JPH09287797A - 氷蓄熱システムの解氷運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昼間に氷蓄熱槽内の氷を完全に解かす。 【解決手段】 制御装置２５は、負荷予測制御装置２６
から与えたれた目標蓄熱量を夜間電力利用の製氷によっ
て氷蓄熱槽５内に蓄積し、解氷運転のスケジュールに従
って昼間に取り出す。氷は製氷コイル６の外表面に形成
されるので、蓄熱量に対応して水位８が変化する。氷蓄
熱槽５内および冷水熱交換器４の冷熱源側４ｂを循環す
る低冷水は、負荷側４ａから空調負荷１６に供給される
冷水とは分離されているので、水位検出器２７が検出す
る水位８は外乱の影響を受けにくく、蓄熱残量は水位８
によって精度良く検知することができる。計画よりも多
く残存しているときは、負荷側４ａの冷水出口温度を低
下させ、解氷を促進させる。解氷運転終了時の水位は、
温度の不均一性によって製氷開始前の基準水位よりも高
くなる。この水位まで、製氷終了時の水位から、蓄熱残
量の減少に対応して水位８は低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、夜間に製氷し、昼
間に解氷して冷熱源として利用する氷蓄熱システムの解
氷運転制御方法、とくにすべての氷を完全に解氷するた
めの方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市空間内で夏季を快適に過ごす
アメニティ指向と、オフィスビルなどのインテリジェン
ト化やＯＡ化によって、夏季の冷房負荷が増大する傾向
にある。冷房負荷の増大は、空調用冷熱源機器の大容量
化だけでなく、電力負荷の昼夜間の格差を大きくする。
氷蓄熱システムは、夜間の電力を利用して製氷し、昼間
に解氷して冷房用の冷熱源として利用することができる
ので、空調用冷熱源機器の小型化と電力負荷の平準化の
効果とを期待することができる。また、氷蓄熱システム
では、水の顕熱に加えて氷の潜熱を利用するので、コン
パクトな蓄熱槽で大きな冷熱量を蓄積することができ、
ビルの空調用冷熱源システムや地域冷暖房システムへの
導入が進められている。

【０００３】夜間電力を有効に利用するためには、夜間
に製造された氷を昼間に完全に解氷させることが必要で
ある。次の製氷開始時まで前日に製氷した氷が残るよう
な場合は、前日の夜間に蓄積した冷熱を完全に利用しな
かったことになり、製氷の際の熱損失や氷蓄熱槽内での
熱損失による効率低下を招く。特に氷蓄熱槽を簡易な構
造のアイスオンコイル型としている氷蓄熱システムで
は、残氷があると氷が大きく成長してブロック化しやす
くなり、氷蓄熱槽としての運転に必要な解氷時の低冷水
の流通が妨げられ、蓄積された冷熱を有効に利用するこ
とができなくなってしまう。

【０００４】氷蓄熱システムの解氷を完全に行わせるた
めの先行技術は、たとえば特開平４−１５８１３７に開
示されている。この先行技術では複数の冷水熱交換器を
冷凍器やヒートポンプなどの冷熱源機器に対し冷水配管
を並列に接続することによってシステムを構成し、冷水
熱交換器や冷熱源機器の発停を台数制御して冷熱負荷の
変化に対応させる。特に解氷を促進させるためには、冷
水熱交換器の運転台数を増加させる。

【０００５】特開平７−１３３９４４には、他の先行技
術として、蓄熱系と非蓄熱系とを冷水配管で直列に接続
するシステムが開示されている。

【０００６】また、蓄熱量を検知するためには、氷蓄熱
槽の水位を検知する方法が一般的である。製氷時と解氷
時とでは冷熱の蓄積量、すなわち蓄熱量が同等に水位と
対応するものとして、蓄熱量を検知するようにしている
のが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】氷蓄熱システムで昼間
に氷を完全に解氷させるための先行技術として、特開平
４−１５８１３７に示されるシステムでは、冷水熱交換
器の運転台数を増減させる必要があるので、冷水熱交換
器が１系列の場合には適用することができない。１系列
の冷水熱交換器に循環させる冷水流量を増減させて、変
流量制御によって解氷を促進する方法も可能であるけれ
ども、冷水熱交換器だけでなく冷水ポンプや冷水配管も
大容量に対応する必要があり、大きなコストアップを招
く。

【０００８】特開平７−１３３９４４の先行技術に示す
ように、蓄熱系と非蓄熱系とを冷水配管で直列に接続す
る場合は、非蓄熱系の運転を停止することによって蓄熱
系の負荷を増加させることができるけれども、冷熱源機
器の能力を変更させたり、全体の能力を向上させたりす
るシステムの変更を円滑に行うことが困難となる。ま
た、氷蓄熱槽の水位は、製氷時と解氷時とでの蓄熱量に
対して同様の変化を示すものとして蓄熱量を検知する先
行技術では、実際には製氷時と解氷時とで蓄熱量に対応
する氷蓄熱槽の水位が異なるので、解氷時の蓄熱残量を
正確に検知することができない。

【０００９】本発明の目的は、簡単な構成で昼間に氷を
完全に解氷させることができ、夜間電力の有効利用を図
ることができる氷蓄熱システムの解氷運転制御方法を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、夜間の製氷に
よって冷熱を蓄積し、昼間の解氷によって発生する冷熱
を冷水熱交換器を介して利用するために、冷水熱交換器
の負荷側と他の冷熱源機器の負荷側とを並列に接続し、
並列に接続された冷水熱交換器および他の冷熱源機器と
冷熱負荷との間に定流量の冷水を循環させ、解氷および
冷熱源機器の運転状態を予め設定される計画に従って行
う氷蓄熱システムの解氷運転制御方法において、蓄熱残
量の減少量を監視し、減少量が計画よりも少なく、かつ
他の冷熱源機器が運転されているとき、冷水熱交換器の
負荷側の冷水出口温度を低下させるように制御すること
を特徴とする氷蓄熱システムの解氷運転制御方法であ
る。本発明に従えば、冷水熱交換器の負荷側と他の冷熱
源機器の負荷側とが並列に接続され、冷熱負荷との間に
は定流量の冷水が循環するので、冷水熱交換器の負荷側
の冷水出口温度を低下させれば他の冷熱源機器に対する
負荷は相対的に低下する。氷蓄熱システムから冷熱負荷
に相対的に多く供給する冷熱は、蓄熱残量の減少量を増
大させることによって供給されるので、解氷を促進し、
蓄熱残量を減少させることができる。解氷の促進を、冷
水熱交換器の熱交換能力を向上させるだけで行うことが
でき、冷水の流量を制御するような構成に比較して低コ
ストかつ簡単な制御で解氷促進運転を行うことができ
る。

【００１１】また本発明は、冷水熱交換器の負荷側の冷
水出口温度の制御を、冷水熱交換器の冷熱源側に供給す
る低冷水の流量を調整して行うことを特徴とする。また
本発明で製氷による冷熱の蓄積は、アイスオンコイル型
氷蓄熱槽を用いて行うことを特徴とする。本発明に従え
ば、アイスオンコイル型の氷蓄熱槽と冷水熱交換器の冷
熱源側との間に循環する低冷水を、冷水熱交換器の負荷
側と冷熱負荷との間で循環する冷水から分離することが
できるので、氷蓄熱槽の水位に対する外乱が少なく、氷
蓄熱槽内の氷の残量を水位から精度よく把握し、適切な
解氷運転を行うことができる。

【００１２】さらに本発明は、夜間の製氷によって氷蓄
熱槽内に冷熱を蓄積し、昼間の解氷によって発生する冷
熱を冷水熱交換器を介して利用する氷蓄熱システムの解
氷運転制御方法において、予め氷蓄熱槽内の水位の変化
を、製氷時および解氷時についてそれぞれ測定してお
き、氷蓄熱槽内の蓄熱残量を、製氷時の水位の変化に従
って求められる製氷終了時の水位から、解氷運転終了時
の水位まで直線的に変化する水位に対応させて検知し、
検知された蓄熱残量が解消されるように解氷を行うこと
を特徴とする氷蓄熱システムの解氷運転制御方法であ
る。本発明に従えば、氷蓄熱槽内には、夜間に製氷した
氷が水と共存する状態で蓄積される。氷は冷却管の周囲
に付着する状態などで、水中に存在するので、氷の量が
増大するとともに水位も上昇する。しかしながら、解氷
時には、氷蓄熱槽内の水の温度が必ずしも均一化されな
いので、解氷運転時の蓄熱量に対応する水位は、同一の
蓄熱量に対応する製氷運転時の水位よりも高めとなる。
解氷運転終了時は氷蓄熱槽内の水温が高く若干水が残っ
ている状態であり、時間をおけば均一化されて氷が完全
に解けて基準水位となる。製氷運転時と解氷運転時との
水位の変化を予め測定しておき、水位の差を考慮して蓄
熱残量を検知し、解氷運転を行うので、簡単な構成で確
実に解氷を促進することができる。

【００１３】また本発明は、氷蓄熱槽内に蓄積された冷
熱を、冷水熱交換器の冷熱源側に氷蓄熱槽との間で低冷
水を循環させ、冷水熱交換器の負荷側から冷水として取
出す際に、冷水の出口温度によって解氷量を制御するこ
とを特徴とする。本発明に従えば、氷蓄熱槽と冷水熱交
換器との冷熱源側との間を循環する低冷水と、冷水熱交
換器の負荷側から取出す冷水とは分離されているので、
氷蓄熱槽の水位は、冷水熱交換器の負荷側から冷熱負荷
に供給する冷水系の漏れ、たとえば冷水ポンプの軸シー
ル部からの漏れ等や温度変化に起因する体積変化等によ
る外乱を受けず、残存する氷の量に対応して精度よく検
知することができる。冷水熱交換器の負荷側の冷水の出
口温度を低く制御すると、冷水熱交換器の負荷側から冷
熱源側に冷熱が多く移行し、氷蓄熱槽内の解氷を促進す
ることができる。

【００１４】また本発明は、冷水熱交換器の負荷側と他
の冷熱源機器の負荷側とを並列に接続し、並列に接続さ
れた冷水熱交換器および他の冷熱源機器と冷熱負荷との
間に定流量の冷水を循環させ、解氷および冷熱源機器の
運転状態を予め設定される計画に従って行う際に、蓄熱
残量の減少量を監視し、減少量が計画よりも少なく、か
つ他の冷熱源機器が運転されているとき、冷水熱交換器
の負荷側の冷水出口温度を低下させるように制御するこ
とを特徴とする。本発明に従えば、氷蓄熱槽が冷熱源側
に接続される冷水熱交換器の負荷側を、他の冷熱源装置
と並列に接続し、氷蓄熱槽内の解氷および冷熱源機器の
運転状態を、予め設定される計画に従って行いながら氷
蓄熱システム本来の目的を達成する。蓄熱残量の減少量
を監視しながら、減少量が計画よりも少なく、かつ他の
冷熱源機器が運転されているときには、冷水熱交換器の
負荷側の冷水出口温度を低下させ、氷蓄熱システムから
の冷熱供給量を他の冷熱源機器よりも多くし、氷蓄熱槽
内の解氷を促進し、他の冷熱源機器の負荷を軽減するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
しての氷蓄熱システムの解氷運転制御方法を適用する空
調用熱源システムの構成を示す。氷蓄熱システムと並列
に運転される冷熱源機器として、Ｎｏ．１ヒートポンプ
１、Ｎｏ．２ヒートポンプ２およびＮｏ．３ヒートポン
プ３が設けられる。氷蓄熱システムからの冷熱は、冷水
熱交換器４の負荷側４ａから取出される。冷水熱交換器
４の冷熱源側４ｂには、アイスオンコイル型の氷蓄熱槽
５が接続される。氷蓄熱槽５内には、製氷コイル６が配
置され、その周囲の水７を凍らせて冷熱を蓄積する。氷
は製氷コイル６の周囲に形成されるので、氷の存在量に
応じて水位８が変化する。冷水熱交換器４の冷熱源側４
ｂには流量制御弁９が接続される。

【００１６】冷水熱交換器４の負荷側４ａからは冷水管
路１０、Ｎｏ．１ヒートポンプ１、Ｎｏ．２ヒートポン
プ２およびＮｏ．３ヒートポンプ３からは冷温水管路１
１，１２，１３がそれぞれ供給ヘッダ管１４および戻り
ヘッダ管１５に接続される。供給ヘッダ管１４と戻りヘ
ッダ管１５との間には、空調負荷１６およびバイパスラ
イン１７が並列に接続される。バイパスライン１７には
バイパス弁１８が設けられ、供給ヘッダ管１４の圧力を
検出する圧力コントローラ１９によって制御される。冷
水管路１０および冷温水管路１１，１２，１３には冷水
ポンプ２０および冷温水ポンプ２１，２２，２３が設け
られる。

【００１７】図１に示す空調用熱源システムでは、冷温
水系として供給ヘッダ管１４および戻りヘッダ管１５の
２管方式で熱媒体である水を空調負荷１６に供給する。
夏季には冷房用の冷水を供給し、冬季には暖房用の温水
を切換えて供給する。冷房用の冷水は、Ｎｏ．１ヒート
ポンプ１、Ｎｏ．２ヒートポンプ２およびＮｏ．３ヒー
トポンプ３と冷水熱交換器４とから供給する。冷水の温
度はたとえば７℃であり、流量は空調負荷１６であるビ
ル側の空調器のファンコイルユニットやエアーハンドリ
ングユニットの負荷に見合った量を供給する。空調負荷
１６に供給される冷水の流量は、供給ヘッダ管１４から
戻りヘッダ管１５にバイパスライン１７を介して流れる
バイパス流量によって調整する。空調負荷１６側からの
戻り冷水の温度は１０〜１２℃であり、バイパス流と合
流した後、戻りヘッダ管１５を介して各ヒートポンプ１
〜３および冷水熱交換器４に循環され、各ヒートポンプ
と冷水熱交換器でそれぞれ７℃に制御される。暖房用の
温水は、各ヒートポンプ１〜３から約４５℃で供給す
る。

【００１８】各ヒートポンプ１〜３および氷蓄熱システ
ムの制御のために、制御装置２５が設けられる。制御装
置２５には、負荷予測制御装置２６から目標蓄熱量と解
氷運転のスケジュールとが与えられる。制御装置２５
は、与えられた目標蓄熱量に対応する量の氷を夜間電力
を利用してＮｏ．１ヒートポンプ１およびＮｏ．２ヒー
トポンプ２を運転させて氷蓄熱槽５内に蓄積する。氷蓄
熱槽５内に蓄積された氷は、解氷運転スケジュールに従
って解氷され、翌日の昼間に取出される。夜間電力で製
氷し、昼間に冷熱として取出すことができるので、冷熱
源機器であるヒートポンプ１〜３の冷却能力を補って昼
間のピークの冷熱負荷に対応させることができ、空調に
必要な冷熱源機器の小型化と電力負荷の平準化とを図る
ことができる。

【００１９】解氷時の氷蓄熱槽５内の蓄熱残量は、氷蓄
熱槽５の水位８により判断する。水位８は水位検出器２
７によって検出され、制御装置２５に入力される。制御
装置２５は、解氷運転のスケジュールによって計画され
た蓄熱残量よりも、氷蓄熱槽５の水位８によって検知さ
れる蓄熱残量の方が大きいときには、温度コントローラ
２４の制御温度を低下させ、冷水熱交換器４の負荷側４
ａの冷水出口温度を低下させる。冷水熱交換器４の負荷
側４ａの冷水出口温度を低下させるためには、冷水熱交
換器４の冷熱源側４ｂに低冷水を流す低冷水管路２８か
ら流量制御弁９に流れる低冷水の量を減少させ、冷水熱
交換器４の冷熱源側４ｂに流す低冷水の量を増大させる
制御を行う。本実施形態では、冷水管路１０、冷温水管
路１１〜１２を定流量とするため、定流量弁２９〜３２
がそれぞれ設置されている。冷水管路１０および冷温水
管路１１〜１２を定流量化することによって、複数の冷
熱源機器が関連する制御を単純化して簡易に行うことが
できる。冷水管路１０および冷温水管路１１〜１３が定
流量化されているので、供給ヘッダ管１４および戻りヘ
ッダ管１５に流れる冷温水の流量も一定に維持される。
低冷水の循環のために、低冷水ポンプ３３が設けられ
る。

【００２０】本実施形態では、冷水熱交換器の冷熱源側
の低冷水流量を、流量制御弁９により制御しているが、
低冷水ポンプをインバータモータ駆動のポンプとして制
御することも可能である。

【００２１】Ｎｏ．１ヒートポンプ１およびＮｏ．２ヒ
ートポンプ２は、ブライン管路３４，３５を介してそれ
ぞれ氷蓄熱槽５内で製氷を行うためのブライン管路３６
に接続される。たとえば２２時から翌日の８時までの時
間帯で、夜間電力を利用してブラインを冷却し、氷蓄熱
槽５内の水７を凍らせて冷熱を蓄積する。ブラインは、
たとえばエチレングリコールの４０〜５０％水溶液であ
り、−７℃程度まで冷却される。ブラインポンプ３７，
３８を作動させ、氷蓄熱槽５にブラインを循環させるこ
とによって、水７を凍らせて製氷コイル６の外表面に氷
を形成する。ブラインの流量は、定流量弁３９，４０に
よって一定量に保つ。ヒートポンプ１，２の運転台数
は、目標蓄熱量に対応して決定する。

【００２２】氷蓄熱槽５は、簡単な構造のアイスオンコ
イル型とする。アイスオンコイル型では、製氷コイル６
の外表面の氷が相互にブリッジを形成しないようにする
必要がある。定格の潜熱蓄熱容量まで製氷しても、低冷
水が氷の周囲を流れることができる必要があり、低冷水
の流れが滞ると蓄積された冷熱の取り出しの障害とな
る。氷のブリッジ形成は、前日に製氷した氷が昼間に全
部解氷されずに残存する状態で、再び製氷を開始すると
生じやすい。このため、いったん製氷したら、次の製氷
開始時までに完全に解氷させることが重要である。

【００２３】図２は、冷水熱交換器４の動作状態を示
す。図２（１）の正常運転時は、負荷側４ａと冷熱源側
４ｂとの温度差△ｔ１＝５℃とする。図２（２）の最大
放熱時は、温度差△ｔ２＝３℃＝０．６×△ｔ１とす
る。冷水の流量をＦｍ³ ／ｈで一定とすると、正常運転
時に交換される熱量は、 Ｑ１＝Ｆ×（１２−７）＝５×Ｆ Ｍｃａｌ／ｈ となる。最大放熱時に交換される熱量は、 Ｑ２＝Ｆ×（１２−５）＝７×Ｆ＝１．４×Ｑ１ Ｍｃ
ａｌ／ｈ となる。したがって、冷水熱交換器４に最大放熱時に必
要な伝熱面積Ａ２は、正常運転に必要な伝熱面積Ａ１に
比較して、次に示すように２．３３倍になる。

【００２４】 Ａ２＝Ａ１×Ｑ２／Ｑ１×△ｔ１／△ｔ２ ＝１．４／０．６×Ａ１ ＝２．３３×Ａ１ 実際には、Ａ２の伝熱面積を有する冷水熱交換器４を使
用し、正常運転時は図１に示す流量制御弁９によって冷
熱源側４ｂに流れる低冷水の流量を減少させる。流量制
御弁９により、冷熱源側４ｂに流れる低冷水量をすくな
くすれば、交換される熱量が減少する。流量制御弁９に
より冷熱源側４ｂに流れる低冷水量を多くすれば、負荷
側４ａの熱を奪って冷水の出口温度を低下させる。

【００２５】図３は、図１の制御装置２５による蓄熱運
転および解氷運転の動作を示す。図１および図３を参照
して、負荷予測制御装置２６から翌日分の目標蓄熱量お
よび解氷運転のスケジュールが入力されると、ステップ
ｂ１から動作を開始する。たとえば２２時などの蓄熱運
転開始時刻になると、ステップｂ２で製氷による蓄熱運
転を開始する。目標蓄熱量からヒートポンプ１，２の運
転台数を１台にするか２台にするか決定する。製氷によ
って氷蓄熱槽５内に氷が形成されて蓄積されると、水位
８が上昇する。ステップｂ３で水位検出を行い、ステッ
プｂ４で目標水位に到達しないときは、ステップｂ３に
戻る。ステップｂ４で目標水位に到達すると、ステップ
ｂ５で蓄熱運転を停止する。ステップｂ６では、解氷運
転のスケジュールで示される解氷開始時刻に到達するの
を待つ。

【００２６】翌日の昼間の解氷開始時刻に到達すると、
ステップｂ７で冷水ポンプ２０および低冷水ポンプ３３
を起動し、解氷運転を開始する。解氷運転中は、冷水熱
交換器４を常に第１の優先順位とし、ヒートポンプ１，
２，３は第２以降の優先順位とする。運転する冷熱源機
器の台数は、バイパス弁１８の開度と、供給ヘッダ管１
４および戻りヘッダ管１５を流れる冷水の流量および温
度差から演算して求められる負荷冷熱量とを、両者とも
満足させるように制御装置２５によって決定される。

【００２７】解氷運転の結果、氷蓄熱槽５内の氷が減少
すると、水位８が低下する。ステップｂ８でピーク時間
帯を経過しているか否かを判断する。たとえば１３時〜
１６時の冷房負荷のピーク時間帯を経過していれば、ス
テップｂ９で水位検出を行い、計画水位に比べて高い場
合はステップｂ１１で温度コントローラ２４の設定値Ｓ
Ｖを低下させる。温度コントローラ２４は、冷水熱交換
器４の負荷側４ａの冷水出口温度の検出値ＰＶを設定値
ＳＶと比較し、偏差が解消されるように出力値ＭＶで流
量制御弁９の開度を調整する。この結果、冷水出口温度
が低下する。ステップｂ１２で低冷水取出し温度が上昇
したときは、ステップｂ１４で解氷運転を終了する。

【００２８】冷水熱交換器４の負荷側４ａからの冷水出
口温度が低下すると、供給ヘッダ管１４および戻りヘッ
ダ管１５の水温も低下する。他の冷熱源であるヒートポ
ンプ１，２，３の運転も行われている場合、ヒートポン
プ１，２，３側は冷却能力を低下させ、相対的に氷蓄熱
槽５からの冷熱の供給量が相対的に増加する。氷蓄熱槽
５からの冷熱の供給量の増加は、蓄積された氷の解氷を
促進する。

【００２９】図４は、図１に示す氷蓄熱槽５内の水位８
と蓄熱量の関係を示す。図１および図４を参照して、氷
蓄熱槽５内に氷が全く存在しないときを基準水位０とす
る。蓄熱時には、→→のように氷蓄熱槽５内の状
態が変化する。→では、氷蓄熱槽５内の水７の温度
が約５℃から０℃まで冷却され、水７の顕熱として冷熱
が蓄積される。水位８は、基準水位のままである。→
は、製氷による冷熱が潜熱として蓄積され、これに伴
い、水位は直線的にＬ３まで上昇する。本実施形態で
は、氷蓄熱槽５の潜熱蓄熱容量は５００ＵＳＲＴ・ｈで
あり、この定格能力まで蓄熱を行うと、水位８は約８５
ｍｍ上昇する。水位検出器２７が目標蓄熱量Ｑ３に相当
する水位Ｌ３に到達したことを検出すれば、制御装置２
５はヒートポンプ１，２による製氷を停止する。

【００３０】解氷時には、→のように氷蓄熱槽５内
の状態が変化する。供給ヘッダ管１４へ７℃の冷水を供
給する場合、氷蓄熱槽５からの低冷水取り出し温度が５
℃になる時点で解氷運転終了と判断する。このときの状
態がであり、氷蓄熱槽５内には潜熱蓄熱容量の３％程
度の氷がまだ残っている。水位８は基準水位まで戻ら
ず、約２．５ｍｍの水位Ｌ４だけ高くなる。これは氷蓄
熱槽５内の温度の不均一性による。時間が経過すれば、
氷蓄熱槽５内の温度の均一化によって氷が解け、水位８
は基準水位となる。

【００３１】解氷時の水位８のＬ３からＬ４までの変化
は、蓄熱量に対してほぼ直線的であることは確認されて
いるけれども、上述のように、解氷運転終了時の水位Ｌ
４は基準水位とは一致しない。解氷運転終了時の水位Ｌ
４は、蓄熱量がＬ３’として示すように少ない場合であ
っても、ほとんど変わらず、’→とほぼ直線的に変
化する。本実施形態では、予め水位と蓄熱量との関係を
実測しておき、解氷時の蓄熱残量を水位のみで検知す
る。冷水熱交換器４を設置して、氷蓄熱槽５内の低冷水
が空調負荷１６側に流れる冷水と混ざらないようにして
いるので、氷蓄熱槽５内の水位８は、冷水系からの外乱
を受けることがない。冷水系では、冷水ポンプ２０や冷
温水ポンプ２１，２２，２３の軸シール部などからの漏
れが発生したり、供給ヘッダ管１４や戻りヘッダ管１５
が温度変化に起因して容積変化したりして、氷蓄熱槽５
が直結していると水位８に対する外乱が発生する可能性
がある。本実施形態では、低冷水ポンプ３３をメカニカ
ルシール方式としているので、水位８は外乱の影響をほ
とんど受けることはない。

【００３２】冷房負荷のピーク時間帯経過後で、解氷運
転のスケジュールに基づいて計画された水位と実際に検
出される水位とを比較するのは、当日の冷房負荷が予測
よりも少ない場合に、解氷の促進を行うか否かを判断す
るためである。当日の冷房負荷の減少によって、蓄熱残
量の減少が計画よりも少ないと判断され、かつ、冷水熱
交換器４の他に１台以上のヒートポンプ１，２，３も同
時に運転されている場合に、冷水出口温度低下による解
氷の促進が行われる。冷水熱交換器４やヒートポンプ
１，２，３の運転台数は変化させず、冷水出口温度の設
定値のみを自動的に下げる。

【００３３】設定温度の下げ方は、たとえば１℃などの
一定量ずつ下げる方法と、冷水供給温度がたとえば７±
１℃のときに６℃以上となるように、運転されている冷
熱源機器全体からの冷水供給温度の下限以上となるよう
に下げる方法とがある。後者の方法では、同時に運転さ
れているヒートポンプ１，２，３の台数と冷水循環量と
から計算して、冷水供給温度の下限以上となるように設
定温度を下げる。冷水熱交換器４とヒートポンプ１，
２，３との冷水循環量が同じで、冷水熱交換器４の他に
はヒートポンプ１が１台だけ運転されている場合は、冷
水熱交換器４側は５℃まで設定温度を下げることができ
る。この場合、図２（２）に示すように、冷水熱交換器
４の伝熱面積Ａ２は、図２（１）に示す設定温度が７℃
のときの伝熱面積Ａ１より２．３倍程度大きくするだけ
でよい。冷水熱交換器４はプレート式熱交換器であり、
伝熱面積増大のためのコストアップは小さい。伝熱面積
を大きくするだけで、冷水ポンプ２０や冷水管路１０は
大容量対応とする必要はなく、従来の方法に比較してコ
スト低減が可能となる。また、ヒートポンプ１，２，３
側の設定温度を同時に上げる制御を行えば、さらに冷水
出口温度を低下させることもできる。

【００３４】なお、昼間の時間帯にも負荷予測を行え
ば、前日に計画された冷房負荷を補正して、残り時間の
運転計画をより高精度に修正することができる。その運
転計画に、予定時刻までに解氷が終了しないと判断され
た時点で、設定温度を変更する解氷促進の考え方を含め
ることができる。

【００３５】図５は、本発明の実施の他の形態による冷
水熱交換器４の負荷側４ａの冷水出口温度制御のための
構成を示す。図１の実施形態では、冷水熱交換器４の冷
熱源側４ｂに流す低冷水を、三方弁を使用する流量制御
弁９によって調節しているけれども、本実施形態では、
２つの二方弁４１，４２を温度コントローラ４４によっ
て制御し、流量調節を行う。二方弁４１，４２は、一方
の開度を大きくするときには他方の開度を小さくし、両
方の二方弁４１，４２を流れる低冷水の流量は一定に保
つ。このような構成であっても、図１の実施形態と同様
に動作させることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、冷水熱交
換器と冷熱源機器とが冷熱負荷に対して並列に接続さ
れ、冷水熱交換器と各冷熱源機器とには冷水を定流量で
循環させるので、冷水熱交換器の冷水出口温度を下げれ
ば、氷蓄熱システムの解氷が促進され、冷熱源機器の負
荷を軽減することができる。氷蓄熱システムとしては、
冷水熱交換器の能力を予め大きくしておく必要があるけ
れども、冷水の流量は制御する必要がないので、冷水の
流量を制御する構成に比較すればコストの低減が可能で
あり、制御も簡単に行うことができる。冷水熱交換器は
１系統のみを用いても解氷運転の促進を行うことができ
る。

【００３７】また本発明によれば、アイスオンコイル型
で氷蓄熱槽を構成するので、氷蓄熱槽の構成を簡素化す
ることができ、解氷を確実に行うことができるので、製
氷および解氷の制御も簡単に行うことができる。

【００３８】さらに本発明によれば、氷蓄熱槽内の水位
の変化から蓄熱残量を容易に検知し、解氷運転を簡単に
行うことができる。

【００３９】また本発明によれば、氷蓄熱槽と冷水熱交
換器の冷熱源側とを循環する低冷水は、冷水熱交換器の
負荷側に流れる冷水とは分離されているので、氷蓄熱槽
内の水位は負荷側に供給される冷水系の漏れや体積変化
の外乱の影響を受けず、精度よく蓄熱量を検知できる。
解氷運転の制御を、正確な蓄熱残量に基づいて行うこと
ができるので、簡単かつ高精度で解氷運転の制御を行う
ことができる。

【００４０】また本発明によれば、氷蓄熱槽の水位によ
って蓄熱残量を検知し、氷の減少量が計画よりも少ない
ときには、冷水熱交換器の負荷側の冷水出口温度を下
げ、氷蓄熱システムからの冷熱供給量を並列に接続され
る冷熱源機器からの冷熱供給量よりも相対的に多くして
解氷の促進を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を適用する空調用熱源シ
ステムの構成を示す配管系統図である。

【図２】図１の冷水熱交換器４の動作を示す模式図であ
る。

【図３】図１の制御装置２５の動作を示すフローチャー
トである。

【図４】図１の氷蓄熱槽５の水位と蓄熱量との関係を示
すグラフである。

【図５】本発明の実施の他の形態における冷水出口温度
制御のための構成を示す部分的な配管系統図である。

【符号の説明】

１，２，３ ヒートポンプ ４ 冷水熱交換器 ４ａ 負荷側 ４ｂ 冷熱源側 ５ 氷蓄熱槽 ６ 製氷コイル ７ 水 ８ 水位 ９ 流量制御弁 １８ バイパス弁 １４ 供給ヘッダ管 １５ 戻りヘッダ管 １６ 空調負荷 １９ 圧力コントローラ ２０ 冷水ポンプ ２１，２２，２３ 冷温水ポンプ ４４ 温度コントローラ ２５ 制御装置 ２６ 負荷予測制御装置 ２７ 水位検出器 ４１，４２ 二方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 睦好 英司 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 森口 雅博 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 夜間の製氷によって冷熱を蓄積し、昼間
   の解氷によって発生する冷熱を冷水熱交換器を介して利
   用するために、冷水熱交換器の負荷側と他の冷熱源機器
   の負荷側とを並列に接続し、並列に接続された冷水熱交
   換器および他の冷熱源機器と冷熱負荷との間に定流量の
   冷水を循環させ、解氷および冷熱源機器の運転状態を予
   め設定される計画に従って行う氷蓄熱システムの解氷運
   転制御方法において、 蓄熱残量の減少量を監視し、 減少量が計画よりも少なく、かつ他の冷熱源機器が運転
   されているとき、 冷水熱交換器の負荷側の冷水出口温度を低下させるよう
   に制御することを特徴とする氷蓄熱システムの解氷運転
   制御方法。
2. 【請求項２】 冷水熱交換器の負荷側の冷水出口温度の
   制御を、冷水熱交換器の冷熱源側に供給する低冷水の流
   量を調整して行うことを特徴とする請求項１記載の氷蓄
   熱システムの解氷運転制御方法。
3. 【請求項３】 製氷による冷熱の蓄積は、アイスオンコ
   イル型氷蓄熱槽を用いて行うことを特徴とする請求項１
   または２記載の氷蓄熱システムの解氷運転制御方法。
4. 【請求項４】 夜間の製氷によって氷蓄熱槽内に冷熱を
   蓄積し、昼間の解氷によって発生する冷熱を冷水熱交換
   器を介して利用する氷蓄熱システムの解氷運転制御方法
   において、 予め氷蓄熱槽内の水位の変化を、製氷時および解氷時に
   ついてそれぞれ測定しておき、 氷蓄熱槽内の蓄熱残量を、製氷時の水位の変化に従って
   求められる製氷終了時の水位から、解氷運転終了時の水
   位まで直線的に変化する水位に対応させて検知し、 検知された蓄熱残量が解消されるように解氷を行うこと
   を特徴とする氷蓄熱システムの解氷運転制御方法。
5. 【請求項５】 氷蓄熱槽内に蓄積された冷熱を、冷水熱
   交換器の冷熱源側に氷蓄熱槽との間で低冷水を循環さ
   せ、冷水熱交換器の負荷側から冷水として取出す際に、
   冷水の出口温度によって解氷量を制御することを特徴と
   する請求項４記載の氷蓄熱システムの解氷運転制御方
   法。
6. 【請求項６】 冷水熱交換器の負荷側と他の冷熱源機器
   の負荷側とを並列に接続し、並列に接続された冷水熱交
   換器および他の冷熱源機器と冷熱負荷との間に定流量の
   冷水を循環させ、解氷および冷熱源機器の運転状態を予
   め設定される計画に従って行う際に、 蓄熱残量の減少量を監視し、 減少量が計画よりも少なく、かつ他の冷熱源機器が運転
   されているとき、 冷水熱交換器の負荷側の冷水出口温度を低下させるよう
   に制御することを特徴とする請求項５記載の氷蓄熱シス
   テムの解氷運転制御方法。