(57)【要約】    【課題】  過剰着氷を抑えて伝熱管の破裂等を防止すると共に、低負荷の場合での低出力の追い掛け運転を抑制して効率向上を図る。    【解決手段】  氷蓄熱式熱源装置は、熱源機１と、熱源機からのブライン溶液を流して負荷側の水と熱交換させるブライン／水熱交換器２と、製氷熱交換器４を備えた蓄熱槽３と、ブラインポンプ５と、熱源機からのブライン溶液の流れを制御する第１の弁６と第２の弁７とを備えている。また、熱源機及び第１，第２の弁を制御する制御手段を備え、この制御手段は、蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かして融解潜熱を利用する蓄熱槽外融出力と、熱源機による追い掛け運転出力とで負荷側の水を冷却する第１の運転モードと、前記蓄熱槽外融出力と、熱源機を停止させて製氷熱交換器にブライン溶液を流し伝熱管内部から氷を融解してその融解潜熱を利用する蓄熱槽内融出力とで水を冷却する第２運転モードとを備えている。    【選択図】  図１
2006292267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却されたブライン溶液を製造するための熱源機と、この熱源機に配管接続されて熱源機からのブライン溶液を流す製氷熱交換器を有し、この製氷熱交換器の周囲に氷を製造するようにした蓄熱槽とを備える氷蓄熱式熱源装置において、
前記熱源機を制御すると共に、熱源機からのブライン溶液の前記製氷熱交換器への流入を制御する制御手段を備え、この制御手段は、
前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機の運転による追い掛け運転出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第１の運転モードと、
前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機を停止させた状態で前記製氷熱交換器にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部から氷を融解してその融解潜熱を利用する蓄熱槽内融出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第２の運転モードと
を備えていることを特徴とする氷蓄熱式熱源装置。
【請求項２】
冷却されたブライン溶液を製造するための熱源機と、熱源機に接続され熱源機からのブライン溶液を流して負荷側の水と熱交換させるためのブライン／水熱交換器と、前記熱源機に接続され熱源機からのブライン溶液を流す製氷熱交換器を備えた蓄熱槽と、前記ブライン溶液を循環させるためのブラインポンプと、前記熱源機からのブライン溶液が前記ブライン／水熱交換器に流れるのを制御するための第１の弁と、前記熱源機からのブライン溶液が前記蓄熱槽に流れるのを制御するための第２の弁とを備えた氷蓄熱式熱源装置において、
前記熱源機の起動停止及び前記第１，第２の弁を制御する制御手段を備え、この制御手段は、
前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機の運転による追い掛け運転出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第１の運転モードと、
前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機を停止させた状態で前記製氷熱交換器にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部から氷を融解してその融解潜熱を利用する蓄熱槽内融出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第２の運転モードと
を備えていることを特徴とする氷蓄熱式熱源装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記熱源機の単独運転により、負荷側の水を冷却する第３の運転モードを更に備えることを特徴とする氷蓄熱式熱源装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、第１の運転モードによる運転後、負荷が小さくなり熱源機による追い掛け運転出力が低下した場合、前記第２の運転モードに切り替えて製氷熱交換器内にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部からも氷を融解させるようにしたことを特徴とする氷蓄熱式熱源装置。
【請求項５】
請求項４において、熱源機による追い掛け運転出力が予め設定した設定値以下に低下した場合に、前記第１の運転モードから第２の運転モードに切り替えることを特徴とする氷蓄熱式熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、夜間電力など、電力需要の少ない期間に水を氷に相変化させて蓄冷を行い、昼間には蓄冷を利用して空気調和等を行う氷蓄熱式熱源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の氷蓄熱式熱源装置としては、冷却されたブライン溶液を製造するための熱源機、この熱源機に配管接続された蓄熱槽、及び前記熱源機と該熱源機からのブライン溶液の流通を制御するための制御手段を備え、前記蓄熱糟内に設けた製氷熱交換器の伝熱管外側に氷を製造し、その製造した氷を融解した水を利用する外融式のものがある。この種従来技術としては、例えば特許文献１，２に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１３３９４４
【特許文献２】特開平７−２６９９１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記外融式の氷蓄熱式熱源装置においては、氷を全て融解してから蓄熱を行わないと、融解せずに残った氷の上に更に着氷するため、過剰着氷となり、これが隣り合った伝熱管同士の間で発生すると氷が繋がってしまうブリッジングと呼ばれる現象が発生することがある。このブリッジングが発生すると、当該部分においては氷を融解するための水の流路がなくなるため、氷の融解が進まず、ますます過剰着氷が進行して、最悪の場合は伝熱管の破裂を引き起こすという問題があった。
【０００５】
このため従来は、冷房終了間近には熱源機を運転せず、ブラインポンプのみを運転することにより、外からだけでなく伝熱管内部からも氷を融解する機能（内融制御）を設けたり、一定時刻毎に残蓄量を検知し、計画値より残蓄量が多い場合には、熱源機を運転停止させるための水温設定値を上げて熱源機の運転を早目に停止させ、蓄熱槽出力のみで空調等を継続するようにしている。
【０００６】
しかし前者の場合、負荷が小さい場合には、冷房終了間近に熱源機を停止させても氷を溶かしきれないことがある。後者の場合、負荷が小さい時は熱源機の運転をしないため、意味を成さない。また、熱源機を低負荷で運転する場合、熱源機の効率は、冷却能力を熱源機の消費電力とポンプの消費電力の和で除したもので表されるが、低負荷の場合、冷却能力が下がることにより熱源機の消費電力も下がるものの、ポンプの消費電力は一定で変わらない。このため、ポンプの消費電力が消費電力全体に対して占める割合が上がり、結果的に氷蓄熱式熱源装置全体の効率も低下する。
【０００７】
本発明の目的は、過剰着氷を抑えて、伝熱管の破裂等を防止することができる氷蓄熱式熱源装置を得ることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、低負荷の場合に、熱源機による低出力での追い掛け運転を不要にすることにより効率向上を図れる氷蓄熱式熱源装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、冷却されたブライン溶液を製造するための熱源機と、この熱源機に配管接続されて熱源機からのブライン溶液を流す製氷熱交換器を有し、この製氷熱交換器の周囲に氷を製造するようにした蓄熱槽とを備える氷蓄熱式熱源装置において、前記熱源機を制御すると共に、熱源機からのブライン溶液の前記製氷熱交換器への流入を制御する制御手段を備え、この制御手段は、前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機の運転による追い掛け運転出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第１の運転モードと、前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機を停止させた状態で前記製氷熱交換器にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部から氷を融解してその融解潜熱を利用する蓄熱槽内融出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第２の運転モードとを備えていることにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、冷却されたブライン溶液を製造するための熱源機と、熱源機に接続され熱源機からのブライン溶液を流して負荷側の水と熱交換させるためのブライン／水熱交換器と、前記熱源機に接続され熱源機からのブライン溶液を流す製氷熱交換器を備えた蓄熱槽と、前記ブライン溶液を循環させるためのブラインポンプと、前記熱源機からのブライン溶液が前記ブライン／水熱交換器に流れるのを制御するための第１の弁と、前記熱源機からのブライン溶液が前記蓄熱槽に流れるのを制御するための第２の弁とを備えた氷蓄熱式熱源装置において、前記熱源機の起動停止及び前記第１，第２の弁を制御する制御手段を備え、この制御手段は、前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機の運転による追い掛け運転出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第１の運転モードと、前記蓄熱槽内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機を停止させた状態で前記製氷熱交換器にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部から氷を融解してその融解潜熱を利用する蓄熱槽内融出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第２の運転モードとを備えていることにある。
【００１１】
更に、上記氷蓄熱式熱源装置において、前記熱源機の単独運転により、負荷側の水を冷却する第３の運転モードを更に備えるようにすることもできる。
【００１２】
また、第１の運転モードによる運転後、負荷が小さくなり熱源機による追い掛け運転出力が低下した場合、例えば熱源機による追い掛け運転出力が予め設定した設定値以下に低下した場合には、前記第２の運転モードに切り替えて製氷熱交換器内にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部からも氷を融解させるように制御すると良い。
【００１３】
このように、熱源機出力による負荷側の水の冷却よりも、蓄熱槽内に蓄熱した氷の融解による出力で負荷側の水を冷却することを優先させて蓄熱槽内の氷を使いきるように制御することにより、氷を全て融解してから蓄熱することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明においては、蓄熱した氷の融解による蓄熱槽出力だけでは冷却能力不足の場合、熱源機の追い掛け運転をする（第１の運転モード）。また、負荷が小さくなり熱源機による追い掛け運転出力が低下した場合、強制的に熱源機の運転を停止し、蓄熱槽外融出力と共に蓄熱槽内融出力を行う（第２の運転モード）。この第２の運転モードを備えることにより、蓄熱槽内の氷を積極的に使いきるよう制御することが可能となる。
【００１５】
熱源機は１００％の出力で運転しない場合、効率が低下するが、本発明では、熱源機出力が低下したら熱源機の運転を停止させ、熱源機による低出力での追い掛け運転をしないようにし、その代わりに製氷熱交換器の伝熱管内部にブライン溶液を流し、製氷熱交換器の伝熱管内部から氷を融解して冷却能力を得るように構成しているから、装置全体の効率向上を図ることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、制御ソフトの変更のみで、蓄熱槽内の氷を使い切る運転が可能となり、従来装置のような過剰着氷を防止でき、伝熱管の破裂の発生等も防止できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
外融式の氷蓄熱式熱源装置においては、氷を融解してから蓄熱しないと過剰着氷し、熱交換器の破裂に至る恐れがあった。また、熱源機の追い掛け運転は１００％出力でない場合には効率が低下するため、装置全体の効率も低くなる問題があった。
【００１８】
そこで、本実施形態では、熱源機による追い掛け運転出力が例えば１００％より低下した場合には熱源機を停止させた状態として、ブライン溶液を製氷熱交換器の伝熱管に流して、伝熱管内部から氷を融解することで蓄熱した氷を使い切るようにして過剰着氷を抑えるようにし、氷を融解して冷却されたブライン溶液で負荷側の水を冷却する。これにより、熱源機を効率が悪い低出力で運転しないようにして、氷蓄熱式熱源装置全体の効率を向上を図るようにした。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の具体的実施例を図面により説明する。  
図１は空調用などに利用される本発明の氷蓄熱式熱源装置の一実施例を示す配管系統図である。図１において、１は冷却されたブライン溶液を製造するための熱源機、２は熱源機１に配管接続され、熱源機１からのブライン溶液を流して負荷側の水と熱交換させるためのブライン／水熱交換器、３は前記熱源機１に配管接続され、熱源機１からのブライン溶液を流す製氷熱交換器４を備えた蓄熱槽、５は、前記熱源機１、ブライン／水熱交換器２、蓄熱槽３を配管１０で接続して形成された閉循環路内のブライン溶液を循環させるためのブラインポンプ、６は熱源機１からのブライン溶液がブライン／水熱交換器２に流れるのを制御するための電動ニ方弁（第１の弁）、７は前記熱源機１からのブライン溶液が蓄熱槽３に流れるのを制御するための電動ニ方弁（第２の弁）である。
【００２０】
負荷側の水は配管１１により、前記ブライン／水熱交換器２及び蓄熱槽３と接続され、冷水ポンプ９により空調負荷側となるファンコイルユニット（図示せず）等に供給される。９は蓄熱槽３へ負荷側の水が流入するのを制御する電動三方弁である。また、図示していないが、制御装置（制御手段）が別途設けられており、前記熱源機１の起動停止、前記電動ニ方弁６，７及び電動三方弁９を制御している。またこの制御装置は、蓄熱槽１内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機の運転による追い掛け運転出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第１の運転モード、前記蓄熱槽１内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機１を停止させた状態で製氷熱交換器４にブライン溶液を流すことにより製氷熱交換器の伝熱管内部から氷を融解してその融解潜熱を利用する蓄熱槽内融出力との合計出力で負荷側の水を冷却する第２の運転モード、前記熱源機１の単独運転により負荷側の水を冷却する第３の運転モードを行わせる機能を備えている。
【００２１】
上記第１運転モードと第２運転モードの切り替えは次のようにして行う。即ち、第１運転モードによる運転後、負荷が小さくなり熱源機による追い掛け運転出力が低下した場合、例えば熱源機による追い掛け運転出力が予め設定した設定値以下に低下した場合、第２運転モードに切り替え、製氷熱交換器４の伝熱管内にブライン溶液を流すことで製氷熱交換器４の伝熱管内部からも氷を融解させる。
【００２２】
夜間の冷房用の蓄冷熱運転時は、電動二方弁（第１の弁）６を全閉、電動二方弁（第２の弁）７を全開とし、ブラインポンプ５と熱源機１を、深夜電力を利用して運転する。熱源機１により過冷却されたブライン溶液は、複数の伝熱管で構成されている製氷熱交換器４の伝熱管内部を流れ、蓄熱槽３内に蓄えられた冷水と熱交換した後、熱源機１に戻るサイクルを構成している。蓄熱槽３内において、ブライン溶液と冷水とが熱交換することにより、製氷熱交換器４の伝熱管の表面には氷が生成される。即ち、水を凝固させて氷に相変化させることにより、潜熱蓄熱をするように構成されている。
【００２３】
昼間の冷房空調運転時は、電動二方弁６を全開、電動二方弁７を全閉とし、ブライン／水熱交換器で負荷側の水を冷却する。負荷側の水は冷水ポンプ８で循環されるが、この冷水ポンプ８の上流側には電動三方弁９が設けられ、この三方弁９と前記ブライン／水熱交換器２とを接続している配管の途中から蓄熱槽３を通り前記三方弁９に入るバイパス路が設けられている。この三方弁９により、ブライン／水熱交換器２から直接三方弁９に入る比較的温度の高い冷水と、ブライン／水熱交換器２から蓄熱槽３を通り、蓄熱槽で更に冷却された冷水とが混合され、冷水ポンプ８で所定温度の冷水を負荷側へ供給する構成としている。
【００２４】
図２は、従来の一般的な氷蓄熱式熱源装置における運転モードを説明する線図で、横軸は時間、縦軸は空調負荷で、時間と空調負荷の変化とを説明する図である。この図に示すように、従来の氷蓄熱式熱源装置の運転では、蓄熱槽３内に蓄えた氷を溶かすことによる融解潜熱を利用した蓄熱槽外融出力と、熱源機１の運転による追い掛け運転出力の合計により負荷側の水を冷却し、この冷却水を利用して空調を行っていた。負荷が小さい場合、熱源機１を停止させ、ブライン／水熱交換器２での熱交換を行わず、蓄熱槽３内の氷の融解潜熱（蓄熱槽外融出力）のみで負荷側の冷水の冷却を行う場合もある。
【００２５】
図３に本発明の氷蓄熱式熱源装置における運転モードの例を説明する。早朝の運転開始時は負荷が大きいため、蓄熱槽３の蓄熱槽外融出力と熱源機１の追い掛け運転出力により空調を行う（第１の運転モード）。その後、負荷が下がってきて熱源機１に備えられた容量制御機構（例えば、スクロール圧縮機を使用している場合にはインバータ等による回転数制御装置、スクリュー圧縮機の場合にはスライド弁による容量制御、等）により、熱源機１の運転出力が所定値以下に下がると、熱源機１は運転を停止され、ブラインポンプ５のみは運転が継続される。ブラインポンプ５の運転により、製氷熱交換器４の伝熱管内にはブライン溶液が流通し、製氷熱交換器４の伝熱管内から氷を融解しながらブライン溶液が冷却されるように蓄熱槽内融制御が行なわれる。冷却されたブライン溶液を利用するには、電動二方弁７だけでなく、電動二方弁６も開くことにより、冷却されたブライン溶液の一部がブライン／水熱交換器２に流れ、負荷側の水を冷却できる（第２の運転モード）。
【００２６】
正午近くになると外気温度の上昇につれて負荷が上昇してくるため、再び熱源機１を運転し、上述した熱源機の追い掛け運転をして冷房を行う（第１の運転モード）。夕刻になり負荷が下がってくると、熱源機１を停止させ、再び上述した蓄熱槽内融制御が行なわれる（第２の運転モード）。冷房負荷が小さく、熱源機の追い掛け運転をあまり使用しないで前記第２の運転モードを多用すると、空調終了時刻前（冷房時間内）に蓄熱槽３内の氷がすべて融解することも考えられる。この場合、熱源機のみで追い掛け運転をする必要があり、熱源機１のみの単独運転（熱源機単独運転）で空調を賄う（第３の運転モード）。通常、冷房終了時刻に近づく時間帯ほど冷房負荷は低下するから、熱源機のみの追い掛け運転で冷房負荷を賄うことは可能である。
【００２７】
なお、空調が終了した後は、電動二方弁６が閉じられ、電動ニ方弁７を開き、夜間電力（深夜電力）を利用して、蓄熱槽３内に製氷するための蓄熱運転が行なわれる。
【００２８】
以上の制御は、前述した制御装置により、熱源機１の起動停止及び電動ニ方弁６，７、電動三方弁９、等を制御することで実行される。
【００２９】
本実施例においては、中間期などの冷房低負荷時において、熱源機の追い掛け運転出力が例えば１００％より低下した時に熱源機の運転を強制停止し、夜間電力を利用して蓄冷した蓄熱槽内の氷を伝熱管内部からも融解させて冷房に利用するようにしたから、過剰着氷を抑えて、伝熱管の破裂等を防止することができる。また、低負荷の場合には、低出力での追い掛け運転をしないように制御できるので、氷蓄熱式熱源装置全体の効率向上も図れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の氷蓄熱式熱源装置の一実施例を示す配管系統図である。
【図２】従来の一般的な氷蓄熱式熱源装置における運転モードを説明する線図である。
【図３】本発明の氷蓄熱式熱源装置における運転モードの一例を説明する線図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…熱源機、２…ブライン／水熱交換器、３…蓄熱槽、４…製氷熱交換器、５…ブラインポンプ、６…電動二方弁Ａ（第１の弁）、７…電動二方弁Ｂ（第２の弁）、８…冷水ポンプ、９…電動三方弁。
【図１】
2006292267.tif 000003
【図２】
2006292267.tif 000004
【図３】
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