JPH085106A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率の良い冷房運転ができる空気調和装置を
提供する。 【構成】 本発明の空気空気調和装置は、冷凍機２で得
られた熱を蓄熱器３に蓄える蓄熱ユニット４ａ、４ｂ、
４ｃを複数台有し、これらの蓄熱器の熱を用いて室内を
空調する空気調和装置において、全体として蓄熱するべ
き負荷に応じて、前記蓄熱ユニットの運転台数を制御す
る構成であるから、全体として蓄熱するべき負荷が低い
場合でも、運転している蓄熱ユニットにおいては、稼働
率の高い範囲で運転でき、効率の良い冷房運転ができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱器に蓄えた熱で室
内を空調（冷房）する空気調和装置に関し、特に、複数
の蓄熱ユニットを有する空気調和装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】蓄熱器に蓄えた熱で室内を空調（冷房）
する空気調和装置として、特公平５−５０６７２号公報
に開示の技術が公知である。

【０００３】この公報に示された空気調和装置は、冷凍
機（チラーユニット）で得られた熱を蓄熱器内に蓄え
（氷を作る）、この熱で生成された冷水を室内の空調機
の熱交換器へ導いて、室内を空調しようとするものであ
る。

【０００４】この種の空気調和装置において、ビル等の
空気調和装置ではそのビルの大きさや目的等により要求
される負荷（熱容量）が異なる。このような種々の負荷
に対し、既成の装置を用いて容易に対処するために、複
数台の蓄熱ユニットを備える構成が知られている。尚、
本明細書において、冷凍器と蓄熱器とからなるものを一
つの蓄熱ユニットとする。

【０００５】一方、春先、秋、そして初冬においては、
空気調和装置に要求される負荷が少なく且つ日々その要
求負荷が変動するが、このように負荷が少ない場合に
も、従来、全ての蓄熱ユニットを運転し、各蓄熱ユニッ
トの目標製氷率を低くく設定した状態で運転していた。

【０００６】即ち、従来の複数台の蓄熱ユニットを有す
る空気調和装置では、要求される負荷が少ない場合に
も、各蓄熱ユニットの目標製氷量を一律に少なくするの
みで、必ず設置した全ての蓄熱ユニットを運転する構成
であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、目標製氷量を
低くした状態で各蓄熱ユニットを運転すると、各蓄熱ユ
ニットのコンプレッサやポンプ及び蓄熱器等における、
稼働率が低くなる。一方、一般に高い稼働率における運
転（フル運転に近い運転率での運転）時がエネルギー損
失が少なく最も効率がよく、低い稼働率（例えば、稼働
率が１／４以下）には、エネルギー損失が大きく運転効
率が低くなることが知られている。

【０００８】従って、蓄熱するべき負荷が少ない場合に
も、常に、全ての蓄熱ユニットを運転させて、低い稼働
率で運転するという従来の空気調和装置では、運転効率
が悪く、効率の良い運転ができないという問題点があっ
た。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、効率の良い冷房運転ができる空気調和
装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、冷凍機で
得られた熱を蓄熱器に蓄える蓄熱ユニットを複数台有
し、これらの蓄熱器の熱を用いて室内を空調する空気調
和装置において、全体として蓄熱するべき負荷に応じ
て、前記蓄熱ユニットの運転台数を制御することを特徴
とするものである。

【００１１】第２の発明は、冷凍機で得られた熱を蓄熱
器に蓄える蓄熱ユニットを複数台有し、これらの蓄熱器
の熱を用いて室内を空調する空気調和装置において、全
体として蓄熱するべき負荷に応じて演算で求めた各蓄熱
ユニットの製氷率に蓄熱ユニットの設置台数を乗じて全
体製氷値を演算し、この全体製氷値の少数点以下を切り
上げて得た整数を運転台数として決定し、且つ前記全体
製氷値を前記運転台数で除して得られた値を各蓄熱ユニ
ットの目標製氷量として運転することを特徴とするもの
である。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、全体として蓄熱するべき
負荷に応じて、運転する台数を制御するものであるか
ら、全体として蓄熱するべき負荷が低い場合、例えば半
分にも満たない場合には、設置した蓄熱ユニットの一台
または複数台の運転を停止し、他の蓄熱ユニットのみを
運転する。従って、運転している蓄熱ユニットにおいて
は、要求されている負荷が少ない場合でも、ポンプや圧
縮機または蓄熱器等を稼働率の高い範囲で運転でき、効
率の良い冷房運転ができる。

【００１３】第２の発明によれば、上述した第１の発明
において、蓄熱ユニットの運転台数を決定する際には、
各蓄熱ユニットの製氷率をＧとし、蓄熱ユニットの設置
台数をＮとし、運転台数ｎをとすると、全体製氷値はＮ
×Ｇにより求められる。

【００１４】この全体製氷値が少数点以下の値を伴なう
場合には、繰り上げた整数値を運転台数ｎとしている。

【００１５】例えば、１．９８ならば、ｎは２であり、
運転台数は２台。２．３３ならばｎは３であり、運転台
数は３台の如くである。

【００１６】このようにして、運転台数を決定すれば、
負荷が少ない場合でも、要求される負荷に応じて、コン
プレッサ、ポンプまたは蓄熱器等の最も稼働率の高い範
囲で運転することができるので、効率の良い状態で各蓄
熱ユニットを運転することができ、しかも容易に運転台
数を決定することができる。

【００１７】このときの各稼働している蓄熱ユニットの
目標製氷量は、前述の全体製氷値を運転台数で除した値
であり、Ｎ×Ｇ÷ｎにより求められる。

【００１８】このように、運転するべき各蓄熱ユニット
の目標製氷量が容易に決定され、しかも全体として必要
な負荷に対応することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面を参
照して詳細に説明する。

【００２０】図１に示すように、本実施例の空気調和装
置１は、冷凍機２と蓄熱器３とからなる３台の蓄熱ユニ
ット４ａ、４ｂ、４ｃを有しており、必要に応じて、更
に、４台または５台に蓄熱ユニットを並列に設置するこ
とができるようになっている。このように蓄熱ユニット
を並列に追加設置できる構成とすることによって、既製
の蓄熱ユニットを用いて各種の負荷に容易に対応するこ
とができる。

【００２１】各蓄熱ユニットは、所定の負荷に接続され
た入口ヘッダ３０及び出口ヘッダ３１に連結されてい
る。入口ヘッダ３０は、各蓄熱ユニット４ａ、４ｂ、４
ｃから供給された冷媒を受けて室内機（図示せず）に冷
媒を供給し、出口ヘッダ３１は室内機から返送された冷
媒を再び各蓄熱ユニット４ａ、４ｂ、４ｃに分配するも
のである。

【００２２】第１の蓄熱ユニット４ａは、冷媒の流入管
３２ａにより出口ヘッダ３１に接続されており、流出管
３３ａにより入口ヘッダ３０に連結されている。これに
より、出口ヘッダ３１からの供給された冷媒は第１の蓄
熱ユニット４ａを通過して入口ヘッダ３０に流入される
ようになっている。

【００２３】また、流入管３２ａには、ポンプ３４ａが
設けられており、流出管３３ａにはポンプ３４ａの駆動
に連動して開閉する開閉弁３５ａが設けられている。

【００２４】同様に、第２の蓄熱ユニット４ｂには、冷
媒の流入管３２ｂ、流出管３３ｂ、ポンプ３４ｂ、開閉
弁３５ｂが設けられており、第３の蓄熱ユニット４ｃに
は、冷媒の流入管３２ｃ、流出管３３ｃ、ポンプ３４
ｃ、開閉弁３５ｃが設けられている。

【００２５】尚、入口ヘッダ３０と出口ヘッダ３１との
間に設けられているのは、開閉弁３７であり、また、各
蓄熱器３は弁３８ａ、３８ｂ、３８ｃを介して互いに連
通されている。

【００２６】次に、空気調和装置の制御系について説明
する。

【００２７】制御装置２２は、外気温度を測定する温度
検知器２３に接続されており、かかる温度検知器２３か
らの検知温度に基づいて、マイクロコンピュータが蓄熱
するべき負荷を演算するようになっている。

【００２８】この制御装置２２は、各冷凍機２の駆動の
停止や始動及び稼働率等を制御する制御信号２５ａ、２
５ｂ、２５ｃを発するようになっている。また、各冷凍
機２からは、前述した各制御信号に連動してポンプ３４
ａ、３４ｂ、３４ｃの駆動を制御する制御信号２６ａ、
２６ｂ、２６ｃを発するようになっており、各ポンプ３
４ａ、３４ｂ、３４ｃは、その駆動に連動して開閉弁３
５ａ、３５ｂ、３５ｃを開閉する開閉信号２７ａ、２７
ｂ、２７ｃを発するようになっている。

【００２９】図２は、第１の蓄熱ユニット４ａの回路図
を示している。この蓄熱ユニット３には、冷凍機（以
下、チラーという）２、蓄熱器３及び制御装置２２とか
ら構成されている。尚、第２，第３の蓄熱ユニット４
ｂ，４ｃの構成は第１の蓄熱ユニット４ａと略同一の構
成であるため、それらの説明は省略する。

【００３０】チラー２は、圧縮機５、凝縮器６、減圧器
７、蒸発器（水熱交換器）８とを備え、これらの機器が
冷媒管でつながれている。

【００３１】蓄熱器３には、水９が蓄えられており、製
氷用熱交換器１０にて、水９を氷２６にすることによっ
て、蓄熱を行う。

【００３２】この製氷用熱交換器１０と蒸発器８とは、
ブラインポンプ（インバータポンプ）１３並びに第１開
閉弁１４を介してつながれている。１５は、フロート構
造の製氷センサ（水位センサ）、１２は電極式の氷厚セ
ンサである。

【００３３】ここで、製氷用熱交換器１０の作用で水９
が氷結し始めると、氷２６の体積膨張によって蓄熱器３
内の水位が上昇する。この水位の上昇を製氷センサ１５
が検知して、蓄熱器３の氷量すなわち蓄熱量を求めるよ
うにしている。

【００３４】１６は、ブライン／水熱交換器で、一端は
第２開閉弁１７を介して第１開閉弁１４と蒸発器８との
間に、他端は蓄熱器３とブラインポンプ１３との間にそ
れぞれつながれている。

【００３５】蓄熱ユニット４ａの流入管３２ａは出口ヘ
ッダ３１（図１参照）に連結されており、入口ヘッダ３
０に接続された流出管３３ａは、三方弁２０を介して蓄
熱器３の吸熱用熱交換器２１につながれている。一方、
流入管３２ａはブライン／水熱交換器１６を介して分岐
され、三方弁２０と吸熱用熱交換器２１につながれてい
る。

【００３６】制御装置２２は、更に、水位センサ１５か
らの信号を受ける入力器２８と、一日の時刻を計測する
時計２９と、両者からの信号に基づいてチラー２の圧縮
機（インバータコンプレッサ）５へ駆動出力信号を出力
する出力器２１と、そして演算部２７とを備えている。

【００３７】各蓄熱ユニット４ａ〜４ｃでは、電気料金
の割安な夜間（たとえば午後１０時から翌日の午前８
時）までは蓄熱運転を行う。すなわち、チラー２並びに
ブラインポンプ１３を運転させるとともに、第１開閉弁
１４を開き、第２開閉弁１７を閉じて、チラー２の蒸発
器８で得られたブラインを、実線矢印のように流して、
蓄熱器３内の水９を氷にする（蓄熱運転）。

【００３８】そして、冷房運転時は、まずチラー２の運
転を停止させるとともに、冷水ポンプ１９のみを運転さ
せることによって、蓄熱器３内の氷２６によって冷却さ
れた水を、実線矢印のように空調用熱交換器１８へ送り
込む。これによって、室内が冷房される。

【００３９】この冷房運転に伴って氷２６の量は次第に
減少する。この減少によって、氷２６の量が目標値（こ
の目標値は時間に応じて変化（減少）する）以下になる
と、チラー２を再び運転させる。この運転を追掛運転と
いう。

【００４０】この追掛運転時に、ブライン並びに冷水は
破線矢印のように流れる。すなわち、空調負荷（冷房負
荷）が少ない時、および／またはブライン／水熱交換器
１６での熱交換率が多くて、このブライン／水熱交換器
１６から流れ出た冷水が十分に冷却されているときは、
蓄熱器３をバイパスして三方弁２０を介して冷水ポンプ
１９に導かれる。

【００４１】次に、本実施例の空気調和装置の動作を説
明する。

【００４２】まず、蓄熱するべき負荷に応じて各蓄熱ユ
ニットの製氷率Ｇを求める。

【００４３】制御装置２２の演算部２７が、次式（１）
で示すように、各蓄熱ユニットの製氷率Ｇを残氷補正を
考慮して演算する。

【００４４】Ｇ＝ｆ（ｔ）−ｇ ・・・・・・・（１） この製氷率Ｇの演算式におけるｆ（ｔ）は、例えば前３
日間の昼間の外気温度から演算して求めた値（平均外気
温）であり、ｇは各ユニットの平均残氷量である。

【００４５】次に、蓄熱ユニットの運転台数を決定す
る。

【００４６】蓄熱ユニットの運転台数を決定する際に
は、上述の各蓄熱ユニットの製氷率Ｇに対し、蓄熱ユニ
ットの設置台数をＮとし、運転台数をｎとすると、全体
製氷値は以下の式（２）により求められる。

【００４７】全体製氷値＝Ｎ×Ｇ・・・・・（２） この全体製氷値が少数点以下の値を伴なう場合には繰り
上げた整数値を運転台数ｎとする。

【００４８】例えば、Ｇ＝１（１００％）の場合は、Ｎ
＝３であるから、上述した式（２）の全体製氷値は１×
３＝３となり、少数点以下を伴なわないものであるから
運転台数は３台である。

【００４９】Ｇ＝０．６６（６６％）の場合は、Ｎ＝３
であるから、上述した式（２）の全体製氷値は０．６６
×３＝１．８８となり、少数点以下を伴なうものである
から、整数値２となり、運転台数は２台である。

【００５０】この場合、制御装置２２の出力器２１は、
所定の２台の蓄熱ユニット４ａ及び４ｂ（いずれの蓄熱
ユニット４ａ〜４ｃを選択するかは任意である。）に駆
動信号を発する。

【００５１】次に、蓄熱ユニット４ａ及び４ｂにおける
目標製氷量を決定する。

【００５２】運転する蓄熱ユニットの目標製氷量は、上
述の式（２）で示す全体製氷値を稼働台数で除した値で
あり、以下の式（３）により求められる。

【００５３】 目標製氷量＝Ｎ×Ｇ÷ｎ＝ＮＧ／ｎ・・・・・・（３） 例えば、Ｇ＝０．６６、Ｎ＝３、ｎ＝２とした場合、上
述した式（３）より、目標製氷量＝３×０．６６÷２＝
０．９９（９９％）となる。

【００５４】従って、負荷が低い場合でも運転する蓄熱
ユニット４ａ，４ｂは、フル運転に近い状態の運転がで
き効率の高い運転をすることができる。

【００５５】

【発明の効果】第１の発明によれば、全体として蓄熱す
るべき負荷に応じて、運転する台数を制御するものであ
るから、全体として蓄熱するべき負荷が低い場合でも、
運転している蓄熱ユニットにおいては、稼働率の高い範
囲で運転でき、効率の良い冷房運転ができる。

【００５６】第２の発明によれば、蓄熱ユニットの運転
台数を決定する際には、各蓄熱ユニットの製氷率に蓄熱
ユニットの設置台数を乗じて全体製氷値を求め、この全
体製氷値が少数点以下の値を伴なう場合には、繰り上げ
た整数値を運転台数ｎとしているから、容易に運転台数
を決定することができる。

【００５７】また、各稼働している蓄熱ユニットの目標
製氷量は、前述の全体製氷値を運転台数で除した値によ
り求められるから、運転するべき各蓄熱ユニットの目標
製氷量が容易に決定され、しかも全体として必要な負荷
に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による空気調和装置の回路図で
ある。

【図２】図１に示す各蓄熱ユニットの回路図である。

【符号の説明】

２ 冷凍機 ３ 蓄熱器 ４ａ、４ｂ、４ｃ 蓄熱ユニット ２２ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薗田 浩則 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機で得られた熱を蓄熱器に蓄える蓄
   熱ユニットを複数台有し、これらの蓄熱器の熱を用いて
   室内を空調する空気調和装置において、全体として蓄熱
   するべき負荷に応じて、前記蓄熱ユニットの運転台数を
   制御することを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 冷凍機で得られた熱を蓄熱器に蓄える蓄
   熱ユニットを複数台有し、これらの蓄熱器の熱を用いて
   室内を空調する空気調和装置において、全体として蓄熱
   するべき負荷に応じて演算で求めた各蓄熱ユニットの製
   氷率に蓄熱ユニットの設置台数を乗じて全体製氷値を演
   算し、この全体製氷値の少数点以下を切り上げて得た整
   数を運転台数として決定し、且つ前記全体製氷値を前記
   運転台数で除して得られた値を各蓄熱ユニットの目標製
   氷量として運転することを特徴とする空気調和装置。