JP2009299920A

JP2009299920A - 蓄熱装置、蓄熱システム及び空調装置

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Publication number: JP2009299920A
Application number: JP2008151426A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mikami; 三上征宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】温暖化対策及び枯渇する資源の消費の削減のために、冬の冷熱を夏まで保存し、夏その冷熱で冷房し、夏の温熱を冬まで保存し、冬その温熱を暖房に利用する季節間空調装置及びそれに好適な蓄熱装置の実用化が求められている。
【解決手段】
蓄熱装置３１を円筒形の蓄熱槽３２の中に球形の蓄熱体３４と熱媒体３３を充填した構造にする。空調装置３０を外気熱交換器４３と、熱媒体３３を第一流出入口３５から流出させ外気熱交換器４３経由で第二流出入口３６に戻す外気循環手段と、建物熱交換器４６と、熱媒体３３を第二流出入口３６から流出させ建物熱交換器４６経由で第一流出入口３５に戻す建物循環手段と制御部５０で構成する。そして、潜熱蓄熱材として、その融解温度と凝固温度が建物付近の１月の平均気温より６度以上高く、且つ冷房設定温度より４．５度以上低いものを使えば冷房のＣＯＰを従来のヒートポンプを使うものより大きくできる。
【選択図】図５

Description

本発明は、潜熱蓄熱材の高い充填率を有する蓄熱装置と蓄熱量を検知可能な蓄熱システムと外気の熱を季節を越えて保存しその熱で建物を空調する空調装置に関するものである。

空気は１立方メートルあたり０．３Ｋｃａｌ／度の熱を含んでいる。外気には、冬に冷たい熱（以下、冷熱と呼ぶ）が、夏に暖かい熱（以下、温熱と呼ぶ）が大量に存在する。従って、その冷熱と温熱を潜熱蓄熱材に潜熱として蓄え、季節を越えて保存し、冷房と暖房またはそれらの補助に利用すれば、冷房を冬の冷熱で行い、暖房の補助を夏の温熱で行うことができ、冷暖房費を大幅に削減できる。夏の温熱と冬の冷熱により空調を行う装置を季節間空調装置と呼ぶ。季節間空調装置に利用できる技術、例えば蓄熱槽に充填された熱媒体の流れを均一にする技術（特許文献１）、蓄熱装置の潜熱の蓄熱量を検出する技術（特許文献２）、季節間空調装置の構成（特許文献３、４、５）、酢酸を主要成分とした蓄熱材を使った空調装置（特許文献６）等が公開されている。

特許文献１は、蓄熱槽本体内部の天板側と底板側に熱媒分配管をそれぞれ配設し、熱媒分配管に熱媒入出流出入口を設けている。これにより蓄熱槽を簡素な構造にでき、また、蓄熱体と熱媒とが温度成層流によって均等に熱交換されるため、蓄熱効率を向上させることができ、更に、熱媒分配管からの均一な分配流により、蓄熱に寄与しない無駄なスペースを排除できるとしている。特許文献２では、蓄熱槽に連通する膨張タンクに液面レベルセンサを設け、蓄熱材の相変化による容積変動に伴う液面レベルの変動を検出して蓄熱量を検出している。特許文献３では、冬季に冷熱を蓄熱体に蓄え、夏まで保存し、夏その冷熱で建物を冷房することにより冷房に使用するエネルギーを大幅に削減している。特許文献４では、融解温度が地中温度より高く、凝固温度が地中温度より低い潜熱蓄熱材を地中温度の環境に設置することにより、長期間の潜熱の保存をしている。そしてその潜熱蓄熱材と外気及び建物の中の空気の熱交換を制御することにより、冬、冷熱を蓄えて夏まで保存し、夏その冷熱で冷房でき、また夏の温熱を冬まで保存し、冬その温熱で換気による熱損失を削減し暖房費を削減できるとしている。特許文献５では、換気による熱損失を下げるために外気を蓄熱装置内に備えられた熱交換器に通し、潜熱蓄熱材と熱交換し、冬暖め、夏冷やして建物の中に取り入れている。特許文献６では、夜間、ヒートポンプで酢酸を主要成分とした蓄熱材を凝固させ、日中その融解熱により住宅を冷房している。

特開平８―３０３９７６号公報特開平９―１４５１０７号公報特開平１１―２１１１５９号公報特開２００７−３２９１３号公報特許第４０５２３５１特開２００１―１０７０３５号公報

蓄熱装置の利用可能な蓄熱量は潜熱蓄熱材の量と潜熱蓄熱材が有効に利用される割合と潜熱容量から算出され、潜熱蓄熱材の量は蓄熱体と蓄熱槽の形状と、蓄熱体を蓄熱槽に充填する構造により決まる。特許文献１は、蓄熱に寄与しない無駄なスペースを排除できる（有効に利用する割合を大きくできる）としているが潜熱蓄熱材の量を最大にする蓄熱体の充填構造に関しての記載はない。

季節間空調装置では、例えば現在蓄えられている冷熱量は冷房の制御のための重要な情報であるので蓄熱量を知ることは有用である。特許文献２は、蓄熱量を検出するために液面レベルセンサが必要で、且つ液面を検出するために蓄熱槽を大気開放型にする必要があり、システム構成が複雑で且つ高価である。

季節間空調装置では、例えば冬季に冷熱を蓄え夏季にその冷熱で冷房し、ヒートポンプを使わないので冷房に使用するエネルギーを大幅に削減できる。特許文献３は、季節間空調装置に必要な構成を記載しているが、季節間空調装置が消費するエネルギー（冷熱を蓄えるために使用するエネルギーと冷熱を冷房として使うときのエネルギー）に関する記載がなく、従来のヒートポンプを使う技術より熱効率が良いかどうか分からない。更に、蓄えた熱量から冷熱を数ヶ月保存する期間に放熱する熱量に関する記載がない。放熱量が大きければ利用できる熱量が少なくなり、冷房に利用できる単位熱量あたりの季節間空調装置が消費するエネルギーが大きくなる。

特許文献４は、融解温度が地中温度より高く、凝固温度が地中温度より低い潜熱蓄熱材を使うので純粋な酢酸のように融解温度と凝固温度が同じ温度（１６．７度）の潜熱蓄熱材は使用できない。更に、地中温度の測定は困難であり、気象の変化等によりその温度は変わるので好適な潜熱蓄熱材を探すまたは開発するのが困難である。更に、不凍液を熱媒体とした空調装置（図６）では蓄熱装置の中の熱交換器が熱媒体と潜熱蓄熱材の熱交換をする構造であるので熱効率が悪く、且つ蓄熱装置を最適な構造（例えば温度成層を形成する構造）にできない。

特許文献５は、外気が蓄熱装置内の同じ熱交換器を通るため換気による熱損失をあまり減少できない。例えば特許文献５の図６の空調装置において、冬の中ごろ、潜熱蓄熱材の下半分が凝固したとすると熱交換器２０Ｂを通る外気は殆ど暖められずに室内に入るので換気による熱損失が大きい（外気は液相の潜熱蓄熱材を凝固して、その凝固熱で暖められるがすでに固相であるので暖められない）。更に、外気は熱交換器を通って建物に入るため、大きな建物では換気のダクトが長くなり、高価になる。

特許文献６は、ヒートポンプを使用した蓄熱式の冷房装置であり、冷房装置のＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、エネルギー消費効率または成績係数）は比較的小さい。特許文献６にはＣＯＰの記述はないが、例えば、三菱重工業株式会社のＩＳＵＰ５６０２ＨＬＸは冷房能力が３５．５ＫWであり、ＣＯＰ（日量蓄熱利用冷房効率）は３．４７である。更に、冷媒が固定した流路を流れるので潜熱蓄熱材の有効に利用する割合を大きくするためには多数の流路を設ける必要があり困難である。

ヒートポンプを使用した非蓄熱式の殆どの冷房装置のＣＯＰは６以下である。例えば、東芝キャリア株式会社のＲＡＳ−２２１ＢＤＲとＲＡＳ−７１２ＢＤＲはそれぞれ冷房能力が２．２ＫWと７．１ＫWであり、ＣＯＰは５．２４と２．４５である。また、従来のヒートポンプを使わず、排出空気と導入空気の間で顕熱および潜熱の熱交換を行う換気の技術は換気の熱損失を削減するが夏、導入空気の温度は排出空気の温度（約室内温度）以上であり、室内を冷やさない。また従来の地熱を利用した換気の技術は、夏、導入空気を地中で熱交換をするので室内を冷やすことができるが、その設置及びメンテナンス費用が高価である。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、季節間空調装置に好適な、大容量の熱を蓄える蓄熱装置と、容易に蓄熱量を検出できる蓄熱システムと、潜熱蓄熱材の利用可能な条件を緩和し、冷房能力が大きく且つ冷房のＣＯＰが極めて大きい空調装置を提供することにあり、更に、冬季に換気による熱損失が小さく、夏季に換気により室内を冷やす空調装置を提供することである。

請求項１に記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、
蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、直径Ｄの球形の複数の蓄熱体を備えた蓄熱装置であって、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、
前記蓄熱体は潜熱蓄熱材を含み、
前記蓄熱槽の外部の第一流路に接続され、前記蓄熱槽の上部付近に配置された複数の第一分散流路と、
前記蓄熱槽の外部の第二流路に接続され、前記蓄熱槽の底部付近に配置された複数の第二分散流路を有し、
前記第一分散流路と前記第二分散流路は前記熱媒体が流出入する複数の分散口を有し、
前記複数の第二分散流路は互いに平行に設置され、
隣接した前記第二分散流路の中心から中心までの距離は、Ｎを正の整数として、略０．８６６ＤＮであることを特徴とする。

このような構成であれば、Nが２以上の場合は、第二分散流路から０．８６６Ｄの距離に第二分散流路と同じサイズのガイドを配置することにより、隣接する第二分散流路またはガイドの中心から中心までの距離を０．８６６Ｄにできる。第二分散流路またはガイドの間に蓄熱体を配置すれば、蓄熱体を最密充填構造に配置できる。その場合、蓄熱体は均一に配置され、また第二分散流路の複数の分散口から熱媒体が流出入するので蓄熱槽内で熱媒体を略均一に流すことができる。従って、蓄熱槽内に温度成層ができ、略全ての蓄熱体の潜熱を有効に利用できる。

請求項２に記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、
円筒形の蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、直径Ｄの球形の複数の蓄熱体を備えた蓄熱装置であって、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、
前記蓄熱体は潜熱蓄熱材を含み、
前記蓄熱槽の内径のサイズは、Ｍを正の奇数として、略ＤＭであり、
前記複数の蓄熱体は前記蓄熱槽内に最密充填構造で配置されていることを特徴とする。

このような構成であれば、円筒形の蓄熱槽の中に最密充填構造で球形の蓄熱体を配置した場合に、蓄熱槽と最密充填構造で配置された蓄熱体との間の空間が少なくなるので大容量で且つ単位体積あたり最大の蓄熱容量を得られる。更に、蓄熱槽内で熱媒体を略均一に流すことができるので略全ての蓄熱体の潜熱を有効に利用できる。蓄熱槽と最密充填構造で配置された蓄熱体との間には無駄な空間ができるがそこにはその蓄熱体より小さい蓄熱体を充填することにより、熱媒体の流れをより均一にできる。

請求項３に記載の本発明によれば、本発明の蓄熱システムは、
液体の熱媒体を介して熱を蓄える蓄熱装置と、情報を処理するまたは前記熱媒体の流量を制御する制御演算装置を備えた蓄熱システムであって、
前記蓄熱装置は、蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に略均一に配置され、潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱体と、前記蓄熱槽の外部の第一流路に接続された第一分散流路と、前記蓄熱槽の外部の第二流路に接続された第二分散流路と、複数の温度検出器を備え、
前記蓄熱槽は前記熱媒体で充填され、
前記第一分散流路と前記第二分散流路はそれぞれ前記蓄熱槽の上部と底部付近に配置され、前記熱媒体を前記蓄熱槽内に略均一に流す構造を有し、
前記複数の温度検出器は前記蓄熱槽の垂直方向に異なる所定の位置に配置され、
前記制御演算装置は、前記温度検出器により検出された温度に基づいて、貯蔵可能な冷熱量または利用可能な冷熱量または貯蔵可能な温熱量または利用可能な温熱量の近似値を算出する、または前記第一流路と前記第二流路に流れる熱媒体の流量を制御することを特徴とする。

このような構成であれば、熱媒体に温度成層が形成されるので垂直方向に異なる位置の温度を測定し、その温度分布から潜熱蓄熱材が殆ど全て固相の領域と殆ど全て液相の領域と固相と液相が共存している領域が分かる。更に、その温度分布から貯蔵可能な冷熱量または利用可能な冷熱量または貯蔵可能な温熱量または利用可能な温熱量の近似値を算出できる。それによりユーザは的確に対応できる。更に、例えば冷熱を蓄えている時に蓄熱槽の最上部の熱媒体の温度が外気温度より低い時に第一流路と第二流路に流れる熱媒体の流量を停止させ、無駄なエネルギーを消費させないようにできる。

請求項４に記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、
少なくとも一つの蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱体を有する蓄熱装置を備え、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、更に第一流出入口と第二流出入口を有し、
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う外気熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記外気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記蓄熱槽に戻す外気循環手段と、空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う建物熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記建物熱交換器経由で前記第一流出入口から前記蓄熱槽に戻す建物循環手段と、建物の中の空気を前記建物熱交換器経由で前記建物の中に戻す空気循環手段と、外気の温度を検出する外気温度検出器と、前記建物の中の空気の温度を検出する室内温度検出器と、制御部を備え、
前記制御部は前記外気温度検出器で検出された外気温度と前記室内温度検出器で検出された室内温度に基づいて、前記外気熱交換器と前記建物熱交換器に流す熱媒体の流量と、前記建物熱交換器に流す空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より６度以上高く、且つ冷房の制御のための設定温度より４．５度以上低いという特性であることを特徴とする。

このような構成であれば、冷熱を１月に蓄える時に、蓄熱装置で凝固温度付近まで温められた熱媒体が外気と外気熱交換器で熱交換する時に温度差が大きいので熱効率良く冷熱を蓄えることができる。また冷房する時に蓄熱装置で融解温度付近まで冷やされた熱媒体が建物の中の空気と建物熱交換器で熱交換する時に温度差が大きいので熱効率良く冷房できる。但し、建物の中の空気の温度は略冷房の制御のための設定温度（冷房時に室内の温度を制御するために設定する温度であり、以下冷房設定温度と呼ぶ）であるとした。従って、本発明の空調装置は大きいＣＯＰを得ることができる。但し、冷熱の長期保存のため蓄熱装置は適切な場所に設置され、蓄熱槽は適切に断熱されているとする。更に、使用できる潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度の範囲は広く、特許文献４のような融解温度と凝固温度に関する条件もないので、主要成分を酢酸とした潜熱蓄熱材を使用できる。その場合、潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度は１６．７度またはそれより少し低い温度であり、大きいＣＯＰを得ることができる。

請求項５に記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、
少なくとも一つの蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱体を有する蓄熱装置を備え、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、更に第一流出入口と第二流出入口を有し、
空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う換気熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記蓄熱槽に戻す冬季循環手段と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第一流出入口から前記蓄熱槽に戻す夏季循環手段と、外気を前記換気熱交換器経由で建物の中に入れる熱交換手段と、外気を前記建物の中に直接入れる直通手段と、外気の温度を検出するが外気温度検出器と、制御部を備え、
前記制御部は前記外気温度検出器で検出された外気温度に基づいて前記換気熱交換器に流す熱媒体と空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より高く、且つ冷房の制御のための設定温度より低いという特性であることを特徴とする。

このような構成であれば、冬季に、換気のために建物の中に取り入れる外気の冷熱を蓄熱装置に蓄えると共に外気を１月の平均気温より高い潜熱蓄熱材の凝固温度付近まで温めて室内に入れることができるので換気による熱損失を削減でき、暖房費を削減できる。夏季に、換気のために建物の中に取り入れる外気の温熱を蓄熱装置に蓄えると共に外気を冷房設定温度より低い潜熱蓄熱材の融解温度付近まで冷やして室内に入れることができるので換気により室内を冷やすことができる。例えば、潜熱蓄熱材として主要成分が酢酸であるものを使うことができる。その場合、潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度は１６．７度またはそれより少し低い温度であるので冬季に、外気を１６．７度付近まで温めて室内に入れることができ、夏季に、外気を１６．７度付近まで冷やして室内に入れることができる。また過冷却を防止する方法と融解温度と凝固温度を下げる方法がある（特許文献６参照）ので酢酸は本発明の空調装置に好適な蓄熱材である。そして従来の地熱を利用した換気装置に使われているような地中に設置された熱交換器が無いので設置及びメンテナンス費用が安価である。

請求項６に記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う外気熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記外気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記蓄熱槽に戻す外気循環手段と、空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う建物熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記建物熱交換器経由で前記第一流出入口から前記蓄熱槽に戻す建物循環手段と、前記建物の中の空気を前記建物熱交換器経由で前記建物の中に戻す空気循環手段と、前記建物の中の空気の温度を検出する室内温度検出器を更に備え、
前記制御部は前記外気温度と前記室内温度検出器で検出された室内温度に基づいて、前記外気熱交換器と前記建物熱交換器に流す熱媒体の流量と、前記建物熱交換器に流す空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より６度以上高く、且つ冷房の制御のための設定温度より４．５度以上低いという特性であることを特徴とする請求項５に記載の空調装置である。

このような構成であれば、換気による熱損失を削減できると共に、冬季に冷熱を蓄え、夏季にその冷熱で建物を冷房できる。更に、冬季に換気により蓄えた冷熱の熱量が夏季に換気により蓄える温熱の熱量より多い場合、その差の熱量を夏季に冷房に使用することにより、冷房の熱効率は更に向上する。

請求項７に記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、
少なくとも一つの第一蓄熱槽と、前記第一蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する第一潜熱蓄熱材を含む複数の第一蓄熱体を有する第一蓄熱装置及び、
少なくとも一つの第二蓄熱槽と、前記第二蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する第二潜熱蓄熱材を含む複数の第二蓄熱体を有する第二蓄熱装置を備え、
前記第一蓄熱槽と前記第二蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、
前記第一蓄熱槽は第一流出入口と第三流出入口を有し、
前記第二蓄熱槽は第四流出入口と第二流出入口を有し、
前記第三流出入口は前記第四流出入口に接続され、
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う換気熱交換器と、前記第一蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記第二蓄熱槽に流入させる冬季循環手段と、前記第二蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第一流出入口から前記第一蓄熱槽に流入させる夏季循環手段と、外気を前記換気熱交換器経由で建物の中に入れる熱交換手段と、外気を前記建物の中に直接入れる直通手段と、外気の温度を検出するが外気温度検出器と、制御部を備え、
前記制御部は前記外気温度検出器で検出された外気温度に基づいて前記換気熱交換器に流す熱媒体と空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記第二潜熱蓄熱材の凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より高く、前記第一潜熱蓄熱材の融解温度が前記建物付近の７月の平均気温より低く、前記第一潜熱蓄熱材の凝固温度は前記第二潜熱蓄熱材の融解温度より高いという特性であることを特徴とする。

このような構成であれば、冬季に、換気のために建物の中に取り入れる外気の冷熱を蓄熱装置に蓄えると共に外気を第一の潜熱蓄熱材の凝固温度付近まで温めて室内に入れることができるので換気による熱損失を削減でき、暖房費を削減できる。夏季に、換気のために建物の中に取り入れる外気の温熱を蓄熱装置に蓄えると共に外気を第二の潜熱蓄熱材の融解温度付近まで冷やして室内に入れることができるので換気により室内を冷やし、冷房費を削減できる。例えば、第一の潜熱蓄熱材として凝固温度が２１度の潜熱蓄熱材を使用し、第二の潜熱蓄熱材として融解温度が１４度の潜熱蓄熱材を使用すれば、冬季に換気の空気は２１度付近まで温められるので換気による熱損失は殆ど無く、夏季に換気の空気は１４度付近まで冷やされて室内に入るので室内を冷やすことができる。

請求項８に記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う外気熱交換器と、前記第一蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記外気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記第二蓄熱槽に流入させる外気循環手段と、空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う建物熱交換器と、前記第二蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記建物熱交換器経由で前記第一流出入口から前記第一蓄熱槽に流入させる建物循環手段と、前記建物の中の空気を前記建物熱交換器経由で前記建物の中に戻す空気循環手段と、前記建物の中の空気の温度を検出する室内温度検出器と、を更に備え、
前記制御部は前記外気温度と前記室内温度検出器で検出された室内温度に基づいて、前記外気熱交換器と前記建物熱交換器に流す熱媒体の流量と、前記建物熱交換器に流す空気の流量を制御することを特徴とする請求項７に記載の空調装置である。

以上述べたように、本発明の蓄熱装置は大容量で、単位体積あたり最大の蓄熱容量を得られ、略全ての蓄熱体の潜熱を有効に利用できる。また本発明の蓄熱システムは蓄熱槽の温度分布の測定により必要な熱量の近似値を算出できる。また本発明の冷房用の空調装置は、冬季に外気の冷熱を蓄える時に外気と熱媒体の温度差が大きく、夏季にその冷熱で冷房する時に室内の空気と熱媒体の温度差が大きいので極めて大きいＣＯＰを達成できる。更に使用できる潜熱蓄熱材の条件は厳しくない。更に本発明の換気用の空調装置は冬季の換気による熱損失が少なく、夏季には換気により室内を冷やすことができる。更に本発明の換気と冷房用の熱交換器を備えた空調装置は換気による熱損失を削減すると共に冬季に蓄えた冷熱により夏季にその冷熱で冷房できる。更に本発明の２種類の潜熱蓄熱材を使用した空調装置は冬季に外気を暖める凝固温度と夏季に外気と室内の空気を冷やす融解温度を独立に選定できるので冬季の換気による熱損失が更に小さくでき、且つ夏季の冷房能力を更に高くできる。更に潜熱蓄熱材の主成分として酢酸を使うことにより、熱効率が高く、蓄熱量が大きく、安価な空調装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を次の項目に沿って詳細に説明する。
（Ａ）蓄熱装置
（Ｂ）蓄熱システム
（Ｃ）冷房専用の空調装置
（Ｄ）換気と冷房用の空調装置
（Ｅ）２種類の潜熱蓄熱材を使用した空調装置

（Ａ）蓄熱装置
図１に本発明の蓄熱装置に係わる第１実施形態を示す。図１（Ａ）は概観図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａの断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）のＢ−Ｂの断面図であり、図１（Ｄ）は第一分散流路１６を示し、図１（Ｅ）は第二分散流路１５を示す。図１（Ａ）に示すように蓄熱装置１０の外観は円筒形の蓄熱槽１１に第一流路１３と第二流路１２が接続されたものであり、蓄熱槽１１は放熱を減少させるために不図示の断熱材で覆われている。蓄熱槽１１はその中に液体の熱媒体１４が充填されているので強度が高く製造が容易である円筒型の構造としている。第一流路１３と第二流路１２は蓄熱槽１１の外部に設置された熱交換器等の外部機器との間で熱媒体１４を循環させるための流路である。蓄熱槽１１の上部には第一分散流路１６が、底部には第二分散流路１５が設置されている。蓄熱槽１１は多数の球形の蓄熱体２０と液体の熱媒体１４が充填されている。蓄熱体２０は球形のカプセル２１の中に潜熱蓄熱材２２が封入された構造である。図１（Ｂ）と（Ｃ）に示すように蓄熱体２０は最密充填構造に配置されるのが好ましい。蓄熱槽１１の材料は強度のある金属等が好ましく、熱媒体１４は使用される環境の温度範囲で液体を保つ不凍液等が好ましい。カプセル２１は潜熱蓄熱材２２と化学反応しないプラスチック等が好ましい。熱媒体１４は熱容量を大きくするために潜熱蓄熱材を含んだマイクロカプセル等を含んでいても良い。

図１（Ｄ）と（Ｅ）に示すように第二分散流路１５は多数の分散口１７を有すると共に第二流路１２に接続され、第一分散流路１６は多数の分散口１８を有すると共に第一流路１３に接続されている。熱媒体１４が第二流路１２から蓄熱槽１１に流入し第一流路１３から流出する場合、熱媒体１４は第二分散流路１５の多数の分散口１７から蓄熱槽１１の多数の場所に分散して流出し、蓄熱体２０の間を縫って上昇し、多数の分散口１８から第一分散流路１６に流入し、第一流路１３から流出する。従って、蓄熱槽１１の水平面の多数の蓄熱体２０を含む単位面積あたりの熱媒体１４の流量は略均一である。垂直方向の熱媒体１４の流量をより均一にするために分散口１７は水平方向に熱媒体１４を流出するように配置するのが好ましい。更に第二分散流路１５内の圧力は熱媒体１４が流れているため場所により異なるので各分散口１７から流出する熱媒体１４の単位面積あたりの流量が略等しくなるように各分散口１７の間隔またはサイズを設定するのが好ましい。

円筒型の蓄熱槽１１には球形の蓄熱体２０を最密充填構造に配置することができる。図１（Ｃ）はその一例であり、蓄熱槽１１の内径は直径上に７個の蓄熱体２０を配置するサイズである。一般的には蓄熱槽１１の内径を蓄熱体２０の奇数倍にすれば、最密充填構造に配置された蓄熱体２０と蓄熱槽１１との間にできる無駄な空間を最小限にでき、蓄熱槽１１の中に蓄熱体２０を最高の密度で配置できる。最密充填構造には立方最密充填構造と六方最密充填構造があるがどちらでも良い。蓄熱槽１１の内径のサイズは蓄熱体２０の製造のバラツキを考慮して決めるのが好ましい。

次に図１（Ｅ）を参照して第二分散流路１５とガイド１９の配置を具体的に説明する。図１（Ｅ）では第二分散流路１５とガイド１９が交互に配置されているが他の配置形態でも良いし、全て第二分散流路１５でも良い。蓄熱槽１１の直径上に奇数個の蓄熱体２０を並ばせた最密充填構造において、直径上の蓄熱体２０の列とそれに隣接した蓄熱体２０の列の距離は蓄熱体２０の直径の３の平方根倍であるので、蓄熱槽１１の中心Ｃから略０．４３３Ｄの位置に互いに平行に第二分散流路１５またはガイド１９を配置する。図１（Ｅ）の例では第二分散流路１５Ａとガイド１９Ａがそれらに相当する。他の第二分散流路１５とガイド１９を既に配置された第二分散流路１５またはガイド１９に平行に略０．８６６Ｄの中心から中心までの距離を有して配置する。従って、隣接した第二分散流路１５またはガイド１９の中心から中心までの距離は略０．８６６Ｄである。そして隣接した第二分散流路１５またはガイド１９の間に蓄熱体２０を配置すれば図１（Ｃ）で示したような一段目の最密充填構造に配置される。２段目は一段目の蓄熱体２０の間に配置することにより構築できる。最密充填構造には立方最密充填構造と六方最密充填構造があるがどちらでも良い。

図１（Ｂ）と（Ｃ）から分かるように蓄熱槽１１と最密充填構造に配置された蓄熱体２０との間には大きな空間ができる。その空間に熱媒体１４が多く流れるため蓄熱槽１１内の熱媒体１４の流れが不均一になる。本発明の蓄熱装置に係わる第２実施形態を図２に示す。蓄熱装置１０Ａは熱媒体１４の流れをより均一にするためにその空間に部材２３を配置している。また部材２３としては、蓄熱の熱容量を増加させるために、蓄熱体２０より直径が小さいカプセル２４の中に潜熱蓄熱材２２が封入された蓄熱体が好ましい。部材２３は球形でなくても良いし潜熱蓄熱材を使わなくても良い。

蓄熱槽１１内に多数の蓄熱体２０が最密充填構造で均一に配置され、第二分散流路１５と第一分散流路１６により熱媒体１４が均一に流れると温度成層が形成される。そして熱媒体１４と蓄熱体２０との熱交換量は、蓄熱の初期と最後（蓄熱体２０が略全て液相または固相）の時以外は、略一定であり、蓄熱した熱量を最大限有効利用できる。

［効果］
本発明の蓄熱装置１０は蓄熱槽１１が円筒形なので大型の蓄熱槽１１を容易に構築でき、第二分散流路１５とガイド１９の間隔が略０．８６６Ｄであり、蓄熱槽１１の内径がＤの奇数倍であるので、直径Ｄの球形の蓄熱体２０を容易に最密充填構造に配置できる。更に、第一分散流路１６と第二分散流路１５の複数の分散口１８と１７から熱媒体１４が流出入するので蓄熱槽１１内で熱媒体１４を略均一に流すことができる。つまり、潜熱蓄熱材の充填率が大きく、蓄熱した熱量の有効利用率が大きい大容量の蓄熱装置を構築できる。

（Ｂ）蓄熱システム
図３（Ａ）に本発明の蓄熱装置に係わる第３実施形態を示す。第３実施形態は温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２を備えた蓄熱装置１０Ｂである。図３（Ａ）は蓄熱装置１０Ｂの断面図の一部を示す。蓄熱体２０は蓄熱槽１１内に略均一に配置され、熱媒体１４は蓄熱体２０の間を上向き、または下向きに略均一流れているとすると熱媒体１４の温度は水平面で略均一になり、垂直方向の熱媒体１４の温度は蓄熱体２０との熱伝達により変わるので温度成層が形成される。温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２は垂直方向に異なる所定の位置に配置されているので蓄熱槽１１内の温度分布を測定できる。蓄熱槽１１と最密充填構造に配置された蓄熱体２０との間の空間は、最密充填構造の配置された蓄熱体２０の中の空間と異なる。従って、水平面の熱媒体１４の温度が蓄熱槽１１付近で異なるので温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２は蓄熱槽１１から離れた位置に設置するのが好ましい。蓄熱槽１１と蓄熱体２０との空間には図２で説明したように部材２３を配置するのが好ましい。

本発明の蓄熱システムの第一実施形態は蓄熱装置１０Ｂと不図示の制御演算装置で構成されている。制御演算装置はＣＰＵ、ＲＡＭ、不揮発性記憶デバイス等で構成された情報処理装置を含み、温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２から検出した温度を取得できるように構成されている。制御演算装置は温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度を取得し、その温度に基づいて所定の熱量を算出する。所定の熱量の例として貯蔵可能な冷熱量、利用可能な冷熱量、貯蔵可能な温熱量、利用可能な温熱量がある。更に、制御演算装置は温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度に基づいて熱媒体１４の流量を制御する。次のそれらの説明をする。

［貯蔵可能な冷熱量］
初期状態において蓄熱槽１１内の全ての蓄熱体２０は全て液相であって、第二流路１２から蓄熱槽１１内に流入する熱媒体１４の温度が一定の温度Ｔ１（Ｔ１は蓄熱体２０に封入された潜熱蓄熱材２２の凝固温度Ｔｓより低い）に保たれ、冷熱を蓄えるために一定の期間熱媒体１４を流した後に温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度をグラフにして図３（Ｂ）が得られたとする。ここで温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２の蓄熱槽１１の底からの高さをＨ１〜Ｈ１２とした。蓄熱体２０の凝固温度Ｔｓと温度Ｔ１との平均温度Ｔ２を算出し、平均温度Ｔ２に対応する高さＨａを算出する。そして蓄熱槽１１内の高さＨａより上の蓄熱体２０の体積を算出する。その体積は略蓄熱槽１１内の全ての液相の潜熱蓄熱材の体積に等しいと仮定し、その体積と潜熱蓄熱材の凝固熱から蓄熱槽１１内の液相の潜熱蓄熱材を全て凝固させる熱量、つまり貯蔵可能な冷熱量を算出することができる。

［利用可能な冷熱量］
初期状態において蓄熱槽１１内の全ての蓄熱体２０は全て固相であって、第一流路１３から蓄熱槽１１内に流入する熱媒体１４の温度が一定の温度Ｔ４（Ｔ４は蓄熱体２０に封入された潜熱蓄熱材２２の融解温度Ｔｍより高い）に保たれ、冷房するために一定の期間熱媒体１４を流した後に温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度をグラフにして図３（Ｃ）が得られたとする。また蓄熱槽１１から流出する熱媒体１４の温度が融解温度Ｔｍより高い許容温度Ｔ３まで冷房が可能とする。許容温度Ｔ３に対応する高さＨｂを算出する。そして蓄熱槽１１内の高さＨｂより下の蓄熱体２０の体積を算出する。その体積と潜熱蓄熱材の融解熱（凝固熱と等しい）から蓄熱槽１１内の固相の潜熱蓄熱材を全て融解させる熱量、つまり利用可能な冷熱量を算出できる。これは温度分布が次第に下降し高さＨｂが蓄熱槽１１の底の位置になるまで冷房が可能であるからである。ただし、許容温度Ｔ３は融解温度Ｔｍ付近であるとした。

［貯蔵可能な温熱量］
初期状態において蓄熱槽１１内の全ての蓄熱体２０は全て固相であって、第一流路１３から蓄熱槽１１内に流入する熱媒体１４の温度が一定の温度Ｔ６（Ｔ６は融解温度Ｔｍより高い）に保たれ、温熱を蓄えるために一定の期間熱媒体１４を流した後に温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度をグラフにして図３（Ｄ）が得られたとする。蓄熱体２０の融解温度Ｔｍと温度Ｔ６との平均温度Ｔ５を算出し、平均温度Ｔ５に対応する高さＨｃを算出する。そして蓄熱槽１１内の高さＨｃより下の蓄熱体２０の体積を算出する。その体積は略蓄熱槽１１内の全ての液相の潜熱蓄熱材の体積に等しいと仮定しその体積と潜熱蓄熱材の凝固熱から蓄熱槽１１内の固相の潜熱蓄熱材を全て融解させる熱量、つまり貯蔵可能な温熱量を算出することができる。

［利用可能な温熱量］
初期状態において蓄熱槽１１内の全ての蓄熱体２０は全て液相であって、第二流路１２から蓄熱槽１１内に流入する熱媒体１４の温度が一定の温度Ｔ７（Ｔ７は凝固温度Ｔｓより低い）に保たれ、暖房するために一定の期間熱媒体１４を流した後に温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度をグラフにして図３（Ｅ）が得られたとする。また蓄熱槽１１から流出する熱媒体１４の温度が凝固温度Ｔｓより低い許容温度Ｔ８まで暖房が可能とする。許容温度Ｔ８に対応する高さＨｄを算出する。そして蓄熱槽１１内の高さＨｄより上の蓄熱体２０の体積を算出する。その体積と潜熱蓄熱材の凝固熱から蓄熱槽１１内の液相の潜熱蓄熱材を全て凝固させる熱量、つまり利用可能な温熱量を算出できる。これは温度分布が次第に上昇し高さＨｄが蓄熱槽１１の最上部の位置になるまで暖房が可能であるからである。ただし、許容温度Ｔ８は凝固温度Ｔｍ付近であるとした。

蓄熱槽１１の熱媒体１４の温度分布から潜熱蓄熱材の状態を仮定し、それから上記のように種々の熱量を算出するのは、誤差が大きい場合がある。誤差の原因の一つは潜熱蓄熱材の熱伝導率が比較的小さく、熱媒体１４から潜熱蓄熱材の液相と固相の境界まで熱が伝達するために時間がかかるので、熱媒体１４が蓄熱槽１１内を垂直に流れる速度が大きいほど、また蓄熱体２０が大きいほど誤差は大きくなる。蓄熱槽１１の熱媒体１４の流れが停止している時、その誤差は小さくなり、停止の時間が長いほど誤差は小さくなるので、例えば朝冷房を開始する直前に温度分布を検出し、利用可能な冷熱量を算出するのが好ましい。従って、算出した熱量は近似値であり、その誤差を認識して利用するのが好ましい。また、温度分布と熱媒体１４の流量と温度と貯蔵可能な冷熱量と利用可能な冷熱量と貯蔵可能な温熱量と利用可能な温熱量の履歴を記録し分析することにより、より正確な熱量の算出が可能である。

［制御］
次に、制御演算装置が温度検出器Ｓ１〜Ｓ１２が検出した温度に基づいて第二流路１２と第一流路１３に流れる熱媒体の流量を制御する実施例を説明する。例えば、冷熱を蓄熱している時に（図３（Ｂ）参照）温度検出器Ｓ１２が検出した温度が凝固温度Ｔｓより所定の温度（例えば５度）以上下がった時に略全ての潜熱蓄熱材が固相になったとして熱媒体の流れを停止する。また、建物を冷房している時に（図３（Ｃ）参照）温度検出器Ｓ１が検出した温度が許容温度Ｔ３より上がった時に冷房を続けるのは熱効率が悪いので熱媒体の流れを停止する。つまり、蓄熱槽１１内の全体の温度分布を検出しなくても特定の位置の温度検出器が検出した温度により特定の制御をすることができる。

季節間空調装置では、例えば冬季に冷熱を蓄え夏季にその冷熱で冷房するので大量の熱を蓄える必要があり、大容量の蓄熱装置の体積は大きい。ビルの地下のように高さ制限のある場所に大容量の蓄熱装置を設置する場合は図４（Ａ）に示すように複数の蓄熱装置を直列に接続するのが好ましい。蓄熱装置１０Ｃと１０Ｄと１０Ｅは水平に配置されているが、熱的には、熱媒体１４の温度は水平面で略均一になり温度成層が形成されるので、垂直に配置されているものと殆ど等しく、例えば、冷房時の蓄熱槽内の熱媒体の温度は図４（Ｂ）のようになる。つまり、熱的に、蓄熱装置１０Ｃと１０Ｄと１０Ｅは垂直に積層された一つの蓄熱装置と見做すことができ、図４（Ｃ）のように一つの等価な蓄熱装置１０Ｖで表すことができる。蓄熱装置１０Ｖの蓄熱槽１１Ｖは蓄熱槽１１Ｃと１１Ｄと１１Ｅを垂直に積層した形状に略等しい。蓄熱槽１１Ｖ内に蓄熱槽１１Ｃと１１Ｄと１１Ｅ内に含まれた全ての蓄熱体２０を含む。ここで蓄熱装置１０Ｃと１０Ｄと１０Ｅは蓄熱装置１０の第一分散流路１６と第二分散流路１５のような熱媒体を蓄熱槽内に均一に流す機構を有しているとした。

［効果］
本発明の蓄熱システムは温度成層が形成された蓄熱槽内の熱媒体の温度分布から必要な熱量の近似値を算出するので蓄熱槽内の熱媒体の液面レベルを検出する高価な装置は不要である。更に、特定の温度検出器からの温度により熱媒体の流れを制御するので、蓄熱量の算出をせずに簡単に熱媒体の流量の制御をすることも可能である。また、本発明の蓄熱装置は高さ制限等がある場所には蓄熱装置を複数に分割し直列に接続できるので設置場所の制限が少ない。

（Ｃ）冷房専用の空調装置
図５に本発明の空調装置に係わる第１実施形態の模式図を示す。空調装置３０は冬季に外気の冷熱を蓄熱装置３１に潜熱として蓄え、夏季までその冷熱を保存し、夏季に建物空間６１を蓄えた冷熱で冷房する季節間空調装置である。空調装置３０を、構成、冷熱の蓄熱、冷房、ＣＯＰの算出、潜熱蓄熱材の選択条件、冷熱の長期保存、ＣＯＰを増減させる要素、効果の順に説明する。

［構成］
空調装置３０は蓄熱装置３１と冷熱収集部３８と冷房部３９と制御部５０を備えている。冷熱収集部３８は外気空間６２の外気と熱媒体３３との間で熱交換を行う外気熱交換器４３と、蓄熱槽３２の中の熱媒体３３を外気熱交換器４３経由で循環させるための外気循環流路４１と、外気循環流路４１に配置された開閉器４４とポンプ４５と、通路５７に配置され、外気を外気熱交換器４３に送るファン５５を備えている。冷房部３９は建物６３の中の建物空間６１の空気と熱媒体３３との間で熱交換を行う建物熱交換器４６と、蓄熱槽３２の中の熱媒体３３を建物熱交換器４６経由で循環させるための建物循環流路４２と、建物循環流路４２に配置された開閉器４７とポンプ４８と、通路５８に配置され、建物空間６１の空気を建物熱交換器４６に送るファン５６を備えている。制御部５０は外気の温度を検出する外気温度検出器５１と建物空間６１の空気の温度を検出する室内温度検出器５２と蓄熱槽３２の上部と底部の熱媒体３３の温度を検出する熱媒体温度検出器５３と５４からの情報に基いてポンプ４５と４８とファン５５と５６と開閉器４４と４７を制御する。蓄熱装置３１は蓄熱槽３２とその中に配置された蓄熱体３４と蓄熱槽３２に充填された熱媒体３３を有する。そして蓄熱体３４は潜熱蓄熱材がカプセルに封入された構造である。更に、蓄熱装置３１は蓄熱槽３２の上部と底部にそれぞれ第一流出入口３５と第二流出入口３６があり、外気循環流路４１と建物循環流路４２に接続され、地階の空間６０に設置されている。

本発明に係わる外気循環手段は外気循環流路４１と開いた状態の開閉器４４とポンプ４５で構成され、蓄熱槽３２の熱媒体３３を第一流出入口３５から流出させ外気熱交換器４３経由で第二流出入口３６から蓄熱槽３２に戻す手段である。また建物循環手段は建物循環流路４２と開いた状態の開閉器４７とポンプ４８で構成され、蓄熱槽３２の熱媒体３３を第二流出入口３６から流出させ建物熱交換器４６経由で第一流出入口３５から蓄熱槽３２に戻す手段である。また空気循環手段は通路５８とファン５６で構成され、建物空間６１の空気を建物熱交換器４６経由で建物空間６１に戻す手段である。冷熱収集部３８は複数配置されても良いし、冷房部３９も複数配置されても良い。本発明の空調装置は大容量の熱を使うので蓄熱装置３１は蓄熱装置１０または１０Ａと同様な構造を有するのが好ましい。一つの蓄熱装置では熱容量が不足の場合、または、高さ制限があり高い蓄熱槽を構築できない場合は、直列に接続した複数の蓄熱装置を使うのが好ましい。

［冷熱の蓄熱］
蓄熱体３４に封入されている潜熱蓄熱材としてその融解温度と凝固温度が冬季の冷熱を蓄える時の外気温度より高く、冷房設定温度より低い特性を有する潜熱蓄熱材を使うとする。制御部５０は外気温度検出器５１で検出した温度が凝固温度より低い時に開閉器４４を開きポンプ４５とファン５５を運転する。蓄熱槽３２の上部の熱媒体３３は第一流出入口３５から流出し、外気循環流路４１を通り、外気熱交換器４３で外気と熱交換し、外気温度付近まで冷やされて第二流出入口３６から蓄熱槽３２の底部に流入し、蓄熱槽３２内を上昇し、再び第一流出入口３５から流出する。外気温度付近まで冷やされた熱媒体３３は蓄熱槽３２内を上昇する過程で液相の潜熱蓄熱材を凝固させると共に、凝固温度付近まで温められる。従って、熱媒体３３の循環により蓄熱槽３２内の液相の潜熱蓄熱材を凝固させ、冷熱を潜熱として蓄えることができる。潜熱蓄熱材が殆ど全部個相になると熱媒体３３が外気に冷やされて凝固温度以下になり、外気が第一流出入口３５付近の熱媒体３３の温度より高くなる場合がある。その場合、蓄熱された冷熱は放熱されるのでそれを避けるために、制御部５０は外気温度検出器５１で検出した外気温度が凝固温度より低く、且つ熱媒体温度検出器５３で検出した温度より所定の温度以上低い時に開閉器４４を開きポンプ４５とファン５５を運転するのが好ましい。熱媒体３３は外気熱交換器４３で外気温度付近まで冷やされると述べたが熱媒体３３の温度がどの程度外気温度に近づくかは外気熱交換器４３の性能等に依存することは言うまでも無い。以下同様な説明は省く。また熱媒体３３は蓄熱槽３２内を上昇する過程で凝固温度付近まで温められると述べたが熱媒体３３の温度がどの程度凝固温度に近づくかは蓄熱体２０の直径や熱媒体３３の上昇の速度等に依存することは言うまでも無い。以下同様な説明は省く。

［冷房］
制御部５０は室内温度検出器５２で検出した室内温度が冷房設定温度より高い時に開閉器４７を開きポンプ４８とファン５６を運転する。蓄熱槽３２の下部の熱媒体３３は第二流出入口３６から建物循環流路４２に流出し、建物熱交換器４６で建物空間６１の空気と熱交換し、建物空間６１の空気を冷やすと共に建物空間６１の空気の温度付近まで温められて第一流出入口３５から蓄熱槽３２の上部に流入し、蓄熱槽３２内を下降し、再び第二流出入口３６から流出する。建物空間６１の空気の温度付近まで温められた熱媒体３３は蓄熱槽３２内を下降する過程で固相の潜熱蓄熱材を融解させると共に融解温度付近まで冷やされる。従って、熱媒体３３の循環により建物空間６１の空気を冷やすことができる。潜熱蓄熱材が殆ど全部液相になると熱媒体３３が建物空間６１の空気に暖められて室内温度付近まで上昇する場合がある。その場合冷房の機能を果たさずエネルギーを消費するのでそれを避けるために制御部５０は室内温度が冷房設定温度より高く、且つ熱媒体温度検出器５４で検出した温度が室内温度より所定の温度以上低い時に開閉器４７を開きポンプ４８とファン５６を運転するのが好ましい。

［ＣＯＰの算出］
一般的に、冷房のＣＯＰは冷房能力を冷房時に消費した電力で除した値であり、その測定または算出の条件は室内の空気が２７度で露点が１９．５度（相対湿度約６５％）であり、冷媒（冷水）の温度は７度である。空調装置３０は冷熱を蓄え、その冷熱で冷房するので、空調装置３０のＣＯＰは冷房能力を冷房時と冷熱の蓄熱時に消費した電力の和で除した値である。空調装置３０のＣＯＰを定量的に算出するために、外気熱交換器４３と建物熱交換器４６に木村工機株式会社のファンコイルＫＣＳ３―６００を使用し、ポンプ４５と４８に荻原製作所のＰＦ７０―１００を使用した場合を説明する。但し、ファンコイルＫＣＳ３―６００はファンを含むのでファンコイルＫＣＳ３―６００は外気熱交換器４３とファン５５または建物熱交換器４６とファン５６に相当する。

上で述べたように、冷房のＣＯＰの冷媒の温度は７度で固定であるが、空調装置３０ではその冷媒の温度は建物熱交換器４６に入る熱媒体３３の温度であり、潜熱蓄熱材によりその温度は異なるので、ここでは建物熱交換器４６に入る熱媒体３３の温度を温度Ｔとし、温度Ｔを変数と考え、ＣＯＰを融解温度の関数として求める。温度Ｔは、液相の潜熱蓄熱材と固相の潜熱蓄熱材が共存している場合、冷房時には潜熱蓄熱材の融解温度より少し高い温度であり、冷熱の蓄熱時には潜熱蓄熱材の凝固温度より少し低い温度である。ここでは説明を簡略にするために潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度は等しく、且つ建物熱交換器４６に入る熱媒体３３の温度と潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度は等しく、温度Ｔであるとする。ＣＯＰの測定条件は露点が１９．５度であるので、空調装置３０の実用的な融解温度の範囲（十数度）では殆ど結露しない。従って、冷房能力としては顕熱の冷房能力を用いるのが妥当であるので、ＫＣＳ３―６００の冷房能力として４．６２ＫＷを用いる。この冷房能力を基準冷房能力Ｐ１とする。ＫＣＳ３―６００のファン（ファン５５または５６に相当）の消費電力Ｐ２は７３Ｗ（５０Ｈｚ）であり、水量は９．７リットル／分である（ＫＣＳ３―６００の仕様）。基準冷房能力Ｐ１のために使うポンプ４８の消費電力Ｐ３は３７Ｗである（ＰＦ７０―１００の仕様）。但し、熱媒体３３として不凍液を使うとし、その不凍液の比重０．９を考慮して水量１１リットル／分の電力とした。そして室内温度をＴ１（２７度）、基準冷房能力Ｐ１を出力する水温をＴ３（７度）、冷熱を蓄熱する時の外気の平均の温度をＴ２とする。ここで室内温度Ｔ１は空調装置３０の冷房設定温度に相当する。

空調装置３０の冷房能力Ｐは室内温度Ｔ１（２７度）と熱媒体３３の温度Ｔとの差に比例し、冷房能力Ｐは熱媒体３３の温度がＴ３（７度）の場合に基準冷房能力Ｐ１（４．６２ＫＷ）であるので次の式で表される。
Ｐ＝Ｐ１＊（Ｔ１−Ｔ）／（Ｔ１−Ｔ３）
冷房するときの消費電力はファン５６とポンプ４８の合計であるので（Ｐ２＋Ｐ３）である。単位熱量を蓄熱装置から室内に移動するために消費する熱量Ｑ１は、冷房するときの消費電力（Ｐ２＋Ｐ３）を冷房能力Ｐで除して得られるので、次の式で表される。
Ｑ１＝（Ｐ２＋Ｐ３）＊（Ｔ１−Ｔ３）／（Ｐ１＊（Ｔ１−Ｔ））
同様に、単位熱量を外気から蓄熱装置に移動するために消費する熱量Ｑ２は
Ｑ２＝（Ｐ２＋Ｐ３）＊（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｐ１＊（Ｔ−Ｔ２））
冷熱の保存期間中の放熱を考慮しないＣＯＰ（ＣＯＰ０）は単位熱量を、単位熱量を外気から室内に移動するために消費した熱量（Ｑ１＋Ｑ２）で除したものであるので次の式で求められる。
ＣＯＰ０＝１／（Ｑ１＋Ｑ２）
＝Ｋ＊（Ｔ１−Ｔ）＊（Ｔ―Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２）式（１）
ここで
Ｋ＝Ｐ１／（（Ｐ２＋Ｐ３）＊（Ｔ１−Ｔ３））

冷熱を蓄熱する時の外気の温度Ｔ２を１月の平均気温として式（１）をグラフにしたものを図６（Ａ）に示す。ここで東京（東京気象台）と仙台（仙台気象台）と鹿児島（鹿児島気象台）の１月の平均気温Ｔ２は２００３年から２００７年までの５年間の１月の平均気温の平均値である６．１度と１．９度と８．４度を使用した。単位時間に冷熱を蓄熱する熱量は凝固温度Ｔと冷熱を蓄熱する時の外気の平均の温度Ｔ２との温度差に比例するので凝固温度Ｔが温度Ｔ２に近づくほど長い冷熱を蓄熱する時間が必要である。ここでは温度Ｔ２が１月の平均気温であれば少なくとも１月の間（７４４時間）は冷熱を蓄熱する時間であるので十分であるとした。図６（Ｃ）に２００４年の東京の日ごとの最高気温と最低気温を示す。この図から、１月の平均気温６．１度より低い日が１２月の後半から３月の中頃まであり、冷熱を蓄熱する時間は２ヶ月程度あることが分かる。凝固温度が１月の平均気温付近の場合は実用的でないので、冷熱を蓄熱するために非常に長い時間が必要であるが問題にしない。

次に１月に蓄熱し７月から９月までの３ヶ月間の冷房期間に冷房するとして冷熱の保存期間（７ヶ月）の放熱量を算出する。放熱量は蓄熱槽３２の体積と形状等により変わるがここでは１例で説明する。蓄熱槽３２の体積を決める熱容量はその冷房期間に１日８時間の断続運転（連続運転時間は約３時間とする）するために必要な熱量である約１、０００、０００Ｋｃａｌとする。潜熱蓄熱材として氷酢酸（純粋の酢酸、融解熱は４５，０００Ｋｃａｌ／立方メートル）を使用するとし、蓄熱体を球形とし、最密構造で充填し、充填率を７０％とする（最密構造の充填率は７４％であるが蓄熱槽３２付近での充填率は低いので充填率を７０％とした）と、蓄熱槽３２は直径４ｍで高さ２．５ｍの円筒となる。断熱材として発泡ウレタン（伝導率０．０２Ｋｃａｌ／ｍｋｈ）を使用しその厚さをＦ（ｍ）とする。放熱量Ｇ１は次の式で算出される。
Ｇ１＝５６００＊｜Ｔ４―Ｔ｜／Ｆ（Ｋｃａｌ）
ここでＴ４は蓄熱槽３２の周囲の温度であり、｜Ｔ４―Ｔ｜はＴ４と温度Ｔの差の絶対値を表す。
従って、蓄熱された単位熱量あたりの放熱量Ｇ２は
Ｇ２＝０．００５６＊｜Ｔ４―Ｔ｜／Ｆ
放熱量Ｇ２を蓄熱するために消費する熱量Ｑ３は
Ｑ３＝Ｇ２＊Ｑ２
放熱を考慮したＣＯＰは放熱される熱量を蓄熱の時に余分に蓄熱する（蓄熱のための消費熱量を追加する）ことで求めることができる。すなわち、放熱を考慮したＣＯＰは
ＣＯＰ＝１／（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３）式（２）
式（２）をグラフにしたものを図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）には伝導率が０．０２Ｋｃａｌ／ｍｋｈの断熱材の厚さが１０ｃｍと２０ｃｍの場合と放熱が無い場合（伝導率が０の断熱材を使った場合）のグラフが示されている。但し、蓄熱槽３２の周囲の温度Ｔ４は蓄熱槽３２が設置された場所により異なるがここでは蓄熱槽３２が外断熱された家の床下またはビルの地下室に設置されたとし、地中温度とした。東京の２００３年から２００７年の平均気温（１６．６度）と地中温度は平均気温より約２度高い（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３７ｅｃｏ．ｊｐ／０７０６２４３７．ｐｈｐ参照）という情報に基づいて、蓄熱装置３１の周囲温度を１８．６度とした。

従来のヒートポンプを使う冷房のＣＯＰは殆どが6以下である。東京と同様な気象の地域または東京より平均気温が低い地域において、図６（Ｂ）から分かるように、凝固温度と融解温度が１２．１度（１月の平均気温より６度高い温度）以上で、且つ２２．５度（冷房設定温度より４．５度低い温度）以下である潜熱蓄熱材を使えば７以上のＣＯＰを得ることができる。図６（Ｂ）の値は単純化したモデルにより導いた式（２）により算出したものであり、実際の測定結果ではないので図６（Ｂ）の値はある程度の誤差を含む。この誤差を考慮して、従来のヒートポンプを使う冷房のＣＯＰより高い潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度の範囲を図６（Ｂ）のＣＯＰが７以上とした。更に、蓄熱装置３１を適切な場所に設置し、蓄熱槽３２を適切に断熱し、適切な凝固温度と融解温度を有する潜熱蓄熱材を使えば、１０以上のＣＯＰを得る可能性があると言える。

［潜熱蓄熱材の選択条件］
潜熱蓄熱材の選択条件の最も重要なものが融解温度と凝固温度であり、図６（Ａ）と（Ｂ）から分かるように大きいＣＯＰを得るために融解温度と凝固温度が適切な範囲である必要があり、例えば東京では１６から１９度までが好ましい。更に潜熱蓄熱材の融解熱が大きいほど蓄熱装置の体積が小さくなるので融解熱が大きいほど好ましい。更に安全で、安定した物質で、安価で、大量に入手可能であるのが好ましい。潜熱蓄熱材として氷酢酸（純粋の酢酸）がある。氷酢酸の凝固温度と融解温度は１６．７度で適切な温度範囲であり、融解熱は４５，０００Ｋｃａｌ／立方メートルで大きい。また添加物を添加することにより融解温度と凝固温度を下げることができ、また過冷却を防止する方法もある（特許文献６参照）。上記の説明では融解温度と凝固温度が同じ潜熱蓄熱材を使用した例で説明したが融解温度が凝固温度より高い潜熱蓄熱材を使っても良いことは言うまでも無い。しかし、融解温度と凝固温度の温度差が大きいほどＣＯＰは小さくなるので融解温度と凝固温度が等しい潜熱蓄熱材が好ましい。

［冷熱の長期保存］
冬季に蓄えた冷熱を夏季に冷房に利用するのでその数ヶ月間の放熱をできるだけ少なくする必要がある。そのために、蓄熱装置３１をその内部の温度（潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度付近）に近い温度の環境に設置するのが好ましい。蓄熱装置３１の適した設置場所の例は外断熱された家の床下またはビルの地下室である。また、蓄熱装置３１の放熱量は蓄熱槽３２の内部と周囲との熱抵抗に反比例するので蓄熱槽３２の表面積をできるだけ小さくし、できるだけ小さい熱伝導率の断熱材を使用し、断熱材の厚さをできるだけ厚くするのが好ましい。

［ＣＯＰを増減させる条件］
図６（Ｂ）からも分かるように、断熱材は厚いほど放熱が少なくなりＣＯＰが大きくなるので断熱材は厚いほど好ましい。また蓄熱装置の周囲温度は放熱量が少なくなる潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度付近が好ましい。更に、自然通風冷却や自然放熱や放射冷却等を利用した外気熱交換器を外気熱交換器４３に並列または直列に接続することにより、ファン５５の運転を減少して冷熱を蓄熱できるのでＣＯＰを高くすることができる。自然通風冷却や自然放熱や放射冷却等で十分な冷熱を得られれば通路５７とファン５５は不要であり、ＣＯＰは更に大きくなる。更に、冷熱を蓄えるときの外気の気温が低いほど冷熱を蓄えるための消費エネルギーが少ないのでＣＯＰを大きくできるので、図６（Ｃ）のように１月の平均気温以下の時間が十分あれば、１月の平均気温以下の時にのみ冷熱を蓄熱すれば、冷熱を蓄熱した時の平均の外気の温度は１月の平均気温以下となり、図６（Ａ）のＣＯＰより大きなＣＯＰを得ることができる。熱媒体３３が第二流出入口３６から建物熱交換器４６に移動する間の放熱は、熱媒体３３の温度を上昇させるので建物熱交換器４６の冷房能力を下げ、ＣＯＰを小さくするがその間の温度上昇は小さいので無視できるとした。上記において、定量的なＣＯＰを算出するために、木村工機株式会社のファンコイルＫＣＳ３―６００と荻原製作所のＰＦ７０―１００を使用したが熱効率がより高い製品を使えばＣＯＰは図６（Ｂ）より大きくなることは言うまでも無い。

［効果］
凝固温度と融解温度が１月の平均気温より６度以上高く、且つ冷房設定温度より４．５度以上低い潜熱蓄熱材を使えば従来のヒートポンプを使う殆どの冷房装置より高いＣＯＰを得ることができる。また使用できる潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度の範囲は広く、また特許文献４のような融解温度と凝固温度に関する条件もない。また東京地域では１０以上のＣＯＰを得る可能性もある。更に、蓄熱装置３１は図１で示した構造であるので、潜熱蓄熱材の充填率が大きく、蓄熱した熱量の有効利用率が大きい。更に、高さ制限があり高い蓄熱槽を構築できない場合は、直列に接続した複数の蓄熱槽を使うこともでき、極めて大容量の蓄熱装置と空調装置を構築できる。

（Ｄ）換気と冷房用の空調装置
図７に本発明の空調装置に係わる第２実施形態の模式図を示す。空調装置７０が備えられた建物６３として換気が必要な高気密高断熱の外断熱の戸建の建物６３を１例として説明する。蓄熱装置３１は蓄熱槽３２と潜熱蓄熱材を有する複数の蓄熱体３４と熱媒体３３を備え、蓄熱槽３２の上部と下部の熱媒体３３を流出入させる第一流出入口３５と第二流出入口３６と、蓄熱槽３２の上部と下部の熱媒体３３の温度を検出する熱媒体温度検出器５３と５４を備えている。空調装置７０は蓄熱装置３１と、熱媒体３３と空気との間で熱交換を行う換気熱交換器７１と、蓄熱槽３２の熱媒体３３を第一流出入口３５から流出させ換気熱交換器７１経由で第二流出入口３６から蓄熱槽３２に戻すための冬季循環流路８３と、蓄熱槽３２の熱媒体３３を第二流出入口３６から流出させ換気熱交換器７１経由で第一流出入口３５から蓄熱槽３２に戻すための夏季循環流路８４と、外気を換気熱交換器７１で熱媒体３３と熱交換した後に建物空間６１に入れるための熱交換通路８５と、外気を建物空間６１に直接入れるための直通通路８６と、外気の温度を検出する外気温度検出器５１と、制御部５０を備えている。冬季循環流路８３と夏季循環流路８４では蓄熱装置３１に流れる熱媒体３３の流れが逆である。冬季循環流路８３と夏季循環流路８４は熱媒体３３を流すポンプ７３と流れの方向を切り替える開閉器７６と７７と７８と７９を備えている。冬季循環流路８３は開閉器７７と７８を閉じ、開閉器７６と７９を開けることにより、また夏季循環流路８４は開閉器７７と７８を開け、開閉器７６と７９を閉じることにより、構成される。換気用のファンを一つにするために熱交換通路８５と直通通路８６の共通の通路にファン７２を配置し、共通でない通路に開閉器７４と７５を配置している。更に、機器を制御する制御部５０と外気の温度を検出する外気温度検出器５１と建物空間６１の空気の温度を検出する室内温度検出器５２が配置されている。なお、調整通路８８と開閉器８７は換気による蓄熱量を調整するためのものであり、後に説明する。なお、開閉器７６と７７と７８と７９は四方弁で置換してもよいことは言うまでも無い。

本発明に係わる冬季循環手段は冬季循環流路８３とポンプ７３と閉じた状態の開閉器７７と７８と開いた状態の開閉器７６と７９で構成され、蓄熱槽３２の中の熱媒体３３を第一流出入口３５から流出させ換気熱交換器７１経由で第二流出入口３６から蓄熱槽３２に戻す手段である。また夏季循環手段は夏季循環流路８４とポンプ７３と開いた状態の開閉器７７と７８と閉じた状態の開閉器７６と７９で構成され、蓄熱槽３２の中の熱媒体３３を第二流出入口３６から流出させ換気熱交換器７１経由で第一流出入口３５から蓄熱槽３２に戻す手段である。また熱交換手段は熱交換通路８５と開いた状態の開閉器７５とファン７２で構成され、外気を換気熱交換器７１で熱媒体３３と熱交換した後に建物空間６１に入れる手段である。また直通手段は直通通路８６と開いた状態の開閉器７４とファン７２で構成され、外気を建物空間６１に直接入れる手段である。本発明の空調装置７０は大容量の熱を使うので蓄熱装置３１は蓄熱装置１０または１０Ａと同様な構造を有するのが好ましい。また、蓄熱装置３１は一つの蓄熱槽では熱容量が不足の場合、または、高さ制限があり高い蓄熱槽を構築できない場合は、直列に接続した複数の蓄熱槽を使う構造にするのが好ましい。

空調装置７０は、冬季運転モード条件が満たされた時に冬季運転モードを運転し、夏季運転モード条件が満たされた時に夏季運転モードを運転し、冬季運転モード条件と夏季運転モード条件のいずれの条件も満たされない時に中間期運転モードを運転する。制御部５０が室内温度検出器５２で検出された室内温度と外気温度検出器５１で検出された外気温度と媒体温度検出器５３と５４で検出された媒体温度に基づいて、どの運転モード条件を満たすかを判定し、運転モードを決定する。通常換気は常に行われるのでファン７２は常に運転するとして説明するが不要の時にファン７２を停止しても良いのはいうまでもない。
［冬季運転モード］
冬季運転モード条件が満たされた場合、制御部５０は、開閉器７７と７８を閉じ、開閉器７６と７９を開け、ポンプ７３を運転することにより冬季循環流路８３に熱媒体３３を循環させると共に、開閉器７５を開け、開閉器７４を閉じることにより外気を熱交換通路８５に通して、換気熱交換器７１で熱媒体３３と熱交換させて建物空間６１に入れる。蓄熱槽３２の上部の熱媒体３３は第一流出入口３５から流出し、冬季循環流路８３を通り、換気熱交換器７１で外気と熱交換し、外気温度付近まで冷やされて第二流出入口３６から蓄熱槽３２の底部に流入し、蓄熱槽３２内を上昇し、再び第一流出入口３５から流出する。外気温度付近まで冷やされた熱媒体３３は蓄熱槽３２内を上昇する過程で液相の潜熱蓄熱材を凝固させると共に、凝固温度付近まで温められる。外気は熱交換通路８５で熱交換通路８５に入る熱媒体３３の温度（略潜熱蓄熱材の凝固温度）まで暖められて建物空間６１に入るので換気による熱損失を削減できる。

［夏季運転モード］
夏季運転モード条件が満たされた場合、制御部５０は、開閉器７７と７８を開け、開閉器７６と７９を閉じ、ポンプ７３を運転することにより夏季循環流路８４に熱媒体３３を循環させると共に、開閉器７５を開け、開閉器７４を閉じることにより外気を熱交換通路８５に通して換気熱交換器７１で熱媒体３３と熱交換させて建物空間６１に入れる。蓄熱槽３２の下部の熱媒体３３は第二流出入口３６から夏季循環流路８４に流出し、換気熱交換器７１で外気と熱交換し、外気を冷やすと共に外気の温度付近まで温められて第一流出入口３５から蓄熱槽３２の上部に流入し、蓄熱槽３２内を下降し、再び第二流出入口３６から流出する。外気の温度付近まで温められた熱媒体３３は蓄熱槽３２内を下降する過程で固相の潜熱蓄熱材を融解させると共に融解温度付近まで冷やされる。外気は熱交換通路８５で熱交換通路８５に入る熱媒体３３の温度（略潜熱蓄熱材の融解温度）まで冷やされて建物空間６１に入るので建物空間６１を冷やす。
［中間期運転モード］
冬季運転モード条件と夏季運転モード条件のいずれの条件を満たさない場合、制御部５０は、ポンプ７３を停止し、開閉器７５を閉じ、開閉器７４を開ける。この場合、外気は直通通路８６を通って直接建物空間６１に入いる。次に、運転モードを判定する基準である冬季運転モード条件と夏季運転モード条件を説明する。

［冬季運転モード条件］
冬季運転モード条件の第一例は外気温度が潜熱蓄熱材の凝固温度以下の所定の設定温度（以下、冬季設定温度と呼ぶ）より低いという条件である。外気が冬季設定温度以下である時に外気は凝固温度付近まで温められて建物空間６１に入いり、換気による熱損失が減少する。但し、潜熱蓄熱材の凝固温度は１月の平均気温より高いとし、潜熱蓄熱材の一部が液相であるとした。冬季運転モード条件の第二例は外気温度が冬季設定温度より低く、換気熱交換器７１に入る熱媒体の温度より低いという条件である。第一例では外気温度が換気熱交換器７１に入る熱媒体の温度より高い場合があり、その場合、外気は換気熱交換器７１で冷やされて建物空間６１に入り、換気による熱損失が増大し、且つポンプ７３がエネルギーを消費する。第二例はこの第一例の問題を解決するので第二例の方が好ましい。冬季設定温度が高いほど換気による熱損失が少なくなるので好ましいが、冬季設定温度が凝固温度と等しい場合、外気の温度は変わらずにエネルギーを消費する場合があるので冬季設定温度は凝固温度より少し低いのが好ましい。

［夏季運転モード条件］
夏季運転モード条件の第一例は外気温度が冷房設定温度（例えば２７度）と等しい、またはそれより低い所定の設定温度（例えば２５度、以下、夏季設定温度と呼ぶ、）以上であるという条件である。外気温度が夏季設定温度以上の時に外気は潜熱蓄熱材の融解温度付近まで冷やされて建物空間６１に入いり、室内温度が融解温度以上の時には建物空間６１を冷やす。但し、潜熱蓄熱材の融解温度は夏季設定温度以下とし、潜熱蓄熱材の一部が個相であるとした。夏季運転モード条件の第二例は外気温度が夏季設定温度以上であり、且つ外気が換気熱交換器７１に入る熱媒体の温度より高いという条件である。第一例では外気温度が換気熱交換器７１に入る熱媒体の温度より低い場合があり、その場合、外気は換気熱交換器７１で暖められて建物空間６１に入る。これは無駄であり、且つポンプ７３がエネルギーを消費する。第二例はこの問題を解決する。夏季設定温度が融解温度と等しい場合、外気の温度は変わらずにエネルギーを消費する場合があるので夏季設定温度は融解温度より少し高いのが好ましい。

空調装置７０の蓄熱装置３１を換気だけに使い、夏季と冬季の蓄熱量が異なる場合、蓄熱量の調整が必要となる。例えば、夏季の蓄熱量が蓄熱装置３１の最大蓄熱量であり、冬季の蓄熱量が蓄熱装置３１の最大蓄熱量の８０％である場合、冬季の終わりに潜熱蓄熱材は８０％しか凝固されていないので次の夏季の冷熱の蓄熱量は蓄熱装置３１の最大蓄熱量の８０％である。つまり、夏季に蓄熱装置３１の最大蓄熱量を蓄えるためには冬季の終わりまでに潜熱蓄熱材を１００％凝固する必要がある。ファン７２を制御することにより熱交換通路８５に流れる風量を所定の量だけ増加させると共に、開閉器８８を調整し、その増加分を調整通路８７に流すことにより蓄熱量を調整すれば、換気による熱損失を増加せずに蓄熱量を調整できる。なお、上記の説明では説明を簡単にするために蓄熱装置３１の放熱はないとした。

［潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度と熱の長期保存］
潜熱蓄熱材の凝固温度が冬季の最低気温以上であれば換気による熱損失を削減できる。そしてその凝固温度が１月の平均気温以上であれば更に換気による熱損失を削減できる。その凝固温度が１月の平均気温より６度以上であれば換気による熱損失を更に多く削減でき好ましい。夏季に、潜熱蓄熱材の融解温度が冷房設定温度以下であれば室内を冷やすことができ、その融解温度が冷房設定温度より4．５度以上低ければ更に冷房能力が高まり好ましい。冷熱または温熱の長期保存は空調装置３０の冷熱の長期保存と同様であるので説明は省く。但し、空調装置７０の場合、夏季に蓄えた温熱も冬季まで保存する。

図８は、本発明の空調装置に係わる第３実施形態の模式図である。空調装置７０では図７で示したように換気の空気を送るファン７２を建物空間６１に設置した場合、ファン７２は外気と直接接触するので冬季に結露する場合がある。ファン７２を外気空間６２に設置すれば結露は生じないが、地域により外気の温度の変化の範囲がファン７２の動作温度範囲を超える場合がある。第３実施形態の空調装置７０Ａは上記の問題を解決するために、熱交換通路８５と直通通路８６の各々にファン７２Ａとファン７２Ｂを建物空間６１に設置し、ファン７２Ａは換気熱交換器７１の下流に設置する。このように構成することにより、冬季に外気は換気熱交換器７１により凝固温度付近まで温められるので結露することは殆どない。更に、ファン７２Ａと７２Ｂは建物空間６１に設置されているので動作温度範囲を超えない。空調装置７０Ａにおいて、本発明に係わる熱交換手段は熱交換通路８５と開いた状態の開閉器７５とファン７２Ｂで構成され、また直通手段は直通通路８６と開いた状態の開閉器７４とファン７２Ｂで構成されている。

図９は、本発明の空調装置に係わる第４実施形態の模式図である。第４実施形態の空調装置７０Ｂは冬季循環流路８３と夏季循環流路８４をポンプ７３Ａと７３Ｂと開閉器７９Ａと７９Ｂで形成している。つまり、冬季運転モード時に、開閉器７９Ａを開け、開閉器７９Ｂを閉じ、ポンプ７３Ａを運転して冬季循環流路８３に熱媒体３３を流す。夏季運転モード時に、開閉器７９Ｂを開け、開閉器７９Ａを閉じ、ポンプ７３Ｂを運転して夏季循環流路８４に熱媒体３３を流す。他は空調装置７０と同様であるので動作等の説明は省く。空調装置７０Ｂにおいて、本発明に係わる冬季循環手段は冬季循環流路８３とポンプ７３Ａと開いた状態の開閉器７９Ａで構成され、また夏季循環手段は夏季循環流路８４とポンプ７３Ｂと開いた状態の開閉器７９Ｂで構成されている。

図１０に本発明の空調装置に係わる第５実施形態の模式図を示す。第５実施形態の空調装置１００は第２実施形態の空調装置７０に冷房機能を追加したものであり、空調装置７０と冷房部３９で構成される。空調装置１００は空調装置７０Ａまたは空調装置７０Ｂと冷房部３９で構成しても良い。冷房部３９は空調装置３０の冷房部３９と同じ構成であるので説明は省く。

冷房部３９の冷房のＣＯＰは空調装置３０のものと同様に式（１）または式（２）で表される。但し、冷房部３９が使う冷熱を蓄熱するために使われるエネルギーは、空調装置７０が換気のために冬季に蓄える冷熱量が夏季に蓄える温熱量より大きい場合は、その差分の冷熱を蓄える必要がないので、冷房部３９の冷房のＣＯＰは空調装置３０のものより大きくなる。従って、融解温度と凝固温度が１月の平均気温より６度以上高く、冷房設定温度より４．５度以上低い潜熱蓄熱材を使用すれば、従来のヒートポンプを使う冷房より大きいＣＯＰを得ることができるので好ましい。

空調装置７０が換気のために冬季に蓄える冷熱量と夏季に蓄える温熱量を東京の気象を例に説明する。潜熱蓄熱材として氷酢酸（凝固温度と融解温度は１６．７度）を使用し、冬季設定温度を１４度とし、夏季設定温度を２５度とする。図６（ｃ）から冷熱の蓄熱期間は約６ヶ月間であり、温熱の蓄熱期間は約４ヶ月間であり、凝固温度と融解温度は略平均気温（１７．３度）であり、蓄熱量は蓄熱期間とその期間の平均温度差（気温と凝固温度・融解温度の差）の積であるので冷熱の蓄熱量が温熱の蓄熱量よりかなり多い。従って、東京に設置された空調装置１００の冷房のＣＯＰは東京に設置された空調装置３０のＣＯＰより大きい。空調装置１００では換気のために冬季に蓄える冷熱量と、換気のために夏季に蓄える温熱量と冷房部３９が蓄える温熱量（使う冷熱量）の合計の温熱量が等しいのが好ましい。それらが等しくない場合、ファン７２と開閉器８７を制御して冷熱量または温熱量を調整するのが好ましい。

図１１は本発明の空調装置に係わる第６実施形態の模式図である。第６実施形態の空調装置１１０は夏季に強力な冷房機能が必要な建物、例えば商用のビル等に好適な空調装置である。空調装置１１０は空調装置３０に換気機能を追加したものであるので空調装置３０と同じ部分の説明は省く。換気機能は換気部９８と熱媒体方向切替部９７で構成されている。換気部９８は換気熱交換器７１と熱媒体３３を流す流路８９と、流路８９に設置されたポンプ７３と開閉器９１と外気を換気熱交換器７１で熱媒体３３と熱交換した後に建物空間６１に入れるための熱交換通路８５と、外気を建物空間６１に直接入れるための直通通路８６と、ファン７２と開閉器７４と７５で構成されている。流路８９の一端Ｐ１と他端Ｐ２は熱媒体方向切替部９７に接続されている。熱媒体方向切替部９７は開閉器７６と７７と７８と７９により流路８９の一端Ｐ１と他端Ｐ２をそれぞれ第一流出入口３５と第二流出入口３６に接続する、またはその逆に接続するためのものである。この構成により複数の換気部９８を熱媒体方向切替部９７に接続可能になる。熱媒体方向切替部９７は四方弁で置換してもよいことは言うまでも無い。

建物６３が大きい場合、冷房部３９と換気部９８を各階または各部屋に配置しても良い。また冷熱収集部３８は複数並列に接続してもよい。また冷熱収集部３８には自然通風冷却や自然放熱や放射冷却等を利用した熱交換器を使用しても良い。

［空調装置７０と空調装置１００と１１０の効果］
空調装置７０は、熱効率良く冬季に換気による熱損失を削減し、夏季に換気により建物空間６１を冷やすことができる。更に、使用可能な潜熱蓄熱材に関して特許文献４のような条件がなく、使用可能な融解温度と凝固温度の範囲も広い。更に、蓄熱装置３１は蓄熱装置１０または１０Ａと同様な構造であるので、潜熱蓄熱材の充填率が大きく、蓄熱した熱量の有効利用率が大きい。更に、高さ制限があり高い蓄熱槽を構築できない場合は、直列に接続した複数の蓄熱槽を使うこともでき、極めて大容量の蓄熱装置と空調装置を構築できる。換気による蓄熱量が冬季と夏季で異なる場合はそれらの蓄熱量を略等しくなるように調整するのが好ましい。
空調装置１００は熱効率良く冬季に換気による熱損失を削減し、夏季に換気により建物空間６１を冷やすと共に、冬季に換気により蓄えた冷熱の熱量が夏季に換気により蓄える温熱の熱量より多い場合、その差の熱量を夏季に冷房に使用することができる。冷房に必要な熱量を、冬季に必要とされる換気量だけでは蓄えられない場合、冬季に換気量を増やして冷熱の蓄熱量を増やすことができる。
空調装置１１０は、熱効率良く冬季に換気による熱損失を削減し、夏季に換気により建物空間６１を冷やすと共に夏季に強力な冷房能力を提供できる。冬季に換気による冷熱の蓄熱量が夏季に換気による温熱の蓄熱量より多い場合は、その差の熱量を外気により蓄える必要が無いので、空調装置１１０の冷房のＣＯＰは空調装置３０のそれより大きい。

（Ｅ）２種類の潜熱蓄熱材を使用した空調装置
図１２は本発明の空調装置に係わる第７実施形態の模式図である。第７実施形態の空調装置２００は空調装置７０の蓄熱装置３１が直列に接続された第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１で置換された形態である。空調装置２００は空調装置７０Ａの蓄熱装置３１または空調装置７０Ｂの蓄熱装置３１が直列に接続された第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１で置換された形態でも良い。以下、既に説明したものの説明は省く。

本発明の空調装置２００は大容量の熱を使うので第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の各々は蓄熱装置１０または１０Ａと同様な構造を有するのが好ましい。また、第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の各々は、一つの蓄熱槽では熱容量が不足の場合、または、高さ制限があり高い蓄熱槽を構築できない場合は、直列に接続した複数の蓄熱槽を使う構造にするのが好ましい。

第一蓄熱装置１３１は、第一蓄熱槽１３２と第一潜熱蓄熱材を含む複数の第一蓄熱体１３４と熱媒体３３を備え、第一蓄熱槽１３２の上部と下部の熱媒体を流出入させる第一流出入口１３５と第三流出入口１３６と、第一蓄熱槽１３２の上部の熱媒体３３の温度を検出する熱媒体温度検出器１５３を備えている。第二蓄熱装置２３１は、第二蓄熱槽２３２と第二潜熱蓄熱材を含む複数の第二蓄熱体２３４と熱媒体３３を備え、第二蓄熱槽２３２の上部と下部の熱媒体を流出入させる第四流出入口２３５と第二流出入口２３６と、第二蓄熱槽２３２の下部の熱媒体３３の温度を検出する熱媒体温度検出器２５４を備えている。そして第三流出入口１３６は第四流出入口２３５に接続されている。第一蓄熱体１３４に含まれている第一潜熱蓄熱材は、その凝固温度が第二蓄熱体２３４に含まれている第二潜熱蓄熱材の融解温度より高いものが使われている。以下の説明では第一潜熱蓄熱材の凝固温度をＴ１ｓ、融解温度をＴ１ｍ、第二潜熱蓄熱材の凝固温度をＴ２ｓ、融解温度をＴ２ｍと表す。

［冬季運転モード］
冬季運転モード条件が満たされた場合、制御部５０は冬季循環流路８３に熱媒体３３を循環させる。熱媒体３３は換気熱交換器７１で冷やされ、第二流出入口２３６から第二蓄熱槽２３２に入り、第二蓄熱槽２３２を上昇する過程で第二蓄熱体２３４により（第二潜熱蓄熱材の一部は液相とする）凝固温度Ｔ２ｓまで暖められる。更に熱媒体３３は第四流出入口２３５から流出し、第三流出入口１３６から第一蓄熱槽１３２に入り、第一蓄熱槽１３２を上昇する過程で第一蓄熱体１３４により（第一潜熱蓄熱材の一部は液相とする）凝固温度Ｔ１ｓまで暖められる。従って、第二流出入口１３５から流出し換気熱交換器７１に入る熱媒体３３の温度は略凝固温度Ｔ１ｓであるので、外気を凝固温度Ｔ１ｓ付近まで暖めて建物空間６１に入れることができる。

［夏季運転モード］
夏季運転モード条件が満たされた場合、制御部５０は夏季循環流路８４に熱媒体３３を循環させる。熱媒体３３は換気熱交換器７１で暖められ、第一流出入口１３５から第一蓄熱槽１３２に入り、第一蓄熱槽１３２を下降する過程で第一蓄熱体１３４により（第一潜熱蓄熱材の一部は固相とする）略融解温度Ｔ１ｍまで冷やされる。更に熱媒体３３は第三流出入口１３６から流出し、第四流出入口２３５から第二蓄熱槽２３２に入り、第二蓄熱槽２３２を下降する過程で第二蓄熱体２３４により（第二潜熱蓄熱材の一部は固相とする）略融解温度Ｔ２ｍまで冷やされる。従って、第二流出入口２３６から流出し換気熱交換器７１に入る熱媒体３３の温度は略融解温度Ｔ２ｍであるので、外気を融解温度Ｔ２ｍ付近まで冷やして建物空間６１に入れることができる。
［中間期運転モード］
冬季運転モード条件と夏季運転モード条件のいずれの条件を満たさない中間期運転モードは第２実施形態と同様である。

次に、運転モードを判定する基準である冬季運転モード条件と夏季運転モード条件を説明する。
［冬季運転モード条件］
冬季運転モード条件の第一例は外気温度が第一潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔ１ｓ以下の所定の冬季設定温度より低いという条件である。外気が冬季設定温度以下である時に外気は凝固温度Ｔ１ｓ付近まで温められて建物空間６１に入いり、換気による熱損失が少なくなる。但し、凝固温度Ｔ１ｓは１月の平均気温より高いとし、第一潜熱蓄熱材の一部が液相であるとした。冬季運転モード条件の第二例は外気温度が第一潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔ１ｓ以下の冬季設定温度より低く、且つ換気熱交換器７１に入る熱媒体の温度より低いという条件である。第一例では外気温度が換気熱交換器７１に入る熱媒体の温度より高い場合があり、その場合、外気は換気熱交換器７１で冷やされて建物空間６１に入り、換気による熱損失が増大し、且つポンプ７３がエネルギーを消費する。第二例はこの第一例の問題を解決するので第二例の方が好ましい。冬季設定温度が高いほど換気による熱損失が少なくなるので好ましいが、冬季設定温度が凝固温度Ｔ１ｓと等しい場合、外気の温度は変わらずにエネルギーを消費するので冬季設定温度は凝固温度Ｔ１ｓより少し低いのが好ましい。

［夏季運転モード条件］
夏季運転モード条件の第一例は外気温度が冷房設定温度（例えば２７度）と等しい、または冷房設定温度より低い夏季設定温度（例えば２５度）以上であるという条件である。外気温度が夏季設定温度以上の時に外気は第二潜熱蓄熱材の融解温度Ｔ２ｍ付近まで冷やされて建物空間６１に入いり、室内温度が融解温度Ｔ２ｍ以上の時には建物空間６１を冷やす。但し、第二潜熱蓄熱材の融解温度Ｔ２ｍは夏季設定温度以下とし、第二潜熱蓄熱材の一部が個相であるとした。夏季運転モード条件の第二例は外気温度が夏季設定温度以上であり、且つ外気が換気熱交換器７１に入る熱媒体温度より高いという条件である。第一例では外気温度が換気熱交換器７１に入る熱媒体温度より低い場合があり、その場合、外気は換気熱交換器７１で暖められて建物空間６１に入る。これは無駄であり、且つポンプ７３がエネルギーを消費する。第二例はこの問題を解決する。夏季設定温度が融解温度Ｔ２ｍと等しい場合、外気の温度は変わらずにエネルギーを消費するので夏季設定温度は融解温度Ｔ２ｍより少し高いのが好ましい。

空調装置２００は二種類の潜熱蓄熱材を使用しているので、冬季に外気を第一潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔ１ｓ付近まで暖め、夏季に第二潜熱蓄熱材の融解温度Ｔ２ｍ付近まで冷やすことができる。いいかえれば、冬季に外気を暖めることができる温度（凝固温度Ｔ１ｓ）を、夏季に外気を冷やすことができる温度（融解温度Ｔ２ｍ）より高くできる。一方、空調装置７０では、一種類の潜熱蓄熱材を使用しているので、冬季に外気を暖めることができる温度（凝固温度）は夏季に外気を冷やすことができる温度（融解温度）より高くできない。

［潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度］
冬季に、換気による熱損失を削減するためには第一潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔ１ｓが高いのが好ましいが、第一潜熱蓄熱材を夏季に融解させなければならないので、第一潜熱蓄熱材の融解温度Ｔ１ｍは最高気温より低い温度である必要がある。２００４年７月の東京の平均気温は２８．５度であり、図６（Ｃ）から最高温度が２８．５度以上である日は６月後半から９月中旬まであり、第一潜熱蓄熱材を融解させることができると考えられるので、第一潜熱蓄熱材の融解温度Ｔ１ｍを７月の平均気温以下が好ましい。
夏季に、換気により室内を冷房するためには第二潜熱蓄熱材の融解温度Ｔ２ｍが低い方が好ましいが、第二潜熱蓄熱材は冬季に凝固させなければならないので、第二潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔ２ｓは最低気温より高い温度である必要がある。２００４年１月の東京の平均気温は６．３度であり、図６（Ｃ）から最低温度が６．３度以下である日は１２月後半から３月中旬まであり、第二潜熱蓄熱材を凝固させることができると考えられるので、第二潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔ２ｓを１月の平均気温以上が好ましい。

第一潜熱蓄熱材としては、例えば、融解温度が２３度で凝固温度が１９度である住化プラステック株式会社のスミターマル（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｍｉｋａｐｌａ．ｃｏ．ｊｐ／ｙｕｋａｄａｎｂｏ／ｉｄｅａｂｏｘ／ｉｄｅａ＿ｇｉｊｕｔｓｕ．ｈｔｍｌ参照）を使うことができる。また第二潜熱蓄熱材としては、例えば、融解温度と凝固温度が１６．７度である氷酢酸を使うことができる。この場合、冬季に、外気を１９度付近まで温め、夏季に、外気を１６．７度付近まで冷やすことができる。

次に第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の蓄熱容量について説明する。第二蓄熱体２３４の第二潜熱蓄熱材の一部は液相とし、第一蓄熱体１３４の第一潜熱蓄熱材の一部は液相として、冬季運転モードで冬季循環流路８３に熱媒体３３が循環した場合、第二流出入口２３６に入る熱媒体３３の平均温度をＴｗｉｎとすると第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１に蓄えられる熱量Ｑ１３１とＱ２３１の比は次の式で表される。
Ｑ１３１／Ｑ２３１＝（Ｔｓ１−Ｔｓ２）／（Ｔｓ２−Ｔｗｉｎ）式（３）
また、第二蓄熱体２３４の第二潜熱蓄熱材の一部は固相とし、第一蓄熱体１３４の第一潜熱蓄熱材の一部は固相として、夏季運転モードで夏季循環流路８４に熱媒体３３が循環した場合、第一流出入口１３５に入る熱媒体３３の平均温度をＴｓｉｎとすると第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１に蓄えられる熱量Ｑ１３１とＱ２３１の比は次の式で表される。
Ｑ１３１／Ｑ２３１＝（Ｔｓｉｎ−Ｔｍ１）／（Ｔｍ１−Ｔｍ２）式（４）
従って、上記の式（３）と式（４）に基づいて第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の蓄熱容量を決めることにより、第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１が同じ割合で蓄熱または放熱するので、略同時に第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１が０％または１００％の蓄熱量になり、熱の有効利用率が高い空調装置２００が得られる。例えば、Ｔｓｉｎが２５度でＴｗｉｎが１０度である場合、Ｔｓ１とＴｍ１が２０度の第一潜熱蓄熱材とＴｓ２とＴｍ２が１５度の第一潜熱蓄熱材を選択し、熱量Ｑ１３１とＱ２３１を等しくすれば熱の有効利用率が高くなる。また、夏季と冬季の蓄熱量が異なる場合は、空調装置７０と同様に、ファン７２を制御することにより熱交換通路８５に流れる風量を所定の量だけ増加させると共に、開閉器８８を調整し、その増加分を調整通路８７に流すことにより蓄熱量を調整できる。これにより換気による熱損失を増加せずに蓄熱量を調整できる。

第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１に蓄えた冷熱と温熱を数ヶ月間、放熱をできるだけ少なくして保存するためには第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の内部の温度とその周囲温度の差をできるだけ小さくするのが好ましい。そのために第一潜熱蓄熱材として凝固温度Ｔｓ１と融解温度Ｔｍ１がその周囲温度より高く、第二潜熱蓄熱材として凝固温度Ｔｓ２と融解温度Ｔｍ２がその周囲温度より低い潜熱蓄熱材を選択するのが好ましい。但し、周囲温度は一年中殆ど変化しないとした。

第一潜熱蓄熱材と第二潜熱蓄熱材を選択する時に（１）第二潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔｓ２が建物付近の１月の平均気温より高く、第一潜熱蓄熱材の融解温度Ｔｍ１が建物付近の７月の平均気温より低く、（２）第一潜熱蓄熱材の凝固温度Ｔｓ１は第二潜熱蓄熱材の融解温度Ｔｍ２より高く、（３）第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の熱の有効利用率が高く、（４）第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の放熱が少ないということを考慮するのが好ましい。

中間期の熱の保存の間に、第三流出入口１３６付近の熱媒体３３の温度は第四流出入口２３５付近の熱媒体３３の温度より高い場合があり、第三流出入口１３６の中の熱媒体３３は第四流出入口２３５の方向に上昇し第四流出入口２３５付近の熱媒体３３を暖め、凝固している第二蓄熱体２３４の第二潜熱蓄熱材を融解させる場合がある。それを避けるために、第三流出入口１３６と第四流出入口２３５を接続する流路は図１２に示すように凹凸を有するのが好ましい。

図１３は本発明の空調装置に係わる第８実施形態の模式図である。空調装置２２０は空調装置１１０の蓄熱装置３１が直列に接続された第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１で置換された形態である。空調装置２２０は空調装置１１０と同様に換気機能と冷房機能を有し、夏季に強力な冷房機能が必要な建物、例えば商用のビル等に好適な空調装置である。換気機能は換気部９８と熱媒体方向切替部９７と第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１で構成され、空調装置２００と同様であるので説明は省く。

冷房機能は空調装置３０の蓄熱装置３１が直列に接続された第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１で置換された形態であるので空調装置３０で説明した内容の説明は省く。
［冷熱の蓄熱］
冬季の初めに第一蓄熱体１３４の第一潜熱蓄熱材と第二蓄熱体２３４の第二潜熱蓄熱材の大部分は液相であるとする。制御部５０は外気温度検出器５１で検出した外気温度が凝固温度Ｔ２ｓより低い時に開閉器４４を開きポンプ４５とファン５５を運転することにより外気循環流路４１に熱媒体３３を循環させる。熱媒体３３は外気循環流路４１で外気温度付近まで冷やされて第二流出入口２３６から第二蓄熱槽２３２に入り、第二蓄熱槽２３２を上昇する過程で第二蓄熱体２３４の第二潜熱蓄熱材を凝固させ、熱媒体３３は凝固温度Ｔ２ｓまで暖められる。更に熱媒体３３は第四流出入口２３５から流出し、第三流出入口１３６から第一蓄熱槽１３２に入り、第一蓄熱槽１３２を上昇する過程で第一蓄熱体１３４の第一潜熱蓄熱材を凝固させ、熱媒体３３は凝固温度Ｔ１ｓまで暖められる。従って、熱媒体３３を循環させることにより液相の第一潜熱蓄熱材と第二潜熱蓄熱材を凝固させ、冷熱を潜熱として蓄えることができる。

［冷房］
夏季の初めに第一蓄熱体１３４の第一潜熱蓄熱材と第二蓄熱体２３４の第二潜熱蓄熱材の大部分は固相であるとする。室内温度検出器５２で検出された室内温度が冷房設定温度（例えば２７度）以上である場合、制御部５０は開閉器４７を開けポンプ４８を運転することにより建物循環流路４２に熱媒体３３を循環させる。熱媒体３３は建物熱交換器４６で暖められ、第一流出入口１３５から第一蓄熱槽１３２に入り、第一蓄熱槽１３２を下降する過程で第一蓄熱体１３４により融解温度Ｔ１ｍ付近まで冷やされる。更に熱媒体３３は第三流出入口１３６から流出し、第四流出入口２３５から第二蓄熱槽２３２に入り、第二蓄熱槽２３２を下降する過程で第二蓄熱体２３４により融解温度Ｔ２ｍ付近まで冷やされる。従って、第二流出入口２３６から流出し建物熱交換器４６に入る熱媒体３３の温度は融解温度Ｔ２ｍ付近であるので、建物空間６１の空気を融解温度Ｔ２ｍ付近まで冷やすことができる。冷房部３９が使う冷熱を蓄熱するために使われるエネルギーは、空調装置２２０が換気のために冬季に蓄える冷熱量が夏季に蓄える温熱量より大きい場合は、その差分の冷熱を蓄える必要がないので、空調装置２２０の冷房のＣＯＰは空調装置３０のものより大きくなる。

換気により蓄えた温熱量と冷房部３９により蓄えた温熱量の合計が第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の蓄熱容量の合計に等しくなるようにするのが好ましい。また換気により蓄えた冷熱量と冷熱収集部３８により蓄えた冷熱量の合計が第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の蓄熱容量の合計に等しくなるように冷熱収集部３８により蓄える冷熱量を調整するのが好ましい。更に、第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１が共に略同時に０％または１００％の蓄熱量になるのが好ましい。

［空調装置２００と空調装置２２０の効果］
従って、空調装置２００は、凝固温度Ｔ１ｓを有する第一潜熱蓄熱材と、凝固温度Ｔ１ｓより低い融解温度Ｔ２ｍを有する第二潜熱蓄熱材を備えることができるので、冬季に外気を凝固温度Ｔ１ｓ付近まで温め夏季に凝固温度Ｔ１ｓより低い融解温度Ｔ２ｍ付近まで冷やして室内にいれることができる。これにより冬季に換気による熱損失を大幅に削減できると共に、夏季に室内を冷やすことができる。更に、第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の各々は蓄熱装置１０または１０Ａと同様な構造であるので、潜熱蓄熱材の充填率が大きく、蓄熱した熱量の有効利用率が大きい。更に、第一蓄熱装置１３１と第二蓄熱装置２３１の各々は、一つの蓄熱槽では熱容量が不足の場合、または、高さ制限があり高い蓄熱槽を構築できない場合は、直列に接続した複数の蓄熱槽を使うこともでき、極めて大容量の蓄熱装置と空調装置を構築できる。
空調装置２２０は空調装置２００の効果を有すると共に、夏季に強力な冷房能力を提供できる。更に空調装置２００の冬季に換気により蓄えた冷熱の熱量が夏季に換気により蓄える温熱の熱量より多い場合、その差の熱量を夏季に冷房に使用して熱効率を更にたかめることができる。

以上、本発明の蓄熱装置、蓄熱システム及び空調装置の実施形態を述べたが本発明はこれらに限られるものではない。

本発明の蓄熱装置に係わる第１実施形態と蓄熱槽内の構造を示す。本発明の蓄熱装置の第２実施形態と蓄熱槽内の構造を示す。本発明の蓄熱装置の第３実施形態と蓄熱槽内の温度分布を示す。直列に接続された蓄熱装置とその等価な蓄熱装置を示す。本発明の空調装置の第１実施形態（空調装置３０）の模式図を示す。ＣＯＰと潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度の関係及び東京の年間の気温を示す。本発明の空調装置の第２実施形態（空調装置７０）の模式図を示す。本発明の空調装置の第３実施形態（空調装置７０A）の模式図を示す。本発明の空調装置の第４実施形態（空調装置７０B）の模式図を示す。本発明の空調装置の第５実施形態（空調装置１００）の模式図を示す。本発明の空調装置の第６実施形態（空調装置１１０）の模式図を示す。本発明の空調装置の第７実施形態（空調装置２００）の模式図を示す。本発明の空調装置の第８実施形態（空調装置２２０）の模式図を示す。

符号の説明

１０蓄熱装置１１蓄熱槽１２第二流路１３第一流路１４熱媒体
１５第二分散流路１６第一分散流路１７、１８分散口１９ガイド
２０蓄熱体２１カプセル２２潜熱蓄熱材２３部材２４カプセル
３０空調装置３１蓄熱装置３２蓄熱槽３３熱媒体３４蓄熱体
３５第一流出入口３６第二流出入口３８冷熱収集部３９冷房部
４１外気循環流路４２建物循環流路４３外気熱交換器４４開閉器
４５ポンプ４６建物熱交換器４７開閉器４８ポンプ
５０制御部５１外気温度検出器５２室内温度検出器
５３、５４熱媒体温度検出器５５、５６ファン５７，５８通路
６０地階の空間６１建物空間６２外気空間６３建物
７０空調装置７１換気熱交換器７２ファン７３ポンプ７４〜７９開閉器
８２外気取り入れ口８３冬季循環流路８４夏季循環流路８５熱交換通路
８６直通通路８７開閉器８８調整通路８９流路
９１開閉器９７熱媒体方向切替部９８換気部
１００、１１０、２００２２０空調装置
１３１第一蓄熱装置１３２第一蓄熱槽１３４第一蓄熱体１３５第一流出入口
１３６第三流出入口１５３熱媒体温度検出器
２３１第二蓄熱装置２３２第二蓄熱槽２３４第二蓄熱体２３５第四流出入口
２３６第二流出入口２５４熱媒体温度検出器
Ｓ１〜Ｓ１２温度検出器

Claims

蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、直径Ｄの球形の複数の蓄熱体を備えた蓄熱装置であって、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、
前記蓄熱体は潜熱蓄熱材を含み、
前記蓄熱槽の外部の第一流路に接続され、前記蓄熱槽の上部付近に配置された複数の第一分散流路と、
前記蓄熱槽の外部の第二流路に接続され、前記蓄熱槽の底部付近に配置された複数の第二分散流路を有し、
前記第一分散流路と前記第二分散流路は前記熱媒体が流出入する複数の分散口を有し、
前記複数の第二分散流路は互いに平行に設置され、
隣接した前記第二分散流路の中心から中心までの距離は、Ｎを正の整数として、略０．８６６ＤＮであることを特徴とする蓄熱装置。
円筒形の蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、直径Ｄの球形の複数の蓄熱体を備えた蓄熱装置であって、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、
前記蓄熱体は潜熱蓄熱材を含み、
前記蓄熱槽の内径のサイズは、Ｍを正の奇数として、略ＤＭであり、
前記複数の蓄熱体は前記蓄熱槽内に最密充填構造で配置されていることを特徴とする蓄熱装置。
液体の熱媒体を介して熱を蓄える蓄熱装置と、情報を処理するまたは前記熱媒体の流量を制御する制御演算装置を備えた蓄熱システムであって、
前記蓄熱装置は、蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に略均一に配置され、潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱体と、前記蓄熱槽の外部の第一流路に接続された第一分散流路と、前記蓄熱槽の外部の第二流路に接続された第二分散流路と、複数の温度検出器を備え、
前記蓄熱槽は前記熱媒体で充填され、
前記第一分散流路と前記第二分散流路はそれぞれ前記蓄熱槽の上部と底部付近に配置され、前記熱媒体を前記蓄熱槽内に略均一に流す構造を有し、
前記複数の温度検出器は前記蓄熱槽の垂直方向に異なる所定の位置に配置され、
前記制御演算装置は、前記温度検出器により検出された温度に基づいて、貯蔵可能な冷熱量または利用可能な冷熱量または貯蔵可能な温熱量または利用可能な温熱量の近似値を算出する、または前記第一流路と前記第二流路に流れる熱媒体の流量を制御することを特徴とする蓄熱システム。
少なくとも一つの蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱体を有する蓄熱装置を備え、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、更に第一流出入口と第二流出入口を有し、
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う外気熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記外気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記蓄熱槽に戻す外気循環手段と、空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う建物熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記建物熱交換器経由で前記第一流出入口から前記蓄熱槽に戻す建物循環手段と、建物の中の空気を前記建物熱交換器経由で前記建物の中に戻す空気循環手段と、外気の温度を検出する外気温度検出器と、前記建物の中の空気の温度を検出する室内温度検出器と、制御部を備え、
前記制御部は前記外気温度検出器で検出された外気温度と前記室内温度検出器で検出された室内温度に基づいて、前記外気熱交換器と前記建物熱交換器に流す熱媒体の流量と、前記建物熱交換器に流す空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より６度以上高く、且つ冷房の制御のための設定温度より４．５度以上低いという特性であることを特徴とする空調装置。
少なくとも一つの蓄熱槽と、前記蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱体を有する蓄熱装置を備え、
前記蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、更に第一流出入口と第二流出入口を有し、
空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う換気熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記蓄熱槽に戻す冬季循環手段と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第一流出入口から前記蓄熱槽に戻す夏季循環手段と、外気を前記換気熱交換器経由で建物の中に入れる熱交換手段と、外気を前記建物の中に直接入れる直通手段と、外気の温度を検出する外気温度検出器と、制御部を備え、
前記制御部は前記外気温度検出器で検出された外気温度に基づいて前記換気熱交換器に流す熱媒体と空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より高く、且つ冷房の制御のための設定温度より低いという特性であることを特徴とする空調装置。
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う外気熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記外気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記蓄熱槽に戻す外気循環手段と、空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う建物熱交換器と、前記蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記建物熱交換器経由で前記第一流出入口から前記蓄熱槽に戻す建物循環手段と、前記建物の中の空気を前記建物熱交換器経由で前記建物の中に戻す空気循環手段と、前記建物の中の空気の温度を検出する室内温度検出器を更に備え、
前記制御部は前記外気温度と前記室内温度検出器で検出された室内温度に基づいて、前記外気熱交換器と前記建物熱交換器に流す熱媒体の流量と、前記建物熱交換器に流す空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より６度以上高く、且つ冷房の制御のための設定温度より４．５度以上低いという特性であることを特徴とする請求項５に記載の空調装置。
少なくとも一つの第一蓄熱槽と、前記第一蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する第一潜熱蓄熱材を含む複数の第一蓄熱体を有する第一蓄熱装置及び、
少なくとも一つの第二蓄熱槽と、前記第二蓄熱槽の中に配置され、所定の特性を有する第二潜熱蓄熱材を含む複数の第二蓄熱体を有する第二蓄熱装置を備え、
前記第一蓄熱槽と前記第二蓄熱槽は液体の熱媒体で充填され、
前記第一蓄熱槽は第一流出入口と第三流出入口を有し、
前記第二蓄熱槽は第四流出入口と第二流出入口を有し、
前記第三流出入口は前記第四流出入口に接続され、
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う換気熱交換器と、前記第一蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記第二蓄熱槽に流入させる冬季循環手段と、前記第二蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記換気熱交換器経由で前記第一流出入口から前記第一蓄熱槽に流入させる夏季循環手段と、外気を前記換気熱交換器経由で建物の中に入れる熱交換手段と、外気を前記建物の中に直接入れる直通手段と、外気の温度を検出するが外気温度検出器と、制御部を備え、
前記制御部は前記外気温度検出器で検出された外気温度に基づいて前記換気熱交換器に流す熱媒体と空気の流量を制御し、
前記所定の特性は前記第二潜熱蓄熱材の凝固温度が前記建物付近の１月の平均気温より高く、前記第一潜熱蓄熱材の融解温度が前記建物付近の７月の平均気温より低く、前記第一潜熱蓄熱材の凝固温度は前記第二潜熱蓄熱材の融解温度より高いという特性であることを特徴とする空調装置。
外気と前記熱媒体との間で熱交換を行う外気熱交換器と、前記第一蓄熱槽の熱媒体を前記第一流出入口から流出させ前記外気熱交換器経由で前記第二流出入口から前記第二蓄熱槽に流入させる外気循環手段と、空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う建物熱交換器と、前記第二蓄熱槽の熱媒体を前記第二流出入口から流出させ前記建物熱交換器経由で前記第一流出入口から前記第一蓄熱槽に流入させる建物循環手段と、前記建物の中の空気を前記建物熱交換器経由で前記建物の中に戻す空気循環手段と、前記建物の中の空気の温度を検出する室内温度検出器と、を更に備え、
前記制御部は前記外気温度と前記室内温度検出器で検出された室内温度に基づいて、前記外気熱交換器と前記建物熱交換器に流す熱媒体の流量と、前記建物熱交換器に流す空気の流量を制御することを特徴とする請求項７に記載の空調装置。