JP2016044243A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化、省コスト及び省エネを促進する蓄熱装置を提供する。
【解決手段】蓄熱ユニット２０は、蓄熱槽２１と、冷媒が内部を流れる伝熱管ＴＰと、冷媒と熱交換を行って蓄熱する蓄熱部材２２と、を備えている。伝熱管ＴＰと、蓄熱部材２２と、は蓄熱槽２１に配置されている。蓄熱部材２２は、例えば、V_0.977W_0.023O₂又はLiVS₂といった電子相転移物質を含んでいる。電子相転移物質は、電子のもつ自由度に関する相転移である電子相転移を行う物質である。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄熱装置に関する。

従来、蓄熱媒体である液体の固体への相転移に伴う潜熱、又は液体の温度変化に伴う顕熱を利用して蓄熱する蓄熱装置がある。例えば、特許文献１（特開２００１―１４１２６５号公報）には、蓄熱媒体として水を採用し、水から氷への相転移に伴う潜熱を利用して冷熱を蓄熱し、冷水から温水への温度変化に伴う顕熱を利用して温熱を蓄熱する蓄熱装置が開示されている。

しかし、特許文献１のように、液体から固体への相転移に伴う潜熱を利用して蓄熱する方式では、相転移時における蓄熱媒体の体積変化を考慮する必要があるため、蓄熱槽のコンパクト化が制約されるとともにバッファータンク等の容器が必要となる。その結果、蓄熱装置が大型化し、コストも増大する。また、特許文献１では、顕熱を利用して温熱の蓄熱を行っているが、温熱の蓄熱に関しても潜熱を利用したほうが蓄熱量は向上し省エネ性に優れる。

そこで、本発明の課題は、コンパクト化、省コスト及び省エネを促進する蓄熱装置を提供することである。

本発明の第１観点に係る蓄熱装置は、蓄熱槽と、伝熱管と、蓄熱部材と、を備える。伝熱管は、蓄熱槽に配置される。伝熱管は、冷媒が内部を流れる。蓄熱部材は、蓄熱槽に配置される。蓄熱部材は、冷媒と熱交換を行って蓄熱する。蓄熱部材は、電子相転移物質を含む。電子相転移物質は、電子相転移を行う物質である。電子相転移は、電子のもつ自由度に関する相転移である。

本発明の第１観点に係る蓄熱装置では、蓄熱部材は、電子のもつ自由度に関する相転移である電子相転移を行う物質である電子相転移物質を含む。これにより、電子相転移物質の電子相転移に伴う潜熱を利用した蓄熱が行われる。ここで、電子相転移物質は、電子相転移の際、物質自体の原子配置がほとんど変化しないために、体積変化が起きない又は無視できるほど小さい。このため、蓄熱槽の設計において、蓄熱部材の相転移時における体積変化を考慮する必要がなく、バッファータンク等の容器を設置する必要もなくなる。また、電子相転移に伴う潜熱を利用して冷熱及び温熱双方の蓄熱が可能となるため、蓄熱量に優れる。よって、コンパクト化、省コスト及び省エネが促進される。

本発明の第２観点に係る蓄熱装置は、第１観点に係る蓄熱装置であって、蓄熱槽には、熱搬送媒体が収容される。熱搬送媒体は、蓄熱部材と熱交換を行う。蓄熱槽には、熱搬送媒体が流れる配管が接続される。これにより、既存の蓄熱装置に適用して、省エネ性を向上することが可能となる。

本発明の第３観点に係る蓄熱装置は、第１観点又は第２観点に係る蓄熱装置であって、蓄熱部材は、板状又はブロック状に成形される。これにより、蓄熱槽において、蓄熱部材を伝熱管に近接配置しやすくなり、組立製が向上する。

本発明の第４観点に係る蓄熱装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る蓄熱装置であって、電子相転移物質は、相転移温度が１℃以上１００℃未満である。これにより、空気調和機、給湯器又は冷水器等の冷凍装置に適用しやすくなる。

本発明の第５観点に係る蓄熱装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る蓄熱装置であって、電子相転移物質は、相転移温度が１０℃以上１５℃以下である。これにより、冷房運転を行う空気調和機にさらに適用しやすくなる。

本発明の第６観点に係る蓄熱装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る蓄熱装置であって、電子相転移物質は、相転移温度が４０℃以上４５℃以下である。これにより、暖房運転を行う空気調和機にさらに適用しやすくなる。

本発明の第１観点に係る蓄熱装置では、コンパクト化、省コスト及び省エネが促進される。

本発明の第２観点に係る蓄熱装置では、既存の蓄熱装置に適用して、省エネ性を向上することが可能となる。

本発明の第３観点に係る蓄熱装置では、蓄熱槽において、蓄熱部材を伝熱管に近接配置しやすくなり、組立製が向上する。

本発明の第４観点に係る蓄熱装置では、空気調和機、給湯器又は冷水器等の冷凍装置に適用しやすくなる。

本発明の第５観点に係る蓄熱装置では、冷房運転を行う空気調和機にさらに適用しやすくなる。

本発明の第６観点に係る蓄熱装置では、暖房運転を行う空気調和機にさらに適用しやすくなる。

本発明の一実施形態に係る蓄熱ユニットを適用された空調システムの概略構成図。 蓄熱ユニットの蓄熱槽を示す斜視図。 図２のIII-III線断面図。 図２のIV-IV線断面図。 変形例Ｉに係る蓄熱槽の断面図。 変形例Ｉに係る蓄熱槽の断面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る蓄熱ユニット２０を適用された空調システム１００について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、以下の実施形態において、上、下、左、右、正面（前）又は背面（後）といった方向は、図２から図６に示す方向を意味する。

（１）空調システム１００
図１は、空調システム１００の概略構成図である。空調システム１００は、選択された運転モードに応じて冷房運転又は暖房運転等を行う。また、空調システム１００は、運転中や、電気料金の安い夜間等において、冷熱又は温熱の蓄熱を行い、蓄えた熱を利用して省エネ運転を行う。

空調システム１００は、室外ユニット（熱源側ユニット）１０と、蓄熱ユニット２０と、複数の室内ユニット（利用側ユニット）３０と、を有している。また、空調システム１００は、冷媒が循環する一次側回路１１０と、熱搬送媒体として採用された水（各図においてＷで示す）が循環する二次側回路１２０と、を有している。一次側回路１１０は、室外ユニット１０と蓄熱ユニット２０とが、液冷媒配管ＬＰ及びガス冷媒配管ＧＰで接続されることで構成されている。二次側回路１２０は、蓄熱ユニット２０と複数の各室内ユニット３０とが、第１連絡配管ＣＰ１及び第２連絡配管ＣＰ２で接続されることで構成されている。

（１−１）室外ユニット１０
室外ユニット１０は、室外に設置される。室外ユニット１０は、冷媒配管ＲＰと、圧縮機１１と、四路切換弁１２と、室外熱交換器１３と、室外ファン１４と、膨張弁１５と、を有している。

冷媒配管ＲＰは、例えば銅製の配管であり、内部を冷媒が通過する。冷媒配管ＲＰは、第１冷媒配管ＲＰ１、第２冷媒配管ＲＰ２、第３冷媒配管ＲＰ３、第４冷媒配管ＲＰ４、第５冷媒配管ＲＰ５及び第６冷媒配管ＲＰ６を含む。

第１冷媒配管ＲＰ１は、一端がガス冷媒配管ＧＰに接続され、他端が四路切換弁１２に接続されている。第２冷媒配管ＲＰ２は、一端が圧縮機１１の吸入口に接続され、他端が四路切換弁１２に接続されている。第３冷媒配管ＲＰ３は、一端が圧縮機１１の吐出口に接続され、他端が四路切換弁１２に接続されている。第４冷媒配管ＲＰ４は、一端が四路切換弁１２に接続され、他端が室外熱交換器１３のガス側に接続されている。第５冷媒配管ＲＰ５は、一端が室外熱交換器１３の液側に接続され、他端が膨張弁１５に接続されている。第６冷媒配管ＲＰ６は、一端が膨張弁１５に接続され、他端が液冷媒配管ＬＰに接続されている。

圧縮機１１は、低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する機器である。圧縮機１１は、モータを内蔵した密閉式の構造を有している。また、圧縮機１１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮機である。圧縮機１１は、駆動制御部（図示省略）によって、容量可変に駆動を制御される。

四路切換弁１２は、一次側回路１１０における冷媒の流れる方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁１２は、冷房運転時には、第１冷媒配管ＲＰ１と第２冷媒配管ＲＰ２とが連通するとともに、第３冷媒配管ＲＰ３と第４冷媒配管ＲＰ４とが連通するように、流路を切り換える（図１の四路切換弁１２における実線を参照）。四路切換弁１２は、暖房運転時には、第１冷媒配管ＲＰ１と第３冷媒配管ＲＰ３とが連通するとともに、第２冷媒配管ＲＰ２と第４冷媒配管ＲＰ４とが連通するように、流路を切り換える（図１の四路切換弁１２における破線を参照）。

室外熱交換器１３は、例えばクロス・フィン・チューブ方式又はマイクロチャネル方式の熱交換器である。室外熱交換器１３は、冷房運転時には冷媒の凝縮器（又は放熱用の熱交換器）として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

室外ファン１４は、例えば遠心ファンである。室外ファン１４は、室外ファンモータ（図示省略）の出力軸に接続されており、室外ファンモータに連動して駆動する。室外ファン１４は、駆動すると、室外ユニット１０の外部から内部に流入し室外熱交換器１３を通過してから室外ユニット１０外へ流出する空気流を生成する。

膨張弁１５は、高圧の冷媒を減圧する。膨張弁１５は、例えば運転状況に応じて開度が調整される電動弁である。

（１−２）蓄熱ユニット２０
蓄熱ユニット２０は、室外に設置される。蓄熱ユニット２０は、冷媒が流れる第１配管ＭＰ１、第２配管ＭＰ２、複数の分岐管（第１分岐管Ｐ１〜第８分岐管Ｐ８）及び複数の伝熱管ＴＰと、水が流れる複数の水配管ＷＰ（第１水配管ＷＰ１〜第５水配管ＷＰ５）と、を有している。また、蓄熱ユニット２０は、蓄熱槽２１と、蓄熱部材２２と、ポンプ２３と、流路切換弁２４と、複数の温度センサ（図示省略）と、を有している。

第１配管ＭＰ１は、液冷媒配管ＬＰと接続されている。第１配管ＭＰ１からは、第１分岐管Ｐ１、第２分岐管Ｐ２、第３分岐管Ｐ３及び第４分岐管Ｐ４が延びている。

第２配管ＭＰ２は、ガス冷媒配管ＧＰと接続されている。第２配管ＭＰ２からは、第５分岐管Ｐ５、第６分岐管Ｐ６、第７分岐管Ｐ７及び第８分岐管Ｐ８が延びている。第５分岐管Ｐ５は第１分岐管Ｐ１と、第６分岐管Ｐ６は第２分岐管Ｐ２と、第７分岐管Ｐ７は第３分岐管Ｐ３と、第８分岐管Ｐ８は第４分岐管Ｐ４と、複数の伝熱管ＴＰ（図２から図４を参照）を介して、それぞれ接続されて連通している。

第１水配管ＷＰ１は、一端が蓄熱槽２１に接続され、他端が流路切換弁２４に接続されている。第２水配管ＷＰ２は、一端が流路切換弁２４に接続され、他端がポンプ２３の吸入口に接続されている。第３水配管ＷＰ３は、一端がポンプ２３の吐出口に接続され、他端が流路切換弁２４に接続されている。第４水配管ＷＰ４は、一端が流路切換弁２４に接続され、他端が第１連絡配管ＣＰ１に接続されている。第５水配管ＷＰ５は、一端が第２連絡配管ＣＰ２に接続され、他端が蓄熱槽２１に接続されている。

蓄熱槽２１は、一次側回路１１０を流れる冷媒と、二次側回路１２０を流れる水と、が熱交換する熱交換器として機能する。また、蓄熱槽２１は、一次側回路１１０を流れる冷媒から熱を取り出して蓄熱する蓄熱器としても機能する。蓄熱槽２１は、ケーシング２１０（図２から図４を参照）の内部に、熱搬送媒体としての水（Ｗ）を所定量収容している。また、蓄熱槽２１は、その内部において、第１分岐管Ｐ１、第２分岐管Ｐ２、第３分岐管Ｐ３、第４分岐管Ｐ４、第５分岐管Ｐ５、第６分岐管Ｐ６、第７分岐管Ｐ７及び第８分岐管Ｐ８の一部を収容するとともに、複数の蓄熱部材２２を収容している。なお、蓄熱槽２１の詳細については、後述の「（３）蓄熱槽２１の詳細」において説明する。

蓄熱部材２２は、一次側回路１１０を流れる冷媒から熱を取り出して蓄熱する部材である。蓄熱部材２２には、冷熱を蓄える第１蓄熱部材２２ａと、温熱を蓄える第２蓄熱部材２２ｂと、がある。蓄熱ユニット２０は、蓄熱槽２１内において、複数（ここでは２つ）の第１蓄熱部材２２ａと、複数（ここでは２つ）の第２蓄熱部材２２ｂと、を有している。第１蓄熱部材２２ａが蓄えた冷熱は、省エネ冷房モード（後述）による運転時に利用される。第２蓄熱部材２２ｂが蓄えた温熱は、省エネ暖房モード（後述）による運転時に利用される。

蓄熱部材２２は、主として、電子相転移物質によって構成されている。ここで、電子相転移物質は、電子のもつ自由度に関する相転移である電子相転移を行う物質である。電子相転移とは、電子のもつ内部自由度である、電荷・スピン・軌道の自由度のうち、軌道の自由度又はそれら３つの自由度のうち少なくとも２以上を含む複自由度の相転移である。なお、電子相転移物質は、電子相転移の際、物質自体の原子配置がほとんど変化しないために、体積変化が起きない又は無視できるほど小さい。

本実施形態において、第１蓄熱部材２２ａは、主として、V_0.977W_0.023O₂によって構成されている。V_0.977W_0.023O₂は、特許公開公報２０１０−１６３５１０号（以下、「公報１」と記載）にも開示されるように、スピン及び軌道に関する電子相転移を行い、その相転移温度が１１℃であり、転移エンタルピが１５１Ｊ／ccである電子相転移物質である。第１蓄熱部材２２ａは、一次側回路１１０を流れる冷媒及び二次側回路１２０を流れる水と熱交換を行い、V_0.977W_0.023O₂の電子相転移に伴う潜熱を利用して冷熱を蓄熱する。なお、V_0.977W_0.023O₂の冷熱の保持能力は、公報１にも記載されているように、水と同等である。また、冷房運転に利用する冷熱を蓄える場合には、蓄熱物質としては、相転移温度が１０℃以上１５℃以下のものが適しており、V_0.977W_0.023O₂はこれに該当する。

また、第２蓄熱部材２２ｂは、主として、LiVS₂によって構成されている。LiVS₂は、公報１にも開示されるように、スピン及び軌道に関する電子相転移を行い、その相転移温度が４０℃であり、転移エンタルピが５８．３Ｊ／ccである電子相転移物質である。第２蓄熱部材２２ｂは、一次側回路１１０を流れる冷媒及び二次側回路１２０を流れる水と熱交換を行い、LiVS₂の電子相転移に伴う潜熱を利用して温熱を蓄熱する。なお、第２蓄熱部材２２ｂは、水が顕熱を利用して温熱を蓄熱する場合よりも、温熱の蓄熱量が優れている。また、暖房運転に利用する温熱を蓄える場合には、蓄熱物質としては、相転移温度が４０℃以上４５℃以下のものが蓄熱物質として適しており、LiVS₂はこれに該当する。

ここで、水等を蓄熱媒体として使用する場合には、温熱の蓄熱に関しては顕熱を利用して行うため、蓄熱量が小さい。一方で、上述のように構成される第２蓄熱部材２２ｂは、電子相転移物質の電子相転移に伴う潜熱を利用して温熱を蓄熱するため、温熱の蓄熱量に優れている。

ポンプ２３は、二次側回路１２０において水を循環させる。ポンプ２３は、内蔵のモータ（図示省略）に駆動電圧を供給されることで駆動する。ポンプ２３は、駆動時には、吸入口を介して第２水配管ＷＰ２から水を吸引し、吐出口を介して第３水配管ＷＰ３へ吐出する。

流路切換弁２４は、二次側回路１２０における水の流れる方向を切り換えるための切換弁であり、本実施形態では四路切換弁である。流路切換弁２４は、冷房運転時には、第１水配管ＷＰ１と第２水配管ＷＰ２とが連通するとともに、第３水配管ＷＰ３と第４水配管ＷＰ４とが連通するように、流路を切り換える（図１の流路切換弁２４における実線を参照）。流路切換弁２４は、暖房運転時には、第１水配管ＷＰ１と第３水配管ＷＰ３とが連通するとともに、第２水配管ＷＰ２と第４水配管ＷＰ４とが連通するように、流路を切り換える（図１の流路切換弁２４における破線を参照）。

蓄熱槽２１内に配置される複数の温度センサには、水温センサと、蓄熱温度センサと、がある。水温センサは、蓄熱槽２１内において、第１水配管ＷＰ１の接続口及び第５水配管ＷＰ５の接続口の近傍にそれぞれ配置されて、水の温度を検出している。蓄熱温度センサは、各蓄熱部材２２に接触するように配置されており、各蓄熱部材２２の温度を検出している。各温度センサが検出した温度は、アナログ値のまま又はＡ／Ｄ変換されて、空調システム１００のコントローラ（図示省略）に送られる。

（１−３）室内ユニット３０
室内ユニット３０は、例えば、いわゆる天井埋込み型、天井吊下げ型又は壁掛け型の室内機である。室内ユニット３０は、主として、室内熱交換器３１、室内ファン３２及び室内電動弁３３等を有している。

室内熱交換器３１は、例えばクロス・フィン・チューブ方式又はマイクロチャネル方式の熱交換器である。室内熱交換器３１は、冷房運転時には熱搬送媒体である水の加熱器として機能し、暖房運転時には水の放熱器として機能する。室内熱交換器３１の一端は、接続配管を介して第２連絡配管ＣＰ２に接続されている。室内熱交換器３１の他端は、接続配管を介して室内電動弁３３に接続されている。

室内ファン３２は、室内ユニット３０内に流入して室内熱交換器３１を通過した後に室内ユニット３０外に流出する空気流を生成する送風機である。室内ファン３２は、例えば遠心ファンや多翼ファン等である。室内ファン３２は、室内ファンモータ（図示省略）の出力軸に接続されており、室内ファンモータに連動して駆動する。

室内電動弁３３は、室内ユニット３０の運転状況に応じて開度調整される電動弁である。室内電動弁３３の一端は、接続配管を介して室内熱交換器３１に接続されている。室内電動弁３３の他端は、接続配管を介して第１連絡配管ＣＰ１に接続されている。

（２）各運転モードにおける冷媒及び水の流れ
空調システム１００は、運転モードとして、通常冷房モード、省エネ冷房モード、通常暖房モード、及び省エネ暖房モードを有している。

通常冷房モードは、冷房運転の開始指示が入力された場合において、第１蓄熱部材２２ａに冷熱が十分に蓄えられていない時に選択される。省エネ冷房モードは、冷房運転の開始指示が入力された場合において、第１蓄熱部材２２ａに冷熱が十分に蓄えられている時に選択される。通常暖房モードは、暖房運転の開始指示が入力された場合において、第２蓄熱部材２２ｂに温熱が十分に蓄えられていない時に選択される。省エネ暖房モードは、暖房運転の開始指示が入力された場合において、第２蓄熱部材２２ｂに温熱が十分に蓄えられている時に選択される。

以下、空調システム１００の運転時における冷媒及び水の流れについて運転モード別に説明する。

（２−１）通常冷房モード
空調システム１００は、冷房運転の開始指示が入力された場合において、第１蓄熱部材２２ａの温度を検出する蓄熱温度センサの検出値が所定の値以上である時に、通常冷房モードに遷移する。

通常冷房モード時には、一次側回路１１０において、四路切換弁１２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。圧縮機１１が駆動すると、第２冷媒配管ＲＰ２を介して低圧のガス冷媒が圧縮機１１に吸入され、圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、第３冷媒配管ＲＰ３、四路切換弁１２、及び第４冷媒配管ＲＰ４を流れて、室外熱交換器１３に流入する。

室外熱交換器１３に流入した高圧のガス冷媒は、室外ファン１４が生成する空気流と熱交換を行うことで凝縮し高圧の液冷媒となって、室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した液冷媒は、第５冷媒配管ＲＰ５を流れる。第５冷媒配管ＲＰ５を通過した冷媒は、膨張弁１５に流入して減圧される。減圧された冷媒は、第６冷媒配管ＲＰ６及び液冷媒配管ＬＰを経て第１配管ＭＰ１に流入する。

第１配管ＭＰ１に流入した冷媒は、その後、第１分岐管Ｐ１、第２分岐管Ｐ２、第３分岐管Ｐ３又は第４分岐管Ｐ４を通過してから、伝熱管ＴＰを流れる際に蓄熱部材２２及び蓄熱槽２１内の水と熱交換して蒸発する。この際、蓄熱部材２２は、冷媒から冷熱を取り出して蓄熱する。

蒸発した冷媒は、第５分岐管Ｐ５、第６分岐管Ｐ６、第７分岐管Ｐ７又は第８分岐管Ｐ８を流れて、第２配管ＭＰ２に流入する。第２配管ＭＰ２を流れた冷媒は、ガス冷媒配管ＧＰを経て第１冷媒配管ＲＰ１を流れ、四路切換弁１２及び第２冷媒配管ＲＰ２を経て圧縮機１１に吸入される。

一方、二次側回路１２０において、流路切換弁２４が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。ポンプ２３が駆動すると、蓄熱槽２１内の水は、第１水配管ＷＰ１、流路切換弁２４、第２水配管ＷＰ２を経て、ポンプ２３に吸引される。ポンプ２３に吸引された水は、第３水配管ＷＰ３に吐出され、流路切換弁２４、第４水配管ＷＰ４を経て、第１連絡配管ＣＰ１に流入する。

第１連絡配管ＣＰ１に流入した水は、その後、室内電動弁３３を経て、室内熱交換器３１に流入する。室内熱交換器３１に流入した水は、室内ファン３２が生成した空気流と熱交換することで加熱される。室内熱交換器３１から流出した水は、第２連絡配管ＣＰ２及び第５水配管ＷＰ５を通過して、蓄熱槽２１に流入する。蓄熱槽２１に流入した水は、主として、伝熱管ＴＰを流れる冷媒と熱交換することで冷却されて冷水となる。

（２−２）省エネ冷房モード
空調システム１００は、冷房運転の開始指示が入力された場合において、第１蓄熱部材２２ａの温度を検出する蓄熱温度センサの検出値が所定の値未満である時に、省エネ冷房モードに遷移する。

省エネ冷房モード時には、省電力を目的として、一次側回路１１０において、圧縮機１１が、駆動されない又は低容量で駆動される。

一方で、省エネ冷房モード時における二次側回路１２０における水の流れは、通常冷房モード時と同様である。但し、蓄熱槽２１に流入した水が、主として蓄熱部材２２と熱交換して冷却される点が、通常冷房運転モード時とは異なる。

省エネ冷房モード時には、圧縮機１１が停止又は低容量で駆動されるため、省電力が実現される。

（２−３）通常暖房モード
空調システム１００は、暖房運転の開始指示が入力された場合において、第２蓄熱部材２２ｂの温度を検出する蓄熱温度センサの検出値が所定の値未満である時に、通常暖房モードに遷移する。

通常暖房モード時には、四路切換弁１２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。圧縮機１１が駆動すると、第２冷媒配管ＲＰ２を介して低圧のガス冷媒が圧縮機１１に吸入され、圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、第３冷媒配管ＲＰ３、四路切換弁１２、第１冷媒配管ＲＰ１、及びガス冷媒配管ＧＰを流れて、第２配管ＭＰ２に流入する。

第２配管ＭＰ２に流入した冷媒は、その後、第５分岐管Ｐ５、第６分岐管Ｐ６、第７分岐管Ｐ７又は第８分岐管Ｐ８を通過してから、伝熱管ＴＰを流れる際に蓄熱部材２２及び蓄熱槽２１内の水と熱交換して凝縮する。この際、蓄熱部材２２は、冷媒から温熱を取り出して蓄熱する。

凝縮した冷媒は、第１分岐管Ｐ１、第２分岐管Ｐ２、第３分岐管Ｐ３又は第４分岐管Ｐ４を流れて、第１配管ＭＰ１に流入する。第１配管ＭＰ１を流れた冷媒は、液冷媒配管ＬＰを経て第６冷媒配管ＲＰ６を流れる。第６冷媒配管ＲＰ６を通過した冷媒は、膨張弁１５に流入して減圧される。減圧された冷媒は、第５冷媒配管ＲＰ５を流れて、室外熱交換器１３に流入する。

室外熱交換器１３に流入した液冷媒は、室外ファン１４が生成する空気流と熱交換を行うことで蒸発しガス冷媒となって、室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、第４冷媒配管ＲＰ４、四路切換弁１２及び第２冷媒配管ＲＰ２を経て圧縮機１１に吸入される。

一方、二次側回路１２０において、流路切換弁２４が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。ポンプ２３が駆動すると、蓄熱槽２１内の水は、第５水配管ＷＰ５を経て、第２連絡配管ＣＰ２を通過し、室内熱交換器３１に流入する。室内熱交換器３１に流入した水は、室内ファン３２が生成した空気流と熱交換することで冷却される。室内熱交換器３１から流出した水は、室内電動弁３３、第１連絡配管ＣＰ１、第４水配管ＷＰ４及び流路切換弁２４を経て、ポンプ２３に吸引される。ポンプ２３に吸引された水は、第３水配管ＷＰ３に吐出され、流路切換弁２４及び第１水配管ＷＰ１を流れて、蓄熱槽２１に流入する。蓄熱槽２１に流入した水は、主として伝熱管ＴＰを流れる冷媒と熱交換することで加熱されて温水となる。

（２−４）省エネ暖房モード
空調システム１００は、暖房運転の開始指示が入力された場合において、第２蓄熱部材２２ｂの温度を検出する蓄熱温度センサの検出値が所定の値以上である時に、省エネ暖房モードに遷移する。

省エネ暖房モード時には、省電力を目的として、一次側回路１１０において、圧縮機１１が、駆動されない又は低容量で駆動される。

一方で、省エネ暖房モード時における二次側回路１２０における水の流れは、通常暖房モード時と同様である。但し、蓄熱槽２１に流入した水が、主として蓄熱部材２２と熱交換して加熱される点が、通常暖房運転モード時とは異なる。

省エネ暖房モード時には、圧縮機１１が停止又は低容量で駆動されるため、省電力が実現される。

（３）蓄熱槽２１の詳細
図２は、蓄熱槽２１の斜視図である。図３は、図２のIII-III線断面図である。図４は、図２のIV-IV線断面図である。

蓄熱槽２１は、直方体状のケーシング２１０を有している。ケーシング２１０は、天面を構成する天井部２１１と、天面部分以外を構成する本体部２１２と、を含む。本体部２１２の背面には、８本の分岐管（第１分岐管Ｐ１〜第８分岐管Ｐ８）を通すための貫通口が形成されている。また、本体部２１２の左側面の下部には第１水配管ＷＰ１を接続するための接続口が形成されており、本体部２１２の右側面の上部には第５水配管ＷＰ５を接続するための接続口が形成されている。

ケーシング２１０内には、所定量の水（Ｗ）が収容されている。また、ケーシング２１０内には、天井部２１１近傍において、８本の分岐管（第１分岐管Ｐ１〜第８分岐管Ｐ８）が、貫通口から前方向に延びるように配置されている。

ケーシング２１０内において、第１分岐管Ｐ１と第５分岐管Ｐ５、第２分岐管Ｐ２と第６分岐管Ｐ６、第３分岐管Ｐ３と第７分岐管Ｐ７、第４分岐管Ｐ４と第８分岐管Ｐ８が、それぞれ、４本の伝熱管ＴＰで接続されている。

各伝熱管ＴＰは、鉛直方向に延びる第１鉛直部４１と、鉛直方向に延びる第２鉛直部４２と、第１鉛直部４１の下端部分及び第２鉛直部４２の下端部分を接続する折返部４３と、を有している。折返部４３は、正面視においてＵ字状に湾曲しており、本体部２１２の底面付近に位置する。

ケーシング２１０の内部には、ブロック状（直方体状）に成形された４つの蓄熱部材２２が、所定の間隔を置いて左右方向に並ぶように配置されている。具体的に、ケーシング２１０内の左側に２つの第１蓄熱部材２２ａが配置され、右側に２つの第２蓄熱部材２２ｂが配置されている。各蓄熱部材２２は、ケーシング２１０内において、長手寸法が各分岐管の長手方向（前後方向）に沿って延び、厚み寸法が左右方向に沿って延びている。蓄熱部材２２には、固定具２２１が取り付けられており、固定具２２１を介してケーシング２１０に固定されている。

各蓄熱部材２２は、分岐管よりも下方において、２本の分岐管を接続する４本の伝熱管ＴＰに囲われるように配置されている。具体的に、第１蓄熱部材２２ａは、第３分岐管Ｐ３と第７分岐管Ｐ７を接続する４本の伝熱管ＴＰ、又は第４分岐管Ｐ４と第８分岐管Ｐ８を接続する４本の伝熱管ＴＰに囲われている。また、第２蓄熱部材２２ｂは、第１分岐管Ｐ１と第５分岐管Ｐ５を接続する４本の伝熱管ＴＰ、又は第２分岐管Ｐ２と第６分岐管Ｐ６を接続する４本の伝熱管ＴＰに囲われている。

各蓄熱部材２２は、図３に示すように、正面視において、伝熱管ＴＰの折返部４３の上方に位置し、第１鉛直部４１及び第２鉛直部４２に挟まれている。また、各蓄熱部材２２は、図４に示すように、側面視において、４本の伝熱管ＴＰと交差するように配置されている。

蓄熱部材２２は、分岐管及び伝熱管ＴＰを流れる冷媒との熱交換が促進されるように、分岐管及び伝熱管ＴＰに近接している。なお、蓄熱部材２２は、ブロック状に成形されているため、蓄熱槽２１において分岐管や伝熱管ＴＰに近接配置しやすくなっている。

蓄熱槽２１では、ケーシング２１０内において、各分岐管（Ｐ１〜Ｐ８）、各伝熱管ＴＰ及び各蓄熱部材２２のそれぞれの最上部分が、水面よりも下方に位置している。すなわち、各分岐管（Ｐ１〜Ｐ８）、各伝熱管ＴＰ及び各蓄熱部材２２は、水との熱交換が促進されるように水中に位置している。

ここで、蓄熱槽２１の組立て及び蓄熱ユニット２０の据付けの際には、例えば、以下の手順で行われる。なお、以下の手順は一例であり、適宜変更が可能である。

まず、伝熱管ＴＰで接続された、第１分岐管Ｐ１と第２分岐管Ｐ２、第３分岐管Ｐ３と第４分岐管Ｐ４、第５分岐管Ｐ５と第６分岐管Ｐ６、及び第７分岐管Ｐ７と第８分岐管Ｐ８、を本体部２１２内に配置し、各分岐管を、貫通孔を介してケーシング２１０の本体部２１２の背面部分から延出させる。次に、蓄熱槽２１を蓄熱ユニット２０の本体ケーシング（図示省略）内に配置し、各分岐管を第１配管ＭＰ１及び第２配管ＭＰ２と接続する。
また、第１水配管ＷＰ１及び第５水配管ＷＰ５を、接続口を介して本体部２１２に接続する。その後、蓄熱部材２２を、本体部２１２内に配置して、固定具２２１等を介して本体部２１２に固定する。そして、本体部２１２内に所定量の水を収容した後、天井部２１１を取り付ける。

このような手順で蓄熱槽２１の組立て及び蓄熱ユニット２０の据付けを行うことで、蓄熱部材２２の質量が大きい場合でも、組立て及び据付けが容易である。また、蓄熱部材２２を有していない既存の蓄熱ユニットに、新たに蓄熱部材２２を据え付けることも容易である。

（４）特徴
（４−１）
上記実施形態では、蓄熱部材２２は、電子のもつ自由度に関する相転移である電子相転移を行う物質である電子相転移物質を含んでいる。これにより、蓄熱ユニット２０では、電子相転移物質の電子相転移に伴う潜熱を利用した蓄熱が行われる。このため、蓄熱槽２１の設計において、蓄熱部材２２の相転移時における体積変化を考慮する必要がなくなっており、バッファータンク等の容器を設置する必要もなくなっている。また、蓄熱ユニット２０では、電子相転移に伴う潜熱を利用して冷熱及び温熱双方の蓄熱がなされている。このため、蓄熱量に優れている。

（４−２）
上記実施形態では、蓄熱槽２１には、蓄熱部材２２と熱交換を行う熱搬送媒体である水が収容されており、水が流れる第１水配管ＷＰ１及び第５水配管ＷＰ５が接続されている。これにより、既存の蓄熱装置にも適用可能となっている。その結果、既存の蓄熱装置において冷熱及び／又は温熱の蓄熱量を向上することが可能である。

（４−３）
上記実施形態では、蓄熱部材２２は、ブロック状に成形されている。これにより、蓄熱槽２１において、蓄熱部材２２を、冷媒が流れる分岐管や伝熱管ＴＰに近接配置しやすくなっている。

（４−４）
上記実施形態では、第１蓄熱部材２２ａに含まれる電子相転移物質は、相転移温度が１０℃以上１５℃以下である。これにより、蓄えた冷熱を利用して冷房運転を行う空気調和機に適用しやすいようになっている。

（４−５）
上記実施形態では、第２蓄熱部材２２ｂに含まれる電子相転移物質は、相転移温度が４０℃以上４５℃以下である。これにより、蓄えた温熱を利用して暖房運転を行う空気調和機に適用しやすいようになっている。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記実施形態では、空調システム１００は、１台の室外ユニット１０と、１台の蓄熱ユニット２０と、複数台の室内ユニット３０と、を有していた。しかし、室外ユニット１０、蓄熱ユニット２０、又は室内ユニット３０の台数は、特定の数には限定されない。例えば、室外ユニット１０及び／又は蓄熱ユニット２０は、２台以上あってもよい。また、室内ユニット３０は、１台のみであってもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、蓄熱ユニット２０は、２つの回路（一次側回路１１０及び二次側回路１２０）を有する空調システム１００に適用された。しかし、本発明は、３つ以上の回路を有する装置に適用されてもよい。また、本発明は、１つの回路のみを有する装置に適用されてもよい。

（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、空調システム１００の二次側回路１２０を流れる熱搬送媒体として水が採用されていた。しかし、二次側回路１２０を流れる熱搬送媒体は、水に限定されず、他の冷媒や流体であってもよい。

（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、蓄熱ユニット２０において、分岐管（Ｐ１〜Ｐ８）は、８本配設されていた。しかし、分岐管の数は、特にこれに限定されず、８本より多くても少なくてもよい。

また、上記実施形態では、蓄熱ユニット２０において、２本の分岐管が、４本の伝熱管ＴＰで接続されていた。しかし、これに限定されず、２本の分岐管を接続する伝熱管ＴＰは、４本より多くても少なくてもよい。

（５−５）変形例Ｅ
上記実施形態では、蓄熱ユニット２０は、４つの蓄熱部材２２を有していた。しかし、これに限定されず、蓄熱ユニット２０は、蓄熱槽２１内に、５つ以上の蓄熱部材２２を有していてもよく、４つ未満の蓄熱部材２２を有していてもよい。

また、上記実施形態では、蓄熱ユニット２０が有する４つの蓄熱部材２２のうち、２つは第１蓄熱部材２２ａで、他の２つは第２蓄熱部材２２ｂであった。しかし、第１蓄熱部材２２ａ及び第２蓄熱部材２２ｂの数は、特定の数に限定されず、３つ以上あってもよいし、１つでもよい。また、第１蓄熱部材２２ａ及び第２蓄熱部材２２ｂの数を、必ずしも同数とする必要はない。例えば、温熱よりも冷熱のほうを多く蓄えることが必要な場合等には、第１蓄熱部材２２ａを第２蓄熱部材２２ｂよりも多く配置してもよい。一方で、冷熱よりも温熱のほうを多く蓄えることが必要な場合等には、第２蓄熱部材２２ｂを第１蓄熱部材２２ａよりも多く配置してもよい。

また、蓄熱ユニット２０は、第１蓄熱部材２２ａ及び第２蓄熱部材２２ｂの双方を必ずしも有する必要はなく、第１蓄熱部材２２ａ及び第２蓄熱部材２２ｂの一方のみを有するようにしてもよい。

（５−６）変形例Ｆ
上記実施形態では、第１蓄熱部材２２ａは、主として、V_0.977W_0.023O₂で構成されていた。しかし、これに限定されず、第１蓄熱部材２２ａは、他の電子相転移物質で構成されてもよい。例えば、第１蓄熱部材２２ａは、TbBaFe₂O₅で構成されてもよい。TbBaFe₂O₅は、公報１に開示されるように、電荷及び軌道に関する電子相転移を行い、その相転移温度が１２．１℃であり、転移エンタルピが３４．７Ｊ／ccである電子相転移物質である。このようなTbBaFe₂O₅で第１蓄熱部材２２ａを構成した場合でも、冷熱を蓄え、蓄えた冷熱を利用して冷房を行うことが可能である。

（５−７）変形例Ｇ
上記実施形態では、第２蓄熱部材２２ｂは、主として、LiVS₂で構成されていた。しかし、これに限定されず、第２蓄熱部材２２ｂは、他の電子相転移物質で構成されてもよい。例えば、第２蓄熱部材２２ｂは、DyBaCo₂O_5.54で構成されてもよい。DyBaCo₂O_5.54は、公報１に開示されるように、電荷及び軌道に関する電子相転移を行い、その相転移温度が４４．９℃であり、転移エンタルピが５２．４Ｊ／ccである電子相転移物質である。このようなDyBaCo₂O_5.54で第２蓄熱部材２２ｂを構成した場合でも、温熱を蓄え、蓄えた温熱を利用して暖房を行うことが可能である。

（５−８）変形例Ｈ
上記実施形態では、蓄熱ユニット２０は、空調システム１００に適用された。しかし、蓄熱ユニット２０は、他のシステムや装置にも適用可能である。特に、相転移温度が１℃以上１００℃未満である電子相転移物資で蓄熱部材２２を構成することにより、保温器、冷水器、給湯器等の他の冷凍装置に適用することが可能である。

例えば、蓄熱ユニット２０は、相転移温度が０℃以上１０℃未満又は１６℃以上３０℃未満の電子相転移物資で第１蓄熱部材２２ａを構成されることで、蓄えた冷熱を利用して対象物や対象空間の保温や冷却等を行う保温器や冷水器等に適用可能である。係る場合、LiMn₂O₄（相転移温度２１℃、転移エンタルピ３７．２Ｊ／cc）や、DyBaFe₂O₅（相転移温度２０．５℃、転移エンタルピ３４．７Ｊ／cc）や、HoBaFe₂O₅（相転移温度２２．８７℃、転移エンタルピ３５．６Ｊ／cc）や、YBaCo₂O_5.49（相転移温度２４．１℃、転移エンタルピ４１．６Ｊ／cc）等の電子相転移物質で、第１蓄熱部材２２ａを構成すればよい。

また、蓄熱ユニット２０は、相転移温度が３０℃以上４０℃未満又は４６℃以上の電子相転移物資で第２蓄熱部材２２ｂを構成されることで、蓄えた温熱を利用して対象物や対象空間の保温や加熱等を行う保温器や給湯器等に適用可能である。係る場合、YBaFe₂O₅（相転移温度３６．５℃、転移エンタルピ３７．２Ｊ／cc）や、HoBaCo₂O_5.48（相転移温度３０．８℃、転移エンタルピ６６Ｊ／cc）や、PrBaCo₂O_5.5（相転移温度７０．６℃、転移エンタルピ６９．９Ｊ／cc）等の電子相転移物質で、第２蓄熱部材２２ｂを構成すればよい。

（５−９）変形例Ｉ
上記実施形態では、蓄熱部材２２は、上述のように、蓄熱槽２１内において図２から図４に示すような態様で配置されていた。しかし、蓄熱部材２２は、図５及び図６に示すような態様で設置されてもよい。

図５及び図６では、ケーシング２１０内において、４つの蓄熱部材２２が、所定の間隔を置いて前後方向に並ぶように配置されている。具体的に、ケーシング２１０内の前側に２つの第１蓄熱部材２２ａが配置され、後側に２つの第２蓄熱部材２２ｂが配置されている。各蓄熱部材２２は、ケーシング２１０内において、長手寸法が各分岐管の長手方向（前後方向）と交差する方向（左右方向）に沿って延び、厚み寸法が前後方向に沿って延びている。各蓄熱部材２２は、分岐管よりも下方において、伝熱管ＴＰに隣接している。

なお、図２から図６において、蓄熱部材２２の配置態様は、分岐管や伝熱管ＴＰの配置態様に応じて適宜変更が可能である。例えば、蓄熱部材２２は、第１蓄熱部材２２ａと第２蓄熱部材２２ｂの配置位置を互いに入れ換えて配置されてもよい。また、蓄熱部材２２は、第１蓄熱部材２２ａと第２蓄熱部材２２ｂとが交互に並ぶように配置されてもよい。また、一部の蓄熱部材２２は長手寸法が前後方向に延びるように配置される一方で、他の蓄熱部材２２は長手寸法が左右方向又は上下方向に延びるように配置されてもよい。また、一部の蓄熱部材２２は、厚み寸法が左右方向に延びる一方で、他の蓄熱部材２２は、厚み寸法が前後方向又は上下方向に延びるように配置されてもよい。また、一部の蓄熱部材２２が配置される高さと、他の蓄熱部材２２が配置される高さと、が異なってもよい。

（５−１０）変形例Ｊ
上記実施形態では、蓄熱部材２２は、ブロック状に成形されていた。しかし、これに限定されず、蓄熱部材２２は、どのような形状に成形されてもよい。例えば、蓄熱部材２２は、板状に成形して軽量化を図ってもよい。また、蓄熱部材２２は、蓄熱槽２１内において、分岐管や伝熱管ＴＰ等にさらに近接配置しやすいように、他の適当な形状に成形されてもよい。

（５−１１）変形例Ｋ
上記実施形態では、蓄熱部材２２は、固定具２２１を介して、蓄熱槽２１の本体部２１２内に固定されていた。しかし、これに限定されず、蓄熱部材２２は、他の適当な方法で本体部２１２に固定されてもよい。

（５−１２）変形例Ｌ
上記実施形態では、蓄熱槽２１は、水面がケーシング２１０外の大気に開放されていない、いわゆる密閉式のものが採用された。しかし、これに限定されず、蓄熱槽２１は、水面がケーシング２１０外の大気に開放されている、いわゆる開放式のものを採用されてもよい。係る場合においても、電子相転移に伴う潜熱を利用して冷熱及び温熱双方の蓄熱が可能となるため、蓄熱量に優れる。

本発明は、蓄熱装置に利用可能である。

１０ ：室外ユニット
２０ ：蓄熱ユニット（蓄熱装置）
２１ ：蓄熱槽
２２ ：蓄熱部材
２２ａ ：第１蓄熱部材
２２ｂ ：第２蓄熱部材
２３ ：ポンプ
２４ ：流路切換弁
３０ ：室内ユニット
４１ ：第１鉛直部
４２ ：第２鉛直部
４３ ：折返部
１００ ：空調システム
１１０ ：一次側回路
１２０ ：二次側回路
２１０ ：ケーシング
２１１ ：天井部
２１２ ：本体部
２２１ ：固定具
ＭＰ１ ：第１配管
ＭＰ２ ：第２配管
Ｐ１〜Ｐ８ ：第１分岐管〜第８分岐管
ＲＰ ：冷媒配管
ＴＰ ：伝熱管
Ｗ ：水（熱搬送媒体）
ＷＰ１〜ＷＰ５ ：第１水配管〜第５水配管

特開２００１―１４１２６５号公報

Claims (6)

1. 蓄熱槽（２１）と、
   前記蓄熱槽に配置され、冷媒が内部を流れる伝熱管（ＴＰ）と、
   前記蓄熱槽に配置され、前記冷媒と熱交換を行って蓄熱する蓄熱部材（２２）と、
   を備え、
   前記蓄熱部材は、電子のもつ自由度に関する相転移である電子相転移を行う物質である電子相転移物質を含む、
   蓄熱装置（３０）。
2. 前記蓄熱槽には、前記蓄熱部材と熱交換を行う熱搬送媒体（Ｗ）が収容され、前記熱搬送媒体が流れる配管（ＷＰ１、ＷＰ５）が接続される、
   請求項１に記載の蓄熱装置（３０）。
3. 前記蓄熱部材は、板状又はブロック状に成形される、
   請求項１又は２に記載の蓄熱装置（３０）。
4. 前記電子相転移物質は、相転移温度が１℃以上１００℃未満である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱装置（３０）。
5. 前記電子相転移物質は、相転移温度が１０℃以上１５℃以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄熱装置（３０）。
6. 前記電子相転移物質は、相転移温度が４０℃以上４５℃以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄熱装置（３０）。

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