JP3146027B2

JP3146027B2 - 氷蓄熱式熱源装置およびその蓄熱量制御方法

Info

Publication number: JP3146027B2
Application number: JP22421091A
Authority: JP
Inventors: 保夫小野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH0560348A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、氷蓄熱式熱源装置およ
びその蓄熱量制御方法に係り、特に、例えば一年の負荷
の変化に合わせて、最適な蓄熱量を自動的に設定し制御
する氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量制御方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の氷蓄熱式熱源装置の夜間の蓄熱運
転では、春，秋等の比較的負荷の少ない時期にも、真夏
の負荷の多い時期と同様に所定の蓄熱量を確保するよう
制御していた。なお、この種のものとして関連するもの
に、例えば特開平１−２４４２２８号公報が挙げられ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、前
日の蓄熱が残っている状態で蓄熱を行うことによる熱源
機器の効率低下、およびポンプグランド部からの水の漏
れ、蓄熱槽からの水の蒸発等による蓄熱槽の水位低下に
ついて考慮されておらず、以下の問題があった。（１）負荷が少なく、前日の蓄熱が残っている状態で蓄
熱運転を行う場合、蓄熱槽の氷の厚さが必要以上に厚く
なるため、氷の熱抵抗が大きく、そのため、熱源機器
は、低蒸発温度で運転することを余儀なくされ、結果と
して、蓄熱運転時の熱源機器の成績係数（ＣＯＰ）は低
下する。

【０００４】（２）日中蓄熱を使いきるような負荷の多
い日は、蓄熱を使いきった時点で蓄熱の開始位置（蓄熱
量０の水位）を再設定し、その蓄熱開始位置から所定の
水位上昇（蓄熱完了時の蓄熱量相当分の水位上昇）を監
視することにより、上記のような蓄熱量の水位低下があ
ってもこれを補正し正確な蓄熱量を管理することが可能
であるが、負荷が少なく、日中蓄熱を完全に使い切れな
いような低負荷日には、蓄熱を完全に使い切れないた
め、蓄熱開始位置の再設定が行えない。したがって、こ
のような場合、蓄熱完了位置は、常にある水位に固定さ
れることになるが、このような状態で上記のようなポン
プグランド部からの水の漏れ、あるいは蓄熱槽からの水
の蒸発等による蓄熱槽の水位低下があると、この水位低
下分に相当する蓄熱量だけ余分に蓄熱されることにな
る。このような状態が長く続くと氷が厚くなり蓄熱時の
熱源機器のＣＯＰが著しく悪くなる。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、負荷の状態に見合った蓄熱量
を設定する手段を設け、部分負荷時の蓄熱運転における
氷の過剰着氷を防止することにより、蓄熱運転時の熱源
機器の成績係数（ＣＯＰ）の低下を防ぎうる氷蓄熱式熱
源装置およびその蓄熱量制御方法を提供することを、そ
の目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る氷蓄熱式熱源装置の構成は、熱源機器
と、この熱源機器に接続された蓄熱槽と、これら熱源機
器と蓄熱槽を制御する制御手段とを備え、夜間電力を用
いて氷蓄熱し、空調負荷に利用する氷蓄熱式熱源装置に
おいて、前記蓄熱槽に氷蓄熱量を検出する水位検出器を
設け、負荷に供給される冷水の入口温度と出口温度とを
検出する第１、第２の温度検出手段と、この第１、第２
の温度検出手段が検出した温度を少なくとも１シーズン
分記憶する記憶手段と、この記憶された温度データから
各日の積算負荷を計算し、この各日の積算負荷データを
所定期間毎に区分し、その所定期間毎に最大負荷を求
め、この各期間毎の最大負荷を定格値と比較し、負荷に
見合った蓄熱量を設定する手段とを設けたものである。

【０００７】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量制御方法は、夜間電力
を利用して氷蓄熱し、空調負荷に利用する氷蓄熱式熱源
装置の蓄熱量制御方法において、負荷に供給される冷水
の温度及び負荷を冷却した後の冷水の温度を検出し、少
なくとも１シーズン分の温度データを収集し、この収集
データから各日毎の積算負荷を計算し、この各日の積算
負荷を所定期間ずつに分け、その期間毎に最大負荷熱量
を選定し、この選定された最大負荷熱量を定格の蓄熱量
と比較し、負荷に見合った蓄熱量を熱源装置が備える制
御装置に設定するものである。

【０００８】

【作用】上記技術的手段による働きは、下記のとおりで
ある。負荷の状態を検出する手段に係る運転状態検出部
は、各時刻における氷蓄熱式熱源装置の冷水入口温度、
冷水出口温度を検出する。負荷の状態を記録する手段に
係る運転状態記憶部は、前記運転状態検出部で検出され
たデータを一定期間格納して置き、その一定期間経過
後、マイコンにより運転状態記憶部内のデータを基に各
運転日の負荷熱量を算出し、１月毎あるいは半月毎とい
うように各期間における必要蓄熱量を決定し自動的に蓄
熱量の設定を行う。

【０００９】これによって、各月、各期間において適切
な蓄熱運転が可能になる（負荷の多い期間はフルに蓄熱
を行い、負荷の少ない期間は負荷に合わせて蓄熱を行
う）ため、氷の過剰着氷による熱源機器のＣＯＰ低下の
問題は解消できる。また、上記の方法は、負荷の少ない
状態での空調運転中のポンプグランド部からの水漏れ、
あるいは蓄熱槽からの水の蒸発による蓄熱槽の水位低下
が生じた場合にも著しい過剰着氷を回避できるため、従
来の方法に較べＣＯＰを高く保つことができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例を図１ないし図５を参照
して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る氷蓄熱
式熱源装置の系統図、図２は、図１の装置の制御盤に設
けたマイコンの構成図、図３は、図１の装置における熱
源機器の発停制御の線図、図４は、従来の氷蓄熱空調シ
ステムの一例を示すフローチャート、図５は、本実施例
の氷蓄熱空調システムの自動蓄熱量設定方法を示すフロ
ーチャートである。

【００１１】図１において、１は熱源機器、２は、空調
運転時に熱源機器１で冷却された不凍液と負荷から戻っ
てきた冷水との熱交換を行うブライン／水熱交換器、３
は、夜間電力を利用して発生した熱を蓄える蓄熱槽、４
は、夜間電力を利用して熱源機器１を運転し発生した低
温のブラインと蓄熱槽内の水とを熱交換させ、蓄熱槽３
内に氷を作る製氷熱交換器、５は、負荷からの冷水を導
く冷水配管、６は、ブライン／水熱交換器２を出た冷水
を蓄熱槽３内で散水する散水配管、７および８は、冷水
出口温度を制御するため蓄熱槽３に流入する冷水量を制
御する冷水制御弁、９は、冷水出口温度を検出する温度
検出器、１０は、温度検出器９の信号に基づき冷水制御
弁８に開閉信号を出す温度調節計、１１は、熱源機器１
とブライン／水熱交換器２および製氷熱交換器４とを結
ぶブライン配管である。

【００１２】１２，１３，１４，１５は、空調運転時と
蓄熱運転時でブラインの流れ方向を切り替えるブライン
切替弁、１６は、蓄熱運転時の蓄熱量および空調運転時
の蓄熱残量を推定するために水位を検出する水位検出
器、１７は、水位検出器１６に水位を導く導管、１８は
蓄熱槽温度検出器、２９は冷水ポンプである。また、１
９は、マイコンを内蔵した制御盤、２０は、氷蓄熱式熱
源装置の冷水入口温度検出器、２１は、氷蓄熱式熱源装
置の冷水出口温度検出器である。

【００１３】まず、氷蓄熱式熱源装置の一般的な動作に
ついて説明する。氷蓄熱式熱源装置には、夜間の蓄熱運
転と日中の空調運転とがある。夜間の蓄熱運転は、熱源
機器１（冷凍機）を運転し、配管１１内のブラインを０
℃以下に冷却し、蓄熱槽３内の水を氷に相変化させるこ
とによって蓄熱を行う。通常、上記のような蓄熱運転
は、夜間割引時間帯（２２：００〜８：００）に行うも
のである。熱源機器１の小形化を図るため、夜間割引時
間帯以外にも蓄熱運転を行う方法もある。また、蓄熱量
は、水位検出器１６により、基準位置（蓄熱量ゼロの位
置）からの水位差を常時測定し、水位差が所定の値にな
ったとき蓄熱が完了したと判断し、蓄熱運転を終了す
る。

【００１４】次に、日中の冷房運転は、熱源機器１（冷
凍機）を運転して、ブラインを３℃程度に冷却してブラ
イン／水熱交換器２に導き、ここで負荷から戻ってきた
冷水と熱交換を行うことによって、散水配管６へ提供す
る冷水の温度を下げる。さらに、ブライン／水熱交換器
２を出てきた冷水を、ユニットの出口において所定の温
度（例えば７℃）とするように、制御弁７，８を温度検
出器９および温度調節計１０で制御する。

【００１５】また、熱源機器１の運転／停止制御は、夜
間の蓄熱をできるだけ使いきるため、水位検出器１６に
より検出した基準水位からの水位差をマイコン内部で蓄
熱量に換算し、図３に示すような運転／停止曲線によっ
てマイコン内部で制御している。ここで、マイコンは、
図２に示すように、ＣＰＵ２４、メモリー２２、ＣＰＵ
とメモリーとのデータ伝送を行うバス２３、外部からの
信号を入力しＣＰＵに対する信号に変換する入力インタ
ーフェイス２５、この入力インターフェイス２５とＣＰ
Ｕ２４との間でデータ伝送を行うケーブル２８、ＣＰＵ
２４からの信号を外部の機器に対する信号に変換する出
力インターフェイス２６、およびＣＰＵ２４と出力イン
ターフェイス２６との間でデータ伝送を行うケーブル２
７からなり、メモリー２２内に格納したソフトウエアの
ロジックに従って入力信号および出力信号の処理を行う
ものである。以上のような蓄熱運転制御、および空調運
転制御は、内部に前記マイコンを有する制御盤１９で制
御している。

【００１６】次に、本発明の特徴とする自動蓄熱量制御
について、従来の制御方法と比較し図４および図５を参
照して説明する。次の文中においては、（）内に図の
フローチャートのステップナンバーを記す。まず、従来
の氷蓄熱式熱源装置の制御方法を図４に従って説明す
る。氷蓄熱式熱源装置は、空調開始時間、空調終了時
間、蓄熱開始時間等の運転スケジュールを設定し（ステ
ップ３０）、運転を開始する（ステップ３１）。

【００１７】運転開始後、現在時刻が、入力されたスケ
ジュールの空調運転時刻か、蓄熱運転時刻か、そのいず
れでもないかを判定する（ステップ３２，４１）。現在
時刻が空調運転時刻であれば、冷水ポンプ２９が起動し
（ステップ３３）、図３の熱源機器１（チラー）の発停
制御曲線によりマイコンから熱源機器１に対して起動指
令あるいは停止指令を出す。もし、この時点で起動指令
が出れば（ステップ３４）、熱源機器１は運転を開始す
る（ステップ３５）。また、起動指令が出ていない場合
は、熱源機器１は停止し、蓄熱槽３内の蓄熱により空調
を行う。

【００１８】以上のような空調運転を行い、スケジュー
ルで設定した空調終了時刻になると、熱源機器１を停止
する（ステップ３７，３８，３９）。次に、蓄熱時間に
なると、熱源機器１は運転を開始し製氷運転を行う（ス
テップ４１，４２）。そして、蓄熱が完了（定格の蓄熱
量が蓄えられたとき）するか、あるいは、蓄熱時間を終
了したとき、熱源機器１は停止し蓄熱運転を終了する
（ステップ４３，４４）。

【００１９】次に、自動蓄熱量制御方法について、図５
に従って説明する。図５において、同一ステップナンバ
ーのものは従来の制御方法と同等ステップであり、ハッ
チングした部分が本実施例の特徴点である。空調運転が
開始され、冷水ポンプ２９が起動する（ステップ３３）
と、冷水入口温度検出器２０、冷水出口温度検出器２１
がそれぞれ氷蓄熱式熱源装置の冷水入口温度、冷水出口
温度を検出し、検出したデータを制御盤１９のマイコン
に送る。マイコン内では、送られてきた温度データを順
次メモリー内に格納し、運転データの収集を行う（ステ
ップ４６）。このようなデータの収集を１シーズンある
いは１年というように一定期間継続する。なお、収集の
期間設定は、運転スケジュールの設定時（ステップ３
０）に行うようにしておく方法や、予め初期値としてマ
イコンに記憶させておく方法がある。

【００２０】一定期間データの収集を終了したとき（ス
テップ４７）、蓄積された運転データにより各運転日の
積算負荷を計算する（ステツプ４８）。次に、１年を１
ヵ月毎、半年毎あるいは１０日毎というように一定期間
毎に分け、その期間における最大負荷熱量を選定し（ス
テップ４９）、その負荷が定格の蓄熱量以上か以下かを
判定し、負荷に見合った蓄熱量をマイコン内部に設定す
る（ステップ５０）。なお、上記の設定を行う際、負荷
に対して余裕を持った設定を行うことは可能である。ま
た、１日の運転データを採取した時点で１日の積算負荷
を計算し、この計算結果をマイコンに記憶しておくこと
も可能である。

【００２１】また、上記制御を行うためのハードウエア
は、従来の運転スケジュール、熱源機器１の発停、およ
び蓄熱量制御を行なっていたマイコンをタイムシェアリ
ングで利用することにより、上記の自動蓄熱量設定を行
うことが可能であるほか、自動蓄熱量制御用のマイコン
を専用に用意して並列に処理を実行することも可能であ
る。なお、上記のような自動蓄熱量制御を行う場合、チ
ラーの発停制御を行う図３の発停曲線も、負荷に合わせ
て破線に示すように補正を行うものである。また、負荷
に見合った蓄熱量設定を行うことは、この他に運転員の
経験に基づきマイコンに各期間の蓄熱運転のスケジュー
ルを入力することによっても実現可能である。

【００２２】本実施例によれば、蓄熱量の設定を、空調
対象（例えば建物）の各シーズンにおける負荷に合わせ
て自動的に行うことができ、特に負荷の少ないシーズン
においても熱源機器の高効率運転を実現できる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、負荷の状態に見合った蓄熱量を設定する手段を設
け、部分負荷時の蓄熱運転における氷の過剰着氷を防止
することにより、蓄熱運転時の熱源機器の成績係数（Ｃ
ＯＰ）の低下を防ぎうる氷蓄熱式熱源装置およびその蓄
熱量制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る氷蓄熱式熱源装置の系
統図である。

【図２】図１の装置の制御盤に設けたマイコンの構成図
である。

【図３】図１の装置における熱源機器の発停制御の線図
である。

【図４】従来の氷蓄熱空調システムの一例を示すフロー
チャートである。

【図５】本実施例の氷蓄熱空調システムの自動蓄熱量設
定方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１熱源機器２ブライン／水熱交換器３蓄熱槽９温度検出器１０温度調節器１６水位検出器１８蓄熱槽温度検出器１９制御盤２０冷水入口温度検出器２１冷水出口温度検出器２２メモリー２４ＣＰＵ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源機器と、この熱源機器に接続された
蓄熱槽と、これら熱源機器と蓄熱槽を制御する制御手段
とを備え、夜間電力を用いて氷蓄熱し、空調負荷に利用
する氷蓄熱式熱源装置において、前記蓄熱槽に氷蓄熱量を検出する水位検出器を設け、負
荷に供給される冷水の入口温度と出口温度とを検出する
第１、第２の温度検出手段と、この第１、第２の温度検
出手段が検出した温度を少なくとも１シーズン分記憶す
る記憶手段と、この記憶された温度データから各日の積
算負荷を計算し、この各日の積算負荷データを所定期間
毎に区分し、その所定期間毎に最大負荷を求め、この各
期間毎の最大負荷を定格の蓄熱量と比較し、負荷に見合
った蓄熱量を設定する手段とを設けたことを特徴とする
氷蓄熱式熱源装置。
【請求項２】夜間電力を利用して氷蓄熱し、空調負荷
に利用する氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量制御方法におい
て、負荷に供給される冷水の温度及び負荷を冷却した後の冷
水の温度を検出し、少なくとも１シーズン分の温度デー
タを収集し、この収集データから各日毎の積算負荷を計
算し、この各日の積算負荷を所定期間ずつに分け、その
期間毎に最大負荷熱量を選定し、この選定された最大負
荷熱量を定格の蓄熱量と比較し、負荷に見合った蓄熱量
を熱源装置が備える制御装置に設定することを特徴とす
る氷蓄熱式熱源装置の蓄熱量制御方法。