JP2000234771A - 二次冷媒蓄熱空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然系冷媒を使用しながら、高効率な空調シ
ステムを確立する。 【解決手段】 一次冷媒に炭化水素系冷媒もしくはアン
モニア系の自然系冷媒を、二次冷媒に水などを使用し、
蓄熱材として炭化水素系の物質と水を封入した蓄熱槽を
用いた二次冷媒蓄熱空調システムを構成し、夜間に蓄熱
槽内に冷房時冷熱または暖房時温熱を蓄え、中間に蓄熱
槽内の熱を室内へ搬送するか、冷凍サイクルの熱源側と
して使用することで、高効率かつ漏洩による影響の少な
い空調を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次冷媒蓄熱空調
システムに関するものであり、特に、一次冷媒には可燃
性が高い炭化水素系冷媒や毒性が強いアンモニア系冷媒
等を使用し、二次冷媒には水およびブラインのような可
燃性や毒性が実質的にない冷媒を用いた二次冷媒蓄熱空
調システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年地球温暖化が急速に注目されるよう
になり、地球温暖化に大きな影響を与えるＨＦＣ系冷媒
に代わる自然系冷媒を用いた空調システムの開発が急が
れている。特に、オゾン層破壊もなく、地球温暖化にも
影響を与えない炭化水素系冷媒やアンモニア系冷媒を用
いた冷凍冷蔵庫や空調システムの開発が有望視されてい
る。

【０００３】炭化水素系冷媒の可燃性やアンモニア系冷
媒の毒性などの危険性を回避する方法として従来から採
用されている技術としては、二次冷媒空調システムがあ
る。図１７に、従来の二次冷媒システムの基本構成図を
示す。図１７において、一次冷媒は炭化水素系冷媒のプ
ロパンを、二次冷媒は水を封入しており、１は圧縮機、
２は一次側外部用熱交換器、４は一次側内部用熱交換
器、５は第１の膨張弁、９は第１の四方弁、１２は二次
側内部用熱交換器、１３は循環ポンプ、１４は二次側室
内用熱交換器をそれぞれ示す。また、図１７における矢
印は、冷房運転時の一次冷媒および二次冷媒の流れを示
す。

【０００４】冷房運転時には、一次側外部用熱交換器２
を凝縮器、一次側内部用熱交換器４を蒸発器として、圧
縮機１、第１の四方弁９、一次側外部用熱交換器２、第
１の膨張弁５、一次側内部用熱交換器４、第１の四方弁
９、圧縮機１の順に流れ、二次冷媒は二次側内部用熱交
換器１２、二次側室内用熱交換器１４、循環ポンプ１３
の順に流れ、暖房運転時には一次冷媒は、一次側外部用
熱交換器２を蒸発器、一次側内部用熱交換器４を凝縮器
として、圧縮機１、第１の四方弁９、一次側内部用熱交
換器４、第１の膨張弁５、一次側外部用熱交換器２、第
１の四方弁９、圧縮機１の順に流れ、二次冷媒は二次側
内部用熱交換器１２、二次側室内用熱交換器１４、循環
ポンプ１３の順に流れる。

【０００５】このとき、一次側内部用熱交換器４と二次
側内部用熱交換器１２は互いに熱交換を行うことで一次
冷媒の熱を二次冷媒に伝え、二次冷媒を介して熱を室内
へ搬送して空調を行う。

【０００６】また、その一方で、地球温暖化にも影響を
与えない炭化水素系冷媒やアンモニア系冷媒等の新規冷
媒を用いながらも、エネルギー効率（ＣＯＰ）の競争も
激化しており、安全で高効率な空調システムや、電力ピ
ーク需要の増大に対応した蓄熱利用による電力平準化を
実現する空調システムの開発も急がれている。

【０００７】その対策として、蓄熱部を併設した空調シ
ステムが、例えば、特開昭５４−１２１５４９号公報に
示されている。これは、蓄熱槽内の熱交換器を夜間は負
荷側として蓄熱を行い、昼間は蓄熱した熱を熱源側とし
て利用することで高効率な冷凍サイクルを実現するもの
である。

【０００８】また、蓄熱の方法としては、氷蓄熱や水の
顕熱による蓄熱が主流である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の二次冷
媒空調システムでは、直膨式の空調システムに比べて一
次冷媒と二次冷媒の熱交換を行う必要があり、物質間の
熱交換の回数が増えるために、空気側で所用の熱量を確
保するには、一次側冷媒は直膨式と比べて、冷房時の蒸
発温度を低く、または暖房時の凝縮温度を高くする必要
がある。空調システムの規模にもよるが一般には、直膨
式の冷凍サイクルにおける冷媒は、冷房時は凝縮温度は
４０℃、蒸発温度は約５℃、暖房時は凝縮温度は約４０
℃、蒸発温度は約４℃である。

【００１０】一方、二次冷媒空調システムでは暖房時凝
縮温度を約５℃以上高く、冷房時蒸発温度を約３℃以上
低く取る必要がある。つまり、二次冷媒空調システムで
は、冷房運転時の凝縮温度は約４０℃、蒸発温度は約２
℃、暖房運転時の凝縮温度は約４５℃、蒸発温度は約４
℃となる。そのため、一次側入力が増える上に、二次冷
媒を循環させるための循環ポンプ等の動力が不可欠とな
り、総合的なＣＯＰは冷房時、暖房時とも大幅に低下す
ることとなる。

【００１１】また、特開昭５４−１２１５４９号公報に
みられる蓄熱空調システムの例では、直膨式の空調シス
テムとしては高いＣＯＰを確保するものの、自然系冷媒
を一次側冷凍サイクルに使用する場合には、前述のよう
に可燃性や毒性の問題があるために容易に室内へ流すこ
との出来ない等の課題がある。

【００１２】また、蓄熱材として使用する物質について
も、氷蓄熱では、製氷のために０℃以下の蒸発温度で冷
凍サイクルを運転する必要があるため、全体的な効率が
低下してしまい、水の顕熱蓄熱では、十分な熱を蓄える
には、大量の水を必要とするために機器規模が大きくな
るなどの欠点がある。つまり、小型ではあるが、十分な
潜熱を蓄えることが可能であって、かつ地球環境に影響
を与えない自然系物質のみを応用した物質の提案がほと
んどなかった。

【００１３】本発明は、上述した従来の二次冷媒空調シ
ステムや蓄熱空調システムが有する課題を考慮して、効
率の良い運転が行える二次冷媒蓄熱空調システム、特
に、地球温暖化にも影響を与えない炭化水素系冷媒やア
ンモニア系冷媒等の新規冷媒を用いても、効率の良い運
転が行える二次冷媒蓄熱空調システムを提供することを
目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、圧縮機、一次側外部用熱交換器、一次側
蓄熱部用熱交換器、一次側内部用熱交換器、絞り装置お
よび一次側流路切替手段を有し、一次冷媒が封入されて
いる一次側サイクルと、循環ポンプ、二次側室内用熱交
換器、二次側蓄熱部用熱交換器、二次側内部用熱交換器
および二次側流路切替手段を有し、二次冷媒が封入され
ている二次側サイクルと、蓄熱材が封入され、前記蓄熱
材が前記一次側蓄熱部用熱交換器および前記二次側蓄熱
部用熱交換器と熱の授受を行うことによって、蓄熱を行
う蓄熱部とを備え、前記一次側内部用熱交換器および前
記二次側内部用熱交換器が、熱の授受が行えるように配
置され、前記一次側サイクルが、前記圧縮機→凝縮器と
して用いられる前記一次側外部用熱交換器→前記絞り装
置→蒸発器として用いられる前記一次側蓄熱部用熱交換
器→前記圧縮機、の順で前記一次冷媒が循環することに
よって、前記一次側外部用熱交換器が外部に温熱を放出
し、前記一次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄熱部に冷熱を
蓄える蓄冷運転モード、前記圧縮機→凝縮器として用い
られる前記一次側外部用熱交換器→前記絞り装置→蒸発
器として用いられる前記一次側内部用熱交換器→前記圧
縮機、の順で前記一次冷媒が循環することによって、前
記一次側外部用熱交換器が外部に温熱を放出し、前記一
次側内部用熱交換器が前記二次側内部用熱交換器を介し
て前記二次冷媒に冷熱を伝える第１冷房運転モード、前
記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側蓄熱部用
熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前記
一次側内部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次冷
媒が循環することによって、前記一次側蓄熱部用熱交換
器が前記蓄熱材に温熱を放出し、前記一次側内部用熱交
換器が前記二次側内部用熱交換器を介して前記二次冷媒
に冷熱を伝える第２冷房運転モード、の３つの運転モー
ドを有し、前記一次側流路切替手段によって前記運転モ
ードを切り替えられて、運転を行い、前記二次側サイク
ルが、前記二次側内部用熱交換器→前記二次側室内用熱
交換器→前記二次側内部用熱交換器、の順で、途中に前
記循環ポンプを介して、前記二次冷媒が循環することに
よって、前記二次側内部用熱交換器が前記一次側内部用
熱交換器から受け取った冷熱を用いて、前記二次側室内
用熱交換器によって室内を冷房するサイクル間熱交換運
転モード、前記二次側蓄熱部用熱交換器→前記二次側室
内用熱交換器→前記二次側蓄熱部用熱交換器、の順で、
途中に前記循環ポンプを介して、前記二次冷媒が循環す
ることによって、前記二次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄
熱材から受け取った冷熱を前記二次側室内用熱交換器に
よって室内を冷房する蓄熱利用運転モード、の２つの運
転モードを有し、前記二次側流路切替手段によって前記
運転モードを切り替えられて、運転を行い、前記一次側
サイクルが前記第１冷房運転モードまたは前記第２冷房
運転モードの運転を行うときには、前記サイクル間熱交
換運転モードの運転を運転を行うことを特徴とする二次
冷媒蓄熱空調システムである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００１６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態における二次冷媒蓄熱空調システムを示
す概略構成図である。本実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムは、一次冷媒として炭化水素系冷媒のプ
ロパンを、二次冷媒として水を使用し、蓄熱材として炭
化水素系冷媒のプロパンと水の混合物が封入されている
ものである。

【００１７】一次側冷凍サイクル（本発明の一次側サイ
クルに対応）においては、圧縮機１、一次側外部用熱交
換器２、一次側蓄熱部用熱交換器３、一次側内部用熱交
換器４、第１の膨張弁５（本発明の第１の絞り装置に対
応）、第２の膨張弁６（本発明の第２の絞り装置に対
応）、第１の三方弁７、第２の三方弁８、第１の四方弁
９から構成され、それぞれが接続配管によって接続され
ている。なお、第１の膨張弁５および第２の膨張弁６
は、本発明の絞り装置に対応するものであり、第１の三
方弁７、第２の三方弁８および第１の四方弁９は、本発
明の一次側流路切替手段に対応するものである。

【００１８】二次側熱搬送サイクル（本発明の二次側サ
イクルに対応）においては、二次側蓄熱部用熱交換器１
１、二次側内部用熱交換器１２、循環ポンプ１３、二次
側室内用熱交換器１４、第３の三方弁１５、第４の三方
弁１６から構成され、それぞれが接続配管によって接続
されている。なお、第３の三方弁１５および第４の三方
弁１６は、本発明の二次側流路切替手段に対応するもの
である。

【００１９】一次側蓄熱部用熱交換器３および二次側蓄
熱部用熱交換器１１は、蓄熱槽１０（本発明の蓄熱部に
対応）の中に設置されており、それぞれ、蓄熱材と熱の
授受を行うことが出来る。

【００２０】すなわち、本実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムは、一次側冷凍サイクルと二次側熱搬
送サイクルと蓄熱槽から構成されており、冷房専用の二
次冷媒蓄熱空調システムのシステム構成を示している。

【００２１】ここで、プロパンと水の封入されている蓄
熱槽内は圧力が約５００kPaに保たれており、プロパン
と水は上記圧力下では、約５℃で潜熱量約９０kcal/kg
を持つクラスレートを生成して冷熱を貯えることができ
る。

【００２２】一次側冷凍サイクルのすべての構成機器
と、二次側熱搬送サイクルの二次側室内用熱交換器１４
を除くすべての機器と、蓄熱槽１０はすべて室外の室外
機の中におさめられて、室外に設置されており、二次側
室内用熱交換器１４を含む室内機のみが室内に設置され
ている。

【００２３】本実施の形態における二次冷媒蓄熱空調シ
ステムは、４通りの運転パターンがあり、それぞれの運
転パターンによって、各機器の運転状態や三方弁および
四方弁の状態が切り替えられ、以下の第１の運転パター
ンから第４の運転のパターンで冷熱蓄熱運転及び冷房運
転を行う。

【００２４】第１の運転パターンにおける一次冷媒の流
れを図２の太線にて示す。第１の運転パターンは、夜間
の、室内における冷房運転を必要としない時間帯の冷熱
蓄熱時に行われる。

【００２５】一次側冷凍サイクルは、一次側外部用熱交
換器２を凝縮器、一次側蓄熱部用熱交換器３を蒸発器と
して、圧縮機１、一次側第１三方弁７、一次側外部用熱
交換器２、第１の膨張弁５、一次側第２三方弁８、一次
側蓄熱部用熱交換器３、第１の四方弁９、圧縮機１の順
に一次冷媒が流れ（本発明の蓄冷運転モードに対応）、
二次側熱搬送サイクルは循環ポンプ１３を停止すること
で二次冷媒は全く流れていない状態にある。

【００２６】第１の運転パターンにより、夜間の熱需要
の少ない時間帯（例えば、これを本発明の予め定められ
た時間帯に対応させることができる）に、蓄熱槽１０内
に約５℃以下の温度でプロパンと水のクラスレートを生
成することで冷熱を貯えることができる。

【００２７】このときの一次側冷凍サイクルの運転にお
けるモリエル線図の概略を図３に示す。図３では、夜間
の外気温度が３０℃、蓄熱温度が５℃で、冷凍サイクル
の凝縮温度が３５℃、冷凍サイクルの蒸発温度が２℃に
おける冷熱蓄熱運転を行う冷凍サイクルを示している。
図３からわかるように、従来の二次冷媒方式の蒸発温度
と凝縮温度差よりも、第１の運転パターンの蒸発温度と
凝縮温度差は小さく、効率の良い運転を行うことが出来
る。

【００２８】さらに、一次側冷凍サイクルは、主に夜間
電力を使用して運転しており、また、外気温度も夜間は
昼間と比べて低いので、電気代も安価となる。

【００２９】第２の運転パターンにおける二次冷媒の流
れを図４の太線にてに示す。第２の運転パターンは、昼
間の、室内における冷房運転を必要とする時間帯であ
り、かつ蓄熱槽内には第１の運転パターンにより蓄熱材
は約５℃のクラスレートを生成して冷熱を蓄えている状
態（本発明の「蓄熱材の温度と外気温度との差が所定の
値以上の場合」に対応）で行われる。

【００３０】このとき、一次側冷凍サイクルは、圧縮機
１の運転を停止しており、一次冷媒は全く流れていない
状態にある。

【００３１】二次側熱搬送サイクルは、蓄熱槽１０内で
二次側蓄熱部用熱交換器１１を介して蓄熱材から冷熱を
受け取った二次冷媒が二次側蓄熱部用熱交換器１１、二
次側第１三方弁１５、二次側室内用熱交換器１４、循環
ポンプ１３、二次側第２三方弁１６、二次側蓄熱部用熱
交換器１１の順に流れる（本発明の蓄熱利用運転モード
に対応）ことで冷熱を室内へ搬送し、冷房運転をおこな
う。この運転により蓄熱槽１０内の蓄熱材はクラスレー
トの潜熱を放出して融解し、さらに顕熱を放出して温度
が上昇する。

【００３２】このとき、一次側冷凍サイクルは、停止し
ているために電力は不要となり、二次冷媒を循環させる
循環ポンプ１３や、ファン等の極めて少ない電力で冷房
運転を行うことが可能となり、効率の良い運転を行うこ
とが出来る。

【００３３】また、室内温度は約２７℃に保たれ、蓄熱
槽１０内の蓄熱材は吸熱してクラスレートが融解し温度
が上昇するが、二次側熱搬送サイクルで搬送した冷熱で
空調可能である分だけ、たとえば蓄熱材の温度が１０℃
以下である限り第２の運転パターンを維持する。

【００３４】第３の運転パターンにおける一次冷媒およ
び二次冷媒の流れを図５の太線にて示す。第３の運転パ
ターンは、昼間の、室内における冷房運転を必要とする
時間帯であり、かつ蓄熱槽１０内には蓄熱材が実質的に
１０℃より高くかつ外気温度３５℃より低い温度（平均
蓄熱温度は２２．５℃）に保たれた状態（本発明の「蓄
熱材の温度と外気温度との差が所定の値より小さく別の
所定の値より大きい場合」に対応）で行われる。

【００３５】一次側冷凍サイクルは、一次側蓄熱部用熱
交換器３を凝縮器、一次側内部用熱交換器４を蒸発器と
して、圧縮機１、一次側第１三方弁７、第１の四方弁
９、一次側蓄熱部用熱交換器３、一次側第２三方弁８、
第２の膨張弁６、一次側内部用熱交換器４、第１の四方
弁９、圧縮機１の順に一次冷媒が流れ（本発明の第２冷
房運転モードに対応）、二次側熱搬送サイクルは、二次
側内部用熱交換器１２で一次側内部用熱交換器４を介し
て冷熱を受け取り、二次冷媒は二次側内部用熱交換器１
２、二次側第１三方弁１５、二次側室内用熱交換器１
４、循環ポンプ１３、二次側第２三方弁１６、二次側内
部用熱交換器１２の順に流れる（本発明のサイクル間熱
交換運転モードに対応）ことで冷熱を室内へ搬送し、冷
房運転をおこなう。

【００３６】この運転により蓄熱槽１０内の蓄熱材は一
次側蓄熱部用熱交換器３を流れる一次冷媒の凝縮作用に
より熱を吸収して温度が上昇する。

【００３７】このときの一次側冷凍サイクルの運転にお
けるモリエル線図の概略を図６に示す。図６では、外気
温度が３５℃、空調温度が２７℃、蓄熱槽１０内の平均
蓄熱温度が２２．５℃で、一次側冷凍サイクルの平均蒸
発温度が約５℃、一次側冷凍サイクルの平均凝縮温度が
約２７．５℃における冷房運転を行う冷凍サイクルを示
している。

【００３８】このとき、一次側冷凍サイクルの蒸発温度
は、直膨式の冷凍サイクルの従来例と同等であるが、凝
縮温度が、直膨式の冷凍サイクルで外気と熱交換を行う
際の凝縮温度４０℃よりもはるかに低くてすむので、従
来の直膨式冷凍サイクルや二次冷媒システムより一次側
の入力が抑えられ、効率の良い運転を行うことが出来
る。

【００３９】また、室内温度は約２７℃に保たれ、蓄熱
槽１０内の蓄熱材は吸熱して蓄熱材全体の温度が上昇す
るが、蓄熱材の温度が外気温度よりも低い限り、第３の
運転パターンを維持する。

【００４０】なお、第３の運転パターンを、夜間で、室
内冷房を行う場合で、蓄熱槽１０内には蓄熱材が外気温
度より低い温度に保たれた状態（本発明の「蓄熱材の温
度と外気温度との差が別の所定の値より大きい場合」に
対応）において、行うことによって、上記と同様に、冷
凍サイクルにおける凝縮温度が低く押さえられ得ること
で、効率の良い運転を行うことが出来る。

【００４１】第４の運転パターンにおける一次冷媒およ
び二次冷媒の流れを図７に示す。第４の運転パターン
は、昼間の、室内における冷房運転を必要とする時間帯
であり、かつ蓄熱槽１０内の蓄熱材の温度が外気温度と
同等となった時（本発明の「蓄熱材の温度と外気温度と
の差が別の所定の値以下の場合」に対応）に行われ、こ
の時は従来の二次冷媒システムと同様の運転を行うこと
になる。なお、第４の運転パターンは、夜間において
も、室内における冷房運転を必要とする時間帯であり、
かつ蓄熱槽１０内の蓄熱材の温度が外気温度と同等とな
った時にも、行われる。

【００４２】一次側冷凍サイクルは、一次側外部用熱交
換器２を凝縮器、一次側内部用熱交換器４を蒸発器とし
て、圧縮機１、一次側第１三方弁７、一次側外部用熱交
換器２、第１の膨張弁５、一次側第２三方弁８、第２の
膨張弁６、一次側内部用熱交換器４、第１の四方弁９、
圧縮機１の順に一次冷媒が流れ（本発明の第１冷房運転
モードに対応）、二次側熱搬送サイクルは、二次側内部
用熱交換器１２で一次側内部用熱交換器４を介して冷熱
を受け取り、二次冷媒は二次側内部用熱交換器１２、二
次側第１三方弁１５、二次側室内用熱交換器１４、循環
ポンプ１３、二次側第２三方弁１６、二次側内部用熱交
換器１２の順に流れる（本発明のサイクル間熱交換運転
モードに対応）ことで冷熱を室内へ搬送し、冷房運転を
おこなう。

【００４３】このときの一次側冷凍サイクルの運転にお
けるモリエル線図の概略を図８に示す。図８では、外気
温度が３５℃、空調温度が２７℃で、冷凍サイクルの蒸
発温度が約５℃、冷凍サイクルの凝縮温度が４０℃にお
ける冷房運転を行う冷凍サイクルを示している。

【００４４】このときの運転パターンにおける凝縮温
度、蒸発温度は従来の二次冷媒システムと同等である
が、第４の運転パターンによる運転時間は従来と比べる
と短いので、運転時間全体の効率としては向上すること
になる。

【００４５】このように、冷房運転を行うにあたり、時
間帯と蓄熱槽１０内の蓄熱材の温度と室外温度の差を考
慮して第１の運転パターン〜第４の運転パターンを切り
替えることにより、自然系冷媒を用いた地球環境に優し
い冷媒を安全に用いながら、従来例の冷房運転に見られ
るような蒸発側温度５℃、凝縮側温度４０℃の一次側冷
凍サイクルの定常運転を行うのに対して平均的な凝縮温
度をはるかに低く取ることが可能となり、二次冷媒シス
テムではあるが極めて高効率な運転を可能とする。

【００４６】また、蓄熱槽１０を利用し、夜間に蓄熱運
転を行い、昼間の電力負荷の最も多い時間帯に蓄熱槽１
０内の冷熱を直接利用する運転と、室外空気等の代わり
に蓄熱槽１０内に蓄熱された熱を利用する運転を二次冷
媒空調システムと組み合わせることで、自然系冷媒の課
題とされる可燃性や毒性の問題も解消されるとともに、
昼間の電力負荷のピークカットを行うこともできる。さ
らに、本発明におけるクラスレートを利用した蓄熱材で
は水などを用いた顕熱による蓄熱材と比較しても、潜熱
を利用して蓄熱するために小型でも大量の熱を蓄えるこ
とが出来る。

【００４７】なお、この時の蓄熱槽１０の規模や封入す
る蓄熱材の量、また、クラスレートによる潜熱を生成す
る温度・圧力は、一意に決定されるものではなく、シス
テムの規模や熱負荷等によって独自に設定されるもので
ある。

【００４８】また、このとき、二次側蓄熱部用熱交換器
１１は図１に示すような銅等の管を介した間接的な熱交
換ではなく、蓄熱槽１０内の水を選択的に二次側熱搬送
サイクルへ循環する直接熱交換方式によって蓄熱槽１０
内の冷熱を室内へ搬送する形式をとっても構わない。

【００４９】なお、本実施の形態におれる二次冷媒蓄熱
空調システムは、冷房専用であるとして説明したが、さ
らに第二の四方弁（後述する図１５の構成）によって、
従来の二次冷媒システムと同様な暖房運転を兼用するこ
とができる。

【００５０】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における二次冷媒蓄熱空調システムは、暖房運転を兼用
することに関する点以外は、上述した第１の実施の形態
における二次冷媒蓄熱空調システムと同様である。した
がって、本実施の形態において、特に説明のないものに
ついては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の
形態と同一符号を付与している構成部材については、特
に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持
つものとする。また、第１の実施の形態において説明し
た各変形例についても、特にことわらない限り、同様の
変形を行うことによって、本実施の形態に適用されるも
のとする。

【００５１】図９は、本発明の第２の実施の形態におけ
る二次冷媒蓄熱空調システムを示す概略構成図である。
本実施の形態における二次冷媒蓄熱空調システムでは、
一次冷媒に炭化水素系冷媒のプロパンを、二次冷媒に水
を使用し、蓄熱材として炭化水素系冷媒のエタンとプロ
パンと水の混合物が封入されている。

【００５２】一次側冷凍サイクル（本発明の一次側サイ
クルに対応）においては、圧縮機１、一次側外部用熱交
換器２、一次側蓄熱部用熱交換器３、一次側内部用熱交
換器４、第１の膨張弁５（本発明の第１の絞り装置に対
応）、第２の膨張弁６（本発明の第２の絞り装置に対
応）、第１の三方弁７、第２の三方弁８、第１の四方弁
９、第２の四方弁１７から構成され、それぞれが接続配
管によって接続されている。なお、第１の膨張弁５およ
び第２の膨張弁６は、本発明の絞り装置に対応するもの
であり、第１の三方弁７、第２の三方弁８、第１の四方
弁９および第２の四方弁１７は、本発明の一次側流路切
替手段に対応するものである。

【００５３】二次側熱搬送サイクル（本発明の二次側サ
イクルに対応）においては、二次側蓄熱部用熱交換器１
１、二次側内部用熱交換器１２、循環ポンプ１３、二次
側室内用熱交換器１４、第３の三方弁１５、第４の三方
弁１６から構成され、それぞれが接続配管によって接続
されている。なお、第３の三方弁１５および第４の三方
弁１６は、本発明の二次側流路切替手段に対応するもの
である。

【００５４】一次側蓄熱部用熱交換器３および二次側蓄
熱部用熱交換器１１は、蓄熱槽１０（本発明の蓄熱部に
対応）の中に設置されており、それぞれ、蓄熱材と熱の
授受を行うことが出来る。

【００５５】すなわち、本実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムは、一次側冷凍サイクルと二次側熱搬
送サイクルと蓄熱槽から構成されており、四方弁９、１
７の切り替えによって、冷房運転と暖房運転を兼用する
二次冷媒蓄熱空調システムのシステム構成を示してい
る。

【００５６】ここで、プロパンとエタンと水の封入され
ている蓄熱槽内は圧力が約１０００kPaに保たれてお
り、エタンとプロパンの混合物と水は上記圧力下では、
約１５℃で潜熱量約１００kcal/kgを持つクラスレート
を生成して冷熱を貯えることができる。

【００５７】一次側冷凍サイクルのすべての構成機器
と、二次側熱搬送サイクルの二次側室内用熱交換器１４
を除くすべての機器と、蓄熱槽１０はすべて室外の室外
機の中におさめられ、室外に設置されており、二次側室
内用熱交換器を含む室内機のみが室内に設置されてい
る。

【００５８】本実施の形態における二次冷媒蓄熱空調シ
ステムは、冷房運転時および暖房運転のそれぞれに４通
りの運転パターンがあるが、冷房運転時には、第２の四
方弁１７の切替により、圧縮機１吐出部から一次側第１
三方弁７への冷媒の流れと、第１の四方弁９から圧縮機
１吸入部への冷媒の流れに設定することにより、蓄熱槽
１０内の蓄熱材におけるクラスレート生成温度は異なる
ものの、一次冷媒および二次冷媒の流れのパターンは、
第１の実施の形態における二次冷媒蓄熱空調システムと
全く同様であるので、説明を省略する。

【００５９】上述したように、本実施の形態における二
次冷媒蓄熱空調システムの暖房運転時には、第５の運転
パターンから第８の運転パターンまでの４通りの運転パ
ターンがあり、それぞれの運転パターンによって、各機
器の運転状態や三方弁および四方弁の状態が切り替えら
れる。

【００６０】第５の運転パターンにおける一次冷媒の流
れを図１０の太線にて示す。第５の運転パターンは、夜
間の、室内における暖房運転を必要としない時間帯の温
熱蓄熱時に行われる。

【００６１】一次側冷凍サイクルは、一次側外部用熱交
換器２を蒸発器、一次側蓄熱部用熱交換器３を凝縮器と
して、圧縮機１、第２の四方弁１７、第１の四方弁９、
一次側蓄熱部用熱交換器３、一次側第２三方弁８、第１
の膨張弁５、一次側外部用熱交換器２、一次側第１三方
弁７、第２の四方弁１７、圧縮機１の順に一次冷媒が流
れ（本発明の蓄温運転モードに対応）、二次側熱搬送サ
イクルは循環ポンプ１３を停止することで二次冷媒は全
く流れていない状態にある。

【００６２】第５の運転パターンにより、夜間の熱需要
の少ない時間帯（例えば、これを本発明の予め定められ
た時間帯に対応させることができる）に、蓄熱槽１０内
に約４５℃以上の温度で温水として温熱を貯えることが
できる。

【００６３】このときの一次側冷凍サイクルの運転にお
けるモリエル線図の概略を図１１に示す。図１１では、
夜間の外気温度が５℃で、冷凍サイクルの蒸発温度が約
２℃、冷凍サイクルの凝縮温度が５０℃における暖房運
転を行う冷凍サイクルを示している。

【００６４】このとき、一次側冷凍サイクルの凝縮温度
５０℃と蒸発温度２℃の差は、従来の二次冷媒システム
の昼間の運転時のそれと比べて若干大きく、この時間帯
のみで考えると効率は低下しているものの、夜間電力を
使用して運転しているので電気代は安価となり、また、
この時間帯の蓄熱を後述する昼間の第６から第８の運転
パターンに有効に利用することで、暖房期全体としては
効率は向上する。

【００６５】第６の運転パターンにおける二次冷媒の流
れを図１２の太線にて示す。第６の運転パターンは、昼
間の、室内における暖房運転を必要とする時間帯であ
り、かつ蓄熱槽１０内には第５の運転パターンにより蓄
熱材が約４５℃以上の温水として保たれた状態（本発明
の「蓄熱材の温度と外気温度との差が所定の値以上の場
合」に対応）で行われる。

【００６６】このとき、一次側冷凍サイクルは圧縮機１
の運転を停止しており、一次冷媒は全く流れていない状
態にある。

【００６７】二次側熱搬送サイクルは、蓄熱槽１０内で
二次側蓄熱部用熱交換器１１を介して蓄熱材から温熱を
受け取った二次冷媒が二次側蓄熱部用熱交換器１１、二
次側第１三方弁１５、二次側室内用熱交換器１４、循環
ポンプ１２、二次側第２三方弁１６、二次側蓄熱部用熱
交換器１１の順に流れる（本発明の蓄熱利用運転モード
に対応）ことで温熱を室内へ搬送し、暖房運転をおこな
う。この運転により蓄熱槽１０内の蓄熱材は温熱を放出
して温度が下がる。

【００６８】このとき、一次側冷凍サイクルは停止して
いるために電力は不要となり、二次冷媒を循環させる循
環ポンプ１３や、ファン等の極めて少ない電力で暖房運
転を行うことが可能となり、効率の良い運転を行うこと
が出来る。また、室内温度は約２０℃に保たれ、蓄熱槽
１０内の蓄熱材は放熱して温度が上昇するが、二次側熱
搬送サイクルで搬送した温熱で空調可能である分だけ
（たとえば蓄熱材の温度が４０℃以上である限り）第６
の運転パターンを維持する。

【００６９】第７の運転パターンにおける一次冷媒およ
び二次冷媒の流れを図１３の太線にて示す。第７の運転
パターンは、昼間の、室内における暖房運転を必要とす
る時間帯であり、かつ蓄熱槽１０内には蓄熱材が実質的
に４０℃より低くかつ外気温度７℃より高い温度に保た
れた状態を示している。

【００７０】一次側冷凍サイクルは一次側蓄熱部用熱交
換器３を蒸発器、一次側内部用熱交換器４を凝縮器とし
て、圧縮機１、第２の四方弁１７、第１の四方弁９、一
次側内部用熱交換器４、第２の膨張弁６、一次側第２三
方弁８、一次側蓄熱部用熱交換器３、第１の四方弁９、
一次側第１三方弁７、第２の四方弁１７、圧縮機１の順
に一次冷媒が流れ（本発明の第２暖房運転モードに対
応）、二次側熱搬送サイクルは、二次側内部用熱交換器
１２で一次側内部用熱交換器４を介して温熱を受け取
り、二次冷媒は二次側内部用熱交換器１２、二次側第１
三方弁１５、二次側室内用熱交換器１４、循環ポンプ１
３、二次側第２三方弁１６、二次側内部用熱交換器１２
の順に流れる（本発明のサイクル間熱交換運転モードに
対応）ことで温熱を室内へ搬送し、暖房運転をおこな
う。

【００７１】この運転により蓄熱槽１０内の蓄熱材は一
次側蓄熱部用熱交換器３を流れる一次冷媒の蒸発作用に
より熱を放出して温度が下降する。ただし、蓄熱槽１０
内では、一次側蓄熱部用熱交換器で一次冷媒が放出した
冷熱はプロパンとブタンの混合物のクラスレート生成の
潜熱として使用されるため、１５℃付近で温度は留ま
り、クラスレートを十分に生成した後に再び蓄熱材全体
の温度が下降する。そのため、実際に蓄熱槽１０で放熱
される熱量は、蓄熱材の温度差以上に大きな熱量とな
る。

【００７２】このときの一次側冷凍サイクルの運転にお
けるモリエル線図の概略を図１４に示す。図１４では、
蓄熱槽１０内の蓄熱材平均温度が１５℃で、冷凍サイク
ルの蒸発温度が約１２℃、冷凍サイクルの凝縮温度が４
５℃における暖房運転を行う冷凍サイクルを示してい
る。

【００７３】このとき、一次側冷凍サイクルの凝縮温度
は従来の二次冷媒冷凍サイクルと同等であるが、蒸発温
度は外気と熱交換を行う際の蒸発温度の約４℃よりもは
るかに高くてすむので、従来の二次冷媒システムより一
次側の入力が抑えられ、効率の良い運転を行うことが出
来る。

【００７４】また、室内温度は約２０℃に保たれ、蓄熱
槽１０内の蓄熱材は放熱して蓄熱材全体の温度が下降す
るが、蓄熱材の温度が外気温度よりも高い限り、第７の
運転パターンを維持する。

【００７５】なお、第７の運転パターンを、夜間で、室
内暖房を行う場合で、蓄熱槽１０内には蓄熱材が外気温
度より高い温度に保たれた状態（本発明の「蓄熱材の温
度と外気温度との差が別の所定の値より大きい場合」に
対応）において、行うことによって、上記と同様に、冷
凍サイクルにおける蒸発温度を高くすることで効率の良
い運転を行うことが出来る。

【００７６】第８の運転パターンにおける一次冷媒およ
び二次冷媒の流れを図１５の太線にて示す。第８の運転
パターンは、昼間の、室内における暖房運転を必要とす
る時間帯であり、かつ蓄熱槽１０内の蓄熱材の温度が外
気温度と同等となった時（本発明の「蓄熱材の温度と外
気温度との差が別の所定の値以下の場合」に対応）に行
われ、この時は従来の二次冷媒システムと同様の運転を
行うことになる。なお、第８の運転パターンは、夜間に
おいても、室内における暖房運転を必要とする時間帯で
あり、かつ蓄熱槽１０内の蓄熱材の温度が外気温度と同
等となった時にも、行われる。

【００７７】一次側冷凍サイクルは、一次側外部用熱交
換器２を蒸発器、一次側内部用熱交換器４を凝縮器とし
て、圧縮機１、第２の四方弁１７、第１の四方弁９、一
次側内部用熱交換器４、第２の膨張弁６、一次側第２三
方弁８、第１の膨張弁５、一次側外部用熱交換器２、一
次側第１三方弁７、第２の四方弁１７、圧縮機１の順に
一次冷媒が流れ（本発明の第１暖房運転モードに対
応）、二次側熱搬送サイクルは、二次側内部用熱交換器
１２で一次側内部用熱交換器４を介して温熱を受け取
り、二次冷媒は二次側内部用熱交換器１２、二次側第１
三方弁１５、二次側室内用熱交換器１４、循環ポンプ１
３、二次側第２三方弁１６、二次側内部用熱交換器１２
の順に流れる（本発明のサイクル間熱交換運転モードに
対応）ことで温熱を室内へ搬送し、暖房運転をおこな
う。

【００７８】このときの一次側冷凍サイクルの運転にお
けるモリエル線図の概略を図１６に示す。図１６では、
外気温度が７℃で、冷凍サイクルの平均蒸発温度が約４
℃、冷凍サイクルの凝縮温度が４５℃における暖房運転
を行う冷凍サイクルを示している。

【００７９】このように、暖房運転を行うにあたり、時
間帯と蓄熱槽１０内の蓄熱材の温度と室外温度の差を考
慮して運転パターン５〜運転パターン８を切り替えるこ
とにより、自然系冷媒を用いた地球環境に優しい冷媒を
安全に用いながら、従来例の暖房運転に見られるような
蒸発側温度４℃、凝縮側温度４５℃の一次側冷凍サイク
ルの定常運転を行うのに対して平均的な蒸発温度をはる
かに低く取ることが可能となり、二次冷媒システムでは
あるが極めて高効率な運転を可能とする。もちろん、冷
房時においても、従来例に見られるように、二次冷媒シ
ステムではあるが極めて高効率な運転を可能とする。

【００８０】また、蓄熱槽１０を利用し、夜間に蓄熱運
転を行い、昼間の電力負荷の最も多い時間帯に蓄熱槽１
０内の冷房時冷熱または暖房時温熱を直接利用する運転
と、室外空気等の代わりに蓄熱槽１０内に蓄熱された熱
を利用する運転を二次冷媒空調システムと組み合わせる
ことで、自然系冷媒の課題とされる可燃性や毒性の問題
も解消されるとともに、昼間の電力負荷のピークカット
を行うこともできる。さらに、本発明におけるクラスレ
ートを利用した蓄熱材では、水などを用いた顕熱による
蓄熱材と比較しても、潜熱を利用して蓄熱するために小
型でも大量の熱を蓄えることが出来る。

【００８１】なお、この時の蓄熱槽１０の規模や封入す
る蓄熱材の量、また、クラスレートによる潜熱を生成す
る温度・圧力は、一意に決定されるものではなく、シス
テムの規模や熱負荷等によって独自に設定されるもので
ある。

【００８２】クラスレートの凝固点は、プロパンとエタ
ンの混合比によって、約５〜２０℃の間で変化するが、
どの温度でクラスレートが生成するように設定するか
は、蓄熱として、冷房を重視する割合と暖房を重視する
割合によって設定されるものである。また、プロパンと
エタンの混合物に、さらに塩化ナトリウム等の物質を混
合させて、凝固点降下によってクラスレートが生成する
温度をさらに低下させても、もちろん構わない。

【００８３】なお、上述した第１の実施の形態において
は、冷房専用の二次冷媒蓄熱空調システムについて説明
し、上述した第２の実施の形態においては、冷暖房兼用
の二次冷媒蓄熱空調システムについて説明したが、図１
で示した第１の実施の形態における二次冷媒蓄熱空調シ
ステムの構成の第１の四方弁９の接続を変更する構成と
することによって、暖房専用の二次冷媒蓄熱空調システ
ムを実現することができる。この暖房専用の二次冷媒蓄
熱空調システムは、冷房専用または冷暖房兼用の二次冷
媒蓄熱空調システムが実現する効率アップほどではない
が、従来の二次冷媒空調システムや蓄熱空調システムに
比べて、ある程度効率を改善することができるものであ
る。

【００８４】また、上述した第１および第２の実施の形
態においては、複数の膨張弁によって本発明の絞り装置
を構成し、複数の三方弁と単数または複数の四方弁と配
管によって本発明の一次側流路切替手段を構成し、複数
の三方弁と配管によって本発明の二次側流路切替手段を
構成するものとして説明したが、これに限るものではな
い。要するに、本発明の二次冷媒蓄熱空調システムは、
圧縮機、一次側外部用熱交換器、一次側蓄熱部用熱交換
器、一次側内部用熱交換器、絞り装置および一次側流路
切替手段を有し、一次冷媒が封入されている一次側サイ
クルと、循環ポンプ、二次側室内用熱交換器、二次側蓄
熱部用熱交換器、二次側内部用熱交換器および二次側流
路切替手段を有し、二次冷媒が封入されている二次側サ
イクルと、蓄熱材が封入され、前記蓄熱材が前記一次側
蓄熱部用熱交換器および前記二次側蓄熱部用熱交換器と
熱の授受を行うことによって、蓄熱を行う蓄熱部とを備
え、前記一次側内部用熱交換器および前記二次側内部用
熱交換器が、熱の授受が行えるように配置され、冷房運
転時には、前記一次側サイクルが、前記圧縮機→凝縮器
として用いられる前記一次側外部用熱交換器→前記絞り
装置→蒸発器として用いられる前記一次側蓄熱部用熱交
換器→前記圧縮機、の順で前記一次冷媒が循環すること
によって、前記一次側外部用熱交換器が外部に温熱を放
出し、前記一次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄熱部に冷熱
を蓄える蓄冷運転モード、前記圧縮機→凝縮器として用
いられる前記一次側外部用熱交換器→前記絞り装置→蒸
発器として用いられる前記一次側内部用熱交換器→前記
圧縮機、の順で前記一次冷媒が循環することによって、
前記一次側外部用熱交換器が外部に温熱を放出し、前記
一次側内部用熱交換器が前記二次側内部用熱交換器を介
して前記二次冷媒に冷熱を伝える第１冷房運転モード、
前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側蓄熱部
用熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前
記一次側内部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次
冷媒が循環することによって、前記一次側蓄熱部用熱交
換器が前記蓄熱材に温熱を放出し、前記一次側内部用熱
交換器が前記二次側内部用熱交換器を介して前記二次冷
媒に冷熱を伝える第２冷房運転モード、の３つの運転モ
ードを有し、前記一次側流路切替手段によって前記運転
モードを切り替えられて、運転を行い、前記二次側サイ
クルが、前記二次側内部用熱交換器→前記二次側室内用
熱交換器→前記二次側内部用熱交換器、の順で、途中に
前記循環ポンプを介して、前記二次冷媒が循環すること
によって、前記二次側内部用熱交換器が前記一次側内部
用熱交換器から受け取った冷熱を用いて、前記二次側室
内用熱交換器によって室内を冷房するサイクル間熱交換
運転モード、前記二次側蓄熱部用熱交換器→前記二次側
室内用熱交換器→前記二次側蓄熱部用熱交換器、の順
で、途中に前記循環ポンプを介して、前記二次冷媒が循
環することによって、前記二次側蓄熱部用熱交換器が前
記蓄熱材から受け取った冷熱を前記二次側室内用熱交換
器によって室内を冷房する蓄熱利用運転モード、の２つ
の運転モードを有し、前記二次側流路切替手段によって
前記運転モードを切り替えられて、運転を行い、前記一
次側サイクルが前記第１冷房運転モードまたは前記第２
冷房運転モードの運転を行うときには、前記サイクル間
熱交換運転モードの運転を運転を行う構成でありさえす
ればよい。

【００８５】また、暖房運転を行う場合は、前記圧縮機
→凝縮器として用いられる前記一次側蓄熱部用熱交換器
→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前記一次側外
部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次冷媒が循環
することによって、前記一次側外部用熱交換器が外部か
ら温熱を吸収し、前記一次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄
熱部に温熱を蓄える蓄温運転モード、前記圧縮機→凝縮
器として用いられる前記一次側内部用熱交換器→前記絞
り装置→蒸発器として用いられる前記一次側外部用熱交
換器→前記圧縮機、の順で前記一次冷媒が循環すること
によって、前記一次側外部用熱交換器が外部から温熱を
吸収し、前記一次側内部用熱交換器が前記二次側内部用
熱交換器を介して前記二次冷媒に温熱を伝える第１暖房
運転モード、前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記
一次側内部用熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用
いられる前記一次側蓄熱部用熱交換器→前記圧縮機、の
順で前記一次冷媒が循環することによって、前記一次側
蓄熱部用熱交換器が前記蓄熱材から温熱を吸収し、前記
一次側内部用熱交換器が前記二次側内部用熱交換器を介
して前記二次冷媒に温熱を伝える第２暖房運転モード、
の３つの運転モードを有し、前記一次側流路切替手段に
よって前記運転モードを切り替えられて、運転を行い、
前記二次側サイクルが、前記一次側サイクルが前記第１
暖房運転モードまたは前記第２暖房運転モードの運転を
行うときには、前記サイクル間熱交換運転モードの運転
を行うことによって、前記二次側内部用熱交換器が前記
一次側内部用熱交換器から受け取った温熱を用いて、前
記二次側室内用熱交換器によって室内を暖房し、前記一
次側サイクルが運転を行っていないときに、前記蓄熱利
用運転モードの運転を運転を行うことによって、前記二
次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄熱材から受け取った温熱
を前記二次側室内用熱交換器によって室内を暖房する構
成でありさえすればよい。

【００８６】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
請求項１〜８の本発明は、効率の良い運転が行える二次
冷媒蓄熱空調システム、特に、地球温暖化にも影響を与
えない炭化水素系冷媒やアンモニア系冷媒等の新規冷媒
を用いても、効率の良い運転が行える二次冷媒蓄熱空調
システムを提供することができる。すなわち、一次冷媒
に炭化水素系冷媒やアンモニア系冷媒を用いることで、
環境に優しい自然系冷媒を用いながら、可燃性や毒性を
有する冷媒の漏洩による影響が少なくかつ高効率な二次
冷媒蓄熱空調システムを提供することができる。

【００８７】また、請求項３、４の本発明は、冷房運転
と暖房運転を兼用できる四方弁を設けた蓄熱空調システ
ムを構成することで、冷房運転と暖房運転の両方で効率
の高い二次冷媒蓄熱空調システムを提供することができ
る。

【００８８】また、請求項５の本発明は、本発明の「予
め定められた時間帯」を夜間とすることによって、夜間
に蓄熱を行い、昼間の電力需要の多い時間帯に蓄熱槽内
の熱を直接用いて空調を行うか、蓄熱槽内の熱を室外空
気の代わりとして利用して空調を行うことができるの
で、高効率で、電気料金が安価となり、電力ピークのカ
ットにも貢献する二次冷媒蓄熱空調システムを提供する
ことができる。

【００８９】また、請求項７、８の本発明は、蓄熱材と
して炭素数４以下の炭化水素系の物質を使用してクラス
レートを生成させることで、環境に優しい自然系冷媒を
用いながら、潜熱利用により小型でも蓄熱量の大きな二
次冷媒蓄熱空調システムを提供することができる。

【００９０】また、請求項８の本発明は、蓄熱材として
プロパンおよびエタンの単体又は混合物を用いて凝固点
を０〜１５℃のクラスレートを生成させることで、環境
に優しい自然系冷媒を用いながら、冷房運転に最適な温
度でかつ潜熱利用により小型かつ蓄熱量の大きな二次冷
媒蓄熱空調システムを提供することができ、蓄熱材とし
てプロパンおよびエタンの単体又は混合物を用いて凝固
点を０〜２０℃のクラスレートを生成させることで、環
境に優しい自然系冷媒を用いながら、冷房運転と暖房運
転の両方で適切な潜熱利用が可能な小型でも蓄熱量の大
きな二次冷媒蓄熱空調システムを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムを示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第１の運転パターンにおける一次冷媒
および二次冷媒の流れを示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第１の運転パターンにおける一次冷媒
のモリエル線図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第２の運転パターンにおける一次冷媒
および二次冷媒の流れを示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第３の運転パターンにおける一次冷媒
および二次冷媒の流れを示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第３の運転パターンにおける一次冷媒
のモリエル線図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第４の運転パターンにおける一次冷媒
および二次冷媒の流れを示す図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムの第４の運転パターンにおける一次冷媒
のモリエル線図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒蓄
熱空調システムを示す概略構成図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第５の運転パターンにお
ける一次冷媒および二次冷媒の流れを示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第５の運転パターンにお
ける一次冷媒のモリエル線図である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第６の運転パターンにお
ける一次冷媒および二次冷媒の流れを示す図である。

【図１３】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第７の運転パターンにお
ける一次冷媒および二次冷媒の流れを示す図である。

【図１４】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第７の運転パターンにお
ける一次冷媒のモリエル線図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第８の運転パターンにお
ける一次冷媒および二次冷媒の流れを示す図である。

【図１６】本発明の第２の実施の形態における二次冷媒
蓄熱空調システムの暖房運転の第８の運転パターンにお
ける一次冷媒のモリエル線図である。

【図１７】従来の二次冷媒空調システムを示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 一次側外部用熱交換器 ３ 一次側蓄熱部用熱交換器 ４ 一次側内部用熱交換器 ５ 第１の膨張弁 ６ 第２の膨張弁 ７ 第１の三方弁 ８ 第２の三方弁 ９ 第１の四方弁 １０ 蓄熱槽 １１ 二次側蓄熱部用熱交換器 １２ 二次側内部用熱交換器 １３ 循環ポンプ １４ 二次側室内用熱交換器 １５ 第３の三方弁 １６ 第４の三方弁 １７ 第２の四方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 5/06 Ｃ０９Ｋ 5/06 Ｚ Ｆ２４Ｆ 11/02 １０２ Ｆ２４Ｆ 11/02 １０２Ｂ Ｆ２５Ｂ 13/00 ３５１ Ｆ２５Ｂ 13/00 ３５１ Ｆ２８Ｄ 20/02 Ｆ２８Ｆ 23/02 Ｄ Ｆ２８Ｆ 23/02 Ｆ２８Ｄ 20/00 Ｃ (72)発明者 岡座 典穂 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L054 BG04 BH07 3L060 AA03 CC01 CC08 DD07 EE01 EE41 3L092 AA02 BA17 BA21 BA23 BA26 EA18 EA20 FA22 FA34

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、一次側外部用熱交換器、一次側
   蓄熱部用熱交換器、一次側内部用熱交換器、絞り装置お
   よび一次側流路切替手段を有し、一次冷媒が封入されて
   いる一次側サイクルと、 循環ポンプ、二次側室内用熱交換器、二次側蓄熱部用熱
   交換器、二次側内部用熱交換器および二次側流路切替手
   段を有し、二次冷媒が封入されている二次側サイクル
   と、 蓄熱材が封入され、前記蓄熱材が前記一次側蓄熱部用熱
   交換器および前記二次側蓄熱部用熱交換器と熱の授受を
   行うことによって、蓄熱を行う蓄熱部とを備え、 前記一次側内部用熱交換器および前記二次側内部用熱交
   換器は、熱の授受が行えるように配置され、 前記一次側サイクルは、 前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側外部用
   熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前記
   一次側蓄熱部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次
   冷媒が循環することによって、前記一次側外部用熱交換
   器が外部に温熱を放出し、前記一次側蓄熱部用熱交換器
   が前記蓄熱部に冷熱を蓄える蓄冷運転モード、 前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側外部用
   熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前記
   一次側内部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次冷
   媒が循環することによって、前記一次側外部用熱交換器
   が外部に温熱を放出し、前記一次側内部用熱交換器が前
   記二次側内部用熱交換器を介して前記二次冷媒に冷熱を
   伝える第１冷房運転モード、 前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側蓄熱部
   用熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前
   記一次側内部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次
   冷媒が循環することによって、前記一次側蓄熱部用熱交
   換器が前記蓄熱材に温熱を放出し、前記一次側内部用熱
   交換器が前記二次側内部用熱交換器を介して前記二次冷
   媒に冷熱を伝える第２冷房運転モード、 の３つの運転モードを有し、前記一次側流路切替手段に
   よって前記運転モードを切り替えられて、運転を行い、 前記二次側サイクルは、 前記二次側内部用熱交換器→前記二次側室内用熱交換器
   →前記二次側内部用熱交換器、の順で、途中に前記循環
   ポンプを介して、前記二次冷媒が循環することによっ
   て、前記二次側内部用熱交換器が前記一次側内部用熱交
   換器から受け取った冷熱を用いて、前記二次側室内用熱
   交換器によって室内を冷房するサイクル間熱交換運転モ
   ード、 前記二次側蓄熱部用熱交換器→前記二次側室内用熱交換
   器→前記二次側蓄熱部用熱交換器、の順で、途中に前記
   循環ポンプを介して、前記二次冷媒が循環することによ
   って、前記二次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄熱材から受
   け取った冷熱を前記二次側室内用熱交換器によって室内
   を冷房する蓄熱利用運転モード、 の２つの運転モードを有し、前記二次側流路切替手段に
   よって前記運転モードを切り替えられて、運転を行い、 前記一次側サイクルが前記第１冷房運転モードまたは前
   記第２冷房運転モードの運転を行うときには、前記二次
   側サイクルが前記サイクル間熱交換運転モードの運転を
   運転を行うことを特徴とする二次冷媒蓄熱空調システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記絞り装置は、前記一次側外部用熱交
   換器および前記一次側内部用熱交換器の間に配置された
   第１の絞り装置と、前記第１の絞り装置および前記一次
   側内部用熱交換器の間に配置された第２の絞り装置とを
   有し、前記第１および第２の絞り装置のいずれか一方単
   独で、または、両方同時に動作するものであり、 前記一次側流路切替手段は、第１の三方弁と、第２の三
   方弁と、第１の四方弁とを有し、 前記二次側流路切替手段は、第３の三方弁と、第４の三
   方弁とを有し、 前記第１の三方弁は、前記圧縮機の出口側、前記一次側
   外部用熱交換器、前記第１の四方弁、のいずれか二方を
   選択して接続するものであり、 前記第２の三方弁は、前記第１の絞り装置、前記第２の
   絞り装置、前記一次側蓄熱部用熱交換器、のいずれか二
   方を選択して接続するものであり、 前記第１の四方弁は、前記圧縮機の入口側または前記第
   １の三方弁のいずれかと、前記一次側蓄熱部用熱交換器
   または前記一次側内部用熱交換器のいずれかとを、それ
   ぞれ選択して接続するものであり、 前記第３の三方弁は、前記二次側蓄熱部用熱交換器、前
   記二次側室内用熱交換器、前記二次側内部用熱交換器、
   のいずれか二方を選択して接続するものであり、 前記第４の三方弁は、前記二次側蓄熱部用熱交換器、前
   記二次側室内用熱交換器、前記二次側内部用熱交換器、
   のいずれか二方を選択して接続するものであり、 前記循環ポンプは、前記第３の三方弁と前記二次側室内
   用熱交換器との間を接続する経路上、または、前記第４
   の三方弁と前記二次側室内用熱交換器との間を接続する
   経路上、に配置されていることを特徴とする請求項１に
   記載の二次冷媒蓄熱空調システム。
3. 【請求項３】 前記一次側サイクルは、前記３つの運転
   モードに加え、 前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側蓄熱部
   用熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前
   記一次側外部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次
   冷媒が循環することによって、前記一次側外部用熱交換
   器が外部から温熱を吸収し、前記一次側蓄熱部用熱交換
   器が前記蓄熱部に温熱を蓄える蓄温運転モード、 前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側内部用
   熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前記
   一次側外部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次冷
   媒が循環することによって、前記一次側外部用熱交換器
   が外部から温熱を吸収し、前記一次側内部用熱交換器が
   前記二次側内部用熱交換器を介して前記二次冷媒に温熱
   を伝える第１暖房運転モード、 前記圧縮機→凝縮器として用いられる前記一次側内部用
   熱交換器→前記絞り装置→蒸発器として用いられる前記
   一次側蓄熱部用熱交換器→前記圧縮機、の順で前記一次
   冷媒が循環することによって、前記一次側蓄熱部用熱交
   換器が前記蓄熱材から温熱を吸収し、前記一次側内部用
   熱交換器が前記二次側内部用熱交換器を介して前記二次
   冷媒に温熱を伝える第２暖房運転モード、 の３つの運転モードを有し、前記一次側流路切替手段に
   よって前記運転モードを切り替えられて、運転を行い、 前記二次側サイクルは、 前記一次側サイクルが前記第１暖房運転モードまたは前
   記第２暖房運転モードの運転を行うときには、前記サイ
   クル間熱交換運転モードの運転を行うことによって、前
   記二次側内部用熱交換器が前記一次側内部用熱交換器か
   ら受け取った温熱を用いて、前記二次側室内用熱交換器
   によって室内を暖房し、 前記一次側サイクルが運転を行っていないときに、前記
   蓄熱利用運転モードの運転を運転を行うことによって、
   前記二次側蓄熱部用熱交換器が前記蓄熱材から受け取っ
   た温熱を前記二次側室内用熱交換器によって室内を暖房
   することを特徴とする請求項１に記載の二次冷媒蓄熱空
   調システム。
4. 【請求項４】 前記絞り装置は、前記一次側外部用熱交
   換器および前記一次側内部用熱交換器の間に配置された
   第１の絞り装置と、前記第１の絞り装置および前記一次
   側内部用熱交換器の間に配置された第２の絞り装置とを
   有し、前記第１および第２の絞り装置のいずれか一方単
   独で、または、両方同時に動作するものであり、 前記一次側流路切替手段は、第１の三方弁と、第２の三
   方弁と、第１の四方弁と、第２の四方弁とを有し、 前記二次側流路切替手段は、第３の三方弁と、第４の三
   方弁とを有し、 前記第１の三方弁は、前記第２の四方弁、前記一次側外
   部用熱交換器、前記第１の四方弁、のいずれか二方を選
   択して接続するものであり、 前記第２の三方弁は、前記第１の絞り装置、前記第２の
   絞り装置、前記一次側蓄熱部用熱交換器、のいずれか二
   方を選択して接続するものであり、 前記第１の四方弁は、前記第２の四方弁または前記第１
   の三方弁のいずれかと、前記一次側蓄熱部用熱交換器ま
   たは前記一次側内部用熱交換器のいずれかとを、それぞ
   れ選択して接続するものであり、 前記第２の四方弁は、前記圧縮機の入口側または前記圧
   縮機の出口側のいずれかと、前記第１の四方弁または前
   記第１の三方弁のいずれかとを、それぞれ選択して接続
   するものであり、 前記第３の三方弁は、前記二次側蓄熱部用熱交換器、前
   記二次側室内用熱交換器、前記二次側内部用熱交換器、
   のいずれか二方を選択して接続するものであり、 前記第４の三方弁は、前記二次側蓄熱部用熱交換器、前
   記二次側室内用熱交換器、前記二次側内部用熱交換器、
   のいずれか二方を選択して接続するものであり、 前記循環ポンプは、前記第３の三方弁と前記二次側室内
   用熱交換器との間を接続 する経路上、または、前記第
   ４の三方弁と前記二次側室内用熱交換器との間を接続す
   る経路上、に配置されていることを特徴とする請求項３
   に記載の二次冷媒蓄熱空調システム。
5. 【請求項５】 冷房および暖房運転を行っていないと
   き、予め定められた時間帯の場合、前記一次側サイクル
   は、前記蓄冷運転モードまたは前記蓄温運転モードの運
   転を行い、その際、前記二次側サイクルは、運転を停止
   しており、 冷房または暖房運転を行うとき、前記予め定められた時
   間帯以外の時間帯で、前記蓄熱材の温度と外気温度との
   差が所定の値以上の場合、前記二次側サイクルは、前記
   蓄熱利用運転モードの運転を行い、その際、前記一次側
   サイクルは、運転を停止しており、 冷房または暖房運転を行うとき、前記予め定められた時
   間帯以外の時間帯で、前記蓄熱材の温度と外気温度との
   差が前記所定の値より小さく別の所定の値より大きい場
   合、または、前記予め定められた時間帯で、前記蓄熱材
   の温度と外気温度との差が前記別の所定の値より大きい
   場合、前記一次側サイクルは、前記第２冷房運転モード
   または前記第２暖房運転モードの運転を行い、その際、
   前記二次側サイクルは、前記サイクル間熱交換運転モー
   ドの運転を行い、 冷房または暖房運転を行うとき、前記蓄熱材の温度と外
   気温度との差が前記別の所定の値以下の場合、前記一次
   側サイクルは、前記第１冷房運転モードまたは前記第１
   暖房運転モードの運転を行い、その際、前記二次側サイ
   クルは、前記サイクル間熱交換運転モードの運転を行う
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二次
   冷媒蓄熱空調システム。
6. 【請求項６】 前記一次冷媒は、炭化水素系の冷媒また
   はアンモニア系の冷媒であることを特徴とする請求項１
   〜５のいずれかに記載の二次冷媒蓄熱空調システム。
7. 【請求項７】 前記蓄熱材は、炭素数が４以下の炭化水
   素系物質の単体または混合物と、水とを含むものであ
   り、クラスレートを生成することにより潜熱蓄熱を行う
   ものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
   記載の二次冷媒蓄熱空調システム。
8. 【請求項８】 前記蓄熱材は、プロパンおよび／または
   エタン単体または混合物と、水とを含むものであり、 さらに、前記蓄熱材は、冷房専用の場合は、凝固点が実
   質的に０℃〜１５℃の範囲のクラスレートを生成するも
   のであり、冷暖房兼用の場合は、凝固点が実質的に０℃
   〜２０℃の範囲のクラスレートを生成するものであるこ
   とを特徴とする請求項７に記載の二次冷媒蓄熱空調空調
   システム。