JP3392655B2 - 過冷却水による氷蓄熱装置および運転方法 - Google Patents
過冷却水による氷蓄熱装置および運転方法Info
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Description
た「ダイナミック氷蓄熱システム」における氷蓄熱シス
テムの運転方法に関する。ここで、「ダイナミック氷」
とは、「スタティック氷」と区別するために使用する用
語である。
辺に形成される氷であり、その冷却コイルは氷蓄熱槽に
沈めておく。その氷は、動きようがないため、「スタテ
ィック氷」といわれている。
氷を振るい落とし、その氷を氷蓄熱槽に溜めるとか、本
発明のように、過冷却の水・ブラインをつくり、シャー
ペット状の氷とし、流動状態にして氷蓄熱する氷をい
う。「氷蓄熱システム」には、大別すると、「ダイナミ
ック氷蓄熱システム」と、「スタティック氷蓄熱システ
ム」の2種類がある。
構成を図4に示す。 (A)従来のシステムにより過冷却水を製造する場合に
は、過冷却器4への入口温度の制御は、氷蓄熱槽10の
低温槽10Aと高温槽IOBとの蓄熱槽水を混合調節弁
19Aと、19Bを過冷却器4の入口温度の温度9が所
定温度となるよう制御することにより実現する。 (B)従来のサブクールシステムを冷凍機に採用する場
合、氷蓄熱時のみ、サブクール冷却源として蓄熱槽水を
サブクーラ−3へ供給しており、発生した熱量は過冷却
器の入口過冷却水の予熱用の熱として回収する。 (C)氷蓄熱時には、切替弁1Bは閉とし、温度センサ
ー9が所定温度となるように混合温調弁19を制御す
る。
まかないきれないため混合温調弁19により高温槽層1
0Aの熱量を付加する必要が生じる。この従来の制御お
よび系統では、高温槽層10Aへの戻り管がない。 (D)冷房運転時には、切替弁1Aを閉じ、サブクーラ
ー3をバイパスして運転する通常の冷凍サイクルとな
る。
力が大きくなり消費動力が上がる。ただし、冷却源が必
要である。一般に過冷却水による氷蓄熱は、安価値な夜
間電力を活用して実施しており、昼間氷蓄熱ではまかな
いきれない冷熱負荷については、蓄熱用の熱源機を空調
用として運転することにより冷房負荷をまかなってい
る。
12、冷水戻り管11へ接続される。
ビルの各部屋に送り出す主配管をいい、この配管の冷水
を利用して冷房する。冷房に使われた冷水は、室内の空
気で暖められ冷水戻り管11へもどされる。そして、こ
の冷水戻り管11の冷水は、氷蓄熱槽10または冷凍機
20へ戻ることになる。
次のような問題があった。 (問題1)従来サイクルの氷蓄熱では、蓄熱槽の冷熱の
払い出し熱量は蓄熱槽が冷水戻り温度となるまでの熱量
であった。
水戻り温度まで)であった。 (問題2)従来のサブクールシステムを採用した冷凍機
においてのサブクール運転は、予熱熱量が必要となる蓄
熱時においてのみであり、昼間の冷凍機の空調運転では
冷却源の問題により、サブクールしない通常のサイクル
運転であり、消費動力が低減できるサブクーラーが有効
に活用できていなかった。 (問題3)過冷却水を利用した氷蓄熱では、過冷却器へ
の氷核進入を防ぐ目的で入口を所定温度に予熱する必要
があるため、その熱量として蓄熱運転時のサブクール熱
量と蓄熱槽が蓄熱開始時に保有する顕熱熱量を充てる。
熱量がまかなえなくなる(顕熱量の不足)という問題が
あった。つまりシステムとして保有する予熱熱量により
IPFが制限される問題があつた。 (注1)lPF;(ICE PACKING FACT
OR:蓄熱槽の水と氷の合計重量分にたいする氷の重量
の割合)
は、サブクール切替弁と、製氷ポンプとサブクーラー
と、過冷却器と、クーリングタワーと、冷却水循環ポン
プと、氷蓄熱槽と、サブクールバイパス配管と、圧縮機
と、凝縮器と、絞り機構とからなる氷蓄熱装置におい
て、(A)過冷却器とクーリングタワーとの間には、圧
縮機と凝縮器と冷却水循環ポンプを配置し、(B)過冷
却器と凝縮器との間には、絞り機構とサブクーラーを配
置し、(C)氷蓄熱槽とサブクーラーの間には、サブク
ーラーから氷蓄熱槽への第1配管を設けるとともに、氷
蓄熱槽からサブクール切替弁への第2配管および第3配
管を設け、(D)過冷却器と氷蓄熱槽との間には、過冷
却器から氷蓄熱槽への第4A配管と第4B配管とを設け
るとともに、氷蓄熱槽から過冷却器へは第2配管から分
岐するサブクールバイパス配管と、サブクールバイパス
配管から分岐する第5A配管および第5B配管を設け、
(E)過冷却器と冷水戻り管との間には、第5A配管か
ら分岐する第6A配管と、第5B配管から分岐する第6
B配管とを設け、(F)過冷却器と冷水往き管との間に
は、第4A配管から分岐する第7A配管と、第4B配管
から分岐する第7B配管を設け、(G)第1配管には、
温度センサーを設け、(H)第2配管には、混合温調弁
と、製氷ポンプを設け、(I)第3配管には、サブクー
ル切替弁を設け、(J)第4A配管に製氷切替弁を設け
るとともに、第4B配管(34B)にも製氷切替弁を設
け、(K)第5A配管に過冷却水切替弁を設けるととも
に、第5B配管にも過冷却水切替弁を設け、(L)第6
A配管に冷水戻り切替弁(6A)を設けるとともに、第
6B配管にも冷水戻り切替弁を設け、(M)第7A配管
に冷水戻り切替弁を設けるとともに、第7B配管にも冷
水戻り切替弁を設けたことを特徴とする。 (第2の手段)本発明に係る過冷却水による氷蓄熱シス
テムの運転方法は、氷蓄熱槽と、サブクーラーと、過冷
却器と、圧縮機と、凝縮器と、クーリングタワーからな
る過冷却水を利用したダイナミック氷蓄熱システムにお
いて、(A)氷蓄熱運転時には、サブクールシステムを
採用する冷凍機により蓄熱を実施し、サブクーラーでの
発生熱は冷却源を過冷却水の予熱熱として回収し、
(B)冷房運転時においても、氷蓄熱槽の水をサブクー
ラーの冷却源として運転することにより、効率的な運転
ができることを特徴とする。
サブクールサイクルにより運転する。 (B)氷蓄熱運転時には、基本的に従來サイクルと同
様、サブクール冷却源として蓄熱槽からの過冷却水入口
を分岐し冷却源とする。
口予熱熱として回収する。 (C)空調運転時には、サブクール冷却源として蓄熱槽
10の蓄熱槽水をサブクーラ3ヘポンプ2により供給
し、蓄熱槽10へ返す。
により蓄熱される。 (D)このとき冷凍機20は、冷水往き管12と、冷水
戻り管11に直接冷水を供給しており、 冷水戻り切替弁 6A、 6Bを開、 冷水往き切替弁 7A、 7Bを開、 過冷却水切替弁 15A、15Bを閉、 製氷切替弁 18A、18Bを閉、 製氷切替弁 17A、17Bを閉 にしている。 (E)蓄熱システムの蓄熱運転は夜間電力を活用した夜
間運転であり、空調運転は昼間運転である。
た熱量は、過冷却水による氷蓄熱時予熱熱量として夜間
活用する。したがって、次のように作用する。 (1)従来は、夜間蓄熱した冷熱蓄熱の払い出しをする
場合、まず氷.の潜熱の熱量の払い出しを実施し、潜熱
の払い出しが完了し、さらに蓄熱槽の出口温度が冷水供
給温度に維持できなくなつた場合、冷凍機を運転し不足
する冷熱量を補い、さらに蓄熱槽が冷熱戻り温度と同温
となった時点で蓄熱槽の蓄熱が完了する。
度と同温となった時点で、蓄熱槽水をサブクーラーへの
冷却源として活用するためサブクーラーへ供給する。こ
のことにより氷蓄熱槽10の冷熱源は冷凍機20の駆動
力低減に置き換わり、間接的かつ確実に冷熱として払い
出すことが可能となる。
払い出しの上限温度が、本発明では、理論的には蓄熱槽
温度が冷却水温度域となるまで払い出すことが可能とな
り、氷蓄熱槽10の小容量化が可能となる。 (2)サブクールサイクルの特性上、サブクーラー3で
冷却された熱量に相当する駆動力が低減されるため、昼
間の空調運転効率が上がる。 (3)高いIPFを達成できる過冷却水を利用した氷蓄
熱において、氷蓄熱運転時運転時の過冷却水入口予熱熱
量の不足を、昼間空調運転のサブクーラー3での発生熱
により補うことが可能となる。 (4)サブクールでの熱量はすべて圧縮機21の駆動力
の低減により回収されているため熱損失は発生しない。 (5)また予熱熱量が過剰となった場合であつても、そ
の余剰熱量の回収は、昼間運転の動力低減により回収さ
れているため、熱的な損失は発生しない。
れた駆動力は夜間蓄熱運転の余剰負荷となる。そして、
一般的に夜間は安価な夜間電力による運転となるため、
その電力料金を大きく低減することができる。
〜図2に示す。図1は第1の実施の形態に係る過冷却水
による氷蓄熱システムを示す図。
ブクールサイクルの系統図。図3は、冷凍機のサブクー
ルサイクルの説明図である。図1〜図2において、黒色
の切替弁は閉、白色の切替弁は開の状態を示す。
高温槽層10Aの間に高温蓄熱槽への戻り管31を設け
ている。図において、過冷却器4は、一般的には、蒸蒸
器と呼ばれるもので、冷媒がこの中で蒸発し、冷水の熱
を奪い冷水を冷やす。
吸い込まれ高い圧力まで圧縮される。圧縮されたガス
は、凝縮器22へ流れ込み冷却水により冷却され、凝縮
し、液化する。
度でも液化(凝縮)しやすくなる。ここで、液化した冷
媒を、さらに低い冷却源を使い、過冷却(サブクール)
する。サブクールされた冷却は、膨張機構を経由して蒸
発器に流れ込む。
上するためのシステムである。その原理を以下に説明す
る。冷凍サイクルは、モリエ線図で表すと図3のように
なる。
はエントロピを表す。図3(A)は普通の冷房サイクル
を示し、図3(B)はサブクールした冷房サイクルを示
す。
3(B)の方が台形の底辺が大きいことがわかる。この
底辺の長さは、冷媒1kgがもつ冷熱量を示すので、同
じ冷凍能力を出すためには、冷媒が少なくてすむことに
なる。この底辺を長くするものがサブクールサイクルで
ある。
い、効率は低下することになる。冷凍機20は、氷蓄熱
運転時だけでなく、空調運転時(冷房運転時)にもサブ
クールサイクルに運転される。すなわち表1に示すよう
に、 (A)氷蓄熱運転時には、基本的には、従来のサイクル
と同様に、図1に示す弁開閉状態、すなわち、 切替弁 15A、15Bを開 切替弁 17A、17Bを開 (もしくは 切替弁 18A、18Bを開) 切替弁 6A、 6Bを閉 切替弁 7A、 7Bを閉 にし、サブクーラー3の冷却源として、氷蓄熱槽10か
ら冷水を分岐して、サブクール切替弁1を通してサブク
ーラー3に冷却水を供給し、ここで冷媒を冷却し、昇温
する。
入り口予熱(過冷却水予熱熱源)として回収される。 (B)空調運転時(冷房運転時)には、図2に示す弁開
閉状態、すなわち、 切替弁 15A、15Bを閉 切替弁 17A、17Bを閉 切替弁 18A、18Bを閉 切替弁 6A、 6Bを開 切替弁 7A、 7Bを開 にし、この空調運転時においても、サブクーラー3に冷
却源として、氷蓄熱槽10の冷水を製氷ポンプ2により
供給し、氷蓄熱槽10に返す。
の発生熱量は、氷蓄熱槽10に蓄熱される。この時、冷
凍機20は、冷水往き管12、冷水戻り管11に直接冷
水を供給している。この空調運転時にサブクーラー3に
より蓄熱された熱量は、過冷却水による氷蓄熱運転時の
予熱熱量として氷蓄熱時に活用される。
で、以下に記載するような効果を奏する。 (1)本発明では、蓄熱槽が冷水戻り温度と同温となっ
た時点で、蓄熱槽水をサブクーラーへの冷却源として活
用するためサブクーラーへ供給する。 このことによ
り、蓄熱槽の冷熱源は冷凍機の駆動力低減に置き換わ
り、間接的かつ確実に、冷熱として払い出すことが可能
となる。 (2)また、蓄熱熱量の払い出し上限温度が、理論的に
は蓄熱槽温度が冷却水温度域となるまで払い出すことが
可能となり、蓄熱槽の小容量化が可能となる。 (3)サブクールサイクルの特性上、サブクーラで冷却
された熱量に相当する駆動力が低減されるため、昼間の
空調運転効率が上がる。 (4)高いIPFを達成できる過冷却水を利用した氷蓄
熱において、蓄熱運転時の過冷却水入口予熱熱量の不足
を、昼間空調運転のサブク一ラでの発生熱により補うこ
とが可能となる。 (5)サブクールでの熱量はすべて圧縮機の駆動力の低
減により回収されているため熱損失は発生しない。 (6)また予熱熱量が過剰となった場合であつても、そ
の余剰熱量の回収は、昼間運転の動力低減により回収さ
れているため、熱的な損失は発生しない。
れた駆動力は夜間蓄熱運転の余剰負荷となる。そして、
一般的に夜間は安価な夜間電力による運転となるため、
その電力料金を大きく低減することができる。
システムの構成を示す図。
イクルの系統図。
示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】サブクール切替弁(1)と製氷ポンプ
(2)とサブクーラー(3)と過冷却器(4)とクーリ
ングタワー(5)と冷却水循環ポンプ(8)と氷蓄熱槽
(10)とサブクールバイパス配管(16)と圧縮機
(21)と凝縮器(22)と絞り機構(23)とからな
る氷蓄熱装置において、(A)過冷却器(4)とクーリ
ングタワー(5)との間には、圧縮機(21)と凝縮器
(22)と冷却水循環ポンプ(8)を配置し、(B)過
冷却器(4)と凝縮器(22)との間には、絞り機構
(23)とサブクーラー(3)を配置し、(C)氷蓄熱
槽(10)とサブクーラー(3)の間には、サブクーラ
ー(3)から氷蓄熱槽(10)への第1配管(31)を
設けるとともに、氷蓄熱槽(10)からサブクール切替
弁(1)への第2配管(32)および第3配管(33)
を設け、(D)過冷却器(4)と氷蓄熱槽(10)との
間には、過冷却器(4)から氷蓄熱槽(10)への第4
A配管(34A)と第4B配管(34B)とを設けると
ともに、氷蓄熱槽(10)から過冷却器(4)へは第2
配管(32)から分岐するサブクールバイパス配管(1
6)と、サブクールバイパス配管(16)から分岐する
第5A配管(35A)および第5B配管(35B)を設
け、(E)過冷却器(4)と冷水戻り管(11)との間
には、第5A配管から分岐する第6A配管(36A)
と、第5B配管から分岐する第6B配管(36B)とを
設け、(F)過冷却器(4)と冷水往き管(12)との
間には、第4A配管から分岐する第7A配管(37A)
と、第4B配管から分岐する第7B配管(37B)を設
け、(G)第1配管(31)には、温度センサー(9)
を設け、(H)第2配管(32)には、混合温調弁(1
9A、19B)と、製氷ポンプ(2)を設け、(I)第
3配管(33)には、サブクール切替弁(1)を設け、
(J)第4A配管(34A)に製氷切替弁(17A、1
8A)を設けるとともに、第4B配管(34B)にも製
氷切替弁(17B、18B)を設け、(K)第5A配管
(35A)に過冷却水切替弁(15A)を設けるととも
に、第5B配管(35B)にも過冷却水切替弁(15
B)を設け、(L)第6A配管(36A)に冷水戻り切
替弁(6A)を設けるとともに、第6B配管(36B)
にも冷水戻り切替弁(6B)を設け、(M)第7A配管
(37A)に冷水戻り切替弁(7A)を設けるととも
に、第7B配管(37B)にも冷水戻り切替弁(7B)
を設けたことを特徴とする過冷却水による氷蓄熱装置。 - 【請求項2】氷蓄熱槽(10)と、サブクーラー(3)
と、過冷却器(4)と、圧縮機 (21)と、凝縮器
(22)と、クーリングタワー(5)からなる過冷却水
を利用したダイナミック氷蓄熱システムにおいて、
(A)氷蓄熱運転時には、サブクールシステムを採用す
る冷凍機(20)により蓄熱を実施し、サブクーラー
(3)での発生熱は冷却源を過冷却する水の予熱熱とし
て回収し、(B)冷房運転時においても、氷蓄熱槽(1
0)の水をサブクーラー(3)の冷却源として運転する
ことにより、効率的な運転ができることを特徴とする過
冷却水による氷蓄熱システムの運転方法。
Priority Applications (1)
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JP24526796A JP3392655B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 過冷却水による氷蓄熱装置および運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP24526796A JP3392655B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 過冷却水による氷蓄熱装置および運転方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1089729A JPH1089729A (ja) | 1998-04-10 |
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JP24526796A Expired - Fee Related JP3392655B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 過冷却水による氷蓄熱装置および運転方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3392655B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102338433A (zh) * | 2010-07-26 | 2012-02-01 | 浙江耀能科技有限公司 | 一种利用低谷电储能的蓄水池结构 |
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CN107014017B (zh) * | 2017-05-19 | 2022-09-23 | 深圳佩尔优科技有限公司 | 蓄冷***及控制方法 |
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1996
- 1996-09-17 JP JP24526796A patent/JP3392655B2/ja not_active Expired - Fee Related
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