JP6645616B2 - 熱媒体システム - Google Patents

Description

本発明は、熱媒体システムに関する。

下記特許文献１の図１に開示されたシステムは、冷媒回路の冷媒から水回路の水に熱を与える熱交換器（２）と、水回路の水から冷媒回路の冷媒に熱を与える熱交換器（５）とを備える。このシステムでは、貯湯タンク（７）の下部に中温水が存在するとき、熱交換器（５）にて中温水の熱を冷媒へ与えることで、成績係数（ＣＯＰ）を改善できる。

日本特開２００７−１５５２７５号公報

上述した従来のシステムでは、貯湯タンクの下部に中温水が存在するときでなければ、水から冷媒へと熱を与える熱交換器において、水から冷媒へ熱を有効に与えることができない。すなわち、貯湯タンクの下部に中温水が存在するときでなければ、水から冷媒へと熱を与える熱交換器による、ＣＯＰ改善の効果が得られない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、成績係数（ＣＯＰ）を改善する機会を増やすことのできる熱媒体システムを提供することを目的とする。

本発明の熱媒体システムは、熱媒体を貯留する蓄熱槽と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と、熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、圧縮機で圧縮される前の冷媒と、熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、第二熱交換器から第一熱交換器へ流れる熱媒体が通る第一通路と、第一入口、第二入口、及び出口を有する流路切替手段と、蓄熱槽の下部から流路切替手段の第一入口へ流れる熱媒体が通る第二通路と、蓄熱槽の下部より上位の中部から流路切替手段の第二入口へ流れる熱媒体が通る第三通路と、流路切替手段の出口から第二熱交換器へ流れる熱媒体が通る第四通路と、第一熱交換器から、蓄熱槽の中部より上位の上部へ流れる熱媒体が通る第五通路と、第一熱交換器を通過した熱媒体を蓄熱槽の上部へ流入させる蓄熱運転の実行中に流路切替手段の動作を制御する制御手段と、蓄熱槽の下部にある熱媒体の温度である下部温度を検出する手段と、第一熱交換器に流入する熱媒体の温度である入口温度を検出する手段と、を備え、制御手段は、下部温度及び入口温度に基づいて流路切替手段の動作を制御するものである。
また、本発明の熱媒体システムは、熱媒体を貯留する蓄熱槽と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と、熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、圧縮機で圧縮される前の冷媒と、熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、第二熱交換器から第一熱交換器へ流れる熱媒体が通る第一通路と、第一入口、第二入口、及び出口を有する流路切替手段と、蓄熱槽の下部から流路切替手段の第一入口へ流れる熱媒体が通る第二通路と、蓄熱槽の下部より上位の中部から流路切替手段の第二入口へ流れる熱媒体が通る第三通路と、流路切替手段の出口から第二熱交換器へ流れる熱媒体が通る第四通路と、第一熱交換器から、蓄熱槽の中部より上位の上部へ流れる熱媒体が通る第五通路と、第一熱交換器を通過した熱媒体を蓄熱槽の上部へ流入させる蓄熱運転の実行中に流路切替手段の動作を制御する制御手段と、蓄熱槽の下部にある熱媒体の温度である下部温度を検出する手段と、蓄熱槽の中部にある熱媒体の温度である中部温度を検出する手段と、第一熱交換器に流入する熱媒体の温度である入口温度を検出する手段と、を備え、制御手段は、下部温度、中部温度、及び入口温度に基づいて流路切替手段の動作を制御するものである。

本発明によれば、蓄熱槽の中部から第三通路を介して第二熱交換器へ熱媒体が流れることができるので、ＣＯＰを改善する機会を増やすことが可能となる。

実施の形態１による熱媒体システムを示す図である。 実施の形態１による蓄熱運転の例を示すタイムチャートである。 実施の形態１による蓄熱運転のときの処理を示すフローチャートである。 実施の形態２による蓄熱運転のときの処理を示すフローチャートである。 実施の形態３による蓄熱運転のときの処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含み得る。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による熱媒体システム１を示す図である。図１に示すように、熱媒体システム１は、液状の熱媒体を貯留する蓄熱槽２を備える。本発明における熱媒体は、水でもよい。本発明における熱媒体は、例えば、塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコールのような、水以外の液状熱媒体でもよい。蓄熱槽２内には、温度の違いによる熱媒体の密度の差により、上側が高温で下側が低温となる温度成層を形成可能である。

蓄熱槽２は、上部２ａ、中部２ｂ、及び下部２ｃを有する。上部２ａは、中部２ｂに対して上位にある。中部２ｂは、下部２ｃに対して上位にある。蓄熱槽２の容量の１／３ずつに相当する部分をそれぞれ上部２ａ、中部２ｂ、下部２ｃとみなしてもよいし、それとは異なる位置を境に上部２ａ、中部２ｂ、及び下部２ｃを定めてもよい。なお、本発明において、蓄熱槽が、直列に接続された複数のタンクを備える場合には、最上位のタンクから最下位のタンクまでの全体の階層において、蓄熱槽の上部、中部、及び下部を定めればよい。

本実施の形態において蓄熱槽２の下部２ｃには、給水管３が接続されている。水源から供給される水、すなわち低温の熱媒体が、給水管３を通って蓄熱槽２に流入することで、蓄熱槽２が満杯の状態に維持される。

熱媒体システム１は、圧縮機４と、第一熱交換器５と、第二熱交換器６と、第一通路７と、流路切替弁８と、第二通路９と、第三通路１０と、第四通路１１と、第五通路１２と、制御装置５０とをさらに備える。

圧縮機４は、冷媒を圧縮する。冷媒は、例えば、二酸化炭素、アンモニア、プロパン、イソブタン、ＨＦＣなどのフロン、ＨＦＯ−１１２３、ＨＦＯ−１２３４ｙｆのいずれかでもよい。第一熱交換器５は、圧縮機４で圧縮された冷媒と、熱媒体との間で熱を交換させる。第一熱交換器５では、高温高圧の冷媒の熱が、熱媒体へ与えられる。

第二熱交換器６は、圧縮機４で圧縮される前の冷媒と、熱媒体との間で熱を交換させる。第二熱交換器６では、熱媒体の熱が、低圧の冷媒へ与えられる。第二熱交換器６を通過した熱媒体は、第一通路７を通って、第一熱交換器５へ流れることができる。

流路切替弁８は、第一入口８ａ、第二入口８ｂ、及び出口８ｃを有する。流路切替弁８は、流路切替手段の例である。第二通路９は、蓄熱槽２の下部２ｃと、流路切替弁８の第一入口８ａとの間をつなぐ。蓄熱槽２の下部２ｃ内の熱媒体は、第二通路９を通って、流路切替弁８の第一入口８ａへ流れることができる。第三通路１０は、蓄熱槽２の中部２ｂと、流路切替弁８の第二入口８ｂとの間をつなぐ。蓄熱槽２の中部２ｂ内の熱媒体は、第三通路１０を通って、流路切替弁８の第二入口８ｂへ流れることができる。

第四通路１１は、流路切替弁８の出口８ｃと、第二熱交換器６との間をつなぐ。熱媒体は、流路切替弁８の出口８ｃから、第四通路１１を通って、第二熱交換器６へ流れることができる。第五通路１２は、第一熱交換器５と、蓄熱槽２の上部２ａとの間をつなぐ。第一熱交換器５を通過した熱媒体は、第五通路１２を通って、蓄熱槽２の上部２ａへ流れることができる。

熱媒体システム１は、蓄熱槽２に熱を蓄積するための蓄熱運転を実行できる。蓄熱運転では、第一熱交換器５で加熱された熱媒体が、第五通路１２を通って、蓄熱槽２の上部２ａに流入する。制御装置５０は、蓄熱運転の実行中に、流路切替弁８の動作を制御する。

本実施の形態において熱媒体システム１は、循環ポンプ１３、減圧装置１４、蒸発器１５、及び第三熱交換器１６をさらに備える。循環ポンプ１３は、熱媒体を循環させる。循環ポンプ１３は、第四通路１１の途中に接続されている。減圧装置１４は、第一熱交換器５を通過した高圧冷媒を、膨張及び減圧させる。減圧装置１４は、例えば、開度を調整可能な膨張弁でもよいし、キャピラリーチューブでもよい。

蒸発器１５は、減圧装置１４の下流側の低圧冷媒を蒸発させる。本実施の形態において、蒸発器１５は、外気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させる。ファンモータ１７及びファン１８が蒸発器１５に隣接して配置されている。ファンモータ１７がファン１８を回転させると、外気が蒸発器１５へ送風される。このような構成に代えて、蒸発器１５は、例えば、地下水、排水、太陽熱温水、地熱、のような他の熱源の熱で冷媒を蒸発させてもよい。

第三熱交換器１６は、第一熱交換器５を通過した高圧冷媒と、蒸発器１５を通過した低圧冷媒との間で熱を交換させる。第三熱交換器１６では、高圧冷媒の熱が低圧冷媒へ与えられる。第一熱交換器５を通過した高圧冷媒は、第三熱交換器１６を経由して、減圧装置１４へ流れることができる。蒸発器１５を通過した低圧冷媒は、第三熱交換器１６を経由して、第二熱交換器６へ流れることができる。第二熱交換器６を通過した低圧冷媒は、圧縮機４に吸入される。

本実施の形態において、第一熱交換器５内の冷媒及び熱媒体の流れは対向流となる。また、第二熱交換器６内の冷媒及び熱媒体の流れは対向流となる。以下の説明では、第一熱交換器５に流入する熱媒体の温度を「入口温度」と呼ぶことがある。熱媒体システム１は、入口温度を検出する手段としての温度センサ１９を備えてもよい。図示の例では、第一通路７に温度センサ１９が取り付けられている。

以下の説明では、蓄熱槽２の下部２ｃにある熱媒体の温度を「下部温度」と呼ぶことがある。熱媒体システム１は、下部温度を検出する手段としての温度センサ２０を備えてもよい。図示の例では、蓄熱槽２の下部２ｃに温度センサ２０が取り付けられている。これに代えて、第二通路９に温度センサ２０が取り付けられてもよい。

以下の説明では、蓄熱槽２の中部２ｂにある熱媒体の温度を「中部温度」と呼ぶことがある。熱媒体システム１は、中部温度を検出する手段としての温度センサ２１を備えてもよい。図示の例では、蓄熱槽２の中部２ｂに温度センサ２１が取り付けられている。これに代えて、第三通路１０に温度センサ２１が取り付けられてもよい。

本実施の形態の熱媒体システム１は、蓄熱槽２から熱需要部６０へ熱媒体を供給可能である。熱需要部６０は、熱媒体の熱で部屋を暖める、少なくとも一つの暖房器具を含んでもよい。当該暖房器具は、例えば、床下に設置される床暖房パネル、室内壁面に設置されるラジエータまたはパネルヒーター、ファンコンベクターのうちの少なくとも一種でもよい。熱需要部６０は、暖房用に限らず、例えば、浴槽またはスウィミングプールの水を保温するための熱交換器を備えるものでもよい。または、熱需要部６０は、図示しない給水管から供給される水と、熱媒体との間で熱を交換することで、この水を加熱する給湯用熱交換器でもよい。

第六通路６１は、蓄熱槽２の上部２ａと熱需要部６０との間をつなぐ。第七通路６２は、蓄熱槽２の下部２ｃと熱需要部６０との間をつなぐ。第七通路６２の途中に、循環ポンプ６３が接続されている。循環ポンプ６３が運転されると、蓄熱槽２から高温の熱媒体が第六通路６１を通って熱需要部６０へ供給される。熱需要部６０を通過した熱媒体は、第七通路６２を通って、蓄熱槽２の下部２ｃに流入する。

本実施の形態では、蓄熱槽２の上部２ａに給湯管２２が接続されている。給湯管２２の下流には、給湯栓２３が接続されている。給湯栓２３は、例えば、浴槽、シャワー、キッチン等の蛇口のうちの少なくとも一つに給湯するものでもよい。ユーザーが給湯栓２３を開くと、蓄熱槽２内の高温の熱媒体である湯が、給湯管２２を通って、給湯栓２３へ供給される。蓄熱槽２から給湯管２２へ湯が流出すると同時に、低温の熱媒体である水が給水管３から蓄熱槽２に流入することで、蓄熱槽２は満杯状態を維持する。給湯管２２の途中に、水源から供給される低温水を混合することで給湯温度を調整するための混合弁（図示省略）が備えられてもよい。

制御装置５０は、流路切替弁８だけでなく、圧縮機４、循環ポンプ１３、減圧装置１４、ファンモータ１７、及び循環ポンプ６３のうちの少なくとも一つの運転を制御してもよい。制御装置５０の各機能は、処理回路により実現されてもよい。制御装置５０の処理回路は、少なくとも一つのプロセッサと少なくとも一つのメモリとを備えてもよい。少なくとも一つのプロセッサは、少なくとも一つのメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置５０の各機能を実現してもよい。制御装置５０の処理回路は、少なくとも一つの専用のハードウェアを備えてもよい。単一の制御装置５０により動作が制御される構成に限定されるものではなく、複数の制御装置が連携することで動作を制御する構成にしてもよい。

熱媒体システム１は、第一熱交換器５から流出する熱媒体の温度を検出する手段として、温度センサ２４を備えてもよい。蓄熱運転のときに、制御装置５０は、温度センサ２４で検出される温度が、目標温度に等しくなるように、循環ポンプ１３、圧縮機４、減圧装置１４、及びファンモータ１７のうちの少なくとも一つの運転を制御してもよい。

循環ポンプ６３が運転されると、熱需要部６０を通過する間に熱を奪われた中温の熱媒体が、第七通路６２から蓄熱槽２内に流入する。このため、循環ポンプ６３が運転されると、蓄熱槽２の中部２ｂ及び下部２ｃに、中温の熱媒体の層が形成されうる。また、給湯栓２３が開かれて、低温の熱媒体が給水管３から蓄熱槽２の下部２ｃに流入すると、中温の熱媒体の層は、蓄熱槽２内で上に移動しうる。このようなことから、蓄熱槽２の中部２ｂ内に、中温の熱媒体が溜まることがある。

本実施の形態であれば、蓄熱運転において、蓄熱槽２の中部２ｂにある中温の熱媒体を、第三通路１０、流路切替弁８、及び第四通路１１を通して、第二熱交換器６に流入させることができる。第二熱交換器６で、中温の熱媒体が冷媒を加熱することで、圧縮機４に吸入される冷媒のエンタルピを上昇させることができる。これにより、成績係数（ＣＯＰ）を改善できる。また、第一熱交換器５への入口温度が低いほど、ＣＯＰは高くなる傾向がある。本実施の形態であれば、第二熱交換器６で熱媒体が冷却されることで、第一熱交換器５への入口温度が低下するので、ＣＯＰを改善できる。

上記のように、本実施の形態であれば、中温の熱媒体が蓄熱槽２の下部２ｃに存在する場合だけでなく、中温の熱媒体が蓄熱槽２の中部２ｂに存在する場合にも、第二熱交換器６によるＣＯＰ改善の効果が得られる。このため、ＣＯＰを改善する機会を増やすことが可能となる。

加えて、本実施の形態であれば、第二熱交換器６で熱媒体が冷媒を加熱することで、圧縮機４に液冷媒が流入することを確実に防止できる。よって、圧縮機４による液圧縮を確実に防止できるので、熱媒体システム１における圧縮機４の信頼性を向上できる。

本実施の形態の蓄熱運転のときには、以下のようになる。制御装置５０は、温度センサ２１で検出される中部温度が基準温度以下の場合には、第一入口８ａが閉じて第二入口８ｂが開くように流路切替弁８を切り替える。これにより、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第三通路１０、流路切替弁８、及び第四通路１１を通って、第二熱交換器６に流入する。以下の説明では、例として、上記基準温度を３０℃とする。制御装置５０は、温度センサ２１で検出される中部温度が、基準温度の３０℃より高くなると、第一入口８ａが開いて第二入口８ｂが閉じるように流路切替弁８を切り替える。これにより、蓄熱槽２の下部２ｃから流出した熱媒体が、第二通路９、流路切替弁８、及び第四通路１１を通って、第二熱交換器６に流入する。上記の制御によれば、第一熱交換器５への入口温度が高くなり過ぎることをより確実に防止できるので、ＣＯＰの低下をより確実に防止できる。

第二基準温度は、前述した基準温度より低い温度である。以下の説明では、例として、第二基準温度を２０℃とする。本実施の形態の蓄熱運転のときには、以下のようになる。制御装置５０は、温度センサ２１で検出される中部温度が、第二基準温度の２０℃以上の場合には、第一入口８ａが閉じて第二入口８ｂが開くように流路切替弁８を切り替える。この場合には、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第三通路１０、流路切替弁８、及び第四通路１１を通って、第二熱交換器６に流入する。制御装置５０は、温度センサ２１で検出される中部温度が、第二基準温度の２０℃より低い場合には、第一入口８ａが開いて第二入口８ｂが閉じるように流路切替弁８を切り替える。この場合には、蓄熱槽２の下部２ｃから流出した熱媒体が、第二通路９、流路切替弁８、及び第四通路１１を通って、第二熱交換器６に流入する。上記の制御によれば、蓄熱槽２の下部２ｃの熱媒体が長時間に渡って滞留するようなことをより確実に防止できる。

図２は、実施の形態１による蓄熱運転の例を示すタイムチャートである。このタイムチャートは、中部温度、下部温度、及び流路切替弁８の状態のそれぞれの変化を示す。図２中の時刻ｔ０にて蓄熱運転が開始する。時刻ｔ０において、蓄熱槽２内の２０℃以上の中温の熱媒体は、温度センサ２１の位置よりも上位に存在しており、中部温度及び下部温度は、２０℃未満である。このため、蓄熱運転が開始すると、制御装置５０は、第二通路９に連通する第一入口８ａを開き、第三通路１０に連通する第二入口８ｂを閉じる。その結果、蓄熱槽２の下部２ｃから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。そのようにして運転が続くと、蓄熱槽２内の２０℃以上の中温の熱媒体が徐々に下へ移動する。図２中の時刻ｔ１になると、温度センサ２１で検出される中部温度が２０℃に達する。これにより、制御装置５０は、第三通路１０に連通する第二入口８ｂを開き、第二通路９に連通する第一入口８ａを閉じる。その結果、時刻ｔ１からは、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。その後、図２中の時刻ｔ２になると、温度センサ２１で検出される中部温度が３０℃に達する。これにより、制御装置５０は、第二通路９に連通する第一入口８ａを開き、第三通路１０に連通する第二入口８ｂを閉じる。その結果、時刻ｔ２からは、蓄熱槽２の下部２ｃから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。

図３は、実施の形態１による蓄熱運転のときの処理を示すフローチャートである。制御装置５０は、蓄熱運転において本フローチャートの処理を周期的に繰り返し実行する。図３のステップＳ１において、制御装置５０は、温度センサ２１により中部温度Ｔａを検出する。処理はステップＳ２へ進む。中部温度Ｔａが基準温度の３０℃以下、かつ、中部温度Ｔａが第二基準温度の２０℃以上の場合には、処理はステップＳ２からステップＳ３へ進む。ステップＳ３で、制御装置５０は、第一入口８ａを閉じることで第二通路９を遮断するとともに、第二入口８ｂを開くことで第三通路１０を開通させるように、流路切替弁８を切り替える。これに対し、ステップＳ２で、中部温度Ｔａが基準温度の３０℃より高いか、または、中部温度Ｔａが第二基準温度の２０℃未満の場合には、処理はステップＳ２からステップＳ４へ進む。ステップＳ４で、制御装置５０は、第二入口８ｂを閉じることで第三通路１０を遮断するとともに、第一入口８ａを開くことで第二通路９を開通させるように、流路切替弁８を切り替える。

制御装置５０は、流路切替弁８が徐々に切り替わるように流路切替弁８の動作を制御してもよい。そのようにすることで、流路切替弁８から第四通路１１に流入する熱媒体の温度の急変を確実に防止できるので、第一熱交換器５から流出する熱媒体の温度の急変を確実に防止できる。

実施の形態１において熱媒体システム１は、中部温度を検出する手段を少なくとも備えていればよく、その他の温度検出手段を備えていなくてもよい。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、実施の形態２について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。実施の形態２の熱媒体システム１のハードウェア構成は、図１による実施の形態１と同一または類似であるので、説明を省略する。図４は、実施の形態２による蓄熱運転のときの処理を示すフローチャートである。実施の形態２において制御装置５０は、蓄熱運転のときに図４のフローチャートの処理を周期的に繰り返し実行する。

実施の形態２において制御装置５０は、下部温度及び入口温度に基づいて流路切替弁８の動作を制御する。実施の形態２において、蓄熱運転の開始当初は、流路切替弁８は、第三通路１０に連通する第二入口８ｂを開き、第二通路９に連通する第一入口８ａを閉じるように切り替えられている。すなわち、蓄熱運転の開始当初は、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。

図４のステップＳ１１において、制御装置５０は、温度センサ２０により下部温度Ｔｂを検出する。処理はステップＳ１２へ進み、制御装置５０は、温度センサ１９により入口温度Ｔｃを検出する。処理はステップＳ１３へ進む。

「第一温度」は、下部温度Ｔｂに正の所定値を加算した温度である。以下の説明では、例として、この「所定値」を５℃とする。ステップＳ１３で、制御装置５０は、入口温度Ｔｃを、第一温度（Ｔｂ＋５℃）と比較する。入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）以下の場合には、処理はステップＳ１３からステップＳ１４に進む。ステップＳ１４で、制御装置５０は、第三通路１０を通る熱媒体の流量を増やす方向に流路切替弁８を作動させる。すなわち、制御装置５０は、第三通路１０に連通する第二入口８ｂの開度が少し拡大するとともに第二通路９に連通する第一入口８ａの開度が少し縮小するように、流路切替弁８を作動させる。ここで、第二入口８ｂの開度が全開で第一入口８ａの開度が全閉の状態に既になっている場合には、その状態を維持する。

これに対し、ステップＳ１３で、入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）より高い場合には、処理はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５で、制御装置５０は、第二通路９を通る熱媒体の流量を増やす方向に流路切替弁８を作動させる。すなわち、制御装置５０は、第二通路９に連通する第一入口８ａの開度が少し拡大するとともに第三通路１０に連通する第二入口８ｂの開度が少し縮小するように、流路切替弁８を作動させる。ここで、第一入口８ａの開度が全開で第二入口８ｂの開度が全閉の状態に既になっている場合には、その状態を維持する。

本実施の形態２において蓄熱運転のときには、以下のようになる。前述したように、蓄熱運転の開始当初は、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。その後、蓄熱槽２の中部２ｂから第三通路１０へ流出する熱媒体の温度が徐々に上昇するので、入口温度Ｔｃが徐々に上昇する。そして、入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）より高くなると、ステップＳ１５の処理により、流路切替弁８の第一入口８ａが開き始める。これにより、蓄熱槽２の中部２ｂから第三通路１０へ流出した熱媒体と、蓄熱槽２の下部２ｃから第二通路９へ流出した熱媒体とが混合して第四通路１１に流入するように運転される。入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）より高い状態が続くと、第二通路９を通る熱媒体の流量がさらに増加するとともに第三通路１０を通る熱媒体の流量は低下する。

本実施の形態２であれば、実施の形態１に類似した効果に加えて、以下の効果が得られる。流路切替弁８の切り替わりの動作が緩やかになるので、流路切替弁８から第四通路１１に流入する熱媒体の温度の急変をより確実に防止できる。その結果、第一熱交換器５から流出する熱媒体の温度の急変をより確実に防止できる。

実施の形態３．
次に、図５を参照して、実施の形態３について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。実施の形態３の熱媒体システム１のハードウェア構成は、図１による実施の形態１と同一または類似であるので、説明を省略する。図５は、実施の形態３による蓄熱運転のときの処理を示すフローチャートである。実施の形態３において制御装置５０は、蓄熱運転のときに図５のフローチャートの処理を周期的に繰り返し実行する。

実施の形態３において制御装置５０は、下部温度、中部温度、及び入口温度に基づいて流路切替弁８の動作を制御する。実施の形態３において、蓄熱運転の開始当初は、流路切替弁８は、第三通路１０に連通する第二入口８ｂを開き、第二通路９に連通する第一入口８ａを閉じるように切り替えられている。すなわち、蓄熱運転の開始当初は、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。

図５のステップＳ２１において、制御装置５０は、温度センサ２１により中部温度Ｔａを検出する。処理はステップＳ２２へ進み、制御装置５０は、温度センサ２０により下部温度Ｔｂを検出する。処理はステップＳ２３へ進み、制御装置５０は、温度センサ１９により入口温度Ｔｃを検出する。処理はステップＳ２４へ進む。

「第一温度」は、下部温度Ｔｂに正の所定値を加算した温度である。以下の説明では、例として、この「所定値」を５℃とする。「第一条件」は、入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）以下であるという条件である。「第二条件」は、中部温度Ｔａが基準温度以下であるという条件である。以下の説明では、例として、この基準温度を３０℃とする。

ステップＳ２４で、制御装置５０は、上記「第一条件」及び「第二条件」が満たされるかどうかを判断する。「第一条件」及び「第二条件」の双方が満たされる場合、すなわち、入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）以下で、かつ、中部温度Ｔａが基準温度の３０℃以下の場合には、処理はステップＳ２４からステップＳ２５に進む。ステップＳ２５で、制御装置５０は、第三通路１０を通る熱媒体の流量を増やす方向に流路切替弁８を作動させる。すなわち、制御装置５０は、第三通路１０に連通する第二入口８ｂの開度が少し拡大するとともに第二通路９に連通する第一入口８ａの開度が少し縮小するように、流路切替弁８を作動させる。ここで、第二入口８ｂの開度が全開で第一入口８ａの開度が全閉の状態に既になっている場合には、その状態を維持する。

これに対し、ステップＳ２４で、上記「第一条件」及び「第二条件」の少なくとも一方が満たされない場合、すなわち、入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）より高いか、中部温度Ｔａが基準温度の３０℃より高い場合には、処理はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６で、制御装置５０は、第二通路９を通る熱媒体の流量を増やす方向に流路切替弁８を作動させる。すなわち、制御装置５０は、第二通路９に連通する第一入口８ａの開度が少し拡大するとともに第三通路１０に連通する第二入口８ｂの開度が少し縮小するように、流路切替弁８を作動させる。ここで、第一入口８ａの開度が全開で第二入口８ｂの開度が全閉の状態に既になっている場合には、その状態を維持する。

本実施の形態３において蓄熱運転のときには、以下のようになる。前述したように、蓄熱運転の開始当初は、蓄熱槽２の中部２ｂから流出した熱媒体が、第二熱交換器６及び第一熱交換器５を通過して、蓄熱槽２の上部２ａに流入するように運転される。その後、蓄熱槽２の中部２ｂから第三通路１０へ流出する熱媒体の温度が徐々に上昇するので、入口温度Ｔｃが徐々に上昇する。そして、入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）より高くなると、ステップＳ２６の処理により、流路切替弁８の第一入口８ａが開き始める。これにより、蓄熱槽２の中部２ｂから第三通路１０へ流出した熱媒体と、蓄熱槽２の下部２ｃから第二通路９へ流出した熱媒体とが混合して第四通路１１に流入するように運転される。入口温度Ｔｃが第一温度（Ｔｂ＋５℃）より高い状態が続くと、第二通路９を通る熱媒体の流量がさらに増加するとともに第三通路１０を通る熱媒体の流量は低下する。また、中部温度Ｔａが基準温度の３０℃より高くなると、ステップＳ２６の処理が繰り返し行われるので、第三通路１０を通る熱媒体の流量はゼロにまで低下する。

本実施の形態３であれば、実施の形態１に類似した効果に加えて、以下の効果が得られる。流路切替弁８の切り替わりの動作が緩やかになるので、流路切替弁８から第四通路１１に流入する熱媒体の温度の急変をより確実に防止できる。その結果、第一熱交換器５から流出する熱媒体の温度の急変をより確実に防止できる。

１ 熱媒体システム、 ２ 蓄熱槽、 ４ 圧縮機、 ５ 第一熱交換器、 ６ 第二熱交換器、 ７ 第一通路、 ８ 流路切替弁、 ８ａ 第一入口、 ８ｂ 第二入口、 ８ｃ 出口、 ９ 第二通路、 １０ 第三通路、 １１ 第四通路、 １２ 第五通路、 １３ 循環ポンプ、 １４ 減圧装置、 １５ 蒸発器、 １９，２０，２１，２４ 温度センサ、 ２３ 給湯栓、 ５０ 制御装置、 ６０ 熱需要部

Claims (6)

1. 熱媒体を貯留する蓄熱槽と、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と、前記熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
   前記圧縮機で圧縮される前の前記冷媒と、前記熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、
   前記第二熱交換器から前記第一熱交換器へ流れる前記熱媒体が通る第一通路と、
   第一入口、第二入口、及び出口を有する流路切替手段と、
   前記蓄熱槽の下部から前記流路切替手段の前記第一入口へ流れる前記熱媒体が通る第二通路と、
   前記蓄熱槽の前記下部より上位の中部から前記流路切替手段の前記第二入口へ流れる前記熱媒体が通る第三通路と、
   前記流路切替手段の前記出口から前記第二熱交換器へ流れる前記熱媒体が通る第四通路と、
   前記第一熱交換器から、前記蓄熱槽の前記中部より上位の上部へ流れる前記熱媒体が通る第五通路と、
   前記第一熱交換器を通過した前記熱媒体を前記蓄熱槽の前記上部へ流入させる蓄熱運転の実行中に前記流路切替手段の動作を制御する制御手段と、
   前記蓄熱槽の前記下部にある前記熱媒体の温度である下部温度を検出する手段と、
   前記第一熱交換器に流入する前記熱媒体の温度である入口温度を検出する手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記下部温度及び前記入口温度に基づいて前記流路切替手段の動作を制御する熱媒体システム。
2. 第一温度は、前記下部温度に所定値を加算した温度であり、
   前記制御手段は、前記入口温度が前記第一温度以下の場合には、前記第一入口を通る流量が減少して前記第二入口を通る流量が増加するように前記流路切替手段を作動させ、前記入口温度が前記第一温度より高い場合には、前記第一入口を通る流量が増加して前記第二入口を通る流量が減少するように前記流路切替手段を作動させる請求項１に記載の熱媒体システム。
3. 熱媒体を貯留する蓄熱槽と、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と、前記熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
   前記圧縮機で圧縮される前の前記冷媒と、前記熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、
   前記第二熱交換器から前記第一熱交換器へ流れる前記熱媒体が通る第一通路と、
   第一入口、第二入口、及び出口を有する流路切替手段と、
   前記蓄熱槽の下部から前記流路切替手段の前記第一入口へ流れる前記熱媒体が通る第二通路と、
   前記蓄熱槽の前記下部より上位の中部から前記流路切替手段の前記第二入口へ流れる前記熱媒体が通る第三通路と、
   前記流路切替手段の前記出口から前記第二熱交換器へ流れる前記熱媒体が通る第四通路と、
   前記第一熱交換器から、前記蓄熱槽の前記中部より上位の上部へ流れる前記熱媒体が通る第五通路と、
   前記第一熱交換器を通過した前記熱媒体を前記蓄熱槽の前記上部へ流入させる蓄熱運転の実行中に前記流路切替手段の動作を制御する制御手段と、
   前記蓄熱槽の前記下部にある前記熱媒体の温度である下部温度を検出する手段と、
   前記蓄熱槽の前記中部にある前記熱媒体の温度である中部温度を検出する手段と、
   前記第一熱交換器に流入する前記熱媒体の温度である入口温度を検出する手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記下部温度、前記中部温度、及び前記入口温度に基づいて前記流路切替手段の動作を制御する熱媒体システム。
4. 前記制御手段は、第一条件及び第二条件の双方が満たされる場合には、前記第一入口を通る流量が減少して前記第二入口を通る流量が増加するように前記流路切替手段を作動させ、前記第一条件及び前記第二条件の少なくとも一方が満たされない場合には、前記第一入口を通る流量が増加して前記第二入口を通る流量が減少するように前記流路切替手段を作動させ、
   第一温度は、前記下部温度に所定値を加算した温度であり、
   前記第一条件は、前記入口温度が前記第一温度以下であるという条件であり、
   前記第二条件は、前記中部温度が基準温度以下であるという条件である請求項３に記載の熱媒体システム。
5. 前記蓄熱槽の前記中部にある前記熱媒体の温度である中部温度を検出する手段を備え、
   前記制御手段は、前記中部温度が基準温度以下の場合には前記第一入口が閉じて前記第二入口が開くように前記流路切替手段を切り替え、前記中部温度が前記基準温度より高い場合には前記第一入口が開いて前記第二入口が閉じるように前記流路切替手段を切り替える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱媒体システム。
6. 第二基準温度は、前記基準温度より低い温度であり、
   前記制御手段は、前記中部温度が前記第二基準温度以上の場合には前記第一入口が閉じて前記第二入口が開くように前記流路切替手段を切り替え、前記中部温度が前記第二基準温度より低い場合には前記第一入口が開いて前記第二入口が閉じるように前記流路切替手段を切り替える請求項５に記載の熱媒体システム。

Images