JP5087751B2 - 氷蓄熱式冷温熱供給方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、既設の氷蓄熱式冷凍装置等に適用可能であり、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮熱を熱源としてＣＯ_２を熱媒とした給湯用ヒートポンプを稼動させ、氷蓄熱式冷凍装置と給湯用ヒートポンプの稼働時間を合わせるようにして、給湯用ヒートポンプの貯湯量を確保するようにした氷蓄熱式冷温熱供給方法及び装置に関する。

最近、地球温暖化防止の観点や、原油価格の急騰のため、重油を主としたエネルギ使用量の削減が課題になっている。一方、家畜類の食肉処理場等食品加工を行う事業所では、衛生（菌繁殖防止）上の理由から、加工食品を冷却するために冷却水を用いたり、加工処理室内を１８℃に以下に冷却するため、冷房設備を設けている。また、殺菌洗浄や製品加工等に温水を必要としている。半導体製造工場や、精密機器を製造する工程のように厳密な気温、湿度、空気清浄度管理が要求される事業所においては、冷熱、温熱の需要が季節に関係なく必要になっており、その需要は年々増加している。

従来、これらの用途に使用する冷熱及び温熱を確保するため、図４に示すような氷蓄熱式冷凍装置と温水製造機を備えているのが一般的であった。
図４において、氷蓄熱式冷凍装置０１は、冷凍機０２と、氷蓄熱槽０３と、冷却塔０４とを備え、氷蓄熱槽０３で製造した冷水をポンプ０５で食肉処理室等に送り、加工用冷水や、処理室の冷房用等の冷熱源として使用している。

冷凍機０２の冷媒の凝縮熱を吸収した冷却水は、冷却塔０４に送られる。冷却塔０４で、冷却水がファン０６で供給される外気と熱交換し、冷却されて、ポンプ０７により冷凍機０２に戻される。冷却塔０４では、冷却水の一部が蒸発し、他の冷却水から蒸発熱を奪うことにより、冷却水を冷却する。

温水製造機０１０は、蒸気ボイラ又は給湯ボイラ０１１で蒸気をつくり、該蒸気を温水製造タンク０１２に供給する。該温水製造タンク０１２で該蒸気を熱源として温水を製造し、この温水を食肉処理場等の各種給湯箇所に供給している。

このように、氷蓄熱式冷凍装置０１と温水製造機０１０とは別々に稼動し、冷凍機０２の凝縮熱が外部に廃棄されていた。この凝縮熱を有効利用すると共に、重油使用を削減するために、冷凍機０２の凝縮熱（冷却水３０〜３５℃の保有熱）を温水製造機０１０の熱源として利用することが考えられる。

特許文献１（特開２０００−１７９９８５号公報）には、氷蓄熱槽を備えた氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を利用し、かつ夜間電力を有効利用して、給湯の加熱を可能にしたヒートポンプシステムが開示されている。
また、特許文献２（特開２００３−１３９４３４号公報）にも、氷蓄熱槽を備えた冷凍機の凝縮排熱を利用して温水を製造するシステムが開示されている。

このように、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を熱源として給湯システムを稼動させることで、システム全体の熱効率を向上できると共に、そのままでは利用が難しい該冷凍機の凝縮熱を有効活用でき、さらには、該冷凍機の冷却水温度を低減できるので、該冷凍機のＣＯＰを改善できるという利点がある。

特開２０００−１７９９８５号公報 特開２００３−１３９４３４号公報

特許文献１及び２に開示されているように、氷蓄熱槽を備えた氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を利用して、温水を製造するシステムは既に知られている。また、一般に、電力が余剰する夜間に氷蓄熱式冷凍装置を稼動させて冷熱を貯蔵することも行なわれている。

氷蓄熱式冷凍装置は、夜間蓄熱割引時間帯に稼動させることが多い。また、給湯用ヒートポンプも通常該時間帯に稼動されている。しかし、氷蓄熱式冷凍装置の稼動時間と温水製造機の稼動時間は、必ずしも一致するものではない。そのため、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮熱を利用して、温水を製造するシステムの場合、氷蓄熱式冷凍装置が稼動しない時は、温水製造機を稼動できず、温水を製造できないという問題がある。

また、氷蓄熱式冷凍装置は、蓄熱運転時においては一般的に０−１００％のオンオフ運転を行っているため、季節によって、稼動時間が異なる。例えば、夏場は蓄熱に１０時間かかっても、氷蓄熱に必要な熱量が減少する冬季では、稼動時間を３時間程度しか必要としない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用する場合に、９０℃前後の温水を製造可能とし、かつ氷蓄熱式冷凍装置の稼動時間を調整することにより、季節、寒冷地等に関係なく、年間を通して安定した給湯を可能とすることを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の氷蓄熱式冷温熱供給方法は、
氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用するようにした氷蓄熱式冷温熱供給方法において、
氷蓄熱式冷凍装置の凝縮部で氷蓄熱式冷凍装置の冷媒と給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒とを直接的又は間接的に熱交換させて該冷媒の凝縮熱をＣＯ_２熱媒に吸収させ、
該氷蓄熱式冷凍装置の氷蓄熱槽内の氷厚を検出し、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように、氷蓄熱槽内の冷水（又はブライン）の氷結速度を制御するようにしたものである。

氷蓄熱式冷凍装置の冷却水は、一般に４０℃以下であることが多いので、この温度帯のままでは、最も給湯の用が多い加熱殺菌（７０〜９０℃程度）には使用できない。本発明方法では、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮熱を利用してＣＯ_２熱媒を用いた給湯用ヒートポンプを稼動させるようにしているので、９０℃前後の高温水を製造できる。かかる高温水は、各種用途に広く利用できる。

ＣＯ_２は、低い温度で臨界点に達するので、冷凍サイクルは、臨界点を超えた超臨界域を含むサイクルを構成する。従って、熱を奪われて温度低下しても凝縮することなく、顕熱熱交換を行なうと共に、低流速で乱流に遷移しやすく、良好な伝熱性能が得られる。従って、高温度まで水を加熱できる。

氷蓄熱式冷凍装置は、通常、蓄熱運転時間がタイマーでセットされており、タイマー設定時刻になると、蓄熱運転を始め、氷蓄熱槽が満氷になると、氷厚センサがそれを検出し、運転を停止するオンオフ運転を行なっている。ところが、寒冷期になると、氷蓄熱槽の氷の成形が早くなるために、氷蓄熱稼動時間が短くなり、その結果、十分な給湯稼動時間を確保できなくなり、給湯が不足するおそれがある。

そのため、本発明方法では、氷蓄熱槽内の氷厚を検出し、給湯用ヒートポンプで生産される温水の貯湯量又は温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように、氷蓄熱槽内の冷水（又はブライン）の氷結速度を制御するようにしている。これによって、給湯用ヒートポンプの稼動時間を確保し、湯量を確保することができる。

本発明方法において、貯湯槽内の温水の温度が設定範囲になる前に氷蓄熱槽が満氷状態となった場合は、氷蓄熱式冷凍装置の稼動を停止させ、外気熱をＣＯ_２熱媒に吸収させて給湯用ヒートポンプを稼動させるようにするとよい。具体的な手段としては、給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒又はＣＯ_２熱媒と熱交換した熱源媒体（水またはブライン）を冷却塔と兼用するヒーティングタワーに導き、そこで、ファンにより外気を送り込み、ＣＯ_２熱媒又はブラインに外気の熱を吸収させるようにする。これによって、氷蓄熱式冷凍装置の稼動を停止した後でも、給湯用ヒートポンプの稼動を続行することができる。

また、前記本発明方法を実施するための本発明の氷蓄熱式冷温熱供給装置は、
氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用するようにした氷蓄熱式冷温熱供給装置において、
氷蓄熱式冷凍装置の冷媒と給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒とを直接的又は間接的に熱交換させて、該冷媒の凝縮熱をＣＯ_２熱媒に吸収させる熱交換器と、
該氷蓄熱式冷凍装置の氷蓄熱槽内の氷厚を検出するセンサと、
該氷厚センサの検出値を入力して氷結速度を演算し、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を制御する制御装置と、を備えたものである。

本発明装置では、氷蓄熱槽内の氷厚を検出するセンサを設け、制御装置で、該氷厚センサの検出値から氷結速度を演算する。そして、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度を監視し、該貯留温水の温度が設定範囲になるまで氷蓄熱槽が満氷状態とならないように、氷蓄熱式冷凍装置の氷結速度を制御するようにする。
これによって、温水の貯湯量又は温度が設定範囲となるまで、給湯用ヒートポンプの稼動を続行することができる。

本発明装置において、氷厚センサを、氷蓄熱槽内の設定された位置に設けられ、該位置で氷結の有無を検出するセンサとし、前記制御装置に氷厚検出センサの検出結果を入力し、該制御装置で該検出結果と氷蓄熱式冷凍装置の稼動時間とから氷蓄熱槽内の冷水（又はブライン）の氷結速度を演算するように構成するとよい。これによって、簡素かつ低コストな構成で、氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を求めることができる。

また、本発明装置において、氷蓄熱槽内の冷水の水温を検出するセンサを設け、該水温センサの検出値を前記制御装置に入力し、該制御装置で氷蓄熱槽内の水温下降勾配を演算すると共に、該水温下降勾配から氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を演算するように構成するとよい。これによって、氷蓄熱槽内の冷水等が氷結する前でも氷結速度を求めることができる。

さらには、この構成と、氷厚センサに係る前記構成とを組み合わせるようにするとよい。これによって、氷蓄熱槽内の冷水等が氷結する前又は氷結する後であっても、簡単かつ低コストで氷結速度を求めることができる。

本発明方法によれば、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用するようにした氷蓄熱式冷温熱供給方法において、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮部で氷蓄熱式冷凍機の冷媒と給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒とを直接的又は間接的に熱交換させて該冷媒の凝縮熱をＣＯ_２熱媒に吸収させ、該氷蓄熱式冷凍装置の氷蓄熱槽内の氷厚を検出し、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように、氷蓄熱槽内の冷水等の氷結速度を制御するようにしたことにより、重油等のエネルギ使用量を削減でき、システム全体として、熱効率を向上できると共に、用途範囲の広い９０℃前後の高温の温水を供給可能となる。

また、氷蓄熱槽内の冷水等の氷結速度を制御することで、給湯用ヒートポンプの稼動を安定させ、季節、寒冷地等を問わず、常に安定して温水を供給可能となる。

また、本発明装置によれば、氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用するようにした氷蓄熱式冷温熱供給装置において、氷蓄熱式冷凍装置の冷媒と給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒とを直接的又は間接的に熱交換させて、該冷媒の凝縮熱をＣＯ_２熱媒に吸収させる熱交換器と、該氷蓄熱式冷凍装置の氷蓄熱槽内の氷厚を検出するセンサと、該氷厚センサの検出値を入力して氷結速度を演算し、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように氷蓄熱槽内の冷水等の氷結速度を制御する制御装置と、を備えたことにより、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は食品加工場に設置された、本実施形態に係る氷蓄熱式冷温熱供給装置１の全体構成図である。
図１において、氷蓄熱式冷温熱供給装置１は、氷蓄熱式冷凍装置１０と、温水製造機２０とが組み合わされたものである。氷蓄熱式冷凍装置１０は、冷凍機１１と、氷蓄熱槽１２と、冷却塔１３とから構成されている。氷蓄熱槽１２の冷却水面下には、氷蓄熱式冷凍機１１の冷媒（例えばＮＨ_３），又は該冷媒と熱交換して冷却されたブラインが循環する循環管路１４が配設されている。

冷凍機１１の冷媒又は該冷媒と熱交換して冷却されたブラインが循環管路１４を循環することによって、氷蓄熱槽１２内に貯留された冷水ｃ１が冷却され、氷結していく。冷水ｃ１は、管路１６を介してポンプ１５により、加工用冷水又は処理室の冷房用冷熱源等として供給される。

冷凍機１１の冷媒と熱交換して該冷媒の凝縮熱を吸収した冷却水ｃ２は、ポンプ１８が介設された循環管路１７を通って冷却塔１３に供給される。冷却塔１３で、冷却水ｃ２は、後述する給湯用ヒートポンプ２１から供給される熱源媒体ｂと熱交換し、熱源媒体ｂに保有熱を吸収されて冷却される。冷却塔１３では、外気を直接又は間接的に冷却水ｃ２に接触させている。冷却塔１３には、冷却水ｃ２と熱源媒体ｂの熱交換部に外気を供給するファン１９が設けられていると共に、薬注・洗浄設備２８が設けられ、該薬注・洗浄設備２９から、有害菌の発生防止並びに冷却水中成分が析出して付着することを防止するために、薬品が注入されたり、あるいは洗浄工程時に洗浄液が注入される。

給湯用ヒートポンプ２１は、ＣＯ_２熱媒を使用するもので、ガスクーラ２１ａと熱交換器２１ｂとを備えている。冷却塔１３で、冷却水ｃ２から冷凍装置１０の凝縮排熱を吸収した熱源媒体ｂは、熱交換器２１ｂでＣＯ_２熱媒と熱交換し、ＣＯ_２熱媒を加熱する。
ＣＯ_２熱媒は、給湯を製造するガスクーラ２１ａで高圧となり、３２℃以上の超臨界状態となっている。熱交換器２１ｂでＣＯ_２熱媒は３１℃以下で蒸発し、過熱ガスとなって、ＣＯ_２圧縮機に吸入される。

従って、熱源媒体ｂを冷却塔１３で冷却水ｃ２により冷却して３０〜３２℃とし、ＣＯ_２熱媒の蒸発部（低圧部）となる熱交換器２１ｂで該熱源媒体ｂをＣＯ_２熱媒と熱交換させて、ＣＯ_２熱媒を３１℃以下にするとよい。これによって、高圧部となるガスクーラ２１ａでＣＯ_２熱媒の圧力変動を抑え、高温水を安定して得ることができる。

給湯用ヒートポンプ２１のガスクーラ２１ａと貯湯槽２２間は、温水循環管路２３で接続されている。温水循環管路２３には給水ｈ０が補給される。給水ｈ０は、ガスクーラ２１ａで加熱されて高温水ｈ１となる。高温水ｈ１は、貯湯槽２２に貯留されるが、ポンプ２４を介してガスクーラ２１ａに循環されて再加熱され、設定温度、例えば６５〜９０℃の範囲内に保持される。そして、管路２５に介設されたポンプ２６により、管路２５から食肉処理場等の各種給湯箇所に供給される。

氷蓄熱槽１２内には、冷水ｃ１の水面下で設定された位置に氷厚センサ３１が設置されている。冷水ｃ１は循環管路１４の外側表面から氷結し始め、氷結は徐々に循環管路１４の外側表面に円筒状に厚みを増して成長してゆく。従って、冷凍装置１０の稼動開始時間と、循環管路１４の表面と氷厚センサ３１の設置位置との距離と、氷厚センサ３１の氷結検出時間とから、冷水ｃ１の氷結速度を演算することができる。

氷厚センサ３１は、１個でもよいが、理想的には、異なる位置に２個以上設置するとよい。また、氷蓄熱槽１２内には、別途冷水ｃ１の水温を検出する水温センサ３２が設けられている。氷厚センサ３１及び水温センサ３２の検出値は、制御装置３３の入力部３４に入力される。制御装置３３は、給湯用ヒートポンプ２１側に設けられている。
このようにして、本実施形態では、既設の氷蓄熱式冷凍装置１０に温水製造機２０を組み込むようにして改造することが可能である。

制御装置３３は、氷厚センサ３１及び水温センサ３２の検出値を入力する入力部３４と、これらセンサの検出値から氷結速度を演算する演算部３５と、貯湯槽２２の高温水ｈ１の貯湯量及び温度が設定範囲になるまで氷蓄熱槽１２が満氷状態とならないように、冷凍装置１０の冷凍負荷容量を制御する制御信号を冷凍機１１に発する出力部３６と、からなる。

かかる構成の本実施形態において、氷蓄熱槽１２では、冷凍機１１の冷媒又は該冷媒によって冷却されたブラインが循環管路１４内を循環することによって、徐々に冷却される。そして、循環管路１４の外側表面から氷結され始め、氷結は徐々に循環管路１４の周囲に広がっていく。冷水ｃ１の水温は水温センサ３２で検出され、その検出値は制御装置３３に入力される。氷蓄熱槽１２の冷水ｃ１の水温は、最終的には、例えば−５〜−１０℃となる。

管路１７では、冷凍機１１の冷媒と熱交換して該冷媒の凝縮熱を吸収した冷却水ｃ２が冷却塔１３に循環されている。冷却水ｃ２の水温は、例えば３０〜３５℃となる。一方、給湯用ヒートポンプ２１のガスクーラ２１ａでＣＯ_２熱媒から蒸発熱を奪われた熱源媒体ｂが、循環管路２７を介してポンプ２８により、冷却塔１３に供給されている。そして、冷却塔１３で、冷却水ｃ２と熱源媒体ｂとが熱交換して、冷却水ｃ２の保有熱を熱源媒体ｂが吸収する。

給湯用ヒートポンプ２１に戻った熱源媒体ｂは、給湯用ヒートポンプ２１でＣＯ_２熱媒と熱交換して、ＣＯ_２熱媒に蒸発熱を奪われる。貯湯槽２２に貯留された温水ｈ１は、循環管路２３を介してポンプ２４により、給湯用ヒートポンプ２１に供給され、そこでＣＯ_２熱媒の凝縮熱を吸収して加熱される。貯湯槽２２内の温水ｈ１の温度は、例えば６５〜９０℃の範囲内となるように設定される。

氷蓄熱槽１２では、水温センサ３２の検出値が制御装置３３の入力部３４に入力される。冷却水ｃ１の氷結が徐々に下方に進行していき、氷厚センサ３１に達すると、氷厚センサ３１が氷結状態を検出し、その検出情報を入力部３４に入力する。制御装置３３の演算部３５では、水温センサ３２から入力された検出値及び氷厚センサ３１から入力された検出情報から氷結速度を演算する。

まず、氷蓄熱槽１２内の水温下降勾配を演算する。図３は、縦軸に冷水ｃ１の水温をとり、横軸に氷蓄熱式冷凍装置１０の稼働時間をとった水温−時間線図である。図３において、制御装置３３で、水温センサ３２から入力された検出値から水温下降勾配ａ１を算出する。なお、図３中、ラインｉは、氷蓄熱槽１２内の冷却水ｃ１が満氷状態となるラインを示す。

冬季では、氷蓄熱式冷凍装置１０に必要な熱量が減少する。そのため、水温下降勾配が急になりがちになる。制御装置３３で演算した水温下降勾配ａ１から推定して、貯湯槽２２内の高温水ｈ１の貯湯量及び温度が設定された範囲内に達するまでに、氷蓄熱槽１２が満氷状態になるおそれがある場合には、氷蓄熱式冷凍機１１の運転を容量制御又は回転数制御して、部分負荷運転とする。こうして、水温下降勾配を緩勾配のａ２に変更する。

また、氷蓄熱槽１２内の氷結が進行してきた場合には、氷厚センサ３１により氷結有無を検出し、その検出値を入力部３４に入力する。制御装置３３では、演算部３５で、氷蓄熱式冷凍装置１０の稼動開始から氷厚センサ３１による氷結検出までの時間から氷結速度を演算する。図２は、縦軸に氷蓄熱槽１２内の氷厚をとり、横軸に氷蓄熱式冷凍装置１０の稼働時間をとった氷厚−時間線図である。なお、図２中、ラインｉは、氷蓄熱槽１２内の冷却水ｃ１が満氷状態となるラインを示す。

図２において、こうして演算した氷結速度ｄ１から推定して、貯湯槽２２内の高温水ｈ１が設定量及び設定温度になる前に、氷蓄熱槽１２内が満氷状態になることが予想される場合には、氷蓄熱式冷凍装置１０の運転を容量制御又は回転数制御して、部分負荷運転とする。こうして、氷結速度の勾配を緩勾配のｄ２に変更する。

このような操作により、氷蓄熱槽１２内の氷結が始まる頃までは、水温センサ３２の検出値から氷結速度を演算して求め、その後は、氷厚センサ３１の検出情報から氷結速度を演算して求めるようにし、氷蓄熱式冷凍装置１０を部分負荷運転して氷結速度を制御するようにしたので、貯湯槽２２内の高温水ｈ１の貯湯量及び温度が設定範囲になるまで、給湯用ヒートポンプ２１の稼動を継続できるようになる。このように、氷蓄熱式冷温熱供給装置１の稼動時間を調整することにより、季節、寒冷地等に関係なく、年間を通して安定した高温水ｈ１を供給可能とする。

なお、本実施形態では、氷厚センサ３１及び水温センサ３２の両方を設置したが、最低限氷厚センサ３１のみを設置しても、本発明の実施が可能になる。

また、貯湯槽２２内の高温水ｈ１の貯湯量及びその温度が設定範囲内になる前に、氷蓄熱槽１２内が満氷状態となってしまった場合は、冷却水ｃ２を循環管路１７に循環させるのを停止させる。そして、ファン１９を稼動させ、熱源媒体ｂと外気とを熱交換させ、熱源媒体ｂに外気熱を吸収させるようにする。即ち、冷却塔１３をヒーティングタワーとして機能させる。このように、熱源媒体ｂに外気熱を吸収させるようにして、高温水ｈ１の製造に必要な熱量を確保させるようにする。

また、氷蓄熱槽１２内を満氷状態とする前に、貯湯槽２２内の高温水ｈ１の貯湯量及び温度が設定範囲内となった場合には、熱源媒体ｂを循環管路２７に循環させるのを停止させる。そして、冷却塔１３では、図４に基づいて説明したように、ファン１９を稼動させて、外気により冷却水ｃ２を冷却させるようにする。

本実施形態によれば、氷蓄熱式冷凍装置１０の凝縮熱を給湯用ヒートポンプ２１の熱源として利用するようにしたので、蒸気用又は給湯用ボイラを不要し、かつ該ボイラの燃料となる重油の消費を削減することができる。
また、給湯用ヒートポンプ２１にＣＯ_２熱媒を使用することにより、９０℃前後の高温水の供給が可能となり、例えば食肉処理場では、該高温水を屠体の洗浄用温水や、屠体の毛抜き処理用温水、その他の用途に広く利用可能である。

また、前述のように、氷蓄熱槽１２内の水温下降勾配及び氷結速度を調整することにより、季節、寒冷地等に関係なく、年間を通して、給湯用ヒートポンプ２１で設定された範囲の貯湯量及び温度の高温水ｈ１を安定して供給することができる。
さらには、万一、設定された貯湯量及び温度の高温水を得る前に、氷蓄熱槽１２内が満氷状態になった場合でも、給湯用ヒートポンプ２１の熱源として、冷却塔１３で外気の熱を利用できるので、温水の確保に支障をきたさない。

また、既設の氷蓄熱式冷凍装置１０の改造を不要とし、給湯用ヒートポンプ２１を組み込むだけで済むので、改造工事が容易になる。

本発明によれば、冷熱と温熱を同時供給可能とする多機能システムとして、食肉処理場だけでなく、冷熱と温熱とを必要とする施設に広く適用可能であり、システム全体の熱効率を高め、高温水を供給可能であり、季節、寒冷地等に関係なく、年間を通して安定した給湯を可能とする。

本発明の一実施形態に係る氷蓄熱式冷温熱供給装置の全体構成図である。 前記実施形態に係る氷厚−時間線図である。 前記実施形態に係る水温−時間線図である。 （ａ）従来の氷蓄熱式冷凍システムの全体構成図であり、（ｂ）は従来の温水製造機の系統図である。

符号の説明

１ 氷蓄熱式冷温熱供給装置
１０ 氷蓄熱式冷凍装置
１１ 冷凍機
１２ 氷蓄熱槽
１３ 冷却塔（熱交換器）
２０ 温水製造機
２１ 給湯用ヒートポンプ
２２ 貯湯槽
３１ 氷厚センサ
３２ 水温センサ
３３ 制御装置
ａ１，ａ２ 水温下降勾配
ｂ 熱源媒体
ｃ１ 冷水
ｃ２ 冷却水
ｄ１，ｄ２ 氷結速度
ｉ 満氷ライン

Claims (5)

1. 氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用するようにした氷蓄熱式冷温熱供給方法において、
   氷蓄熱式冷凍装置の凝縮部で氷蓄熱式冷凍装置の冷媒と給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒とを直接的又は間接的に熱交換させて該冷媒の凝縮熱をＣＯ_２熱媒に吸収させ、
   該氷蓄熱式冷凍装置の氷蓄熱槽内の氷厚を検出し、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように、氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を制御するようにしたことを特徴とする氷蓄熱式冷温熱供給方法。
2. 貯湯槽内の温水の温度が設定範囲になる前に氷蓄熱槽が満氷状態となった場合は、氷蓄熱式冷凍装置の稼動を停止させ、外気熱をＣＯ_２熱媒に吸収させて給湯用ヒートポンプを稼動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱式冷温熱供給方法。
3. 氷蓄熱式冷凍装置の凝縮排熱を給湯用ヒートポンプの熱源として利用するようにした氷蓄熱式冷温熱供給装置において、
   氷蓄熱式冷凍装置の冷媒と給湯用ヒートポンプのＣＯ_２熱媒とを直接的又は間接的に熱交換させて、該冷媒の凝縮熱をＣＯ_２熱媒に吸収させる熱交換器と、
   該氷蓄熱式冷凍装置の氷蓄熱槽内の氷厚を検出するセンサと、
   該氷厚センサの検出値を入力して氷結速度を演算し、給湯用ヒートポンプで製造され貯湯槽内に貯留される温水の温度が設定範囲になるまで該氷蓄熱槽が満氷状態とならないように氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする氷蓄熱式冷温熱供給装置。
4. 前記氷厚センサが、氷蓄熱槽内の設定された位置に設けられ、該位置で氷結の有無を検出するセンサであり、前記制御装置に氷厚センサの検出結果を入力し、該制御装置で該検出結果と氷蓄熱式冷凍装置の稼動時間とから氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を演算するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の氷蓄熱式冷温熱供給装置。
5. 氷蓄熱槽内の冷水の水温を検出するセンサを設け、該水温センサの検出値を前記制御装置に入力し、該制御装置で氷蓄熱槽内の水温下降勾配を演算すると共に、該水温下降勾配から氷蓄熱槽内の冷水の氷結速度を演算するように構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載の氷蓄熱式冷温熱供給装置。

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