JP2018155452A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱運転を行う冷凍装置の小型化を図る。【解決手段】空気調和機２０は、室外ユニット２３、蓄熱ユニット２４および室内ユニット２５にわたって形成される冷媒の回路と、蓄熱槽６０の中に固定される蓄熱部材６１と、制御部とを備える。蓄温熱運転では、回路における冷媒の流れが切り換えられ、蓄熱部材６１が、蓄熱槽６０の貯留水６０ａを介して冷媒から温熱を奪って蓄える。また、蓄熱部材６１は、複合蓄熱材であり、主材料と、複数の副材料とを含み、蓄温熱運転において外形を保ちつつ相変化する。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍装置、特に蓄熱運転を行う冷凍装置に関する。

従来から、蓄熱を行うことができる冷凍装置が提案されている。例えば、特許文献１（特開２０１４−２３６５８１号公報）に示される暖房装置では、ヒートポンプである室外機の熱交換器において冷媒が蒸発し、そこで外気から奪った温熱が冷媒によって室内機に運ばれる。そして、室内機の熱交換器において冷媒から温熱を奪った水が、暖房ユニットに運ばれて室内空間を暖める。室内機と暖房ユニットとを循環する水の回路には、蓄熱タンクが設けられており、蓄熱タンクに高温の水を蓄える蓄熱運転を行うことができる。

この特許文献１の暖房装置では、上位の制御装置から電力調整要求があったときに、蓄熱タンクに蓄えられた温熱を利用して、いわゆるデマンドレスポンスを実現している。

このように、従来から蓄熱運転を行う冷凍装置が提案されているが、蓄熱タンクに高温の水を蓄えるといった構成を採る場合、十分な蓄熱量を確保するためには大量の水が必要となり、タンクのサイズが肥大化する。

本発明の課題は、蓄熱運転を行う冷凍装置の小型化を図ることにある。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、熱媒体を流す回路と、蓄熱部材と、制御部とを備えている。制御部は、蓄熱運転を行う。蓄熱運転では、回路における熱媒体の流れが切り換えられ、蓄熱部材が熱媒体から冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。蓄熱部材は、回路を流れる熱媒体と、直接的あるいは間接的に熱交換する。蓄熱部材は、複合蓄熱材である。複合蓄熱材は、主材料と、１又は複数の副材料とを含み、蓄熱運転において外形を保ちつつ相変化する。

ここでは、冷媒や水といった熱媒体と、蓄熱部材とが、直接的あるいは間接的に熱交換する。蓄熱運転においては、蓄熱部材が熱媒体から冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。これにより、本発明に係る冷凍装置では、蓄熱部材の蓄えた熱を有効利用することが可能となり、例えば、上述のデマンドレスポンスの実現も容易になる。

また、ここでは、蓄熱部材として、蓄熱運転において外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材を用いている。この複合蓄熱材の潜熱を利用することにより蓄熱密度が向上するため、蓄熱能力に対する蓄熱部材のサイズが、相対的に水や水和物スラリーよりも小さくなる。これにより、蓄熱運転を行う冷凍装置の小型化が図られる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、複合蓄熱材は、主材料として、熱を吸収する蓄熱あるいは熱を放出する放熱の際に相変化を伴う材料を含む。また、複合蓄熱材は、副材料として、主材料が相変化しても形状を維持させるための材料を含む。

ここでは、複合蓄熱材が、主材料が相変化しても形状を維持させるための材料（副材料）を含む。これにより、相変化時の蓄熱部材の外形を保つことができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点に係る冷凍装置であって、複合蓄熱材は、副材料として、熱伝導性を向上させるための材料を含む。

ここでは、例えば、グラファイト、あるいは、カーボン系ナノ粒子といった、熱伝導性を向上させるための材料を主材料に添加させることで、複合蓄熱材を生成している。このため、蓄熱部材の熱伝導性が向上し、冷凍装置における蓄熱運転を効率的に行わせることができる。

なお、主材料としては、例えば、パラフィン系材料、あるいは、エリトリトールを用いることが好ましい。

また、主材料が相変化しても形状を維持させるために主材料に添加する副材料としては、比重が０．９４以上の高密度ポリエチレン、あるいは、セラミックの少なくとも一方を用いることが好ましい。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、熱媒体は冷媒である。回路は、蓄熱部材を収容する収容室と、圧縮機とを有する。圧縮機は、低圧の冷媒を圧縮して高圧にして吐出する。制御部は、蓄熱運転において、高圧の冷媒を収容室に流して冷媒から温熱を蓄熱部材へと移す、あるいは、低圧の冷媒を収容室に流して冷媒から冷熱を蓄熱部材へと移す。

ここでは、冷媒が流れる回路に収容室を設け、その収容室に蓄熱部材を配置している。このため、蓄熱部材は、直接的に冷媒と熱交換することができ、熱交換の効率が高くなる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、蓄熱部材を水中で保持する貯水部を更に備えている。熱媒体は、冷媒である。回路は、熱交換部と、圧縮機とを有している。熱交換部は、貯水部の水と、冷媒とを、熱交換させる。圧縮機は、低圧の冷媒を圧縮して高圧にして吐出する。制御部は、蓄熱運転において、高圧の冷媒を熱交換部に流して冷媒から温熱を蓄熱部材へと移す、あるいは、低圧の冷媒を熱交換部に流して冷媒から冷熱を蓄熱部材へと移す。

ここでは、蓄熱部材を貯水部の中に配置し、貯水部の水を介して蓄熱部材が冷媒から冷熱あるいは温熱を奪う構成を採用している。このため、蓄熱部材は、耐水性を備えていればよく、冷媒に対する耐性を備えている必要がなくなる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、熱媒体は冷媒である。回路は、周囲が蓄熱部材で覆われる蓄熱用伝熱管と、圧縮機とを有している。圧縮機は、低圧の冷媒を圧縮して高圧にして吐出する。制御部は、蓄熱運転において、高圧の冷媒を蓄熱用伝熱管に流して冷媒から温熱を蓄熱部材へと移す、あるいは、低圧の冷媒を蓄熱用伝熱管に流して冷媒から冷熱を蓄熱部材へと移す。

ここでは、蓄熱部材を、回路の蓄熱用伝熱管の周囲に配置し、蓄熱用伝熱管を介して冷媒と蓄熱部材との熱交換をさせている。したがって、蓄熱部材が冷媒に対する耐性を備えている必要がなくなる。

なお、上述のいずれの観点に係る冷凍装置であっても、冷凍装置が建物内の空間の冷房および暖房を行う空気調和機である場合、蓄熱部材は、冷房のためにも暖房のためにも利用できることが好ましい。このため、複合蓄熱材の相変化温度は、１０℃〜３０℃の範囲にあることが好ましく、その場合には、冷房運転においても暖房運転においても複合蓄熱材の潜熱を利用することが容易となる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置は、ヒートポンプ装置と、水循環装置と、蓄熱部材とを備えている。ヒートポンプ装置は、冷媒循環回路を含み、外気から熱を奪う。水循環装置は、水循環回路を含み、冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って水循環回路を流れる水を加熱する。蓄熱部材は、冷媒循環回路を流れる冷媒と、直接的あるいは間接的に熱交換する。そして、蓄熱部材は、主材料と１又は複数の副材料とを含み、外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材である。

ここでは、蓄熱部材が冷媒と熱交換をして、温熱を蓄えたり放出したりすることができるため、蓄熱部材の蓄えた熱を有効利用することが可能となり、例えば、上述のデマンドレスポンスの実現も容易になる。また、複合蓄熱材の潜熱を利用することにより蓄熱密度が向上するため、蓄熱能力に対する蓄熱部材のサイズが、相対的に水や水和物スラリーよりも小さくなる。これにより、冷凍装置の小型化が図られる。

本発明の第８観点に係る冷凍装置は、第７観点に係る冷凍装置であって、複合蓄熱材は、主材料として、熱を吸収する蓄熱あるいは熱を放出する放熱の際に相変化を伴う材料を含む。また、複合蓄熱材は、副材料として、主材料が相変化しても形状を維持させるための材料、および／又は、熱伝導性を向上させるための材料、を含む。

本発明の第９観点に係る冷凍装置は、第７観点又は第８観点に係る冷凍装置であって、ヒートポンプ装置は、圧縮機と、蓄熱用熱交換器と、室外熱交換器と、切換装置とを有している。蓄熱用熱交換器は、冷媒と蓄熱部材との間で、直接的あるいは間接的な熱交換を行わせる。室外熱交換器は、冷媒と外気との間で熱交換を行わせる。切換装置は、蓄熱用熱交換器を通過せずに冷媒が循環する状態と、蓄熱用熱交換器を通過して冷媒が循環する状態と、を切り換える。

ここでは、切換装置によって、例えば、蓄熱部材に温熱を蓄えたり蓄熱部材の温熱を利用したりする運転と、蓄熱用熱交換器を迂回して冷媒を循環させる運転とを、それぞれ行うことが可能になる。

本発明の第１０観点に係る冷凍装置は、第７観点又は第８観点に係る冷凍装置であって、ヒートポンプ装置は、圧縮機と、蓄熱用熱交換器と、室外熱交換器と、切換装置とを有している。蓄熱用熱交換器は、冷媒と蓄熱部材との間で、直接的あるいは間接的な熱交換を行わせる。室外熱交換器は、冷媒と外気との間で熱交換を行わせる。切換装置は、室外熱交換器を通過せず蓄熱用熱交換器を通過して冷媒が循環する状態と、前記蓄熱用熱交換器を通過せず室外熱交換器を通過して冷媒が循環する状態と、を切り換える。

ここでは、切換装置によって、例えば、蓄熱用熱交換器によって蓄熱部材の温熱を利用する運転と、蓄熱用熱交換器を迂回して冷媒を循環させる運転とを、それぞれ行うことが可能になる。

本発明の第１１観点に係る冷凍装置は、第７観点又は第８観点に係る冷凍装置であって、ヒートポンプ装置は、圧縮機と、蓄熱用熱交換器と、室外熱交換器と、切換装置とを有している。蓄熱用熱交換器は、冷媒と蓄熱部材との間で、直接的あるいは間接的な熱交換を行わせる。室外熱交換器は、冷媒と外気との間で熱交換を行わせる。切換装置は、室外熱交換器を通過せず蓄熱用熱交換器を通過して冷媒が循環する状態と、蓄熱用熱交換器を通過せず室外熱交換器を通過して冷媒が循環する状態と、室外熱交換器および蓄熱用熱交換器の両方を通過して冷媒が循環する状態と、を切り換える。

ここでは、切換装置によって、例えば、蓄熱用熱交換器によって蓄熱部材の温熱を利用する運転と、蓄熱用熱交換器を迂回して冷媒を循環させる運転と、蓄熱部材に温熱を蓄えながら水循環回路を流れる水を加熱する運転とを、それぞれ行うことが可能になる。

本発明の第１２観点に係る冷凍装置は、第７観点又は第８観点に係る冷凍装置であって、制御部をさらに備える。制御部は、冷媒循環回路における冷媒の流れを切り換えて、蓄熱部材が冷媒から温熱を奪って蓄える蓄熱運転を行う。制御部は、蓄熱運転として、蓄熱・水加熱同時運転を行うことができる。蓄熱・水加熱同時運転において、制御部は、蓄熱部材への温熱の蓄熱に加えて、水循環回路を流れる水の加熱を同時に実施する。そして、蓄熱・水加熱同時運転において、冷媒は、室外熱交換器で外気から温熱を奪い、蓄熱部材は、蓄熱用熱交換器で冷媒から熱を奪って温熱を蓄え、水循環回路を流れる水は、冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って加熱される。

ここでは、蓄熱部材への温熱の蓄熱と、水循環回路を流れる水の加熱とを、同時に行うことができる。この蓄熱・水加熱同時運転は、加熱した水の熱量の一部だけが利用され、比較的高温の水が循環して戻ってくる水循環装置を備える冷凍装置において、特に有効となる。第１２観点に係る冷凍装置によれば、圧縮機の仕事量を、水の加熱だけではなく、蓄熱部材への温熱の蓄熱にも回すことが可能になるからである。

本発明の第１３観点に係る冷凍装置は、第１２観点に係る冷凍装置であって、制御部は、蓄熱運転として、通常蓄熱運転をさらに行うことができる。通常蓄熱運転は、水循環回路を流れる水の加熱を実施せずに、蓄熱部材への温熱の蓄熱を実施する。通常蓄熱運転において、冷媒は、室外熱交換器で外気から温熱を奪い、蓄熱部材は、蓄熱用熱交換器で冷媒から熱を奪って温熱を蓄える。

ここでは、蓄熱・水加熱同時運転に加えて、制御部は、通常蓄熱運転をさらに行うことができる。第１３観点に係る冷凍装置において、水の加熱を同時に行う前者の運転では蓄熱部材への急速な温熱の蓄熱は難しいが、通常蓄熱運転を行うことで急速な蓄熱部材への蓄熱が可能となっている。

本発明の第１４観点に係る冷凍装置は、第１２観点又は第１３観点に係る冷凍装置であって、制御部は、蓄熱利用運転をさらに行うことができる。蓄熱利用運転では、蓄熱運転によって温熱を蓄えた蓄熱部材を利用して、水循環回路を流れる水を加熱する。蓄熱利用運転において、冷媒は、蓄熱用熱交換器で蓄熱部材から温熱を奪い、水循環回路を流れる水は、冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って加熱される。

ここでは、蓄熱利用運転を行うことによって、例えば、室外熱交換器で外気から温熱を奪うことなく圧縮機の仕事量を抑えて水を加熱することができる。

本発明に係る冷凍装置によれば、冷凍装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍装置である空気調和機を含む電力ネットワークの概念図。 空気調和機の構成図。 空気調和機の制御ブロック図。 空気調和機の冷房通常運転時の冷媒の流れを示す図。 空気調和機の蓄冷熱運転時の冷媒の流れを示す図。 空気調和機の冷房カット運転時の冷媒の流れを示す図。 空気調和機の暖房通常運転時の冷媒の流れを示す図。 空気調和機の蓄温熱運転時の冷媒の流れを示す図。 空気調和機の暖房カット運転時の冷媒の流れを示す図。 第１実施形態の変形例１Ｃに係る空気調和機の構成図。 第２実施形態に係る空気調和機の構成図。 蓄熱容器における蓄熱部材の配置を示す概念図。 第２実施形態の変形例２Ａに係る蓄熱容器内の蓄熱部材の配置を示す図。 第２実施形態の変形例２Ｂに係る蓄熱モジュールを示す図。 第３実施形態に係る冷凍装置である暖房・給湯システムの構成図。 暖房・給湯システムの通常暖房運転を示す図。 暖房・給湯システムの通常蓄熱運転を示す図。 暖房・給湯システムの蓄熱利用給湯運転を示す図。 暖房・給湯システムの蓄熱／暖房同時運転を示す図。 暖房・給湯システムの通常冷房運転を示す図。 暖房・給湯システムの蓄熱／冷房同時運転を示す図。 暖房・給湯システムの制御ブロック図。 第３実施形態の変形例４Ａに係る暖房・給湯システムの構成図。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る冷凍装置である空気調和機２０を含むデマンドレスポンスシステム１００を、図１に示す。図１には、デマンドレスポンスシステム１００を含む電力ネットワーク１が示されている。

（１）電力ネットワークの概要
電力ネットワーク１は、電力需要者としての複数の住宅３と、複数の住宅３に電力を供給する電力供給者としての電力会社２とを含む。ここでは、電力需要者として住宅３だけを示したが、電力需要者には、例えばビルや商業施設等が含まれていてもよい。また、ここでは、電力供給者として電力会社２だけを示したが、電力会社２は複数存在していてもよい。

デマンドレスポンスシステム１００は、複数の住宅３に設置された空気調和機２０と、複数の空気調和機２０の電力使用量の調整を行うアグリゲータ１０と、を備える。アグリゲータ１０は、電力会社２からの電力調整要求（電力使用量の調整要求）を受け付け、受け付けた電力調整要求を実現するよう、後述する空気調和機２０のコントローラ２１に各種指令を送信する。空気調和機２０には、電力会社２から電力が供給されている。

電力会社２は、自ら発電した電力、及び／又は、他者が発電した電力を、複数の住宅３に供給する。住宅３に供給された電力は、空気調和機２０や、図示されていない各種機器に使用される。

電力会社２は、図１のように、管理装置２ａを有している。管理装置２ａは、図１のように、アグリゲータ１０と通信回線により接続されている。

管理装置２ａは、電力会社２の供給可能な電力供給量と、電力需要者の電力需要量等に基づいて、電力供給量と電力需要量とがバランスしているかの分析を行う。電力供給量と電力需要量とがバランスしているか否かの分析には、将来の予想を含む。管理装置２ａは、分析結果に基づき、必要に応じてアグリゲータ１０に電力調整要求を送信する。言い換えれば、管理装置２ａは、分析結果に基づいて、電力供給量と電力需要量とをバランスさせるため、アグリゲータ１０に対し、電力使用量の抑制又は促進を要求する。管理装置２ａは、アグリゲータ１０に対して抑制又は促進を要求する電力調整要求を送信する際に、電力使用量の調整要求期間（いつ電力使用量を抑制又は促進するか）、電力使用量の目標調整量（電力使用量をどれだけ抑制又は促進するか）を併せて送信する。

アグリゲータ１０は、住宅３に設置されている複数の空気調和機２０のコントローラ２１を統括して制御する。アグリゲータ１０は、主に、管理装置２ａの電力調整要求に応じ、管理装置２ａから送信された電力使用量の調整要求期間に、空気調和機２０全体で、電力使用量が管理装置２ａから送信された電力使用量の目標調整量だけ調整されるように、空気調和機２０のコントローラ２１に各種制御指令を送信する。

空気調和機２０は、電力会社２から供給される電力により駆動されるヒートポンプ式の冷凍装置である。各空気調和機２０は、その空気調和機２０を制御するコントローラ２１を有する。

（２）空気調和機の構成
空気調和機２０は、図２および図３に示すように、室外ユニット２３と、蓄熱ユニット２４と、複数の室内ユニット２５と、それらのユニットの各機器を制御するコントローラ２１と、を有する。蓄熱ユニット２４は、室外ユニット２３とともに家の外に設置され、室内ユニット２５は、家の中の室内空間に設置される。蓄熱ユニット２４と室内ユニット２５とは、連絡配管２７，２８によって接続される。

（２−１）室外ユニット
室外ユニット２３は、主として、圧縮機３１と、室外四路切換弁３２と、室外熱交換器３３と、室外電動弁３４とを有している。また、室外ユニット２３は、それぞれ蓄熱ユニット２４と接続される第１〜第３室外ポート２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有している。冷媒を膨張させる役割を果たす室外電動弁３４は、第１ポート２３ａと室外熱交換器３３とを結ぶ配管に設けられている。また、室外四路切換弁３２と室外熱交換器３３とを結ぶ配管に、室外第１開閉弁３６が設けられている。そして、室外四路切換弁３２と室外第１開閉弁３６とを結ぶ配管からは、第３室外ポート２３ｃに向かって配管が延びており、この配管に室外第２開閉弁３７が設けられている。

圧縮機３１は、インバータ制御により容量可変である。圧縮機３１は、低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して高圧となったガス冷媒を吐出する。

室外四路切換弁３２は、圧縮機３１の吐出管と室外熱交換器３３とが連通し且つ圧縮機３１の吸入管と第２室外ポート２３ｂとが連通する第１状態と、圧縮機３１の吐出管と第２室外ポート２３ｂとが連通し且つ圧縮機３１の吸入管と室外熱交換器３３とが連通する第２状態と、を切り換える弁である。後述する冷房通常運転等においては、室外四路切換弁３２が第１状態となり、暖房通常運転等においては、室外四路切換弁３２が第２状態となる。

室外熱交換器３３は、内部を流れる冷媒と、周囲を流れる室外空気との間で熱交換を行わせ、室外空気から冷熱あるいは温熱を奪って冷媒に与える機器である。後述する冷房通常運転等においては、室外熱交換器３３は冷媒の凝縮器として機能し、暖房通常運転等においては、室外熱交換器３３が冷媒の蒸発器として機能する。

室外電動弁３４は、冷媒を減圧するための膨張機構として機能する弁であり、開度調整が可能である。

（２−２）蓄熱ユニット
蓄熱ユニット２４は、室外ユニット２３に隣接配置されて、室外ユニット２３とともに熱源として機能するユニットであり、熱源の熱を利用する室内ユニット２５と連絡配管２７，２８を介して接続される。蓄熱ユニット２４は、室外ユニットの第１〜第３室外ポート２３ａ，２３ｂ，２３ｃとそれぞれ接続される第１〜第３蓄熱側ポート２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、室内ユニット２５側の連絡配管２７，２８と接続される第４、第５蓄熱側ポート２４ｄ，２４ｅを有している。また、蓄熱ユニット２４は、蓄熱槽６０と、四路切換弁４９と、第１蓄熱側ポート２４ａと第４蓄熱側ポート２４ｄとを結ぶ第１配管４１と、第２蓄熱側ポート２４ｂと四路切換弁４９とを結ぶ第２配管４２と、第３蓄熱側ポート２４ｃと四路切換弁４９とを結ぶ第３配管４３とを有している。第１配管４１には、蓄熱用第１開閉弁４６が設けられている。さらに、蓄熱ユニット２４は、第１蓄熱側ポート２４ａと蓄熱用第１開閉弁４６の間の第１配管４１から分岐して蓄熱槽６０へと延びる第４配管４４と、蓄熱槽６０と四路切換弁４９とを結ぶ第５配管４５とを有している。第４配管４４には、蓄熱用第２開閉弁４７と、電動弁４８とが設けられている。

四路切換弁４９は、第２蓄熱側ポート２４ｂと第５蓄熱側ポート２４ｅとが連通し且つ蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂと第３蓄熱側ポート２４ｃとが連通する第１状態と、第２蓄熱側ポート２４ｂと蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂとが連通し且つ第３蓄熱側ポート２４ｃと第５蓄熱側ポート２４ｅとが連通する第２状態とを切り換える。

蓄熱槽６０は、その内部に、水６０ａが貯められているとともに、その水６０ａの中に複数の蓄熱部材６１が配置され固定された水槽である。また、蓄熱槽６０は、水６０ａおよび水６０ａを介して蓄熱部材６１と熱交換を行う伝熱管６０ｂを有している。伝熱管６０ｂは、複数の蓄熱部材６１の間を蛇行するように設けられており、冷媒が中を流れる。伝熱管６０ｂは、第１〜第５配管４１〜４５と同じく銅管であり、その一端が第４配管４４に接続され、その他端が第５配管４５に接続される。伝熱管６０ｂ内を流れる冷媒は、貯留された水６０ａおよび蓄熱部材６１と熱交換する。

（２−２−１）蓄熱部材
蓄熱槽６０の中に固定されている蓄熱部材６１は、複合蓄熱材であり、主材料と、１又は複数の副材料とを含んでいる。この複合蓄熱材は、後述する蓄熱運転（蓄冷熱運転９１ｂ、蓄温熱運転９２ｂ）において外形を保ちつつ相変化する。

具体的には、相変化するパラフィンやエリトリトールに、熱伝導性を向上させるためのナノグラファイト粒子やナノカーボン粒子を添加剤として混ぜられ、さらに、形状維持のために、高濃度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）やセラミック粒子が混ぜられ、複合蓄熱材が生成される。

例えば、相変化材料として溶融温度が２０℃あるいは６０℃であるパラフィンを採用し、パラフィンの相変化時の形状を維持するために高濃度ポリエチレンを用いて、更にグラファイトやカーボン粒子を熱伝導性アップのために数％〜２０％だけ添加して、固形の複合蓄熱材を生成することができる。

なお、本実施形態においては、冷房のためにも暖房のためにも蓄熱を行うため、固形の複合蓄熱材（蓄熱部材６１）の相変化温度を１０℃〜３０℃の範囲に設定することが好ましい。

複数の蓄熱部材６１は、円柱状に生成されており、図４に示すように、それぞれ上下方向に長く延びるように配置されている。蓄熱槽６０の形状も円柱状であり、蓄熱部材６１は、蓄熱槽６０の円柱状の内部空間に、互いの隙間が小さくなるように密に配置されている。

（２−３）室内ユニット
室内ユニット２５は、主として、室内熱交換器５３と、室内電動弁５４と、室内ファン５９とを有している。室内熱交換器５３の一端は、連絡配管２８と接続される。室内熱交換器５３の他端は、室内電動弁５４の一端と接続される。室内電動弁５４の他端は、連絡配管２７と接続される。

室内熱交換器５３は、内部を流れる冷媒と、周囲を流れる室内空気との間で熱交換を行わせ、室内空気を冷やしたり暖めたりする。後述する冷房通常運転等においては、室内熱交換器５３は冷媒の蒸発器として機能し、暖房通常運転等においては、室内熱交換器５３が冷媒の凝縮器として機能する。

室内電動弁５４は、冷媒を減圧したり、冷媒の流量を調整したりする弁であり、開度調整が可能である。

（２−４）コントローラ
コントローラ２１は、空気調和機２０それぞれに設けられ、空気調和機２０それぞれを制御する。コントローラ２１は、アグリゲータ１０を介して上位側の管理装置２ａから電力調整要求を受け、電力調整要求に応じて空気調和機２０を制御する。

コントローラ２１は、図３に示すように、主に、送受信部９５と、制御部９０とを有する。

（２−４−１）送受信部
送受信部９５は、アグリゲータ１０の送受信部と通信回線により接続されている。送受信部９５は、アグリゲータ１０からの制御指令を受信する。また、送受信部９５は、アグリゲータ１０に各種情報を送信する。例えば、送受信部９５は、アグリゲータ１０に、空気調和機２０の電力使用量を送信する。

（２−４−２）制御部
制御部９０は、主にＣＰＵからなり、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びハードディスク等からなるメモリ（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することで各種処理を実行する。制御部９０は、図３に示すように、空気調和機２０の各ユニット２３，２４，２５の各部品、例えば、圧縮機３１、室外四路切換弁３２、室外電動弁３４、などと接続されている。また、図示しない冷媒温度センサや水温センサなども、制御部９０に接続されている。

制御部９０は、図３に示すように、冷房通常運転９１ａ、蓄熱部材６１に冷熱を蓄えさせる蓄冷熱運転９１ｂ、蓄熱部材６１の冷熱を用いて省電力で冷房を行う冷房カット運転９１ｃ、暖房通常運転９２ａ、蓄熱部材６１に温熱を蓄えさせる蓄温熱運転９２ｂ、蓄熱部材６１の温熱を用いて省電力で暖房を行う暖房カット運転９２ｃ、などを行う。

（３）空気調和機の運転
各ユニット２３，２４，２５に、冷房通常運転９１ａ、蓄冷熱運転９１ｂ、冷房カット運転９１ｃ、暖房通常運転９２ａ、蓄温熱運転９２ｂ、暖房カット運転９２ｃのいずれを行わせるのかは、空気調和機２０のコントローラ２１の制御部９０が、アグリゲータ１０からの指令や、ユーザーの運転設定に基づいて決定する。これらの各運転において、空気調和機２０は、以下のように制御される。

（３−１）冷房通常運転
制御部９０は、冷房通常運転９１ａを実施するときには、蓄熱ユニット２４の蓄熱槽６０には冷媒を流さず、図４に示すように、冷媒が、圧縮機３１、室外熱交換器３３、室外電動弁３４、蓄熱用第１開閉弁４６、室内電動弁５４、室内熱交換器５３を順に流れ、そのまま圧縮機３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、室外四路切換弁３２を第１状態にし、室外第１開閉弁３６を開け、室外第２開閉弁３７を閉め、蓄熱用第１開閉弁４６を開け、蓄熱用第２開閉弁４７を閉め、蓄熱ユニット２４の四路切換弁４９を第１状態にする。これにより、室外熱交換器３３で外気から熱を奪って冷媒が凝縮し、室内熱交換器５３で冷媒が蒸発して室内空気を冷やし、室内の冷房が為される。

（３−２）蓄冷熱運転
制御部９０は、蓄冷熱運転９１ｂを実施するときには、室内ユニット２５には冷媒を流さず、図５に示すように、冷媒が、圧縮機３１、室外熱交換器３３、室外電動弁３４、蓄熱用第２開閉弁４７、蓄熱ユニット２４の電動弁４８、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂを順に流れ、その後に圧縮機３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、室外四路切換弁３２を第１状態にし、室外第１開閉弁３６を開け、室外第２開閉弁３７を閉め、蓄熱用第１開閉弁４６を閉め、蓄熱用第２開閉弁４７を開け、蓄熱ユニット２４の電動弁４８を所定の開度にして冷媒を減圧させ、蓄熱ユニット２４の四路切換弁４９を第２状態にする。これにより、室外熱交換器３３で外気から熱を奪って冷媒が凝縮し、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂを流れる間に冷媒が蒸発して貯留水６０ａを介して蓄熱部材６１を冷やし、蓄熱部材６１に冷熱が蓄えられていく。

（３−３）冷房カット運転
制御部９０は、冷房通常運転９１ａを行っているときに、電力使用量を抑える調整要求に基づく制御指令をアグリゲータ１０から受けると、使用電力をカットするために、冷房カット運転９１ｃに移行する。制御部９０は、冷房カット運転９１ｃを実施するときには、室外熱交換器３３には冷媒を流さず、図６に示すように、冷媒が、圧縮機３１、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂ、蓄熱ユニット２４の電動弁４８、室内電動弁５４、室内熱交換器５３を順に流れ、そのまま圧縮機３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、室外四路切換弁３２を第２状態にし、蓄熱ユニット２４の四路切換弁４９を第２状態にし、蓄熱用第１開閉弁４６および蓄熱用第２開閉弁４７を開け、蓄熱ユニット２４の電動弁４８や室内電動弁５４を所定の開度にして冷媒を減圧させ、室外第２開閉弁３７を開け、室外第１開閉弁３６を閉める。これにより、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂを流れる間に冷媒が蓄熱部材６１から冷熱を奪って凝縮し、室内熱交換器５３で冷媒が蒸発して室内空気を冷やし、室内の冷房が為される。この冷房カット運転９１ｃは、蓄熱槽６０の蓄熱部材６１に蓄えられている冷熱が無くなるまで行うことが可能である。なお、冷房カット運転９１ｃでは、高圧を上げて室外熱交換器３３に冷媒を流して外気から冷熱を奪う必要がなくなるため、吐出圧力が下がり、冷房通常運転９１ａに較べて圧縮機３１の仕事量を減らすことができ、省電力の運転になる。

（３−４）暖房通常運転
制御部９０は、暖房通常運転９２ａを実施するときには、蓄熱ユニット２４の蓄熱槽６０には冷媒を流さず、図７に示すように、冷媒が、圧縮機３１、室内熱交換器５３、室内電動弁５４、蓄熱用第１開閉弁４６、室外電動弁３４、室外熱交換器３３を順に流れて圧縮機３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、室外四路切換弁３２を第２状態にし、蓄熱ユニット２４の四路切換弁４９を第１状態にし、蓄熱用第１開閉弁４６を開け、蓄熱用第２開閉弁４７を閉め、室外第１開閉弁３６を開け、室外第２開閉弁３７を閉める。これにより、室内熱交換器５３で冷媒が凝縮して室内空気を暖め、室外熱交換器３３で外気から温熱を奪って冷媒が蒸発し、室内の暖房が為される。

（３−５）蓄温熱運転
制御部９０は、蓄温熱運転９２ｂを実施するときには、室内ユニット２５には冷媒を流さず、図８に示すように、冷媒が、圧縮機３１、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂ、蓄熱ユニット２４の電動弁４８、蓄熱用第２開閉弁４７、室外電動弁３４、室外熱交換器３３を順に流れ、その後に圧縮機３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、室外四路切換弁３２を第２状態にし、蓄熱ユニット２４の四路切換弁４９を第２状態にし、蓄熱用第１開閉弁４６を閉め、蓄熱用第２開閉弁４７を開け、蓄熱ユニット２４の電動弁４８および室外電動弁３４を所定の開度にして冷媒を減圧させ、室外第１開閉弁３６を開け、室外第２開閉弁３７を閉める。これにより、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂを流れる間に冷媒が凝縮して貯留水６０ａを介して蓄熱部材６１が温められ、室外熱交換器３３では外気から熱を奪って冷媒が蒸発する。これにより、蓄熱槽６０の蓄熱部材６１に温熱が蓄えられていく。

（３−６）暖房カット運転
制御部９０は、暖房通常運転９２ａを行っているときに、電力使用量を抑える調整要求に基づく制御指令をアグリゲータ１０から受けると、使用電力をカットするために、暖房カット運転９２ｃに移行する。制御部９０は、暖房カット運転９２ｃを実施するときには、室外熱交換器３３には冷媒を流さず、図９に示すように、冷媒が、圧縮機３１、室内熱交換器５３、室内電動弁５４、蓄熱ユニット２４の電動弁４８、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂを順に流れ、その後に圧縮機３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、室外四路切換弁３２を第２状態にし、蓄熱ユニット２４の四路切換弁４９を第１状態にし、蓄熱用第１開閉弁４６および蓄熱用第２開閉弁４７を開け、室外第２開閉弁３７を開け、室外第１開閉弁３６を閉め、蓄熱ユニット２４の電動弁４８や室内電動弁５４を所定の開度にして冷媒を減圧させる。これにより、室内熱交換器５３で冷媒が凝縮して室内空気を暖め、蓄熱槽６０の伝熱管６０ｂを流れる間に冷媒が蓄熱部材６１から温熱を奪って蒸発し、室内の暖房が為される。この暖房カット運転９２ｃは、蓄熱槽６０の蓄熱部材６１に蓄えられている温熱が無くなるまで行うことが可能である。なお、暖房カット運転９２ｃでは、高低差圧を大きくして室外熱交換器３３で外気から温熱を奪う必要がなくなるため、吸入圧力が上がり、暖房通常運転９２ａに較べて圧縮機３１の仕事量を減らすことができ、省電力の運転になる。

（４）空気調和機の特徴
本実施形態に係る空気調和機２０は、熱媒体である冷媒を流す回路が、室外ユニット２３、蓄熱ユニット２４および室内ユニット２５にわたって形成されている。また、空気調和機２０は、蓄熱槽６０の中に固定されている蓄熱部材６１と、コントローラ２１の制御部９０とを備えている。制御部９０は、蓄冷熱運転９１ｂや蓄温熱運転９２ｂを行わせる。これらの蓄冷熱運転９１ｂや蓄温熱運転９２ｂでは、回路における冷媒の流れが切り換えられ、蓄熱部材６１が、蓄熱槽６０の貯留水６０ａを介して冷媒から冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。また、蓄熱部材６１は、複合蓄熱材であり、主材料と、複数の副材料とを含み、蓄冷熱運転９１ｂや蓄温熱運転９２ｂにおいて外形を保ちつつ相変化する。制御部９０は、蓄温熱運転９２ｂにおいて、圧縮機３１から吐出された高圧の冷媒を蓄熱槽６０に流して冷媒から温熱を蓄熱部材６１へと移す。また、制御部９０は、蓄冷熱運転９１ｂにおいて、低圧の冷媒を蓄熱槽６０に流して冷媒から冷熱を蓄熱部材６１へと移す。

ここでは、蓄冷熱運転９１ｂや蓄温熱運転９２ｂにおいて、蓄熱部材６１が冷媒から冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。これにより、蓄熱部材６１の蓄えた熱を有効利用する冷房カット運転９１ｃや暖房カット運転９２ｃが可能となり、デマンドレスポンスの実現ができている。

また、ここでは、蓄熱部材６１として、熱を蓄える蓄冷熱運転９１ｂや蓄温熱運転９２ｂにおいて外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材を用いている。この複合蓄熱材の潜熱を利用することにより蓄熱密度が向上するため、蓄熱能力に対する蓄熱部材６１のサイズが、相対的に水や水和物スラリーよりも小さくなる。これにより、蓄熱運転を行う空気調和機２０の小型化が図られている。

（５）変形例
以下に第１実施形態の変形例を示す。なお、互いに矛盾しない範囲で、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（５−１）変形例１Ａ
本発明を、冷房運転を行わない暖房専用あるいは給湯専用の冷凍サイクルを持つ冷凍装置に適用することも可能である。この場合には、蓄熱部材６１に用いる相変化材料の溶融温度を高い温度に設定することが有利になる。

例えば、相変化材料として溶融温度が１２０℃程度であるエリトリトールの中に、熱伝導率を向上させるための添加剤（ナノカーボン粒子）や、エリトリトールの相変化時の形状を維持するためのサポート添加剤（セラミック粒子）を含有させた複合蓄熱材を採用することができる。

（５−２）変形例１Ｂ
上記の第１実施形態では、室外ユニット２３と蓄熱ユニット２４とを分けているが、これらを一体とした蓄熱機能付きの室外ユニットを室外設置することも可能である。

（５−３）変形例１Ｃ
上記の第１実施形態では、水６０ａが貯められた蓄熱槽６０の中に蓄熱部材６１を配置し、貯まっている水６０ａを介して冷媒と蓄熱部材６１との間の熱交換を行わせているが、さらに熱交換を促進させるために、水を循環させてもよい。

すなわち、図２に示す蓄熱ユニット２４に代えて、図１０に示す蓄熱ユニット１２４を採用してもよい。

図１０に示す空気調和機１２０は、図２に示す空気調和機２０と同じ室外ユニット２３、室内ユニット２５を用いつつ、蓄熱ユニット１２４を蓄熱ユニット２４の代わりに採用したものである。蓄熱ユニット１２４は、図２の蓄熱ユニット２４の蓄熱槽６０に代えて、蓄熱槽１６０および熱交換器１７０を採用した点を除き、蓄熱ユニット２４と同じ構成である。以下、相違点を中心に説明を行う。

蓄熱ユニット１２４は、蓄熱槽１６０と、熱交換器１７０と、水循環回路１６５と、ポンプ１６６とを有している。また、蓄熱ユニット２４は、第１蓄熱側ポート２４ａと蓄熱用第１開閉弁４６の間の第１配管４１から分岐して熱交換器１７０へと延びる第４配管４４と、熱交換器１７０と四路切換弁４９とを結ぶ第５配管４５とを有している。

四路切換弁４９は、第２蓄熱側ポート２４ｂと第５蓄熱側ポート２４ｅとが連通し且つ熱交換器１７０と第３蓄熱側ポート２４ｃとが連通する第１状態と、第２蓄熱側ポート２４ｂと熱交換器１７０とが連通し且つ第３蓄熱側ポート２４ｃと第５蓄熱側ポート２４ｅとが連通する第２状態とを切り換える。

蓄熱槽１６０は、その内部に、水１６０ａが貯められているとともに、その水１６０ａの中に複数の蓄熱部材１６１が配置され固定された水槽である。蓄熱槽１６０では、水１６０ａと蓄熱部材１６１との熱交換が行われる。

水循環回路１６５およびポンプ１６６は、上述の蓄冷熱運転９１ｂ、冷房カット運転９１ｃ、蓄温熱運転９２ｂ、暖房カット運転９２ｃのいずれかを行う際に、蓄熱槽１６０と熱交換器１７０との間で水１６０ａを循環させる。すなわち、蓄熱部材１６１に冷熱や温熱を蓄えさせるとき、蓄熱部材１６１に蓄えられた冷熱や温熱を冷媒に供給させるときに、制御部９０からの指令に応じてポンプ１６６が駆動する。

熱交換器１７０は、水１６０ａと冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器である。四路切換弁４９と蓄熱用第２開閉弁４７との間を冷媒が流れ、水循環回路１６５を水１６０ａが流れているときに、冷媒と水１６０ａとの間で熱交換が為される。

蓄熱部材１６１については、流れる水１６０ａの中に配置されるため、蓄熱ユニット２４の蓄熱部材６１よりも設置環境が厳しくなるが、基本的には蓄熱部材６１と同様のものを採用すればよい。

このような蓄熱ユニット１２４を採用した空気調和機１２０においても、第１実施形態と同様に、蓄冷熱運転や蓄温熱運転において、循環する水１６０ａを介して間接的に蓄熱部材１６１が冷媒から冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。これにより、蓄熱部材１６１の蓄えた熱を有効利用する冷房カット運転や暖房カット運転が可能となり、デマンドレスポンスの実現ができる。

また、変形例１Ｃにおいても、蓄熱部材１６１として、熱を蓄える蓄冷熱運転や蓄温熱運転において外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材を用いている。この複合蓄熱材の潜熱を利用することにより蓄熱密度が向上するため、蓄熱能力に対する蓄熱部材１６１のサイズが、相対的に水や水和物スラリーよりも小さくなる。これにより、蓄熱運転を行う空気調和機１２０の小型化が図られる。

＜第２実施形態＞
上記の第１実施形態では、水６０ａを介して冷媒と蓄熱部材６１とが間接的に熱交換を行う蓄熱槽６０を蓄熱ユニット２４内に設けているが、水６０ａを介在させている分だけ、蓄熱槽６０や蓄熱ユニット２４のサイズが大きい。

第２実施形態では、水を介在させずに、冷媒と蓄熱部材とを直接的に熱交換させる空気調和機について説明をする。

（１）空気調和機の構成
第２実施形態に係る冷凍装置としての空気調和機２２０は、図１１に示すように、図２に示す空気調和機２０と同じ室外ユニット２３、室内ユニット２５を用いつつ、蓄熱ユニット２２４を蓄熱ユニット２４の代わりに採用したものである。蓄熱ユニット２２４は、図２の蓄熱ユニット２４の蓄熱槽６０に代えて、蓄熱容器２６０を採用した点を除き、蓄熱ユニット２４と同じ構成である。以下、相違点を中心に説明を行う。

蓄熱ユニット２２４は、蓄熱容器２６０を有している。蓄熱容器２６０は、第１蓄熱側ポート２４ａと蓄熱用第１開閉弁４６の間の第１配管４１から分岐して延びる第４配管４４と、四路切換弁４９から延びる第５配管との間に配置される容器であり、その内部に複数の蓄熱部材２６１が固定されている。冷媒は、第４配管４４から蓄熱容器２６０の一端の近傍空間に入り、蓄熱容器２６０の他端の近傍空間から第５配管４５に流れていく。また、別の運転においては、冷媒は、第５配管４５から蓄熱容器２６０内に入り、反対側から第４配管４４に流れていく。蓄熱容器２６０内において、冷媒は、複数の蓄熱部材２６１の間の隙間を通って流れる。

図１２に、蓄熱容器２６０内における蓄熱部材２６１の配置を示す概念図を示す。図１２では、蓄熱容器２６０の円筒状の胴体部分だけを示し、蓋部分を取り除いたものを示している。

複数の蓄熱部材２６１は、それぞれ細長い円柱形状に成形されており、僅かな隙間を空けて近接配置されている。蓄熱部材２６１同士の隙間も、蓄熱部材２６１と蓄熱容器２６０の胴体部分の内面との間の隙間も、同じぐらいの寸法である。

蓄熱部材２６１は、流れる冷媒の中に固定されるため、蓄熱ユニット２４の蓄熱部材６１よりも設置環境が厳しくなるが、基本的には蓄熱部材６１と同様のものを採用すればよい。

（２）空気調和機の運転
第２実施形態に係る空気調和機２２０においても、蓄熱部材２６１に冷熱を蓄えさせる蓄冷熱運転、蓄熱部材２６１の冷熱を利用して省電力で冷房を行う冷房カット運転、蓄熱部材２６１に温熱を蓄えさせる蓄温熱運転、蓄熱部材２６１の温熱を利用して省電力で暖房を行う暖房カット運転は、それぞれ、第１実施形態の空気調和機２０の蓄冷熱運転９１ｂ、冷房カット運転９１ｃ、蓄温熱運転９２ｂ、暖房カット運転９２ｃと同様に冷媒の流れが制御される。

（３）空気調和機の特徴
本実施形態に係る空気調和機２２０は、熱媒体である冷媒を流す回路が、室外ユニット２３、蓄熱ユニット２２４および室内ユニット２５にわたって形成されている。また、空気調和機２２０は、蓄熱容器２６０の中に固定されている蓄熱部材２６１を備えている。蓄冷熱運転や蓄温熱運転において、蓄熱部材２６１は、蓄熱容器２６０内を流れる冷媒の中に配置されているため、冷媒から直接的に冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。また、蓄熱部材２６１は、複合蓄熱材であり、主材料と、複数の副材料とを含み、蓄冷熱運転や蓄温熱運転において外形を保ちつつ相変化する。蓄温熱運転においては、圧縮機３１から吐出された高圧の冷媒が蓄熱容器２６０へと流れ、冷媒から温熱が蓄熱部材２６１へと移る。また、蓄冷熱運転においては、低圧の冷媒が蓄熱容器２６０を流れ、冷媒から冷熱が蓄熱部材２６１へと移る。

ここでは、蓄冷熱運転や蓄温熱運転において、蓄熱部材２６１が冷媒から直接的に冷熱あるいは温熱を奪って蓄える。これにより、蓄熱部材２６１の蓄えた熱を有効利用する冷房カット運転や暖房カット運転が可能となり、デマンドレスポンスの実現ができている。

また、ここでは、蓄熱部材２６１として、熱を蓄える蓄冷熱運転や蓄温熱運転において外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材を用いている。この複合蓄熱材の潜熱を利用することにより蓄熱密度が向上するため、蓄熱能力に対する蓄熱部材２６１のサイズが、相対的に水や水和物スラリーよりも小さくなる。これにより、蓄熱運転を行う空気調和機２２０の小型化が図られている。

（４）変形例
（４−１）変形例２Ａ
上記の第２実施形態では、蓄熱部材２６１を円柱形状に成形して、それらの長手方向を冷媒の流れる方向に合わせて複数の蓄熱部材２６１を蓄熱容器２６０内に配置しているが、図１３に示すような蓄熱容器３６０を代わりに採用してもよい。

蓄熱容器３６０内には、多数の球状の蓄熱部材３６１が、互いが接触する状態で詰められる。蓄熱部材３６１がそれぞれ球状であるため、蓄熱容器３６０内に形成される冷媒の流路は、自然と蛇行する流路になり、冷媒と蓄熱部材３６１との熱交換が促進される。

なお、図１３における矢印は、冷媒の流れの一例を示しているが、冷媒が逆向きに流れる運転も存在することは上述のとおりである。

（４−２）変形例２Ｂ
上記の第２実施形態では、複数の蓄熱部材２６１を蓄熱容器２６０内に配置して、蓄熱容器２６０内を流れる冷媒と蓄熱部材２６１との間で直接的に熱交換を行わせているが、それに代えて、図１４に示す蓄熱モジュール４６０を採用してもよい。

蓄熱モジュール４６０は、複数の蓄熱用伝熱管４６０ａの周りに蓄熱部材４６１を配したモジュールである。言い換えると、蓄熱モジュール４６０は、蓄熱部材４６１の中を蓄熱用伝熱管４６０ａが貫通する構造のモジュールである。この蓄熱モジュール４６０では、蓄熱用伝熱管４６０ａ内を流れる冷媒と、蓄熱部材４６１とが、蓄熱用伝熱管４６０ａを介して熱交換を行う。蓄熱用伝熱管４６０ａは銅管であって熱伝導性がよい。

ここでは、蓄熱部材４６１と冷媒とが直接接触することがないため、蓄熱部材４６１を構成する材料の選択の幅が拡がる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る冷凍装置である暖房・給湯システム５２０を、図１５に示す。

（１）暖房・給湯システムの構成
暖房・給湯システム５２０は、室外ユニット５２３と、室内ユニット５２５と、ラジエターやファンコイルユニットなどの暖房機器５２６と、蛇口やシャワーなどの給湯機器５２８と、室外ユニット５２３および室内ユニット５２５の各機器を制御するコントローラ（図示は省略）を有している。

（１−１）室外ユニット
室外ユニット５２３は、主として、圧縮機５３１と、四路切換弁５３２と、室外熱交換器５３３と、第１膨張弁５３４と、第２膨張弁５３５と、第１開閉弁５３６と、第２開閉弁５３７と、第３開閉弁５３８と、室外蓄熱容器５６０と、室外ファン５３９とを有している。また、室外ユニット５２３は、それぞれ室内ユニット５２５と接続される第１、第２ポート５２３ａ，５２３ｂを有している。

圧縮機５３１は、インバータ制御により容量可変である。圧縮機５３１は、低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して高圧となったガス冷媒を吐出する。

四路切換弁５３２は、圧縮機５３１の吐出管と室外熱交換器５３３とが連通し且つ圧縮機５３１の吸入管と第１ポート５２３ａとが連通する第１状態と、圧縮機５３１の吐出管と第１ポート５２３ａとが連通し且つ圧縮機５３１の吸入管と室外熱交換器５３３とが連通する第２状態と、を切り換える弁である。後述する冷房通常運転等においては、四路切換弁５３２が第１状態となり、暖房通常運転等においては、四路切換弁５３２が第２状態となる。

室外熱交換器５３３は、内部を流れる冷媒と、周囲を流れる室外空気との間で熱交換を行わせ、室外空気から冷熱あるいは温熱を奪って冷媒に与える機器である。後述する冷房通常運転等においては、室外熱交換器５３３は冷媒の凝縮器として機能し、暖房通常運転等においては、室外熱交換器５３３が冷媒の蒸発器として機能する。

室外熱交換器５３３と第２ポート５２３ｂの間に設けられる第１膨張弁５３４および第２膨張弁５３５は、冷媒を減圧するための膨張機構として機能する弁であり、開度調整が可能である。

室外蓄熱容器５６０は、上述の第２実施形態の蓄熱容器２６０と同様の構造をしており、中に複数の蓄熱部材５６１が配置され固定されている。複数の蓄熱部材５６１は、それぞれ細長い円柱形状に成形されており、僅かな隙間を空けて近接配置されている。この室外蓄熱容器５６０の中の隙間を、冷媒が流れる。蓄熱部材５６１は、周囲を流れる冷媒との間で直接的に熱交換を行うことで、温熱を蓄えたり、冷熱を蓄えたりする。

蓄熱部材５６１は、流れる冷媒の中に固定されるため、第１実施形態の蓄熱ユニット２４の蓄熱部材６１よりも設置環境が厳しくなるが、基本的には蓄熱部材６１と同様のものを採用すればよい。

室外蓄熱容器５６０の一端には、図１５に示すように、第１開閉弁５３６が設けられる第１冷媒配管５２３ｃの一端が接続されている。第１冷媒配管５２３ｃの他端は、四路切換弁５３２と室外熱交換器５３３との間の冷媒配管に接続されている。また、室外蓄熱容器５６０の他端には、第２開閉弁５３７が設けられる第２冷媒配管５２３ｄの一端が接続されている。第２冷媒配管５２３ｄの他端は、第１膨張弁５３４および第２膨張弁５３５の間の冷媒配管に接続されている。第３開閉弁５３８が設けられる第３冷媒配管５２３ｅは、その一端が、第１開閉弁５３６と室外蓄熱容器５６０との間の冷媒配管に接続されており、その他端が、第２膨張弁５３５と第２ポート５２３ｂとの間の冷媒配管に接続されている。

（１−２）室内ユニット
室内ユニット５２５は、主として、第１〜第６水循環用配管５５１〜５５６と、冷媒配管５５７と、給湯用伝熱管５５８とを有している。また、室内ユニット５２５は、室外ユニット５２３の第１、第２ポート５２３ａ，５２３ｂとそれぞれ接続される第１、第２冷媒配管接続ポート５２５ａ、５２５ｂと、暖房機器５２６を接続するための第１、第２水配管接続ポート５２５ｃ、５２５ｄと、給湯機器５２８を接続するための第３，第４水配管接続ポート５２５ｅ、５２５ｆとを有している。さらに、室内ユニット５２５は、水を循環させるためのポンプ５０１と、冷媒と水とを熱交換させる室内熱交換器５０２と、加熱した水を貯留する貯湯タンク５０３と、水循環経路を切り換えるための三方弁５０４と、第１、第２逆止弁５０５、５０６とを有している。

ポンプ５０１は、暖房機器５２６との間に形成される水循環経路、あるいは貯湯タンク５０３との間に形成される水循環経路において、吸い込んだ水を第１水循環用配管５５１に吐出する。

室内熱交換器５０２は、室外ユニット５２３から送られてきて冷媒配管５５７を流れる冷媒と、第１水循環用配管５５１から入り第２水循環用配管５５２へと流れていく水との間で、熱交換を行わせる。

貯湯タンク５０３は、給湯機器５２８に供給する水を加熱するための熱源である湯を貯める容器である。貯湯タンク５０３の上部には第５水循環用配管５５５が接続され、貯湯タンク５０３の下部には第６水循環用配管５５６が接続されている。また、貯湯タンク５０３に貯留される湯の中に、給湯用伝熱管５５８が配置され固定されている。給湯用伝熱管５５８の入口は、第４水配管接続ポート５２５ｆを介して、上水道などの給水源９９から延びる給水管９９ａと接続される。給湯用伝熱管５５８の出口は、第３水配管接続ポート５２５ｅを介して、給湯機器５２８と接続される。

三方弁５０４は、室内熱交換器５０２と暖房機器５２６との間で水が循環する第１状態と、室内熱交換器５０２と貯湯タンク５０３との間で水が循環する第２状態とを切り換える弁である。第１状態においては、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第３水循環用配管５５３、暖房機器５２６、第４水循環用配管５５４、第１逆止弁５０５を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれる。第２状態においては、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第５水循環用配管５５５、貯湯タンク５０３、第６水循環用配管５５６、第２逆止弁５０６を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれる。

第１逆止弁５０５は、暖房機器５２６につながる第２水配管接続ポート５２５ｄからポンプ５０１への水の流れを許容し、その逆の流れを許容しない逆止弁である。第２逆止弁５０６は、貯湯タンク５０３からポンプ５０１への水の流れを許容し、その逆の流れを許容しない逆止弁である。

（１−３）暖房機器および給湯機器
暖房機器５２６は、家などの建物内に配備されるラジエターやファンコイルユニット、床暖房ユニット、などであり、内部を流れる高温の水（湯）の熱によって建物内を暖房する。各暖房機器５２６は、暖房用水連絡配管５２６ａ，５２６ｂを介して、室内ユニット５２５の第１、第２水配管接続ポート５２５ｃ、５２５ｄに接続される。

給湯機器５２８は、建物内の給湯可能な蛇口やシャワーの水栓であり、給湯用水連絡配管５２８ａを介して、室内ユニット５２５の第３水配管接続ポート５２５ｅに接続されている。例えば、蛇口を開けると、給水源９９の水の圧力によって、給水源９９の水が、給水管９９ａ、第４水配管接続ポート５２５ｆ、給湯用伝熱管５５８、第３水配管接続ポート５２５ｅ、給湯用水連絡配管５２８ａを通って、蛇口から流れ出す。この水は、給湯用伝熱管５５８を通っているときに室内ユニット５２５の貯湯タンク５０３内の高温の湯と熱交換を行い、４０−５０℃程度の湯となる。給湯機器５２８では、混合水栓などを用いて、給湯温度を調整する。

（１−４）コントローラ
室外ユニット５２３および室内ユニット５２５の各機器を制御するコントローラ５２１は、図２２に示すように、アグリゲータ１０を介して上位側の管理装置から電力調整要求を受け、電力調整要求に応じて暖房・給湯システム５２０を制御する。

コントローラ５２１は、図２２に示すように、主に、送受信部５９５と、制御部５９０とを有する。

（１−４−１）送受信部
送受信部５９５は、アグリゲータ１０の送受信部と通信回線により接続されている。送受信部５９５は、アグリゲータ１０からの制御指令を受信する。また、送受信部５９５は、アグリゲータ１０に各種情報を送信する。例えば、送受信部５９５は、アグリゲータ１０に、暖房・給湯システム５２０の電力使用量を送信する。

（１−４−２）制御部
制御部５９０は、主にＣＰＵからなり、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びハードディスク等からなるメモリ（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することで各種処理を実行する。制御部５９０は、圧縮機５３１のインバータ制御や室外ファン５３９の回転数制御を行ったり、各種運転に合わせて各弁５３４〜５３８、５０４やポンプ５０１、三方弁５０４の制御を行ったりする。そして、制御部５９０は、アグリゲータ１０からの指令やユーザーの暖房等の要求に基づいて、以下で説明する通常暖房運転５９１ａ、通常蓄熱運転５９１ｂ、蓄熱利用給湯運転５９１ｃ、蓄熱／暖房同時運転５９１ｄ、通常冷房運転５９１ｅ、蓄熱／冷房同時運転５９１ｆ、などを実行する。

（２）暖房・給湯システムの運転
暖房・給湯システム５２０では、以下の各運転を行うことができる。制御部５９０により実行される各運転では、冷媒や水が、以下のように流れ、暖房や給湯、蓄熱が行われる。

（２−１）通常暖房運転
通常暖房運転５９１ａにおいては、蓄熱を行わないので、室外ユニット５２３では、室外蓄熱容器５６０には冷媒を流さず、図１６に示すように、冷媒が、圧縮機５３１、室内熱交換器５０２、第２膨張弁５３５および第１膨張弁５３４、室外熱交換器５３３を順に流れ、そのまま圧縮機５３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、四路切換弁５３２を第２状態にし、第１〜第３開閉弁５３６〜５３８を閉め、第１膨張弁５３４の開度を絞って冷媒を減圧させる。

一方、室内ユニット５２５では、三方弁５０４を第１状態にし、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第３水循環用配管５５３、暖房機器５２６、第４水循環用配管５５４、第１逆止弁５０５を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれるように、各弁を制御する。ポンプ５０１から吐出された水は、室内熱交換器５０２において冷媒配管５５７を流れる高温の冷媒から熱を奪って高温となり、暖房機器５２６において熱を放出する。これによって、暖房機器５２６による暖房が行われる。暖房機器５２６で放熱した水は、室内ユニット５２５に戻り、再びポンプ５０１によって室内熱交換器５０２に向けて吐出され循環する。

（２−２）通常蓄熱運転
暖房や給湯の要求がなく、室外ユニット５２３の室外蓄熱容器５６０の蓄熱部材５６１に温熱を蓄える必要があるときに、図１７に示す通常蓄熱運転５９１ｂが行われる。通常蓄熱運転５９１ｂにおいては、室内ユニット５２５のポンプ５０１は動かさないため、室内熱交換器５０２での熱交換は殆ど行われない。室外ユニット５２３では、冷媒が、圧縮機５３１、室内熱交換器５０２、第３開閉弁５３８、室外蓄熱容器５６０、第２開閉弁５３７、第１膨張弁５３４、室外熱交換器５３３を順に流れ、そのまま圧縮機５３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、四路切換弁５３２を第２状態にし、第２開閉弁５３７および第３開閉弁５３８を開け、第１開閉弁５３６を閉め、第２膨張弁５３５を閉め、第１膨張弁５３４の開度を絞って冷媒を減圧させる。

ここでは、圧縮機５３１から吐出される高温高圧の冷媒ガスは、室外蓄熱容器５６０を流れているときに蓄熱部材５６１と熱交換を行い凝縮する。蓄熱部材５６１は、高温の冷媒から熱を奪い、温熱を蓄えていく。室外蓄熱容器５６０内で凝縮し液化した冷媒は、第１膨張弁５３４で減圧され、低温低圧の液ガス二相状態の冷媒となって、室外熱交換器５３３に流れる。室外熱交換器５３３で室外空気から熱を奪って冷媒は蒸発し、低温低圧の冷媒ガスとなって圧縮機５３１に吸入される。

（２−３）蓄熱利用給湯運転
室外ユニット５２３の室外蓄熱容器５６０の蓄熱部材５６１に温熱が蓄えられた状態で、電力使用量を抑える調整要求に基づく制御指令をアグリゲータから受けると、蓄熱部材５６１の温熱を利用した省電力運転が行われる。ここでは、その省電力運転として、図１８に示す蓄熱利用給湯運転５９１ｃについて説明する。

蓄熱利用給湯運転５９１ｃでは、省電力を達成するために、室外ユニット５２３において冷媒を室外熱交換器５３３に流さず、蓄熱部材５６１に蓄えた温熱によって冷媒を蒸発させる。室外ユニット５２３では、冷媒が、圧縮機５３１、室内熱交換器５０２、第２膨張弁５３５、第２開閉弁５３７、室外蓄熱容器５６０、第１開閉弁５３６を順に流れ、そのまま圧縮機５３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、四路切換弁５３２を第２状態にし、第１開閉弁５３６および第２開閉弁５３７を開け、第３開閉弁５３８を閉め、第１膨張弁５３４を閉め、第２膨張弁５３５の開度を絞って冷媒を減圧させる。

ここでは、圧縮機５３１から吐出される高温高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器５０２において熱を放出し、凝縮する。凝縮して液化した冷媒は、第２膨張弁５３５を通って減圧し、低温低圧の液ガス二相状態の冷媒となって、室外蓄熱容器５６０に流れる。室外蓄熱容器５６０では、蓄熱部材５６１と熱交換して蓄熱部材５６１から温熱を奪った冷媒が蒸発し、低温低圧の冷媒ガスとなって圧縮機５３１に吸入される。

一方、室内ユニット５２５では、三方弁５０４を第２状態にし、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第５水循環用配管５５５、貯湯タンク５０３、第６水循環用配管５５６、第２逆止弁５０６を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれるように、各弁を制御する。ポンプ５０１から吐出された水は、室内熱交換器５０２において冷媒配管５５７を流れる高温の冷媒から熱を奪って高温となり、貯湯タンク５０３の上部に流れ込む。そして、貯湯タンク５０３の下部の比較的低温の水が押し出され、ポンプ５０１に戻る。

そして、給水管９９ａから貯湯タンク５０３内の給湯用伝熱管５５８を通って給湯機器５２８へと流れる水は、貯湯タンク５０３の中の高温水と熱交換を行い、給湯機器５２８に向けて高温出湯される。

この蓄熱利用給湯運転５９１ｃは、室外蓄熱容器５６０の蓄熱部材５６１に蓄えられている温熱が無くなるまで行うことが可能である。なお、蓄熱利用給湯運転５９１ｃでは、高低差圧を大きくして室外熱交換器５３３で外気から温熱を奪う必要がなくなるため、圧縮機５３１の回転数を落とすことができ、省電力の運転になる。

（２−４）蓄熱／暖房同時運転
暖房の必要はあるけれども、近い将来のアグリゲータ１０からの省電力要求に備えて蓄熱を行う必要がある場合、蓄熱／暖房同時運転５９１ｄが行われる。この蓄熱／暖房同時運転５９１ｄでは、上述の通常暖房運転５９１ａに較べて室内ユニット５２５のポンプ５０１の送水量を減らし、室内熱交換器５０２および室外蓄熱容器５６０の両方で冷媒を凝縮させる。

具体的には、図１９に示すように、室外ユニット５２３では、冷媒が、圧縮機５３１、室内熱交換器５０２、第３開閉弁５３８、室外蓄熱容器５６０、第２開閉弁５３７、第１膨張弁５３４、室外熱交換器５３３を順に流れ、圧縮機５３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、四路切換弁５３２を第２状態にし、第２開閉弁５３７および第３開閉弁５３８を開け、第１開閉弁５３６を閉め、第１膨張弁５３４の開度を絞って冷媒を減圧させる。

ここでは、圧縮機５３１から吐出される高温高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器５０２において熱を放出するが、完全に液化せず液ガスの二相状態のまま室外ユニット５２３に戻って室外蓄熱容器５６０に流入する。室外蓄熱容器５６０を流れているときに蓄熱部材５６１と熱交換を行い、冷媒が完全に凝縮する。蓄熱部材５６１は、高温の冷媒から熱を奪い、温熱を蓄えていく。室外蓄熱容器５６０内で凝縮し液化した冷媒は、第１膨張弁５３４で減圧され、低温低圧の液ガス二相状態の冷媒となって、室外熱交換器５３３に流れる。室外熱交換器５３３で室外空気から熱を奪って冷媒は蒸発し、低温低圧の冷媒ガスとなって圧縮機５３１に吸入される。

一方、室内ユニット５２５では、通常暖房運転５９１ａと同じように、三方弁５０４を第１状態にし、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第３水循環用配管５５３、暖房機器５２６、第４水循環用配管５５４、第１逆止弁５０５を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれるように、各弁を制御する。ポンプ５０１から吐出された水は、室内熱交換器５０２において冷媒配管５５７を流れる高温の冷媒から熱を奪って高温となり、暖房機器５２６において熱を放出する。これによって、暖房機器５２６による暖房が行われる。

（２−５）通常冷房運転
暖房・給湯システム５２０は、基本的に暖房と給湯とを行うシステムであるが、第３実施形態では、室外ユニット５２３に四路切換弁５３２を配備し、暖房機器５２６に冷水を流すことで冷房を行うことも可能なシステムとしている。

通常冷房運転５９１ｅにおいては、蓄熱を行わないので、室外ユニット５２３では、室外蓄熱容器５６０には冷媒を流さず、図２０に示すように、冷媒が、圧縮機５３１、室外熱交換器５３３、第１膨張弁５３４および第２膨張弁５３５、室内熱交換器５０２を順に流れ、圧縮機５３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、四路切換弁５３２を第１状態にし、第１〜第３開閉弁５３６〜５３８を閉め、第２膨張弁５３５の開度を絞って冷媒を減圧させる。

一方、室内ユニット５２５では、三方弁５０４を第１状態にし、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第３水循環用配管５５３、暖房機器５２６、第４水循環用配管５５４、第１逆止弁５０５を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれるように、各弁を制御する。ポンプ５０１から吐出された水は、室内熱交換器５０２において冷媒配管５５７を流れる低温の冷媒から冷熱を奪って低温となり、暖房機器５２６において室内空気から温熱を吸収する。これによって、暖房機器５２６による室内の冷房が行われる。暖房機器５２６で吸熱した水は、室内ユニット５２５に戻り、再びポンプ５０１によって室内熱交換器５０２に向けて吐出され循環する。

（２−６）蓄熱／冷房同時運転
冷房の必要はあるけれども、室外蓄熱容器５６０の蓄熱部材５６１に十分な温熱が蓄えられておらず、近い将来の給湯要求に備えて蓄熱を行う必要があるときに、図２１に示す蓄熱／冷房同時運転５９１ｆが行われる。室外ユニット５２３では、冷媒が、圧縮機５３１、室外蓄熱容器５６０、第２開閉弁５３７、第２膨張弁５３５、室内熱交換器５０２を順に流れ、圧縮機５３１に戻るように、各弁を制御する。すなわち、四路切換弁５３２を第１状態にし、第１開閉弁５３６および第２開閉弁５３７を開け、第３開閉弁５３８を閉め、第１膨張弁５３４を閉め、第２膨張弁５３５の開度を絞って冷媒を減圧させる。

ここでは、圧縮機５３１から吐出される高温高圧の冷媒ガスは、室外蓄熱容器５６０において蓄熱部材５６１に熱を放出し凝縮する。これにより、蓄熱部材５６１は、高温の冷媒から熱を奪い、温熱を蓄えていく。室外蓄熱容器５６０内で凝縮し液化した冷媒は、第２膨張弁５３５で減圧され、低温低圧の液ガス二相状態の冷媒となって、室内熱交換器５０２に流れる。室内熱交換器５０２で室内ユニット５２５を流れる水から熱を奪って冷媒は蒸発し、低温低圧の冷媒ガスとなって圧縮機５３１に吸入される。

一方、室内ユニット５２５では、三方弁５０４を第１状態にし、ポンプ５０１から吐出された水が、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、第３水循環用配管５５３、暖房機器５２６、第４水循環用配管５５４、第１逆止弁５０５を順に流れ、再びポンプ５０１に吸い込まれるように、各弁を制御する。ポンプ５０１から吐出された水は、室内熱交換器５０２において冷媒配管５５７を流れる低温の冷媒から冷熱を奪って低温となり、暖房機器５２６において室内空気から温熱を吸収する。これによって、暖房機器５２６による室内の冷房が行われる。暖房機器５２６で吸熱した水は、室内ユニット５２５に戻り、再びポンプ５０１によって室内熱交換器５０２に向けて吐出され循環する。

（３）暖房・給湯システムの特徴
（３−１）
本実施形態に係る冷凍装置である暖房・給湯システム５２０は、熱媒体である冷媒を流す回路が、室外ユニット５２３および室内ユニット５２５にわたって形成されている。また、暖房・給湯システム５２０は、室外蓄熱容器５６０の中に固定されている蓄熱部材５６１を備えている。また、蓄熱を行う、通常蓄熱運転５９１ｂ（図１７）、蓄熱／暖房同時運転５９１ｃ（図１９）および蓄熱／冷房同時運転５９１ｆ（図２１）では、回路における冷媒の流れが切り換えられ、蓄熱部材５６１が、室外蓄熱容器５６０内を流れる冷媒から、温熱を奪って蓄える。また、蓄熱部材５６１は、複合蓄熱材であり、主材料と、複数の副材料とを含み、各蓄熱運転において外形を保ちつつ相変化する。制御部５９０は、各蓄熱運転５９１ｂ、５９１ｄにおいて、圧縮機５３１から吐出された高圧の冷媒を室外蓄熱容器５６０に流し、冷媒から温熱を蓄熱部材５６１へと移す。

ここでは、各蓄熱運転５９１ｂ、５９１ｄにおいて、蓄熱部材５６１が冷媒から直接的に温熱を奪って蓄える。これにより、蓄熱部材５６１の蓄えた熱を有効利用する蓄熱利用給湯運転（図１８）などを行うことが可能となり、デマンドレスポンスの実現ができる。

また、ここでは、蓄熱部材５６１として、熱を蓄える各蓄熱運転において外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材を用いている。この複合蓄熱材の潜熱を利用することにより蓄熱密度が向上するため、蓄熱能力に対する蓄熱部材５６１のサイズが、相対的に水や水和物スラリーよりも小さくなる。これにより、蓄熱運転５９１ｂ、５９１ｄを行う暖房・給湯システム５２０の小型化が図られる。

なお、複合蓄熱材は、主材料として、熱を吸収する蓄熱あるいは熱を放出する放熱の際に相変化を伴う材料を含むことが好ましい。主材料としては、例えば、パラフィン系材料、あるいは、エリトリトールを用いることが好ましい。

また、複合蓄熱材は、副材料として、主材料が相変化しても形状を維持させるための材料を含むことが好ましい。この副材料としては、比重が０．９４以上の高密度ポリエチレン、あるいは、セラミックの少なくとも一方を用いることが好ましい。

さらに、副材料として、熱伝導性を向上させるための材料を含むことが好ましい。例えば、グラファイト、あるいは、カーボン系ナノ粒子といった、熱伝導性を向上させるための材料を主材料に添加させることが好ましい。

特に、暖房・給湯システム５２０では、蓄熱部材５６１は、温熱だけを蓄え、冷熱を蓄えることはない。このため、複合蓄熱材（蓄熱部材５６１）の相変化温度を１０℃〜３０℃の範囲に設定するのではなく、例えば、溶融温度が６０℃であるパラフィンを主材料として採用することが好ましい。

（３−２）
本実施形態に係る冷凍装置である暖房・給湯システム５２０を、別の視点で考えると、冷媒循環回路を含むヒートポンプ装置としての室外ユニット５２３と、水循環回路を含む水循環装置としての室内ユニット５２５と、を備える冷凍装置と解釈できる。そして、室外ユニット５２３の中に蓄熱部材５６１を配備し、冷媒循環回路を流れる冷媒から温熱を直接的に奪う各蓄熱運転５９１ｂ、５９１ｄを有する冷凍装置と解釈できる。通常蓄熱運転５９１ｂおよび蓄熱／暖房同時運転５９１ｄは、ともに、蓄熱部材５６１を内包する室外蓄熱容器５６０を通過して冷媒が循環する運転である。一方、通常暖房運転５９１ａや通常冷房運転５９１ｅは、室外蓄熱容器５６０を通過せずに冷媒が循環する運転である。

これらの運転の切り換えは、第１冷媒配管５２３ｃの第１開閉弁５３６、第２冷媒配管５２３ｄの第２開閉弁５３７、第３冷媒配管５２３ｅの第３開閉弁５３８、第１膨張弁５３４および第２膨張弁５３５から成る切換装置が、制御部９０の指令に基づいて開閉動作することによって行われる。

これらの各弁５３４−５３８から成る切換装置を室外ユニット５２３に設けていることによって、暖房・給湯システム５２０では、各運転５９１ａ〜５９１ｆの切り換えが可能になっている。例えば、暖房・給湯システム５２０では、室外熱交換器５３３を通過せず室外蓄熱容器５６０を通過して冷媒が循環する蓄熱利用給湯運転５９１ｃおよび蓄熱／冷房同時運転５９１ｆを行うことができる。また、室外蓄熱容器５６０を通過せず室外熱交換器５３３を通過して冷媒が循環する通常暖房運転５９１ａおよび通常冷房運転５９１ｅを行うことができる。さらに、室外熱交換器５３３および室外蓄熱容器５６０の両方を通過して冷媒が循環する通常蓄熱運転５９１ｂおよび蓄熱／暖房同時運転５９１ｄを行うことができる。

そして、蓄熱／暖房同時運転５９１ｄにおいては、冷媒は、室外熱交換器５３３で外気から温熱を奪い、蓄熱部材５６１は、室外蓄熱容器５６０内で冷媒から熱を奪って温熱を蓄え、水循環回路を流れる水は、室内熱交換器５０２において冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って加熱される。また、通常蓄熱運転５９１ｂにおいては、冷媒は、室外熱交換器５３３で外気から温熱を奪い、蓄熱部材５６１は、室外蓄熱容器５６０内で冷媒から熱を奪って温熱を蓄える。これらの２つの運転を行うことができるため、暖房・給湯システム５２０では、暖房の要求があるときには蓄熱／暖房同時運転５９１ｄを行って暖房と蓄熱の両方の要求を満足させることができ、急速に蓄熱を行って例えばアグリゲータ１０からの省電力要求に備える必要があるときには通常蓄熱運転５９１ｂを行って蓄熱部材５６１への蓄熱を早く完了させることができる。

また、蓄熱利用給湯運転５９１ｃでは、各蓄熱運転５９１ｂ、５９１ｄによって温熱を蓄えた蓄熱部材５６１を利用して、室内熱交換器５０２において水循環回路を流れる水を加熱する。蓄熱利用給湯運転５９１ｃにおいて、冷媒は、室外蓄熱容器５６０内で蓄熱部材５６１から温熱を奪い、水循環回路を流れる水は、室内熱交換器５０２を流れる冷媒から熱を奪って加熱される。この蓄熱利用給湯運転５９１ｃでは、室外熱交換器５３３で外気から温熱を奪うことなく、圧縮機５３１の仕事量を抑えて室内熱交換器５０２において水を加熱することができる。

（４）変形例
（４−１）変形例４Ａ
上記の第３実施形態では、室内ユニット５２５に貯湯タンク５０３を設け、その中に給湯用伝熱管５５８を配備することで給湯機器５２８に供給する水を加熱しているが、これに代えて、図２３に示す暖房・給湯システム６２０の室内ユニット６２５のように給湯用の水と室内ユニット６２５内の循環水との間で熱交換を行わせる給湯用熱交換器６０３を採用してもよい。

暖房・給湯システム６２０は、上記の第３実施形態の室内ユニット５２５だけを図２３に示す室内ユニット６２５に置き換えたシステムである。そして、室内ユニット６２５は、第３実施形態の室内ユニット５２５の貯湯タンク５０３およびその周りの配管等を外し、代わりに給湯用熱交換器６０３を設置したものである。以下、室内ユニット６２５について、室内ユニット５２５との相違点を中心に説明を行う。

室内ユニット６２５は、第５、第６水循環用配管６５５，６５６と、給湯用熱交換器６０３と、給湯用配管６５８とを有している。また、室内ユニット６２５は、給湯機器５２８を接続するための第３，第４水配管接続ポート６２５ｅ、６２５ｆを有している。

第５、第６水循環用配管６５５，６５６は、三方弁５０４が第２水循環用配管５５２と第５水循環用配管６５５とを連通させる状態にあるときに、ポンプ５０１、第１水循環用配管５５１、室内熱交換器５０２、第２水循環用配管５５２、三方弁５０４、給湯用熱交換器６０３、第２逆止弁５０６とともに、水が室内熱交換器５０２と給湯用熱交換器６０３との間を循環する水循環経路を形成する。

給湯用配管６５８は、入口側の一端が第４水配管接続ポート６２５ｆに接続され、出口側の他端が第３水配管接続ポート６２５ｅに接続されている。第４水配管接続ポート６２５ｆには、給水源９９から延びる給水管９９ａが接続され、第３水配管接続ポート６２５ｅには、給湯機器５２８へと延びる給湯用水連絡配管５２８ａが接続されている。

給湯用熱交換器６０３は、ポンプ５０１の駆動によって三方弁５０４から第２逆止弁５０６へと流れる循環水と、給水管９９ａから取り込まれて給湯用配管６５８を流れる給湯用の水との間で熱交換を行わせる。これにより、室内熱交換器５０２で冷媒から熱を奪った高温の循環水の熱が、給湯用配管６５８を流れる水へと移り、第３水配管接続ポート６２５ｅから給湯機器５２８へと流れていく水の温度が高くなる。すなわち、給湯機器５２８から湯がユーザーに供給される。

このような給湯用熱交換器６０３を有する室内ユニット６２５を、第３実施形態の貯湯タンク５０３を有する室内ユニット５２５に代えて採用した場合にも、室外ユニット５２３が室外蓄熱容器５６０の蓄熱部材５６１によって十分な温熱を蓄えることができる構成であるため、十分に高温の湯を給湯機器５２８からユーザーに供給することが可能である。

（４−２）変形例４Ｂ
上記の第３実施形態では、室外ユニット５２３において冷媒の流れを切り換えるための切換装置として、第１開閉弁５３６、第２開閉弁５３７、第３開閉弁５３８、第１膨張弁５３４および第２膨張弁５３５を採用しているが、これらに代えて、三方弁などの他のバルブを用いて各運転の切り換えを行ってもよい。

（４−３）変形例４Ｃ
上記の第３実施形態では、室外蓄熱容器５６０内に蓄熱部材５６１を配置し、室外蓄熱容器５６０内を流れる冷媒と蓄熱部材５６１とが直接的に熱交換を行う構造を採用しているが、例えば、第１実施形態や第１実施形態の変形例１Ｃのように、室外蓄熱容器５６０に代えて、水を貯める蓄熱槽を室外ユニット５２３に設け、水を介して間接的に冷媒と蓄熱部材５６１とが熱交換を行う構成を採ることもできる。

また、上記の第２実施形態の変形例２Ｂで説明した、図１４に示す蓄熱モジュール４６０を、室外蓄熱容器５６０および蓄熱部材５６１に代えて採用することも可能である。

２０ 空気調和機（冷凍装置）
３１ 圧縮機
４４ 第４配管（回路）
４５ 第５配管（回路）
６０ 蓄熱槽（貯水部）
６０ａ 水（貯水部の水）
６０ｂ 伝熱管（熱交換部）
６１ 蓄熱部材
９０ 制御部
１２０ 空気調和機（冷凍装置）
１６０ 蓄熱槽（貯水部）
１６０ａ 水（貯水部の水）
１６１ 蓄熱部材
１７０ 熱交換器（熱交換部）
２２０ 空気調和機（冷凍装置）
２６０ 蓄熱容器（回路；収容室）
２６１ 蓄熱部材
３６０ 蓄熱容器（回路；収容室）
３６１ 蓄熱部材
４６０ａ 蓄熱用伝熱管
４６１ 蓄熱部材
５２０ 暖房・給湯システム（冷凍装置）
５２３ 室外ユニット（ヒートポンプ装置）
５２５ 室内ユニット（水循環装置）
５３１ 圧縮機
５３３ 室外熱交換器
５３４ 第１膨張弁（膨張装置）
５３５ 第２膨張弁（膨張装置）
５３６ 第１開閉弁（切換装置）
５３７ 第２開閉弁（切換装置）
５３８ 第３開閉弁（切換装置）
５６０ 室外蓄熱容器（収容室；蓄熱用熱交換器）
５６１ 蓄熱部材
５９０ 制御部
５９１ａ 通常暖房運転
５９１ｂ 通常蓄熱運転
５９１ｃ 蓄熱利用給湯運転
５９１ｄ 蓄熱／暖房同時運転
５９１ｅ 通常冷房運転
５９１ｆ 蓄熱／冷房同時運転
６２０ 暖房・給湯システム（冷凍装置）

特開２０１４−２３６５８１号公報

Claims (14)

1. 熱媒体を流す回路（６０ｂ、４４、４５、２６０、３６０、４６０ａ、５６０）と、
   前記回路を流れる前記熱媒体と、直接的あるいは間接的に熱交換する蓄熱部材（６１、１６１、２６１、３６１、４６１、５６１）と、
   前記回路における前記熱媒体の流れを切り換えて、前記蓄熱部材が前記熱媒体から冷熱あるいは温熱を奪って蓄える蓄熱運転を行う、制御部（９０、５９０）と、
   を備え、
   前記蓄熱部材は、主材料と１又は複数の副材料とを含み前記蓄熱運転において外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材である、
   冷凍装置（２０、１２０、２２０、５２０、６２０）。
2. 前記複合蓄熱材は、
   前記主材料として、熱を吸収する蓄熱あるいは熱を放出する放熱の際に相変化を伴う材料を含み、
   前記副材料として、前記主材料が相変化しても形状を維持させるための材料を含む、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記複合蓄熱材は、前記副材料として、熱伝導性を向上させるための材料を含む、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記熱媒体は、冷媒であり、
   前記回路は、前記蓄熱部材を収容する収容室（２６０、５６０）と、低圧の前記冷媒を圧縮して高圧にして吐出する圧縮機（３１、５３１）と、を有し、
   前記制御部は、前記蓄熱運転において、高圧の前記冷媒を前記収容室に流して前記冷媒から温熱を前記蓄熱部材へと移す、あるいは、低圧の前記冷媒を前記収容室に流して前記冷媒から冷熱を前記蓄熱部材へと移す、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置（２２０、５２０、６２０）。
5. 前記蓄熱部材を水中で保持する貯水部（６０、１６０）、
   をさらに備え、
   前記熱媒体は、冷媒であり、
   前記回路は、前記貯水部の水（６０ａ、１６０ａ）と前記冷媒とを熱交換させる熱交換部（６０ｂ、１７０）と、低圧の前記冷媒を圧縮して高圧にして吐出する圧縮機（３１）と、を有し、
   前記制御部は、前記蓄熱運転において、高圧の前記冷媒を前記熱交換部に流して前記冷媒から温熱を前記蓄熱部材へと移す、あるいは、低圧の前記冷媒を前記熱交換部に流して前記冷媒から冷熱を前記蓄熱部材へと移す、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置（２０、１２０）。
6. 前記熱媒体は、冷媒であり、
   前記回路は、周囲が前記蓄熱部材（４６１）で覆われる蓄熱用伝熱管（４６０ａ）と、低圧の前記冷媒を圧縮して高圧にして吐出する圧縮機（３１）と、を有し、
   前記制御部は、前記蓄熱運転において、高圧の前記冷媒を前記蓄熱用伝熱管に流して前記冷媒から温熱を前記蓄熱部材へと移す、あるいは、低圧の前記冷媒を前記蓄熱用伝熱管に流して前記冷媒から冷熱を前記蓄熱部材へと移す、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
7. 冷媒循環回路を含み、外気から熱を奪う、ヒートポンプ装置（５２３）と、
   水循環回路を含み、前記冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って前記水循環回路を流れる水を加熱する、水循環装置（５２５）と、
   前記冷媒循環回路を流れる冷媒と、直接的あるいは間接的に熱交換する、蓄熱部材（５６１）
   を備え、
   前記蓄熱部材は、主材料と１又は複数の副材料とを含み、外形を保ちつつ相変化する複合蓄熱材である、
   冷凍装置（５２０、６２０）。
8. 前記複合蓄熱材は、
   前記主材料として、熱を吸収する蓄熱あるいは熱を放出する放熱の際に相変化を伴う材料を含み、
   前記副材料として、前記主材料が相変化しても形状を維持させるための材料、および／又は、熱伝導性を向上させるための材料、を含む、
   請求項７に記載の冷凍装置。
9. 前記ヒートポンプ装置（５２３）は、
   圧縮機（５３１）と、
   冷媒と前記蓄熱部材との間で、直接的あるいは間接的な熱交換を行わせる、蓄熱用熱交換器（５６０）と、
   冷媒と外気との間で熱交換を行わせる、室外熱交換器（５３３）と、
   前記蓄熱用熱交換器を通過せずに冷媒が循環する状態（５９１ａ、５９１ｅ）と、前記蓄熱用熱交換器を通過して冷媒が循環する状態（５９１ｂ、５９１ｃ、５９１ｄ、５９１ｆ）と、を切り換える、切換装置（５３６、５３７、５３８）と、
   を有している、
   請求項７又は８に記載の冷凍装置。
10. 前記ヒートポンプ装置（５２３）は、
    圧縮機（５３１）と、
    冷媒と前記蓄熱部材との間で、直接的あるいは間接的な熱交換を行わせる、蓄熱用熱交換器（５６０）と、
    冷媒と外気との間で熱交換を行わせる、室外熱交換器（５３３）と、
    前記室外熱交換器（５３３）を通過せず前記蓄熱用熱交換器（５６０）を通過して冷媒が循環する状態（５９１ｃ、５９１ｆ）と、前記蓄熱用熱交換器（５６０）を通過せず前記室外熱交換器（５３３）を通過して冷媒が循環する状態（５９１ａ、５９１ｅ）と、を切り換える、切換装置（５３４、５３６、５３７）と、
    を有している、
    請求項７又は８に記載の冷凍装置。
11. 前記ヒートポンプ装置（５２３）は、
    圧縮機（５３１）と、
    冷媒と前記蓄熱部材との間で、直接的あるいは間接的な熱交換を行わせる、蓄熱用熱交換器（５６０）と、
    冷媒と外気との間で熱交換を行わせる、室外熱交換器（５３３）と、
    前記室外熱交換器（５３３）を通過せず前記蓄熱用熱交換器（５６０）を通過して冷媒が循環する状態（５９１ｃ、５９１ｆ）と、前記蓄熱用熱交換器（５６０）を通過せず前記室外熱交換器（５３３）を通過して冷媒が循環する状態（５９１ａ、５９１ｅ）と、前記室外熱交換器（５３３）および前記蓄熱用熱交換器（５６０）の両方を通過して冷媒が循環する状態（５９１ｂ、５９１ｄ）と、を切り換える、切換装置（５３４、５３５、５３６、５３７、５３８）と、
    を有している、
    請求項７又は８に記載の冷凍装置。
12. 前記冷媒循環回路における冷媒の流れを切り換えて、前記蓄熱部材（５６１）が冷媒から温熱を奪って蓄える蓄熱運転（５９１ｂ、５９１ｄ）を行う、制御部（５９０）、
    をさらに備え、
    前記制御部は、前記蓄熱運転として、前記蓄熱部材（５６１）への温熱の蓄熱に加えて前記水循環回路を流れる水の加熱を同時に実施する蓄熱・水加熱同時運転（５９１ｄ）、を行うことができ、
    前記蓄熱・水加熱同時運転（５９１ｄ）において、冷媒は、室外熱交換器（５３３）で外気から温熱を奪い、前記蓄熱部材（５６１）は、蓄熱用熱交換器（５６０）で冷媒から熱を奪って温熱を蓄え、前記水循環回路を流れる水は、前記冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って加熱される、
    請求項７又は８に記載の冷凍装置。
13. 前記制御部（５９０）は、前記蓄熱運転として、前記水循環回路を流れる水の加熱を実施せずに前記蓄熱部材（５６１）への温熱の蓄熱を実施する通常蓄熱運転（５９１ｂ）、をさらに行うことができ、
    前記通常蓄熱運転（５９１ｂ）において、冷媒は、前記室外熱交換器（５３３）で外気から温熱を奪い、前記蓄熱部材（５６１）は、前記蓄熱用熱交換器（５６０）で冷媒から熱を奪って温熱を蓄える、
    請求項１２に記載の冷凍装置。
14. 前記制御部（５９０）は、前記蓄熱運転によって温熱を蓄えた前記蓄熱部材（５６１）を利用して前記水循環回路を流れる水を加熱する蓄熱利用運転（５９１ｃ）、をさらに行うことができ、
    前記蓄熱利用運転（５９１ｃ）において、冷媒は、前記蓄熱用熱交換器（５６０）で前記蓄熱部材（５６１）から温熱を奪い、前記水循環回路を流れる水は、前記冷媒循環回路を流れる冷媒から熱を奪って加熱される、
    請求項１２又は１３に記載の冷凍装置。

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