JP3388931B2 - 氷蓄熱空調システム - Google Patents
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Description
関し、特に、室内熱交換器とは別に設けられた熱交換器
によって冷却された過冷却液から氷を生成して氷蓄熱槽
内に蓄積する氷蓄熱空調システムに関する。 【0002】 【従来の技術】一般に、氷蓄熱空調システムは、安価な
深夜の電力を利用して氷を生成し、昼間にこの生成され
た氷を利用することにより冷房運転を行うシステムであ
り、氷を製氷する方法により、伝熱管の周囲に固い氷を
蓄熱するスタティック型とシャーベットの様な氷を蓄熱
するダイナミック型とが知られている。 【0003】ダイナミック型の製氷方法を用いる氷蓄熱
空調システムは、スタティック型のものに比べて追加製
氷ができるため、氷を効率的に使用でき、近年盛んに開
発が行われている。このダイナミック型の氷蓄熱空調シ
ステムの中で、特に、水を過冷却状態まで冷却し、槽内
でその状態を解除させることにより氷を生成する方法
は、低コストでシャーベット状の氷を蓄熱できるという
利点を有している。 【0004】さらに、図20に示す従来の氷蓄熱空調シ
ステムは、エチレングリコールやプロピレングリコール
等のブラインを使用して製氷し、水またはブラインで冷
熱利用するシステムであり、過冷却水を生成する熱交換
器と氷の冷熱を取り出す二次側の熱交換器とが完全に独
立している他、氷蓄熱槽から過冷却水を生成する熱交換
器(過冷却器)への氷の侵入を防止するためのヒータを
設置している。 【0005】さらにまた、従来の氷蓄熱空調システムと
しては、図21(a)に示すような特開平4−2637
22号公報に記載されたものが知られている。このもの
は、蓄熱槽106の取水口の下流に氷検知手段113を
設け、蓄熱槽106から取水された冷水を熱交換器11
1に供給し、この熱交換器111で冷媒と熱交換するこ
とで冷水を加熱して冷水中に混入した氷核を溶かし、過
冷却器105内での凍結を防止できるという利点を有し
ているものであり、圧力−エンタルピ線図としては図2
1(b)に示すように、過冷却器内で直接に冷媒によっ
て過冷却水を生成するとともに、ヒータの代わりに膨張
弁と熱交換器を使用して冷却サイクルの凝縮熱の一部を
利用して過冷却器105に流入する水を加熱しているも
のである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図20
に示す従来の氷蓄熱空調システムにあっては、製氷時に
過冷却水の安定生成を目的として温度制御が容易なブラ
インを用いているため、過冷却器と氷の冷熱を取り出す
熱交換器とは完全に独立した構成になっていた。このた
め、システムが複雑化して各構成要素が大規模になる
他、空調負荷の全てを氷の冷熱によって賄うようなピー
クシフト運転しかできなかった。 また、従来、中小規
模のビル向けに開発された冷媒を使用したビル用マルチ
エアコンのような個別空調システムとの接続が困難であ
った。 【0007】一方、図21(a)に示すような氷蓄熱空
調システムの場合、冷媒を使用しているためビル用マル
チエアコンとの接続が可能である。しかしながら、過冷
却器および過冷却器に流入する水を加熱するための熱交
換器を圧縮機とともに一つのユニットに収納している
上、冷媒流路切り換え弁や分岐冷媒管が設けられていな
いため、氷の冷熱使用に関しては、図20に示す従来の
氷蓄熱空調システムと同様に、新たに用いられる熱交換
器および冷媒駆動装置を設けるか、もしくは、2つの熱
交換器を同時に使用するようになり、運転モードとして
はピークシフト運転しか採用できなかった。なお、ピー
クシフト運転は、冷房負荷が大きいときには、氷を多量
に使用した分だけの消費電力を低減できるという効果が
ある反面、冷房負荷が小さいときには、氷の使用量に見
合う分だけ消費電力を低減できないといった欠点があっ
た。 【0008】さらに、図21(a)に示すようなシステ
ムの場合、製氷時に流入する水を加熱するために熱交換
器の前に設置された膨張弁を絞ることで流入水の加熱度
合を調整しているため、図21(b)に示す圧力−エン
タルピ線図において、加熱量のほとんどを凝縮熱の一部
で賄うような運転モードしか実現できず、製氷時のCO
Pを著しく低下させていた。この解決策として、実開平
5−25226号公報に記載されたものによって、前記
膨張弁をとりはずして冷媒の過冷却度の増加に伴う冷却
サイクルでの保有熱だけを使用する方法が取れていた。
しかしながら、蓄熱材として水を用いた場合には、水の
熱量だけでは、安定した過冷却水を得ることができない
といった問題があった。 【0009】一方、氷の冷熱利用時に2つの熱交換器を
同時に使用すると、通常は、冷熱利用時の最大必要熱量
は製氷時の必要熱量の2倍程度になり製氷時と氷の冷熱
利用時では必要な熱交換量が異なっていた。また、通常
は、冷熱利用時の温度差は製氷時の5倍程度になり冷媒
−水間の温度差も異なっていた。このため、氷を利用し
た時の凝縮圧力が必要以上に低下し過ぎ、氷の冷熱を利
用しても冷房サイクルのCOPが増加しないといった問
題があった。 【0010】そこで、本発明は、既存の中小ビル向けの
マルチエアコンタイプの空調システムに接続でき、しか
も、コンパクトで、過冷却水を安定生成させるのに必要
な熱量を減少させることができ、製氷時COPを改善す
ることができる氷蓄熱空調システムを提供することを目
的とする。 【0011】 【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、室外空気と熱交換して冷媒ガ
スを凝縮する室外熱交換器と、室内空気と熱交換して室
内を冷房する室内熱交換器と、を有し、冷却された過冷
却液から氷を生成して氷蓄熱槽内に蓄積する氷蓄熱空調
システムにおいて、前記室内熱交換器に対して直列に設
置され、前記室外熱交換器から供給される冷媒と熱交換
して冷却液を加熱する第1の熱交換器と、前記室内熱交
換器に対して並列に設置され、第1の熱交換器で加熱さ
れた冷却液を冷媒と熱交換して過冷却液を生成する第2
の熱交換器とを有し、前記第1の熱交換器は、前記第2
の熱交換器と接続される冷媒流量制御弁への分岐冷媒回
路を有する冷媒管で連結された2つの熱交換器から構成
されていることを要旨とする。 【0012】 【作用】請求項1記載の発明では、室内熱交換器に対し
て直列に設置された第1の熱交換器で室外熱交換器から
供給される冷媒と熱交換して氷蓄熱槽から流入する冷却
液を加熱し、次に、室内熱交換器に対して並列に設置さ
れた第2の熱交換器でこの加熱された冷却液を冷媒と熱
交換して過冷却液を生成することで、蓄冷(製氷)運転
においては、第1の熱交換器で冷却液を加熱した後に、
さらに該冷却液を第2の熱交換器で冷却して過冷却液を
挿入し、氷蓄熱槽内に氷を蓄積する一方、ベースロード
冷房運転においては、前記室外熱交換器から第1の熱交
換器を介して前記室内熱交換器に冷媒を流入させて冷房
サイクル回路を形成して室内空気を冷房し、さらに、ピ
ークシフト冷房運転においては、ベースロード冷房運転
に加え、第2の熱交換器を冷房サイクル内の余剰時の冷
媒を溜め込むとともに、不足時にはその冷媒を冷房サイ
クルに戻すことができる冷房サイクル内の冷媒量調節用
のタンクとして用い前記冷房サイクル回路内の冷媒量を
減少させるようにしている。さらにまた、前記第1の熱
交換器は、前記第2の熱交換器と接続される冷媒流量制
御弁への分岐冷媒回路を有する冷媒管で連結された2つ
の熱交換器から構成されていることで、十分な過冷却度
を得られるまで冷却するようにしている。 【0013】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 【0014】(実施例1) 図1は、本発明の一実施例に係わる氷蓄熱空調システム
のシステム構成図である。 【0015】図1に示すように、氷蓄熱空調システム1
の水回路は、ポンプ1a、水加熱用熱交換器1b、過冷
却器1c、氷蓄熱槽1D、これらを連結する管道路1f
から構成されている。一方、冷媒回路は、冷媒流路切り
換え弁1h、冷媒流量制御弁1i,1j,1k,1m、
圧縮機1n、四方弁1o、逆止弁1p、受液器1q、室
外熱交換器1A、室内ユニットとしての室内熱交換器1
B、1Cおよび各機器を連結する管路1uから構成され
ている。 【0016】このような構成において、水加熱用熱交換
器1bは室内熱交換器1B,1Cに直列に接続され、過
冷却器1cは並列に接続されているため、過冷却器1c
を選択的に使用できる。 【0017】次に、図2は、本発明の一実施例に係わる
氷蓄熱空調システムの各弁の制御状態を表す図である。 【0018】図2に示すように、蓄冷(製氷)時におい
ては、冷媒流路切り換え弁1hを開、冷媒流量制御弁1
j、1kを閉、冷媒流量制御弁1iの開度を制御するこ
とにより、水加熱用熱交換器1b、過冷却器1cを用い
る。 【0019】ここで、蓄冷(製氷)時は水回路において
は、ポンプ1aを稼動させ、冷媒回路は、圧縮機1nで
圧縮された冷媒が四方弁1o、室外熱交換器1A、冷媒
流量制御弁1m、受液器1qを経由して水加熱用熱交換
器1bに至り、ここで氷蓄熱槽1Dから供給される水と
熱交換を行い加熱される。さらに、水加熱用熱交換器1
bから冷媒流量制御弁1i、過冷却器1cに至り、ここ
で、過冷却状態まで冷却を行い、過冷却器1cから冷媒
流路切り換え弁1h、四方弁1oを経由して圧縮機1n
に戻るという経路となる。 【0020】また、ベースロード冷房運転時において
は、冷媒流路切り換え弁1h、冷媒流量制御弁1iを
閉、冷媒流量制御弁1j、冷媒流量制御弁1kの開度を
制御にすることにより、水加熱用熱交換器1bを用い
る。 【0021】ここで、、ベースロード冷房運転時には、
水回路はポンプ1aを稼動させ、冷媒回路は、圧縮機1
nで圧縮された冷媒が四方弁1o、室外熱交換器1A、
冷媒流量制御弁1m、受液器1qを経由して水加熱用熱
交換器1b、冷媒流量制御弁1j、冷媒流量制御弁1
k、室内熱交換器1B、1Cに至り、ここで熱交換を行
い、室内熱交換器1B、1Cから四方弁1oを経由して
圧縮機1nに戻るという経路となる。 【0022】さらに、ピークシフト冷房運転時において
は、前記ベースロード時の制御に加えて、冷媒流量制御
弁1iの開度制御を組み合わせることにより、過冷却器
1cを冷房サイクル内の余剰時の冷媒を溜め込むととも
に、不足時にはその冷媒を冷房サイクルに戻すことがで
きる冷房サイクル回路内の冷媒量調節用のタンクとして
用い、冷房サイクル回路内の冷媒量を減少させることに
よりピークシフト冷房を行なうことができる。 【0023】次に、図3は、本発明の一実施例に係わる
氷蓄熱空調システムの製氷COP−熱交換器熱交換量を
表す図である。 【0024】室内ユニットとしての室内熱交換器1B,
1Cに並列に設置されている過冷却器1cは、室内熱交
換器1B,1Cの使用とは関係なく使用できるため、冷
房時、直列に設置されている水加熱用熱交換器1bだけ
のベースロード運転に加え、冷房負荷、氷蓄熱槽1Dの
状況等にあわせて過冷却器1cを冷房サイクル内の冷媒
量調節用のタンクとして使用し、ベースロード冷房サイ
クル内の冷媒量を減少させることによりピークシフト運
転への移行が可能となる。 【0025】一方、室内熱交換器1B,1Cを冷媒循環
に用いないで、過冷却器1cのみを用いる蓄冷(製氷)
運転時には、室内熱交換器1B,1Cを蓄冷サイクル内
の冷媒量調節用のタンクとして用いることにより、蓄冷
サイクル内の冷媒量を増減させ、過冷却水を安定させる
水加熱用熱交換器1bでの熱交換量を制御することがで
きる。この熱交換量の制御は、冷媒量による制御である
ため、熱交換量への凝縮熱の組み入れは自由に行え、氷
蓄熱槽の状況に応じて蓄冷(製氷)運転ができるように
なる。図3に示すように、凝縮熱を組み入れることによ
り、交換熱量は増加し、過冷却水を安定生成できるが、
製氷時COPは低下するようになる。 【0026】このように、本実施例では、室内熱交換器
1B,1Cに対して直列に設置された水加熱用熱交換器
1b(第1の熱交換器)で室外熱交換器1Aから供給さ
れる冷媒と熱交換して氷蓄熱槽1Dから流入する冷却液
を加熱し、次に、室内熱交換器1B,1Cに対して並列
に設置された過冷却器1c(第2の熱交換器)でこの加
熱された冷却液を冷媒と熱交換して過冷却液を生成する
ことで、蓄冷(製氷)運転時においては、水加熱用熱交
換器1b(第1の熱交換器)で液を加熱した後に、過冷
却器1c(第2の熱交換器)で過冷却状態まで冷却して
氷蓄熱槽1D内に氷を蓄積する一方、ベースロード冷房
運転時においては、室外熱交換器1Aから水加熱用熱交
換器1bを介して室内熱交換器1B,1Cに冷媒を流入
させて冷房サイクル回路を形成して室内空気を冷房し、
さらに、ピークシフト冷房運転時においては、ベースロ
ード時に加え、水加熱用熱交換器1b(第1の熱交換
器)から過冷却器1c(第2の熱交換器)に冷媒を供給
してこの冷房サイクル回路内の冷媒量を減少させるよう
に制御するように構成するので、過冷却水を安定生成さ
せられるとともに、氷の冷熱を効率的に利用してベース
ロード冷房運転およびピークシフト冷房運転を行うこと
ができる。また、過冷却水を安定生成させるのに必要な
熱量を減少させることができ、製氷時COPを改善する
ことができる。 【0027】(実施例2) 図4は、本発明の一実施例に係わる氷蓄熱空調システム
のシステム構成図である。 【0028】図4に示すように、氷蓄熱空調システム2
0は、蓄熱ユニット2A、室外ユニット2Bおよび室内
ユニット2C、氷蓄熱槽2Dから構成されている。な
お、室外ユニット2B、室内ユニット2Cは、通常のビ
ル用マルチエアコンであり(即ち、氷蓄熱専用ではな
い)、氷蓄熱槽2Dは、一般に市販されている任意の槽
である。 【0029】蓄熱ユニット2Aは、ポンプ2a、水加熱
用熱交換器2b、過冷却器2c、氷蓄熱槽2Dとの接続
手段2d,2e、これらを連結する管路2fから水回路
が構成される一方、冷媒流路切り換え弁2g,2h、冷
媒流量制御弁2i、室外ユニット2Bおよび室内ユニッ
ト2Cとの接続手段2j,2k,2l,2mおよび水加
熱用熱交換器2b、過冷却器2cとそれら各機器を連結
する管路2qからなる冷媒回路から構成される。 【0030】このような構成において、水加熱用熱交換
器2bは室内ユニット2Cに直列に接続され、過冷却器
2cは並列に接続されているとともに、冷媒流路切り換
え弁2g,2h、冷媒流量制御弁2iを付加することに
より、通常の室内外ユニット接続できる。 【0031】次に、図5は、本発明の一実施例に係わる
氷蓄熱空調システムの各弁の制御状態を表す図である。 【0032】図5に示すように、蓄冷(製氷)時におい
ては、冷媒流路切り換え弁2gを閉、冷媒流路切り換え
弁2hを開、冷媒流量制御弁2iの開度を制御すること
により、水加熱用熱交換器2b、過冷却器2cを用い
る。 【0033】ここで、蓄冷(製氷)時は水回路に関して
はポンプ2aを稼動し、冷媒回路は、室外ユニット2B
で凝縮された冷媒が接続手段2jを経由して水加熱用熱
交換器2bに至り、ここで 氷蓄熱槽2Dから供給され
る水と熱交換を行い、水加熱用熱交換器2bから冷媒流
量制御弁2i、過冷却器2cに至り、過冷却状態まで冷
却を行い、過冷却器2cから冷媒流路切り換え弁2h、
接続手段2kを経由して室外ユニット2Bに戻るという
経路となる。 【0034】また、ベースロード冷房運転時において
は、冷媒流路切り換え弁2gを開、冷媒流路切り換え弁
2h、冷媒流量制御弁2iを閉にすることにより、水加
熱用熱交換器2bを用いる。 【0035】ここで、ベースロード冷房運転時の冷媒の
流れは、室外ユニット2Bで凝縮された冷媒が接続手段
2jを経由して水加熱用熱交換器2bに至り、ここで氷
蓄熱槽2Dから供給される水と熱交換を行い、水加熱用
熱交換器2bから冷媒流路切り換え弁2g、管路2q、
接続手段2lを経由して室内ユニット2Cに至り、ここ
で冷房のための熱交換を行い、室内ユニット2Cから接
続手段2m,2kを経由して室外ユニット2Bに戻ると
いう経路となる。 【0036】さらに、ピークシフト冷房運転時において
は、前記ベースロード時の制御に加えて、冷媒流量制御
弁2iの開度制御を組み合わせることにより、サイクル
内の冷媒量を調節するタンクとして過冷却器2cを用
い、冷房サイクル回路内の冷媒量を減少させることによ
りピークシフト冷房運転をも行うことができる。 【0037】このように、本実施例では、第1の接続手
段2j,2k、第2の接続手段2l,2mおよび第3の
接続手段2d,2eを有することで、水加熱用熱交換器
2b(第1の熱交換器)および過冷却器2c(第2の熱
交換器)を1つのユニット内に設けることで、個別空調
システムに接続できる。 【0038】(実施例3) 図6は、本発明の一実施例に係わる氷蓄熱空調システム
のシステム構成図である。 【0039】図6に示すように、氷蓄熱空調システム3
0の水回路は、ポンプ3a、水加熱用熱交換器3b、過
冷却器3c、氷蓄熱槽3Dとの接続手段3d,3e、こ
れらを連結する管路3fから構成されている。一方、蓄
熱ユニット3Aは、冷媒切り換え弁3g,3h、冷媒流
量制御弁3i、室外ユニット3Bおよび室内ユニット3
Cとの接続手段3j,3k,3l,3m、、水加熱用熱
交換器3b、過冷却器3c、それら各機器を連結する管
路3qおよびバイパス管路3pからなる冷媒回路から構
成されている。また、蓄熱ユニット3Aは、室外ユニッ
ト3Bおよび室内ユニット3C、氷蓄熱槽3Dと連結さ
れて1つの氷蓄熱空調システム30を構成している。な
お、氷蓄熱槽3Dは市販されている槽であっても良い。 【0040】次に、氷蓄熱空調システムが冷房負荷の2
0%程を氷の冷熱を熱源として冷房運転を行うようなベ
ースロード冷房運転時の動作を説明する。 【0041】ここで、図7は、本発明の一実施例に係わ
る氷蓄熱空調システムがベースロード冷房運転を行う場
合の動作を示すフローチャートである。 【0042】まず、制御手段(図示しない)はユーザが
設定した動作温度および室温に基づいて冷媒回路に対す
る要求冷房能力が所定値A3よりも小さいか否かを判断
する(ステップS31)。 【0043】ここで、要求冷房能力が所定値3Aよりも
小さい場合には、冷媒流路切り換え弁3gを開、、冷媒
流路切り換え弁3hを閉、、冷媒流量制御弁3iを閉に
設定する(ステップS33) 。 【0044】一方、要求冷房能力が所定値3Aよりも大
きい場合には、、冷媒流路切り換え弁3gを閉、、冷媒
流路切り換え弁3hを閉、、冷媒流量制御弁3iの開度
をその要求冷房負荷の大きさにあわせて変化させる(ス
テップS35) 。 【0045】次に、図8は、本発明の一実施例に係わる
氷蓄熱空調システムがベースロード1冷房運転を行う場
合の動作を表す図である。 【0046】まず、蓄熱ユニット3Aが制御手段から冷
房運転要求信号を受け取ると、図7に示すフローチャー
トに従い、水回路においてはポンプ3aを稼動させる一
方、冷媒回路においては、ステップS31で、要求冷房
負荷が小さい場合には、、冷媒流路切り換え弁3gを
開、冷媒流路切り換え弁3hを閉、冷媒流量制御弁3i
を閉にする。 【0047】ここで、図8に示すように、室外ユニット
3Bより流れてくる室外熱交換器で凝縮された冷媒の凝
縮液は、接続手段3jを通り、要求冷房負荷が小さいベ
ースロード1冷房運転の場合には、過冷却度を増加させ
るために必要な熱量も小さいため水加熱用熱交換器3b
だけでも十分な過冷却度を持つ領域まで冷却できる。次
に、冷媒流路切り換え弁3g、室内ユニット3Cの接続
手段3lを経由して室内ユニット3Cに至る。 【0048】次に、図9は、本発明の一実施例に係わる
氷蓄熱空調システムがベースロード2冷房運転を行う場
合の動作を表す図である。 【0049】図7に示すステップS31で、要求冷房負
荷が大きい場合には、、冷媒流路切り換え弁3gを閉、
冷媒流路切り換え弁3hを閉、、冷媒流量制御弁3iの
開度をその要求冷房負荷の大きさにあわせて変化させ
る。このような動作において、水加熱用熱交換器3b、
過冷却器3cへは、深夜において氷を蓄積している氷蓄
熱槽3Dよりの冷水が送水される。 【0050】ここで、要求冷房負荷が大きいベースロー
ド2冷房運転の場合には、図9に示すように、冷媒の過
冷却度を増加させるために必要な熱量も増加するため、
水加熱用熱交換器3bで冷却することにより若干の過冷
却度が増加した後、再度、冷媒流量制御弁3iによって
絞られ、過冷却器3cによって十分な過冷却度が得られ
るまで冷却される。その後、接続手段3lを経由して室
内ユニット3Cに流入した冷媒は、室内ユニット3Cに
よって室内の冷房を行った後に、接続手段3m、接続手
段3kを経由して室外ユニット3Bに戻る。 【0051】このように、本実施例では、ベースロード
冷房運転の場合には、冷房負荷に基づいて過冷却器3c
(第2の熱交換器)を選択して使用することで、過冷却
器3cによって十分な過冷却度を得られるまで冷却する
ようにしている。 【0052】(実施例4) 図10は、本発明の一実施例に係わる氷蓄熱空調システ
ムのシステム構成図である。 【0053】図10に示すように、氷蓄熱空調システム
40の水回路は、ポンプ4a、水加熱用熱交換器4b、
過冷却器4c、氷蓄熱槽4Dとの接続手段4d,4e、
これらを連結する管路4fから構成される。一方、蓄熱
ユニット4Aは、冷媒流路切り換え弁4g,4h,4
r、冷媒流量制御弁4i、室外ユニット4Bおよび室内
ユニット4Cとの接続手段4j,4k,4l,4m、水
加熱用熱交換器4b、過冷却器4c、それら各機器を連
結する管路4qおよびバイパス管路4pからなる冷媒回
路から構成されている。また、蓄熱ユニット4Aは、室
外ユニット4Bおよび室内ユニット4C、氷蓄熱槽4D
と連結されて1つの氷蓄熱空調システム40を構成して
いる。なお、氷蓄熱槽4Dは市販されている槽であって
も良い。 【0054】次に、氷蓄熱空調システムが冷房負荷の全
てを氷の冷熱を熱源として冷房運転を行うようなピーク
シフト冷房運転時の動作を説明する。 【0055】図11は、本発明の一実施例に係わる氷蓄
熱空調システムがピークシフト冷房運転を行う場合の動
作を示すフローチャートである。 【0056】まず、蓄熱ユニット4Aが制御手段から冷
房運転要求信号を受け取ると、水回路においてはポンプ
4aを稼動させる一方、制御手段(図示しない)はユー
ザが設定した動作温度および室温に基づいて冷媒回路に
対する要求冷房能力が所定値A4よりも小さいか否かを
判断する(ステップS41) 。ここで要求冷房能力が
所定値A4よりも大きい場合には、温度センサ4zで水
温を検出し、蓄冷量が所定値B4よりも多いか否かを判
断する(ステップS43 )。例えば水温が0℃である
場合には、氷蓄熱槽4Dの内部は氷で満たされているの
で蓄冷量が多いと判断する。 【0057】ここで、ステップS41で要求冷房能力が
所定値A4よりも小さい場合、またはステップS43で
蓄冷量が所定値B4よりも多い場合には、冷媒流路切り
換え弁4gを開、冷媒流路切り換え弁4h、冷媒流路切
り換え弁4rを閉、冷媒流量制御弁4iを閉に設定する
(ステップS45)。 【0058】一方、ステップS41で要求冷房能力が所
定値A4よりも大きい場合、かつ、ステップS43で蓄
冷量が所定値B4よりも少ない場合には、冷媒流路切り
換え弁4g、冷媒流路切り換え弁4hを閉、冷媒流路切
り換え弁4rを開、冷媒流量制御弁4iを閉に設定する
(ステップS47)。 【0059】次に、図12は、本発明の一実施例に係わ
る氷蓄熱空調システムがピークシフト1冷房運転を行う
場合の動作を表す図である。 【0060】図11に示すステップS45で、冷媒流路
切り換え弁4gを開、冷媒流路切り換え弁4h、冷媒流
路切り換え弁4rを閉、冷媒流量制御弁4iを閉に設定
されるので、水加熱用熱交換器4b、過冷却器4cへは
深夜において氷を蓄積している氷蓄熱槽4Dからの冷水
が送水される。また、室外ユニット4Bから流入される
冷媒ガスは、接続手段4jを経由して水加熱用熱交換器
4bに至り、ここで全て凝縮し、冷媒流路切り換え弁4
g、室内ユニットの接続手段4lを経由して室内ユニッ
ト4Cに至る。この場合の凝縮圧力は、要求冷房負荷が
小さい時は凝縮熱量も小さい。また、要求冷房負荷が大
きく凝縮熱量が多くても蓄熱量が多い場合には、水温が
低いために、水加熱用熱交換器4bだけでも通常冷房の
60%程に下がり、消費電力が大幅に低減される。 【0061】次に、図13は、本発明の一実施例に係わ
る氷蓄熱空調システムがピークシフト2冷房運転を行う
場合の動作を表す図である。 【0062】図11に示すステップS47で、冷媒流路
切り換え弁4g、冷媒流路切り換え弁4hを閉、冷媒流
路切り換え弁4rを開、冷媒流量制御弁4iを閉に設定
されるので、要求冷房負荷が大きく、かつ、蓄熱量が少
ない場合には、室外ユニット4Bから流入される冷媒ガ
スは、接続手段4jを経由して、水加熱用熱交換器4b
に至り、ここで一部凝縮した後、冷媒流量制御弁4iと
並列に設置された冷媒流路切り換え弁4rを経由して過
冷却器4cに至り、ここで残りの冷媒ガスが凝縮され、
過冷却器4cからバイパス管路4p、管路4qを経由し
て接続手段4l、室内ユニット4Cに至る。この場合、
流動抵抗の少ない冷媒流路切り換え弁4rを使用するこ
とで、水加熱用熱交換器4b、過冷却器4cでの凝縮圧
力は同等になる。従って、冷房負荷が大きく凝縮熱量が
多い上に、蓄熱量が少なく水温が高くても、水加熱用熱
交換器4b、過冷却器4cを使用することで熱交換面積
を増大させ、凝縮圧力が通常冷房時の60%程まで下が
る。次に、室内ユニット4Cに流入した冷媒は、室内ユ
ニット4Cで蒸発し、室内の冷房を行った後に接続手段
4m,4kを経由して室外ユニット4Bに戻る。 【0063】このように、本実施例では、ピークシフト
2冷房運転の場合には、冷房負荷と蓄熱量に基づいて過
冷却器4c(第2の熱交換器)を選択して使用するの
で、過冷却器4cを使用することで熱交換面積を増大さ
せ、凝縮圧力が通常冷房時の60%程まで下げることが
できる。 【0064】(実施例5) 図14は、本発明の一実施例に係わる氷蓄熱空調システ
ムのシステム構成図である。 【0065】図14に示すように、氷蓄熱空調システム
50の水回路は、ポンプ5a、水加熱用熱交換器5b、
過冷却器5c、氷蓄熱槽5Dとの接続手段5d,5e、
これらを連結する管路5fから構成される。一方、水加
熱用熱交換器5bは、2つの熱交換器5b1と熱交換器
5b2に分離されている。また、冷媒流路切り換え弁5
g,5h、冷媒流量制御弁5i、室外ユニット5Bおよ
び室内ユニット5Cとの接続手段5j,5k,5l,5
m、水加熱用熱交換器5b、過冷却器5c、それら各機
器を連結する管路5qから冷媒回路が構成される。氷蓄
熱空調システム50は、蓄熱ユニット5A、室外ユニッ
ト5Bおよび室内ユニット5C、氷蓄熱槽5Dから構成
されている。なお、氷蓄熱槽5Dは市販されている槽で
あっても良い。 【0066】次に、氷蓄熱空調システム50が蓄冷(製
氷)運転を行う動作を説明する。 【0067】図15は、本発明の一実施例に係わる氷蓄
熱空調システムが蓄冷(製氷)運転を行う場合の動作を
表す図である。 【0068】蓄熱ユニット5Aが制御手段から蓄冷(製
氷)運転要求信号を受け取ると、水回路においてはポン
プ5aを稼動させる一方、冷媒回路においては、冷媒流
路切り換え弁5gを閉、冷媒流路切り換え弁5hを開、
冷媒流量制御弁5iを熱交換器(過冷却器5c)出入口
の冷媒温度差が表すサイクルの過熱度または熱交換器
(過冷却器5c)の蒸発温度に基づいて制御する。 【0069】ここで、図15に示すように、熱交換器5
b1、熱交換器5b2、過冷却器5cへは、深夜におい
て氷を蓄積している氷蓄熱槽5Dからの冷水が送水され
る一方、室外ユニット5Bで凝縮された冷媒の凝縮液
は、接続手段5jを経由して熱交換器5b1で冷却され
その過冷却度を増加させられた後、冷媒流量制御弁5i
で絞られ、過冷却器5cによって水から過冷却水に生成
させる。その後、冷媒流路切り換え弁5h、室外ユニッ
トの接続手段5kを経由して室外ユニット5Bに至る。
熱交換器5b1では、冷媒がその過冷却度を増加させら
れるとともに、過冷却器5cに流入する水は加熱される
ため、過冷却器5cでは安定して過冷却水を生成するこ
とができる。 【0070】次に、ベースロード冷房運転として、冷房
負荷20%程を氷の冷熱を熱源として冷房運転を行う場
合の動作を説明する。 【0071】図16は、本発明の一実施例に係わる氷蓄
熱空調システムがベースロード冷房運転を行う場合の動
作を表す図である。 【0072】蓄熱ユニット5Aが制御手段から冷房運転
要求信号を受け取ると、水回路においてはポンプ5aを
稼動させる一方、冷媒回路においては、冷媒流路切り換
え弁5gを開、冷媒流路切り換え弁5hを閉、冷媒流量
制御弁5iを閉にする。 【0073】ここで、図16に示すように、熱交換器5
b1、熱交換器5b2、過冷却器5cへは、深夜におい
て氷を蓄積している氷蓄熱槽5Dからの冷水が送水され
る一方、室外ユニット5Bから流入する凝縮された冷媒
の凝縮液は、接続手段5jを経由して熱交換器5b1、
熱交換器5b2に至り、熱交換器5b1、熱交換器5b
2で十分な過冷却度が得られるまで冷却された後に、接
続手段5lを経由して室内ユニット5Cに至る。次に、
室内ユニット5Cに流入した冷媒は、室内ユニット5C
で蒸発し室内の冷房を行った後に、接続手段5m,5k
を経由して室外ユニット5Bに戻る。 【0074】このように、本実施例では、接続手段5j
(第1の接続手段)を介して室外ユニット5Bから供給
される冷媒と熱交換して熱交換器5b1(第3の熱交換
器)で液を加熱し、次に、熱交換器5b1(第3の熱交
換器)から供給される冷媒と熱交換して熱交換器5b2
(第4の熱交換器)でさらに加熱を行うように構成する
ので、熱交換器5b1では、冷媒がその過冷却度を増加
させられるとともに、過冷却器5cに流入する水は加熱
されるため、過冷却器5cでは安定して過冷却水を生成
することができる。 【0075】(実施例6) 図17は、本発明の一実施例に係わる氷蓄熱空調システ
ムのシステム構成図である。 【0076】図17に示すように、氷蓄熱空調システム
60の水回路は、ポンプ6a、水加熱用熱交換器6b、
過冷却器6c、氷蓄熱槽6Dとの接続手段6d,6e、
これらを連結する管路6fから構成される。一方、冷媒
回路は、冷媒流路切り換え弁6g、6h、冷媒流量制御
弁6i、室外ユニット6Bおよび室内ユニット6Cとの
接続手段6j,6k,6l,6m、水加熱用熱交換器6
b、過冷却器6c、各機器を連結する管路6qから構成
される。氷蓄熱空調システム60は、蓄熱ユニット6
A、室外ユニット6Bおよび室内ユニット6C、氷蓄熱
槽6Dから構成されている。なお、氷蓄熱槽6Dは、市
販されている槽であっても良い。 【0077】次に、蓄冷(製氷)運転時の動作を説明す
る。 【0078】図18は、本発明の一実施例に係わる氷蓄
熱空調システムが蓄冷(製氷)運転を行う場合の動作を
示すフローチャートである。 【0079】蓄熱ユニット6Aが制御手段から蓄冷(製
氷)運転要求信号を受け取ると、水回路においてはポン
プ6aを稼動させる一方、冷媒回路においては、冷媒流
路切り換え弁6gを、氷蓄熱槽6Dからの温度センサ6
zで検出される取水温度に基づいて閉じ、冷媒流路切り
換え弁6hを開、冷媒流量制御弁6iをサイクルの過熱
度(熱交換器(過冷却器6c)出入口の冷媒温度差)も
しくは熱交換器(過冷却器6c)の蒸発温度に基づいて
制御する(ステップS61)。ここで、水加熱用熱交換
器6b、過冷却器6cへは、深夜において氷を蓄積して
いる氷蓄熱槽6Dからの冷水が送水される。また、室外
ユニット6Bから流入する凝縮された冷媒の凝縮液は、
接続手段6jを経由して水加熱用熱交換器6bで冷却さ
れ、冷媒流量制御弁6iで絞られた後、過冷却器6cに
おいて過冷却水に生成される。次に、冷媒流路切り換え
弁6h、室外ユニット6Bの接続手段6kを経由して室
外ユニット6Bに至る。 【0080】水加熱用熱交換器6bでの水と冷媒との熱
交換量は、冷媒流路切り換え弁6gを用いて蓄冷(製
氷)時のサイクルの冷媒量を調節することにより可変で
きる。 【0081】過冷却水を生成(製氷運転)する際に、氷
蓄熱槽6Dから取水中の氷含有率が何らかの弾みで増加
することにより温度センサ6zで検出された取水温度が
設定値A6より低下したか否かを判断する(ステップS
63)。 【0082】ここで、取水温度が設定値A6より低下し
た場合には、冷媒流路切り換え弁6gを開き(ステップ
S65)、蓄冷サイクル内の冷媒量を一時的に減少さ
せ、水加熱用熱交換器6bでの熱交換量に占める凝縮熱
の割合を増加させる。これにより、取水温度は増加し、
安定して過冷却水を生成できる。 【0083】次に、 取水温度が設定値A6を越えたか
否かを判断する (ステップS67)。取水温度が設定
値A6を越えた場合には、冷媒流路切り換え弁6gを閉
じ、バイパス管路6pから冷媒を蓄冷サイクル内に戻
し、水加熱用熱交換器6bでの熱交換量に占める凝縮熱
の割合を減少させる。 【0084】このように、冷媒流路切り換え弁6g、バ
イパス管路6pを追加することにより、冷房時、並列に
設置されている過冷却器6cでの氷の冷熱利用が可能と
なり、その熱交換器での冷熱利用の形態を凝縮させた
り、過冷却度を増加させたりするようにして変化させる
ことにより、広範囲な冷房負荷に対し、高効率でベース
ロード運転およびピークシフト運転ができる。また、室
内外ユニット、氷蓄熱槽との接続手段とともにユニット
化することにより、容易に従来の室内ユニット、室外ユ
ニットとの接続が可能となる。 【0085】このように、本実施例では、蓄冷(製氷)
運転の場合には、氷蓄熱槽6Dの取水温度に基づいて、
水加熱用熱交換器6b(第1の熱交換器)と室内ユニッ
ト6Cとの間に設けられた冷媒の流路を切り換える冷媒
流路切り換え弁6gを制御するように構成するので、冷
媒流路切り換え弁6gを閉じ、バイパス管路6pから冷
媒を蓄冷(製氷)サイクル内に戻し、水加熱用熱交換器
6bでの熱交換量に占める凝縮熱の割合を減少させるこ
とができる。 【0086】(実施例7) 本発明の一実施例に関し、図1に示す氷蓄熱空調システ
ムのシステム構成図に基づいて説明する。 【0087】図19は、本発明の一実施例に係わる氷蓄
熱空調システムの連続製氷時間−過冷却器入口水温を表
す図である。 【0088】図19においては、氷蓄熱槽1D内の蓄熱
材として水を用いた場合と、エチレングリコール水溶液
またはプロピレングリコール水溶液を用いた場合での過
冷却器1cに流入される水温度と過冷却水の安定性が示
されている。ここで、エチレングリコールまたはプロピ
レングリコールを水に添加することにより、流入された
水温度を2/3に減少させることができる。また、水加
熱用熱交換器1bでの熱交換量を減少させて、製氷CO
Pを増加させることができる。 【0089】このように、蓄熱材として、水に0.8重
量%以下のエチレングリコールまたはプロピレングリコ
ールを添加した場合、凝固点が若干降下する一方、水の
粘性が増加するため、結果として過冷却水生成の安定性
が高くなる。これにより、より過冷却度を大きくできる
ため、広範囲な冷房負荷にあわせて蓄冷することがで
き、接続可能な室内、室外ユニットの種類が増加する。
さらに、製氷時と氷の冷熱利用時で同じ熱交換器を使用
するためシステムの規模を小さくできる。 【0090】このように、本実施例では、水溶液は、水
に0.8重量%以下のエチレングリコール、または、プ
ロピレングリコールを添加してなるので、凝固点が若干
降下する一方、水の粘性が増加するため、結果として過
冷却水生成の安定性が高くなる。これにより、より過冷
却度を大きくできるため、広範囲な冷房負荷にあわせて
蓄冷することができ、接続可能な室内、室外ユニットの
種類が増加する。さらに、製氷時と氷の冷熱利用時で同
じ熱交換器を使用するためシステムの規模を小さくでき
る。 【0091】 【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、室内熱交
換器1B,1Cに対して直列に設置された水加熱用熱交
換器1b(第1の熱交換器)で室外熱交換器から供給さ
れる冷媒と熱交換して氷蓄熱槽から流入する冷却液を加
熱し、次に、室内熱交換器1B,1Cに対して並列に設
置された過冷却器1c(第2の熱交換器)でこの加熱さ
れた冷却液を冷媒と熱交換して過冷却液を生成すること
で、蓄冷(製氷)運転時においては、水加熱用熱交換器
1b(第1の熱交換器)で液を加熱した後に、過冷却器
1c(第2の熱交換器)で過冷却状態まで冷却して氷蓄
熱槽1D内に氷を蓄積する一方、ベースロード冷房運転
時においては、室外熱交換器1Aから水加熱用熱交換器
1bを介して室内熱交換器1B,1Cに冷媒を流入させ
て冷房サイクル回路を形成して室内空気を冷房し、さら
に、ピークシフト冷房運転時においては、、ベースロー
ド冷房運転に加え、過冷却器1c(第2の熱交換器)を
冷房サイクル内の余剰時の冷媒を溜め込むとともに、不
足時にはその冷媒を冷房サイクルに戻すことができる冷
房サイクル内の冷媒調節用のタンクとして用い、前記冷
房サイクル内の冷媒量を減少させるようにしたので、過
冷却水を安定生成させられるとともに、氷の冷熱を効率
的に利用してベースロード冷房運転およびピークシフト
冷房運転を行うことができる。また、過冷却水を安定生
成させるのに必要な熱量を減少させることができ、製氷
時COPを改善することができる。さらにまた、前記第
1の熱交換器は、前記第2の熱交換器と接続される冷媒
流量制御弁への分岐冷媒回路を有する冷媒管で連結され
た2つの熱交換器5b1,5b2から構成されているこ
とで、十分な過冷却度を得られるまで冷却するようにし
たので、安定して過冷却水を生成することができる。
空調システムのシステム構成図である。 【図2】本発明の一実施例(実施例1)に係わる氷蓄熱
空調システムの各弁の制御状態を表す図である。 【図3】本発明の一実施例(実施例1)に係わる氷蓄熱
空調システムの製氷COP−熱交換器熱交換量を表す図
である。 【図4】本発明の一実施例(実施例2)に係わる氷蓄熱
空調システムのシステム構成図である。 【図5】本発明の一実施例(実施例2)に係わる氷蓄熱
空調システムの各弁の制御状態を表す図である。 【図6】本発明の一実施例(実施例3)に係わる氷蓄熱
空調システムのシステム構成図である。 【図7】本発明の一実施例(実施例3)に係わる氷蓄熱
空調システムがベースロード冷房運転を行う場合の動作
を示すフローチャートである。 【図8】本発明の一実施例(実施例3)に係わる氷蓄熱
空調システムがベースロード1冷房運転を行う場合の動
作を表す図である。 【図9】本発明の一実施例(実施例3)に係わる氷蓄熱
空調システムがベースロード2冷房運転を行う場合の動
作を表す図である。 【図10】本発明の一実施例(実施例4)に係わる氷蓄
熱空調システムのシステム構成図である。 【図11】本発明の一実施例(実施例4)に係わる氷蓄
熱空調システムがピークシフト冷房運転を行う場合の動
作を示すフローチャートである。 【図12】本発明の一実施例(実施例4)に係わる氷蓄
熱空調システムがピークシフト1冷房運転を行う場合の
動作を表す図である。 【図13】本発明の一実施例(実施例4)に係わる氷蓄
熱空調システムがピークシフト2冷房運転を行う場合の
動作を表す図である。 【図14】本発明の一実施例(実施例5)に係わる氷蓄
熱空調システムのシステム構成図である。 【図15】本発明の一実施例(実施例5)に係わる氷蓄
熱空調システムが蓄冷(製氷)運転を行う場合の動作を
表す図である。 【図16】本発明の一実施例(実施例5)に係わる氷蓄
熱空調システムがベースロード冷房運転を行う場合の動
作を表す図である。 【図17】本発明の一実施例(実施例6)に係わる氷蓄
熱空調システムのシステム構成図である。 【図18】本発明の一実施例(実施例6)に係わる氷蓄
熱空調システムが蓄冷(製氷)運転を行う場合の動作を
示すフローチャートである。 【図19】本発明の一実施例(実施例7)に係わる氷蓄
熱空調システムの連続製氷時間−過冷却器入口水温を表
す図である。 【図20】従来の氷蓄熱空調システムのシステム構成図
である。 【図21】従来の氷蓄熱空調システムのシステム構成図
(a)および圧力−エンタルピ線図(b)である。 【符号の説明】 1b、5b1,5b2 水加熱用熱交換器(第1の熱交
換器) 1c 過冷却器(第2の熱交換器) 1D 氷蓄熱槽
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】室外空気と熱交換して冷媒ガスを凝縮する
室外熱交換器と、室内空気と熱交換して室内を冷房する
室内熱交換器と、を有し、冷却された過冷却液から氷を
生成して氷蓄熱槽内に蓄積する氷蓄熱空調システムにお
いて、 前記室内熱交換器に対して直列に設置され、前記室外熱
交換器から供給される冷媒と熱交換して冷却液を加熱す
る第1の熱交換器と、 前記室内熱交換器に対して並列に設置され、第1の熱交
換器で加熱された冷却液を冷媒と熱交換して過冷却液を
生成する第2の熱交換器とを有し、 前記第1の熱交換器は、 前記第2の熱交換器と接続される冷媒流量制御弁への分
岐冷媒回路を有する冷媒管で連結された2つの熱交換器
から構成されていることを特徴とする氷熱空調システ
ム。
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