JP2008281290A - 蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱材が蓄熱器の底部に堆積するのを防止することができる蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和装置を提供する。
【解決手段】蓄熱可能な蓄熱材１４を収容する蓄熱器３と、冷媒回路２とを備えている。冷媒回路２は、冷媒を圧縮する圧縮機４、圧縮機４からの冷媒を凝縮可能な熱源側熱交換器５、熱源側熱交換器５からの冷媒を減圧する蓄熱用膨張弁６、蓄熱用膨張弁６からの冷媒と蓄熱器３の蓄熱材１４とを熱交換させるよう蓄熱器３内に設置された蓄熱熱交換器７、熱源側熱交換器５からの冷媒を蓄熱用膨張弁６にて減圧せずに蓄熱熱交換器７に供給するバイパス管Ｑ１、熱源側熱交換器５からの冷媒を蓄熱用膨張弁６により減圧する流路とバイパス管Ｑ１により減圧処理を回避する流路とに切換可能な第１の開閉弁８、を有する。蓄熱熱交換器７は、少なくとも一部が蓄熱器３の底部に沿って延びるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和装置に関するものである。

従来より、夜間は安価な電力を使用して蓄熱し、昼間は夜間に蓄えた熱を利用して冷暖房を行う蓄熱式空気調和装置が提案されている。このような蓄熱式空気調和装置は、蓄熱材である水を収容する蓄熱器と、冷媒が循環する冷媒回路とを備えている。冷媒回路では、圧縮機によって冷媒を圧縮し、その冷媒を凝縮器によって凝縮した後に、蓄熱用膨張弁によって減圧して低温にし蓄熱熱交換器に供給する。蓄熱熱交換器に送られた冷媒は、蓄熱器内の水と熱交換し、蓄熱器内の水を氷にすることによって冷熱を蓄熱する。そして、冷房運転時に、蓄熱器にて蓄熱された冷熱を利用して冷媒回路を循環する冷媒を冷却する（例えば、特許文献１〜３参照）。

このように、上記蓄熱式空気調和装置では、蓄熱材として水を使用している。水が液体から固体へと相変化する温度は約０度であるが、この相変化する温度が高い蓄熱材を使用することによって、冷媒回路を循環する冷媒の熱交換器における温度を上げることができ、ひいては、冷媒回路に設置された圧縮機での圧力比を低くすることができる。このような蓄熱材としては、例えば、液体から固体へと相変化する温度が約３０度であるトリメチロールエタン水溶液が提案されている（特許文献４参照）。
特開２００６−２７５４４９号公報 特開平１１−２１１２５９号公報 特開平８−３０３９００号公報 特開平１１−１５２４６３号公報

しかしながら、上述したようなトリメチロールエタン水溶液を蓄熱材として用いた場合、以下のような問題が生じる。すなわち、通常、トリメチロールエタン水溶液を蓄熱材として使用する場合、その重量濃度が約３０ｗｔ％のものが使用される。蓄熱運転時において、この蓄熱材であるトリメチロールエタン水溶液に冷熱を蓄えるためにトリメチロールエタン水溶液を冷却していくと、蓄熱熱交換器の回りにトリメチロールエタン水溶液中のトリメチロールエタン水和物の固体が析出する。その後、この冷熱が蓄えられた蓄熱材を融解して、蓄熱された冷熱によって冷媒回路を流れる冷媒を冷却する蓄熱利用冷房運転が行われる。このとき、蓄熱材の固体密度は液体密度よりも大きいため、蓄熱材の融解が進行するのに伴い、蓄熱熱交換器の回りに析出していたトリメチロールエタン水和物の固体の一部が蓄熱熱交換器から離れて蓄熱器の底部に堆積してしまう。そして、この蓄熱運転と蓄熱利用冷房運転を繰り返すことによって、蓄熱器の底部に堆積するトリメチロールエタン水和物の量が徐々に多くなり、蓄熱材を有効に利用できないといった問題が生じる。

そこで、本発明は、蓄熱材が蓄熱器の底部に堆積するのを防止することができる蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和装置を提供することを課題とする。

本発明に係る蓄熱システムは、上記課題を解決するためになされたものであり、蓄熱可能な蓄熱材を収容する蓄熱器と、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機からの冷媒の凝縮が可能な熱源側熱交換器、前記熱源側熱交換器からの冷媒を減圧する蓄熱用膨張弁、前記蓄熱用膨張弁からの冷媒と前記蓄熱器の蓄熱材とを熱交換させるよう前記蓄熱器内に設置された蓄熱熱交換器、前記熱源側熱交換器からの冷媒を前記蓄熱用膨張弁にて減圧せずに前記蓄熱熱交換器に供給する減圧処理回避手段、前記熱源側熱交換器からの冷媒を前記蓄熱用膨張弁により減圧する流路と前記減圧処理回避手段により減圧処理を回避する流路とに切換可能な切換手段、を有する冷媒回路と、を備え、前記蓄熱熱交換器は、少なくとも一部が前記蓄熱器の底部に沿って延びるように構成されている。

このように、本発明に係る蓄熱システムは、冷媒回路が減圧処理回避手段を有しており、蓄熱熱交換器の少なくとも一部が蓄熱器の底部に沿って延びている。このため、蓄熱運転及び蓄熱利用冷房運転を繰り返すことで蓄熱器の底部に固体が堆積されるようなトリメチロールエタン水溶液などの蓄熱材を使用する場合に以下のような効果を得ることができる。すなわち、蓄熱器の底部に蓄熱材が堆積した場合、まず、熱源側熱交換器の運転を停止させて、圧縮機により圧縮して高温・高圧となった冷媒を凝縮させないようにする。そして、切換手段により減圧処理回避手段の減圧処理を回避する流路に切り替える。これにより、圧縮機によって高温・高圧になった冷媒を、蓄熱用膨張弁にて減圧させずに、高温・高圧のまま蓄熱熱交換器に供給することができる。蓄熱熱交換器は少なくとも一部が蓄熱器の底部に沿って延びているので、蓄熱熱交換器内を流れる高温の冷媒が、蓄熱器の底部に堆積された蓄熱材と熱交換し、底部に堆積された蓄熱材を溶解させることができる。なお、消費電力低減の観点からは熱源側熱交換器の運転を停止させるのが好ましいが、蓄熱器の底部に堆積する蓄熱材の量によっては、熱源側熱交換器の運転を停止させずに、蓄熱器の底部に堆積した蓄熱材を溶解することもできる。

上記減圧処理回避手段は、種々の構成をとることができるが、例えば、蓄熱用膨張弁をバイパスするようにバイパス管を冷媒回路に設置し、このバイパス管を減圧処理回避手段とすることができる。そして、このバイパス管に開閉弁を設け、この開閉弁を開閉することによって、上記切換手段とすることができる。

また、その他にも、冷媒を減圧させない程度まで開状態となるように開度を調整できる調整手段を有する膨張弁によって上記蓄熱用膨張弁を構成し、この蓄熱用膨張弁によって減圧処理回避手段を構成することもできる。そして、この蓄熱用膨張弁の開度を調整する調整手段を上記切換手段とすることができる。

また、上記蓄熱システムは種々の構成をとることができるが、例えば、上記蓄熱熱交換器は、蓄熱器の底部に沿うように設置された蓄熱材溶解用熱交換器と、蓄熱器内の蓄熱材中を延びるように設置された蓄熱材融解凝固用熱交換器とから構成されていることが好ましい。このように、蓄熱材溶解用熱交換器を蓄熱器の底部に沿うように設置することで、主に蓄熱器の底部に堆積した蓄熱材を溶解するよう機能させる。そして、蓄熱材融解凝固用熱交換器を蓄熱材中を延びるように設置することで、主に蓄熱器内の蓄熱材に冷熱を蓄えたり冷熱が蓄えられた蓄熱材から冷熱を得るよう機能させる。このように、蓄熱熱交換器を蓄熱材溶解用熱交換器と蓄熱材融解凝固用熱交換器から構成して、各熱交換器の主な役割を分担させることで、より効率的に、蓄熱材に冷熱を蓄えたり、堆積した蓄熱材を溶解したりすることが可能となる。

また、蓄熱熱交換器における蓄熱材溶解用熱交換器は、蓄熱用膨張弁又は減圧処理回避手段から冷媒が供給され、蓄熱材融解凝固用熱交換器へと冷媒を供給するように接続されていることが好ましい。このように蓄熱材溶解用熱交換器と蓄熱材融解凝固用熱交換器を接続することによって、圧縮機により高温となった冷媒を、最初に、蓄熱器の底部に堆積する蓄熱材と熱交換させることができるので、堆積する蓄熱材をより確実に溶解させることが可能となる。

また、上記蓄熱器の底部を伝熱板によって構成するとともに、蓄熱熱交換器を伝熱管によって構成し、この伝熱板と伝熱管とを熱的に接触させることが好ましい。このように構成することで、圧縮機により圧縮されて高温となった冷媒の熱を、蓄熱熱交換器を介して蓄熱器の底部に伝導させることができ、そして、この冷媒の熱により加熱された蓄熱器の底部を介して蓄熱器の底部に堆積した蓄熱材を効率的に溶解することが可能となる。なお、伝熱板と蓄熱熱交換器とが「熱的に接触」するとは、伝熱板と蓄熱熱交換器とが、熱伝導可能な程度に接触していることをいう。

また、上記蓄熱器の底部を傾斜するように設け、蓄熱熱交換器の少なくとも一部を蓄熱器の底部における最下部に設置することが好ましい。このように構成することで、蓄熱器の底部に堆積した蓄熱材は、最下部に集められるように傾斜に沿って移動するため、より効率的に蓄熱材を溶解することが可能となる。

また、本発明に係る蓄熱式空気調和装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの蓄熱システムを備え、上記冷媒回路は、前記蓄熱熱交換器からの冷媒を膨張させる利用側膨張弁と、前記利用側膨張弁からの冷媒を蒸発可能な利用側熱交換器と、をさらに有している。

本発明によれば、蓄熱材が蓄熱器の底部に堆積するのを防止することができる蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和装置を提供することができる。

以下、本発明に係る蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和装置の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図、図２は本実施形態に係る蓄熱器の正面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は本実施形態に係る蓄熱材溶解用熱交換器の斜視図である。

図１に示すように、蓄熱式空気調和装置１は、冷媒が循環する冷媒回路２と、蓄熱器３とを備えている。冷媒回路２には、圧縮機４、熱源側熱交換器５、蓄熱用膨張弁６、蓄熱熱交換器７が設置されており、この順で蓄熱用冷媒配管Ｐ１によって環状に接続されている。そして、膨張弁６をバイパスするように、第１の開閉弁８（切換手段）を有するバイパス管Ｑ１（減圧処理回避手段）が設けられている。また、蓄熱熱交換器７から圧縮機４へと延びる蓄熱用冷媒配管Ｐ１に第２の開閉弁９が設置されている。なお、これら冷媒回路２に設置された各機器と蓄熱器３とを合わせたものを蓄熱システムと称する。

また、冷媒回路２には、上記機器の他に、利用側熱交換器１０と、第１及び第２の利用側膨張弁１１，１２が設置されている。この利用側熱交換器１０には、熱源側熱交換器５から蓄熱用膨張弁６へ延びる蓄熱用冷媒配管Ｐ１の途中から分岐した第１の利用側冷媒配管Ｐ２が接続されている。また、蓄熱熱交換器７から第２の開閉弁９へと延びる蓄熱用冷媒配管Ｐ１の途中から分岐した第２の利用側冷媒配管Ｐ３も接続されている。そして、第１の利用側冷媒配管Ｐ２には第１の利用側膨張弁１１が設置されており、第２の利用側冷媒配管Ｐ３には第２の利用側膨張弁１２が設置されている。なお、利用側熱交換器１０と、第１及び第２の利用側膨張弁１１，１２は室内に設置されている。

上記冷媒回路２に設置された各機器について説明すると、まず、圧縮機４は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮して高圧・高温とし、熱源側熱交換器５へと吐出するように構成されている。熱源側熱交換器５は、屋外に設置されており、冷媒を凝縮する凝縮器として機能することができる熱交換器として構成されている。また、熱源側熱交換器５は、ファン１３が隣接されており、このファン１３を停止させることで熱源側熱交換器５の運転を停止させる、すなわち、熱源側熱交換器５における冷媒の凝縮処理を停止させることができる。

蓄熱用膨張弁６は、上記熱源側熱交換器５からの冷媒を減圧して低圧・低温とするように構成されるとともに、その開度を調整することで、冷媒を通さないよう締切状態とすることもできる。蓄熱用膨張弁６で減圧された冷媒は、蓄熱熱交換器７へと送られるが、蓄熱熱交換器７は、蓄熱器３内を延びるように設置されている。ここで、蓄熱器３について説明すると、蓄熱器３は、密閉した容器状に構成されており、その内部に蓄熱材１４であるトリメチロールエタン水溶液が収容されている。

このように構成された蓄熱器３内を延びる蓄熱熱交換器７は、図２及び図３に示すように、蓄熱器３の底部３１を蛇行して沿うように設置された蓄熱材溶解用熱交換器７ａと、蓄熱材１４中を蛇行して延びるように設置された蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂとから構成されている。このように、蓄熱材溶解用熱交換器７ａは、蓄熱器３の底部３１に沿って設置されているため、蓄熱器３の底部３１に蓄熱材１４が堆積された場合であっても、蓄熱材溶解用熱交換器７ａ内に高温の冷媒を流すことで、底部３１に堆積された蓄熱材１４を溶解することができる。また、蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂは、蓄熱材１４中を延びているため、蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂ内を流れる冷媒と、蓄熱材１４とを、効率よく熱交換させることができる。なお、蓄熱材溶解用熱交換器７ａと蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂとは、伝熱管により構成されており、この伝熱管の熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。。

図１に戻って冷媒回路２に設置された各機器の説明を続けると、第１及び第２の利用側膨張弁１１，１２は、上記蓄熱用膨張弁６と同様に、冷媒を減圧して低温・低圧とするように構成されており、その開度を調整することによって冷媒が通らないように締切状態にすることもできる。そして、利用側熱交換器１０は、第１又は第２の利用側膨張弁１１，１２からの冷媒と室内の空気とを熱交換させ、冷媒を蒸発させることによって室内の空気の温度を低下させる蒸発器として機能することができる熱交換器として構成されている。

次に、このように構成された蓄熱式空気調和装置１の動作について図面を参照しつつ説明する。

まず、蓄熱材１４に冷熱を蓄熱する蓄熱運転について説明する。図１に示すように、蓄熱運転時は、第２の開閉弁９を開状態とし、第１の開閉弁８は閉状態とする。また、蓄熱用膨張弁６は冷媒を減圧できるような開度に調節し、第１及び第２の利用側膨張弁１１，１２は冷媒が通らないよう締切状態とする。

図１に示すように、冷媒回路２において、圧縮機４に吸引された冷媒が、圧縮機４内で圧縮されて高圧にされることで温度が上昇する。高温・高圧にされて圧縮機４から吐出された冷媒は、熱源側熱交換器５に送られ、熱源側熱交換器５において室外の空気と熱交換して凝縮することで温度が低下する。そして、熱源側熱交換器５を出た冷媒は、蓄熱用膨張弁６へと送られる。

蓄熱用膨張弁６へと送られた冷媒は、蓄熱用膨張弁６によって急激に圧力が下げられることで温度が低下し、低温・低圧となって、蓄熱熱交換器７を構成する蓄熱材溶解用熱交換器７ａ及び蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂへと送られる。そして、冷媒は、蓄熱材溶解用熱交換器７ａ及び蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂにおいて、蓄熱器３内の蓄熱材１４と熱交換することで蒸発するとともに、蓄熱器３の蓄熱材１４を冷却して凝固させる。蓄熱器３内の蓄熱材１４と熱交換して蒸発した冷媒は、再度、圧縮機４に吸引され、上記サイクルを繰り返すことで、蓄熱器３の蓄熱材１４をより凝固させて冷熱を蓄える。

この蓄熱運転時における蓄熱器３内の蓄熱材１４（トリメチロールエタン水溶液）の変化について図５及び図６を参照しつつ説明する。図５は、トリメチロールエタン水溶液の相図であり、横軸はトリメチロールエタン水溶液中のトリメチロールエタンの重量濃度（ｗｔ％）を示し、縦軸は温度（Ｋ）を示す。また、図中のI−II線は濃度が約６０ｗｔ％以上のトリメチロールエタン水溶液を冷却していくときのトリメチロールエタン単体固体の析出線、II−III線は、濃度が約６０ｗｔ％以下のトリメチロールエタン水溶液を冷却していくときの、トリメチロールエタン水和物固体（ＴＭＥ・４Ｈ_２Ｏ）の析出線である。また、II’−II線は、トリメチロールエタン単体固体とトリメチロールエタン水和物の水和物固体間の転位の線である。なお、図中のLはトリメチロールエタン水溶液の液体状態、Ｓ１は氷、Ｓ２はトリメチロールエタン単体固体状態、Ｓ３はトリメチロールエタン水和物固体を示している。また、図６は蓄熱運転時における蓄熱熱交換器７の回りの蓄熱材１４の変化を示す説明図である。

まず、蓄熱運転開始直後は、蓄熱材１４であるトリメチロールエタン水溶液は、例えば、図５の点Ａに示すように、温度が約３１０Ｋ、濃度が約３０ｗｔ％の液体状態とする（図６（ａ））。この蓄熱材１４が蓄熱材溶解用熱交換器７ａ及び蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂ内を流れる冷媒と熱交換することによって、蓄熱器３内の蓄熱材１４は徐々にその温度が低下し、図５の点Ａの状態から点Ｂの状態（約２９５Ｋ）へと変化する。

このように、濃度が約３０ｗｔ％の蓄熱材１４が約２９５Ｋまで温度が低下すると、図６（ｂ）に示すように、蓄熱熱交換器７の回りにトリメチロールエタン水和物の固体が析出し始める。そして、さらに蓄熱運転が進行してトリメチロールエタン水溶液が冷却されると、トリメチロールエタン水和物の固体がより析出することによってトリメチロールエタン水溶液は濃度が下がり、図５のII−III線に沿って点Bの状態から点Dの状態まで変化する（図６（ｃ））。

次に、蓄熱式空気調和装置１の蓄熱利用冷房運転時の動作について説明する。蓄熱利用冷房運転とは、上記蓄熱運転により蓄熱材１４に蓄えられた冷熱を利用して行う冷房運転のことをいう。蓄熱利用冷房運転時には、図１に示すように、第１の開閉弁８を開状態とし、第２の開閉弁９は閉状態とする。また、蓄熱用膨張弁６及び第１の利用側膨張弁１１を冷媒が通らないように締切状態とし、第２の利用側膨張弁１２は冷媒を減圧できるような開度に調節する。

図１に示すように、蓄熱利用冷房運転時において、冷媒回路２を循環する冷媒は、圧縮機４に吸引され、圧縮機４内で圧縮されて高圧・高温となり、熱源側熱交換器５に送られる。熱源側熱交換器５において、冷媒は、外気と熱交換することにより凝縮されて温度が低下する。熱源側熱交換器５を出た冷媒は、第１の開閉弁８が開状態であり且つ蓄熱用膨張弁６及び第１の利用側膨張弁１１が締切状態であるため、バイパス管Ｑ１を経由して蓄熱熱交換器７に送られる。

蓄熱熱交換器７において、冷媒は、蓄熱器３の冷熱が蓄えられた蓄熱材１４と熱交換することで、さらに温度が低下し、過冷却度が増加、すなわち冷凍効果が増加する。冷凍効果が増加した冷媒は、第２の利用側膨張弁１２へと進み、第２の利用側膨張弁１２によって減圧されることで、低圧・低温となり、利用側熱交換器１０へと送られる。低圧・低温となった冷媒は、利用側熱交換器１０において、室内の空気と熱交換することで蒸発し、室内の空気を冷却する。そして、蒸発して室内の空気を冷却した冷媒は、再度、圧縮機４に吸引され、上記工程を繰り返すように冷媒回路２を循環して、室内の空気を冷却する。

この蓄熱利用冷房運転時における蓄熱材１４の変化について、図５，及び図７を参照しつつ説明する。図７は蓄熱利用冷房運転時における蓄熱熱交換器７の回りの蓄熱材１４の変化を示す説明図である。

まず、蓄熱利用冷房運転を開始した直後は、図７（ａ）に示すように、トリメチロールエタン水和物が蓄熱熱交換器７の回りに析出した状態となっており、図５の点Ｄの状態にある。そして、蓄熱利用冷房運転が進むに連れて、蓄熱材１４に蓄えていた冷熱が蓄熱熱交換器７内を流れる冷媒へと放熱されるため、蓄熱熱交換器７の回りに析出していたトリメチロールエタン水和物が融解し始め、トリメチロールエタン水溶液は、図５の点Ｄの状態から点Ｅの状態へと変化する。このとき、蓄熱材１４の固体密度は液体密度よりも大きいため、蓄熱熱交換器７の回りに析出していたトリメチロールエタン水和物は、図７（ｂ）に示すように、蓄熱熱交換器７に吊り下げられるような状態となる。そして、一部のトリメチロールエタン水和物が蓄熱熱交換器７から離れて、蓄熱器３の底部３１に堆積する（図７（ｃ））。なお、このように一部のトリメチロールエタン水和物が蓄熱器３の底部３１に堆積しているため、トリメチロール水溶液は図５の点Ｅ点の状態までしか戻らず、点Ｂの状態までは戻らない。そして、蓄熱材１４は、蓄熱熱交換器７内を流れる冷媒と熱交換しさらに放熱することで、図５の点Ｅの状態から点Ａ’まで変化する。このとき、蓄熱器３の底部３１に堆積するトリメチロールエタン水和物は、一部もしくは全部がトリメチロールエタン単体となる（図７（ｄ））。そして、蓄熱器３の底部３１に堆積したトリメチロールエタン水和物又はトリメチロールエタン単体は、蓄熱利用冷房運転が終了してもその全てが溶解することはなく、固体状態のままで蓄熱器３の底部３１に堆積された状態となる。

次に、蓄熱式空気調和装置１の蓄熱材溶解運転時における動作を説明する。蓄熱材溶解運転とは、上記蓄熱利用冷房運転において、蓄熱器３の底部３１に堆積された固体状態の蓄熱材１４を溶解する運転のことをいう。図１に示すように、この蓄熱材溶解運転時には、上記蓄熱運転や蓄熱利用冷房運転とは異なり、熱源側熱交換器５における冷媒の凝縮処理を停止させるため、ファン１３は停止させている。なお、ファン１３の停止以外については、蓄熱材溶解運転時の冷媒回路２は、上記蓄熱利用冷房運転時の冷媒回路２と同じ設定になっている。すなわち、第１の開閉弁８は開状態、第２の開閉弁９が閉状態、蓄熱用膨張弁６及び第１の利用側膨張弁１１は冷媒が通らないように締切状態となっており、第２の利用側膨張弁１２が冷媒を減圧できるような開度に調節されている。

図１に示すように、蓄熱材溶解運転において、冷媒回路２を循環する冷媒は、圧縮機４に吸引されて圧縮されることで高温・高圧となって、熱源側熱交換器５に送られる。蓄熱材溶解運転時は、ファン１３が停止しているため、圧縮機４にて高温・高圧となった冷媒は、熱源側熱交換器５で凝縮されることなく、熱源側熱交換器５を通過する。そして、冷媒は、高温・高圧の状態を維持したまま、バイパス管Ｑ１を経由して蓄熱熱交換器７へと進行する。なお、圧縮機４で圧縮された冷媒の温度は、圧縮機４の容量によっても異なるが、通常、約３４０Ｋ以上である。

この高温・高圧の冷媒は、蓄熱熱交換器７の蓄熱材溶解用熱交換器７ａにおいて、蓄熱器３の底部３１に堆積しているトリメチロールエタン水和物やトリメチロールエタン単体を加熱して溶液中に溶解させることができる。そして、トリメチロールエタン水和物等が溶解することで、蓄熱器３の底部３１における水溶液の濃度は、その上部に対して高く、例えば、約６２．５ｗｔ％となる。このように濃度が高くなった蓄熱器３の底部３１におけるトリメチロールエタン水溶液は、蓄熱材溶解用熱交換器７ａ内を流れる高温の冷媒によって、図５に示すように、点Ｈの状態へと変化する。そして、蓄熱器３の底部３１に堆積したトリメチロールエタン水和物等が全て溶解した時点で蓄熱材溶解運転を終了させる。

そして、再度、上述した蓄熱運転などを繰り返すとき、蓄熱材融解凝固用熱交換器７ｂまわりの蓄熱材１４は、図５の点Ａ’の状態にあるが、上述したように点Ａの状態から蓄熱や放熱をした場合と同様の変化を繰り返す。一方、蓄熱材溶解用熱交換器７ａのまわりの濃度が高いトリメチロールエタン水溶液は、図５に示すように、蓄熱運転を開始する際、点Ｈの状態にあり、冷却が進むに連れて、点Ｈ−Ｈ’間ではトリメチロールエタン水溶液が冷却され、点Ｈ’−Ｆ間ではトリメチロールエタンの固体が析出し、点Ｆより温度が低下するとトリメチロールエタン水和物の固体が析出する。そして、蓄熱利用冷房運転及び蓄熱材溶解運転を実施して、蓄熱材１４の温度を点Ｈの状態まで加温することで、蓄熱器３の底部３１に蓄積する蓄熱材を水溶液中に溶解する。

以上のように、本実施形態に係る蓄熱式空気調和装置１によれば、熱源側熱交換器５の運転を停止させるとともに、冷媒回路２に蓄熱用膨張弁６をバイパスするように設置されたバイパス管Ｑ１が設置されている。このため、圧縮機４にて高温となった冷媒を、その温度を維持したまま蓄熱材溶解用熱交換器７ａへと送ることができる。そして、高温の冷媒が送り込まれる蓄熱材溶解用熱交換器７ａは蓄熱器３の底部３１に沿って設置されているため、蓄熱材溶解用熱交換器７ａ内を流れる高温の冷媒によって、蓄熱器３の底部３１に堆積した蓄熱材１４を溶解することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、蓄熱材溶解運転は、蓄熱利用冷房運転の後に実施していたが、蓄熱運転を実施する前に実施することもできる。

また、図８に示すように、蓄熱器３の底部３１を伝熱板によって構成し、蓄熱材溶解用熱交換器７ａを蓄熱器３の底部３１と接触させることができる。このように構成することで、蓄熱材溶解運転時において、高温の冷媒が流れることによって高温となる蓄熱材溶解用熱交換器７ａと接触している蓄熱器３の底部３１全体を高熱にすることができ、蓄熱器３の底部３１に堆積した蓄熱材１４を効率的に溶解することができる。なお、伝熱板は、熱伝導性の優れた材料から構成されており、好ましくは熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を使用することができる。

また、図９や図１０に示すように、蓄熱器３の底部３１を傾斜させて、その一番低い部分を蓄熱材溶解用熱交換器７ａが延びるように構成することもできる。このように蓄熱器３の底部３１を傾斜させることで、蓄熱器３の底部３１に堆積する蓄熱材１４が重力により傾斜に沿って滑り落ちるため一番低い部分に収集される。この結果、蓄熱器３の底部３１における一番低い部分を延びる蓄熱材溶解用熱交換器７ａによって、効率よく蓄熱材１４を溶解させることができる。

また、上記実施形態では、本発明の減圧処理回避手段として、バイパス管Ｑ１を設置し、このバイパス管Ｑ１に設けられた第１の開閉弁８を本発明の切換手段としている。しかし、減圧処理回避手段は、蓄熱用膨張弁６で冷媒を減圧させないようにするものであれば特にこれに限定されるものではなく、例えば、開度を調整することによって冷媒を減圧させない程度まで開状態にすることのできる蓄熱用膨張弁を使用し、この蓄熱用膨張弁を減圧処理回避手段とし、この蓄熱用膨張弁の開状態を調整する調整手段を本発明の切換手段とすることもできる。

また、冷媒回路２は、上記実施形態の回路に限定されるものでなく、種々の公知の冷媒回路を採用することができる。

また、蓄熱器３内に攪拌器を設置して、蓄熱材溶解運転中もしくは運転後に、蓄熱器３内における蓄熱材１４を攪拌器により撹拌することで、蓄熱材１４の濃度を均一化させることもできる。

本発明に係る蓄熱式空気調和装置の実施形態を示す冷媒回路図である。 本実施形態に係る蓄熱器を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態に係る蓄熱材溶解用熱交換器を示す斜視図である。 トリメチロールエタン水溶液の相図である。 蓄熱運転時におけるトリメチロールエタン水溶液の変化を示す説明図である。 蓄熱利用冷房運転時におけるトリメチロールエタン水溶液の変化を示す説明図である。 本発明に係る蓄熱材溶解用熱交換器の他の実施形態を示す斜視図（ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る蓄熱器の他の実施形態を示す概略正面断面図である。 本発明に係る蓄熱器のさらに他の実施形態を示す概略正面断面図である。

符号の説明

１ 蓄熱式空気調和装置
２ 冷媒回路
３ 蓄熱器
３１ 底部
４ 圧縮機
５ 熱源側熱交換器
６ 蓄熱用膨張弁
７ 蓄熱熱交換器
７ａ 蓄熱材溶解用熱交換器
７ｂ 蓄熱材融解凝固用熱交換器
８ 第１の開閉弁（切換手段）
１０ 利用側熱交換器
１２ 利用側熱膨張弁
１４ 蓄熱材
Ｑ１ バイパス管（減圧処理回避手段）

Claims (8)

1. 蓄熱可能な蓄熱材を収容する蓄熱器と、
   冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機からの冷媒を凝縮可能な熱源側熱交換器、前記熱源側熱交換器からの冷媒を減圧する蓄熱用膨張弁、前記蓄熱用膨張弁からの冷媒と前記蓄熱器の蓄熱材とを熱交換させるよう前記蓄熱器内に設置された蓄熱熱交換器、前記熱源側熱交換器からの冷媒を前記蓄熱用膨張弁にて減圧せずに前記蓄熱熱交換器に供給する減圧処理回避手段、前記熱源側熱交換器からの冷媒を前記蓄熱用膨張弁により減圧する流路と前記減圧処理回避手段により減圧処理を回避する流路とに切換可能な切換手段、を有する冷媒回路と、を備え、
   前記蓄熱熱交換器は、少なくとも一部が前記蓄熱器の底部に沿って延びるように構成されている、蓄熱システム。
2. 前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱器の底部に沿うように設置された蓄熱材溶解用熱交換器と、前記蓄熱器内の蓄熱材中を延びるように設置された蓄熱材融解凝固用熱交換器とから構成されている、請求項１に記載の蓄熱システム。
3. 前記蓄熱材溶解用熱交換器は、前記蓄熱用膨張弁又は減圧処理回避手段から冷媒が供給され、前記蓄熱材融解凝固用熱交換器へと冷媒を供給するように接続されている、請求項２に記載の蓄熱システム。
4. 前記蓄熱器は、底部が伝熱板によって構成されており、
   前記蓄熱熱交換器は、伝熱管により構成されるとともに、前記伝熱板と熱的に接触している、請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱システム。
5. 前記蓄熱器の底部は傾斜するように設けられており、
   前記蓄熱熱交換器は、少なくとも一部が前記蓄熱器の底部における最下部を延びるように設置されている、請求項１から４のいずれかに記載の蓄熱システム。
6. 前記冷媒回路は、前記蓄熱用膨張弁をバイパスするように設けられるとともに開閉弁が設置されたバイパス管をさらに有し、
   前記バイパス管により前記減圧処理回避手段が構成されるとともに、前記開閉弁により前記切換手段が構成される、請求項１から５のいずれかに記載の蓄熱システム。
7. 前記蓄熱用膨張弁は、冷媒を減圧させない程度まで開状態となるように開度を調整できる調整手段を有しており、
   当該蓄熱用膨張弁により前記減圧処理回避手段が構成されるとともに、前記調整手段により前記切換手段が構成される、請求項１から５のいずれかに記載の蓄熱システム。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の蓄熱システムを備え、
   前記冷媒回路は、前記蓄熱熱交換器からの冷媒を膨張させる利用側膨張弁と、前記利用側膨張弁からの冷媒を蒸発可能な利用側熱交換器と、をさらに有する、蓄熱式空気調和装置。

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