JP2000502172A - 熱エネルギ貯蔵型空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ピーク電力需要期間中の電力消費を減少させる蒸気圧縮式空調システム（100,200 ）の特徴は、４つの冷媒回路を有することにある。第１の回路は、圧縮機（12）、第１の熱交換器（22）及び第２の熱交換器（28）を含む。第２の回路は、圧縮機（22）、第１の熱交換器（22）及び第３の熱交換器（102）を含む。第３の回路は、第３の熱交換器（102）、冷媒ポンプ（104）及び熱エネルギ貯蔵ユニットを含む。第４の回路は、熱エネルギ貯蔵ユニット、冷媒ポンプ（104）及び第４の熱交換器（118）を含む。第１の熱交換器（22）は、屋外熱交換器である。第２及び第４の熱交換器（28,118）は、冷却又は加熱されるべき流体と熱伝達関係をなす屋内熱交換器である。第１の冷媒が、圧縮機（12）によって第１及び第２の回路中を循環する。第２の冷媒が、第３及び第４の回路中を循環する。システム（100,200 ）は、複数の冷房モード及び暖房モードで動作できる。

Description

【発明の詳細な説明】 熱エネルギ貯蔵型空調システム技術分野 本発明は、熱エネルギ貯蔵型空調システムに関し、特に熱エネルギ貯蔵及び負 荷平準化能力を備えた改良型空調システムに関する。背景技術 電力供給事業者、いわゆる電力会社により請求される料金は、夏のピーク冷房 条件及び冬のピーク暖房条件の両方において高い。たとえば、天候が温和な条件 では、ピーク電力利用は通常は昼の時間帯であり、暖房シーズンでは、ピーク電 力使用は、暖房システムが通常の昼間温度設定値に戻る早朝の時間帯であり、例 えば電気温水器は通常レベルを越える使用度となる。ピーク期間中の電気エネル ギの使用量を最小限に抑えるためのいわゆる熱エネルギ貯蔵システムが開発され た。１９９３年５月１８日付け発行の米国特許第５，２１１，０２９号（ユーセ ルトン氏等に付与）及び１９９４年３月３日付け発行の米国特許第５，３０７， ６４２号（ディーン氏に付与）（おな、これは米国特許歯、本出願人に譲渡され ている）並びに１９９３年１０月２６日付け発行の米国特許第５，２５５，５２ ６号（フィッシャー氏に付与）は、相変化物質、例えば水を収容した熱エネルギ 貯蔵タンクを利用する空調システムを記載している。オフピーク電力使用期間中 、冷媒は貯蔵タンク内の熱交換器中を循環して氷を作り、ピーク電力使用期間中 、冷媒は、低電力消費型ポンプによって貯蔵タンクと屋内熱交換器コイル又は蒸 発器との間を循環して流れ、それにより所要の冷房効果が得られる。熱エネルギ 貯蔵システムは、米国特許第４，６５４，９０８号（ジョーンズ氏に付与）に記 載されているように暖房用としても用いられる。いわゆる負荷平準化システムが 、米国特許第４，９１６，９１６号（フィッシャー氏に付与）に記載されている ように、熱エネルギ貯蔵ユニットと蒸気圧縮冷凍回路を同時に作動させることが できる。 しかしながら、公知形式の負荷平準化システムは、熱エネルギ貯蔵ユニットと 蒸気圧縮冷凍回路の両方に基づいて同時に冷房作用を発揮する２つの互いに独立 した屋内熱交換器を用いているわけではない。さらに、公知形式の負荷平準化シ ステムは、熱エネルギ貯蔵ユニットと蒸気圧縮冷凍回路をそれぞれに対応して設 けられた別個の屋内熱交換器を用いて同時に作動させることによって冷房と暖房 の両方の作用を発揮するようにはなっていない。本発明の開発目的はこれらの課 題を解決することにある。発明の開示 本発明は、独特の特徴を有する負荷平準化型空調システムを提供することにあ る。この空調システムは、圧縮機と、屋外熱交換器と、デュアル屋内熱交換器と 、熱エネルギ貯蔵ユニットとを有する。熱エネルギ貯蔵ユニットは、相変化物質 、例えば水を収容した貯蔵タンク及び冷媒を熱エネルギ貯蔵ユニットと屋内熱交 換器のうちの一つとの間で循環させる冷媒循環ポンプを有している。 熱エネルギ貯蔵ユニットは、貯蔵タンク内の相変化物質を加熱するための発熱 体を備えるのが良く、この熱エネルギ貯蔵ユニットは熱源とヒートシンクの両方 として作用するよう動作可能である。本システムの構成要素の配置構成は、本シ ステムが例えば所定の「負荷」条件で室内空気の加熱と冷却の両方を可能にする 一方において同一の負荷要件を満足するのに従来型加熱冷却システムによって必 要とされる電力の半分しか必要としないよう動作可能なものである。 本システムは、少なくとも８つの互いに異なるモード（４つの冷房モード及び ４つの暖房モード）で動作できるが、これらには、冷媒チャージを熱エネルギ貯 蔵ユニットに送ったり或いはこれから送り出すための２つの移行モードは含まれ ていない。いわゆるオフピーク電力使用期間中、本システムは、相変化物質を冷 却するよう冷媒を熱エネルギ貯蔵タンクを通って循環させる第１の冷房モードで 動作でき、この相変化物質は、これが水であれば、貯蔵タンク内に相当な量の氷 を製造するのに十分冷却される。第１の冷房モード中、冷媒液体貯蔵容器を、凝 縮器として動作する屋外熱交換器と過剰の冷媒を貯蔵するための貯蔵タンクとの 間で冷媒回路中に設けるのがよい。 本システムの第２の冷房動作モードは、冷媒を圧縮機から凝縮器として動作す る屋外熱交換器に循環させ、次に蒸発器として動作する屋内空気熱交換器のうち の１つに循環させて従来方法で直接屋内空気冷却を行うことを特徴としている。 本システムの第３の冷房動作モードは、冷媒を、実質的に減少した電力要件を 有しているが本システムの全冷房容量の約半分を達成する液体ポンプによって貯 蔵タンクと蒸発器として動作する屋内空気熱交換器のうちの１つとの間で循環さ せることができる。 本発明のさらにもう一つの特徴によれば、本システムは、全容量冷房が冷媒を 圧縮機から凝縮器として動作する屋外熱交換器及び蒸発器として動作する屋内空 気熱交換器のうちの１つを通って循環させると同時に冷媒が貯蔵タンク及び冷媒 循環ポンプを経て蒸発器として動作する屋内空気熱交換器のうちの他方を含む回 路を通って循環するようにする第４の冷房モードで動作できる。この動作モード では、本システムの全冷房容量は、従来型蒸気圧縮冷凍又は空調システムで必要 な電力の約半分で得られる。 さらに、本発明は、例えば熱エネルギ貯蔵タンク内に設けられた電気抵抗発熱 体がオフピーク電力使用期間中に動作して貯蔵タンク内の相変化物質を加熱する 第１の暖房モードを含む４つの暖房動作モードを行う。第２の暖房動作モードで は、直接発熱状態が、圧縮機、凝縮器及び屋内熱交換器のうちの１つが凝縮器と して用いられ屋外熱交換器が蒸発器として機能する逆の又はいわゆるヒートポン プモードで動作する屋内熱交換器のうちの１つによって得られる。 本発明は、冷媒流体が熱エネルギ貯蔵タンク内の相変化物質によって加熱され 、冷媒流体がポンプによって屋内熱交換器のうちの１つに循環されて屋内空気の 加熱を行う第３の暖房モードを提供する。さらに、本発明は、冷媒が圧縮機とヒ ートポンブモードで動作する屋内熱交換器のうちの１つとの間で循環すると同時 に冷媒が熱エネルギ貯蔵タンクと他方の屋内熱交換器との間で循環して全容量暖 房を達成するような全容量暖房で本システムが動作できる第４の暖房モードを提 供する。 本システムは、当業者には認識される幾つかの利点を有している。特に、本シ ステムは、冷房及び暖房要件の両方が、従来型蒸気圧縮空調システム又はヒート ポンプの電力要件の約半分で満足されるというシステムが得られる。本システム は、オフピーク電力価格制の利益をもたらす冷房動作及び暖房動作の両方で負荷 平準化を可能にする。高容量冷房要件は、熱エネルギ貯蔵ユニット及び複数の屋 内冷房負荷熱交換器の両方によって満足される。同様に、高容量暖房要件は、熱 を屋内空気熱交換器のうちの１つによって供給する熱エネルギ貯蔵タンクによっ て満足され、他方の屋内熱交換器は、凝縮器として機能し、本システムはヒート ポンプとして動作する。ピーク冷房及び暖房負荷は、本発明のシステムを用いて 容易に満たされ、同時に実質的に減少した電力需要を必要とするにすぎない。本 システムを従来の商業用及び住宅用ヒートポンプに代えて用いることができ、か かるポンプは例えばピーク暖房負荷要件を満たすために電気抵抗型発熱体を用い ている。当業者であれば、添付の図面を参照して行う以下の説明を読むと本発明 の上述の特徴及び利点並びに他の優れた利点を一段と理解するであろう。図面の簡単な説明 図１は、本発明の空調システムの第１の実施形態の略図である。 図２は、本発明の空調システムの第２の実施形態の略図である。 図３は、本発明の空調システムの第３の実施形態の略図である。 図４は、本発明の空調システムの制御を示す単純ブロック図である。発明を実施するための最適な実施の形態 以下の説明において、明細書及び図面を通じ、同一の要素は同一の符号で示さ れている。図は、必ずしも同一縮尺で作成されておらず、大部分の要素は、分か りやすくなるよう概略的な形態で示されている。 図１を参照すると、全体を符号１０で指示された本発明による改良型空調（冷 房及び暖房）システムが概略的な形態で示されている。システム１０は、商業用 及び住宅用冷房システムに用いられる従来型冷媒流体で動作するようになってい る。システム１０は、モータ駆動式圧縮機１２を有し、この圧縮機は、従来型４ 方変更弁１６に連結された圧縮ガス吐出ライン１４に連結されている。圧縮機１ ２はまた、従来型吸込みラインアキュムレータ２０によって変更弁１６に連結さ れた低圧蒸気又はガス状の冷媒流体吸込み又は入口ライン１８を有している。第 １の冷媒−空気熱交換器２２（好ましくは屋外に設置される）が、導管２４によ って変更弁１６に適切に連結されると共に導管２６を経て第２の冷媒−空気熱交 換器２８に連結されており、この熱交換器２８は空調されるべき屋内空間と熱 交換関係をなして屋内に設置されている。熱交換器２２が熱ポンプ作動モードで 蒸発器として動作することができるよう従来型過熱制御又はサーモスタッドタイ プの熱膨張装置３０及び逆止弁３２が導管２６中に動作自在に設けられている。 第２のサーモスタッドタイプの熱膨張装置３４が熱交換器２８の上流側で導管２ ６内に設けられており、この熱交換器２８は、システムが例えば熱交換器２８上 を流れている屋内空気に対して冷却作用を及ぼしているときには蒸発器として動 作する。冷媒流体は、導管３６，３７及び変更弁１６を経て熱交換器２８から圧 縮機に戻される。システム１０の上述の部分は、第１の冷媒回路を構成する。 システム１０は、断熱タンク４０から成る熱エネルギ貯蔵ユニットを更に有す る。断熱タンク４０は、適当な相変化物質、例えば水４２を収容することができ る。熱エネルギ貯蔵ユニットは冷凍用途に使用可能である。たとえば、グリコー ル又は塩を水４２に加えると、凍結温度を例えば３２゜Ｆ（０℃）以下、例えば 約２０°Ｆ（−６.７℃）に下げることができる。空調システムに代えて標準型 冷凍システム（図示せず）で動作させると、約３３゜Ｆ（０.５℃）（空調シス テムの場合の４５゜Ｆ（７.２℃）ではなく）の蒸発温度を達成でき、これは冷 凍用途に適している。第３の熱交換器４４がタンク４０内の水４２内に浸漬され た状態で冷媒流体移送導管４６、第２の冷媒流体移送導管４８及び第３の導管５ ０に連結されており、この第３の導管５０内には従来型熱膨張装置５２が設けら れている。導管５０、熱交換器４４及び導管４８は、タンク４０内の適当な結合 部５４のところで相互に連結されている。上述の熱エネルギ貯蔵ユニットは、タ ンク４０内に適当に設けられた発熱体５６を更に有する。発熱体５６は、電源（ 図示せず）に作動的に接続された従来型抵抗加熱ヒータであるのがよい。導管５ ０は、導管２６に連結されており、この中にはシステム１０の或る特定の動作モ ード中、過剰冷媒を貯蔵するための冷媒液体貯蔵容器６０が設けられている。適 当なバイパスタイプの逆止弁６２が、図示のように導管２６と導管５０を相互に 連結する導管６３内に設けられている。圧縮機１２、熱交換器２２、導管２６， ５０、熱交換器４４及び導管４６，３６は、システム１０の第２の冷媒回路を構 成する。 システム１０はさらに、４方変更弁６６によって導管４８に操作的に連結され た液体循環ポンプ６４を有し、この４方変更弁６６は、或る点においては変更弁 １６と類似しているが、好ましくは、本明細書で説明する方向に流体の流れを生 じさせるよう弁をシフトさせるソレノイドオペレータ６７を備えている。４方弁 ６６はまた、導管６８に連結されており、この導管６８は、第４の熱交換器７０ （これまた、冷媒−空気熱交換器）と連通しており、この第４の熱交換器７０は 、空調されるべき空間と熱交換関係をなして屋内に設置されていて、通過する空 気を従来方法で冷却したり加熱できる。ポンプ６４は、弁６６に適切に連結され た入口又は吸込み導管６５及び吐出導管６９を有している。熱交換器７０は、適 当な連結導管７２を経て導管３６，４６と連通状態にある。上述のように、導管 ３６はまた、図示のように、連結導管３７によって熱交換器２８と、さらに導管 ４６によってタンク４０内の熱交換器４４と連通状態にある。導管６８の短い部 分７１は、毛管膨張装置又は従来型サーモスタッド膨張装置であるのがよく、バ イパス弁を導管７１内に設けるのがよい。 システム１０はまた、４つのオンオフタイプのソレノイド操作弁又は電磁弁７ ６，７８，８０，８２を備えている。弁８０，８２は、液体冷媒貯蔵容器６０の 両側で導管５０内に設けられており、これに対し弁７６は、導管７２と導管３６ ，３７との間で導管４６内に設けられている。電磁弁７８は、膨張装置３０と膨 張装置３４との間で導管２６内に設けられている。熱交換器４４、ポンプ６４、 弁６６、熱交換器７０及び連結導管４８，６５，６８，６９，７２，４６は、第 ３の冷媒回路を構成している。 システム１０は、幾分一般的な用語を用いて上述した幾つかの従来型要素を利 用している。圧縮機１２は、蒸気圧縮冷凍又は空調システムに用いられる周知の タイプの従来型モータ駆動式圧縮機であるのがよい。同様に、変更弁１６は、従 来型のものであり、膨張装置３０，３４，５２は、図示のように従来型過熱制御 膨張装置である。熱交換器２２は、屋外冷媒−空気熱交換器、例えば適当なフィ ン付き熱交換面を有し、そして適当なモータ駆動ファン（図示せず）によって空 気を循環させることができる曲りくねった（蛇行）コイルである。熱交換器２２ はまた、別の熱源又はヒートシンク（図示せず）と連通状態にあるタイプのもの であってもよい。熱交換器２８，７０は、空気が適当なファン（図示せず）によ って循環する従来型屋内空気蒸発器コイルタイプの熱交換器であるのがよい。断 熱タンク４０は一般的に、圧力容器に関する従来構造のものであるのがよく、こ のタンク内に設けられた蛇行コイル型熱交換器４４は、一般に従来構造のもので あるのがよい。ポンプ６４は、ポンプを損傷する恐れのない、混合相流体、気体 及び液体を圧送するような形式のものであるべきである。ある種の回転翼又は螺 旋ネジ型ポンプをポンプ６４として使用できる。 次に、以下の表Ｉと関連してシステム１０の動作モードを説明する。なお表Ｉ は、圧縮機１２、発熱体５６、ポンプ６４及び電磁弁７６，７８，８０，８２を 含むシステムの各種要素の動作条件を示している。 動作モードは、番号１〜８として示されており、２つの一時モードがハイパー マイグレーション（hypermigration）（ＨＭ）及びポンプアウト（pumpout）（ ＰＯ）として示されている。特定の要素の動作モードに関して“０”は、要素が 閉じ状態、オフ状態又は消勢状態にあることを示し、特定の動作モードに関して “１”は、要素が開き状態、オン状態又は付勢状態にあることを示している。 動作モード１は代表的には、例えば液体から固体に変換される相変化物質４２ のいわゆる製氷が行われるオフピーク電力需要期間中の夏又は暑い天候の動作モ ードである。動作モード１では、圧縮機１２は動作中であり、発熱体５６は動作 しておらず、ポンプ６４は動作しておらず、電磁弁７８は閉じられ、電磁弁７６ ，８０，８２は開いている。圧縮されたガス状冷媒は圧縮機１２を出て、変更弁 １６及び導管２４を通って、凝縮器として動作している熱交換器２２へ流れる。 凝縮した冷媒は、バイパス弁３２、導管２６，５０及び膨張装置５２を通って、 蒸発器として動作している熱交換器コイル４４へ流れる。当然のことながら、冷 媒は、減少した圧力状態で膨張装置５２を出て、タンク４０内の相変化物質、例 えば水４２を冷却する。蒸発した冷媒は、導管４６、弁７６及び導管３６を通り 、変更弁１６によって圧縮機１２へ戻される。この動作モード中、幾分かの過剰 の液体冷媒が貯蔵容器６０内に貯蔵される。 動作モード２は、第１段直接冷房として呼ばれることがあり、圧縮機１２の動 作により、高圧気体冷媒を変更弁１６及び導管２４を通って、凝縮器として動作 している熱交換器２２に送ることを特徴としている。凝縮した冷媒は、バイパス 弁３２を通って熱交換器２８へ流れ、この熱交換器２８は今や蒸発器コイルとし て動作している。したがって、弁７８は開かれ、熱膨張装置３４は、液体冷媒が 熱交換器２８に入るときに液体冷媒の圧力を減少させるよう動作する。蒸発した 冷媒は、導管３７，３６及び弁１６を通って圧縮機に戻る。直接冷房動作モード ２では、弁７６，８０，８２は閉じられ、ポンプ６４と発熱体５６は、直接冷房 動作モードの定常部分中に動作していない。直接冷房モード２では、システム１ ０は、その全冷房容量の約半分の状態で動作している。 モード３として示されていて第１段シフト冷房とも呼ばれる第３の動作モード は、圧縮機１２の動作を停止し、弁７６，７８，８０を閉じ、弁８２を開いた状 態でポンプ６４の動作を開始することによって行われる。４方弁６６は、液体冷 媒がポンプ６４から導管６８、熱交換器７０、導管７２、導管４６及び熱交換器 ４６を通ってポンプに戻るように動作位置が定められる。冷媒は、導管４８及び ４方弁６６によって熱交換器４４から引き出され、導管６５によってポンプ入口 に吸い込まれる。電磁弁８２は、今説明した方法で循環する冷媒のチャージ全量 となるのに十分な冷媒を熱交換器４４内へ吸い込むのに足るだけ長く開いたまま になっている。冷媒が熱交換器７０を通ると、冷媒は蒸発して、熱交換器４４に 戻り、ここで媒体４２の低温により、冷媒は再び凝縮して液体になり、ポンプ６ ４によって循環する。動作モード３においてシステム１０の容量は通常は、動作 モード２の場合と同一である。しかしながら、動作モード３の重要な利点は、ポ ンプ６４を動作するのに必要な電力が、圧縮機１２を動作するのに必要な電力の １０〜２０％台であるということである。動作モード３では、熱交換器７０は蒸 発器として働き、熱交換器４４は凝縮器として働く。貯蔵容器６０は、モード３ の動作を支援するのに必要な冷媒の量を貯蔵するのに十分な貯蔵能力を有してい る。 動作モード２からシフト冷房モードとも呼ばれる動作モード３に移行するため には、システム１０は、ハイパーマイグレーション（ＨＭ）として知られる移行 モードで動作する。ハイパーマイグレーションサイクルは通常は、約１０トンの 冷房容量を備えたシステムでは、比較的時間が短く、約３分〜５分である。ハイ パーマイグレーションモードでは、熱交換器４４は、約３２゜Ｆでは、或いは相 変化媒体が淡水でない場合、この媒体４２の凍結温度においてはヒートシンクと して利用される。熱交換器４４内の冷媒流体は凝縮し、システム１０内の圧力は 減少する。システム１０の残部全体中の冷媒流体は非常に高い圧力及び温度状態 にあるので、チャージされている冷媒流体は、ハイパーマイグレーションモード 中は熱交換器４４内へ吸い込まれる。表Ｉは、列記した項目のハイパーマイグレ ーション中における動作状態を示している。 システム１０は有利には、モード２における場合と同様に圧縮機１２、凝縮器 として働く熱交換器２２及び蒸発器として働く熱交換器２８を必要とすると同時 に、モード３における場合と同様に蒸発器として働く熱交換器７０及び凝縮器と して働く熱交換器４４と関連した熱エネルギ貯蔵タンク４０を動作させる冷房負 荷を受け入れるよう動作できる。したがって、全負荷容量モード４の動作条件を システム１０によって支えることができる。いわゆるシフト冷房モード３から全 負荷容量モード４に移行する際、或いは媒体４２の十分なチャージの氷又は固相 条件で全負荷容量モード４を始動させる際、モードＰＯは、弁７８，８２が閉じ られ、弁７６，８０が開き、圧縮機１２が貯蔵容器６０及び熱交換器２２内へ液 体冷媒を引き込むよう動作している場合に実施される。圧縮機１２は、圧縮機の 吸込み圧力が所定値（例えば２０ＰＳＩＧ）に達するまで動作する。この時点に おいて、モードＰＯは停止され、システムはモード４で動作できる。 モード４では、弁８０は、弁７８，８２が開かれ、弁７６が閉じられている間 は閉じられている。ポンプ６４を始動させて、冷媒を熱交換器７０及び熱交換器 ４４を通って循環させ熱交換器７０上を通過している空気に冷却作用を及ぼす。 圧縮機１２は、冷媒を変更弁１６、導管２４、熱交換器２２を通し、そして熱交 換器２８を通って圧送させて熱交換器２８上を流れている空気を冷却するよう従 来方法で動作する。表Ｉはまた、全負荷容量モード４における種々の要素の動作 条件を示している。当然のことながら、システム１０は、タンク４０内の氷がす べて溶け、或いは媒体４２（もし淡水でない場合）がその相を固体から液体に変 え、液体の温度が熱交換器７０が負荷要件を満たすほど十分な冷房作用をもはや 発揮しないようになるのに十分に上昇し始めるまで全負荷容量モード４で動作で きる。モード４では、熱交換器２８，７０は、圧縮機１２及びポンプ６４の同時 作動を行うデュアル蒸発器能力を発揮し、それにより直接冷房及びシフト冷房を 並列作動させる。システム１０はまた、屋内空気又は熱交換器２８，７０と連携 した負荷を加熱できるよう動作するので有利である。システム１０が熱交換器 ２８，７０のところで熱を提供するよう動作できる種々の動作条件又はモードに ついて以下に説明する。第１の暖房モードはモード５として示されており、これ は、オフピーク電力需要期間中、発熱体５６を用いて相変化物質又は媒体４２を 適当な温度まで加熱するモードである。例えば、もし物質４２が淡水であれば、 発熱体５６を、１８０゜Ｆ〜１９０°Ｆ（８２.２℃〜８７.８℃）の範囲の温度 まで水を加熱するよう動作できる。この動作条件では、熱交換器４４及びこれに 連結された導管内の冷媒が、熱交換器７０へ移動しがちとなる。代表的には、動 作モード５では、弁７６，７８，８０，８２は閉じられ、圧縮機１２はオフ状態 にあり、ポンプ６４はオフ状態にある。 システム１０は、選択如何ではモード５で動作中又はモード５で動作していな い時に直接暖房モードとも呼ばれるモード６で動作できる。直接暖房モード６で は、圧縮機１２、変更弁１６、熱交換器２２及び熱交換器２９は、従来型ヒート ポンプのように動作する。換言すると、変更弁１６は、圧縮機１２から吐出され た高圧冷媒ガスが導管３６及び導管３７を通り、そして熱交換器２８に流れてい る媒体に熱を与え、この熱交換器２８は今や凝縮器として動作していて、冷媒を 凝縮させ、この冷媒は液体として逆止弁６２及び導管２６を通って流れるよう位 置決めされている。サーモスタッド膨張弁３０は、冷媒が今や蒸発器として働い ている熱交換器２２を通過するときに冷媒の圧力を減少させる。熱交換器２２を 出たガス状冷媒は、変更弁１６を通り、導管１８を経て圧縮機１２の入口ヘ流れ る。 表Ｉを参照すると、モード６に代えて別の暖房モード７を実施することができ 、かかるモードでは、圧縮機１２はオフ状態であり、発熱体５６は消勢され、ポ ンプ６４は付勢されて冷媒流体を熱交換器７０と熱交換器４４との間で循環させ る。第１段シフト暖房として指示される場合のある動作モード７では、システム １０の電力要件は、冷媒流体をポンプ６４を用いて循環させるのに必要なだけで あり、即ち、圧縮機１２の電力要件の１０％〜２０％台である。暖房モード７で は、冷媒流体は熱交換器７０から引き出され、導管６８を通って弁６６に流れ、 この弁６６は、導管６８をポンプ６４の入口に連通させるよう位置決めされてい る。弁６６のこの位置は、導管４８を熱交換器４４と連通させ、液体冷媒が熱交 換器 ４４に流入して、加熱された物質４２によって蒸発されるようになる。高温ガス 状冷媒は、熱交換器４４を出て、導管４６を通り、そして導管７２を経て熱交換 器７０（これは今や凝縮器として働いている）を通って流れ、その後流体は、凝 縮して液体状態に戻り、再びポンプ６４によって循環する。タンク４０内の使用 可能な熱貯蔵媒体が９０°Ｆ（３２.２℃）であると仮定すると、熱エネルギ貯 蔵ユニットの冷房貯蔵と暖房貯蔵の比は、約１.３３である。 システム１０の最後の動作モードは、本質的にモード６及びモード７がモード ８として同時に実施されるモードである。即ち、圧縮機１２は高温ガス状冷媒流 体を熱交換器２８に供給するヒートポンプモードで動作し、ポンプ６０は、冷媒 流体をタンク４０を通って循環させ、そして高温の気体の形態で熱交換器７０に 循環させるよう動作している。システム１０をモード６，７又は８で動作させる には、十分なチャージの冷媒をモード６，７，８で動作できるそれぞれの回路内 へ導入するためにハイパーマイグレーション又はポンプアウトモードで短時間動 作させる必要がある。モード８では、熱交換器２８，７０は、圧縮機１２及びポ ンプ６４の同時作動のためのデュアル凝縮器能力を発揮し、それにより直接暖房 及びシフト暖房が並列作動される。 図２を参照すると、本発明の空調システムの第２の実施形態が全体を符号１00 で示されている。システム１００は、図１を参照して上述したシステム１０と類 似の形態を有しており、大きな違いは、システム１００がタンク４０内の貯蔵媒 体中に浸漬された熱交換器４４（図１）に代えて、貯蔵タンク４０の外部に位置 した熱交換器１０２及び蒸気圧縮冷媒を圧送するのに適したポンプ４４に代えて 実質的に非圧縮性液体冷媒を圧送するのに適したポンプ１０４を備えていること である。さらに、システム１００では、貯蔵媒体（例えば脱イオン水）が複数の 容器１０６内に封入されており、これら容器は好ましくは、各々の直径が約４イ ンチのプラスチック製球状体である。システム１０の遮断弁７６，８２、変更弁 ６６及びソレノイドオペレータ６７はシステム１００には存在しない。システム １００は、導管４６内に設けられた逆止弁１０８、ポンプ１０４と熱交換器１02 との間で導管１１２内に設けられたオンオフタイプのソレノイド操作弁１１０、 及びポンプ１０４と屋内熱交換器１１８との間で導管１１６内に設けられたオン オフタイプのソレノイド操作弁１１４を有し、屋内熱交換器１１８は、冷房又は 暖房が行われるべき屋内空間と熱交換関係にある。 システム１０とは対照的に、システム１００は、システム１０の３つの回路に 代えて４つの別々の冷媒回路及びシステム１０で用いられた１つの蒸気圧縮冷媒 に代えて２つの別々の冷媒（このうち一方は、蒸気圧縮冷媒ではない）を有して いる。システム１００の第１の回路は、圧縮機１２、変更弁１６、熱交換器２２ 及び熱交換器２８で構成されている。第１の冷媒（これは好ましくは、蒸気圧縮 冷媒である）が、以下に詳細に説明するように、システム１００がモード２（直 接冷房）、４（全負荷冷房）、６（直接暖房）及び８（全負荷暖房）で動作して いる時に、圧縮機１２によって第１の回路中を循環する。システム１００の第２ の回路は、圧縮機１２、変更弁１６、熱交換器２２及び熱交換器１０２で構成さ れている。圧縮機１２は、以下に詳細に説明するようにシステム１００がモード １（製氷）で動作しているときに第１の冷媒を熱交換器２２，１０２相互間で循 環させるよう動作できる。 システム１００の第３の回路は、ポンプ１０４、熱交換器１０２及びタンク４ ０で構成されている。ポンプ１０４は、以下に詳細に説明するようにシステム１ ００がモード１（製氷）で動作しているとき、第１の冷媒が第２の回路中を循環 しているのと同時に、第２の冷媒（これは、好ましくは実質的に非圧縮性の液体 、例えば酢酸カリウムと水の混合物である）を第３の回路中を循環させるよう動 作できる。第１の冷媒は、熱交換器１００内で蒸発して第２の冷媒を冷却し、第 ２の冷媒はタンク４０を通って循環して貯蔵媒体が凍結するまで貯蔵媒体を冷却 する。第２の冷媒は、貯蔵媒体よりも低い凍結点を有している。システム１00の 第４の回路は、タンク４０、ポンプ１０４及び熱交換器１１８によって構成され ている。ポンプ１０４は、システム１００がモード３（シフト冷房）、４（全負 荷冷房）、７（シフト暖房）及び８（全負荷暖房）で動作しているときに、第２ の冷媒をタンク４０と熱交換器１１８との間で循環させる。 次に、システム１００の動作の各モードを表IIを参照して以下に詳細に説明す る。なお表IIは、動作モードの各々の間システム１００のある構成要素の動作状 態を示している。 動作モードは、番号１〜番号８で示されている。特定の要素の動作モードに関 して“０”は、この要素が閉じ状態、オフ状態又は消勢状態にあることを示し、 特定の要素の動作モードに関して“１”は、この要素が開き状態、オン状態又は 付勢状態にあることを示している。 上述したように、動作モード１は代表的には、液体から固体に変換されるプラ スチック製球状体１０６内の貯蔵媒体（例えば、脱イオン水）のいわゆる製氷が 行われるオフピーク電力需要期間中の夏又は暑い天候の動作モードである。動作 モード１では、圧縮機１２は動作しており、発熱体５６は動作しておらず、ポン プ１０４は動作しており、電磁弁７８は閉じられ、電磁弁８０は開かれ、電磁弁 １１０は開かれ、電磁弁１１４は閉じられている。第１の冷媒は、圧縮機１２に よって第２の回路中を循環し、それと同時に第２の冷媒がポンプ１００によって 第３の回路中を循環する。 圧縮された第１の冷媒は蒸気の状態で圧縮機１２を出て、変更弁１６及び導管 ２４を通って、凝縮器として働いている熱交換器２２に流れる。凝縮した第１の 冷媒は、バイパス弁３２、導管２６，５０及び膨張装置５２を通って熱交換器１ ０２の第１のコイル１０２ａ内へ流れる。第１の冷媒は、実質的に蒸気の状態で 熱交換器１０２を出て、導管４６、逆止弁１０８、導管３６及び変更弁１６を経 て圧縮機１２に戻る。第２の冷媒は、導管１１２，１２０を通って熱交換器１０ ２とタンク４０との間でポンプ１０４によって循環する。第２の冷媒は、コイル １０２ａと熱交換関係にある熱交換器１０２の第２のコイル１０２ｂを通って流 れる。熱は、第１及び第２の冷媒が熱交換器１０２を通って流れている時に第２ の冷媒から第１の冷媒に伝達され、それにより第２の冷媒を冷却すると共に第１ の冷媒を蒸発させる。冷却された第２の冷媒は導管１１２を通ってタンク４０内 に設けられたディフューザヘッダ１２２内へ流れ、その後第２の冷媒はディフュ ーザヘッダ１２２に設けられた互いに間隔をおいた穴を通ってスプレーパターン １２４で排出される。冷却された第２の冷媒は、タンク４０を通って下に出て、 容器１０６内の貯蔵媒体を冷却する。システム１００は好ましくは、貯蔵媒体が 凍結するまでモード１で動作する。第１の冷媒は、モード１の動作中に相を変え るが、第２の冷媒はそうではない。 動作モード２（これは、第１段直接冷房と呼ばれている）は、図１及び表Ｉを 参照して説明したモードと実質的に同一である。第１の冷媒は圧縮機１２によっ て第１の回路中を循環する。圧縮機１２は圧縮した第１の冷媒を蒸気の状態で変 更弁１６及び導管２４を通って、凝縮器として働いている熱交換器２２に送る。 凝縮された第１の冷媒は、バイパス弁３２を通って、今や蒸発器コイルとして働 いている熱交換器２８に流れる。弁７８はこのとき開いており、弁８０は閉じて いる。熱膨張装置３４は今や、液体の第１の冷媒が熱交換器２８に流入する際に その圧力を減少させることができる。第１の冷媒は熱交換器２８内で蒸発して、 熱交換器２８を通って流れている流体（例えば、屋内空間のための供給空気流） を冷却する。蒸発した第１の冷媒は、導管３７，３６及び変更弁１６を経て圧縮 機１２に戻る。動作モード２では、ポンプ１０４と発熱体５６はいずれも動作し ておらず、弁１１０，１１４は閉じられている。逆止弁１０８は、第１の冷媒が 導管４６内に逆流するのを防止する。動作モード２では、システム１００は、そ の相互冷房能力の約半分で動作している。動作モード２は好ましくは、圧縮機１ ２を動作するのに必要な電力に鑑みて、オフピーク電力需要期間に限定される。 動作モード３（これは、第１段シフト冷房と呼ばれている）では、圧縮機１２ は動作せず、ポンプ１０４は第２の冷媒を第４の回路内を循環させる。この動作 モードでは、第２の冷媒は、導管１２０，１１６，１１２を経てタンク４０と熱 交換器１１８との間で流れる。第２の冷媒は、タンク４０を通って下に出る際に 貯蔵媒体によって冷却され、冷却された第２の冷媒が熱交換器１１８を通って流 れる際に熱交換器１１８を通って流れている流体（例えば、屋内用供給空気）を 冷却する。モード３では、弁１１０は第２の冷媒が熱交換器１０２を通って流れ ないよう閉じられており、弁１１４は、第２の冷媒が熱交換器１１８を通って流 れることができるよう開かれている。 動作モード３におけるシステム１００の容量は、通常は動作モード２の場合と 同一であるのがよい。しかしながら、動作モード３の重要な利点は、ポンプ１04 を動作するのに必要な電力が、圧縮機１２を動作させるのに必要な電力の１０〜 ２０％台であることである。したがって、動作モード３は、ピーク電力需要期間 中に有利である。 当業者の認識によれば、動作モード２と動作モード３との間の移行時、図１を 参照して上述したハイパーマイグレーション（ＨＭ）モードでシステム１００を 動作させる必要はない。というのは、第１及び第４の回路が互いに分離されてお り、各回路はそれ自体別個の冷媒を有しているからである。具体的に説明すると 、第１の冷媒（これは蒸気圧縮流体であって、モード２の動作中、相変化する） は、第１の回路中を循環し、第２の冷媒（これは、実質的に非圧縮性の液体であ ってモード３の動作中、相変化しない）は第４の回路中を循環する。 動作モード４では、第１の冷媒は、第２の冷媒が第４の回路中を循環している のと同時に第１の回路中を循環する。動作モード４は本質的には、全負荷容量を 達成するために本質的にモード２及びモード３の動作を同時に行っているモード である。モード４では、弁８０，１１０は閉じられ、弁７８，１１４は開かれて いる。モード２の場合のように、圧縮機１２は、第１の冷媒を凝縮器として働い ている熱交換器２２と蒸発器として働いている熱交換器２８との間で循環させて 熱交換器２８を通って流れている流体（例えば屋内供給空気）を冷却するよう動 作する。それと同時に、ポンプ１０４は第２の冷媒をタンク４０と熱交換器１18 との間で循環させ、タンク４０内の貯蔵媒体の冷却能力は、第２の冷媒を冷却し 、熱交換器１１８を通って流れている流体（例えば屋内供給空気）のための冷却 作用を発揮するよう用いられる。システム１００は、翼１０６内に封入された貯 蔵媒体がその相を固相から液相に変え、液体貯蔵媒体の温度が熱交換器１１８が 負荷要件を満足するのに十分な冷却作用をもやは発揮しないのに十分上昇し始め るまで、全負荷容量モードで動作できる。モード４では、屋内熱交換器２８，１ 18は、屋内空間に供給される空気のための全容量冷却作用を発揮する。圧縮機１ ２及びポンプ１０４は、同時に作動され、それにより直接冷房及びシフト冷房モ ードを並列作動させる。 当業者の認識するところによれば、モード３からモード４への移行時又はモー ド４の開始時に図１を参照して上述したポンプアウト（ＰＯ）モードで動作させ る必要はない。その理由は、ハイパーマイグレーション（ＨＭ）モードは上述し たように不要だからである。 システム１００はまた、屋内空間のための供給空気を加熱することができる。 次に、システム１００を熱交換器２８，１１８のところで熱を生じさせるよう動 作できる種々の動作条件及びモードについて説明する。 第１の暖房モードは、モード５として示されていて、図１を参照して上述した モード５と本質的に同一である。オフピーク電力需要期間中、発熱体５６は、タ ンク４０内の第２の冷媒を加熱するのに用いられる。タンク４０内の第２の冷媒 は、容器１０６内に封入された貯蔵媒体を適当な温度まで加熱する。例えば、も し貯蔵媒体が脱イオン水であれば、発熱体５６は、水を１８０°Ｆ〜１９０°Ｆ の範囲の温度まで加熱するよう動作できる。代表的には、動作モード５では、弁 ７８，８０，１１０，１１４は閉じられ、圧縮機１２はオフ状態にあり、ポンプ １０４はオフ状態にある。モード５の間、暖かいレベルの熱エネルギ貯蔵が行わ れる。 システム１０は、場合によっては、依然としてモード５で動作しているか、或 いはこのモードで動作していないかのいずれかの時にモード６（これは、直接加 熱モードと呼ばれる）で動作できる。モード６では、第１の冷媒は、第１の回路 中を循環するが、モード２の循環方向とは逆方向に循環し、それによりヒートポ ンプの作動を行わせる。圧縮機１２、変更弁１６、熱交換器２２及び熱交換器２ ８は、従来型ヒートポンプの方法で動作する。変更弁１６は、圧縮機１２から高 圧で蒸気の状態で吐出された第１の冷媒が導管３６，３７を通り、そして、今や 凝縮器として動作している熱交換器２８を通る流体（例えば、屋内供給空気）に 熱を与え、第１の冷媒は凝縮され、それにより熱交換器２８を通る流体を加熱す るよう位置決めされている。凝縮された第１の冷媒は、次に逆止弁６２及び導管 ２６を通って流れる。熱膨張装置３０は、第１の冷媒が、今や蒸発器として動作 している熱交換器２２を通る際にその圧力を減少させる。熱交換器２２を出た気 化した状態の第１の冷媒は、変更弁１６を通り、導管１８を経て圧縮機１２に流 入する。システム１００は代表的には、オフピーク電力需要期間中はモード６で 動作する。 ピンピーク電力需要期間中、システム１００をモード６に変えてモード７で動 作させることにより暖房を行うことが有利である。モード７では、圧縮機１２は オフ状態にあり、発熱体５６は消勢され、これに対し、ポンプ１０４は付勢され て第２の冷媒を熱交換器１１８とタンク４０との間で循環させる。第１段シフト 暖房として示された動作モード７では、システム１００の電力要件は、ポンプ１ ０４で第２の冷媒を循環させるのに必要なレベルにすぎず、即ち、動作中の圧縮 機１２の電力要件の１０〜２０％台である。モード７では、第２の冷媒は第４の 回路中を循環する。弁７８，８０，１１０は閉じられ、弁１１４は開かれている 。第２の冷媒は、熱交換器１１８とタンク４０との間で導管１２０，１１６，１ １２を通って流れる。第２の冷媒は、加熱された貯蔵媒体から熱を奪い、熱エ ネルギを熱交換器１８まで運び、ここで、熱交換器１１８を通る流体（例えば、 屋内供給空気）が加熱される。動作モード８は本質的に、システム１００をモー ド６とモード７の両方で作動させた場合である。即ち、圧縮機１２は、高温ガス 上第１の冷媒を熱交換器２８に供給するヒートポンプモードで動作し、ポンプ１ ０４は第２の冷媒をタンク４０と熱交換器１１８との間で循環させ、それにより 加熱された第２の冷媒を熱交換器１１８に与えるよう動作する。上述のように、 システム１００をモード６，７，８のいずれかで動作させる前に、システム１00 をハイパーマイグレーション又はポンプアウトモードのいずれかで動作させる必 要はない。モード８では、熱交換器２８，１１８は、システム１００の全加熱能 力を発揮し、それにより直接暖房及びシフト暖房が並列動作される。 図３を参照すると、本発明の空調システムの第３の実施形態が示されている。 システム２００は、図２及び表IIを参照して上述したシステム１００と実質的に 同一である。異なる点は、システム２００が、タンク４０内の熱エネルギ貯蔵媒 体２０４内に浸漬された第５の熱交換器２０２を有している点にある。貯蔵媒体 ２０４は、第２の冷媒よりも凍結点の高い相変化物質（例えば水）である。シス テム２００では、貯蔵媒体２０４は、システム１００のようには容器内に封入さ れておらず、タンク４０の形状だけで拘束されている。システム２００はまた、 表IIに示すような８つの別々のモードで動作できる。表IIはまた、システム２00 の種々の要素のそれぞれの状態を８つの互いに異なる動作モードで示している。 これら状態は、システム１００の場合と同一であって、表IIはシステム１００の 動作とシステム２００の動作の両方に当てはまる。熱交換器２０２は好ましくは 、タンク４０を通るマルチパスからなるコイルである。システム１００のディフ ューザヘッダ１２２はシステム２００には設けられていない。 動作モード１（製氷）では、第２の冷媒は、熱交換器２０２を多数回パスする 際に貯蔵媒体２０４を冷却する。動作モード３及び動作モード４では、第２の冷 媒は、これが熱交換器２０２を通って多数のパスを行う際に貯蔵媒体２０４によ って冷却される。動作モード７及び動作モード８では、第２の冷媒は、熱交換器 ２０２を通る多数のパスを行う際に貯蔵媒体２０４によって加熱される。 図４を参照すると、当業者には認識されるように、各システム１０，１００， ２００は、対応のシステム１０，１００，２００の負荷用源を冷房及び暖房モー ドの両方で検出し、対応のシステム１０，１００，２００の動作を自動的に制御 してオフピーク電力価格制を利用し、対応のシステム１０，１００，２００が、 ピーク又はオフピークエネルギ時における価格制及び暖房又は冷房負荷要件にと って適当な選択されたモードで動作するよう適当な制御装置を備えている。 制御装置３００は、種々の制御入力、例えば屋内空間サーモスタッド３０２か らの入力及びタンクサーモスタッド３０４からの入力を受け入れる。サーモスタ ッド３０２は、空間温度が、所定の温度設定値を上回ったり、これを下回った時 に冷房又は暖房の要求を支持する。タンクサーモスタッド３０４は、熱エネルギ 貯蔵タンク内の貯蔵媒体の温度を検出し、制御装置３００はこの入力を用いて対 応のシステム１０，１００，２００の種々の動作モードを制御する。制御装置３ ００はまた、他の制御入力、例えば地方の事業施設からの信号も受け入れること ができる。 本発明の種々の実施形態を詳細に説明したが、当業者であれば、特許請求の範 囲に記載されたような本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、上述の実施 形態の種々の設計変更例及び置換例を想到できよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月１３日（１９９７．６．１３） 【補正内容】 請求の範囲 ６．空調システムであって、第１の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に操作的に 連結された第１の熱交換器と、第１の熱交換器及び圧縮機に操作的に連結されて いて、屋内空間のための供給空気流と熱交換関係をなす第２の熱交換器とを有し 、圧縮機は第１の冷媒を第１の熱交換器と第２の熱交換器との間で循環させ、そ れにより供給空気流を冷却するよう動作でき、さらに、熱エネルギ貯蔵媒体を収 容したタンクを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、タンク、圧縮機及び第１の熱交 換器に操作的に連結された第３の熱交換器とを有し、圧縮機は、第１の冷媒を第 １の熱交換器と第３の熱交換器との間で循環させ、それにより第３の熱交換器内 の第１の冷媒と熱交換関係にある第２の冷媒を冷却するよう動作でき、さらに、 第３の熱交換器に操作的に連結されていて、供給空気流と熱交換関係にある第４ の熱交換器と、第２の冷媒を第３の熱交換器とタンクとの間で循環させ、それに より貯蔵媒体を冷却する冷媒循環装置とを有し、冷媒循環装置は第２の冷媒を第 ３の熱交換器と第４の熱交換器との間で循環させるようさらに動作でき、それに より供給空気流が冷却され、さらに空調システムは、第１の冷媒の流れを、圧縮 機、第１の熱交換器及び第２の熱交換器から成る第 １の回路、圧縮機、第１の 熱交換器及び第３の熱交換器から成る第２の回路をして行わせるようになってい る制御装置をさらに有し、流れ制御装置は、第２の冷媒の流れを第３の熱交換器 、冷媒循環装置及びタンクから成る第３の回路及び第３の熱交換器、冷媒循環装 置及び第４の熱交換器から成る第４の回路を通して行わせるよう動作でき、空調 システムは、第１の冷媒が第２の回路を通って流れ、第２の冷媒が第３の回路を 通って流れて貯蔵媒体を冷却する第１の動作モード、第１の冷媒が第１の回路を 通って流れて供給空気流を第２の熱交換器で冷却する第２の動作モード、第２の 冷媒が第４の回路を通って流れて供給空気流を第４の熱交換器で冷却する第３の 動作モード、及び第１の冷媒が第１の回路を通って流れ、第２の冷媒が第４の回 路を通って流れて供給空気流を第２の熱交換器と第４の熱交換器の両方で冷却す る第４の動作モードで選択的に動作できることを特徴とするシステム。 ８．貯蔵媒体は水であり、第２の冷媒は、貯蔵媒体よりも凍結点の低い液体であ ることを特徴とする請求項７記載のシステム。 ９．貯蔵媒体は、タンク内の複数の容器内に封入された脱イオン水であることを 特徴とする請求項７記載のシステム。 10．第３の熱交換器をタンクの外部に位置し、空調システムは、タンク内の貯蔵 媒体中に浸漬されていて、熱伝達を第２の冷媒と貯蔵媒体との間で行わせるため の第５の熱交換器をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシステム。 11．圧縮機に操作的に連結されていて、第１の冷媒の流れを第１の回路中で逆転 させて加熱された第１の冷媒を、第１の冷媒が第１の回路中を一方向に流れる時 に、供給空気流を第２の熱交換器で加熱するための第２の熱交換器に与え、冷却 された第１の冷媒を、第１の冷媒が第１の回路中を逆方向に流れるときに、供給 空気流を第２の熱交換器で冷却するための第２の熱交換器に与える流れ逆転手段 を更に有することを特徴とする請求項６記載のシステム。 12．貯蔵媒体を加熱して加熱された第２の冷媒を第４の回路中に生じさせて第２ の冷媒が第４の回路を通って流れるときに、供給空気流を第４の熱交換器で加熱 する加熱装置をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシステム。 13．空調システム内に設けられていて、第３の回路を第４の回路から遮断するた めの少なくとも１つの遮断弁をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシ ステム。 14．ピーク電力需要期間中、減少した電力消費で作動する空調システムであって 、第１の回路を構成するよう操作的に相互に連結された圧縮機、第１の熱交換器 及び第２の熱交換器を有し、第２の熱交換器は屋内空間のための供給空気流と熱 交換関係をなしており、前記空調システムは、熱エネルギ貯蔵媒体を収容したタ ンクを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、第２の回路を構成するようタンク、圧縮 機及び第１の熱交換器に操作的に相互連結された第３の熱交換器と、第３の回路 を構成するよう第３の熱交換器及びタンクと操作的に相互連結された冷媒循環装 置と、第４の回路を構成するようタンク及び冷媒循環装置と操作的に相互連結さ れていて、供給空気流と熱交換関係にある第４の熱交換器と、圧縮機の動作を選 択的に制御して第１の冷媒の流れを第１の回路内で行わせて供給 空気流を第２の熱交換器で冷却し、圧縮機を制御して第１の冷媒を第２の回路及 び冷媒循環装置内で行わせて第２の回路内の第１の冷媒の流れと同時に第３の回 路内の第２の冷媒の流れを行わせ、それにより第２の冷媒が第１の冷媒によって 冷却されると共に貯蔵媒体が第２の冷媒によって冷却され、そして冷媒循環装置 を制御して第２の冷媒を第４の回路中で循環させて供給空気流を第４の熱交換器 で冷却するようになった制御装置とを有することを特徴とする空調システム。 15．制御装置は、圧縮機及び冷媒循環装置を制御して第１の回路内における第１ の冷媒の循環と第４の回路内における第２の冷媒の循環を同時に行わせて供給空 気流を第２の熱交換器と第４の熱交換器の両方で冷却するようになっていること を特徴とする請求項１４記載のシステム。 16．第１の熱交換器は、凝縮器として動作できる屋外熱交換器であり、第２及び 第４の熱交換器は、供給空気流を冷却するための蒸発器として動作できる屋内熱 交換器であることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 17．圧縮機に操作的に連結されていて、第１の冷媒の流れを第１の回路中で逆転 させて加熱された冷媒を第２の熱交換器に与えて、第１の冷媒が第１の回路中を 一方向に流れる時に、供給空気流を第２の熱交換器で加熱し、冷却された第１の 冷媒を第２の熱交換器に与えて、第１の冷媒が第１の回路中を逆方向に流れると きに、供給空気流を第２の熱交換器で冷却するようにする流れ逆転手段を更に有 することを特徴とする請求項１４記載のシステム。 18．貯蔵媒体を加熱して加熱された第２の冷媒を第４の回路中に生じさせて第２ の冷媒が第４の回路を通って流れるときに、供給空気流を第４の熱交換器で加熱 する加熱装置をさらに有することを特徴とする請求項１４記載のシステム。 19．前記システム内に設けられていて、第３の回路を第４の回路から遮断するた めの少なくとも１つの遮断弁をさらに有することを特徴とする請求項１４記載の システム。 20．第１の冷媒は圧縮性相変化流体であり、第２の冷媒は実質的に非圧縮性の液 体であることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 21．貯蔵媒体は水であり、第２の冷媒は、貯蔵媒体よりも凍結点の低い液体であ ることを特徴とする請求項２０記載のシステム。 22．貯蔵媒体は、タンク内の複数の容器内に封入された脱イオン水であることを 特徴とする請求項２０記載のシステム。 23．請求項１４記載の空調システムを作動させてピーク電力需要期間中における 電力消費量を減少させる方法であって、非ピーク電力需要期間中、第１の冷媒を 第２の回路中を循環させると共に第２の冷媒を第３の回路中を循環させて貯蔵媒 体を冷却する段階と、ピーク電力需要期間中、第２の冷媒を第４の回路を通って 循環させて供給空気流を第４の熱交換器で冷却する段階を有することを特徴とす る方法。 24．圧縮機を作動させて第１の冷媒を第１の回路を通って循環させると共に、第 ２の冷媒は第４の回路を通って循環させつづけて供給空気流を第２の熱交換器及 び第４の熱交換器で同時に冷却する段階をさらに有することを特徴とする請求項 ２３記載の方法。 25．暖房を行うよう請求項１４記載の空調システムを作動する方法であって、貯 蔵媒体を加熱し、第２の冷媒を第４の回路を通って循環させて供給空気流を第４ の熱交換器で加熱する段階を有することを特徴とする方法。 26．第１の冷媒を第１の回路を通って循環させて第１の冷媒を第２の熱交換器内 で凝縮させ、第１の冷媒を第１の熱交換器内で蒸発させて供給空気流を第２の熱 交換器で加熱する段階をさらに有することを特徴とする請求項２５記載の方法。 27．第１の回路内における第１の冷媒の循環と第４の回路内における第２の冷媒 の循環を同時に行って供給空気流を第２の熱交換器及び第４の熱交換器で加熱す る段階をさらに有することを特徴とする請求項２６記載の方法。 28．第３の熱交換器は、タンクの外部に位置していることを特徴とする請求項６ 記載の方法。 29．第３の熱交換器は、タンクの外部に位置していることを特徴とする請求項１ ４記載の方法。 30．タンク内の貯蔵媒体中に浸漬されていて、熱伝達を第２の冷媒と貯蔵媒体と の間で行わせるための第５の熱交換器をさらに有することを特徴とする請求項 ２９記載のシステム。 31．第１の回路を構成するよう相互に連結された圧縮機、第１の熱交換器及び屋 内空間のための供給空気流と熱交換関係をなす第２の熱交換器と、熱エネルギ貯 蔵媒体を収容したタンクから成る熱エネルギ貯蔵ユニットと、タンクの外部に位 置していて、第２の回路を構成するようタンク、圧縮機及び第１の熱交換と相互 に連結された第３の熱交換器と、第３の回路を構成するよう第３の熱交換器及び タンクと操作的に相互に連結された冷媒循環装置と、第４の回路を構成するよう タンク及び冷媒循環装置に操作的に相互に連結されていて、供給空気流と熱交換 関係をなす第４の熱交換器と、圧縮機の動作を選択的に制御して、供給空気流を 第２の熱交換器で冷却するために第１の回路中で第１の冷媒の流れを生じさせ、 圧縮機を制御して第２の回路及び冷媒循環装置中の第１の冷媒の流れを生じさせ て第２の回路中で第１の冷媒の流れを生じさせるのと同時に第３の回路中で第２ の冷媒の流れを生じさせ、それにより第２の冷媒が第１の冷媒で冷却されると共 に貯蔵媒体が第２の冷媒によって冷却されるようにし、冷媒循環装置を制御して 供給空気流を第４の熱交換器で冷却するためにだい４の回路中で第２の冷媒の流 れを循環させる制御装置とを有することを特徴とする空調システム。 32．制御装置は、圧縮機及び冷媒循環装置を制御して、第１の回路中で第１の冷 媒を循環させるのと同時に第２の回路中で第２の冷媒を循環させ、それにより供 給空気流を第２の熱交換器及び第４の熱交換器で冷却するようになっていること を特徴とする請求項３１記載のシステム。 33．第１の熱交換器は、凝縮器として動作できる屋外熱交換器であり、第２及び 第４の熱交換器は、供給空気流を冷却するよう動作できる屋内熱交換器であるこ とを特徴とする請求項３１記載のシステム。 34．圧縮機に操作的に連結されていて、第１の冷媒の流れを第１の回路中で逆転 させて加熱された冷媒を第２の熱交換器に与えて、第１の冷媒が第１の回路中を 一方向に流れる時に、供給空気流を第２の熱交換器で加熱し、冷却された第１の 冷媒を第２の熱交換器に与えて、第１の冷媒が第１の回路中を逆方向に流れると きに、供給空気流を第２の熱交換器で冷却するようにする流れ逆転手段 を更に有することを特徴とする請求項３１記載のシステム。 35．貯蔵媒体を加熱して加熱された第２の冷媒を第４の回路中に生じさせて第２ の冷媒が第４の回路を通って流れるときに、供給空気流を第４の熱交換器で加熱 する加熱装置をさらに有することを特徴とする請求項３１記載のシステム。 36．前記システム内に設けられていて、第３の回路を第４の回路から遮断するた めの少なくとも１つの遮断弁をさらに有することを特徴とする請求項３１記載の システム。 37．貯蔵媒体は水であり、第２の冷媒は、貯蔵媒体よりも凍結点の低い液体であ ることを特徴とする請求項３１記載のシステム。 38．貯蔵媒体は、タンク内の複数の容器内に封入された脱イオン水であることを 特徴とする請求項３１記載のシステム。 39．タンク内に配置されていて、熱伝達を第２の冷媒と貯蔵媒体との間で行わせ るための第５の熱交換器をさらに有することを特徴とする請求項３１記載のシス テム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．冷媒圧縮機と、冷媒圧縮機に操作的に連結された第１の熱交換器と、第１の 熱交換器及び圧縮機に操作的に連結されていて、屋内空間のための供給空気流と 熱交換関係をなす第２の熱交換器と、熱エネルギ貯蔵媒体を収容したタンクから なる熱エネルギ貯蔵ユニットと、圧縮機、第１の熱交換器及びタンクに操作的に 連結された第３の熱交換器と、タンクに操作的に連結されていて、供給空気流と 熱交換関係をなす第４の熱交換器と、タンク、第３の熱交換器及び第４の熱交換 器に操作的に連結された冷媒循環装置と、圧縮機及び冷媒循環回路の動作を選択 的に制御して、冷媒の流れを、冷媒が貯蔵媒体を冷却するために第３の熱交換器 及びタンクを通って流れる第１の動作モード、冷媒が供給空気流を第２の熱交換 器で冷却するために第１の熱交換器と第２の熱交換器との間で流れる第２の動作 モード、及び冷媒が供給空気流を第４の熱交換器で冷却するためにタンクと第４ の熱交換器を通って流れる第３の動作モードで行わせるようになった制御装置と を有することを特徴とする空調システム。 ２．制御装置は、冷媒の流れを第１の動作モードと第３の動作モードの両方で行 わせるよう圧縮機及び冷媒循環装置の動作を選択的に制御するようになっている ことを特徴とする請求項１記載のシステム。 ３．第１の熱交換器は、凝縮器として動作できる屋外の熱交換器であり、第２及 び第４の熱交換器は、屋内空間を冷房するための蒸発器として動作できる屋内熱 交換器であることを特徴とする請求項１記載のシステム。 ４．圧縮機に操作的に連結されていて、冷媒の流れを第１の熱交換器と第２の熱 交換器との間で逆にする流れ逆転手段をさらに有し、制御装置は、流れ逆転手段 を制御して、冷媒の流れを第１の熱交換器と第２の熱交換器との間で供給空気流 が第２の熱交換器によって冷却される前記第２の動作モード中一方向に行わせ、 冷媒の流れを第１の熱交換器と第２の熱交換器との間で、供給空気流が第２の熱 交換器によって加熱される別の動作モード中反対方向に行わせるようになってい ることを特徴とする請求項１記載のシステム。 ５．貯蔵媒体を加熱するための加熱装置をさらに有し、制御装置は、冷媒の流れ を、冷媒がタンクと第４の熱交換器との間で流れるさらに別の動作モードで行わ せて第４の熱交換器で供給空気流を加熱するための加熱された冷媒を生じさせる ようになっていることを特徴とする請求項４記載のシステム。 ６．空調システムであって、第１の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に操作的に 連結された第１の熱交換器と、第１の熱交換器及び圧縮機に操作的に連結されて いて、屋内空間のための供給空気流と熱交換関係をなす第２の熱交換器とを有し 、圧縮機は第１の冷媒を第１の熱交換器と第２の熱交換器との間で循環させ、そ れにより供給空気流を冷却するよう動作でき、さらに、熱エネルギ貯蔵媒体を収 容したタンクを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、タンク、圧縮機及び第１の熱交 換器に操作的に連結された第３の熱交換器とを有し、圧縮機は、第１の冷媒を第 １の熱交換器と第３の熱交換器との間で循環させ、それにより第３の熱交換器内 の第１の冷媒と熱交換関係にある第２の冷媒を冷却するよう動作でき、さらに、 第３の熱交換器に操作的に連結されていて、供給空気流と熱交換関係にある第４ の熱交換器と、第２の冷媒を第３の熱交換器とタンクとの間で循環させ、それに より貯蔵媒体を冷却する冷媒循環装置とを有し、冷媒循環装置は第２の冷媒を第 ３の熱交換器と第４の熱交換器との間で循環させるようさらに動作でき、それに より供給空気流が冷却され、さらに空調システムは、第１の冷媒の流れを、圧縮 機、第１の熱交換器及び第２の熱交換器からなる第１の回路、圧縮機、第１の熱 交換器及び第３の熱交換器からなる第２の回路を通して行わせるようになってい る制御装置をさらに有し、流れ制御装置は、第２の冷媒の流れを第３の熱交換器 、冷媒循環装置及びタンクからなる第３の回路及び第３の熱交換器、冷媒循環装 置及び第４の熱交換器からなる第４の回路を通して行わせるよう動作でき、空調 システムは、第１の冷媒が第２の回路を通って流れ、第２の冷媒が第３の回路を 通って流れて貯蔵媒体を冷却する第１の動作モード、第１の冷媒が第１の回路を 通って流れて供給空気流を第２の熱交換器で冷却する第２の動作モード、第２の 冷媒が第４の回路を通って流れて供給空気流を第４の熱交換器で冷却する第３の 動作モード、及び第１の冷媒が第１の回路を通って流れ、第２の冷媒が第４の回 路を通って流れて供給空気流を第２の熱交換器と第４の熱交換器の両方で冷却す る第４の動作モードで選択 的に動作できることを特徴とするシステム。 ７．第１の冷媒は、圧縮性相変化流体であり、第２の冷媒は実質的に非圧縮性の 液体であることを特徴とする請求項６記載のシステム。 ８．貯蔵媒体は水であり、第２の冷媒は、貯蔵媒体よりも凍結点の低い液体であ ることを特徴とする請求項７記載のシステム。 ９．貯蔵媒体は、タンク内の複数の容器内に封入された脱イオン水であることを 特徴とする請求項７記載のシステム。 10．第３の熱交換器をタンクの外部に位置し、空調システムは、タンク内の貯蔵 媒体中に浸漬されていて、熱伝達を第２の冷媒と貯蔵媒体との間で行わせるため の第５の熱交換器をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシステム。 11．圧縮機に操作的に連結されていて、第１の冷媒の流れを第１の回路中で逆転 させて加熱された第１の冷媒を、第１の冷媒が第１の回路中を一方向に流れる時 に、供給空気流を第２の熱交換器で加熱するための第２の熱交換器に与え、冷却 された第１の冷媒を、第１の冷媒が第１の回路中を逆方向に流れるときに、供給 空気流を第２の熱交換器で冷却するための第２の熱交換器に与える流れ逆転手段 を更に有することを特徴とする請求項６記載のシステム。 12．貯蔵媒体を加熱して加熱された第２の冷媒を第４の回路中に生じさせて第２ の冷媒が第４の回路を通って流れるときに、供給空気流を第４の熱交換器で加熱 する加熱装置をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシステム。 13．空調システム内に設けられていて、第３の回路を第４の回路から遮断するた めの少なくとも１つの遮断弁をさらに有することを特徴とする請求項６記載のシ ステム。 14．ピーク電力需要期間中、減少した電力消費で作動する空調システムであって 、第１の回路を構成するよう操作的に相互に連結された圧縮機、第１の熱交換器 及び第２の熱交換器を有し、第２の熱交換器は屋内空間のための供給空気流と熱 交換関係をなしており、前記空調システムは、熱エネルギ貯蔵媒体を収容したタ ンクを含む熱エネルギ貯蔵ユニットと、第２の回路を構成するようタンク、圧縮 機及び第１の熱交換器に操作的に相互連結された第３の熱交換器と、第３の回路 を構成するよう第３の熱交換器及びタンクと操作的に相互連結された冷 媒循環装置と、第４の回路を構成するようタンク及び冷媒循環装置と操作的に相 互連結されていて、供給空気流と熱交換関係にある第４の熱交換器と、圧縮機の 動作を選択的に制御して第１の冷媒の流れを第１の回路内で行わせて供給空気流 を第２の熱交換器で冷却し、圧縮機を制御して第１の冷媒を第２の回路及び冷媒 循環装置内で行わせて第２の回路内の第１の冷媒の流れと同時に第３の回路内の 第２の冷媒の流れを行わせ、それにより第２の冷媒が第１の冷媒によって冷却さ れると共に貯蔵媒体が第２の冷媒によって冷却され、そして冷媒循環装置を制御 して第２の冷媒を第４の回路中で循環させて供給空気流を第４の熱交換器で冷却 するようになった制御装置とを有することを特徴とする空調システム。 15．制御装置は、圧縮機及び冷媒循環装置を制御して第１の回路内における第１ の冷媒の循環と第４の回路内における第２の冷媒の循環を同時に行わせて供給空 気流を第２の熱交換器と第４の熱交換器の両方で冷却するようになっていること を特徴とする請求項１４記載のシステム。 16．第１の熱交換器は、凝縮器として動作できる屋外熱交換器であり、第２及び 第４の熱交換器は、供給空気流を冷却するための蒸発器として動作できる屋内熱 交換器であることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 17．圧縮機に操作的に連結されていて、第１の冷媒の流れを第１の回路中で逆転 させて加熱された第１の冷媒を、第１の冷媒が第１の回路中を一方向に流れる時 に、供給空気流を第２の熱交換器で加熱するための第２の熱交換器に与え、冷却 された第１の冷媒を、第１の冷媒が第１の回路中を逆方向に流れるときに、供給 空気流を第２の熱交換器で冷却するための第２の熱交換器に与える流れ逆転手段 を更に有することを特徴とする請求項１４記載のシステム。 18．貯蔵媒体を加熱して加熱された第２の冷媒を第４の回路中に生じさせて第２ の冷媒が第４の回路を通って流れるときに、供給空気流を第４の熱交換器で加熱 する加熱装置をさらに有することを特徴とする請求項１４記載のシステム。 19．前記システム内に設けられていて、第３の回路を第４の回路から遮断するた めの少なくとも１つの遮断弁をさらに有することを特徴とする請求項１４記載の システム。 20．第１の冷媒は圧縮性相変化流体であり、第２の冷媒は実質的に非圧縮性の液 であることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 21．貯蔵媒体は水であり、第２の冷媒は、貯蔵媒体よりも凍結点の低い液体であ ることを特徴とする請求項２０記載のシステム。 22．貯蔵媒体は、タンク内の複数の容器内に封入された脱イオン水であることを 特徴とする請求項２０記載のシステム。 23．請求項１４記載の空調システムを作動させてピーク電力需要期間中における 電力消費量を減少させる方法であって、非ピーク電力需要期間中、第１の冷媒を 第２の回路中を循環させると共に第２の冷媒を第３の回路中を循環させて貯蔵媒 体を冷却する段階と、ピーク電力需要期間中、第２の冷媒を第４の回路を通って 循環させて供給空気流を第４の熱交換器で冷却する段階を有することを特徴とす る方法。 24．圧縮機を作動させて第１の冷媒を第１の回路を通って循環させると共に、第 ２の冷媒は第４の回路を通って循環させつづけて供給空気流を第２の熱交換器及 び第４の熱交換器で同時に冷却する段階をさらに有することを特徴とする請求項 ２３記載の方法。 25．暖房を行うよう請求項１４記載の空調システムを作動する方法であって、貯 蔵媒体を加熱し、第２の冷媒を第４の回路を通って循環させて供給空気流を第４ の熱交換器で加熱する段階を有することを特徴とする方法。 26．第１の冷媒を第１の回路を通って循環させて第１の冷媒を第２の熱交換器内 で凝縮させ、第１の冷媒を第１の熱交換器内で蒸発させて供給空気流を第２の熱 交換器で加熱する段階をさらに有することを特徴とする請求項２５記載の方法。 27．第１の回路内における第１の冷媒の循環と第４の回路内における第２の冷媒 の循環を同時に行って供給空気流を第２の熱交換器及び第４の熱交換器で加熱す る段階をさらに有することを特徴とする請求項２６記載の方法。