JP3731121B2 - Ice heat storage device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱装置に関し、特に、ブラインが循環するブライン回路におけるエア抜き構造に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蓄熱槽に貯留した水等の蓄熱媒体を冷却して凍らせ、蓄熱媒体の潜熱として冷熱を蓄える氷蓄熱装置が知られている。この氷蓄熱装置は、例えば空調機と組み合わせて利用されている。この氷蓄熱装置では、夜間に製氷を行って冷熱を蓄える一方、昼間には夜間に蓄えた冷熱を利用して冷房運転を行うことにより、安価な深夜電力を利用して空調機の運転コストを低減するとともに、夜間と昼間の電力需要の平準化を図っている。
【０００３】
氷蓄熱装置としては、特開平７−３０１４３８号公報に開示されているように、いわゆるスタティック型で内融方式を採用したものが知られている。図４に示すように、この種の氷蓄熱装置（100）は、蓄熱槽（110）に接続されたブライン回路（120）と、水などの熱媒体が循環する利用側回路（130）とを備え、両回路（120，130）が主熱交換器（140）を介して接続されている。蓄熱槽（110）には、水等の蓄熱媒体が貯留され、その内部には熱媒体としてのブラインが流れる伝熱管（111）が配置されている。ブライン回路（120）は、主熱交換器（140）と蓄熱槽（110）の伝熱管（111）との間に、ブラインポンプ（121）及びブラインチラー（冷凍機）（122）を有している。また、ブラインポンプ（121）の吸入側には膨張タンク（123）が接続されている。さらに、ブライン回路（120）には主熱交換器（140）と並列のバイパス通路（124）が設けられ、バイパス通路（124）の下流端には三方弁（125）が設けられている。
【０００４】
そして、製氷時には、ブラインチラー（123）でマイナス５℃程度に冷却したブラインをブライン回路（120）内で循環させ、蓄熱槽（110）の蓄熱媒体を凍らせる。このとき、三方弁（125）はブラインがバイパス通路（124）のみを流れるように切り換えられる。
【０００５】
一方、冷熱の利用時には、凍結した蓄熱媒体、即ち氷化物によってブラインを冷却する。このとき、ブラインは三方弁（125）を切り換えることにより主熱交換器（140）に供給され、利用側回路（130）の水を冷却する。そして、その冷熱を該利用側回路（130）の室内熱交換器（131）等に搬送し、冷房等を行う。このときは、主熱交換器（140）を流れるブラインとバイパス通路（124）を流れるブラインの流量を三方弁（125）で適宜調整することにより、冷却温度が制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記氷蓄熱装置（100）は、系内を循環するブライン量が、一般に、1000Kg〜3500Kgと多い。このため、初期ブライン投入時に混入する空気が多く、エア抜きに比較的長時間を要する問題があった。特に、ブラインが主熱交換器（140）を流れる冷熱利用運転時には、ブラインが主熱交換器（140）の細い通路を通るときに気泡が微細化されるために、エア抜きがより困難になる問題があった。
【０００７】
また、上記装置（100）では、ブラインがブライン回路（120）を循環するときに、気泡を膨張タンク（123）から抜くことが可能であるものの、実際には膨張タンク（123）に流入せずに回路（120）内を循環する気泡も多く、エア抜きが不十分になりがちであった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、ブライン回路内を流れるブライン中の気泡を短時間で効率よく除去できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ブライン中の気泡を膨張タンクに確実に入れる手段を講じることで、気泡の除去効率を高めるようにしたものである。
【００１０】
具体的に、請求項１に記載の発明は、ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水等の熱媒体が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、ブライン回路（20）が、ブラインポンプ（21）と、該ブラインポンプ（21）の吸入側に設けられた膨張タンク（29）とを備えた氷蓄熱装置を前提としている。
【００１１】
そして、この氷蓄熱装置は、ブライン回路（20）におけるブラインポンプ（21）の吸入側に、配管（28）の一部が上方に位置するように屈曲形成されたエアートラップ（28a）が設けられ、上記膨張タンク（29）がこのエアートラップ（28a）に接続されていることを特徴としている。
【００１２】
この請求項１の発明において、製氷時には、ブラインチラー等の冷凍機で冷却したブラインをブライン回路（20）内で循環させることで、蓄熱槽（11）の蓄熱媒体が凍結する。一方、冷熱の利用時には、蓄熱槽（11）内の氷化物によってブラインを冷却するとともに、該ブラインを主熱交換器（40）に供給し、利用側回路（30）の水を冷却する。そして、利用側回路（30）で水を循環させて、その冷熱を該利用側回路（30）の室内熱交換器等に搬送することで、冷房等を行うことができる。
【００１３】
冷熱の利用時には、ブラインが主熱交換器（40）を通過する際にブライン中の気泡が微細化されて、ブライン回路（20）内でブラインが循環する。ブライン回路（20）には、ブラインポンプ（21）の吸入側にエアートラップ（28a）が設けられているため、ブライン中に含まれている気泡は、ほとんどがこのエアートラップ（28a）内で滞留する。そして、このエアートラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されているため、エアートラップ（28a）に滞留している気泡はほぼ膨張タンク（29）に入る。以上により、ブライン回路（20）のエアー抜きが行われる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の氷蓄熱装置において、ブライン回路（20）のエアートラップ（28a）に、膨張タンク（29）側に向かって上向きの勾配が付けられていることを特徴としている。
【００１５】
このように構成すると、エアートラップ（28a）内に滞留している気泡は、上記勾配によって膨張タンク（29）へ導入される。したがって、ブライン回路（20）のエアー抜きをより確実にすることができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明と同様に、ブラインが循環するとともに蓄熱槽（11）に接続されたブライン回路（20）と、水等の熱媒体が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備え、ブライン回路（20）が、ブラインポンプ（21）と、該ブラインポンプ（21）の吸入側に設けられた膨張タンク（29）とを備えた氷蓄熱装置を前提としている。
【００１７】
そして、この氷蓄熱装置のブライン回路（20）には、膨張タンク（29）が、主熱交換器（40）から上方へのびる出口側配管（28）を介して、該主熱交換器（40）の略鉛直上方に配置されていることを特徴としている。
【００１８】
この請求項３に記載の発明では、主熱交換器（40）から出たブライン内の気泡は、ブラインが上記出口側配管（28）内を上昇するときに、該出口側配管（28）を通って膨張タンク（29）に導入される。この請求項３の発明では主熱交換器（40）の出口側配管（28）が上向きの配管になっており、そのほぼ上端部となる位置に膨張タンク（29）を接続するようにしているので、エアー抜きが確実に行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の氷蓄熱装置（10）は、例えば直方体状の容器からなり、内部に蓄熱媒体である水が貯留された蓄熱槽（11）と、ブラインが循環するブライン回路（20）と、熱媒体として水が循環する利用側回路（30）と、ブライン回路（20）と利用側回路（30）とに接続された主熱交換器（40）とを備えている。主熱交換器（40）は、詳細は図示していないが、ブラインの流れる流路と水の流れる流路とが薄いプレートにより交互に区画形成されたプレート熱交換器により構成されている。
【００２１】
この氷蓄熱装置（10）は、スタティック型で且つ内融方式に構成されている。この氷蓄熱装置（10）は、蓄熱槽（11）の水を凍らせて冷熱を蓄える冷蓄熱運転と、蓄熱槽（11）の氷を溶かしながら冷熱を利用側回路（30）に伝達する冷熱利用運転とを行う。利用側回路（30）は、蓄えた冷熱を利用して空調を行う空調機に用いられている。
【００２２】
ブライン回路（20）は、ブラインポンプ（21）と、ブラインチラー（22）と、上記蓄熱槽（11）の内部に配置された蓄熱熱交換器（23）と、上記主熱交換器（40）とを、ブライン配管（24）で順に接続することにより構成されている。ブライン回路（20）には、熱媒体であるブラインが充填されている。ブライン回路（20）は、ブラインが上記主熱交換器（40）を下方から上方へ向かって流通するように構成されている。
【００２３】
また、上記蓄熱熱交換器（23）は、図示しない入口ヘッダ及び出口ヘッダの間で分岐した複数の伝熱管（41）を備えている。そして、ブラインポンプ（21）を運転すると、ブライン回路（20）でブラインが循環し、蓄熱槽（11）の内部でブラインと水とが熱交換を行う。
【００２４】
上記蓄熱熱交換器（23）は、図示しない入口ヘッダ及び出口ヘッダの間で分岐した複数の伝熱管（23a）を備えている。そして、ブラインポンプ（21）を運転すると、ブライン回路（20）でブラインが循環し、蓄熱槽（11）の内部でブラインと水とが熱交換を行う。
【００２５】
上記ブライン回路（20）には、ブラインが主熱交換器（40）をバイパスするように主熱交換器（40）と並列に接続されたバイパス通路（25）が設けられている。蓄熱熱交換器（23）と主熱交換器（40）との間には三方弁（26）が接続され、上記バイパス通路（25）の一端と主熱交換器（40）の下方の入口側配管（27）とがこの三方弁（26）に接続されている。上記三方弁は、主熱交換器（40）の上流側に配置され、主熱交換器（40）とバイパス通路（25）とにおけるブラインの流れを制御する制御弁を構成している。
【００２６】
ブライン回路（20）には、ブラインポンプ（21）の吸入側に、配管（28）の一部が上方に位置するように屈曲形成されたエアートラップ（28a）が設けられている。具体的には、エアートラップ（28a）は、主熱交換器（40）の上方へのびる出口側配管（28）に、該配管（28）の一部がバイパス通路（25）との合流点（P）よりも上方を通るように屈曲形成されている。
【００２７】
そして、上記ブライン回路（20）のエアートラップ（28a）には、膨張タンク（29）が接続されている。膨張タンク（29）は、温度変化によるブラインの体積変化を吸収するために用いられており、温度が相対的に高くなったときはタンク（29）内にブラインを受け入れる一方、温度が相対的に低くなったときはタンク（29）内のブラインがブライン回路（20）へ流出する。
【００２８】
上記ブラインチラー（22）は、図示しないが、冷媒回路を備えている。この冷媒回路では、冷媒が循環して冷凍サイクル動作が行われる。そして、ブラインチラー（22）は、冷媒回路での冷凍サイクル動作によって、ブラインの冷却を行うように構成されている。
【００２９】
一方、上記利用側回路（30）は、主熱交換器（40）と、利用側熱交換器（31）と、利用側ポンプ（32）とを順に配管接続して構成されている。利用側回路（30）には熱媒水が充填されており、利用側ポンプ（32）を運転すると主熱交換器（40）と利用側熱交換器（31）の間で熱媒水が循環する。利用側熱交換器（31）は、図示しないが、例えばファンコイルユニットに設けられ、利用側回路（30）を循環する熱媒水と室内空気とが熱交換を行う。また、上記主熱交換器（40）においては、ブライン回路（20）を循環するブラインと、利用側回路（30）を循環する熱媒水との間での熱交換が行われる。
【００３０】
−運転動作−
次に、冷蓄熱運転時の動作について説明する。この冷蓄熱運転は、室内の冷房が不要となる夜間に、安価な深夜電力でブラインチラー（22）を運転して行われる。この冷蓄熱運転時には、利用側ポンプ（32）は停止され、利用側回路（30）における水の循環は行われない。
【００３１】
冷蓄熱運転時には、三方弁（26）が主熱交換器（40）側を遮断してバイパス通路（25）側を連通させる状態となる。したがって、ブラインが主熱交換器（40）をバイパスし、バイパス通路（25）を流れる状態となる。つまり、ブライン回路（20）では、ブラインチラー（22）と蓄熱熱交換器（23）とを通ってブラインが循環する。
【００３２】
ブラインチラー（22）では、冷媒回路の冷凍サイクル動作によってブラインが冷却される。ブラインチラー（22）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器（23）の入口ヘッダから各伝熱管（23a）に分配される。分配されたブラインは伝熱管（23a）内を流れ、その間に蓄熱槽（11）内の水と熱交換する。そして、蓄熱槽（11）内の水が低温のブラインによって冷却されて凍結し、伝熱管（23a）の周囲で氷が生成される。伝熱管（23a）を通過したブラインは、バイパス通路（25）及びブラインポンプ（21）を通り、さらにブラインチラー（22）に戻って冷却された後、再び蓄熱熱交換器（23）へ送られて、以上の循環動作を繰り返す。
【００３３】
この冷蓄熱運転時、ブライン回路（20）内でブライン温度が低下すると、ブラインの密度が高くなる。そうすると、膨張タンク（29）からブライン回路（20）へブラインが供給され、循環量が確保される。
【００３４】
上述のように、冷蓄熱運転時は、ブラインチラー（22）で生成された冷熱によって製氷を行っている。したがって、ブラインチラー（22）の冷熱が、蓄熱媒体である水の潜熱として蓄熱槽（11）内に蓄えられる。この冷蓄熱運転は、蓄熱槽（11）内の氷の量、即ち製氷量が所定値となるまで継続される。なお、製氷量は、蓄熱槽（11）内における水位の変化等に基づいて検知される。
【００３５】
次に、利用冷房運転（冷熱利用運転）時の動作について説明する。この利用冷房運転は、冷蓄熱運転により蓄えた冷熱を利用し、主として昼間に室内を冷房するために行われる。また、利用冷房運転として、ピークシフト運転とピークカット運転との両方が可能である。
【００３６】
ピークシフト運転は、冷蓄熱運転で蓄えた冷熱を取り出すと同時に、ブラインチラー（22）も運転して冷房を行う運転である。つまり、ピークシフト運転では、ブラインチラー（22）で生成する冷熱と、蓄熱槽（11）に蓄えた冷熱との両方を用いて冷房負荷に対応する。したがって、ピークシフト運転時にはブラインチラー（22）に対する負荷が軽減され、解氷による冷熱の利用分に対応した消費電力が削減されて、昼間の電力需要の低減が図られる。
【００３７】
このピークシフト運転時には、三方弁（26）がバイパス通路（25）側を遮断して主熱交換器（40）側を連通させる状態となり、ブラインは主熱交換器（40）へ流入する。このとき、ブライン回路（20）では、ブラインチラー（22）、蓄熱熱交換器（23）、主熱交換器（40）の順でブラインが循環する。
【００３８】
ブラインチラー（22）では、冷媒回路の冷凍サイクル動作によってブラインが冷却される。なお、ブラインチラー（22）から流出する際のブラインの温度は、上記冷蓄熱運転時よりも高く設定される。ブラインチラー（22）で冷却されたブラインは、蓄熱熱交換器（23）の入口ヘッダから各伝熱管（41）に分配される。分配されたブラインは伝熱管（41）内を流れ、その間に蓄熱槽（11）内の氷と熱交換して更に冷却される。
【００３９】
蓄熱熱交換器（23）で冷却されたブラインは、主熱交換器（40）へ流入する。主熱交換器（40）では、低温のブラインと利用側回路（30）の熱媒水とが熱交換を行い、利用側回路（30）の熱媒水が冷却される。主熱交換器（40）で吸熱したブラインは、ブラインポンプ（21）を通って再びブラインチラー（22）へ送られ、以上の動作を繰り返してブライン回路（20）内を循環する。
【００４０】
利用側回路（30）では、主熱交換器（40）と利用側熱交換器（31）との間で熱媒水が循環する。主熱交換器（40）で冷却された熱媒水は、利用側熱交換器（31）へ流入して室内空気と熱交換を行い、室内空気が冷却される。室内空気から吸熱した熱媒水は、利用側ポンプ（32）によって主熱交換器（40）へ送られ、以上の循環動作を繰り返す。
【００４１】
一方、ピークカット運転は、ブラインチラー（22）を停止し、蓄熱槽（11）に蓄えられた冷熱のみを利用して冷房を行う運転である。したがって、ピークカット運転時にはブラインチラー（22）の消費電力がゼロとなり、昼間の電力需要が一層低減される。
【００４２】
ピークカット運転時には、ブライン回路（20）において、上記ピークシフト運転時と同様にブラインが循環する。その際、ブラインチラー（22）は停止しており、ブラインは単にブラインチラー（22）を通過して蓄熱熱交換器（23）へ流入する。ブラインは、蓄熱熱交換器（23）を流れる間に蓄熱槽（11）の氷と熱交換して冷却される。つまり、ブラインの冷却は、蓄熱熱交換器（23）のみにおいて行われる。
【００４３】
そして、ブライン回路（20）内をブラインが循環すると共に水が利用側回路（30）を循環し、利用側熱交換器（31）において水が室内空気と熱交換することにより室内空気が冷却される。
【００４４】
利用冷房運転時は、ブラインがブライン回路（20）内を循環する際に系内に少しずつ溜まった気泡が、主熱交換器（40）を通るときに微細化されて、ブラインに細かい気泡が含まれた状態となる。本実施形態では、ブラインポンプ（21）の吸入側にエアートラップ（28a）が設けられているため、この気泡は、ほとんどがこのエアートラップ（28a）内で滞留する。そして、このエアートラップ（28a）に膨張タンク（29）が接続されているため、エアートラップ（28a）に滞留している気泡は、ほとんどが膨張タンク（29）に入る。以上により、ブライン回路（20）のエアー抜きが行われる。
【００４５】
ブラインは水などに比べると粘度が高いため、図４に示したように横走り管に膨張タンク（29）を接続しても気泡は比較的抜けにくいが、本実施形態のように一旦エアートラップで気泡を捕捉しておけば、ブラインの粘度が比較的高いにも拘わらず、エアー抜きを確実にすることができる。
【００４６】
−実施形態１の効果−
以上説明したように、この実施形態１によれば、ブラインポンプ（21）の吸入側にエアートラップ（28a）を設け、ブライン中に含まれている気泡をこのエアートラップ（28a）で一旦滞留させてから膨張タンク（29）に導入するようにしているので、ブライン回路（20）のエアー抜きを従来よりも短時間で効率よく行うことができる。また、ブライン回路（20）における主熱交換器（40）の出口側配管（28）の一部（膨張タンク（29）の接続される部分のみ）をエアートラップ（28a）にするだけでよいため、構成が複雑になることも防止できる。
【００４７】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、図２に示しているように、ブライン回路（20）におけるエアートラップ（28a）の形状と膨張タンク（29）の接続位置を実施形態１とは変更したものである。
【００４８】
この実施形態２では、実施形態１と同様に、ブライン回路（20）のエアートラップ（28a）は主熱交換器（40）の出口側配管（28）に設けられている。このエアートラップ（28a）には、出口側配管（28）とバイパス通路（25）との合流点側から主熱交換器（40）側に向かって上向きの勾配が付けられている。
【００４９】
上記膨張タンク（29）は、エアートラップ（28a）における勾配部のほぼ頂部に接続されている。これにより、エアートラップ（28a）の勾配は、膨張タンク（29）側へ向かって上向きの傾斜になっている。
【００５０】
上記主熱交換器（40）の出口側配管（28）は、主熱交換器（40）から上方へのびており、その部分が図の左斜め下方へ屈曲することによりエアートラップ（28a）が形成されている。また、上記膨張タンク（29）は、主熱交換器（40）から上方へのびる出口側配管（28）を介して、該主熱交換器（40）のほぼ鉛直上方、図面上で僅かに左側に寄った位置に配置されている。
【００５１】
この実施形態２においては、主熱交換器（40）から出たブライン内の気泡が上記出口側配管（28）内を上昇しながら膨張タンク（29）に導入される。この実施形態２では主熱交換器（40）の出口側配管（28）が上向きの配管になっており、そのほぼ上端部の位置に膨張タンク（29）を接続するようにしているので、エアー抜きが確実に行われる。
【００５２】
また、主熱交換器（40）から出たブラインに含まれる気泡が膨張タンク（29）に直接入らなかったとしても、この気泡はエアートラップ（28a）内でに捕捉された後、該エアートラップ（28a）の勾配に沿って膨張タンク（29）の中に導入される。したがって、この勾配の作用によっても、ブライン回路（20）のエアー抜きをより確実にすることができる。
【００５３】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５４】
例えば、上記実施形態１のようにエアートラップ（28a）の中央部に膨張タンク（29）を接続したものにおいて、該エアートラップ（28a）に実施形態２と同様に主熱交換器（40）側へ向かって上向きの勾配を付けてもよい。このようにしても、主熱交換器（40）から出たブライン中の気泡がブラインの流れに沿って進むときに膨張タンク（29）へ入る一方、膨張タンク（29）を一旦通り過ぎた気泡が存在しても、該気泡は上記勾配に沿って戻ることで膨張タンクに導入される。これにより、ブライン回路（20）のエアー抜きを効率的に行うことができる。
【００５５】
また、上記実施形態２においては、出口側配管（28）にエアートラップ（28a）を設けるとともに、このエアートラップ（28a）に膨張タンク（29）を接続して該膨張タンク（29）が主熱交換器（40）のほぼ鉛直上方に位置するようにしているが、図３に示すようにエアートラップ（28a）を設けない構成において、膨張タンク（29）が主熱交換器（40）のほぼ鉛直上方に位置するようにしてもよい。このように構成しても、出口側配管（28）を上昇する気泡がほとんど膨張タンクに導入されるので、エアー抜きを従来よりも効率的に行うことが可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ブラインポンプ（21）の吸入側にエアートラップ（28a）を設け、ブライン中に含まれている気泡をこのエアートラップ（28a）で滞留させてから膨張タンク（29）に導入するようにしているので、ブライン回路（20）のエアー抜きを従来よりも短時間で効率よく行うことができる。また、ブライン回路（20）の配管（28）を、膨張タンク（29）が接続される部分のみエアートラップ（28a）にすればよいため、構成が複雑になることもない。
【００５７】
また、請求項２に記載の発明によれば、ブライン回路（20）のエアートラップ（28a）に、膨張タンク（29）側に向かって上向きの勾配を付けるようにしているため、エアートラップ（28a）内に滞留している気泡を上記勾配によって膨張タンク（29）へ導入することが可能となり、ブライン回路（20）のエアー抜きをさらに効率よく行うことができる。
【００５８】
また、請求項３に記載の発明によれば、膨張タンク（29）を、主熱交換器（40）の出口側配管（28）を介して該主熱交換器（40）の略鉛直上方に配置しているため、主熱交換器（40）の出口側配管（28）が上向きの配管であることを利用して、エアー抜きを確実に行うことができる。また、この場合にはエアートラップ（28a）を設けなくてもよいため、構成をより簡単にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る氷蓄熱装置の回路図である。
【図３】実施形態２の変形例を示す図である。
【図４】従来の氷蓄熱装置の回路図である。
【符号の説明】
（10） 氷蓄熱装置
（11） 蓄熱槽
（20） ブライン回路
（21） ブラインポンプ
（22） ブラインチラー
（23） 蓄熱熱交換器
（24） ブライン配管
（25） バイパス通路
（26） 三方弁
（27） 入口側配管
（28） 出口側配管
（28a） エアートラップ
（29） 膨張タンク
（30） 利用側回路
（31） 利用側熱交換器
（32） 利用側ポンプ
（40） 主熱交換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ice heat storage device, and particularly relates to an air vent structure in a brine circuit in which brine circulates.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ice heat storage device is known that cools and freezes a heat storage medium such as water stored in a heat storage tank and stores cold heat as latent heat of the heat storage medium. This ice heat storage device is used in combination with, for example, an air conditioner. In this ice heat storage device, ice making is performed at night to store cold energy, while cooling operation is performed using the cold energy stored at night during the daytime, thereby reducing the operating cost of the air conditioner using inexpensive late-night power. In addition to reducing power consumption, it aims to equalize power demand during the night and daytime.
[0003]
As an ice heat storage device, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-301438, a so-called static type device using an internal melting method is known. As shown in FIG. 4, this type of ice heat storage device (100) includes a brine circuit (120) connected to a heat storage tank (110) and a use side circuit (130) through which a heat medium such as water circulates. Both circuits (120, 130) are connected via the main heat exchanger (140). A heat storage medium such as water is stored in the heat storage tank (110), and a heat transfer tube (111) through which brine as a heat medium flows is disposed. The brine circuit (120) has a brine pump (121) and a brachinler (refrigerator) (122) between the main heat exchanger (140) and the heat transfer tube (111) of the heat storage tank (110). Yes. An expansion tank (123) is connected to the suction side of the brine pump (121). Furthermore, the brine circuit (120) is provided with a bypass passage (124) in parallel with the main heat exchanger (140), and a three-way valve (125) is provided at the downstream end of the bypass passage (124).
[0004]
Then, at the time of ice making, the brine cooled to about minus 5 ° C. by the Blinchler (123) is circulated in the brine circuit (120) to freeze the heat storage medium in the heat storage tank (110). At this time, the three-way valve (125) is switched so that the brine flows only through the bypass passage (124).
[0005]
On the other hand, when using cold heat, the brine is cooled by a frozen heat storage medium, that is, an icide. At this time, the brine is supplied to the main heat exchanger (140) by switching the three-way valve (125), and cools the water in the use side circuit (130). Then, the cold heat is conveyed to the indoor heat exchanger (131) of the use side circuit (130) and the like is cooled. At this time, the cooling temperature is controlled by appropriately adjusting the flow rates of the brine flowing through the main heat exchanger (140) and the brine flowing through the bypass passage (124) by the three-way valve (125).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the ice heat storage device (100), the amount of brine circulating in the system is generally as large as 1000 kg to 3500 kg. For this reason, there is a problem that a large amount of air is mixed when the initial brine is charged, and it takes a relatively long time for air removal. In particular, during operation using cold energy in which the brine flows through the main heat exchanger (140), air bubbles are made finer when the brine passes through the narrow passage of the main heat exchanger (140), so that air bleeding becomes more difficult. There was a problem.
[0007]
Further, in the above apparatus (100), when the brine circulates in the brine circuit (120), it is possible to remove the bubbles from the expansion tank (123), but the actual air does not flow into the expansion tank (123). In addition, many air bubbles circulate in the circuit (120), and air bleeding tends to be insufficient.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to make it possible to efficiently remove bubbles in the brine flowing in the brine circuit in a short time.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the removal efficiency of bubbles is improved by providing a means for reliably putting bubbles in brine into the expansion tank.
[0010]
Specifically, the invention according to claim 1 includes a brine circuit (20) connected to the heat storage tank (11) while circulating the brine, and a use side circuit (30) in which a heat medium such as water circulates, A main heat exchanger (40) connected to the brine circuit (20) and the use side circuit (30); the brine circuit (20) includes a brine pump (21) and an intake of the brine pump (21); It presupposes an ice heat storage device provided with an expansion tank (29) provided on the side.
[0011]
This ice heat storage device is provided with an air trap (28a) bent and formed on the suction side of the brine pump (21) in the brine circuit (20) so that a part of the pipe (28) is located above. The expansion tank (29) is connected to the air trap (28a).
[0012]
In the invention of claim 1, during ice making, the heat storage medium in the heat storage tank (11) is frozen by circulating the brine cooled by a freezer such as a blownler in the brine circuit (20). On the other hand, when using cold heat, the brine is cooled by the icide in the heat storage tank (11), and the brine is supplied to the main heat exchanger (40) to cool the water in the use side circuit (30). And cooling etc. can be performed by circulating water by a utilization side circuit (30) and conveying the cold heat to the indoor heat exchanger etc. of this utilization side circuit (30).
[0013]
When using cold heat, bubbles in the brine are refined when the brine passes through the main heat exchanger (40), and the brine circulates in the brine circuit (20). The brine circuit (20) has an air trap (28a) on the suction side of the brine pump (21), so most of the air bubbles contained in the brine stay in the air trap (28a). To do. Since the expansion tank (29) is connected to the air trap (28a), the air bubbles staying in the air trap (28a) almost enter the expansion tank (29). The brine circuit (20) is vented as described above.
[0014]
In the ice storage device according to claim 1, the air trap (28a) of the brine circuit (20) is provided with an upward gradient toward the expansion tank (29). It is characterized by having.
[0015]
If comprised in this way, the bubble which has stayed in the air trap (28a) will be introduce | transduced into an expansion tank (29) by the said gradient. Therefore, the brine circuit (20) can be more surely vented.
[0016]
Further, in the invention described in claim 3, as in the invention described in claim 1, the brine circulates and the brine circuit (20) connected to the heat storage tank (11) and the heat medium such as water circulate. And a main heat exchanger (40) connected to the brine circuit (20) and the usage circuit (30), the brine circuit (20) being connected to the brine pump (21) And an ice heat storage device provided with an expansion tank (29) provided on the suction side of the brine pump (21).
[0017]
The expansion tank (29) is connected to the main heat exchanger (40) via an outlet pipe (28) extending upward from the main heat exchanger (40) in the brine circuit (20) of the ice heat storage device. ) Is arranged substantially vertically above.
[0018]
In the third aspect of the present invention, the bubbles in the brine that have come out of the main heat exchanger (40) are allowed to flow through the outlet side pipe (28) when the brine rises in the outlet side pipe (28). And is introduced into the expansion tank (29). In the third aspect of the invention, the outlet side pipe (28) of the main heat exchanger (40) is an upward pipe, and the expansion tank (29) is connected to a position almost at the upper end thereof. Therefore, air venting is performed reliably.
[0019]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
As shown in FIG. 1, the ice heat storage device (10) of the present embodiment is composed of, for example, a rectangular parallelepiped container, and a heat storage tank (11) in which water as a heat storage medium is stored, and a brine in which brine circulates. A circuit (20), a utilization side circuit (30) in which water is circulated as a heat medium, and a main heat exchanger (40) connected to the brine circuit (20) and the utilization side circuit (30) . Although not shown in detail, the main heat exchanger (40) is composed of a plate heat exchanger in which a flow path through which brine flows and a flow path through which water flows are alternately partitioned by thin plates.
[0021]
This ice heat storage device (10) is of a static type and an inner melting type. This ice heat storage device (10) is a cold heat storage operation that freezes the water in the heat storage tank (11) to store cold energy, and cold heat that transfers cold energy to the user side circuit (30) while melting the ice in the heat storage tank (11) Use operation. The use side circuit (30) is used in an air conditioner that performs air conditioning using stored cold energy.
[0022]
The brine circuit (20) includes a brine pump (21), a branler (22), a heat storage heat exchanger (23) disposed inside the heat storage tank (11), and the main heat exchanger (40). Are connected in order by a brine pipe (24). The brine circuit (20) is filled with brine as a heat medium. The brine circuit (20) is configured such that the brine flows through the main heat exchanger (40) from below to above.
[0023]
The heat storage heat exchanger (23) includes a plurality of heat transfer tubes (41) branched between an inlet header and an outlet header (not shown). When the brine pump (21) is operated, the brine circulates in the brine circuit (20), and the brine and water exchange heat inside the heat storage tank (11).
[0024]
The heat storage heat exchanger (23) includes a plurality of heat transfer tubes (23a) branched between an inlet header and an outlet header (not shown). When the brine pump (21) is operated, the brine circulates in the brine circuit (20), and the brine and water exchange heat inside the heat storage tank (11).
[0025]
The brine circuit (20) is provided with a bypass passage (25) connected in parallel with the main heat exchanger (40) so that the brine bypasses the main heat exchanger (40). A three-way valve (26) is connected between the heat storage heat exchanger (23) and the main heat exchanger (40). One end of the bypass passage (25) and the inlet side below the main heat exchanger (40) A pipe (27) is connected to the three-way valve (26). The three-way valve is disposed upstream of the main heat exchanger (40) and constitutes a control valve that controls the flow of brine in the main heat exchanger (40) and the bypass passage (25).
[0026]
The brine circuit (20) is provided with an air trap (28a) bent on the suction side of the brine pump (21) so that a part of the pipe (28) is located above. Specifically, the air trap (28a) is connected to the outlet side pipe (28) extending upward from the main heat exchanger (40), and a part of the pipe (28) is joined to the bypass passage (25) ( It is bent so as to pass above P).
[0027]
An expansion tank (29) is connected to the air trap (28a) of the brine circuit (20). The expansion tank (29) is used to absorb a change in the volume of the brine due to a temperature change. When the temperature becomes relatively high, the expansion tank (29) receives the brine in the tank (29), while the temperature is relatively low. When it becomes low, the brine in the tank (29) flows out to the brine circuit (20).
[0028]
Although not shown, the brachinler (22) includes a refrigerant circuit. In this refrigerant circuit, the refrigerant circulates and the refrigeration cycle operation is performed. Then, the brachinler (22) is configured to cool the brine by the refrigeration cycle operation in the refrigerant circuit.
[0029]
On the other hand, the use side circuit (30) is configured by pipe-connecting a main heat exchanger (40), a use side heat exchanger (31), and a use side pump (32) in this order. The use side circuit (30) is filled with heat transfer water, and when the use side pump (32) is operated, the heat transfer water circulates between the main heat exchanger (40) and the use side heat exchanger (31). To do. Although not shown, the use side heat exchanger (31) is provided in, for example, a fan coil unit, and heat transfer water circulating in the use side circuit (30) and room air exchange heat. In the main heat exchanger (40), heat exchange is performed between the brine circulating in the brine circuit (20) and the heat transfer water circulating in the use side circuit (30).
[0030]
-Driving action-
Next, the operation during the cold heat storage operation will be described. This cold heat storage operation is performed by operating the Blainchler (22) with inexpensive late-night power at night when indoor cooling is unnecessary. During this cold heat storage operation, the use side pump (32) is stopped, and water circulation in the use side circuit (30) is not performed.
[0031]
During the cold storage operation, the three-way valve (26) is in a state where the main heat exchanger (40) side is shut off and the bypass passage (25) side is communicated. Accordingly, the brine bypasses the main heat exchanger (40) and flows through the bypass passage (25). That is, in the brine circuit (20), the brine circulates through the brachinler (22) and the heat storage heat exchanger (23).
[0032]
In the brachinler (22), the brine is cooled by the refrigeration cycle operation of the refrigerant circuit. The brine cooled by the brachinler (22) is distributed to the heat transfer tubes (23a) from the inlet header of the heat storage heat exchanger (23). The distributed brine flows in the heat transfer tube (23a), and exchanges heat with water in the heat storage tank (11). Then, the water in the heat storage tank (11) is cooled and frozen by the low-temperature brine, and ice is generated around the heat transfer tube (23a). The brine that has passed through the heat transfer tube (23a) passes through the bypass passage (25) and the brine pump (21), and is returned to the branchiler (22) to be cooled, and then sent again to the heat storage heat exchanger (23). Repeat the above circulating operation.
[0033]
During this cold heat storage operation, if the brine temperature decreases in the brine circuit (20), the density of the brine increases. Then, brine is supplied from the expansion tank (29) to the brine circuit (20), and a circulation amount is secured.
[0034]
As described above, at the time of the cold storage operation, ice making is performed by the cold heat generated by the Blainchler (22). Accordingly, the cold heat of the branchler (22) is stored in the heat storage tank (11) as latent heat of water as a heat storage medium. This cold heat storage operation is continued until the amount of ice in the heat storage tank (11), that is, the amount of ice making reaches a predetermined value. The ice making amount is detected based on a change in the water level in the heat storage tank (11).
[0035]
Next, the operation at the time of utilization cooling operation (cooling utilization operation) will be described. This use cooling operation is performed mainly for cooling the room during the daytime using the cold energy stored by the cold heat storage operation. Further, as the use cooling operation, both peak shift operation and peak cut operation are possible.
[0036]
The peak shift operation is an operation in which the cooler stored in the cold storage operation is taken out, and at the same time, the brachinler (22) is also operated for cooling. That is, in the peak shift operation, the cooling load is dealt with by using both the cold heat generated by the brainler (22) and the cold heat stored in the heat storage tank (11). Therefore, during peak shift operation, the load on the brachinler (22) is reduced, the power consumption corresponding to the amount of cold heat used by ice melting is reduced, and the power demand during the daytime is reduced.
[0037]
During this peak shift operation, the three-way valve (26) shuts off the bypass passage (25) and connects the main heat exchanger (40), and the brine flows into the main heat exchanger (40). At this time, in the brine circuit (20), the brine circulates in the order of the brachinler (22), the heat storage heat exchanger (23), and the main heat exchanger (40).
[0038]
In the brachinler (22), the brine is cooled by the refrigeration cycle operation of the refrigerant circuit. In addition, the temperature of the brine at the time of flowing out from the brachinler (22) is set higher than that during the cold heat storage operation. The brine cooled by the brachinler (22) is distributed to the heat transfer tubes (41) from the inlet header of the heat storage heat exchanger (23). The distributed brine flows through the heat transfer pipe (41), and during that time, it is further cooled by exchanging heat with ice in the heat storage tank (11).
[0039]
The brine cooled by the heat storage heat exchanger (23) flows into the main heat exchanger (40). In the main heat exchanger (40), the low-temperature brine and the heat transfer water in the use side circuit (30) exchange heat, and the heat transfer water in the use side circuit (30) is cooled. The brine that has absorbed heat in the main heat exchanger (40) passes through the brine pump (21) and is sent again to the blownler (22), and the above operation is repeated to circulate in the brine circuit (20).
[0040]
In the use side circuit (30), the heat transfer water circulates between the main heat exchanger (40) and the use side heat exchanger (31). The heat transfer water cooled by the main heat exchanger (40) flows into the use side heat exchanger (31) and exchanges heat with the room air, thereby cooling the room air. The heat transfer water that has absorbed heat from the room air is sent to the main heat exchanger (40) by the use side pump (32), and the above-described circulation operation is repeated.
[0041]
On the other hand, the peak cut operation is an operation in which the blownler (22) is stopped and cooling is performed using only the cold energy stored in the heat storage tank (11). Accordingly, during peak cut operation, the power consumption of the brachinler (22) becomes zero, and the power demand during the daytime is further reduced.
[0042]
During the peak cut operation, the brine circulates in the brine circuit (20) as in the peak shift operation. At that time, the blownler (22) is stopped and the brine simply passes through the blownler (22) and flows into the heat storage heat exchanger (23). The brine is cooled by exchanging heat with ice in the heat storage tank (11) while flowing through the heat storage heat exchanger (23). That is, the cooling of the brine is performed only in the heat storage heat exchanger (23).
[0043]
The brine circulates in the brine circuit (20) and the water circulates in the use side circuit (30). The water exchanges with the indoor air in the use side heat exchanger (31), thereby cooling the indoor air. The
[0044]
During use cooling operation, bubbles that have accumulated little by little in the system as the brine circulates in the brine circuit (20) are refined when passing through the main heat exchanger (40), and fine bubbles are generated in the brine. It will be included. In this embodiment, since the air trap (28a) is provided on the suction side of the brine pump (21), most of the bubbles stay in the air trap (28a). Since the expansion tank (29) is connected to the air trap (28a), most of the bubbles staying in the air trap (28a) enter the expansion tank (29). The brine circuit (20) is vented as described above.
[0045]
Brine has a higher viscosity than water, etc., and as shown in FIG. 4, even if an expansion tank (29) is connected to the transverse tube, bubbles are relatively difficult to escape. If air bubbles are trapped in step 3, the air can be surely removed even though the viscosity of the brine is relatively high.
[0046]
-Effect of Embodiment 1-
As described above, according to the first embodiment, the air trap (28a) is provided on the suction side of the brine pump (21), and air bubbles contained in the brine are temporarily retained in the air trap (28a). Then, since the air is introduced into the expansion tank (29), the brine circuit (20) can be vented more efficiently in a shorter time than before. In addition, only a part of the outlet side pipe (28) of the main heat exchanger (40) in the brine circuit (20) (only the part to which the expansion tank (29) is connected) needs to be an air trap (28a). Also, the configuration can be prevented from becoming complicated.
[0047]
Second Embodiment of the Invention
As shown in FIG. 2, the second embodiment of the present invention is obtained by changing the shape of the air trap (28a) in the brine circuit (20) and the connection position of the expansion tank (29) from the first embodiment. .
[0048]
In the second embodiment, as in the first embodiment, the air trap (28a) of the brine circuit (20) is provided in the outlet side pipe (28) of the main heat exchanger (40). The air trap (28a) has an upward gradient from the junction side of the outlet side pipe (28) and the bypass passage (25) toward the main heat exchanger (40).
[0049]
The expansion tank (29) is connected to substantially the top of the gradient portion of the air trap (28a). Thereby, the gradient of the air trap (28a) is inclined upward toward the expansion tank (29).
[0050]
The outlet side pipe (28) of the main heat exchanger (40) extends upward from the main heat exchanger (40), and the part is bent diagonally downward to the left in the figure to form an air trap (28a). Has been. In addition, the expansion tank (29) is disposed substantially vertically above the main heat exchanger (40) via the outlet side pipe (28) extending upward from the main heat exchanger (40), slightly to the left in the drawing. It is arranged at a position close to.
[0051]
In the second embodiment, the bubbles in the brine coming out of the main heat exchanger (40) are introduced into the expansion tank (29) while rising in the outlet side pipe (28). In the second embodiment, the outlet side pipe (28) of the main heat exchanger (40) is an upward pipe, and the expansion tank (29) is connected to the position of almost the upper end thereof. Unplugging is performed reliably.
[0052]
Even if the bubbles contained in the brine from the main heat exchanger (40) do not enter the expansion tank (29) directly, the bubbles are trapped in the air trap (28a), and then the air trap It is introduced into the expansion tank (29) along the gradient of (28a). Therefore, the air removal of the brine circuit (20) can be further ensured by the action of the gradient.
[0053]
Other Embodiments of the Invention
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
[0054]
For example, in the case where the expansion tank (29) is connected to the central portion of the air trap (28a) as in Embodiment 1, the main heat exchanger (40) side is connected to the air trap (28a) as in
[0055]
In the second embodiment, an air trap (28a) is provided in the outlet side pipe (28), and an expansion tank (29) is connected to the air trap (28a) so that the expansion tank (29) is main heat. Although the air trap (28a) is not provided as shown in FIG. 3, the expansion tank (29) is positioned almost vertically above the main heat exchanger (40). It may be positioned vertically upward. Even if comprised in this way, since the bubble which raises an exit side piping (28) is mostly introduce | transduced into an expansion tank, it is possible to vent air more efficiently than before.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the air trap (28a) is provided on the suction side of the brine pump (21), and bubbles contained in the brine are removed by the air trap (28a). Since it is made to dwell and introduce | transduces into an expansion tank (29), the air extraction of a brine circuit (20) can be performed efficiently in a short time compared with the past. In addition, since the pipe (28) of the brine circuit (20) only needs to be an air trap (28a) at a portion to which the expansion tank (29) is connected, the configuration is not complicated.
[0057]
According to the second aspect of the present invention, since the air trap (28a) of the brine circuit (20) is inclined upward toward the expansion tank (29), the air trap (28a) ) Can be introduced into the expansion tank (29) by the above gradient, and the brine circuit (20) can be vented more efficiently.
[0058]
According to the invention described in claim 3, the expansion tank (29) is disposed substantially vertically above the main heat exchanger (40) via the outlet side pipe (28) of the main heat exchanger (40). Since it arrange | positions, an air vent can be reliably performed using the outlet side piping (28) of a main heat exchanger (40) being upward piping. In this case, since the air trap (28a) does not need to be provided, the configuration can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an ice heat storage device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of an ice heat storage device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the second embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional ice heat storage device.
[Explanation of symbols]
(10) Ice heat storage device (11) Heat storage tank (20) Brine circuit (21) Brine pump (22) Blainchler (23) Heat storage heat exchanger (24) Brine piping (25) Bypass passage (26) Three-way valve (27 ) Inlet side piping (28) Outlet side piping (28a) Air trap (29) Expansion tank (30) User side circuit (31) User side heat exchanger (32) User side pump (40) Main heat exchanger
Claims (3)
ブライン回路（20）が、ブラインポンプ（21）と、該ブラインポンプ（21）の吸入側に設けられた膨張タンク（29）とを備えた氷蓄熱装置であって、
ブライン回路（20）には、ブラインポンプ（21）の吸入側に、配管（28）の一部が上方に位置するように屈曲形成されたエアートラップ（28a）が設けられ、
上記膨張タンク（29）がエアートラップ（28a）に接続されていることを特徴とする氷蓄熱装置。Connected to the brine circuit (20) connected to the heat storage tank (11) while circulating the brine, the use side circuit (30) through which the heat medium circulates, the brine circuit (20), and the use side circuit (30) Main heat exchanger (40)
The brine circuit (20) is an ice heat storage device comprising a brine pump (21) and an expansion tank (29) provided on the suction side of the brine pump (21),
The brine circuit (20) is provided with an air trap (28a) bent on the suction side of the brine pump (21) so that a part of the pipe (28) is located above,
An ice heat storage device, wherein the expansion tank (29) is connected to an air trap (28a).
ブライン回路（20）が、ブラインポンプ（21）と、該ブラインポンプ（21）の吸入側に設けられた膨張タンク（29）とを備えた氷蓄熱装置であって、
ブライン回路（20）には、膨張タンク（29）が、主熱交換器（40）から上方へのびる出口側配管（28）を介して、該主熱交換器（40）の略鉛直上方に配置されていることを特徴とする氷蓄熱装置。Connected to the brine circuit (20) connected to the heat storage tank (11) while circulating the brine, the use side circuit (30) through which the heat medium circulates, the brine circuit (20), and the use side circuit (30) Main heat exchanger (40)
The brine circuit (20) is an ice heat storage device comprising a brine pump (21) and an expansion tank (29) provided on the suction side of the brine pump (21),
In the brine circuit (20), an expansion tank (29) is disposed substantially vertically above the main heat exchanger (40) via an outlet side pipe (28) extending upward from the main heat exchanger (40). An ice heat storage device characterized by being made.
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