JPH0663660B2 - 氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量検出装置に係り、
特に、熱源装置の効率的な運転制御を行うための情報と
なる蓄熱量を、連続的に検出するのに好適な氷蓄熱式熱
源装置の蓄熱量検出装置に関するものである。

〔発明の背景〕

近年、電力需要の増大にともなつて、電力負荷の昼夜間
格差が拡大する傾向にあり、電力需要の平準化対策とし
て有効な蓄熱式空調システムの開発が、重要な技術課題
として進められている。

例えば、日立評論ＶＯＬ．６６．NO６（1984−６月）ｐ
１７〜２０には、小栗正裕ほかにより「ユニツト式氷蓄
熱冷暖房システム」という技術レポートが掲載されてい
る。

当該レポートの空冷ヒートポンプ式チラーユニツトは、
昼間は冷温水を作る水側熱交換器、夜間に氷（夏季）ま
たは温水（冬季）を作る蓄熱槽内の製氷用熱交換器、外
気と熱の授受を行う空気側熱交換器の三つの熱交換器と
受液器、アキニムレータ、圧縮機などで構成されたもの
である。

このような氷蓄熱の蓄熱槽を備えた熱源装置は省スペー
ス的に有利で、取扱いも容易であるが、従来から蓄熱槽
の運転制御について配慮が十分とはいえず、特に、氷蓄
熱式熱源装置において、より高効率の運転制御をするた
めにも、また、過剰着氷による構造体破損からの安全保
護のためにも、蓄熱量の検出装置の開発が要求されるに
至つた。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の実状に鑑みてなされたもの
で、蓄熱槽における製氷量、蓄熱量を連続的に高精度に
検出して氷蓄熱式熱源装置の効率的な運転制御を可能に
するとともに、過剰着氷による構造体破損に対する保護
手段としても利用しうる氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量検出
装置の提供を、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量検出装置の構成
は、蓄熱槽内の製氷用熱交換部に配設され、着氷によつ
て変化する当該製氷用熱交換部の浮力を計測するロード
セルと、前記蓄熱槽内の水温を検知する水温検知手段
と、前記ロードセルの出力信号から着氷量を換算して潜
熱蓄熱量を演算し、前記水温検知手段の検知信号から顕
熱蓄熱量を演算する演算制御手段とを備え、前記蓄熱槽
の総蓄熱量を連続的に検出しうるようにしたものであ
る。

なお、本発明を開発した考え方を付記すると、下記のと
おりである。

製氷量を測定するには、製氷用熱交換器の冷却管に成長
する氷厚を知る方法と、水−氷の比重量差から生ずる物
理的状態変化を感知することにより知る方法とがある。

本発明は、後者の考えによるものとし、状態変化量とし
て着氷にともうなう冷却管の浮力を検知している。すな
わち、氷は水より比重量が小さいので、水中の氷は浮力
を生ずる。したがつて、蓄熱槽内の冷却管群の重量変化
をとらえれば、製氷量に換算することができる。

本発明に係る蓄熱量検出装置では、蓄熱槽内の水温も合
わせて検知し、潜熱蓄熱量および顕熱蓄熱量を知ること
から総蓄熱量を検出するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

まず、本発明を適用する空冷ヒートポンプ式氷蓄熱冷暖
房装置の熱源装置の一例を第２図を参照して説明する。

第２図は、一般的な空冷ヒートポンプ水氷蓄熱冷暖房装
置の熱源装置部の略示構成図である。

第２図において、１は空冷ヒートポンプ式チラーユニツ
ト（以下単にチラーユニツトという）、２は、このチラ
ーユニツト１から得られる低，高温ブラインにより製氷
蓄熱，温水蓄熱を行う蓄熱槽、３は、チラーユニツト１
から得られる低，高温ブラインにより冷，温水を得るた
めのブライン／水熱交換器、４は、ブライン配管に配設
され、ブラインを循環させるためのブラインポンプ、５
は、前記ブライン／水熱交換器３と負荷側とを接続する
配管に配設された冷温水ポンプであり、これらで負荷側
に対する熱源装置６が構成されている。

蓄熱槽２は、合成樹脂と断熱材で形成された槽体２ａ内
に、例えばポイエチレンチユーブを蛇管状に成形してな
る製氷用熱交換器２ｂを組込んだものであり、この製氷
用熱交換器２ｂの冷却管は、ブライン配管に接続されて
いる。

第２図において、ブライン配管系は一点鎖線で示し、
冷，温水の配管系は実線で示している。ブライン配管系
に沿つて示した太い黒矢印は夜間蓄熱運転を行うときの
ブラインの流れ、太い白矢印は冷，暖房運転を行うとき
のブラインの流れを示したものである。

蓄氷運転においては、チラーユニツト１でえられた低温
ブラインを、太い黒矢印のように蓄熱槽２の製氷用熱交
換器２ｂに導き、チラーユニツト１と製氷用熱交換器２
ｂとを結ぶブライン配管内をブラインポンプ４を介して
循環させて蓄熱槽２の槽体２ａ内の水を冷却して、製氷
用熱交換器２ｂの冷却管の外周に着氷を生ぜしめる。

この蓄氷運転は、基本的には夜間、電力消費の少ない時
間に行つて蓄氷し、昼間の空調負荷の大きいときに解氷
放熱するものである。

冷却運転（冷房運転）時には、チラーユニツトで得られ
た低温ブラインを、太い白矢印のようにブライン／水熱
交換器３に導き、蓄熱槽２をバイパスし、ブラインポン
プ４を介して循環させて、ブライン／水熱交換器３に入
つてくる負荷側からの還り水を冷却し、冷却された水を
冷温水ポンプ５を介して負荷側、たとえば空気調和機の
フアンコイルユニツト（図示せず）に供給する。

なお、蓄熱運転，暖房運転の場合は、チラーユニツト１
で得られるブラインが高温となるもので、第２図におけ
るブラインの流れは、蓄氷運転，冷房運転のときとそれ
ぞれ同じであるから、その説明を省略する。

次に、前述の空冷ヒートポンプ式氷蓄熱冷暖房装置の熱
源装置において、蓄熱槽における製氷や蓄熱量の管理を
行うための蓄熱量検出装置の一実施例を第１図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る蓄熱量検出装置の構
成図であり、蓄熱槽部の符号は先の第２図の当該部の符
号に合わせている。

第１図において、７は、蓄熱槽２の槽体２ａ内の水であ
り、７ａは、その水の表面すなわち水位を示している。
８は、製氷用熱交換機２ｂの冷却管の外周に着氷した氷
を一部分だけ示したものである。

９は、蓄熱槽２内の製氷用熱交換器２ｂ部に配設され、
その冷却管群に着氷することによつて変化する製氷用交
換部に係る冷却管群の浮力を検出するロードセルであ
る。このロードセル９は、冷却管群に着氷していない状
態を基準にし、製氷にともなう浮力すなわち重量減少を
計測するものである。

１０は、同じく蓄熱槽２に配設した、水７の水温を検知
する水温センサー、１０ａはその温度検出端を示してい
る。

これらロードセル９，水温センサー１０は、いずれも市
販品で、簡単に蓄熱槽２に装備することができる。

１１は、ロードセル９の出力信号，水温センサー１０の
検知信号から、それぞれ潜熱，顕熱蓄熱量を演算し総蓄
熱量を演算する演算制御手段に係るマイクロコンピユー
タである。

１２は、ロードセル９とマイクロコンピユータ１１との
間に設けられた接続箱、１３は、この熱源装置の制御回
路に設けられ、ロードセル９の出力信号を増幅してマイ
クロコンピユータ１１の演算部に入力するための増幅
器、１４は、同じく熱源装置の制御回路に設けられ、水
温センサー１０の温度検出端１０ａからの検知信号をマ
イクロコンピユータ１１の演算部に入力するための変換
器を示している。

図中、破線は電源からの入力と各機器からの出力信号を
示し、実線矢印はマイクロコンピユータ１１内の演算制
御回路の機能をブロツク図的に示したものである。

このような蓄熱量検出装置の作用を説明する。

蓄熱槽２内の製氷用熱交換器２ｂ部に設けられたロード
セル９は、製氷用熱交換器２ｂの冷却管外周に着氷して
いない状態を基準値０とし、氷８の着氷にともなう浮力
すなわち重量減少を計測して、その出力信号をマイクロ
コンピユータ１１に入力する。そして、マイクロコンピ
ユータ１１の演算部でその浮力から着氷量すなわち製氷
量を換算し、さらにその製氷量から潜熱蓄熱量を演算す
る。

また、水温センサー１０の温度検出端１０ａの検知信号
をマイクロコンピユータ１１に入力し、蓄熱槽２内の水
７の顕熱蓄熱量を演算する。そして、これら潜熱蓄熱量
と顕熱蓄熱量を合計して、蓄熱槽２における総蓄熱量が
検出される。

得られた蓄熱量の値は４−２０ｍＡ電流信号として出力
され、熱源装置６（第２図参照）の制御系統（図示せ
ず）に送られ、蓄氷運転や冷房運転などが効率よく実施
される。

本実施例によれば、製氷量の変化を常時連続的に、かつ
高精度にとらえることができるので、氷蓄熱式熱源装置
の着氷量，蓄熱量の検知に利用でき、蓄熱槽の効率的な
運転制御を実施することができる。また、過剰着氷によ
る構造体破損からの保護装置としても利用できる。

さらに、ロードセンサー９，水温センサー１０などは市
販品を用いることができ、比較的安価に簡単な装置で所
期の目的を達することができる。

なお、前述の実施例では、ブラインを介して蓄氷を行う
空冷ヒートポンプ式氷蓄熱冷暖房装置の熱源装置の例を
説明したが、本発明は、これに限るものではなく、ブラ
インを用いない空冷ヒートポンプ式氷蓄熱冷暖房装置の
熱源装置等についても汎用的に適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、蓄熱槽における製
氷量，蓄熱量を連続的に高精度に検出して氷蓄熱式熱源
装置の効率的な運転制御を可能にするとともに、過剰着
氷による構造体破損に対する保護手段としても利用しう
る氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量検出装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る蓄熱量検出装置の構
成図、第２図は、一般的な空冷ヒートポンプ式氷蓄熱冷
暖房装置の熱源装置部の略示構成図である。 １……チラーユニツト、２……蓄熱槽、２ａ……蓄体、
２ｂ……製氷用熱交換器、６……熱源装置、７……水、
８……氷、９……ロードセル、１０……水温センサー、
１０ａ……温度検出端、１１……マイクロコンピユー
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪田 祐二 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 小野田 利介 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 杉本 滋郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄熱槽内の製氷用熱交換部に配設され、着
   氷によつて変化する当該製氷用熱交換部の浮力を計測す
   るロードセルと、前記蓄熱槽内の水温を検知する水温検
   知手段と、前記ロードセルの出力信号から着氷量を換算
   して潜熱蓄熱量を演算し、前記水温検知手段の検知信号
   から顕熱蓄熱量を演算する演算制御手段とを備え、前記
   蓄熱槽の総蓄熱量を連続的に検出しうるように構成した
   ことを特徴とする氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量検出装置。