(57)【要約】【課題】ＨＦＣ冷媒充填量が少なくて済むヒートポンプチラーを提供する。【解決手段】第１冷媒回路１０は、圧縮機１１、外気側熱交換器１４、膨張弁１２、熱交換部位１６、冷温水器１５、これらの接続状態を設定する接続状態設定部１７〜１９を備える。二酸化炭素冷媒回路３０は、圧縮機３１、外気側熱交換器３５、膨張弁３２、３３、熱交換部位３７、受液器３４、これらの接続状態を設定する接続状態設定部３９、氷蓄熱槽６２に設けられた熱交換器３６、受液器３４と熱交換器３６の間で二酸化炭素冷媒を循環するポンプ３８を備える。熱交換部位１６及び３７はカスケード熱交換器７０を形成する。ポンプ６１は、氷蓄熱槽６２と冷水器６３の間で冷水を循環する。冷温水器１５において第１冷媒と熱交換される第１二次冷媒が循環回路８１を循環する。冷水器６３において冷水と熱交換される第２二次冷媒が循環回路８２を循環する。【選択図】図１
2011106718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷媒が充填された第１回路と、
二酸化炭素冷媒が充填された第２回路と、
冷水回路と、
第１循環回路と、
第２循環回路と
を具備し、
前記第１回路は、
第１圧縮機と、
前記第１冷媒と外気との間で熱交換する第１外気側熱交換器と、
第１膨張弁と、
第１カスケード熱交換部位と、
冷温水器と、
前記第１圧縮機、前記外気側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、及び前記冷温水器の第１接続状態を設定する第１接続状態設定手段と
を備え、
前記第２回路は、
第２圧縮機と、
前記二酸化炭素冷媒と外気との間で熱交換する第２外気側熱交換器と、
第２回路第１膨張弁と、
第２回路第２膨張弁と、
前記第１カスケード熱交換部位とともにカスケード熱交換器を形成する第２カスケード熱交換部位と、
受液器と、
前記第２圧縮機、前記第２外気側熱交換器、前記第２回路第１膨張弁、前記第２回路第２膨張弁、前記第２カスケード熱交換部位、及び前記受液器の第２接続状態を設定する第２接続状態設定手段と、
氷蓄熱熱交換器と、
前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する二酸化炭素冷媒ポンプと
を備え、
前記冷水回路は、
前記氷蓄熱熱交換器が設けられた氷蓄熱槽と、
冷水器と、
前記氷蓄熱槽と前記冷水器との間で冷水を循環する冷水ポンプと
を備え、
前記冷温水器において前記第１冷媒と熱交換される第１二次冷媒が前記第１循環回路を循環し、
前記冷水器において前記冷水と熱交換される第２二次冷媒が前記第２循環回路を循環する
ヒートポンプチラー。
【請求項２】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記冷温水器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定し、
前記第２接続状態設定手段は、前記第２圧縮機、前記第２カスケード熱交換部位、前記受液器、前記第２回路第１膨張弁、前記第２外気側熱交換器、前記第２圧縮機の順に前記二酸化炭素冷媒が循環するように前記第２接続状態を設定する
請求項１のヒートポンプチラー。
【請求項３】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記第１外気側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定し、
前記受液器及び前記第２カスケード熱交換部位は、前記受液器からの気体状態の前記二酸化炭素冷媒が前記第２カスケード熱交換部位で液体状態となって重力により前記受液器に戻るように接続され、
前記二酸化炭素冷媒ポンプは、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する
請求項１又は２のヒートポンプチラー。
【請求項４】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記冷温水器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定し、
前記受液器及び前記第２カスケード熱交換部位は、前記受液器からの気体状態の前記二酸化炭素冷媒が前記第２カスケード熱交換部位で液体状態となって重力により前記受液器に戻るように接続され、
前記二酸化炭素冷媒ポンプは、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する
請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートポンプチラー。
【請求項５】
前記第２接続状態設定手段は、前記第２圧縮機、前記第２外気側熱交換器、前記第２回路第２膨張弁、前記受液器、前記第２圧縮機の順に前記二酸化炭素冷媒が循環するように前記第２接続状態を設定し、
前記二酸化炭素冷媒ポンプは、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する
請求項１乃至４のいずれかに記載のヒートポンプチラー。
【請求項６】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記冷温水器、前記第１膨張弁、前記第１外気側熱交換器、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する
請求項１乃至５のいずれかに記載のヒートポンプチラー。
【請求項７】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記第１外気側熱交換器、前記第１膨張弁、前記冷温水器、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する
請求項１乃至６のいずれかに記載のヒートポンプチラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプチラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプシステムには、Ｒ１３４ａやＲ４１０ＡのようなＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒が使用されている。ＨＦＣ冷媒は、地球温暖化防止を図る京都議定書では排出抑制の対象ガスとされている。したがって、ヒートポンプシステムにおいては、ＨＦＣ冷媒の使用削減と運転効率向上による省エネルギー化とが地球温暖化防止のために求められている。
【０００３】
また、中規模以上のオフィスビル等における空調方式として、空気を熱源とし、冷却または加熱された水を室内のファンコイルユニットに循環させる方式の空気熱源ヒートポンプチラーを採用する例が知られている。
【０００４】
寒冷地においては、外気温度が低いためにヒートポンプの暖房能力が低下するという問題がある。特許文献１は、この問題に対処するため、空気熱源ヒートポンプチラーに蓄熱式電気ボイラーを組み合わせた空調システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２８９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ＨＦＣ冷媒充填量が少なくて済むヒートポンプチラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明によるヒートポンプチラー（１）は、第１冷媒が充填された第１回路（１０）と、二酸化炭素冷媒が充填された第２回路（３０）と、冷水回路（６０）と、第１循環回路（８１）と、第２循環回路（８２）とを具備する。前記第１回路は、第１圧縮機（１１）と、前記第１冷媒と外気との間で熱交換する第１外気側熱交換器（１４）と、第１膨張弁（１２）と、第１カスケード熱交換部位（１６）と、冷温水器（１５）と、前記第１圧縮機、前記外気側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、及び前記冷温水器の第１接続状態を設定する第１接続状態設定手段（１７〜１９）とを備える。前記第２回路は、第２圧縮機（３１）と、前記二酸化炭素冷媒と外気との間で熱交換する第２外気側熱交換器（３５）と、第２回路第１膨張弁（３２）と、第２回路第２膨張弁（３３）と、前記第１カスケード熱交換部位とともにカスケード熱交換器（７０）を形成する第２カスケード熱交換部位（３７）と、受液器（３４）と、前記第２圧縮機、前記第２外気側熱交換器、前記第２回路第１膨張弁、前記第２回路第２膨張弁、前記第２カスケード熱交換部位、及び前記受液器の第２接続状態を設定する第２接続状態設定手段（３９）と、氷蓄熱熱交換器（３６）と、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する二酸化炭素冷媒ポンプ（３８）とを備える。前記冷水回路は、前記氷蓄熱熱交換器が設けられた氷蓄熱槽（６２）と、冷水器（６３）と、前記氷蓄熱槽と前記冷水器との間で冷水を循環する冷水ポンプ（６１）とを備える。前記冷温水器において前記第１冷媒と熱交換される第１二次冷媒が前記第１循環回路を循環する。前記冷水器において前記冷水と熱交換される第２二次冷媒が前記第２循環回路を循環する。
【０００９】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記冷温水器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する。前記第２接続状態設定手段は、前記第２圧縮機、前記第２カスケード熱交換部位、前記受液器、前記第２回路第１膨張弁、前記第２外気側熱交換器、前記第２圧縮機の順に前記二酸化炭素冷媒が循環するように前記第２接続状態を設定する。
【００１０】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記第１外気側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する。前記受液器及び前記第２カスケード熱交換部位は、前記受液器からの気体状態の前記二酸化炭素冷媒が前記第２カスケード熱交換部位で液体状態となって重力により前記受液器に戻るように接続される。前記二酸化炭素冷媒ポンプは、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する。
【００１１】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記冷温水器、前記第１膨張弁、前記第１カスケード熱交換部位、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する。前記受液器及び前記第２カスケード熱交換部位は、前記受液器からの気体状態の前記二酸化炭素冷媒が前記第２カスケード熱交換部位で液体状態となって重力により前記受液器に戻るように接続される。前記二酸化炭素冷媒ポンプは、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する。
【００１２】
前記第２接続状態設定手段は、前記第２圧縮機、前記第２外気側熱交換器、前記第２回路第２膨張弁、前記受液器、前記第２圧縮機の順に前記二酸化炭素冷媒が循環するように前記第２接続状態を設定する。前記二酸化炭素冷媒ポンプは、前記受液器と前記氷蓄熱熱交換器との間で液体状態の前記二酸化炭素冷媒を循環する。
【００１３】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記冷温水器、前記第１膨張弁、前記第１外気側熱交換器、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する。
【００１４】
前記第１接続状態設定手段は、前記第１圧縮機、前記第１外気側熱交換器、前記第１膨張弁、前記冷温水器、前記第１圧縮機の順に前記第１冷媒が循環するように前記第１接続状態を設定する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＨＦＣ冷媒充填量が少なくて済むヒートポンプチラーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの系統図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの冷房運転状態を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの氷蓄熱運転状態を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの熱回収暖房運転状態を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの外気温度が高い場合における暖房運転状態を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーのデフロスト運転状態を示す。
【図２Ｆ】図２Ｆは、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの外気温度が低い場合の暖房運転状態を示す。
【図３】図３は、本発明の比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの系統図である。
【図４Ａ】図４Ａは、比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの冷房運転状態を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの氷蓄熱運転状態を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの熱回収暖房運転状態を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの暖房運転状態を示す。
【図４Ｅ】図４Ｅは、比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーのデフロスト運転状態を示す。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの能力及び成績係数と比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの能力及び成績係数を示すテーブルである。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの暖房能力、比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの暖房能力、及び負荷の外気温度依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーの暖房成績係数、及び比較例に係る氷蓄熱ヒートポンプチラーの暖房成績係数の外気温度依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付図面を参照して、本発明による氷蓄熱カスケードヒートポンプチラーを実施するための形態を以下に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１を説明する。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１は、主回路１０と、ブースタ回路３０と、冷水回路６０と、二次冷媒循環回路８１及び８２とを備える。
【００１９】
主回路１０には、ＨＦＣ冷媒が充填されている。主回路１０は、圧縮機１１と、膨張弁１２と、受液器１３と、外気側熱交換器１４と、冷温水器１５と、カスケード熱交換部位１６と、接続状態設定部１７〜１９とを備える。接続状態設定部１７は、ポート１７ａ〜１７ｄを備える。接続状態設定部１８は、ポート１８ａ〜１８ｄを備える。接続状態設定部１９は、ポート１９ａ〜１９ｃを備える。
【００２０】
ポート１７ａは、配管の分岐部２１に接続されている。分岐部２１は、圧縮機１１の吸込口１１ａとカスケード熱交換部位１６の出入口１６ａにそれぞれ接続されている。ポート１７ｂは、冷温水器１５の出入口１５ａに接続されている。ポート１７ｃは、圧縮機１１の吐出口１１ｂに接続されている。ポート１７ｄは、外気側熱交換器１４の出入口１４ａに接続されている。
【００２１】
ポート１８ａは、外気側熱交換器１４の出入口１４ｂに接続されている。ポート１８ｂは、ポート１９ａに接続されている。ポート１８ｃは、冷温水器１５の出入口１５ｂに接続されている。ポート１８ｄは、受液器１３の上部１３ａに接続されている。受液器１３の下部１３ｂは、膨張弁１２を介してポート１９ｃに接続されている。
【００２２】
ポート１９ｂは、カスケード熱交換部位１６の出入口１６ｂに接続されている。
【００２３】
接続状態設定部１７〜１９は、圧縮機１１、膨張弁１２、外気側熱交換器１４、冷温水器１５、及びカスケード熱交換部位１６の接続状態としての主回路接続状態を設定する。
【００２４】
ブースタ回路３０には、二酸化炭素冷媒が充填されている。ブースタ回路３０は、圧縮機３１と、膨張弁３２及び３３と、受液器３４と、外気側熱交換器３５と、氷蓄熱熱交換器３６と、カスケード熱交換部位３７と、ポンプ３８と、接続状態設定部３９と、逆止弁４０〜４４と、配管の分岐部４５〜４９とを備える。接続状態設定部３９は、ポート３９ａ〜３９ｄを備える。
【００２５】
ポート３９ａは、圧縮機３１の吸込口３１ａに接続されている。ポート３９ｂは、外気側熱交換器３５の出入口３５ａに接続されている。ポート３９ｃは、圧縮機３１の吐出口３１ｂに接続されている。ポート３９ｄは、分岐部４８に接続されている。
【００２６】
外気側熱交換器３５の出入口３５ｂは、分岐部４５に接続されている。分岐部４５は、逆止弁４０及び膨張弁３２が並列関係を有するように、逆止弁４０を介して分岐部４６に接続され、膨張弁３２を介して分岐部４６に接続されている。逆止弁４０は、分岐部４５から分岐部４６への二酸化炭素冷媒の流れを許容するように設けられている。分岐部４６は分岐部４７に接続されている。分岐部４７は、膨張弁３３及び逆止弁４３を介して分岐部４９に接続されるほか、逆止弁４４を介して受液器３４の下部３４ｂに接続されている。逆止弁４３は、分岐部４７から分岐部４９への二酸化炭素冷媒の流れを許容するように設けられている。逆止弁４４は、受液器３４の下部３４ｂから分岐部４７への二酸化炭素冷媒の流れを許容するように設けられている。
【００２７】
分岐部４８は、カスケード熱交換部位３７の出入口３７ａに接続されるほか、逆止弁４２を介して受液器３４の上部３４ａに接続されている。逆止弁４２は、受液器３４の上部３４ａから分岐部４８への二酸化炭素冷媒の流れを許容するように設けられている。分岐部４９は、逆止弁４１を介してカスケード熱交換部位３７の出入口３７ｂに接続されるほか、受液器３４の上部３４ａに接続されている。逆止弁４１は、出入口３７ｂから分岐部４９への二酸化炭素冷媒の流れを許容するように設けられている。
【００２８】
受液器３４及びカスケード熱交換部位３７は、受液器３４からの気体状態の二酸化炭素冷媒がカスケード熱交換部位３７で液体状態となって重力により受液器３４に戻ることが可能なように接続されている。
【００２９】
接続状態設定部３９は、圧縮機３１、外気側熱交換器３５、膨張弁３２、膨張弁３３、カスケード熱交換部位３７、及び受液器３４の接続状態としてのブースタ回路接続状態を設定する。
【００３０】
受液器３４の下部３４ｂは、ポンプ３８の吸込口３８ａに接続されている。ポンプ３８の吐出口３８ｂは、氷蓄熱熱交換器３６の出入口３６ａに接続されている。氷蓄熱熱交換器３６の出入口３６ｂは、受液器３４の上部３４ａに接続されている。ポンプ３８は、受液器３４と氷蓄熱熱交換器３６との間で液体状態の二酸化炭素冷媒を循環する。
【００３１】
冷水回路６０は、ポンプ６１と、冷水及び氷を貯える氷蓄熱槽６２と、冷水器６３とを備える。氷蓄熱槽６２には、氷蓄熱熱交換器３６が設けられている。氷蓄熱槽６２は、ポンプ６１の吸込口６１ａに接続されている。ポンプ６１の吐出口６１ｂは、冷水器６３の出入口６３ｂに接続されている。冷水器６３の出入口６３ａは、氷蓄熱槽６２に接続されている。ポンプ６１は、氷蓄熱槽６２と冷水器６３との間で冷水を循環する。
【００３２】
二次冷媒循環回路８１は、ポンプ８３と、図示されないファンコイルユニットを備える。ファンコイルユニットは、室内に配置される。ポンプ８３は、冷温水器１５においてＨＦＣ冷媒と熱交換される液体二次冷媒を二次冷媒循環回路８１に循環させる。液体二次冷媒は、例えば、水である。
【００３３】
二次冷媒循環回路８２は、ポンプ８４と、図示されないファンコイルユニットを備える。ファンコイルユニットは、室内に配置される。ポンプ８４は、冷水器６３において冷水と熱交換される液体二次冷媒を二次冷媒循環回路８１に循環させる。液体二次冷媒は、例えば、水である。
【００３４】
カスケード熱交換部位１６及び３７はカスケード熱交換器７０を形成する。カスケード熱交換器７０は、ＨＦＣ冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換する。外気側熱交換器１４は、ＨＦＣ冷媒と外気との間で熱交換する。外気側熱交換器３５は、二酸化炭素冷媒と外気との間で熱交換する。氷蓄熱槽６２内の冷水及び氷と氷蓄熱熱交換器３６内の二酸化炭素冷媒との間で熱交換される。
【００３５】
図２Ａを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の冷房運転状態を説明する。
【００３６】
冷房運転状態において、圧縮機１１が運転され、接続状態設定部１７〜１９は、圧縮機１１、外気側熱交換器１４、膨張弁１２、冷温水器１５、圧縮機１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部１７は、ポート１７ａとポート１７ｂを接続し、ポート１７ｃとポート１７ｄを接続する。接続状態設定部１８は、ポート１８ａとポート１８ｄを接続し、ポート１８ｂとポート１８ｃを接続する。接続状態設定部１９は、ポート１９ａとポート１９ｃとを接続する。冷房運転状態において、ポンプ８３が運転され、圧縮機３１及びポンプ３８が停止される。
【００３７】
冷房運転状態において、主回路１０は、外気を熱源として二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を冷却する冷凍機として機能する。更に、ポンプ６１及び８４を運転することで、ポンプ６１が氷蓄熱槽６２と冷水器６３との間で冷水を循環し、冷水回路６０が氷蓄熱槽６２に貯えられた冷熱を用いて二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却してもよい。次に説明する氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の氷蓄熱運転により、氷蓄熱槽６２に冷熱が貯えられる。
【００３８】
図２Ｂを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の氷蓄熱運転状態を説明する。
【００３９】
氷蓄熱運転状態において、圧縮機１１が運転され、接続状態設定部１７〜１９は、圧縮機１１、外気側熱交換器１４、膨張弁１２、カスケード熱交換部位１６、圧縮機１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部１７は、ポート１７ｃとポート１７ｄを接続する。接続状態設定部１８は、ポート１８ａとポート１８ｄを接続する。接続状態設定部１９は、ポート１９ｂとポート１９ｃを接続する。氷蓄熱運転状態において、圧縮機３１と、ポンプ６１、８３、及び８４とが停止され、ポンプ３８が運転される。
【００４０】
氷蓄熱運転状態において、主回路１０は、外気を熱源としてカスケード熱交換部位３７内の二酸化炭素冷媒を冷却する冷凍機として機能する。冷却された二酸化炭素冷媒は凝縮する。凝縮して液体状態となった二酸化炭素冷媒は、重力によりカスケード熱交換部位３７から逆止弁４１及び分岐部４９を通って受液器３４に流入する。液体状態の二酸化炭素冷媒が流出するとカスケード熱交換部位３７の圧力が下がるため、気体状態の二酸化炭素冷媒が受液器３４から逆止弁４２及び分岐部４８を通って、カスケード熱交換部位３７に流入する。ポンプ３８は、受液器３４と氷蓄熱熱交換器３６との間で液体状態の二酸化炭素冷媒を循環させる。主回路１０が二酸化炭素冷媒を０℃より低い温度に冷却するため、氷蓄熱槽６２内の水が凍結する。これにより、氷蓄熱槽６２に冷熱が蓄熱される。なお、氷蓄熱運転は、割安な夜間電力を用いて行われることが多い。
【００４１】
図２Ｃを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の熱回収暖房運転状態を説明する。
【００４２】
熱回収暖房運転状態において、圧縮機１１が運転され、接続状態設定部１７〜１９は、圧縮機１１、冷温水器１５、膨張弁１２、カスケード熱交換部位１６、圧縮機１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部１７は、ポート１７ｂとポート１７ｃを接続する。接続状態設定部１８は、ポート１８ｃとポート１８ｄを接続する。接続状態設定部１９は、ポート１９ｂとポート１９ｃを接続する。熱回収暖房運転状態において、ポンプ６１、８３及び８４が運転され、ブースタ回路３０は、氷蓄熱運転状態と同様の状態をとる。
【００４３】
熱回収暖房運転において、主回路１０は、ブースタ回路３０から熱を吸収し、二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を加熱する。ブースタ回路３０は、氷蓄熱槽６２から熱を吸収し、主回路１０に熱を放出する。ポンプ６１が氷蓄熱槽６２と冷水器６３との間で冷水を循環することで、冷水回路６０は、ブースタ回路３０に熱を放出し、二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却する。熱回収暖房運転は、コンピュータのような発熱体が多い部屋を冷房して発熱体の少ない部屋を暖房する場合に好適である。
【００４４】
図２Ｄを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の外気温度が高い場合における外気を熱源とする暖房運転状態を説明する。
【００４５】
外気温度が高い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、圧縮機１１が運転され、接続状態設定部１７〜１９は、圧縮機１１、冷温水器１５、膨張弁１２、外気側熱交換器１４、圧縮機１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部１７は、ポート１７ａとポート１７ｄを接続し、ポート１７ｂとポート１７ｃを接続する。接続状態設定部１８は、ポート１８ａとポート１８ｂを接続し、ポート１８ｃとポート１８ｄを接続する。接続状態設定部１９は、ポート１９ａとポート１９ｃを接続する。外気温度が高い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、ポンプ８３が運転され、圧縮機３１及びポンプ３８は停止される。
【００４６】
外気温度が高い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、主回路１０は、外気を熱源として二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を加熱するヒートポンプとして機能する。更に、ポンプ６１及び８４を運転することで、ポンプ６１が氷蓄熱槽６２と冷水器６３との間で冷水を循環し、冷水回路６０が氷蓄熱槽６２に貯えられた冷熱を用いて二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却してもよい。二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を加熱し、二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却することで、発熱体の少ない部屋を暖房し、発熱体の多い部屋を冷房することが可能である。
【００４７】
図２Ｅを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１のデフロスト運転状態を説明する。
【００４８】
デフロスト運転状態において、圧縮機１１及びポンプ８３は停止する。デフロスト運転状態において、圧縮機３１及びポンプ３８が運転され、接続状態設定部３９は、圧縮機３１、外気側熱交換器３５、膨張弁３３、受液器３４、圧縮機３１の順に二酸化炭素冷媒が循環するようにブースタ回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部３９は、ポート３９ａとポート３９ｄを接続し、ポート３９ｂとポート３９ｃを接続する。デフロスト運転状態において、ポンプ６１及び８４が運転される。
【００４９】
デフロスト運転状態において、圧縮機３１は、受液器３４から逆止弁４２、分岐部４８、ポート３９ｄ、及びポート３９ａを介して気体状態の二酸化炭素冷媒を吸い込んで圧縮し、外気側熱交換器３５へポート３９ｃ及び３９ｂを介して吐出する。二酸化炭素冷媒は外気側熱交換器３５において熱を放出する。熱を放出した二酸化炭素冷媒は、外気側熱交換器３５から逆止弁４０、膨張弁３３、及び逆止弁４３を通って受液器３４に戻る。ポンプ３８は、受液器３４と氷蓄熱熱交換器３６との間で液体状態の二酸化炭素冷媒を循環させる。ポンプ６１は、氷蓄熱槽６２と冷水器６３との間で冷水を循環させる。これにより、冷水回路６０は、二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒から熱を吸収してブースタ回路３０に放出する。ブースタ回路３０は、冷水回路６０（氷蓄熱槽６２）から熱を吸収して外気側熱交換器３５をデフロストする。
【００５０】
図２Ｆを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態を説明する。
【００５１】
外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、圧縮機１１及びポンプ８３が運転され、接続状態設定部１７〜１９は、熱回収暖房運転状態の場合と同様に主回路接続状態を設定する。外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、圧縮機３１が運転され、接続状態設定部３９は、圧縮機３１、カスケード熱交換部位３７、受液器３４、膨張弁３２、外気側熱交換器３５、圧縮機３１の順に二酸化炭素冷媒が循環するようにブースタ回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部３９は、ポート３９ａとポート３９ｂを接続し、ポート３９ｃとポート３９ｄを接続する。外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、ポンプ３８は停止される。
【００５２】
外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、ブースタ回路３０は、外気を熱源としてカスケード熱交換部位１６に熱を放出するヒートポンプとして機能する。主回路１０は、カスケード熱交換部位３７から熱を吸収し、二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を加熱する。ここで、主回路１０及びブースタ回路３０は、外気を熱源として二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を加熱するカスケードヒートポンプシステムとして機能する。更に、ポンプ６１及び８４を運転することで、ポンプ６１が氷蓄熱槽６２と冷水器６３との間で冷水を循環し、冷水回路６０が氷蓄熱槽６２に貯えられた冷熱を用いて二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却してもよい。二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒を加熱し、二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却することで、発熱体の少ない部屋を暖房し、発熱体の多い部屋を冷房することが可能である。
【００５３】
以下、本実施形態に係る氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の効果を明らかにするするために、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１を氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１と比較する。
【００５４】
はじめに、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１を説明する。
【００５５】
図３を参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１を説明する。氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１は、主回路１１０と、冷水回路１６０と、二次冷媒循環回路１８１及び１８２とを備える。
【００５６】
主回路１１０には、冷媒としてＨＦＣ冷媒が充填されている。主回路１１０は、圧縮機１１１と、膨張弁１１２と、受液器１１３と、外気側熱交換器１１４と、冷温水器１１５と、氷蓄熱熱交換器１１６（蒸発器１１６）と、接続状態設定部１１７〜１１９とを備える。接続状態設定部１１７は、ポート１１７ａ〜１１７ｄを備える。接続状態設定部１１８は、ポート１１８ａ〜１１８ｄを備える。接続状態設定部１１９は、ポート１１９ａ〜１１９ｃを備える。
【００５７】
ポート１７ａは、配管の分岐部１２１に接続されている。分岐部１２１は、圧縮機１１１の吸込口１１１ａと氷蓄熱熱交換器１１６の出入口１１６ｂにそれぞれ接続されている。ポート１１７ｂは、冷温水器１１５の出入口１１５ａに接続されている。ポート１１７ｃは、圧縮機１１１の吐出口１１１ｂに接続されている。ポート１１７ｄは、外気側熱交換器１１４の出入口１１４ａに接続されている。
【００５８】
ポート１１８ａは、外気側熱交換器１１４の出入口１１４ｂに接続されている。ポート１１８ｂは、ポート１１９ａに接続されている。ポート１１８ｃは、冷温水器１１５の出入口１１５ｂに接続されている。ポート１１８ｄは、受液器１１３の上部１１３ａに接続されている。受液器１１３の下部１１３ｂは、膨張弁１１２を介してポート１１９ｃに接続されている。
【００５９】
ポート１１９ｂは、氷蓄熱熱交換器１１６の出入口１１６ａに接続されている。
【００６０】
接続状態設定部１１７〜１１９は、圧縮機１１１、膨張弁１１２、外気側熱交換器１１４、冷温水器１１５、及び氷蓄熱熱交換器１１６の接続状態としての主回路接続状態を設定する。
【００６１】
冷水回路１６０は、ポンプ１６１と、冷水及び氷を貯える氷蓄熱槽１６２と、冷水器１６３とを備える。氷蓄熱槽１６２には、氷蓄熱熱交換器１１６が設けられている。氷蓄熱槽１６２は、ポンプ１６１の吸込口１６１ａに接続されている。ポンプ１６１の吐出口１６１ｂは、冷水器１６３の出入口１６３ｂに接続されている。冷水器１６３の出入口１６３ａは、氷蓄熱槽１６２に接続されている。ポンプ１６１は、氷蓄熱槽１６２と冷水器１６３との間で冷水を循環する。
【００６２】
二次冷媒循環回路１８１は、ポンプ１８３と、図示されないファンコイルユニットを備える。ファンコイルユニットは、室内に配置される。ポンプ１８３は、冷温水器１１５においてＨＦＣ冷媒と熱交換される液体二次冷媒を二次冷媒循環回路１８１に循環させる。液体二次冷媒は、例えば、水である。
【００６３】
二次冷媒循環回路１８２は、ポンプ１８４と、図示されないファンコイルユニットを備える。ファンコイルユニットは、室内に配置される。ポンプ１８４は、冷水器１６３において冷水と熱交換される液体二次冷媒を二次冷媒循環回路１８１に循環させる。液体二次冷媒は、例えば、水である。
【００６４】
外気側熱交換器１１４は、ＨＦＣ冷媒と外気との間で熱交換する。氷蓄熱槽１６２内の冷水及び氷と氷蓄熱熱交換器１１６内の二酸化炭素冷媒との間で熱交換される。
【００６５】
図１及び図３を参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の主回路１１０が氷蓄熱熱交換器１１６を含んでいるのに対し、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の主回路１０は氷蓄熱熱交換器３６を含まない。氷蓄熱熱交換器１１６及び３６は、周囲が氷で覆われた状態でも必要な熱交換性能を確保するために内容積が非常に大きくなってしまう。したがって、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の主回路１０は、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の主回路１１０に比べてＨＦＣ冷媒充填量が少なくて済む。主回路１０のＨＦＣ冷媒充填量を主回路１１０のＨＦＣ冷媒充填量の約５０％にすることが可能である。
【００６６】
図４Ａを参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の冷房運転を説明する。
【００６７】
冷房運転状態において、圧縮機１１１が運転され、接続状態設定部１１７〜１１９は、圧縮機１１１、外気側熱交換器１１４、膨張弁１１２、冷温水器１１５、圧縮機１１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。この主回路接続状態は、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の冷房運転状態における主回路接続状態と同様である。氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の冷房運転状態において、ポンプ１８３が運転される。
【００６８】
冷房運転状態において、主回路１１０は、外気を熱源として二次冷媒循環回路１８１を循環する液体二次冷媒を冷却する冷凍機として機能する。更に、ポンプ１６１及び１８４を運転することで、ポンプ１６１が氷蓄熱槽１６２と冷水器１６３との間で冷水を循環し、冷水回路１６０が氷蓄熱槽１６２に貯えられた冷熱を用いて二次冷媒循環回路８２を循環する液体二次冷媒を冷却してもよい。次に説明する氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の氷蓄熱運転により、氷蓄熱槽１６２に冷熱が貯えられる。
【００６９】
図４Ｂを参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の氷蓄熱運転状態を説明する。
【００７０】
氷蓄熱運転状態において、圧縮機１１１が運転され、接続状態設定部１１７〜１１９は、圧縮機１１１、外気側熱交換器１１４、膨張弁１１２、氷蓄熱熱交換器１１６、圧縮機１１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部１１７は、ポート１１７ｃとポート１１７ｄを接続する。接続状態設定部１１８は、ポート１１８ａとポート１１８ｄを接続する。接続状態設定部１１９は、ポート１１９ａとポート１１９ｃを接続する。氷蓄熱運転状態において、ポンプ６１、８３、及び８４が停止する。
【００７１】
氷蓄熱運転状態において、主回路１１０は、外気を熱源として氷蓄熱槽１６２内の水を凍結させる冷凍機として機能する。ここで、氷蓄熱熱交換器１１６が蒸発器として機能する。氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の氷蓄熱運転は、ＨＦＣ冷媒の直膨方式で行われる。これにより、氷蓄熱槽１６２に冷熱が蓄熱される。
【００７２】
図４Ｃを参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の熱回収暖房運転状態を説明する。
【００７３】
熱回収暖房運転状態において、圧縮機１１１が運転され、接続状態設定部１１７〜１１９は、圧縮機１１１、冷温水器１１５、膨張弁１１２、氷蓄熱熱交換器１１６、圧縮機１１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。具体的には、接続状態設定部１１７は、ポート１１７ｂとポート１１７ｃを接続する。接続状態設定部１１８は、ポート１１８ｃとポート１１８ｄを接続する。接続状態設定部１１９は、ポート１１９ｂとポート１１９ｃを接続する。熱回収暖房運転状態において、ポンプ１６１、１８３、及び１８４が運転される。
【００７４】
熱回収暖房運転において、主回路１１０は、氷蓄熱槽１６２から熱を吸収し、二次冷媒循環回路１８１を循環する液体二次冷媒を加熱する。ポンプ１６１が氷蓄熱槽１６２と冷水器１６３との間で冷水を循環することで、冷水回路１６０は、主回路１１０に熱を放出し、二次冷媒循環回路１８２を循環する液体二次冷媒を冷却する。
【００７５】
図４Ｄを参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の外気を熱源とする暖房運転状態を説明する。
【００７６】
外気を熱源とする暖房運転状態において、圧縮機１１１及びポンプ１８３が運転され、接続状態設定部１１７〜１１９は、圧縮機１１１、冷温水器１１５、膨張弁１１２、外気側熱交換器１１４、圧縮機１１１の順にＨＦＣ冷媒が循環するように主回路接続状態を設定する。この主回路接続状態は、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の外気温度が高い場合における外気を熱源とする暖房運転状態における主回路接続状態と同様である。
【００７７】
外気を熱源とする暖房運転状態において、主回路１１０は、外気を熱源として二次冷媒循環回路１８１を循環する液体二次冷媒を加熱するヒートポンプとして機能する。更に、ポンプ１６１及び１８４を運転することで、ポンプ１６１が氷蓄熱槽１６２と冷水器１６３との間で冷水を循環し、冷水回路１６０が氷蓄熱槽１６２に貯えられた冷熱を用いて二次冷媒循環回路１８２を循環する液体二次冷媒を冷却してもよい。
【００７８】
図４Ｅを参照して、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１のデフロスト運転状態を説明する。
【００７９】
デフロスト運転状態において、圧縮機１１１が運転され、接続状態設定部１１７〜１１９は、氷蓄熱運転状態の場合と同様に主回路運転状態を設定する。デフロスト運転状態において、ポンプ１６１及び１８４が運転され、ポンプ１８３が停止する。
【００８０】
デフロスト運転状態において、主回路１１０は、氷蓄熱槽１６２から熱を吸収し、外気側熱交換器１１４において熱を放出する。ポンプ１６１は、氷蓄熱槽１６２と冷水器１６３との間で冷水を循環させる。これにより、冷水回路１６０は、二次冷媒循環回路１８２を循環する液体二次冷媒から熱を吸収して主回路１１０に放出する。主回路１１０は、冷水回路１６０（氷蓄熱槽１６２）から熱を吸収して外気側熱交換器１１４をデフロストする。
【００８１】
図５を参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力及び成績係数と氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の能力及び成績係数を比較する。これらの能力及び成績係数は、ＨＦＣ冷媒としてＲ１３４ａを使用し、圧縮機１１、３１、及び１１１として以下のものを使用した場合について計算された。圧縮機１１及び１１１は、５０Ｈｚの交流電源を使用した場合において、モータ定格出力が９０馬力、押しのけ量が３３６ｍ３／ｈであって、２５〜１００％の範囲で段階制御運転されるスクリュー形式の圧縮機である。圧縮機３１は、５０Ｈｚの交流電源を使用した場合において、モータ定格出力が１５馬力、押しのけ量が４０．４ｍ３／ｈであって、ＯＮ−ＯＦＦ運転されるレシプロ形式の圧縮機である。
【００８２】
冷房運転において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１及び氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１は、能力においても成績係数においても違いはない。これは、図２Ａ及び図４Ａに示されるように、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の冷房運転状態と氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の冷房運転状態に違いがないためである。
【００８３】
図５において、氷蓄熱運転における氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力は氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１が氷蓄熱運転を深夜に１０時間行った場合の消費電力量を示し、氷蓄熱運転における氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１０１の能力は氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１０１が氷蓄熱運転を深夜に１０時間行った場合の消費電力量を示す。氷蓄熱運転において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力及び成績係数は、Ｒ１３４ａの直膨により氷蓄熱を行う氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の能力及び成績係数よりも高い。例えば、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の氷蓄熱運転状態において、Ｒ１３４ａが充填された主回路１０を蒸発温度−１０℃で運転し、−７℃の液体状態の二酸化炭素二次冷媒をポンプ３８を用いて循環して氷蓄熱槽６２内の水を凍結させる。
【００８４】
熱回収暖房運転において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力及び成績係数は、Ｒ１３４ａの直膨により氷蓄熱槽１６２を冷却する氷蓄熱ヒートポンプチラーの能力及び成績係数よりも高い。例えば、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の熱回収暖房運転において、氷蓄熱槽６２内に３℃の冷水を貯めるために、Ｒ１３４ａが充填された主回路１０を蒸発温度−３〜−５℃で運転し、０℃の液体状態の二酸化炭素二次冷媒をポンプ３８を用いて循環する。
【００８５】
次に外気を熱源とする暖房運転の場合を説明する。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１は、外気温度が０℃より高いとき、図２Ｄに示す外気温度が高い場合における外気を熱源とする暖房運転状態で運転され、外気温度が０℃以下のとき、図２Ｆに示す外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態で運転される。外気温度が低い場合における外気を熱源とする暖房運転状態において、例えば、主回路１０の蒸発温度（カスケード熱交換器１６の温度）を−３〜−５℃に設定する。一方、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１は、外気温度が０℃より高い場合も０℃以下の場合も、図４Ｄに示す外気を熱源とする暖房運転状態で運転される。
【００８６】
外気温度が７℃のときの暖房運転において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１及び氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１は、能力においても成績係数においても違いはない。これは、図２Ｄに示される氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房運転状態と図４Ｄに示される氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房運転状態に違いがないためである。
【００８７】
外気温度が０℃のときの暖房運転において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力は氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の能力より高く、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の成績係数は氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の成績係数よりわずかに低い。
【００８８】
外気温度が−１０℃のときの暖房運転において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力及び成績係数は、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の能力及び成績係数よりも高い。これは、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１においては、主回路１１０の蒸発温度（外気側熱交換器１１４の温度）を外気温度である−１０℃より低くしなければならないのに対し、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１においては、主回路１０及びブースタ回路３０をカスケードヒートポンプシステムとして運転することで、主回路１０の蒸発温度（カスケード熱交換部位１６の温度）を高めに設定できるからである。
【００８９】
図６に示すグラフを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房能力、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房能力、及び負荷の外気温度依存性を説明する。グラフの縦軸は暖房能力及び負荷、グラフの横軸は外気温度である。外気温度が０℃のときの負荷（定格負荷）が１００％、外気温度が１５℃のときの負荷が０％と定義されている。外気温度が７℃のときの暖房能力（定格暖房能力）が１００％と定義されている。負荷は、外気温度が低下すると増加する。氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房能力は、外気温度が０℃より高い場合も０℃以下の場合も、外気温度が低下すると低下する。外気温度が７、０、−１０℃において、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房能力は１００、８５、６０％である。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房能力は、外気温度が０℃より高い範囲において、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房能力と一致している。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房能力は、外気温度が０℃以下の範囲において、外気温度が０℃のときの氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房能力より高い一定値をとる。外気温度が７、０、−１０℃において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房能力は１００、１１９、１１９％である。したがって、外気温度が７、０、−１０℃において、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房能力は氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房能力の１．０、１．４、２．０倍である。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１は氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１に比べて低外気温度における暖房能力が向上している。
【００９０】
負荷に対して暖房能力が不足する場合、電気ヒータ(不図示)で二次冷媒循環回路８１を循環する液体二次冷媒又は二次冷媒循環回路１８１を循環する液体二次冷媒を加熱する必要があるが、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１は、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１に比べて、電気ヒータ消費電力が少なくて済む。
【００９１】
図７に示すグラフを参照して、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房成績係数、及び氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数の外気温度依存性を説明する。グラフの縦軸は暖房成績係数、グラフの横軸は外気温度である。氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数は、外気温度が０℃より高い場合も０℃以下の場合も、外気温度が低下すると低下する。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房成績係数は、外気温度が０℃より高い範囲において、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数と一致している。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房成績係数は、外気温度が０℃以下の範囲において、外気温度が０℃のときの氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数より低い一定値をとる。氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房成績係数は氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数と−５℃より高く０℃より低いｔ℃で交差する。外気温度がｔ℃より高く０℃以下の場合、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房成績係数は、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数よりわずかに低い。外気温度がｔ℃より低い場合、氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の暖房成績係数は、氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１の暖房成績係数より高く、外気温度が低いほど暖房成績係数の差が大きくなる。
【００９２】
なお、図５〜図７に示した外気温度が−１０℃以下の場合における氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１の能力及び成績係数は、主回路１０の蒸発温度（カスケード熱交換部位１６の温度）及び凝縮温度（冷温水器１５の温度）をそれぞれ−５℃及び５０℃に設定し、ブースタ回路３０の蒸発温度（外気側熱交換器３５の温度）及び凝縮温度（カスケード熱交換部位３７の温度）をそれぞれ−２５℃及び０℃に設定した場合の計算値である。
【００９３】
氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１は氷蓄熱ヒートポンプチラー１０１に比べて年間消費電力量が１０％削減される。
【００９４】
氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー１においては、ＨＦＣ冷媒のかわりにアンモニアのような自然冷媒を主回路１０に充填することで、ＨＦＣ冷媒の充填量をゼロにできる。
【符号の説明】
【００９５】
１…氷蓄熱カスケードヒートポンプチラー
１０…主回路
１１…圧縮機
１１ａ…吸込口
１１ｂ…吐出口
１２…膨張弁
１３…受液器
１３ａ…上部
１３ｂ…下部
１４…外気側熱交換器（熱源側熱交換器）
１４ａ、１４ｂ…出入口
１５…冷温水器
１５ａ、１５ｂ…出入口
１６…カスケード熱交換部位
１６ａ、１６ｂ…出入口
１７〜１９…接続状態設定部
１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄ、１９ａ〜１９ｃ…ポート
２１…分岐部
３０…ブースタ回路
３１…圧縮機
３１ａ…吸込口
３１ｂ…吐出口
３２、３３…膨張弁
３４…受液器
３４ａ…上部
３４ｂ…下部
３５…外気側熱交換器（熱源側熱交換器）
３５ａ、３５ｂ…出入口
３６…氷蓄熱熱交換器
３６ａ、３６ｂ…出入口
３７…カスケード熱交換部位
３７ａ、３７ｂ…出入口
３８…ポンプ
３８ａ…吸込口
３８ｂ…吐出口
３９…接続状態設定部
３９ａ〜３９ｄ…ポート
４０〜４４…逆止弁
４５〜４９…分岐部
６０…冷水回路
６１…ポンプ
６１ａ…吸込口
６１ｂ…吐出口
６２…氷蓄熱槽
６３…冷水器
６３ａ、６３ｂ…出入口
７０…カスケード熱交換器
８１、８２…二次冷媒循環回路
８３、８４…ポンプ
１０１…氷蓄熱ヒートポンプチラー
１１０…主回路
１１１…圧縮機
１１１ａ…吸込口
１１１ｂ…吐出口
１１２…膨張弁
１１３…受液器
１１３ａ…上部
１１３ｂ…下部
１１４…外気側熱交換器（熱源側熱交換器）
１１４ａ、１１４ｂ…出入口
１１５…冷温水器
１１５ａ、１１５ｂ…出入口
１１６…氷蓄熱熱交換器(蒸発器)
１１６ａ、１１６ｂ…出入口
１１７〜１１９…接続状態設定部
１１７ａ〜１１７ｄ、１１８ａ〜１１８ｄ、１１９ａ〜１１９ｃ…ポート
１２１…分岐部
１６０…冷水回路
１６１…ポンプ
１６１ａ…吸込口
１６１ｂ…吐出口
１６２…氷蓄熱槽
１６３…冷水器
１６３ａ、１６３ｂ…出入口
１８１、１８２…二次冷媒循環回路
１８３、１８４…ポンプ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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