JP7374319B2

JP7374319B2 - 空調システム

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Publication number: JP7374319B2
Application number: JP2022527382A
Authority: JP
Inventors: 茂飯島; 幸大栗原; 清治野田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2023-11-06
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: WO2021240712A1; JPWO2021240712A1

Description

本発明は、固体状態と液体状態との間で相変化する蓄熱材が循環する循環回路を備えた空調システムに関する。

固体状態と液体状態との間で相変化する蓄熱材が循環する循環回路を備えた蓄熱装置では、液体状態の蓄熱材による顕熱だけでなく、固体状態から液体状態に相変化する際の潜熱も利用している。そのため、かかる蓄熱装置では、冷房および暖房の両方のモードにおいて、蓄熱効率の向上が期待できる。一方で、冷房および暖房の両方のモードで蓄熱材による蓄熱効率の向上を達成するには、複数種類の蓄熱材を循環回路に入れる必要がある。

そこで、冷房用および暖房用のそれぞれに対応する２種類の蓄熱材を封入した循環回路を用いた輻射式冷暖房装置として、冷房および暖房のそれぞれの使用温度で相変化する蓄熱材をカプセルに入れた空調システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の空調システムは、ビル用または家庭用の冷房および暖房のそれぞれに対応した２種類の蓄熱材を封入したカプセルを循環回路内に循環させ、これら２種類の蓄熱材を冷房および暖房の設定に合わせて選択的に適用するものである。

特開２０１６－１２５７４０号公報

しかしながら、かかる特許文献１の空調システムでは、冷房用および暖房用に対応した容器および熱交換機をそれぞれ循環回路に含むため、循環回路の大きさが通常の空調システムと比べて２倍となってしまう問題があった。

本開示は、上述した課題を解決するためのものであり、循環回路を増設することなく、冷房または暖房の設定に合わせて、蓄熱材を選択的に循環させ、伝熱効率を向上できる循環回路を備えた空調システムを提供することを目的とする。

本開示に係る空調システムは、室内機と、熱交換器と、が配管接続されてなる循環回路内に常温で液体である流動媒体を循環させて熱交換を行う空調システムであって、前記循環回路は、固体状態と液体状態との間で相変化する蓄熱材が封入されてなり、前記流動媒体に含まれる複数のカプセルと、前記複数のカプセルを捕集および解放するトラップと、前記トラップに対する前記流動媒体の出入りを逆転させる制御部と、を備え、前記熱交換器は、前記流動媒体を冷却または加熱する熱源であり、室外機で冷却または加熱された冷媒と前記流動媒体との間で熱交換を行い、前記トラップは、冷房または暖房の設定に応じて、前記複数のカプセルを捕集および解放するものである。

本開示によれば、冷房または暖房の設定に応じて、トラップにて固体状態と液体状態との間で相変化する蓄熱材が封入された複数のカプセルを捕集および解放するため、冷房用および暖房用の蓄熱材を、１つの循環回路において選択的に循環させることができる。かくして、循環回路を増設することなく、冷房または暖房の設定に合わせて、蓄熱材を選択的に循環させ、伝熱効率を向上できる。

実施の形態１に係る循環回路を示す概略図である。実施の形態１に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態１に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態３に係る循環回路を示す概略図である。実施の形態３に係る循環回路を示す概略図である。実施の形態４に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態５に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態６に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態７に係る循環回路を示す概略図である。実施の形態７に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態７に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態７に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態８に係るトラップの内部構造を示す断面概略図である。実施の形態９に係る循環回路を備えた空調システムを示す概略図である。

以下、本開示に係る循環回路およびそれを備えた空調システムの実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、明細書全文および図面に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。すなわち、本開示は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能である。また、そのような変更を伴う循環回路およびそれを備えた空調システムも本開示の技術思想に含まれる。さらに、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

実施の形態１．
＜循環回路１００の構成＞
ここでは、図１を用いて、実施の形態１に係る循環回路１００の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る循環回路１００を示す概略図である。本実施の形態１における循環回路１００は、室内機１、熱交換器２、流動媒体用ポンプ３、制御部であるコントローラ４、トラップ５、および、配管６を備え、循環する流動媒体として水と、水中に蓄熱材を封入したカプセル７と、が分散し、水と一緒に流れている。なお、以下では、流動媒体用ポンプ３を単にポンプ３と称す。

図１に示すように、本実施の形態１に係る循環回路１００は、例えば空調システムの室内機側の循環回路である。室内機１は熱負荷源であり、室内のユーザ、および、冷却または加熱対象物に対して冷風、または温風を提供する。熱交換器２は、前記流動媒体を冷却または加熱する熱源であり、室外機で冷却または加熱された冷媒と前記流動媒体間で熱交換を行う。ポンプ３は、循環回路１００内を流動媒体が循環するために駆動力を与える装置である。コントローラ４は、ユーザの設定に応じて循環回路１００内の構成要素を制御し、トラップ５がカプセル７を捕集または解放するように設定する。配管６は、循環回路の構成要素を接続するために用いられ、材質としてはステンレス、銅、黄銅、および、鋼等の金属、または、ポリ塩化ビニルなどの樹脂が利用される。

カプセル７には、空調の使用温度域で相変化を起こす物質を封入する。当該物質としては、飽和炭化水素である直鎖状のデカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、ヘンエイコサン、ドコサン、トリコサン、テトラコサン、ペンタコサン、ヘキサコサン、ヘプタコサン、オクタコサン、ノナコサン、トリアコンタン、ヘントリアコンタン、ドトリアコンタン、トリトリアコンタン、テトラトリアコンタン、ペンタトリアコンタン、ヘキサトリアコンタン、ヘプタトリアコンタン、オクタトリアコンタン、ノナトリアコンタン、テトラコンタン、ドテトラコンタン、トリテトラコンタン、テットラテトラテトラコンタン、ヘキサテトラコンタン、オクタテトラコンタン、ペンタコンタン、ヘキサコンタン、ヘプタコンタン、および、ヘクタン等のパラフィン系化合物等から選定することができる。

また、この物質としては、脂肪酸であるパルミチン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、パルミトレイン酸、ｙ－リノレン酸、リノール酸、アラキドン酸、α－リノレン酸、デカン酸、ペンタデカン酸、ヘプタデカン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、デセン酸、ペンタデセン酸、および、ミリストレイン酸等から選定することができる。

さらに、この物質としては、金属系である水銀、カリウム、ナトリウム、ガリウム、インジウム、ビスマス、アルミニウム、亜鉛、けい素、マグネシウム、銅、錫、鉛、カドミウム、および、これらを少なくとも一つ含む合金類等から選定することができる。

さらに、この物質としては、糖アルコール類であるＤ－スレイトール、Ｌ－スレイトール、ＤＬ－スレイトール、メソ－エリスリトール、Ｌ－エリスリトール、Ｄ－エリスリトール、ＤＬ－エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、Ｄ－アラビトール、Ｌ－アラビトール、ＤＬ－アラビトール、Ｄ－ソルビトール、Ｌ－ソルビトール、ＤＬ－ソルビトール、Ｄ－マンニトール、Ｌ－マンニトール、および、ＤＬ－マンニトール等から選定することができる。

さらに、この物質としては、水和塩であるフッ化カリウム４水和物、塩化カルシウム６水和物、硝酸リチウム３水和物、酢酸ナトリウム３水和物、チオ硫酸ナトリウム５水和物、硫酸ナトリウム１０水和物、リン酸水素２ナトリウム、塩化鉄６水和物、硫酸マグネシウム７水和物、酢酸リチウム２水和物、水酸化ナトリウム１水和物、水酸化バリウム８水和物、水酸化ストロンチウム８水和物、硫酸アルミニウムアンモニウム６水和物、および、硫酸アルミニウムカリウム６水和物等から選定することができる。

さらに、この物質としては、溶融塩である塩化アルミニウム、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、水酸化リチウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、フッ化カリウム、フッ化リチウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、硝酸バリウム、および、炭酸ナトリウム等から選定することができる。

その他、この物質としては、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の包接水和物、および、トリメチロールエタンの水和物水等から選定することができる。

前述した化合物は、濃度によって相変化温度が変化するため、目標の使用温度に合わせて濃度を調整するとよい。カプセル７の外殻は、無機化合物、有機高分子化合物、セラミックス、および、金属を用いて合成するとよい。カプセル７の形状としては、トラップ５の形状に依存するが、球体積相当径５〔μｍ〕以上、望ましくは１０〔μｍ〕以上とするとよい。

カプセル７は、冷房または暖房時に循環回路１００を循環し、他方の設定時にはトラップ５に捕集される。ポンプ３は送液方向を反転させる機能を有し、ユーザの設定に応じてコントローラ４がポンプ３の送液方向を制御する。

次に、トラップ５として重力沈降型トラップを使用した場合について、図２および図３を用いて説明する。図２は、実施の形態１に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。図３は、実施の形態１に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。なお、図２および図３において、太矢印は水の流れ方向を示し、実線の矢印はカプセル７の軌道を示している。

図２および図３に示すように、トラップ５は、中空円筒容器８の側面に第２流出入配管としての側面配管９が接続され、頂上に第１流出入配管としての頂上配管１０が接続されている。中空円筒容器８の内径、および、高さは、カプセル７の大きさに合わせて設計されており、カプセル７が水との密度の差から重力沈降により沈殿する。そのため、図２に示すように、側面配管９を入口とし、頂上配管１０を出口とすると、カプセル７は中空円筒容器８の底部に沈降する。このときの送液方向を正方向とする。

一方、図３に示すように、中空円筒容器８の頂上配管１０を入口とし、側面配管９を出口とすると、頂上配管１０から入った水は中空円筒容器８の底面に衝突し、底面の流動状態を乱す。そのため、カプセル７は底面に沈降せず、出口である側面配管９から排出される。このときの送液方向を逆方向とする。

前述した正方向でカプセル７を含む水を一定時間流し、カプセル７が中空円筒容器８の底面に沈殿していた状態から、逆方向に流れ方向を切り替えた場合、中空円筒容器８の底面に沈殿していたカプセル７は巻き上げられ側面配管９から排出される。そして、側面配管９から排出されたカプセル７は、循環回路１００内を循環する。つまり、正方向と逆方向を切り替えることで、トラップ５に対するカプセル７の捕集、または、解放を選択的に行うことができる。

なお、トラップ５の形状については、カプセル７の大きさ、および、密度に合わせて設計する必要がある。設計方法の例としては、所謂、ストークスの式に代表される流体中の粒子の沈降に関する式により求められる終端速度と、正方向で使用する場合の流量と、トラップ５の内径から計算されるトラップ５内の水溶液の線流速の値と、を比較し、終端速度が線流速と同等、もしくは速くなるように設計するとよい。

また、トラップ５の内部に障害物を入れ、トラップ５の内径を小さくすることも可能である。このような複雑な設計をする場合には、実際にトラップ５を備えた循環回路１００を組み立て、カプセル７を含む水溶液を流し、トラップ５に必要な内径を求めてもよい。トラップ５の材質は、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウム、および、鋼等の各種金属、または、ポリ塩化ビニル、および、アクリル等の各種樹脂材料を用いればよい。但し、トラップ５の材質としては、温度変化に強い材質を選ぶ必要がある。

送液方向の逆転は、ユーザの設定に合わせてコントローラ４を用いて行う。図１において、コントローラ４はポンプ３に接続されている。ユーザのリモコン操作、あるいは不図示の空調システムの温度センサーにより自動的に判断されることで、コントローラ４から電気的信号が発せられ、ポンプ３の送液方向を制御する。

このようにして、循環回路１００では、水を流動媒体として使用した場合に比べて、カプセル７を用いたことで潜熱、顕熱の両方を使用するため単位流量当たりの搬送熱量が大きくなる。そのため、ポンプ３による熱媒体の搬送動力低減を実現できる。

＜実施の形態１の効果＞
以上、説明したように、本実施の形態１に係る循環回路１００によれば、冷房または暖房の設定に応じて、トラップ５にて複数のカプセル７を捕集および解放するため、冷房用および暖房用の蓄熱材を、１つの循環回路１００において選択的に循環させることができる。かくして、循環回路１００を増設することなく、冷房または暖房の設定に合わせて、蓄熱材を選択的に循環させ、伝熱効率を向上できる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、水と１種類の蓄熱材とを封入したカプセル７を混入した水を流動媒体として利用した場合について説明したが、流動媒体としては、実施の形態１の態様に限ることはない。例えば、実施の形態２に係る循環回路１００としては、カプセル７を混入する水に更に化合物を溶かしてなる水溶液を流動媒体として利用してもよい。この場合、循環回路１００の構成としては、図１と同様である。また、この水溶液の一部が相変化温度の周囲で粒子となり、水と共にスラリーを形成する蓄熱材を使用すると更によい。ここで、蓄熱材としては、実施の形態１でカプセル７に封入する蓄熱材として挙げた化合物から選定すればよい。冷房に使用する場合、望ましくは相変化温度が５℃以上１０℃未満となる化合物を選ぶとよい。これらの化合物は、濃度によって相変化温度が変化するため、目標の使用温度に合わせて濃度を調整するとよい。また、循環回路１００中の全ての構成物は、蓄熱材に対応した耐薬品性の高い材料を選ぶ必要がある。

かかる循環回路１００では、カプセル７がトラップ５に捕集され、流動媒体中の蓄熱材のみが循環する正方向の流れの場合と、カプセル７がトラップ５から解放され、流動媒体とカプセル７との両方が循環する逆方向の流れの場合と、の２つの状態が考えられる。正方向の流れにおいては、カプセル７は流れず、流動媒体中の蓄熱材がスラリーを形成し、流動媒体中の蓄熱材が相転移を起こす蓄熱材相転移温度の周囲において、潜熱と顕熱とを利用できる。逆方向の流れにおいては、カプセル７が流れるため、カプセル７に内包される蓄熱材の相転移温度周囲において、潜熱と顕熱とを利用できる。

このような構成においては、流動媒体に含まれる蓄熱材を冷房用とし、カプセル７に封入される蓄熱材を暖房用とする、ことが望ましい。流動媒体側の蓄熱材を暖房用、カプセル７側の蓄熱材を冷房用とすると、カプセル７内部の蓄熱材が相変化を起こす温度まで冷却された場合、流動媒体が融点より低い温度に冷却されるため、流動媒体自体が凝固する虞がある。

この場合、冷房モードでは、蓄熱材を含む流動媒体のみが循環する。液体の状態で室外機に入った流動媒体は、室外機で冷却され、一部が粒子となりスラリー状となる。その後、室内機で冷風を提供することで加熱され液体となり、室外機に至る。一方、暖房モードでは、流動媒体とカプセル７との両方が循環する。液体とカプセル７とが共存し、カプセル７内部の蓄熱材は固体の状態で室外機に入る。流動媒体は、室外機で加熱されると、状態変化を起こさずに加熱される。一方、カプセル７内部の蓄熱材は、固体から液体に状態変化し、蓄熱する。その後、室内機で温風を提供することで冷却され、カプセル７内部の蓄熱材は固体になり、室外機に至る。

＜実施の形態２における効果＞
以上、説明した本実施の形態２に係る循環回路１００によれば、水または水溶液を流動媒体として使用した場合に比べて、カプセル７および蓄熱材を含む流動媒体の潜熱および顕熱の両方を使用するため、単位流量当たりの搬送熱量が大きくなる。従って、ポンプ３による熱媒体の搬送動力低減を実現できる。かくして、本実施の形態２に係る循環回路１００では、循環回路１００を増設することなく、冷房または暖房の設定に合わせて、蓄熱材を選択的に循環させ、伝熱効率を向上できる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る循環回路１０１について、図４および図５を用いて説明する。図４は、実施の形態３に係る循環回路１０１を示す概略図である。図５は、実施の形態３に係る循環回路１０１を示す概略図である。図１との対応部分に同一符号を付して示す図４および図５は、複数（この場合、３つ）の三方弁１１、１２および１３と、バイパス流路６ａおよび６ｂと、を更に備える点を除き、前述した実施の形態１と同様に構成される。そのため、ここでは共通する構成についての詳細な説明を割愛する。

本実施の形態３に係る循環回路１０１では、図４および図５に示すように、３つの三方弁１１、１２および１３と、バイパス流路６ａおよび６ｂと、を組み合わせて、三方弁１１、１２および１３の開閉をコントローラ４によって制御する。これにより、本実施の形態３に係る循環回路１０１では、流動媒体の送液方向を反転、換言すれば、トラップ５に対する流動媒体の出入りを逆転させている。図４では、正方向の流れとする回路の例を示し、図５では、逆方向の流れとする回路の例を示している。このように構成することで、流動媒体の送液方向の反転機能を持たない安価なポンプ３を使用した場合においても、流動媒体の流れ方向を反転させることが可能となる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態４に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。実施の形態１では、トラップ５が重力沈降を利用する場合について述べたが、トラップ５の構造はこれに制限されることはなく、カプセル７の捕集および解放を制御できればよい。例えば、図２との対応部分に同一符号を付した図６に示すように、トラップ５の底部に電磁石１３を設置してもよい。この場合、カプセル７の外殻の材料として金属などの磁性を示す材料を利用するか、カプセル７の内部に磁性体を持つように合成するとよい。電磁石１３を利用する場合、ユーザの設定または空調システムの温度センサーにより自動的に判断されることで、コントローラ４から電気的信号が発せられ、電磁石１３の磁力印加を切り替える。磁力が印加される場合、カプセル７は磁力に引き寄せられ、トラップ５の底部に捕集される。一方、電磁石１３の磁力印加を停止すると、カプセル７は解放される。カプセル７が小径である場合、トラップ５での捕集を可能にすると共に、トラップ５を小型化することができる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態５に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。実施の形態１では、トラップ５が重力沈降を利用する場合について述べたが、トラップ５がカプセル７を解放する動作をより促進する構造とすると更によい。実施の形態１のトラップ５では、図２に示すように底面の端部を直角とする構造を採用したが、図７に示すように、トラップ５の底面の端部を曲面とすると、カプセル７の解放を促進できる。

具体的に、実施の形態５では、トラップ５の側面配管９を入口とし、頂上配管１０を出口とすると、カプセル７は水との密度差により底面に沈降する。その状態で、頂上配管１０を入口とし、側面配管９を出口とすると、入口から入った水が底面に衝突しカプセル７を巻き上げ、カプセル７が出口から排出される。このとき、トラップ５の底面の端部が曲面であるため、底面に衝突した後の流れの流路抵抗が低減され、排出を促進できる。

実施の形態６．
次に、実施の形態６について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態６に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。トラップ５としては、図２との対応部分に同一符号を付した図８に示すように、トラップ５の内部にヒーターエレメント１４を備える構成としてもよい。

例えば、寒冷地において、スラリーを形成する水と蓄熱材とを混合した冷房用の水溶液と、暖房用の蓄熱材を封入したカプセル７と、を使用した循環回路１００を長期間稼働させずに、外気温が極端に低下した状態とする。この場合、ヒーターエレメント１４を利用して冷媒用の蓄熱材水溶液を加熱し、溶解させる予備運転を行うことで、冷房用の蓄熱材水溶液が凝固するのを防止し、循環回路１００が閉塞するのを回避できる。

このとき、ヒーターエレメント１４は、発熱体を封入した棒状の金属で構成され、電気を動力として加熱機能を提供する。これにより、追加のヒーターを循環回路１００に備える必要がなくなるため、省スペース化を実現できる。ヒーターエレメント１４の動作には、コントローラ４を用いるが、流動状態を確認するためのセンサーを追加で備える必要がある。このセンサーは、図示省略するが水溶液の温度、粘度、または、循環回路１００内の流量のいずれかを測定する機能を有する。

また、この場合、副次的な効果として、ヒーターエレメント１４がトラップ５に存在することで障害物となり、カプセル７の捕集を促進することができる。よって、トラップ５の小型化につながる。

実施の形態７．
次に、実施の形態７について、図９～図１２を用いて説明する。図９は、実施の形態７に係る循環回路１０２を示す概略図である。図１０は、実施の形態７に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。図１１は、実施の形態７に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。図１２は、実施の形態７に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。

実施の形態１では、トラップ５が側面配管９と、頂上配管１０と、を有する構成を示したが、これに限定されることなく、トラップ５が更に多くの配管を有する構成としてもよい。例えば、図９に示す循環回路１０２と、図１０に示すトラップ５と、の構造のように、側面配管９、および、頂上配管１０に加えて底面配管１５を有することで、カプセル７の捕集、および、解放を促進することができる。側面配管９、頂上配管１０、および、底面配管１５の先端には、それぞれバルブ１６、１７および１８が設置されており、流路として使用する場合、バルブ１６、１７および１８を開状態、使用しない場合には閉状態とする。この場合、トラップ５がカプセル７を捕集する正方向の送液を実現するには、図１１に示すように、側面配管９を入口とし、頂上配管１０を出口とし、底面配管１５を閉とする。逆方向の送液を実現するには、図１２に示すように、頂上配管１０を入口とし、底面配管１５を出口とするとよい。いずれの場合も底面および底面配管１５内に捕集されたカプセル７を確実に解放でき、実施の形態１のように、頂上配管１０を入口とし、側面配管９を出口とする場合よりもカプセル７の解放を促進する効果が得られる。バルブ１６、１７および１８の操作は、コントローラ４を用いて行い、実施の形態１および３で説明したポンプ３の流れ方向の変更と連動して行う。

実施の形態８．
次に、実施の形態８について、図１３を用いて説明する。図１３は、実施の形態８に係るトラップ５の内部構造を示す断面概略図である。実施の形態１では、トラップ５が重力沈降を利用する場合、実施の形態４ではトラップ５が電磁石を利用する場合について述べたが、トラップ５の構造はこれに限定するものではない。

例えば、実施の形態７で述べたように、側面配管９、頂上配管１０、および、底面配管１５を有するトラップ５において、図１３に示すように、頂上配管１０にカプセル７より目の細かい網、あるいは水溶液のみ通過可能な膜等の障害物１９を設置してもよい。この場合、カプセル７を確実に排出しないようにできる。このとき、送液方向が正方向の場合、側面配管９を入口とし、頂上配管１０を出口とすることで、頂上配管１０に設置された障害物１９によってカプセル７の排出を防ぐ。送液方向が逆方向の場合、側面配管９を入口とし、底面配管１５を出口とすればよい。バルブ１６、１７および１８の操作は、コントローラ４を用いて行い、実施の形態３で述べたように、ポンプ３の流れ方向の変更と連動して行う。また、障害物１９の表面にカプセル７、または、固体化した蓄熱材が析出し、送液方法が正方向の流れを阻害することも考えられるので、定期的な逆洗運転を実施すると更によい。逆洗運転の制御は、コントローラ４を使用するとよい。

実施の形態９．
次に、実施の形態９として、前述した実施の形態１～８に述べた循環回路１００～１０２を備えた空調システムの一例について、図１４を用いて説明する。図１４は、実施の形態９に係る循環回路１０３を備えた空調システムを示す概略図である。

図１４に示すように、循環回路１０３は、室外機２１、冷媒用ポンプ２０、配管６、冷媒、流動媒体間の熱交換器２、流動媒体用ポンプ３、コントローラ４、複数の室内機１ａ、１ｂおよび１ｃ、並びにトラップ５を備えて構成される。この場合、流動媒体中には、カプセル７が含まれている。また、ここでは、室内機１ａ、１ｂおよび１ｃが３台である場合について述べるが、これに限定されることなく、ビルの規模により室内機の台数は増減する。流動媒体またはカプセル７は、複数の室内機１ａ、１ｂおよび１ｃで室内空気と熱交換され、冷風または温風を提供する。その後、熱交換器２を通り、再び冷却または加熱され、相変化した後、潜熱と顕熱との両方の形で蓄熱した熱を搬送する。ユーザのリモコンによる設定、または、図示省略する室内機のセンサーにより室温の寒暖が変化した場合、実施の形態１で述べたように、コントローラ４が電気的信号を発し、ポンプ３の動作方向を変化させ、カプセル７の循環の有無を制御する。同時に室外機の運転モードを変更し、加熱運転と冷却運転とを切り替える。

例えば、空調システムを暖房として使用する場合、循環回路１０３の送液方向はコントローラ４を利用して正方向に変更され、水のみが流れるようになる。この場合、熱交換器２の対向流路には、室外機２１により高温となった冷媒が流れ、水が加熱される。水は相変化を起こさないため、顕熱として熱量が蓄えられる。また、空調システムを冷房として使用する場合、循環回路１０３の送液方向は、コントローラ４を利用して逆方向に変更され、水とカプセル７が流れるようになる。この場合、熱交換器２の対向流路には、室外機２１により低温となった冷媒が流れ、水とカプセル７とが冷却される。カプセル７内部では、蓄熱材が相変化を起こし、蓄熱材の潜熱および顕熱と、水の顕熱と、の両方が蓄えられる。

このように、実施の形態９に係る循環回路１０３を用いた空調システムによれば、冷房または暖房の設定に合わせて、冷房用および暖房用の蓄熱材を、１つの循環回路１０３において選択的に循環させることができる。かくして、循環回路１０３を増設することなく、冷房または暖房の設定に合わせて、蓄熱材を選択的に循環させ、伝熱効率を向上できる。

１室内機、１ａ室内機、１ｂ室内機、２熱交換器、３流動媒体用ポンプ、４コントローラ、５トラップ、６配管、６ａバイパス流路、６ｂバイパス流路、７カプセル、８中空円筒容器、９側面配管、１０頂上配管、１１三方弁、１２三方弁、１３電磁石、１４ヒーターエレメント、１５底面配管、１６バルブ、１７バルブ、１９障害物、２０冷媒用ポンプ、２１室外機、１００循環回路、１０１循環回路、１０２循環回路、１０３循環回路。

Claims

室内機と、熱交換器と、が配管接続されてなる循環回路内に常温で液体である流動媒体を循環させて熱交換を行う空調システムであって、
前記循環回路は、
固体状態と液体状態との間で相変化する蓄熱材が封入されてなり、前記流動媒体に含まれる複数のカプセルと、
前記複数のカプセルを捕集および解放するトラップと、
前記トラップに対する前記流動媒体の出入りを逆転させる制御部と、
を備え、
前記熱交換器は、前記流動媒体を冷却または加熱する熱源であり、室外機で冷却または加熱された冷媒と前記流動媒体との間で熱交換を行い、
前記トラップは、
冷房または暖房の設定に応じて、前記複数のカプセルを捕集および解放する、空調システム。
前記カプセルは、前記熱交換器において前記流動媒体と異なる温度で相転移を起こす蓄熱材を封入してなる、請求項１に記載の空調システム。
前記流動媒体と前記カプセルとを流動させる駆動力を与えるポンプを更に備え、
前記ポンプは、
前記制御部の信号により前記流動の方向を反転させる機能を有する、請求項１または２に記載の空調システム。
前記流動媒体と前記カプセルとを流動させる駆動力を与えるポンプを更に備え、
前記ポンプの周囲の前記循環回路にバルブを配管接続し、前記バルブを前記制御部の信号により制御することで内部の流れ方向を反転させる機能を備える、請求項１または２に記載の空調システム。
前記流動媒体が相転移を起こす相転移温度は、前記蓄熱材が相転移を起こす蓄熱材相転移温度と異なる、請求項１～４のいずれか一項に記載の空調システム。
前記トラップに接続され、前記トラップへの前記流動媒体の流出入を行う第１流出入配管と、
前記第１流出入配管よりも下方で前記トラップに接続され、前記トラップへの前記流動媒体の流出入を行う第２流出入配管と、
を更に備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の空調システム。