WO2025154367A1

WO2025154367A1 - 蓄熱空調システムおよび制御方法

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Publication number: WO2025154367A1
Application number: PCT/JP2024/039756
Authority: WO
Inventors: 善仁嘉田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2024-01-16
Filing date: 2024-11-08
Publication date: 2025-07-24
Anticipated expiration: 2026-07-16
Also published as: JP2025110485A

Abstract

空調に要する消費電力を低減することができる蓄熱式の空調システムを提供する。蓄熱空調システムは、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を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器と、前記蓄熱用熱交換器の下流側に設けられた膨張弁と、前記膨張弁で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器と、前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記蓄熱用熱交換器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を接続する前記冷媒が通過する主配管と、蓄熱材を貯留する蓄熱タンクと、前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器へ送出するポンプと、前記蓄熱タンクと、前記ポンプと、前記蓄熱用熱交換器と、を接続する前記蓄熱材が通過する蓄熱材流路と、を備える。

Description

蓄熱空調システムおよび制御方法

　本開示は、蓄熱空調システムおよび制御方法に関する。本開示は、２０２４年１月１６日に、日本に出願された特願２０２４－００４３３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　特許文献１には、冷却液源を給排可能に収容する地下鉄の車輌に設けられる熱源タンクおよび該熱源タンク内の冷却液源を用いる熱交換により前記車輌の室内を冷却する室内機を備え、熱源タンクおよび室内機との間で冷却液源を循環させる空調装置と、室内機での熱交換によって昇温した熱源タンク内の冷却液源を該冷却液源よりも低温の冷却液源と交換するための熱源給排装置とを含む、地下鉄車輌の空調システムが開示されている。特許文献１の空調システムにおいて、熱源給排基地は、車両の外部の地下鉄の線路に沿って設けられる。車両などの移動体においては、空調システムの電源の容量に制約があることが多く、空調に要する消費電力の低減が求められる。

特開２００９－１８４６２１号公報

　空調に要する消費電力を低減することができる蓄熱式の空調システムを提供する。

　本開示は、上述の課題を解決することのできる蓄熱空調システムおよび制御方法を提供する。

　本開示の一態様によれば、蓄熱空調システムは、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を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器と、前記蓄熱用熱交換器の前記下流側に設けられた膨張弁と、前記膨張弁で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器と、前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記蓄熱用熱交換器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を接続する前記冷媒が通過する主配管と、蓄熱材を貯留する蓄熱タンクと、前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器へ送出するポンプと、前記蓄熱タンクと、前記ポンプと、前記蓄熱用熱交換器と、を接続する前記蓄熱材が通過する蓄熱材流路と、を備える。

　本開示の一態様によれば、制御方法は、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を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器と、前記蓄熱用熱交換器の前記下流側に設けられた膨張弁と、前記膨張弁で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器と、前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記蓄熱用熱交換器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を接続する前記冷媒が通過する主配管と、蓄熱材を貯留する蓄熱タンクと、前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器へ送出するポンプと、前記蓄熱タンクと、前記ポンプと、前記蓄熱用熱交換器と、を接続する前記蓄熱材が通過する蓄熱材流路と、を備える蓄熱空調システムにおいて、前記圧縮機を最低回転数との差が所定の範囲内となる回転数で運転し、前記ポンプを上限値未満の所定の回転数で運転する。

　上記した蓄熱空調システムおよび制御方法によれば、空調に要する消費電力を低減することができる。

実施形態に係る蓄熱空調システムの一例を示す図である。実施形態に係る蓄熱空調システムの冷房運転時の態様を示す第１図である。実施形態に係る蓄熱空調システムの冷房運転時の態様を示す第２図である。実施形態に係るモリエル線図の一例を示す図である。実施形態に係る冷房運転における消費電力の一例を示す図である。実施形態に係る蓄熱空調システムの冷房運転時の態様を示す第３図である。実施形態に係る蓄熱空調システムの冷房運転時の態様を示す第４図である。実施形態に係る蓄熱タンクの構成例を示す図である。実施形態に係る蓄熱空調システムの制御の一例を示す図である。

＜実施形態＞
　以下、各実施形態に係る計画システムについて、図１～図９を参照しながら説明する。
（構成）
　図１は、実施形態に係る蓄熱空調システムの一例を示す図である。蓄熱空調システム１００は、設置スペースや電源容量などに制約がある車両などの移動体に好適な蓄熱式の冷房システムである。車両は、ＥＶ（Electric Vehicle）車やパンタグラフによる給電が無いバッテリー駆動のＡＧＴ（Automated Guideway Transit）等であってもよい。図１に示すように蓄熱空調システム１００は、圧縮機１と、凝縮器２と、三方弁８ａと、三方弁８ｂと、第３膨張弁６と、蓄熱器／放熱器１１と、三方弁８ｃと、第１膨張弁３と、蒸発器４と、それらを接続する配管Ｐ１と、配管Ｐ２と、配管Ｐ２に設けられた第２膨張弁５と、蓄熱タンク１２と、ポンプ１３と、配管Ｐ３～Ｐ４と、蓄熱タンク１２とポンプ１３と蓄熱器／放熱器１１とを接続する管Ｐ５と、制御装置１０を含んで構成される。配管Ｐ１～Ｐ４には冷媒が流れる。管Ｐ５には液体の蓄熱材が流れる。図１に示す構成は、蓄熱空調システム１００の基本的な構成を模式的に示したものであって、さらに他の構成要素が含まれていてもよい。

　配管Ｐ２は、一方の端が凝縮器２の下流側かつ第３膨張弁６の上流側で配管Ｐ１と接続され、他方の端が第１膨張弁３の下流側かつ蒸発器４の上流側で配管Ｐ１と接続され、第３膨張弁６と蓄熱器／放熱器１１と第１膨張弁３を迂回する冷媒の流路を形成するように設けられている。上流側、下流側は冷媒が流れる方向の上流側、下流側の意味である。配管Ｐ２と配管Ｐ１の上流側の接続点には、三方弁８ａが設けられている。三方弁８ａの制御により、配管Ｐ１と配管Ｐ２それぞれを流れる冷媒の流量を調整することができる。

　配管Ｐ３は、一方の端が三方弁８ａの下流側かつ第３膨張弁６の上流側で配管Ｐ１と接続され、他方の端が第３膨張弁６の下流側かつ蓄熱器／放熱器１１の上流側で配管Ｐ１と接続され、第３膨張弁６を迂回する冷媒の流路を形成するように設けられている。配管Ｐ３と配管Ｐ１の上流側の接続点には、三方弁８ｂが設けられている。三方弁８ｂの制御により、第３膨張弁６と配管Ｐ３それぞれを流れる冷媒の流量を調整することができる。

　配管Ｐ４は、一方の端が蓄熱器／放熱器１１の下流側かつ第１膨張弁３の上流側で配管Ｐ１と接続され、他方の端が第１膨張弁３の下流側かつ蒸発器４の上流側で配管Ｐ１と接続され、第１膨張弁３を迂回する冷媒の流路を形成するように設けられている。配管Ｐ４と配管Ｐ１の上流側の接続点には、三方弁８ｃが設けられている。三方弁８ｃの制御により、第１膨張弁３と配管Ｐ４それぞれを流れる冷媒の流量を調整することができる。

　圧縮機１は、冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出する。この高圧冷媒は、凝縮器２へ供給される。凝縮器２に供給された高圧冷媒は、外気等と熱交換して放熱し、凝縮されて液化される。第１膨張弁３、第２膨張弁５、第３膨張弁６は、何れも凝縮された冷媒を減圧する。これらの膨張弁は目的により、三方弁８ａ～８ｃにより冷媒の流れが切り替えられることにより使用されたり、使用されなかったりする。第１膨張弁３～第３膨張弁６の切り替えについては後述する。

　蓄熱器／放熱器１１は、配管Ｐ１を流れる冷媒と管Ｐ５を流れる蓄熱材の熱交換を行う。蓄熱器／放熱器１１は、例えば、プレート型熱交換器である。蓄熱器／放熱器１１は、蓄熱材によって冷媒を冷却する場合には、蓄熱材が冷媒から熱を奪って蓄熱することから蓄熱器として機能する。反対に冷媒によって蓄熱材を冷却する場合には、蓄熱材から熱を放熱することから放熱器として機能する。蓄熱器／放熱器１１が蓄熱器として機能する場合、冷媒は、第３膨張弁６を通過せずに配管Ｐ３を経由して、蓄熱器／放熱器１１へ流入する。蓄熱器／放熱器１１へ流入した冷媒は、蓄熱器／放熱器１１にて蓄熱材と熱交換して冷却され、第１膨張弁３にて減圧されて低圧低温の冷媒となり、蒸発器４へ送られる。

　蓄熱器／放熱器１１が放熱器として機能する場合、冷媒は、第３膨張弁６にて減圧されて低圧低温の冷媒となり、蓄熱器／放熱器１１へ流入する。蓄熱器／放熱器１１へ流入した冷媒は、蓄熱器／放熱器１１にて蓄熱材と熱交換し、蓄熱材の熱を吸収する。蓄熱器／放熱器１１を通過した冷媒は、第１膨張弁３を通過せずに配管Ｐ４を経由して、蒸発器４へ送られる。あるいは、蓄熱器／放熱器１１を使用しない場合には、冷媒は配管Ｐ５を通過し、第２膨張弁５にて減圧されたのち蒸発器４へ流入する。

　第１膨張弁３～第３膨張弁６の何れかで減圧、膨張された低圧の冷媒は、蒸発器４に供給される。蒸発器４に供給された低圧冷媒は、ファン７によって供給される室内の空気から吸熱して気化し、気化した冷媒は圧縮機１へ吸入される。冷媒は、再び圧縮機１によって高圧冷媒とされ、上記の経路を循環する。蒸発器４によって冷却された空気は、車両の室内へ供給される。

　冷媒との熱交換を行う蓄熱器／放熱器１１へ供給される蓄熱材は、蓄熱タンク１２に貯留され、ポンプ１３を駆動することにより、蓄熱タンク１２から蓄熱器／放熱器１１へ蓄熱材が供給される。蓄熱タンク１２とポンプ１３と蓄熱器／放熱器１１とは管Ｐ５により接続されており、ポンプ１３の駆動により蓄熱材は、管Ｐ５を通じて、蓄熱タンク１２とポンプ１３と蓄熱器／放熱器１１を循環する。蓄熱材とは、例えば、初期において５℃程度に冷却されたＬＬＣ（Long Life Coolant）である。例えば、蓄熱タンク１２には、蓄熱材の温度を計測する温度センサ１４が設けられている。温度センサ１４が計測する蓄熱材の温度は、制御装置１０へ送信される。

　制御装置１０は、マイコン等のコンピュータである。制御装置１０は、三方弁８ａ～８ｃの開閉や開度の制御、第１膨張弁３、第２膨張弁５、第３膨張弁６の開度制御、圧縮機１の起動停止や回転数制御、ポンプ１３の起動停止や回転数制御、ファン７の起動停止や回転制御などを行う。例えば、制御装置１０は、温度センサ１４が計測した蓄熱材の温度に応じて、三方弁８ａ～８ｃを切り替えたり、圧縮機１やポンプ１３の回転数を変更したりして、所望の設定温度に室内を冷房できるよう蓄熱空調システム１００を制御する。

（冷房運転１：蓄熱システムを利用した冷房運転）
　次に図２～図７を参照して、蓄熱空調システム１００の冷房運転時の制御について説明する。図２に冷房運転の開始時における蓄熱空調システム１００の冷媒の流れを示す。冷房運転が開始されると、制御装置１０は、冷媒が配管Ｐ２を流れないように三方弁８ａを制御し、冷媒が第３膨張弁６を流れないように三方弁８ｂを制御し、冷媒が配管Ｐ４を流れずに第１膨張弁３を流れるように三方弁８ｃを制御する。制御装置１０は、圧縮機１を、所定の回転数以下、例えば、最低回転数で運転する。制御装置１０は、ポンプ１２を、最大回転数より小さい所定の回転数で運転する。このような制御により、冷媒と蓄熱材は、図２の太線の流路を矢印の方向に流れる。この運転を、蓄熱システムを利用した冷房運転（または冷房運転１）と呼ぶ。圧縮機１を低速で運転しても、蓄熱器／放熱器１１にて、冷媒が蓄熱材により冷却されるため、十分な冷房性能が得られる。例えば、制御装置１０は、冷房の設定温度と室内の温度に応じて、ポンプ１２の回転数を制御して、蓄熱材の流量を調整することにより、車両の室内が設定温度となるように制御する。省電力の観点から、圧縮機１はなるべく低速で運転することが好ましいが、冷房の設定温度と室内の温度の差に応じて、ポンプ１２だけではなく、圧縮機１の回転数を調整してもよい。

　このような運転を継続すると、冷媒との熱交換により、蓄熱材の温度が徐々に上昇し、蓄熱材が冷媒を冷却する能力が低下する。すると、制御装置１０は、ポンプ１２の回転数を上昇させて、蓄熱材の流量を増加させる。例えば、制御装置１０は、蓄熱材の温度とポンプ１２の回転数とを対応付けて定めたテーブルを記憶しており、温度センサ１４が計測する蓄熱材の温度と、このテーブルに基づいて、ポンプ１２の回転数を制御してもよい。蓄熱材の流量を増加することにより、蓄熱材が冷媒を冷却する能力が維持されると、蓄熱システムを利用した冷房運転を継続することができ、省電力化を図ることができる。

（冷房運転２：冷凍サイクルによる冷房運転）
　蓄熱材の温度が上昇し、ポンプ１２の回転数を上昇させても冷媒を冷却することができなくなると、制御装置１０は、冷媒が配管Ｐ２を流れ、蓄熱器／放熱器１１を流れないように三方弁８ａを制御する。制御装置１０は、圧縮機１を、冷房の設定温度が達成できるような回転数で運転し、ポンプ１２を停止する。このような制御により、冷媒は、図３の太線の流路を矢印の方向に流れる。これにより、蓄熱材を使用せずとも、冷房運転を継続することができる。この運転を、冷凍サイクルによる冷房運転（または冷房運転２）と呼ぶ。

　冷房運転１、２を行う場合の冷媒の状態変化を図４のモリエル線図に示す。図４において各記号はそれぞれ次の状態を示す。すなわち、Ａ１は図３に示す蓄熱器／放熱器１１を使用しない場合（冷房運転２の場合）の圧縮機１が吐出した高温高圧の冷媒の状態（気相）、Ａ２はその場合の凝縮器２の出口側での冷媒の状態（液相）、Ａ５は蒸発器４の入口側の冷媒の状態（液相）、Ａ６は蒸発器４の出口側での冷媒の状態（気相）を示す。これに対し、Ａ３は、図２に示す冷房運転１での圧縮機１が吐出した冷媒の状態（気相）、Ａ４は、図２に示す冷房運転１での凝縮器２の出口側での冷媒の状態（液相）、Ａ５は蒸発器４の入口側の冷媒の状態（液相）、Ａ６は蒸発器４の出口側での冷媒の状態（気相）を示す。冷房運転１の方が冷房運転２よりも、Ｌ１－Ｌ２の分だけエンタルピー上昇に必要な圧縮機１の仕事を削減することができる。

　図５に冷房運転１、２の消費電力を示す。図５の縦軸は消費電力（Ｗ）、横軸は運転時間を示す。Ｔ１は冷房運転１から冷房運転２へ切り替えた時刻である。破線のグラフは蓄熱空調システム１００全体の消費電力、実線のグラフは圧縮機１の消費電力の推移を示している。図示するように、蓄熱材を利用して圧縮機１の回転数を抑えた冷房運転１を行うことにより、消費電力を削減することができる。例えば、バッテリーのみを動力源とする移動体では、バッテリーの電力を、空調よりも優先して目的地まで移動するために使用する必要がある。蓄熱空調システム１００によれば、冷房運転１により、空調に要する消費電力を低減することができ、より多くの電力を移動のために使用することができる。

（冷房運転３：蓄熱材の冷却を伴う冷凍サイクルによる冷房運転）
　蓄熱材の温度が上昇すると、冷房運転２によって冷房を継続することが可能であるが、冷房運転２が続くと消費電力が増大してしまう。そこで、冷房運転を行いながら、蓄熱器／放熱器１１を放熱器として利用し、蓄熱材を冷却する運転を行う。例えば、制御装置１０は、冷媒が第３膨張弁６を流れ、第１膨張弁３と第２膨張弁５を流れないように三方弁８ａ～８ｃを制御する。制御装置１０は、圧縮機１を、冷房の設定温度が達成できるような回転数で運転する。制御装置１０は、ポンプ１２を所定の回転数で運転する。このような制御により、冷媒と蓄熱材は、図６の太線の流路を矢印の方向に流れる。凝縮器２を通過した冷媒は、第３膨張弁６で減圧されて低温冷媒となる。蓄熱器／放熱器１１では、低温冷媒と蓄熱材の熱交換により、蓄熱材が冷却される。蓄熱器／放熱器１１で吸熱した冷媒は、蒸発器４にて室内空気と熱交換し、室内を冷房する。これにより、冷房運転１により温度上昇した蓄熱材を冷却することができる。この運転を、蓄熱材の冷却を伴う冷凍サイクルによる冷房運転（または冷房運転３）と呼ぶ。

　蓄熱材の冷却を伴う冷凍サイクルによる冷房運転の他の態様を図７に示す。すなわち、制御装置１０は、冷媒が第３膨張弁６と第２膨張弁５を流れ、第１膨張弁３を流れないように三方弁８ａ～８ｃを制御する。このような制御によっても、蓄熱材を冷却することができる。この運転を冷房運転４と呼ぶ。

　制御装置１０は、図６または図７に示す冷凍サイクルによって、冷房運転を継続しつつ、蓄熱材を冷却する。そして、制御装置１０は、温度センサ１４が計測する温度が所定の温度（例えば５℃）となると、再び図２の冷房運転１に切り替えて冷房運転を継続する。これにより、蓄熱空調システム１００の消費電力を低減することができる。

（蓄熱タンクの工夫）
　蓄熱材の蓄熱容量を増加させるための工夫として、蓄熱タンク１２に潜熱蓄熱材を搭載してもよい。図８に潜熱蓄熱材を搭載した蓄熱タンク１２の断面を示す。図８の長円状の部材が潜熱蓄熱材１５である。潜熱蓄熱材１５は、例えば、チューブ状の容器に蓄熱材よりも熱容量が大きい潜熱蓄熱材を充填したものである。潜熱蓄熱材１５を蓄熱タンク１２の内部に多数搭載し、潜熱蓄熱材１５の間を液体の蓄熱材が流れるようにする。蓄熱タンク１２の蓄熱材と潜熱蓄熱材１５との間で熱交換が行われ、蓄熱タンク１２の温度を長時間低温に保つことができ、冷房運転１（蓄熱システムを利用した冷房運転）を長く実施することができる。これにより、蓄熱空調システム１００の消費電力を低減することができる。蓄熱タンク１２に潜熱蓄熱材１５を搭載することで、蓄熱材の冷却能力を長く維持することができるため、多くの蓄熱材は不要となり、蓄熱タンク１２を軽量化、コンパクト化することができる。これにより、移動体の燃費の改善や移動に要する消費電力の削減を期待することができる。蓄熱タンク１２のコンパクト化により、搭載の自由度が向上し、蓄熱タンク１２を搭載するための車両側の強度補強が不要となる。

（動作）
　次に図９を参照して、実施形態に係る蓄熱空調システム１００の制御の一例について説明する。
　冷房運転を開始すると、制御装置１０は、蓄熱システムを利用した冷房運転を行う（ステップＳ１）。すなわち、制御装置１０は、図２に例示する冷房運転１の態様で冷房運転を行う。制御装置１０は、圧縮機１を、例えば、最低回転数との差が所定の範囲内となる回転数で運転し、ポンプ１２を上限未満の回転数で運転する。制御装置１０は、温度センサ１４が計測する蓄熱材の温度を監視し、蓄熱材の温度が所定の第１閾値以上となると（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ポンプ１２の回転数を上昇し、蓄熱器／放熱器１１へ供給する蓄熱材の流量を増大させる（ステップＳ３）。蓄熱材の温度が第１閾値未満の場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、制御装置１０は、冷房運転１を継続する。第１閾値とは、冷媒との熱交換により温度上昇する蓄熱材温度の上限未満の値である。

　ポンプ１２の回転数の上昇後も、制御装置１０は、温度センサ１４が計測する蓄熱材の温度を監視する。蓄熱材の温度が所定の第２閾値未満の場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御装置１０は、ステップＳ３の制御を継続する。第２閾値は、第１閾値よりも高温で蓄熱材が冷媒を冷却できなくなるような温度（冷媒から吸熱ができなくなる所定の温度）である。蓄熱材の温度が第２閾値以上となると（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、蓄熱システムを利用した冷房運転から冷凍サイクルによる冷房運転に切り替える（ステップＳ５）。すなわち、制御装置１０は、図３、図６、図７に例示する冷房運転２～４の何れか態様で冷房運転を行う。冷房運転２～４の何れによって冷房運転を実行するかについては任意に選択することができる。冷凍サイクルによる冷房運転の実行中に冷房運転２～４を任意に切り替えることができてもよい。例えば、室内温度が設定温度に到達するまでは、冷房運転２を行い、室内温度が設定温度に到達し、室内温度を設定温度に維持するフェーズとなると、冷房運転３または冷房運転４によって、蓄熱材の冷却を行ってもよい。冷房運転２～４の切り替えは、制御装置１０が行ってもよいし、ユーザの指示によって切り替えてもよい。冷凍サイクルによる冷房運転の実行中も、制御装置１０は、温度センサ１４が計測する蓄熱材の温度を監視する。蓄熱材の温度が所定の第３閾値よりも高温の場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、制御装置１０は、ステップＳ５の制御を継続する。第３閾値には、例えば、蓄熱材の初期温度（例えば５℃）やそれに近い値が設定される。蓄熱材の温度が第３閾値以下となると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、冷凍サイクルによる冷房運転から蓄熱システムを利用した冷房運転に切り替える（ステップＳ１）。冷房運転の実行中、制御装置１０は、ステップＳ１～ステップＳ６の制御を繰り返し実行する。このように、蓄熱空調システム１００によれば、蓄熱システムを利用した冷房運転（冷房運転１）を行うことにより、消費電力を低減することができる。蓄熱温度が上昇した後も冷凍サイクルによる冷房運転（冷房運転２～４）により冷房運転を継続することができ、蓄熱器／放熱器１１を放熱器として利用することで蓄熱材を冷却し（冷房運転３～４）、再び蓄熱システムを利用した冷房運転（冷房運転１）を実行することができる。

（効果）
　以上説明したように、本実施形態によれば、蓄熱器／放熱器１１と蓄熱タンク１２を別々に設け、これらを管Ｐ５で接続し、必要時にはポンプ１３の駆動により蓄熱材を蓄熱器／放熱器１１へ供給する。これにより、冷房に必要な蓄熱材を貯留しておくために大きな蓄熱タンク１２が必要な場合でも、蓄熱タンク１２を格納できる場所に蓄熱タンク１２を配置することで、蓄熱システムを利用した冷房運転を行うことができる。一般に車両等に搭載される空調システムには、搭載スペースの制約があり、この制約から、容量の小さな蓄熱タンクしか搭載できない場合、冷房負荷が高負荷になると、蓄熱タンクの蓄熱容量が不足し、冷房ができなくなる可能性がある。これに対し、蓄熱器／放熱器１１と蓄熱タンク１２を別々の場所に配置できるように構成した本実施形態の蓄熱空調システム１００であれば、空間的な制約が多い移動体でも設置しやすく、十分な量の蓄熱材を蓄熱タンク１２に貯留しておくことで、より長い時間にわたって蓄熱システムを利用した冷房運転を行うことができる。ＥＶ車やパンタグラフによる給電が無いバッテリー駆動式のＡＧＴなどが普及しつつあるが、これらの移動体では、バッテリーの残量が課題になるところ、本実施形態の蓄熱空調システム１００であれば、蓄熱材の利用により、圧縮機１の消費電力を削減することにより、大きな節電効果が見込める。ポンプ１２の出力を調整することにより、蓄熱器／放熱器１１での熱交換性能を制御することができ、例えば、蓄熱材の温度が一定以上上昇した後もポンプ１２の出力を増大させることにより、蓄熱システムを利用した冷房運転を継続することができる。

　蓄熱器／放熱器１１をプレート型熱交換器とすることで、ファンコイル型熱交換器と比較してサイズをコンパクトにしても同等の性能が得られる。これにより、空間的な制約が多い移動体でも設置しやすい。

　冷房運転１では、蓄熱材は、圧縮機１が吐出した高温冷媒を冷却する。低温の蓄熱材で冷媒を冷却できるために圧縮機１を例えば最低回転数で運転することができ、圧縮機１および冷凍サイクルの消費電力量を削減することができる。

　冷房運転３、４では、第３膨張弁６を通過した低温冷媒と熱交換し、蓄熱材を冷却する。蓄熱空調システム１００内の冷凍サイクルにより、蓄熱材を冷却することができるので、熱源給排装置のような外部設備を設ける必要がない。

　蓄熱タンク１２に潜熱蓄熱材１５を搭載することにより、蓄熱材の冷却能力を向上させ、蓄熱タンク１２の軽量化、コンパクト化を図ることができる。これにより、より一層の消費電力の削減を図り、空間的制約を気にせずに蓄熱空調システム１００を導入することができる。

　以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

＜付記＞
　各実施形態に記載の蓄熱空調システムおよび制御方法は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る蓄熱空調システム１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、前記圧縮機１で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器２と、前記凝縮器２の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器１１と、前記蓄熱用熱交換器１１の前記下流側に設けられた膨張弁３と、前記膨張弁３で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器４と、前記圧縮機１と、前記凝縮器２と、前記蓄熱用熱交換器１１と、前記膨張弁３と、前記蒸発器４と、を接続する前記冷媒が流れる主配管Ｐ１と、蓄熱材を貯留する蓄熱タンク１２と、前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器１１へ送出するポンプ１３と、前記蓄熱タンク１２と、前記ポンプ１３と、前記蓄熱用熱交換器１１と、を接続する前記蓄熱材が流れる蓄熱材配管Ｐ５と、を備える。
　これにより、排熱用の外部設備を必要とせず、移動体に搭載可能な蓄熱式の空調システムを実現することができる。

（２）第２の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（１）の蓄熱空調システム１００であって、前記凝縮器の前記下流側に設けられた、前記蓄熱用熱交換器１１および前記膨張弁３を迂回するバイパス配管Ｐ２と、前記バイパス配管に設けられた第２膨張弁５と、前記バイパス配管と前記主配管の分岐点に設けられた前記バイパス配管を流れる前記冷媒の流量と前記主配管を流れる前記冷媒の流量を調節する第１弁８ａと、をさらに備える。
　これにより、冷凍サイクルによる冷房運転（冷房運転２）が可能になる。

（３）第３の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（１）～（２）の蓄熱空調システム１００であって、前記膨張弁３を迂回する第２バイパス配管Ｐ４と、前記凝縮器２と前記蓄熱用熱交換器１１との間に設けられた第３膨張弁６と、前記第２バイパス配管Ｐ４と前記主配管Ｐ１の分岐点に設けられた前記第２バイパス配管を流れる前記冷媒の流量と前記主配管を流れる前記冷媒の流量を調節する第２弁８ｃと、をさらに備える。
　これにより、蓄熱材の冷却を伴う冷凍サイクルによる冷房運転（冷房運転３、４）が可能になる。

（４）第４の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（１）～（３）の蓄熱空調システム１００であって、前記蓄熱タンク１２に潜熱蓄熱材１５が搭載されている。
　これにより、蓄熱材の冷却能力を向上し、蓄熱タンク１２をコンパクト化することができる。

（５）第５の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（１）～（４）の蓄熱空調システム１００であって、前記圧縮機を最低回転数との差が所定の範囲内となる回転数で運転し、前記ポンプを上限値未満の所定の回転数で運転する制御装置１０をさらに備える。
　これにより、圧縮機１の消費電力を低減することができる。

（６）第６の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（５）の蓄熱空調システム１００であって、前記制御装置は、前記蓄熱材の温度が所定の第１閾値以上となると、前記ポンプの回転数を上昇させる。
　これにより、冷房運転１による冷房運転の時間を長くし、圧縮機１の消費電力を低減することができる。

（７）第７の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（１）～（６）の蓄熱空調システム１００であって、前記蓄熱材の温度が前記冷媒から吸熱ができなくなる所定の温度まで上昇すると、前記冷媒が、前記主配管Ｐ１を流れずに前記バイパス配管Ｐ２を流れるように前記第１弁を制御する制御装置１０をさらに備える。
　これにより、蓄熱材の温度が上昇した後も、冷房運転を継続することができる。

（８）第８の態様に係る蓄熱空調システム１００は、（１）～（７）の蓄熱空調システム１００であって、前記冷媒が、前記主配管Ｐ１を流れずに前記第２バイパス配管Ｐ４を流れるように前記第２弁８ｃを制御する制御装置１０をさらに備える。
　これにより、蓄熱材を冷却することができる。

（９）第９の態様に係る制御方法は、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を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器と、前記蓄熱用熱交換器の前記下流側に設けられた膨張弁と、前記膨張弁で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器と、前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記蓄熱用熱交換器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を接続する前記冷媒が通過する主配管と、蓄熱材を貯留する蓄熱タンクと、前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器へ送出するポンプと、前記蓄熱タンクと、前記ポンプと、前記蓄熱用熱交換器と、を接続する前記蓄熱材が通過する蓄熱材流路と、を備える蓄熱空調システムにおいて、前記圧縮機を最低回転数との差が所定の範囲内となる回転数で運転し、前記ポンプを上限値未満の所定の回転数で運転する。

１００・・・蓄熱空調システム
１・・・圧縮機
２・・・凝縮器
３・・・第１膨張弁
４・・・蒸発器
５・・・第２膨張弁
６・・・第３膨張弁
７・・・ファン
８ａ、８ｂ、８ｃ・・・三方弁
１０・・・制御装置
１１・・・蓄熱器／放熱器
１２・・・蓄熱タンク
１３・・・ポンプ
１４・・・温度センサ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４・・・配管
Ｐ５・・・管

Claims

　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を凝縮させる凝縮器と、
　前記凝縮器の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器と、
　前記蓄熱用熱交換器の前記下流側に設けられた膨張弁と、
　前記膨張弁で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器と、
　前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記蓄熱用熱交換器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を接続する前記冷媒が通過する主配管と、
　蓄熱材を貯留する蓄熱タンクと、
　前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器へ送出するポンプと、
　前記蓄熱タンクと、前記ポンプと、前記蓄熱用熱交換器と、を接続する前記蓄熱材が通過する蓄熱材流路と、
　を備える蓄熱空調システム。
　前記凝縮器の前記下流側に設けられた、前記蓄熱用熱交換器および前記膨張弁を迂回するバイパス配管と、
　前記バイパス配管に設けられた第２膨張弁と、
　前記バイパス配管と前記主配管の分岐点に設けられた前記バイパス配管を流れる前記冷媒の流量と前記主配管を流れる前記冷媒の流量を調節する第１弁と、
　をさらに備える請求項１に記載の蓄熱空調システム。
　前記膨張弁を迂回する第２バイパス配管と、
　前記凝縮器と前記蓄熱用熱交換器との間に設けられた第３膨張弁と、
　前記第２バイパス配管と前記主配管の分岐点に設けられた前記第２バイパス配管を流れる前記冷媒の流量と前記主配管を流れる前記冷媒の流量を調節する第２弁と、
　をさらに備える請求項１または請求項２に記載の蓄熱空調システム。
　前記蓄熱タンクに潜熱蓄熱材が搭載された、
　をさらに備える請求項１または請求項２に記載の蓄熱空調システム。
　前記圧縮機を最低回転数との差が所定の範囲内となる回転数で運転し、前記ポンプを上限未満の所定の回転数で運転する制御装置、
　をさらに備える請求項１に記載の蓄熱空調システム。
　前記制御装置は、
　前記蓄熱材の温度が所定の第１閾値以上となると、前記ポンプの回転数を上昇させる、
　請求項５に記載の蓄熱空調システム。
　前記蓄熱材の温度が前記冷媒から吸熱ができなくなる所定の温度まで上昇すると、前記冷媒が、前記主配管を流れずに前記バイパス配管を流れるように前記第１弁を制御する制御装置、
　をさらに備える請求項２に記載の蓄熱空調システム。
　前記冷媒が、前記主配管を流れずに前記第２バイパス配管を流れるように前記第２弁を制御する制御装置、
　をさらに備える請求項３に記載の蓄熱空調システム。
　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を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた蓄熱用熱交換器と、前記蓄熱用熱交換器の前記下流側に設けられた膨張弁と、前記膨張弁で減圧された前記冷媒を気化させる蒸発器と、前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記蓄熱用熱交換器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を接続する前記冷媒が通過する主配管と、蓄熱材を貯留する蓄熱タンクと、前記蓄熱材を前記蓄熱用熱交換器へ送出するポンプと、前記蓄熱タンクと、前記ポンプと、前記蓄熱用熱交換器と、を接続する前記蓄熱材が通過する蓄熱材流路と、を備える蓄熱空調システムにおいて、
　前記圧縮機を最低回転数との差が所定の範囲内となる回転数で運転し、前記ポンプを上限値未満の所定の回転数で運転する、
　制御方法。