JP6161735B2 - 外気温度感応式冷暖房装置 - Google Patents
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Description
本発明は、外気温度感応式冷暖房装置に関し、より詳しくは、冷媒流動流路を一定に維持し、冷房または暖房が必要とされる目的対象空間に直接熱交換を行う負荷側熱交換部が前記冷媒流動流路と熱交換を行うようにし、熱源側でも安定的に熱源を得るように天気予報と、外気温度を感応して一日24時間中、自然エネルギー密度が最も高いときの熱源を確保して熱源側水槽に蓄熱または蓄冷し、負荷側の目的対象物に冷房または暖房を行うことのできる外気温度感応式冷暖房装置に関する。
一般的に使用されるエネルギー源としては、石炭、石油、天然ガスなどのような化石燃料を用いるか、または核燃料を利用する場合が大部分である。しかし、化石燃料は、燃焼過程で発生する各種公害物質により環境を汚染させ、核燃料は水質汚染及び放射能のような有害物質を発生させるという欠点があるとともに、これらのエネルギー源は埋蔵量に限界がある。
したがって、近年、これに代わる代替エネルギーの開発が活発に進められている。このような代替エネルギーの中でも、風力、太陽熱または太陽光、地熱などの自然エネルギーに関する研究が古くから進められており、実質的にこれを用いた冷、暖房装置が設置され使用されているが、これらの自然エネルギーは環境汚染と気候変動にほとんど影響を及ぼさず、なお且つ無限にエネルギーを得ることができるという長所があるのに対し、エネルギー密度が非常に低いという欠点があるため、その密度を高めて利用可能な形に変換することが自然エネルギー技術開発の重要な鍵と言える。
このような自然エネルギー技術の一つとして脚光を浴びているのが、地熱を熱源として用いて冷暖房を行うヒートポンプシステムである。地熱を用いたヒートポンプシステムは、温度が10〜20℃の地中の熱を回収したり、地中に熱を排出できるように熱交換器を設置してヒートポンプの熱源として使用する技術である。
一般に、ヒートポンプの熱源としては、エアコンのように大気中から熱を得るか、または排出する空気熱源方式、冷却塔を通じて熱を排出する水熱源方式などが用いられる。地熱源を利用すると、空気熱源と比較した場合、エネルギー効率が非常に高くなるという長所がある。
特に、四季の変化がはっきりしている地域の年間の大気温度は-20〜40℃まで大きな幅で変化するのに対し、地中温度は地下5m以下の場合、年間10〜20℃にほぼ一定に維持される。
したがって、夏場に冷房を行う場合、空気熱源の温度は、30℃以上で冷房熱を排出するために多くの電力が消費されるのに対し、地熱源は、10〜20℃で円滑に熱を排出するので、高い効率を示す。逆に、冬場に暖房を行う場合、最も低い空気熱源の温度は-20℃であり、暖房に必要な熱を供給するのが困難であるのに対し、地中熱源は10〜20℃と高く、安定的に暖房熱をヒートポンプに供給することができる。
このような地熱を用いたヒートポンプシステムは、あらゆる冷暖房技術の中で、エネルギー効率が最も高いことが知られている。したがって、エネルギー資源が不足し、エネルギーコストの高い状況においては、必須の技術であると言える。
一般に、地熱を用いたヒートポンプシステムは、設置時に一定の水温と、地層が柔らかくない地質特性を備えていなければならないだけでなく、設置時に工事期間が長く、高額の費用が要されるとともに、別途の敷地空間を確保しなければならないという問題がある。
一方、地熱を用いたヒートポンプシステムとして、特許文献１ 、特許文献２ 、特許文献３に提案されている。
前記従来技術は、直接外気温度に無関係に稼動するシステムであり、また、冷暖房の2つのサイクルで構成されており、基本的なシステムは季節に応じて冷房、暖房の過程を行うことで、外気温度によってエネルギーの効率が急激に低下するという問題がある。
本発明は、前記のような従来技術の問題を解決するためのものであり、水槽内に夏場と冬場の季節差によって冷房及び暖房を兼用して使用できるコイル状の熱交換部と四方弁を使用しない状態でも、冷媒の単一流れによっても冷房及び暖房を行えるようにし、比較的狭いスペースにも容易に設置可能で、設置費用も削減できるようにするだけでなく、負荷側の残熱を回収して蓄熱することにより、システムの稼働による効率をより向上させた新たな外気温度感応式冷暖房装置を提供しようとするものである。
前記のような目的を達成するために提供される本発明の外気温度感応式冷暖房装置は、冷媒を圧縮して排出する圧縮機（110）、前記圧縮機（110）と第1冷媒主配管（210）に連結される負荷側熱交換器（120）、前記負荷側熱交換器（120）と第2冷媒主配管（220）に連結されて液化された冷媒が貯蔵される受液器（140）、前記受液器（140）が収容される水槽（130）、前記水槽（130）に配置され、前記受液器（140）と第3冷媒主配管（230）に連結される水槽用熱交換部（150）、前記水槽用熱交換部（150）と第4冷媒主配管（240）に連結される潜熱熱交換器（160）、前記潜熱熱交換器（160）に電気的に連結される制御部、及び前記制御部に連結される外気温度感知ユニット（170）を含み、前記制御部は、前記外気温度感知ユニット（170）から測定された外気温度センシングにより前記潜熱熱交換器（160）の蓄熱または蓄冷機能を選択的に調節することを特徴とする。
前記制御部は、前記第1〜第4冷媒主配管を含む冷媒配管に配置される1つ以上の開閉弁を制御することが好ましい。
前記潜熱熱交換器（160）は、蓄冷用クーラー（161）、太陽熱板、または太陽光板を複合した形態の蓄熱用クーラー（165）であることが好ましい。
前記冷暖房装置は、前記受液器（140）と前記水槽用熱交換部（150）を連結する前記第3冷媒主配管（230）上に配置される膨張弁（190）をさらに含むことが好ましい。
前記水槽（130）は、地中に埋め込まれる第1水槽（131）及び前記第1水槽（131）内に収容される第2水槽（132）を含み、前記第1水槽（131）と前記第2水槽（132）は、所定距離離隔されることが好ましい。
前記冷暖房装置は、前記第1水槽（131）と前記2水槽（132）との間の空間内に水を供給または排出するポンプ手段が設けられることが好ましい。
前記冷暖房装置は、前記水槽（130）は、地中の熱を受けられるように、前記地中に埋め込まれる形態の地中コイル（133）を含み、前記地中コイル（133）の内部に水が流動しうる空間が形成されることが好ましい。
夏場の冷房モードは、前記水槽用熱交換部（150）への冷媒の流動が遮断されることが好ましい。
前記冷房モードにおいて、冷媒は前記圧縮機（110）、前記潜熱熱交換器（160）、前記受液器（140）、前記負荷側熱交換器（120）及び液分離器（180）を経て、前記圧縮機（110）に流入することが好ましい。
冬場の暖房モードは、前記潜熱熱交換器（160）への冷媒の流動が遮断されることが好ましい。
前記暖房モードにおいて、冷媒は前記圧縮機（110）、前記負荷側熱交換器（120）、前記受液器（140）、前記水槽用熱交換部（150）及び前記液分離器（180）を経て、前記圧縮機（110）に流入することが好ましい。
蓄熱または蓄冷モードを行う場合に、前記負荷側熱交換器（120）及び前記受液器（140）への冷媒の流動が遮断されることが好ましい。
前記蓄熱または蓄冷モードにおいて、冷媒は前記圧縮機（110）、前記水槽用熱交換部（150）、前記潜熱熱交換器（160）及び液分離器（180）を経て、前記圧縮機（110）に流入することが好ましい。
前記第2冷媒主配管（220）上に配置される補助凝縮用熱交換部（145）をさらに含み、前記補助凝縮用熱交換部（145）は、前記水槽（130）内に配置されることが好ましい。
前記のように、本発明は、単一貯水槽内に冷房及び暖房兼用で使用できるコイル状の熱交換部と四方弁を使用せずに、即ち、冷媒の単一流れによっても冷房及び暖房を行えるようにして、比較的狭いスペースにも容易に設置可能であり、設置費用も削減できるようにするだけでなく、負荷側の残熱を回収して蓄熱することにより、システムの稼働に伴うエネルギー消費量を削減できるようにする。
さらに、本発明は、補助凝縮用熱交換部により冷媒の完全凝縮が可能であり、全体的な効率が上昇するようにして効率性と実用性を備えた冷暖房装置を提供する。
本発明の前記のような目的、特徴、及び他の長所は添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明することにより、一層明らかになるであろう。記述される実施例は、発明の説明のために例示的に提供されるものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
本発明の外気温度感応式冷暖房装置は、必要に応じて一体型で製造してもよく、それぞれ分離して製造してもよい。また、使用形態に応じて、一部の構成要素を省略して使用が可能である。
本発明において配置される冷媒主配管及び冷媒補助配管は、冷媒配管と統称する。
以下、添付の図面を参照し、本発明の実施例による外気温度感応式冷暖房装置を詳しく説明する。
外気温度感応式冷暖房装置の第1実施例（100）
前記外気温度感応式冷暖房装置（100）は、冷媒を圧縮して排出する圧縮機（110）、圧縮機（110）と第1冷媒主配管（210）に連結される負荷側熱交換器（120）、負荷側熱交換器（120）と第2冷媒主配管（220）に連結されて液化された冷媒が貯蔵される受液器（140）、受液器（140）が収容される水槽（130）、受液器（140）と第3冷媒主配管（230）に連結されて水槽（130）に配置される水槽用熱交換部（150）、受液器（140）と水槽用熱交換部（150）を連結する第3冷媒主配管（230）上に配置される膨張弁（190）、水槽用熱交換部（150）と第4冷媒主配管（240）に連結される潜熱熱交換器（160）、第5冷媒主配管（250）を介して第4冷媒主配管（240）に連通するとともに、第6冷媒主配管（260）を介して圧縮機（110）に連通する液分離器（180）及び温度感知管路（270）を介して本発明の第6冷媒主配管（260）に連結される外気温度感知ユニット（170）を含む。
前記外気温度感応式冷暖房装置（100）は、冷媒を圧縮して排出する圧縮機（110）、圧縮機（110）と第1冷媒主配管（210）に連結される負荷側熱交換器（120）、負荷側熱交換器（120）と第2冷媒主配管（220）に連結されて液化された冷媒が貯蔵される受液器（140）、受液器（140）が収容される水槽（130）、受液器（140）と第3冷媒主配管（230）に連結されて水槽（130）に配置される水槽用熱交換部（150）、受液器（140）と水槽用熱交換部（150）を連結する第3冷媒主配管（230）上に配置される膨張弁（190）、水槽用熱交換部（150）と第4冷媒主配管（240）に連結される潜熱熱交換器（160）、第5冷媒主配管（250）を介して第4冷媒主配管（240）に連通するとともに、第6冷媒主配管（260）を介して圧縮機（110）に連通する液分離器（180）及び温度感知管路（270）を介して本発明の第6冷媒主配管（260）に連結される外気温度感知ユニット（170）を含む。
負荷側熱交換器（120）は、冷媒流動路と水流動路が互いに熱交換するように設けられる。負荷側熱交換器（120）は、一実施例として板状熱交換器が採用することができる。本発明の負荷側熱交換器（120）は、蒸発及び凝縮が容易に可能となるように集熱蒸発器と集冷凝縮器を構成することができる。
水槽（130）には水が貯蔵されている。前記水槽（130）は、地中に埋設することもでき、地上に設置することもできる。一方、雨水貯留槽、生活水槽、消火水槽、下水槽、静水槽及びその他のエネルギー使用先に備えられている種々の水槽を兼用して活用することができる。
受液器（140）は、液化した冷媒が貯蔵される。受液器（140）は、一実施例として水槽（130）の内部に設けられる。
さらに、水槽（130）には水槽用熱交換部（150）が設けられる。水槽用熱交換部（150）は、コイル状の熱交換器が使用される。
潜熱熱交換器（160）は、凝縮器として使用可能な蓄冷用クーラー（161）、太陽熱板、及び太陽光板を複合した形態の蓄熱用クーラー（165）を含む。本発明において蓄冷用クーラー（161）は夏場に冷房を主とする場合に使用し、蓄熱用クーラー（165）は冬場に暖房を主とする場合に使用することができる。
ここで、第1〜第6冷媒主配管（210,220,230,240,250,260）は、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）を暖房モードで駆動する場合に、冷媒の移動経路を示すことができる。
一方、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）を構成する各構成要素及び各冷媒主配管の（210,220,230,240,250,260）を連結する冷媒の補助配管が使用することができる。
第1冷媒補助配管（310）はその一端部が第1冷媒主配管（210）と連結され、その他端部が潜熱熱交換器（160）と連結される。
第2冷媒補助配管（320）はその一端部が潜熱熱交換器（160）と連結され、その他端部は受液器（140）の入口と連結される。
第3冷媒補助配管（330）はその一端部が第3冷媒主配管（230）に連結され、その他端部は第1冷媒主配管（210）に連結される。
第4冷媒補助配管（340）はその一端部が負荷側熱交換器（120）に連結され、他端部は第4冷媒主配管（240）に連結される。
第5冷媒補助配管（350）はその一端部が水槽用熱交換部（150）に連結され、その他端部は潜熱熱交換器（160）に連結される。
前記のような第1〜第5冷媒補助配管（310,320,330,340,350）がなす冷媒循環流路により夏場の冷房のための冷媒の循環流動及び蓄熱流動が可能になる。
上述した第1〜第6冷媒主配管（210,220,230,240,250,260）及び第1〜第5冷媒補助配管（310,320,330,340,350）には、制御部に電気的に連結される開閉弁、流量計、圧力計、及び温度計などが設置されてもよく、設置場所、個数、間隔などは変更が可能である。
外気温度感知ユニット（170）は、制御部を介して潜熱熱交換器（160）及び冷媒主配管及び冷媒補助配管に配置される複数の開閉弁に電気的に連結される。即ち、制御部は、外気温度感知ユニット（170）から測定される温度の結果に応じて、複数の開閉弁に選択的に開閉信号を提供することにより、暖房モード、冷房モード及び蓄熱モードのいずれか一つの駆動モードで動作可能となるようにする。
制御部は、外気温度の結果に応じて潜熱熱交換器（160）に蓄熱乃至蓄冷を行うようにする。具体的には、冬場に暖房を行う場合、夜間よりは昼間に熱源を取得しやすいため、外気温度感知ユニット（170）でセンシングされる温度を用いて太陽熱板または太陽光板を複合した形態の蓄熱用クーラー（165 ）を採用することにより、流動する冷媒を蒸発させた後に前記冷媒に貯蔵された熱を水槽（130）に貯蔵した後、夜間に暖房用として使用可能にする。
外気温度感応式冷暖房装置の第2実施例（100'）
一方、図5を参照し、他の実施例による外気温度感応式冷暖房装置（100'）を説明する。
一方、図5を参照し、他の実施例による外気温度感応式冷暖房装置（100'）を説明する。
外気温度感応式冷暖房装置（100'）は、水槽（130'）が地中に設置される。
水槽（130'）は、地中に埋設される第1水槽（131）及び前記第1水槽（131）と所定間隔離隔された状態で第1水槽（131）の内部に配置される第2水槽（132）を含む。ここで、第1水槽（131）と第2水槽（132）との間の離隔空間を熱伝導開閉部（131a）と定義する。このように、（130'）は、第1、2水槽（131,132）を有する二重タンク構造である。一実施例として、第2水槽（132）に収容される熱伝導物質は第1水槽（131）の外壁と底部をいずれも包む構造であってもよい。他の実施例として第2水槽（132）の水が第1水槽（131）の外壁のみを包むように形成することができる。
第1水槽（131）は地中から直接地熱を受ける。第2水槽（132）は第1水槽（131）を介して地中の地熱を受けるようになる。
熱伝導開閉部（131a）に収容される熱伝導物質は、季節に応じて異なる物質で満たされてもよい。熱伝導物質は、夏場には、地中からの地熱が直接第2水槽（132）に伝達されるのを遮断するために、空気のように断熱性に優れた物質であってもよく、冬場には地中からの地熱が効果的に第2水槽（132）に伝達されるように、水のように比較的導電性の高い物質であってもよい。
熱伝導開閉部（131a）に収容される熱伝導物質が水である場合には、第1水槽（131）内を水で満たしたり、空にしたりできるポンプ手段が設けられてもよい。即ち、第1水槽（131）と第2水槽（132）は、前記ポンピング手段によって満たされる水を介して熱伝達が可能になる。
具体的には、第1水槽（131）の水が満たされると、第2水槽（132）は第1水槽（131）内の水を介して地熱を受けるが、第1水槽（131）の水が空になると、第2水槽（132）は地熱から断熱される状態となる。
ポンピング手段を用いて夏場には、第1水槽（131）の水を空にして、第2水槽（132）が地熱を受けないように地熱を遮断することができる。このように、夏場には第2水槽（132）の水が相対的に高温の地熱を受けることを遮断することにより、第2水槽（132）の水はなるべく冷却されることが好ましい。同様な原理として、ポンピング手段を用いて冬場には第1水槽（131）の水を満たして第2水槽（132）が第1水槽（131）を介して地熱を受けることができる。このように、冬場には第2水槽（132）の水が相対的に高温である地熱を受けるようにして第2水槽（130）の水は加熱されることが好ましい。
一方、水槽（130,130'）は、地中の熱をさらに多く受けられるように地中に埋め込む形で地中コイル（133）が設けられる。地中コイル（133）の内部は水槽（130,130'）の水が流動しうる空間が形成される。したがって、水槽（130,130'）の水は地中コイル（133）を介して地熱を効果的に吸収できるようになる。また、水槽（130,130'）の水が地中コイル（133）を循環するように地中コイル（133）には地中コイル用ポンプ（132a）が設けられている。
地中コイル用ポンプ（132a）は、主に冬場にのみ作動され、水槽（130,130'）の水が地熱を受けられるようにする。夏場の場合には水槽（130,130'）の水は地熱を受けない方が好ましい。
一方、地中コイル用ポンプ（132a）は水槽（130,130'）の水を混合することにより、前記水槽（130、130'）の水が均等に混合されるように稼働することができる。
外気温度感応式冷暖房装置（100）の暖房モード
以下、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）の暖房モードを説明すると、次の通りである。暖房モードにおける冷媒の変化は、圧縮→第1凝縮→第2凝縮→膨張→蒸発→圧縮の循環システムによって成される。
以下、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）の暖房モードを説明すると、次の通りである。暖房モードにおける冷媒の変化は、圧縮→第1凝縮→第2凝縮→膨張→蒸発→圧縮の循環システムによって成される。
圧縮機（110）で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、第1冷媒主配管（210）を通って負荷側熱交換器（120）の冷媒流動に流入し、先に凝縮される（第1凝縮）。即ち、負荷側熱交換器（120）は凝縮器として機能し、負荷側熱交換器（120）の冷媒流動路を通る冷媒は負荷側熱交換器（120）の水流動路を通る水に熱を放出する。
負荷側熱交換器（120）の冷媒流動路を通った冷媒は、第2冷媒主配管（220）を通り、特に、冷媒は補助凝縮用熱交換部（145）に流入する。このとき、補助凝縮用熱交換部（145）は、負荷側熱交換器（120）の冷媒流動路で凝縮されていない残りの冷媒を完全に凝縮させる（第2凝縮）。即ち、補助凝縮用熱交換部（145）は水槽（130）の水に熱を放出し、補助凝縮用熱交換部（145）を通った冷媒は受液器（140）に貯蔵される。
前記のように、本発明に係る外気温度感応式冷暖房装置（100）は、補助凝縮用熱交換部（145）により冷媒の完全凝縮が可能であり、全体的な効率が上昇する。また、水槽（130）の水は水槽用熱交換部（150）と補助凝縮用熱交換部（145）の相互作用によりその恒温性を高めることができる。
受液器（140）の冷媒は、第3冷媒主配管（230）上の膨張弁（190）で膨張された後、水槽用熱交換部（150）に流入する。水槽用熱交換部（150）に流入した冷媒は蒸発しながら水槽（130）の水から熱を吸収する。即ち、水槽（130）の水を冷却する。
水槽用熱交換部（150）を通った冷媒は、第4、5冷媒主配管（240,250）を経て液分離器（180）に流入した後、第6冷媒主配管（260）を経て圧縮機（110）に流入する。
外気温度感応式冷暖房装置（100）の冷房モード
次に、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）の冷房モードを説明すると、次の通りである。冷房モードにおける冷媒の変化は、暖房モードと同様に、圧縮→第1凝縮→第2凝縮→膨張→蒸発→圧縮の循環システムによって成される。ただし、負荷側熱交換器（120）における機能が暖房モードとは反対に進められる。即ち、負荷側熱交換器（120）は暖房モードで凝縮機能を遂行するが、冷房モードでは蒸発機能を遂行する。
次に、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）の冷房モードを説明すると、次の通りである。冷房モードにおける冷媒の変化は、暖房モードと同様に、圧縮→第1凝縮→第2凝縮→膨張→蒸発→圧縮の循環システムによって成される。ただし、負荷側熱交換器（120）における機能が暖房モードとは反対に進められる。即ち、負荷側熱交換器（120）は暖房モードで凝縮機能を遂行するが、冷房モードでは蒸発機能を遂行する。
冷房モードでは、圧縮機（110）で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが第1冷媒主配管（210）及び第1冷媒補助配管（310）を経て潜熱熱交換器（160）の蓄冷用クーラー(161)に移送される。蓄冷用クーラー(161)は、図示されているようにファンなどの冷却装置で構成されてもよく、蓄冷用クーラー(161)で冷却されて凝縮が行われた冷媒は第2冷媒補助配管（320）及び第2冷媒主配管（220）を経て受液器（140）に貯蔵される。その後、第3冷媒補助配管（330）及び第3冷媒主配管（230）を経て負荷側熱交換器（120）の冷媒流動路を経る冷媒は、負荷側熱交換器(120)の水流動路を経る水から熱を吸収し、蒸発が行われる。即ち、負荷側熱交換器(120)を経る水が冷却されて冷房に使用される。次に、蒸発した冷媒は第4冷媒補助配管（340）、第4冷媒主配管（240）及び第5冷媒主配管（250）を経て液分離器（180）に流入した後、第6冷媒主配管（260）を経て圧縮機（110 ）に流入する。
外気温度感応式冷暖房装置（100）の蓄熱及び蓄冷モード
次に、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）の蓄熱及び蓄冷モードを説明すると、次の通りである。
前述の通り、制御部は外気温度感知ユニット(170)から感知される外気温度によって前記各冷媒主配管及び各冷媒補助配管に配置された開閉弁に選択的に開閉信号を提供することによって蓄熱または蓄冷モードが選択的に行われるようにする。
具体的には、外気温度感知ユニット(170)から感知される外気温度が既設定された温度より高ければ蓄熱モードが行われるようにし、外気温度感知ユニット(170)から感知される外気温度が既設定された温度より低ければ蓄冷モードが行われる。
次に、本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）の蓄熱及び蓄冷モードを説明すると、次の通りである。
前述の通り、制御部は外気温度感知ユニット(170)から感知される外気温度によって前記各冷媒主配管及び各冷媒補助配管に配置された開閉弁に選択的に開閉信号を提供することによって蓄熱または蓄冷モードが選択的に行われるようにする。
具体的には、外気温度感知ユニット(170)から感知される外気温度が既設定された温度より高ければ蓄熱モードが行われるようにし、外気温度感知ユニット(170)から感知される外気温度が既設定された温度より低ければ蓄冷モードが行われる。
蓄熱モードでは、圧縮機（110）で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが第1冷媒主配管（210）及び第3冷媒主配管（230）を経て水槽用熱交換部（150）に移送される。水槽用熱交換部（150）で水槽(130)内の水に熱を放出し、凝縮された冷媒は第5冷媒補助配管（350）を経て潜熱熱交換器（160）の蓄熱用クーラー(165)に移送される。蓄熱用クーラー(165)は太陽熱板または太陽光板を複合した形態であり、蓄熱用クーラー(165)で太陽熱を受けて加熱した冷媒は第5冷媒主配管（250）を経て液分離器（180）に流入した後、第6冷媒主配管（260）を経て圧縮機（110）に流入し、圧縮機（110）に流入された冷媒は再び水槽用熱交換部（150）に供給されて熱を放出し、蓄熱用クーラー（165）で加熱される過程が繰り返され、このようにして水槽（130）で蓄熱が行われる。
蓄熱された熱は前述の冷房モードで水槽用熱交換部（150）に流入される冷媒を加熱して冷房に使用される。
蓄熱された熱は前述の冷房モードで水槽用熱交換部（150）に流入される冷媒を加熱して冷房に使用される。
本発明は、蓄熱時に、特に、熱源側の水槽の温度が低いため、凝縮圧力が低くなり、少ない圧縮動力で熱源の温度を容易に上げることができる。
一方、蓄冷モードでは、圧縮機（110）で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが第1冷媒主配管（210）及び第１冷媒補助配管（310）を経て潜熱熱交換器（160）の蓄冷用クーラー（161）に移送される。
蓄冷用クーラー（161）で冷却された冷媒は、第２冷媒補助配管（320）及び第２冷媒主配管（220）を通じて水槽（130）内の補助凝縮用熱交換部（145）に移送され、熱を放出し、水槽（130）内の水により過剰冷却されて冷却し、受液器（140）に貯蔵されることによって、水槽（130）内の水により蓄冷が行われる。
蓄冷用クーラー（161）で冷却された冷媒は、第２冷媒補助配管（320）及び第２冷媒主配管（220）を通じて水槽（130）内の補助凝縮用熱交換部（145）に移送され、熱を放出し、水槽（130）内の水により過剰冷却されて冷却し、受液器（140）に貯蔵されることによって、水槽（130）内の水により蓄冷が行われる。
本発明の外気温度感応式冷暖房装置（100）は、別途の2次冷媒を使用することなく同じ冷媒で蓄熱及び蓄冷潜熱サイクルを具現することによって、3つのサイクルである暖房、冷房及び蓄熱（蓄冷）サイクルを具現することができる。ここで、蓄熱及び蓄冷サイクルモードの冷媒の変化は、圧縮→凝縮→膨張→蒸発→圧縮の循環システムによって成される。
一般に、従来の冷房及び暖房サイクルにおける冬場及び夏場の昼夜間の外気温度差は平均で約20℃前後であり、この温度差の自然エネルギーを十分に活用できていないのに対し、本発明は、冬場には夜間に暖房熱源を確保するために、主に昼間に外気温度が高かったり、光のエネルギーが多かったり、廃熱源が多い位置に冷媒がよく蒸発されるように熱交換器を設置して冷媒を蒸発させ、圧縮の後に水槽に蓄熱した後、負荷側の使用時間に蒸発熱源として活用することにより、自然エネルギーを最大限に利用するようにする。これにより、成績係数と効率性を高めることができる。
暖房負荷（凝縮熱量（100％））=圧縮熱量（30％）+蒸発熱量（70％）
暖房モードにおいて、暖房負荷は前記の式で求められるが、ここで、蒸発熱量（70％）は、水槽（130）の水を介して冷媒自らが蒸発して得る自然エネルギーであり、圧縮熱量（30％）は実際の使用エネルギーであるため、暖房時には冷媒が持続的に蒸発しさえすれば、エネルギーを70％節減することができる。そのため、安定した蒸発熱源の確保が最も重要であると言え、蒸発熱源の確保が一定の条件以上に確保されれば、70％以上エネルギーを節減することができる。
一方、夏場には、逆に、冷房熱源を確保するために、主に夜間に外気温度が低かったり、光のエネルギー密度が少なかったり、廃冷熱源が多い位置に冷媒がよく凝縮するように熱交換器を設置して冷媒を凝縮して水槽に蓄冷した後、負荷側の使用時間に冷房熱源として活用することにより暖房時と同様の効果を得ることができる。
冷房負荷（蒸発熱量（70％））=凝縮熱量（100％）- 圧縮熱量（30％）
冷房モードでの冷房負荷は前記の式により成されるが、冷房時には潜熱熱交換器（160）で冷媒の凝縮温度（100％）を下げることが、エネルギーを効率的に利用できるようにするので、凝縮熱源の確保が最も重要であると言える。
以上のように、冬場と夏場には一日の平均温度差が約20℃前後に維持されるため、前記の温度差をよく感応して潜熱熱交換器（160）で蒸発または凝縮過程を行うようにし、水槽（130）に蓄熱または蓄冷した後、これを負荷側熱交換器（120）の使用時間帯に熱量を供給させることによって、自然エネルギーを効果的に活用する冷房及び暖房システムを具現することができる。
本発明は、特に、太陽光エネルギーにそれほど左右されず、いつでも外気温度及び種々の熱物性値を感応して稼動可能であることを特徴とする。
本発明の負荷側熱交換器（120）は、蒸発及び凝縮が容易に可能となるように集熱蒸発器と集冷凝縮器を構成することができる。
本発明は、蓄熱時に、特に、熱源側の水槽の温度が低いため、凝縮圧力が低くなり、少ない圧縮動力で熱源の温度を容易に上げることができる。
以上で、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されるものではない。即ち、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、添付された特許請求の範囲の思想及びカテゴリを逸脱することなく本発明の多数の変更及び修正が可能であり、そのようなすべての適切な変更及び修正の均等物も本発明の範囲に属するものとみなされるべきである。
Claims (7)
- 冷媒を圧縮して排出する圧縮機（110）、
前記圧縮機（110）と第1冷媒主配管（210）に連結される負荷側熱交換器（120）、
前記負荷側熱交換器（120）と第2冷媒主配管（220）に連結されて液化された冷媒が貯蔵される受液器（140）、
前記受液器（140）が収容される水槽（130）、
前記水槽（130）に配置され、前記受液器（140）と第3冷媒主配管（230）に連結される水槽用熱交換部（150）、
前記水槽用熱交換部（150）と第4冷媒主配管（240）にそれぞれ連結され、前記水槽用熱交換部（150）から流入される冷媒を加熱する蓄熱用クーラー（165）及び前記水槽用熱交換部（150）から流入される冷媒を冷却する蓄冷用クーラー（161）とで構成される潜熱熱交換器（160）、
前記潜熱熱交換器（160）及び前記第1〜第4冷媒主配管にそれぞれ配置される開閉弁の作動を制御するように構成される制御部、及び
前記制御部に連結される外気温度感知ユニット（170）とを含み、
前記制御部が、前記外気温度感知ユニット（170）で測定される外気温度の変化によって前記冷媒が前記蓄熱用クーラー（165）または前記蓄冷用クーラー（161）に流入するように前記開閉弁を制御し、流入される前記冷媒が加熱または冷却されるようにし、加熱または冷却された前記冷媒により前記水槽（130）における蓄熱または蓄冷が行われることを特徴とする、
外気温度感応式冷暖房装置。 - 前記冷暖房装置が、前記受液器（140）と前記水槽用熱交換部（150）を連結する前記第3冷媒主配管（230）上に配置される膨張弁（190）をさらに含む、請求項１に記載の外気温度感応式冷暖房装置。
- 前記水槽（130）が、地中に埋設される第1水槽（131）、前記第1水槽（131）内に収容される第2水槽（132）、前記第1水槽（131）と前記2水槽（132）との間の空間内に水を供給または排出することのできるポンプ手段、及び地中の熱を受けられるように前記地中に埋め込まれる形態の地中コイル（133）とを含み、前記第1水槽（131）と前記第2水槽（132）は所定距離離隔され、前記地中コイル（133）の内部に水が流動しうる空間が形成されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の外気温度感応式冷暖房装置。
- 夏場の冷房モードでは、前記水槽用熱交換部（150）への冷媒の流動が遮断され、前記冷房モードにおける冷媒が、前記圧縮機（110）、前記潜熱熱交換器（160）、前記受液器（140）、前記負荷側熱交換器（120）及び液分離器（180）を経て前記圧縮機（110）に流入することを特徴とする、請求項１に記載の外気温度感応式冷暖房装置。
- 冬場の暖房モードでは、前記潜熱熱交換器（160）への冷媒の流動が遮断され、前記暖房モードにおける冷媒が、前記圧縮機（110）、前記負荷側熱交換器（120）、前記受液器（140）、前記水槽用熱交換部（150）及び液分離器（180）を経て前記圧縮機（110）に流入することを特徴とする、請求項１に記載の外気温度感応式冷暖房装置。
- 蓄熱または蓄冷モードを行う場合に、前記負荷側熱交換器（120）及び前記受液器（140）への冷媒の流動が遮断され、前記蓄熱または蓄冷モードにおける冷媒が、前記圧縮機（110）、前記水槽用熱交換部（150）、前記潜熱熱交換器（160）及び液分離器（180）を経て前記圧縮機（110）に流入することを特徴とする、請求項１に記載の外気温度感応式冷暖房装置。
- 前記第2冷媒主配管（220）上に配置される補助凝縮用熱交換部（145）をさらに含み、前記補助凝縮用熱交換部（145）が前記水槽（130）内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の外気温度感応式冷暖房装置。
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