JP2005282993A - 氷蓄熱式空気調和装置および氷蓄熱式空気調和装置の蓄熱制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高価な水位センサ等を使用することなく、蓄熱槽内の製氷量を適切な量に保つことができる氷蓄熱式空気調和装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 水が収容された蓄熱槽１５を有し、夜間電力を用いて水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、蓄熱槽１５の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置１において、昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、夜間電力で氷をつくり、冷房に利用する氷蓄熱式空気調和装置に関するものである。

夜間に深夜電力を利用して氷をつくり、昼間に氷の冷熱を使用して冷房を行うことにより、電力需要負荷の平準化と電力料金の低減を図るシステムとして、氷蓄熱式空気調和装置が知られている。
このような氷蓄熱式空気調和装置として、例えば、特開平１１−２２３３６０号公報（特許文献１）に示されるものがある。
上記特許文献１には、蓄熱槽に蓄熱するだけでなく、建築物躯体にも蓄熱を行い、これら氷蓄熱と躯体蓄熱とを昼間の冷房に効率よく活用する技術が開示されている。この特許文献１の方法によれば、真夏などの冷房負荷が非常に高くなる時期においても、昼間の使用電力の平準化を図ることが可能となる。
特開平１１−２２３３６０号公報（段落番号「００３９」〜「００４１」及び図２）

上記特許文献１に記載されているような氷蓄熱式空気調和装置では、通常、深夜電力を用いて行われる蓄熱運転は、以下のように実施されている。
例えば、深夜料金が適用される時間帯になると、冷房蓄熱運転を開始する。そして、蓄熱槽の製氷量が除々に増加することにより、蓄熱槽の水面が上昇すると、蓄熱槽の上方に設置されているフロートスイッチがオン状態となり、この信号が制御ユニットへ伝えられることにより、冷房蓄熱運転を終了する。
従来、このような冷房蓄熱運転は、年間を通して同様に実施されていたため、蓄熱槽には、常に、氷が一定量確保されている状態となる。真夏などのように、昼間の冷房負荷が大きい時期においては、昼間の氷の消費量が大きいため、上述しているような冷房蓄熱運転を行っても特に問題はないが、昼間の冷房負荷が小さい春や秋などにおいては、蓄熱槽の氷を少量しか消費しないため、蓄熱槽の底の方には、氷が長い期間に渡って滞積することとなり、効率よく蓄熱槽の氷を使用することができないという問題があった。

また、蓄熱槽の残氷量が多い状態で、冷房蓄熱運転を繰り返すと、氷が製氷コイルに偏って生成されるため、部分的に氷のブリッジングが発生する。これにより、製氷コイルに異常な圧力がかかり、配管が劣化するという問題があった。
更に、冷房から暖房に切り替わる時期では、蓄熱槽に氷がたくさん残った状況で温水蓄熱を行うこととなるため、最初の温水蓄熱運転は非常に効率が悪いという問題があった。
また、このような問題に対処するために、残氷量を検知することが可能な水位センサを利用することも考えられるが、水位センサは非常に高価であり、製品コスト等を勘案すると現実的ではないという問題があった。
上記特許文献１には、夜間に行う冷房蓄熱運転制御に関しては、季節・時期に応じて圧縮機の運転制御を変えるとよい旨、記載されているが、具体的な制御方法については一切開示されておらず、上述したような問題を解決する手段については記載されていない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、高価な水位センサ等を使用することなく、蓄熱槽内の製氷量を適切な量に保ち、効率よく冷房蓄熱運転を実施することができる氷蓄熱式空気調和装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、水が収容された蓄熱槽を有し、夜間電力を用いて前記水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、前記蓄熱槽の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置において、昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定することを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置を提供する。

本発明によれば、昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定するので、過度な製氷を防止することが可能となる。例えば、昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算し、換算した蓄熱時間に応じて、夜間に冷房蓄熱運転を行うとよい。

また、上記記載の氷蓄熱式空気調和装置は、前記昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算し、換算した該蓄熱時間に１未満の所定の係数を乗じて得た蓄熱時間に基づいて、前記冷房蓄熱運転を行うことが好ましい。

本発明によれば、消費蓄熱量を蓄熱時間に換算した時間をそのまま蓄熱時間とするのではなく、該蓄熱時間に１未満の所定の係数を乗ずることにより、蓄熱時間を短めに設定する。このように、消費した製氷量よりも少なめに製氷を行うことにより、無駄な製氷を防止することができる。特に、春や秋などの冷房があまり行われない時期には、蓄熱槽の氷の量を少なめに保つことができるので効果的である。

また、上記記載の氷蓄熱式空気調和装置は、前記冷房蓄熱運転の開始時において、前記蓄熱槽の温度に基づいて、前記蓄熱槽内の残氷量を推定し、推定した前記残氷量に基づいて、前記冷房蓄熱運転を行うか否かを判断するとともに、前記冷房蓄熱運転を行う場合には、所定の製氷量まで冷房蓄熱運転を実施する通常製氷モード、または、前記昼間の消費蓄熱量に応じた冷房蓄熱運転を実施する過製氷防止モードを選択し、選択したモードに基づいて、前記冷房蓄熱運転を行うことが好ましい。

本発明によれば、蓄熱槽の温度に基づいて蓄熱槽内の残氷量を推定し、推定した残氷量に応じて製氷モードを選択するので、その時点における残氷量に応じた最適な製氷モードにより冷房蓄熱運転を実施することが可能となる。
例えば、蓄熱槽内の残氷量が多い場合には、冷房蓄熱運転の実施を行わないことにより、無駄な製氷を防止することができる。また、残氷量が極めて少ない、又は残氷がない場合には、製氷を必ず行わなければならないため、通常製氷モードを選択する。これにより、昼間の消費蓄熱量に拘わらず、製氷量が一定の量に達するまで冷房蓄熱運転を実施し、翌日以降の冷房運転に備えることが可能となる。また、蓄熱槽の残氷量が十分ではないけれども、通常製氷モードを行うまでには至らない場合には、過製氷防止モードを選択し、昼間の消費蓄熱量に応じた製氷を行うことにより、過度な製氷を防止することができる。

上記残氷量の推定、ならびにモードの選択は、例えば、以下のように行うことが可能である。
例えば、蓄熱槽の温度が、製氷を行わない運転終了判定温度未満であった場合には、製氷量が多いと判断して、製氷を行わずに冷房蓄熱運転を終了する。一方、蓄熱槽の温度が、通常製氷モードに対応する通常製氷判定温度以上であった場合には、製氷量が極めて少ないと判断して、通常製氷モードを選択する。そして、蓄熱槽の温度が、上記運転終了判定温度以上、且つ、通常製氷判定温度未満であった場合には、過製氷防止モードを選択し、製氷を抑制する。

また、上記記載の氷蓄熱式空気調和装置において、前記消費蓄熱量から蓄熱時間への換算は、最大冷房運転を実施した場合に、消費する最大消費蓄熱量に対する実際の昼間の消費蓄熱量の割合を算出し、前記最大消費蓄熱量を補うために必要となる冷房蓄熱運転時の蓄熱時間に、前記割合を乗じることにより行うことが好ましい。

本発明によれば、最大冷房運転を実施した場合に消費する最大消費蓄熱量に対する昼間の消費蓄熱量の割合を算出し、該最大消費蓄熱量を補うために必要となる冷房蓄熱運転時の最大蓄熱時間に、該割合を乗じて蓄熱時間を算出するので、非常に簡単な演算処理により蓄熱時間を算出することが可能となる。

また、上記記載の氷蓄熱式空気調和装置は、昼間の運転モード毎に、個別蓄熱時間を算出し、これらの個別蓄熱時間を積算することにより、前記蓄熱時間を算出することが好ましい。

例えば、昼間の冷房運転には、昼間の電力を全体的に低減させるピークシフト運転モードや、電力消費量が特に多い時間帯における消費電力を大幅に低減させるピークカット運転モード等のように、複数の運転モードが存在する。また、各運転モードによって消費される単位時間当たりの蓄熱量が異なる。従って、各運転モード毎に、それぞれ消費蓄熱量を求め、最後にそれらを積算することにより、簡単な演算処理によって夜間の蓄熱時間を演算することが可能となる。
また、消費蓄熱量は、例えば、各運転モードにおける圧縮機の運転周波数に基づいて算出することが可能である。

また、本発明は、水が収容された蓄熱槽を有し、夜間電力を用いて前記水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、前記蓄熱槽の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置の蓄熱制御方法において、昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定することを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置の蓄熱制御方法を提供する。

本発明によれば、昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定するので、過度な製氷を防止することが可能となる。例えば、昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算し、換算した蓄熱時間に応じて、夜間に冷房蓄熱運転を行うとよい。
これにより、高価な水位センサ等を用いることなく、蓄熱槽の製氷量を適切な量に保つことができる。

本発明の氷蓄熱式空気調和装置によれば、高価な水位センサ等を用いることなく、蓄熱槽の製氷量を適切な量に保つことができる。

以下に、本発明にかかる氷蓄熱式空気調和装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置の構成図である。
図１に示されるように、本実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置１は、室内用熱交換器２と、室外用熱交換器３と、液体の冷媒が流動する液管４と、気体の冷媒が流動するガス管５と、圧縮機６と、アキュムレータ１０と、水が収容された蓄熱槽１５とを備えている。上記室内用熱交換器２と室外用熱交換器３とは、液管４及びガス管５により接続されている。圧縮機６の吐出管７は、ガス管５の途中に介装された四方弁８に接続されており、圧縮機６の吸入管９は、アキュムレータ１０を介して四方弁８に接続されている。四方弁８がオフである場合、圧縮機６、室外用熱交換器３、室内用熱交換器２およびアキュムレータ１０が順次連結され、四方弁８がオンである場合、圧縮機６、室内用熱交換器２、室外用熱交換器３、およびアキュムレータ１０が順次連結されるようになっている。
上記蓄熱槽１５内には水に浸漬された伝熱管１６が収容されており、伝熱管１６の一端は配管１６ａを介してガス管５に連結され、他端は配管１６ｂを介して室外用熱交換器３と四方弁８との間に連結されている。さらに、配管１６ａと液管４とを連通させる配管１８、ならびに、配管１６ｂと液管４とを連通させる配管１９が設けられている。配管１９は液管４側で配管１９ａと配管１９ｂとに分岐している。また、図において、ＳＶ１〜ＳＶ８はストップバルブであり、２１〜２３は膨張弁、２５ａ〜２５ｈは絞りであり、３２ａ〜３２ｉは逆止弁である。

また、上記蓄熱槽１５内には、温度センサ３９、下方フロートスイッチ４１、および上方フロートスイッチ４２が設置されている。
温度センサ４９は、蓄熱槽１５内の水温を検出し、検出結果を蓄熱槽１５外部に配置されている制御ユニット４０へ通知する。
下方フロートスイッチ４１は、蓄熱槽１５内に十分な水が収容されているかを検知するスイッチであり、水位が所定位置まで達している場合には、オン信号を制御ユニット４０へ通知する。
上方フロートスイッチ４２は、蓄熱槽１５内の残氷量が一定量以上確保されているかを検知するスイッチであり、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されている場合には、オン信号を制御ユニット４０へ通知する。
制御ユニット４０は、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random
Access Memory）等から構成されており、例えば、ＲＯＭには、各種運転制御プログラム等が格納されている。これにより、氷蓄熱式空気調和装置１の運転を実施する場合には、ＣＰＵはＲＯＭに格納された運転制御プログラムをＲＡＭに展開し、展開したプログラム実行手順に基づき氷蓄熱式空気調和装置１を構成する各部を制御することにより、各運転モードによる冷房運転、冷房蓄熱運転を実施させることができる。なお、各種運転モードの詳細については、後述する。

上述したような構成からなる氷蓄熱式空気調和装置１は、夜間の電力（深夜電力）を用いて蓄熱槽１５内の水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、昼間はその氷を用いて冷房運転を行う。
図２に、本実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置１の電力消費量の一例を示す。図２において、破線で示した使用電力に対し、空調機運転時の電力を全体的に低減させるピークシフト運転と、特に電力消費量の多い時間帯における消費電力を大幅に低減させるピークカット運転が行われる。
図３にピークシフト運転時、図４にピークカット運転時の各ストップバルブの開閉状態と冷媒の流れを示す。図において、太線は配管内に冷媒が流動していることを示している。
ピークシフト運転時には、図３に示すように圧縮機６で圧縮されて高温・高圧のガスとなった冷媒は、四方弁８から室外用熱交換器３に送られ、室外に放熱し液冷媒となった後、液管４に送られ、配管１９ｂ、１６ｂを経て伝熱管１６に流入し、蓄熱槽１５内の氷によって冷却される。さらに膨張弁２１等によって絞られ、室内用熱交換器２に送られる。室内用熱交換器２で吸熱してガスになった冷媒は、ガス管５、四方弁８を通過して、アキュムレータ１０に流入し、その後、圧縮機６に送られる。

ピークカット運転時は、図４に示すように、圧縮機６で圧縮されて高温・高圧のガスとなった冷媒は、四方弁８から配管１６ｂを経て伝熱管１６に流入し、蓄熱槽１５内の氷により凝縮し、液冷媒となる。さらに膨張弁２１等によって絞られ、室内用熱交換器２に送られる。室内用熱交換器２で吸熱してガスになった冷媒は、ガス管５、四方弁８を通過して、アキュムレータ１０に流入し、その後、圧縮機６に送られる。

冷房蓄熱運転時には、図５に示すように、圧縮機６で圧縮されて高温・高圧のガスとなった冷媒は、四方弁８から室外用熱交換器３に送られる。室外用熱交換器３で放熱して液体となった冷媒は、液管４に送られ、膨張弁２２によって絞られ、配管１９ａ、配管１６ｂを経て伝熱管１６に流入し、水から吸熱し蒸発する。この時、蓄熱槽１５内の水を冷却して製氷する。蓄熱槽１５にて吸熱してガスになった冷媒は、ガス管５、四方弁８を通過して、アキュムレータ１０に流入し、その後、圧縮機６に送られる。

以上は夏期の冷房運転についてのものであるが、冬期は、夜間電力を使用して蓄熱槽１５内の水を加熱して温水にしておき、日中にその温水を利用して暖房を行うが、本発明には直接関わりがないため、説明を省略する。

次に、上述した氷蓄熱式空気調和装置１の冷房蓄熱運転時の制御方法について、図１および図６を参照しながら詳述する。また、以下の処理は、図１に示した制御ユニット４０により実現されるものである。
まず、冷房蓄熱運転は、電力料金が安くなる時間帯において実施される。具体的には、深夜料金になる時刻（例えば、２２時）がセットされている蓄熱タイマを内部に備えており、この蓄熱タイマからの運転開始信号を受信した場合に、冷房蓄熱運転に係る制御を開始する。
まず、蓄熱槽１５内の下方フロートスイッチ４１がオフか否か、つまり、蓄熱槽１５内に十分な水が収容されているかを判断する（ステップＳＡ１）。この結果、下方フロートスイッチ４１がオフである場合には、水位が十分でないと判断し（ステップＳＡ１において「YES」）、給水制御を実施する（ステップＳＡ２）。

続いて、下方フロートスイッチ４１がオンである場合（ステップＳＡ１において「NO」）、または、給水制御を実施することにより、十分な水位が得られた場合には（ステップＳＡ２）、続いて、蓄熱槽１５の上方フロートスイッチ４２がオンか否か、つまり、蓄熱槽１５内に氷が十分確保されているかを判断する（ステップＳＡ３）。
この結果、残氷量が十分であった場合には（ステップＡＳ３において「YES」）、当該制御を終了する。一方、上方フロートスイッチ４２がオフである場合には（ステップＳＡ３において「NO」）、蓄熱槽１５の水温が運転終了判定温度（例えば、−２℃）未満か否かを判断する（ステップＳＡ４）。この結果、水温が−２℃未満であった場合には、蓄熱槽１５内の残氷量は十分であると推定できるので、製氷を行わずに当該制御を終了する。
ここで、本実施形態では、上方フロートスイッチ４２及び蓄熱槽１５の水温により、残氷量が十分であるかを判定している。このように、二重の判断基準を設定しておくことにより、いずれか一方のセンサが正常に動作しなかった場合でも、過度の製氷を防止することが可能となる。

次に、上述のステップＳＡ４において、水温が−２℃以上であった場合には、蓄熱槽１５の水温が通常製氷判定温度（例えば、１５℃）未満か否かを判断する（ステップＳＡ５）。この結果、水温が１５℃以上であった場合には（ステップＳＡ５において「NO」）、蓄熱槽１５内の残氷量が極めて少ない、あるいは、残氷がないと推定できるので、製氷を十分に行うモードである通常製氷モードを実施した後（ステップＳＡ６）、当該制御を終了する。
一方、水温が１５℃未満であった場合には（ステップＳＡ５において「YES」）、蓄熱槽１５内に残氷があると推定できるので、昼間の消費蓄熱量に応じた冷房蓄熱運転を行う過製氷防止モードを実施した後（ステップＳＡ７）、当該制御を終了する。

次に、上述した冷房蓄熱運転の運転モードについて詳しく説明する。
〔通常製氷モード〕
まず、上記通常製氷モードでは、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されるまで冷房蓄熱運転が実施される。具体的には、蓄熱槽１５の水温が−２℃未満になるまで、または、上方フロートスイッチ４２がオンになるまで、運転が実施される。また、例外として、夜間電力の時間帯が過ぎてしまった場合には、残氷量が不足している状態であっても、運転を終了する。
このように、通常製氷モードでは、昼間の消費蓄熱量に拘わらず、製氷量が十分確保されるまで冷房蓄熱運転を実施するため、残氷量がなく十分に氷をつくる必要がある場合に効果的なモードである。

〔過製氷防止モード〕
次に、本発明の特徴である過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転について、図７を参照して詳述する。
まず、前提として、過製氷防止モードは、初回の冷房蓄熱運転、および、冷房蓄熱運転の試運転では行われない。初回の冷房蓄熱運転では、昼間に冷房運転が行われていないため、後述の処理で算出される消費蓄熱量がゼロとなり、冷房蓄熱運転を実施することができなくなるからである。また、試運転は、例えば、技術者が製氷の状態を確認するために実施させるものであるので、製氷を十分に行わせる必要があるからである。したがって、初回の冷房蓄熱運転、および、試運転の場合以外において、当該過製氷防止モードが実施されることとなる。

過製氷防止モードでは、まず、蓄熱実施時間T´の算出を行う（ステップＳＢ１）。この蓄熱実施時間は、昼間の消費蓄熱量に基づいて決定される。以下、この算出手順について、図８を参照して説明する。
まず、昼間に実施される冷房運転の運転モード毎に、それぞれ個別消費蓄熱量Qs、Qc（「s」は、ピークシフト運転を示す。「c」は、ピークカット運転を示す。以下同じ。）を求める（ステップＳＣ１）。運転モード毎に消費蓄熱量を算出するのは、各運転モードにより単位時間あたりの消費蓄熱量が異なるためである。なお、本実施形態において、この個別消費蓄熱量は、絶対値として求められるのではなく、最大運転を行った場合に消費される最大消費蓄熱量に対する相対値として求められる。
次に、上記個別消費蓄熱量を蓄熱するために必要となる冷房蓄熱運転の運転時間（以下「個別蓄熱時間Ts、Tc」という。）を演算する（ステップＳＣ２）。
そして、各運転モード毎に算出された上記個別蓄熱時間Ts、Tcを積算することにより、昼間に消費された全消費蓄熱量を蓄熱するために必要となる蓄熱時間Tを求める（ステップＳＣ３）。
更に、この蓄熱時間Tに１未満の所定の係数を乗じることにより、実際に運転を行う運転時間（以下「蓄熱実施時間T´」という。）を算出する（ステップＳＣ４）。

次に、数式を用いながら上記算出手順をより具体的に説明する。なお、以下の算出手順は、各運転モードにおいて共通であるため、ここでは、ピークシフト運転モードを例に挙げて説明する。
〔ステップＳＣ１〕
個別消費蓄熱量の算出処理について
まず、圧縮機６の運転周波数Fsと、当該ピークシフト運転モードにより最大運転を行った場合の最大運転周波数Fsmaxとに基づいて、最大運転を行った場合に消費される最大消費蓄熱量Qsmaxに対する消費蓄熱量Qsの平均相対値Ssを求める。
具体的には、制御ユニット４０は、昼間の冷房運転時において、６分おきに圧縮機６の運転周波数Fsをサンプリングしている。そして、この６分おきに取得した運転周波数Fsを最大運転周波数Fsmaxで除算し、最大運転周波数Fsmaxに対する運転周波数Fsの相対値Hsを算出する。計算式は以下の通りである。
Hs＝Fs／Fsmax （１）
そして、ピークシフト運転モードで冷房運転を行った期間（以下「維持期間As」という。）における上記相対値Hsを全て算出し、算出した相対値Hsの平均（以下「平均相対値Ss」という。）を求める。
ここで、上述してきた圧縮機６の運転周波数Fsは、消費蓄熱量Qsに比例する。したがって、ここで求めた平均相対値Ssは、そのまま消費蓄熱量Qsの平均相対値として扱うことができる。つまり、平均相対値Ssは、維持時間Asにおいて、最大運転周波数Fmaxで運転を行った場合に消費される最大消費蓄熱量Qsmaxに対する、実際の運転により消費した消費蓄熱量Qsの比を表す値となる。

〔ステップＳＣ２〕
個別蓄熱時間の算出処理について
上記ステップＳＣ１において、平均相対値Ssが得られたので、最大消費蓄熱量Qsmaxを蓄熱するのに要する時間（以下「最大蓄熱時間Tsmax」という。）が求められれば、その最大蓄熱時間Tsmaxに上記平均相対値Ssを乗ずることにより、実際に消費した蓄熱量Qsを蓄熱するのに要する時間、つまり、個別蓄熱時間Tsを求めることができる。
上記最大消費蓄熱量Qsmaxは、最大運転周波数Fmaxで冷房運転した場合に消費する単位最大消費蓄熱量Qs／hに維持時間Asを乗じることにより求めることができる。
ここで、上記単位最大消費蓄熱量Qs／hは、氷蓄熱式空気調和装置１の機種や定格により定められる定数であり、また、維持時間Asも予め設定されている定数であるため、上記最大消費蓄熱量Qsmaxは、これらの値を乗ずることにより簡単に得ることができる。

次に、蓄熱槽１５に蓄熱可能な最大蓄熱量Qmaxと、その最大蓄熱量Qmaxを冷房蓄熱運転により蓄熱するのに要する最大蓄熱時間Tmaxを得る。
この最大蓄熱量Qmaxと、最大蓄熱時間Tmaxとは、氷蓄熱式空気調和装置１の機種等により決定される定数である。
そして、この最大蓄熱量Qmaxに対する上記最大消費蓄熱量Qsmaxの比から、最大消費蓄熱量Qsmaxを蓄熱するのに要する最大蓄熱時間Tsmaxを求める。最大蓄熱時間Tsmaxは、以下の式で求められる。
Tsmax=（Qsmax／Qmax）×Tmax （２）
そして、この最大蓄熱時間Tsmaxに、上述の平均相対割合Ssを乗ずることにより、個別蓄熱時間Tsを求めることができる。
Ts=Tsmax×Ss （３）
同様の手順により、ピークカット運転モードにおける個別蓄熱時間Tcについても算出する。

〔ステップＳＣ３〕
蓄熱時間の算出処理について
次に、上述の算出処理により求められた個別蓄熱時間Ts、Tcを積算することにより、蓄熱時間Tを求める。
〔ステップＳＣ４〕
蓄熱実施時間の算出処理について
上記蓄熱時間Tに１未満の所定の係数、本実施形態では0.8を乗ずることにより、蓄熱実施時間T´を得る。

次に、上述した蓄熱実施時間の算出処理が行われることにより、蓄熱実施時間T´が求められると、図７に示された過製氷防止モードへ戻り、求められた蓄熱実施時間T´が１時間未満であるかを判断する（ステップＳＢ２）。この結果、１時間未満であった場合には（ステップＳＢ２において「YES」）、昼間の冷房運転においてほとんど氷が使用されなかったと判断して、製氷を行わずに当該処理を終了する。
一方、蓄熱実施時間T´が１時間以上であった場合には（ステップＳＢ２において「NO」）、この蓄熱実施時間T´を運転タイマにセットし、この運転タイマがオフになるまで冷房蓄熱運転を実施する（図７のステップＳＢ３、ＳＢ７）。これにより、昼間の消費蓄熱量に応じた製氷を行うことが可能となる。
この間、夜間電力の時間帯が過ぎた旨の信号を蓄熱タイマから受信した場合（ステップＳＢ４において「YES」）、蓄熱槽１５の水温が−２℃未満になる、或いは、上方フロートスイッチがオンになることにより、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されたと判定した場合（ステップＳＢ５或いはステップＳＢ６において「YES」）には、冷房蓄熱運転を終了する。

次に、図９に本発明に係る氷蓄熱式空気調和装置１において、図６から図８に示した制御により低負荷の冷房運転と冷房蓄熱運転を交互に実施した場合の蓄熱槽１５の水位の推移を示す。また、図１０に、従来の氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転を実施した場合の蓄熱槽の水位の推移を示す。なお、両図において、初回の残氷量は、約５０％に設定した。
これらの図から明らかなように、従来の氷蓄熱式空気調和装置では、蓄熱槽内の残氷量が常に１００％に近い値で確保しているのに対し、本発明に係る氷蓄熱式空気調和装置では、蓄熱槽１５の残氷量が除々に減少していることがわかる。
また、図９の７日目においては、残氷量が極めて少なくなったために通常製氷モードを行い、残氷量を回復させている。このように、本発明の氷蓄熱式空気調和装置１によれば、無駄な製氷を防止することにより、蓄熱槽１５内の残氷量を少なめに保ち、また、残氷量が極めて少ない場合には、通常製氷モードにより残氷量を回復させるため、極めて効果的に冷房蓄熱運転を行うことができる。

以上述べてきたように、本発明の氷蓄熱式空気調和装置１によれば、以下の効果を奏する。
昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定するので、過度な製氷を防止することが可能となる。これにより、高価な水位センサ等を用いることなく、蓄熱槽の製氷量を適切な量に保つことができる。
また、消費蓄熱量から換算した蓄熱時間Tに、更に、１未満の所定の係数を乗ずることにより、蓄熱実施時間T´を短めに設定する。このように、消費した製氷量よりも少なめに製氷を行うことにより、蓄熱槽１５内に必要以上に氷が確保されている状態を回避することができる。特に、春や秋などの冷房があまり行われない時期には、蓄熱槽の氷の量を少なめに保つことができるので効果的である。
また、蓄熱槽１５の温度に基づいて蓄熱槽１５内の残氷量を推定し、推定した残氷量に応じて製氷モードを選択するので、その時点における残氷量に応じた最適な製氷モードにより冷房蓄熱運転を実施することが可能となる。

また、最大で冷房運転を実施した場合に消費する最大消費蓄熱量Qmaxに対する昼間の消費蓄熱量Qの平均相対値Sを算出し、該最大消費蓄熱量Qmaxを補うために必要となる冷房蓄熱運転時の最大蓄熱時間Tmaxに、平均相対値Sを乗じて蓄熱時間Tを算出するので、非常に簡単な演算処理により蓄熱時間Tを算出することが可能となる。
また、上記蓄熱時間T等の算出過程において、昼間の運転モード毎に、個別蓄熱時間Ts、Tcを算出し、これらの個別蓄熱時間Ts、Tcを積算することにより、蓄熱時間Tを算出するので、より簡単な演算処理によって夜間の蓄熱時間を演算することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図８に示した蓄熱実施時間T´の算出手順は一例であり、この手順に限られない。
また、上述の実施形態では、昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算し、この蓄熱時間に基づいて冷房蓄熱運転を行ったが、蓄熱時間に限られず、消費蓄熱量に応じて冷房蓄熱運転時における圧縮機６の運転周波数を変化させたりすることも可能である。つまり、昼間の消費蓄熱量に応じた製氷が夜間に行えればよく、その製氷の手順や手法に関しては、特に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置における冷媒回路図の概略図である。 同氷蓄熱式空気調和装置の消費電力と時間との関係を示す図である。 同氷蓄熱式空気調和装置のピークシフト運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。 同氷蓄熱式空気調和装置のピークカット運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。 同氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転時における冷媒の流れを示す図である。 同氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転時における制御手順を示すフローチャートである。 同氷蓄熱式空気調和装置の過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転時の制御手順を示すフローチャートである。 同氷蓄熱式空気調和装置の蓄熱実施時間算出手順を示すフローチャートである。 同氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転を実施した場合の蓄熱槽の水位の推移を示す図である。 従来の氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転を実施した場合の蓄熱槽の水位の推移を示す図である。

符号の説明

１ 氷蓄熱式空気調和装置
６ 圧縮機
３９ 温度計
４０ 制御ユニット
４１ 下方フロートスイッチ
４２ 上方フロートスイッチ

Claims (6)

1. 水が収容された蓄熱槽を有し、夜間電力を用いて前記水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、前記蓄熱槽の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置において、
   昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定することを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。
2. 前記昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算し、
   換算した該蓄熱時間に１未満の所定の係数を乗じて得た蓄熱時間に基づいて、前記冷房蓄熱運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱式空気調和装置。
3. 前記冷房蓄熱運転の開始時において、前記蓄熱槽の温度に基づいて、前記蓄熱槽内の残氷量を推定し、
   推定した前記残氷量に基づいて、前記冷房蓄熱運転を行うか否かを判断するとともに、前記冷房蓄熱運転を行う場合には、所定の製氷量まで冷房蓄熱運転を実施する通常製氷モード、または、前記昼間の消費蓄熱量に応じた冷房蓄熱運転を実施する過製氷防止モードを選択し、選択したモードに基づいて、前記冷房蓄熱運転を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の氷蓄熱式空気調和装置。
4. 前記消費蓄熱量から蓄熱時間への換算は、
   最大冷房運転を実施した場合に、消費することとなる最大消費蓄熱量に対する実際の昼間の消費蓄熱量の割合を算出し、
   前記最大消費蓄熱量を補うために必要となる冷房蓄熱運転の蓄熱時間に、前記割合を乗じることにより行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の氷蓄熱式空気調和装置。
5. 昼間の運転モード毎に、個別蓄熱時間を算出し、これらの個別蓄熱時間を積算することにより、前記蓄熱時間を算出することを特徴とする請求項４に記載の氷蓄熱式空気調和装置。
6. 水が収容された蓄熱槽を有し、夜間電力を用いて前記水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、前記蓄熱槽の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置の蓄熱制御方法において、
   昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定することを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置の蓄熱制御方法。
   

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