓄熱（蓄氷）運
転の系統である。配管系に沿って示した実線矢印は蓄熱
運転、破線矢印は暖房空調運転、１点鎖線矢印は冷房空
調運転のブラインおよび水の流れ方向を示している。

蓄氷運転においては、ブライン流路切替弁６を開き、ブ
ライン流路切替弁５を閉じて、チラーユニット１で得ら
れた低温ブラインを、チラーユニット出口配管8bを経て
蓄熱槽２の製氷用熱交換器９に導き、さらに蓄熱槽出口
配管8aを経てチラーユニット１へ戻るようにブラインポ
ンプ４を介して循環させて蓄熱槽２内の水を冷却し、製
氷用熱交換器９の管外周に着氷を生ぜしめる。

この蓄氷運転は、基本的には夜間、電力消費の少ない時
間に行なって蓄氷し、昼間の空調負荷の大きいときに解
氷放熱するものである。

冷房運転時には、ブライン流路切替弁６を閉じ、ブライ
ン流路切替弁５を開いて、チラーユニット１で得られた
低温ブラインを細い実線のブライン配管８によってブラ
イン／水熱交換器３に導くようにブラインポンプ４を介
して循環させて、ブライン／水熱交換器３に入ってくる
負荷側からの還り水を冷却し、冷却された水を冷温水配
管10、冷温水三方弁７を介して負荷側、例えば空気調和
機のファンコイルユニット（図示せず）に供給する。

このようなヒートポンプ式氷蓄熱ユニットの蓄熱系にお
いて、蓄熱槽出口配管8aに設けた温度検出機11が、第１
の発明に係る本実施例の蓄熱終了判定用の温度検出器で
ある。この温度検出器11は測温抵抗体を使用している
が、熱電対，サーミスタ，セラミックなど他の検出器で
も温度スイッチとの組み合わせで使用可能である。

次に、温度検出器11および温度スイッチ12の動作につい
て説明する。

第２図に、本実施例の装置における氷厚と蓄熱槽からの
ブライン出口温度の関係を示す。

ここで、氷厚20mmになったときを蓄熱終了とすると、こ
のときの蓄熱槽２出口でのブライン温度は、−5.7℃で
あるので、温度スイッチ12の温度設定は、−5.7℃でチ
ラーユニット１をOFFするようにセットする。こうすれ
ば、氷厚が20mmとなった時点で蓄熱運転を終了する。

本実施例によれば、安定かつ正確な測定が可能なブライ
ン温度で、蓄熱槽を出たブライン温度を検出して蓄熱終
了の判定ができ、誤動作や過剰着氷によるチラーユニッ
トの運転効率の低下、あるいは構造体破壊を防止できる
とともに、温度検出器と温度スイッチという簡便な制御
系で所望の効果をもたらすことができる。

上記のほかの実施例については、特に図示説明を省略す
る。

一般に、蓄熱槽からのブライン出口温度が低下した場
合、熱源機器であるチラーユニットの、冷凍サイクルの
蒸発器（図示せず）の蒸発温度も低下する。したがって
蒸発器内温度を検出する温度検出器と温度スイッチとの
制御系によって蓄熱終了の判定およびチラーユニットの
制御ができ、先の実施例と同様の効果が期待される。

また、蒸発器内温度が低下した場合、冷媒の比重量の低
下により冷凍容量が低下するのにともなってチラーユニ
ットのブライン出口温度も低下するので、チラーユニッ
ト出口温度を検出する温度検出器と温度スイッチとの制
御系によって蓄熱終了の判断およびチラーユニットの制
御ができ、先の実施例と同様の効果が期待される。

さらに、上記のような冷凍容量の低下は、蓄熱槽から出
るブライン温度と蓄熱槽へ入るブライン温度との温度
差、換言すれば、チラーユニットへのブライン出入口温
度の温度差によって検出できる。したがって、ブライン
出入口温度を検出する温度検出器と、その温度差算出手
段と温度スイッチとの制御系によって、蓄熱終了の判断
およびチラーユニットの制御ができ、先の実施例と同様
の効果が期待される。

なお、上記の実施例の説明では、蓄熱終了を判定する手
段として蒸発器内温度を検出することについて述べた
が、蒸発器内温度と蒸発器内圧力とは、飽和温度，飽和
圧力の関係にあるため一意的に対応するものであり、し
たがって、蒸発器内圧力の検出によっても蓄熱終了判定
は可能である。

また、蒸発器内温度の低下により冷凍容量が低下した場
合には、これにともなって消費動力も低下するため、消
費動力の検出によっても蓄熱終了の判定は可能である。

さらに、上記の各実施例では、熱源機器の発停を制御す
る温度調節手段として温度スイッチを用いる例を説明し
たが、同等の効果を得る調節器を用いてもよいことは言
うまでもない。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、安定かつ正確な測
定が可能なブライン温度で蓄熱終了の判定ができ、誤動
作や過剰着氷による熱源機器の運転効率の低下、あるい
は構造体破壊を防止し、しかも、簡便な制御系の構成を
可能とする蓄熱式熱源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るヒートポンプ式氷蓄
熱ユニットの系統図、第２図は、氷厚と蓄熱槽出口のブ
ライン温度との関係を示す特性線図である。 １……チラーユニット、２……蓄熱槽、３……ブライン
／水熱交換器、４……ブラインポンプ、８……ブライン
配管、8a……蓄熱槽出口配管、8b……チラーユニット出
口配管、９……製氷用熱交換器、11……温度検出器、12
……温度スイッチ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源機器と、この熱源機器にブライン配管
   を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱槽における蓄熱量
   を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源装置において、 前記蓄熱槽から前記熱源機器のブライン入口へ通じる蓄
   熱槽出口配管上にブライン温度を検出する温度検出器を
   設け、 この温度検出器に電気的に接続して前記熱源機器の発停
   を制御する温度調節手段を設け、 蓄熱槽から出るブライン温度が所定温度より上昇しない
   ときに蓄熱終了を判断して前記温度調節手段に熱源機器
   停止の信号を出力せしめる制御回路を設けたことを特徴
   とする蓄熱式熱源装置。
2. 【請求項２】熱源機器と、この熱源機器にブライン配管
   を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱槽における蓄熱量
   を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源装置において、 前記熱源機器から前記蓄熱槽へ通じる配管上と前記蓄熱
   槽から前記熱源機器へ通じる配管上とにそれぞれブライ
   ン温度を検出する温度検出器を設け、 これらの検出器と電気的に接続して前記熱源機器の発停
   を制御する温度調節手段を設け、 前記蓄熱槽から出るブライン温度と前記蓄熱槽へ入るブ
   ライン温度との温度差が所定温度より小さいときに蓄熱
   終了を判断して前記温度調節手段に熱源機器停止の信号
   を出力せしめる制御回路を設けたことを特徴とする蓄熱
   式熱源装置。
3. 【請求項３】熱源機器と、この熱源機器にブライン配管
   を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱槽における蓄熱量
   を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源装置において、 前記熱源機器から前記蓄熱槽へ通じる熱源機器出口配管
   上にブライン温度を検出する温度検出器を設け、 この温度検出器に電気的に接続して前記熱源機器の発停
   を制御する温度調節手段を設け、 熱源機器に係る冷凍サイクルの冷媒の比重量の低下にと
   もなう前記熱源機器の出口温度の低下によって蓄熱終了
   を判断して前記温度調節手段に熱源機器停止の信号を出
   力せしめる制御回路を設けたことを特徴とする蓄熱式熱
   源装置。
4. 【請求項４】熱源機器と、この熱源機器にブライン配管
   を介して接続する蓄熱槽と、この蓄熱槽と、この蓄熱槽
   における蓄熱量を制御する手段とを備えた蓄熱式熱源装
   置において、 熱源機器に係る冷凍サイクルの蒸発器に温度検出器を設
   け、 この温度検出器に電気的に接続して前記熱源機器の発停
   を制御する温度調節手段を設け、 蒸発温度の低下によって蓄熱終了を判断して前記温度調
   節手段に熱源機器停止の信号を出力せしめる制御回路を
   設けたことを特徴とする蓄熱式熱源装置。