(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水または氷を貯留する蓄熱槽(16)を備え、蓄熱運転時には該蓄熱槽(16)内の水を氷化して冷熱を蓄える一方、蓄熱利用運転時には該蓄熱槽(16)内の氷を融解させて冷熱を回収する氷蓄熱式冷凍装置において、
上記蓄熱槽(16)は、所定の上限位置に設けられたフロートスイッチ(71)を備え、
蓄熱運転開始時に蓄熱槽(16)に氷が残存しているか否かを判定する残氷判定手段(80,82) と、
該残氷判定手段(80,82) が氷は残存していないと判定し、且つ、蓄熱槽(16)の水位が基準水位以上のときには、該水位が基準水位になるように水抜弁(99)を開口して水位調整を行った後に蓄熱運転を所定時間実行する一方、該残氷判定手段(80,82) が氷は残存していると判定したときは、水位が上限位置まで上昇してフロートスイッチ(71)がＯＮ状態になるまで蓄熱運転を実行する蓄熱制御手段(80)とを備えている
ことを特徴とする氷蓄熱式冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の氷蓄熱式冷凍装置において、
残氷判定手段は、蓄熱槽(16)の水温を検出する水温センサ(82)を備え、該水温センサ(82)の検出温度が所定温度以上の場合には氷が残存していないと判定する一方、該検出温度が所定温度よりも小さい場合には氷が残存していると判定するように構成されている
ことを特徴とする氷蓄熱式冷凍装置。
【請求項３】
請求項２に記載の氷蓄熱式冷凍装置において、
冷媒を圧縮する圧縮機(11,12) と、冷媒を凝縮または蒸発させる熱源側熱交換器(14)と、冷媒を減圧する減圧機構(23,18) と、冷媒を蒸発または凝縮させる利用側熱交換器(19)と、蓄熱槽(16)の水に浸漬されるように設けられて冷媒と水または氷とを熱交換させる伝熱コイル(17)とが設けられた冷媒回路(3) を備え、
蓄熱運転時には、上記圧縮機(11,12) からの冷媒を上記熱源側熱交換器(14)で凝縮させ、上記減圧機構(23)で減圧し、上記伝熱コイル(17)で蒸発させ、
蓄熱利用運転時には、該圧縮機(11,12) からの冷媒を該伝熱コイル(17)で凝縮させ、減圧機構(18)で減圧し、上記利用側熱交換器(19)で蒸発させる
ことを特徴とする氷蓄熱式冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱式冷凍装置に係り、特に、蓄熱槽の水位検出の信頼性及び装置の低コスト化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力需要のピークシフト等を目的に、安価な深夜電力を用いて夜間に氷を生成及び貯留し、この氷を昼間の冷房に利用する氷蓄熱式冷凍装置が開発されている。
【０００３】
この種の氷蓄熱式冷凍装置として、例えば、特開平７−３０１４３８号公報に開示されたような空気調和装置が知られている。図１０に示すように、この空気調和装置は、圧縮機(c) 、室外熱交換器(d) 、電子膨張弁(e1)、電子膨張弁(e2)、及び室内熱交換器(f) から成る主冷媒回路(a) に、いわゆるスタティック方式の氷蓄熱装置(g) が設けられた蓄熱回路(b) が付加されて構成されている。
【０００４】
製氷を行う蓄熱運転の際には、冷媒は、図中の実線矢印に示すように循環する。すなわち、圧縮機(c) から吐出された冷媒は、室外熱交換器(d) において凝縮し、電子膨張弁(e1)で減圧され、氷蓄熱装置(g) の伝熱コイル(h) で蒸発し、圧縮機(c) に戻る循環を行う。この際、氷蓄熱装置(g) の蓄熱槽(i) に貯留された水は、冷媒によって冷却されて氷化する。
【０００５】
一方、上記のようにして生成された氷を利用する蓄熱利用運転時には、冷媒は、図中の破線矢印に示すように循環する。すなわち、圧縮機(c) から吐出された冷媒は、室外熱交換器(d) において冷却されて凝縮し、所定の過冷却度を有する液冷媒となる。この液冷媒は氷蓄熱装置(g) の伝熱コイル(h) において、蓄熱槽(i) に蓄えられた氷によって更に冷却される。伝熱コイル(h) を流出した液冷媒は、電子膨張弁(e2)で減圧され、膨張して気液二相冷媒となる。この二相冷媒は室内熱交換器(f) において蒸発することによって室内空気を冷却し、圧縮機(c) に戻る。従って、蓄熱槽(i) に蓄えられた氷が保有する冷熱の分だけ、圧縮機(c) の電気入力が減少し、電力のピークシフト等が達成される。
【０００６】
この種の空気調和装置では、蓄熱量の制御は、蓄熱槽(i) に設けられた水位センサによって検出した水位に基づいて行われている。すなわち、水は氷化すると体積が膨張するため、蓄熱槽(i) に蓄えられる氷の量が増加すると、水位は上昇する。従って、水位と蓄熱量との間には一定の相関関係があり、水位を検出することによって蓄熱量を正確に推定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、水位の検出に水位センサを用いていたため、信頼性及び経済性に関して以下のような課題があった。
【０００８】
すなわち、水位センサの使用に際して、センサ本体及びその付属機器を蓄熱槽内の湿度１００％の高湿度環境下に設置することになるので、それらの電気的特性が劣化しやすかった。そのため、水位検出の信頼性が低下していた。また、水位センサは高価な計測機器であるため、装置全体のコスト低減の妨げになっていた。つまり、装置の経済性が低下していた。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水位検出の信頼性を向上するとともに、装置のコストダウンを図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
具体的には、請求項１に記載の発明は、水または氷を貯留する蓄熱槽(16)を備え、蓄熱運転時には該蓄熱槽(16)内の水を氷化して冷熱を蓄える一方、蓄熱利用運転時には該蓄熱槽(16)内の氷を融解させて冷熱を回収する氷蓄熱式冷凍装置において、上記蓄熱槽(16)は、所定の上限位置に設けられたフロートスイッチ(71)を備え、蓄熱運転開始時に蓄熱槽(16)に氷が残存しているか否かを判定する残氷判定手段(80,82) と、該残氷判定手段(80,82) が氷は残存していないと判定し、且つ、蓄熱槽(16)の水位が基準水位以上のときには、該水位が基準水位になるように水抜弁(99)を開口して水位調整を行った後に蓄熱運転を所定時間実行する一方、該残氷判定手段(80,82) が氷は残存していると判定したときは、水位が上限位置まで上昇してフロートスイッチ(71)がＯＮ状態になるまで蓄熱運転を実行する蓄熱制御手段(80)とを備えていることとしたものである。
【００１１】
上記発明特定事項により、残氷判定手段(80,82) が蓄熱槽(16)に氷が残存していないと判定し、且つ、蓄熱槽(16)の水位が基準水位以上のときには、該水位が基準水位になるように水抜弁(99)を開口して水位調整を行った後に蓄熱運転が所定時間行われる。このことにより、所定量の蓄熱が過不足なく生成される。一方、残氷判定手段(80,82) が氷は残存していると判定したときは、蓄熱槽(16)の水位がフロートスイッチ(71)が設けられた位置に達するまで蓄熱運転が行われる。このことにより、過剰な製氷が回避され、水の過度な体積膨張による蓄熱槽(16)の破損が未然に防止される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の氷蓄熱式冷凍装置において、残氷判定手段は、蓄熱槽(16)の水温を検出する水温センサ(82)を備え、該水温センサ(82)の検出温度が所定温度以上の場合には氷が残存していないと判定する一方、該検出温度が所定温度よりも小さい場合には氷が残存していると判定するように構成されていることとしたものである。
【００１３】
上記発明特定事項により、実験やコンピュータシミュレーション等により予め定めた所定温度と、水温センサ(82)が検出した水温とを比較することにより、残氷の有無が簡易かつ正確に判定される。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の氷蓄熱式冷凍装置において、冷媒を圧縮する圧縮機(11,12) と、冷媒を凝縮または蒸発させる熱源側熱交換器(14)と、冷媒を減圧する減圧機構(23,18) と、冷媒を蒸発または凝縮させる利用側熱交換器(19)と、蓄熱槽(16)の水に浸漬されるように設けられて冷媒と水または氷とを熱交換させる伝熱コイル(17)とが設けられた冷媒回路(3) を備え、蓄熱運転時には、上記圧縮機(11,12) からの冷媒を上記熱源側熱交換器(14)で凝縮させ、上記減圧機構(23)で減圧し、上記伝熱コイル(17)で蒸発させ、蓄熱利用運転時には、該圧縮機(11,12) からの冷媒を該伝熱コイル(17)で凝縮させ、減圧機構(18)で減圧し、上記利用側熱交換器(19)で蒸発させることとしたものである。
【００１５】
上記発明特定事項により、蓄熱運転時には、伝熱コイル(17)において冷媒が蒸発することによって、蓄熱槽(16)の水が冷却されて氷化する。その結果、蓄熱槽(16)に冷熱が蓄えられる。一方、蓄熱利用運転時には、伝熱コイル(17)において冷媒が凝縮することによって、蓄熱槽(16)の氷が融解する。その結果、蓄熱槽(16)の冷熱が回収される。従って、いわゆるスタティック方式の氷蓄熱が行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
−空気調和装置(1) の構成−
図１に示すように、空気調和装置(1) は、室外ユニット(101) 、蓄熱槽(16)が設けられた氷蓄熱ユニット(102) 、及び室内ユニット(103),(103),…を備え、それらが冷媒配管を介して接続されることにより、冷媒回路(3) が形成されている。まず、冷媒回路(3) を中心とした空気調和装置(1) の全体構成を説明し、その後に蓄熱槽(16)の構成を説明する。
【００１８】
（全体構成）
図１に示すように、冷媒回路(3) は、主回路(30)、室内側回路(50)及び蓄熱利用回路(60)を備えている。
【００１９】
主回路(30)は、蓄熱槽(16)に氷を生成する際に冷媒が循環する回路であって、並列に設けられた第１圧縮機(11)及び第２圧縮機(12)、四路切換弁(13)、熱源側熱交換器たる室外熱交換器(14)、第１電子膨張弁(15)、受液器(21)、第１電磁弁(SV1) 、減圧機構たる第２電子膨張弁(23)、蓄熱槽(16)に貯留された水に浸漬された伝熱コイル(17)、双方向電磁弁(26)、上記四路切換弁(13)、及びアキュムレータ(22)が順に接続されて構成されている。
【００２０】
室内側回路(50)は、室内の冷房または暖房を目的として室外ユニット(101) に冷媒を供給するための回路であり、一端(51)が主回路(30)における第１電磁弁(SV1) と第２電子膨張弁(23)との間に接続され、他端(52)が双方向電磁弁(26)と四路切換弁(13)との間に接続されている。室内側回路(50)には、一端(51)から順に、室内電子膨張弁(18),(18),…及び室内熱交換器(19),(19),…が設けられている。
【００２１】
蓄熱利用回路(60)は、氷から冷熱を回収する際に冷媒が流通する回路であり、上流端(61)が主回路(30)における受液器(21)と第１電磁弁(SV1) との間に接続され、下流端(62)が伝熱コイル(17)と双方向電磁弁(26)との間に接続されている。蓄熱利用回路(60)には、上流端(61)から順に、第２電磁弁(SV2) 及び第１逆止弁(CV1) が設けられている。
【００２２】
主回路(30)の圧縮機(11),(12) 、四路切換弁(13)、室外熱交換器(14)、第１電子膨張弁(15)、受液器(21)、及びアキュムレータ(22)は、室外に設置された室外ユニット(101) に収納されている。さらに、室外ユニット(101) には、室外熱交換器(14)に空気を供給する室外ファン(24),(24) が設けられている。
【００２３】
主回路(30)の第１電磁弁(SV1) 、第２電子膨張弁(23)、伝熱コイル(17)、蓄熱槽(16)、及び蓄熱利用回路(60)は、氷蓄熱ユニット(102) に収納されている。また、氷蓄熱ユニット(102) には、後述する蓄熱制御等を実行するコントローラ(80)が設けられている。なお、コントローラ(80)は、本発明でいうところの蓄熱制御手段、残氷判定手段及び水位調整手段として機能する。
【００２４】
室内側回路(50)の室内電子膨張弁(18)及び室内熱交換器(19)は、各室内ユニット(103) に収納されている。また、室内ユニット(103),(103),…には、室内熱交換器(19),(19),…に空気を供給する室内ファン(25),(25) が設けられている。
【００２５】
圧縮機(11),(12) と四路切換弁(13)との間には、圧縮機(11),(12) からの吐出ガスの圧力、つまり高圧を検出する高圧圧力センサ(27)が設けられている。一方、圧縮機(11),(12) とアキュムレータ(22)との間には、圧縮機(11),(12) の吸入ガスの圧力、つまり低圧を検出する低圧圧力センサ(28)が設けられている。
【００２６】
以上が空気調和装置(1) の主要な構成部分であるが、本空気調和装置(1) は、更に以下のような補助的構成部分を備えている。
【００２７】
室外ユニット(101) においては、第１圧縮機(11)の吐出側に、油分離器(201) が設けられている。この油分離器(201) と第１圧縮機(11)の吸入側との間には、キャピラリーチューブ(CP1) を備えた油戻し管(202) が設けられている。第１圧縮機(11)と第２圧縮機(12)との間には、キャピラリーチューブ(CP2) を備えた均圧管(203) が設けられている。主回路(30)における第１電子膨張弁(15)と受液器(21)との間からは、電磁弁(SV4),(SV4) 及びキャピラリーチューブ(CP3),(CP3) を備えた補助回路(204),(204) が、各圧縮機(11),(12) に接続されている。受液器(21)と圧縮機(11),(12) の吐出側配管との間には、逆止弁(CV2) を備えたガス配管(205) が設けられている。このガス配管(205) には、電磁弁(SV5) が設けられてアキュムレータ(22)の上流側配管に接続されている配管(206) が接続されている。
【００２８】
氷蓄熱ユニット(102) においては、キャピラリーチューブ(CP4) 及び逆止弁(CV3) を備えた補助回路(207) が、一端が第２電子膨張弁(23)と伝熱コイル(17)との間に接続され、他端が双方向電磁弁(26)と室内側回路(50)の接続端(52)との間に接続されている。また、上流端が室内側回路(50)の接続端(51)と第２電子膨張弁(23)との間に接続され、下流端が蓄熱利用回路(60)の上流端(61)と第２電磁弁(SV2) との間に接続された補助回路(208) が設けられている。この補助回路(208) には、上流端から下流端へ向かう方向の冷媒流れのみを許容する逆止弁(CV4) が設けられている。
【００２９】
また、冷媒回路(3) には、複数のフィルタ(F),(F),…が適宜設けられている。
【００３０】
第１圧縮機(11)及び第２圧縮機(12)の吐出側配管には、それぞれ高圧圧力開閉器(29),(29) が設けられている。
【００３１】
（蓄熱槽(16)の構成）
図２〜図４に、配管を接続する前の状態における蓄熱槽(16)の構成を示す。蓄熱槽(16)は、側板(122),(123),(124),(125)、上板(121)及び底板(126)から成る直方体形状の槽である。
【００３２】
図２に示すように、正面の側板(122)の上側には、基準水位口(97)が設けられている。この基準水位口(97)は、蓄熱運転開始時における基準水位となる位置に設けられた貫通孔である。基準水位口(97)には、開閉弁としての電磁弁からなる水抜弁(99)が設けられた基準水位管(93)が接続される。そのため、水位調整時には、水抜弁(99)を開口させることにより、基準水位よりも上方に位置する水が基準水位口(97)及び基準水位管(93)を通じて槽外に排水処理され、水位が基準水位に調整される。基準水位口(97)の斜め上方の所定位置（上限位置）には、第１フロートスイッチ(71)を取り付けるための貫通孔たる第１取付口(111) が設けられ、基準水位口(97)の斜め下方の所定位置（下限位置）には、第２フロートスイッチ(72)を取り付けるための貫通孔たる第２取付口(112) が設けられている。蓄熱槽(16)の正面の下側には、蓄熱槽(16)内の水の温度を検出する水温センサ(82)を取り付けるための第３取付口(113) が設けられている。
【００３３】
図３に示すように、側板(122)と隣り合う一側面(123)の上方には、オーバーフロー水排出口(96)及び給水口(95)が設けられている。オーバーフロー水排出口(96)は、蓄熱槽(16)に蓄えられた水及び氷の量（水分量）が所定量を超えないように、所定の最大水位を超えた分の水を槽外に排出するための貫通孔である。オーバーフロー水排出口(96)には、オーバーフロー管(92)が接続される。そのため、蓄熱槽(16)の水位がオーバーフロー水排出口(96)の位置にまで上昇すると、水はオーバーフロー管(92)を通じて自然に排出される。なお、オーバーフロー水排出口(96)は、定格量の蓄熱を蓄えた場合の水位位置、つまり基準水位の水を貯留した蓄熱槽(16)に対して所定の定格の氷蓄熱を蓄えた後の水位位置に設けられている。給水口(95)には、図示しない給水源に接続された給水管(91)が接続され、この給水管(91)を通じて蓄熱槽(16)に水が供給される。オーバーフロー水排出口(96)と給水口(95)とは、オーバーフロー管(92)と給水管(91)とが接触しないように、互いに所定の間隔を隔てて形成されている。
【００３４】
図１１に示すように、第１フロートスイッチ(71)及び第２フロートスイッチ(72)は、それぞれフロート部(75)と電装部(76)とが水平方向に並ぶように設置されるタイプのフロートスイッチ、つまり、いわゆる横取付型のフロートスイッチである。第１フロートスイッチ(71)は、第１取付口(111) に貫通した状態で取り付けられ、フロート部(75)が蓄熱槽(16)の内部に位置するとともに、電装部(76)が蓄熱槽(16)の外部に位置するように設置されている。同様に、第２フロートスイッチ(72)は第２取付口(112) に貫通した状態で取り付けられ、フロート部(75)が蓄熱槽(16)の内部に位置するとともに、電装部(76)が蓄熱槽(16)の外部に位置するように設置されている。その結果、各フロートスイッチ(71),(72) の電装部(76)は、蓄熱槽(16)内の高湿度の雰囲気にさらされないように設けられている。
【００３５】
第１フロートスイッチ(71)、第２フロートスイッチ(72)及び水抜弁(99)は、信号線を介してコントローラ(80)に接続されている。コントローラ(80)は、第２フロートスイッチ(72)がＯＦＦ状態になると、蓄熱槽(16)の水が不足していると判断し、所定のアラームを発信するように構成されている。
【００３６】
また、図示しないが、蓄熱槽(16)の底板(126)には排出口が設けられており、この排出口には開閉弁を備えた排水管(94)が接続されている。
【００３７】
ここで、給水口(95)、オーバーフロー水排出口(96)、基準水位口(97)、第１フロートスイッチ(71)、及び第２フロートスイッチ(72)の鉛直方向における位置関係を説明する。つまり、それぞれの高さについて説明する。
【００３８】
図５に示すように、基準水位口(97)は予め設定した基準水位Ｎの位置に設けられている。オーバーフロー水排出口(96)は、基準水位Ｎに対し、定格量の蓄熱による水位上昇分Ａだけ上方に設けられている。第１フロートスイッチ(71)は、基準水位Ｎよりも所定高さＢだけ上方に設けられている。ここで、所定高さＢは、水の潜熱変化（氷化）による熱量と０℃から後述する第２所定温度（２５℃）にまで変化する際の顕熱変化による熱量との合計が上記定格蓄熱量になったとした場合の、上記潜熱変化に相当する水位変位分である。第２フロートスイッチ(72)は、第１フロートスイッチ(71)が設けられた位置に対して、蓄熱槽(16)の最大可能蓄熱量による水位上昇分Ｃだけ下方に設けられている。すなわち、第２フロートスイッチ(72)は、それよりも低い水位から蓄熱を開始しても、水位は第１フロートスイッチ(71)の高さにまで上昇し得ないような位置に設けられている。
【００３９】
−空気調和装置(1) の動作−
次に、空気調和装置(1) の動作を説明する。本空気調和装置(1) は、四路切換弁(13)の状態を切り換えることにより、冷熱を蓄える蓄熱運転の他に、冷房運転または暖房運転を選択的に実行することができる。ここでは、まず蓄熱運転を説明し、その後に、蓄熱を利用した冷房運転（蓄熱利用運転）について説明する。
【００４０】
（蓄熱運転）
蓄熱運転は、例えば夜間の安価な電気を用いて、蓄熱槽(16)に蓄熱材としての氷を生成する運転である。まず、冷媒回路(3) における冷媒の循環動作を説明し、その後に、本発明の特徴のひとつである蓄熱制御について説明する。
【００４１】
本運転にあっては、四路切換弁(13)は、図６に示す実線側に設定される。第１電子膨張弁(15)は全開状態に設定される一方、第２電子膨張弁(23)は運転状態に応じて所定開度に制御される。第１電磁弁(SV1) 及び双方向電磁弁(26)は開状態に設定され、第２電磁弁(SV2) は閉状態に設定される。
【００４２】
冷媒は、図６に実線矢印で示すように循環する。なお、図６においては、冷媒の循環経路を太線で強調して示している。
【００４３】
すなわち、圧縮機(11),(12) から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁(13)を通過した後、室外熱交換器(14)に流入する。ガス冷媒は、室外熱交換器(14)において室外空気と熱交換を行って凝縮し、受液器(21)を経た後、室外ユニット(101) から氷蓄熱ユニット(102) に流入し、第２電子膨張弁(23)で減圧され、膨張して二相冷媒となる。この二相冷媒は、伝熱コイル(17)において蒸発する。この際、冷媒は蓄熱槽(16)の水を冷却し、この水を氷化する。つまり、伝熱コイル(17)の周りに氷を生成する。そして、伝熱コイル(17)を流出した低圧の冷媒は、再び室外ユニット(101) に戻り、四路切換弁(13)及びアキュムレータ(22)を通過した後、圧縮機(11),(12) に吸入される。
【００４４】
蓄熱制御は、図７に示すフローチャートに従って実行される。すなわち、ステップST1 において蓄熱運転が開始されると、ステップST2 において、蓄熱槽(16)の水の温度Ｔｗ０が所定温度Ｔ０よりも小さいか否かの判定を行う。この所定温度Ｔ０は、蓄熱運転開始時に蓄熱槽(16)に氷が残存しているか否かを判定する基準となる温度であり、本実施形態では７℃に設定されている。その結果、水温Ｔｗ０が所定温度Ｔ０以上である場合にはステップST3 に進み、水温Ｔｗ０が所定温度Ｔ０よりも小さい場合にはステップST6 に進む。
【００４５】
ステップST3 〜ステップST5 は、蓄熱槽(16)に氷が残存していないときに実行する運転、つまり無残氷運転の工程を示す。ステップST3 においては、運転判定フラグを０ＦＦにセットすることにより、運転モードを無残氷運転に設定する。次に、ステップST4 に進み、水抜弁(99)を開口して蓄熱槽(16)の水位を基準水位に調整する。その後、水抜弁(99)を閉止し、予め設定した所定時間ｔ１の間、冷媒回路(3) において冷媒を循環させ、製氷動作を行う。つまり、無残氷運転の場合には、第１フロートスイッチ(71)のＯＮ／ＯＦＦ状態に関係なく、運転時間に基づいて蓄熱量を管理する。そして、ステップST5 において所定時間ｔ１が経過したと判断すると、ステップST8 に進んで蓄熱運転を終了する。その結果、蓄熱槽(16)には、所定量の氷蓄熱が過不足なく正確に生成される。
【００４６】
一方、ステップST6 〜ステップST7 は、蓄熱槽(16)に氷が残存しているときに実行する運転、つまり有残氷運転の工程を示す。ステップST6 においては、運転判定フラグをＯＮにセットし、運転モードを有残氷運転に設定する。そして、冷媒の循環動作を開始する。次に、ステップST7 に進み、第１フロートスイッチ(71)がＯＮ状態か否かを判定する。すなわち、水位が第１フロートスイッチ(71)が設けられた位置まで上昇したか否かを判定する。その結果、第１フロートスイッチ(71)がＯＦＦ状態のときは運転を継続する一方、ＯＮ状態になったときは、ステップST8 に進んで蓄熱運転を終了する。つまり、有残氷運転においては、水位に基づいて蓄熱量を管理することとしている。このように運転時間ではなく水位に基づいて蓄熱量を管理することとしたのは、次の理由による。
【００４７】
すなわち、有残氷運転では、運転開始時に蓄熱槽(16)内に氷が残留しているため、無残氷運転と同様に蓄熱運転を所定時間実行すると、蓄熱槽(16)に過剰の氷を生成してしまう場合がある。この場合、伝熱コイル(17)や蓄熱槽(16)に、水の体積膨張に起因する過度のストレスが発生し、破損等を招くおそれがある。従って、蓄熱槽(16)における過度の冷凍を防止し、伝熱コイル(17)や蓄熱槽(16)の破損を確実に回避するため、有残氷運転においては、水位に基づいて蓄熱量を管理している。
【００４８】
（蓄熱利用運転）
蓄熱利用運転は、例えば昼間時のような電力需要のピーク時に、蓄熱槽(16)の氷を冷熱源として利用して、室内の冷房を行う運転である。まず、冷媒循環動作を説明する。
【００４９】
四路切換弁(13)は、図８に示す実線側に設定される。第１電子膨張弁(15)及び第２電子膨張弁(23)は全開状態に設定され、室内電子膨張弁(18),(18),…は運転状態に応じて所定開度に制御される。第１電磁弁(SV1) 及び双方向電磁弁(26)は閉状態に設定され、第２電磁弁(SV2) は開状態に設定される。
【００５０】
冷媒は、図８に実線矢印で示すように循環する。なお、図８においても、冷媒の循環経路を太線で表している。
【００５１】
すなわち、圧縮機(11),(12) から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁(13)を経て室外熱交換器(14)に流入し、室外熱交換器(14)において室外空気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器(14)を流出した冷媒は、受液器(21)を通過した後、氷蓄熱ユニット(102) の伝熱コイル(17)に流入する。この冷媒は、伝熱コイル(17)において、蓄熱槽(16)に蓄えられた氷によって冷却され、蓄えられていた冷熱を回収する。伝熱コイル(17)を流出した冷媒は、第２電子膨張弁(23)を通過し、各室内ユニット(103),(103),…に流入する。各室内ユニット(103) において、冷媒は室内電子膨張弁(18)によって減圧され、低温の気液二相冷媒となって室内熱交換器(19)に流入する。室内熱交換器(19)に流入した冷媒は、室内空気と熱交換を行い、蒸発して室内空気を冷却する。室内熱交換器(19)を流出した冷媒は、室外ユニット(101) の四路切換弁(13)及びアキュムレータ(22)を通過し、圧縮機(11),(12) に吸入される。
【００５２】
このような冷媒循環動作は冷房負荷に応じて所定時間行われるが、蓄熱槽(16)内の水の温度が所定の上限温度Ｔmax になると、蓄熱は消費されたとみなし、蓄熱を用いた運転から蓄熱を用いない冷房運転に運転が切り換えられる。
【００５３】
ところで、すべての氷が融解した状態にあっても、槽内の水温は０℃に近く、十分に低温である。そのため、氷だけでなく、蓄熱槽(16)内の水も冷熱源として利用可能である。従って、蓄熱槽(16)に蓄えられる冷熱は、水の潜熱変化による冷熱と顕熱変化による冷熱とに大別することができる。そこで、蓄熱がすべて消費されたか否かは、蓄熱槽(16)の水温が予め設定した上限水温Ｔmax になったか否かにより判断することとしている。
【００５４】
本空気調和装置(1) では、蓄熱運転の運転モードに応じて上限水温Ｔmax を変更する。図９に示すように、ステップST11において蓄熱利用運転を開始した後、ステップST12において、蓄熱運転モードの判定を行う。
【００５５】
判定フラグがＯＦＦにセットされている場合には、蓄熱運転モードは無残氷運転であると判定し、ステップST14に進んで上限水温Ｔmax を第１所定温度Ｔ１、つまり２０℃に設定する。
【００５６】
一方、判定フラグがＯＮにセットされている場合には、蓄熱運転モードは有残氷運転であると判定し、ステップST13に進んで上限水温Ｔmax を第２所定温度Ｔ２に設定する。有残氷運転は無残氷運転よりも蓄熱生成量が少なくなるので、有残氷運転後においては、無残氷運転後に比べてより多くの顕熱を利用することとしている。そのため、第２所定温度Ｔ２は第１所定温度Ｔ１よりも高い温度に設定されており、ここでは、２５℃に定められている。
【００５７】
ステップST14またはステップST13において上限水温Ｔmax の設定を行った後は、ステップST15に進み、上述の冷媒循環動作を行い、室内の冷房を実行する。
【００５８】
−空気調和装置(1) の効果−
以上のように、本空気調和装置(1) では、水位センサを使用する代わりにフロートスイッチ(71),(72) を使用している。フロートスイッチは高湿度の条件下でも故障しにくいため、水位の検出を確実に行うことができ、蓄熱の制御の信頼性を向上させることができる。特に、本空気調和装置(1) では、横取付型のフロートスイッチ(71),(72) を用いている。横取付型のフロートスイッチでは、信号線が接続される電装部(76)は蓄熱槽(16)の外部に位置するので、電装部(76)を高湿度の環境から隔離することができる。そのため、フロートスイッチ(71),(72) の故障が起こりにくくなる。その結果、装置全体の信頼性が向上するとともに、蓄熱の制御の信頼性を一層向上させることができる。
【００５９】
また、フロートスイッチは水位センサよりも安価であるため、装置をより安価に構成することが可能となる。つまり、装置を低コスト化することができる。
【００６０】
一般に、伝熱コイル(17)の表面や蓄熱槽(16)の内壁面は空気の露点以下の低温であるので、結露が生じ、結露水が蓄熱槽(16)内の水に混入する場合がある。そのため、蓄熱槽(16)の水分量が増加することがある。しかし、本実施形態では、蓄熱運転の開始時に氷が残存していないときは、基準水位管(93)の水抜弁(99)を開口し、蓄熱槽(16)の水位が基準水位になるように水位調整を行っている。そのため、蓄熱運転開始時の初期状態を常に一定に保つことができる。従って、蓄熱運転における蓄熱量と水位との関係を一定に保つことができるので、蓄熱の生成量を正確に把握することができる。
【００６１】
また、蓄熱運転開始時に残氷がない場合には、蓄熱運転を所定時間実行することとしているので、蓄熱運転中に結露水が蓄熱槽(16)の水に混入したとしても、影響を受けることなく、適正量の蓄熱を過不足なく生成することができる。さらに、オーバーフロー管(92)を設けているので、結露による増加分の水は、オーバーフロー管(92)を通じて槽外に自然に排出される。従って、蓄熱槽(16)から水が溢れ出すことを未然に防止することができる。
【００６２】
一方、蓄熱運転の開始時に蓄熱槽(16)に氷が残存しているときは、蓄熱量を運転時間ではなく、水位に基づいて制御することとしている。そのため、氷の生成量が過剰となって伝熱コイル(17)や蓄熱槽(16)が破損することを確実に防止することができる。
【００６３】
また、水漏れ等により蓄熱槽(16)の水分量が過度に不足したときには、有残氷運転の際に、たとえ槽内の水がすべて氷化したとしても水位が第１フロートスイッチ(71)の位置まで上昇しない場合があり得る。このように水分量が過度に不足した場合は、蓄熱運転を長時間行うことになり、過剰な氷の生成により伝熱コイル(17)や蓄熱槽(16)の破損を招くおそれがある。しかし、本空気調和装置(1) によれば、装置を保護するための第２フロートスイッチ(72)を設けているので、水分量が不足したときには、第２フロートスイッチ(72)がＯＦＦ状態となり、所定のアラームが発信され、蓄熱運転は阻止される。つまり、蓄熱運転は行われない。従って、装置の信頼性が更に向上する。
【００６４】
蓄熱槽(16)に水温センサ(82)を設け、この水温センサ(82)が検出する蓄熱槽(16)の水温に基づいて残氷の有無を判定することとしているので、蓄熱運転開始時における残氷の有無の判定を、簡易かつ正確に行うことができる。
【００６５】
蓄熱利用運転に関して、前回の蓄熱運転の運転モードに応じて、利用する顕熱熱量を変更している。つまり、蓄熱運転が有残氷運転であった場合には、蓄熱利用運転に際して、蓄熱槽(16)の水が２５℃になるまで顕熱熱量を利用することとしている。従って、蓄熱の利用可能量を増大させることができ、蓄熱量不足を回避することができる。
【００６６】
なお、本発明でいうところの冷凍装置は広い意味での冷凍装置であり、上記の空気調和装置に限らず、狭義の冷凍装置や冷蔵装置等も含むものである。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、蓄熱運転開始時に残氷がなく、且つ、蓄熱槽(16)の水位が基準水位以上のときには、該水位が基準水位になるように水抜弁(99)を開口して水位調整を行った後に蓄熱運転を所定時間行うので、一定量の蓄熱を常に過不足なく生成することができる。一方、蓄熱運転開始時に残氷がある場合には、水位が所定位置に達した時点で蓄熱運転を終了するので、過剰な製氷を回避することができ、蓄熱槽の破損を確実に防止することができる。
【００６８】
請求項２に記載の発明によれば、水温センサが検出した温度と予め定めた所定温度との大小関係に基づいて残氷の有無を判断するので、残氷の有無を簡易かつ正確に判定することができる。
【００６９】
請求項３に記載の発明によれば、いわゆるスタティック方式の装置において、請求項４の発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】  蓄熱槽の正面図である。
【図３】  蓄熱槽の側面図である。
【図４】  蓄熱槽の上面図である。
【図５】  各口の位置と各フロートスイッチの取付位置との関係を示す図である。
【図６】  蓄熱運転時の冷媒循環を示す冷媒回路図である。
【図７】  蓄熱制御のフローチャートである。
【図８】  蓄熱利用運転時の冷媒循環を示す冷媒回路図である。
【図９】  蓄熱利用運転のフローチャートである。
【図１０】  従来の空気調和装置の冷媒回路図である。
【図１１】  横取付型のフロートスイッチの側面図である。
【符号の説明】
(1)        空気調和装置
(3)        冷媒回路
(11),(12)  圧縮機
(14)       室外熱交換器
(19)       室内熱交換器
(16)       蓄熱槽
(17)       伝熱コイル
(71)       第１フロートスイッチ
(72)       第２フロートスイッチ
(75)       フロート部
(76)       電装部
(80)       コントローラ
(82)       水温センサ
(91)       給水管
(92)       オーバーフロー管
(93)       基準水位管
(99)       水抜弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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