(57)【要約】【課題】蓄熱槽からの放熱を必要とする時間帯の終了前に蓄熱を使い切って空調負荷対応が悪化する状態を防止することができる氷蓄熱ユニットを提供すること。【解決手段】空気と熱交換を行いブラインを冷却する熱源機１と、熱源機１によって冷却されたブラインで内部に熱を貯える蓄熱槽１５とを有し、ブラインポンプ１２、制御弁８、９、１０、１１、温度センサ２、３、４、５、６が設けられたブライン回路Ａと、温度センサ２６、２７を有し冷房負荷が接続された冷水回路Ｂとが設けられ、ブライン回路Ａと冷水回路Ｂとがブライン−水熱交換器２５を介して熱交換される氷蓄熱ユニットであって、空調開始前または空調運転中の蓄熱槽１５の水位レベルにより蓄熱槽１５内の蓄熱量を算出し、蓄熱量から放熱を行う時間に応じて取出し可能な最大放熱量を設定し、空調中の放熱量を調整するようにした。【選択図】図１
2011052901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と熱交換を行いブラインを冷却する熱源機と、該熱源機によって冷却されたブラインで内部に熱を貯える蓄熱槽とを有し、前記ブラインを回路内で循環させるためのブラインポンプ、前記ブラインの回路を切替えるための制御弁、前記ブラインの温度を制御するための制御弁、前記回路内の必要な箇所の温度を検知するための温度センサ、および前記蓄熱槽からの取出し熱量を検知するための温度センサが設けられたブライン回路と、
冷水の温度を検知するための温度センサを有し冷房負荷が接続された冷水回路とが設けられ、
前記ブライン回路と前記冷水回路とがブライン−水熱交換器を介して熱交換される氷蓄熱ユニットであって、
空調開始前または空調運転中の蓄熱槽の水位レベルにより蓄熱槽内の蓄熱量を算出し、該蓄熱量から放熱を行う時間に応じて取出し可能な最大放熱量を設定して空調中の放熱量を調整し、放熱が必要な時間帯の終了前に蓄熱の使い切りを防止するようにしたことを特徴とする氷蓄熱ユニット。
【請求項２】
前記蓄熱槽に水位センサを設け、該水位センサによって前記蓄熱槽内の蓄熱量を判定することを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱ユニット。
【請求項３】
前記蓄熱槽に攪拌装置を設け、該攪拌装置により前記蓄熱槽を攪拌して放熱を促進することを特徴とする請求項１または２記載の氷蓄熱ユニット。
【請求項４】
前記蓄熱槽の解氷運転時に、設定された最大放熱量を超えない範囲で、前記ブラインの温度を制御するための制御弁の開度を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の氷蓄熱ユニット。
【請求項５】
前記蓄熱槽近傍の上流にブラインの温度を制御するための第１の制御弁を設け、前記蓄熱槽のバイパス経路にブラインの温度を制御するための第２の制御弁を設け、これらの第１の制御弁および第２の制御弁の開度を調整して前記蓄熱槽の解氷量を調整することを特徴とする請求項４記載の氷蓄熱ユニット。
【請求項６】
前記ブラインポンプによりブラインの所定の流量を選定しておき、前記熱源機の出口近傍に位置した温度センサにより検知された温度と、前記ブライン−水熱交換器のブライン経路側の入口近傍に位置した温度センサにより検知された温度との差が、設定された最大放熱量を維持するように、前記第１の制御弁と第２の制御弁の開度を調整することを特徴とする請求項５記載の氷蓄熱ユニット。
【請求項７】
放熱運転を行う際の取出し熱量を、空調運転開始前や放熱運転開始前に判定した蓄熱量と、当初の目標蓄熱量との比によって設定することを特徴とする請求項１〜６記載の氷蓄熱ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は氷蓄熱ユニットに係り、より詳しくは、蓄熱槽からの取り出し熱量を制御することにより、蓄熱槽からの放熱を必要とする時間帯の終了前に蓄熱を使い切ることによって空調負荷対応が悪化するのを防止するようにした氷蓄熱ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
氷蓄熱ユニットにおいて、蓄熱槽に蓄熱された熱は、夜間電力使用の観点からできるだけ使い尽くすことが好ましく、また、設備容量削減のため、昼間、熱源機のみでは不足となる熱量を補うように、負荷に応じて対処する必要がある。
負荷が小さいときは、熱源機を主体に運転すると蓄熱槽の熱が余り、負荷が大きいときに蓄熱槽の熱を使いすぎると最大負荷時に対処できなくなってしまうため、この兼ね合いを考慮して制御することが必要となる。
【０００３】
従来の蓄熱冷暖房装置に、熱源機器とこれに接続する蓄熱槽とを備え、この蓄熱槽に蓄えた蓄熱を負荷に対応して使用するものであって、蓄熱の使用量を検出する手段と、蓄熱の使用量を制御する手段と、基準となるべき蓄熱使用パターンを予め入力して記憶する手段とを内蔵し、負荷に対応する蓄熱の使用量を検知して蓄熱使用パターンに沿うように蓄熱の使用量を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１０３３１８号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の蓄熱冷暖房装置は、外部条件、例えば外気温度等の変動や蓄熱槽本体の保護制御により蓄熱量が所定の値に達していない場合や、空調運転中に当初の予測を超えた空調負荷がかかった場合に、放熱を必要とする時間帯の終了前に蓄熱を使いきっているため、供給水温の急激な上昇により供給温度が急激に目標値から離れてしまい、空調負荷に対応できず、空調が極端に悪化する場合があった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、蓄熱槽からの取り出し熱量を、空調開始前の蓄熱量と蓄熱槽からの放熱を行う時間帯によって最適な値に制御することで、蓄熱槽からの放熱を必要とする時間帯の終了前に蓄熱を使い切ってしまうことにより、空調負荷への対応が悪化する状態を防止することができる氷蓄熱ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る氷蓄熱ユニットは、空気と熱交換を行いブラインを冷却する熱源機と、熱源機によって冷却されたブラインで内部に熱を貯える蓄熱槽とを有し、ブラインを回路内で循環させるためのブラインポンプ、ブラインの回路を切替えるための制御弁、ブラインの温度を制御するための制御弁、回路内の必要な箇所の温度を検知するための温度センサ、および蓄熱槽からの取出し熱量を検知するための温度センサが設けられたブライン回路と、
冷水の温度を検知するための温度センサを有し冷房負荷が接続された冷水回路とが設けられ、
ブライン回路と冷水回路とがブライン−水熱交換器を介して熱交換される氷蓄熱ユニットであって、
空調開始前または空調運転中の蓄熱槽の水位レベルにより蓄熱槽内の蓄熱量を算出し、蓄熱量から放熱を行う時間に応じて取出し可能な最大放熱量を設定して空調中の放熱量を調整し、放熱が必要な時間帯の終了前に蓄熱の使い切りを防止するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
蓄熱槽からの取り出し熱量を、放熱を必要とする時間帯の終了前に使い切らないような必要量に制御することにより、空調の極端な悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る氷蓄熱ユニットの系統図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る空調時間と空調負荷との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る氷蓄熱ユニットは、図１に示すように、熱源機１、蓄熱槽１５およびポンプユニット２０を有するブライン回路Ａと、冷水回路Ｂとを熱交換器２５で熱交換するようにしたものである。
【００１１】
ブライン回路Ａは、第１のブライン回路イと第２のブライン回路ロとからなる。
第１のブライン回路イは、熱源機１、第２の温度センサ３、第２の制御弁９、第４の制御弁１１、第４の温度センサ５、ブライン−水熱交換器２５、第５の温度センサ６、ブラインポンプ１２、第１の温度センサ２がこの順序で設けられている。そして、第５の温度センサ６とブラインポンプ１２との間には、膨張タンク１３が設けらており、また、第２の制御弁９と第４の制御弁１１との間、及び第５の温度センサ６と膨張タンク１３との間には第３の制御弁１０を有するバイパス経路ａが設けられている。  
【００１２】
第２のブライン回路ロは、第２の制御弁９を挟むようにして第１のブライン回路イに接続されており、第１の制御弁８、蓄熱槽１５、第３の温度センサ４がこの順序で設けられている。なお、第１のブライン回路イであって第２のブライン回路ロに挟まれた回路部分（第２の制御弁９を有する回路部分）は、第２のブライン回路ロのバイパス経路ｂを形成する。
【００１３】
ブライン−熱交換器２５に組み込まれた冷水回路Ｂは、冷水ポンプ（図示せず）、第６の温度センサ２６、第７の温度センサ２７がこの順序で設けられており、端部には冷房負荷（図示せず）が接続されている。
【００１４】
上記の氷蓄熱ユニットにおいて、熱源機１は、空気と熱交換してブラインを冷却する。また、蓄熱槽１５は、熱源機１によって冷却されたブラインによって内部に蓄熱（製氷）するものであり、放熱を促進するための攪拌装置１６を備えている。さらに、蓄熱槽１５は、槽内の水位を検知し、水位によって蓄熱量を検知する水位センサ１７を備えている。そして、氷ができて蓄熱量が増えると水位が上昇し、放熱して蓄熱量が減少すると水位が低下する。氷のない状態を基準レベルとし、レベルの上昇量で蓄熱量を判断することができ、放熱運転時に、レベルから、その時点での残蓄熱量を検出することができる。
【００１５】
ブラインポンプ１２はブライン回路Ａ内のブラインを循環させ、第１の制御弁８および第２の制御弁９はブラインの温度を制御し、第３の制御弁１０および第４の制御弁１１はブライン回路Ａを切替える。また、膨張タンク１３はブラインの温度変化による体積膨張を吸収する。さらに、ブライン−水熱交換器２５は、冷却されたブラインと負荷側へ供給する水とを熱交換する。
【００１６】
ブライン回路Ａ内に設けられた温度を検知するための温度センサ２〜６は、第１の温度センサ２が熱源機１の入口に設けられた温度センサであり、第２の温度センサ３が熱源機１の出口に設けられた温度センサである。また、第３の温度センサ４は蓄熱槽１５の出口に設けられた温度センサである。さらに、第４の温度センサ５がブライン−水熱交換器２５のブライン入口に設けられた温度センサであり、第５の温度センサ６がブライン−水熱交換器６のブライン出口に設けられた温度センサである。
【００１７】
また、冷却回路Ｂ内に設けられた温度を検知するための温度センサ２６、２７は、第６の温度センサ２６がブライン−水熱交換器２５の冷温水戻り側の温度センサであり、第７の温度センサ２７がブライン−水熱交換器２５の冷温水供給側の温度センサである。
【００１８】
上記の第１の温度センサ２〜第７の温度センサ２７は回路内の必要な箇所の温度を検知し、特に、第２の温度センサ３及び第４の温度センサ５により、蓄熱槽１５からの取出し熱量が検知される。
【００１９】
本発明は、蓄熱槽１５からの取出し熱量を、蓄熱槽１５に蓄熱した量と蓄熱槽１５からの放熱を行う時間帯によって最適な値に制御することで、蓄熱槽１５からの放熱を必要とする時間帯の終了前に熱（氷）を使い切ることのないようにしたものである。
すなわち、上記の氷蓄熱ユニットによって、空調開始前の蓄熱量と放熱を行う時間に応じて、（時間あたりの最大放熱量を設定して）空調中の放熱量を調整し、放熱が必要な時間帯の終了前に蓄熱を使い切るのを防止するようにしたものである。また、空調運転中の蓄熱量と放熱を行う時間に応じて、（時間あたりの最大放熱量を設定して）空調中の放熱量を調整し、放熱が必要な時間帯の終了前に蓄熱を使い切るのを防止するものである。
【００２０】
本発明においては、空調開始前または空調運転中に、水位センサ１７により蓄熱槽１５にたまっている熱量を判定し、蓄熱を放熱運転を行う時間で使い切るように、第１の制御弁８および第２の制御弁９を制御するものである。すなわち、空調開始前または空調運転中の水位レベルにより蓄熱量を算出し、解氷時間帯の間で取出し可能な、時間当たりの最大放熱量（蓄熱槽１５から取り出す熱量）を設定する。
そして、解氷運転においては、設定された最大放熱量を超えない範囲で第１、第２の制御弁８、９の開度を制御する。すなわち、許容放熱量以内の最大放熱量を取り出すように、第１、第２の制御弁８、９を調整する。
【００２１】
この場合、流量はブラインポンプ１２により所定の流量に選定しておき、放熱量の設定は、第２の温度センサ３による蓄熱槽１５の入り口温度と、第４の温度センサ５によるブライン−水熱交換器２５の入り口温度との差が設定値を維持するように、第１、第２の制御弁８、９の開度を調整して行う。すなわち、放熱運転中は、第２の温度センサ３と第４の温度センサ５によって検知されたブライン温度と、ブラインポンプ１２の設定流量と、水位センサ１７とによって検知された蓄熱槽１５内の水位等により、蓄熱槽１５からの解氷量を判断し、所定の熱量以上の解氷が行われないように、第１の制御弁８および第２の制御弁９を制御して、解氷量を調整する。
【００２２】
こうすることにより、氷蓄熱ユニットにおいて、製氷量が少ない場合に氷の使用量（解氷量）を抑制して、解氷運転を必要とする時間帯の終了前に氷を使い切ることにより、空調負荷対応が全くできなくなる状態を防止するものである。
【００２３】
この場合、放熱運転を行う際の取出し熱量は、空調運転開始前や放熱運転開始前に判定した蓄熱量と、当初の目標蓄熱量との比により設定する。
例えば、ピークカット運転を行う場合において、外気温度の変動や蓄熱槽本体の保護状態等により、空調開始時の蓄熱量が所定の７０％となっていた場合、従来の制御においてはピークカット時間帯の途中で蓄熱を使いきってしまい、供給水温が急激に上昇して空調負荷が極端に悪化する場合があった。本発明においては、従って、蓄熱槽１５からの放熱量を当初設定していた値の７０％に制御することにより、ピークカット中の蓄熱の使い切りを防止し、７０％負荷までの空調負荷対応を可能にしたものである。
【００２４】
図２は空調負荷対応の例であって、横軸は８時〜１８時の時間帯を示し、縦軸は空調負荷を示す。例えば、８時に空調運転が開始され、当初は熱源器１のみの運転が行われる。
一定の時間を経過した後、所定の時間帯（ピークカット時間帯）に解氷運転が行われる。解氷運転は、図２において斜線部分で示してある。この解氷運転においては、空調開始時の水位レベルから蓄熱量を算出し、解氷時間帯の間で取出し対応可能な、時間当たりの最大放熱量（蓄熱槽から取り出す熱量）を設定する。斜線部分の上下高さは最大放熱量設定値を示し、解氷によって対応する部分である。
なお、最大放熱量を超える部分（斜線部分の上の部分）は熱源機１による運転を示し、蓄熱槽１５の融解熱だけでは冷房負荷をまかないきれない場合に熱源機１を運転し、蓄熱槽１５と熱源機１とにより冷房を行い、蓄熱槽１５からの取出し熱量を制御して氷の使いすぎを防止する。
こうして、昼間の冷房負荷の大きい時間帯に、蓄熱槽１５の冷熱を用いて熱量を補うように放熱量を決定することにより、蓄熱槽１５に蓄熱された熱を使い尽くすことができる。
解氷運転後は、再び、熱源機１のみの運転に移り、１８時に終了する。  
【００２５】
次に、図１により、氷蓄熱ユニットの蓄熱運転及び空調運転について説明する。
蓄熱運転時には、ブライン回路Ａの、第１、第３の制御弁８、１０を開き、第２、第４の制御弁９、１１を閉じる。そして、熱源機１によりブラインが冷却され、冷却されたブラインは第１の制御弁８を通って蓄熱槽１５に入り、ここで蓄熱槽１５内の水とが熱交換して、蓄熱槽１５内の水を凍結させて蓄熱（製氷）する。さらに、ブラインは、第３の制御弁１０を通ってブラインポンプ１２に至り、ここで昇圧されて熱源機１に戻る。
【００２６】
空調運転時には、ブライン回路Ａの第３の制御弁１０を閉じて第１の制御弁８、第２の制御弁９及び第４の制御弁１１を制御し、ブライン回路Ａの蓄熱槽１５の氷の融解熱で冷却されたブラインを熱交換器２５に導き、冷水回路Ｂの冷水を冷却して冷媒負荷の冷房能力を取り出す。ブラインは熱源機１により冷却される場合もある。この際、冷水回路Ｂの第６の温度センサ２６により検知した水温が第７の温度センサ２７で目標の温度となるようにする。第１の制御弁８と第２の制御弁９の制御は、第２の温度センサ３と第４の温度センサ５によって検知されたブライン温度と、ブラインポンプ１２の設定流量等により、蓄熱槽１５からの解氷量を検知して行い、解氷量を調整する。
【００２７】
なお、解氷量を調整するには、第１、第２の制御弁８、９を制御する以外にも、第３、第４の制御弁１０、１１またはブラインポンプ１２によりブラインの流量制御を行って調整してもよい。
また、上記の説明では熱源機１は１台であるが、熱源機が２台以上接続された複数台のシステムであってもよい。
【００２８】
従来は、本発明とは異なり、第７の温度センサ２７の検知温度や、第４の温度センサ５の検知温度が目標温度となるように蓄熱槽１５からの取り出し熱量を制御していたため、蓄熱槽１５にたまっている熱量によらずに氷を使う運転を行っていた。また、空調運転中の取出し熱量を一定量にするようなパターン設定を行う場合においても、所定の蓄熱量がためられていない場合は、蓄熱を使い切ることによって空調不良（蓄熱不足）が発生することがあった。すなわち、蓄熱量が所定の値に達していない場合や、当初の予測を超えた空調負荷がかかった場合には、放熱を必要とする時間帯の終了前に蓄熱を使いきってしまい、供給温度が急激に目標値から離れて、極端に空調が悪化する場合があった。
本発明によれば、蓄熱槽１５からの取り出し熱量を蓄熱量と放熱時間より調整し、放熱量を放熱時間帯の終了前に使い切ることのないような必要量に制御するようにしたので、放熱を必要としている空調運転中（解氷運転を必要とする時間帯の終了前）に蓄熱を使いきった状態になることがなく、このため空調の極端な悪化を防止することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  熱源機、２  第１の温度センサ、３  第２の温度センサ（蓄熱槽からの取出し熱量を検知するための温度センサ）、４  第３の温度センサ、５  第４の温度センサ（蓄熱槽からの取出し熱量を検知するための温度センサ）、６  第５の温度センサ、８  第１の制御弁（ブラインの温度を制御するための制御弁）、９  第２の制御弁（ブラインの温度を制御するための制御弁）、１０  第３の制御弁（ブラインの回路を切替えるための制御弁）、１１  第４の制御弁（ブラインの回路を切替えるための制御弁）、１２  ブラインポンプ、１３  膨張タンク、１５  蓄熱槽、１６  攪拌装置、１７  水位センサ、２５  ブライン−水熱交換器、２６  第６の温度センサ、２７  第７の温度センサ、Ａ  ブライン回路、Ｂ  冷水回路。
【図１】
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【図２】
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