(57)【要約】      （修正有）【課題】  必要最小限の経済的な運転を行うことができる蓄熱式空気調和装置を得る。【解決手段】  蓄熱槽１１、第２の減圧機構８、蒸発器９、及び冷媒ポンプ７から成り、蓄熱槽１１内の冷熱エネルギーを使用して放冷運転を行う放冷用手段と、蓄熱槽１１内に蓄えた氷の有無を蓄熱媒体１０の温度によって判断する残氷検知手段１２と、残氷検知手段１２によって放冷運転終了直後の蓄熱媒体温度が一定値以上であることを検知した場合は、所定の時間蓄冷運転を行い、一定値以下であることを検知した場合は、前回の蓄冷運転終了時刻から今回の蓄冷運転開始時刻までの積算放冷時間を算出して、蓄熱槽１１の最大蓄冷量に対する融氷量の割合を判断し、融氷量に対応して設定された蓄冷運転時間を設定し、蓄冷運転時間、放冷運転の時間帯および所定の時間帯に基づき決定した開始時刻から蓄冷運転を行う蓄冷制御手段１４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、第１の減圧機構、及び蓄熱媒体を内蔵しかつ熱交換器を内設する蓄熱槽から成り、前記蓄熱槽に冷熱エネルギーを蓄積するために蓄冷運転を行う蓄冷用手段と、
前記蓄熱槽、第２の減圧機構、蒸発器、及び冷媒ポンプから成り、前記蓄熱槽内の冷熱エネルギーを使用して放冷運転を行う放冷用手段と、
前記蓄熱槽内に蓄えた氷の有無を前記蓄熱媒体の温度によって判断する残氷検知手段と、
前記残氷検知手段によって前記放冷運転終了直後の前記蓄熱媒体温度が一定値以上であることを検知した場合は、所定の時間蓄冷運転を行い、一定値以下であることを検知した場合は、前回の蓄冷運転終了時刻から今回の蓄冷運転開始時刻までの積算放冷時間を算出して、前記蓄熱槽の最大蓄冷量に対する融氷量の割合を判断し、前記融氷量に対応して設定された蓄冷運転時間を設定し、前記蓄冷運転時間、前記放冷運転の時間帯および所定の時間帯に基づき決定した開始時刻から蓄冷運転を行う蓄冷制御手段と
を備えたことを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
【請求項２】
蓄冷制御手段は、蓄熱媒体温度が一定値以下であることを検知した場合に、蓄冷運転時間が所定の時間帯の開始時刻から次回の放冷運転開始時刻までの時間よりも短ければ、前記時間帯の開始時刻から蓄冷運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式空気調和装置。
【請求項３】
蓄冷制御手段は、蓄熱媒体温度が一定値以下であることを検知した場合に、蓄冷運転時間が所定の時間帯の開始時刻から次回の放冷運転開始時刻までの時間よりも長ければ、放冷運転終了時刻から蓄冷運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式空気調和装置。
【請求項４】
蓄冷制御手段は、蓄熱媒体温度が一定値以下であることを検知した場合に、蓄冷運転時間が前回の放冷運転終了時刻から所定の時間帯の終了時刻までの時間よりも短ければ、前記蓄冷運転時間および前記時間帯の終了時刻に基づき計算した時刻から蓄冷運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式空気調和装置。
【請求項５】
蓄冷制御手段は、蓄熱媒体温度が一定値以下であることを検知した場合に、蓄冷運転時間が前回の放冷運転終了時刻から所定の時間帯の終了時刻までの時間よりも長ければ、放冷運転終了時刻から蓄冷運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昼間電力の抑制と平準化対策に係り、蓄熱媒体を内蔵する蓄熱槽を備えた蓄熱式空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２は従来の蓄熱式空気調和装置の冷媒配管系統図であり、蓄冷運転は圧縮機１、凝縮器２、減圧機構３、蓄冷用熱交換器４、及びバイパス回路５、６から成る蓄冷用回路、放冷運転は冷媒ガスポンプ７、蓄冷用熱交換器４、第１の減圧機構８、及び蒸発器９から成る放冷用回路を形成することによって行われる。
前記蓄冷用熱交換器４は、蓄熱媒体１０（ここでは水）を内蔵する蓄熱槽１１内に設けられており、蓄冷運転時は、蓄冷用熱交換器４の伝熱管周囲に熱を奪われて潜熱変化した氷が付着し、逆に放冷運転時は氷の持つ冷熱を冷媒の凝縮潜熱に使用されて伝熱管周囲から融解する。
【０００３】
図１３および図１４は従来の蓄熱式空気調和装置の蓄冷運転時間設定を示す運転サイクル図であり、蓄冷運転の開始、終了時刻をタイマ設定により決定する時間制御としており、蓄冷運転許可指令は蓄冷運転開始時刻Ｔ１および蓄冷運転終了時刻Ｔ２までの間の残氷の有無で行う概念を示している。また、Ｔ５、Ｔ６はそれぞれ夜間電力料金時間帯開始時刻、終了時刻である。
図中、斜線で示した部分は実際に蓄冷を行っている時間帯であり、蓄冷指令(Ｔ３)に
より蓄冷運転が開始される。蓄冷運転開始時刻Ｔ１および蓄冷運転終了時刻Ｔ２は予めタイマ設定されている。
【０００４】
次に動作について説明する。
まず図１３において、蓄冷量制御は、蓄冷運転開始時刻Ｔ１、蓄冷運転終了時刻Ｔ２をタイマ設定により決定する時間制御としており、センサ等により残氷の有無を確認後、蓄冷指令を出力する。蓄冷開始時刻Ｔ１にて残氷がない場合は、Ｔ１と同時に蓄冷運転を開始し終了時刻Ｔ２と共に運転終了する。従ってこの場合は、設定時間分の蓄冷が行われ、通常の所要量の１００％とする。
【０００５】
次に、蓄冷運転開始時刻Ｔ１にて残氷がある場合は、図１４に示すように、設定した蓄冷時間に従って蓄冷運転を行い、終了指令Ｔ４とともに運転終了する。この場合の蓄冷運転は融氷分を補う追加蓄冷となるから、蓄冷運転時間は蓄熱槽の所要蓄冷量を超える設定が成されることはない。
図１５は前述の運転モードにおいて蓄冷量制御を行う際のアルゴリズムを示す。図において、放冷運転の積算は、所要蓄冷時間（ＴSE）算出終了時間で始まり、次回の蓄冷開
始設定時刻まで継続される。
残氷ありの場合の蓄冷指令はＴSEの算出後に行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の蓄冷式空気調和装置の蓄冷指令方式は図１３、図１４に示すように行われているので、例えば、蓄冷開始時刻Ｔ１の設定が１８：００で、中間期などで昼間の放冷運転積算時間が短く、これにより設定される蓄冷時間が４時間となった場合、従来の蓄冷量制御方式では蓄冷量制御が作動すると、直ちに蓄冷指令Ｔ３により蓄冷運転を開始して、蓄冷運転は１８：００〜２２：００の間に行われる。
ここで、電力使用料が安い夜間電力料金時間帯開始時刻は２２：００である。つまり蓄冷運転が夜間電力料金時間帯に行なわれず、蓄熱方式のメリットである夜間電力料金時間帯利用による運転コスト低減が有効に実施されないことになる。
【０００７】
本発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、必要最小限の経済的な運転を行うことができる蓄熱式空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る蓄熱式空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、第１の減圧機構、及び蓄熱媒体を内蔵しかつ熱交換器を内設する蓄熱槽から成り、蓄熱槽に冷熱エネルギーを蓄積するために蓄冷運転を行う蓄冷用手段と、蓄熱槽、第２の減圧機構、蒸発器、及び冷媒ポンプから成り、蓄熱槽内の冷熱エネルギーを使用して放冷運転を行う放冷用手段と、蓄熱槽内に蓄えた氷の有無を蓄熱媒体の温度によって判断する残氷検知手段と、残氷検知手段によって放冷運転終了直後の蓄熱媒体温度が一定値以上であることを検知した場合は、所定の時間蓄冷運転を行い、一定値以下であることを検知した場合は、前回の蓄冷運転終了時刻から今回の蓄冷運転開始時刻までの積算放冷時間を算出して、蓄熱槽の最大蓄冷量に対する融氷量の割合を判断し、融氷量に対応して設定された蓄冷運転時間を設定し、蓄冷運転時間、放冷運転の時間帯および所定の時間帯に基づき決定した開始時刻から蓄冷運転を行う蓄冷制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧縮機、凝縮器、第１の減圧機構、及び蓄熱媒体を内蔵しかつ熱交換器を内設する蓄熱槽から成り、蓄熱槽に冷熱エネルギーを蓄積するために蓄冷運転を行う蓄冷用手段と、蓄熱槽、第２の減圧機構、蒸発器、及び冷媒ポンプから成り、蓄熱槽内の冷熱エネルギーを使用して放冷運転を行う放冷用手段と、蓄熱槽内に蓄えた氷の有無を蓄熱媒体の温度によって判断する残氷検知手段と、残氷検知手段によって放冷運転終了直後の蓄熱媒体温度が一定値以上であることを検知した場合は、所定の時間蓄冷運転を行い、一定値以下であることを検知した場合は、前回の蓄冷運転終了時刻から今回の蓄冷運転開始時刻までの積算放冷時間を算出して、蓄熱槽の最大蓄冷量に対する融氷量の割合を判断し、融氷量に対応して設定された蓄冷運転時間を設定し、蓄冷運転時間、放冷運転の時間帯および所定の時間帯に基づき決定した開始時刻から蓄冷運転を行う蓄冷制御手段とを備えたことにより、夜間蓄冷時間を確実に夜間電力料金時間帯に行うことができ、経済的な運転か可能となり、ランニングコストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施の形態を図について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る蓄熱式空気調和装置を示す冷媒配管系統図である。
蓄冷運転は圧縮機１、凝縮器２、第１の減圧機構３、蓄冷用熱交換器４、及びバイパス回路５、６から成る蓄冷用回路、放冷運転は冷媒ガスポンプ７、蓄冷用熱交換器４、第２の減圧機構８、及び蒸発器９から成る放冷用回路を形成することによって行われる。蓄冷用熱交換器４は、蓄熱媒体１０（ここでは水）を内蔵する蓄熱槽１１内に設けられており、蓄冷運転時は、蓄冷用熱交換器４の伝熱管周囲に熱を奪われて潜熱変化した氷が付着し、逆に放冷運転時は氷の持つ冷熱を冷媒の凝縮潜熱に使用されて伝熱管周囲から融解する。蓄熱槽１１における残氷を検出するための残氷検知手段１２とタイマ１３からの信号が蓄冷制御手段１４に入力される。
【００１１】
実施の形態１．
図１において、室温検知手段１５によって放冷運転積算中の室内吸込み空気温度を検知して蓄冷制御手段１４に入力する。
【００１２】
図２は本発明の実施の形態１における積算放冷時間（ＴUE）に対する所要蓄冷時間（Ｔ
SE）の関係を示す一例であり、所要蓄冷時間（ＴSE）は積算放冷時間（ＴUE）のｋ倍で与えられる。図中、実線で示した部分が通常の蓄冷量制御に対応したものである。ｋは室内吸込み空気温度の関数となり、室内吸込み空気温度が通常より高かった時は、通常の積算放冷時間（ＴUE）に対して所要蓄冷時間（ＴSE）を長めに、逆に室内吸込み空気温度が通常より低かった時は所要蓄冷時間（ＴSE）を短めに設定する。例えば一点鎖線で示したものは室内吸込み空気温度が高かった場合で、放冷能力が増すために、放冷時間の最大値（Ｔu）は減少してＴｕ’に移動する。逆の傾向が二点鎖線で示したように室内吸込み空気温度が低い場合についてもあり得る。このように室内吸込み空気温度の高低に対応して所要蓄冷時間（ＴSE）の出力が可能な制御仕様とすることによって、常に適正蓄冷量を得ることができる。
【００１３】
実施の形態２．
図１において１６、１７は設置制約上生じる放冷用冷媒回路の延長配管であり、予め空調装置設備設置時に冷媒配管長はスイッチ設定などの方法により蓄冷制御手段１４に入力される。
図３は本発明の実施の形態２における積算放冷時間（ＴUE）に対する所要蓄冷時間（ＴSE）の関係を示す一例であり、所要蓄冷時間（ＴSE）は積算放冷時間（ＴUE）のｋ倍で与えられる。図中、実線で示した部分が通常の蓄冷量制御に対応したものである。ｋは冷媒配管長の関数となり、冷媒配管長が通常より短い時は、通常の積算放冷時間（ＴUE）に対して所要蓄冷時間（ＴSE）を長めに、逆に冷媒配管長が長い時は所要蓄冷時間（ＴSE）を短めに設定する。例えば一点鎖線で示したものは冷媒配管長が短い場合で、放冷能力が増すために、放冷時間の最大値（Ｔu）は減少してＴｕ’に移動する。逆の傾向が二点鎖線で示したように冷媒配管長が長い場合についてもあり得る。このように冷媒配管長の長短に対応して所要蓄冷時間（ＴSE）の出力が可能な制御仕様とすることによって、常に適正蓄冷量を得ることができる。
【００１４】
実施の形態３．
予め空調装置設備設置時に放冷運転蒸発器側風量（以下室内風量）はスイッチ設定などの方法により蓄冷制御手段１４に入力される。
図４は本発明の実施の形態３における積算放冷時間（ＴUE）に対する所要蓄冷時間（ＴSE）の関係を示す一例であり、所要蓄冷時間（ＴSE）は積算放冷時間（ＴUE）のｋ倍で与えられる。図中、実線で示した部分が通常の蓄冷量制御に対応したものである。ｋは室内風量の関数となり、室内風量が通常より多い時は、通常の積算放冷時間（ＴUE）に対して所要蓄冷時間（ＴSE）を長めに、逆に室内風量が少ない時は所要蓄冷時間（ＴSE）を短めに設定する。例えば一点鎖線で示したものは室内風量が多い場合で、放冷能力が増すために、放冷時間の最大値（Ｔu）は減少してＴｕ’に移動する。逆の傾向が二点鎖線で示したように室内風量が少ない場合についてもあり得る。このように室内風量の多少に対応して所要蓄冷時間（ＴSE）の出力が可能な制御仕様とすることによって、常に適正蓄冷量を得ることができる。
【００１５】
実施の形態４．
図５の（１）は従来の一日の運転における蓄熱槽水温の変化及び運転モードを示す図であり、（２）は実施の形態４により蓄冷時間を長く設定する制御手段を示す蓄熱槽水温の変化及び運転モードを示す図である。
図５において、昼間の放冷運転で氷を使いきり蓄熱槽水温が一定値（ここでは７℃）を超えたので放冷運転は終了する。ここで運転スイッチＯＦＦにより空調を終了した場合、蓄熱槽内の水の対流により槽水温の検知温度が低下して、蓄冷運転開始時刻Ｔ１で水温が７℃以下となることがある。この場合、蓄冷量制御を行うわけであるが、従来の蓄冷量制御による所要蓄冷時間（ＴSE）よりも長く蓄冷運転を行うように蓄冷制御手段を変更する。所要蓄冷時間（ＴSE）の決定方法は図６のグラフを基づいて行う。
図６は、本発明における積算放冷時間（ＴUE）に対する所要蓄冷時間（ＴSE）の関係を示すグラフであり、図中、実線で示した部分が通常の蓄冷量制御に対応したものであり、図中一点鎖線が放冷運転中に一度７℃以上を検知したにもかかわらず残氷ありと判断した場合の所要蓄冷時間（ＴSE）である。
【００１６】
実施の形態５．
図７の（１）は従来の一日の運転における蓄熱槽水温の変化及び運転モードを示す図であり、（２）は実施の形態５により蓄冷時間を長く設定する制御手段を示す蓄熱槽水温の変化及び運転モードを示す図である。
図７において、昼間の放冷運転で氷を使いきり蓄熱槽水温が一定値（ここでは７℃）を超えたので放冷運転は終了する。ここで運転スイッチＯＦＦにより空調を終了した場合、蓄熱槽内の水の対流により槽水温の検知温度が低下して、蓄冷運転開始時刻Ｔ１で水温が７℃以下となることがある。この場合、蓄冷量制御を行なわずタイマにより設定された設定時間分（Ｔ１〜Ｔ２）蓄冷指令を出力する。
【００１７】
実施の形態６．
図８は蓄冷運転時間設定を示す運転サイクル図であり、蓄冷運転の開始時刻（Ｔ１）、終了時刻（Ｔ２）とタイマの設定により決定する時間制御としており、本発明に係る蓄冷量制御は、図中（２）、（３）の残氷がある場合について行う。まず、検知手段１２によって残氷が検知されない場合はタイマ１３等による蓄冷開始時刻になると蓄冷指令（Ｔ３）を行い、蓄冷運転終了時刻に達すると終了指令（Ｔ４）にて蓄冷運転を終了させる。また、残氷がある場合は、蓄冷制御手段１４において所要蓄冷時間を算出後、それが夜間電力料金時間帯開始時刻〜蓄冷終了時刻（Ｔ５〜Ｔ２）よりも長い場合は、直ちに蓄冷指令（Ｔ３）を出力し蓄冷運転を開始する、所要蓄冷時間経過すると終了指令（Ｔ４）にて蓄冷運転を終了させる。
【００１８】
また、蓄冷制御手段１４において所要蓄冷時間を算出後、それが夜間電力料金時間帯開始時刻〜蓄冷終了時刻（Ｔ５〜Ｔ２）よりも短い場合は、夜間電力時間帯開始時刻（Ｔ５）に蓄冷指令（Ｔ３）を出力し蓄冷運転を開始する、所要蓄冷時間経過すると終了指令（Ｔ４）にて蓄冷運転を終了させる。
図９は上記の運転モードにおいて蓄冷量制御を行う際のアルゴリズムを示す。図において、放冷運転の積算は所要蓄冷時間算出終了時点で始まり、次回の蓄冷開始設定時刻まで継続される。
【００１９】
実施の形態７．
図１０は蓄冷運転時間設定を示す運転サイクル図であり、蓄冷運転の開始時刻（Ｔ１）、終了時刻（Ｔ２）とタイマの設定により決定する時間制御としており、本発明に係る蓄冷量制御は、図中（２）、（３）の残氷がある場合について行う。まず、検知手段１２によって残氷が検知されない場合はタイマ１３等による蓄冷開始時刻になると蓄冷指令（Ｔ３）を行い、蓄冷運転時刻に達すると終了指令（Ｔ４）にて蓄冷運転を終了させる。また、残氷がある場合は、蓄冷制御手段１４において所要蓄冷時間を算出後、それが蓄冷開始時刻〜夜間電力料金時間帯終了時刻（Ｔ１〜Ｔ６）よりも短い場合は、夜間電力料金時間帯終了時刻から所要蓄冷運転時間を逆算し蓄冷開始時刻を決定する。算出された時刻に蓄冷開始を出力し夜間電力料金時間帯終了時刻になると蓄冷運転を終了する。
【００２０】
また、蓄冷制御手段１４において所要蓄冷時間を算出後、それが蓄冷開始時刻〜夜間電力料金時間帯終了時刻（Ｔ１〜Ｔ６）よりも長い場合は、直ちに蓄冷指令（Ｔ３）を出力し蓄冷運転を開始する、所要蓄冷時間経過すると終了指令（Ｔ４）にて蓄冷運転を終了する。
図１１は上記の運転モードにおいて蓄冷量制御を行う際のアルゴリズムを示す。図において、放冷運転の積算は所要蓄冷時間算出終了時点で始まり、次回の蓄冷開始設定時刻まで継続される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄熱式空気調和装置を示すの冷媒配管系統図である。
【図２】本発明の実施の形態１による蓄熱式空気調和装置おいて所要蓄冷時間が積算放冷時間のｋ倍で与えられる関係を示し、上記ｋは室温の関数である関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態２による蓄熱式空気調和装置おいて所要蓄冷時間が積算放冷時間のｋ倍で与えられる関係を示し、上記ｋは配管長の関数である関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態３による蓄熱式空気調和装置おいて所要蓄冷時間が積算放冷時間のｋ倍で与えられる関係を示し、上記ｋは室内風量の関数である関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態４による蓄熱式空気調和装置における蓄熱槽水温と運転パターンを示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態４による蓄熱式空気調和装置における積算放冷時間に対する所要蓄冷時間の関係を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態５による蓄熱式空気調和装置における蓄熱槽水温と運転パターンを示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態６による蓄熱式空気調和装置における蓄冷運転時間設定を示す運転サイクル図である。
【図９】本発明の実施の形態６による蓄熱式空気調和装置における蓄冷量制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態７による蓄熱式空気調和装置における蓄冷運転時間設定を示す運転サイクル図である
【図１１】本発明の実施の形態７による蓄熱式空気調和装置における蓄冷量制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２】従来の蓄熱式空気調和装置を示す冷媒配管系統図である。
【図１３】従来の蓄熱式空気調和装置における蓄冷運転時間設定を示す運転サイクル図である。
【図１４】従来の蓄熱式空気調和装置における蓄冷運転時間設定の他の例を示す運転サイクル図である。
【図１５】従来の蓄熱式空気調和装置における蓄冷量制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１  圧縮機、２  凝縮器、３  第１の減圧機構、４  蓄冷用熱交換器、
５  バイパス回路、６  バイパス回路、７  冷媒ガスポンプ、
８  第２の減圧機構、９  蒸発器、１０  蓄熱媒体、１１  蓄熱槽、
１２  残氷検知手段、１３  タイマ、１４  蓄冷制御手段、
１５  室温検知手段、１６  冷媒延長配管  １７  冷媒延長配管。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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