JP2008292122A - 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】蓄熱性能を低下させることなく、冷凍能力を向上することのできる蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和器を提供する。
【解決手段】蓄熱可能な蓄熱材である水１６を有する蓄熱器１７と、冷媒を圧縮する熱源側圧縮機８、熱源側圧縮機８からの冷媒を凝縮可能な熱源側熱交換器１０、熱源側熱交換器１０からの冷媒を冷却する過冷却用熱交換器１１、過冷却用熱交換器１１からの冷媒を減圧させる蓄熱用膨張弁１８、及び蓄熱用膨張弁１８からの冷媒と蓄熱器１７の水１６とを熱交換させる蓄熱熱交換器１９、を有する主冷媒回路２と、過冷却用熱交換器１１を流れる冷媒を冷却する、主冷媒回路２から独立した少なくとも一つの冷却装置３と、を備えている。
【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。この蓄熱式空気調和装置における冷媒の冷凍能力を向上させるため、例えば、特許文献１に開示された蓄熱式空気調和装置は、冷房又は蓄熱運転時に、室外熱交換器によって冷却された冷媒を過冷却熱交換器によってさらに過冷却している。これにより、冷媒の過冷却度を増加させて冷媒の冷凍能力を向上させている。
特開２００６−２９７３８号公報

しかしながら、この蓄熱式空気調和装置の冷媒を過冷却させる方法は、過冷却熱交換器で過冷却された冷媒を一部分岐させて、この分岐させた冷媒を第３の流量制御弁によって減圧して冷却する。そしてこの冷却した冷媒を過冷却熱交換器において室外熱交換器からの冷媒と熱交換することで、室外熱交換器からの冷媒を過冷却させている。このように、上記蓄熱式空気調和装置は、過冷却熱交換器からの冷媒を一部分岐させているため、蓄熱熱交換器へと送られる冷媒の流量が減少し、ひいては、蓄熱性能が低下するといった問題がある。

そこで、本発明は、蓄熱性能を低下させることなく、冷凍能力を向上することのできる蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和器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有する蓄熱器と、冷媒を圧縮する熱源側圧縮機、前記熱源側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冷却する過冷却用熱交換器、前記過冷却用熱交換器からの冷媒を減圧させる蓄熱用膨張弁、及び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蓄熱熱交換器、を有する主冷媒回路と、前記過冷却用熱交換器を流れる冷媒を冷却する、前記主冷媒回路から独立した少なくとも一つの冷却装置と、を備えている。

このように、本発明に係る蓄熱システムは、熱源側熱交換器によって凝縮された冷媒を、過冷却用熱交換器においてさらに冷却するように冷却装置が設けられている。このため、熱源側熱交換器からの冷媒の過冷却度を増加させることができ、その結果、蓄熱熱交換器において、冷媒は蓄熱器の蓄熱材をより冷却させる、すなわち、冷媒の冷凍能力を向上させることが可能となる。

そして、この冷却装置は、主冷媒回路からは独立しており、主冷媒回路内を流れる冷媒の一部を利用するものではないため、蓄熱熱交換器へと流れる冷媒の流量を減少させることがなく、ひいては蓄熱性能を低下させるといったことがない。

上記冷却装置としては、種々のものを利用することができるが、例えば、冷却装置は、冷媒を圧縮する過冷却生成用圧縮機と、過冷却生成用圧縮機からの冷媒を凝縮させる過冷却生成用凝縮器と、過冷却生成用凝縮器からの冷媒を減圧させる過冷却生成用膨張弁と、過冷却生成用膨張弁からの冷媒を蒸発させる過冷却生成用蒸発器と、を有する、前記主冷媒回路から独立した少なくとも一つの過冷却生成冷媒回路とすることができる。この場合は、主冷媒回路の過冷却用熱交換器を流れる冷媒は、過冷却生成冷媒回路の蒸発器を流れる冷媒と熱交換することで冷却される。このように、冷却装置をヒートポンプとして構成することにより、主冷媒回路の過冷却用熱交換器を流れる冷媒をより効率良く冷却して省エネルギー化を図ることができる。

また、上記過冷却生成冷媒回路は種々の構成をとることができるが、例えば、過冷却生成用圧縮機を、その容量を制御可能な容量可変形圧縮機にすることができる。このようにすることで、以下のような効果を得ることができる。すなわち、蓄熱システムにおける冷熱を蓄える蓄熱運転が進むに連れて、主冷媒回路内を流れる冷媒の低圧圧力が低下し、この結果、蓄熱能力及び成績係数も低下する。これに対して、過冷却生成用圧縮機を容量可変形圧縮機にし、蓄熱の進行とともに、過冷却生成用圧縮機の能力を向上させることによって、主冷媒回路の過冷却用熱交換器を流れる冷媒をより冷却させて過冷却度を増加させ、蓄熱能力の低下を防止することができる。この他にも、過冷却生成冷媒回路を複数備え、蓄熱状態によって、稼働する過冷却生成冷媒回路の数を制御し、主冷媒回路の過冷却用熱交換器を流れる冷媒の過冷却度を増加させて蓄熱能力の低下を防止することができる。

また、熱源側熱交換器の出口における冷媒の温度、前記蓄熱熱交換器における冷媒の圧力又は温度、及び、前記蓄熱熱交換器の出口における冷媒の温度の少なくとも一つを測定する測定手段をさらに備え、この測定手段で測定した測定値に基づき、過冷却生成用圧縮機の容量や、稼働する過冷却生成冷媒回路の数を制御する制御手段をさらに備えていることが好ましい。

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、前記主冷媒回路は、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させる利用側熱交換器と、をさらに備え、前記熱源側圧縮機からの冷媒を前記熱源側熱交換器において凝縮させて前記過冷却用熱交換器で冷却させ、さらにその冷媒を前記蓄熱用膨張弁で減圧させた後に前記蓄熱熱交換器において前記蓄熱器の蓄熱材と熱交換させて前記蓄熱材に冷熱を蓄える蓄熱運転と、前記熱源側圧縮機からの冷媒を前記熱源側熱交換器において凝縮させ、その冷媒を前記蓄熱熱交換器において前記蓄熱器の蓄熱材に蓄えられた冷熱によって冷却した後に前記利用側膨張弁で減圧させて前記利用側熱交換器において蒸発させる蓄熱利用冷房運転と、に切換可能である。

このように、本発明に係る蓄熱式空気調和装置は、主冷媒回路を流れる冷媒が過冷却用熱交換器において冷却装置によってさらに冷却される。このため、熱源側熱交換器からの冷媒の過冷却度を増加させることができ、その結果、蓄熱熱交換器において、冷媒は蓄熱器の蓄熱材をより冷却させるよう冷凍能力を向上させることが可能となる。そして、この冷却装置は、主冷媒回路からは独立しており、主冷媒回路内を流れる冷媒を利用するものではないため、主冷媒回路内の蓄熱熱交換器へと流れる冷媒の流量を減少させることがなく、ひいては蓄熱性能を低下させるといったことがない。

本発明によれば、蓄熱性能を低下させることなく、冷凍能力を向上することのできる蓄熱システム及びこれを用いた蓄熱式空気調和器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利用し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である。

図１に示すように、本実施形態に係る蓄熱式空気調和装置１は、主冷媒回路２と、過冷却生成冷媒回路３と、蓄熱器１７とを備えている。この蓄熱式空気調和装置１は、熱源として利用される室外ユニット４と、室外ユニット４からの熱を蓄熱する蓄熱ユニット５と、室外ユニット４及び蓄熱ユニット５からの熱を利用し冷暖房を行う利用側ユニット６とに分けられており、上記主冷媒回路２は各ユニット間にわたって配置されており、過冷却生成冷媒回路３は室外ユニット４に配置され、蓄熱器１７は蓄熱ユニット５に配置されている。以下、各ユニット毎に構成を説明する。

（室外ユニット）
室外ユニット４は、主冷媒回路２の一部と、過冷却生成冷媒回路３とから構成されており、室外に設置されている。室外ユニット４内の主冷媒回路２には、アキュームレータ７、熱源側圧縮機８、四方切換弁９、熱源側熱交換器１０、及び過冷却用熱交換器１１が設けられている。そして、四方切換弁９とアキュームレータ７とは第１の熱源配管Ｐ１、アキュームレータ７と熱源側圧縮機８とは第２の熱源配管Ｐ２、熱源側圧縮機８と四方切換弁９とは第３の熱源配管Ｐ３、四方切換弁９と熱源側熱交換器１０とは第４の熱源配管Ｐ４、熱源側熱交換器１０と過冷却用熱交換器１１とは第５の熱源配管Ｐ５によって接続されている。

室外ユニット４内の過冷却生成冷媒回路３は、過冷却生成冷媒配管Uを有しており、この過冷却生成冷媒配管Uに、過冷却生成用圧縮機１２、過冷却生成用凝縮器１３，過冷却生成用膨張弁１４，及び過冷却生成用蒸発器１５がこの順で接続されている。

上記室外ユニット４内の主冷媒回路２に設置された各機器について説明すると、アキュームレータ７は、内部に流入した冷媒を液体と気体とに分離して気体となった冷媒のみ、熱源側圧縮機８に供給する気液分離器として構成されている。熱源側圧縮機８は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、冷媒を吸引し、内部で圧縮して高圧・高温としてから吐出するように構成されている。そして、アキュームレータ７及び熱源側圧縮機８によって処理された冷媒を外気と熱交換するための熱源側熱交換器１０は、冷媒の凝縮器として機能するとともに、冷媒の蒸発器としても機能することができる熱交換器として構成されている。四方切換弁９は、熱源側熱交換器１０を凝縮器として利用する場合は、熱源側圧縮機８の吐出側と熱源熱交換器１０とを接続するよう、第３の熱源配管Ｐ３と第４の熱源配管Ｐ４とを接続させることが可能な弁である。一方、熱源側熱交換器１０を蒸発器として利用する場合は、圧縮機８の吸入側と熱源側熱交換器１０とがアキュームレータ７を介して接続されるよう、第１の熱源配管Ｐ１と第４の熱源配管Ｐ４とを接続させることができる。

過冷却用熱交換器１１は、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用蒸発器１５と一体的に構成されており、その過冷却用熱交換器１１内を流れる冷媒を、過冷却生成用蒸発器１５内を流れる冷媒と熱交換させて冷却させるように構成されている。なお、過冷却用熱交換器１１の構造は種々の構造をとることができるが、例えば、過冷却生成用蒸発器１５の内部を過冷却用熱交換器１１が延びるように二重管式熱交換器とし、各冷媒の向きを対向流とさせることで熱交換させることができる。

また、上記室外ユニット４内の過冷却生成冷媒回路３に設置された各機器について説明すると、過冷却生成用圧縮機１２は、上記熱源側圧縮機８と同様に、吸引した冷媒を高温高圧にして吐出する圧縮機として構成されている。過冷却生成用凝縮器１３は、過冷却生成用圧縮機１２から吐出された冷媒を、外気と熱交換させて冷却させる熱交換器として構成されている。過冷却生成用膨張弁１４は、過冷却生成用凝縮器１３からの冷媒を減圧させて、低圧・低温とさせるように構成されている。過冷却生成用蒸発器１５は、上述したように、その内部を流れる冷媒を、主冷媒回路２の過冷却生成用熱交換器１１内を流れる冷媒と、熱交換させて蒸発させるように構成されている。

（蓄熱ユニット）
蓄熱ユニット５は、主冷媒回路２の一部と、蓄熱材である水１６が内部に溜められた蓄熱器１７とによって構成されており、室外に設置されている。蓄熱ユニット５内の主冷媒回路２には、冷媒を減圧させる蓄熱用膨張弁１８と、主冷媒回路２内の冷媒を蓄熱器１７内の水１６と熱交換させるための蓄熱熱交換器１９とが設置されている。そして、室外ユニット４の過冷却用熱交換器１１と蓄熱用膨張弁１８とは第１の蓄熱配管Ｑ１、蓄熱用膨張弁１８と蓄熱熱交換器１９とは第２の蓄熱配管Ｑ２、蓄熱熱交換器１９と室外ユニット４の四方切換弁９とは第３の蓄熱配管Ｑ３によって接続されている。なお、第３の蓄熱配管Ｑ３には、第１の開閉弁２０が設けられている。また、蓄熱用膨張弁１８をバイパスするように第１の蓄熱配管Ｑ１と第２の蓄熱配管Ｑ２とを接続する第１のバイパス配管Ｒ１が設けられており、この第１のバイパス配管Ｒ１には第２の開閉弁２１が設置されている。また、蓄熱ユニット５をバイパスして室外ユニット４と利用側ユニット６とを直接接続するように、第１の蓄熱配管Ｑ１と後述する利用側配管Ｓ１とが第２のバイパス配管Ｒ２によって接続されており、この第２のバイパス配管Ｒ２には第３の開閉弁２２が設けられている。なお、上記室外ユニット４と蓄熱ユニット５とを合わせたものを蓄熱システムと称する。

上記蓄熱ユニット５を構成する各機器について説明すると、蓄熱器１７は、その内部に蓄熱材である水１６が溜められている。この水１６が、後述する主冷媒回路２の蓄熱熱交換器１９内を流れる冷媒との間で熱交換を行い、氷となったり熱湯となったりすることによって、蓄熱するように構成されている。また、蓄熱ユニット５内の主冷媒回路２に設置された各機器ついて説明すると、蓄熱用膨張弁１８は、上述した過冷却生成用膨張弁１４と同様の構成をしており、過冷却用熱交換器１１からの冷媒を減圧させて、低圧・低温とさせるように構成されている。そして、蓄熱熱交換器１９は、蓄熱器１７に溜められた水１６内に配設され、蓄熱熱交換器１９内部を流れる冷媒と水１６とを熱交換させるように構成された熱交換器である。

（利用側ユニット）
利用側ユニット６は、主冷媒回路２の一部から構成されており、室内に設置されている。利用側ユニット６内の主冷媒回路２には、第１及び第２の冷房用膨張弁２３ａ，２３ｂと、第１及び第２の利用側熱交換器２４ａ，２４ｂとが設置されている。そして、蓄熱ユニット５の蓄熱熱交換器１９から利用側ユニット６へと第１の利用側配管Ｓ１が延びており、この第１の利用側配管Ｓ１は、第１の冷房用膨張弁２３ａと接続される第１の利用側配管Ｓ１ａと、第２の冷房用膨張弁２３ｂと接続される第１の利用側配管Ｓ１ｂとに分岐している。なお、第１の利用側配管Ｓ１は第４の開閉弁２５が設けられている。また、第１及び第２の冷房用膨張弁２３ａ，２３ｂと第１及び第２の利用側熱交換器２４ａ，２４ｂとは第２の利用側配管Ｓ２ａ，Ｓ２ｂによってそれぞれ接続されている。そして、各利用側熱交換器２４ａ，２４ｂからは室外ユニット４へと延びる第３の利用側配管Ｓ３が延びており、この第３の利用側配管Ｓ３は、上記蓄熱ユニット５の第３の蓄熱配管Ｑ３に合流して、室外ユニット４の四方切換弁９へと接続されている。

室内ユニット６内の主冷媒回路２に設置された各機器について説明すると、冷房用膨張弁２３ａ，２３ｂは、冷媒を減圧させて、低圧・低温とすることができるように構成されている。利用側熱交換器２４ａ，２４ｂは、その内部を流れる冷媒を、室内の空気と熱交換させて凝縮させる凝縮器として機能することができるとともに、冷媒を蒸発させる蒸発器としても機能することができる熱交換器である。

次に、以上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１を参照しつつ説明する。

（蓄熱運転）
まず、蓄熱運転時の蓄熱式空気調和装置１の動作について主冷媒回路２を中心に説明する。蓄熱運転とは、蓄熱器１７内の水１６から氷を生成して冷熱を蓄える運転のことをいう。蓄熱運転時では、熱源側圧縮機８の吐出側が熱源側熱交換器１０と接続して熱源側熱交換器１０を凝縮器として機能させるよう、四方切換弁９が第３の熱源配管Ｐ３と第４の熱源配管Ｐ４とを接続している。また、各開閉弁の状態については、第１の開閉弁２０のみ開状態となっており、第２、第３及び第４の開閉弁２１，２２，２５は閉状態となっている。これら第１から第４の開閉弁が、本発明の切換手段に相当する。

室外ユニット４内では、主冷媒回路２内を循環する冷媒は、熱源側圧縮機８に吸引され、熱源側圧縮機８内で圧縮されて高圧にされることで温度が上昇する。熱源側圧縮機８から吐出された冷媒は、熱源側熱交換器１０に送られ、熱源側熱交換器１０において室外の空気と熱交換し、凝縮することで温度が低下する。そして、熱源側熱交換器１０を出た冷媒は、過冷却用熱交換器１１に送られる。過冷却用熱交換器１１内を流れる冷媒は、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用蒸発器１５内を流れる冷媒と熱交換することで冷却されて、さらに温度が低下する。

ここで過冷却生成冷媒回路３について説明すると、過冷却生成冷媒回路３内を循環する冷媒は、過冷却生成用圧縮機１２によって圧縮されて高圧にされることで温度が上昇した状態で、過冷却生成用凝縮器１３へ送られる。過冷却生成用凝縮器１３において、冷媒は、室外の空気と熱交換することで凝縮して温度が低下する。そして、過冷却生成用凝縮器１３から過冷却生成用膨張弁１４へと送られた冷媒は、過冷却生成用膨張弁１４で、急激に圧力が下げられることでさらに温度が低下し、過冷却生成用蒸発器１５へと送られる。過冷却生成用蒸発器１５では、冷媒は、主冷媒回路２の過冷却用熱交換器１１内を流れる冷媒と熱交換して蒸発するとともに、過冷却用熱交換器１１内を流れる主冷媒回路２の冷媒を冷却する。そして、過冷却生成用蒸発器１５で蒸発した冷媒は、再度、過冷却生成用圧縮機１２に吸引されて、上記工程を繰り返す。

主冷媒回路２に戻って説明を続ける。過冷却用熱交換器１１によって温度が低下した冷媒は、室外ユニット４から蓄熱ユニット５へと移行する、すなわち、過冷却用熱交換器１１から蓄熱用膨張弁１８へと送られる。蓄熱用膨張弁１８に送られた冷媒は、蓄熱用膨張弁１８によって急激に圧力が下げられ、さらに温度が低下し、蓄熱熱交換器１９へと送られる。そして、蓄熱熱交換器１９内において冷媒は、蓄熱器１７内の水１６と熱交換して蒸発するとともに、蓄熱器１７内の水１６を冷却して氷を生成する。蓄熱器１７内の水１６と熱交換して蒸発した冷媒は、第３の蓄熱配管Ｑ３を通って、室外ユニット４の四方切換弁９、アキュームレータ７を経由し、再度熱源側圧縮機８に送られて、上記工程が繰り返されるよう主冷媒回路２内を循環する。

この蓄熱運転時の主冷媒回路２及び過冷却生成冷媒回路３内の冷媒の変化を図２のモリエル線図に基づいて説明する。実線で主冷媒回路２内を循環する冷媒の変化を示し、一点鎖線で過冷却生成冷媒回路３内を循環する冷媒の変化を示す。横軸はエンタルピ（ＫＪ／ｋｇ）、縦軸は圧力（Ｍｐａ）を示す。

まず、主冷媒回路２内の冷媒について損失の無い理想状態を例にとり説明すると、冷媒は、熱源側圧縮機８によって圧縮されて高温・高圧の過熱蒸気となり、点Ｅの状態から点Ａの状態へ等エントロピ変化する。次に、熱源側熱交換器１０によって冷媒は凝縮され温度が低下して過冷却液となり、点Ａの状態から点Ｂの状態へ等圧変化する。続いて冷媒は、過冷却用熱交換器１１によってさらに温度が低下し、点Ｂの状態から点Ｃの状態へ等圧変化する。さらに続いて、蓄熱用膨張弁１８で低圧・低温となって湿り蒸気となり、点Ｃの状態から点Ｄの状態へと等エンタルピ変化する。そして、湿り蒸気となった冷媒は、蓄熱熱交換器１９によって蓄熱器１７の水１６と熱交換して飽和蒸気となり、点Ｄの状態から点Ｅの状態へと等圧変化する。以上の変化を繰り返して、蓄熱器１７内の水１６から氷を生成する。

次に、過冷却生成冷媒回路３内の冷媒について、上記同様、損失の無い理想状態を例にとり説明すると、まず、冷媒は、過冷却生成用圧縮機１２によって圧縮されて高温・高圧の過熱蒸気となり、点Ｈの状態から点Ｆの状態へと等エントロピ変化する。次に、過冷却生成用凝縮器１３によって冷媒は凝縮され温度が低下して過冷却液となり、点Ｆの状態から点Ｂ’の状態へと等圧変化する。続いて、冷媒は過冷却生成用膨張弁１４によって低圧・低温の湿り蒸気となり、点Ｂ’の状態から点Ｇの状態へと等エンタルピ変化する。そして、過冷却用蒸発器１５によって、湿り蒸気の冷媒は、過冷却用熱交換器１１内を流れる冷媒と熱交換して、飽和蒸気となり、点Ｇの状態から点Ｈの状態へと等圧変化する。以上の変化を繰り返して、過冷却生成冷媒回路３内の冷媒は、主冷媒回路２内の過冷却用熱交換器１１を流れる冷媒の温度を低下させる。

（蓄熱利用冷房運転）
次に、蓄熱利用冷房運転時の蓄熱式空気調和装置１の動作について、主冷媒回路２を中心に説明する。蓄熱利用冷房運転とは、上記蓄熱運転によって蓄熱器１７内の水１６から生成された氷の冷熱を利用する冷房運転のことをいう。蓄熱利用冷房運転時では、上記蓄熱運転時と同様に、熱源側圧縮機８の吐出側が熱源側熱交換器１０と接続して熱源側熱交換器１０を凝縮器として機能させるよう、四方切換弁９が第３の熱源配管Ｐ３と第４の熱源配管Ｐ４とを接続している。また、各開閉弁の状態については、第１及び第３の開閉弁２０，２２は閉状態となっており、第２及び第４の開閉弁２１，２５は開状態となっている。なお、蓄熱利用冷房運転時においては、蓄熱運転時と異なり、過冷却生成冷媒回路３は運転されていない。

主冷媒回路２内を循環する冷媒は、室外ユニット４における工程は、上記蓄熱運転時の工程と同じである。すなわち、室外ユニット４における主冷媒回路２内の冷媒は、アキュームレータ７から熱源側圧縮機８に吸引され、熱源側圧縮機８によって高温・高圧にされて、熱源側熱交換器１０に送られる。熱源側熱交換器１０は凝縮器として機能するため、冷媒は外気と熱交換して凝縮し温度が低下する。そして、熱源側熱交換器１０で温度が低下した冷媒は、過冷却生成冷媒回路３が運転されていないために過冷却用熱交換器１１において冷却されることなく、室外ユニット４から蓄熱ユニット５へと送られる。

室外ユニット４から蓄熱ユニット５へと送られた冷媒は、第２の開閉弁２１が開状態であるため、過冷却用熱交換器１１から、蓄熱用膨張弁１８を経由せずに、第１のバイパス配管Ｒ１を経由して蓄熱熱交換器１９へと送られる。蓄熱熱交換器１９に送られた冷媒は、蓄熱熱交換器１９において、蓄熱器１７内の氷１６との間で熱交換することで過冷却されるとともに、蓄熱器１７内の氷１６を融解して第１の利用側配管Ｓ１を介して利用側ユニット６へと送られる。

利用側ユニット６へと送られた冷媒は、第１及び第２の冷房用膨張弁２３ａ，２３ｂのそれぞれによって減圧されて第１及び第２の利用側熱交換器２４ａ，２４ｂへと送られる。第１及び第２の利用側熱交換器２４ａ，２４ｂにおいて、冷媒は、室内の空気との間で熱交換をすることで蒸発し、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、第３の利用側配管Ｓ３を介して利用側ユニット６から室外ユニット４へと送られ、四方切換弁９及びアキュームレータ７を経由して、再度、熱源側圧縮機８に吸引されて上記工程を繰り返すよう主冷媒回路２内を循環して、室内の空気を冷却する。

以上のように、本実施形態によれば、主冷媒回路２の熱源側熱交換器１０からの冷媒を冷却するように過冷却用熱交換器１１を設置している。このため、蓄熱運転時においては熱源側熱交換器１０からの冷媒の過冷却度を増加させることができ、従来と同等の熱源側圧縮機１０への電気入力のもとで蓄熱器１７内の水１６を氷にする蓄熱運転能力を増加させることができる。また、主冷媒回路２とは独立した過冷却生成回路３内を流れる冷媒によって、主冷媒回路２の熱源側熱交換器１０からの冷媒を冷却しているため、主冷媒回路２内の蓄熱熱交換器１９へと流れる冷媒の流量を減少させることがなく、ひいては蓄熱性能を低下させるといったことがない。

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、蓄熱運転時に、蓄熱が進行する、すなわち、蓄熱材である水１６から氷への製氷が進行するに従って、主冷媒回路２の冷媒の低圧圧力が徐々に低下し、これとともに蓄熱能力ひいては成績係数が低下する。よって、これを防止するため、以下のように構成することができる。すなわち、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用圧縮機１２を容量可変形の圧縮機とする。また、熱源側熱交換器１０の出口における冷媒の温度を測定するための温度センサー（測定手段）と、この温度センサーにより測定された温度に基づいて過冷却生成用圧縮機１２の容量を制御する制御装置（制御手段）を設置する。そして、温度センサーにより測定した冷媒の温度に基づいて、制御装置により過冷却生成用圧縮機１２の能力を向上させることで、主冷媒回路２内を流れる冷媒を、過冷却用熱交換器１１においてより冷却させて過冷却度を増加させ、蓄熱能力が低下するのを防止することができる。なお、この容量可変形圧縮機としては、インバータ形のものや、モータの極数変換を行うものを使用することができる。また、過冷却生成用圧縮機１２を容量可変形の圧縮機とすること以外にも、過冷却生成用圧縮機１２を複数台設置し、稼働する台数を制御したり、もしくは、過冷却冷媒回路３を複数設置し、稼働する過冷却生成冷媒回路３の数を制御することにより、過冷却用熱交換器１１における冷媒の過冷却度を増加させて、蓄熱能力が低下するのを防止することもできる。なお、熱源側熱交換器１０の出口における冷媒の温度以外にも、蓄熱熱交換器１９における冷媒の温度や蓄熱熱交換器１９の出口における冷媒の温度を測定するよう温度センサーを設置することもできる。さらには、蓄熱熱交換器１９における冷媒の圧力を測定する圧力センサーを設置することもできる。そして、これらのセンサーにより測定された測定値に基づいて、過冷却生成用圧縮機１２の容量を制御したり、稼働する過冷却生成用圧縮機１２の台数や、過冷却冷媒回路３の数を制御する。

また、上記実施形態では、蓄熱利用冷房運転時において過冷却生成冷媒回路３を運転させていないが、これを運転させることもできる。この場合、蓄熱利用冷房運転時において、時間が経つに連れて、蓄熱材である氷が融解し、利用側熱交換器２４での冷房能力が低下してくるが、蓄熱熱交換器１９出口の冷媒の温度を温度センサーによって測定し、その温度が所定温度となるように、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用圧縮機１２の容量を制御するように構成することもできる。

また、上記実施形態では、過冷却用熱交換器１１を流れる冷媒を冷却するために、過冷却生成冷媒回路３を用いているが、これに限定されるものでなく、主冷媒回路２から独立して設けられた公知の冷却装置によって過冷却用熱交換器１１を流れる冷媒を冷却することができる。

また、上記実施形態では、蓄熱システムを蓄熱式空気調和装置１として用いる場合について説明したが、その他にも、この蓄熱システムを冷水を生成する装置として用いてもよい。この場合は、図３に示すように、外部から蓄熱器１７内に水を供給する第１の水配管Ｔ１と、蓄熱器１７内から水を排出させる第２の水配管Ｔ２が利用側ユニット６に設置されている。この第２の水配管Ｔ２には、第５の開閉弁２６と、水を循環させるための水ポンプ２７が設けられている。また、蓄熱器１７をバイパスするように、第１の水配管Ｔ１と第２の水配管Ｔ２とに接続された第３のバイパス管Ｒ３が利用側ユニット６に設置されている。この第３のバイパス管Ｒ３には、その内部を流れる水を、利用側熱交換器２４内の冷媒との間で熱交換させる冷媒水熱交換器２８が設けられるとともに、第６の開閉弁２９が設けられている。

また、上記蓄熱システムを冷水を生成する装置として用いる場合、上述したように、外部からの水が蓄熱器１７内又は冷媒水熱交換器２８へと選択的に流れるように構成するのではなく、図４に示すように、まず蓄熱器１７内に供給され、その後、冷媒水熱交換器２８へと流れるようにしてもよい。または、図５に示すように、外部からの水が、冷媒水熱交換器２８へと供給された後に、蓄熱器１７内へ供給されるように構成することもできる。なお、これらの場合は、水ポンプ２７の手前に温度センサー３０を設置し、この温度センサー３０によって計測された水の温度に基づいて、冷房能力を制御することが好ましい。

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示す回路図である。 本実施形態に係る蓄熱式空気調和装置における主冷媒回路の冷媒及び過冷却生成冷媒回路の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 本発明に係る蓄熱システムの他の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る蓄熱システムのさらに他の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る蓄熱システムのさらに他の実施形態を示す回路図である。

符号の説明

１ 蓄熱式空気調和装置
２ 主冷媒回路
３ 過冷却生成冷媒回路
８ 熱源側圧縮機
１０ 熱源側熱交換器
１１ 過冷却用熱交換器
１６ 蓄熱材
１７ 蓄熱器
１８ 蓄熱用膨張弁
１９ 蓄熱熱交換器

Claims (7)

1. 蓄熱可能な蓄熱材を有する蓄熱器と、
   冷媒を圧縮する熱源側圧縮機、前記熱源側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冷却する過冷却用熱交換器、前記過冷却用熱交換器からの冷媒を減圧させる蓄熱用膨張弁、及び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蓄熱熱交換器、を有する主冷媒回路と、
   前記過冷却用熱交換器を流れる冷媒を冷却する、前記主冷媒回路から独立した少なくとも一つの冷却装置と、
   を備えた、蓄熱システム。
2. 前記冷却装置は、
   冷媒を圧縮する過冷却生成用圧縮機と、
   前記過冷却生成用圧縮機からの冷媒を凝縮させる過冷却生成用凝縮器と、
   前記過冷却生成用凝縮器からの冷媒を減圧させる過冷却生成用膨張弁と、
   前記過冷却生成用膨張弁からの冷媒を蒸発させる過冷却生成用蒸発器と、
   を有する、前記主冷媒回路から独立した少なくとも一つの過冷却生成冷媒回路であり、
   前記主冷媒回路の過冷却用熱交換器を流れる冷媒は、前記過冷却生成冷媒回路の蒸発器を流れる冷媒と熱交換することで冷却される、請求項１に記載の蓄熱システム。
3. 前記過冷却生成用圧縮機は、その容量が制御可能な容量可変形圧縮機である、請求項２に記載の蓄熱システム。
4. 前記過冷却生成冷媒回路を複数備えた、請求項２又は３に記載の蓄熱システム。
5. 前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の温度、前記蓄熱熱交換器における冷媒の圧力又は温度、及び、前記蓄熱熱交換器の出口における冷媒の温度のうち、少なくとも一つを測定する測定手段と、
   前記測定手段で測定した測定値に基づき、前記過冷却生成用圧縮機の容量を制御する制御手段をさらに備えた、請求項３又は４に記載の蓄熱システム。
6. 前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の温度、前記蓄熱熱交換器における冷媒の圧力又は温度、及び、前記蓄熱熱交換器の出口における冷媒の温度のうち、少なくとも一つを測定する測定手段と、
   前記測定手段で測定した測定値に基づき、稼働する前記過冷却生成冷媒回路の数を制御する制御手段をさらに備えた、請求項４に記載の蓄熱システム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の蓄熱システムと、切換手段とを備え、
   前記主冷媒回路は、
   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させる利用側熱交換器と、をさらに備え、
   前記切換手段は、
   前記熱源側圧縮機からの冷媒を前記熱源側熱交換器において凝縮させて前記過冷却用熱交換器で冷却させ、さらにその冷媒を前記蓄熱用膨張弁で減圧させた後に前記蓄熱熱交換器において前記蓄熱器の蓄熱材と熱交換させて前記蓄熱材に冷熱を蓄える蓄熱運転と、
   前記熱源側圧縮機からの冷媒を前記熱源側熱交換器において凝縮させ、その冷媒を前記蓄熱熱交換器において前記蓄熱器の蓄熱材に蓄えられた冷熱によって冷却した後に前記利用側膨張弁で減圧させて前記利用側熱交換器において蒸発させる蓄熱利用冷房運転と、
   に切換可能である、蓄熱式空気調和装置。

Images