JP3230102U

JP3230102U - 可逆膨張器に基づく総合エネルギーシステム

Info

Publication number: JP3230102U
Application number: JP2020004576U
Authority: JP
Inventors: 新星藺; 立坤尹
Original assignee: 中国長江三峡集団有限公司
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2030-10-23
Also published as: DE202020105986U1; CN210892246U

Abstract

【課題】太陽エネルギー、浅層地熱エネルギー、電気エネルギーの統合かつ高効率利用を実現する統合エネルギーシステムを提供する。【解決手段】可逆膨張器に基づく統合エネルギーシステムであって、太陽集熱器８と燃料ガス補助ヒータ１０とから構成される熱源システムを備え、熱源システムは、複数組の熱交換器１１〜１３を内部に備える蓄冷・蓄熱一体化装置６に並列接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置がまた第１熱交換器２に並列接続され、第１熱交換器が可逆膨張器１を介して第２熱交換器３に直列接続され、第１熱交換器と第２熱交換器との直列接続ループには膨張弁４及び作動流体ポンプ５が取り付けられ、これらの部品から有機ランキンサイクル発電−ヒートポンプ一体化ユニットが構成され、第２熱交換器が埋設管熱交換器９及び放射熱交換器７に接続される。制御システム１４をさらに備える。【選択図】図１

Description

本実用新案は、統合エネルギー供給分野のエネルギーシステムに関し、特に可逆膨張器に基づいた、太陽エネルギー、天然ガス、浅層地熱（地表水、空気）、及び電源をエネルギーとした冷・熱・電気総合供給型のエネルギーシステムに関する。

エネルギーの課題は、従来から、社会の発展を制限する要因であり、人間社会が天然資源を継続的に獲得するに伴い、自然システムの許容範囲は限界に近づいており、それに起因する環境問題は、発展において考慮しなければならない課題となっている。再生可能エネルギーを開発し、エネルギーシステムの全体的な効率を向上させることは、現在、人間社会全体により認められる。太陽エネルギー、風エネルギーに代表される再生可能エネルギーには、不安定性及び特殊な周期性が特徴であり、安定的なエネルギー供給方法を提供し、さらに、このような不安定な電力を積極的に調節して利用するために、統合エネルギー供給システムが開発されている。統合エネルギーシステムは、一般的には、コミュニティと団地を単位としており、主に発電、冷房、暖房、及びエネルギー貯蔵が含まれる。

有機作動流体は、室温の範囲で加熱によって膨張器に対して動力を出力して発電することができ、また、圧縮サイクルを通じて環境温度の両側に安定した温度差を提供することで、冷房又は暖房を行うこともできる。前者の場合は、太陽エネルギーで駆動される有機ランキンサイクル発電システム（Ｓｏｌａｒ−ＯＲＣＥｎｅｒｇｙＰｌａｎｔ）など、中低温の熱エネルギーを熱源とした動力サイクルを構築でき、不安定な熱源を使用する場合、蓄熱装置を介して熱エネルギーを時間・空間的に伝達できるという利点を有し、そのコストが電力貯蔵のコストよりもはるかに低く、後者の場合は、電力によって駆動され、自然環境（地表水、地熱、室外の空気など）を熱源としたヒートポンプシステム（ＨｅａｔＰｕｍｐ）を構築でき、主に再生可能エネルギーを熱源として用いるため、蓄熱装置を提供すると、電力を時間・空間的に変換し、積極的に発電系統の出力に合わせて、余剰電力を調節して貯蔵することができるという利点がある。両方ともに統合エネルギーシステムにおいて重要な役割を果たしている。

エネルギーの調節及び貯蔵のためには、エネルギー貯蔵装置が不可欠であり、現在、統合エネルギーシステムで使用されるエネルギー貯蔵手段は、主に、蓄冷、蓄熱、電力貯蔵、及び慣性エネルギー貯蔵などの技術を含む。なかでも、電力貯蔵のコストが高く、慣性エネルギー貯蔵の適用には多くの制限要因があり、一方、蓄冷、蓄熱は、技術が成熟しており信頼性が高いため、広く認められて適用されている。再生可能エネルギーの利用率をさらに向上させるために、可逆膨張器（圧縮機）に基づき、太陽エネルギー、天然ガス、浅層地熱（地表水、空気）、及び電源をエネルギーとし、エネルギーを貯蔵した冷・熱・電気総合供給型のエネルギーシステムが提案されている。

本実用新案は、可逆膨張器に基づいて、有機作動流体による発電とヒートポンプの一体化サイクル装置を構築して、蓄冷・蓄熱一体化装置とともに構成される総合エネルギーシステムであり、太陽エネルギー、浅層地熱エネルギー、電気エネルギーの統合かつ高効率利用の目的を実現する。

上記の技術的特徴を実現するために、本実用新案の目的は、以下のように実現される。可逆膨張器に基づく総合エネルギーシステムであって、太陽集熱器と燃料ガス補助ヒータとから構成される熱源システムを備え、前記熱源システムは、複数組の熱交換器を内部に備える蓄冷・蓄熱一体化装置に並列接続され、前記蓄冷・蓄熱一体化装置がまた第１熱交換器に並列接続され、前記第１熱交換器が可逆膨張器を介して第２熱交換器に直列接続され、第１熱交換器と第２熱交換器との直列接続ループには膨張弁及び作動流体ポンプが取り付けられ、これらの部品から有機ランキンサイクル発電−ヒートポンプ一体化ユニットが構成され、前記第２熱交換器が埋設管熱交換器及び放射熱交換器に接続され、制御システムをさらに備える。

前記蓄冷・蓄熱一体化装置内部には、第１内部熱交換器、第２内部熱交換器及び第３内部熱交換器が設けられ、前記第１内部熱交換器と熱源システムは直列接続システムを構成し、前記第２内部熱交換器は、放射熱交換器に接続されて、建物に冷房又は暖房を行い、前記第３内部熱交換器は、第１熱交換器に接続されて蓄冷又は蓄熱を行う。

前記太陽集熱器は、槽式又はディスク式を用い、太陽集熱器及びそのバイパスは、燃料ガス補助ヒータ及びそのバイパスに直列接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置の第１内部熱交換器、第１熱交換器、第２熱交換器、埋設管熱交換器及び放射熱交換器から構成される並列接続システムに直列接続され、具体的な連通方式が作動モードに応じて決まる。

前記可逆膨張器は、膨張して動力を出力することができるし、動力入力時に作動流体を圧縮することもでき、可逆膨張器のヒートポンプの作業条件で、可逆膨張器の両端の４方向切替システムは、所望の蒸発器、冷凝器の方向を変更して、冷房、暖房の作業条件を切り替える。

前記埋設管熱交換器は、暖房期間内にシステムへ低品位熱を供給し、非暖房期間又は太陽エネルギーが十分な暖房期間に入ると、再生可能エネルギーの蓄熱容器として機能する。

本実用新案は、下記有益な効果を有する。
１．本実用新案では、前記可逆膨張器は、膨張器として膨張して動力を出力することができるし、圧縮機として電力を入力することにより、循環作動流体を圧縮することもできる。

２．本実用新案では、太陽エネルギー、天然ガス、浅層地熱（地表水、空気）、及び電源をエネルギー入力として、蓄冷・蓄熱一体化装置及び土壌エネルギー貯蔵という２つの形態があり、エネルギー供給形態には、冷房、暖房、及び電力供給がある。パイプライン、部材の作用、及び循環方向の変更によって、さまざまな作動モードとエネルギーの総合的な利用を実現できる。

３．本実用新案は、太陽資源が非常に良好であるか、又は建物の冷房負荷が低く太陽エネルギーが過剰である場合に適用できる作業条件モード１では、太陽エネルギーを用いてランキンサイクルにより発電し、その余熱が熱房に使用され、太陽エネルギーの過剰な部分が蓄冷・蓄熱一体化装置に貯蔵され、蓄冷・蓄熱一体化装置に貯蔵できない部分が土壌に入力される。

４．本実用新案は、太陽資源が弱くなるが、建物の冷房負荷を満足できる場合に適用できる作業条件モード２では、太陽自体及び建物の負荷の変動特性を考慮して、燃料ガスシステムを介して太陽エネルギーを補充し、両方によりランキンサイクルによる発電を促進し、余熱が暖房に用いられる。

５．本実用新案は、太陽資源が弱くなり、蓄熱できないか、又は建物の冷房負荷を満足できない場合に適用できる作業条件モード３では、蓄冷・蓄熱一体化装置に貯蔵された熱を用いて、ランキンサイクルによる発電を促進し、余熱が暖房に用いられる。

６．本実用新案は、気象条件が悪い夜間に建物の冷房負荷が高い場合に適用できる作業条件モード４では、蓄冷・蓄熱一体化装置が建物を直接暖房し、発熱量が不十分であれば、電力入力をオンにしてランキンサイクルをヒートポンプサイクルに変換し、土壌から熱を抽出して、蓄冷・蓄熱一体化装置に入力し、必要に応じて、燃料ガスによる熱補助を開始しながら、蓄冷・蓄熱一体化装置に熱を補充し、ここで、ヒートポンプサイクルは、周波数変換によりグリッドの変動に積極的に対応できる。

７．本実用新案は、建物の冷房を行う場合に適用できる作業条件モード５では、前記ヒートポンプサイクルにおける圧縮機の両側の４方向切替装置がオンになり、電力入力により、冷却能力を土壌から抽出して、蓄冷・蓄熱一体化装置に入力し、蓄冷・蓄熱一体化装置を介して建物を冷房し、ここで、周波数変換によりグリッドの変動に積極的に対応する。

８．本実用新案は、季節の移行時に太陽エネルギーを使用して発電し、土壌内に熱を貯蔵し、太陽自体及び建物の負荷の変動特性を考慮する必要がある場合に適用できる作業条件モード６では、太陽エネルギーを用いて蓄冷・蓄熱一体化装置に蓄熱し、蓄冷・蓄熱一体化装置を介してランキンサイクルによる発電を促進し、余熱は、埋設管を介して熱交換して土壌に入力され、それにより季節性蓄熱を行うことを可能にし、太陽エネルギーの過剰な部分は、地面に並行して入力され、それにより、季節性蓄熱を行うことを可能にし、同様に、ランキンサイクル及び蓄冷・蓄熱一体化装置を通じて調節してグリッドに電力を出力する。

９．本実用新案では、前記可逆膨張器及びそのサイクルは、可逆膨張器のエネルギー供給を調節することにより、ランキンサイクルとヒートポンプサイクルとを切り替え、４方向切替装置を介してヒートポンプサイクルの冷房と暖房を切り替えることができる。

本実用新案の総合エネルギーシステムの模式図である。本実用新案の実施例の総合エネルギーシステムの暖房作業条件モード１の模式図である。本実用新案の実施例の総合エネルギーシステムの暖房作業条件モード２の模式図である。本実用新案の実施例の総合エネルギーシステムの暖房作業条件モード３の模式図である。本実用新案の実施例の総合エネルギーシステムの暖房作業条件モード４の模式図である。本実用新案の実施例の総合エネルギーシステムの冷房作業条件モード５の模式図である。本実用新案の実施例の総合エネルギーシステムの発電作業条件モード６の模式図である。本実用新案の発電／ヒートポンプの循環発電サイクルの模式図である。本実用新案の発電／ヒートポンプの循環発熱ポンプ（暖房）サイクルの模式図である。本実用新案の発電／ヒートポンプの循環発熱ポンプ（冷房）サイクルの模式図である。

以下、図面を参照しながら、本実用新案の実施形態についてさらに説明する。

実施例１：
図１〜１０に示すように、可逆膨張器に基づく総合エネルギーシステムであって、太陽集熱器８と燃料ガス補助ヒータ１０とから構成される熱源システムを備え、前記熱源システムは、複数組の熱交換器を内部に備える蓄冷・蓄熱一体化装置６に並列接続され、前記蓄冷・蓄熱一体化装置６がまた第１熱交換器２に並列接続され、前記第１熱交換器２は可逆膨張器１を介して第２熱交換器３に直列接続され、第１熱交換器２と第２熱交換器３の直列接続ループには膨張弁４及び作動流体ポンプ５が取り付けられ、これらの部品から有機ランキンサイクル発電−ヒートポンプ一体化ユニットが構成され、前記第２熱交換器３が埋設管熱交換器９及び放射熱交換器７に接続され、制御システム１４をさらに備える。

さらに、前記蓄冷・蓄熱一体化装置６の内部には、第１内部熱交換器１１、第２内部熱交換器１２、及び第３内部熱交換器１３が設けられ、前記第１内部熱交換器１１と熱源システムは直列接続システムを構成し、前記第２内部熱交換器１２は、放射熱交換器７に接続されて建物に冷房又は暖房を行い、前記第３内部熱交換器１３は、第１熱交換器２に接続されて蓄冷又は蓄熱を行う。

さらに、前記太陽集熱器８は、槽式又はディスク式を用い、太陽集熱器８及びそのバイパスは、燃料ガス補助ヒータ１０及びそのバイパスに直列接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置６の第１内部熱交換器１１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、埋設管熱交換器９及び放射熱交換器７から構成される並列接続システムに直列接続され、具体的な連通方式が作動モードに応じて決まる。

さらに、前記可逆膨張器１は、膨張して動力を出力することができるし、動力入力時に作動流体を圧縮することもでき、可逆膨張器１のヒートポンプの作業条件で、可逆膨張器１の両端の４方向切替システムは、所望の蒸発器、冷凝器の方向を変更して、冷房、暖房の作業条件を切り替える。

さらに、前記埋設管熱交換器９は、暖房期間内にシステムへ低品位熱を供給し、非暖房期間又は太陽エネルギーが十分な暖房期間に入ると、再生可能エネルギーの蓄熱容器として機能する。

実施例２：
図２に示すように、前記可逆膨張器に基づく総合エネルギーシステムの作動方法では、太陽資源が良好であるか、又は建物の冷房負荷が低い場合は、作動モード１（暖房作業条件モード１）である。
この場合、太陽集熱器８は放射熱交換器７の建物への暖房需要及び蓄冷・蓄熱一体化装置６の蓄熱需要の両方を満足でき、残りの熱量が埋設管熱交換器９を介して土壌に貯蔵される。以上に基づき、太陽集熱器８は作動モード１の全ての熱源として、その出口がそれぞれ蓄冷・蓄熱一体化装置６における第１内部熱交換器１１の入口、及び第１熱交換器２の外部サイクル入口に接続される。太陽集熱器８の入口がそれぞれ蓄冷・蓄熱一体化装置６における第１内部熱交換器１１の出口、及び第１熱交換器２の外部サイクル出口に接続される。この場合、太陽集熱器８は、第１内部熱交換器１１の蓄熱プロセス、及び第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び作動流体ポンプ５の内部サイクルから構成される動力サイクルに暖房し、発電系統の連系を実現する。この場合、第２熱交換器３の外部サイクルで運ばれる余熱により、放射熱交換器７による建物暖房プロセスと埋設管熱交換器９による土壌蓄熱プロセスを行う。この場合、第２熱交換器３の外部サイクル出口がそれぞれ放射熱交換器７と埋設管熱交換器９の入口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル入口がそれぞれ放射熱交換器７と埋設管熱交換器９の出口に接続される。制御システム１４は、このモードを判断するとともに、建物暖房が蓄冷・蓄熱一体化装置６の蓄熱に優先し、土壌蓄熱に優先するという優先度で実施するように、バルブ、パイピングの接続を制御する。

実施例３：
図３に示すように、太陽資源が弱くなるが、建物の冷房負荷を満足でき、太陽自体及び建物の負荷の変動特性を考慮する必要がある場合は、作動モード２（暖房作業条件モード２）である。
この場合、太陽集熱器８が燃料ガス補助ヒータ１０に直列接続されることにより、放射熱交換器７の建物への暖房需要を満足できる。以上に基づき、太陽集熱器８が作動モード２の全ての熱源として燃料ガス補助ヒータ１０に直列接続され、燃料ガス補助ヒータ１０の出口が第１熱交換器２の外部サイクル入口に接続され、太陽集熱器８の入口が第１熱交換器２の外部サイクル出口に接続される。この場合、太陽集熱器８は、燃料ガス補助ヒータ１０に直列接続されて第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び作動流体ポンプ５の内部サイクルから構成される動力サイクルに暖房し、発電系統の連系を実現する。この場合、第２熱交換器３の外部サイクルで運ばれる余熱により、放射熱交換器７による建物暖房プロセスを行う。この場合、第２熱交換器３の外部サイクル出口が放射熱交換器７の入口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル入口が放射熱交換器７の出口に接続される。制御システム１４は、このモードを判断するとともに、バルブ、パイピングの接続及び実施を制御し、燃料ガスは、熱源の安定性を維持することのみに用いられる。

実施例４：
図４に示すように、太陽資源が弱くなり、蓄熱又は建物の冷房負荷を満足できず、太陽集熱器８及び燃料ガス補助ヒータ１０が完全に停止する場合は、作動モード３（暖房作業条件モード３）である。
この場合、蓄冷・蓄熱一体化装置６に貯蔵された熱量を利用して建物又は発電サイクルに暖房する。以上に基づき、蓄冷・蓄熱一体化装置６は、作動モード３の全ての熱源とされ、蓄冷・蓄熱一体化装置６における第３内部熱交換器１３の出口が第１熱交換器２の外部サイクル入口に接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置６における第３内部熱交換器１３の入口が第１熱交換器２の外部サイクル出口に接続される。この場合、蓄冷・蓄熱一体化装置６は、第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び作動流体ポンプ５の内部サイクルから構成される動力サイクルに暖房し、発電系統の連系を実現する。この場合、第２熱交換器３の外部サイクルで運ばれる余熱と蓄冷・蓄熱一体化装置６における第３内部熱交換器１３で運ばれる熱量により、放射熱交換器７による建物暖房プロセスを行う。この場合、第２熱交換器３の外部サイクル出口が放射熱交換器７の入口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル入口が放射熱交換器７の出口に接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置６における第２内部熱交換器１２の出口が放射熱交換器７の入口に接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置６における第２内部熱交換器１２の入口が放射熱交換器７の出口に接続される。制御システム１４は、このモードを判断し、バルブ、パイピングの接続を制御し、蓄冷・蓄熱一体化装置６における熱量分配の具体的な実施を調整する。

実施例５：
図５に示すように、気象条件が悪い夜間に建物の冷房負荷が高い場合は、作動モード４（暖房作業条件モード４）である。
この場合、蓄冷・蓄熱一体化装置６に貯蔵された熱量を利用して建物に暖房し、必要があれば、電気をオンにしてヒートポンプサイクルと燃料ガスによる熱補充サイクルを駆動する。以上に基づき、燃料ガス補助ヒータ１０が蓄冷・蓄熱一体化装置６における第１内部熱交換器１１に直列接続され、燃料ガス補助ヒータ１０の出口が第１内部熱交換器１１の入口に接続され、燃料ガス補助ヒータ１０の入口が第１内部熱交換器１１の出口に接続され、該サイクルは、場合によっては蓄冷・蓄熱一体化装置６に熱を補充することができる。また、第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び作動流体ポンプ５の内部サイクルから構成される動力サイクルを逆にして、可逆膨張器１、第１熱交換器２、膨張弁４及び第２熱交換器３から構成されるヒートポンプサイクルになり、必要があれば、地中熱ヒートポンプシステムをオンにして蓄冷・蓄熱一体化装置６に熱量を補充する。第１熱交換器２の外部サイクル入口が蓄冷・蓄熱一体化装置６内の第３内部熱交換器１３の出口に接続され、第１熱交換器２の外部サイクル出口が蓄冷・蓄熱一体化装置６内の第３内部熱交換器１３の入口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル入口が埋設管熱交換器９の出口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル出口が埋設管熱交換器９の入口に接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置６内の第２内部熱交換器１２の出口が放射熱交換器７の入口に接続され、第２内部熱交換器１２の入口が放射熱交換器７の出口に接続され、建物に暖房する。制御システム１４は、このモードを判断し、バルブ、パイピングの接続を制御し、蓄冷・蓄熱一体化装置６の熱量が不十分であるか、又は電気価格が低いと、ヒートポンプシステムをオンにして蓄熱及び暖房を行い、極端な天気が発生すると、燃料ガスの熱補助を開始して補充する。

実施例６：
図６に示すように、建物に冷房する場合は、作動モード５（冷房作業条件モード５）である。
この場合、蓄冷・蓄熱一体化装置６に貯蔵された冷却能力を利用して建物に冷房を行い、電気価格の状況と冷房負荷の需要に応じて電気をオンにしてヒートポンプサイクルが冷却能力を貯蔵するように駆動する。以上に基づき、第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び膨張弁４の内部サイクルはヒートポンプサイクルを構成し、コンプレッサの両側の４方向切替装置がオンになり、地中熱ヒートポンプシステムを適時にオンにして蓄冷・蓄熱一体化装置６に冷却能力を補充する。第１熱交換器２の外部サイクル入口が蓄冷・蓄熱一体化装置６内の第３内部熱交換器１３の出口に接続され、第１熱交換器２の外部サイクル出口が蓄冷・蓄熱一体化装置６内の第３内部熱交換器１３の入口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル入口が埋設管熱交換器９の出口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル出口が埋設管熱交換器９の入口に接続され、蓄冷・蓄熱一体化装置６内の第２内部熱交換器１２の出口が放射熱交換器７の入口に接続され、第２内部熱交換器１２の入口が放射熱交換器７の出口に接続され、建物を冷房する。制御システム１４は、このモードを判断し、バルブ、パイピングの接続を制御し、蓄冷・蓄熱一体化装置６の冷却能力が不十分であるか、又は電気価格が低いと、ヒートポンプシステムをオンにして蓄冷及び冷房を行う。

実施例７：
図７に示すように、季節の移行時に太陽エネルギーを使用して発電し、土壌内に熱を貯蔵し、太陽自体及び建物の負荷の変動特性を考慮する必要がある場合は、作動モード６（発電作業条件モード６）である。
この場合、太陽集熱器８は発電サイクルの唯一の熱源とされる。以上に基づき、太陽集熱器８の出口がそれぞれ蓄冷・蓄熱一体化装置６における第１内部熱交換器１１の入口に接続され、第１熱交換器２の外部サイクル入口、埋設管熱交換器９の入口、太陽集熱器８の入口がそれぞれ蓄冷・蓄熱一体化装置６における第１内部熱交換器１１の出口、第１熱交換器２の外部サイクル出口、埋設管熱交換器９の出口に接続される。この場合、太陽集熱器８は、第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び作動流体ポンプ５の内部サイクルから構成される動力サイクルに暖房するか、又は、蓄冷・蓄熱一体化装置６に熱を貯蔵するか、又は埋設管熱交換器９を介して土壌に熱を貯蔵し、発電系統の連系を実現する。また、第２熱交換器３の外部サイクルの余熱も、埋設管熱交換器９を介して土壌に貯蔵される。この場合、第２熱交換器３の外部サイクル出口が埋設管熱交換器９の入口に接続され、第２熱交換器３の外部サイクル入口が埋設管熱交換器９の出口に接続される。制御システム１４は、このモードを判断し、バルブ、パイピングの接続を制御し、太陽エネルギーの照射強度に基づき、発電してから蓄冷・蓄熱一体化装置６に熱を貯蔵して土壌に熱を貯蔵するという優先度で行われ、太陽が引き続き熱量を供給することができないとき、蓄冷・蓄熱一体化装置６が発電サイクルへ熱量を供給する。

図８に基づき、暖房作業条件モード１、モード２、モード３及びモード６では、第１熱交換器２、可逆膨張器１、第２熱交換器３及び作動流体ポンプ５の内部サイクルから構成されるサイクルは、動力サイクルである。サイクル内部に有機作動流体、たとえばＲ２４５ｆａなどが流れ、第１熱交換器２が蒸発器とされ、第２熱交換器３が冷凝器とされる。この場合、可逆膨張器１が膨張器として使用され、動力システムが外部へ動力を出力し、発電系統の連系に用いられ得る。

図９に基づき、暖房作業条件モード４では、可逆膨張器１、第１熱交換器２、膨張弁４及び第２熱交換器３がヒートポンプサイクルを構成する。サイクル内部に有機作動流体、たとえばＲ２４５ｆａなどが流れ、第１熱交換器２が冷凝器とされ、第２熱交換器３が蒸発器とされる。この場合、可逆膨張器１がコンプレッサとして使用され、電力を入力することにより、熱量を低温環境から高温環境に供給する。

図１０に基づき、冷房作業条件モード５では、可逆膨張器１、第２熱交換器３、膨張弁４及び第１熱交換器２がヒートポンプサイクルを構成する。サイクル内部に有機作動流体が流れ、第１熱交換器２が蒸発器とされ、第２熱交換器３が冷凝器とされる。この場合、可逆膨張器１がコンプレッサとして使用され、可逆膨張器１の両側の４方向切替装置は、パイピングが変わらずに、蒸発器、冷凝器の位置を切り替えることができる。電力を入力することにより、熱量を低温環境から高温環境に供給する。

図において、可逆膨張器１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、膨張弁４、作動流体ポンプ５、蓄冷・蓄熱一体化装置６、放射熱交換器７、太陽集熱器８、埋設管熱交換器９、燃料ガス補助ヒータ１０、第１内部熱交換器１１、第２内部熱交換器１２、第３内部熱交換器１３、制御システム１４。

Claims

太陽集熱器（８）と燃料ガス補助ヒータ（１０）とから構成される熱源システムを備え、
前記熱源システムは、複数組の熱交換器を内部に備える蓄冷・蓄熱一体化装置（６）に並列接続され、
前記蓄冷・蓄熱一体化装置（６）がまた第１熱交換器（２）に並列接続され、
前記第１熱交換器（２）が可逆膨張器（１）を介して第２熱交換器（３）に直列接続され、
前記第１熱交換器（２）と前記第２熱交換器（３）との直列接続ループには膨張弁（４）及び作動流体ポンプ（５）が取り付けられ、これらの部品から有機ランキンサイクル発電−ヒートポンプ一体化ユニットが構成され、
前記第２熱交換器（３）が埋設管熱交換器（９）及び放射熱交換器（７）に接続され、
制御システム（１４）をさらに備える、
ことを特徴とする可逆膨張器に基づく統合エネルギーシステム。
前記蓄冷・蓄熱一体化装置（６）の内部には、第１内部熱交換器（１１）、第２内部熱交換器（１２）、及び第３内部熱交換器（１３）が設けられ、
前記第１内部熱交換器（１１）と前記熱源システムは直列接続システムを構成し、
前記第２内部熱交換器（１２）は、前記放射熱交換器（７）に接続されて、建物に冷房又は暖房を行い、
前記第３内部熱交換器（１３）は、前記第１熱交換器（２）に接続されて蓄冷又は蓄熱を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の可逆膨張器に基づく統合エネルギーシステム。
前記太陽集熱器（８）は、槽式又はディスク式を用い、
前記太陽集熱器（８）及びそのバイパスは、燃料ガス補助ヒータ（１０）及びそのバイパスに直列接続され、前記蓄冷・蓄熱一体化装置（６）の第１内部熱交換器（１１）、前記第１熱交換器（２）、前記第２熱交換器（３）、前記埋設管熱交換器（９）、及び前記放射熱交換器（７）から構成される並列接続システムに直列接続され、具体的な連通方式が作動モードに応じて決まる、
ことを特徴とする請求項１に記載の可逆膨張器に基づく統合エネルギーシステム。
前記可逆膨張器（１）は、膨張して動力を出力することができるし、動力入力時に作動流体を圧縮することもでき、前記可逆膨張器（１）のヒートポンプの作業条件で、前記可逆膨張器（１）の両端の４方向切替システムは、所望の蒸発器、冷凝器の方向を変更して、冷房、暖房の作業条件を切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の可逆膨張器に基づく統合エネルギーシステム。
前記埋設管熱交換器（９）は、暖房期間内にシステムへ低品位熱を供給し、非暖房期間又は太陽エネルギーが十分な暖房期間に入ると、再生可能エネルギーの蓄熱容器として機能する、
ことを特徴とする請求項１に記載の可逆膨張器に基づく統合エネルギーシステム。