(57)【要約】【課題】  氷のブリッジングによる水封問題を根本的に解決し、それに起因する冷却コイルの損傷を確実に解消し得る氷蓄熱槽およびそれを用いた信頼性の高い氷蓄熱式空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】  冷媒管１６ｄを所定間隔で複数回蛇行状に屈曲して冷却コイル１６ｃを形成し、該冷却コイル１６ｃを所定間隔で多数積層して構成した冷却コイルユニット１６を、水が貯蔵された蓄熱槽１５内に設置し、冷却コイルユニット１６に循環される冷媒により水を冷却して氷を作り、冷熱を蓄えるようにした氷蓄熱槽において、冷却コイルユニット１６により製氷される氷がブリッジングを発生し易い部位に、氷による水の水封を阻止し、その水を蓄熱槽１５内の非結氷水域に導く水封阻止部材５０が設けられる。【選択図】      図２
2008122016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒管を所定間隔で複数回蛇行状に屈曲して冷却コイルを形成し、該冷却コイルを所定間隔で多数積層して構成した冷却コイルユニットを、水が貯蔵された蓄熱槽内に設置し、前記冷却コイルユニットに循環される冷媒により前記水を冷却して氷を作り、冷熱を蓄えるようにした氷蓄熱槽において、
前記冷却コイルユニットにより製氷される氷がブリッジングを発生し易い部位に、氷による前記水の水封を阻止し、その水を前記蓄熱槽内の非結氷水域に導く水封阻止部材が設けられることを特徴とする氷蓄熱槽。
【請求項２】
前記水封阻止部材は、適宜の時期に通電制御される電気ヒータにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱槽。
【請求項３】
前記電気ヒータは、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在され、一端が前記蓄熱槽内の前記非結氷水域に延びる棒状のヒータにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱槽。
【請求項４】
前記電気ヒータは、冷房蓄熱運転時に、昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算して製氷完了時間を予測し、その製氷完了時間から所定時間前に通電制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の氷蓄熱槽。
【請求項５】
前記冷房蓄熱運転時に、水温と運転経過時間とをサンプリングし、所定時間毎の水温変化の傾きを算出してその傾きの変化から前記蓄熱槽内の残氷量を検知し、残氷量に基づいて、残氷が多いと判断された場合は、前記昼間の消費蓄熱量に応じて冷房蓄熱運転を実施する過製氷防止モードを選択し、残氷が少ないと判断された場合は、所定の製氷量まで冷房蓄熱運転を実施する通常製氷モードを選択して冷房蓄熱運転を行い、過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転時、予め算出されているヒータ通電開始時間に前記電気ヒータに通電することを特徴とする請求項４に記載の氷蓄熱槽。
【請求項６】
前記電気ヒータは、前記蓄熱槽内に設けられる給水量を検知する下方フロートスイッチと製氷完了を検知する上方フロートスイッチとの間に設けられたヒータ通電制御用フロートスイッチにより通電制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の氷蓄熱槽。
【請求項７】
前記電気ヒータは、前記蓄熱槽内に設けられる給水量を検知する下方フロートスイッチと製氷完了を検知する上方フロートスイッチとの間に上下方向に所定間隔を隔てて設けられる複数個のヒータ通電制御用フロートスイッチにより通電制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の氷蓄熱槽。
【請求項８】
前記水封阻止部材は、非吸水性でかつ弾力性を有し、一端が非結氷水域に延びる弾性変形部材により構成されることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱槽。
【請求項９】
前記弾性変形部材は、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在される幅広のシート材により構成されることを特徴とする請求項８に記載の氷蓄熱槽。
【請求項１０】
前記弾性変形部材は、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在される内部に水が浸入されない中空チューブ材により構成されることを特徴とする請求項８に記載の氷蓄熱槽。
【請求項１１】
冷房蓄熱運転時に、蓄熱槽内の残氷量を検知し、検知された残氷量に基づいて、残氷ありと判断された場合は、昼間の消費蓄熱量に応じて冷房蓄熱運転を実施する過製氷防止モードを選択し、残氷が極めて少ないと判断された場合は、所定の製氷量まで冷房蓄熱運転を実施する通常製氷モードを選択して冷房蓄熱運転を行う氷蓄熱槽において、
冷房蓄熱運転開始後、蓄熱槽内の水温と運転経過時間とをサンプリングして所定時間毎の水温変化の傾きを算出し、
冷房蓄熱運転開始から設定時間内に、前記傾きが所定値よりも大きくなったら残氷ありと判断して過製氷防止モードを選択し、前記設定時間内に前記傾きが所定値よりも大きくならなかったら残氷が極めて少ないと判断して通常製氷モードを選択することを特徴とする氷蓄熱槽。
【請求項１２】
水が貯蔵される氷蓄熱槽を備え、夜間電力を利用して前記氷蓄熱槽内の水を凍らせる冷房蓄熱運転を行って製氷し、該氷蓄熱槽内の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置において、
前記氷蓄熱槽として、請求項１ないし１１のいずれかに記載の氷蓄熱槽を備えたことを特徴とする氷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、安価な夜間電力を使って氷を作り、それを昼間の冷房に利用できるよう蓄熱する氷蓄熱槽およびそれを用いた氷蓄熱式空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蓄熱槽内に貯蔵された水を冷却して製氷し、氷にして冷熱を蓄え、これを必要時に取り出して利用できるようにした氷蓄熱槽が広く知られている。このような氷蓄熱槽は、蓄熱媒体の状態変化に伴う潜熱を有効利用する装置に用いられ、例えば割安な夜間電力を使って冷熱を蓄熱し、この冷熱を昼間の冷房運転時に利用するように構成された氷蓄熱式空調装置等に用いられている。
【０００３】
上記の氷蓄熱槽は、冷却コイルユニットが設置されている蓄熱槽内に水を貯蔵し、冷却コイルユニットの冷媒管内を流れる冷媒が吸熱することにより水を凍らせて氷の状態として冷熱を蓄える構成とされている。この場合、水は、例えば６０％程度の適切な氷充填率（Ｉｃｅ  Ｐａｃｋｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ；ＩＰＦ）まで冷却され、水と氷が混在する状態で冷熱が蓄えられるのが通常である。
一方、氷蓄熱槽内に蓄えた冷熱の利用方式としては、蓄熱槽内の水がポンプ等の手段により冷水循環系を循環し、同循環系に設置された熱交換器や冷熱出力装置等において冷熱を消費する外融方式のシステムと、上記した冷却コイルユニットの冷却管内に冷媒を循環させ、冷凍サイクル内を循環する冷媒を介して冷熱を取り出し消費する内融方式のシステムとがある。
【０００４】
従来の氷蓄熱槽では、図１３および図１４に示すように、蛇行状に屈曲されている冷却コイル１０２が所定間隔で多数積層された構成の冷却コイルユニット１０１を、蓄熱槽１００内に冷却コイル１０２を上下方向または水平方向に向けて設置している。また、各冷却コイル１０２は、所定の間隔で平行に配列された複数の冷媒管１０３を有し、該冷媒管１０３が略Ｕ字状に屈曲成形され、同一平面上を往復するよう蛇行状に形成されている。
複数の冷却コイル１０２が積層された冷却コイルユニット１０１は、その積層方向においても隣接する冷媒管１０３が一致するように重なって、あるいは千鳥状にずれて配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、上記氷蓄熱槽１００では、冷却コイルユニット１０１を構成する冷却コイル１０２の冷媒管１０３を等間隔（一定間隔）で平行に配列している。しかし、設計上は一定でも、実際には、製造上や据付上の問題から冷媒管１０３の間隔にばらつきが生じる場合がある。このため、特に間隔がばらついて小さくなった部分において、図１５および図１６に示すように、隣接する冷媒管１０３，１０３間に跨る大きな氷塊１０４が形成される現象（以下、「ブリッジング」と呼ぶ）が発生する。ブリッジングが発生すると、氷塊１０４の内部に水１０５が封入される現象（以下、「水封」と呼ぶ）が生じ、この水１０５が氷結すると、その体積膨張により冷媒管１０３を圧迫する大きな応力が生じる。これによって、冷却コイル１０２がつぶれてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、冷却コイル１０２の冷媒管１０３を平面視で略Ｍ字状あるいは略Ｎ字状に配列して、積層方向に隣接する冷媒管１０３が互いに交差する部分を備えた構成とし、上記ブリッジングを抑制するようにしたものが、特許文献２により提案されている。
また、昼間の冷房負荷が小さく、蓄熱槽内の残氷量が多い状態で蓄熱運転を行うと、氷が冷却コイル１０２上に偏って生成され、ブリッジングが発生し易くなるため、昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定するようにし、氷を作り過ぎないようにしたものが、特許文献３により提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１８５２５０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４０４４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２のものでは、冷却コイルを高密度に配設することができなくなるため、蓄熱槽が大型化したり、冷却コイルユニットの能力が低下したりする等の新たな課題が生じる。また、特許文献３のものでは、昼間の冷房負荷が大きい場合に氷不足に陥る事態が生じ得るとともに、蓄熱槽内の水温により残氷量を検知しているため、氷の融け方により水温分布が変わったとき等には、正しく残氷量を検知できない場合が生じ得る等の課題が残る。
このように、上記提案は、新たな課題を派生するものであり、氷のブリッジングによる水封およびそれに起因する冷却コイルの損傷等を、新たな課題を生じることなく、根本的に解消し得る解決手段が望まれているのが現状である。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、氷のブリッジングによる水封問題を根本的に解決し、それに起因する冷却コイルの損傷を確実に解消し得る氷蓄熱槽およびそれを用いた信頼性の高い氷蓄熱式空気調和装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の氷蓄熱槽およびそれを用いた氷蓄熱式空気調和装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる氷蓄熱槽は、冷媒管を所定間隔で複数回蛇行状に屈曲して冷却コイルを形成し、該冷却コイルを所定間隔で多数積層して構成した冷却コイルユニットを、水が貯蔵された蓄熱槽内に設置し、前記冷却コイルユニットに循環される冷媒により前記水を冷却して氷を作り、冷熱を蓄えるようにした氷蓄熱槽において、前記冷却コイルユニットにより製氷される氷がブリッジングを発生し易い部位に、氷による前記水の水封を阻止し、その水を前記蓄熱槽内の非結氷水域に導く水封阻止部材が設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、冷却コイルユニットにより製氷される氷がブリッジングを発生し易い部位に、氷による水の水封を阻止し、その水を蓄熱槽内の非結氷水域に導く水封阻止部材が設けられるので、氷がブリッジングしても、内部の水を水封阻止部材により蓄熱槽内の非結氷水域、例えば水面領域に導くことができるため、氷による水封を確実に阻止することができる。従って、水封された水が氷になるときの体積膨張により、冷却コイルの冷媒管に異常圧力が負荷され、冷却コイルが損傷する問題を解消することができる。
【００１２】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上記の氷蓄熱槽において、前記水封阻止部材は、適宜の時期に通電制御される電気ヒータにより構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、水封阻止部材が、適宜の時期に通電制御される電気ヒータにより構成されるので、氷がブリッジングを発生する時期を見計って電気ヒータに通電することにより、電気ヒータ周りの氷塊を融解し、氷のブリッジングによる水封を確実に阻止することができる。従って、水封に起因する冷却コイルの損傷を解消することができる。
【００１４】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上記の氷蓄熱槽において、前記電気ヒータは、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在され、一端が前記蓄熱槽内の前記非結氷水域に延びる棒状のヒータにより構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、電気ヒータが、所定間隔で多数積層された冷却コイルに沿って延在され、一端が蓄熱槽内の非結氷水域に延びる棒状のヒータにより構成されるので、多数積層された冷却コイル間に形成される各水封領域の水を、そこに延在する棒状のヒータによりその周りの氷塊を融解して非結氷水域である水面領域に導くことができる。従って、氷による水封を確実に阻止し、水封に起因する冷却コイルの損傷を解消することができる。
【００１６】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上述のいずれかの氷蓄熱槽において、前記電気ヒータは、冷房蓄熱運転時に、昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算して製氷完了時間を予測し、その製氷完了時間から所定時間前に通電制御されることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、電気ヒータは、冷房蓄熱運転時に、昼間の消費蓄熱量を蓄熱時間に換算して製氷完了時間を予測し、その製氷完了時間から所定時間前に通電制御されるので、冷房蓄熱運転によって製氷が進み、その後半の氷によりブリッジングが発生すると予測される製氷完了時間から所定時間前に電気ヒータに通電し、その周りの氷塊を融解することにより、氷のブリッジングによる水封を確実に阻止することができる。また、電気ヒータへの通電時間を限られた時間だけとすることができるため、電気ヒータによる消費電力をセーブすることができる。
【００１８】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上記の氷蓄熱槽において、前記冷房蓄熱運転時に、水温と運転経過時間とをサンプリングし、所定時間毎の水温変化の傾きを算出してその傾きの変化から前記蓄熱槽内の残氷量を検知し、残氷量に基づいて、残氷が多いと判断された場合は、前記昼間の消費蓄熱量に応じて冷房蓄熱運転を実施する過製氷防止モードを選択し、残氷が少ないと判断された場合は、所定の製氷量まで冷房蓄熱運転を実施する通常製氷モードを選択して冷房蓄熱運転を行い、過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転時、予め算出されているヒータ通電開始時間に前記電気ヒータに通電することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、冷房蓄熱運転時に、水温と運転経過時間とをサンプリングして残氷量を検知し、残氷量に基づいて製氷モードを選択するので、その時点における残氷量に応じた最適な製氷モードにより冷房蓄熱運転を行うことができる。そして、過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転が選択された時、予め算出されているヒータ通電開始時間に電気ヒータに通電するようにしているため、ブリッジングによる水封の発生を確実に阻止することができる。
【００２０】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上述のいずれかの氷蓄熱槽において、前記電気ヒータは、前記蓄熱槽内に設けられる給水量を検知する下方フロートスイッチと製氷完了を検知する上方フロートスイッチとの間に設けられたヒータ通電制御用フロートスイッチにより通電制御されることを特徴とする。
【００２１】
冷房蓄熱運転時の製氷量は、蓄熱槽内の水位により監視することができる。本発明によれば、電気ヒータが、蓄熱槽内に設けられたヒータ通電制御用フロートスイッチにより通電制御されるので、製氷による水位の上昇をヒータ通電制御用フロートスイッチにより検知し、ブリッジングが発生すると予測される時期に電気ヒータに通電して、水封領域の氷塊を融解することができる。従って、ブリッジングによる水封の発生を確実に阻止することができる。
【００２２】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上述のいずれかの氷蓄熱槽において、前記電気ヒータは、前記蓄熱槽内に設けられる給水量を検知する下方フロートスイッチと製氷完了を検知する上方フロートスイッチとの間に上下方向に所定間隔を隔てて設けられる複数個のヒータ通電制御用フロートスイッチにより通電制御されることを特徴とする。
【００２３】
蓄熱槽には、一般に、給水量を検知する下方フロートスイッチと製氷完了を検知する上方フロートスイッチとが上下方向に所定の間隔を置いて設けられている。本発明では、この下方フロートスイッチと上方フロートスイッチとの間に上下方向に所定間隔を隔てて設けられる複数個のヒータ通電制御用フロートスイッチにより通電制御されるので、この複数個のヒータ通電制御用フロートスイッチの動作から蓄熱槽内の水位を判断して製氷が完了する時間を予測することにより、電気ヒータへの通電時間を決定することができる。これにより、適切な時期に電気ヒータへの通電を制御することができ、ブリッジングによる水封の発生を確実に阻止することができる。
【００２４】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上記の氷蓄熱槽において、前記水封阻止部材は、非吸水性でかつ弾力性を有し、一端が非結氷水域に延びる弾性変形部材により構成されることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、水封阻止部材が、非吸水性でかつ弾力性を有し、一端が非結氷水域に延びる弾性変形部材により構成されるので、水封領域の水が凍るときの体積膨張によって水および冷却コイルにかかる圧力を、弾性変形部材の変形によって吸収することができるとともに、水封領域の水を弾性変形部材の変形により非結氷水域である水面領域に逃がすことができる。これによって、水封を確実に阻止し、水封に起因する冷却コイルの損傷を解消することができる。
【００２６】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上記の氷蓄熱槽において、前記弾性変形部材は、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在される幅広のシート材により構成されることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、弾性変形部材が、所定間隔で多数積層された冷却コイルに沿って延在される幅広のシート材により構成されるので、多数積層された冷却コイル間にそれぞれ冷媒管に沿って形成される各水封領域の水を、そこに延在する幅広のシート材の弾性変形により非結氷水域である水面領域に逃がすことができる。従って、氷塊による水封を確実に阻止し、水封に起因する冷却コイルの損傷を解消することができる。
【００２８】
さらに、本発明の氷蓄熱槽は、上記の氷蓄熱槽において、前記弾性変形部材は、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在される内部に水が浸入されない中空チューブ材により構成されることを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、弾性変形部材が、所定間隔で多数積層された前記冷却コイルに沿って延在される内部に水が浸入されない中空チューブ材により構成されるので、多数積層された冷却コイル間に形成される各水封領域の水を、そこに延在する中空チューブ材の弾性変形によって非結氷水域である水面領域に逃がすことができる。従って、氷塊による水封を確実に阻止し、水封に起因する冷却コイルの損傷を解消することができる。
【００３０】
また、本発明にかかる氷蓄熱槽は、冷房蓄熱運転時に、蓄熱槽内の残氷量を検知し、検知された残氷量に基づいて、残氷ありと判断された場合は、昼間の消費蓄熱量に応じて冷房蓄熱運転を実施する過製氷防止モードを選択し、残氷が極めて少ないと判断された場合は、所定の製氷量まで冷房蓄熱運転を実施する通常製氷モードを選択して冷房蓄熱運転を行う氷蓄熱槽において、冷房蓄熱運転開始後、蓄熱槽内の水温と運転経過時間とをサンプリングして所定時間毎の水温変化の傾きを算出し、冷房蓄熱運転開始から設定時間内に、前記傾きが所定値よりも大きくなったら残氷ありと判断して過製氷防止モードを選択し、前記設定時間内に前記傾きが所定値よりも大きくならなかったら残氷が極めて少ないと判断して通常製氷モードを選択することを特徴とする。
【００３１】
通常、冷房蓄熱運転により製氷が開始されると、蓄熱槽内の水温は、残氷量の多少にかかわらず略一定の傾き（Ｃ）で徐々に低下して行く。そして、０℃以下の水の量がある容量に達すると、蓄熱槽内の水の温度による対流が生じ、水温が急激に低下する。残氷量が少ない場合には、０℃以上の水の量が多いため、対流により水温が急激に低下するまでに時間がかかることとなる。
本発明では、この点に着目し、冷房蓄熱運転開始後、蓄熱槽内の水温と運転経過時間とをサンプリングして所定時間毎の水温変化の傾きを計算する。そして、設定時間内にその傾きが所定値（上記傾きＣ）よりも急激に大きくなったら残氷ありと判断し、設定時間内にその傾きが所定値よりも大きくならなかったら残氷が極めて少ないと判断して製氷モードを選択するようにしている。このため、残氷量をより的確に検知し、残氷量に応じた最適な製氷モードにより冷房蓄熱運転を実施することが可能となる。従って、過度な製氷を防止して無駄なエネルギー消費を排除し、省エネルギー化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明にかかる氷蓄熱式空気調和装置は、水が貯蔵される氷蓄熱槽を備え、夜間電力を利用して前記氷蓄熱槽内の水を凍らせる冷房蓄熱運転を行って製氷し、該氷蓄熱槽内の氷を用いて昼間の冷房運転を行う氷蓄熱式空気調和装置において、前記氷蓄熱槽として、上述のいずれかに記載の氷蓄熱槽を備えたことを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、蓄熱槽として、請求項１ないし１１のいずれかに記載の氷蓄熱槽を備えているので、氷塊のブリッジングによる水封を確実に解消し、水封に起因する冷却コイルの損傷を防止できる信頼性の高い氷蓄熱式空気調和装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の氷蓄熱槽によると、氷のブリッジングによる水封問題を根本的に解決することができるため、水封された水が氷になるときの体積膨張により、冷却コイルの冷媒管路に異常圧力が負荷され、冷却コイルが損傷するのを確実に解消することができる。
また、本発明の氷蓄熱槽によると、過度な製氷を防止して無駄なエネルギー消費を排除し、省エネルギー化を図ることができる。
また、本発明の氷蓄熱式空気調和装置によると、氷による水封に起因する冷却コイルの損傷を防止できる信頼性の高い氷蓄熱式空気調和装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図１０を用いて説明する。
図１には、本実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置１における冷媒回路構成図が示されている。図１に示されるように、本実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置１は、室内用熱交換器２と、室外用熱交換器３と、液冷媒が流動する液管４と、ガス冷媒が流動するガス管５と、圧縮機６と、アキュムレータ１０と、水が収容された蓄熱槽１５と、を備えている。室内用熱交換器２と室外用熱交換器３とは、液管４およびガス管５により接続されている。圧縮機６の吐出管７は、ガス管５の途中に介装された四方弁８に接続されており、圧縮機６の吸入管９は、アキュムレータ１０を介して四方弁８に接続されている。四方弁８がオフ状態のときは、圧縮機６、室外用熱交換器３、室内用熱交換器２およびアキュムレータ１０が順次連結され、四方弁８がオン状態のときには、圧縮機６、室内用熱交換器２、室外用熱交換器３、およびアキュムレータ１０が順次連結されるようになっている。
【００３６】
上記蓄熱槽１５内には、後述する構成の冷却コイルユニット１６が水中に浸漬される状態で収容されており、この冷却コイルユニット１６の一端は配管１６ａを介してガス管５に連結され、他端は配管１６ｂを介して室外用熱交換器３と四方弁８との間に連結されている。さらに、配管１６ａと液管４とを連通させる配管１８、ならびに配管１６ｂと液管４とを連通させる配管１９が設けられている。配管１９は液管４側で配管１９ａと配管１９ｂとに分岐されている。また、上記各配管には、それぞれ図示のように、電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ８、膨張弁２１〜２３、絞り２５ａ〜２５ｈ、逆止弁３２ａ〜３２ｉが設けられている。このような冷媒回路は公知である。
【００３７】
また、上記蓄熱槽１５内には、温度センサ３９、下方フロートスイッチ４１、および上方フロートスイッチ４２が設置されている。温度センサ３９は、蓄熱槽１５内の水温を検出し、検出結果を蓄熱槽１５外部に配置されている制御ユニット４０に入力するものである。下方フロートスイッチ４１は、蓄熱槽１５内に十分な水が収容されているか否かを検知するスイッチであり、水位が所定位置まで達している場合には、オン信号を制御ユニット４０に入力するものである。上方フロートスイッチ４２は、蓄熱槽１５内の残氷量が一定量以上確保されているか否かを検知するスイッチであり、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されている場合には、オン信号を制御ユニット４０に入力するものである。
制御ユニット４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されており、例えば、ＲＯＭには、各種運転制御プログラム等が格納されている。これにより、氷蓄熱式空気調和装置１を運転する場合に、ＣＰＵはＲＯＭに格納された運転制御プログラムをＲＡＭに展開し、展開したプログラムの実行手順に基づき氷蓄熱式空気調和装置１を構成する各部を制御することにより、各運転モードによる冷房運転、冷房蓄熱運転を実施させることができる。なお、各種運転モードの詳細については、後述する。
【００３８】
また、蓄熱槽１５内に収容設置される冷却コイルユニット１６は、図２に示されるように、上下方向に冷却コイル１６ｃが多数積層された構成を有し、各冷却コイル１６ｃの一端が配管１６ａに、その他端が配管１６ｂにそれぞれ接続される。この冷却コイル１６ｃは、図１３に示されたものと同様、所定の間隔で平行に配列された複数の冷媒管１６ｄを有し、この冷媒管１６ｄが屈曲部１６ｅで略Ｕ字状に屈曲成形され、同一平面上を往復するよう蛇行状に形成されたものである。
【００３９】
また、冷却コイルユニット１６には、氷がブリッジングし易い部位に、氷による水封を阻止する水封阻止部材としての電気ヒータ５０が適宜数設けられる。ここで、氷がブリッジングし易い部位とは、冷媒管１６ｄの間隔がばらついて小さくなる部分や冷媒管１６ｄが略Ｕ字状に屈曲成形される屈曲部１６ｅの近傍部分といった部位を意味する。なお、図２には、電気ヒータ５０を１箇所に設けた例が示されているが、電気ヒータ５０は、冷媒管１６ｄの長さ方向に沿って複数箇所に設けることができる。この電気ヒータ５０は、所定間隔で多数積層された冷却コイル１６ｃに沿って延在され、一端が水面上に延びる棒状のヒータにより構成されている。また、この電気ヒータ５０は、上記制御ユニット４０を介して後述のように通電制御され、図４および図５に示すように、水封しようとする氷塊６０の一部を融解し、水封領域７０の水を蓄熱槽１５の非結氷水域、例えば水面領域に導く機能を有するものである。
【００４０】
上記の構成からなる氷蓄熱式空気調和装置１は、夜間の電力（深夜電力）を用いて蓄熱槽１５内の水を凍らせる冷房蓄熱運転を行い、昼間にその氷を用いて冷房運転を行うものであり、一般に、使用電力に対し、空調機運転時の電力消費量を全体的に低減させるピークシフト運転と、特に電力消費量の多い時間帯における消費電力を大幅に低減させるピークカット運転とが行えるようになっている。
【００４１】
ピークシフト運転時、圧縮機６で圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒は、四方弁８から室外用熱交換器３に送られ、室外に放熱して液冷媒となった後、液管４に送られ、さらに配管１９ｂ、１６ｂを経て冷却コイルユニット１６に流入され、蓄熱槽１５内の氷により過冷却される。この過冷却された冷媒が、膨張弁２１等により絞られた後、室内用熱交換器２に供給されて室内空気と熱交換され、室内の冷房に供される。室内用熱交換器２で吸熱してガス化された冷媒は、ガス管５、四方弁８を通過して、アキュムレータ１０に流入され、その後、圧縮機６に送られる。この間の氷による冷媒の過冷却で冷房能力が高められることによって、冷房運転時の電力消費量を低減させることができる。
【００４２】
ピークカット運転時、圧縮機６で圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒は、四方弁８から配管１６ｂを経て冷却コイルユニット１６に流入され、蓄熱槽１５内の氷により冷却されて凝縮液化される。さらに膨張弁２１等によって絞られた後、室内用熱交換器２に送られて室内空気と熱交換され、室内の冷房に供される。室内用熱交換器２で吸熱してガス化された冷媒は、ガス管５、四方弁８を通過して、アキュムレータ１０に流入され、その後、圧縮機６に送られる。この間、室外用熱交換器３で消費される放熱用動力を不要とすることができるため、その分電力消費量を低減させることができる。
【００４３】
一方、上記の冷房運転に利用される氷を作る冷房蓄熱運転時、冷媒は、次のように循環される。圧縮機６で圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒は、四方弁８から室外用熱交換器３に送られる。室外用熱交換器３で外気に放熱して凝縮液化された冷媒は、液管４に送られ、膨張弁２２により絞られた後、配管１９ａ、配管１６ｂを経て冷却コイルユニット１６に流入され、水との熱交換により水から吸熱し蒸発する。これにより蓄熱槽１５内の水を冷却して製氷する。蓄熱槽１５にて吸熱してガス化された冷媒は、ガス管５、四方弁８を通過して、アキュムレータ１０に流入され、その後、圧縮機６に送られる。
【００４４】
以上は夏期の冷房運転についてのものである。冬期は、夜間電力を使用して蓄熱槽１５内の水を加熱して温水にしておき、日中にその温水を利用して暖房を行うが、本発明とは直接関係ないため、説明は省略する。
【００４５】
次に、上記した氷蓄熱式空気調和装置１の冷房蓄熱運転時の制御方法について、図６ないし図１０を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の処理は、図１に示した制御ユニット４０により実現されるものである。
上記の冷房蓄熱運転は、電力料金が安くなる時間帯において実施される。具体的には、深夜料金になる時刻（例えば、２２時）がセットされている蓄熱タイマを備え、この蓄熱タイマからの運転開始信号を受信した場合に、冷房蓄熱運転に係る制御が開始される。
まず、図６に示すように、蓄熱槽１５内の下方フロートスイッチ４１がオフか否か、つまり、蓄熱槽１５内に十分な水が収容されているか否かが判断される（ステップＳＡ１）。この結果、下方フロートスイッチ４１がオフである場合には、水位が十分でないと判断し（ステップＳＡ１において「ＹＥＳ」）、給水制御を実施する（ステップＳＡ２）。
【００４６】
下方フロートスイッチ４１がオンである場合（ステップＳＡ１において「ＮＯ」）、または、給水制御の実施により、十分な水位が得られた場合には（ステップＳＡ２）、引き続いて、蓄熱槽１５の上方フロートスイッチ４２がオンか否か、つまり、蓄熱槽１５内に氷が十分確保されているか否かが判断される（ステップＳＡ３）。
この結果、残氷量が十分であった場合には（ステップＳＡ３において「ＹＥＳ」）、当該制御を終了する。一方、上方フロートスイッチ４２がオフである場合には（ステップＳＡ３において「ＮＯ」）、蓄熱槽１５の水温が運転終了判定温度（例えば、−２℃）未満か否かが判断される（ステップＳＡ４）。この結果、水温が−２℃未満であった場合には、蓄熱槽１５内の残氷量は十分であると推定できるので、製氷を行わずに当該制御を終了する。
なお、本実施形態では、上方フロートスイッチ４２および蓄熱槽１５の水温により、残氷量が十分であるかを判定している。このように、二重の判断基準を設定しておくことにより、いずれか一方のセンサが正常に動作しなかった場合でも、過度の製氷を防止することが可能となる。
【００４７】
次に、上述のステップＳＡ４において、水温が−２℃以上であった場合には、蓄熱槽１５の水温が通常製氷判定温度（例えば、１５℃）未満か否かが判断される（ステップＳＡ５）。この結果、水温が１５℃以上の場合には（ステップＳＡ５において「ＮＯ」）、一応蓄熱槽１５内の残氷量が極めて少ない、あるいは、残氷がないと推定し、残氷検知モードを実行する（ステップＳＡ６）。一方、水温が１５℃未満であった場合には（ステップＳＡ５において「ＹＥＳ」）、蓄熱槽１５内に残氷があると推定できるので、昼間の消費蓄熱量に応じた冷房蓄熱運転を行う後述の過製氷防止モードを実施した後（ステップＳＡ７）、当該制御を終了する。
【００４８】
また、残氷検知モード（ステップＳＡ６）では、蓄熱槽１５内に残氷があるか否かが判断される（ステップＳＡ８）。この結果、残氷があるとされた場合には（ステップＳＡ８において「ＹＥＳ」）、昼間の消費蓄熱量に応じた冷房蓄熱運転を行う後述の過製氷防止モードを実施した後（ステップＳＡ７）、当該制御を終了する。一方、残氷量が極めて少ない、あるいは、残氷がないとされた場合には（ステップＳＡ８において「ＮＯ」）、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されるまで冷房蓄熱運転を行う後述の通常製氷モードを実施し（ステップＳＡ９）、さらに、蓄熱運転を開始してから予め設定されている時間（Ｅ時間）経過後に、電気ヒータ５０をオンにして製氷完了まで通電し（ステップＳＡ１０）、当該制御を終了する。この電気ヒータ５０への通電により、ヒータ周りの水封領域７０の氷塊６０を部分的に融解し、氷塊６０のブリッジングによる水の水封を防止することができる。
【００４９】
ここで、本発明の特徴点の１つである残氷検知モードについて、詳しく説明する。
［残氷検知モード］
図７（Ａ）に示すように、残氷検知モードでは、冷房蓄熱運転が開始されると（ステップＳＢ１）、所定時間（Ａ分）毎に蓄熱槽１５内の水温（Ｗ℃）および経過時間（Ｔ分）がサンプリングされる（ステップＳＢ２）。このサンプリング結果に基づいて、所定時間（Ａ分）毎に変化する水温（Ｗ℃）の傾きＡｃが計算される（ステップＳＢ３）。この傾きＡｃは、Ａｃ＝（ＷＮ＋１−ＷＮ）／（ＴＮ＋１−ＴＮ）から計算される。
【００５０】
次ぎに、上記傾きＡｃが所定値（−Ｃ）よりも大きいか否かが判断される（ステップＳＢ４）。その結果、傾きＡｃが所定値（−Ｃ）よりも大きい場合には（ステップＳＢ４において「ＹＥＳ」）、残氷ありと判断して過製氷防止モードが選択される（ステップＳＢ５）。一方、傾きＡｃが所定値（−Ｃ）よりも大きくなっていない場合には（ステップＳＢ４において「ＮＯ」）、続いて、冷房蓄熱開始から所定時間（Ｄ分）を超えているか否かが判断される（ステップＳＢ６）。その結果、所定時間（Ｄ分）を超えていない場合には（ステップＳＢ６において「ＮＯ」）、ステップＳＢ２に戻る。所定時間（Ｄ分）を超えている場合には（ステップＳＢ６において「ＹＥＳ」）、残氷が極めて少ないと判断して通常製氷モードが選択される（ステップＳＢ７）。
【００５１】
以上により、残氷検知モードで残氷の有無を判断し、その結果によって通常製氷モードまたは過製氷防止モードの何れかを選択するようにしている。このように、本実施形態では、水温と残氷検知モードとの双方から残氷量を判断するようにしているため、残氷量の判定をより正確に行うことができ、過度の製氷を防止することが可能となる。
なお、上記の残氷量検知は、以下の知見によるものである。
図７（Ｂ）に示すように、冷房蓄熱運転により製氷が開始されると、蓄熱槽１５内の水温（Ｗ℃）は、最初は残氷量の多少にかかわらず略一定の傾き（Ｃ）で徐々に低下して行く。そして、０℃以下の水の量がある容量に達すると、蓄熱槽１５内の水の温度による対流が生じ、水温（Ｗ℃）が急激に低下する。残氷量が少ない場合には、０℃以上の水の量が多いため、対流により水温（Ｗ℃）が急激に低下するまでに時間を要することになる。従って、冷房蓄熱運転開始後、所定時間（Ｄ分）以内に水温低下の傾きが所定値（上記傾きＣ）よりも大きくなるか否かで残氷の有無を検知することができる。
【００５２】
次に、上記冷房蓄熱運転の運転モードについて詳しく説明する。
［通常製氷モード］
まず、上記通常製氷モードでは、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されるまで冷房蓄熱運転が実施される。具体的には、蓄熱槽１５の水温が−２℃未満になるまで、または、上方フロートスイッチ４２がオンになるまで、運転が実施される。また、例外として、夜間電力の時間帯が過ぎてしまった場合には、残氷量が不足している状態であっても、運転を終了する。このように、通常製氷モードでは、昼間の消費蓄熱量に拘わらず、製氷量が十分確保されるまで冷房蓄熱運転を実施するため、残氷量がなく十分に氷をつくる必要がある場合に効果的なモードである。
なお、通常製氷モードで製氷される場合においては、前述の通り、蓄熱運転を開始してから予め設定されている時間（Ｅ時間）経過後に、電気ヒータ５０をオンにして製氷完了まで通電が行われる。
【００５３】
［過製氷防止モード］
次に、本発明の特徴である過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転について、図８を参照して説明する。
前提として、過製氷防止モードは、初回の冷房蓄熱運転および冷房蓄熱運転の試運転では行われない。初回の冷房蓄熱運転では、昼間に冷房運転が行われていないため、後述の処理で算出される消費蓄熱量がゼロとなり、冷房蓄熱運転を実施することができなくなるからである。また、試運転は、例えば、技術者が製氷の状態を確認するために実施させるものであるので、製氷を十分に行わせる必要があるからである。従って、初回の冷房蓄熱運転および試運転の場合以外において、当該過製氷防止モードが実施されることとなる。
【００５４】
過製氷防止モードでは、まず、ヒータ通電開始時間の算出を行う（ステップＳＣ１）。このヒータ通電開始時間は、昼間の消費蓄熱量に基づいて決定される。以下、この算出手順について、図９を参照して説明する。
最初に、昼間に実施される冷房運転の運転モード毎に、各々個別消費蓄熱量Ｑｓ、Ｑｃ（「ｓ」は、ピークシフト運転を示す。「ｃ」は、ピークカット運転を示す。以下同じ。）を求める（ステップＳＤ１）。運転モード毎に消費蓄熱量を算出するのは、各運転モードにより単位時間あたりの消費蓄熱量が異なるためである。なお、本実施形態において、この個別消費蓄熱量は、絶対値として求められるのではなく、最大運転を行った場合に消費される最大消費蓄熱量に対する相対値として求められる。
【００５５】
次に、上記個別消費蓄熱量を蓄熱するために必要となる冷房蓄熱運転の運転時間（以下「個別蓄熱時間Ｔｓ、Ｔｃ」という。）を演算する（ステップＳＤ２）。
そして、運転モード毎に算出された上記の個別蓄熱時間Ｔｓ、Ｔｃを積算することにより、昼間に消費された全消費蓄熱量を蓄熱するために必要となる蓄熱時間Ｔを求める（ステップＳＤ３）。
更に、この蓄熱時間Ｔから電気ヒータ５０に通電する所定時間Ｔｈを差し引くことにより、電気ヒータ５０をオンして通電を開始する時間（以下「ヒータ通電開始時間Ｈｏｎ」という。）を算出する（ステップＳＤ４）。
【００５６】
次に、数式を用いながら上記算出手順をより具体的に説明する。なお、以下の算出手順は、各運転モードにおいて共通であるため、ここでは、ピークシフト運転モードを例に挙げて説明する。
［ステップＳＤ１］
個別消費蓄熱量の算出処理について
まず、圧縮機６の運転周波数Ｆｓと、当該ピークシフト運転モードにより最大運転を行った場合の最大運転周波数Ｆｓｍａｘとに基づいて、最大運転を行った場合に消費される最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘに対する消費蓄熱量Ｑｓの平均相対値Ｓｓを求める。
具体的には、制御ユニット４０は、昼間の冷房運転時において、６分おきに圧縮機６の運転周波数Ｆｓをサンプリングしている。そして、６分おきに取得した運転周波数Ｆｓを最大運転周波数Ｆｓｍａｘで除算し、最大運転周波数Ｆｓｍａｘに対する運転周波数Ｆｓの相対値Ｈｓを算出する。計算式は以下の通りである。
Ｈｓ＝Ｆｓ／Ｆｓｍａｘ  （１）
【００５７】
そして、ピークシフト運転モードで冷房運転を行った期間（以下「維持期間Ａｓ」という。）における上記相対値Ｈｓを全て算出し、算出した相対値Ｈｓの平均（以下「平均相対値Ｓｓ」という。）を求める。
ここで、上記圧縮機６の運転周波数Ｆｓは、消費蓄熱量Ｑｓに比例する。従って、ここで求めた平均相対値Ｓｓは、そのまま消費蓄熱量Ｑｓの平均相対値として扱うことができる。つまり、平均相対値Ｓｓは、維持時間Ａｓにおいて、最大運転周波数Ｆｓｍａｘで運転を行った場合に消費される最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘに対する、実際の運転により消費した消費蓄熱量Ｑｓの比を表す値となる。
【００５８】
［ステップＳＤ２］
個別蓄熱時間の算出処理について
上記ステップＳＤ１において、平均相対値Ｓｓが得られるので、最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘを蓄熱するのに要する時間（以下「最大蓄熱時間Ｔｓｍａｘ」という。）が求められれば、その最大蓄熱時間Ｔｓｍａｘに上記平均相対値Ｓｓを乗ずることにより、実際に消費した蓄熱量Ｑｓを蓄熱するのに要する時間、つまり、個別蓄熱時間Ｔｓを求めることができる。上記最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘは、最大運転周波数Ｆｓｍａｘで冷房運転した場合に消費する単位最大消費蓄熱量Ｑｓ／ｈに維持時間Ａｓを乗じることにより求めることができる。ここで、上記単位最大消費蓄熱量Ｑｓ／ｈは、氷蓄熱式空気調和装置１の機種や定格により定められる定数であり、また、維持時間Ａｓも予め設定されている定数であるため、上記最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘは、これらの値を乗ずることにより簡単に得ることができる。
【００５９】
次に、蓄熱槽１５に蓄熱可能な最大蓄熱量Ｑｍａｘと、その最大蓄熱量Ｑｍａｘを冷房蓄熱運転により蓄熱するのに要する最大蓄熱時間Ｔｍａｘを得る。
この最大蓄熱量Ｑｍａｘと、最大蓄熱時間Ｔｍａｘとは、氷蓄熱式空気調和装置１の機種等により決定される定数である。そして、この最大蓄熱量Ｑｍａｘに対する上記最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘの比から、最大消費蓄熱量Ｑｓｍａｘを蓄熱するのに要する最大蓄熱時間Ｔｓｍａｘを求める。最大蓄熱時間Ｔｓｍａｘは、以下の式で求められる。
Ｔｍａｘ＝（Ｑｓｍａｘ／Ｑｍａｘ）×Ｔｍａｘ  （２）
そして、この最大蓄熱時間Ｔｓｍａｘに、上記平均相対割合Ｓｓを乗ずることにより、個別蓄熱時間Ｔｓを求めることができる。
Ｔｓ＝Ｔｓｍａｘ×Ｓｓ  （３）
同様の手順により、ピークカット運転モードにおける個別蓄熱時間Ｔｃについても算出する。
【００６０】
［ステップＳＤ３］
蓄熱時間の算出処理について
次に、上述の算出処理により求められた個別蓄熱時間Ｔｓ、Ｔｃを積算することによって、蓄熱時間Ｔを求める。
［ステップＳＤ４］
ヒータ通電開始時間の算出処理について
上述により求められた蓄熱時間Ｔから、製氷後半の電気ヒータ５０に通電する所定時間Ｔｈを差し引くことにより、ヒータ通電開始時間Ｈｏｎが得られる。
Ｈｏｎ＝Ｔ−Ｔｈ
つまり、図９（Ｂ）に示すように、冷房蓄熱運転の開始（製氷開始）後、ヒータ通電開始時間までは電気ヒータ５０に通電せずに運転し、ブリッジングの発生が予測される製氷完了前の所定時間Ｔｈだけ電気ヒータ５０に通電する。
【００６１】
次に、上記によりヒータ通電開始時間の算出処理が行われ、ヒータ通電開始時間Ｈｏｎが求められると、図８に示す過製氷防止モードに戻り、ヒータ通電開始時間Ｈｏｎを運転タイマにセットし、冷房蓄熱運転を実施する（図８（Ａ）のステップＳＣ２）。ここで、夜間電力の時間帯が過ぎた旨の信号を蓄熱タイマから受信した場合（ステップＳＣ３において「ＹＥＳ」）、あるいはヒータ通電開始時間Ｈｏｎ前であっても蓄熱槽１５の水温が−２℃未満になり、蓄熱槽１５内の残氷量が十分確保されたと判定された場合（ステップＳＣ４において「ＹＥＳ」）には、冷房蓄熱運転が終了される。
【００６２】
また、冷房蓄熱運転の実施中、ヒータ通電開始時間Ｈｏｎに達したか否かが判断される（ステップＳＣ５）。この結果、ヒータ通電開始時間Ｈｏｎに達していなければ（ステップＳＣ５において「ＮＯ」）、ステップＳＣ３に戻り、冷房蓄熱運転が継続される。一方、ヒータ通電開始時間Ｈｏｎに達した場合（ステップＳＣ５において「ＹＥＳ」）には、電気ヒータ５０がオンされ、通電が開始される（（ステップＳＣ６）。そして、電気ヒータ５０への通電により、氷塊６０のブリッジングによる水封を防止しながら、更に冷房蓄熱運転が続けられる。
【００６３】
冷房蓄熱運転は、上方フロートスイッチ４２がオンとなるまで続けられる。上方フロートスイッチ４２がオンとなり、蓄熱槽１５内に残氷量が十分確保されたと判定された場合（ステップＳＣ７において「ＹＥＳ」）に、冷房蓄熱運転が終了される。
上記のようにして、昼間の消費蓄熱量に応じた製氷を行うことができる。そして、この製氷時において、予め定められた時間に電気ヒータ５０に通電し、ヒータ周りの水封領域７０の氷塊６０を部分的に融解することにより、水封領域７０の水が氷塊６０のブリッジングにより水封されるのを阻止することができる。
【００６４】
以上に説明の通り、本実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置１によれば、以下の効果を奏する。
昼間の消費蓄熱量に基づいて、夜間の製氷量を決定するので、過度な製氷を防止することが可能となる。そして、製氷の際に、氷がブリッジングを発生し易い部位に設けられている電気ヒータ５０により、適宜の時期にヒータ周りの氷７０を融解して、水封領域７０の水が氷塊６０により水封されるのを阻止することができる。このため、氷塊６０のブリッジングによる水封の発生を完全に阻止することが可能となる。
従って、氷による水封問題を根本的に解決し、それに起因する冷却コイルユニット１６の損傷等を確実に解消することができる。
また、電気ヒータ５０への通電を、製氷完了時間から所定時間前の制限された時間だけ行うようにしているため、電気ヒータ５０により消費電力をセーブすることができる。
また、電気ヒータ５０が、所定間隔で多数積層された冷却コイル１６ｃに沿って延在され、一端が非結氷水域である水面上に延びる棒状のヒータにより構成されているので、水封領域７０の水を、確実に蓄熱槽１５内の非結氷水域である水面領域に導き、水封発生を阻止することができる
【００６５】
さらに、本実施形態では、冷房蓄熱運転時に、残氷検知モードによって、水温と運転経過時間とをサンプリングして残氷量を検知し、残氷量に基づいて通常製氷モードまたは過製氷防止モードの何れかを選択して製氷するようにしているので、的確に残氷量を検知して、その時点における残氷量に応じた最適な製氷モードにより冷房蓄熱運転を行うことができる。そして、過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転が選択された時も、製氷完了時間から所定時間前に電気ヒータ５０に通電するようにしているため、ブリッジングによる水封の発生を確実に阻止することができる。
また、残氷の有無を、蓄熱槽内の水温と運転経過時間とをサンプリングして所定時間毎の水温変化の傾きを計算し、設定時間（Ｄ分）内にその傾きが所定値（Ｃ）よりも大きくなったら残氷あり、設定時間内にその傾きが所定値よりも大きくならなかったら残氷が極めて少ないと判断して検知するようにしているため、残氷の有無をより的確を検知することができる。従って、残氷量に応じた最適な製氷モードにより冷房蓄熱運転を実施することができるとともに、過度な製氷を防止して無駄なエネルギー消費を排除し、省エネルギー化を図ることができる。
【００６６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図２および図８を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、電気ヒータ５０への通電制御方式が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、蓄熱槽１５内の給水量を検知する下方フロートスイッチ４１と製氷完了を検知する上方フロートスイッチ４２との間に、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５１を設けている。このヒータ通電制御用フロートスイッチ５１は、製氷完了より前の製氷後半の氷塊６０によりブリッジングが発生すると予測される時期にオンとなる位置を選定して設置され、そのオン信号は制御ユニット４０に入力されるようになっている。
【００６７】
つまり、製氷量は、蓄熱槽１５内の水位により監視することができる。製氷完了を検知する上方フロートスイッチ４２よりも下方であって、氷塊６０によりブリッジングが発生すると予測される時期から割り出される位置に、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５１を設置する。これにより、製氷が進み、その位置まで水位が上昇したときに、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５１をオンとし、制御ユニット４０を介して電気ヒータ５０に通電することができる。この場合、図８に示すフローチャート上では、（Ａ）図のステップＳＣ５の代わりに、（Ｂ）図のステップＳＣ５’の通り、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５１がオンしているか否かが判断され、「ＮＯ」であれば、ステップＳＣ３に戻り、「ＹＥＳ」であれば、ステップＳＣ６で電気ヒータ５０に通電されることとなる。
【００６８】
このように、電気ヒータ５０に対する通電制御は、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５１を設けることにより、ハード的に制御することも可能である。
従って、本実施形態によっても、第１実施形態と同様、氷塊６０のブリッジングによる水封の発生を確実に阻止することができ、氷塊６０による水封問題を根本的に解決し、それに起因する冷却コイルユニット１６の損傷等を確実に解消することができるという効果を奏する。
【００６９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図３および図１０を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１および第２施形態に対して、電気ヒータ５０への通電制御方式が異なる。その他の点については、第１および第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、図３に示すように、蓄熱槽１５内に設けられる給水量を検知する下方フロートスイッチ４１と製氷完了を検知する上方フロートスイッチ４２との間に、複数個（本実施形態では２個）のヒータ通電制御用フロートスイッチ５５，５６が上下方向に所定の間隔を隔てて設けられる。
【００７０】
本実施形態によるヒータ通電時間の決定について、図１０を参照して以下に説明する。
ステップＳＥ１においては、下方フロートスイッチ４１がオンしている。この下方フロートスイッチ４１の機能については既述の通りである。前述した冷房蓄熱運転により製氷が進むと蓄熱槽１５内の水位が上昇する。まず、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５５が作動したか否かが判断される（ステップＳＥ２）。その結果、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５５がオンしていない場合（ステップＳＥ２において「ＮＯ」）には、製氷完了水位との間の水位差がｈ（図３参照）と判断し、蓄熱タイマにヒータ通電時間を、その時点からＴｈ時間後にオンとセットして待機する（ステップＳＥ３）。その後、水位が上昇し、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５５がオンした場合（ステップＳＥ２において「ＹＥＳ」）に、次のステップＳＥ４に移行する。
【００７１】
ステップＳＥ４では、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５６が作動したか否かが判断される。その結果、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５６がオンしていない場合（ステップＳＥ４において「ＮＯ」）には、製氷完了水位との間の水位差がｈａ（図３参照）と判断し、蓄熱タイマにヒータ通電時間を、その時点からＴｈａ時間後にオンとリセットして待機する（ステップＳＥ５）。さらに、製氷が進み水位が上昇して、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５６がオンされた場合（ステップＳＥ４において「ＹＥＳ」）には、次のステップＳＥ６に移行する。
ステップＳＥ６では、上方フロートスイッチ４２が作動したか否かが判断される。その結果、上方フロートスイッチ４２がオンしていない場合（ステップＳＥ６において「ＮＯ」）には、製氷完了水位との間の水位差がｈｂ（図３参照）と判断し、蓄熱タイマにヒータ通電時間を、その時点からＴｈｂ時間後にオンとリセットする（ステップＳＥ７）。
【００７２】
以上により、電気ヒータ５０は、ヒータ通電制御用フロートスイッチ５６がオンとなってからＴｈｂ時間後に通電され、氷塊７０の一部を融解して水６０が水封されるのを阻止するよう作用する。
一方、所定量の氷が製氷されると、蓄熱槽１５内の水位が上方フロートスイッチ４２の設置位置に達し、上方フロートスイッチ４２をオンする（ステップＳＥ６において「ＹＥＳ」）。これによって、冷房蓄熱運転が終了される。
従って、本実施形態によっても、複数のヒータ通電制御用フロートスイッチ５５，５６の作動から蓄熱槽１５内の水位を判断し、これから製氷が完了する時間を予測することによって、電気ヒータ５０に対する通電時間を決定することができる。このため、上記第１および第２施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第３施形態に対して、水封阻止部材の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、水封阻止部材として電気ヒータ５０に代えて、弾性シート材８０が設けられる。
この弾性シート材８０は、非吸水性でかつ弾力性を有する独立気泡の樹脂製シート材８０ａを板金製の薄板８０ｂの両面に貼り付けて構成されたものであり、所定の長さと一定の幅寸法を有する。
【００７４】
弾性シート材８０は、図１１（Ｂ）に示すように、所定間隔で積層配置された冷却コイル１６ｃに沿って延在され、その上端が蓄熱槽１５内の水面上に出るように設置される。また、各冷却コイル１６ｃに対して、図１１（Ａ）に示すように、弾性シート材８０の幅寸法が冷媒管１６ｄに沿って形成される水封領域７０をカバーするように配設される。
上記のように、弾性シート材８０を設けることによって、水封領域７０の水が凍るときの体積膨張により水および水を介して冷媒管１６ｄにかかる圧力を、弾性シート材８０の弾性変形により吸収することができる。また、水封領域７０の水を弾性シート材８０の弾性変形により蓄熱槽１５内の非結氷水域である水面領域に逃がすことができる。
従って、本実施形態によっても、氷塊６０による水封を確実に阻止し、水封に起因する冷却コイル１６ｃの損傷を解消することができる。
なお、弾性シート材８０は、必要に応じて複数枚設置してもよい。
【００７５】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図１２を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第４施形態に対して、水封阻止部材の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、水封阻止部材として電気ヒータ５０に代えて、弾性中空チューブ材９０が設けられる。
この弾性中空チューブ材９０は、非吸水性でかつ弾力性を有する樹脂製の中空チューブからなるものであり、内部に水が入らないように、端部に栓がされるか、端部が溶着により閉塞された構成とされる。
【００７６】
弾性中空チューブ材９０は、図１２（Ｂ）に示すように、所定間隔で多数積層された冷却コイル１６ｃに沿って延在され、その上端が蓄熱槽１５内の水面上に出るように設置される。また、各冷却コイル１６ｃに対して、図１２（Ａ）に示すように、冷媒管１６ｄに沿って形成される水封領域７０に、弾性中空チューブ材９０が複数本配設される。
上記のように、弾性中空チューブ材９０を設けることにより、水封領域７０の水が凍るときの体積膨張により水および水を介して冷媒管１６ｄにかかる圧力を、弾性中空チューブ材９０の弾性変形により吸収することができる。また、水封領域７０の水を弾性中空チューブ材９０の弾性変形により蓄熱槽１５内の非結氷水域である水面領域に逃がすことができる。
従って、本実施形態によっても、氷塊６０による水封を確実に阻止し、水封に起因する冷却コイル１６ｃの損傷を解消することができる。
【００７７】
なお、上記の各実施形態では、蓄熱槽１５内に水を貯蔵した例について説明した。この水は、蓄熱媒体を代表する意味で用いられているものであり、本発明において、蓄熱媒体がこの水に限定されるものではない。水の他、塩化カルシウム、パラフィン、エチレングリコールなどのブラインを使用できることはもちろんである。
また、上記の実施形態では、内融式の氷蓄熱槽およびそれを用いた氷蓄熱式空気調和装置について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、外融式の氷蓄熱槽およびそれを用いた氷蓄熱式空気調和装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る氷蓄熱式空気調和装置における冷媒回路構成図である。
【図２】図１に示す氷蓄熱式空気調和装置に用いる氷蓄熱槽および本発明の第２実施形態に係る氷蓄熱槽の概略構成図である。
【図３】図１に示す氷蓄熱式空気調和装置に用いる本発明の第３実施形態に係る氷蓄熱槽の概略構成図である。
【図４】図２に示す氷蓄熱槽の電気ヒータ設置部周りの部分平面図である。
【図５】図２に示す氷蓄熱槽の電気ヒータ設置部周りの部分側面図である。
【図６】図１に示す氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転時における制御手順を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す氷蓄熱式空気調和装置の冷房蓄熱運転時における残氷検知モードの制御手順を示すフローチャートである。
【図８】図１に示す氷蓄熱式空気調和装置の過製氷防止モードによる冷房蓄熱運転時の制御手順を示すフローチャートである。
【図９】図１に示す氷蓄熱式空気調和装置のヒータ通電開始時間の算出手順を示すフローチャートである。
【図１０】図３に示す氷蓄熱槽のフロートスイッチによるヒータ通電開始時間を決定する制御手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る氷蓄熱槽の部分概略構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る氷蓄熱槽の部分概略構成図である。
【図１３】従来の氷蓄熱槽の概略構成を示す平面図である。
【図１４】従来の氷蓄熱槽の概略構成を示す側面図である。
【図１５】従来の氷蓄熱槽における水封状態を示す部分平面視図である。
【図１６】図１５におけるＩ−Ｉ矢視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  氷蓄熱式空気調和装置
１５  氷蓄熱槽
１６  冷却コイルユニット
１６ｃ  冷却コイル
１６ｄ  冷媒管
４１  下方フロートスイッチ
４２  上方フロートスイッチ
５０  電気ヒータ（水封防止部材）
５１，５５，５６  ヒータ通電制御用フロートスイッチ
６０  氷塊
７０  水封領域
８０  弾性シート材（弾性変形部材；水封防止部材）
９０  中空チューブ材（弾性変形部材；水封防止部材）
【図１】
2008122016.tif 000003
【図２】
2008122016.tif 000004
【図３】
2008122016.tif 000005
【図４】
2008122016.tif 000006
【図５】
2008122016.tif 000007
【図６】
2008122016.tif 000008
【図７】
2008122016.tif 000009
【図８】
2008122016.tif 000010
【図９】
2008122016.tif 000011
【図１０】
2008122016.tif 000012
【図１１】
2008122016.tif 000013
【図１２】
2008122016.tif 000014
【図１３】
2008122016.tif 000015
【図１４】
2008122016.tif 000016
【図１５】
2008122016.tif 000017
【図１６】
2008122016.tif 000018