JPH1054591A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器を直列に設けて、２次側の空調負荷
と氷蓄熱槽との間を１台の水・水熱交換器で完全に分断
することを可能とした。 【解決手段】 冷凍機に蓄熱モード用冷媒配管を介して
連絡する製氷機と、製氷機の下部に配設される補助タン
クと、補助タンクに氷スラリポンプを備えた氷スラリ配
管を介して連絡する氷蓄熱槽と、氷蓄熱槽内の水を製氷
ポンプにより製氷機に送る給水配管と、氷蓄熱槽の底部
側に連絡し氷水を解氷ポンプにより導出する冷水配管
と、冷水配管に介装され氷水を導入する水・水熱交換器
と、水・水熱交換器の下流側で冷水配管に介装される冷
媒・水熱交換器と、冷媒・水熱交換器と冷凍機とを連絡
するに冷水追従モード用冷媒配管と、冷媒・水熱交換器
の下流側で切替弁を介して冷水配管に連絡すると共に氷
蓄熱槽内上部に配置される散水ノズルと、散水ノズルの
上流側で切替弁を介して冷水配管から分岐し氷蓄熱槽の
底部側に開口を位置する冷水追従モード用水配管と、水
・水熱交換器に連絡し空調負荷側の冷水を水・水熱交換
器に送る二次側水配管とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、氷蓄熱装置としては、例えば、図
２に示すものが知られている。この従来の氷蓄熱装置に
よれば、蓄熱運転は、基本的に２２時〜８時の１０時間
の間に行われる。

【０００３】氷蓄熱槽１内の蓄熱量は、氷量センサ２に
より常時監視しており、２２時〜８時の間で所定の蓄熱
量に達した場合は蓄熱運転を終了させる。蓄熱運転の動
作は、次の通りである。製氷ポンプ３により氷蓄熱槽１
から水だけを引き抜き、給水配管４を通して製氷機５に
給水する。冷凍機６によって高温高圧の冷媒液を冷媒配
管１２を通して膨張弁１３により低温低圧の冷媒を製氷
機（蒸発器）５へ送り、製氷機５では伝熱面を介して冷
媒と水が熱交換を行い、製氷機５に給水された水量の１
０％程度を氷にする。生成した氷と水は一緒に重力によ
り製氷機５下部の補助タンク７に落下する。補助タンク
７に落ちた氷と水は、攪拌機８により均一に混合され
る。補助タンク７に取り付けた電極棒９により補助タン
ク７の水位レベルに応じて氷スラリ−ポンプ１０を発停
させ、氷スラリ配管１１により氷水を氷蓄熱槽１に搬送
する。

【０００４】この際の冷凍サイクルを説明する。冷凍機
６の冷媒液レシーバ１６より高温高圧の冷媒液を冷媒配
管１２を通して製氷機５へ送る。この際、冷媒液は、製
氷機５に入る手前で、膨張弁１３により圧力を下げら
れ、製氷機５に入る時には、冷媒液温が−１０℃〜−１
５℃とされている。製氷機５で冷媒液は水から熱を吸収
してガスとなる。冷媒ガスはコンプレッサにより高温高
圧ガスとなり、コンデンサ１７において冷却水に熱を与
え凝縮して高温高圧の冷媒液となり冷媒液レシーバ１６
に入る。コンデンサ１７へ送られる冷却水は、コンデン
サ１７と密閉式冷却塔１５との間を冷却水ポンプ１４に
より循環している。

【０００５】次に、冷水追従運転について説明する。冷
水追従運転は、昼間の建物営業時間帯９時〜１７時の間
に行われる。中央監視により設定されたスケジュールタ
イマーにより運転される。冷水追従運転の動作は、次の
通りである。冷水一次ポンプ１８により冷水第一配管２
０を介して空調負荷３２側の１２℃の水を冷媒・水熱交
換器（蒸発器）１９に給水し、冷媒と熱交換し７℃の冷
水を取り出す。

【０００６】この時の冷凍サイクルを説明する。冷凍機
６の冷媒液レシーバ１６より高温高圧の冷媒液が製氷機
５へ送られないように電磁弁２８を閉じる。そして、電
磁弁２９を開いて、冷凍機６の冷媒液レシーバ１６より
高温高圧の冷媒液を、冷媒・水熱交換器１９に連絡する
冷媒液管３１へ送る。高温高圧の冷媒液は、冷媒・水熱
交換器１９に入る手前で膨張弁３０により圧力を下げる
ことにより、冷媒液温を２℃として冷媒・水熱交換器１
９に入る。ここで、水から熱を吸収してガスとなる。冷
媒ガスはコンプレッサにより高温高圧ガスとなり、コン
デンサ１７において冷却水に熱を与え凝縮して高温高圧
の冷媒液となり冷媒液レシーバ１６に入る。コンデンサ
１７へ送られる冷却水は、コンデンサ１７と密閉式冷却
塔１５との間を冷却水ポンプ１４により循環している。

【０００７】次に、放熱運転について説明する。昼間の
建物営業時間帯９時〜１７時の間に、中央監視により設
定したタイムスケジュールにより放熱運転を行う。氷蓄
熱槽１内水温を常時監視しており、放熱タイム中でも水
温５℃で放熱運転を終了させる。放熱運転の動作は、冷
水一次ポンプ２２により１２℃の水を水・水熱交換器２
３の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽１から解氷ポ
ンプ２４により２℃の冷水を供給し、熱交換を行い、２
次側は１２℃を７℃とし、１次側は２℃を１０℃とした
水温とする。１次側の水・水熱交換器２３から出た１０
℃の水は、氷蓄熱槽１上部に設置したノズル２５により
蓄氷２６上部に散水され、氷を溶かす。

【０００８】次に、放熱＋冷水運転について説明する。
放熱＋冷水運転は、冷水運転と放熱運転を同時に行うも
ので、水・水熱交換器２３の２次側出口７℃冷水と、冷
媒・水熱交換器１９の２次側出口７℃冷水が２次側配管
により合流する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、図２に
示す従来の氷蓄熱装置による氷蓄熱システムでは、昼間
解氷により建物の空調負荷に対応する他、製氷に使用し
た冷凍機１を用いて昼間冷水を製造する冷水追従運転を
行っている。

【００１０】従って、氷蓄熱槽１から低温冷水を取り出
し、空調負荷と熱交換した水を氷蓄熱槽１に戻す配管系
統と、冷水追従運転により空調負荷に対応する配管系塔
が別系統となっていた。又、図２に示す従来の氷蓄熱装
置による氷蓄熱システムでは、空調負荷３２側に空冷ヒ
ートポンプチラーが組み込まれているので、高圧ガス取
締法による許可申請（法定冷凍能力が５０トン以上の場
合）を必要とする場合がある。例えば、空冷ヒートポン
プチラーの法定冷凍能力が４０トン、冷凍機６の法定冷
凍能力が２０トン×２台とすると、図２に示す従来の氷
蓄熱装置による氷蓄熱システムでは、冷水第１配管２０
を介装するために、冷媒・水熱交換器１９によって１次
側と２次側とが繋がった形となり、合算されるため法定
冷凍能力が８０トンとなる。

【００１１】従って、法定冷凍能力が５０トン以上の場
合には、高圧ガス取締法により、耐圧、気密検査等面倒
な手続きを必要とする。本発明は斯かる従来の問題点を
解決するためになされたもので、その目的は、冷媒・冷
水熱交換器と水・水熱交換器を直列に設けることによ
り、２次側の空調負荷と氷蓄熱槽との間を１台の水・水
熱交換器で完全に分断することを可能とし高圧ガス取締
法による容量の合算を不要とした氷蓄熱装置を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
冷凍機と、この冷凍機に蓄熱モード用冷媒配管を介して
連絡する製氷機と、この製氷機の下部に配設される補助
タンクと、この補助タンクに氷スラリポンプを備えた氷
スラリ配管を介して連絡する氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽
の底部側と製氷機とを連絡し氷蓄熱槽内の水を製氷ポン
プにより製氷機に送る給水配管と、氷蓄熱槽の底部側に
連絡し氷水を解氷ポンプにより導出する冷水配管と、こ
の冷水配管に介装され氷水を導入する水・水熱交換器
と、この水・水熱交換器の下流側で冷水配管に介装され
る冷媒・水熱交換器と、この冷媒・水熱交換器と冷凍機
とを連絡するに冷水追従モード用冷媒配管と、冷媒・水
熱交換器の下流側で切替弁を介して冷水配管に連絡する
と共に氷蓄熱槽内上部に配置される散水ノズルと、この
散水ノズルの上流側で切替弁を介して冷水配管から分岐
し氷蓄熱槽の底部側に開口を位置する冷水追従モード用
水配管と、水・水熱交換器に連絡し空調負荷側の冷水を
水・水熱交換器に送る冷水一次ポンプを備えた二次側水
配管とを有することを特徴とするものである。

【００１３】（作用）請求項１記載の発明においては、
昼間の空調負荷対応として、(1)放熱運転、(2)冷水追従
運転、(3)放熱＋冷水追従運転の３モード運転が氷蓄熱
槽を介して全て行える。１次側と２次側を水・水熱交換
器を設置することにより、１次側と２次側とがそれぞれ
独立系統となり縁が切れる。

【００１４】放熱＋冷水追従運転のモードの時冷水追従
運転を氷を解かして２次側空調負荷に対応する放熱運転
の負荷側と熱交換後の水を予冷するのに用いる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１６】図１は、請求項１に係る氷蓄熱装置の一実
施形態を示す。図において、５０は冷凍機を示す。本実
施形態では冷凍能力２０ＲＴの冷凍機５０が２台配設さ
れている。各冷凍機５０は、１台の密閉型冷却塔６０に
冷却水管路５１を介して連絡している。冷却水管路５１
には冷却水ポンプ５２が設けられている。

【００１７】各冷凍機５０には、蓄熱モード用冷媒配管
５３と冷水追従モード用冷媒配管５４とが設けられてい
る。蓄熱モード用冷媒配管５３には、電動弁５５と膨張
弁５６とが設けられている。

【００１８】冷水追従モード用冷媒配管５４には、電動
弁５７と膨張弁５８とが設けられている。そして、蓄熱
モード用冷媒配管５３と冷水追従モード用冷媒配管５４
とは、気液熱交換器５９を介して連絡している。各蓄熱
モード用冷媒配管５３は、２台の製氷機６１にそれぞれ
連絡している。

【００１９】各製氷機６１の下部には、補助タンク６２
が配設されている。各補助タンク６２には攪拌機６３と
電極棒６４が設けられている。各補助タンク６３の底部
には、氷スラリポンプ６６を備えた氷スラリ配管６５が
取り付けられている。各氷スラリ配管６５の開口端部６
７は、氷蓄熱槽６８の底部側に位置するように配管され
ている。

【００２０】氷蓄熱槽６８は、底部側に冷水を吸い込む
ためのメッシュ付（金網）吸込口６９，７０が設けられ
ており、一方の吸込口６９に給水配管７２が取り付けら
れ、他方の吸込口７０に冷水配管７４が取り付けられて
いる。氷蓄熱槽６８には、上部側に散水ノズル７１が設
けられている。給水配管７２には製氷ポンプ７３が設け
られ、氷蓄熱槽６８内の水を製氷機６１へ送るようにな
っている。

【００２１】冷水配管７４は、氷蓄熱槽６８の底部側か
ら氷水を解氷ポンプ７５により導出し、水・水熱交換器
７６及び冷媒・水熱交換器７７を経由し散水ノズル７１
又は冷水追従モード用水配管７８を介して水を氷蓄熱槽
６８へ戻す水路を形成する。水・水熱交換器７６には、
空調負荷側の冷水を送る冷水一次ポンプ８０を備えた二
次側水配管７９が連絡している。

【００２２】冷媒・水熱交換器７７は、２台有り、各冷
媒・水熱交換器７７には冷水追従モード用冷媒配管５４
が連絡している。各冷媒・水熱交換器７７において、冷
水配管７４は、それぞれの冷媒・水熱交換器７７に連絡
できるように分岐し、それぞれの流入側に電動弁８１，
８２が設けられている。

【００２３】冷水追従モード用水配管７８は、冷媒・水
熱交換器７７と散水ノズル７１の間から分岐しており、
分岐部８３より下流側に電動弁８４が設けられている。
又、分岐部８３より下流側の冷水配管７４にも電動弁８
５が設けられている。冷水追従モード用水配管７８の氷
蓄熱槽６８内の開口端部８６は、吸込口７０の近傍に位
置している。

【００２４】次に、このように構成された本実施形態に
係る氷蓄熱装置の作用を説明する。先ず、蓄熱運転につ
いて説明する。基本的に２２時〜８時の１０時間の間に
蓄熱運転を行う。氷蓄熱槽６８内の蓄熱量は、従来と同
様に氷量センサ（図示せず）により常時監視しており、
２２時〜８時の間で所定の蓄熱量に達した場合は蓄熱運
転を終了させる。

【００２５】蓄熱運転の動作は、製氷ポンプ７３により
氷蓄熱槽６８から水だけを引き抜き給水配管７２を通し
て製氷機６１に給水する。冷凍機５０によって冷媒を製
氷機６１に送り、伝熱面を介して冷媒と水が熱交換を行
い、製氷機６１に給水された水量の１０％程度を氷にす
る。生成した氷と水は一緒に重力により製氷機６１下部
の補助タンク６２に落下する。補助タンク６２に落ちた
氷と水は、攪拌機６３により均一に混合される。補助タ
ンク６２に取り付けた電極棒６４により補助タンク６２
の水位レベルに応じて氷スラリ−ポンプ６６を発停さ
せ、氷スラリ配管６５により氷水を氷蓄熱槽６８に搬送
する。

【００２６】この際の冷凍サイクルを説明する。冷凍機
５０の冷媒液レシーバより高温高圧の冷媒液を蓄熱モー
ド用冷媒配管５３を通して送る。この際、冷媒液は、製
氷機（蒸発器）６１に入る手前で、膨張弁５６により圧
力を下げられ、製氷機６１に入る時には、冷媒液温を−
１０℃〜−１５℃とされている。製氷機（蒸発器）６１
で冷媒液は水から熱を吸収してガスとなる。冷媒ガスは
コンプレッサにより高温高圧ガスとなり、コンデンサ８
７において冷却水に熱を与え凝縮して高温高圧の冷媒液
となり冷媒液レシーバ８８に入る。コンデンサへ送られ
る冷却水は、コンデンサ８７と密閉型冷却塔６１との間
を冷却水ポンプ５２により循環している。

【００２７】次に、冷水追従運転について説明する。冷
水追従運転は、昼間の建物営業時間帯９時〜１７時の間
に行う。中央監視により設定されたスケジュールタイマ
ーにより運転される。冷水追従運転の動作は、次の通り
である。冷水一次ポンプ８０により１２℃の水を水・水
熱交換器７６の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽６
８の５℃の冷水を冷水配管７４を介して解氷ポンプ７５
により供給し、熱交換を行い、２次側は１２℃を７℃と
し、１次側は５℃を１０℃の水温とする。１次側の水・
水熱交換器７６から出た１０℃の水は、冷媒・水熱交換
器７７に入り、冷媒と熱交換を行い５℃の冷水となる。
この冷水は氷蓄熱槽６８上部にある散水ノズル７１側の
電動弁８５を閉、冷水追従モード用水配管７８の電動弁
８４を開とし、解氷ポンプ７５のサクション近辺の吸込
口７０に供給される。供給された５℃冷水は、ショート
サーキットにより、解氷ポンプ７５より取り出される。

【００２８】この時の冷凍サイクルを説明する。蓄熱モ
ード用冷媒配管５３を電動弁５５により閉とし、冷水追
従モード用冷媒配管５４を電動弁５７により開とし、冷
凍機５０の冷媒液レシーバより高温高圧の冷媒液を冷媒
・水熱交換器（蒸発器）７７へ送る。高温高圧の冷媒液
は、冷媒・水熱交換器７７に入る手前で膨張弁５８によ
り圧力を下げることにより、冷媒液温を２℃として冷媒
・水熱交換器７７に入る。ここで、冷媒液は、水から熱
を吸収してガスとなる。冷媒ガスはコンプレッサにより
高温高圧ガスとなり、コンデンサ８７で密閉型冷却塔６
０から冷却水ポンプ５２で送られた冷却水に熱を与え凝
縮して高温高圧の冷媒液となり冷媒レシーバに入る。

【００２９】次に、放熱運転について説明する。昼間の
建物営業時間帯９時〜１７時の間に、中央監視により設
定したタイムスケジュールにより放熱運転を行う。氷蓄
熱槽６８内水温を常時監視しており、放熱タイム中でも
水温５℃で放熱運転を終了させる。放熱運転の動作は、
次の通りである。冷水一次ポンプ８０により１２℃の水
を水・水熱交換器７６の２次側に供給し、１次側には氷
蓄熱槽６８の２℃の冷水を冷水配管７４を介して解氷ポ
ンプ７５により供給し、熱交換を行い、２次側は１２℃
を７℃とし、１次側は２℃を１０℃の水温とする。１次
側の水・水熱交換器７６から出た１０℃の水は、冷媒・
水熱交換器７７を通るが、冷凍機５０は作動させない。
冷媒・水熱交換器７７を介した１０℃の水は、氷蓄熱槽
６８上部にある冷水追従モード用水配管側の電動弁８４
を閉、氷蓄熱槽６８上部の散水ノズル７１側の電動弁８
５を開とし、散水ノズル７１により氷蓄熱槽６８内蓄氷
上部に散水され、氷を溶かす。

【００３０】次に、放熱＋冷水追従運転について説明す
る。これは、冷水追従運転と放熱運転を同時に行うもの
である。放熱冷水追従運転の動作は、次の通りである。
冷水一次ポンプ８０により１２℃の水を水・水熱交換器
７６の２次側に供給し、１次側には氷蓄熱槽６８の２℃
の冷水を冷水配管７４を介して解氷ポンプ７５により供
給し、熱交換を行い、２次側は１２℃を７℃とし、１次
側は２℃を１０℃の水温とする。１次側の水・水熱交換
器７６から出た１０℃の水は、冷媒・水熱交換器７７を
通り、冷凍機５０を作動させ冷媒と熱交換し、冷媒・水
熱交換器７７の出口５℃の冷水となる。この５℃の冷水
は、氷蓄熱槽６８上部にある冷水追従モード用水配管側
の電動弁８４を閉、氷蓄熱槽６８上部の散水ノズル７１
側の電動弁８５を開とし、散水ノズル７１により氷蓄熱
槽６８内蓄氷上部に散水され、氷を溶かす。

【００３１】以上のように、本実施形態では、従来２系
統必要としたものを水・水熱交換器７６を介装すること
により１系統とことが可能となり、ポンプ台数、熱交換
器を減らすことができる。

【００３２】解氷・冷水追従運転系統を直列に配置する
ため、空調負荷と熱交換した水は、氷蓄熱槽６８に戻る
ことが可能となり、氷蓄熱槽６８からの取出冷水は水・
水熱交換器７６を介装することにより二次側水配管７９
と縁を切ることができる。水・水熱交換器７６の１次側
には、(1)放熱運転、(2)冷水追従運転、(3)放熱＋冷水
追従運転の３モード運転が、氷蓄熱槽６８を介して全て
行える。

【００３３】尚、本実施形態では、氷蓄熱用冷凍機５０
の法定冷凍能力を２０トン×２台とし、２次側主熱源の
法定冷凍能力を４０トンとしたが、上述した如く、１次
側と２次側とが水・水熱交換器７６によって縁が切って
あるため、高圧ガス取締法上合算されないため、設備全
体として法定能力が４０トンとなり、設備届出となり、
申請手続きが簡単となる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、放熱系統と冷水追従系統を直列に配置して１系統
の配管系統とすると共に、２次側の空調負荷と氷蓄熱槽
との間に水・水熱交換器を１台設置することにより、氷
蓄熱槽から低温冷水を取り出し、空調負荷と熱交換した
水を氷蓄熱槽に戻す配管系統と、冷水追従運転により空
調負荷に対応する配管系統とを１系統とすることができ
る。

【００３５】従来、２系統とされていたものを１系統と
することが可能となるため、２次側空調負荷と熱交換す
る熱交換器が１台で済む。１台の水・水熱交換器で１次
側と２次側を独立系統とし、縁を切るため、例えば、高
圧ガス取締法での熱源機の容量算定が、合算（１次側熱
源＋２次側熱源）を免除されるため、夫々の熱源容量が
法定冷凍能力５０トン未満であれば、申請手続きが簡単
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る氷蓄熱装置の一実施形態を示す
説明図である。

【図２】従来の氷蓄熱装置を示す説明図である。

【符号の説明】

５０ 冷凍機 ５３ 蓄熱モード用冷媒配管 ５４ 冷水追従モード用冷媒配管 ５５，５７，８１，８２，８４，８５ 電動弁 ５６，５８ 膨張弁 ６１ 製氷機 ６２ 補助タンク ６６ 氷スラリポンプ ６８ 氷蓄熱槽 ６９，７０ メッシュ付（金網）吸込口 ７１ 散水ノズル ７２ 給水配管 ７３ 製氷ポンプ ７４ 冷水配管 ７５ 解氷ポンプ ７６ 水・水熱交換器 ７７ 冷媒・水熱交換器 ７８ 冷水追従モード用水配管 ７９ 二次側水配管 ８０ 冷水一次ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機と、 この冷凍機に蓄熱モード用冷媒配管を介して連絡する製
   氷機と、 この製氷機の下部に配設される補助タンクと、 この補助タンクに氷スラリポンプを備えた氷スラリ配管
   を介して連絡する氷蓄熱槽と、 この氷蓄熱槽の底部側と製氷機とを連絡し氷蓄熱槽内の
   水を製氷ポンプにより製氷機に送る給水配管と、 氷蓄熱槽の底部側に連絡し氷水を解氷ポンプにより導出
   する冷水配管と、 この冷水配管に介装され氷水を導入する水・水熱交換器
   と、 この水・水熱交換器の下流側で冷水配管に介装される冷
   媒・水熱交換器と、 この冷媒・水熱交換器と冷凍機とを連絡するに冷水追従
   モード用冷媒配管と、 冷媒・水熱交換器の下流側で切替弁を介して冷水配管に
   連絡すると共に氷蓄熱槽内上部に配置される散水ノズル
   と、 この散水ノズルの上流側で切替弁を介して冷水配管から
   分岐し氷蓄熱槽の底部側に開口を位置する冷水追従モー
   ド用水配管と、 水・水熱交換器に連絡し空調負荷側の冷水を水・水熱交
   換器に送る冷水一次ポンプを備えた二次側水配管とを有
   することを特徴とする氷蓄熱装置。