JP2002061895A - 氷蓄熱槽の放熱平準化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時候によらず、ランニングコストの低い氷蓄
熱槽の能力を最大限に発揮させることができる効率の良
い空調システムを提供する。 【解決手段】 氷蓄熱槽１を用いた空調システムにおい
て、氷蓄熱槽１と冷却装置２とを直列に接続する。氷蓄
熱槽１の放熱量を求め、放熱量が小さいときには冷却装
置２の制御により氷蓄熱槽１の入口での冷水の温度を高
く制御し、放熱量が大きいときには冷却装置２の制御に
より氷蓄熱槽１の入口での冷水の温度を低く制御し、氷
蓄熱槽１における放熱量を平準化する。これにより、常
に氷蓄熱槽１の能力をフルに発揮させ、冷却装置２の負
担を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、氷蓄熱槽を用い
た空調システム、特に他の冷却装置との併用において、
時候によらず氷蓄熱槽の機能を十分に発揮させられるよ
うにした氷蓄熱槽の放熱平準化システムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】蓄熱空調システムは、安価な夜間電力を
利用することで、空調におけるランニングコストが低減
されるという利点の他、省エネルギー化、環境保全にも
寄与する。

【０００３】また、イニシャルコストの低減のために
は、蓄熱設備の小型化等が図られ、その他、空調におけ
る大温度差低流量による効率化も図られ、氷蓄熱システ
ムが注目されている。

【０００４】一方、図２(a) のような形での氷蓄熱シス
テムだけでは、夏季の昼間などの需要に対処させるため
に設備を大きくすると、イニシャルコストが増大し、需
要の少ない時期には無駄な設備となってしまう。

【０００５】そのため、図２(b) に示すように冷却装置
を併用し、それぞれの設備、装置のイニシャルコスト、
ランニングコスト等を考慮した空調システムが実用化さ
れている。

【０００６】しかし、この場合には、空調機への送水温
度を一定にする意味から、氷蓄熱槽の出口温度を他の冷
却装置の出口温度とバランスをとる必要があり、他の冷
却装置よりも低温度で蓄えられている氷蓄熱槽を十分に
活かしきれないという欠点があった。このため、図２
(c) のような形で、氷蓄熱槽と冷却装置を直列に接続し
たシステムが実用化されつつある。

【０００７】なお、氷蓄熱槽と他の冷却装置を併用する
ものとしては、例えば、特開平１１−１０８４００号公
報記載のものがあり、特に一般工場向けの空調機に適し
た氷蓄熱ユニットの運転方法として、並列に配置した氷
蓄熱槽と冷却装置の運転時間帯等を制御することが開示
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の氷蓄熱槽と冷却
装置を併用したシステムは、これらを直列に配置し（図
２(c）の場合）、氷蓄熱槽の能力で対処できない部分を
冷却装置で補うという考え方によるものであり、需要が
ピークとなる夏季においては氷蓄熱槽の能力をほぼフル
に発揮させることになり、ランニングコストの低減効果
が大きい。

【０００９】しかし、熱量＝流量×温度差の関係から、
温度差を一定とした場合、流量の変化に対しての熱交換
における冷却能力との関係は、図３のようになる。

【００１０】これを氷蓄熱槽についてみると、冷水流量
が大きくなって初めて氷蓄熱槽の能力がフルに発揮され
るのであり、冷水流量が小さい場合は夜間に蓄積された
氷蓄熱槽の能力が十分に活用されないことになる。

【００１１】一方、氷蓄熱槽を補う冷却装置は、基本的
には昼間の電力かガスを使用することが前提になるが、
氷蓄熱槽の能力がフルに利用されていない部分まで補う
ことになる。すなわち、イニシャルコストは若干高い
が、ランニングコストが低いという氷蓄熱槽の利点が十
分に活かされずに、ランニングコストの高い冷却装置を
運転しなければならないといった課題がある。特に、大
温度差低流量による効率化を図った空調システムでは、
効率面で大きな無駄が生ずることになる。

【００１２】本願発明は、氷蓄熱槽と冷却装置を併用す
る空調システムについて、上述のような課題の解決を図
ったものであり、時候によらず、ランニングコストの低
い氷蓄熱槽の能力を最大限に発揮させることができる効
率の良い空調システムを提供することを目的としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明は、氷蓄熱槽と冷却装置とを直列に接続した空調シス
テムにおいて、前記氷蓄熱槽での放熱量が小さいときに
は前記冷却装置を経た氷蓄熱槽での冷媒の入口温度を高
く制御し、前記氷蓄熱槽での放熱量が大きいときには前
記冷却装置を経た氷蓄熱槽での冷媒の入口温度を低く制
御することを特徴とするものである。

【００１４】通常の直列システムでは、要求される最大
の熱交換量を想定して氷蓄熱槽や冷却装置の容量、規模
を決定するため、必要とする熱交換量が少ない時期、あ
るいは気象状況などによっては、せっかくの氷蓄熱槽の
能力をほとんど発揮させることができず、その時期だけ
でみると氷蓄熱の設備が無駄になっている。

【００１５】そのため、本願発明は、氷蓄熱槽での放熱
量を求め、相対的に氷蓄熱槽での放熱量が小さいときに
は冷却装置により氷蓄熱槽への入口温度を高く制御し、
相対的に氷蓄熱槽での放熱量が大きいときは冷却装置に
より氷蓄熱槽への入口温度を低く制御し、氷蓄熱槽にお
ける放熱量を平準化できるようにしたものである。

【００１６】なお、放熱量は、氷蓄熱槽の入口温度と出
口温度、及び流量などから求めることができる。

【００１７】請求項２は、請求項１に係る氷蓄熱槽を用
いた空調システムにおいて、前記冷却装置に、出口側の
冷媒の一部を再び入口側に戻す戻し回路と、前記氷蓄熱
槽を経由した冷媒を前記冷却装置を通さずに直接前記氷
蓄熱槽に送るバイパスを設けたことを特徴とする。

【００１８】空調の効率を高める方法として、従来の技
術の項で述べたように、大温度差低流量による効率化が
あるが、安定した運転を可能とするため、冷媒の一部を
バイパスさせて冷却装置を通さずに直接氷蓄熱槽に戻す
こととし、冷却装置を通過した冷媒と合流させること
で、空調需要の少ない時期における氷蓄熱槽の入口温度
の設定が容易となる。

【００１９】また、冷却装置の運転においては、ある程
度の流量を確保する必要があるため、請求項２において
は、戻し回路を設け、冷媒の一部を循環させることとし
た。この場合、冷却装置における冷却のための負荷は小
さくなる。

【００２０】請求項３は、請求項１に係る氷蓄熱槽の放
熱平準化システムにおいて、前記冷却装置の上流側にも
う一つ熱交換器を配し、他の冷却装置への送水温度をあ
らかじめ低下させることを特徴とする。

【００２１】この場合、他の冷却装置の下流側の氷蓄熱
槽を用いた熱交換器での処理熱量が不足した分を、上流
側のもう一つの熱交換器で処理することになり、放熱量
の平準化が達成できる。

【００２２】冷却装置には、上流側の熱交換器で若干冷
却された冷水が送水されるため、処理熱量は自動的に抑
制されることになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明の氷蓄熱槽を用
いた空調システムの一実施形態を示したもので、ここで
は空調のための配管に冷水を循環させ、この冷水を氷蓄
熱槽などで冷却し、空調機等（図示せず）で冷熱を放出
し、空調のための冷気を建物等の室内へ吹き出させるシ
ステムとなっている。

【００２４】図に示すように、本願発明の空調システム
では、氷蓄熱槽１の熱交換器５と他の冷却装置（冷凍機
など）２を直列に配置し、熱交換器５へは氷蓄熱槽１か
ら冷熱が供給される。熱交換器５で冷却された冷水が、
空調機等（図示せず）で冷熱を放出した後、冷却装置２
に戻り、冷却装置２である程度冷却した状態で、熱交換
器５でさらに所定の温度まで冷却し、再び空調機等へ向
け送り出すようになっている。

【００２５】本願発明では、このような構成において、
氷蓄熱槽１での放熱量を求め、氷蓄熱槽１での放熱量が
小さいときには氷蓄熱槽１の入口温度が高くなるように
冷却装置２の運転を制御し、氷蓄熱槽１での放熱量が大
きいときは氷蓄熱槽１の入口温度が低くなるように冷却
装置２の運転を制御する。

【００２６】より具体的には、例えば氷蓄熱槽１の出口
温度を５℃とする場合（大温度差低流量の空調）、冷水
の戻りの温度が１２〜１５℃であるとして、熱交換器５
の入口温度を５〜１５℃の間で可変させる。

【００２７】図５は、本願発明のもう一つの実施形態を
示したものである。この図では、氷蓄熱槽１の熱交換器
５ａと冷却装置２を直列に配置しているのは、図１と同
じであるが、さらに第２の熱交換器５ｂも直列に配置し
ている。

【００２８】本願発明では、このような構成において、
氷蓄熱槽１の熱交換器５ａの放熱量を求め、熱交換器５
ａでの放熱量が小さい時は、その不足分をもう一つの熱
交換器５ｂでさらに処理するように制御されることにな
る。

【００２９】冷水の戻りの温度は、上流側の熱交換器５
ｂで処理されるため、通常（１２〜１５℃）よりも低い
温度（７〜１５℃）になり、冷却装置２は自動的に処理
能力が抑制されることになる。

【００３０】これにより、システム全体としての流量が
変化した場合においても、氷蓄熱槽１での放熱量がほぼ
一定に維持されることになり、その場合の一日の放熱量
との関係で氷蓄熱槽１の容量、規模を決めることで、時
候によらず、氷蓄熱槽１をフルに機能させることができ
る。

【００３１】図４は、空調システム全体としての氷蓄熱
槽１および冷却装置２による冷却能力を１００としたと
きの、氷蓄熱槽１と冷却装置２の負担分を示したもの
で、氷蓄熱槽１の能力で対処可能な範囲では氷蓄熱槽１
が必要な放熱量を与える。

【００３２】氷蓄熱槽１の能力を超える需要に対して
は、冷却装置２が負担することになるが、本願発明では
その場合でも、氷蓄熱槽１の能力を最大限に発揮させる
ことができる。

【００３３】これを、従来の単に氷蓄熱槽１と冷却装置
２を併用する図３の場合と比較すると、夜間電力により
蓄熱を行う氷蓄熱槽１の負担の無駄がなく、昼間の電力
を消費する冷却装置２の負担分が少なく、効率的である
ことが分かる。

【００３４】また、冷却装置２のみでは、氷蓄熱槽１の
入口温度の制御が困難な場合、バイパス３を設け、戻り
の冷水の一部を直接氷蓄熱槽１に導くようにすること
で、制御が容易となる。さらに、冷却装置２での流量を
確保するため、冷却装置２部分に冷水の戻し回路４を設
けることが考えられる。

【００３５】

【発明の効果】本願発明によれば、時候にかかわりな
く、氷蓄熱槽の能力をフルに発揮させることができ、そ
の分、補助的に用いられる冷却装置の負担が小さく、効
率の良い空調システムを得ることができる。

【００３６】従って、氷蓄熱槽は必要最小限の容量、規
模のものを設置すればよく、イニシャルコストの低減が
図れ、かつ空調システム全体としてのランニングコスト
についても無駄がなく、その低減を図ることができる。

【００３７】併用される冷却装置についても、負担が少
ないことで、ランニングコストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の氷蓄熱槽を用いた空調システムの
一実施形態を示す概要図である。

【図２】 (a) 〜(c) は、従来の空調システムの形態を
概念的に示した図である。

【図３】 従来の氷蓄熱槽と冷却装置を併用したシステ
ムにおけるそれぞれの負担分を説明するための概念的な
グラフである。

【図４】 本願発明のシステムにおける氷蓄熱槽と冷却
装置、それぞれの負担分を説明するための概念的なグラ
フである。

【図５】 本願発明の氷蓄熱槽を用いた空調システムの
もう一つの実施形態を示す概要図である。

【符号の説明】

１…氷蓄熱槽、２…冷却装置、３…バイパス、４…戻し
回路、５…熱交換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 氷蓄熱槽と冷却装置とを直列に接続した
   空調システムにおいて、前記氷蓄熱槽での放熱量が小さ
   いときには前記冷却装置を経た氷蓄熱槽での冷媒の入口
   温度を高く制御し、前記氷蓄熱槽での放熱量が大きいと
   きには前記冷却装置を経た氷蓄熱槽での冷媒の入口温度
   を低く制御することを特徴とする氷蓄熱槽の放熱平準化
   システム。
2. 【請求項２】 前記冷却装置に、出口側の冷媒の一部を
   再び入口側に戻す戻し回路と、前記氷蓄熱槽を経由した
   冷媒を前記冷却装置を通さずに直接前記氷蓄熱槽に送る
   バイパスを設けたことを特徴とする請求項１記載の氷蓄
   熱槽の放熱平準化システム。
3. 【請求項３】 前記冷却装置の上流側にもう一つ熱交換
   器を配したことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱槽の
   放熱平準化システム。