JPH1089730A - 氷蓄熱式空調設備の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 どのような負荷状態にあっても氷蓄熱槽に蓄
えられた氷を有効に活用できる氷蓄熱式空調設備の運転
制御方法を提供する。 【解決手段】 氷蓄熱式冷凍機ユニットａを複数台備
え、各氷蓄熱式冷凍機ユニットａの冷水配管８を並列に
空調機ユニットｂに接続してなる氷蓄熱式空調設備を用
意する。蓄熱運転時は各冷凍機１を運転して冷却したブ
ラインにて氷蓄熱槽２内の水を凍結して蓄熱を行う。放
熱運転時は必要に応じて何れかの氷蓄熱槽２内の氷の融
解熱によって冷却したブラインを水熱交換器３に導いて
冷水配管８内の水を冷却するか、或いは冷凍機１を運転
して冷却したブラインを直接水熱交換器３に導いて冷水
配管８内の水を冷却することによって各空調機１０から
冷房能力を取り出すが、その際、冷凍機１の運転よりも
氷蓄熱槽２による放熱運転を優先して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱槽と冷凍機
を対として構成される氷蓄熱式冷凍機ユニットを複数台
具備する氷蓄熱式空調設備に関し、特に空調運転時の氷
蓄熱槽による放熱運転と冷凍機による放熱運転とを効率
的に行うことができる氷蓄熱式空調設備の運転制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】氷蓄熱式空調設備は経済的な夜間電力を
利用する冷房システムとして開発されており、省コス
ト、省エネルギー、省スペースのビル用冷房設備として
利用されている。

【０００３】図２は従来の氷蓄熱式空調設備を示す概略
構成フロー図である。同図に示す氷蓄熱式空調設備は、
冷凍機１と三方調節弁５と水熱交換器３と三方調節弁６
と氷蓄熱槽２とブラインポンプ４とをブライン配管７で
接続し、一方前記水熱交換器３と複数台の空調機１０と
冷水ポンプ９とを前記複数台の空調機１０が並列接続と
なるように冷水配管８で接続して構成されている。

【０００４】なお前記三方調節弁５には前記水熱交換器
３をバイパスするバイパス配管７−２が接続され、また
前記三方調節弁６には前記氷蓄熱槽２をバイパスするバ
イパス配管７−３が接続されている。また１１は氷蓄熱
式冷凍機ユニット制御盤である。

【０００５】なお前記氷蓄熱式空調設備の内、空調機１
０を除く部分全体を氷蓄熱式冷凍機ユニットａとする。
また並列に接続された複数台の空調機１０をまとめて空
調機ユニットｂとする。

【０００６】そして夜間等の蓄熱運転時は、冷凍機１に
よって製造された−５℃のブラインは、三方調節弁５に
よってバイパス配管７−２を流れて水熱交換器３をバイ
パスし、蓄熱槽２に導かれて蓄熱槽２内の水と熱交換が
行われて該水を氷にして蓄熱した後、再び冷凍機１に戻
る。

【０００７】一方昼間等の放熱運転時は、氷蓄熱槽２内
の氷の融解熱を利用してブラインを冷却し、三方調節弁
５の開閉量を調節することでそのブラインを水熱交換器
３に送り込み、該水熱交換器３にて冷水配管８内の水を
例えば７℃まで冷却して空調機１０に使用する。

【０００８】また最大負荷を生じるような夏期の放熱運
転時には、氷蓄熱槽２による放熱運転をするだけでな
く、冷凍機１を追い掛け運転してその不足分を補うよう
に運転していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記氷蓄熱式
空調設備を大きな冷房能力を必要とする大規模建物に利
用する場合や、該氷蓄熱式空調設備に故障時のバックア
ップ機能が要求される場合等には、上記氷蓄熱式冷凍機
ユニットａの部分を複数台用意し、これを１組の空調機
ユニットｂに対して並列に設置する方法が考えられる。

【００１０】このように構成した場合は、最大負荷時に
は全ての氷蓄熱式冷凍機ユニットａを並列運転すること
で全ての氷蓄熱槽２に蓄えられた氷を有効に活用できる
ので、この設備の特徴である経済的な運転が可能であ
る。

【００１１】一方軽負荷時などは、その負荷の量に合わ
せていずれの氷蓄熱式冷凍機ユニットａを運転するかの
運転台数制御を行う必要がある。

【００１２】しかしながら運転台数制御を行うと、複数
台の氷蓄熱式冷凍機ユニットａの中には、氷蓄熱槽２内
に蓄熱した氷を使いきることなくその日の運転を終了し
てしまうユニットが発生してせっかく夜間電力を消費し
て製造した氷を有効に活用できなくなってしまったり、
また他のユニットの氷蓄熱槽２に十分な蓄熱量があるに
もかかわらず蓄熱量の十分でないユニットの冷凍機１の
追い掛け運転が行われて昼間の通常の電力料金で大きな
電力を消費してしまったりする恐れがある。

【００１３】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、どのような負荷状態にあっても氷蓄熱
槽に蓄えられた氷を有効に活用できる氷蓄熱式空調設備
の運転制御方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、冷凍機と調節弁と水熱交換器と氷蓄熱槽と
ブラインポンプとをブライン配管で接続すると共に前記
水熱交換器と冷水ポンプとを冷水配管で接続してなる氷
蓄熱式冷凍機ユニットを複数台備え、該複数台の氷蓄熱
式冷凍機ユニットの各冷水配管をそれぞれ並列に空調機
ユニットに接続してなる氷蓄熱式空調設備を用意し、蓄
熱運転時は氷蓄熱式冷凍機ユニットの冷凍機を運転して
冷却したブラインにて氷蓄熱槽内の水を凍結して蓄熱を
行い、放熱運転時は必要に応じて何れかの氷蓄熱式冷凍
機ユニットの氷蓄熱槽内の氷の融解熱によって冷却した
ブラインを水熱交換器に導いて冷水配管内の水を冷却す
るか、或いは冷凍機を運転して冷却したブラインを直接
水熱交換器に導いて冷水配管内の水を冷却することによ
って前記空調機ユニットから冷房能力を取り出すように
運転する氷蓄熱式空調設備の運転制御方法において、前
記放熱運転時には冷凍機の運転よりも氷蓄熱槽による放
熱運転を優先して行うように氷蓄熱式空調設備の運転を
制御した。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
用いる氷蓄熱式空調設備の概略構成フロー図である。な
お前記図２に示す従来例と同一部分には同一符号を付し
てその詳細な説明は省略する。

【００１６】即ちこの氷蓄熱式空調設備は、図２に示す
ものと同一構成の氷蓄熱式冷凍機ユニットａを複数台備
えるとともに、図２に示すものと同一構成の空調機ユニ
ットｂ（但し空調機１０の台数は多い）を１組備え、複
数台の氷蓄熱式冷凍機ユニットａの各冷水配管８をそれ
ぞれ並列に空調機ユニットｂ側の冷水配管８に接続して
構成されている。

【００１７】またこの氷蓄熱式空調設備には１台の中央
監視装置１２が設けられている。この中央監視装置１２
は、各氷蓄熱式冷凍機ユニットａに設けた氷蓄熱式冷凍
機ユニット制御盤１１に対して各種制御信号を出力する
と共に該各氷蓄熱式冷凍機ユニット制御盤１１から各種
情報を入力する。

【００１８】次にこの氷蓄熱式空調設備の運転制御方法
について説明する。

【００１９】〔蓄熱運転時〕蓄熱運転時は、各々の氷蓄
熱式冷凍機ユニットａの氷蓄熱式冷凍機ユニット制御盤
１１から各々の冷凍機１やブラインポンプ４や三方調節
弁５，６に駆動指令が出力され、これによって各冷凍機
１は−５℃のブラインを製造し、三方調節弁５によって
水熱交換器３をバイパスして氷蓄熱槽２に導かれ、蓄熱
が行われる。

【００２０】〔放熱運転時〕放熱運転時は、中央監視装
置１２は、空調機ユニットｂによる放熱負荷の量に応じ
て、氷蓄熱槽２による放熱運転を行う必要のある氷蓄熱
式冷凍機ユニットａの台数を求め、以下に示す放熱運転
開始優先順位に従って放熱運転する氷蓄熱式冷凍機ユニ
ットａを選択する。放熱負荷の量は１日の内でも時間に
よって変動することは言うまでもない。なお中央監視装
置１２における手動による指示や或いは氷蓄熱槽２の故
障などによって、放熱運転しないことを指示された氷蓄
熱槽２による放熱運転は行わない。つまり放熱運転可能
な氷蓄熱槽２の中から放熱運転開始優先順位を決める。

【００２１】放熱運転に必要な台数と放熱運転可能な
台数が同じ場合は、該放熱運転可能な全ての氷蓄熱槽２
の放熱運転を行う。

【００２２】放熱運転に必要な台数よりも放熱運転可
能な台数の方が多い場合は、予め中央監視装置１２にお
いて計測しておいた各氷蓄熱式冷凍機ユニットａの冷凍
機１の積算運転時間（放熱時と蓄熱時の両方における積
算運転時間を合わせたもの）の短い方の氷蓄熱式冷凍機
ユニットａの氷蓄熱槽２による放熱運転を優先する。こ
れは全ての氷蓄熱式冷凍機ユニットａが均一に運転され
るようにして、設備全体としての寿命を延ばすためであ
る。

【００２３】全ての氷蓄熱槽２の放熱運転が不可能な
場合、若しくは放熱運転に必要な台数よりも放熱運転可
能な台数の方が少ない場合は、放熱運転可能な氷蓄熱槽
２による放熱運転に加えて、必要な台数分の冷凍機１を
運転する。このときいずれの冷凍機１を運転するかは、
予め中央監視装置１２において計測しておいた各冷凍機
１の積算運転時間の短い方の冷凍機１を優先する。

【００２４】ところで放熱運転開始時に、氷蓄熱槽２
から氷蓄熱式冷凍機ユニット制御盤１１への入力信号に
よって、該氷蓄熱槽２が所定量（例えばその日１日分）
の放熱運転を行うのに十分な蓄熱量を有していないと判
断した場合は、その情報は中央監視装置１２に入力さ
れ、その氷蓄熱槽２に放熱運転指令を出力する際の放熱
運転開始優先順位を、該氷蓄熱槽２を有する氷蓄熱式冷
凍機ユニットａの冷凍機１の積算運転時間の長短にかか
わらず、他の放熱運転可能な氷蓄熱槽２に比べて最下位
とする。これによって十分な蓄熱量を有していない蓄熱
槽２の氷を温存し、最大負荷時に他の氷蓄熱槽２による
放熱運転だけでは十分でなくなった際にこの氷蓄熱槽２
の放熱運転を開始し、この氷蓄熱式空調設備全体が冷凍
能力不足に陥ることを予防する。

【００２５】また放熱運転開始時に、中央監視装置１
２が各氷蓄熱式冷凍機ユニット制御盤１１から氷蓄熱量
に関する入力信号を入力することによって全ての氷蓄熱
槽２全体の蓄熱量が所定の蓄熱量（例えばその日一日に
消費するであろう蓄熱量）に対して十分でないと判断し
た場合は、各氷蓄熱槽２による放熱運転時間を所定時間
（例えば最大負荷とならない午前中のみ）に制限し、同
時にそれ以外の時間帯は冷凍機１による放熱運転を優先
して行い、蓄熱槽２の氷を温存する。冷凍機１の運転優
先順位は、前記で述べたと同様に、予め中央監視装置
１２において計測しておいたそれぞれの冷凍機１の積算
運転時間の短い方の冷凍機１を優先する。そして放熱負
荷が更に増加して全ての冷凍機１による冷凍能力では負
荷をまかないきれなくなった場合には、蓄熱槽２による
放熱運転をその放熱運転開始優先順位に従って開始する
ことで、最大負荷時にこの氷蓄熱式空調設備全体が冷凍
能力不足に陥ることを予防する。

【００２６】図３は中央監視装置１２において、放熱運
転すべき氷蓄熱槽２と冷凍機１の増減判断を行う運転制
御方法のフロー図である。但し前記の内容は含まれて
いない。

【００２７】同図に示すように、放熱負荷に対して放熱
運転台数を増加も減少も必要ないと判断した場合は、放
熱運転台数を現在のままとする（ステップ１，２，
５）。

【００２８】放熱負荷に対して放熱運転台数を増加する
必要があると判断した場合は、放熱可能な氷蓄熱槽２が
ある場合は、その氷蓄熱槽２を１台前記放熱運転開始優
先順位に従って選択してこれを運転し、一方放熱可能な
氷蓄熱槽２がない場合は、冷凍機１を１台前記放熱運転
開始優先順位に従って選択してこれを運転する（ステッ
プ１，３，６，７）。

【００２９】放熱負荷に対して放熱運転台数を減少する
必要があると判断した場合は、運転している冷凍機１が
ある場合はその運転を前記放熱運転開始優先順位の低い
方から１台選択してこれを停止し、一方運転している冷
凍機１がない場合は氷蓄熱槽２の運転を前記放熱運転開
始優先順位の低い方から１台選択してこれを停止する
（ステップ１，２，４，８，９）。

【００３０】図４は放熱負荷の増減に対する放熱運転状
態の一例を示す図である。この例では氷蓄熱槽２が２台
の場合を示している。同図に示すように空調による放熱
負荷が低いときは積算運転時間の短い方の１台の氷蓄熱
槽２による放熱運転が行われる。

【００３１】時間と共に放熱負荷が増加して１台の氷蓄
熱槽２の許容範囲を越えた場合は、２台目の氷蓄熱槽２
による放熱運転が開始する。

【００３２】さらに放熱負荷が増加して２台の氷蓄熱槽
２の許容範囲を越えた場合は、放熱運転可能な氷蓄熱槽
２がないので、積算運転時間の短い方の冷凍機１を１台
追い掛け運転する。放熱負荷が減少して行く場合は逆
に、冷凍機１からその運転を停止していく。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、放熱運転時に氷蓄熱槽の氷を最大限に活用して低価
格な夜間電力を有効利用できると共に、冷凍機による追
い掛け運転をできる限り削減でき昼間の電力消費による
運転コストを低減できる。

【００３４】また各氷蓄熱式冷凍機ユニットの状況に応
じて、氷蓄熱槽と冷凍機の運転台数制御を行う際の放熱
運転開始優先順位を変更することで最大負荷時に安定し
た冷房能力を発生させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に用いる氷蓄熱式空調設備
の概略構成フロー図である。

【図２】従来の氷蓄熱式空調設備を示す概略構成フロー
図である。

【図３】本発明による運転制御方法を示すフロー図であ
る。

【図４】放熱負荷の増減に対する放熱運転状態の一例を
示す図である。

【符号の説明】

ａ 氷蓄熱式冷凍機ユニット １ 冷凍機 ２ 氷蓄熱槽 ３ 水熱交換器 ４ ブラインポンプ ５，６ 三方調節弁 ７ ブライン配管 ７−２ バイパス配管 ７−３ バイパス配管 ８ 冷水配管 ９ 冷水ポンプ １０ 空調機 １１ 氷蓄熱式冷凍機ユニット制御盤 １２ 中央監視装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 正和 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機と調節弁と水熱交換器と氷蓄熱槽
   とブラインポンプとをブライン配管で接続すると共に前
   記水熱交換器と冷水ポンプとを冷水配管で接続してなる
   氷蓄熱式冷凍機ユニットを複数台備え、該複数台の氷蓄
   熱式冷凍機ユニットの各冷水配管をそれぞれ並列に空調
   機ユニットに接続してなる氷蓄熱式空調設備を用意し、 蓄熱運転時は氷蓄熱式冷凍機ユニットの冷凍機を運転し
   て冷却したブラインにて氷蓄熱槽内の水を凍結して蓄熱
   を行い、 放熱運転時は必要に応じて何れかの氷蓄熱式冷凍機ユニ
   ットの氷蓄熱槽内の氷の融解熱によって冷却したブライ
   ンを水熱交換器に導いて冷水配管内の水を冷却するか、
   或いは冷凍機を運転して冷却したブラインを直接水熱交
   換器に導いて冷水配管内の水を冷却することによって前
   記空調機ユニットから冷房能力を取り出すように運転す
   る氷蓄熱式空調設備の運転制御方法において、 前記放熱運転時には冷凍機の運転よりも氷蓄熱槽による
   放熱運転を優先して行うことを特徴とする氷蓄熱式空調
   設備の運転制御方法。
2. 【請求項２】 前記放熱運転時にいずれの氷蓄熱槽によ
   る放熱運転も不可能であった場合、或いは１台又は２台
   以上の氷蓄熱槽による放熱運転が可能であってもそれら
   の放熱運転だけでは負荷側の要求に応えきれない場合に
   は、必要な台数の冷凍機を運転することを特徴とする請
   求項１記載の氷蓄熱式空調設備の運転制御方法。
3. 【請求項３】 前記複数台の氷蓄熱式冷凍機ユニットの
   それぞれの冷凍機の積算運転時間を計測しておき、前記
   放熱運転時には積算運転時間の短い氷蓄熱式冷凍機ユニ
   ットの氷蓄熱槽若しくは冷凍機を優先して運転すること
   を特徴とする請求項２記載の氷蓄熱式空調設備の運転制
   御方法。
4. 【請求項４】 放熱運転開始時に、各氷蓄熱槽が所定の
   放熱運転を行うのに十分な蓄熱量を有するか否かを判断
   し、蓄熱量が十分でないと判断された氷蓄熱槽がある場
   合は、該氷蓄熱槽を有する氷蓄熱式冷凍機ユニットの冷
   凍機の積算運転時間の長短にかかわらず、該氷蓄熱槽の
   放熱運転開始優先順位を他の氷蓄熱槽の放熱運転開始優
   先順位に比べて最下位とすることを特徴とする請求項３
   記載の氷蓄熱式空調設備の運転制御方法。
5. 【請求項５】 放熱運転開始時に、全ての氷蓄熱槽全体
   の蓄熱量が所定の蓄熱量に対して十分であるか否かを判
   断し、十分でないと判断された場合は氷蓄熱槽による放
   熱運転時間を制限し、それ以外の時間帯は冷凍機による
   放熱運転を優先して行うと共に冷凍機による放熱運転だ
   けでは負荷側の要求に応えきれない場合には前記氷蓄熱
   槽による放熱運転も合わせて行うことを特徴とする請求
   項１記載の氷蓄熱式空調設備の運転制御方法。