(57)【要約】【課題】  既設のビルマルチ型の空調設備に取り付けることができ、冷暖房能力を向上させることができる蓄冷熱ユニット装置、該蓄冷熱ユニット装置を取り付けたヒートポンプ式空調装置を得る。【解決手段】  室外機と室内機を２本の冷媒配管で接続してなる既設のヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力を増強する方法であって、蓄熱材を貯留する蓄熱槽２３と、蓄熱槽２３に貯留されて前記既設ヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有する蓄熱材２５と、蓄熱材２５と冷凍サイクルの冷媒とを熱交換させる蓄熱用熱交換器２７とを有する蓄熱ユニット装置３を、既設のヒートポンプ式空調装置における室外機１と室内機５との間に設置する。【選択図】  図１
2007010288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外機と室内機を２本の冷媒配管で接続してなる既設のヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力を増強する方法であって、
蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、該蓄熱槽に貯留されて前記既設のヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有する蓄熱材と、該蓄熱材と前記冷媒とを熱交換させる蓄熱用熱交換器とを有する蓄熱ユニット装置を、既設のヒートポンプ式空調装置における室外機と室内機との間に設置し、
冷房のオフピーク時に蓄熱槽内の蓄熱材に冷熱を蓄熱する蓄冷運転を行い、ピーク時に蓄熱材に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転をする蓄冷利用冷房運転を行い、暖房のオフピーク時に蓄熱槽内の蓄熱材に温熱を蓄熱する温熱蓄熱運転を行い、ピーク時に蓄熱材に蓄熱した温熱を利用した暖房運転をする蓄熱利用暖房運転を行うことを特徴とするヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力増強方法。
【請求項２】
室外機と室内機を液冷媒配管とガス冷媒配管の２本の冷媒配管で接続してなる既設のヒートポンプ式空調装置に取り付けられる蓄熱ユニット装置であって、
前記液冷媒配管途中に挿入接続可能で、かつ第１、第２開閉弁を有する第１配管と、
前記ガス冷媒配管途中に挿入接続可能で、かつ第３開閉弁を有する第２配管と、
蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、該蓄熱槽に貯留されて前記既設のヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有する蓄熱材と、該蓄熱材と前記冷媒とを熱交換させる蓄熱用熱交換器とを有し、該蓄熱用熱交換器の一端側を膨張弁、第４開閉弁を介して前記第１配管における第１、第２開閉弁の間に配管接続し、前記蓄熱用熱交換器の他端側を第５開閉弁を介して前記第２配管における前記第３開閉弁よりも室外機側となる位置に配管接続し、前記蓄熱用熱交換器の他端側を第６開閉弁を介して前記第１配管における第１、２開閉弁設置部よりも室内機側となる位置に配管接続したことを特徴とする蓄熱ユニット装置。
【請求項３】
蓄熱用熱交換器の他端側を第７開閉弁を介して前記第１配管における第１、２開閉弁設置部よりも室外機側となる位置に配管接続したことを特徴とする請求項２に記載の蓄熱ユニット装置。
【請求項４】
蓄熱材の融点Tmは、Te<Tm<Te+10℃であることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱ユニット装置。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか一項に記載の蓄熱ユニット装置を室外機と室内機を有するヒートポンプ式空調装置に取り付けたことを特徴とするヒートポンプ式空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設ヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力増強方法、既設のヒートポンプ式空調装置に取り付けてヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力を増強する蓄熱ユニット装置および該装置を用いたヒートポンプ式空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱槽を内蔵する蓄冷熱ユニットを冷凍サイクルに取り付けることにより、ランニングコストの低下や夏場のピークカットの対応及び運転効率の高い省エネルギー運転を行わせることを目的として以下の提案がなされている。
圧縮機、四方切換弁、室内熱交換器、減圧機構、室外側熱交換器等からなる冷凍サイクルを具備し、蓄冷熱運転及び蓄冷熱運転によって蓄冷熱されたエネルギーを前記冷凍サイクル内に回収する蓄冷熱回収運転を行う蓄熱槽と、前記各運転を制御する第１、第２、第３、第４の電磁弁とによって蓄冷熱ユニットを設け、この蓄冷熱ユニットを前記冷凍サイクルへ着脱可能に取り付けるようにした蓄熱式空気調和機（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１９６６５号公報（特許請求の範囲、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の蓄熱式空気調和装置は減圧機構を室外機側に設けている。減圧機構より下流側では冷媒はガス冷媒であり体積流量が液冷媒に比べて大幅に増大するため配管通過時の圧力損失が大きくなる。そのため減圧機構を室外機側に設けると室外機と室内機の距離が長い場合には性能低下することから、特許文献１が対象としている空気調和装置は室外機と室内機とが近接して設置される空気調和装置であると考えられる。
したがって、本発明が対象とする室外機と複数の室内機とが長い冷媒配管で接続されるいわゆるビルマルチ型空調装置とはその対象が異なっている。
また、蓄冷熱ユニット内に減圧機構を有していないことから蓄熱利用の暖房運転及び霜取り運転を行うこともできない。
【０００４】
また、特許文献１の蓄熱槽に貯留する蓄熱材については何らの記載もない。仮に、氷で蓄熱する場合であるとすると、氷の凝固点以下まで冷却が必要となる。ところが、一般の既設ヒートポンプ式空調装置で使用する冷媒の蒸発温度は５〜１０℃であり、蒸発温度を０℃以下まで下げて製氷することができない。したがって、一般の空調用ヒートポンプでは製氷運転ができないか、もし仮に可能であったとしてもヒートポンプの効率が非常に低いものとなってしまう。氷を蓄熱材として使用する場合、効率よく蓄冷（製氷）するためには、蒸発温度が０℃以下まで対応可能となるように特別に設計された専用の熱源装置が必要となる。
したがって、特許文献１のものでは、既設のヒートポンプ式空調装置にそのまま蓄冷熱ユニットを追加して氷蓄熱により冷暖房能力を増強することは困難である。
また、将来氷蓄熱槽を後付けすることを想定して、ヒートポンプの仕様を蒸発温度が０℃以下まで対応可能としておく事も可能であるが、蓄冷熱ユニットの冷熱を利用しない通常冷房運転時(冷媒の蒸発温度５〜１０℃)では、蒸発温度５〜１０℃用に設計されたヒートポンプに比較して低効率となってしまう。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、既設のビルマルチ空調設備に取り付けることができ、冷暖房能力を向上させることができる蓄熱ユニット装置、該蓄熱ユニット装置を取り付けたヒートポンプ式空調装置を得ることを目的としている。
また、既設のヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力増強方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係るヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力増強方法は、室外機と室内機を２本の冷媒配管で接続してなる既設のヒートポンプ式空調装置の冷暖房能力を増強する方法であって、蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、該蓄熱槽に貯留されて前記既設のヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有する蓄熱材と、該蓄熱材と前記冷媒とを熱交換させる蓄熱用熱交換器とを有する蓄熱ユニット装置を、既設のヒートポンプ式空調装置における室外機と室内機との間に設置し、冷房のオフピーク時に蓄熱槽内の蓄熱材に冷熱を蓄熱する蓄冷運転を行い、ピーク時に蓄熱材に蓄熱した冷熱を利用して冷房運転をする蓄冷利用冷房運転を行い、暖房のオフピーク時に蓄熱槽内の蓄熱材に温熱を蓄熱する温熱蓄熱運転を行い、ピーク時に蓄熱材に蓄熱した温熱を利用した暖房運転をする蓄熱利用暖房運転を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
（２）また、本発明に係る蓄熱ユニット装置は、室外機と室内機を液冷媒配管とガス冷媒配管の２本の冷媒配管で接続してなる既設のヒートポンプ式空調装置に取り付けられる蓄熱ユニット装置であって、前記液冷媒配管途中に挿入接続可能で、かつ第１、第２開閉弁を有する第１配管と、前記ガス冷媒配管途中に挿入接続可能で、かつ第３開閉弁を有する第２配管と、蓄熱材を貯留する蓄熱槽と、該蓄熱槽に貯留されて前記既設のヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有する蓄熱材と、該蓄熱材と前記冷媒とを熱交換させる蓄熱用熱交換器とを有し、該蓄熱用熱交換器の一端側を膨張弁、第４開閉弁を介して前記第１配管における第１、第２開閉弁の間に配管接続し、前記蓄熱用熱交換器の他端側を第５開閉弁を介して前記第２配管における前記第３開閉弁よりも室外機側となる位置に配管接続し、前記蓄熱用熱交換器の他端側を第６開閉弁を介して前記第１配管における第１、２開閉弁設置部よりも室内機側となる位置に配管接続したことを特徴とするものである。
【０００８】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、蓄熱用熱交換器の他端側を第７開閉弁を介して前記第１配管における第１、２開閉弁設置部よりも室外機側となる位置に配管接続したことを特徴とするものである。
【０００９】
（４）また、上記（２）または（３）に記載のものにおいて蓄熱材の融点Tmは、Te<Tm<Te+10℃であることを特徴とするものである。
【００１０】
（５）また、本発明に係るヒートポンプ式空調装置は、上記（２）〜（４）のいずれかに記載の蓄熱ユニット装置を室外機と室内機を有するヒートポンプ式空調装置に取り付けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、既設ヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有する蓄熱材を用いたことにより、既設のヒートポンプ式空調装置に対して、蓄熱ユニット装置を２本の冷媒配管途中に挿入設置するだけで、既設の室外機（熱源装置）をそのまま使用して冷房能力を増強することか可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態に係る蓄熱ユニット装置を組み込んだヒートポンプ式空調装置の構成を説明する説明図である。この例のヒートポンプ式空調装置は、既設のヒートポンプ式空調装置として室外機１と室内機５を２本の冷媒配管で接続していたものに、新たに蓄熱ユニット装置３を後から組み込んだものであり、室外機１と、蓄熱ユニット装置３と、複数の室内機５とから構成される。
室外機１と蓄熱ユニット装置３とは２本の冷媒配管７、９で接続され、蓄熱ユニット装置３と室内機５とは同様に２本の冷媒配管１１、１３で接続されている。既設のヒートポンプ式空調装置において、冷媒配管７および冷媒配管１１は主として液冷媒が流れる液冷媒配管、冷媒配管９および冷媒配管１３は主としてガス冷媒が流れるガス冷媒配管である。
【００１３】
室外機１は、ガス冷媒を所定の圧力に昇圧する圧縮機１５、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外側熱交換器１７、運転モードによって冷媒の流れを切り替える４方弁１９、膨張弁２１を備えている。４方弁１９の４つの接続口は、それぞれ圧縮機１５の吐出側および吸込み側、室外側熱交換器１７の一端側、冷媒配管９に配管を介して連結されている。また、室外側熱交換器１７における４方弁１９に連結されている側と反対側は膨張弁２１を介して冷媒配管７に接続されている。
【００１４】
蓄熱ユニット装置３は、蓄熱材２５を貯留する蓄熱槽２３、蓄熱槽内の蓄熱材２５と冷媒とを熱交換させる蓄熱用熱交換器２７を備えている。
蓄熱材２５は、既設ヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度Teより高く凝縮温度Tcより低い融点Tmを有するものを用いる。なお、蒸発温度Te、凝縮温度Tcとは、既設ヒートポンプ式空調装置の設計蒸発温度および設計凝縮温度のことをいう。
融点Tmがこの範囲の蓄熱材を用いることによって、既設のヒートポンプ式空調装置の蒸発温度と凝縮温度での運転条件をそのまま用いた高効率な運転状態を保ったまま、蓄熱材が液体から固体に相変化するときの凝固融解潜熱を利用して多量の熱量を蓄冷および蓄温熱することが可能となる。
このように、融点Tmがこの範囲の蓄熱材を用いることによって、蓄熱ユニット装置３を既設ヒートポンプ式空調装置にそのまま取り付けて冷暖房能力を増強させることができる。
なお、蓄熱材の融点Tmは、Te<Tm<Te+10℃(<Tc)とするのがより望ましい。TmがTe+10℃より低いと、後述する蓄冷利用運転時に冷媒の過冷却度が十分に得られるようになり、蓄冷した冷熱を有効に利用することができるからである。
既設ヒートポンプ式空調装置における冷媒の蒸発温度は５〜１０℃程度のものが多いので、蓄熱材の融点Tmは、５〜２０℃のものがより望ましい。
このような蓄熱材の具体例としては水和物蓄熱材があり、融点が12℃の臭化テトラnブチルアンモニウム水和物や、融点が9℃の臭化トリnブチルnペンチルアンモニウム水和物、融点が6.5℃のテトラブチル硝酸アンモニウム水和物などが挙げられる。
また、パラフィン系では融点５〜６℃のテトラデカンなどが挙げられる。
【００１５】
再び図1に戻って装置構成を説明する。
一端側が冷媒配管７に接続され他端側が冷媒配管１１に接続される配管２９（本発明の第１配管に相当）、一端側が冷媒配管９に接続され他端側が冷媒配管１３に接続される配管３１（本発明の第２配管に相当）を備えている。そして、配管２９には冷媒配管７に近い方から順に開閉弁３３（本発明の第１開閉弁に相当）、開閉弁３５（本発明の第２開閉弁に相当）が設けられている。また、配管３１には開閉弁３７（本発明の第３開閉弁に相当）が設けられている。
【００１６】
蓄熱用熱交換器２７の一端側は配管３９を介して配管２９における開閉弁３３、３５の間に接続されている。そして配管３９には蓄熱用熱交換器２７に近い方から順に膨張弁４１、アキュムレータ４３、開閉弁４５（本発明の第４開閉弁に相当）が設けられている。
また、蓄熱用熱交換器２７の他端側は３つの配管４７、４９、５１を介して、配管３１および配管２９に接続されている。すなわち、配管４７を介して配管３１における開閉弁３７よりも冷媒配管９に近い位置に接続され、配管４９を介して配管２９における開閉弁３３よりも冷媒配管７に近い位置に接続され、配管５１を介して配管２９における開閉弁３５よりも冷媒配管１１に近い側に接続されている。そして、配管４７には開閉弁５３（本発明の第５開閉弁に相当）が、配管４９には開閉弁５５（本発明の第７開閉弁に相当）が、配管５１には開閉弁５７（本発明の第６開閉弁に相当）が設けられている。
【００１７】
室内機５には室内空気と冷媒との熱交換を行う室内側熱交換器５９が設けられている。室内側熱交換器５９の一端側は冷媒配管１１に、他端側は冷媒配管１３に、それぞれ配管を介して接続されている。室内側熱交換器５９と冷媒配管１１とを連結する経路には膨張弁６１が設けられている。
なお図１において、室外機１、室内機５は主要な構成機器のみを図示した代表的な構成を示しており、必要に応じてアキュムレータや制御弁などが接続されたり、構成機器が複数組設置されてもよい。すなわち、室外機と室内機が２本の冷媒配管で接続されているヒートポンプ式空調装置であれば、室外機および室内機における機器構成は問わない。
【００１８】
上記のように構成されたヒートポンプ式空調装置においては、蓄熱ユニット装置３を機能させないで冷房運転を行う通常冷房運転、蓄熱槽２３内の蓄熱材２５に冷熱を蓄冷する蓄冷運転、蓄熱材２５に蓄冷した冷熱を利用した冷房運転を行う蓄冷利用冷房運転、蓄熱ユニット装置３を機能させないで暖房運転を行う通常暖房運転、蓄熱槽２３内の蓄熱材２５に温熱を蓄熱する温熱蓄熱運転、蓄熱材２５に蓄熱した温熱を利用した暖房運転をする蓄熱利用暖房運転の各運転モードが可能である。
【００１９】
図２〜図７はこれら各運転モードにおける冷媒の流れを説明する説明図であり、図２が通常冷房運転、図３が蓄冷運転、図４が蓄冷利用冷房運転、図５が通常暖房運転、図６が温熱蓄熱運転、図７が蓄熱利用暖房運転をそれぞれ示している。なお、図２〜図７においては冷媒が通過する配管を実線で示し、冷媒が通過しない配管は破線で示してある。また、各開閉弁については開状態を白抜きで示し、閉状態を黒塗りで示してある。
また、図８は冷房関係の運転モードにおけるモリエル線図、図９は暖房関係の運転モードにおけるモリエル線図である。
以下、図２〜図９に基づいて各運転モードの説明をする。
【００２０】
（１）通常冷房運転
通常冷房運転時には、図２に示すように、蓄熱ユニット装置３の開閉弁３３、３５、３７が開となり、開閉弁４５、５３、５５、５７は閉となる。したがって、冷媒は蓄熱ユニット３の配管２９、３１を通過するだけであり、蓄熱ユニット３における蓄熱機能および蓄熱利用機能は機能しない。以下、ヒートポンプ式空調装置全体の動作を説明する。
【００２１】
圧縮機１５から吐出された高温高圧冷媒は、四方弁１９を経由して室外側熱交換器１７にて外気と熱交換して凝縮する。凝縮した液冷媒の温度は45℃程度である。液冷媒は全開の膨張弁２１（全開の膨張弁は膨張弁として機能しない）を通り、冷媒配管７を通過して蓄熱ユニット装置３の配管２９、冷媒配管１１を通り室内機５に送られる。
冷房運転を行っている室内機５に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁６１で減圧され、室内側熱交換器５９で蒸発し、室内空気と熱交換して冷房を行う。冷房を行った冷媒蒸気は冷媒配管１３、蓄熱ユニット装置３の配管３１、冷媒配管９を通って室外機１に戻り、４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。
この冷凍サイクルは図８における太実線で描かれた逆台形の冷凍サイクルＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａを構成する。
【００２２】
（２）蓄冷運転
蓄冷運転はオフピーク時である夏場の夜間などに行われる運転モードであり、この運転モードでは、図３に示すように、蓄熱ユニット装置３の開閉弁３３、４５、５３が開となり、開閉弁３５、３７、５５、５７が閉となる。したがって、冷媒は室外機１と蓄熱ユニット装置３の間で循環して室内機５側には行かない。具体的には以下のような動作となる。
圧縮機１５で圧縮された冷媒が冷媒配管７を通って蓄熱ユニット装置３に送られるまでは上述した通常冷房運転と同様である。蓄熱ユニット装置３に送られた高圧の液冷媒は開閉弁３３、４５およびアキュムレータ４３を通り、膨張弁４１で減圧され、蓄熱用熱交換器２７で蒸発し、蓄熱材２５と熱交換し蓄熱材２５に冷熱を蓄冷する。このとき、蓄熱材２５の融点が冷媒の蒸発温度よりも高いので凝固潜熱として蓄冷される。したがって、多量の熱量が蓄冷される。
蓄熱用熱交換器２７で蒸発した冷媒蒸気は開閉弁５３を通って冷媒配管９を通って室外機１に戻り、４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。
このときの冷凍サイクルは、上記通常冷房運転と同様に図８における太実線で描かれた冷凍サイクルＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａとなる。
【００２３】
（３）蓄冷利用冷房運転
蓄冷利用冷房運転は昼間のピーク時などに行われる運転モードであり、この運転モードでは、図４に示すように、蓄熱ユニット装置３の開閉弁３３、３７、４５、５７が開となり、開閉弁３５、５３、５５は閉となる。したがって、冷媒は室外機１から蓄熱ユニット装置３の蓄熱用熱交換器２７を経由して室内機５側に送られ、再び室外機１に戻って循環する。具体的には以下のような動作となる。
圧縮機１５で圧縮された冷媒が冷媒配管７を通って蓄熱ユニット装置３に送られるまでは上述した通常冷房運転、蓄冷運転と同様である。蓄熱ユニット装置３に送られた高圧の液冷媒（温度は45℃程度）は開閉弁３３、４５およびアキュムレータ４３、全開の膨張弁４１を通り、蓄熱用熱交換器２７に流れる。蓄熱用熱交換器２７では蓄熱槽２３の蓄熱材２５と熱交換することで蓄熱した冷熱を取出し液冷媒を過冷却状態にする。特に、本実施の形態の蓄熱材２５は融点が冷媒の蒸発温度Teより高くTe＋１０℃よりも低いので、蓄熱材２５の融点Tmは高々20℃程度であるので、液冷媒を蓄熱ユニット装置３の入口温度（45℃）から十分に冷却し、液冷媒の過冷却度を大きくすることができる。
【００２４】
過冷却された液冷媒は配管５１、開閉弁５７、冷媒配管１１を通り、室内機５に送られる。冷房運転を行っている室内機５に送られた過冷却状態の高圧の液冷媒は、膨張弁６１で減圧され、室内側熱交換器５９で蒸発し、室内空気と熱交換して冷房を行う。このとき、液冷媒は過冷却されているので、単位冷媒量あたりの冷房能力を大きくすることができる。単位冷媒量あたりの冷房能力を大きくすることができることから、要求される冷房能力（冷房需要）が同じであればその分だけ冷媒循環量、すなわち圧縮機の回転数を低減することができ電力消費量を低減できる。もしくは、通常運転と同じ圧縮機回転数とすることにより、電力消費量を増大させることなく冷房能力を増大させることができる。
冷房を行った冷媒蒸気は冷媒配管１３、蓄熱ユニット装置３の配管３１、冷媒配管９を通って室外機１に戻り、４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。
この冷凍サイクルは図８における太実線および破線で描かれたＡ→Ｂ→ｃ→ｄ→Ａの冷凍サイクルを構成する。冷凍サイクルにおけるＣ→ｃが過冷却度を示している。また、冷凍サイクルにおけるＤ→Ａ(P1)は通常冷房運転時の冷房能力を示し、ｄ→Ａ(P2)は蓄冷利用冷房運転時の冷房能力を示しているが、Ｄ→Ａ(P1)よりもｄ→Ａ(P2)の比エンタルピ差が大きいことから冷房能力が増強されていることが分かる。
【００２５】
（４）通常暖房運転
通常暖房運転では４方弁１９を切り替え、圧縮機１５の吐出側が冷媒配管９に連通するようにする。また、蓄熱ユニット装置３においては、図５に示すように、開閉弁３３、３５、３７が開となり、開閉弁４５、５３、５５、５７は閉となるようにする。このようにすることで、冷媒は通常冷房運転と同様に蓄熱ユニット３の配管２９、３１を通過するだけであり、蓄熱ユニット３における蓄熱機能および蓄熱利用機能は機能しない。
ヒートポンプ式空調装置の動作は以下のようになる。
【００２６】
圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１９を経由して冷媒配管９、蓄熱ユニット装置３の配管３１、冷媒配管１３を通って室内機５の室内機側熱交換器５９に送られる。室内側熱交換器５９では室内空気と熱交換することで室内空気は加熱され暖房が行われ、冷媒は冷却され凝縮する。室内側熱交換器５９を出た液冷媒は全開の膨張弁６１を通過し、冷媒配管１１、蓄熱ユニット装置３の配管２９、冷媒配管７を通って室外機１に送られる。室外機１に送られた高圧の液冷媒は膨張弁２１で減圧され、室外側熱交換器１７で外気と熱交換して蒸発し、４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。
このときの冷凍サイクルは、図９における太実線で描かれた冷凍サイクルＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａとなる。このときの暖房能力はＰ１である。
【００２７】
（５）温熱蓄熱運転
温熱蓄熱運転は冬場のオフピーク時の夜間などに行われる運転モードであり、この運転モードでは、図６に示すように、蓄熱ユニット装置３の開閉弁３３、４５、５３が開となり、開閉弁３５、３７、５５、５７は閉となる。したがって、冷媒は蓄冷運転時と同様に室外機１と蓄熱ユニット装置３の間で循環して室内機５側には行かない。具体的には以下のような動作となる。
圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１９を経由して冷媒配管９、蓄熱ユニット装置３の配管３１、４７、開閉弁５３を通って蓄熱用熱交換器２７に送られる。蓄熱用熱交換器２７では蓄熱槽内の蓄熱材２５と熱交換し
蓄熱材２５を加熱して蓄熱材２５は顕熱として温熱を蓄熱する。蓄熱用熱交換器２７で冷媒は蓄熱材２５に熱を与えることにより凝縮し、高圧の液冷媒は全開の膨張弁４１、アキュムレータ４３、開閉弁４５、３３、冷媒配管７を通って室外機１に送られる。室外機１に送られた高圧の液冷媒は膨張弁２１で減圧され、室外側熱交換器１７で外気と熱交換して蒸発し、４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。
このときの冷凍サイクルは、通常暖房運転と同様に図９における太実線で描かれた冷凍サイクルＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａとなる。また、このときの蓄熱能力はＰ１である。
【００２８】
（６）蓄熱利用暖房運転
蓄熱利用暖房運転には通常の蓄熱利用暖房運転と、通常の暖房運転において室外側熱交換器１７に着霜した場合に、霜を除きながら暖房運転を行う暖房・除霜同時運転の２つの運転モードがある。以下、個別に説明する。
(i) 通常の蓄熱利用暖房運転
通常の蓄熱利用暖房運転は冬場のピーク時などに行われる運転モードであり、この運転モードでは、図７に示すように、蓄熱ユニット装置３の開閉弁３５、３７、４５、５５が開となり、開閉弁３３、５３、５７が閉となる。したがって、冷媒は室外機１から室内機５に送られて暖房を行った後、蓄熱ユニット装置３の蓄熱用熱交換器２７を通り、再び室外機１に戻るという流れとなる。また、この運転では蓄熱用熱交換器２７を蒸発器として機能させることになるが、蓄熱材２５に蓄熱されている温熱を蒸発熱源として利用できるので、蒸発圧力を通常暖房運転時に室外側熱交換器１７で蒸発させる場合に比べて高めに設定できる。そのため、膨張弁４１の開度を大きめにしてある。
具体的には以下のような動作となる。
【００２９】
圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１９を経由して冷媒配管９、蓄熱ユニット装置３の配管３１、冷媒配管１３を通って室内機５の室内機側熱交換器５９に送られる。室内側熱交換器５９では室内空気と熱交換することで暖房が行われ、冷媒は凝縮する。室内側熱交換器５９を出た液冷媒は全開の膨張弁６１を通過し、冷媒配管１１、蓄熱ユニット装置３の配管２９、開閉弁３５、４５、アキュムレータ４３を通過して、開度を大きめに設定してある膨張弁４１で減圧されて蓄熱用熱交換器２７で蓄熱材２５と熱交換して加熱され蒸発する。この蒸発した冷媒は配管４９、開閉弁５５、冷媒配管７を経由して室外機１に送られる。
【００３０】
室外機１に送られた冷媒は全開の膨張弁２１、室外側熱交換器１７、４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。このとき、蓄熱材２５の温熱を蒸発熱源として利用できるので、圧縮機１５の吸い込み圧力・温度が通常暖房運転時より高くなる。そのため、圧縮機１５の出口ガス冷媒の圧力・温度が増大し、室内側熱交換器５９における室内空気吹き出し温度が高くでき、暖房機能を向上できる。
暖房機能を向上することができることから、同じ暖房能力であればその分だけ冷媒循環量、すなわち圧縮機の回転数を低減することができ電力消費量を低減できる。もしくは、通常運転と同じ圧縮機回転数とすることにより、電力消費量を増大させることなく暖房能力を増大させることができる。
この冷凍サイクルは図９における太破線で描かれたａ１→ｂ１→ｃ→ｄ→ａ１の冷凍サイクルを構成する。また、このときの暖房能力はＰ２である。
【００３１】
(ii)暖房・除霜同時運転
この運転モードは図５で示した室外側熱交換器１を蒸発器として機能させる通常暖房運転を行っているときに室外側熱交換器１に着霜してきたときに行うものである。
この場合の蓄熱ユニット装置の開閉弁は図７に示す上述の通常の蓄熱利用暖房運転と同様である。
他方、蓄熱ユニット装置３における膨張弁４１は絞り気味にして蒸発圧力を上述した「通常の蓄熱利用暖房運転」より低くし、過熱度を大きめに付けておくようにする。「通常暖房運転」における室外機１の膨張弁２１の膨張圧力と同程度まで絞っておいてもよい。こうすることにより、蓄熱用熱交換器２７出口の蒸発冷媒に過熱度を大きめに持たせることができ、室外側熱交換器１７における過剰な凝縮を抑制できるからである。具体的な運転は以下のように行う。
【００３２】
通常暖房運転を行っているときに室外側熱交換器１に着霜してきたら、蓄熱ユニット装置３の開閉弁の開閉状態を図７に示すようにする。
圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒が室内機５で暖房を行い蓄熱ユニット装置３のアキュムレータ４３に至るまでは前述した通常の蓄熱利用暖房運転と同様である。
アキュムレータ４３を通過した高圧の液冷媒は膨張弁４１で減圧されて蓄熱用熱交換器２７で蓄熱材２５と熱交換して加熱され蒸発する。このとき、膨張弁４１の開度は、上述の通常の蓄熱利用暖房運転の場合よりも絞り気味にしてあるので、蓄熱用熱交換器２７出口の蒸発圧力を低くして蒸発冷媒に過熱度を大きめに持たせることができる。
【００３３】
蓄熱用熱交換器２７を出た蒸発冷媒は配管４９、開閉弁５５、冷媒配管７を経由して室外機１に送られる。
室外機１に送られた冷媒は全開の膨張弁２１を通り室外側熱交換器１７に送られる。室外側熱交換器１７では加熱度が大きく付けられた冷媒によって室外側熱交換器１７が温められ、室外側熱交換器１７に付着した霜を取り除くことができる。室外側熱交換器１７を通過した冷媒は過熱度を減少させ４方弁１９を経由して圧縮機１５に吸入される。
このような運転を行うことで暖房能力を低下させることなく除霜しながら暖房運転を行うことが可能となる。一旦除霜ができたあとは再び通常暖房運転に切り替えればよい。
一般に、ヒートポンプ式空調装置において暖房運転中に除霜運転を行うには、暖房運転を一旦中断する必要がある。室外機が1台のみの場合には暖房が中断されることになり、また室外機もしくは室外熱交換器が複数台ある場合にも暖房能力が著しく低下することになる。本発明では、蓄熱ユニット装置を既存のヒートポンプ式空調装置に追加することにより、冷暖房能力の向上に加えて暖房能力を保ったまま除霜運転が可能とすることができる。
【００３４】
この冷凍サイクルは図９における太実線および細破線で描かれたａ３→ｂ２→Ｃ→Ｄ→Ａ→ａ２→ａ３の冷凍サイクルを構成する。冷凍サイクルにおけるＡ→ａ２が過熱度を示している。また、冷凍サイクルにおけるａ２→ａ３は過熱度を付けられた冷媒蒸気が室外側熱交換器１７に付着した霜を除くときに冷却されている状態を示している。この図からも分かるように過熱度Ａ→ａ２を大きくとることによって除霜のときに蒸気冷媒が熱を奪われても室外側熱交換器１７にて過剰に凝縮するのを防止できる。このときの暖房能力はＰ３である。
なお、上記のように室外側熱交換器１７における冷媒の過剰な凝縮を抑制しているのは、圧縮機１５への液戻りを防止するためである。既存のヒートポンプ式空調装置の室外機１の圧縮機用アキュムレータ（図示せず）が除霜時の凝縮冷媒を貯めておくに十分な容量を有しているのであれば、蓄熱ユニット装置３の膨張弁４１の開度を「通常の蓄熱利用暖房運転」と同等まで大きくし、室外熱交換器１７に入るガス冷媒の過熱度を小さくしても圧縮機１５への液戻りを防止できる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、融点が冷媒の蒸発温度より高温でかつ冷媒の凝縮温度よりも低温である蓄熱材を用いた蓄熱ユニット装置３を既設のヒートポンプ式空調装置に取り付けたことにより、潜熱を利用した冷房能力および暖房能力の大幅な増強が可能となる。さらには、暖房運転時において暖房能力を低下させることなく除霜運転を併用できる。
また、蓄熱ユニット装置３のように装置がユニット化されているので、あたかも室内機を追加するのと同様の感覚で蓄熱ユニット装置を追加することができる。
【００３６】
上記の実施の形態では蓄熱用熱交換器は蓄熱槽の内部に設置してあるが、蓄熱用熱交換器を蓄熱槽と分離して蓄熱槽外部に設置しても良い。この場合、蓄熱槽と蓄熱用熱交換器の間を熱搬送媒体を循環させることになる。なお、蓄熱材自体が凝固後も流動性を有する場合には蓄熱材自体を熱搬送媒体として用いても良い。さらに、蓄熱槽と蓄熱用熱交換器を分離した場合には、蓄熱槽のみを蓄熱ユニット装置から離れた場所に設置することも可能となる。
また、上記の実施の形態では膨張弁により高圧の液冷媒を減圧しているが、流量調節弁を用い、開度を絞ることによって膨張弁として機能させても良い。さらに、減圧度の調整はできないが、キャピラリチューブを用いて減圧してもよい。
【００３７】
また、上記の実施の形態で用いられている開閉弁を流量調節弁で代替し、流量調節ができるようにして各運転モードを同時に組み合わせて運転できるようにしても良い。例えば開閉弁４５、５３、３５、３７を流量調節弁とし、それぞれ適宜中間開度に調節することにより、冷媒の流れを分岐、合流させて、「通常冷房・蓄冷同時運転」や、「通常暖房・蓄熱同時運転」が可能となる。
特に、本発明では蓄熱材の融点をTe<Tm<Te+10℃としているので、室内側熱交換器での蒸発温度（蒸発圧力）と蓄熱用熱交換器での蒸発温度（蒸発圧力）が同程度でよいため、２本の冷媒配管のみを有する既存のヒートポンプ式空調システムにおいても「通常冷房・蓄冷同時運転」が容易に可能となる。
これに対して氷により蓄冷する場合には、蓄熱用熱交換器での蒸発温度は０℃以下であり、室内側熱交換器での蒸発温度は１０℃程度であるので、蓄熱用熱交換器での蒸発圧力が室内側熱交換器での蒸発圧力より低圧となり、冷媒配管に合流させて流すためには圧力調整が必要となるか、圧力レベルに合わせて３本の冷媒配管が室外機と蓄熱ユニット装置間で必要となる。
なお、開閉弁３５と開閉弁４５、開閉弁３７と開閉弁５３をそれぞれ三方弁として流量調節を行っても良い。
また上記において、開閉弁３５、開閉弁４５を中間開度とし、開閉弁３７を全開、開閉弁５３を全閉とすることにより、通常冷房・蓄冷利用冷房同時運転も可能である。この場合、蓄冷利用割合、すなわち室内機５入口における液冷媒の過冷却度を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る蓄熱ユニット装置を組み込んだヒートポンプ式空調装置の構成を説明する説明図である。
【図２】図１に示したヒートポンプ式空調装置における通常冷房運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図３】図１に示したヒートポンプ式空調装置における蓄冷運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図４】図１に示したヒートポンプ式空調装置における蓄冷利用冷房運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図５】図１に示したヒートポンプ式空調装置における通常暖房運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図６】図１に示したヒートポンプ式空調装置における温熱蓄熱運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図７】図１に示したヒートポンプ式空調装置における蓄熱利用暖房運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図８】冷房関係の運転モードにおけるモリエル線図である。
【図９】暖房関係の運転モードにおけるモリエル線図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  室外機、３  蓄熱ユニット装置、５  室内機、７、９、１１、１３  冷媒配管、１５  圧縮機、１７  室外側熱交換器、１９  ４方弁、２１  膨張弁、２３  蓄熱槽、２５  蓄熱材、２７  蓄熱用熱交換器、２９、３１、３９、４７、４９、５１  配管、３３、３５、３７、４５、５３、５５、５７  開閉弁、４１  膨張弁、５９  室内側熱交換器、６１  膨張弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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