JP2013024498A - 液体熱交換ユニットおよび冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプを、容易に、幅広い領域で利用できるようにする。
【解決手段】空気調和機の室内機２００と室外機３００の間に、中継ユニット１００が設けられる。給湯ユニット９００において給湯動作を開始指示がなされると、中継ユニット１００の中央制御部は、熱交換器１０４において熱交換を行なうために、室外機３００から導入された作動流体を熱交換器１０４に導入するように三方弁１０９を制御し、また、ポンプ１０５を駆動させる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、液体熱交換ユニットおよび冷凍システムに関し、特に、熱交換器を含む液体熱交換ユニットおよび冷凍システムに関する。

従来から、ヒートポンプは、空調等のシステムに利用されてきた。そして、このようなシステムに関し、その安定性等について、種々の技術が提案されてきた。

たとえば、特許文献１（特開２００８−０３２３７６号公報）には、ヒートポンプ液体加熱エアコンにおいて、液体加熱用熱交換器を圧縮機吐出と四方弁の間に備え、かつ、加熱液体側回路にオン、オフ、或いは運転スピードが可変なポンプを配置することにより、圧縮機吐出冷媒が低温の時の液体加熱熱交換器内の加熱液体側の液体温度の低下を、ポンプ運転停止、或いはポンプ運転スピード低減で回避するための技術が開示されている。

また、特許文献２（特開２００７−２７８５８２号公報）には、ヒートポンプ装置において、圧縮機と、給湯用熱交換器と空調用熱交換器との並列回路と、膨張機構と、室外熱交換器とを順次環状に接続し冷媒を循環させる冷媒サイクル装置であって、空調用熱交換器出口の冷媒と室外熱交換器出口の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設け、これにより、熱交換させる冷媒の温度差が大きい状態で熱交換を行なうための技術が開示されている。

また、特許文献３（特開２００５−２７４１３４号公報）には、ヒートポンプ床暖房空調装置において、圧縮機から吐出された冷媒を全て床暖房用熱交換器および室内熱交換器に流すことにより、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止するための技術が開示されている。

また、特許文献４（特開２００３−１７２５２３号公報）には、ヒートポンプ床暖房空調装置において、床暖房と空調暖房の併用運転を行なうために、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器より優先して床暖房用熱交換器に流し、床暖房用熱交換器で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器に流す技術が開示されている。

また、特許文献５（特開２０００−１６１８１１号公報）には、空気調和装置において、ピークシフト冷房運転時、及び、蓄熱（製氷）運転時に、冷媒の流路を切り替えることで給湯運転をするための技術が開示されている。

また、特許文献６（特開２００６−２４２５２４号公報）には、冷房運転時に、圧縮機から吐出された冷媒が、四方弁、冷媒対水熱交換器、空冷室外熱交換器の順番に流れるように、冷媒回路に当該冷媒対水熱交換器を配置し、この冷媒対水熱交換器で冷媒と熱交換させることにより、冷房運転時には温水を、暖房運転時には冷水を取り出し可能にする技術が開示されている。

特開２００８−０３２３７６号公報 特開２００７−２７８５８２号公報 特開２００５−２７４１３４号公報 特開２００３−１７２５２３号公報 特開２０００−１６１８１１号公報 特開２００６−２４２５２４号公報

ヒートポンプは、上記したように従来から空調等において利用され、また、その環境負荷の低減効果や二酸化炭素削減効果などから、空調に限らず、給湯等の蓄熱などの幅広い範囲で利用されるようになってきている。

このような状況において、上記した従来の技術では、たとえば空調のみにおいてヒートポンプが利用されていたところに、さらにヒートポンプを蓄熱に利用しようとする場合、それらが組み合わされた新しいシステムを構築する必要があった。

したがって、上記効果を奏するヒートポンプを利用する範囲を広げようとした場合、ユーザは、既存のシステムを除去し、新しいシステムの構築を構築することを必要とされ、却って、資源や設備の無駄等を強いられる結果となっていた。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、ヒートポンプを、容易に、幅広い領域で利用できるようにすることである。

本発明に従った液体熱交換ユニットは、対象空間を冷却するための冷凍サイクルであって、対象空間内熱交換器と、圧縮機と、対象空間外熱交換器と、第１の膨張弁とが順次接続されてなる冷凍サイクルに接続される液体熱交換ユニットであって、対象空間外熱交換器は、放熱ファンを含み、対象空間内熱交換器および対象空間外熱交換器を通過する第一作動流体と、第二作動流体との間で熱交換させるための液体熱交換器と、第２の膨張弁と、液体熱交換器の動作を制御する制御手段と、液体熱交換器に対する動作指示を受け付ける指示手段とを備え、圧縮機と、対象空間外熱交換器と、第１の膨張弁と、液体熱交換器と、第２の膨張弁と、対象空間内熱交換器とが順次接続されるように、冷凍サイクルに着脱可能に接続され、制御手段は、指示手段に対して液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、対象空間外熱交換器および第１の膨張弁を制御する制御装置に対して、放熱ファンの回転を低減または停止させ、かつ、第１の膨張弁の開度を上昇させるための信号を送信する。

好ましくは、対象空間外熱交換器から第２の膨張弁に、液体熱交換器を通過させることなく第一作動流体を送るためのバイパス経路と、第一作動流体をバイパス経路に通過させるか否かを制御するための所定の弁とをさらに備え、制御手段は、指示手段に対して液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、所定の弁を、第一作動流体がバイパス経路を通過することを妨げる状態にする。

好ましくは、第二作動流体を循環させる循環手段をさらに備え、制御手段は、指示手段に対して液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、循環手段の循環動作を開始させる。

好ましくは、第二作動流体の温度と、対象空間外熱交換器が第一作動流体の熱交換の対象となる対象空間外の温度とを取得する取得手段をさらに備え、制御手段は、指示手段に対して液体熱交換器に対する動作指示がなされていない場合に、取得手段が取得した第二作動流体の温度と対象空間外の温度を比較し、第二作動流体の温度が対象空間外の温度よりも低いときには、制御装置に対して、第１の膨張弁の開度を上昇させるための信号を送信し、さらに、循環手段に第二作動流体を循環させ、第二作動流体の温度が対象空間外の温度以上であるときには、制御装置に対して、放熱ファンおよび第１の膨張弁を第一作動流体の熱交換のために動作させるための信号を送信し、さらに、循環手段による第二作動流体の循環を停止させる。

好ましくは、第二作動流体の温度と、対象空間外熱交換器が第一作動流体の熱交換の対象となる対象空間外の温度とを取得する取得手段をさらに備え、制御手段は、指示手段に対して液体熱交換器に対する動作指示がなされていない場合に、取得手段が取得した第二作動流体の温度と対象空間外の温度を比較し、第二作動流体の温度が対象空間外の温度よりも低いときには、所定の弁を、第一作動流体がバイパス経路を通過することを妨げる状態にして、さらに、循環手段に第二作動流体を循環させ、第二作動流体の温度が対象空間外の温度以上であるときには、所定の弁を、第一作動流体がバイパス経路を通過する状態にする。

本発明に従った冷凍システムは、対象空間を冷却するための冷凍サイクルであって、対象空間内熱交換器、圧縮機、対象空間外熱交換器、および、第１の膨張弁が順次接続されてなる冷凍サイクルと、冷凍サイクルに接続される液体熱交換ユニットとを備え、対象空間外熱交換器は、放熱ファンを含み、冷凍サイクルは、対象空間外熱交換器および第１の膨張弁を制御する制御装置を含み、液体熱交換ユニットは、対象空間内熱交換器および対象空間外熱交換器を通過する第一作動流体と、第二作動流体との間で熱交換させるための液体熱交換器と、第２の膨張弁と、液体熱交換器の動作を制御する制御手段と、液体熱交換器に対する動作指示を受け付ける指示手段とを含み、圧縮機と、対象空間外熱交換器と、第１の膨張弁と、液体熱交換器と、第２の膨張弁と、対象空間内熱交換器とが順次接続されるように、冷凍サイクルに着脱可能に接続され、制御手段は、指示手段に対して液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、制御装置に対して、放熱ファンの回転を低減または停止させ、かつ、第１の膨張弁の開度を上昇させるための信号を送信する。

好ましくは、液体熱交換ユニットは、第二作動流体の温度を取得する取得手段をさらに含み、制御手段は、取得手段が取得した第二作動流体の温度を制御装置へ送信し、制御装置は、第二作動流体とその目標温度との差に応じて、圧縮機の回転数を制御する。

好ましくは、制御装置は、第二作動流体とその目標温度との差に応じて、放熱ファンの回転数、または、第１の膨張弁の開度の少なくとも一方を制御する。

好ましくは、第１の膨張弁は、当該第１の膨張弁に対する制御量に応じた流量特性の中途に変曲点を持ち、当該変曲点よりも流量が多い領域よりも小さい領域の方が、制御量に対する流量の変化量が小さい。

本発明によれば、ヒートポンプを利用している既存の空気調和機に蓄熱用熱交換ユニットを接続することにより、既存の空気調和機の設備を除去することなく、蓄熱用熱交換ユニットにおいても当該ヒートポンプを利用することができる。

本発明の一実施の形態である冷凍システムの概略構成を示す図である。 図１の冷凍システムの各要素の内部構成を模式的に示す図である。 本実施の形態の冷凍システムの中継ユニット、室内機、および、室外機のハードウェア構成を模式的に示す図である。 本実施の形態の冷凍システムが対象空間の空調を行なう際に、室内機、室外機、および、中継ユニットのそれぞれの中央制御部が実行する処理のフローチャートである。 図２に示された冷凍システムの構成の第１の変形例を示す図である。 図３のハードウェア構成の第１の変形例を示す図である。 図２に示された冷凍システムの構成の第２の変形例を示す図である。 図３のハードウェア構成の第２の変形例を示す図である。 図４に示された空調処理のフローチャートの変形例である。 図１のシステムの参考となる空気調和機の構成を示す図である。 図１の膨張弁の制御量と当該膨張弁を介して流れる作動流体の流量の関係を示す図である。 図２に示された冷凍システムの構成の第６の変形例を示す図である。 図３のハードウェア構成の第６の変形例を示す図である。

以下、本発明の冷凍サイクルについて、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能および作用を有する要素については、同じ符号を付し、重複する説明を繰返さない。

＜冷凍システムの概略構成＞
図１は、本発明の一実施の形態である冷凍システムの概略構成を示す図である。

図１を参照して、本システムには、空気調和機の室内機２００および室外機３００と、室内機２００と室外機３００の間に接続された中継ユニット１００とを含む。本実施の形態では、中継ユニット１００によって、液体熱交換ユニットの一例が構成される。また、空気調和機におけるヒートポンプサイクルにより、冷凍サイクルの一例が構成される。

図１０は、本実施の形態のシステムの参考となる空気調和機の構成を示す図である。図１０に示された空気調和機では、室内機２００と室外機３００が直接接続されている。中継ユニット１００は、当該空気調和機に対して着脱可能な形態で構成される。本実施の形態のシステムは、図１０に示されたような空気調和機に対して、室内機２００と室外機３００の間に中継ユニット１００が挿入されることによって構成される。

図１に戻って、室内機２００と室外機３００の間では、作動流体（第一作動流体）が利用されて、熱交換が行なわれる。中継ユニット１００では、室内機２００と室外機３００の間に挿入されて、空気調和機とは別に設けられた蓄熱システム（たとえば、後述する給湯ユニット９００）における蓄熱材（第二作動流体）と作動流体の間で熱交換が行なわれる。つまり、中継ユニット１００は、室外機３００が行なうべき排熱動作の（少なくとも）一部を行なう。これにより、本実施の形態では、室外機３００における排出される熱の（少なくとも）一部を、蓄熱材に蓄積する。

本実施の形態では、第一作動流体としては、一般的に空記調和機において利用される冷媒が利用される。このような冷媒としては、たとえば、ＨＣ（ハイドロカーボン）やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が挙げられる。

また、蓄熱材の具体例として、給湯装置で利用されるタンク５００内に貯留された水が挙げられている。なお、蓄熱材（第二作動流体）は、水に限定されず、ブライン等であっても良い。

＜冷凍システムの構成＞
図２は、図１の冷凍システムの各要素の内部構成を模式的に示す図である。

図２において、矢印は、本実施の形態のシステムにおいて熱交換のために流れる作動流体の流れる方向を示している。本システムでは、室内機２００と室外機３００の間に、配管９０１と配管９０２が配置されている。配管９０１は、対象空間内の空気と熱交換した作動流体を、室内機２００から室外機３００へと運ぶための配管である。配管９０２は、室外機３００において対象空間外の空気と熱交換した流体を室内機２００へと送るための配管である。本実施の形態では、室内機２００は、対象空間の冷房のために利用される。このことから、配管９０１を送られる作動流体は主に気体の状態をとり、また、配管９０２を流れる作動流体は主に液体の状態である。したがって、配管９０１は、効率よく作動流体を送るために、配管９０２よりも径を大きく構成されていることが好ましい。

本実施の形態のシステムでは、室内機２００における熱交換において熱を受取った作動流体が、配管９０１を介して室外機３００に送られる。そして、室外機３００で、当該流体の熱を排出するための熱交換が行なわれる。本実施の形態のシステムでは、配管９０２上の一部に、中継ユニット１００が組込まれる。

（中継ユニット１００の構成）
中継ユニット１００は、当該流体を通すための配管９０３を含む。本システムでは、配管９０２によって構成される流体の経路に配管９０３の両端が接続されることにより、中継ユニット１００が空気調和機に接続される。配管９０３の、配管９０２に接続される両端の径は、等しくなり得る。

中継ユニット１００では、配管９０３上に、熱交換器（凝縮器）１０４が設けられている。中継ユニット１００には、熱交換器１０４において、上記作動流体と熱交換するための蓄熱材のための配管１０６が設けられ、さらに、配管１０６上に、配管１０６上には、配管１０６内の蓄熱材を図２中の矢印方向に循環させるポンプ１０５が設けられている。

図２では、さらに、給湯ユニット９００が示されている。給湯ユニット９００は、タンク５００を含む。

本実施の形態のシステムでは、タンク５００内に蓄積された蓄熱材が、ポンプ１０５によって循環されることにより、配管９１０を介して配管１０６へ送られ、そして、熱交換器１０４で配管９０３内の作動流体と熱交換し、そして、配管９１０を介してタンク５００へと戻される。当該蓄熱材は、熱交換器１０４において作動流体から熱を受ける。これにより、本システムでは、作動流体が有する熱を、タンク５００内の蓄熱材の加熱に利用することができる。

タンク５００には、当該タンク５００内の蓄熱材の温度を検知するためのセンサ５０１が設けられている。

（室内機２００の構成）
室内機２００には、熱交換器２０１と、熱交換を促進するためのファン２０４と、対象空間の温度を検知するためのセンサ２０２と、熱交換器２０１から送り出される空気に対するフィルタ２０３とが備えられている。

熱交換器２０１には、配管９０２から送られてきた作動流体が送られ、熱交換後の作動流体は、配管９０１へと送られる。

（室外機３００の構成）
室外機３００には、配管９０１から送られてきた作動流体を圧縮する圧縮機３０１と、当該圧縮後の作動流体を対象空間外の空気と熱交換させるための熱交換器（凝縮器）３０３と、当該熱交換を促進するためのファン３０４と、対象空間外の温度を検知するためのセンサ３０２と、当該熱交換後の作動流体を絞るための膨張弁３０５が備えられている。

室外機３００では、配管９０１から導入された作動流体は、圧縮機３０１で圧縮された後、熱交換器３０３で対象空間外の空気の熱交換をし、さらに、膨張弁３０５で絞られた後、配管９０２へ送られる。そして、室外機３００から排出された作動流体は、配管９０２を介して、中継ユニット１００へ送られる。

＜冷凍システムのハードウェア構成＞
図３は、本実施の形態の冷凍システムの中継ユニット１００、室内機２００、および、室外機３００のハードウェア構成を模式的に示す図である。

（中継ユニット１００のハードウェア構成）
図３を参照して、中継ユニット１００は、当該中継ユニットの動作を全体的に制御する中央制御部１１０を含む。中央制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを含む。

また、中継ユニット１００は、室内機２００および／または室外機３００と情報通信するための通信部１５０を含む。通信部１５０は、たとえば、汎用の通信制御装置および当該通信制御装置を制御するためのモデムなどの装置によって構成される。

また、中継ユニット１００は、中央制御部１１０が実行するプログラムや各種データを記憶する記憶部１３０を含む。記憶部１３０は、たとえば、ハードディスクによって構成される。

中継ユニット１００では、中央制御部１１０は、膨張弁１０３、および、ポンプ１０５の動作を制御する。

中央制御部１１０は、給湯ユニット９００の制御装置とも通信可能となっている。中央制御部１１０は、たとえば、当該給湯ユニット９００に対して給湯の開始を指示する情報が入力された旨を示す情報を受信すると、ポンプ１０５の駆動を開始し、また、当該給湯の停止が指示された旨の情報を受信すると、ポンプ１０５の駆動を停止させる。また、中央制御部１１０は、給湯ユニット９００と通信することにより、または、センサ５０１と直接通信することにより、当該センサ５０１の検知温度を取得できる。

（室内機２００のハードウェア構成）
室内機２００は、当該室内機の動作を全体的に制御する中央制御部２１０を含む。中央制御部２１０は、ＣＰＵなどのプロセッサを含む。

室内機２００は、さらに、入力部２２０、記憶部２３０、および、通信部２５０を含む。入力部２２０は、空気調和機に対する冷房の開始／停止や対象空間についての設定温度などの各種情報の入力を受付ける。入力部２２０は、各種ボタンや、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置に表示されるソフトウェアキーによって構成されてもよいし、または、室内機２００に対して離間して設けられるコントローラ（リモートコントローラ）および当該コントローラと情報を送受信を行なう送受信装置によって構成されてもよい。

記憶部２３０は、中央制御部２１０が実行するプログラム２６０のデータを記憶し、たとえば、ハードディスクによって構成される。

通信部２５０は、中継ユニット１００および／または室外機３００と情報通信するための装置であり、たとえば、通信部１５０と同様に、通信制御装置および当該通信制御装置を制御するモデム等の装置によって構成される。

また、室内機２００では、中央制御部２１０は、センサ２０２が検知する温度を入力され、また、入力部２２０に入力される指示を受付け、そして、通信部２５０およびファン２０４の動作を制御する。

（室外機３００のハードウェア構成）
室外機３００は、当該室外機３００の動作を全体的に制御する中央制御部３１０を含む。中央制御部３１０は、ＣＰＵ等のプロセッサを含む。

室外機３００は、記憶部３３０および通信部３５０を含む。
記憶部３３０は、中央制御部３１０が実行するプログラムや各種のデータを記憶し、たとえば、ハードディスクによって構成される。

通信部３５０は、室内機２００および／または中継ユニット１００と情報通信するための装置であり、通信部１５０と同様に、たとえば通信制御装置および当該通信制御装置を制御するモデム等の装置によって構成される。

また、室外機３００では、中央制御部３１０は、センサ３０２が検知する温度を入力される。さらに、中央制御部３１０は、圧縮機３０１、ファン３０４、膨張弁３０５、および、通信部３５０の動作を制御する。

＜空調処理＞
図４は、本実施の形態の冷凍システムが対象空間の空調（冷房）を行なう際に、室内機２００の中央制御部２１０、室外機３００の中央制御部３１０、および、中継ユニット１００の中央制御部１１０において実行される処理のフローチャートである。

以下、図４を参照して、本実施の形態における空調のための処理の内容を説明する。
室内機２００の入力部２２０に対して、冷房の開始指示が入力されると、室内機２００の中央制御部２１０は、ステップＳＡ１０で、対象空間の冷房を開始するための処理を行なう。当該処理は、ファン２０４の回転の開始を含む。

また、中央制御部２１０は、ステップＳＡ１０では、冷房の開始とともに、上記指示が入力されたことを示す情報を、室外機３００へ送信する。

これに応じて、室外機３００の中央制御部３１０は、室内機２００から冷房開始の指示がなされた旨の情報を受信すると、ステップＳＢ１０で、圧縮機３０１の圧縮動作を開始させ、また、ファン３０４の回転を開始させる。

ステップＳＡ１０とステップＳＢ１０により、対象空間の冷房が行なわれる。
対象空間の冷房期間中、中継ユニット１００の中央制御部１１０が、給湯ユニット９００において給湯の開始指示がなされたことを検知すると、中央制御部１１０は、ステップＳＣ１０から、ステップＳＣ２０へ処理を進めるとともに、給湯開始指示を検知した旨の情報を室外機３００に送信する。

ステップＳＣ２０では、中央制御部１１０は、ポンプ１０５の駆動を開始する。
一方、室外機３００の中央制御部３１０は、中継ユニット１００から上記した給湯開始指示の情報を受信すると、ステップＳＢ２０で、膨張弁３０５を開状態として、ステップＳＢ３０へ処理を進める。これにより、熱交換器３０３で熱交換された後の作動流体は、膨張弁３０５で絞られることなく、配管９０２へ送られる。なお、ステップＳＢ２０では、膨張弁２０５の開度が最大限上げられなくてもよい。ここでは、中継ユニット１００が室内機２００と室外機３００の間に設けられていない状態で、対象空間の冷房が行なわれる際に作動流体を絞るために調整されるときよりも開度を上げられればよい。

本明細書において、弁の開度とは、当該弁が流体を通過させる度合いをいい、開度が高いほど通過する流体の量が多くなる。

ステップＳＢ３０では、中央制御部３１０は、ファン３０４の回転を停止させる。
なお、ステップＳＢ３０では、ファン３０４の回転を停止させる代わりに、ファン３０４の回転数を通常の冷房時よりも低下させてもよい。ステップＳＢ３０では、熱交換器３０３における作動流体の熱交換の度合を通常の冷房時よりも低下させられればよく、ファン３０４の回転を停止させる代わりに回転数を低下させてもよい。

一方、中継ユニット１００では、ステップＳＣ２０でポンプ１０５の駆動を開始させた後、中央制御部１１０は、ステップＳＣ３０で、膨張弁１０３の開度を低下させて、ステップＳＣ４０へ処理が進められる。これにより、室外機３００から送られてきた作動流体は、熱交換器１０４で配管１０６内の蓄熱材と熱交換を行なった後、膨張弁１０３で絞られて、配管９０２へと送られる。

そして、中継ユニット１００の中央制御部１１０は、ステップＳＣ４０において、タンク５００内の蓄熱材の温度が給湯ユニット９００における蓄熱材の設定温度に達したか否かを判断する。当該判断は、中央制御部１１０が、給湯ユニット９００から設定温度を受信し、また、センサ５０１の検知出力を受信することに基づいて行なわれる。

そして、中央制御部１１０は、ステップＳＣ４０において設定温度に達したと判断するとステップＳＣ６０へ処理を進め、まだ達していないと判断するとステップＳＣ５０へ処理を進める。

ステップＳＣ５０では、中央制御部１１０は、給湯ユニットにおいて、給湯動作を停止する指示が入力されたか否かを判断し、当該指示が入力されたと判断するとステップＳＣ６０へ処理を進め、まだ入力されていないと判断するとステップＳＣ４０へ処理を戻す。

なお、中央制御部１１０は、ステップＳＣ４０においてタンク５００内の蓄熱材の温度が設定温度に達したと判断した場合、および、給湯ユニット９００において給湯動作の停止指示が入力されたと判断した場合には、室外機３００に対して、その旨を通知する情報を送信する。

ステップＳＣ６０では、中央制御部１１０は、ポンプ１０５の駆動を停止させて、ステップＳＣ７０へ処理を進める。ステップＳＣ７０では、中央制御部１１０は、膨張弁１０３の開度を上げて、処理を終了させる。なお、ステップＳＣ７０では、膨張弁１０３の開度は、初期状態の開度まで上昇される。初期状態の開度とは、たとえば、配管９０３内の作動流体を絞ることなく配管９０２へ送ることができる開度である。ただし、中継ユニット１００においても、室外機３００から送られてきた作動流体が、給湯動作が行なわれない状態であっても、絞られてもよく、この場合には、膨張弁１０３の開度は、初期状態であっても、ある程度作動流体を絞ることができるものとされる。

一方室外機３００では、中継ユニット１００から、タンク５００内の蓄熱材が設定温度に達した旨の情報（ステップＳＣ４０でＹＥＳ）を受信した場合、または、給湯ユニット９００において給湯動作の停止指示が入力された旨の情報を受信した場合（ステップＳＣ５０でＹＥＳ）、中央制御部３１０は、ステップＳＢ４０において、膨張弁３０５を作動流体を絞れる程度に閉じて、ステップＳＢ５０へ処理を進める。

なお、ここでは、少なくとも、ステップＳＢ２０で上げられた膨張弁３０５の開度が、元に（ステップＳＢ２０の状態に）戻される程度に開度が下げられればよい。

ステップＳＢ５０では、中央制御部３１０は、ファン３０４の回転を再開させる。なお、ステップＳＢ３０において、ファン３０４の回転数が低下された場合には、当該回転数を元に戻すように上昇させる。

以上説明したステップＳＢ４０、ステップＳＢ５０、ステップＳＣ６０、および、ステップＳＣ７０の処理により、室内機２００から室外機３００へ送られた作動流体の排熱が、中継ユニット１００の熱交換器１０４では行なわれず、主に、室外機３００の熱交換器３０３で行なわれるようになる。

そして、室内機２００において、入力部２２０から対象空間の冷房を停止する旨の指示を入力されると、中央制御部２１０は、ステップＳＡ２０で冷房を停止させるための処理を実行する。当該処理は、ファン２０４の停止を含む。

また、ステップＳＡ２０では、中央制御部２１０は、冷房の停止の指示を入力されたことを、室外機３００へ通知する。

室外機３００では、当該通知を受けて、中央制御部３１０は、圧縮機３０１およびファン３０４の動作を停止させる。

以上説明した本実施の形態では、空気調和機（室内機２００および室外機３００）に対して着脱可能に接続される中継ユニット１００により、液体熱交換ユニットが構成されている。熱交換器１０４により、液体熱交換器が構成される。当該液体熱交換器は、対象空間内熱交換器（熱交換器２０１）および対象空間外熱交換器（熱交換器３０３）を通過する第一作動流体と、第二作動流体（蓄熱材）との間で熱交換をさせる。

そして、本実施の形態の冷凍システムでは、室内機２００と室外機３００の間の作動流体の経路において、圧縮機３０１、熱交換器３０３、膨張弁３０５、熱交換器１０４、膨張弁１０３、熱交換器２０１が順次接続されている。

そして、図４を参照して説明した空調処理では、上記した給湯ユニット９００において給湯動作を開始する指示（液体熱交換器の動作の開始指示）がなされた情報を入力されると、中継ユニット１００の中央制御部１１０は、室外機３００に対してその旨の情報を送信する（ステップＳＣ１０）。当該情報を受けて、室外機３００は、ファン３０４（放熱ファン）の回転を停止または回転数を低減させ（ステップＳＢ３０）、かつ、第１の膨張弁（膨張弁３０５）の開度を上げる。

＜第１の変形例＞
以上説明した実施の形態において、中継ユニット１００は、給湯ユニットの蓄熱材を循環させるポンプの動作を制御できればよく、必ずしも当該ポンプ（図２のポンプ１０５）をその構成要素としていなくてもよい。

つまり、図５に示されるように、上記したようなポンプは、給湯ユニット９００側に、ポンプ９０５として備えられ、中継ユニット１００の中央制御部１１０は、当該ポンプ９０５のオン／オフを制御するための情報を給湯ユニット９００に対して送信できればよい。この場合、図３に示したハードウェア構成は、図６に示されるように変更される。

図６では、中継ユニット１００には、ポンプ１０５が備えられていない。中央制御部１１０は、通信部１５０を介して、給湯ユニット９００のポンプ９０５をオン／オフするための指示を送信する。給湯ユニット９００では、当該指示に応じて、ポンプ９０５の動作が制御される。

＜第２の変形例＞
図７は、図２に示された冷凍システムの構成の変形例を示す図である。また、図８は、図３に示されたハードウェア構成の変形例を示す図である。

図７および図８を参照して、本変形例では、配管９０３に対して、熱交換器１０４を介さずに作動流体を配管９０２へ送るためのバイパス経路１０１が設けられている。また、バイパス経路１０１上には、当該バイパス経路１０１における作動流体の流量を調整するための電動弁１０２が設けられている。電動弁１０２の動作は、中継ユニット１００の中央制御部１１０によって制御される。

本変形例では、室内機２００から室外機３００へ送られた作動流体の放熱が中継ユニット１００の熱交換器１０４において行なわれる際には、圧縮機３０１の動作が調整され、また、バイパス経路１０１における作動流体の流量も調整される。

図９は、図４に示された空調処理のフローチャートの変形例である。
図９を参照して、ステップＳＣ１０で中継ユニット１００の中央制御部１１０が給湯ユニット９００から給湯開始の指示があった旨の通知を受けると、中央制御部１１０は、ポンプ１０５をステップＳＣ２０でオンさせるとともに、その旨の通知を受けたことを、室外機３００へ通知する。

当該通知を受けて、室外機３００の中央制御部は、ステップＳＢ１１で、圧縮機３０１の周波数を低下させる。これにより、室内機２００から導入された作動流体の圧縮の度合が低下する。

そして、中央制御部３１０は、図４を参照して説明したように、ステップＳＢ２０で膨張弁３０５の開度を上げ、さらに、ステップＳＢ３０で、ファン３０４を停止（または、回転数を低下）させる。

一方、中継ユニット１００では、中央制御部１１０は、ステップＳＣ２０でポンプ１０５の駆動を開始した後、ステップＳＣ２１で、電動弁１０２を閉じさせる。これにより、室外機３００から中継ユニット１００へ導入された作動流体が、バイパス経路１０１を通ることなく、優先的に、熱交換器１０４に導入される。

そして、中央制御部１１０は、図４を参照して説明したように、ステップＳＣ３０で膨張弁１０３の開度を低下させて、熱交換器１０４を経て導入される作動流体を絞る。これにより、熱交換器１０４を経た作動流体が、膨張弁１０３によって絞られた後、室内機２００へ導入される。

また、本変形例では、タンク５００内の蓄熱材が設定温度に達するか（ステップＳＣ４０でＹＥＳ）、または、給湯ユニット９００に対して給湯動作を停止する指示が入力されたことが検知されると（ステップＳＣ５０でＹＥＳ）、中央制御部１１０は、ステップＳＣ６０でポンプ１０５の駆動を停止させ、さらに、ステップＳＣ６１で電動弁１０２の開度を上げて、そして、ステップＳＣ７０で膨張弁１０３の開度を低下（初期状態に戻す）させる。

一方、室外機３００では、中央制御部３１０は、ステップＳＢ４０で膨張弁３０５の開度を初期状態に戻すように低下させ、ステップＳＢ５０で、ファン３０４の回転を再開させ（または、回転数をステップＳＢ３０で低下させる前のものに戻し）、さらに、ステップＳＢ５１で、ステップＳＢ１１で低下させた圧縮機３０１の周波数を元に戻す。

以上説明した本変形例の空調処理では、ステップＳＣ２１で電動弁１０２が閉状態とされることにより、バイパス経路上に設けられた所定の弁を第一作動流体が当該バイパス経路に通過することを妨げる状態に相当する。

＜第３の変形例＞
以上説明した本実施の形態および各変形例では、給湯ユニット９００において給湯指示がなされたことを条件として、ポンプ１０５（または、ポンプ９０５）の駆動が開始された。なお、このポンプは、給湯ユニット９００に対する給湯指示がなされていない状態であっても、駆動されてもよい。たとえば、室外機３００に搭載されたセンサ３０２が検知する外気の温度と、センサ５０１が検知する蓄熱材の温度を比較し、当該比較の結果に応じて、ポンプ１０５（または、ポンプ９０５）の動作が制御されてもよい。

具体的には、蓄熱材の温度が外気温の温度よりも低いときには、作動流体は、熱交換器３０３において外気と熱交換するよりも、熱交換器１０４において蓄熱材と熱交換する方が、効率よく熱を放出できると考えられる。したがって、中央制御部１１０は、センサ５０１の検知温度がセンサ３０２の検知温度よりも低いときには、ポンプ１０５を駆動させることにより蓄熱材を循環させ、さらに、当該比較結果を室外機３００へ通知する。室外機３００では、当該比較結果を受信すると、中央制御部３１０は、ファン３０４の回転を停止または回転数を低下させ、さらに、膨張弁３０５の開度を上げる。これにより、作動流体の熱交換が、主に熱交換器１０４で行なわれるようになる。

なお、このような検知温度の比較は、室外機３００の中央制御部が実行し、当該比較結果が、中央制御部３１０から中央制御部１１０へ送信されてもよい。

一方、中央制御部１１０は、センサ５０１の検知温度がセンサ３０２の検知温度以上であるときには、このようなポンプ１０５の駆動は行なわない。そして、中央制御部１１０は、室外機３００に対して、当該比較結果を通知する。

室外機３００では、当該比較結果の通知を受けて、中央制御部３１０は、通常の作動流体の熱交換と同様に、ファン３０４を駆動させ、作動流体を十分に絞ることができるように膨張弁３０５の開度を調整する。

＜第４の変形例＞
本実施の形態の冷凍システムでは、室外機３００では、冷房動作中の給湯ユニット９００における給湯が行なわれる際には、蓄熱材の温度とその設定温度との差に応じて圧縮機３０１の動作が制御されてもよい。

この場合、中継ユニット１００の中央制御部１１０は、たとえば、一定時間毎に、センサ５０１の検知温度を室外機３００へ送信する。また、中央制御部１１０は、室外機３００に、予め、給湯ユニット９００において設定されている蓄熱材の設定温度を室外機３００へ送信している。

室外機３００の中央制御部３１０は、中継ユニット１００から受信したセンサ５０１の検知温度（蓄熱材の温度）とその設定温度とを比較し、当該差が大きい場合（蓄熱材の温度がその設定温度より著しく低い場合）には、作動流体の圧縮の度合を低くするべく圧縮機３０１の回転数を低下させる。

また、室外機３００では、さらに、蓄熱材の温度がその設定温度に対して著しく低い場合には、ファン３０４の回転数を低下させたり、および／または、膨張弁３０５の開度を上げたりすることにより、室外機３００における作動流体の熱交換の度合を低くするために、上記処理を実行する。

＜第５の変形例＞
以上説明した実施の形態およびその変形例では、中央制御部３１０は、膨張弁３０５の開度を調整できる。本明細書では、中央制御部３１０が膨張弁３０５の開度を調整するための制御量を変化させることにより、当該開度が調整される。制御量とは、たとえば、膨張弁３０５の開度を調整するために印加される電圧の電位である。一定値ずつ電位を変化させる制御ステップが設定されている場合には、ステップ数とすることもできる。

図１１は、膨張弁３０５に関する、上記の制御量と膨張弁３０５を介して流れる作動流体の流量の関係を示す図である。図１１には、２種類の関係が示されている。破線で記載されているのはリニア型膨張弁の流量特性であり、実線で記載されているのは急開型膨張弁の流量特性である。

図１１のリニア型膨張弁の流量特性では、制御量の低下に従って、一定の割合で流量が小さくなっている。一方、図１１の急開型膨張弁の流量特性では、制御量がＱ点より大きい領域では、Ｑ点より小さい領域と比較して、制御量の変化量に対する流量の変化量が大きい。なお、図１１では、図１１の急開型膨張弁の流量特性において、Ｑ点の制御量に対する流量がＰ点で示されている。Ｐ点は、急開型膨張弁の流量特性において変曲点に相当する。

本実施の形態において給湯ユニット９００による作動流体の熱交換が行なわれる際には、膨張弁３０５は、可能な限り圧力損失を生じない状態とされることが好ましい。一方、給湯ユニット９００による作動流体の熱交換が行なわれない場合、つまり、室外機３００のみで熱交換が行なわれる場合には、確実に作動流体を霧化するため、膨張弁３０５は、開度の低い領域でその開度が細かく（精密に）制御されることを必要とされる。

ここで、図１１の急開型膨張弁の流量特性において、変曲点（Ｐ点）より流量が多い領域（開度が大きい領域であって、図１１中のＰ点より右側）よりも、流量が少ない領域（開度が小さい領域であって、図１１中のＰ点より左側）の方が、傾きが小さい。つまり、制御量に対する流量の変化量が小さい。

膨張弁３０５としてリニア型膨張弁が採用された場合、給湯ユニット９００で熱交換が行なわれるときのために全開時の流量を大きくすると、開度の低い領域での開度の精密な制御が困難となる。したがって、本実施の形態のシステムでは、給湯ユニット９００で熱交換が行なわれる際には開度が大きく、かつ、室外機３００でのみ熱交換が行なわれる際には開度の木目細かい制御が可能となるように、膨張弁３０５として、急開型膨張弁が採用されることが好ましい。

なお、急開型膨張弁の流量特性は、図１１に示されたような傾きの異なる複数の直線が連結されたような形状に限定されない。曲率の異なる複数の曲線が連結されて、変曲点を有するものであっても良い。または、直線と曲線が連結されて、当該連結部を変曲点とするものであっても良い。

＜第６の変形例＞
図１２は、本変形例の冷凍システムの構成を模式的に示す図である。また、図１３は、本変形例の各要素のハードウェア構成を模式的に示す図である。

上記の第２の変形例では、図７および図９を参照して説明されたように、中継ユニット１００においてバイパス経路１０１が設けられ、さらに、当該バイパス経路１０１への作動流体の流量を調整する電動弁１０２が設けられた。

本変形例では、図１２に示されるように、第２の変形例に対し、電動弁１０２の代わりに三方弁１０９を設けるという変更が加えられている。本変形例では、三方弁１０９は、初期状態では、たとえば室外機３００から送られてきた作動流体をすべてバイパス経路１０１に送る状態とされている。三方弁１０９の動作は、中央制御部１１０によって制御される。

本変形例の空調処理として、第２の変形例において図９を参照して説明された処理が、適宜変更を加えられて、実行される。

つまり、第２の変形例のステップＳＣ２１（図９）において、電動弁１０２が閉じられる代わりに、三方弁１０９が配管９０３とバイパス経路１０１を接続する状態とされる。これにより、中継ユニット１００において熱交換が行なわれる際には、中継ユニット１００に送られてきた作動流体のすべてが、バイパス経路１０１を通らず、熱交換器１０４を通る。これにより、より効率よく、作動流体が運んできた熱を蓄熱材に伝えることができる。

本変形例では、ステップＳＣ６１において、電動弁１０２の開度が上げられる代わりに、三方弁１０９が、作動流体のすべてをバイパス経路１０１に送る状態へと制御される。

また、第３の変形例では、ポンプ（ポンプ１０５等）が、外気温度と蓄熱材の温度の関係に応じて、給湯ユニット９００に対する給湯指示がなされていない状態であっても駆動された。本変形例では、このようにポンプが駆動されるとき、三方弁１０９は、配管９０３とバイパス経路１０１を接続する状態となるよう制御される。

つまり、蓄熱材の温度（センサ５０１の検知温度）が外気温度（センサ３０２）よりも低いときには、中央制御部１１０は、三方弁１０９に、配管９０３と熱交換器１０４とを接続させる。これにより、室外機３００から導入された作動流体は、バイパス経路１０１を通ることなく、すべて熱交換器１０４に導かれる。

一方、蓄熱材の温度が外気温度以上である場合には、中央制御部１１０は、三方弁１０９に、配管９０３とバイパス経路１０１とを接続させる。これにより、室外機３００から導入された作動流体は、熱交換器１０４を通ることなく、すべてバイパス経路１０１に導かれる。

＜その他の変形例等＞
以上説明した本実施の形態では、既存の空気調和機に対して中継ユニットを接続することにより、改めて中継ユニットを含むような空気調和システムを導入することなく、空気調和機における廃熱を有効利用することができる。

以上説明した実施の形態および各変形例のシステムは、対象空間の冷風を提供するシステムとされている。なお、本発明に従ったシステムは、対象空間を冷却するものであれば、その温度範囲は、冷房システムに限らず、対象空間（に存在する商品等の対象物）を冷凍させるようなシステムであっても良い。

今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態およびその変形例に記載の発明は、単独で、または、可能な限り組合わされて、実施されることが意図される。

１００ 中継ユニット、１０１ バイパス経路、１０２ 電動弁、１０３，２０５，３０５ 膨張弁、１０４，２０１，３０３ 熱交換器、１０５，９０５ ポンプ、１０６，９０１，９０２，９０３，９１０ 配管、１０９ 三方弁、１１０，２１０，３１０ 中央制御部、２００ 室内機、３００ 室外機、３０１ 圧縮機、５００ タンク、９００ 給湯ユニット。

また、本変形例では、タンク５００内の蓄熱材が設定温度に達するか（ステップＳＣ４０でＹＥＳ）、または、給湯ユニット９００に対して給湯動作を停止する指示が入力されたことが検知されると（ステップＳＣ５０でＹＥＳ）、中央制御部１１０は、ステップＳＣ６０でポンプ１０５の駆動を停止させ、さらに、ステップＳＣ６１で電動弁１０２の開度を上げて、そして、ステップＳＣ７０で膨張弁１０３の開度を上昇（初期状態に戻す）させる。

Claims (9)

1. 対象空間を冷却するための冷凍サイクルであって、対象空間内熱交換器と、圧縮機と、対象空間外熱交換器と、第１の膨張弁とが順次接続されてなる冷凍サイクルに接続される液体熱交換ユニットであって、
   前記対象空間外熱交換器は、放熱ファンを含み、
   前記対象空間内熱交換器および前記対象空間外熱交換器を通過する第一作動流体と、第二作動流体との間で熱交換させるための液体熱交換器と、
   第２の膨張弁と、
   前記液体熱交換器の動作を制御する制御手段と、
   前記液体熱交換器に対する動作指示を受け付ける指示手段とを備え、
   前記圧縮機と、前記対象空間外熱交換器と、前記第１の膨張弁と、前記液体熱交換器と、前記第２の膨張弁と、前記対象空間内熱交換器とが順次接続されるように、前記冷凍サイクルに着脱可能に接続され、
   前記制御手段は、前記指示手段に対して前記液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、前記対象空間外熱交換器および前記第１の膨張弁を制御する制御装置に対して、前記放熱ファンの回転を低減または停止させ、かつ、前記第１の膨張弁の開度を上昇させるための信号を送信する、液体熱交換ユニット。
2. 前記対象空間外熱交換器から前記第２の膨張弁に、前記液体熱交換器を通過させることなく前記第一作動流体を送るためのバイパス経路と、
   前記第一作動流体を前記バイパス経路に通過させるか否かを制御するための所定の弁とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記指示手段に対して前記液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、前記所定の弁を、前記第一作動流体が前記バイパス経路を通過することを妨げる状態にする、請求項１に記載の液体熱交換ユニット。
3. 前記第二作動流体を循環させる循環手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記指示手段に対して前記液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、前記循環手段の循環動作を開始させる、請求項２に記載の液体熱交換ユニット。
4. 前記第二作動流体の温度と、前記対象空間外熱交換器が前記第一作動流体の熱交換の対象となる前記対象空間外の温度とを取得する取得手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記指示手段に対して前記液体熱交換器に対する動作指示がなされていない場合に、前記取得手段が取得した前記第二作動流体の温度と前記対象空間外の温度を比較し、
   前記第二作動流体の温度が前記対象空間外の温度よりも低いときには、前記制御装置に対して、前記第１の膨張弁の開度を上昇させるための信号を送信し、さらに、前記循環手段に前記第二作動流体を循環させ、
   前記第二作動流体の温度が前記対象空間外の温度以上であるときには、前記制御装置に対して、前記放熱ファンおよび前記第１の膨張弁を前記第一作動流体の熱交換のために動作させるための信号を送信し、さらに、前記循環手段による前記第二作動流体の循環を停止させる、請求項３に記載の液体熱交換ユニット。
5. 前記第二作動流体の温度と、前記対象空間外熱交換器が前記第一作動流体の熱交換の対象となる前記対象空間外の温度とを取得する取得手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記指示手段に対して前記液体熱交換器に対する動作指示がなされていない場合に、前記取得手段が取得した前記第二作動流体の温度と前記対象空間外の温度を比較し、
   前記第二作動流体の温度が前記対象空間外の温度よりも低いときには、前記所定の弁を、前記第一作動流体が前記バイパス経路を通過することを妨げる状態にして、さらに、前記循環手段に前記第二作動流体を循環させ、
   前記第二作動流体の温度が前記対象空間外の温度以上であるときには、前記所定の弁を、前記第一作動流体が前記バイパス経路を通過する状態にする、請求項３に記載の液体熱交換ユニット。
6. 対象空間を冷却するための冷凍サイクルであって、対象空間内熱交換器、圧縮機、対象空間外熱交換器、および、第１の膨張弁が順次接続されてなる冷凍サイクルと、
   前記冷凍サイクルに接続される液体熱交換ユニットとを備え、
   前記対象空間外熱交換器は、放熱ファンを含み、
   前記冷凍サイクルは、前記対象空間外熱交換器および前記第１の膨張弁を制御する制御装置を含み、
   前記液体熱交換ユニットは、
   前記対象空間内熱交換器および前記対象空間外熱交換器を通過する第一作動流体と、第二作動流体との間で熱交換させるための液体熱交換器と、
   第２の膨張弁と、
   前記液体熱交換器の動作を制御する制御手段と、
   前記液体熱交換器に対する動作指示を受け付ける指示手段とを含み、
   前記圧縮機と、前記対象空間外熱交換器と、前記第１の膨張弁と、前記液体熱交換器と、前記第２の膨張弁と、前記対象空間内熱交換器とが順次接続されるように、前記冷凍サイクルに着脱可能に接続され、
   前記制御手段は、前記指示手段に対して前記液体熱交換器の動作の開始指示が入力された場合に、前記制御装置に対して、前記放熱ファンの回転を低減または停止させ、かつ、前記第１の膨張弁の開度を上昇させるための信号を送信する、冷凍システム。
7. 前記液体熱交換ユニットは、前記第二作動流体の温度を取得する取得手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記取得手段が取得した前記第二作動流体の温度を前記制御装置へ送信し、
   前記制御装置は、前記第二作動流体とその目標温度との差に応じて、前記圧縮機の回転数を制御する、請求項６に記載の冷凍システム。
8. 前記制御装置は、前記第二作動流体とその目標温度との差に応じて、前記放熱ファンの回転数、または、前記第１の膨張弁の開度の少なくとも一方を制御する、請求項７に記載の冷凍システム。
9. 前記第１の膨張弁は、当該第１の膨張弁に対する制御量に応じた流量特性の中途に変曲点を持ち、当該変曲点よりも流量が多い領域よりも小さい領域の方が、制御量に対する流量の変化量が小さい、請求項６〜請求項８のいずれかに記載の冷凍システム。

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