JP2010112698A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二段圧縮で超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた空気調和装置において、圧縮機の消費電力量を増加させずに現行のＨＦＣ系冷媒を用いた空気調和装置の冷凍能力に近づける。
【解決手段】水又は氷を蓄熱媒体として貯蔵するとともに、上記冷媒回路（10）に接続されて蓄熱媒体と上記冷媒回路（10）の冷媒とを熱交換する蓄熱熱交換器（14）を有し、該蓄熱熱交換器（14）が蓄熱媒体の冷熱利用時に放熱器となる氷蓄熱タンク（2）を空気調和装置（1）の低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）の間に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。

従来より、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図２６は二酸化炭素のＰ−ｈ（圧力−エンタルピ）線図上に従来の冷凍装置における超臨界冷凍サイクルを示した図である。

従来の冷凍装置の冷媒回路は、圧縮機構と熱源側熱交換器と膨張弁と利用側熱交換器とが順に接続された閉回路で構成されている。この冷凍装置（空気調和装置）の冷房運転では、上記熱源側熱交換器が放熱器となり、上記利用側熱交換器が蒸発器となる。尚、上記熱源側熱交換器及び上記利用側熱交換器は、いずれも空気熱交換器で構成されている。

上記圧縮機構で臨界圧（図２６の点ｅ）以上まで圧縮された高圧冷媒は、該圧縮機構から吐出される。上記圧縮機構から吐出された高圧冷媒は、上記熱源側熱交換器に流入する（図２６のｂ点）。上記熱源側熱交換器に流入した高圧冷媒は、外気に放熱した後で該熱源側熱交換器を流出する（図２６のｃ点）。上記熱源側熱交換器を流出した高圧冷媒は、上記膨張弁で減圧されて低圧冷媒となり（図２６の点ｄ）、上記利用側熱交換器に流入する。上記利用側熱交換器に流入した低圧冷媒は、利用空間の空気から吸熱し蒸発した後で該利用側熱交換器を流出する。上記利用側熱交換器を流出した低圧冷媒は、圧縮機構に吸入され（図２６の点ａ）、臨界圧以上まで圧縮された後、再び高圧冷媒となって吐出される。この動作を繰り返すことにより、上記冷凍装置の冷房運転が行われる。

特開２００７−２６３３８３号公報

ところで、現行のＨＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置の冷房運転において、例えば外気温度が３０℃位の場合、上記熱源側熱交換器の冷媒出口温度は大体４０℃位である。

この冷凍装置の場合、冷凍サイクルの高圧圧力が臨界圧力より低いので、上記圧縮機から吐出されて上記熱源側熱交換器に流入したＨＦＣ系冷媒は、該熱源側熱交換器内でその温度が４０℃位まで下がるまでの間に相変化して潜熱を放出する。

これに対して、上記冷凍装置の冷媒として、例えば二酸化炭素を用いた場合、冷凍サイクルの高圧圧力が臨界圧力以上となるので、上記熱源側熱交換器内で二酸化炭素の温度が４０℃位まで下がるまでの間に二酸化炭素は相変化しない。このため、二酸化炭素は上記熱源側熱交換器内で顕熱しか放出できない。したがって、二酸化炭素及びＨＦＣ系冷媒の循環量が同じ場合には、上記熱源側熱交換器内での放熱量は二酸化炭素の方が少なくなる。

このことから、二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置において、その冷凍能力をＨＦＣ系冷媒の冷凍能力に近づけるためには、熱交換器のサイズをアップするとともに、上記冷媒回路を流れる冷媒の循環量を増加させる必要がある。しかしながら、上記冷媒の循環量を増加させて、ＨＦＣ系冷媒と同等の冷凍能力を得たとしても、その冷媒循環量の増加に起因して圧縮機の消費電力量が増加してしまうので好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置において、その冷凍能力を圧縮機構の消費電力量を増加させずに現行のＨＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置の冷凍能力に近づけることである。

第１の発明は、圧縮機構（11）と熱源側熱交換器（12）と膨張機構（15）と利用側熱交換器（16）とが接続されて超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置を前提としている。

そして、上記冷凍装置において、水又は氷を蓄熱媒体として貯蔵するとともに、上記冷媒回路（10）に接続されて蓄熱媒体と上記冷媒回路（10）の冷媒とを熱交換する蓄熱熱交換器（14）を有し、該蓄熱熱交換器（14）が蓄熱媒体の冷熱利用時に放熱器となる氷蓄熱タンク（2）を備えている。

また、上記圧縮機構（11）は、低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）とを備える一方、上記蓄熱熱交換器（14）は、上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続されている。

第１の発明では、超臨界冷凍サイクルを行う上記冷凍装置に対して上記氷蓄熱タンク（2）を設けている。この氷蓄熱タンク（2）で生成された氷の冷熱を利用し、該氷蓄熱タンク（2）の蓄熱熱交換器（14）が放熱器となる。したがって、例えば超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）の冷媒は、上記熱源側熱交換器（12）と上記蓄熱熱交換器（14）との両方で放熱する。

また、上記圧縮機構（11）に二段圧縮を行わせることで、単段圧縮の場合に比べて、その消費電力量を抑えることができ、上記低段側圧縮機（11a）から吐出された冷媒を上記蓄熱熱交換器（14）で冷却することで、さらに消費電力量を抑えることができる。

言い換えれば、単段圧縮の圧縮機構（11）と第１の発明の圧縮機構（11）とが同じ消費電力の場合、第１の発明の圧縮機構（11）を有する冷凍装置の冷凍能力が大きいこととなる。つまり、消費電力を増やさずに冷凍能力を増やすことができる。

第２の発明は、第１の発明において、上記蓄熱熱交換器（14）は、上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続された第１蓄熱熱交換器（14）であり、さらに、上記冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（12）と膨張機構（15）との間に接続された第２蓄熱熱交換器（19）を備えていることを特徴としている。

第２の発明では、上記圧縮機構（11）に二段圧縮を行わせることで、単段圧縮の場合に比べて、その消費電力量を抑えることができ、上記低段側圧縮機（11a）から吐出された冷媒を上記第１蓄熱熱交換器（14）で冷却することで、さらに消費電力量を抑えることができる。又、上記熱源側熱交換器（12）で放熱した冷媒をさらに上記第２蓄熱熱交換器（19）で冷却することができる。

ここで、例えば上記熱源側熱交換器（12）が空気熱交換器で構成されていたとすると、上述したように、上記熱源側熱交換器（12）の冷媒出口温度は大体４０℃位となり、二酸化炭素及びＨＦＣ系冷媒の循環量が同じ場合には、上記熱源側熱交換器（12）内での放熱量は二酸化炭素の方が少なくなる。

つまり、冷凍装置における利用側熱交換器（16）の冷凍効果は、ＨＦＣ系冷媒を用いた場合に比べて、二酸化炭素を用いた場合の方が小さくなる。ここで、上記冷凍効果とは、いわゆる上記利用側熱交換器（16）の冷媒出口比エンタルピ（図２６の点ａ）と冷媒入口比エンタルピ（図２６の点ｄ）との差のことである。

上記第２蓄熱熱交換器（19）を用いると、上記熱源側熱交換器（12）から流出した冷媒の温度をさらに下げることができ、上記冷凍効果を向上させることができる。これにより、上記冷凍効果が向上した分だけ、上記冷媒回路（10）における冷媒の循環量を少なくすることができ、上記圧縮機構（11）の消費電力が低減する。

以上より、第１，第２蓄熱熱交換器（14,19）を設けることで、消費電力を増やさずに冷凍能力を増やすことができる。

第３の発明は、第１の発明において、上記冷媒回路（10）には、上記蓄熱熱交換器（14）を放熱器として氷蓄熱タンク（2）の冷熱を利用する冷熱利用運転と、上記蓄熱熱交換器（14）を蒸発器として氷蓄熱タンク（2）に冷熱を蓄熱する蓄熱運転とに切換可能な切換機構（SV）が設けられていることを特徴としている。

第３の発明では、上記冷媒回路（10）に上記切換機構（SV）を設けることにより、上記冷凍装置に冷熱利用運転と蓄熱運転とを行わせることができる。

上記蓄熱運転の場合には、上記蓄熱熱交換器（14）が蒸発器となるように上記切換機構（SV）を切り換える。すると、上記蓄熱熱交換器（14）において、上記氷蓄熱タンク（2）内に貯留された水が上記冷媒回路（10）の冷媒で冷却されて、該水から氷が生成される。このようにして、冷媒の冷熱を蓄えることができる。

一方、上記冷熱利用運転の場合には、上記蓄熱熱交換器（14）が放熱器となるように上記切換機構（SV）を切り換える。すると、上述した蓄熱運転で生成された氷を利用して上記冷媒回路（10）を流れる冷媒を放熱させることができる。

第４の発明は、第３の発明において、上記冷媒回路（10）は、上記冷熱利用運転時には上記低段側圧縮機（11a）又は上記高段側圧縮機（11b）を起動するように構成されていることを特徴としている。

第４の発明では、上記冷熱利用運転時には、上記低段側圧縮機（11a）又は上記高段側圧縮機（11b）のみが起動する。そして、その起動した圧縮機から吐出した冷媒が上記蓄熱熱交換器（14）で放熱し、上記膨張機構（15）で所定圧力まで減圧された後で利用側熱交換器（16）で蒸発する。上記利用側熱交換器（16）で蒸発した冷媒は、起動した圧縮機に吸入された後、圧縮されて再びその圧縮機（11b）から吐出される。

第５の発明は、第１の発明において、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒が二酸化炭素であることを特徴としている。

第５の発明では、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒を二酸化炭素を用いている。この二酸化炭素と現行のＨＦＣ系冷媒とを比較すると、二酸化炭素の方が、飽和圧力が下がるほど潜熱が大きくなり、冷媒密度も大きくなる。従って、上記二酸化炭素を用いることで上記冷凍装置の蓄熱運転時の能力をアップすることができる。

本発明によれば、超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）の冷媒を上記蓄熱熱交換器（14）の氷に放熱させることができる。上記冷媒が氷に放熱することで、その冷媒の温度を大きく下げることができる。圧縮機構（11）の消費電力量を増加させずに従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

また、本発明によれば、上記圧縮機構（11）に二段圧縮を行わせるとともに、上記低段側圧縮機（11a）から吐出された冷媒を上記蓄熱熱交換器（14）で冷却してから上記高段側圧縮機（11b）に吸入させることができる。こうすると、単段圧縮の圧縮機構（11）と第２の発明の圧縮機構（11）とが同じ消費電力とした場合、上記単段圧縮の圧縮機構（11）を有する冷凍装置よりも、第１の発明の圧縮機構（11）を有する冷凍装置の冷凍能力が大きいこととなる。つまり、消費電力を増やさずに冷凍能力を増やすことができる。

以上より、上記熱源側熱交換器（12）とは別の放熱手段である上記蓄熱熱交換器（14）を設けることにより、圧縮機構（11）の消費電力量を増加させずに、上記冷凍装置の冷凍能力を従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

また、上記第２の発明によれば、上記圧縮機構（11）に二段圧縮を行わせるとともに、上記低段側圧縮機（11a）から吐出された冷媒を上記第１蓄熱熱交換器（14）で冷却している。こうすると、第１の発明と同様に消費電力を増やさずに冷凍能力を増やすことができる。

又、上記第２蓄熱熱交換器（19）を設けることで、上記熱源側熱交換器（12）から流出した冷媒の温度をさらに下げることができ、上記冷凍効果を向上させることができる。これにより、上記冷凍効果が向上した分だけ、上記冷媒回路（10）における冷媒の循環量を少なくすることができ、上記圧縮機構（11）の消費電力を低減することができる。

以上より、上記熱源側熱交換器（12）とは別の放熱手段である上記第１，第２蓄熱熱交換器（14,19）を設けることにより、圧縮機構（11）の消費電力量を増加させずに従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

また、上記第３の発明によれば、例えば、上記冷凍装置において、比較的に安価な夜間電力を利用して上記蓄熱運転を行い、上記氷蓄熱タンク（2）に冷媒の冷熱を蓄えておく。そして、昼間の冷熱利用運転時にその生成した氷を利用することで昼間の消費電力を抑えることができる。つまり、昼間電力のピークシフトを行うことを可能にしつつ、圧縮機構（11）の消費電力量を増加させずに従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

また、上記第４の発明によれば、上記冷熱利用運転時に、上記低段側圧縮機（11a）又は上記高段側圧縮機（11b）のみを起動させている。こうすると、上記低段側圧縮機（11a）及び上記高段側圧縮機（11b）の両方を起動する場合に比べて、上記圧縮機構（11）の消費電力量を低減することができる。

また、上記第５の発明によれば、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒に二酸化炭素を用いることにより、現行のＨＦＣ系冷媒に比べて、上記冷凍装置の蓄熱運転時の能力をアップすることができる。

図１は、本発明の空気調和装置（冷凍装置）の全体図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 図３は、実施形態１に係る蓄熱運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図４は、実施形態１に係る冷熱利用運転時の動作を示す冷媒回路図であり、図４（Ａ）は第１の冷熱利用運転を示し、図４（Ｂ）は第２の冷熱利用運転を示している。 図５は、実施形態１に係る冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。 図６は、実施形態１の変形例１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 図７は、実施形態１の変形例１に係る蓄熱運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図８は、実施形態１の変形例１に係る冷熱利用運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図９は、実施形態１の変形例１に係る冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。 図１０は、実施形態１の変形例２に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 図１１は、実施形態１の変形例２に係る蓄熱運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図１２は、実施形態１の変形例２に係る冷熱利用運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図１３は、実施形態１の変形例２に係る冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。 図１４は、本発明の実施形態２に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 図１５は、実施形態２に係る蓄熱運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図１６は、実施形態２に係る冷熱利用運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図１７は、実施形態２に係る冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。 図１８は、本発明の実施形態３に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 図１９は、実施形態３に係る蓄熱運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図２０は、実施形態３に係る冷熱利用運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図２１は、実施形態３に係る冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。 図２２は、実施形態３の変形例に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 図２３は、実施形態３の変形例に係る蓄熱運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図２４は、実施形態３の変形例に係る冷熱利用運転時の動作を示す冷媒回路図である。 図２５は、実施形態３の変形例に係る冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。 図２６は、従来の冷媒回路が行う冷凍サイクルをＰ−ｈ線図上に示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
《実施形態１》
図１は実施形態１の空気調和装置（冷凍装置）（1）の全体図である。図２は実施形態１に係る上記空気調和装置（1）の冷媒回路図であり、図３は蓄熱運転時の冷媒の流れを示し、図４は冷熱利用運転時の冷媒の流れを示している。図５は二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に冷熱利用運転時の冷凍サイクルを示した図である。

実施形態１の空気調和装置（1）は、屋外に設置された氷蓄熱タンク（2）及び室外機（3）と、室内に設置された室内機（4）とを備えている。そして、これらの機器（2,3,4）が互いに連絡配管で接続されることにより、図２に示す冷媒回路（10）が構成される。尚、この冷媒回路（10）には、冷媒として二酸化炭素（以下、冷媒という。）が充填されている。又、上記冷媒回路（10）の高圧圧力が二酸化炭素の臨界圧力以上に設定されている。

又、上記空気調和装置（1）は、その運転動作が蓄熱運転及び冷熱利用運転に切換可能に構成されている。例えば、蓄熱運転時に夜間電力を利用して氷蓄熱タンク（2）内の水から氷を生成し、昼間の冷熱利用運転時にその生成した氷を利用することにより、上記空気調和装置（1）における昼間の消費電力を抑えることができる。この蓄熱運転と冷熱利用運転については、詳しく後述する。

上記冷媒回路（10）には、高段側圧縮機（11b）と低段側圧縮機（11a）と室外熱交換器（熱源側熱交換器）（12）と第１及び第２膨張弁（膨張機構）（15b,15c）と減圧弁（15a）と室内熱交換器（利用側熱交換器）（16）と過冷却熱交換器（18）と蓄熱熱交換器（14）とが設けられている。又、上記冷媒回路（10）には、上記空気調和装置（1）の運転を蓄熱運転及び冷熱利用運転に切り換えるための開閉弁（切換機構）（SV）が設けられている。

上記高段側圧縮機（11b）及び上記低段側圧縮機（11a）は、いずれもいわゆる全密閉型に構成され、圧縮機構（11）を構成している。又、各圧縮機（11a,11b）にはそれぞれ図示しないインバータが接続されており、このインバータにより、各圧縮機（11a,11b）は容量可変に構成されている。

上記室外熱交換器（12）及び上記室内熱交換器（16）は、いずれもクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。又、上記室外熱交換器（12）の近傍には室外ファン（図示なし）が設けられ、上記室内熱交換器（16）の近傍には室内ファン（図示なし）が設けられている。そして、上記室外熱交換器（12）は、上記室外ファンから送られる室外空気と上記室外熱交換器（12）を流れる冷媒とが熱交換するように構成されている。又、上記室内熱交換器（16）は、上記室内ファンから送られる室内空気と上記室内熱交換器（16）を流れる冷媒とが熱交換するように構成されている。

上記第１、第２膨張弁（15b,15c）及び減圧弁（15a）は、いずれも開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。上記第１から第４開閉弁（SV1,SV2,SV3,SV4）は、開度が全開及び全閉の何れか一方に設定可能な電磁弁で構成されている。

上記過冷却熱交換器（18）は、高温側通路と低温側通路とを備え、高温側通路を通過する冷媒と低温側通路を通過する冷媒とが熱交換するように構成されている。

上記蓄熱熱交換器（14）は、上記氷蓄熱タンク（2）に収容されており、上下に蛇行する複数の伝熱管によって構成されている。そして、この蛇行する伝熱管を流れる冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内に貯蔵された蓄熱媒体としての水又は氷とが熱交換するように構成されている。

上記低段側圧縮機（11a）の吐出側から延びる冷媒配管の端部は分岐して第１及び第２分岐配管（20,21）の一端に接続されている。各分岐配管（20,21）の他端は合流して上記高段側圧縮機（11b）の吸入側に接続されている。上記第１分岐配管（20）には上記第１開閉弁（SV1）が設けられている。上記第２分岐配管（21）には、低段側圧縮機（11a）から高段側圧縮機（11b）に向かって順に第３開閉弁（SV3）と上記蓄熱熱交換器（14）と第４開閉弁（SV4）が設けられている。

上記高段側圧縮機（11b）の吐出側から延びる冷媒配管は上記室外熱交換器（12）の一端に接続されている。上記室外熱交換器（12）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一方が減圧弁（15a）を介して上記過冷却熱交換器（18）の低温側通路の入口側に接続され、他方が上記過冷却熱交換器（18）の高温側通路の入口側に接続されている。

上記過冷却熱交換器（18）の低温側通路の出口側から延びる冷媒配管は上記第１分岐配管（20）における上記高段側圧縮機（11b）と上記第１開閉弁（SV1）との間と連通している。一方、上記過冷却熱交換器（18）の高温側通路の出口側から延びる冷媒配管は分岐して、一方が第１膨張弁（15b）を介して上記室内熱交換器（16）の一端に接続され、他方は第２膨張弁（15c）を介して上記第２分岐配管（21）における蓄熱熱交換器（14）と上記第４開閉弁（SV4）との間と連通している。

上記室内熱交換器（16）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一方が上記低段側圧縮機（11a）の吸入側に接続され、他方が第２開閉弁（SV2）を介して上記第２分岐配管（21）における第３開閉弁（SV3）及び上記蓄熱熱交換器（14）の間と連通している。

−運転動作−
次に、上記空気調和装置（1）の運転動作について説明する。上記空気調和装置（1）は、上述したように蓄熱運転と冷熱利用運転とが切換可能に構成されている。

〈蓄熱運転〉
上記蓄熱運転では、夜間の電力で上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）とを起動する一方、上記開閉弁（SV）を切り換えて上記蓄熱熱交換器（14）を蒸発器に設定する。そして、上記冷媒回路（10）を循環する冷媒で上記氷蓄熱タンク（2）の水を冷却して氷にすることにより、冷媒の冷熱を蓄える。

上記蓄熱運転では、図３に示すように、上記第１膨張弁（15b）の開度が全閉になり、上記第２膨張弁（15c）及び上記減圧弁（15a）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１開閉弁（SV1）及び上記第２開閉弁（SV2）が開設定となり、上記第３開閉弁（SV3）及び上記第４開閉弁（SV4）が閉設定となる。

上記高段側圧縮機（11b）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は分流し、一方が上記減圧弁（15a）で減圧されて中間圧冷媒となった後、上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路に流入し、他方が上記過冷却熱交換器（18）の高温側流路に流入する。

上記過冷却熱交換器（18）では、上記高温側流路の高圧冷媒と上記低温側流路の中間圧冷媒とが熱交換する。上記高圧冷媒は上記中間圧冷媒に放熱して冷却されて、上記高温側流路を流出する。一方、上記中間圧冷媒は上記高圧冷媒から吸熱して中間圧のガス冷媒となり、上記低温側流路を流出する。

上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路を流出した中間圧冷媒は、上記高段側圧縮機（11b）の吸入側へ流れる。

上記過冷却熱交換器（18）の高温側流路を流出した高圧冷媒は、上記第２膨張弁（15c）で所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となった後、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する。上記蓄熱熱交換器（14）では、低圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の水とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の水が冷却されて氷になる。一方、上記氷蓄熱タンク（2）内の水から吸熱した低圧冷媒は低圧ガス冷媒となり、該蓄熱熱交換器（14）を流出する。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した低圧ガス冷媒は、第２開閉弁（SV2）を経て、上記低段側圧縮機（11a）に吸入されて所定の圧力まで圧縮されて中間圧ガス冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される。上記低段側圧縮機（11a）から吐出された中間圧ガス冷媒は、上記第１開閉弁（SV1）を経て、上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路から流出した中間圧ガス冷媒と合流した後、上記高段側圧縮機（11b）に吸入される。

上記高段側圧縮機（11b）に吸入された中間圧ガス冷媒は、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となった後、上記高段側圧縮機（11b）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において蓄熱運転が行われる。

〈冷熱利用運転〉
（第１冷熱利用運転）
第１の冷熱利用運転では、昼間の電力で上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）とを起動する一方、上記開閉弁（SV）を切り換えて上記蓄熱熱交換器（14）を放熱器に設定する。そして、上記蓄熱運転で上記氷蓄熱タンク（2）内に蓄えた冷熱を利用して、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒を放熱させる。

上記冷熱利用運転では、図４（Ａ）に示すように、上記第２膨張弁（15c）及び上記減圧弁（15a）の開度が全閉になり、上記第１膨張弁（15b）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第３開閉弁（SV3）及び上記第４開閉弁（SV4）が開設定となり、上記第１開閉弁（SV1）及び上記第２開閉弁（SV2）が閉設定となる。

上記高段側圧縮機（11b）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する（図４（Ａ），図５の点ｃ）。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記過冷却熱交換器（18）を熱交換することなく通過し、上記第１膨張弁（15b）に流入する。

上記第１膨張弁（15b）に流入した高圧冷媒は、所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となり、該第１膨張弁（15b）を流出する（図４（Ａ），図５の点ｄ）。上記第１膨張弁（15b）を流出した低圧冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱して低圧ガス冷媒となった後、該室内熱交換器（16）から流出する（図４（Ａ），図５の点ａ）。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記低圧ガス冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、上記低段側圧縮機（11a）に吸入され、所定の圧力まで圧縮されて中間圧ガス冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される（図４（Ａ），図５の点ａ１）。上記低段側圧縮機（11a）から吐出された中間圧ガス冷媒は、第３開閉弁（SV3）を経て、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、中間圧ガス冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記中間圧ガス冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して冷却されて、該蓄熱熱交換器（14）を流出する（図４（Ａ），図５の点ａ２）。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した中間圧ガス冷媒は、上記高段側圧縮機（11b）に吸入され、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となった後、上記高段側圧縮機（11b）から吐出される（図４（Ａ），図５の点ｂ）。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷熱利用運転が行われる。

（第２冷熱利用運転）
第２の冷熱利用運転では、図４（Ｂ）において、第３開閉弁（SV3）が開設定となり、第１膨張弁（15b）及び第２膨張弁（15c）の少なくとも一方の開度が必要に応じて調整される。又、第１開閉弁（SV1），第２開閉弁（SV2）及び第４開閉弁（SV4）が閉設定となり、減圧弁（15a）の開度が全閉になる。このとき、低段側圧縮機（11a）は運転され、高段側圧縮機（11b）は停止状態となる。

この状態で、低段側圧縮機（11a）から吐出された高圧冷媒は、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する。上記蓄熱熱交換器（14）では、高圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記中間圧ガス冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して冷却されて、該蓄熱熱交換器（14）を流出する。

冷媒は、次に、第１膨張弁（15b）及び第２膨張弁（15c）を通過するときに所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となり、第１膨張弁（15b）を流出する。上記第１膨張弁（15b）を流出した低圧冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱して低圧ガス冷媒となった後、該室内熱交換器（16）から流出する。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記低圧ガス冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、上記低段側圧縮機（11a）に吸入され、所定の圧力まで圧縮されて高圧冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において第２の冷熱利用運転が行われる。

なお、図４（Ｂ）の例では、低段側圧縮機（11a）を起動し、高段側圧縮機（11b）を停止するようにしているが、第２の冷熱利用運転時に低段側圧縮機（11a）を停止し、高段側圧縮機（11b）を運転するように冷媒回路（10）の回路構成を変更してもよい。このように冷熱利用運転時に低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）の一方のみを起動するようにすると、蓄熱運転時に比べて、冷熱利用運転時の冷媒搬送動力を低減することができる。従って、圧縮機構の消費電力を低減できる。

−実施形態１の効果−
本実施形態１によれば、上記空気調和装置（1）に上記氷蓄熱タンク（2）を設けるとともに、上記冷媒回路（10）に上記第１から第４開閉弁（SV1〜SV4）を設けることにより、上記空気調和装置（1）に冷熱利用運転と蓄熱運転とを行わせることができる。

又、上記冷熱利用運転に、上記冷媒回路（30）の圧縮機構である上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）に二段圧縮を行わせるとともに、上記低段側圧縮機（11a）から吐出された冷媒を上記蓄熱熱交換器（14）で冷却してから上記高段側圧縮機（11b）に吸入させている。

こうすると、上記冷媒回路（10）の圧縮機構を単段圧縮で構成した場合と実施形態１のように構成した場合とで比較すると、両者が同じ消費電力であれば、上記単段圧縮の圧縮機構（11）を有する冷凍装置よりも、実施形態１の圧縮機構（11）を有する冷凍装置の冷凍能力が大きいこととなる。つまり、消費電力を増やさずに冷凍能力を増やすことができる。

以上より、上記熱源側熱交換器（12）とは別の放熱手段である上記蓄熱熱交換器（14）を設けることにより、圧縮機構（11）の消費電力量を増加させずに、上記冷凍装置の冷凍能力を従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

又、上記空気調和装置（1）において、上記第１から第４開閉弁（SV1〜SV4）を図３のように切り換えて、上記蓄熱運転を行い、比較的に安価な夜間電力を利用して上記氷蓄熱タンク（2）の水を冷却して氷を生成することで冷熱を蓄えておく。そして、上記第１から第４開閉弁（SV1〜SV4）を図４のように切り換えて、昼間に冷熱利用運転を行い、上記蓄熱運転で生成した氷を利用することで昼間の消費電力を抑えることができる。

つまり、昼間電力のピークシフトを行うことを可能にしつつ、圧縮機構（11）の消費電力量を増加させずに従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

又、本実施形態１によれば、上記冷媒回路（10）を流れる冷媒に二酸化炭素を用いている。この二酸化炭素と現行のＨＦＣ系冷媒とを比較すると、二酸化炭素の方が、飽和圧力が下がるほど潜熱が大きくなり、冷媒密度も大きくなる。従って、上記二酸化炭素を用いることで上記空気調和装置（1）の蓄熱運転時の能力をアップすることができる。

−実施形態１の変形例１−
図６は実施形態１の変形例１に係る空気調和装置（1）の冷媒回路図であり、図７は蓄熱運転時の冷媒の流れを示し、図８は冷熱利用運転時の冷媒の流れを示している。図９は二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に冷熱利用運転時の冷凍サイクルを示した図である。

上記実施形態１の冷媒回路（10）では、上記蓄熱熱交換器（14）が上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続されていたが、変形例１の冷媒回路（30）では、上記蓄熱熱交換器（14）とは別の第２蓄熱熱交換器（19）が上記過冷却熱交換器（18）と上記膨張弁との間に接続されている。又、上記冷媒回路（30）には、実施形態１の第２膨張弁（15c）の代わりに流量調整弁（13）が設けられている。又、上記冷媒回路（30）には、第５、第６開閉弁（SV5,SV6）が設けられている。

尚、ここでは、上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続されていた蓄熱熱交換器（14）を第１蓄熱熱交換器（14）という。又、第１、第２蓄熱熱交換器（14,19）はともに上記氷蓄熱タンク（2）に収容されている。

具体的に、上記低段側圧縮機（11a）の吐出側から延びる冷媒配管の端部は分岐して第１及び第２分岐配管（20,21）の一端に接続されている。各分岐配管（20,21）の他端は合流して上記高段側圧縮機（11b）の吸入側に接続されている。上記第１分岐配管（20）には上記第１開閉弁（SV1）が設けられている。上記第２分岐配管（21）には、低段側圧縮機（11a）から高段側圧縮機（11b）に向かって順に第３開閉弁（SV3）と上記蓄熱熱交換器（14）と第４開閉弁（SV4）が設けられている。

上記高段側圧縮機（11b）の吐出側から延びる冷媒配管は上記室外熱交換器（12）の一端に接続されている。上記室外熱交換器（12）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一方が減圧弁（15a）を介して上記過冷却熱交換器（18）の低温側通路の入口側に接続され、他方が上記過冷却熱交換器（18）の高温側通路の入口側に接続されている。

上記過冷却熱交換器（18）の低温側通路の出口側から延びる冷媒配管は上記第１分岐配管（20）における上記高段側圧縮機（11b）及び上記第１開閉弁（SV1）の間と連通している。一方、上記過冷却熱交換器（18）の高温側通路の出口側から延びる冷媒配管は上記流量調整弁（13）を介して分岐し、一方が第２蓄熱熱交換器（19）の一端に接続され、他方は第５開閉弁（SV5）を経て上記第２分岐配管（21）における第１蓄熱熱交換器（14）及び上記第４開閉弁（SV4）の間と連通している。

上記第２蓄熱熱交換器（19）の他端から延びる冷媒配管は、膨張弁（15）を介して上記室内熱交換器（16）の一端に接続されている。上記室内熱交換器（16）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一方が上記低段側圧縮機（11a）の吸入側に接続され、他方が第２開閉弁（SV2）を介して上記第２分岐配管（21）における第３開閉弁（SV3）及び上記第１蓄熱熱交換器（14）の間と連通している。

又、上記冷媒回路（30）には、上記膨張弁（15）と上記室内熱交換器（16）とをバイパスするバイパス配管が設けられ、そのバイパス配管には第６開閉弁（SV6）が設けられている。

−運転動作−
〈蓄熱運転〉
上記蓄熱運転では、図７に示すように、上記膨張弁（15）の開度が全閉になり、上記流量調整弁（13）及び上記減圧弁（15a）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１開閉弁（SV1）と上記第２開閉弁（SV2）と第５開閉弁（SV5）と第６開閉弁（SV6）とが開設定となり、上記第３開閉弁（SV3）及び上記第４開閉弁（SV4）が閉設定となる。

上記高段側圧縮機（11b）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は分流し、一方が上記減圧弁（15a）で減圧されて中間圧冷媒となった後、上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路に流入し、他方が上記過冷却熱交換器（18）の高温側流路に流入する。

上記過冷却熱交換器（18）では、上記高温側流路の高圧冷媒と上記低温側流路の中間圧冷媒とが熱交換する。上記高圧冷媒は上記中間圧冷媒に放熱して冷却されて、上記高温側流路を流出する。一方、上記中間圧冷媒は上記高圧冷媒から吸熱して中間圧のガス冷媒となり、上記低温側流路を流出する。

上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路を流出した中間圧冷媒は、上記高段側圧縮機（11b）の吸入側へ流れる。

上記過冷却熱交換器（18）の高温側流路を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）に流入し、その流量が調整されるとともに減圧された後、二相状態の低圧冷媒となって該流量調整弁（13）を流出する。上記流量調整弁（13）を流出した低圧冷媒は分流し、一方は第２蓄熱熱交換器（19）に流入し、他方は上記第５開閉弁（SV5）を経て第１蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記第１、第２蓄熱熱交換器（14,19）では、それぞれ低圧冷媒と上記各氷蓄熱タンク（2）内の水とが熱交換して、該各氷蓄熱タンク（2）内の水が冷却されて氷になる。一方、上記各氷蓄熱タンク（2）内の水から吸熱した低圧冷媒は低圧ガス冷媒となり、該各蓄熱熱交換器（14）を流出する。

上記第１、第２蓄熱熱交換器（14,19）を流出した各低圧ガス冷媒は合流した後、上記低段側圧縮機（11a）に吸入されて所定の圧力まで圧縮されて中間圧ガス冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される。上記低段側圧縮機（11a）から吐出された中間圧ガス冷媒は、上記第１開閉弁（SV1）を経て、上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路から流出した中間圧ガス冷媒と合流した後、上記高段側圧縮機（11b）に吸入される。

上記高段側圧縮機（11b）に吸入された中間圧ガス冷媒は、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となった後、上記高段側圧縮機（11b）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において蓄熱運転が行われる。

〈冷熱利用運転〉
上記冷熱利用運転では、図８に示すように、上記減圧弁（15a）の開度が全閉になり、上記流量調整弁（13）及び上記膨張弁（15）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１開閉弁（SV1）と上記第２開閉弁（SV2）と第５開閉弁（SV5）と第６開閉弁（SV6）とが閉設定となり、上記第３開閉弁（SV3）及び上記第４開閉弁（SV4）が開設定となる。

上記高段側圧縮機（11b）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する（図８，図９の点ｂ１）。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記過冷却熱交換器（18）を熱交換することなく通過し、上記流量調整弁（13）でその流量が調整されて、上記第２蓄熱熱交換器（19）に流入する。

上記第２蓄熱熱交換器（19）では、高圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記高圧冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して冷却された後、該第２蓄熱熱交換器（19）を流出する（図８，図９の点ｃ）。

上記第２蓄熱熱交換器（19）を流出した高圧冷媒は、上記膨張弁（15）に流入し、所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となり、該膨張弁（15）を流出する（図８，図９の点ｄ）。上記膨張弁（15）を流出した低圧冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱して低圧ガス冷媒となった後、該室内熱交換器（16）から流出する（図８，図９の点ａ）。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記低圧ガス冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、上記低段側圧縮機（11a）に吸入され、所定の圧力まで圧縮されて中間圧ガス冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される（図８，図９の点ａ１）。上記低段側圧縮機（11a）から吐出された中間圧ガス冷媒は、上記第３開閉弁（SV3）を経て、上記第１蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記第１蓄熱熱交換器（14）では、中間圧ガス冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記中間圧ガス冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して冷却されて、該第１蓄熱熱交換器（14）を流出する（図８，図９の点ａ２）。

上記第１蓄熱熱交換器（14）を流出した中間圧ガス冷媒は、第４開閉弁（SV4）を経て、上記高段側圧縮機（11b）に吸入され、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となった後、上記高段側圧縮機（11b）から吐出される（図８，図９の点ｂ）。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷熱利用運転が行われる。

−実施形態１の変形例１の効果−
上記実施形態１の変形例１によれば、上記冷媒回路（30）の圧縮機構である上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）に二段圧縮を行わせるとともに、上記低段側圧縮機（11a）から吐出された冷媒を上記第１蓄熱熱交換器（14）で冷却している。こうすると、実施形態１と同様に消費電力を増やさずに冷凍能力を増やすことができる。

又、上記第２蓄熱熱交換器（19）を設けることで、上記熱源側熱交換器（12）から流出した冷媒の温度をさらに下げることができ、上記冷凍効果を向上させることができる。これにより、上記冷凍効果が向上した分だけ、上記冷媒回路（30）における冷媒の循環量を少なくすることができ、上記冷媒回路（30）の圧縮機構の消費電力を低減することができる。

以上より、上記熱源側熱交換器（12）とは別の放熱手段である上記第１，第２蓄熱熱交換器（14,19）を設けることにより、上記冷媒回路（30）の消費電力量を増加させずに従来の冷凍装置の冷凍能力に近づけることができる。

−実施形態１の変形例２−
図１０は実施形態１の変形例２に係る空気調和装置（1）の冷媒回路図であり、図１１は蓄熱運転時の冷媒の流れを示し、図１２は冷熱利用運転時の冷媒の流れを示している。図１３は二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に冷熱利用運転時の冷凍サイクルを示した図である。

上記実施形態１の冷媒回路（10）では、上記蓄熱熱交換器（14）が上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続されていたが、変形例２の冷媒回路（40）では、上記蓄熱熱交換器（14）が別の位置に接続されている。

上記低段側圧縮機（11a）の吐出側から延びる接続配管（22）は、上記高段側圧縮機（11b）の吸入側に接続されている。上記高段側圧縮機（11b）の吐出側から延びる冷媒配管は上記室外熱交換器（12）の一端に接続されている。上記室外熱交換器（12）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一方が減圧弁（15a）を介して上記過冷却熱交換器（18）の低温側通路の入口側に接続され、他方が上記過冷却熱交換器（18）の高温側通路の入口側に接続されている。

上記過冷却熱交換器（18）の低温側通路の出口側から延びる冷媒配管は上記接続配管（22）と連通している。一方、上記過冷却熱交換器（18）の高温側通路の出口側から延びる冷媒配管は上記流量調整弁（13）を介して分岐し、一方が上記蓄熱熱交換器（14）の一端に接続され、他方が膨張弁（15）を介して上記室内熱交換器（16）の一端に接続されている。

上記蓄熱熱交換器（14）の他端から延びる冷媒配管は第７開閉弁（SV7）を介して上記接続配管（22）に連通している。一方、上記室内熱交換器（16）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一端が第８開閉弁（SV8）を介して上記蓄熱熱交換器（14）の他端から延びる冷媒配管における該蓄熱熱交換器（14）及び第７開閉弁（SV7）の間と連通し、他端が上記低段側圧縮機（11a）の吸入側に接続されている。

−運転動作−
〈蓄熱運転〉
上記蓄熱運転では、図１１に示すように、上記膨張弁（15）の開度が全閉になり、上記流量調整弁（13）及び上記減圧弁（15a）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第８開閉弁（SV8）が開設定となり、上記第７開閉弁（SV7）が閉設定となる。

上記高段側圧縮機（11b）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は分流し、一方が上記減圧弁（15a）で減圧されて中間圧冷媒となった後、上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路に流入し、他方が上記過冷却熱交換器（18）の高温側流路に流入する。

上記過冷却熱交換器（18）では、上記高温側流路の高圧冷媒と上記低温側流路の中間圧冷媒とが熱交換する。上記高圧冷媒は上記中間圧冷媒に放熱して冷却されて、上記高温側流路を流出する。一方、上記中間圧冷媒は上記高圧冷媒から吸熱して中間圧のガス冷媒となり、上記低温側流路を流出する。

上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路を流出した中間圧冷媒は、上記高段側圧縮機（11b）の吸入側へ流れる。

上記過冷却熱交換器（18）の高温側流路を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）に流入し、その流量が調整されるとともに減圧された後、二相状態の低圧冷媒となって該流量調整弁（13）を流出する。上記流量調整弁（13）を流出した低圧冷媒は蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、上記低圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の水とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の水が冷却されて氷になる。一方、上記氷蓄熱タンク（2）内の水から吸熱した低圧冷媒は低圧ガス冷媒となり、該蓄熱熱交換器（14）を流出する。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した低圧ガス冷媒は、上記第８開閉弁（SV8）を経て、上記低段側圧縮機（11a）に吸入されて所定の圧力まで圧縮されて中間圧ガス冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される。

上記低段側圧縮機（11a）から吐出された中間圧ガス冷媒は、上記過冷却熱交換器（18）の低温側流路から流出した中間圧ガス冷媒と合流した後、上記高段側圧縮機（11b）に吸入される。

上記高段側圧縮機（11b）に吸入された中間圧ガス冷媒は、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となった後、上記高段側圧縮機（11b）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において蓄熱運転が行われる。

〈冷熱利用運転〉
上記冷熱利用運転では、図１２に示すように、上記膨張弁（15）の開度が必要に応じて調整され、上記流量調整弁（13）及び上記減圧弁（15a）の開度が全閉となる。又、上記第８開閉弁（SV8）が閉設定となり、上記第７開閉弁（SV7）が開設定となる。又、上記高段側圧縮機（11b）は停止している。

上記低段側圧縮機（11a）から吐出された高圧ガス冷媒は、上記第７開閉弁（SV7）を経て、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、高圧ガス冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記高圧ガス冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して凝縮した後、該蓄熱熱交換器（14）を流出する（図１２，図１３の点ｃ）。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した高圧冷媒は、上記膨張弁（15）に流入し、所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となり、該膨張弁（15）を流出する（図１２，図１３の点ｄ）。上記膨張弁（15）を流出した低圧冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱して低圧ガス冷媒となった後、該室内熱交換器（16）から流出する（図１２，図１３の点ａ）。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記低圧ガス冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、上記低段側圧縮機（11a）に吸入され、臨界圧以下の範囲内で圧縮されて高圧ガス冷媒となった後、該低段側圧縮機（11a）から吐出される（図１２，図１３の点ｂ）。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷熱利用運転が行われる。

−実施形態１の変形例２の効果−
上記実施形態１の変形例２によれば、上記蓄熱運転時は、上記低段側圧縮機（11a）と上記高段側圧縮機（11b）を起動するが、上記冷熱利用運転時は、上記低段側圧縮機（11a）のみを起動している。これにより、上記蓄熱運転時に比べて、上記冷熱利用運転時の冷媒搬送動力を低減することができる。従って、上記冷媒回路（40）の圧縮機構の消費電力を増やさずに上記冷熱利用運転時の冷凍能力を増やすことができる。

《実施形態２》
図１４は実施形態２に係る空気調和装置（1）の冷媒回路図であり、図１５は蓄熱運転時の冷媒の流れを示し、図１６は冷熱利用運転時の冷媒の流れを示している。図１７は二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に冷熱利用運転時の冷凍サイクルを示した図である。

実施形態２の冷媒回路（50）と上記実施形態１で示した冷媒回路（10）との大きな違いは、上記低段側圧縮機（11a）及び高段側圧縮機（11b）に代えて圧縮機（11）及び冷媒ガスポンプ（冷媒ポンプ）（17）が設けられている点、及び蓄熱熱交換器（14）の位置が異なる点である。ここで、上記冷媒ガスポンプ（17）は、冷媒ガスを搬送するためのものであり、上記圧縮機（11）よりも圧縮比が小さく設定されている。

上記圧縮機（11）及び上記冷媒ガスポンプ（17）の吐出側から延びる各冷媒配管は合流して上記室外熱交換器（12）の一端に接続されている。上記室外熱交換器（12）の他端から延びる冷媒配管は上記流量調整弁（13）と上記膨張弁（15）とを介して上記室内熱交換器（16）の一端に接続されている。上記室内熱交換器（16）の他端から延びる冷媒配管は分岐して、一端が上記圧縮機（11）の吸入側に接続され、他端が上記冷媒ガスポンプ（17）の吸入側に接続されている。

又、上記冷媒回路（50）には、上記室外熱交換器（12）と上記流量調整弁（13）とをバイパスするバイパス配管（23）が設けられ、上記室外熱交換器（12）側から上記流量調整弁（13）側へ向かって第９開閉弁（SV9）と上記蓄熱熱交換器（14）とが設けられている。そして、上記バイパス配管（23）における第９開閉弁（SV9）及び上記蓄熱熱交換器（14）の間から延びる分岐配管（24）が上記室内熱交換器（16）と上記圧縮機（11）及び上記冷媒ガスポンプ（17）とを接続する冷媒配管に接続されている。この分岐配管（24）には、第１０開閉弁（SV10）が接続されている。

このように、上記冷媒回路（10）は、冷媒を搬送する冷媒ガスポンプ（17）を備えている。そして、上記冷媒回路（10）は、上記圧縮機構（11）から吐出した冷媒が熱源側熱交換器（12）で放熱し、蓄熱熱交換器（14）で蒸発して圧縮機構（11）に戻る蓄熱運転と、上記冷媒ガスポンプ（17）から吐出した冷媒が蓄熱熱交換器（14）で凝縮し、利用側熱交換器（16）で蒸発して冷媒ポンプ（17）に戻る冷熱利用運転とに切り換わるように構成されている。

−運転動作−
〈蓄熱運転〉
上記蓄熱運転では、図１５に示すように、上記膨張弁（15）の開度が全閉になり、上記流量調整弁（13）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１０開閉弁（SV10）が開設定となり、上記第９開閉弁（SV9）が閉設定となる。

上記圧縮機（11）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）に流入し、その流量が調整されるとともに減圧された後、二相状態の低圧冷媒となって該流量調整弁（13）を流出する。上記流量調整弁（13）を流出した低圧冷媒は蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、上記低圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の水とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の水が冷却されて氷になる。一方、上記氷蓄熱タンク（2）内の水から吸熱した低圧冷媒は低圧ガス冷媒となり、該蓄熱熱交換器（14）を流出する。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した低圧ガス冷媒は、上記第１０開閉弁（SV10）を経て、上記圧縮機（11）に吸入されて所定の圧力まで圧縮されて超臨界状態の高圧冷媒となった後、上記圧縮機（11）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において蓄熱運転が行われる。

〈冷熱利用運転〉
上記冷熱利用運転では、図１６に示すように、上記流量調整弁（13）の開度が全閉になり、上記膨張弁（15）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１０開閉弁（SV10）が閉設定となり、上記第９開閉弁（SV9）が開設定となる。

上記冷媒ガスポンプ（17）から吐出された冷媒は、上記第９開閉弁（SV9）を経て、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、上記冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して凝縮した後、該蓄熱熱交換器（14）を流出する（図１６，図１７の点ｃ）。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した冷媒は、上記膨張弁（15）に流入し、所定の圧力まで減圧された後、該膨張弁（15）を流出する（図１６，図１７の点ｄ）。上記膨張弁（15）を流出した冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱した後、該室内熱交換器（16）から流出する（図１６，図１７の点ａ）。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した冷媒は、上記冷媒ガスポンプ（17）に吸入された後、該冷媒ガスポンプ（17）から吐出される（図１６，図１７の点ｂ）。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷熱利用運転が行われる。

−実施形態２の効果−
上記実施形態２によれば、上記冷熱利用運転時に、上記圧縮機構（11）を用いずに、上記冷媒ポンプ（17）を用いている。こうすることで、上記冷熱利用運転時の冷媒搬送動力を低減することができる。これにより、上記蓄熱運転時に比べて、上記冷熱利用運転時の冷媒搬送動力を低減することができる。従って、上記実施形態１の変形例２と同様に、上記冷媒回路（50）の圧縮機構の消費電力を増やさずに上記冷熱利用運転時の冷凍能力を増やすことができる。

《実施形態３》
図１８は実施形態３に係る空気調和装置（1）の冷媒回路図であり、図１９は蓄熱運転時の冷媒の流れを示し、図２０は冷熱利用運転時の冷媒の流れを示している。図２１は二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に冷熱利用運転時の冷凍サイクルを示した図である。

実施形態２の冷媒回路（60）と上記実施形態１で示した冷媒回路（10）との大きな違いは、上記低段側圧縮機（11a）及び高段側圧縮機（11b）に代えて１台の圧縮機（11）のみが設けられている点、及び蓄熱熱交換器（14）の位置が異なる点である。

上記圧縮機（11）の吐出側から延びる冷媒配管は、上記室外熱交換器（12）及び上記流量調整弁（13）を介して上記蓄熱熱交換器（14）の一端に接続されている。上記蓄熱熱交換器（14）の他端から延びる冷媒配管は、上記膨張弁（15）及び上記室内熱交換器（16）を介して上記圧縮機（11）の吸入側に接続されている。又、上記冷媒配管には、上記膨張弁（15）及び上記室内熱交換器（16）をバイパスするバイパス配管が設けられ、そのバイパス配管には第１１開閉弁（SV11）が設けられている。

−運転動作−
〈蓄熱運転〉
上記蓄熱運転では、図１９に示すように、上記膨張弁（15）の開度が全閉になり、上記流量調整弁（13）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１１開閉弁（SV11）が開設定となる。

上記圧縮機（11）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）に流入し、その流量が調整されるとともに減圧された後、二相状態の低圧冷媒となって該流量調整弁（13）を流出する。上記流量調整弁（13）を流出した低圧冷媒は蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、上記低圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の水とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の水が冷却されて氷になる。一方、上記氷蓄熱タンク（2）内の水から吸熱した低圧冷媒は低圧ガス冷媒となり、該蓄熱熱交換器（14）を流出する。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した低圧ガス冷媒は、上記第１１開閉弁（SV11）を経て、上記圧縮機（11）に吸入されて所定の圧力まで圧縮されて超臨界状態の高圧冷媒となった後、上記圧縮機（11）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において蓄熱運転が行われる。

〈冷熱利用運転〉
上記冷熱利用運転では、図２０に示すように、上記膨張弁（15）及び上記流量調整弁（13）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１１開閉弁（SV11）が閉設定となる。

上記圧縮機（11）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する（図２０，図２１の点ｂ１）。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）でその流量が調整された後で、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、高圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の氷とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記高圧冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して冷却された後、該蓄熱熱交換器（14）を流出する（図２０，図２１の点ｃ）。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した高圧冷媒は、上記膨張弁（15）に流入し、所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となり、該膨張弁（15）を流出する（図２０，図２１の点ｄ）。上記膨張弁（15）を流出した低圧冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱して低圧ガス冷媒となった後、該室内熱交換器（16）から流出する（図２０，図２１の点ａ）。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記低圧ガス冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、上記圧縮機（11）に吸入され、所定の圧力まで圧縮されて超臨界状態の高圧冷媒となった後、該圧縮機（11）から吐出される（図２０，図２１の点ｂ）。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷熱利用運転が行われる。

−実施形態３の効果−
本実施形態３によれば、上記蓄熱熱交換器（14）を、上記冷媒回路（60）の熱源側熱交換器（12）と膨張弁（15）との間に接続している。こうすると、上記蓄熱熱交換器（14）により、上記熱源側熱交換器（12）から流出した冷媒の温度をさらに下げることができ、上記冷凍効果を向上させることができる。これにより、上記冷凍効果が向上した分だけ、上記冷媒回路（10）における冷媒の循環量を少なくすることができ、上記圧縮機（11）の消費電力を低減することができる。

以上より、上記蓄熱熱交換器（14）を設けることで、消費電力を増やさずに空気調和装置（1）の冷凍能力を増やすことができる。

−実施形態３の変形例−
図２２は実施形態３の変形例に係る空気調和装置（1）の冷媒回路図であり、図２３は蓄熱運転時の冷媒の流れを示し、図２４は冷熱利用運転時の冷媒の流れを示している。図２５は二酸化炭素のＰ−ｈ線図上に冷熱利用運転時の冷凍サイクルを示した図である。

上記実施形態１の空気調和装置（1）では、上記蓄熱熱交換器（14）を上記室外熱交換器（12）と上記膨張弁との間に接続していたが、実施形態３の変形例の冷媒回路（70）では、上記蓄熱熱交換器（14）が上記熱源側熱交換器（12）と並列に接続されている。

上記圧縮機（11）の吐出側から延びる冷媒配管は上記室外熱交換器（12）の一端に接続されている。上記室外熱交換器（12）の他端は上記流量調整弁（13）及び上記膨張弁（15）を介して上記室内熱交換器（16）の一端に接続されている。上記室内熱交換器（16）の他端は上記圧縮機（11）の吸入側に接続されている。

又、上記冷媒回路（70）には、上記室外熱交換器（12）と上記流量調整弁（13）とをバイパスするバイパス配管（23）が設けられ、上記室外熱交換器（12）側から上記流量調整弁（13）側へ向かって第１２開閉弁（SV12）と上記蓄熱熱交換器（14）とが設けられている。そして、上記バイパス配管（23）における第１２開閉弁（SV12）及び上記蓄熱熱交換器（14）の間から延びる分岐配管（24）が上記室内熱交換器（16）と上記圧縮機（11）とを接続する冷媒配管に連通している。この分岐配管（24）には、第１３開閉弁（SV13）が接続されている。

−運転動作−
〈蓄熱運転〉
上記蓄熱運転では、図２３に示すように、上記膨張弁（15）の開度が全閉になり、上記流量調整弁（13）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１２開閉弁（SV12）が閉設定となり、上記第１３開閉弁（SV13）が開設定となる。

上記圧縮機（11）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は、上記室外熱交換器（12）に流入し、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する。上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）に流入し、その流量が調整されるとともに減圧された後、二相状態の低圧冷媒となって該流量調整弁（13）を流出する。上記流量調整弁（13）を流出した低圧冷媒は蓄熱熱交換器（14）に流入する。

上記蓄熱熱交換器（14）では、上記低圧冷媒と上記氷蓄熱タンク（2）内の水とが熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の水が冷却されて氷になる。一方、上記氷蓄熱タンク（2）内の水から吸熱した低圧冷媒は低圧ガス冷媒となり、該蓄熱熱交換器（14）を流出する。

上記蓄熱熱交換器（14）を流出した低圧ガス冷媒は、上記第１３開閉弁（SV13）を経て、上記圧縮機（11）に吸入されて所定の圧力まで圧縮されて超臨界状態の高圧冷媒となった後、上記圧縮機（11）から吐出される。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において蓄熱運転が行われる。

〈冷熱利用運転〉
上記冷熱利用運転では、図２４に示すように、上記膨張弁（15）と上記流量調整弁（13）の開度が必要に応じて調整される。又、上記第１２開閉弁（SV12）が開設定となり、上記第１３開閉弁（SV13）が閉設定となる。

上記圧縮機（11）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒は分流して、一方が上記室外熱交換器（12）に流入し、他方が上記第１２開閉弁（SV12）を経て、上記蓄熱熱交換器（14）に流入する（図２４，図２５の点ｂ１）。

上記室外熱交換器（12）に流入した高圧冷媒は、室外空気へ放熱した後、該室外熱交換器（12）を流出する（図２４，図２５の点ｃ）。一方、上記蓄熱熱交換器（14）に流入した冷媒は、上記氷蓄熱タンク（2）内の氷と熱交換して、該氷蓄熱タンク（2）内の氷が融解して水になる。一方、上記冷媒は上記氷蓄熱タンク（2）内の氷に放熱して冷却された後、該蓄熱熱交換器（14）を流出する（図２４，図２５の点ｃ２）。

上記室外熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、上記流量調整弁（13）に流入し、その流量が調整されるとともに減圧された後、該流量調整弁（13）を流出する。上記流量調整弁（13）及び上記蓄熱熱交換器（14）を流出した各冷媒は合流した後（図２４，図２５の点ｃ１）、上記膨張弁（15）に流入し、所定の圧力まで減圧されて二相状態の低圧冷媒となり、該膨張弁（15）を流出する（図２４，図２５の点ｄ）。上記膨張弁（15）を流出した低圧冷媒は、上記室内熱交換器（16）に流入し、室内空気から吸熱して低圧ガス冷媒となった後、該室内熱交換器（16）から流出する（図２４，図２５の点ａ）。上記室内空気は、該室内空気の熱を上記低圧ガス冷媒に吸収させることにより冷却される。

上記室内熱交換器（16）から流出した低圧ガス冷媒は、上記圧縮機（11）に吸入され、所定の圧力まで圧縮されて超臨界状態の高圧冷媒となった後、該圧縮機（11）から吐出される（図２４，図２５の点ｂ）。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷熱利用運転が行われる。

−実施形態３の変形例の効果−
上記実施形態３の変形例によれば、上記蓄熱熱交換器（14）を上記冷媒回路（70）の熱源側熱交換器（12）と並列に接続している。こうすると、上記圧縮機（11）から吐出された冷媒を分流させることができ、一方を上記熱源側熱交換器（12）で、他方を蓄熱熱交換器（14）で放熱させることができる。仮に、実施形態３と同様に、上記蓄熱熱交換器（14）を上記熱源側熱交換器（12）に直列に接続したとすると、蓄熱利用量（ピークシフト量）が小さく、蓄熱利用時の電力量が大きくなる。

上記実施形態３の変形例のように、上記蓄熱熱交換器（14）を熱源側熱交換器（12）と並列に接続して上記圧縮機構（11）から吐出された冷媒を分流させると、蓄熱利用量を大きくとれるので、利用運転時の電力量が小さくなる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、複数の開閉弁（SV）を用いて、上記空気調和装置（1）の運転状態を上記蓄熱運転又は上記冷熱利用運転に切り換えていたが、これに限定されず、例えば、三方弁や四方弁で上記空気調和装置（1）の運転状態を切り換えてもよい。

本実施形態では、上記空気調和装置（1）では、冷媒として二酸化炭素を用いていたが、これに限定されず、その他の自然冷媒であってもよい。この場合、その自然冷媒を封入した冷媒回路が超臨界冷凍サイクルを行うように構成する必要がある。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。

1 空気調和装置（冷凍装置）
2 氷蓄熱タンク
3 室外機
4 室内機
10 冷媒回路
11 圧縮機（圧縮機構）
12 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
14 蓄熱熱交換器
15 膨張弁（膨張機構）
16 室内熱交換器（利用側熱交換器）

Claims (5)

1. 圧縮機構（11）と熱源側熱交換器（12）と膨張機構（15）と利用側熱交換器（16）とが接続されて超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置であって、
   水又は氷を蓄熱媒体として貯蔵するとともに、上記冷媒回路（10）に接続されて蓄熱媒体と上記冷媒回路（10）の冷媒とを熱交換する蓄熱熱交換器（14）を有し、該蓄熱熱交換器（14）が蓄熱媒体の冷熱利用時に放熱器となる氷蓄熱タンク（2）を備え、
   上記圧縮機構（11）は、低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）とを備える一方、
   上記蓄熱熱交換器（14）は、上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記蓄熱熱交換器（14）は、上記低段側圧縮機（11a）と高段側圧縮機（11b）との間に接続された第１蓄熱熱交換器（14）であり、
   さらに、上記冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（12）と膨張機構（15）との間に接続された第２蓄熱熱交換器（19）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、
   上記冷媒回路（10）には、上記蓄熱熱交換器（14）を放熱器として氷蓄熱タンク（2）の冷熱を利用する冷熱利用運転と、上記蓄熱熱交換器（14）を蒸発器として氷蓄熱タンク（2）に冷熱を蓄熱する蓄熱運転とに切換可能な切換機構（SV）が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項３において、
   上記冷媒回路（10）は、上記冷熱利用運転時には上記低段側圧縮機（11a）又は上記高段側圧縮機（11b）を起動するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１において、
   上記冷媒回路（10）を流れる冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする冷凍装置。

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