JPH0835692A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デマンド時間が長時間になる場合であって
も、冷房能力が不足することのない空気調和装置を提供
する。 【構成】 制御手段８は、熱交換手段５に蓄熱槽４への
熱蓄積の後に不足冷却能力に相当する熱交換を行わせる
とともに、最大需要時間帯に蓄熱槽４の蓄熱を利用して
冷房を行う、また、制御手段８は、外気温が所定の温度
以下である場合に熱交換手段５に蓄熱槽への熱蓄積の後
に不足冷房能力に相当する熱交換を行わせ、かつ、蓄熱
槽４の蓄熱を利用して冷房を行うとともに、最大需要時
間帯に不足冷房能力に相当する蓄熱槽の蓄熱を利用して
冷房を行う。さらに流量調整手段は、需要時間帯に冷却
水の温度を低温側へシフトすべく、蓄熱槽４の冷却水の
流量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和装置に係り、
特に非需要時間帯に水の顕熱変化あるいは潜熱変化を利
用して蓄熱を行い、当該蓄熱を需要時間帯に用いること
により、エネルギー効率の高い冷房を行うことが可能な
空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりエネルギー効率の高い空気調和
装置として、安価な夜間電力を利用し、水の顕熱変化あ
るいは潜熱変化によって蓄熱槽に熱エネルギーを蓄え、
この蓄えた熱エネルギーを昼間の冷房運転に用いること
により熱源設備容量を減らし、電気料金の軽減等が行え
る蓄熱型の空気調和装置がある。

【０００３】さらにこのような蓄熱型の空気調和装置に
おいて、需要要求（デマンド要求）に応じて冷房能力を
変化させる空気調和装置も提案されている。

【０００４】図６に従来の氷蓄熱型の空気調和装置の概
要構成ブロック図を示す。

【０００５】空気調和装置５１は、熱媒体としてのブラ
インを循環するブラインポンプ５２と、循環しているブ
ラインを冷却するためのヒートポンプチラー５３と、水
が充填され、ブラインと熱交換を行って熱蓄積を行う蓄
熱槽５４と、ブラインと水との熱交換を直接的に行うブ
ライン／水熱交換器５５と、負荷５６の温度を一定とす
べく蓄熱槽５４内の水またはブライン／水熱交換器５５
からの水を循環する冷温水ポンプ７と、空気調和装置５
１全体を制御する制御装置５８と、を備えて構成されて
いる。

【０００６】次に図７を参照して一日の空気調和装置の
概要動作を説明する。

【０００７】まず、午後１０時から午前８時までは、冷
房蓄熱運転を行う。より具体的には、ヒートポンプチラ
ー５３により冷却されたブラインは蓄熱槽５４に入り、
蓄熱槽５４内の水と熱交換して再びヒートポンプチラー
５３に戻る。この蓄冷運転開始後、数時間は、水の顕熱
変化（例えば、水温１０℃→０℃）により蓄熱し、蓄熱
槽５４内の温度が０℃になると潜熱変化を利用した製氷
蓄熱運転を行う。この場合において、氷量は水位変化と
して図示しない水位センサにより計測し、製氷量が所定
の目標値になると冷房蓄熱運転を終了する。

【０００８】そして午前８時になると蓄熱槽５４に蓄え
た蓄熱を利用して冷房運転を開始する。

【０００９】さらに時間が経過し、時刻Ｔx になると蓄
熱槽５４に蓄えた熱エネルギーだけでは冷房能力が不足
するため、冷房追掛運転を行う。より具体的には、ヒー
トポンプチラー５３により冷却されたブライン（例え
ば、約３℃）は、負荷５６から戻ってきた冷水（例え
ば、約１２℃）とブライン／水熱交換器５５により直接
的に熱交換を行い、再びヒートポンプチラー５３に戻
る。この場合において制御装置５８は、時刻、氷量等を
検知し、負荷５６に応じてヒートポンプチラー５３を運
転することとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の蓄熱型空気
調和装置においては、与えられたデマンド要求に応じて
冷房能力を変化させることができる。

【００１１】ところで、このような蓄熱型空気調和装置
においては、デマンド要求が短時間であれば、容易に対
応することができるが、デマンド要求時間が長時間（例
えば、１時間以上）にわたる場合、本来の熱源設備容量
が小さく押さえられているため、ピーク負荷時に冷房能
力が不足してしまうという問題点があった。

【００１２】そこで、本発明の目的は、デマンド時間が
長時間になる場合であっても、冷房能力が不足すること
のない空気調和装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、冷却装置により冷却した一
次系の熱媒体を循環させて蓄熱槽の槽内温度を所定の温
度に保持し、この蓄熱槽を介して前記熱媒体との熱交換
を行って二次系の冷却水を生成し、前記冷却水を循環す
ることにより冷房を行う空気調和装置において、前記蓄
熱槽を介さずに前記熱媒体と前記冷却水の熱交換を直接
的に行う熱交換手段と、前記冷却装置の冷却能力に基づ
いて最大需要時間帯に要求されると予想される最大負荷
に対する不足冷却能力を算出する算出手段と、前記熱交
換手段に前記蓄熱槽への熱蓄積の後に前記不足冷却能力
に相当する熱交換を行わせるとともに、前記最大需要時
間帯に前記蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房を行う制御手段
と、を備えて構成する。

【００１４】請求項２記載の発明は、冷却装置により冷
却した一次系の熱媒体を循環させて蓄熱槽の槽内温度を
所定の温度に保持し、この蓄熱槽を介して前記熱媒体と
の熱交換を行ってその一部が氷結状態の二次系の冷却水
を生成し、前記冷却水を循環することにより冷房を行う
氷蓄熱型の空気調和装置において、前記蓄熱槽を介さず
に前記熱媒体と前記冷却水の熱交換を直接的に行う熱交
換手段と、所定時刻における外気温を測定する気温測定
手段と、前記外気温、前記蓄熱の量及び冷却装置の冷却
能力に基づいて予想される最大需要時間帯に消費すべき
不足冷房能力を算出する算出手段と、前記外気温が所定
の温度以下である場合に前記熱交換手段に前記蓄熱槽へ
の熱蓄積の後に前記不足冷房能力に相当する熱交換を行
わせ、かつ、前記蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房を行うと
ともに、前記最大需要時間帯に前記不足冷房能力に相当
する前記蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房を行う制御手段
と、を備えて構成する。

【００１５】請求項３記載の発明は、冷却装置により冷
却した一次系の熱媒体を循環させて蓄熱槽の槽内温度を
所定の温度に保持し、この蓄熱槽を介して前記熱媒体と
の熱交換を行って二次系の冷却水を生成し、前記冷却水
を循環することにより冷房を行う空気調和装置におい
て、需要時間帯に前記冷却水の温度を低温側へシフトす
べく、前記蓄熱槽の前記冷却水の流量を調整する流量調
整手段を備えて構成する。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明によれば、算出手段は、冷
却装置の冷却能力に基づいて最大需要時間帯に要求され
ると予想される最大負荷に対する不足冷却能力を算出す
る。

【００１７】これにより制御手段は、熱交換手段に蓄熱
槽への熱蓄積の後に不足冷却能力に相当する熱交換を行
わせるとともに、最大需要時間帯に蓄熱槽の蓄熱を利用
して冷房を行う。

【００１８】したがって、最大需要時間帯にも蓄熱槽に
は十分な蓄熱があり、この蓄熱を利用して冷房能力が不
足することなく冷房運転を行うことができる。

【００１９】請求項２記載の発明によれば、気温測定手
段は、所定時刻における外気温を測定し、算出手段は、
外気温、蓄熱の量及び冷却装置の冷却能力に基づいて予
想される最大需要時間帯に消費すべき不足冷房能力を算
出する。

【００２０】これらにより制御手段は、外気温が所定の
温度以下である場合に熱交換手段に蓄熱槽への熱蓄積の
後に不足冷房能力に相当する熱交換を行わせ、かつ、蓄
熱槽の蓄熱を利用して冷房を行うとともに、最大需要時
間帯に不足冷房能力に相当する蓄熱槽の蓄熱を利用して
冷房を行う。

【００２１】したがって、一日の冷房運転後に蓄熱槽内
に残存する氷量をほぼ零とすることができ、無駄なく効
率的な冷房運転が行える。

【００２２】請求項３記載の発明によれば、流量調整手
段は、需要時間帯に冷却水の温度を低温側へシフトすべ
く、蓄熱槽の冷却水の流量を調整する。

【００２３】したがって、負荷の増減に対応した温度の
冷却水を供給することができ、効率の良い冷房を行え
る。

【００２４】

【実施例】次に図面を参照して本発明の好適な実施例を
説明する。 第１実施例 図１に第１実施例の空気調和装置の概要構成ブロック図
を示す。

【００２５】空気調和装置１は、熱媒体としてのブライ
ンを循環するブラインポンプ２と、循環しているブライ
ンを冷却するためのヒートポンプチラー３と、冷却水が
充填され、ブラインと熱交換を行って熱蓄積を行う蓄熱
槽４と、ブラインと冷却水との熱交換を直接的に行うブ
ライン／水熱交換器５と、負荷６を冷却すべく蓄熱槽４
内の冷却水またはブライン／水熱交換器５からの冷却水
を循環する冷温水ポンプ７と、空気調和装置１全体を制
御する制御装置８と、外気温を測定する気温センサ９
と、を備えて構成されている。

【００２６】次に図２を参照して盛夏時におけるピーク
負荷時のデマンド要求に対応した空気調和装置１の一日
の概要動作を説明する。

【００２７】まず、午後１０時から午前８時までは、冷
房蓄熱運転を行う。より具体的には、ブラインはヒート
ポンプチラー３により冷却されて蓄熱槽４に入り、蓄熱
槽４内の水と熱交換して再びヒートポンプチラー３に戻
る。

【００２８】この蓄冷運転開始後、数時間は、水の顕熱
変化（例えば、水温１０℃→０℃）により蓄熱し、蓄熱
槽４内の温度が０℃になると潜熱変化を利用した製氷蓄
熱運転を行う。この場合において、氷量は水位変化とし
て図示しない水位センサにより計測し、製氷量が所定の
目標値になると冷房蓄熱運転を終了する。

【００２９】そして午前８時になると制御装置８は、ヒ
ートポンプチラー３の冷却能力、季節、外気温等に基づ
いてピークデマンド（最大需要）時間帯に要求されると
予想される最大冷房能力に対する不足冷却能力を算出
し、この算出した不足冷却能力に対応する時間だけ冷房
追掛運転を行う。より具体的には、図３に示すように、
ヒートポンプチラー３により冷却されたブライン（例え
ば、約３℃）は、負荷６から戻ってきた冷水（例えば、
約１２℃）とブライン／水熱交換器５により直接的に熱
交換を行い、再びヒートポンプチラー３に戻る。この場
合において制御装置８は、時刻、氷量等を検知し、負荷
６に応じてヒートポンプチラー３を運転することとな
る。

【００３０】そして算出した不足冷却能力に対応する冷
房追掛運転が終了し、デマンド信号を受け付けると、ブ
ラインポンプ２及びヒートポンプチラー３の運転を停止
し、蓄熱槽４に蓄えた蓄熱を利用して冷房運転を開始す
る。

【００３１】さらに時間が経過し、デマンド要求が終了
すると、蓄熱槽４に蓄えた熱エネルギーだけでは冷房能
力が不足するため、再度冷房追掛運転を行う。

【００３２】上述したように、本第１実施例によれば、
ピーク負荷時のデマンド要求にも確実に対応可能な空気
調和装置を容易に構成することができる。 第２実施例 図４を参照して中間期（初夏、晩夏）におけるピーク負
荷時のデマンド要求に対応した空気調和装置１の一日の
概要動作を説明する。

【００３３】本第２実施例の空気調和装置の構成は、図
１の第１実施例と同様であるので、その詳細な説明を省
略する。

【００３４】まず、午後１０時から午前８時までは、冷
房蓄熱運転を行う。より具体的には、ブラインはヒート
ポンプチラー３により冷却されて蓄熱槽４に入り、蓄熱
槽４内の水と熱交換して再びヒートポンプチラー３に戻
る。

【００３５】そして午前８時になると制御装置８は、冷
房追掛運転を行う。より具体的には、ヒートポンプチラ
ー３により冷却されたブライン（例えば、約３℃）は、
負荷６から戻ってきた冷水（例えば、約１２℃）とブラ
イン／水熱交換器５により直接的に熱交換を行い、再び
ヒートポンプチラー３に戻る。この場合において制御装
置８は、時刻、氷量等を検知し、負荷６に応じてヒート
ポンプチラー３を運転することとなる。

【００３６】そして午前１０時になると、制御装置８
は、気温センサ９により外気温を検出し、当該時期にお
ける所定の目標温度以下であるか否かを判別する。

【００３７】この判別により、実際の外気温が所定の目
標温度以下である場合には、冷房能力はあまり必要とさ
れないものと判別し、蓄熱槽４の蓄熱及び冷房追掛運転
を併用することにより冷房運転を行う。

【００３８】この場合において、冷房追掛運転でまかな
う空調負荷と、デマンド要求に対応してデマンド制御を
行っている時の空調負荷とが、ほぼ等しくなるように不
足冷却能力を算出して冷房追掛運転を行う。

【００３９】蓄熱槽４の蓄熱及び冷房追掛運転を併用す
ることにより冷房運転を行い、デマンド信号を受け付け
ると、ブラインポンプ２及びヒートポンプチラー３の運
転を停止し、蓄熱槽４に蓄えた蓄熱を利用して冷房運転
を開始する。

【００４０】さらに時間が経過し、デマンド要求が終了
すると、蓄熱槽４に蓄えた熱エネルギーだけでは冷房能
力が不足するため、再度冷房追掛運転を行う。

【００４１】上述したように、本第２実施例によれば、
ピーク負荷時のデマンド要求にも確実に対応可能な空気
調和装置を容易に構成することができるとともに、デマ
ンド要求前の冷房追掛運転により得られる熱エネルギー
と、デマンド要求時に用いられる蓄熱槽４に蓄えられた
熱エネルギーとは、ほぼ等しいので、一日の空調時間終
了後の蓄熱槽内の残氷はほとんど零となり、夜間に不要
な冷房蓄熱運転を行う必要がなくなり、無駄なく効率的
な冷房運転が行える。 第３実施例 図５に第３実施例の空気調和装置の概要構成ブロック図
を示す。本第３実施例の空気調和装置の構成は、図１の
第１実施例と同様であるので、その詳細な説明を省略す
る。本第３実施例の空気調和装置が図１の第１実施例の
空気調和装置と異なる点は、３方弁１０を比例弁とし、
３方弁１０の負荷側出口の冷却水温度を検出するセンサ
１１を設けた点である。

【００４２】これにより流量調整手段としての３方弁１
０は、センサ１１の検出温度に対応してデマンド要求時
間帯に冷却水の温度を低温側へシフトすべく、蓄熱槽４
の冷却水の流量を調整する。より具体的には、通常は約
７℃の３方弁１０の負荷側出口側の冷却水温度をデマン
ド要求時間帯には、約４℃にシフトする。

【００４３】したがって、負荷の増減に対応した温度の
冷却水を供給することができ、効率の良い冷房を行え
る。

【００４４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、制御手段
は、熱交換手段に蓄熱槽への熱蓄積の後に不足冷却能力
に相当する熱交換を行わせるとともに、最大需要時間帯
に蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房を行うので、最大需要時
間帯（ピーク負荷時）にも蓄熱槽には十分な蓄熱があ
り、この蓄熱を利用して冷房能力が不足することなく冷
房運転を行うことができ、ピーク負荷時のデマンド要求
にも確実に対応可能な空気調和装置を容易に構成するこ
とができる。

【００４５】請求項２記載の発明によれば、制御手段
は、外気温が所定の温度以下である場合に熱交換手段に
蓄熱槽への熱蓄積の後に不足冷房能力に相当する熱交換
を行わせ、かつ、蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房を行うと
ともに、最大需要時間帯に不足冷房能力に相当する蓄熱
槽の蓄熱を利用して冷房を行うので、一日の冷房運転後
に蓄熱槽内に残存する氷量をほぼ零とすることができ、
夜間に不要な冷房蓄熱運転を行う必要がなくなり、無駄
なく効率的な冷房運転が行える。

【００４６】請求項３記載の発明によれば、流量調整手
段は、需要時間帯に冷却水の温度を低温側へシフトすべ
く、蓄熱槽の冷却水の流量を調整するので、負荷の増減
に対応した温度の冷却水を供給することができ、効率の
良い冷房を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の空気調和装置の概要構成ブロック
図（冷房蓄熱運転時）である。

【図２】第１実施例の動作説明図である。

【図３】第１実施例の空気調和装置の概要構成ブロック
図（冷房追掛運転時）である。

【図４】第２実施例の動作説明図である。

【図５】第３実施例の空気調和装置の概要構成ブロック
図である。

【図６】従来の空気調和装置の概要構成ブロック図であ
る。

【図７】従来例の動作説明図である。

【符号の説明】

１、１’ 空気調和装置 ２ ブラインポンプ ３ ヒートポンプチラー ４ 蓄熱槽 ５ 冷温水センサ ６ 負荷 ７ 冷温水二次側ポンプ ８ 制御装置 ９ 気温センサ １０ ３方弁 １１ センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却装置により冷却した一次系の熱媒体
   を循環させて蓄熱槽の槽内温度を所定の温度に保持し、
   この蓄熱槽を介して前記熱媒体との熱交換を行って二次
   系の冷却水を生成し、前記冷却水を循環することにより
   冷房を行う空気調和装置において、 前記蓄熱槽を介さずに前記熱媒体と前記冷却水の熱交換
   を直接的に行う熱交換手段と、 前記冷却装置の冷却能力に基づいて最大需要時間帯に要
   求されると予想される最大負荷に対する不足冷却能力を
   算出する算出手段と、 前記熱交換手段に前記蓄熱槽への熱蓄積の後に前記不足
   冷却能力に相当する熱交換を行わせるとともに、前記最
   大需要時間帯に前記蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房を行う
   制御手段と、 を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 冷却装置により冷却した一次系の熱媒体
   を循環させて蓄熱槽の槽内温度を所定の温度に保持し、
   この蓄熱槽を介して前記熱媒体との熱交換を行ってその
   一部が氷結状態の二次系の冷却水を生成し、前記冷却水
   を循環することにより冷房を行う氷蓄熱型の空気調和装
   置において、 前記蓄熱槽を介さずに前記熱媒体と前記冷却水の熱交換
   を直接的に行う熱交換手段と、 所定時刻における外気温を測定する気温測定手段と、 前記外気温、前記蓄熱の量及び冷却装置の冷却能力に基
   づいて予想される最大需要時間帯に消費すべき不足冷房
   能力を算出する算出手段と、 前記外気温が所定の温度以下である場合に前記熱交換手
   段に前記蓄熱槽への熱蓄積の後に前記不足冷房能力に相
   当する熱交換を行わせ、かつ、前記蓄熱槽の蓄熱を利用
   して冷房を行うとともに、前記最大需要時間帯に前記不
   足冷房能力に相当する前記蓄熱槽の蓄熱を利用して冷房
   を行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする空気調和装置。
3. 【請求項３】 冷却装置により冷却した一次系の熱媒体
   を循環させて蓄熱槽の槽内温度を所定の温度に保持し、
   この蓄熱槽を介して前記熱媒体との熱交換を行って二次
   系の冷却水を生成し、前記冷却水を循環することにより
   冷房を行う空気調和装置において、 需要時間帯に前記冷却水の温度を低温側へシフトすべ
   く、前記蓄熱槽の前記冷却水の流量を調整する流量調整
   手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。