(57)【要約】空調機及び冷凍（ＡＣ／Ｒ）用途の熱エネルギー貯蔵の液体−吸入熱交換（ＴＥＳ−ＬＳＨＸ）の方法及びデバイスを開示する。開示された実施形態によれば、１つの期間にわたってエネルギーを貯蔵及び集約し、後の期間で送り出すことができ、所望の条件でＡＣ／Ｒのシステム効率を向上させることができる。後で利用するために、ＴＥＳ−ＬＳＨＸの利点が貯蔵及び集約されるだけでなく、送り出す際にも放熱速度が蓄熱速度を超えるので、ユーティリティに対して需要削減の利点を向上させることができる。開示された実施形態によれば、優れた柔軟性が得られ、元の装置メーカーのＡＣ／Ｒシステム設計への組み込み、及び／又は、凝集ユニット又は蒸発コイルとの抱き合わせが可能になる。これらのＴＥＳ−ＬＳＨＸシステムは、既存のＡＣ／Ｒシステムのラインセットに沿う任意の点に本製品を設置することにより、既存のシステムに後付けすることができる。【選択図】図１
2014520244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を含む冷媒ループと、
熱エネルギー貯蔵モジュールとを備え、
上記冷媒ループは、
圧縮機及び凝縮器を有する凝縮ユニットと、
上記凝縮ユニットの下流に接続された膨張デバイスと、
上記膨張デバイスの下流に接続された蒸発器とを備え、
上記熱エネルギー貯蔵モジュールは、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に含まれる熱貯蔵媒体と、
上記凝縮器及び上記膨張デバイスの間に設けられ、冷媒及び上記熱貯蔵媒体の間の熱交換を推進する液体側熱交換器と
上記蒸発器及び上記圧縮機の間に設けられ、上記冷媒及び上記熱貯蔵媒体の間の熱交換を推進する吸入側熱交換器と、
上記凝縮器からの冷媒の流れを上記熱エネルギー貯蔵モジュール又は上記膨張デバイスに進める第１バルブとを備えている、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステム。
【請求項２】
冷媒を含む冷媒ループと、
熱エネルギー貯蔵モジュールと、
貯蔵熱エネルギー放熱ループと、
貯蔵熱エネルギー蓄熱ループとを備え、
上記冷媒ループは、
圧縮機及び凝縮器を有する凝縮ユニットと、
上記凝縮ユニットの下流に接続された膨張デバイスと、
上記膨張デバイスの下流に接続された蒸発器とを備え、
上記熱エネルギー貯蔵モジュールは、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に含まれる熱貯蔵媒体と、
液体側熱交換器と、
吸入側熱交換器とを備え、
上記貯蔵熱エネルギー放熱ループは、
上記液体側熱交換器に熱伝導を行い、上記凝縮器及び上記膨張デバイスの間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、上記貯蔵熱エネルギー放熱ループが上記熱貯蔵媒体及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立液体ライン熱交換器と、
上記液体側熱交換器及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第１バルブとを備え、
上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループは、
上記吸入側熱交換器に熱伝導を行い、上記蒸発器及び上記凝縮器の間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループが上記熱貯蔵媒体及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立吸入ライン熱交換器と、
上記吸入側熱交換器及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第２バルブとを備えている、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステム。
【請求項３】
冷媒を含む冷媒ループと、
熱エネルギー貯蔵モジュールと、
貯蔵熱エネルギー放熱ループと、
貯蔵熱エネルギー蓄熱ループとを備え、
上記冷媒ループは、
圧縮機及び凝縮器を有する凝縮ユニットと、
上記凝縮ユニットの下流に接続された膨張デバイスと、
上記膨張デバイスの下流に接続された蒸発器とを備え、
上記熱エネルギー貯蔵モジュールは、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に含まれる熱貯蔵伝達媒体を備え、
上記貯蔵熱エネルギー放熱ループは、
上記熱エネルギー貯蔵モジュールに熱伝導を行い、上記凝縮器及び上記膨張デバイスの間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、上記貯蔵熱エネルギー放熱ループが上記熱エネルギー貯蔵モジュール内の上記熱貯蔵伝達媒体、及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立液体ライン熱交換器と、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第１バルブとを備え、
上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループは、
上記熱エネルギー貯蔵モジュールに熱伝導を行い、上記蒸発器及び上記凝縮器の間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループが上記熱エネルギー貯蔵モジュール内の上記熱貯蔵伝達媒体、及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立吸入ライン熱交換器と、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第２バルブとを備えている、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステム。
【請求項４】
請求項１、２又は３のシステムにおいて、
上記凝縮器の下流に設けられ、流体伝達を行う冷媒管理容器を備えている、システム。
【請求項５】
請求項１、２又は３のシステムにおいて、
上記膨張デバイスは、温度調整膨張バルブ、電子膨張バルブ、静的オリフィス、キャピラリーチューブ及び混合相レギュレータからなるグループから選択されている、システム。
【請求項６】
請求項１、２又は３のシステムにおいて、
上記蒸発器は、少なくとも１つの小型に分割した蒸発器である、システム。
【請求項７】
請求項１のシステムにおいて、
上記蒸発器からの冷媒の流れを上記熱エネルギー貯蔵モジュール又は上記圧縮機に進める第２バルブを備えている、システム。
【請求項８】
請求項１又は２のシステムにおいて、
上記熱貯蔵媒体の少なくとも一部は、蓄熱モード及び放熱モードにおいて、相変化する、システム。
【請求項９】
請求項１又は２のシステムにおいて、
上記熱貯蔵媒体は、共晶の材料である、システム。
【請求項１０】
請求項１又は２のシステムにおいて、
上記熱貯蔵媒体は、水である、システム。
【請求項１１】
請求項１又は２のシステムにおいて、
上記熱貯蔵媒体は、潜熱の形態で蓄熱しない、システム。
【請求項１２】
請求項２のシステムにおいて、
上記貯蔵熱エネルギー放熱ループは、熱移動媒体として冷却液を用いて熱容量を移動する、システム。
【請求項１３】
請求項２のシステムにおいて、
上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループは、熱移動媒体として冷却液を用いて熱容量を移動する、システム。
【請求項１４】
請求項２のシステムにおいて、
上記貯蔵熱エネルギー放熱ループは、熱移動媒体として冷媒を用いて熱容量を移動する、システム。
【請求項１５】
請求項２のシステムにおいて、
上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループは、熱移動媒体として冷媒を用いて熱容量を移動する、システム。
【請求項１６】
請求項３のシステムにおいて、
上記熱貯蔵伝達媒体は、グリコールである、システム。
【請求項１７】
請求項３のシステムにおいて、
上記熱貯蔵伝達媒体は、塩水である、システム。
【請求項１８】
冷媒を圧縮機及び凝縮器で圧縮及び凝縮することにより、高圧の冷媒を作り出し、
第１の期間中において、
上記高圧の冷媒を膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、蒸発器で冷却する負荷を与え、
熱エネルギー貯蔵モジュール内で該モジュール内に含まれる吸入側熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、
第２の期間中において、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール内で該モジュール内に含まれる液体側熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、
上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、
上記吸入側熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、
第３の期間中において、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール内で上記液体側熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、
上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻す、熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムで冷却を供給する方法。
【請求項１９】
冷媒を圧縮機及び凝縮器で圧縮及び凝縮することにより、高圧の冷媒を作り出し、
第１の期間中において、
上記高圧の冷媒を膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、蒸発器で冷却する負荷を与え、
熱エネルギー貯蔵モジュール内で独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、
第２の期間中において、
独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、
上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、
上記独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、
第３の期間中において、
独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、
上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻す、熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムで冷却を供給する方法。
２３．請求項２２の方法において、
上記凝縮器の下流に設けられて流体伝達を行う冷媒管理容器によって、上記高圧の冷媒を蓄熱、貯蔵及び供給するステップを備える、方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９の方法において、
上記高圧の冷媒を、温度調整膨張バルブ、電子膨張バルブ、静的オリフィス、キャピラリーチューブ及び混合相レギュレータからなるグループから選択された膨張デバイスによって、膨張させるステップを備える、方法。
【請求項２１】
請求項１８又は１９の方法において、
上記凝縮器の下流に設けられて流体伝達を行う冷媒管理容器によって、上記高圧の冷媒を蓄熱、貯蔵及び供給するステップを備える、方法。
【請求項２２】
請求項１８の方法において、
上記第１の期間において、上記熱貯蔵媒体を上記熱貯蔵媒体の少なくとも一部が相変化する程度まで冷却するステップを備える、方法。
【請求項２３】
請求項１８の方法において、
上記第２の期間において、上記高圧の冷媒を上記圧縮機の下流の上記熱貯蔵媒体と一緒に上記熱貯蔵媒体の少なくとも一部が相変化する程度まで過冷却するステップを備える、方法。
【請求項２４】
請求項１９の方法において、
上記第１の期間中において、上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に拘束された吸入側熱交換器を付加的に用いて、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に拘束された液体側熱交換器を付加的に用いて、上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に過冷却し、
上記第２の期間中において、上記吸入側熱交換器を付加的に用いて、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記第３の期間中において、上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に拘束された上記液体側熱交換器を付加的に用いて、上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に過冷却するステップとを備える、方法。
【請求項２５】
請求項２４の方法において、
上記独立液体ライン熱交換器から上記液体側熱交換器に第１冷却液で冷却を移し、
上記独立吸入ライン熱交換器から上記吸入側熱交換器に第２冷却液で冷却を移すステップを備える、方法。
【請求項２６】
請求項２４の方法において、
上記第１の期間において、上記熱貯蔵媒体を上記熱貯蔵媒体の少なくとも一部が相変化する程度まで冷却するステップを備える、方法。
【請求項２７】
請求項２４の方法において、
上記第２の期間において、上記高圧の冷媒を上記圧縮機の下流の熱貯蔵媒体と一緒に上記熱貯蔵媒体の少なくとも一部が相変化する程度まで過冷却するステップを備える、ステップとを備える、方法。
【請求項２８】
請求項２４の方法において、
上記独立液体ライン熱交換器から上記液体側熱交換器に冷却を第１独立冷媒で移し、
上記独立吸入ライン熱交換器から上記吸入側熱交換器に冷却を第２独立冷媒で移すステップを備える、方法。
【請求項２９】
冷媒を含む冷媒ループを備え、
上記冷媒ループは、高圧の冷媒を作り出すために、冷媒を圧縮機及び凝縮器で圧縮及び凝縮する手段を備え、
第１の期間中において、
膨張した冷媒を作り出し、蒸発器で冷却する負荷を与えるために、上記高圧の冷媒を膨張デバイスで膨張させる手段と、
熱エネルギー貯蔵モジュール内で独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移す手段と、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻す手段とを備え、
第２の期間中において、
独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却する手段と、
膨張した冷媒を作り出し、上記蒸発器で冷却する負荷を与えるために、上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させる手段と、
上記独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移す手段と、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻す手段とを備え、
第３の期間中において、
独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却する手段と、
膨張した冷媒を作り出し、上記蒸発器で冷却する負荷を与えるために、上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させる手段と、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻す手段とを備えている、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステム。
【請求項３０】
上述した請求項の何れか１つに記載された統合冷媒系の液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステム。
【請求項３１】
請求項１〜１７の何れか１つに記載された統合冷媒系の液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムで冷却を供給する方法。
【請求項３２】
請求項１、２又は３に記載され、そして実質的に添付の図面を参照して上述された統合冷媒系の液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステム。
【請求項３３】
請求項１８又は１９に記載され、そして実質的に添付の図面を参照して上述された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年６月１７日に出願された「液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵のためのシステム及び方法」と題する米国仮出願番号６１／４９８，３４０に基づいており、その仮出願の利益を主張するものであり、そして、仮出願の全体の開示は、その開示及び教示するもの全てを参照することによって、本出願に明確に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
ピーク時の電力消費需要が増加する中で、熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）は、空調機の電源負荷をオフピーク時間及び料金にシフトさせるために利用されている。負荷をピークからオフピーク期間にシフトさせるだけでなく、空調機ユニットの容量及び効率を向上させる要望がある。エネルギー貯蔵システムを有する最近の空調機ユニットは、大規模な商用ビルだけに実用され、高効率化が困難な水冷機への依存を含む幾つかの不足点によりある程度の成功を収めている。
【０００３】
大規模及び小規模の商用ビルで熱エネルギー貯蔵の利益を事業化するために、熱エネルギー貯蔵システムは、製造コストを最小限に抑え、種々の運転条件下での最大効率を維持し、実施及び運転の衝撃を最小限に抑え、多くの冷凍又は空調の用途に適していなければならない。
【０００４】
熱エネルギーを貯蔵するためのシステムは、Harry Fischerに発行された特許文献１及び２において、Fischerらに発行された特許文献３、Narayanamurthyらに発行された特許文献４、Narayanamurthyに発行された特許文献５、Narayanamurthyらに発行された特許文献６、Narayanamurthyらに発行された特許文献７、Narayanamurthyに発行された特許文献８、Narayanamurthyに発行された特許文献９、Narayanamurthyらにより２００７年８月１０日に出願された特許文献１０、Narayanamurthyらにより２００８年１１月２６日に出願された特許文献１１、Narayanamurthyらにより２００９年２月１３日に出願された特許文献１２、Narayanamurthyらにより２００９年５月２８日に出願された特許文献１３、Parsonnetらにより２００８年１２月１６日に出願された特許文献１４、並びにParsonnetらにより２０１１年４月１日に出願された特許文献１５において、従前より検討されている。これらの特許及び出願の全ては、空調機の負荷をピークからオフピーク電気料金にシフトさせるために、氷貯蔵を利用することにより、経済的な正当化を与え、それらの開示及び教示するもの全てを参照することによって、本出願に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４７３５０６４号明細書
【特許文献２】米国特許第５２２５５２６号明細書
【特許文献３】米国特許第５６４７２２５号明細書
【特許文献４】米国特許第７１６２８７８号明細書
【特許文献５】米国特許第７８５４１２９号明細書
【特許文献６】米国特許第７５０３１８５号明細書
【特許文献７】米国特許第７８２７８０７号明細書
【特許文献８】米国特許第７３６３７７２号明細書
【特許文献９】米国特許第７７９３５１５号明細書
【特許文献１０】米国特許出願番号第１１／８３７３５６号明細書
【特許文献１１】米国特許出願番号第１２／３２４３６９号明細書
【特許文献１２】米国特許出願番号第１２／３７１２２９号明細書
【特許文献１３】米国特許出願番号第１２／４７３４９９号明細書
【特許文献１４】米国特許出願番号第１２／３３５８７１号明細書
【特許文献１５】米国特許出願番号第６１／４７０８４１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の実施形態は、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムであって、圧縮機及び凝縮器を有する凝縮ユニットと、上記凝縮ユニットの下流に接続された膨張デバイスと、上記膨張デバイスの下流に接続された蒸発器と、熱エネルギー貯蔵モジュールとを備え、上記熱エネルギー貯蔵モジュールは、該熱エネルギー貯蔵モジュール内に含まれる熱貯蔵媒体と、上記凝縮器及び上記膨張デバイスの間に設けられ、冷媒及び上記熱貯蔵媒体の間の熱交換を推進する液体側熱交換器と、上記蒸発器及び上記圧縮機の間に設けられ、上記冷媒及び上記熱貯蔵媒体の間の熱交換を推進する吸入側熱交換器と、上記凝縮器からの冷媒の流れを上記熱エネルギー貯蔵モジュール又は上記膨張デバイスに進める第１バルブとを備えてもよい。
【０００７】
本発明の実施形態は、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムであって、冷媒ループと、熱エネルギー貯蔵モジュールと、貯蔵熱エネルギー放熱ループと、貯蔵熱エネルギー吸入ループとを備え、上記冷媒ループは、冷媒を含み、圧縮機及び凝縮器を有する凝縮ユニットと、上記凝縮ユニットの下流に接続された膨張デバイスと、上記膨張デバイスの下流に接続された蒸発器とを備え、上記熱エネルギー貯蔵モジュールは、該熱エネルギー貯蔵モジュール内に含まれる熱貯蔵媒体と、液体側熱交換器と、吸入側熱交換器と備え、上記貯蔵熱エネルギー放熱ループは、上記液体側熱交換器に熱伝導を行い、上記凝縮器及び上記膨張デバイスの間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、該貯蔵熱エネルギー放熱ループが上記熱貯蔵媒体及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立液体ライン熱交換器と、上記液体側熱交換器及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第１バルブとを備え、上記貯蔵熱エネルギー吸入ループは、上記吸入側熱交換器に熱伝導を行い、上記蒸発器及び上記凝縮器の間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、該貯蔵熱エネルギー吸入ループが上記熱貯蔵媒体及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立吸入ライン熱交換器と、上記吸入側熱交換器及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第２バルブとを備えてもよい。
【０００８】
本発明の実施形態は、熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムで冷却を供給する方法でああって、冷媒を圧縮機及び凝縮器で圧縮及び凝縮することにより、高圧の冷媒を作り出し、第１の期間中において、上記高圧の冷媒を膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、蒸発器で冷却する負荷を与え、熱エネルギー貯蔵モジュール内で該モジュール内に含まれる吸入側熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、第２の期間中において、上記熱エネルギー貯蔵モジュール内で該モジュール内に含まれる液体側熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、上記吸入側熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、第３の期間中において、上記熱エネルギー貯蔵モジュール内で上記液体側熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻してもよい。
【０００９】
本発明の実施形態は、熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムで冷却を供給する方法であって、冷媒を圧縮機及び凝縮器で圧縮及び凝縮することにより、高圧の冷媒を作り出し、第１の期間中において、上記高圧の冷媒を膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、蒸発器で冷却する負荷を与え、熱エネルギー貯蔵モジュール内で独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、第２の期間中において、独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、上記独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、第３の期間中において、独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻してもよい。
【００１０】
本発明の実施形態は、統合冷媒系の熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムであって、冷媒を含む冷媒ループと、熱エネルギー貯蔵モジュールと、貯蔵熱エネルギー放熱ループと、貯蔵熱エネルギー蓄熱ループとを備え、上記冷媒ループは、圧縮機及び凝縮器を有する凝縮ユニットと、上記凝縮ユニットの下流に接続された膨張デバイスと、上記膨張デバイスの下流に接続された蒸発器とを備え、上記熱エネルギー貯蔵モジュールは、上記熱エネルギー貯蔵モジュール内に含まれる熱貯蔵伝達媒体を備え、上記貯蔵熱エネルギー放熱ループは、上記熱エネルギー貯蔵モジュールに熱伝導を行い、上記凝縮器及び上記膨張デバイスの間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、上記貯蔵熱エネルギー放熱ループが上記熱エネルギー貯蔵モジュール内の上記熱貯蔵伝達媒体、及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立液体ライン熱交換器と、上記熱エネルギー貯蔵モジュール及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第１バルブとを備え、上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループは、上記熱エネルギー貯蔵モジュールに熱伝導を行い、上記蒸発器及び上記凝縮器の間で上記冷媒ループに熱伝導を行い、上記貯蔵熱エネルギー蓄熱ループが上記熱エネルギー貯蔵モジュール内の上記熱貯蔵伝達媒体、及び上記冷媒の間の熱伝導を推進する独立吸入ライン熱交換器と、上記熱エネルギー貯蔵モジュール及び上記独立液体ライン熱交換器の間で熱伝導を推進する第２バルブとを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図面において、
【図１】空調及び冷凍用途の液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵の１つの実施形態を模式的に示すものである。
【図２】液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵の他の実施形態を模式的に示すものである。
【図３】独立した液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵の１つの実施形態を模式的に示すものである。
【図４】独立した液体−吸入の熱交換による熱エネルギー貯蔵の他の実施形態を模式的に示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は様々な形の実施形態を含み得るが、その具体的な実施形態を図面に基づいてここに詳細に説明する。本開示は発明の原理を例示するものに過ぎず、以下の具体的な実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、空調機及び冷凍（ＡＣ／Ｒ）用途の熱エネルギー貯蔵の液体−吸入熱交換（ＴＥＳ−ＬＳＨＸ）の実施形態を示している。図１に示すように、種々の在来型又は非在来型の空調機／冷凍用途で冷却を与えると見られるシステム、及び既存のシステムへの追加設置、又は完全に集積された新規設置として、集積された凝縮器／圧縮機／蒸発器（例えば、特別あつらえでないユニット、又は他社製部品組込み製品製造［ＯＥＭ］）と一緒に利用されるシステムにおいて、様々なモードが利用されてもよい。本実施形態では、ＬＳＨＸモード、蓄熱モード及び放熱モードという３つの主要な運転モードが本システムで達成されている。
【００１４】
図１に具体化されたＴＥＳ−ＬＳＨＸは、１つの期間にわたって蓄えて集め、後の期間において送り出すという液体−吸入熱交換の成果を可能にし、所望の条件下でのＡＣ／Ｒシステムの効率を向上させる。一例として、多くのＴＥＳ−ＬＳＨＸは、地理的な領域、及びユーティリティシステムの需要ピークを減少させるために送り出された集合能力向上において展開してもよい。ＴＥＳ−ＬＳＨＸの成果は、後で利用するための蓄えて集めることだけでなく、送り出し際の放熱速度が蓄熱速度を超えることもあるので、ユーティリティに対して需要減少の成果がさらに向上する。開示した実施形態は、優れた柔軟性を有し、ＯＥＭシステム設計への組み込み、及び凝縮ユニット又は蒸発コイルとの抱き合わせの少なくとも一方を可能とする。３つのＴＥＳ−ＬＳＨＸシステムは、既存のＡＣ／Ｒシステムのラインセットに沿う任意の点に本製品を設置することにより、既存のシステムに後付けすることができる。
【００１５】
図１は、直接熱交換構造のための単一のバルブ設計を示している。直接熱交換構造は、エネルギーがＡＣ／Ｒシステムの液体及び吸入ラインから貯蔵媒体に又はそれらの間を移動するという事実に当てはまっている。例えば、負荷に冷却を与えるためにＡＣ／Ｒシステムに用いられる冷媒は、貯蔵媒体と直接熱交換している。図１に示す単一のバルブ設計は、ＬＳＨＸ、蓄熱及び放熱を含む幾つかの運転モードを可能にしている。図２に示す複数のバルブ設計は、独立ＬＳＨＸ（通常の直接拡張ＡＣ／Ｒ運転）及び過冷却単独放熱を含む付加的な運転モードを可能にしている。
【００１６】
蓄熱モードで運転する際には、図１のシステムは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素を作動させる。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、蒸発器及び圧縮機の間で貯蔵媒体160から冷蒸気戻りラインに熱を排除する。バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒をＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を回避して膨張デバイス120に導く。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、吸入側熱交換器170で貯蔵媒体160から熱を吸収して貯蔵媒体160に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に入る。その結果、圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。このモードでは、貯蔵媒体160からの正味のエネルギー排除が存在する。
【００１７】
図１のシステムのＬＳＨＸモードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。本実施形態では、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、液体側熱交換器175における及び／又は貯蔵媒体160による直接熱交換を介して、温液体供給ラインから冷蒸気吸入ラインに熱を移動させる。本例のバルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、吸入側熱交換器170を介して、貯蔵媒体160、及び／又は蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に熱を排除するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116（貯蔵モジュール）に導く。この貯蔵媒体160への熱の排除は、蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体の過冷却を増加させる。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、液体側熱交換器175を介して、貯蔵媒体160及び／又はバルブＶ１ 122を出る温液体冷媒から熱を吸収して温液体冷媒に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に入る。この結果、圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が従来のＬＳＨＸ（すなわち、貯蔵媒体160に移動する正味のエネルギーがゼロ又は中立になる）として働く。
【００１８】
図１のシステムの放熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116（貯蔵モジュール）は、温液体供給ラインから貯蔵媒体160、及びＬＳＨＸ175での直接熱交換を介して冷蒸気吸入ラインに熱を移動させる。このモードでは、バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、吸入側熱交換器170を介して、貯蔵媒体160及び／又は蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に熱を排除するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に導く。この結果、蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体の過冷却が増加する。この温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、吸入側熱交換器170を介して、貯蔵媒体160及び／又はバルブＶ１ 122を出る温液体冷媒から熱を吸収して温液体冷媒に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に入る。その結果、圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。このモードでは、貯蔵媒体160への正味のエネルギー付加が存在する。
【００１９】
図２は、ＡＣ／Ｒ用途のＴＥＳ−ＬＳＨＸの他の実施形態を示している。図２に示すように、バルブＶ２ 124の付加は、種々の在来型又は非在来型のＡＣ／Ｒ用途で冷却を与えると見られるシステムで利用され、既存のシステムへの追加設置、又は完全に集積された新規設置として、集積された凝縮器／圧縮機／蒸発器と一緒に利用され得る付加的なモードを与える。本実施形態では、ＬＳＨＸモード、蓄熱モード、放熱モード、ＬＳＨＸ単独モード及び過冷却単独放熱モードという５つの主要な運転モードが本システムで達成されている。
【００２０】
図２のシステムの蓄熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、貯蔵媒体160から冷蒸気戻りラインに熱を排除する。バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を回避して膨張デバイス120に導く。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、バルブＶ２ 124によって、吸入側熱交換器170を介して貯蔵媒体160から熱を吸収して貯蔵媒体160に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に導かれる。その結果、圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。このモードでは、貯蔵媒体160からの正味のエネルギー排除が存在する。
【００２１】
図２のシステムは、ＬＳＨＸモードの際に、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、液体側熱交換器175での直接熱交換、及び／又は貯蔵媒体160を介して、温液体供給ラインから冷蒸気吸入ラインにエネルギーを移動させる。バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116（貯蔵モジュール）に導く。ここで、その冷媒は、液体側熱交換器175を介して、貯蔵媒体160及び／又は蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に熱を排除する。その結果、蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体の過冷却が増加する。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、バルブＶ２ 124によって、吸入側熱交換器170を介して、貯蔵媒体160及び／又はバルブＶ１ 122を出る温液体冷媒から熱を吸収して温液体冷媒に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に導かれる。この結果、圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が放熱状態になり、従来のＬＳＨＸ（すなわち、貯蔵媒体160に移動する正味のエネルギーがゼロ又は中立になる）として働く。
【００２２】
図２のシステムの放熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、温液体供給ラインから貯蔵媒体160、及び液体側熱交換器175での直接熱交換を介して冷蒸気吸入ラインに熱を移動させる。バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、液体側熱交換器175を介して、貯蔵媒体160及び／又は蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に熱を排除するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に導く。この結果、蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体の過冷却が増加する。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、バルブＶ２ 124によって、吸入側熱交換器170を介して、貯蔵媒体160及び／又はバルブＶ１ 122を出る温液体冷媒から熱を吸収して温液体冷媒に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に導かれる。この結果、圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。このモードでは、貯蔵媒体160への正味のエネルギー付加が存在する。
【００２３】
ＬＳＨＸ単独モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、ＡＣ／Ｒ回路から独立し、停止している。バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を回避して蒸発膨張デバイス120に導く。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、バルブＶ２ 124によって、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を回避して圧縮機110に導かれる。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116がＡＣ／Ｒ回路から独立し、停止しているので、もし必要なら、ＡＣ／Ｒシステムを従来どおり（非ＴＥＳ−ＬＳＨＸ、又はＬＳＨＸ運転）運転してもよい。
【００２４】
過冷却単独放熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む図２のシステムの全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、温液体供給ラインから貯蔵媒体160にエネルギーを移動させる。バルブＶ１ 122は、圧縮機110で圧縮された後に凝集器112を出る温液体冷媒を、液体側熱交換器175を介して貯蔵媒体160に熱を排除するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に導く。その結果、蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体の過冷却が増加する。その温液体は、蒸発膨張デバイス120で膨張して、熱を吸収して冷却を伝導する冷混合相冷媒を生成し、蒸発器114で蒸発して冷却を与える。その冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出て、バルブＶ２ 124によって、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を回避して圧縮機110に導かれる。このモードでは、貯蔵媒体160への正味のエネルギー付加が存在する。
【００２５】
図３は、ＡＣ／Ｒ用途のＴＥＳ−ＬＳＨＸのさらなる他の実施形態を示している。図３に示すように、ＴＥＳ−ＬＳＨＸへの独立の付加は、付加的な多様性をもたらし、種々の在来型又は非在来型のＡＣ／Ｒ用途で冷却を与えると見られるシステムで利用され、既存のシステムへの追加設置、又は完全に集積された新規設置として、集積された凝縮器／圧縮機／蒸発器と一緒に利用され得る付加的なモードを与える。本実施形態では、ＬＳＨＸモード、蓄熱モード、放熱モード、ＬＳＨＸ単独モード及び過冷却単独放熱モードという５つの主要な運転モードが本システムで達成されている。
【００２６】
図３のシステムの蓄熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116（貯蔵モジュール）は、独立した回路を介して貯蔵媒体160から冷蒸気戻りラインに熱を排除する。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と吸入ライン第２回路の冷媒との間の独立吸入ライン熱交換器140で起こる熱交換プロセスは、蒸発器114を出て圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱を増加させる。バルブＶ１ 122は、冷液体冷媒がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れないように閉じた状態である。独立吸入ライン熱交換器140内の冷蒸気冷媒は、蒸発器114を出る冷蒸気に熱を排除し、凝集する。独立吸入ライン熱交換器140内の冷液体冷媒は、冷媒ポンプ104及び開いた状態のバルブＶ２ 124を介して、吸入側熱交換器170で貯蔵媒体160から熱を吸収して蒸発するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に流れる。吸入側熱交換器170内で生成した蒸気は、独立吸入ライン熱交換器140に戻り、そのプロセスが繰り返される。蓄熱モードでは、貯蔵媒体160からの正味のエネルギー排除が存在する。この構成において、冷媒ポンプ102、104は、任意である。第２回路冷媒を移動させるための代わりの原動力は、重力補助型の熱サイホンである。この構成においても、バルブＶ２ 124は、任意である。
【００２７】
図３のシステムは、ＬＳＨＸモードの際に、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素と共に作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、複数の独立回路を介して、ＡＣ／Ｒ回路の温液体供給ラインからＡＣ／Ｒ回路の冷蒸気吸入ラインにエネルギーを移動させる。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と液体ライン第２回路の冷媒と吸入ライン第２回路の冷媒との間の独立熱交換器138及び140で起こる熱交換プロセスは、圧縮機110で圧縮された後に凝縮器112を出て蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体冷媒の過冷却を増加させる。これは、圧縮機110に入る前の蒸発器114を出る冷蒸気冷媒の過熱が増加するという結果にもなる。バルブＶ１ 122は、冷液体冷媒が冷媒ポンプ102を介してＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れるように開いた状態である。その第２回路の液体冷媒は、圧縮機110で圧縮された後に、独立液体ライン熱交換器138を介して、凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収し、蒸発する。
【００２８】
液体ライン第２回路内の冷蒸気冷媒は、独立液体ライン熱交換器138を出て、液体側熱交換器175を介して、貯蔵媒体160及び／又は吸入ライン第２回路内の冷液体冷媒に熱を排除し、凝集するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻る。吸入側熱交換器170の吸入ライン第２回路内の冷蒸気冷媒は、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を出て、独立吸入ライン熱交換器140に入る。ここで、熱は、独立吸入ライン熱交換器140を介して、蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に排除され、凝縮される。独立吸入ライン熱交換器140内の冷液体冷媒は、吸入側熱交換器170を介して貯蔵媒体160及び／又は液体ライン第２回路内の蒸気冷媒から熱を吸収して蒸気冷媒に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に冷媒ポンプ104及び開いた状態のバルブＶ２ 124を介して戻り、蒸発する。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が従来のＬＳＨＸとして働く。このモードでは、貯蔵媒体160に移動する正味のエネルギーがゼロ又は中立になる。この構成において、冷媒ポンプ102、104は、重力補助型の熱サイホンからなる代わりの原動力と共に、任意である。この構成においても、バルブＶ２ 124は、任意である。
【００２９】
図３のシステムは、放熱モードの際に、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素と共に作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、複数の独立回路を介して、ＡＣ／Ｒ回路の温液体供給ラインから貯蔵媒体160及びＡＣ／Ｒ回路の冷蒸気吸入ラインにエネルギーを移動させる。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と液体ライン第２回路の冷媒と吸入ライン第２回路の冷媒との間の独立熱交換器138及び140で起こる熱交換プロセスは、圧縮機110で圧縮された後に凝縮器112を出て蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体冷媒の過冷却を増加させると共に、圧縮機110に入る前の蒸発器114を出る冷蒸気冷媒の過熱を増加させる。バルブＶ１ 122は、冷液体冷媒が冷媒ポンプ102を介してＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れるように開いた状態である。
【００３０】
第２回路内の冷蒸気冷媒は、独立液体ライン熱交換器138を介して、凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収して温液体冷媒に冷却を伝導し、蒸発する。液体ライン第２回路内の冷蒸気冷媒は、独立液体ライン熱交換器138を出て、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻る。ここで、冷媒は、液体側熱交換器175を介して、貯蔵媒体160及び／又は吸入ライン第２回路内の冷液体冷媒に熱を排除し、凝縮する。吸入側熱交換器170の吸入ライン第２回路内の冷蒸気冷媒は、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を出て、独立吸入ライン熱交換器140に入る。ここで、冷媒は、独立吸入ライン熱交換器140を介して、蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に熱を排除し、凝縮する。独立吸入ライン熱交換器140内の冷液体冷媒は、吸入側熱交換器170を介して貯蔵媒体160及び／又は液体ライン第２回路内の蒸気冷媒から熱を吸収して蒸気冷媒に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に冷媒ポンプ104及び開いた状態のバルブＶ２ 124を介して戻り、蒸発する。このモードでは、貯蔵媒体160への正味のエネルギー付加が存在する。この構成において、冷媒ポンプ102、104は、バルブＶ２ 124と同様に、任意である。
【００３１】
ＬＳＨＸモードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む図３のシステムの全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が停止し、バルブＶ１ 122が閉じた状態であり、冷媒ポンプ102が停止している。これは、液体冷媒がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を出ないようにすると共に、独立液体ライン熱交換器138を介して凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収しないようにする。これは、吸入側熱交換器170を介して、独立吸入ライン熱交換器140内の冷液体冷媒がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻らないようすると共に、貯蔵媒体160から熱を吸収しないようにする。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が停止し、ＡＣ／Ｒシステムが従来どおりの運転（非ＴＥＳ−ＬＳＨＸ、又はＬＳＨＸ運転）を可能にする。この構成においても、冷媒ポンプは、任意である。
【００３２】
過冷却単独放熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む図３のシステムの全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、独立回路を介して、温液体供給ラインから貯蔵媒体160に熱を移動させる。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と液体ライン第２回路の冷媒との間の独立液体ライン熱交換器138で起こる熱交換プロセスは、凝縮器112を出て蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体冷媒の過冷却を増加させる。バルブＶ１ 122は、冷媒ポンプ102を介して、冷液体冷媒をＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流すように、開いた状態である。第２回路内の液体冷媒は、圧縮機110で圧縮された後に、独立液体ライン熱交換器138を介して、凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収し、蒸発する。液体ライン第２回路内の冷蒸気冷媒は、独立液体ライン熱交換器138を出て、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻る。ここで、冷媒は、液体側熱交換器175を介して、貯蔵媒体160に熱を排除し、凝縮する。バルブＶ２ 124は、閉じた状態であり、冷媒ポンプ124は、停止している。これにより、独立吸入ライン熱交換器140内の冷液体冷媒は、吸入側熱交換器170を介して、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻らないようになると共に、貯蔵媒体160から熱を吸収しないようになる。このモードでは、貯蔵媒体160への正味のエネルギー付加が存在する。この構成においても、冷媒ポンプ102、104は、任意である。
【００３３】
図４は、ＡＣ／Ｒ用途のＴＥＳ−ＬＳＨＸのさらなる他の実施形態を示している。図４に示すように、ＴＥＳ−ＬＳＨＸへの独立の付加は、付加的な多様性をもたらし、種々の在来型又は非在来型のＡＣ／Ｒ用途で冷却を与えると見られるシステムで利用され、既存のシステムへの追加設置、又は完全に集積された新規設置として、集積された凝縮器／圧縮機／蒸発器と一緒に利用され得る付加的なモードを与える。本実施形態では、主要なＡＣ／Ｒ回路に熱容量（熱及び／又は冷却）を移送するばかりでなく熱容量を蓄積するために働く貯蔵／熱伝導媒体162をＴＥＳ−ＬＳＨＸが利用する。この貯蔵／熱伝導媒体162は、塩水、グリコール、氷スラリー、カプセルストレージ水、他のタイプ、又はそれらの組み合わせであり、熱エネルギーを貯蔵及び移送するものであってもよい。ＬＳＨＸモード、蓄熱モード、放熱モード、ＬＳＨＸ単独モード及び過冷却単独放熱モードという５つの主要な運転モードが本システムで達成されている。
【００３４】
図４のシステムの蓄熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116（貯蔵モジュール）は、貯蔵／熱伝導媒体162から冷媒ループと連通する独立熱交換器を介して直に循環する貯蔵媒体によって冷蒸気戻りラインに熱を排除する。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と吸入ライン第２回路との間の独立吸入ライン熱交換器140で起こる熱交換プロセスは、蒸発器114を出て圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱を増加させる。
【００３５】
バルブＶ１ 122は、貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れないように、閉じた状態である。独立吸入ライン熱交換器140内の冷貯蔵／熱伝導媒体162は、蒸発器114を出る冷蒸気に熱を排除する。独立吸入ライン熱交換器140内の冷貯蔵／熱伝導媒体162は、ポンプ105及び開いた状態のバルブＶ２ 124を介して、付加的な冷貯蔵／熱伝導媒体162から熱を吸収するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に流れる。冷貯蔵／熱伝導媒体162は、独立吸入ライン熱交換器140に戻られ、そのプロセスが繰り返される。本蓄熱モードでは、貯蔵／熱伝導媒体162からの正味のエネルギー排除が存在する。この構成において、ポンプ103、105は、任意である。第２回路媒体を移動させるための代わりの原動力は、重力補助型の熱サイホンである。この構成においても、バルブＶ２ 124は、任意である。
【００３６】
図４のシステムは、ＬＳＨＸモードの際に、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素と共に作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、独立回路を介して、ＡＣ／Ｒ回路の温液体供給ラインからＡＣ／Ｒ回路の冷蒸気吸入ラインにエネルギーを移動させる。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と液体ライン第２回路の媒体と吸入ライン第２回路の媒体との間の独立熱交換器138及び140で起こる熱交換プロセスは、圧縮機110で圧縮された後に、凝縮器112を出て蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体冷媒の過冷却を増加させる。これは、また、結果として、蒸発器114を出て圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱が増加する。バルブＶ１ 122は、ポンプ103を介して、冷貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れるように、開いた状態である。第２回路内の媒体は、独立液体ライン熱交換器138を介して、圧縮機110で圧縮された後に、凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収する。
【００３７】
液体ライン第２回路内の温貯蔵／熱伝導媒体162は、独立液体ライン熱交換器138を出て、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116及び／又は吸入ライン第２回路内の貯蔵／熱伝導媒体162に戻る。吸入ライン第２回路内の温貯蔵／熱伝導媒体162は、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を出て、独立吸入ライン熱交換器140に入る。ここで、熱は、独立吸入ライン熱交換器140を介して、蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に排除される。独立吸入ライン熱交換器140内の冷貯蔵／熱伝導媒体162は、ポンプ105及び開いた状態のバルブＶ２ 124を介して、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116及び／又は液体ライン第２回路内の貯蔵／熱伝導媒体162に戻る。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が従来のＬＳＨＸとして働く。このモードでは、貯蔵／熱伝導媒体162に移動する正味のエネルギーがゼロ又は中立になる。この構成において、ポンプ103、105は、重力補助型の熱サイホンからなる代わりの原動力と共に、任意である。この構成においても、バルブＶ２ 124は、任意である。
【００３８】
図４のシステムは、放熱モードの際に、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素と共に作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、ＡＣ／Ｒ回路の温液体供給ラインから貯蔵／熱伝導媒体162、及び独立回路を介してＡＣ／Ｒ回路の冷蒸気吸入ラインに熱を移動させる。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と液体ライン第２回路の媒体と吸入ライン第２回路の媒体との間の独立熱交換器138及び140で起こる熱交換プロセスは、圧縮機110で圧縮された後に、凝縮器112を出て蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体冷媒の過冷却を増加させると共に、蒸発器114を出て圧縮機110に入る前の冷蒸気冷媒の過熱を増加させる。バルブＶ１ 122は、ポンプ103を介して、冷貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れるように、開いた状態である。
【００３９】
第２回路内の貯蔵／熱伝導媒体162は、独立液体ライン熱交換器138を介して、凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収して、温液体冷媒に冷却を伝導する。第２回路内の温貯蔵／熱伝導媒体162は、独立液体ライン熱交換器138を出て、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻る。その後、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116内の温貯蔵／熱伝導媒体162は、独立吸入ライン熱交換器140に入る。ここで、媒体は、独立吸入ライン熱交換器140を介して、蒸発器114を出る冷蒸気冷媒に熱を排除する。独立吸入ライン熱交換器140内の冷貯蔵／熱伝導媒体162は、ポンプ105及び開いた状態のバルブＶ２ 124を介して、残った貯蔵／熱伝導媒体162及び／又は液体ライン第２回路内の媒体に冷却を伝導するＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻る。このモードでは、貯蔵／熱伝導媒体162への正味のエネルギー付加が存在する。この構成においても、ポンプ103、105は、バルブＶ２ 124と同様に、任意である。
【００４０】
ＬＳＨＸ単独モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む図４のシステムの全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が停止し、バルブＶ１ 122が閉じた状態であり、ポンプ103が停止している。これは、貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116を出ないようにすると共に、独立液体ライン熱交換器138を介して凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収しないようにする。バルブＶ２ 124は、閉じた状態であり、ポンプ105は、停止している。これは、独立吸入ライン熱交換器140内の貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻らないようにする。このモードでは、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116が停止して、ＡＣ／Ｒシステムが従来どおりの運転（非ＴＥＳ−ＬＳＨＸ、又はＬＳＨＸ運転）を可能にする。この構成においても、ポンプは、任意である。
【００４１】
過冷却単独放熱モードでは、圧縮機110、凝縮器112、蒸発膨張デバイス120及び蒸発器114を含む図４のシステムの全ての基本的なＡＣ／Ｒの構成要素が作動する。加えて、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116は、独立回路を介して、温液体吸入ラインから貯蔵／熱伝導媒体162に熱を移動させる。ＡＣ／Ｒ回路の冷媒と液体ライン第２回路の媒体との間の独立液体ライン熱交換器138で起こる熱交換プロセスは、凝縮器112を出て蒸発膨張デバイス120に入る前の温液体冷媒の過冷却を増加させる。バルブＶ１ 122は、ポンプ103を介して、冷貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116から独立液体ライン熱交換器138に流れるように、開いた状態である。第２回路内の媒体は、圧縮機110で圧縮された後に、独立液体ライン熱交換器138を介して、凝縮器112を出る温液体冷媒から熱を吸収する。液体ライン第２回路内の温貯蔵／熱伝導媒体162は、独立液体ライン熱交換器138を出て、ＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻る。ここで、媒体は、残った貯蔵／熱伝導媒体162に熱を排除する。独立吸入ライン熱交換器140内の冷貯蔵／熱伝導媒体162がＴＥＳ−ＬＳＨＸ116に戻らないように、バルブＶ２ 124は、閉じた状態であり、ポンプ105は、停止している。このモードでは、貯蔵／熱伝導媒体162への正味のエネルギー付加が存在する。この構成においても、ポンプ103、105は、任意である。
【００４２】
開示されたシステムは、比較的に小容量の凝縮器圧縮機（空調機）を利用し、熱エネルギー貯蔵を利用する大容量の冷却を供給する可能性を有してもよい。この多様性は、システム内の圧縮機及び凝縮器の固有の寸法分類によってさらに拡張されてもよい。前述した冷媒ループは、特定の方向を有するように説明したのに対し、これらのロープは、可能であれば、どちらの方向に挿入されてもよいことを開示及び予期される。さらに、図３の実施形態の吸入ライン熱交換器及び液体ライン熱交換器のための独立したループが図４のように冷媒系又は冷却液系であってもよいことが予期される。すなわち、各ループは、Ｒ−２２、Ｒ−４１０Ａ、ブタンのような相変化冷媒、又は塩水、氷スラリー、グリコールなどのような非相変化材料であってもよい。
【００４３】
本発明の前述の説明は、図示及び説明を目的として提示されたものである。前述の説明は、包括的なもの、又は、本発明を開示された明確な形に制限することを意図したものではなく、他の改良及び変更は、上記内容を考慮した上で可能である。実施形態は、本発明の原理を最もよく説明するために選択されて記述され、他の当業者が様々な実施形態及び様々な改良において本発明を最もよく利用することが可能な実用化は、熟考された特定の使用に適合する。クレームは、先行技術に限定される場合を除いて、本発明の他の実施形態を含むものとして解釈される。
【図１】
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【図２】
2014520244.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年5月14日(2014.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
冷媒を圧縮機及び凝縮器で圧縮及び凝縮することにより、高圧の冷媒を作り出し、
第１の期間中において、
上記高圧の冷媒を膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、蒸発器で冷却する負荷を与え、
熱エネルギー貯蔵モジュール内で独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、
第２の期間中において、
独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、
上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、
上記独立吸入ライン熱交換器によって、上記蒸発器の下流の上記膨張した冷媒から上記熱エネルギー貯蔵媒体に冷却を移し、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻し、
第３の期間中において、
独立液体ライン熱交換器によって、上記熱エネルギー貯蔵媒体と一緒に上記凝縮器の下流の上記高圧の冷媒を過冷却し、
上記過冷却した冷媒を上記膨張デバイスで膨張させることにより、膨張した冷媒を作り出し、そして、上記蒸発器で冷却する負荷を与え、
上記膨張した冷媒を上記圧縮機に戻す、熱エネルギー貯蔵及び冷却のシステムで冷却を供給する方法。
【国際調査報告】
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