(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-24
(45)【発行日】2023-12-04
(54)【発明の名称】ヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システム
(51)【国際特許分類】
F25B 1/00 20060101AFI20231127BHJP
F25B 13/00 20060101ALI20231127BHJP
F24F 5/00 20060101ALI20231127BHJP
【ＦＩ】
F25B1/00 399Y
F25B13/00 351
F24F5/00 102C
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2022556673
(86)(22)【出願日】2021-03-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-27
(86)【国際出願番号】 KR2021003412
(87)【国際公開番号】W WO2021187937
(87)【国際公開日】2021-09-23
【審査請求日】2022-09-16
(31)【優先権主張番号】10-2020-0034611
(32)【優先日】2020-03-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】522370403
【氏名又は名称】ワールドワンハイテク株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＷＯＲＬＤ ＯＮＥ ＨＩ－ＴＥＣＨ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】１３７， Ｓｏｓｅｏｋ－ｒｏ， Ｄａｅｓｏ－ｍｙｅｏｎ， Ｅｕｍｓｅｏｎｇ－ｇｕｎ Ｃｈｕｎｇｃｈｅｏｎｇｂｕｋ－ｄｏ ２７６６２ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100081961
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 光春
(74)【代理人】
【識別番号】100112564
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 考一
(74)【代理人】
【識別番号】100163500
【弁理士】
【氏名又は名称】片桐 貞典
(74)【代理人】
【識別番号】230115598
【弁護士】
【氏名又は名称】木内 加奈子
(72)【発明者】
【氏名】リ ヨンフン
【審査官】西山 真二
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６２－２０６３３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２１０７４０５８７（ＣＮ，Ｕ）
【文献】実公平４－４４９７９（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】米国特許第５９３７６６３（ＵＳ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３４８６６８３（ＣＮ，Ａ）
【文献】韓国登録実用新案第２０－０２８１２６６（ＫＲ，Ｙ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２４Ｆ ５／００
Ｆ２５Ｂ １／００
Ｆ２５Ｂ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
暖房時に凝縮器として機能し、冷房時に蒸発器として機能する室内機；暖房時に蒸発器として機能し、冷房時に凝縮器として機能する室外機；前記室内機を通りながら熱交換される熱媒体；および前記室内機を通りながら冷水または温水になった前記熱媒体が流入する蓄熱タンク；を含むヒートポンプシステムにおいて、前記室内機を経由した後に戻る前記熱媒体が前記蓄熱タンクに流入するように導く第１の入水管；前記第１の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記熱媒体が前記蓄熱タンクの外部に流出するように導く第１の出水管；前記第１の出水管を介して前記蓄熱タンクの外部に流出した後に戻る前記熱媒体が前記蓄熱タンクに流入するように導く第２の入水管；および前記第２の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記熱媒体が前記室内機側に流出するように導く第２の出水管；を含み、
前記第１の入水管は、
前記蓄熱タンクの内部に引き込まれた構造で形成される第１の引込部；および前記第１の引込部のうち、前記蓄熱タンクの上側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔を含み、
前記第１の出水管は、
前記蓄熱タンク内の前記熱媒体が前記第１の出水管の内部に流入するように、前記蓄熱タンクの内部と連通して形成される第１の流入口を含み、
前記第１の流入口は、
前記蓄熱タンクにおいて、前記第１の引込部が位置している領域より、さらに上方領域に位置するように形成され、
前記第２の入水管は、
前記蓄熱タンクの内部に引き込まれた構造で形成される第２の引込部；および前記第２の引込部のうち、前記蓄熱タンクの下側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔を含み、
前記第２の出水管は、
前記蓄熱タンク内の前記熱媒体が前記第２の出水管の内部に流入するように、前記蓄熱タンクの内部と連通して形成される第２の流入口を含み、
前記第２の流入口は、
前記蓄熱タンクにおいて、前記第２の引込部が位置している領域より、さらに下方領域に位置するように形成されることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項2】
前記第１の出水管を介して前記蓄熱タンクの外部に流出した前記熱媒体と第２の流体との間の熱交換が行われる第２の熱交換器；をさらに含み、前記第１の出水管は、前記第１の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記熱媒体が前記第２の熱交換器側に流出するように導き、
前記第２の入水管は、前記第２の熱交換器を経由した後に戻る前記熱媒体が前記蓄熱タンクに流入するように導くことを特徴とする、請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項3】
暖房時に凝縮器として機能し、冷房時に蒸発器として機能する室内機；暖房時に蒸発器として機能し、冷房時に凝縮器として機能する室外機；前記室内機を通りながら熱交換される熱媒体；前記熱媒体と第１の流体との間の熱交換が行われる第１の熱交換器；および前記第１の熱交換器を通りながら冷水または温水になった前記第１の流体が流入する蓄熱タンク；を含むヒートポンプシステムにおいて、前記第１の熱交換器を経由した後に戻る前記第１の流体が前記蓄熱タンクに流入するように導く第１の入水管；前記第１の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記第１の流体が前記蓄熱タンクの外部に流出するように導く第１の出水管；前記第１の出水管を介して前記蓄熱タンクの外部に流出した後に戻る前記第１の流体が前記蓄熱タンクに流入するように導く第２の入水管；および前記第２の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記第１の流体が前記第１の熱交換器側に流出するように導く第２の出水管；を含み、
前記第１の入水管は、
前記蓄熱タンクの内部に引き込まれた構造で形成される第１の引込部；および前記第１の引込部のうち、前記蓄熱タンクの上側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔を含み、
前記第１の出水管は、
前記蓄熱タンク内の前記第１の流体が前記第１の出水管の内部に流入するように、前記蓄熱タンクの内部と連通して形成される第１の流入口を含み、
前記第１の流入口は、
前記蓄熱タンクにおいて、前記第１の引込部が位置している領域より、さらに上方領域に位置するように形成され、
前記第２の入水管は、
前記蓄熱タンクの内部に引き込まれた構造で形成される第２の引込部；および前記第２の引込部のうち、前記蓄熱タンクの下側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔を含み、
前記第２の出水管は、
前記蓄熱タンク内の前記第１の流体が前記第２の出水管の内部に流入するように、前記蓄熱タンクの内部と連通して形成される第２の流入口を含み、
前記第２の流入口は、
前記蓄熱タンクにおいて、前記第２の引込部が位置している領域より、さらに下方領域に位置するように形成されることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項4】
前記第１の出水管を介して前記蓄熱タンクの外部に流出した前記第１の流体と第２の流体との間の熱交換が行われる第２の熱交換器；をさらに含み、前記第１の出水管は、前記第１の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記第１の流体が前記第２の熱交換器側に流出するように導き、
前記第２の入水管は、前記第２の熱交換器を経由した後に戻る前記第１の流体が前記蓄熱タンクに流入するように導くことを特徴とする、請求項３に記載のヒートポンプシステム。
【請求項5】
前記第１の引込部は、前記蓄熱タンクにおいて、前記第２の引込部が位置している領域より、さらに上方領域に位置するように形成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
【請求項6】
前記第１の引込部の一端部に開放形成される開放口；および前記第２の引込部の一端部に開放形成される開放口；をさらに含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
【請求項7】
前記蓄熱タンクの内部に設けられる渦流防止板をさらに含み、前記渦流防止板は、
前記第１の引込部が位置している領域よりもさらに下方であり、前記第２の引込部が位置している領域よりもさらに上方に該当する領域に配置される板体からなることを特徴とする、請求項５に記載のヒートポンプシステム。
【請求項8】
前記第２の熱交換器は板状熱交換器であることを特徴とする、請求項２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項9】
前記蒸発器から伝達された冷媒を圧縮する圧縮機；前記凝縮器を通った冷媒を膨張させる膨張弁；および暖房と冷房に応じて冷媒の流れを切り替えるための四方バルブ；をさらに含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
【請求項10】
前記凝縮器の排出口側から冷媒の一部を引き出し、前記圧縮機に流入する乾燥飽和蒸気に混合させる液熱器をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のヒートポンプシステム。
【請求項11】
前記液熱器は、前記圧縮機の排出口側に設けられたセンサで検出される冷媒の温度に応じて前記冷媒の引き出し量を調整することを特徴とする、請求項１０に記載のヒートポンプシステム。
【請求項12】
前記熱媒体は不凍液を含むことを特徴とする、請求項３または４に記載のヒートポンプシステム。
【請求項13】
冷暖房システムにおいて、請求項１～４のいずれか一項に記載されたヒートポンプシステム；
前記ヒートポンプシステムで熱交換済みの冷水または温水をユーザー装置側に供給する冷温水供給ヘッダ；および
ユーザー装置で用いられた前記冷水または温水を回収して前記ヒートポンプシステム側に戻す冷温水還水ヘッダ；を含むことを特徴とするヒートポンプシステムを用いた冷暖房システム。
【請求項14】
前記冷温水供給ヘッダと前記冷温水還水ヘッダとの間に設けられる差圧バルブをさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載のヒートポンプシステムを用いた冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
［技術分野］
本発明は、ヒートポンプシステムに関し、より詳しくは、冷暖房の選択に応じて室内機と室外機が凝縮器と蒸発器に切り替えられて動作するヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システムに関する。
本発明は、ヒートポンプシステムに関し、より詳しくは、冷暖房の選択に応じて室内機と室外機が凝縮器と蒸発器に切り替えられて動作するヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【0002】
通常のヒートポンプシステムは、冷媒が凝縮器、膨張弁および蒸発器を経由して再び圧縮機に流入するサイクルを繰り返す。圧縮機を通った冷媒は、熱交換器である凝縮器で液状に切り替えられ、潜熱を放出し、蒸発器で外部の熱を吸収して蒸発することにより冷暖房を提供するように構成される。
【0003】
従来、ヒートポンプを用いた冷暖房システムは、温度区間によってユーザー負荷に耐えられない場合が発生し、特に常時定温の適切な冷暖房温度を維持することが円滑でないという問題点があった。したがって、様々なユーザー負荷環境において、常時定温を維持し、安定して運営することができるヒートポンプ冷暖房システムの設計が必要である。
【0004】
一般的に、ヒートポンプシステムは、潜熱加熱による早いかつ均一な飽和蒸気加熱が可能であり、圧力と温度との関係を正確に設定することができ、熱伝導率が高いという利点があるが、配管抵抗などの圧力損失により圧力が下がると温度が低くなるという問題点を有している。したがって、ヒートポンプシステムの飽和蒸気の潜熱を冷暖房として活用するためには、負荷側の温度および圧力などの制御条件を最適化しなければならない。
【0005】
このため、韓国登録実用新案第２０－２８１２６６号は、凝縮器と膨張バルブとの間に設けられ、液状冷媒のみを膨張バルブに供給するようにする受液器；蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を昇圧して冷媒循環量を増加させるエジェクター；圧縮機入口の冷媒の過熱度を調整する過熱度調整装置；冷媒流量を制御して容量を調整する容量制御装置；および凝縮圧力を多段に制御する多段凝縮圧力制御弁を含むヒートポンプシステムを開示している。
【0006】
しかし、韓国登録実用新案第２０－２８１２６６号のようなヒートポンプシステムは、追加的にさらに多くの付加装置を設けなければならないことから、ヒートポンプシステム構築のコストが非常に増加し、メンテナンスにより多くのコストがかかるという問題点があった。
【0007】
さらには、韓国登録実用新案第２０－２８１２６６号のヒートポンプシステムの過熱度調節装置は、凝縮器を通過した冷媒と圧縮機入口の冷媒蒸気との熱交換のための熱交換装置がさらに必要であるという欠点がある。
【0008】
一方、板状熱交換器は、異種の熱媒体が各層毎に交互に流動して熱交換が行われる装置である。因みに、前記の熱媒体は液状の流体からなり、好ましくは不凍液、水または純水からなってもよい。
【0009】
板状熱交換器は、組み立てが簡単であり、部品数が少なくて生産性が良く、体積を減らすことができ、空間確保に有利であるという利点がある。特に、板状熱交換器は、プレートの形状を変化させることにより、複雑かつ多様化した流路設計が可能であり、特に二種の熱媒体が流動して互いに熱交換を起こす場合、板状熱交換器を適用した方がよい。
【0010】
このような板状熱交換器をヒートポンプシステムに適用する場合、流体（すなわち、熱媒体）流動の配分が全面積にわたって均一に行われるべきであり、そのためにはパイプの内径および流速についての設計が重要である。
【0011】
一方、ヒートポンプシステムは、熱交換用熱媒体が蓄熱タンクの内部に流入し、流出する。ところで、流体である熱媒体が蓄熱タンクの内部に流入する過程で、熱媒体の速い流速により蓄熱タンクの内部に渦流が発生し得る。
【0012】
このような渦流が発生すると、熱媒体の回転運動により主流とは逆方向に渦巻く流れが発生し、熱媒体の持続的かつ均一な供給が阻害され、これにより、最終的には最適な熱交換、定温の冷暖房供給およびシステムの安定した運用が困難になるという問題が生じ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、流体が蓄熱タンクの内部に流入する過程で発生する渦流を防止することができるヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システムを提供することである。
【0014】
本発明の他の目的は、過熱度調整装置、多段凝縮圧力制御弁などを含む様々な付加装置を追加的に設けなくても、暖房時には１３～１８℃、冷房時には３～７℃の熱交換を最適な効率で具現することができ、常時定温の冷暖房を供給および維持することができるヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するための本発明によるヒートポンプシステムは、暖房時に凝縮器として機能し、冷房時に蒸発器として機能する室内機；暖房時に蒸発器として機能し、冷房時に凝縮器として機能する室外機；前記室内機を通って熱交換される熱媒体；および前記室内機を通って冷水または温水になった熱媒体が流入する蓄熱タンク；を含むヒートパンプシステムにおいて、
【0016】
前記室内機を経由した後に戻る前記熱媒体が前記蓄熱タンクに流入するように導く第１の入水管；前記第１の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記熱媒体が前記蓄熱タンクの外部の負荷側に流出するように導く第１の出水管；前記第１の出水管を介して前記蓄熱タンクの外部の負荷側に流出した後に戻る前記熱媒体が前記蓄熱タンクに流入するように導く第２の入水管；および前記第２の入水管を介して前記蓄熱タンクに流入した前記熱媒体が前記室内機側に流出するように導く第２の出水管；を含む。
【0017】
前記第１の入水管は、前記蓄熱タンクの内部に引き込まれた構造で形成される第１の引込部；および前記第１の引込部のうち、前記蓄熱タンクの上側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔を含む。
【0018】
前記第１の出水管は、前記蓄熱タンク内の前記熱媒体が、前記第１の出水管の内部に流入するように、前記蓄熱タンクの内部と連通して形成される第１の流入口を含む。
【0019】
前記第１の流入口は、前記蓄熱タンクにおいて、前記第１の引込部が位置している領域より、さらに上方領域に位置するように形成される。
【0020】
前記第２の入水管は、前記蓄熱タンクの内部に引き込まれた構造で形成される第２の引込部；および前記第２の引込部のうち、前記蓄熱タンクの下側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔を含む。
【0021】
前記第２の出水管は、前記蓄熱タンク内の前記熱媒体が、前記第２の出水管の内部に流入するように、前記蓄熱タンクの内部と連通して形成される第２の流入口を含む。
【0022】
前記第２の流入口は、前記蓄熱タンクにおいて、前記第２の引込部が位置している領域より、さらに下方領域に位置するように形成される。
【発明の効果】
【0023】
本発明に係るヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システムによれば、蓄熱タンクの内部に流入する流体の水圧を効果的に分散および拡散させて渦流の発生を防止することができ、熱損失を最小化できるようになった。これにより、熱媒体の持続的かつ均一な供給を保障することができ、熱を効率的に伝達および交換できるようにし、定温の冷暖房供給およびシステムの安定した運用が図れるという効果がある。
【0024】
本発明に係るヒートポンプシステムおよびこれを用いた冷暖房システムによれば、様々なユーザー負荷環境で常時定温の適切な冷暖房温度を維持することができ、ヒートポンプシステムを安定して運用できるという効果がある。
【0025】
特に、過熱度調整装置などを含んだ様々な付加装置を追加的に設けなくても、暖房時には１３～１８℃、冷房時には３～７℃の熱交換を最適な効率で具現することができ、ヒートポンプシステムの構築およびメンテナンスのコストを大幅に削減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の第１の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。
【図2】本発明の一実施形態による第１の熱交換器の斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態による第２の熱交換器の斜視図である。
【図6】本発明に係る蓄熱タンクおよびこれに設けられた渦流防止装置の断面図である。
【図7】本発明に係る第１の入水管の第１の引込部の断面図である。
【図8】本発明に係る第２の入水管の第２の引込部の断面図である。
【図9】本発明の第２の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。
【図10】本発明の第３の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。
【図11】本発明の第４の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。
【図12】本発明の拡張実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。
【図13】本発明に係るヒートポンプシステムの暖房動作時の流体の流れおよびこれらの熱交換動作を示した図である。
【図14】本発明に係るヒートポンプシステムの冷房動作時の流体の流れおよびこれらの熱交換動作を示した図である。
【図15】本発明のヒートポンプシステムを用いた冷暖房システムの構成図である。
【発明の実施するための形態】
【0027】
本明細書において用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定することを意図していない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【0028】
また、本明細書において、「…上にまたは…上部に」とは、対象部分の上または下に位置することを意味するものであり、これは必ずしも重力方向に基づいて上側に位置することを意味するものではない。即ち、本明細書で言う「…上にまたは…上部に」とは、対象部分の上または下に位置する場合だけではなく、対象部分の前または後に位置する場合も含む。
【0029】
また、領域、板などの部分が他の部分「上にまたは上部に」あるとするとき、これは他の部分の「真上または上部に」接触しているか、または間隔を置いている場合だけではなく、その間に別の部分がある場合も含む。
【0030】
また、本明細書において、一構成要素が他の構成要素と「連結される」、または「接続される」などと言及されたときには、前記一構成要素が前記他の構成要素と直接連結されても、または直接接続されてもよいが、特に相反する記載が存在しない限り、その間に別の構成要素を介して連結されても、または接続されてもよいことを理解しなければならない。
【0031】
さらに、本明細書において、第１、第２などの用語は様々な構成要素を説明することに用いられてもよいが、前記構成要素は前記用語によって限定されるべきではない。前記用語は一つの構成要素を別の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態、利点および特徴について詳しく説明する。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態、利点および特徴について詳しく説明する。
【0032】
図１は、本発明の第１の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。図１を参照すると、本発明に係るヒートポンプシステムは、室内機１０、室外機２０、圧縮機３０、膨張弁５０、四方バルブ４０、熱媒体、第１の熱交換器１００、蓄熱タンク９０および第２の熱交換器２００を含む。
【0033】
室内機１０は、冷暖房モードの選択に応じて凝縮器または蒸発器に切り替えられるように構成される。具体的には、室内機１０は、暖房時に凝縮器として機能し、冷房時に蒸発器として機能するように構成される。
【0034】
室外機２０は、冷暖房モードの選択に応じて蒸発器または凝縮器に切り替えられるように構成される。具体的には、室外機２０は、暖房時に蒸発器として機能し、冷房時に凝縮器として機能するように構成される。一方、室外機２０側にはファン２５を設けて、室外機２０側に送風するように構成されてもよい。
【0035】
圧縮機３０は、蒸発器から伝達された冷媒を圧縮するように構成される。具体的には、圧縮機３０は、蒸発器から伝達された乾燥飽和状態の冷媒を圧縮して過熱蒸気状態に切り替える。
【0036】
凝縮器は、圧縮機３０から伝達された冷媒を液状に相変換して凝縮するように構成される。
【0037】
膨張弁５０は、凝縮器を通った冷媒を膨張するように構成される。このような膨張弁５０を通った冷媒は湿蒸気状態に変換された後、蒸発器に流入する。
【0038】
蒸発器は、膨張弁５０を経由した冷媒を蒸発させて、乾燥飽和蒸気状態に変換するように構成される。
【0039】
四方バルブ４０は、暖房と冷房に応じて冷媒の流れを切り替えられるように構成される。具体的には、四方バルブ４０は、室内機１０と室外機２０との間の冷媒流路の途中に設けられ、冷媒が流れる経路を変えることにより、室内機１０と室外機２０が凝縮器または蒸発器に切り替えられるように機能する。
【0040】
熱媒体は、熱媒体ライン８１を介して室内機１０および第１の熱交換器１００を循環して熱交換するように構成される。
【0041】
熱媒体は液状の流体からなり、好ましくは不凍液、水または純水からなってもよい。
【0042】
熱媒体ライン８１は、室内機１０を経由した後、再び第１の熱交換器１００を経由する閉回路形態から構成され、内部は熱媒体で詰められている。
【0043】
因みに、図１において、「Ｗ１」は負荷（すなわち、ユーザー装置）で熱交換に用いられた後、第２の熱交換器２００に再び流入する第２の流体を意味し、「Ｗ２」は第２の熱交換器２００で第１の流体と熱交換され、後述する冷温水供給ヘッダ３１０側に流れる第２の流体を意味する。
【0044】
【0045】
第１の熱交換器１００は、室内機１０で生成する熱エネルギーまたは冷エネルギーと蓄熱タンク９０の流体との間の熱交換のための装置である。
【0046】
第１の熱交換器１００は、熱媒体ライン８１を介して室内機１０と連結され、流体ライン（以下、「第１の流体ライン９１」と称する）を介して蓄熱タンク９０と連結される。
【0047】
第１の流体ライン９１の内部には、蓄熱タンク９０から流出して第１の熱交換器１００を経由した後、蓄熱タンク９０に回収される流体（以下、「第１の流体」と称する）が流れるように構成される。ここで、前記第１の流体は、水道水源から供給される水であってもよい。
【0048】
熱媒体ライン８１は室内機１０と第１の熱交換器１００を経由する閉回路を形成し、第１の流体ライン９１は第１の熱交換器１００と蓄熱タンク９０を経由する閉回路を形成する。
【0049】
したがって、室内機１０を通りながら熱交換された熱媒体は、第１の熱交換器１００を通りながら第１の流体と熱交換が行われる。
【0050】
第１の熱交換器１００は、異なる温度の流体（すなわち、熱媒体、第１の流体）が、伝熱板の間を互いに逆方向に流れながら高温流体と低温流体との間で熱交換が行われるように構成される。
【0051】
好ましくは、第１の熱交換器は板状熱交換器から構成されてもよい。上記の場合、第１の熱交換器１００は、第１のチャンネル１４０、第２のチャンネル１５０、複数の伝熱板１１０、第１のパイプおよび第２のパイプを含む。
【0052】
第１のチャンネル１４０は、熱媒体が通過する流路であって、一対の伝熱板の間に形成され、第２のチャンネル１５０は、第１の流体が通過する流路であって、他の一対の伝熱板の間に形成される。
【0053】
伝熱板１１０は、複数個が所定の間隔で配列された積層構造をなす。伝熱板１１０は、ステンレス材で形成されてもよく、熱が効率的に伝達されるように流体が流れる空間が形成されている。
【0054】
熱媒体が通過する流路（すなわち、第１のチャンネル１４０）と第１の流体が通過する流路（すなわち、第２のチャンネル１５０）は、伝熱板１１０の積層方向に沿って交互に備えられる構造からなる。
【0055】
第１のパイプは、第１のチャンネル１４０と連結され、熱媒体の第１のチャンネル１４０の流入（Ｄ１）・流出（Ｄ２）を導く管体である。
【0056】
具体的には、第１のパイプは、熱媒体を第１のチャンネル１４０に注入するための注入口（Ｉｎｌｅｔ）１２０に連結される第１ａのパイプと、第１のチャンネル１４０を通過した熱媒体を第１のチャンネル１４０から回収するための排出口（Ｏｕｔｌｅｔ）１２１に連結される第１ｂのパイプを含む。
【0057】
第２のパイプは、第２のチャンネル１５０と連結され、第１の流体の第２のチャンネル１５０の流入（Ｋ１）・流出（Ｋ２）を導く管体である。
【0058】
具体的には、第２のパイプは、第１の流体を第２のチャンネル１５０に注入するための注入口（Ｉｎｌｅｔ）１３１に連結される第２ａのパイプと、第２のチャンネル１５０を通過した第１の流体を第２のチャンネル１５０から回収するための排出口（Ｏｕｔｌｅｔ）１３０に連結される第２ｂのパイプを含む。
【0059】
蓄熱タンク９０は、室内機１０で生成する蓄冷または蓄熱エネルギーを貯蔵する水槽であって、暖房時には熱源を貯蔵し、冷房時には冷源を貯蔵し、季節に応じて選択的に冷暖房を提供できるように構成される。好ましくは、蓄熱タンク９０には渦流防止装置が設けられてもよい。
【0060】
蓄熱タンク９０には第１の流体が貯蔵され、第１の流体は第１の流体ライン９１を介して第１の熱交換器１００を経由することにより、熱媒体と熱交換が行われ、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を経由することにより、第２の流体と熱交換が行われる。ここで、蓄熱タンク９０に貯蔵される第１の流体は、水道水源から供給される水であってもよい。
【0061】
【0062】
第２の熱交換器２００は、異なる温度の流体が伝熱板１１０の間を互いに逆方向に流れながら高温流体と低温流体との間で熱交換が行われるように構成される。
【0063】
好ましくは、第２の熱交換器は板状熱交換器から構成されてもよい。上記の場合、第２の熱交換器２００は、第３のチャンネル２４０、第４のチャンネル２５０、複数の伝熱板２１０、第３のパイプおよび第４のパイプを含む。
【0064】
第３のチャンネル２４０は、第１の流体（第３、４の実施形態の場合、熱媒体）が通過する流路として伝熱板の間に形成され、第４のチャンネル２５０は第２の流体が通過する流路として別の伝熱板の間に形成される。
【0065】
伝熱板２１０は、複数個が所定の間隔で配列された積層構造をなす。伝熱板２１０は、ステンレス材で形成されてもよく、熱が効率的に伝達されるように流体が流れる空間が形成されている。
【0066】
第１の流体（第３、４の実施形態の場合、熱媒体）が通過する流路（すなわち、第３のチャンネル２４０）と第２の流体が通過する流路（すなわち、第４のチャンネル２５０）は伝熱板２１０の積層方向に沿って交互に備えられる構造からなる。
【0067】
第３のパイプは、第３のチャンネル２４０と連結され、第１の流体（第３、４の実施形態の場合、熱媒体）の第３のチャンネル２４０流入（Ｄ１’）・流出（Ｄ２’）を導く管体である。
【0068】
具体的には、第３のパイプは、第１の流体（第３、４の実施形態の場合、熱媒体）を第３のチャンネル２４０に注入するための注入口（Ｉｎｌｅｔ）２２０に連結される第３ａのパイプと、第３のチャンネル２４０を通過した第１の流体を回収するための排出口（Ｏｕｔｌｅｔ）２２１に連結される第３ｂのパイプを含む。
【0069】
第４のパイプは、第４のチャンネル２５０と連結され、第２の流体の第４のチャンネル２５０の流入（Ｋ１’）・流出（Ｋ２’）を導く管体である。
【0070】
具体的には、第４のパイプは、第２の流体を第４のチャンネル２５０に注入するための注入口（Ｉｎｌｅｔ）２３１に連結される第４ａのパイプと、第４のチャンネル２５０を通過した第２の流体を回収するための排出口（Ｏｕｔｌｅｔ）２３０に連結される第４ｂのパイプを含む。
【0071】
以下では、図１で説明した第１の実施形態に基づいて、本発明の渦流防止装置について詳しく説明する。
【0072】
第１の流体は、第１の熱交換器または第２の熱交換器を経由した後、蓄熱タンク９０の内部に再び流入する。このとき、第１の流体の速い流速によって蓄熱タンク９０の内部で渦流が発生されてもよい。
【0073】
このような渦流が発生すると、第１の流体の回転運動によって主流とは逆方向に渦巻く流れが発生し、第１の流体の持続的かつ均一な供給を阻害し、熱効率が低下し、これにより最終的には最適な熱交換性能、定温の冷暖房供給およびシステムの安定した運用が困難になるという問題が生じ得る。
【0074】
本発明の渦流防止装置は、このように第１の流体が蓄熱タンク９０の内部に流入する過程で発生し得る渦流を防止する機能をする。
【0075】
図６は、本発明に係る蓄熱タンクおよびこれに設けられた渦流防止装置の断面図であり、図７は、本発明に係る第１の入水管の第１の引込部の断面図であり、図８は、本発明に係る第２の入水管の第２の引込部の断面図である。
【0076】
【0077】
第１の入水管４００は、第１の熱交換器を経由した後に戻る第１の流体が蓄熱タンク９０に流入するように導く構成である。第１の入水管４００は、蓄熱タンク９０の内部と連結される管体から構成されてもよい。
【0078】
第１の入水管４００は、蓄熱タンク９０の内部に引き込まれた構造で形成される第１の引込部４１０と、前記第１の引込部４１０のうち蓄熱タンク９０の上側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔４１１を含む。
【0079】
ここで、第１の引込部４１０の前記「蓄熱タンク９０の上側方向に向かう部位」とは、第１の引込部４１０の垂直上部から第１の引込部４１０を見たときに見える領域のことをいう。したがって、図７の一例のように、第１の引込部４１０が円形断面の管体であると仮定すれば、「Ｂ１」の領域が第１の引込部４１０の垂直上部から第１の引込部４１０を見たときに（Ａ１）見える領域（Ｂ１）、すなわち、前記「蓄熱タンク９０の上側方向に向かう部位（Ｂ１）」に該当する。
【0080】
一方、第１の引込部４１０の一端部は、開放口４１３の形態で開放形成されてもよい。上記の場合、第１の入水管４００の内部を移動する第１の流体の一部は、通孔４１１を介して第１の引込部４１０の上側方向に排出され、蓄熱タンク９０の内部に流入し、残りは開放口４１３を介して第１の引込部４１０の右側方向（図３を参照）に排出され、蓄熱タンク９０の内部に流入する。
【0081】
第１の出水管４２０は、第１の入水管４００を介して蓄熱タンク９０に流入した第１の流体が、第２の熱交換器側に流出するように導く構成である。第１の出水管４２０は、蓄熱タンク９０の内部と連結される管体から構成されてもよい。
【0082】
第１の出水管４２０は、蓄熱タンク９０に貯蔵された第１の流体が、第１の出水管４２０の内部に流入するように、蓄熱タンク９０の内部と連通して形成される第１の流入口４２３を含む。
【0083】
そして、前記第１の流入口４２３は、蓄熱タンク９０において第１の入水管４００の第１の引込部４１０が位置している領域より、さらに上方領域に位置するように形成される。
【0084】
第２の入水管４３０は、第２の熱交換器を経由した後に戻る第１の流体が蓄熱タンク９０に流入するように導く構成である。第１の入水管４００は、蓄熱タンク９０の内部と連結される管体から構成されてもよい。
【0085】
第２の入水管４３０は、蓄熱タンク９０の内部に引き込まれた構造で形成される第２の引込部４４０と、前記第２の引込部４４０のうち蓄熱タンク９０の下側方向に向かう部位に貫通形成される複数個の通孔４４１を含む。
【0086】
ここで、第２の引込部４４０の前記「蓄熱タンク９０の下側方向に向かう部位」とは、第２の引込部４４０の垂直下部から第２の引込部４４０を見たときに見える領域のことをいう。したがって、図８の一例のように、第２の引込部４４０が円形断面の管体であると仮定すれば、「Ｂ２」の領域が第２の引込部４４０の垂直下部から第２の引込部４４０を見たときに（Ａ２）見える領域（Ｂ２）、すなわち、前記「蓄熱タンク９０の下側方向に向かう部位（Ｂ２）」に該当する。
【0087】
一方、第２の引込部４４０の一端部は、開放口４４３の形態で開放形成されてもよい。上記の場合、第２の入水管４３０の内部を移動する第１の流体の一部は、通孔４４１を介して第２の引込部４４０の下側方向に排出され、蓄熱タンク９０の内部に流入し、残りは開放口４４３を介して第２の引込部４４０の左側方向（図３を参照）に排出され、蓄熱タンク９０の内部に流入する。
【0088】
第２の出水管４５０は、第２の入水管４３０を介して蓄熱タンク９０に流入した第１の流体が第１の熱交換器側に流出するように導く構成である。第２の出水管４５０は、蓄熱タンク９０の内部と管体から構成されてもよい。
【0089】
＊第２の出水管４５０は、蓄熱タンク９０に貯蔵された第１の流体が、第２の出水管４５０の内部に流入するように、蓄熱タンク９０の内部と連通して形成される第２の流入口４５３を含む。
【0090】
そして、前記第２の流入口４５３は、蓄熱タンク９０において第２の入水管４３０の第２の引込部４４０が位置している領域より、さらに下方領域に位置するように形成される。
【0091】
好ましい実施形態によれば、第１の入水管４００、特に第１の引込部４１０は、蓄熱タンク９０において第２の入水管４３０の第２の引込部４４０が位置している領域より、さらに上方領域に位置するように形成されてもよい。
【0092】
渦流防止板４６０は、第１の引込部４１０が位置している領域よりもさらに下方であり、第２の引込部４４０が位置している領域よりもさらに上方に該当する領域に配置される板体からなってもよい。
【0093】
上記の場合、渦流防止板４６０は、蓄熱タンク９０の内部に横たわる構造で配置されてもよい。例えば、渦流防止板４６０は、その長軸が蓄熱タンク９０の高さ方向に直交する構造で配置されてもよい。
【0094】
好ましい実施形態によれば、渦流防止板４６０は、第１の入水管４００または第２の入水管４３０の内径の３～５倍の大きさの直径からなる板体から構成されてもよい。
【0095】
上述したような渦流防止装置によれば、蓄熱タンク９０の内部に流入する第１の流体の水圧を効果的に分散および拡散させて渦流の発生を防止することができ、熱損失を最小化し、最終的には熱交換効率の向上、定温の冷暖房供給およびシステムの安定した運用を図ることができる。
【0096】
図９は、本発明の第２の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。図９を参照すると、第２の実施形態によるヒートポンプシステムは、基本的に第１の実施形態のヒートポンプシステムと同じ構成からなり、ただし第１の実施形態の第２の熱交換器を含まないことが相違点である。以下では、第２の熱交換器を含まないことによる相違点を主として説明する。
【0097】
第１の実施形態の場合、蓄熱タンク９０に貯蔵された冷水または温水の第１の流体は、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を通りながら第２の流体と熱交換が行われた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0098】
ところで、第２の実施形態によるヒートポンプシステムは、第２の熱交換器を含まないことから、蓄熱タンク９０に貯蔵されている冷水または温水の第１の流体は直接負荷側に供給され、負荷側で熱交換に用いられた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0099】
すなわち、第１の実施形態の冷・温水の第１の流体は負荷側に直接流れ込まない一方、第２の実施形態の冷・温水の第１の流体は負荷側まで流れ込み、負荷側の冷暖房に直接用いられることが相違点である。
【0100】
ここで、前記「負荷」とは、エアコン、ヒータ、暖房分配、給湯温水器などのようなユーザー装置を意味する。
【0101】
一方、図９の第２の実施形態によっても、第１の実施形態で説明した通りの渦流防止装置が備えられてもよいが、上記の場合、第１の実施形態で説明した渦流防止装置に比べ、次のような相違点がある。以下では、その相違点を主として説明する。
【0102】
第２の実施形態によれば、渦流防止装置の第１の出水管４２０は、第１の入水管４００を介して蓄熱タンク９０に流入した第１の流体が、負荷（すなわち、ユーザー装置）側に流出するように導く。
【0103】
第２の実施形態によれば、渦流防止装置の第２の入水管４３０は、負荷（すなわち、ユーザー装置）側で用いられた（熱交換など）後に戻る第１の流体が蓄熱タンク９０に流入するように導く。
【0104】
因みに、図９において、「Ｗ１」は負荷（ユーザー装置）側で熱交換に用いられた後、蓄熱タンク９０に再流入する第１の流体を意味し、「Ｗ２」は蓄熱タンク９０から排出され、後述する冷温水供給ヘッダ３１０側に流れる冷・温水の第１の流体を意味する。
【0105】
図１０は、本発明の第３の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。図１０を参照すると、第３の実施形態によるヒートポンプシステムは、基本的に第１の実施形態のヒートポンプシステムと同じ構成からなり、ただし第１の実施形態の第１の熱交換器を含まないことが相違点である。以下では、第１の熱交換器を含まないことによる相違点を主として説明する。
【0106】
第１の実施形態の場合、蓄熱タンク９０に収められた第１の流体は、第１の流体ライン９１を介して第１の熱交換器１００を通りながら熱媒体と熱交換が行われた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0107】
ところで、第３の実施形態によるヒートポンプシステムは第１の熱交換器を含まないことから、蓄熱タンク９０には第１の実施形態の第１の流体の代わり、熱媒体が流入・流出されることが相違点である。
【0108】
具体的には、第３の実施形態の熱媒体は、蓄熱タンク９０から室内機１０側に流出した後、熱媒体ライン８１を介して室内機１０を経由する。そして、熱媒体は室内機１０を通りながら冷水または温水になった後、再び蓄熱タンク９０に流入する。
【0109】
蓄熱タンク９０に流入した前記冷水または温水の熱媒体は、第２の熱交換器側に排出される。そして、熱媒体は、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を通りながら第２の流体と熱交換が行われた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0110】
一方、図１０の第３の実施形態によっても、第１の実施形態で説明した通りの渦流防止装置が備えられてもよいが、上記の場合、第１の実施形態で説明した渦流防止装置に比べ、次のような相違点がある。
【0111】
すなわち、第３の実施形態によれば、渦流防止装置の第１の入水管４００は、室内機１０を経由した後に戻る熱媒体が蓄熱タンク９０に流入するように導くことが相違点である。
【0112】
因みに、図１０において、「Ｗ１」は負荷（すなわち、ユーザー装置）で熱交換に用いられた後、第２の熱交換器２００に再び流入する第２の流体を意味し、「Ｗ２」は第２の熱交換器２００で熱媒体と熱交換され、後述する冷温水供給ヘッダ３１０側に流れる第２の流体を意味する。
【0113】
図１１は、本発明の第４の実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。図１１を参照すると、第４の実施形態によるヒートポンプシステムは、基本的に第１の実施形態のヒートポンプシステムと同じ構成からなり、ただし第１の実施形態の第１の熱交換器と第２の熱交換器を含まないことが相違点である。以下では、第１、２の熱交換器を含まないことによる相違点を主として説明する。
【0114】
第１の実施形態の場合、蓄熱タンク９０に収められた第１の流体は、第１の流体ライン９１を介して第１の熱交換器１００を通りながら熱媒体と熱交換が行われた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0115】
ところで、第４の実施形態によるヒートポンプシステムは第１の熱交換器を含まないことから、蓄熱タンク９０には第１の実施形態の第１の流体の代わり、熱媒体が流入・流出されることが相違点である。
【0116】
具体的には、第４の実施形態の熱媒体は、蓄熱タンク９０から室内機１０側に流出した後、熱媒体ライン８１を介して室内機１０を経由する。そして、熱媒体は、室内機１０を通りながら冷水または温水になった後、再び蓄熱タンク９０に流入する。
【0117】
そして、第１の実施形態の場合、蓄熱タンク９０に貯蔵された冷水または温水の第１の流体は、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を通りながら第２の流体と熱交換が行われた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0118】
ところで、第４の実施形態によるヒートポンプシステムは、第２の熱交換器を含まないことから、蓄熱タンク９０に貯蔵されている冷水または温水の熱媒体は直接負荷側に供給され、負荷側で熱交換に用いられた後、再び蓄熱タンク９０に戻る。
【0119】
すなわち、第１の実施形態の冷・温水の第１の流体は負荷側に直接流れ込まない一方、第４の実施形態の冷・温水の熱媒体は負荷側まで流れ込み、負荷側の冷暖房に直接用いられることが相違点である。
【0120】
因みに、図１１において、「Ｗ１」は負荷（ユーザー装置）側で熱交換に用いられた後、蓄熱タンク９０に再流入する熱媒体を意味し、「Ｗ２」は蓄熱タンク９０から排出され、後述する冷温水供給ヘッダ３１０側に流れる冷・温水の熱媒体を意味する。
【0121】
図１２は、本発明の拡張実施形態によるヒートポンプシステムの構成図である。図１２を参照すると、本発明の拡張実施形態は、図１の第１の実施形態で説明したヒートポンプシステムと同じであり、ただし液熱器６０とセンサ６５とをさらに含むことが相違点である。
【0122】
液熱器６０は、凝縮器の排出口側から液状冷媒の一部を引き出し、圧縮機３０に流入する乾燥飽和蒸気に混合させる機能をする。
【0123】
具体的には、液熱器６０は、凝縮器の排出口側から冷媒を少量引き出し、圧縮機３０の流入口側に注入することにより、圧縮機３０に流入する低温・低圧の乾燥飽和蒸気の温度を上昇させる。
【0124】
一実施形態によれば、液熱器６０は、凝縮器の排出口側から伝達される冷媒を蒸発させて圧縮機３０に流入する乾燥飽和蒸気に混合するように構成されてもよい。
【0125】
液熱器６０は、必要に応じて凝縮器の排出口側から引き出す冷媒の量を調整することができるバルブ構造で形成されてもよい。
【0126】
液熱器６０のバルブは、圧縮機３０の排出口側に取り付けられたセンサ６５で検出される冷媒の温度に応じて開閉可否およびその開閉程度（すなわち、冷媒の引き出し量）が調整される。
【0127】
このような液熱器６０をさらに備える場合、圧縮機３０に流入する冷媒の温度を適切に調整することができる。これにより、圧縮機３０の負荷を低減してヒートポンプシステムの安定性および効率を向上させることができる。
【0128】
本発明のヒートポンプシステムは、補助タンク７０をさらに備えてもよい。上記の場合、補助タンク７０は、室内機１０と連結されて室内機１０から発生する暖房熱または冷房熱を伝達され、温水または冷水の形態で貯蔵してもよい。
【0129】
一方、図１２の拡張実施形態は、図１の第１の実施形態によるヒートポンプシステムに基づいて説明したが、このような液熱器６０とセンサ６５は、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態によるヒートポンプシステムにも適用してもよいことは言うまでもない。
【0130】
以下では、図１の第１の実施形態によるヒートポンプシステムに基づいて、ヒートポンプシステムの冷房または暖房モード時の熱交換動作について説明する。
【0131】
図１３は、本発明によるヒートポンプシステムが暖房用として作動するときの冷媒、熱媒体、第１の流体および第２の流体の流れおよびこれらの熱交換動作を示した図である。
【0132】
図１３を参照すると、本発明のヒートポンプシステムが暖房用として作動する場合、室内機１０は凝縮器として機能し、室外機２０は蒸発器として機能するようになる。
【0133】
圧縮機３０は、蒸発器から伝達された乾燥飽和状態の冷媒を圧縮して過熱蒸気状態に切り替える。
【0134】
圧縮機３０を通った過熱蒸気は、室内機１０（すなわち、凝縮器）で液状に切り替えられ、潜熱を放出する。すなわち、室内機１０の冷媒は凝縮過程で熱を発散し、室内機１０を経由する熱媒体と熱交換されることにより蓄熱ができるようになる。
【0135】
具体的には、凝縮過程で発散した熱は、室内機１０を経由する熱媒体に伝達され、この熱媒体は第１の熱交換器１００を通過しながら第１の流体と熱交換され、最終的には蓄熱タンク９０に高温の第１の流体が詰められることになる。
【0136】
そして、蓄熱タンク９０に貯蔵された高温の第１の流体は、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を経由することにより第２の流体と熱交換が行われ、熱を伝達された第２の流体は目的とする用途、例えば、エアコン、暖房機などのユーザー装置に供給される。
【0137】
室内機１０（すなわち、凝縮器）を通った冷媒は膨張弁５０に流入して湿蒸気に変換される。
【0138】
膨張弁５０を経由した湿蒸気状態の冷媒は室外機２０（すなわち、蒸発器）に流入する。室外機２０に流入した湿蒸気は瞬間的に－２０～－３０℃に温度が急降下し、外部と熱交換され、温度が上昇する。瞬間的な温度降下を考慮せずに外的な部分だけを見てみると、ファンによる風によって蒸発器に流入するおよそ１５℃の低温低圧の湿蒸気は、蒸発器を通りながら０～５℃の低温低圧の乾燥飽和蒸気に変換される。
【0139】
そして、室外機２０（すなわち、蒸発器）を経由した低温低圧の乾燥飽和蒸気は、四方バルブ４０を介して圧縮機３０に流入して圧縮される。そして、圧縮機３０を経由した冷媒は再び四方バルブ４０を通って凝縮器に流入して新たな暖房サイクルを形成する。
【0140】
一方、室外機２０（すなわち、蒸発器）を経由した低温低圧の乾燥飽和蒸気が圧縮機３０に流入する前に、液熱器６０により少量の液状冷媒が混合されてもよい。
【0141】
すなわち、液熱器６０は、室内機１０（すなわち、凝縮器）の排出口側から液状冷媒の一部を引き出し、圧縮機３０に流入する乾燥飽和蒸気に混合させる。
【0142】
液熱器６０が室内機１０の排出口側から冷媒を少量引き出し、圧縮機３０の流入口側に注入することにより、圧縮機３０に流入する低温・低圧の乾燥飽和蒸気の温度を上昇させる。
【0143】
外気の温度が５℃以下または氷点下に下がる場合、室外機２０（すなわち、蒸発器）を経由した低温低圧の乾燥飽和蒸気の温度は０～５℃より低くなり、温度の低い冷媒が圧縮機３０に流入すると、圧縮機３０の出口側の温度が低く、室内機１０（すなわち、凝縮器）で温水の温度を正確に上げることができなくなる。したがって、室内機１０（すなわち、凝縮器）の排出口側から冷媒を少量引き出し、圧縮機３０の入口に注入することにより、圧縮機３０に流入する低温低圧の乾燥飽和蒸気の温度を上昇させるように構成されてもよい。
【0144】
本願発明者は、上述したようなヒートポンプシステムの暖房動作において、特に暖房時に１３～１８℃の熱交換を最適な効率で具現することができ、常時定温の暖房を供給できるように次のような条件を開発した。ここで、前記「定温」とは、１３～１８℃の暖房温度を意味する。
【0145】
このため、本発明のヒートポンプシステムの冷媒はＲ４０７Ｃを用いてもよい。
【0146】
そして、本発明のヒートポンプシステムの熱媒体は不凍液を用いてもよい。上記の場合、不凍液は水で希釈して用いられてもよい。好ましくは、不凍液中に希釈された水の割合は、溶液全体に対して２０～２５体積％からなってもよい。
【0147】
上記のような冷媒と不凍液を用いる環境において、本発明のヒートポンプシステムは、少なくとも次の条件１および条件２を満たすように設計されなければならず、好ましくは条件３～条件５をさらに満たすように設計された方がよい。
【0148】
（条件１）第１の熱交換器の設計条件
【0149】
第１の熱交換器１００は、板状熱交換器から構成される。上記の場合、第１の熱交換器１００は、図２、３で説明および図示したような板状熱交換器から構成されてもよい。
【0150】
第１の熱交換器１００の第１のパイプの内径が３ｍｍである条件で、第１の熱交換器１００は、次のような条件を満たすように構成されなければならない。
【0151】
すなわち、第１の熱交換器１００の第１のチャンネル１４０は、上述した不凍液が第１のチャンネル１４０内で平均流速０．８～１．２ｍ／ｓで流れ、好ましくは平均流速０．９～１．１ｍ／ sで流れるように構成される。
【0152】
好ましくは、第１の熱交換器１００の第２のパイプの内径が５ｍｍである条件で、第１の熱交換器１００は、次のような条件をさらに満たすように構成されてもよい。
【0153】
すなわち、第１の熱交換器１００の第２のチャンネル１５０は、上述した第１の流体が第２のチャンネル１５０内で平均流速２．８～３．２ｍ／ｓで流れ、好ましくは平均流速２．９～３．１ｍ／ｓで流れるように構成される。
【0154】
（条件２）第２の熱交換器の設計条件
【0155】
第２の熱交換器２００は、板状熱交換器から構成される。上記の場合、第２の熱交換器２００は、図４、５で説明および図示したような板状熱交換器から構成されてもよい。
【0156】
第２の熱交換器２００の第３のパイプの内径が５ｍｍである条件で、第２の熱交換器２００は、次のような条件を満たすように構成されなければならない。
【0157】
すなわち、第２の熱交換器２００の第１のチャンネル１４０は、上述した第１の流体が第３のチャンネル２４０内で平均流速２．８～３．２ｍ／ｓで流れ、好ましくは平均流速２．９～３．１m／sで流れるように構成される。
【0158】
（条件３）過熱蒸気の条件
【0159】
本発明の圧縮機３０は、蒸発器から伝達された冷媒を圧縮して過熱蒸気にする。このとき、圧縮機３０は、冷媒ガス全体に対する過熱蒸気の割合が６８～８２％になるよう圧縮するように構成される。
【0160】
（条件４）圧縮機駆動の条件
【0161】
従来のヒートポンプは、圧縮時の低圧が６～７kgf/cm2 、高圧が１５kgf/cm2であり、このとき、冷媒の圧縮温度は５４．５℃を基準にして設計されていた。これにより、従来のヒートポンプは、外気温度の変化による調整機能がほとんどなくて、継続的に冷媒の流れを一定に保つことができなかった。
【0162】
これは、外気温度変化による冷媒の温度調節なしに圧縮機３０の圧力をさらに高めると、ヒートポンプシステムに急激な負荷をもたらしてシステムが耐えられないため、上記のように１５ｋｇｆ／ｃｍ２を臨界圧力として設定しているわけである。
【0163】
ところで、本発明のヒートポンプシステムは、圧縮機３０に流入する冷媒ガスの温度を液熱器６０を介して直接調整することができ、圧縮機３０の圧力を従来のヒートポンプシステムの臨界圧力以上に上げることができるようになる。
【0164】
このような環境において、本発明の圧縮機３０は、次のような条件を満たすように構成される。すなわち、圧縮機３０は圧縮時の高圧が２６ｋｇｆ／ｃｍ２であり、圧縮機３０から排出される冷媒の温度は１２８～１３２℃（好ましくは、１２９～１３１℃）を満たすように構成される。
【0165】
（条件５）伝熱の条件
【0166】
本発明のヒートポンプシステムは、暖房動作時に、暖房熱が室内機１０（凝縮器）→第１の熱交換器１００→蓄熱タンク９０→第２の熱交換器２００に伝熱される過程で、温度が１℃ずつ下がるように構成される。
【0167】
一方、本発明のヒートポンプシステムは、冷房動作時に、冷房熱が室内機１０（蒸発器）→第１の熱交換器１００→蓄熱タンク９０→第２の熱交換器２００に伝熱される過程で、温度が１℃ずつ上がるように構成される。
【0168】
例えば、室内機１０で冷房熱が２℃であれば、第１の熱交換器１００で熱交換された冷放熱は３℃であり、蓄熱タンク９０に蓄冷された冷放熱は４℃であり、第２の熱交換器２００で熱交換された冷放熱は５℃になるように構成される。
【0169】
図１４は、本発明によるヒートポンプシステムが冷房用として作動するときの冷媒、熱媒体、第１の流体および第２の流体の流れ、並びにこれらの熱交換動作を示した図である。
【0170】
図１４を参照すると、本発明のヒートポンプシステムが冷房用として作動する場合、暖房用として作動するときに比べ、冷媒が流れる方向を含み、次のような相違点がある。以下では、その相違点を主として説明する。
【0171】
本発明のヒートポンプシステムが冷房用として作動する場合、室内機１０は蒸発器として機能し、室外機２０は凝縮器として機能するようになる。
【0172】
そして、ヒートポンプシステムの冷房作動時の冷媒の循環サイクルを簡単に説明すると、以下の通りである。
【0173】
圧縮機３０で圧縮された高圧の冷媒は、室外機２０（すなわち、凝縮器）に流入する。室外機２０は、圧縮機３０から伝達された冷媒を凝縮させる。そして、冷媒は膨張弁５０を通った後、室内機１０（すなわち、蒸発器）に流入して不凍液と熱交換をする。すなわち、冷媒は、室内機１０（すなわち、蒸発器）で不凍液の熱エネルギーを吸収して蒸発し、これにより室外機２０（すなわち、凝縮器）を経由する不凍液と熱交換されることにより蓄冷ができるようになる。
【0174】
具体的には、冷媒の凝縮過程で熱を奪われた低温の不凍液は、第１の熱交換器１００を通過しながら第１の流体と熱交換され、最終的には蓄熱タンク９０に低温の第１の流体、すなわち、冷水が詰められるようになる。
【0175】
そして、蓄熱タンク９０に貯蔵された低温の第１の流体は、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を経由することにより第２の流体と熱交換が行われ、これにより低温となった第２の流体は目的とする用途に供給および使用される。
【0176】
蒸発した冷媒は再び圧縮機（３０）に戻って冷房サイクルを形成することになる。
【0177】
四方バルブ４０は冷媒が流れる経路を変更することにより、室内機１０は蒸発器として機能し、室外機２０は凝縮器として機能することができるようにする。
【0178】
室内機１０（すなわち、蒸発器）を経由した低温低圧の乾燥飽和蒸気が圧縮機３０に流入する前に、液熱器６０により少量の液状冷媒が混合されてもよい。
【0179】
一方、暖房動作時に、液熱器６０は、第１の冷媒引出ライン６２を介して室内機１０（すなわち、凝縮器）の排出口側から冷媒を少量引き出し、第１の冷媒注入ライン６６を介して圧縮機３０の流入口側に注入するように構成される。
【0180】
その一方、冷房動作時に、液熱器６０は、第２の冷媒引出ライン６４を介して室外機２０（すなわち、凝縮器）の排出口側から冷媒を少量引き出し、第２の冷媒注入ライン６８を介して圧縮機３０の流入口側に注入するように構成される。
【0181】
このように、冷暖房動作に応じて第１の冷媒引出ライン６２と第２の冷媒引出ライン６４が選択的に用いられ、また第１の冷媒注入ライン６６と第２の冷媒注入ライン６８もまた選択的に用いられる。
【0182】
したがって、冷暖房動作に応じて、第１の冷媒引出ライン６２と第２の冷媒引出ライン６４との間の切り換えのため、第１の冷媒引出ライン６２と第２の冷媒引出ライン６４との間に第１の切換バルブ６１が設けられてもよい。
【0183】
そして、冷暖房動作に応じて、第１の冷媒注入ライン６６と第２の冷媒注入ライン６８との間の切り換えのため、第１の冷媒注入ライン６６と第２の冷媒注入ライン６８との間に第２の切換バルブ６３が設けられてもよい。
【0184】
本願発明者は、上述したようなヒートポンプシステムの冷房動作において、特に冷房時の３～７℃の熱交換を最適な効率で具現することができ、常時定温の冷房を供給できるように次のような条件を開発した。ここで、前記「定温」とは、３～７℃の冷房温度を意味する。
【0185】
このため、本発明のヒートポンプシステムの冷媒はＲ４０７Ｃを用いてもよい。
【0186】
そして、本発明のヒートポンプシステムの熱媒体は不凍液を用いてもよい。上記の場合、不凍液は水で希釈して用いられてもよい。好ましくは、不凍液中に希釈された水の割合は、溶液全体に対して２０～２５体積％からなってもよい。
【0187】
上記のような冷媒と不凍液を用いる環境において、本発明のヒートポンプシステムは、少なくとも上述の条件１および条件２を満たすように設計されなければならず、好ましくは条件３～条件５をさらに満たすように設計された方がよい。ここで、上記条件１～条件５は、図１３のヒートポンプシステムの暖房動作について説明した条件と同じであり、詳しい説明は省略する。
【0188】
図１５は、本発明のヒートポンプシステムを用いた冷暖房システムの構成図である。
【0189】
因みに、図１５の冷暖房システムは、第１の実施形態によるヒートポンプシステムに基づいて説明および図示したが、このような冷暖房システムは、第２の実施形態、第３の実施形態および第４の実施形態によるヒートポンプシステムにも適用できることは言うまでもない。
【0190】
図１５を参照すると、本発明の冷暖房システムは、ヒートポンプシステム、冷温水供給ヘッダ３１０、冷温水還水ヘッダ３２０および差圧バルブ３３０を含む。
【0191】
蓄熱タンク９０に貯蔵された高温の第１の流体は、第２の流体ライン９３を介して第２の熱交換器２００を経由することにより、第２の流体と熱交換が行われ、熱を伝達された第２の流体は目的とする用途に供給および使用される。
【0192】
因みに、図１２において、「Ｗ１」は第２の熱交換器２００に流入する第２の流体を意味し、「Ｗ２」は第２の熱交換器２００で第１の流体と熱交換されて冷温水供給ヘッダ３１０側に流れる第２の流体を意味する。
【0193】
因みに、図１５において、「Ｗ１」は負荷（すなわち、ユーザー装置）で熱交換に用いられた後、ヒートポンプシステムに再び流入する流体を意味し、「Ｗ２」はヒートポンプシステムで冷水または温水になった流体が、後述する冷温水供給ヘッダ３１０側に流れる流体を意味する。
【0194】
ここで、前記「目的とする用途」とは、エアコン３４１、ヒータ３４２、暖房分配器３４３、給湯温水器３４４などのようなユーザー装置３４０であってもよい。
【0195】
図１の第１の実施形態と図１０の第３の実施形態によれば、冷温水供給ヘッダ３１０は、ヒートポンプシステムの第２の熱交換器２００で熱交換された冷温の第２の流体をユーザー装置３４０側に供給するように構成される。
【0196】
図９の第２の実施形態によれば、冷温水供給ヘッダ３１０は、ヒートポンプシステムの蓄熱タンクから排出供給される冷温の第１の流体をユーザー装置３４０側に供給するように構成される。
【0197】
図１１の第４の実施形態によれば、冷温水供給ヘッダ３１０は、ヒートポンプシステムの蓄熱タンクから排出供給される冷温の熱媒体をユーザー装置３４０側に供給するように構成される。
【0198】
冷温水還水ヘッダ３２０は、ユーザー装置３４０で用いられた第２の流体（第２の実施形態の場合は、第１の流体、第４の実施形態の場合は、熱媒体）を回収して第２の熱交換器２００側に戻す装置である。
【0199】
冷温水還水ヘッダ３２０によってヒートポンプシステムに戻った第２の流体（第２の実施形態の場合は、第１の流体、第４の実施形態の場合は、熱媒体）は、ヒートポンプシステムで冷水または温水に熱交換され、再びユーザー装置３４０に供給される。
【0200】
差圧バルブ３３０は、冷温水供給ヘッダ３１０と還水ヘッダ３２０との間に設けられ、冷温水供給ヘッダ３１０と還水ヘッダ３２０のいずれかの圧力が急激に上昇する場合、圧力を調整する。
【0201】
以上、本発明の好ましい実施形態が特定の用語を用いて説明および図示されたが、そのような用語は単に本発明を明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の実施形態および記述された用語は以下の特許請求の範囲の技術的思想および範囲から離脱されずに様々な変更および変化が加えられることは自明である。このように変形された実施形態は、本発明の思想および範囲から個別に理解されてはならず、本発明の特許請求の範囲内に属するというべきである。
【符号の説明】
【0202】
１０ 室内機
２０ 室外機
３０ 圧縮機
４０ 四方バルブ
５０ 膨張弁
６０ 液熱器
６５ センサ
７０ 補助タンク
８１ 熱媒体ライン
９０ 蓄熱タンク
９１ 第１の流体ライン
９３ 第２の流体ライン
１００ 第１の熱交換器
１１０、２１０ 伝熱板
１４０ 第１のチャンネル
１５０ 第２のチャンネル
２００ 第２の熱交換器
２４０ 第３のチャンネル
２５０ 第４のチャンネル
３１０ 冷温水供給ヘッダ
３２０ 冷温水還水ヘッダ
３３０ 差圧バルブ
３４０ ユーザー装置
４００ 第１の入水管
４１０ 第１の引込部
４１１ 第１の引込部の通孔
４１３ 第１の引入部の開放口
４２０ 第１の出水管
４２３ 第１の流入口
４３０ 第２の入水管
４４０ 第２の引込部
４４１ 第２の引込部の通孔
４４３ 第２の引入部の開放口
４５０ 第２の出水管
４５３ 第２の流入口
４６０ 渦流防止板
２０ 室外機
３０ 圧縮機
４０ 四方バルブ
５０ 膨張弁
６０ 液熱器
６５ センサ
７０ 補助タンク
８１ 熱媒体ライン
９０ 蓄熱タンク
９１ 第１の流体ライン
９３ 第２の流体ライン
１００ 第１の熱交換器
１１０、２１０ 伝熱板
１４０ 第１のチャンネル
１５０ 第２のチャンネル
２００ 第２の熱交換器
２４０ 第３のチャンネル
２５０ 第４のチャンネル
３１０ 冷温水供給ヘッダ
３２０ 冷温水還水ヘッダ
３３０ 差圧バルブ
３４０ ユーザー装置
４００ 第１の入水管
４１０ 第１の引込部
４１１ 第１の引込部の通孔
４１３ 第１の引入部の開放口
４２０ 第１の出水管
４２３ 第１の流入口
４３０ 第２の入水管
４４０ 第２の引込部
４４１ 第２の引込部の通孔
４４３ 第２の引入部の開放口
４５０ 第２の出水管
４５３ 第２の流入口
４６０ 渦流防止板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
