JP2002277018A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調負荷に対する蓄熱槽における氷蓄熱量を
できるだけ正確に予測し且つ不足時には適切な対応を行
う。 【構成】所定の前の日数の間における昼間の平均外気温
ｆ（ｔ）から残氷量ｇを差し引いた値に、０．４〜０．
８である係数αを掛けて目標製氷量Ｇを設定するので、
この空気調和装置を運転する所定日の冷房負荷に応じた
正確な氷量を得ることができ、蓄熱器での残氷の発生を
防止し、万一、蓄熱量が不足した（蓄熱器の水温が所定
値以上になった）場合は冷凍機を追掛け運転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱器に蓄えた熱で室
内を空調（冷房）する空気調和装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の空気調和装置が示されたものと
しては、特公平５−５０６７２号公報がある。

【０００３】この公報に示された空気調和装置は、冷凍
機（チラーユニット）で得られた熱を蓄熱器内に蓄え
（氷を作る）、この熱で生成された冷水を室内の空調機
の熱交換器へ導いて、室内を空調しようとするものであ
る。

【０００４】ところで、最近のビル空調においては、コ
ンピュータルームに設置されたコンピュータ等の発熱量
が多くなってきたため、室内の冷房期間が夏期だけでな
く春先、秋、そして初冬まで広がってきている。このよ
うな空気調和装置で室内を空調する場合に、蓄熱器内に
製氷した分の氷は冷房負荷の大きい夏期では残らない
が、冷房負荷の比較的小さい春先や秋、あるいは初冬で
は氷が残ってしまう。これは、夏期の空調を念頭におい
て蓄熱槽内に製氷量を設定しているからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】もし蓄熱器内に氷が残
ると、特に春先、秋、そして初冬までの中間期におい
て、蓄熱槽内の水位が上がり、制御用の氷厚センサ（後
述する）が異常警報を出すという不都合が生じることが
ある。通常、このような氷蓄熱による空調を行う場合に
できるだけ氷が残らないようにするために、従来では次
の対策を立てている。

【０００６】（１）図３に示すように、冷房負荷の大き
い夏期あるいは長時間冷房する場合には、全日モードに
して、演算による目標製氷量Ｇの設定をする。

【０００７】この目標製氷量Ｇは、図３に示すように、
Ｇ＝ｆ（ｔ）−ｇ（％）で表される。ここで、ｆ（ｔ）
は、前３日間の昼間の外気温度から演算して求めた値で
あり、前日のｇ（％）は残氷量を示している。

【０００８】（２）また、春先、秋、初冬などに空気調
和装置を運転する時には、手動による選択でいわゆる半
日モードを選択して、目標製氷量を、１００％（蓄熱器
での最大蓄熱量）で製氷する量の数１０％の製氷量に手
動設定している。

【０００９】（３）蓄熱槽内の残氷が続いて制御用の氷
厚センサが作動して警報を出した場合には、その時点で
製氷運転を中止する。

【００１０】（４）残氷の有無を蓄熱槽内の水位で監視
する。

【００１１】しかし（１）による方法では気温変化が著
しい中間期には残氷を確実に制御することができない。
（２）による方法では手動によるので操作が煩雑であ
り、又（１）と同様に気温変化の著しい中間期では確実
な制御ができない。（３）及び（４）による方法では、
予め残氷をなくす運転ができずエネルギーの無駄も生じ
る。

【００１２】また、氷量は、氷と水の体積変化による蓄
熱槽内の水位の変化量でとらえており、残氷が続くと、
ポンプからの漏水の影響が大きくなり、氷量を正しくと
らえることができない。そのために、目標製氷量が多め
に演算されてしまうという欠点がある。

【００１３】このように、蓄熱槽の製氷量は空調負荷を
予測してコントロールしなけらばならず難しかった。本
発明は上記課題を解決するためになされたものであり、
必要最少限の蓄熱を実行するとともに空調負荷に対応し
てより効率的な冷房運転ができる空気調和装置を提供す
ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、冷凍
機と、この冷凍機で得られた熱を蓄える蓄熱器と、この
蓄熱器の熱を用いて室内を調温する空調機から構成され
ている空気調和装置において、この装置を運転する所定
日の前日に前記蓄熱器に残氷が検出された場合、この所
定日の前数日間における昼間の平均外気温ｔから算出さ
れる製氷量ｆ（ｔ）から前記前日の残氷量ｇを差し引い
た値に、０．４〜０．８である係数αを掛けて前記蓄熱
器の目標製氷量Ｇを設定する制御装置を備え、且つ前記
蓄熱器の水温が所定値以上になった場合は前記冷凍機を
追掛け運転させるようにしたものである。

【００１５】

【作用】本発明によれば、制御装置は、所定の前の日数
の間における昼間の平均外気温ｆ（ｔ）から残氷量ｇを
差し引いた値に、０．４〜０．８である係数αを掛けて
目標製氷量Ｇを設定するので、この空気調和装置を運転
する所定日の冷房負荷に応じた正確な氷量を得ることが
でき、蓄熱器での残氷の発生を防止し、万一、蓄熱量が
不足した（蓄熱器の水温が所定値以上になった）場合は
冷凍機を追掛け運転させることにより、蓄熱量を確保す
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明の空気調和装置の好ましい
回路例を示している。

【００１８】図１において、１は空気調和装置で、冷凍
機（以下、チラーという）２と、蓄熱器３と、室内に設
置されるファンコイル等の空調機４、および制御装置２
２とから構成されている。

【００１９】チラー２は、圧縮機５、凝縮器６、減圧器
７、蒸発器（水熱交換器）８とを備え、これらの機器が
冷媒管でつながれている。

【００２０】蓄熱器３には、水９が蓄えられており、製
氷用熱交換器１０にて、水９を氷２６にすることによっ
て、蓄熱作用を行う。

【００２１】この製氷用熱交換器１０と蒸発器８とは、
ブラインポンプ１３並びに第１開閉弁１４を介してつな
がれている。１５は、フロート構造の製氷センサ（水位
センサ）、１２は電極式の氷厚センサである。

【００２２】ここで、製氷用熱交換器１０の作用で水９
が氷結し始めると、氷２６の体積膨張によって蓄熱器３
内の水位が上昇する。この水位の上昇を製氷センサ１５
が検知して、蓄熱器３の氷量すなわち蓄熱量を求めるよ
うにしている。

【００２３】１６は、ブライン／水熱交換器で、一端は
第２開閉弁１７を介して第１開閉弁１４と蒸発器８との
間に、他端は蓄熱器３とブラインポンプ１３との間にそ
れぞれつながれている。

【００２４】空調機４には空調用熱交換器１８が配置さ
れており、この空調用熱交換器１８は、その入口端が冷
水ポンプ１９および三方弁２０を介して蓄熱器３の吸熱
用熱交換器２１につながれている。一方、この空調用熱
交換器１８の出口端はブライン／水熱交換器１６を介し
て分岐され、三方弁２０と吸熱用熱交換器２１につなが
れている。

【００２５】２２は制御装置で、上述の水位センサ１５
からの信号、すなわち蓄熱量（氷量）を受ける入力器２
３と、一日の時刻を計測する時計２４と、両者からの信
号に基づいてチラー２の圧縮機５へ信号を出力する出力
器２５と、そして演算部２７から構成されている。

【００２６】この空気調和装置１では、電気料金の割安
な夜間（たとえば午後１０時から翌日の午前８時）まで
は蓄熱運転を行う。すなわち、チラー２並びにブライン
ポンプ１３を運転させるとともに、第１開閉弁１４を開
き、第２開閉弁１７を閉じて、チラー２の蒸発器８で得
られたブラインを、実線矢印のように流して、蓄熱器３
内の水９を氷２６にする（蓄熱運転）。

【００２７】そして、冷房運転時は、まずチラー２の運
転を停止させるとともに、冷水ポンプ１９のみを運転さ
せることによって、蓄熱器３内の氷２６によって冷却さ
れた水を、実線矢印のように空調用熱交換器１８へ送り
込む。これによって、室内が冷房される。

【００２８】この冷房運転に伴って氷２６の量は次第に
減少する。この減少によって、氷２６の量が目標値（こ
の目標値は時間に応じて変化（減少）する）以下になる
と、チラー２を再び運転させる。この運転を追掛け運転
という。

【００２９】この追掛け運転時に、ブライン並びに冷水
は破線矢印のように流れる。すなわち、空調負荷（冷房
負荷）が少ない時、および／またはブライン／水熱交換
器１６での熱交換率が多くて、このブライン／水熱交換
器１６から流れ出た冷水が十分に冷却されているとき
は、蓄熱器３をバイパスして三方弁２０を介して冷水ポ
ンプ１９に導かれる。

【００３０】逆の場合は、蓄熱器３、三方弁２０を介し
て冷水ポンプ１９に導かれる。この時、蓄熱器３の蓄熱
量（氷量）が十分蓄えられている。

【００３１】次に、図２を参照して、本発明の空気調和
装置の動作を説明する。

【００３２】まず、全日モードについて説明する。

【００３３】制御装置２２で、水位センサ１５からの信
号から残氷があるかどうかを判断する（ステップＳ
１）。残氷がある場合には、制御装置２２の演算部２７
が、次式（１）で示すように、目標製氷量Ｇを残氷補正
を考慮して演算する。

【００３４】

【数１】 この目標製氷量Ｇの演算式におけるｆ（ｔ）は、例えば
前３日間の昼間の外気温度から演算して求めた値（平均
外気温）であり、ｇは残氷量である。そして、係数α
は、好ましくは０．４〜０．８であり、特に好ましくは
０．５である。係数αが０．４より小さいと、春先、
秋、あるいは初冬においても製氷量が少なすぎることが
あるとともに、係数αが０．８より大きいと、春先、
秋、あるいは初冬においては製氷量が多すぎるからであ
る。

【００３５】係数が０．５の場合には、目標製氷量Ｇが
全日モードに比べて５０％ダウンする（ステップＳ
２）。

【００３６】そして、製氷運転に移って製氷用熱交換器
１０の作用で水９を氷２６にする（ステップＳ３）。氷
厚センサ１２がオフの時（ステップ４Ａ）には、目標製
氷量Ｇまで製氷する（ステップＳ７）。また、氷厚セン
サ１２がオン（ステップ４Ａ）すると（ステップＳ
４）、製氷運転をストップし（ステップＳ８）、通常の
冷房運転を開始する（ステップＳ９）。

【００３７】そして、蓄熱器３内の氷２６を使い切るよ
うに運転をする（ステップＳ１０）。

【００３８】もし、蓄熱器３内の水温が例えば７°Ｃを
下回る時には空調運転を続け、蓄熱器３内の水温が例え
ば７°Ｃ以上になった時には、空調運転中にチラー追掛
け運転を行う。

【００３９】次に、残氷がない場合について説明する。

【００４０】ステップＳ１において、制御装置２２の演
算部２７は、残氷量が零（ステップＳ４）であるので、
上述した式において目標製氷量Ｇの演算式に係数αを掛
けない。つまり、目標製氷量Ｇの演算式に補正をかけな
い。そして、基準水位を測定して、目標製氷量Ｇまで製
氷する（ステップＳ７）。目標製氷量Ｇまで製氷した
ら、上述した要領でステップＳ８ないしステップＳ１２
を行う。

【００４１】このように、極端な負荷の減少がなけれ
ば、残氷が発生した翌日は残氷がなくなり、残氷が何日
か連続することで発生する異常（氷厚異常）は出なくな
る。

【００４２】ところで、本発明は、特許請求の範囲を逸
脱しない範囲で種々の変形ができる。

【００４３】例えば、目標製氷量Ｇの演算式におけるｆ
（ｔ）は、前３日間の昼間の外気温度から演算して求め
た値（平均外気温）である場合に限らず、前２日間、あ
るいは前４日間以上の昼間の外気温度から演算して求め
た値（平均外気温）であっても構わない。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、冷
凍機と、この冷凍機で得られた熱を蓄える蓄熱器と、こ
の蓄熱器の熱を用いて室内を調温する空調機から構成さ
れている空気調和装置において、この装置を運転する所
定日の前日に前記蓄熱器に残氷が検出された場合、この
所定日の前数日間における昼間の平均外気温ｔから算出
される製氷量ｆ（ｔ）から前記前日の残氷量ｇを差し引
いた値に、０．４〜０．８である係数αを掛けて前記蓄
熱器の目標製氷量Ｇを設定する制御装置を備え、且つ前
記蓄熱器の水温が所定値以上になった場合は前記冷凍機
を追掛け運転させるようにしたので、蓄熱器での残氷の
発生を防止し、万一、蓄熱量が不足した（蓄熱器の水温
が所定値以上になった）場合は冷凍機を追掛け運転させ
ることにより、蓄熱量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和装置の好ましい回路例を示す
図。

【図２】図１の回路における一連の動作を示すフロー
図。

【図３】従来の空気調和装置の回路における一連の動作
を示すフロー図。

【符号の説明】

２ 冷凍機 ３ 蓄熱器 ４ 空調機 ２２ 制御装置 α 係数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷凍機と、この冷凍機で得られた熱を蓄え
   る蓄熱器と、この蓄熱器の熱を用いて室内を調温する空
   調機から構成されている空気調和装置において、この装
   置を運転する所定日の前日に前記蓄熱器に残氷が検出さ
   れた場合、この所定日の前数日間における昼間の平均外
   気温ｔから算出される製氷量ｆ（ｔ）から前記前日の残
   氷量ｇを差し引いた値に、０．４〜０．８である係数α
   を掛けて前記蓄熱器の目標製氷量Ｇを設定する制御装置
   を備え、且つ前記蓄熱器の水温が所定値以上になった場
   合は前記冷凍機を追掛け運転させることを特徴とする空
   気調和装置。