JP2579080B2 - 蓄熱式熱源ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱槽、熱源装置、負
荷装置の順に熱媒を循環させる循環路、負荷装置からの
戻り熱媒を蓄熱槽に対して迂回させる迂回路、蓄熱槽の
熱媒通過量と迂回路の熱媒通過量との比を調整する弁装
置を設けた蓄熱式熱源ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の如き蓄熱式熱源ユニットに
おいては、図３に示すように、ユニット全体の運転制御
を司るユニット制御盤Ｘを設け、このユニット制御盤Ｘ
に、蓄熱槽１の蓄熱残量Ｑを所定の消費計画Ｌに沿って
減少させるように負荷装置３の検出負荷に応じて、蓄熱
槽１の熱媒通過量Ｇ１と迂回路６の熱媒通過量Ｇ２との
比（すなわち、蓄熱槽１からの蓄熱量取り出し状態）を
決定する弁制御部Ｘ１、及び、その弁制御部Ｘ１の決定
流量比と負荷装置３の検出負荷とに基づき、蓄熱槽１か
らの取り出し熱量と熱源装置２の温調出力との和が負荷
装置３の負荷に見合った値となるような熱源装置２の必
要温調出力を演算する出力制御部Ｘ２を設け、また、熱
源装置２には、外部からの電気信号による遠隔指令に従
って熱源装置２の温調出力を調整する外部入力型制御盤
Ｙを装備し、もって、ユニット制御盤Ｘにおける弁制御
部Ｘ１からの電気的遠隔指令ａにより、蓄熱槽１の熱媒
通過量Ｇ１と迂回路６の熱媒通過量Ｇ２との比を弁制御
部Ｘ１の決定流量比とするように、弁装置１０を制御す
るとともに、同様に、ユニット制御盤Ｘにおける出力制
御部Ｘ２から熱源装置２の装備制御盤Ｙに付与する電気
的遠隔指令ｂにより、熱源装置２の温調出力を出力制御
部Ｘ２により演算した必要温調出力とするように、熱源
装置２を制御する構成としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のユ
ニット構成では、ユニット制御盤Ｘからの電気的遠隔指
令ｂをもって熱源装置２の温調出力を調整する遠隔制御
構成を必要とするために、また、設置条件によっては熱
源装置２とユニット制御盤Ｘの設置箇所が大きく隔たる
ために、制御構成についてコストが高く付くとともに設
置施工性も悪い問題があった。

【０００４】本発明の目的は、この種の蓄熱式熱源ユニ
ットにおける制御構成を簡略化する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による蓄熱式熱源
ユニットの特徴構成は、蓄熱槽、熱源装置、負荷装置の
順に熱媒を循環させる循環路、前記負荷装置からの戻り
熱媒を前記蓄熱槽に対して迂回させる迂回路、及び、前
記蓄熱槽の熱媒通過量と前記迂回路の熱媒通過量との比
を調整する弁装置を設けた構成において、前記蓄熱槽に
おける蓄熱残量を所定の消費計画に沿って減少させるよ
うに、前記負荷装置における負荷に応じて前記弁装置を
調整する弁制御手段を設け、その弁制御手段とは独立し
て、前記熱源装置の出口熱媒温度又は入口熱媒温度の検
出に基づき、前記熱源装置の出口熱媒温度が所定目標値
となるように、前記熱源装置の温調出力を調整する出力
制御手段を設けたことにあり、その作用・効果は次の通
りである。

【０００６】

【作用】つまり、上記の特徴構成においては、弁制御手
段による弁装置調整により、蓄熱槽における蓄熱残量が
所定の消費計画に沿って減少するように、負荷装置の負
荷に応じ蓄熱槽の熱媒通過量と迂回路の熱媒通過量との
比が調整され、また、この比調整により、熱源装置への
熱媒給送温度、すなわち、熱源装置の入口熱媒温度が、
蓄熱槽の蓄熱残量を所定消費計画に沿って減少させるこ
とと負荷装置の負荷との関連において変更される。

【０００７】そして、この入口熱媒温度の変更、ない
し、それに伴う熱源装置の出口熱媒温度変化に対し、そ
れら入口熱媒温度又は出口熱媒温度の検出に基づき出力
制御手段が、弁制御手段とは独立（電気的に独立）し
て、熱源装置の出口熱媒温度を所定目標値とするように
熱源装置の温調出力を調整し、この温調出力調整によ
り、蓄熱槽からの取り出し熱量と熱源装置の温調出力と
の和が負荷装置の負荷に見合う状態に調整・維持され
る。

【０００８】

【発明の効果】以上、作用の結果、本発明によれば、弁
制御手段とは電気的に独立して、熱源装置の入口熱媒温
度又は出口熱媒温度の検出に基づき熱源装置を自立出力
制御させる形態となることにより、先述の従来ユニット
に比べ制御構成を簡略化でき、これによって、コストを
低減し得るとともに設置施工性を向上し得るに至った。

【０００９】

【実施例】次に実施例を説明する。

【００１０】図１は空調用の蓄熱式冷熱源ユニットを示
し、潜熱蓄熱材を収容した蓄熱槽１、ヒートポンプ２、
負荷熱交換器３の順に循環ポンプ４によりブラインを循
環させる循環路５を設け、負荷熱交換器３からの戻りブ
ラインを蓄熱槽１に対し迂回させる迂回路６、及び、ヒ
ートポンプ２からの供給ブラインを負荷熱交換器３に対
して迂回させる蓄熱用流路７を設けてある。

【００１１】８は冷房運転時に開き、かつ、蓄冷運転時
に閉じる弁、９は逆に冷房運転時に閉じ、かつ、蓄冷運
転時に開く弁であり、これら弁８，９の開閉により、冷
房運転時には、蓄熱槽１、ヒートポンプ２、負荷熱交換
器３にわたりブラインを循環させて、蓄熱槽１の蓄熱冷
熱及びヒートポンプ２の発生冷熱を負荷熱交換器３に与
え、一方、蓄冷運転時（一般に夜間の所定時間帯）に
は、蓄熱用流路７を用いて負荷熱交換器３を迂回させた
状態でヒートポンプ２と蓄熱槽１とにわたりブラインを
循環させて、ヒートポンプ２の発生冷熱を蓄熱槽１に蓄
熱するようにしてある。

【００１２】また、１０は蓄熱槽１のブライン通過量Ｇ
１と迂回路６のブライン通過量Ｇ２との比を調整する三
方弁であり、冷房運転時において、この三方弁１０の調
整により蓄熱槽１からの冷熱取り出し量を調整するよう
にしてある。

【００１３】１１は冷熱消費装置としての空調機であ
り、負荷熱交換器３と空調機１１とにわたり冷水ポンプ
１２により冷水を循環させる負荷側循環路１３を設け、
冷房運転時において、負荷熱交換器３でブラインと熱交
換させて冷却した冷水を空調機１１に循環供給し、この
供給冷水の保有冷熱により冷房を実施するようにしてあ
る。

【００１４】１４は蓄熱槽１の入口ブライン温度Ｔ１を
検出するセンサ、１５は蓄熱槽１の出口ブライン温度Ｔ
２を検出するセンサ、１６は蓄熱槽１のブライン通過量
Ｇ１を検出するセンサ、１７は蓄熱槽１の通過ブライン
と迂回路６の通過ブラインとの合流後のブライン温度Ｔ
ｍ（すなわち、ヒートポンプ２への給送ブライン温度）
を検出するセンサであり、また、１８は負荷熱交換器３
の冷却負荷情報として負荷熱交換器３の入口冷水温度ｔ
ｉ（すなわち、空調機１１からの戻り冷水温度）を検出
するセンサである。

【００１５】１９は各センサ１４，１５，１６，１７の
検出情報に基づいて三方弁１０を制御する弁制御器であ
り、この弁制御器１９には、冷房運転時において、蓄熱
槽１の入口ブライン温度Ｔ１と出口ブライン温度Ｔ２と
の温度差、及び、蓄熱槽１のブライン通過量Ｇ１に基づ
き、単位時間当たりの蓄熱冷熱消費量ｑを演算するとと
もに、その蓄熱冷熱消費量ｑの積算値Σｑを演算し、そ
して、実験値として設定されている、ないし、計測値と
して保有している蓄冷運転完了時の冷熱蓄熱量Ｑｆから
上記積算値Σｑを減算することにより各時点の蓄熱残量
Ｑ（＝Ｑｆ−Σｑ）を判定する判定部１９ａ、ヒートポ
ンプ２への給送ブライン温度Ｔｍとして予め三種の温度
Ｔｍ１，Ｔｍ２，Ｔｍ３を設定してあることに対し、上
記判定部１９ａによる判定蓄熱残量Ｑと所定の蓄熱残量
消費計画Ｌとの比較結果、及び、負荷熱交換器３の冷却
負荷情報としての負荷熱交換器３の入口冷水温度ｔｉに
応じ、蓄熱残量Ｑを所定消費計画Ｌに沿って減少させる
に適したヒートポンプ２への給送ブライン温度Ｔｍを、
それら三種の温度Ｔｍ１，Ｔｍ２，Ｔｍ３の中から択一
的に選択する温度決定部１９ｂ、並びに、センサ１７に
より検出されるヒートポンプ２への給送ブライン温度Ｔ
ｍが温度決定部１９ｂによる決定温度になるように、三
方弁１０を調整する弁調整部１９ｃ、の夫々を設けてあ
る。

【００１６】尚、蓄熱残量消費計画Ｌとしては、図２に
実線で示すように、冷房運転時間帯が例えば午前８時か
ら午後６時であることに対し、蓄熱残量Ｑを冷房運転時
間帯の開始時から一定の減少率で減少させて、冷房運転
時間帯の終了時に蓄熱残量Ｑをほぼ０とするものや、図
２に破線で示すように、冷房運転時間帯において冷房負
荷ピーク時Ｐにおける蓄熱残量減少率（消費率）を他の
時刻よりも大きくした状態で蓄熱残量Ｑを減少させて、
冷房運転時間帯の終了時に蓄熱残量Ｑをほぼ０とするも
の等、冷房運転計画に応じて適宜決定する。

【００１７】一方、ヒートポンプ２には、ヒートポンプ
２の入口ブライン温度Ｔ３（＝Ｔｍ）を検出するセンサ
２０、ヒートポンプ２の出口ブライン温度Ｔ４を検出す
るセンサ２１、及び、それらセンサ２０，２１の検出情
報に基づき前記の弁制御器１９とは独立してヒートポン
プ２の冷却出力を自動調整する出力制御器２２を付帯装
備してあり、この出力制御器２２は、ヒートポンプ２の
冷却出力を１００％出力、５０％出力、０％出力（ヒー
トポンプ停止）の三段階に調整することにおいて、セン
サ２１により検出される出口ブライン温度Ｔ４が、負荷
熱交換器３への供給目標ブライン温度ＴＯよりも少し低
温（例えばＴＯ−１℃）に設定してある下限ブライン温
度ＴＬにまで低下する毎に冷却出力を一段階低下させる
とともに、その出力低下後も検出出口ブライン温度Ｔ４
が下限ブライン温度ＴＬ以下のままで所定時間経過した
ときには更に冷却出力を一段階低下させ、また、センサ
２０により検出される入口ブライン温度Ｔ３が冷却出力
の一段階低下時における温度から所定温度差ｄＴ上昇す
るごとに冷却出力を一段階増大させる構成としてある。

【００１８】そして、ヒートポンプ２の１００％出力運
転時における入口ブライン温度Ｔ３と出口ブライン温度
Ｔ４との温度差がＨであることに対し、冷却出力増大の
判定基準とする上記の所定温度差ｄＴにはＨ／２を設定
（ｄＴ＝Ｈ／２）してあり、また、前記弁制御器１９の
温度決定部１９ｃに選択させるヒートポンプ２への三種
の給送ブライン温度Ｔｍ１，Ｔｍ２，Ｔｍ３としては、
それらのうち最も低温のものＴｍ１に負荷熱交換器３へ
の供給目標ブライン温度ＴＯを設定（Ｔｍ１＝ＴＯ）
し、他のものＴｍ２，Ｔｍ３には最低温のものＴｍ１か
らＨ／２間隔で異なる温度を設定（Ｔｍ２＝Ｔｍ１＋Ｈ
／２，Ｔｍ３＝Ｔｍ１＋Ｈ）を設定してある。

【００１９】つまり、冷房運転時において、蓄熱槽１の
蓄熱残量Ｑを所定の消費計画Ｌに沿って減少させるよう
に、負荷熱交換器３の負荷に応じ蓄熱槽１のブライン通
過量Ｇ１と迂回路６のブライン通過量Ｇ２との比を調整
するにあたり、ヒートポンプ２への給送ブライン温度Ｔ
ｍを、ヒートポンプ２の入口ブライン温度Ｔ３と出口ブ
ライン温度Ｔ４との検出に基づくヒートポンプ出力制御
に関連させた三種の温度Ｔｍ１，Ｔｍ２，Ｔｍ３から選
択する形態で、弁制御器１９に三方弁１０を制御させる
ことにより、その給送ブライン温度Ｔｍの変更に伴い、
ヒートポンプ２に付帯の出力制御器２２をもってヒート
ポンプ２を自立出力制御させ、そして、この自立出力制
御によりヒートポンプ２の出口ブライン温度Ｔ４を負荷
熱交換器３への供給目標ブライン温度ＴＯ近傍に保っ
て、蓄熱槽１からの蓄熱冷熱の取り出し量とヒートポン
プ２の発生冷熱との和が負荷熱交換器３の負荷（換言す
れば、空調器１１の冷房負荷）に見合う状態を維持する
ようにしてある。

【００２０】尚、各温度諸元の具体的一例としては、次
の各値を挙げることができる。 ＴＯ＝５．０℃ （Ｔｍ１＝５℃） ＴＬ＝４．０℃ Ｈ ＝３．０℃ｄｅｇ （ｄＴ ＝１．５℃ｄｅｇ） （Ｔｍ２＝６．５℃ｄｅｇ） （Ｔｍ３＝８．０℃ｄｅｇ） 負荷熱交換器３における入口冷水温度ｔｉの変化巾 約
７〜１２℃ 空調機１１への供給目標冷水温度 ｔｏ＝７℃

【００２１】そして、上記温度諸元における具体的制御
動作の一例を挙げれば、 （イ）今、冷房負荷が大きくて負荷熱交換器３の入口冷
水温度ｔｉが１２℃と高い場合（ｔｉ−ｔｏ＝５℃ｄｅ
ｇ）、弁制御器１９による三方弁１０制御によりヒート
ポンプ２への給送ブライン温度Ｔｍを、三者Ｔｍ１，Ｔ
ｍ２，Ｔｍ３のうち最も高温のＴｍ３に調整させる（Ｔ
ｍ＝Ｔｍ３＝８℃（＝Ｔ３））。

【００２２】そして、ヒートポンプ２の入口ブライン温
度Ｔ３が８℃と高い（Ｔ３＞ＴＬ＋２ｄＴ）ことに対
し、ヒートポンプ２は１００％出力（Ｔ３−Ｔ４＝Ｈ）
で運転させ、ヒートポンプ２の出口ブライン温度Ｔ４
（すなわち、負荷熱交換器３への供給ブライン温度）を
５℃（＝Ｔｍ３−Ｈ）とする。

【００２３】（ロ）上記の大負荷状態から冷房負荷が減
少して負荷熱交換器３の入口冷水温度ｔｉが例えば１
０．５℃となると（ｔｉ−ｔｏ＝３．５℃ｄｅｇ）、弁
制御器１９による三方弁１０制御によりヒートポンプ２
への給送ブライン温度Ｔｍを、三者Ｔｍ１，Ｔｍ２，Ｔ
ｍ３のうち中間温のＴｍ２に変更させる（Ｔｍ＝Ｔｍ２
＝６．５℃（＝Ｔ３））。

【００２４】この結果、１００％出力（Ｔ３−Ｔ４＝
Ｈ）で運転しているヒートポンプ２の出口ブライン温度
Ｔ４が３．５℃（＝Ｔｍ２−Ｈ）となって下限ブライン
温度ＴＬ（＝４．０℃）よりも低温となることに基づ
き、ヒートポンプ２の出力を５０％出力（Ｔ３−Ｔ４＝
Ｈ／２）に切り換えさせ、これによって、ヒートポンプ
２の出口ブライン温度Ｔ４が５℃（＝Ｔｍ２−Ｈ／２）
になる。

【００２５】（ハ）上記（ロ）の状態から冷房負荷が更
に減少して負荷熱交換器３の入口冷水温度ｔｉが例えば
９℃となると（ｔｉ−ｔｏ＝２．０℃ｄｅｇ）、弁制御
器１９による三方弁１０制御によりヒートポンプ２への
給送ブライン温度Ｔｍを、三者Ｔｍ１，Ｔｍ２，Ｔｍ３
のうち最も低温のＴｍ１に変更させる（Ｔｍ＝Ｔｍ１＝
５℃（＝Ｔ３））。

【００２６】この結果、５０％出力（Ｔ３−Ｔ４＝Ｈ／
２）で運転しているヒートポンプ２の出口ブライン温度
Ｔ４が３．５℃（＝Ｔｍ１−Ｈ／２）となって下限ブラ
イン温度ＴＬ（＝４℃）よりも低温となることに基づ
き、ヒートポンプ２の出力を０％出力（Ｔ３＝Ｔ４、ヒ
ートポンプ停止）に切り換えさせ、これによって、ヒー
トポンプ２の出口ブライン温度Ｔ４が５℃（＝Ｔｍ１）
になり、負荷熱交換器３における負荷を蓄熱槽１からの
取り出し冷熱だけで賄う状態になる。

【００２７】（ニ）そして、逆に、上記（ハ）の状態か
ら冷房負荷が増大して負荷熱交換器３の入口冷水温度ｔ
ｉが１０．５℃となると、弁制御器１９による三方弁１
０制御によりヒートポンプ２への給送ブライン温度Ｔｍ
をＴｍ１からＴｍ２に変更させ、この変更によりヒート
ポンプ２の入口ブライン温度Ｔ３が５℃（＝Ｔｍ１）か
ら６．５℃（＝Ｔｍ２）へ上昇（Ｔｍ２−Ｔｍ１＝ｄ
Ｔ）することに基づき、ヒートポンプ２の出力を５０％
出力（Ｔ３−Ｔ４＝Ｈ／２）に切り換えさせ（すなわ
ち、上記（ロ）の状態に復帰させ）、これによって、ヒ
ートポンプ２の出口ブライン温度Ｔ４が５℃（Ｔｍ２−
Ｈ／２）になる。また、上記（ロ）の状態から冷房負荷
が増大して負荷熱交換器３の入口冷水温度ｔｉが１２℃
となると、弁制御器１９による三方弁１０制御によりヒ
ートポンプ２への給送ブライン温度ＴｍをＴｍ２からＴ
ｍ３に変更させ、この変更によりヒートポンプ２の入口
ブライン温度Ｔ３が６．５℃（＝Ｔｍ２）から８℃（＝
Ｔｍ３）へ上昇（Ｔｍ３−Ｔｍ２＝ｄＴ）することに基
づき、ヒートポンプ２の出力を１００％出力（Ｔ３−Ｔ
４＝Ｈ）に切り換えさせ（すなわち、上記（イ）の状態
に復帰させ）、これによって、ヒートポンプ２の出口ブ
ライン温度Ｔ４は５℃（Ｔｍ３−Ｈ）になる。

【００２８】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【００２９】前述実施例においては、熱源装置としての
ヒートポンプ２に冷熱を発生させ、また、蓄熱槽１に冷
熱を蓄熱して、それら冷熱により冷房を実施する例を示
したが、本発明は、熱源装置２に温熱を発生させ、ま
た、蓄熱槽１に温熱を蓄熱して、それら温熱により暖房
等を実施する場合にも適用できる。

【００３０】熱源装置２はヒートポンプに限定されるも
のではなく、また、熱媒もブラインに限定されるもので
はない。

【００３１】負荷装置３は前述実施例の如き冷房用や暖
房用の熱交換器に限らず、どのような用途のものであっ
てもよい。

【００３２】蓄熱残量Ｑを所定消費計画Ｌに沿って減少
させるための弁制御手段１９による弁装置１０の調整、
すなわち、蓄熱槽１の熱媒通過量Ｇ１と迂回路６の熱媒
通過量Ｇ２との比の調整において、熱源装置２への熱媒
給送温度Ｔｍを複数段に変更する場合、その変更段数は
三段に限定されるものではなく、また、熱源装置２への
熱媒給送温度Ｔｍを無段階に変更する構成を採用しても
よい。

【００３３】熱源装置２の入口熱媒温度Ｔ３又は出口熱
媒温度Ｔ４に基づき、出口熱媒温度Ｔ４が所定目標値Ｔ
Ｏとなるように、熱源装置２の温調出力を調整する出力
制御手段２２の具体的調整制御形態は種々の構成変更が
可能であり、また、弁制御手段１９による熱媒給送温度
Ｔｍの複数段変更に応じ熱源装置２の温調出力を複数段
に調整する構成に代えて、弁制御手段１９による熱媒給
送温度Ｔｍの無段階変更に応じ熱源装置２の温調出力を
無段階に調整する構成を採用してもよい。

【００３４】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ユニット構成図

【図２】蓄熱残量消費計画を示すグラフ

【図３】従来のユニット構成を示す図

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 熱源装置 ３ 負荷装置 ５ 循環路 ６ 迂回路 Ｇ１ 熱媒通過量 Ｇ２ 熱媒通過量 １０ 弁装置 Ｑ 蓄熱残量 Ｌ 消費計画 １９ 弁制御手段 Ｔ４ 出口熱媒温度 Ｔ３ 入口熱媒温度 ＴＯ 所定目標値 ２２ 出力制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽（１）、熱源装置（２）、負荷装
   置（３）の順に熱媒を循環させる循環路（５）、前記負
   荷装置（３）からの戻り熱媒を前記蓄熱槽（１）に対し
   て迂回させる迂回路（６）、及び、前記蓄熱槽（１）の
   熱媒通過量（Ｇ１）と前記迂回路（６）の熱媒通過量
   （Ｇ２）との比を調整する弁装置（１０）を設けた蓄熱
   式熱源ユニットであって、 前記蓄熱槽（１）における蓄熱残量（Ｑ）を所定の消費
   計画（Ｌ）に沿って減少させるように、前記負荷装置
   （３）における負荷に応じて前記弁装置（１０）を調整
   する弁制御手段（１９）を設け、その弁制御手段（１
   ９）とは独立して、前記熱源装置（２）の出口熱媒温度
   （Ｔ４）又は入口熱媒温度（Ｔ３）の検出に基づき、前
   記熱源装置（２）の出口熱媒温度（Ｔ４）が所定目標値
   （ＴＯ）となるように、前記熱源装置（２）の温調出力
   を調整する出力制御手段（２２）を設けた蓄熱式熱源ユ
   ニット。