JP3937704B2 - 氷蓄熱槽の放熱平準化システム - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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