(57)【要約】【課題】蓄熱利用運転から蓄熱運転に切り換えるにあたり、蓄熱残量をゼロとする。【解決手段】本発明の蓄熱式冷凍装置は、予め定められた時間に蓄熱利用運転を開始し、蓄熱槽の冷熱媒体の温度に相関する温度に基づいて蓄熱利用運転を終了させるとともに蓄熱利用運転時間Ｔを求め（４４）、該求めた蓄熱利用運転時間Ｔとその目標時間Ｔ０との差ΔＴを求め（４６）、該求めた差を低減するように次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することにより（４３）、蓄熱利用運転から蓄熱運転に切り換える際の蓄熱残量をゼロに制御する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス冷媒を圧縮する圧縮機及び該圧縮機により圧縮されたガス冷媒を冷却して液冷媒にする凝縮器とを有してなる冷凍機と、該冷凍機の冷媒管路に接続された冷熱の蓄熱槽と、前記冷凍機の冷媒管路に接続された冷熱負荷と、前記蓄熱槽に前記液冷媒を供給する蓄熱運転と前記蓄熱槽に蓄熱された冷熱を前記冷熱負荷に供給する蓄熱利用運転とを切り換え制御する制御手段とを備えてなり、
前記制御手段は、予め定められた時間に前記蓄熱利用運転を開始し、前記蓄熱槽の冷熱媒体の温度に相関する温度に基づいて前記蓄熱利用運転を終了させるとともに蓄熱利用運転時間を求め、該求めた蓄熱利用運転時間とその目標時間との差を求め、該求めた差を低減するように次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することを特徴とする蓄熱式冷凍装置。
【請求項２】
前記制御手段は、外気温の変化に応じて前記次回の蓄熱運転の蓄熱量を補正することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式冷凍装置。
【請求項３】
前記制御手段は、蓄熱運転時間を制御して次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱式冷凍装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前回の蓄熱運転時の蓄熱運転時間を計時しておき、前記蓄熱利用運転時間とその目標時間との前記差を低減する蓄熱量の過不足を求め、該求めた過不足を低減するように前記前回の蓄熱運転時間を補正して次回の蓄熱運転時間を設定することを特徴とする請求項３に記載の蓄熱式冷凍装置。
【請求項５】
ガス冷媒を圧縮する圧縮機及び該圧縮機により圧縮されたガス冷媒を冷却して液冷媒にする凝縮器とを有してなる冷凍機と、該冷凍機の冷媒管路に接続された冷熱の蓄熱槽と、前記冷凍機の冷媒管路に接続された冷熱負荷と、前記蓄熱槽に前記液冷媒を供給する蓄熱運転と前記蓄熱槽に蓄熱された冷熱を前記冷熱負荷に供給する蓄熱利用運転とを切り換え制御する制御手段とを備えてなり、
前記制御手段は、予め定められた時間に前記蓄熱利用運転を開始し、前記蓄熱槽の冷熱媒体の温度に相関する温度に基づいて前記蓄熱利用運転を終了させるとともに、蓄熱利用運転時間における圧縮機運転容量の積分値を計測し、該積分値と前記蓄熱利用運転時間の目標時間Ｔ０における圧縮機運転容量の積分値に相当する計算値との差を求め、該差を低減するように次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することを特徴とする蓄熱式冷凍装置。
【請求項６】
冷凍機から供給される冷熱を蓄熱槽に蓄える蓄熱運転と、前記蓄熱槽に蓄えられた冷熱を冷熱負荷に供給する蓄熱利用運転とを切り換え制御する蓄熱式冷凍装置の蓄熱量制御方法において、
前記蓄熱槽に蓄熱されている蓄熱量を使い切るように蓄熱利用運転を制御するとともに、次回の蓄熱運転を制御することを特徴とする蓄熱式冷凍装置の蓄熱量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式冷凍装置及び蓄熱量制御方法に関し、具体的には、冷凍又は冷蔵のショーケース等の冷熱負荷や、空気調和機の冷熱負荷に好適な蓄熱式冷凍装置及び蓄熱量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、夜間の割引電力を利用して、あるいは冷熱負荷が少なくなる夜間における冷凍機の冷凍能力の余剰分を利用して冷熱を蓄熱しておき、冷熱負荷が増大する昼間において蓄熱冷熱を利用することにより、省エネルギやエネルギコストの低減を図る蓄熱式冷凍装置が知られている。また、このような蓄熱式冷凍装置において、昼間と夜間の冷熱負荷の変動に合せて蓄熱量を設定することにより、蓄熱容量及び冷凍機容量を最適化することが種々提案されている。
【０００３】
例えば、１日を周期として切り換え運転される蓄熱運転と蓄熱利用運転を合理的に制御する方法として、過去数回分（数日分）の蓄熱運転時間に基づいて蓄熱残量を推測し、次回の蓄熱利用運転に必要な分の蓄熱残量があると推測される場合は、蓄熱運転を行なわないようにすることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、水を冷熱の蓄熱媒体とする蓄熱槽において、蓄熱槽内の水温に基づいて蓄熱残量を推定し、これに基づいて蓄熱運転時間を制御することが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、前日の最高気温と、日没後の気圧変化と、前日の蓄熱残量とから、今日の必要蓄熱量を予測し、これに基づいて蓄熱量を制御することにより、今日の空調負荷に応じた蓄熱量を得ることが提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
一方、外気温や消費電力が設定値を超えたときに蓄熱利用運転に切り換えるようにした蓄熱式空気調和機において、蓄熱利用運転時間をカウントし、その蓄熱利用運転時間が基準値より短いときは次回の蓄熱運転時間を短く設定し、長いときは次回の蓄熱運転時間を長く設定することにより、昼間の冷暖房運転時間に見合った適正な蓄熱量を確保して、無駄な電力の消費を防ぐことが提案されている（特許文献４）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３２２５４６０号
【特許文献２】
特開平１１−１３２５３３公報（第３頁）
【特許文献３】
特開平５−２２３３１５公報
【特許文献４】
特開２００１−３３６８０６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１〜３に記載の蓄熱式冷凍装置では、蓄熱残量を推測することにより、冷熱負荷が小さい中間期等において、過剰な蓄熱を回避することができる。しかし、蓄熱残量の推測や次回の蓄熱利用運転に必要な蓄熱量の予測の精度を上げるために、種々の計測又は検出機器、あるいは複雑な制御のアルゴリズムが必要となる。また、蓄熱残量や蓄熱利用運転に必要な蓄熱量の推測に誤差があるために、蓄熱運転時に過剰に蓄熱してしまうと、例えば、蓄熱槽の伝熱管に付着している残留氷によって次回の蓄熱運転時に伝熱管がストレスを受け、これによって信頼性が低下するおそれがある。そこで、簡単な装置等により最適な蓄熱量制御を実現することが要望されている。
【０００９】
また、特許文献４に記載された蓄熱式空調機によれば、蓄熱利用運転時間を計時し、その蓄熱利用運転時間の長短に合せて、次回の蓄熱運転時間の長短を制御しているから、蓄熱残量等の推測が不用になり、簡単な構成の蓄熱量制御を実現できる。
【００１０】
しかしながら、外気温や消費電力が設定値を超えたときに蓄熱利用運転に切り換えるようにしていることから、前回と今回とで外気温が異なると、必ずしも蓄熱量に見合った蓄熱利用運転時間にならない場合がある。つまり、前日は外気温が高かったために蓄熱利用運転時間が増加した場合、これに見合って蓄熱時間が増大される。これに対して、今日の外気温が前日より低いと、蓄熱利用運転時間が短くなるから、蓄熱利用運転の終了時に前日蓄熱した冷熱蓄熱量が残ってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、蓄熱利用運転から蓄熱運転に切り換えるにあたり、蓄熱残量をゼロとすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。
【００１３】
すなわち、本発明の蓄熱式冷凍装置は、予め定められた時間に蓄熱利用運転を開始し、蓄熱槽の冷熱媒体の温度に相関する温度に基づいて蓄熱利用運転を終了させるとともに蓄熱利用運転時間を求め、該求めた蓄熱利用運転時間とその目標時間との差を求め、該求めた差を低減するように次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することを特徴とする。
【００１４】
ここで、蓄熱利用運転を終了させる蓄熱槽の冷熱媒体の温度に相関する温度とは、蓄熱槽の蓄熱媒体温度又は蓄熱槽から冷熱負荷に供給される冷媒温度によることができ、例えば、残留氷が無くなる温度に設定した設定温度で蓄熱利用運転を終了させる。
【００１５】
このように構成することにより、本発明によれば、蓄熱残量がゼロになるまで蓄熱利用運転を継続することになり、残留氷に起因する蓄熱槽の伝熱管に及ぼすストレス発生を抑制して、蓄熱槽の信頼性を確保することができる。
【００１６】
この場合において、外気温の変化に応じて次回の蓄熱運転の蓄熱量を補正することが好ましい。また、蓄熱運転時間を制御して次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することができる。例えば、前回の蓄熱運転時の蓄熱運転時間を計時しておき、蓄熱利用運転時間とその目標時間との差を低減する蓄熱量の過不足を求め、該求めた過不足を低減するように前回の蓄熱運転時間を補正して次回の蓄熱運転時間を設定することができる。つまり、蓄熱残量がゼロになるように蓄熱利用運転を継続し、そのときの蓄熱運転時間が目標時間より長ければ、次回の蓄熱運転時間を前回の蓄熱運転時間よりもその分短くし、短ければ次回の蓄熱運転時間を前回の蓄熱運転時間よりもその分長くすることにより、蓄熱残量をゼロにするとともに、外気温や季節変動に応じた最適な蓄熱量の制御を簡素なシステムで行わせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の蓄熱式冷凍装置に係る一実施形態のサイクル系統図である。同図において、蓄熱式冷凍装置は、冷凍機１と、冷熱負荷２（２ａ、２ｂ）と、蓄熱ユニット３とを備えて構成されている。冷凍機１は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１により圧縮されたガス冷媒を冷却して液冷媒にする凝縮器１２とを有してなる。冷熱負荷２ａ、２ｂは、それぞれ冷却器用膨張弁２１ａ、２１ｂと、蒸発器２２ａ、２２ｂ及び冷却器用電磁弁２３ａ、２３ｂを有してなる。蓄熱ユニット３は、蓄熱用膨張弁３１、電磁弁３２ａ〜３２ｄ、蓄熱槽３３、蓄熱媒体３４、蓄熱用熱交換器３５を有して構成されている。また、冷熱負荷２ａ、２ｂの冷却器用電磁弁２３ａ、２３ｂは、電磁弁３２ａを介して冷凍機１の凝縮器１２の液冷媒出口に並列に接続され、冷熱負荷２ａ、２ｂの蒸発器２２ａ、２２ｂは圧縮機１１の吸入側に並列に接続されている。蓄熱ユニット３の熱交換器３５の一端は並列接続された蓄熱用膨張弁３１と電磁弁３２ｂを介して凝縮器１２の液冷媒出口に接続され、蓄熱用熱交換器３５の他端は電磁弁３２ｃを介して圧縮機１１の吸入側に、また電磁弁３２ｄを介して冷熱負荷２ａ、２ｂの液冷媒管路に接続されている。電磁弁３２ａは、電磁弁３２ｄの上流側であって、かつ蓄熱用膨張弁３１と電磁弁３２ｂの下流側の液冷媒管路に接続されている。
【００１９】
また、蓄熱用熱交換器３５の冷媒出口に冷媒温度を検出する温度検出器３６が設けられている。さらに、蓄熱ユニット３に液冷媒を供給する蓄熱運転と、蓄熱ユニット３に蓄熱された冷熱を冷熱負荷２ａ、２ｂに供給する蓄熱利用運転とを切り換え制御する制御装置４が設けられている。
【００２０】
このように構成される本実施形態の動作について次に説明する。まず、蓄熱槽３３への蓄熱と冷熱負荷２ａ、２ｂへの冷熱供給とを同時に行う同時運転時の場合、制御装置４は電磁弁３２ａ、３２ｃを開き、電磁弁３２ｂ、３２ｄを閉じる。これにより、図中に実線の太線で示すように、圧縮機１１により圧縮されたガス冷媒は凝縮器１２で熱交換されて液化し、液化した液冷媒は冷熱負荷２ａ、２ｂと蓄熱ユニット３とにそれぞれ供給される。つまり、冷熱負荷２の冷凍サイクルと、蓄熱ユニット３の冷凍サイクルの２つの冷凍サイクルが構成される。一方の冷凍サイクルは、冷凍機１から供給される液冷媒が蓄熱用膨張弁３１により減圧され、蓄熱用熱交換器３５により蓄熱槽３３内の蓄熱媒体３４を冷却し、この冷却によってガス化したガス冷媒は、電磁弁３２ｃを通って圧縮機１１に戻る蓄熱運転の冷凍サイクルである。他方の冷凍サイクルは、電磁弁３２ａを通った後に冷却器用電磁弁２３ａ、２３ｂを通って冷却器用膨張弁２１ａ、２１ｂにより減圧され、蒸発器２２ａ、２２ｂにより冷熱負荷を冷却して圧縮機１１に戻る冷凍サイクルであり、これらの２つの冷凍サイクルが同時に構成される。
【００２１】
この２つの冷凍サイクルが構成されるのは、蓄熱運転時の基本的動作であるが、冷熱負荷２ａ、２ｂが冷蔵又は冷凍ショーケース、あるいはユニットクーラなどを、それぞれ複数台組み合わして構成され、それぞれの庫内温度が異なるとき、もしくはそれらの負荷が群を構成し、その群単位で庫内温度が異なるときは、個別もしくは群ごとに冷却器用電磁弁２３ａ、２３ｂを開閉して冷媒供給を行うことになる。
【００２２】
一般に、安い夜間の割引電力を利用して、また冷熱負荷が少なくなる夜間において冷凍機１の余剰冷凍能力を利用して蓄熱運転が行われる。本実施形態において、蓄熱ユニット３は、冷熱負荷２ａ、２ｂがさらに追加されたのと同等の冷凍サイクルで蓄熱運転を行うことができる。また、冷熱負荷２ａ、２ｂへの冷媒供給の必要がなくなれば、蓄熱運転のみの運転をすることもできる。さらに、蓄熱媒体３４への蓄熱が完了すれば、蓄熱運転を停止して、冷熱負荷２ａ、２ｂのみの運転とすることもできる。
【００２３】
一方、蓄熱運転により蓄熱槽３３内の蓄冷熱媒体３４に蓄熱された冷熱源を利用した蓄熱利用運転をする場合、制御装置４は、電磁弁３２ａ、３２ｃを閉じ、電磁弁３２ｂ、３２ｄを開く。これにより、凝縮器１２で熱交換されて液化した液冷媒は電磁弁３２ｂを通って蓄冷熱用熱交換器３５に流れ、蓄熱槽３３内の蓄冷熱媒体３４と熱交換されて過冷却状態となった後、電磁弁３２ｄを通って冷熱負荷２ａ、ｂに供給されることになる。
【００２４】
蓄熱利用運転の終了は、温度検出器３６により検出される。つまり、蓄熱媒体３４に蓄熱された冷熱源が減少すれば、蓄熱用熱交換器３５から排出される冷媒の温度が上昇するから、その温度を検出することにより蓄熱残量ゼロを検出できる。例えば、蓄熱冷媒３４として水又は水に融点を下げる添加剤を用いた場合、蓄熱利用運転終了を判断する設定温度は、０〜５℃にすればよい。このようにして、蓄熱残量ゼロを検知した場合、制御装置４は蓄熱利用運転を停止して冷熱負荷２ａ、２ｂのみの運転に切り換える。
【００２５】
次に、本発明の特徴である蓄熱量制御方法について、図２を参照して説明する。図２に示すように、制御装置４は、計測手段４１と、計測手段４２と、蓄熱量制御手段４３とを備えて構成されている。計測手段４１は、蓄熱利用運転を挟まずに継続して運転した前回の蓄熱運転時間ｔを計時するようになっている。計測手段４２は、蓄熱利用運転開始から温度検出器３６により検出された蓄熱残量ゼロの信号により蓄熱利用運転を終了した時点までの今回の蓄熱利用運転時間Ｔを計時する手段４４と、蓄熱運転を挟まずに継続して運転する蓄熱利用運転時間の目標時間Ｔ０を設定する手段４５と、今回の蓄熱利用運転時間Ｔと目標時間Ｔ０との差（ズレ）であるΔＴ（＝Ｔ−Ｔ０）を計測する手段４６を備えて構成される。蓄熱量制御手段４３は、前回の蓄熱運転時間ｔとΔＴとに基づいて蓄熱量の相対的な過不足ΔＱを推測する手段４７と、推測した蓄熱量の過不足ΔＱをゼロにするに必要な蓄熱運転時間の増減量Δｔを算出する手段４８と、算出された増減量Δｔを前回の蓄熱運転時間ｔに加算して次回の蓄熱運転時間（ｔ＋Δｔ）を決定する手段４９とを備えて構成されている。ここで、蓄熱利用運転時間の目標時間Ｔ０は、例えば、冷凍機１１の冷凍能力、冷熱負荷の日変動、契約電力などの条件に基づいて設定する。
【００２６】
このように構成されることから、本実施形態の制御装置４によれば、予め定められた開始時間に蓄熱利用運転を開始し、温度検出器３６によって検出される蓄熱残量がゼロに時点まで蓄熱利用運転を行なうことになる。したがって、蓄熱残量をゼロにして、次回の蓄熱運転に備えることができるから、残留氷などによる蓄熱熱交換器３５の伝熱管に及ぼすストレスをなくすことができる。
【００２７】
例えば、実際の蓄熱利用運転時間Ｔが目標時間Ｔ０よりも短いときは、前回の蓄熱運転による蓄熱量が少なかったことを意味するから、そのΔＴに対応する不足熱量ΔＱを求め、その不足熱量ΔＱを補うための蓄熱運転時間の増量Δｔを算出して、前回の蓄熱運転時間ｔに加算することにより、次回の蓄熱利用運転時間Ｔを目標時間Ｔ０に近付けることができる。また、実際の蓄熱利用運転時間Ｔが目標時間Ｔ０よりも長いときは、前回の蓄熱運転による蓄熱量が多かったことを意味するから、そのΔＴに対応する過熱量ΔＱを求め、その過熱量ΔＱを減らすための蓄熱運転時間の減量Δｔを算出して、前回の蓄熱運転時間ｔに加算することにより、次回の蓄熱利用運転時間Ｔを減らして目標時間Ｔ０に近付けることができる。
【００２８】
なお、上記実施形態においては、前回の蓄熱運転による蓄熱量の過不足ΔＱを、蓄熱利用運転時間Ｔとその目標時間Ｔ０との差（ズレ）と、前回の蓄熱運転時間ｔとの基づいて推測する例を説明した。本発明は、これに限らず、実際の蓄熱利用運転時間Ｔにおける圧縮機運転容量の積分値を計測し、この計測値と目標時間Ｔ０における圧縮機運転容量の積分値に相当する計算値との差（ズレ）を求め、この差を低減するように、次回の蓄熱運転の蓄熱量を制御することができる。また、その差と蓄熱運転時間ｔにおける圧縮機運転容量の積分値の計測値とに基づいて、前回の蓄熱運転による蓄熱量の過不足ΔＱを求めてもよい。また、上記過不足熱量ΔＱは外気温度条件により補正を行ってもよく、外気温の変化に応じて次回の蓄熱運転の蓄熱量を補正するようにしてもよい。
【００２９】
したがって、本実施形態によれば、蓄熱利用運転時間を目標とする蓄熱利用運転時間の近傍に制御できるとともに、蓄熱残量をゼロにすることができるから、最適な蓄熱制御を実現できる。また、残蓄熱量を毎回ゼロにできるから、氷蓄熱槽の場合は、残留氷に起因する蓄熱用熱交換器の伝熱管へのストレス発生を抑制し、装置の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、蓄熱利用運転から蓄熱運転に切り換えるにあたり、確実に蓄熱残量をゼロにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱式冷凍装置の一実施形態の冷凍サイクル系統図である。
【図２】本発明の蓄熱式冷凍装置に係る制御装置の一実施形態のブロック構成図である。
【符号の説明】
１  冷凍機
２ａ、２ｂ  冷熱負荷
３  蓄熱ユニット
１１  圧縮機
１２  凝縮器
２１ａ、ｂ  冷却器用膨張弁
２２ａ、ｂ  蒸発器
２３ａ、ｂ  冷却器用電磁弁
３１  蓄熱用膨張弁
３２ａ、ｂ、ｃ、ｄ  電磁弁、
３３  蓄熱槽
３４  蓄熱媒体
３５  蓄熱用熱交換器
３６  温度検出器
４１  計測手段
４２  計測手段
４３  蓄熱量制御手段
【図１】
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【図２】
2004347280.tif 000004