(57)【要約】【課題】熱交換パイプに着氷させる氷の厚みを容易に変更することができる蓄氷装置を提供する。【解決手段】水を貯留する貯留空間が画成された蓄熱槽と、貯留空間内に配され、冷媒の流路として管状に形成された熱交換パイプと、冷媒を冷却する冷凍機１２と、熱交換パイプの外表面から第１距離だけ離間した位置に配される第１電極１３１と、外表面から第１距離より小さい第２距離だけ離間した位置に配される第２電極１３２と、外表面から第１距離以下且つ第２距離より大きい第３距離だけ離間した位置に配される第３電極１３３とを有する氷厚センサと、第１状態と第２状態とを切り換える切換部１４１を有し、第１状態において第１電極１３１と第２電極１３２との間の抵抗値に基づいて冷凍機１２を制御し、第２状態において第１電極１３１と第３電極１３３との間の抵抗値に基づいて冷凍機１２を制御する制御部１４とを備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯留する貯留空間が画成された蓄熱槽と、
前記貯留空間内に配され、冷媒の流路として管状に形成された熱交換パイプと、
前記冷媒を冷却する冷凍機と、
前記熱交換パイプの外表面から第１距離だけ離間した位置に配される第１電極と、前記外表面から前記第１距離より小さい第２距離だけ離間した位置に配される第２電極と、前記外表面から前記第１距離以下且つ前記第２距離より大きい第３距離だけ離間した位置に配される第３電極とを有する氷厚センサと、
第１状態と第２状態とを切り換える切換部を有し、前記第１状態において前記第１電極と前記第２電極との間の抵抗値に基づいて前記冷凍機を制御し、前記第２状態において前記第１電極と前記第３電極との間の抵抗値に基づいて前記冷凍機を制御する制御部と
を備える蓄氷装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１電極と前記第２電極との間の抵抗値または前記第１電極と前記第３電極との間の抵抗値が所定の抵抗値未満である場合に前記冷凍機を動作させることを特徴とする請求項１に記載の蓄氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄氷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビルの空調設備や食品の冷却設備において冷却水として使用される水を冷却する蓄氷装置が知られている。この蓄氷装置は、水を貯留する蓄熱槽内に冷媒の流路としての熱交換パイプが水没され、冷凍機が冷媒の冷却と循環とを行うことにより、熱交換パイプの外表面に着氷させて蓄熱槽内の水を冷却する。
【０００３】
このような蓄氷装置によれば、比較的電気料金の安い時間帯、例えば深夜に蓄熱槽内の水を冷却しておくことによって、比較的電気料金の高い時間帯、例えば昼間に空調設備や冷却設備に用いられる水を低コストで冷却することができ、これによって、所謂ピークシフトと呼ばれる、昼間の電力使用量の夜間へのシフトがなされる。
【０００４】
蓄氷装置における冷凍機の運転制御は、熱交換パイプの外表面に着氷された氷の厚みに基づいてなされており、この氷の厚みは電極間の抵抗値の変動によって測定される。具体的には、熱交換パイプの外表面から所定距離だけ離間した位置に電極を複数固定し、これらの電極間の抵抗値が所定以上である場合に電極間に氷が存在すると判定される。電極が氷で覆われたか否かに基づいて冷凍機を制御することができる。ここで、冷凍機を動作または停止させる氷の厚みは、熱交換パイプの外表面から電極までの距離に依存することとなる。
【０００５】
各電極は、熱交換パイプに取り付けられた固定具によって固定されており、この固定具は、各電極の熱交換パイプの外表面からの離間距離を調整可能に構成されている。熱交換パイプに着氷させるべき氷の適切な厚みは、外気温や蓄氷装置による冷却に掛かる負荷によって異なるため、固定具における電極の位置を調整することによって、時期に対応した離間距離に電極が配される。例えば、冬季においては、熱交換パイプから比較的近接した位置に電極が配されて氷の厚みが小さくなるように冷凍機が制御され、夏季においては、熱交換パイプから比較的離隔した位置に電極が配されて氷の厚みが大きくなるように冷凍機が制御される。
【０００６】
なお、関連する技術として、内部に冷媒が流通する熱交換パイプと、熱交換パイプの外表面から第１距離だけ離間して配置される第１温度検出部と、第１距離より小さい第２距離だけ離間して配置される第２温度検出部と、熱交換パイプを収容する蓄熱槽と、熱交換パイプとの間で冷媒を循環させる冷凍機と、制御部とを備える蓄氷装置であって、制御部は、第１温度検出部により検出された温度が第１設定温度以下の状態が第１設定時間継続し、且つ第１温度検出部と第２温度検出部とにより検出された温度差が第２設定温度以上の状態が第２設定時間継続した場合に冷凍機を停止させることによって、温度センサで構成した氷厚センサにより正確に着氷を判定する蓄氷装置（例えば、特許文献１）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−１６１１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
熱交換パイプに対する電極の離間距離を変更する作業は、熱交換パイプが蓄熱槽内に水没されているために、蓄氷装置の管理者にとって煩雑なものとなってしまう。更に、蓄氷装置が作動中である場合は、少なくとも固定具が氷に覆われる状態となるため、電極の離間距離を調整するには蓄氷装置を停止して熱交換パイプに着氷された氷をある程度まで融解させてから固定具における電極の位置を変更する必要がある。
【０００９】
つまり、電極により測定された氷の厚みに基づいて冷凍機を制御する従来の蓄氷装置には、熱交換パイプに着氷させる氷の厚みの変更に係る作業が煩雑である、という問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、熱交換パイプに着氷させる氷の厚みを容易に変更することができる蓄氷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、水を貯留する貯留空間が画成された蓄熱槽と、前記貯留空間内に配され、冷媒の流路として管状に形成された熱交換パイプと、前記冷媒を冷却する冷凍機と、前記熱交換パイプの外表面から第１距離だけ離間した位置に配される第１電極と、前記外表面から前記第１距離より小さい第２距離だけ離間した位置に配される第２電極と、前記外表面から前記第１距離以下且つ前記第２距離より大きい第３距離だけ離間した位置に配される第３電極とを有する氷厚センサと、第１状態と第２状態とを切り換える切換部を有し、前記第１状態において前記第１電極と前記第２電極との間の抵抗値に基づいて前記冷凍機を制御し、前記第２状態において前記第１電極と前記第３電極との間の抵抗値に基づいて前記冷凍機を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱交換パイプに着氷させる氷の厚みを容易に変更することができる。本発明のその他の効果については、以下の発明を実施するための形態の項でも説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る蓄氷装置の構成を示す概略図である。
【図２】氷厚センサの構成を示す概略側面図である。
【図３】氷厚センサの構成を示す概略正面図である。
【図４】制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】熱交換パイプが着氷された状態を示す概略正面図である。
【図６】熱交換パイプに着氷された氷が第２電極を覆う状態を示す概略正面図である。
【図７】熱交換パイプに着氷された氷が全ての電極を覆う状態を示す概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
（蓄氷装置の構成）
本実施形態に係る蓄氷装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る蓄氷装置の構成を示す概略図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る蓄氷装置１は、冷却対象である冷却設備２に接続され、水を貯留する蓄熱槽１０、蓄熱槽１０内に配置される熱交換パイプ１１、蓄熱槽１０の外部に配置される冷凍機１２、熱交換パイプ１１に着氷された氷の厚みを測定する氷厚センサ１３、蓄熱槽１０の外部に配置され氷厚センサ１３により測定された氷の厚みに基づいて冷凍機１２を制御する制御部１４を備える。
【００１７】
蓄熱槽１０は、内部に水が貯留される貯留空間が画成され、断熱性を有する素材により形成された部材であり、本実施形態においては略直方体状に構成される。
【００１８】
熱交換パイプ１１は、内部が冷凍機１２により循環される冷媒の流路となった管状の部材であり、上方から下方に亘って蛇行するように形成され、直線状に形成された直線部分と隣接する直線部分を接続する折り返し部分とを有し、蓄熱槽１０内に水没されるように配置される。なお、以降の説明においては、便宜上、直線部分の延在方向を前後方向、この前後方向及び上下方向に直交する方向を左右方向とする。
【００１９】
冷凍機１２は、熱交換パイプ１１の両端が接続され、熱交換パイプ１１内に冷媒を循環させる循環ポンプと、冷媒を冷却する熱交換器とを有する。これによって、水没された熱交換パイプ１１が冷却され、その外表面近傍の水が氷結する。本実施形態においては、冷凍機１２の循環ポンプは常時動作しているものとする。
【００２０】
氷厚センサ１３は、熱交換パイプ１１に着氷した氷の厚みを測定するセンサであり、制御部１４は、氷厚センサ１３に測定された氷の厚みに基づいて冷凍機１２の動作、具体的には熱交換器の動作を制御する。氷厚センサ１３の構成、制御部１４の構成及び動作については後述する。
【００２１】
このような蓄氷装置１と接続される冷却設備２は、例えばビルの空調設備や食品の冷却設備である。一般的には、電気料金が比較的安価な夜間に蓄熱槽１０内の水を冷却して熱交換パイプ１１の外表面に着氷させ、この着氷された氷により冷却された冷却水により昼間に冷却設備２の冷却を行う。
【００２２】
（氷厚センサの構成）
氷厚センサの構成について説明する。図２は、氷厚センサの構成を示す概略側面図である。図３は、氷厚センサの構成を示す概略正面図である。なお、図３において、熱交換パイプは左右上下方向に延在する平面により切断された断面として示される。
【００２３】
図２及び図３に示すように、氷厚センサ１３は、第１電極１３１、第２電極１３２、第３電極１３３を有する。これらの電極は、それぞれ、熱交換パイプ１１の所定箇所に設けられた固定具１５により熱交換パイプ１１の外表面から所定距離だけ離間した箇所に固定される。
【００２４】
第１電極１３１は、熱交換パイプ１１の外表面から第１距離Ｄ１だけ離間した位置に固定され、第２電極１３２は、熱交換パイプ１１の外表面から第１距離Ｄ１より小さい第２距離Ｄ２だけ離間した位置に固定され、第３電極１３３は、熱交換パイプ１１の外表面から第３距離Ｄ３だけ離間した位置に固定される。ここで、第３距離は、第１距離以下且つ第２距離Ｄ２より大きい距離であり、本実施形態においては、第１距離と同等の距離であり、第１電極１３１と第３電極１３３は、熱交換パイプ１１からの離間方向とは異なる方向において、互いに離間した状態で固定される。
【００２５】
これらの電極間、具体的には、第１電極１３１と第２電極１３２との間、または第１電極１３１と第３電極１３３との間には電流が流され、水または氷による電極間の抵抗値の変化により後述するように制御部１４により冷凍機１２の運転が制御される。そのため、第１電極１３１は、第３電極１３３と同距離以上に熱交換パイプ１１の外表面から離間していれば良い。
【００２６】
第１電極１３１は、冷凍機１２の制御において第２電極１３２または第３電極１３３のいずれかと協働して用いられるコモン電極であるため、第１電極１３１が固定される位置は、熱交換パイプ１１に着氷された氷が成長していく場合に、第２電極１３２が氷で覆われた際に氷で覆われず、且つ、第３電極１３３が氷で覆われた際に同時に氷で覆われるか、または氷で覆われないような位置となっている。
【００２７】
（制御部の構成及び動作）
制御部の構成及び動作について説明する。図４は、制御部の構成を示すブロック図である。図５は、熱交換パイプが着氷された状態を示す概略正面図である。図６は、熱交換パイプに着氷された氷が第２電極を覆う状態を示す概略正面図である。図７は、熱交換パイプに着氷された氷が全ての電極を覆う状態を示す概略正面図である。
【００２８】
図４に示すように、制御部１４は、リレー部１４０と切換部１４１とを有し、リレー部１４には、電源２と、冷凍機１２と、第１電極１３１とが電気的に接続されるとともに、蓄氷装置１の管理者がスイッチにより操作可能な切換部１４１を介して第２電極１３２または第３電極１３３が択一的にリレー部１４０と電気的に接続される。切換部１４１によれば、第１電極１３１と第２電極１３２との間の抵抗値に基づいて冷凍機１２の制御を行う第１状態と、第１電極１３１と第３電極１３３との間の抵抗値に基づいて冷凍機１２の制御を行う第２状態とに制御部１４を切り換えることができる。この切換部１４１は蓄熱槽１０の外部に配置されるため、蓄氷装置１の管理者は切換部１４１を操作して制御部１４を第１状態または第２状態に容易に切り替えることができる。
【００２９】
リレー部１４０は、第１状態において、第１電極１３１と第２電極１３２との間の抵抗値が所定の抵抗値以上である場合に冷凍機１２の熱交換器を停止させ、所定の抵抗値未満である場合には電源２からの電力を供給して熱交換器を動作させるように構成される。ここで、所定の抵抗値は、第２電極１３２が氷で覆われた状態の抵抗値に基づいて決定される。また、リレー部１４０は、第２状態において、第１電極１３１と第３電極１３３との間の抵抗値が所定の抵抗値以上である場合に熱交換器を停止させ、所定の抵抗値未満である場合には熱交換器を動作させるように構成される。ここで、所定の抵抗値は、第３電極１３３が氷で覆われた状態の抵抗値に基づいて決定される。
【００３０】
図５に示すように、いずれの電極も熱交換パイプ１１に着氷された氷に覆われない場合、制御部１４は、第１状態、第２状態のいずれの状態にある場合においても熱交換器を動作させる。
【００３１】
また、図６に示すように、第２電極１３２のみが氷に覆われる状態においては、制御部１４は、第１状態にある場合には熱交換器の動作を停止させ、第２状態にある場合には熱交換器を動作させる。
【００３２】
また、図７に示すように、全ての電極が氷に覆われる状態においては、制御部１４は、第１状態、第２状態のいずれの状態にある場合においても熱交換器の動作を停止させる。なお、上述したように、制御部１４は、第１状態にある場合、第２電極１３２のみが氷に覆われた時点で熱交換器の動作を停止させるため、実質的には、第２状態にある場合にのみ全ての電極が氷に覆われることとなる。
【００３３】
上述した蓄氷装置１によれば、各電極の固定位置を変更するのと比較して、容易に熱交換器の動作を停止させる氷の厚みを変更することができる。また、外気温が比較的低い時期には制御部１４を第１状態とし、外気温が比較的高い時期には制御部１４を第２状態とすることができ、延いては、特に外気温が比較的低い時期には必要以上に蓄氷されず、冷凍機１２の効率を向上させることができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態においては、蓄氷装置１の管理者が切換部１４１を操作して第１状態と第２状態とを切り換えるようにしたが、蓄熱槽１０の外部に外気温を測定する温度センサを設け、この温度センサによる測定温度に基づいて切換部１４１が自動的に第１状態と第２状態とを切り換えるようにしても良い。この場合、切換部１４１は、測定温度が所定の温度以下である場合に第１状態とし、所定の温度より大きい場合に第２状態とする。
【００３５】
本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００３６】
１  蓄氷装置
１０  蓄熱槽
１１  熱交換パイプ
１２  冷凍機
１３  氷厚センサ
１４  制御部
１３１  第１電極
１３２  第２電極
１３３  第３電極
１４１  切換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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