JP3937704B2

JP3937704B2 - 氷蓄熱槽の放熱平準化システム

Info

Publication number: JP3937704B2
Application number: JP2000252486A
Authority: JP
Inventors: 淳大和田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002061895A

Description

【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、氷蓄熱槽を用いた熱交換器と冷却装置とを直列に接続した空調システムにおいて、前記冷却装置に、出口側の冷媒の一部を再び入口側に戻すための戻し回路と、前記熱交換器を経由した冷媒を前記冷却装置を通さずに直接前記熱交換器に送るためのバイパスを設け、前記熱交換器での放熱量が小さいときには、前記熱交換器を経由した冷媒の一部を前記冷却装置を通さずに直接前記熱交換器に送ることで、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つつ、前記冷却装置を通る残りの冷媒の一部を、前記戻し回路により前記冷却装置に戻すことで、前記冷却装置の運転に必要な冷媒の流量を確保し、前記氷蓄熱槽での放熱量が大きいときには、前記熱交換器を経由した冷媒の全量を前記冷却装置を通すことで、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ようにした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の運転の制御により、氷蓄熱槽を用いた熱交換器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の運転の制御により熱交換器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、氷蓄熱槽を用いた熱交換器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。
【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１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】
本願の請求項２に係る発明は、氷蓄熱槽を用いた熱交換器と冷却装置とを直列に接続した空調システムにおいて、氷蓄熱槽を用いた熱交換器を前記冷却装置の上流側と下流側の両方に配し、前記下流側の熱交換器での放熱量が小さいときには、前記上流側の熱交換器で冷却された後、前記冷却装置を経た下流側の熱交換器での冷媒の入口温度が高くなるように前記冷却装置の運転を制御し、前記下流側の熱交換器での放熱量が大きいときには、前記上流側の熱交換器で冷却された後、前記冷却装置を経た下流側の熱交換器での冷媒の入口温度が低くなるように、前記冷却装置の運転を制御することを特徴とするものである。
【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を用いた熱交換器５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熱交換器５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。
この場合、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であるため、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、制御を容易にしている。
さらに、戻りの冷水の一部をバイパス３を通したことで冷却装置２での流量が不足する場合には、冷却装置２部分に設けた戻し回路４によって、冷却装置２の出口側から入口側へ冷水の一部を戻すことで、冷却装置２での流量を確保することができる。
【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５ａ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５ｂ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。
【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

氷蓄熱槽を用いた熱交換器と冷却装置とを直列に接続した空調システムにおいて、前記冷却装置に、出口側の冷媒の一部を再び入口側に戻すための戻し回路と、前記熱交換器を経由した冷媒を前記冷却装置を通さずに直接前記熱交換器に送るためのバイパスを設け、前記熱交換器での放熱量が小さいときには、前記熱交換器を経由した冷媒の一部を前記冷却装置を通さずに直接前記熱交換器に送ることで、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つつ、前記冷却装置を通る残りの冷媒の一部を、前記戻し回路により前記冷却装置に戻すことで、前記冷却装置の運転に必要な冷媒の流量を確保し、前記氷蓄熱槽での放熱量が大きいときには、前記熱交換器を経由した冷媒の全量を前記冷却装置を通すことで、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ようにしたことを特徴とする氷蓄熱槽の放熱平準化システム。
氷蓄熱槽を用いた熱交換器と冷却装置とを直列に接続した空調システムにおいて、氷蓄熱槽を用いた熱交換器を前記冷却装置の上流側と下流側の両方に配し、前記下流側の熱交換器での放熱量が小さいときには、前記上流側の熱交換器で冷却された後、前記冷却装置を経た下流側の熱交換器での冷媒の入口温度が高くなるように前記冷却装置の運転を制御し、前記下流側の熱交換器での放熱量が大きいときには、前記上流側の熱交換器で冷却された後、前記冷却装置を経た下流側の熱交換器での冷媒の入口温度が低くなるように、前記冷却装置の運転を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。