JP3495528B2 - 空調システム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、年間冷房型のパ
ッケージ空調機を複数台備えた空調システム装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】一般事務室向けとして、氷蓄熱機能を付
加したパッケージ空調機が実用化されている。このパッ
ケージ空調機は、電力の夜間割引料金時間帯に蓄熱運転
を行って氷蓄熱槽内に氷を作り、翌日の昼間、氷蓄熱槽
内の氷を解かす放熱運転によって冷房を行うもので、安
価な夜間電力を使用することからランニングコストの低
減が図れる。 【０００３】一方、電算機室や通信機室の場合、室内に
設置される機器からの多量の放熱に対処するため、季節
に関わらず冷房運転を行う年間冷房型のパッケージ空調
機が設置される。この年間冷房型のパッケージ空調機に
も、上記同様、氷蓄熱機能を付加することが望まれる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電算機
室や通信機室に設置される年間冷房型のパッケージ空調
機の場合、昼夜を通した連続運転がなされる。この連続
運転のため、夜間電力を使った蓄熱運転はできない状況
にある。 【０００５】 【０００６】 【０００７】 この発明置は上記の事情を考慮したもの
で、電算機室や通信機室などに設置される機器からの放
熱に対処し且つその冷房負荷に適合したパッケージ空調
機の最適な運転を続けながら、夜間電力による蓄熱運転
を可能とし、その蓄熱を昼間の冷房に利用できてランニ
ングコストの低減が図れる空調システム装置を提供する
ことを目的とする。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【課題を解決するための手段】この発明の空調システム
装置は、所定台数が蓄熱機能を持ち、被空調室内に設置
された複数台のパッケージ空調機と、電力の夜間割引料
金時間帯に、上記蓄熱機能を持つパッケージ空調機を蓄
熱運転させ、蓄熱機能を持たないパッケージ空調機を冷
房運転させる制御手段と、上記夜間割引料金時間帯にお
いて冷房運転中のパッケージ空調機に異常が生じると、
蓄熱運転中のパッケージ空調機を冷房運転に切換える制
御手段と、上記割引料金時間帯を除く時間帯に、上記蓄
熱機能を持つパッケージ空調機を放熱運転させ、蓄熱機
能を持たないパッケージ空調機を冷房運転させる制御手
段と、を備える。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例につい
て図面を参照して説明する。図２は通信機室（または電
算機室）１を上方から概略的に見た図である。この通信
機室１に、通信機や電算機等の各種機器（図示しない）
が分散配置されており、その配置に基づく冷房負荷分布
を考慮しつつ複数台の室内機５が設置される。これら室
内機５から吹出される冷却風により、上記各種機器が冷
却される。 【００１２】室内機５は後述の室外機６と共に年間冷房
型のパッケージ空調機をそれぞれ構成しており、各室外
機６は室外たとえば屋上に設置される。これらパッケー
ジ空調機のうちの所定台数は予備機として用意されてい
る。例えば、通信機室１の冷房負荷に見合うパッケージ
空調機の台数が５台であるとすれば、それに予備機とし
て２台のパッケージ空調機が加えられ、パッケージ空調
機の全台数が７台となる。 【００１３】予備機を加えることにより、いずれかのパ
ッケージ空調機に故障が生じた場合でも、それにかかわ
らず冷房を続けることができる。たとえば、通常は全７
台のパッケージ空調機を７０％の能力で運転し、いずれ
か１台のパッケージ空調機が故障した場合は同じ能力分
を残り６台のパッケージ空調機の運転で賄う制御が可能
である。 【００１４】そして、予備機のパッケージ空調機の全て
または一部に後述の氷蓄熱ユニット７が付加される。こ
の氷蓄熱ユニット７は室外機６の近くに設置される。氷
蓄熱ユニット７が付加されるパッケージ空調機の台数
は、昼間と夜間の冷房負荷の差に応じて決定される。た
とえば、夜間の冷房負荷が昼間の冷房負荷より小さく
て、その差が大きいほど、台数が増やされる。 【００１５】このような、氷蓄熱ユニット７が付加され
たパッケージ空調機の構成を図１に示している。まず、
室内機５は、冷媒配管３０ａ，３０ｂを介して室外機６
と接続されるとともに、膨張弁１４および室内側熱交換
器１５を備える。 【００１６】室外機６は、圧縮機１１、室外側熱交換器
１２、冷媒ポンプ１３、冷媒バイパス用の冷媒配管３
１，３２、および開閉弁４１，４２，４３，４５ｂ，４
６を備える。 【００１７】氷蓄熱ユニット７は、冷媒配管３３，３
４，３５，３６を介して配管３０ａ，３０ｂに接続され
るとともに、膨張弁１６、氷蓄熱槽１７、開閉弁４４，
４５ａを備える。 【００１８】そして、圧縮機１１の吐出口に室外側熱交
換器１２の一端が配管接続され、室外側熱交換器１２の
他端が冷媒ポンプ１３の吸入口に配管接続される。冷媒
ポンプ１３の吐出口に一方の配管３０ｂを介して膨張弁
１４の一端が接続され、膨張弁１４の他端が室内側熱交
換器１５の一端に接続される。室内側熱交換器１５の他
端は他方の配管３０ａを介して圧縮機２１の吸入口に接
続される。 【００１９】この配管接続のうち、冷媒ポンプ１３を除
く、圧縮機１１、室外側熱交換器１２、膨張弁１４、室
内側熱交換器１５の配管接続により、蒸気圧縮式冷却回
路が構成されている。この蒸気圧縮式冷却回路の室外側
熱交換器１２と膨張弁１４との間の配管３０ｂに、冷媒
ポンプ１３を設けた形となっている。 【００２０】また、圧縮機１１と並列に冷媒バイパス用
の配管３１が接続され、その配管３１に開閉弁４１が設
けられる。冷媒ポンプ１３と並列に冷媒バイパス用の配
管３２が接続され、その配管３２に開閉弁４２が設けら
れる。 【００２１】室外側熱交換器１２と冷媒ポンプ１３との
間の配管３０ｂに冷媒取込用の配管３３、開閉弁４３、
および膨張弁１６を介して氷蓄熱槽１７の一端（冷媒流
入口）１７ａが接続され、その氷蓄熱槽１７の他端（冷
媒流出口）１７ｂが冷媒流出用の配管３４を介して室外
側熱交換器１５と圧縮機１１との間の配管３０ａに接続
される。 【００２２】圧縮機１１と室外側熱交換器１２との間の
配管に冷媒取込用の配管３５および開閉弁４５ｂ，４５
ａを介して氷蓄熱槽１７の一端１７ａが接続され、その
氷蓄熱槽１７の他端１７ｂが冷媒流出用の配管３６およ
び開閉弁４６を介して室外側熱交換器１２と冷媒ポンプ
１３との間の配管３０ｂに接続される。 【００２３】２０は氷蓄熱ユニット７を持つパッケージ
空調機の制御部である。制御部２０は、主要な機能手段
として次の［１］〜［４］を有する。 ［１］圧縮機１１を運転して冷媒ポンプ１３を停止し、
かつ配管３２（開閉弁４２）を開いて他の配管３１，３
３，３４，３５，３６（開閉弁４１，４３，４４，４
５，４６）を閉じ、室内機５と室外機６との間の圧縮サ
イクルによる冷房運転を実行する第１制御手段。 【００２４】［２］圧縮機１１を運転して冷媒ポンプ１
３を停止し、かつ配管３３，３４（開閉弁４３，４４）
を開いて他の配管３１，３２，３５，３６（開閉弁４
１，４２，４５，４６）を閉じ、室外機６と氷蓄熱ユニ
ット７との間の圧縮サイクルによる蓄熱運転（氷蓄熱槽
１７内の製氷による）を実行する第２制御手段。 【００２５】［３］圧縮機１１を運転して冷媒ポンプ１
３を停止し、かつ配管３５，３６（開閉弁４５ａ，４５
ｂ，４６）を開いて他の配管３１，３２，３３，３４
（開閉弁４１，４２，４３，４４）を閉じ、室内機５と
室外機６と氷蓄熱ユニット７との間の圧縮サイクルによ
る放熱運転（氷蓄熱槽１７内の解氷による）を実行する
第３制御手段。 【００２６】［４］冷媒ポンプ１３を運転して圧縮機１
１を停止し、かつ配管３５，３６（開閉弁４５ａ，４５
ｂ，，４６）を開いて他の配管３１，３２，３３，３４
（開閉弁４１，４２，４３，４４）を閉じ、室内機５と
室外機６と氷蓄熱ユニット７との間の熱輸送サイクルに
よる放熱運転を実行する第４制御手段。 【００２７】一方、５０はシステム制御部である。この
システム制御部５０に、負荷検出部２１およびタイマ２
２が接続される。負荷検出部２１は、通信機室１内の冷
房負荷を検出する。タイマ２２は、電力の夜間割引料金
時間帯を把握するための時間カウントを行う。 【００２８】さらに、システム制御部５０に、氷蓄熱ユ
ニット７を持つパッケージ空調機の制御部２０がそれぞ
れ接続されるとともに、氷蓄熱ユニット７を持たないパ
ッケージ空調機の制御部（図示しない）がそれぞれ接続
される。 【００２９】システム制御部５０は、次の［５］〜
［７］の機能手段を有する。 ［５］タイマ２２の時間カウントに基づく、電力の夜間
割引料金時間帯において、氷蓄熱ユニット７を持つパッ
ケージ空調機を蓄熱運転させ、氷蓄熱ユニット７を持た
ないパッケージ空調機を冷房運転させる第５制御手段。 【００３０】［６］上記夜間割引料金時間帯において、
冷房運転中のパッケージ空調機に異常が生じると、蓄熱
運転中のパッケージ空調機を冷房運転に切換える第６制
御手段。 【００３１】［７］上記夜間割引料金時間帯を除く時間
帯において、氷蓄熱ユニット７を持つパッケージ空調機
を放熱運転させ、氷蓄熱ユニット７を持たないパッケー
ジ空調機を冷房運転させる第７制御手段。 【００３２】つぎに、上記の構成の作用を説明する。 ［冷房運転］圧縮機１１が運転され、冷媒ポンプ１３は
停止される。そして、配管３２（開閉弁４２）が開か
れ、他の配管３１，３３，３４，３５，３６（開閉弁４
１，４３，４４，４５，４６）は閉じられる。 【００３３】この場合、図１に実線と矢印で示すよう
に、室内側熱交換器（蒸発器）１５を経た低温低圧のガ
ス冷媒が圧縮機１１で高温高圧に圧縮され、その高温高
圧のガス冷媒が室外側熱交換器（凝縮器）１２に導かれ
る。室外側熱交換器１２に導かれたガス冷媒は外気と熱
交換することで冷やされて高圧の液冷媒となる。この液
冷媒は、膨張弁１４へ導かれ、そこで減圧されて低圧の
二相冷媒（液ガス混合冷媒）となる。この二相冷媒は、
室内側熱交換器１５に導かれ、そこで室内空気から熱を
奪って蒸発し、再び圧縮機１１に導かれる。 【００３４】こうして各室内機５から冷却風が吹出さ
れ、通信機室（または電算機室）１内の機器が冷却され
る。 ［蓄熱運転］圧縮機１１が運転され、冷媒ポンプ１３は
停止される。そして、配管３３，３４（開閉弁４３，４
４）が開かれ、他の配管３１，３２，３５，３６（開閉
弁４１，４２，４５，４６）は閉じられる。 【００３５】この場合、図３に実線および矢印で示すよ
うに、蓄熱槽（蒸発器）１７内の熱交換器を経た低温低
圧のガス冷媒が圧縮機１１で高温高圧に圧縮され、その
高温高圧のガス冷媒が室外側熱交換器（凝縮器）１２に
導かれる。室外側熱交換器１２に導かれたガス冷媒は外
気と熱交換することで冷やされて高圧の液冷媒となる。
この液冷媒は、膨張弁１６へ導かれ、そこで減圧されて
低圧の二相冷媒となる。この二相冷媒は、蓄熱槽１７内
の熱交換器に導かれ、そこで水から熱を奪って蒸発し、
再び圧縮機１１に導かれる。 【００３６】蓄熱槽１７内の熱交換器に導かれた冷媒が
水から熱を奪って蒸発することにより、蓄熱槽１７内の
水が氷となる。これにより、冷熱が蓄えられる。冷房運
転と異なるのは、その冷房運転時の蒸発器圧力に比べ
て、蓄熱槽１７内の熱交換器における冷媒圧力が低くな
り、製氷作用が生じる点である。 【００３７】［圧縮機１１による放熱運転］圧縮機１１
が運転され、冷媒ポンプ１３は停止される。そして、配
管３５，３６（開閉弁４５ａ，４５ｂ，４６）が開か
れ、他の配管３１，３２，３３，３４（開閉弁４１，４
２，４３，４４）は閉じられる。 【００３８】この場合、図４に実線および矢印で示すよ
うに、室内側熱交換器（蒸発器）１５を経た低温低圧の
ガス冷媒が圧縮機１１で高温高圧に圧縮され、その高温
高圧のガス冷媒が蓄熱槽（凝縮器）１７に導かれる。蓄
熱槽１７に導かれたガス冷媒は蓄熱槽１７内の氷と熱交
換（解氷）することで液冷媒となる。この液冷媒は、膨
張弁１４へ導かれ、そこで減圧されて低圧の二相冷媒と
なる。この二相冷媒は、室内側熱交換器１５に導かれ、
そこで室内空気から熱を奪って蒸発し、再び圧縮機１１
に導かれる。 【００３９】すなわち、蓄熱槽１７に氷として蓄えられ
ていた冷熱が室内側熱交換器１５を介して室内に放出さ
れる。通常の冷房運転と異なるのは、その冷房運転時の
凝縮器圧力に比べて、蓄熱槽１７内の熱交換器における
冷媒圧力が低くなり、解氷作用が生じる点である。 【００４０】また、通常の冷房運転のように外気で冷媒
を凝縮するのと比べて、氷で凝縮させるために圧縮機１
１での圧縮比を小さくできるので、通常の冷房運転の場
合より圧縮動力を削減することができる。 【００４１】［冷媒ポンプ１３による放熱運転］冷媒ポ
ンプ１３が運転され、圧縮機１１は停止される。そし
て、配管３５，３６（開閉弁４５ａ，４５ｂ，４６）が
開かれ、他の配管３１，３２，３３，３４（開閉弁４
１，４２，４３，４４）は閉じられる。 【００４２】この場合、図５に実線および矢印で示すよ
うに、室内側熱交換器（蒸発器）１５を経た低温低圧の
ガス冷媒が蓄熱槽（凝縮器）１７に導かれる。蓄熱槽１
７に導かれたガス冷媒は蓄熱槽１７内の氷と熱交換（解
氷）することで液冷媒となる。この液冷媒は、冷媒ポン
プ１３に導かれて加圧される。加圧された液冷媒は膨張
弁１４へ導かれ、そこで減圧されて低圧の二相冷媒とな
る。この二相冷媒は、室内側熱交換器１５に導かれ、そ
こで室内空気から熱を奪って蒸発し、再び圧縮機１１に
導かれる。 【００４３】蓄熱槽１７に蓄えられていた冷熱が室内側
熱交換器１５を介して室内に放出されることになる。通
常の冷房運転と異なるのは、その冷房運転時の凝縮器圧
力に比べて、蓄熱槽１７内の熱交換器における冷媒圧力
が低くなり、解氷作用が生じる点である。 【００４４】［システム制御］夜間割引料金時間帯の開
始時刻になると、氷蓄熱ユニット７を持たないパッケー
ジ空調機の冷房運転を続けながら、氷蓄熱ユニット７を
持つパッケージ空調機（夜間の冷房運転に支障のないパ
ッケージ空調機）の蓄熱運転が開始される。 【００４５】この夜間割引料金時間帯において、冷房運
転中のパッケージ空調機の状態がシステム制御部５０に
よって監視されており、冷房運転中のパッケージ空調機
のいずれかに異常（故障など）が生じると、蓄熱運転中
のパッケージ空調機のうち、異常が生じた台数と同じ台
数のものが通常の冷房運転に切換えられる。この切換に
より、冷房負荷に適合したパッケージ空調機の連続運転
が続けられる。 【００４６】異常のあったパッケージ空調機が正常に復
帰したとき、まだ夜間割引料金時間帯であれば、冷房運
転に切換えられていたパッケージ空調機が元の蓄熱運転
に切換えられる。 【００４７】夜間割引料金時間帯の終了時刻になると、
蓄熱運転中の全てのパッケージ空調機の運転が停止され
る。そして、夜間割引料金時間帯を除く昼間の時間帯で
は、氷蓄熱ユニット７を持つパッケージ空調機と、氷蓄
熱ユニット７を持たないパッケージ空調機のうち、氷蓄
熱ユニット７を持つパッケージ空調機の放熱運転（解
氷）が優先的に実行され、その放熱運転で賄えない分の
冷房負荷を処理するべく氷蓄熱ユニット７を持たないパ
ッケージ空調機の冷房運転が実行される。 【００４８】放熱運転としては、冷媒ポンプ１３による
放熱運転の方が効率がよいが、その冷媒ポンプ１３によ
る放熱運転および圧縮機１１による放熱運転のどちらで
もよい。 【００４９】このように、夜間割引料金時間帯におい
て、蓄熱機能を持つパッケージ空調機を蓄熱運転させ、
蓄熱機能を持たないパッケージ空調機は冷房運転させ、
夜間割引料金時間帯を除く時間帯では、蓄熱機能を持つ
パッケージ空調機を放熱運転させ、蓄熱機能を持たない
パッケージ空調機は冷房運転させることにより、通信機
室１に設置される機器からの放熱に対処したパッケージ
空調機の連続運転を続けながら、夜間電力による蓄熱運
転が可能であり、その蓄熱を昼間の冷房に利用できてラ
ンニングコストの低減が図れる。 【００５０】しかも、蓄熱機能を持つパッケージ空調機
の台数を、夜間の冷房負荷が昼間の冷房負荷より小さく
て、その差が大きいほど増やすようにしているので、蓄
熱量を極力増やして利用することができて、ランニング
コストのさらなる低減が図れる。 【００５１】さらに、蓄熱機能を持たない冷房運転中の
パッケージ空調機に異常が生じた場合は、蓄熱運転中の
パッケージ空調機を冷房運転に切換えるようにしている
ので、常に冷房負荷に適合した最適な運転を続けること
ができる。 【００５２】なお、上記実施例では、氷蓄熱を行うよう
にしたが、必ずしもそれに限定されるものではなく、水
蓄熱を行うようにしてもよいことは言うまでもない。そ
の他、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。 【００５３】 【００５４】 【００５５】 【発明の効果】この発明の空調システム装置は、電算機
室や通信機室などに設置される機器からの放熱に対処し
且つその冷房負荷に適合したパッケージ空調機の最適な
運転を続けながら、夜間電力による蓄熱運転を可能と
し、その蓄熱を昼間の冷房に利用できてランニングコス
トの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】 【図１】一実施例の配管および制御回路の構成を示す
図。 【図２】同実施例に関わる通信機室の構成および室内機
の配置を上方から見た図。 【図３】同実施例の蓄熱運転時の冷媒の流れを示す図。 【図４】同実施例の圧縮機による放熱運転時の冷媒の流
れを示す図。 【図５】同実施例の冷媒ポンプによる放熱運転時の冷媒
の流れを示す図。 【図６】同実施例のシステム制御を説明するためのフロ
ーチャート。 【符号の説明】 １…通信機室 ５…室内機 ６…室外機 ７…氷蓄熱ユニット １１…圧縮機 １２…室外側熱交換器 １３…冷媒ポンプ １４…膨張弁 １５…室内側熱交換器 １６…膨張弁 １７…氷蓄熱槽 ２０…制御部 ２１…タイマ ５０…システム制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藁谷 至誠 東京都港区六本木一丁目４番33号 株式 会社エヌ・ティ・ティファシリティーズ 内 (72)発明者 千葉 和夫 東京都港区六本木一丁目４番33号 株式 会社エヌ・ティ・ティファシリティーズ 内 (56)参考文献 特開 平６−147565（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101337（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−174841（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−35693（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14531（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−114421（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/02 102

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 所定台数が蓄熱機能を持ち、被空調室内
   に設置された複数台のパッケージ空調機と、 電力の夜間割引料金時間帯に、前記蓄熱機能を持つパッ
   ケージ空調機を蓄熱運転させ、蓄熱機能を持たないパッ
   ケージ空調機を冷房運転させる制御手段と、 前記夜間割引料金時間帯において冷房運転中のパッケー
   ジ空調機に異常が生じると、蓄熱運転中のパッケージ空
   調機を冷房運転に切換える制御手段と、 前記夜間割引料金時間帯を除く時間帯に、前記蓄熱機能
   を持つパッケージ空調機を放熱運転させ、蓄熱機能を持
   たないパッケージ空調機を冷房運転させる制御手段と、 を具備したことを特徴とする空調システム装置。