JP2001165514A - 特に冷却機能を備えた、ヒートポンプ装置 - Google Patents
特に冷却機能を備えた、ヒートポンプ装置Info
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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- F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
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- F25B1/053—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率性に優れた、従来より小型の熱力学流体
として水を使用するヒートポンプ装置を提供する。 【解決手段】冷却サイクルは、圧縮前に蒸発領域２１を
使用し、圧縮後に凝縮領域２６を使用し、そのサイクル
内で使用される熱力学流体ならびに低温熱交換および高
温熱交換サイクルで使用される流体は水である。ヒート
ポンプ装置は、極めて低い圧力を閉じ込めた気密密閉さ
れた断熱容器１３の中に密封されて過熱低減を行う少な
くとも１つの領域によって互いに連結されている、独立
した２つの圧縮機構部１、２における動的圧縮を基礎と
して作動させられ、これら２つの圧縮機構部の翼車１
１、１２は、これら圧縮機構部１、２の間の容器１３の
内側に配置された共通の密閉型可変速電動機の軸の両側
に直接取り付けられている。
として水を使用するヒートポンプ装置を提供する。 【解決手段】冷却サイクルは、圧縮前に蒸発領域２１を
使用し、圧縮後に凝縮領域２６を使用し、そのサイクル
内で使用される熱力学流体ならびに低温熱交換および高
温熱交換サイクルで使用される流体は水である。ヒート
ポンプ装置は、極めて低い圧力を閉じ込めた気密密閉さ
れた断熱容器１３の中に密封されて過熱低減を行う少な
くとも１つの領域によって互いに連結されている、独立
した２つの圧縮機構部１、２における動的圧縮を基礎と
して作動させられ、これら２つの圧縮機構部の翼車１
１、１２は、これら圧縮機構部１、２の間の容器１３の
内側に配置された共通の密閉型可変速電動機の軸の両側
に直接取り付けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮前の蒸発領域
と圧縮後の凝縮領域とを有し、圧縮−膨張冷却サイクル
を有するタイプの、特に冷却機能を備えたヒートポンプ
装置に関するものであり、前記サイクルで使用される熱
力学流体ならびに低温熱交換および高温熱交換サイクル
で使用される流体は水であり、蒸発および凝縮の間のこ
れら２つのサイクルと前記冷却サイクルとの間の熱交換
は、熱交換表面を使用しない直接的な熱交換であり、こ
の装置によって生成される低温は、通常、０℃を越える
温度（”プラス”の低温）または氷を生成するマイナス
の温度であるが、それに反し、このような装置の主機能
は、熱を発生させることであることに注意すべきであ
る。
と圧縮後の凝縮領域とを有し、圧縮−膨張冷却サイクル
を有するタイプの、特に冷却機能を備えたヒートポンプ
装置に関するものであり、前記サイクルで使用される熱
力学流体ならびに低温熱交換および高温熱交換サイクル
で使用される流体は水であり、蒸発および凝縮の間のこ
れら２つのサイクルと前記冷却サイクルとの間の熱交換
は、熱交換表面を使用しない直接的な熱交換であり、こ
の装置によって生成される低温は、通常、０℃を越える
温度（”プラス”の低温）または氷を生成するマイナス
の温度であるが、それに反し、このような装置の主機能
は、熱を発生させることであることに注意すべきであ
る。
【０００２】
【従来の技術】そのような装置は、低温状態を生成する
ためにすでに利用されており、産業プロセス（プラスチ
ック成形、電子部品製造等）および第３セクター（食料
の配送、コンピュータのための空調等）の両方で冷却の
ために、ならびに、個人の快適性を向上するために（家
屋内での冷却または空調システムで）冷却のために使用
される。
ためにすでに利用されており、産業プロセス（プラスチ
ック成形、電子部品製造等）および第３セクター（食料
の配送、コンピュータのための空調等）の両方で冷却の
ために、ならびに、個人の快適性を向上するために（家
屋内での冷却または空調システムで）冷却のために使用
される。
【０００３】また、この装置は、地球温暖化に悪影響を
及ぼすＣＦＣ族（クロロフルオロカーボン）、またはＣ
ＦＣほどではないが、それでも温室効果の点で少なから
ぬ影響を及ぼすＨＣＦＣ（ヒドロクロロフルオロカーボ
ン）またはＨＦＣ（ヒドロフルオロカーボン）に属する
ものなどの有機系の熱力学流体を、圧縮−膨張サイクル
で使わなくてもよい、という利点を有する。
及ぼすＣＦＣ族（クロロフルオロカーボン）、またはＣ
ＦＣほどではないが、それでも温室効果の点で少なから
ぬ影響を及ぼすＨＣＦＣ（ヒドロクロロフルオロカーボ
ン）またはＨＦＣ（ヒドロフルオロカーボン）に属する
ものなどの有機系の熱力学流体を、圧縮−膨張サイクル
で使わなくてもよい、という利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】他方、この装置の欠点
は、特に圧縮器レベルできわめて大量の蒸気を取り扱う
必要があることで、このことは、水蒸気サイクルを組み
込んだ装置が、今日まで、ごく限られた進展しか見られ
なかった理由の一つである。
は、特に圧縮器レベルできわめて大量の蒸気を取り扱う
必要があることで、このことは、水蒸気サイクルを組み
込んだ装置が、今日まで、ごく限られた進展しか見られ
なかった理由の一つである。
【０００５】それにもかかわらず、低温熱交換および高
温熱交換サイクルの中で熱力学流体として水を使用する
前述の装置の試作品が、すでに工業規模で製作されてい
る。発熱量が約２０００ｋＷで、冷間押出機に使用され
る原型の１つは、開放された生産サイクルを利用して、
水の蒸発、圧縮、凝縮、および大気への放出によって低
温を生成するが、これが第１の欠点を構成する。この原
型では、密封された低圧容器の両側に対面式に配置され
た独立した２つの蒸気圧縮器を利用し、蒸気圧縮器の吸
入口は蒸発器の両側に互いに対面するように配列されて
いる。柔軟な翼によって「可変静翼」を得る遠心機型の
これらの圧縮器は、容器の外側の、やはり可変速の２つ
の電動機によってそれぞれ駆動される。この種の装置に
固有の別の欠点は、大きな空間が必要であること、なら
びに、凝縮器の開放回路を介して装置内に空気が溶け込
むので、シャフトの管路への空気の侵入および熱損失の
危険を招き、脱ガスの問題が面倒になることにあるが、
この問題については、この実例では、非凝縮性成分が、
蒸発圧力、すなわち低圧力で抜き出されることに注意さ
れたい。また、蒸発器および凝縮器を使用したレベルで
は、比較的高い「ニップ」（交換温度間の差）に影響さ
れやすい性質がある。
温熱交換サイクルの中で熱力学流体として水を使用する
前述の装置の試作品が、すでに工業規模で製作されてい
る。発熱量が約２０００ｋＷで、冷間押出機に使用され
る原型の１つは、開放された生産サイクルを利用して、
水の蒸発、圧縮、凝縮、および大気への放出によって低
温を生成するが、これが第１の欠点を構成する。この原
型では、密封された低圧容器の両側に対面式に配置され
た独立した２つの蒸気圧縮器を利用し、蒸気圧縮器の吸
入口は蒸発器の両側に互いに対面するように配列されて
いる。柔軟な翼によって「可変静翼」を得る遠心機型の
これらの圧縮器は、容器の外側の、やはり可変速の２つ
の電動機によってそれぞれ駆動される。この種の装置に
固有の別の欠点は、大きな空間が必要であること、なら
びに、凝縮器の開放回路を介して装置内に空気が溶け込
むので、シャフトの管路への空気の侵入および熱損失の
危険を招き、脱ガスの問題が面倒になることにあるが、
この問題については、この実例では、非凝縮性成分が、
蒸発圧力、すなわち低圧力で抜き出されることに注意さ
れたい。また、蒸発器および凝縮器を使用したレベルで
は、比較的高い「ニップ」（交換温度間の差）に影響さ
れやすい性質がある。
【０００６】冷却出力約８００ｋＷのさらに小型の別の
原型は、水を利用した同じ熱力学サイクルを全体にわた
って使用して作動され、そのそれぞれの電動機とともに
気密密閉容器の中に配置された２つの独立圧縮器も使用
する。この方法は、軸の管路における密封の問題を解消
するが、非常に大量の蒸気を圧縮することを要求される
圧縮器の翼車の周速度が高速なので、遠心力に耐えるた
めの必要強度が得られる炭素繊維から作られた翼構造物
を使用するように翼車を設計する必要があった。しか
し、これらの翼車は圧縮器の吸入端部で高速で駆動され
る危険を負っており、水滴の衝突による浸食を受けやす
く耐用期間が犠牲となる、。
原型は、水を利用した同じ熱力学サイクルを全体にわた
って使用して作動され、そのそれぞれの電動機とともに
気密密閉容器の中に配置された２つの独立圧縮器も使用
する。この方法は、軸の管路における密封の問題を解消
するが、非常に大量の蒸気を圧縮することを要求される
圧縮器の翼車の周速度が高速なので、遠心力に耐えるた
めの必要強度が得られる炭素繊維から作られた翼構造物
を使用するように翼車を設計する必要があった。しか
し、これらの翼車は圧縮器の吸入端部で高速で駆動され
る危険を負っており、水滴の衝突による浸食を受けやす
く耐用期間が犠牲となる、。
【０００７】従って、本発明の目的は、熱力学流体とし
て水を使用することに伴う利点を存続させながら、工業
規模で製作されたヒートポンプ装置の従来技術の技術上
の欠点を回避することであり、特に、その主目的は、熱
の発生を排除することなく低温を生成することである。
て水を使用することに伴う利点を存続させながら、工業
規模で製作されたヒートポンプ装置の従来技術の技術上
の欠点を回避することであり、特に、その主目的は、熱
の発生を排除することなく低温を生成することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明によって提案される前述の一般タイプの装置は、冷却
サイクルが、少なくとも１つの熱交換領域（過熱低減さ
れる、および／またはエコノマイザを構成する）によっ
て互いに連結され、気密密閉され断熱された水蒸気密閉
容器の中に収容されている、２つの独立の圧縮機構部を
使った動的圧縮過程を利用することと、これら２つの部
分の翼車が、容器の内側の圧縮機構部の間に配置されて
いる共通の密閉式可変速電動機の軸の両端に直接に取り
付けられていることを特徴としている。
明によって提案される前述の一般タイプの装置は、冷却
サイクルが、少なくとも１つの熱交換領域（過熱低減さ
れる、および／またはエコノマイザを構成する）によっ
て互いに連結され、気密密閉され断熱された水蒸気密閉
容器の中に収容されている、２つの独立の圧縮機構部を
使った動的圧縮過程を利用することと、これら２つの部
分の翼車が、容器の内側の圧縮機構部の間に配置されて
いる共通の密閉式可変速電動機の軸の両端に直接に取り
付けられていることを特徴としている。
【０００９】この種の完全に「一体型の」電動機−圧縮
器システムを選択することにより、第１に、装置の小型
化が進み、第２に、軸の密封の問題が克服され、さらに
経済的な方法で、装置の価格を制限しながら空力性能お
よび高度な機械性能を提供できる圧縮器を設計する場合
の微妙な問題が解消される。特に、一つ（例えば、遠心
機による圧縮の場合）または複数（軸流圧縮の場合）の
圧縮翼車機構部をそれぞれ有する２つの圧縮機構部を駆
動するのに単一の電動機を、速度増倍機構部を利用する
必要なく使用するように選択することにより、構造が決
定的に簡素化される。また、装置を閉じ込めるこのデザ
インにより、オイルを使用せずに圧縮器を作動させるこ
とができ、それによって運転および保守作業が簡素化さ
れ、冷媒流体の汚染が防止される。好ましくは、軸流圧
縮機構部を超えて選択される「遠心」圧縮機構部と呼ば
れるものは、従来の様式で、（原則として、１つか２つ
存在する）その構成要素機構部ごとに、平滑かまたはフ
ィンをそれぞれが備えている収束吸込部が前に配置さ
れ、平滑かまたはフィンをそれぞれが備えている静止デ
ィフューザが後ろに配置されている、可動翼車を有する
点に注意すべきである。
器システムを選択することにより、第１に、装置の小型
化が進み、第２に、軸の密封の問題が克服され、さらに
経済的な方法で、装置の価格を制限しながら空力性能お
よび高度な機械性能を提供できる圧縮器を設計する場合
の微妙な問題が解消される。特に、一つ（例えば、遠心
機による圧縮の場合）または複数（軸流圧縮の場合）の
圧縮翼車機構部をそれぞれ有する２つの圧縮機構部を駆
動するのに単一の電動機を、速度増倍機構部を利用する
必要なく使用するように選択することにより、構造が決
定的に簡素化される。また、装置を閉じ込めるこのデザ
インにより、オイルを使用せずに圧縮器を作動させるこ
とができ、それによって運転および保守作業が簡素化さ
れ、冷媒流体の汚染が防止される。好ましくは、軸流圧
縮機構部を超えて選択される「遠心」圧縮機構部と呼ば
れるものは、従来の様式で、（原則として、１つか２つ
存在する）その構成要素機構部ごとに、平滑かまたはフ
ィンをそれぞれが備えている収束吸込部が前に配置さ
れ、平滑かまたはフィンをそれぞれが備えている静止デ
ィフューザが後ろに配置されている、可動翼車を有する
点に注意すべきである。
【００１０】２つの圧縮機構部の間に少なくとも１つの
蒸気過熱低減器を使用することにより、過度の温度にな
ることが防止され、第２の機構部の圧縮仕事量が減少さ
れ、サイクルの効率、すなわち装置を作動させるのに必
要な電気エネルギーに対する冷却すなわち熱発生量の向
上を助け、このサイクル効率は、極めて申し分のない７
〜８程度の値に達し得ることにも注意すべきである。第
１の圧縮機構部の後のこの過熱低減は、一部は凝縮器か
ら到達し、蒸発器に戻される水の膨張−フラッシュ分離
によって部分的に実行することもできる。この膨張−フ
ラッシュ分離により、中間の表面熱交換器の必要がなく
なり、それによってエコノマイザが構成される。
蒸気過熱低減器を使用することにより、過度の温度にな
ることが防止され、第２の機構部の圧縮仕事量が減少さ
れ、サイクルの効率、すなわち装置を作動させるのに必
要な電気エネルギーに対する冷却すなわち熱発生量の向
上を助け、このサイクル効率は、極めて申し分のない７
〜８程度の値に達し得ることにも注意すべきである。第
１の圧縮機構部の後のこの過熱低減は、一部は凝縮器か
ら到達し、蒸発器に戻される水の膨張−フラッシュ分離
によって部分的に実行することもできる。この膨張−フ
ラッシュ分離により、中間の表面熱交換器の必要がなく
なり、それによってエコノマイザが構成される。
【００１１】電動機は、速度すなわち圧縮器翼車の回転
速度を、処理される蒸気流に合うように変化させること
ができ、圧縮器の空力的安定性の範囲内での部分負荷の
動作を可能にする、電動機は周波数制御装置と協働する
永久磁石付きの同期回転式電動機であることが好まし
い。この種の電動機を選択することにより、使用される
回転子が最小限のレベルの熱損失となることが保証され
る。この熱損失は、低温生成時に、蒸気圧が極めて低い
時に容器内で行われる熱交換が不十分となる重要因子で
ある。しかしながら、別のタイプのより低価格の電動
機、例えば、熱損失を解消する装置を備えた非同期式電
動機を使用することも考えられる。
速度を、処理される蒸気流に合うように変化させること
ができ、圧縮器の空力的安定性の範囲内での部分負荷の
動作を可能にする、電動機は周波数制御装置と協働する
永久磁石付きの同期回転式電動機であることが好まし
い。この種の電動機を選択することにより、使用される
回転子が最小限のレベルの熱損失となることが保証され
る。この熱損失は、低温生成時に、蒸気圧が極めて低い
時に容器内で行われる熱交換が不十分となる重要因子で
ある。しかしながら、別のタイプのより低価格の電動
機、例えば、熱損失を解消する装置を備えた非同期式電
動機を使用することも考えられる。
【００１２】電動機の軸の軸受は、例えば、セラミック
製のころ軸受、または、水によって作動され、アンチキ
ャビテーション装置を有していたり、または、オイルに
よって作動され、密封装置を有していたりする流体タイ
プまたはすべりタイプの軸受、または、潤滑剤によって
冷媒流体が汚染されることはあり得ない磁気タイプの軸
受など、実施する機能に適した種類ものであれば、どれ
であってもよい。
製のころ軸受、または、水によって作動され、アンチキ
ャビテーション装置を有していたり、または、オイルに
よって作動され、密封装置を有していたりする流体タイ
プまたはすべりタイプの軸受、または、潤滑剤によって
冷媒流体が汚染されることはあり得ない磁気タイプの軸
受など、実施する機能に適した種類ものであれば、どれ
であってもよい。
【００１３】本発明の一つの特徴の結果として、電動機
の軸の軸受は、電動機の横に配置されており、圧縮器翼
車は、オーバーハングの状態で軸の両端部に取り付けら
れているが、逆の配置も可能であり、オーバーハングの
状態でない取り付けの場合には圧縮器翼車は電動機と軸
受の間に配置される。
の軸の軸受は、電動機の横に配置されており、圧縮器翼
車は、オーバーハングの状態で軸の両端部に取り付けら
れているが、逆の配置も可能であり、オーバーハングの
状態でない取り付けの場合には圧縮器翼車は電動機と軸
受の間に配置される。
【００１４】本発明の別の特徴は、２つの圧縮機構部
が、そのそれぞれの入口（吸入口）が、密閉容器の端面
の方向に向けられた状態（冒頭に述べた従来技術と逆）
で、共通の電動機のいずれかの側に互いに反対に位置す
るように配置されており、容器のこれらの端面と、第１
の圧縮機構部の入口および第２の圧縮機構部の入口のそ
れぞれとの間に、蒸発領域と過熱低減領域が配設されて
いることである。
が、そのそれぞれの入口（吸入口）が、密閉容器の端面
の方向に向けられた状態（冒頭に述べた従来技術と逆）
で、共通の電動機のいずれかの側に互いに反対に位置す
るように配置されており、容器のこれらの端面と、第１
の圧縮機構部の入口および第２の圧縮機構部の入口のそ
れぞれとの間に、蒸発領域と過熱低減領域が配設されて
いることである。
【００１５】この配置は、翼車による軸方向の反動力を
補償し、特に長さの面で大幅な小型化に貢献し、外部の
水回路との接続を容易にする。
補償し、特に長さの面で大幅な小型化に貢献し、外部の
水回路との接続を容易にする。
【００１６】特に、ある気候環境下で（外部温度が高す
ぎる、または蒸発／凝縮温度差が大きすぎる場合）、圧
縮率を増加させる必要がある状況では、２つの圧縮機構
部を、密閉容器内に配置された第３の圧縮機構部に連結
させる、これは、密閉容器と連通状態に配置してもよ
く、圧縮器の上流または下流、あるいはその２つの圧縮
機構部の間に昇圧機として設けることもできる。
ぎる、または蒸発／凝縮温度差が大きすぎる場合）、圧
縮率を増加させる必要がある状況では、２つの圧縮機構
部を、密閉容器内に配置された第３の圧縮機構部に連結
させる、これは、密閉容器と連通状態に配置してもよ
く、圧縮器の上流または下流、あるいはその２つの圧縮
機構部の間に昇圧機として設けることもできる。
【００１７】この昇圧機は、蒸発または凝縮機構部のレ
ベルを利用した、特に内部回路から流用される水で作動
する水タービンによって駆動されることが好ましいが、
蒸気膨張タービンまたは独立電動機によって駆動される
ことも可能であり、必要に応じて、通常の気候条件に戻
った場合に停止状態にすることさえできる圧縮器の駆動
機構による種々の速度で駆動されることも可能である。
ベルを利用した、特に内部回路から流用される水で作動
する水タービンによって駆動されることが好ましいが、
蒸気膨張タービンまたは独立電動機によって駆動される
ことも可能であり、必要に応じて、通常の気候条件に戻
った場合に停止状態にすることさえできる圧縮器の駆動
機構による種々の速度で駆動されることも可能である。
【００１８】また、原価価格を減少させ、回転負荷を緩
和する観点にたった場合は、昇圧機または圧縮機構部
は、平らな放射状翼が設けられた回転フランジ付きの回
転子を有し、必要に応じて流体を予め旋回させる静止翼
配列と協同する、１つまたは複数の圧縮翼車として形成
されることが好ましい。
和する観点にたった場合は、昇圧機または圧縮機構部
は、平らな放射状翼が設けられた回転フランジ付きの回
転子を有し、必要に応じて流体を予め旋回させる静止翼
配列と協同する、１つまたは複数の圧縮翼車として形成
されることが好ましい。
【００１９】この装置の一般的な配置構成は、昇圧機を
有しているかどうかによって僅かに異なることがあり、
凝縮領域が、密閉容器の第２の圧縮機構部の吸引口側の
端に位置していることと、この凝縮領域が、過熱低減機
能を備えた領域と第２の圧縮機構部のこの吸引口との間
に位置していることとを、それぞれ特徴としている。
有しているかどうかによって僅かに異なることがあり、
凝縮領域が、密閉容器の第２の圧縮機構部の吸引口側の
端に位置していることと、この凝縮領域が、過熱低減機
能を備えた領域と第２の圧縮機構部のこの吸引口との間
に位置していることとを、それぞれ特徴としている。
【００２０】本発明の前述の特徴、およびヒートポンプ
装置の構造とその熱力学的動作に影響を及ぼすその他の
側面は、実例として記載され、いかなる点においても制
限するものでない、添付図面と組み合わせた以下のある
実施例の説明から、より容易に理解されるであろう。
装置の構造とその熱力学的動作に影響を及ぼすその他の
側面は、実例として記載され、いかなる点においても制
限するものでない、添付図面と組み合わせた以下のある
実施例の説明から、より容易に理解されるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１（ａ）において、参照符号１
と２は、ヒートポンプ装置の２つの圧縮機構部を示す。
圧縮機構部の吸入口３と４とは、互いに反対向きに配置
されており、圧縮機構部１の出口は、圧縮機構部２の入
口４に管路５によって連結されている。２つの機構部１
と２との可動翼車が、共通の可変速電動機６の軸１８の
両端にそれぞれ固定されている。
と２は、ヒートポンプ装置の２つの圧縮機構部を示す。
圧縮機構部の吸入口３と４とは、互いに反対向きに配置
されており、圧縮機構部１の出口は、圧縮機構部２の入
口４に管路５によって連結されている。２つの機構部１
と２との可動翼車が、共通の可変速電動機６の軸１８の
両端にそれぞれ固定されている。
【００２２】図１（ｂ）に、より高い冷却出力を発生さ
せるために、平行に取り付けられ、共通吸入口３’を有
し、そして共通の可変速共通電動機６’によって駆動さ
れる２つの圧縮機構部１’と２’が使用されている別形
態が示されている。これらの圧縮機構部１’と２’の後
に、平行に配置された２つの圧縮機構部および／または
昇圧機を有することもできる圧縮機構部を設けてもよ
い。
せるために、平行に取り付けられ、共通吸入口３’を有
し、そして共通の可変速共通電動機６’によって駆動さ
れる２つの圧縮機構部１’と２’が使用されている別形
態が示されている。これらの圧縮機構部１’と２’の後
に、平行に配置された２つの圧縮機構部および／または
昇圧機を有することもできる圧縮機構部を設けてもよ
い。
【００２３】図２に、独立電動機８によって駆動される
第３の圧縮機構部（または昇圧機）７を有するヒートポ
ンプ装置を示す。第３の圧縮機構部７は、吸入口９が、
第２の圧縮機構部２の出口と連絡し、吐出口１０が、凝
縮領域と連絡している。この昇圧機をシステムに組み込
む方法は、共通部品を示すために図３と同じ参照符号が
使用されている図１３に、最も分かりやすく示されてい
る。
第３の圧縮機構部（または昇圧機）７を有するヒートポ
ンプ装置を示す。第３の圧縮機構部７は、吸入口９が、
第２の圧縮機構部２の出口と連絡し、吐出口１０が、凝
縮領域と連絡している。この昇圧機をシステムに組み込
む方法は、共通部品を示すために図３と同じ参照符号が
使用されている図１３に、最も分かりやすく示されてい
る。
【００２４】昇圧機を省いてヒートポンプ装置を示す図
３において、参照符号１１と１２とは、水蒸気圧縮用の
遠心翼車（この図では、半開放式とした）を示し、遠心
翼車１１、１２は前述の２つの圧縮機構部１と２とにそ
れぞれ属する。ここでは例えば極めて低い圧力にして気
密密封された密閉容器１３内で作動させられる熱力学サ
イクルの圧縮機を一緒に形成する１つの圧縮機構部１、
２をそれぞれ設けられており、これら２つの圧縮機構部
が前述のように互いに反対側に配置されている。それぞ
れの気液分離器すなわち脱ガス装置１４を備えている機
構部吸入口３と４は、参照符号１６と１７とでそれぞれ
が示されている両側の２つの密閉容器端面の方向に向け
られている。これら２つの圧縮機構部１と２との可動回
転翼車１１と１２とは、回転子に永久磁石を備えている
ことが望ましい、同期式の密閉された前述の共通電動機
６の軸１８の両端に、オーバーハングの状態で固定され
ている。軸１８の軸受は、以下に説明されるようにオイ
ル無しで潤滑されるので、保守が簡単で、冷媒が汚染さ
れる危険がない。
３において、参照符号１１と１２とは、水蒸気圧縮用の
遠心翼車（この図では、半開放式とした）を示し、遠心
翼車１１、１２は前述の２つの圧縮機構部１と２とにそ
れぞれ属する。ここでは例えば極めて低い圧力にして気
密密封された密閉容器１３内で作動させられる熱力学サ
イクルの圧縮機を一緒に形成する１つの圧縮機構部１、
２をそれぞれ設けられており、これら２つの圧縮機構部
が前述のように互いに反対側に配置されている。それぞ
れの気液分離器すなわち脱ガス装置１４を備えている機
構部吸入口３と４は、参照符号１６と１７とでそれぞれ
が示されている両側の２つの密閉容器端面の方向に向け
られている。これら２つの圧縮機構部１と２との可動回
転翼車１１と１２とは、回転子に永久磁石を備えている
ことが望ましい、同期式の密閉された前述の共通電動機
６の軸１８の両端に、オーバーハングの状態で固定され
ている。軸１８の軸受は、以下に説明されるようにオイ
ル無しで潤滑されるので、保守が簡単で、冷媒が汚染さ
れる危険がない。
【００２５】異なる技術者（冷却技術者、機械技術者、
熱技術者、電気技術者）によって行なわれることが必要
なこともある保守作業を簡素化するために、密閉容器１
３は、公知の手段（ボルト、「傾斜板」等）によって組
み付けられるフランジ１９と２０によって次々に連結さ
れている３種類のモジュールから形成されている。これ
ら３種類のモジュールは、蒸発領域２２を含んでいる蒸
発−フラッシュ分離モジュール２１、２つの圧縮機構部
１と２とを含んでいる圧縮モジュール２３、および、必
要に応じてエコノマイザを備えている過熱低減領域２５
と凝縮領域２６とを含んでいる凝縮モジュール２４であ
る。
熱技術者、電気技術者）によって行なわれることが必要
なこともある保守作業を簡素化するために、密閉容器１
３は、公知の手段（ボルト、「傾斜板」等）によって組
み付けられるフランジ１９と２０によって次々に連結さ
れている３種類のモジュールから形成されている。これ
ら３種類のモジュールは、蒸発領域２２を含んでいる蒸
発−フラッシュ分離モジュール２１、２つの圧縮機構部
１と２とを含んでいる圧縮モジュール２３、および、必
要に応じてエコノマイザを備えている過熱低減領域２５
と凝縮領域２６とを含んでいる凝縮モジュール２４であ
る。
【００２６】蒸発領域２２では、液体の内部エネルギー
の減少が、気化させた液体の内部エネルギーの増加によ
って正確に補償され、液体の内部エネルギーが一定のま
ま存続する（等エンタルピー膨張）、フラッシュ分離蒸
発器の形に構成されている。このために、例えば約１２
℃に加熱され、冷却のために装置に組み込まれている負
荷回路Ｕを通り抜けて、管路２７を介して装置に戻る冷
水は、噴射管２８によって液体粒子の形で蒸発領域２２
に噴射され、この蒸発領域２２内に存在している、約１
０ｍｂａｒにすることもできる極めて低い絶対圧力によ
り、瞬間的に蒸発する。つまり、液体を蒸発させるのに
必要なエネルギーは、断熱過程により、液体自体から得
られる。結果として、約７℃であってもよい温度に冷却
された水は、密閉容器１３の底部で回収され、参照符号
２９で示される冷水ラインを介して密閉容器１３から排
出される。この冷却サイクルにおける熱交換は直接的な
熱交換であり（接触式熱交換であり、隔壁式熱交換では
ない）、不可逆性がほとんどなく、管状または板状の交
換器を備えたプラントで発生する「氷結（ｎｉｐ）」が
なくなり、それにより、実際に、蒸発温度７℃および凝
縮温度３０°で７を越える成績係数が得られる。蒸発器
および凝縮器の熱交換面がないことにより、管または表
面のクリーニングに際して縦方向に分解を行うための用
意をする必要がなく、それによってシステムに必要な空
間量が減少する。
の減少が、気化させた液体の内部エネルギーの増加によ
って正確に補償され、液体の内部エネルギーが一定のま
ま存続する（等エンタルピー膨張）、フラッシュ分離蒸
発器の形に構成されている。このために、例えば約１２
℃に加熱され、冷却のために装置に組み込まれている負
荷回路Ｕを通り抜けて、管路２７を介して装置に戻る冷
水は、噴射管２８によって液体粒子の形で蒸発領域２２
に噴射され、この蒸発領域２２内に存在している、約１
０ｍｂａｒにすることもできる極めて低い絶対圧力によ
り、瞬間的に蒸発する。つまり、液体を蒸発させるのに
必要なエネルギーは、断熱過程により、液体自体から得
られる。結果として、約７℃であってもよい温度に冷却
された水は、密閉容器１３の底部で回収され、参照符号
２９で示される冷水ラインを介して密閉容器１３から排
出される。この冷却サイクルにおける熱交換は直接的な
熱交換であり（接触式熱交換であり、隔壁式熱交換では
ない）、不可逆性がほとんどなく、管状または板状の交
換器を備えたプラントで発生する「氷結（ｎｉｐ）」が
なくなり、それにより、実際に、蒸発温度７℃および凝
縮温度３０°で７を越える成績係数が得られる。蒸発器
および凝縮器の熱交換面がないことにより、管または表
面のクリーニングに際して縦方向に分解を行うための用
意をする必要がなく、それによってシステムに必要な空
間量が減少する。
【００２７】このようにして生成された蒸気中に水滴が
存在することにより、次の圧縮段階の間に水蒸気の過熱
低減が促進され、それによって、より体積の小さい流れ
が形成される。これによって、管路断面を小さくするこ
とができ、従って装置のサイズおよびコストを減少させ
ることができることを意味する。また、容量当たりの質
量が高くなるので、より高い圧縮率が生じ、総合的な成
績係数を向上させるのを助ける。
存在することにより、次の圧縮段階の間に水蒸気の過熱
低減が促進され、それによって、より体積の小さい流れ
が形成される。これによって、管路断面を小さくするこ
とができ、従って装置のサイズおよびコストを減少させ
ることができることを意味する。また、容量当たりの質
量が高くなるので、より高い圧縮率が生じ、総合的な成
績係数を向上させるのを助ける。
【００２８】しかしながら、高速で移動する水滴による
圧縮機翼車の翼配列の浸食を防止するために、表面を水
が流れることができ、後縁が底部排水出口３２を備えた
環状の集水部すなわちトラフ３１で終端しており、水と
水蒸気とを効果的に慣性分離することのできる、図４に
記載の固定された特殊な収束カウル３０を、各圧縮機構
部１、２の吸入口３、４に配置されている気液分離器す
なわち脱ガス装置１４、１５の後ろに設けるたり、また
は、気液分離器と置き換える。水滴の併合と共に、軸方
向の速度を蒸気に与えることによってもたらされる気液
分離により、収束カウル３０のこの壁の上をかなりの量
の水が流れ、この配置構成のメリットを際だたせている
ことに注意すべきである。。しかしながら、ミストの存
在が過熱低減過程に役立ち、その機械的影響が減少され
ているので、収束部の出口部にあるミストは排除される
ようにはなっていない。。
圧縮機翼車の翼配列の浸食を防止するために、表面を水
が流れることができ、後縁が底部排水出口３２を備えた
環状の集水部すなわちトラフ３１で終端しており、水と
水蒸気とを効果的に慣性分離することのできる、図４に
記載の固定された特殊な収束カウル３０を、各圧縮機構
部１、２の吸入口３、４に配置されている気液分離器す
なわち脱ガス装置１４、１５の後ろに設けるたり、また
は、気液分離器と置き換える。水滴の併合と共に、軸方
向の速度を蒸気に与えることによってもたらされる気液
分離により、収束カウル３０のこの壁の上をかなりの量
の水が流れ、この配置構成のメリットを際だたせている
ことに注意すべきである。。しかしながら、ミストの存
在が過熱低減過程に役立ち、その機械的影響が減少され
ているので、収束部の出口部にあるミストは排除される
ようにはなっていない。。
【００２９】また、水蒸気中に浮遊状態で残っている微
小水滴による、圧縮翼車の「三日月」翼配列と呼ばれる
部分の浸食を防止するために、図５の斜視図で参照符号
３３によって示されているリングによって、翼配列の軸
部が囲まれている。そのため、防振効果も有するこのリ
ングは、吸い込まれた水が軸領域を出るまで、この水を
導くことができる。
小水滴による、圧縮翼車の「三日月」翼配列と呼ばれる
部分の浸食を防止するために、図５の斜視図で参照符号
３３によって示されているリングによって、翼配列の軸
部が囲まれている。そのため、防振効果も有するこのリ
ングは、吸い込まれた水が軸領域を出るまで、この水を
導くことができる。
【００３０】図６の部分展開断面図に、動翼配列の後面
フランジ３５の平面に対して鋭角をなしており、水を回
転方向に移動させるのに役立つ翼３４を使用した選択案
も示されている。これらの翼３４は、図７のようにわず
かに湾曲させても同じ効果を得ることができる。
フランジ３５の平面に対して鋭角をなしており、水を回
転方向に移動させるのに役立つ翼３４を使用した選択案
も示されている。これらの翼３４は、図７のようにわず
かに湾曲させても同じ効果を得ることができる。
【００３１】図８に、コストを減少させたり、または昇
圧機または圧縮翼車の回転質量を減少させることが望ま
しい場合に使用することができる別の簡素な圧縮器の実
施形態が示されている。この変形例では、前述のリング
３３を設ける必要もなくなり、圧縮器は、流体を予め旋
回させる静止翼配列と必要に応じて協働するこのできる
平らな放射状翼が設けられた回転フランジ３７付きの回
転子を有している。
圧機または圧縮翼車の回転質量を減少させることが望ま
しい場合に使用することができる別の簡素な圧縮器の実
施形態が示されている。この変形例では、前述のリング
３３を設ける必要もなくなり、圧縮器は、流体を予め旋
回させる静止翼配列と必要に応じて協働するこのできる
平らな放射状翼が設けられた回転フランジ３７付きの回
転子を有している。
【００３２】圧縮器の第１の機構部１の圧縮蒸気は、前
述の、図３にも示された流路５により、第２の機構部に
向けて誘導される。これらの流路５は、蒸気の速度を減
少させることによって蒸気圧を増大させるように設計さ
れた、平滑な、または羽根を備えることもできる、機構
部出口の半径方向のディフューザ３９、３９ａおよび／
または軸方向の羽根を備えたディフューザ４０、４０ａ
を有することもできる。蒸気の過熱低減を実行するため
に、翼車の下流で、さらにディフューザへの水噴射を行
うことが必要な場合もある。半径方向および／または軸
方向のディフューザ３９、４０を使用する場合、ディフ
ューザ３９、４０間のエルボーおよび／またはこの図面
の最上部にある翼３９、３９ａの後縁部での方向変更部
に近いところで噴射することが有利かもしれない。
述の、図３にも示された流路５により、第２の機構部に
向けて誘導される。これらの流路５は、蒸気の速度を減
少させることによって蒸気圧を増大させるように設計さ
れた、平滑な、または羽根を備えることもできる、機構
部出口の半径方向のディフューザ３９、３９ａおよび／
または軸方向の羽根を備えたディフューザ４０、４０ａ
を有することもできる。蒸気の過熱低減を実行するため
に、翼車の下流で、さらにディフューザへの水噴射を行
うことが必要な場合もある。半径方向および／または軸
方向のディフューザ３９、４０を使用する場合、ディフ
ューザ３９、４０間のエルボーおよび／またはこの図面
の最上部にある翼３９、３９ａの後縁部での方向変更部
に近いところで噴射することが有利かもしれない。
【００３３】圧縮器の出口で過度の温度になることを回
避するために、流路５を出た水蒸気は、第２の圧縮機構
部２への入口に吸い込まれる前に、この例では密閉容器
１３の端面１７の近傍に位置する前述の中間過熱低減領
域２５で過熱低減される。この過熱低減は、凝縮器から
送り出され、この水の部分冷却を行うエコノマイザを構
成する蒸発器に戻される水流の中での「膨張−フラッシ
ュ分離」によって実行することもできる。実際上、水の
潜熱は非常に高いので、蒸気の過熱低減を行うには、少
量の液体を蒸発させるだけで十分である。
避するために、流路５を出た水蒸気は、第２の圧縮機構
部２への入口に吸い込まれる前に、この例では密閉容器
１３の端面１７の近傍に位置する前述の中間過熱低減領
域２５で過熱低減される。この過熱低減は、凝縮器から
送り出され、この水の部分冷却を行うエコノマイザを構
成する蒸発器に戻される水流の中での「膨張−フラッシ
ュ分離」によって実行することもできる。実際上、水の
潜熱は非常に高いので、蒸気の過熱低減を行うには、少
量の液体を蒸発させるだけで十分である。
【００３４】対応する圧力の凝縮温度に近い温度の第２
の圧縮機構部からの蒸気は、他の静止管路４１を介して
凝縮領域２６を通過する。凝縮は混合によって行われ、
圧縮器からの蒸気相と、流体冷却器（Ａ）の冷水（約２
５℃）用の戻り管路４３を経て供給され、噴射管４２に
よって分散させられた液体粒子との間に熱交換を生じさ
せる。流体冷却器（Ａ）は、コイルと機械式換気機構を
備え、水と外部空気との間の接触を防止して、生物学的
または化学的な汚染ならびに水中溶存ガスの存在を回避
する、従来型の流体冷却器である。蒸気を凝縮させるこ
とによって加熱された水は、容器１３の底部で回収され
て、管路４４を経て流体冷却器に戻される（図３）。
の圧縮機構部からの蒸気は、他の静止管路４１を介して
凝縮領域２６を通過する。凝縮は混合によって行われ、
圧縮器からの蒸気相と、流体冷却器（Ａ）の冷水（約２
５℃）用の戻り管路４３を経て供給され、噴射管４２に
よって分散させられた液体粒子との間に熱交換を生じさ
せる。流体冷却器（Ａ）は、コイルと機械式換気機構を
備え、水と外部空気との間の接触を防止して、生物学的
または化学的な汚染ならびに水中溶存ガスの存在を回避
する、従来型の流体冷却器である。蒸気を凝縮させるこ
とによって加熱された水は、容器１３の底部で回収され
て、管路４４を経て流体冷却器に戻される（図３）。
【００３５】凝縮の発生を主に妨げるのは、蒸気中の対
流ではなく、液体中の熱伝導の関係であることに注意す
べきである。必要に応じて凝縮器に例えばラシヒリング
を充填することにより生成された向流のなかで循環する
蒸気との接触表面を増加させて、攪拌を起こすことによ
って、凝縮器内の液体の滞留時間を出来る限り長くする
ことが適しているという理由は、ここにある。この種の
充填物を参照符号４５で図９に模式的に示す。充填物４
５は、噴射管４２によって冷却された水が供給される流
下分配器４６が上に付いており、枠４８内の所定の位置
に充電物４５を保持するために充填物４５の底面には、
格子４７が設けられている。
流ではなく、液体中の熱伝導の関係であることに注意す
べきである。必要に応じて凝縮器に例えばラシヒリング
を充填することにより生成された向流のなかで循環する
蒸気との接触表面を増加させて、攪拌を起こすことによ
って、凝縮器内の液体の滞留時間を出来る限り長くする
ことが適しているという理由は、ここにある。この種の
充填物を参照符号４５で図９に模式的に示す。充填物４
５は、噴射管４２によって冷却された水が供給される流
下分配器４６が上に付いており、枠４８内の所定の位置
に充電物４５を保持するために充填物４５の底面には、
格子４７が設けられている。
【００３６】図３の参照符号４９は、凝縮気圧の真空度
を提供する真空ポンプを示している。装置が始動される
と、この時点で密閉容器１３が圧縮空気で満たされてい
るので、真空ポンプ４９は、この空気を排気して、内部
絶対圧力を４０ｍｂａｒに近い値にしなくてはならな
い。凝縮器の冷却水を使用できるので、この排気に必要
な時間を短縮するために、例えば駆動用の液体として水
を用いたエジェクター型の始動グループを設けてもよ
い。
を提供する真空ポンプを示している。装置が始動される
と、この時点で密閉容器１３が圧縮空気で満たされてい
るので、真空ポンプ４９は、この空気を排気して、内部
絶対圧力を４０ｍｂａｒに近い値にしなくてはならな
い。凝縮器の冷却水を使用できるので、この排気に必要
な時間を短縮するために、例えば駆動用の液体として水
を用いたエジェクター型の始動グループを設けてもよ
い。
【００３７】非凝縮性の物質、主に空気とともに抽出さ
れる水蒸気を減少させるためには、凝縮領域２６の出口
に「還流」凝縮器を設けることが有利である。図１０記
載のこの種の「還流」凝縮器は、垂直円筒容器５０から
形成することができ、凝縮領域２６からの残留蒸気が、
底面にある整流板５１を通って噴射され、湿り飽和状態
の非凝縮性の物質が、頂端を経て真空ポンプ４９に向か
って排気される。この垂直円筒容器５０は、凝縮器の噴
射管４２で噴霧される前の流体冷却器のリターン水によ
って冷却を行う接触式コイル熱交換器５４により蒸気の
一部が凝縮される領域５３と、蒸発領域２２からの冷水
５７の少しの流れによって冷却を行う接触式チューブ熱
交換器５６によって、次に蒸気の別の部分が凝縮される
領域５５との２つの領域を、最初に領域５３、次に領域
５５がくるように連続して備えることもできる。「還
流」凝縮器は、前述の２つの領域の一方または他方を備
えない状態で提供することもできるし、また、これら２
種類の接触式熱交換装置を逆にしてもよい。
れる水蒸気を減少させるためには、凝縮領域２６の出口
に「還流」凝縮器を設けることが有利である。図１０記
載のこの種の「還流」凝縮器は、垂直円筒容器５０から
形成することができ、凝縮領域２６からの残留蒸気が、
底面にある整流板５１を通って噴射され、湿り飽和状態
の非凝縮性の物質が、頂端を経て真空ポンプ４９に向か
って排気される。この垂直円筒容器５０は、凝縮器の噴
射管４２で噴霧される前の流体冷却器のリターン水によ
って冷却を行う接触式コイル熱交換器５４により蒸気の
一部が凝縮される領域５３と、蒸発領域２２からの冷水
５７の少しの流れによって冷却を行う接触式チューブ熱
交換器５６によって、次に蒸気の別の部分が凝縮される
領域５５との２つの領域を、最初に領域５３、次に領域
５５がくるように連続して備えることもできる。「還
流」凝縮器は、前述の２つの領域の一方または他方を備
えない状態で提供することもできるし、また、これら２
種類の接触式熱交換装置を逆にしてもよい。
【００３８】この装置を部分負荷で作動させるには、同
期電動機６の電源周波数を変更してもよいし、凝縮領域
２６から蒸発領域２２までのある液体流量に合った熱再
循環回路を設けてもよい。
期電動機６の電源周波数を変更してもよいし、凝縮領域
２６から蒸発領域２２までのある液体流量に合った熱再
循環回路を設けてもよい。
【００３９】図３と同じ参照符号が使用されている図１
１に記載の模式図は、蒸発領域２２と凝縮領域２６との
出口２９および４４に生じた高さの異なる水柱の底面を
配管５８で連結することにより、蒸発領域２２と凝縮領
域２６との間の圧力差を簡単に補正する方法を示すもの
である。圧縮機構部間の中間の過熱低減は、凝縮器２６
から送られ、管路５８を介して蒸発領域２２に戻される
低流量の水を利用した「膨張−フラッシュ分離」を組み
込み、この水を部分的に冷却するエコノマイザを構成す
ることもできることに注意すべきである。
１に記載の模式図は、蒸発領域２２と凝縮領域２６との
出口２９および４４に生じた高さの異なる水柱の底面を
配管５８で連結することにより、蒸発領域２２と凝縮領
域２６との間の圧力差を簡単に補正する方法を示すもの
である。圧縮機構部間の中間の過熱低減は、凝縮器２６
から送られ、管路５８を介して蒸発領域２２に戻される
低流量の水を利用した「膨張−フラッシュ分離」を組み
込み、この水を部分的に冷却するエコノマイザを構成す
ることもできることに注意すべきである。
【００４０】夜の間に余分に低温を生成し、冷水または
氷の形でそれを保存し、そして昼間の間、その低温を回
収することも考えられる。
氷の形でそれを保存し、そして昼間の間、その低温を回
収することも考えられる。
【００４１】図１２（ａ）は、Ｅが交換されたエネルギ
ーを示しているＴ＝ｆ（Ｅ）の図で、装置Ｉの熱力学的
構成図を示す。ＱF は、低温源、すなわち負荷回路Ｕか
ら取り出される熱を表し、Ｗは装置Ｉに入力される仕事
を表し、Ｑc は、高温源、すなわち流体冷却器Ａ（図１
２ｂも参照）に出力される熱を表し、これらの値をつな
ぐ数式は、｜ＱF ｜＝｜Ｑc ｜＋｜Ｗ｜である。
ーを示しているＴ＝ｆ（Ｅ）の図で、装置Ｉの熱力学的
構成図を示す。ＱF は、低温源、すなわち負荷回路Ｕか
ら取り出される熱を表し、Ｗは装置Ｉに入力される仕事
を表し、Ｑc は、高温源、すなわち流体冷却器Ａ（図１
２ｂも参照）に出力される熱を表し、これらの値をつな
ぐ数式は、｜ＱF ｜＝｜Ｑc ｜＋｜Ｗ｜である。
【００４２】図１２（ｂ）のエンタルピー線図は、装置
Ｉの従来の動作を示す。水は、蒸発領域２２において約
７℃の温度ＴE で蒸発させられ、次に第１の圧縮機構部
１において圧縮され、約１８℃の温度ＴD にに過熱低減
され、第２の圧縮機構部で圧縮されて約３０℃の温度Ｔ
c を生じ、凝縮領域２６で凝縮される。凝縮水は、４４
でポンプＰ1 によって流体冷却器Ａに送られ、４３で約
２５℃の温度に回復させられる（熱交換サイクル）。低
温交換サイクル２７、２２、２９において、水は、気化
によって約１２℃と７℃の間に冷却され、ポンプＰ2 に
よって負荷回路Ｕを通って送られる。
Ｉの従来の動作を示す。水は、蒸発領域２２において約
７℃の温度ＴE で蒸発させられ、次に第１の圧縮機構部
１において圧縮され、約１８℃の温度ＴD にに過熱低減
され、第２の圧縮機構部で圧縮されて約３０℃の温度Ｔ
c を生じ、凝縮領域２６で凝縮される。凝縮水は、４４
でポンプＰ1 によって流体冷却器Ａに送られ、４３で約
２５℃の温度に回復させられる（熱交換サイクル）。低
温交換サイクル２７、２２、２９において、水は、気化
によって約１２℃と７℃の間に冷却され、ポンプＰ2 に
よって負荷回路Ｕを通って送られる。
【００４３】前述の説明は、冷却の側面を強調して記載
されているが、この装置は、その主機能として熱発生器
として動作させることも可能であり、その場合、密閉容
器内部の圧力は大気圧以上として、１００℃を越える凝
縮温度を達成させることもできる。
されているが、この装置は、その主機能として熱発生器
として動作させることも可能であり、その場合、密閉容
器内部の圧力は大気圧以上として、１００℃を越える凝
縮温度を達成させることもできる。
【００４４】最後に、図１４に、電動機６の軸１８の水
軸受の可能構造の１つの示す。参照符号５９で示される
軸受は、圧縮液体６０の吸入口を有し、圧縮液体６０は
軸受の穴と軸１８の表面の間の空隙６１の動的作用によ
って部分的に膨張され、その後、圧縮液体出口６２でこ
の空隙６１を出るとさらに膨張させられて部分的に気化
され、その後蒸気および残留液体は、整流板６４によっ
て沈降室６３に送り出されて回収される。
軸受の可能構造の１つの示す。参照符号５９で示される
軸受は、圧縮液体６０の吸入口を有し、圧縮液体６０は
軸受の穴と軸１８の表面の間の空隙６１の動的作用によ
って部分的に膨張され、その後、圧縮液体出口６２でこ
の空隙６１を出るとさらに膨張させられて部分的に気化
され、その後蒸気および残留液体は、整流板６４によっ
て沈降室６３に送り出されて回収される。
【図１】図１は、圧縮機構部を２つだけとした本装置の
模式的構成図である。（ａ）は、可能な配置構成の１例
を示す。（ｂ）は、２つの圧縮機構部が並列に配置され
ている変形例を示す。
模式的構成図である。（ａ）は、可能な配置構成の１例
を示す。（ｂ）は、２つの圧縮機構部が並列に配置され
ている変形例を示す。
【図２】第３の圧縮機構部すなわち昇圧機が設けられて
いる本装置の模式的全体配置図である。
いる本装置の模式的全体配置図である。
【図３】図１（ａ）の装置の軸方向断面の詳細な模式図
である。
である。
【図４】各圧縮機構部の吸入口の収束吸込部の気液分離
器と慣性分離トラフとを示す軸方向の部分断面図であ
る。
器と慣性分離トラフとを示す軸方向の部分断面図であ
る。
【図５】半解放式のリング付き圧縮機構部の斜視図であ
る。
る。
【図６】圧縮機の動翼配列の可能な変形例の部分展開断
面図である。
面図である。
【図７】圧縮機の動翼配列の別の可能な変形例の部分展
開断面図である。
開断面図である。
【図８】平滑な放射状翼を備え、流体を予め旋回させる
静止翼配列と協働する回転フランジを有する簡素な圧縮
器回転子の部分展開断面図である。
静止翼配列と協働する回転フランジを有する簡素な圧縮
器回転子の部分展開断面図である。
【図９】充填物を有する凝縮領域の模式図である。
【図１０】凝縮領域の出口に配置された「還流」凝縮器
の模式的断面図である。
の模式的断面図である。
【図１１】装置全体の模式図である。
【図１２】本装置の熱的変化を示す線図である。（ａ）
は装置の熱力学線図である。（ｂ）は、本発明によって
提案される装置のエンタルピー線図ｐ＝ｆ（Ｈ）の例で
ある。
は装置の熱力学線図である。（ｂ）は、本発明によって
提案される装置のエンタルピー線図ｐ＝ｆ（Ｈ）の例で
ある。
【図１３】下流に昇圧機が組み込まれた、本装置の部分
模式図である。
模式図である。
【図１４】電動機軸の水軸受を示す模式的断面図であ
る。
る。
１、１’ 圧縮機構部 ２、２’ 圧縮機構部 ３、３’、４ 吸入口 ５ 管路 ６ 可変速電動機 ７ 第３段圧縮機構部 ８ 独立電動機 ９ 吸入口 １０ 吐出口 １１、１２ 遠心翼車 １３ 密閉容器 １４ 気液分離機 １６、１７ 密閉容器端面 １８ 軸 １９、２０ フランジ ２１ 蒸発フラッシュ分離モジュール ２２ 蒸発領域 ２３ 圧縮モジュール ２４ 凝縮モジュール ２５ 過熱低減領域 ２６ 圧縮領域 ２６ 凝縮領域 ２７ 管路 ２８ 噴射管 ２９ 冷水ライン ３０ 収束カウル ３１ 環状集水トラフ ３２ 排水出口 ３３ リング ３４ 翼 ３５ 後面フランジ ３６ 静止翼 ３７ 回転フランジ ３８ 放射状翼 ３９、３９ａ、４０、４０ａ ディフューザ ４１ 静止管路 ４２ 噴射管 ４３ 戻り管 ４４ 管路 ４５ 充填物 ４６ 流下分配器 ４７ 格子 ４８ 枠 ４９ 真空ポンプ ５０ 垂直円筒容器 ５１ 整流板 ５２ 頂端 ５３、５５ 領域 ５４ コイル熱交換器 ５６ チューブ熱交換器 ５７ 冷水 ５８ 配管 ５９ 軸受 ６０ 圧縮液体 ６１ 空隙 ６２ 圧縮流体出口 ６３ 沈降室 ６４ 整流板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジ シァンバロン フランス国 78700 コンフラン サント オノリン ル ロザリー レヴァシュー ２ (72)発明者 アンリー ロディ―タルベル フランス国 92410 ヴィル ダヴレ ア レ デ シコモール ４
Claims (28)
- 【請求項１】 圧縮前の蒸発領域と圧縮後の凝縮領域と
を有し、圧縮−膨張冷却サイクルを組み込んだタイプ
の、特に冷却を目的とするヒートポンプ装置であり、前
記サイクルで使用される熱力学流体ならびに低温熱交換
サイクルおよび高温熱交換サイクルで使用される流体は
水であり、前記低温熱交換サイクルと前記高温熱交換サ
イクルとの間の蒸発および凝縮のときに生じる熱交換
は、熱交換面を使用しない直接的な熱交換であり、前記
装置で生成される低温は、通常、０℃を越えるプラス側
の低温または氷を生成するマイナス側の温度であるヒー
トポンプ装置において、 前記冷却サイクルは、過熱低減およびエコノマイザの少
なくともいずれかである１つの熱交換領域（２５）よっ
て互いに連結され、気密密閉されて断熱された蒸気の密
閉容器（１３）の中に収容されている、独立した２つの
圧縮機構部（１、２）による動的圧縮を基礎として作動
させられ、 前記２つの圧縮機構部の翼車（１１、１２）は、前記容
器（１３）の内側にあって該圧縮機構部（１、２）の間
に配置されている共通の密閉型可変速電動機（６）の軸
（１８）の両端に直接取り付けられている、ことを特徴
とするヒートポンプ装置。 - 【請求項２】 前記可変速電動機（６）は、永久磁石を
備えた回転子を有し、周波数制御装置により回転数制御
される同期電動機である、請求項１に記載のヒートポン
プ装置。 - 【請求項３】 前記電動機（６）の前記軸（１８）の軸
受は、セラミック製のころ軸受を有する軸受である、請
求項１または２に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項４】 前記電動機の前記軸（１８）の前記軸受
は、水を利用して作動し、アンチキャビテーション装置
を有しているか、または、オイルを利用して作動し、密
封装置を有しているかのいずれかの流体タイプ即ちすべ
りタイプの軸受（５９）であるか、あるいは磁気タイプ
の軸受である、請求項１または２に記載のヒートポンプ
装置。 - 【請求項５】 前記電動機（６）の前記軸（１８）の前
記軸受は、前記電動機の側部に配置されており、前記圧
縮器翼車（１１、１２）は、前記軸（１８）の両端に、
オーバーハング状態で取り付けられている、請求項１か
ら請求項４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項６】 前記２つの圧縮機構部（１、２）は、そ
のそれぞれの入口（３、４）が、密閉容器（１３）の端
面（１６、１７）の方向に向けられた状態で、共通の電
動機（６）のいずれかの側に互いに反対に位置するよう
に配列されており、前記容器（１３）のこれらの端面
と、前記第１の圧縮機構部（１）の入口（３）および前
記第２の圧縮機構部（２）の入口（４）のそれぞれとの
間に、蒸発領域（２２）と過熱低減領域（２５）とが配
置されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に
記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項７】 前記密閉容器（１３）の内部に配置され
ているかまたは前記密閉容器（１３）と連絡しており、
前記圧縮器の上流か下流、もしくは前記２つの圧縮機構
部（１、２）の間のいずれかに配置されており、昇圧機
によって構成されている第３の圧縮機構部（７）と、前
記２つの圧縮機構部（１、２）とが協働する、請求項１
から請求項６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装
置。 - 【請求項８】 前記昇圧機（７）は、前記蒸発領域（２
２）または前記凝縮領域（２６）のレベルを利用して、
前記内部回路から流用される水で作動する水タービンに
よって駆動される、請求項７に記載のヒートポンプ装
置。 - 【請求項９】 前記昇圧機は、蒸気膨張タービンよって
駆動される、請求項７に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１０】 前記昇圧機（７）は、独立電動機
（８）によって駆動される、請求項７に記載のヒートポ
ンプ装置。 - 【請求項１１】 前記昇圧機（７）または前記圧縮機構
部は、平滑な放射状翼（３８）が設けられた回転フラン
ジ（３７）を有するローターを備えた一つ以上の圧縮回
転翼車を備えており、該圧縮回転翼車は必要に応じて前
記流体を予め旋回させる静止翼配列（３６）と協働す
る、請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のヒ
ートポンプ装置。 - 【請求項１２】 前記凝縮領域（２６）は、前記密閉容
器（１３）の前記端面（１７）の近傍の、前記第２の圧
縮機構部（２）の入口（４）の近くに位置する、請求項
７から請求項１１のいずれか１項に記載のヒートポンプ
装置。 - 【請求項１３】 前記凝縮領域（２６）は、前記過熱低
減領域（２５）と、前記第２の圧縮機構部（２）の入口
（４）との間に位置する、請求項１から請求項６のいず
れか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１４】 取り外し可能な固定手段（１９、２
０）によって次々に連結されている３種類のモジュー
ル、すなわち、蒸発領域（２２）を含んでいるフラッシ
ュ分離モジュール（２１）、圧縮機構部を含んでいる圧
縮モジュール（２３）、および過熱低減領域（２５）と
凝縮領域（２６）とを含んでいる凝縮モジュール（２
４）とから成る、請求項１から請求項１３のいずれか１
項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１５】 前記蒸発領域（２２）は、フラッシュ
分離蒸発器の形に構成されおり、前記装置に戻された前
記冷水（２７）は、噴射管（２８）によって前記蒸発領
域（２２）に水滴の形で噴射される、請求項１から請求
項１４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１６】 前記各圧縮機構部（１、２）の吸入口
に、気液分離器すなわち脱ガス装置（１４、１５）が配
置されている、請求項１から請求項１５のいずれか１項
に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１７】 特殊な収束カウル（３０）が各圧縮機
構部（１、２）の吸入口に設けられており、その表面を
水が流れることができ、その表面の後縁は底部排水出口
（３２）を備えて水の慣性分離を行うことができる環状
の集水部（３１）で終端している、請求項１から請求項
１６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１８】 前記圧縮器翼車（１１、１２）の翼
は、吸い込まれた水が軸方向領域を出るまでこの水を導
くように設計されているリング（３３）によって、その
軸方向部が囲まれている、請求項１から請求項１７のい
ずれか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項１９】 前記圧縮器翼車（１１、１２）の翼
（３４）は、前記ローターの後面フランジ（３５）の平
面に対して鋭角をなしているか、または僅かに湾曲して
いて、それらが水を回転方向に移動させるのに役立つ、
請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載のヒート
ポンプ装置。 - 【請求項２０】 圧縮機構部の圧縮蒸気は、循環管路
（５、４１）によって、次の部分に案内され、該循環管
路（５、４１）は前記圧縮機構部の出口に半径方向のデ
ィフューザを備えていてもよく、該ディフューザは平滑
であっても羽根（３９，３９ａ）を有していてもよく、
さらにあるいは単独で軸方向に羽根を有していてもよ
く、必要により圧縮機構部の下流に追加された水噴射部
を有することもできる、請求項１から請求項１９のいず
れか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項２１】 前記圧縮機構部間の中間における過熱
低減は、凝縮器（２６）から送られ、管路（５８）を介
して前記蒸発領域（２２）に戻される水流の「膨張−フ
ラッシュ分離」と協働して、この水を部分的に冷却する
エコノマイザを構成している、請求項１から請求項２０
のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項２２】 凝縮は混合によって行われ、前記熱交
換は、前記圧縮器（１、２）からの蒸気相と、前記流体
冷却器の冷水用の戻り管路（４３）を経て供給され、噴
射管４２によって分散させられる液体粒子との間に生じ
させられる、請求項１から請求項２１のいずれか１項に
記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項２３】 前記凝縮領域（２６）内の液体の滞留
時間をできる限り長くするために、前記凝縮領域（２
６）は、接触表面を大きくして、向流のなかで循環する
蒸気を利用して攪拌を生じさせるラシヒリングなどの充
填物（４５）を有している、請求項２２に記載のヒート
ポンプ装置。 - 【請求項２４】 還流凝縮器を有している、請求項２２
または請求項２３に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項２５】 前記還流凝縮器は、第１の向流領域
（５３）と第２の向流領域（５５）とを有し、第１の向
流領域（５３）では、前記流体冷却器のリターン水が前
記凝縮器の噴射管（４２）で噴霧される前に冷媒として
供給される接触式熱交換器（５４）によって前記蒸気の
一部が凝縮され、第２の向流領域（５５）では、前記蒸
発領域（２２）からの少しの冷水流（５７）が冷媒とし
て供給される接触式熱交換器（５６）によって前記蒸気
の別の部分が凝縮される、請求項２４に記載のヒートポ
ンプ装置。 - 【請求項２６】 部分負荷で作動させるために、前記凝
縮領域（２６）から前記蒸発領域（２２）までに幾らか
の液体を流すための熱再利用回路を有している、請求項
１から請求項２５のいずれか１項に記載のヒートポンプ
装置。 - 【請求項２７】 夜間に余分の低温を生成し、冷水また
は氷の形でそれを保存し、そして昼間の間、その低温を
回収するように制御されている、請求項１から請求項２
６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。 - 【請求項２８】 電動機（６）の軸（１８）は、圧縮液
体（６０）の入口を有する水軸受（５９）によって支え
られており、前記圧縮液体（６０）は前記軸受の穴と前
記軸（１８）の表面との間にある空隙（６１）の動的作
用によって部分膨張させられ、その後、この空隙からの
出口（６２）においてさらに膨張および部分蒸発させら
れ、その後、蒸気および残留液体が整流板６４によって
沈降室（６３）に送り出される、請求項１から請求項２
７のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9913272A FR2800159B1 (fr) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | Installation de pompage de chaleur, notamment a fonction frigorifique |
| FR9913272 | 1999-10-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001165514A true JP2001165514A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=9551295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000325204A Pending JP2001165514A (ja) | 1999-10-25 | 2000-10-25 | 特に冷却機能を備えた、ヒートポンプ装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6397621B1 (ja) |
| EP (1) | EP1096209B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001165514A (ja) |
| AT (1) | ATE272197T1 (ja) |
| CA (1) | CA2323941A1 (ja) |
| DE (1) | DE60012450T2 (ja) |
| ES (1) | ES2225051T3 (ja) |
| FR (1) | FR2800159B1 (ja) |
| IL (1) | IL139125A (ja) |
| TW (1) | TW534971B (ja) |
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