JP2001241785A - Ｃｏ２冷媒ヒートポンプおよび融雪装置 - Google Patents
Ｃｏ２冷媒ヒートポンプおよび融雪装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＯ2 を冷媒としたヒートポンプを得る。
【解決手段】 ヒートポンプ１は、圧縮機１１の吐出側
に設けた凝縮器１５が第１冷却部１５ａと第２冷却部１
５ｂとを直列配置した構造をなす。第１冷却部１５ａに
は、温度多約１５℃程度の通常冷却水１６が供給され
る。第２冷却部１５ｂには、吸収冷凍機１９によって冷
却された温度が５〜７℃程度の冷水が供給され、ＣＯ2
冷媒を１０℃に冷却して液化して膨張弁１７に供給す
る。膨張弁１７を通った液体冷媒は、一部が気化して気
液分離機２７に貯溜される。気液分離機２７内の分離冷
媒液３１は、昇圧ポンプ３５によって昇圧されたのち、
蒸発器３７に供給されて気化し、圧縮機１１の中間段Ａ
ｃに供給される。気液分離機２７内の分離冷媒ガス２９
は、圧縮機１１の初段に吸引される。
に設けた凝縮器１５が第１冷却部１５ａと第２冷却部１
５ｂとを直列配置した構造をなす。第１冷却部１５ａに
は、温度多約１５℃程度の通常冷却水１６が供給され
る。第２冷却部１５ｂには、吸収冷凍機１９によって冷
却された温度が５〜７℃程度の冷水が供給され、ＣＯ2
冷媒を１０℃に冷却して液化して膨張弁１７に供給す
る。膨張弁１７を通った液体冷媒は、一部が気化して気
液分離機２７に貯溜される。気液分離機２７内の分離冷
媒液３１は、昇圧ポンプ３５によって昇圧されたのち、
蒸発器３７に供給されて気化し、圧縮機１１の中間段Ａ
ｃに供給される。気液分離機２７内の分離冷媒ガス２９
は、圧縮機１１の初段に吸引される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＯ2 を冷媒とす
るヒートポンプおよびこのヒートポンプを用いた融雪装
置に関する。
るヒートポンプおよびこのヒートポンプを用いた融雪装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、地下水を汲み上げて道路や屋根の
上にまいて雪を溶かしたり、あるいは、ボイラ等を焚い
て加熱した温水で雪を溶かすことが行われることは一般
的に知られている。また、地中の地熱を用いて不凍液を
暖めて熱交換器に送り、冷暖房あるいは融雪等の熱作業
を経済的に行うことも知られている（例えば、特許掲載
公報第２７００９９８号）。
上にまいて雪を溶かしたり、あるいは、ボイラ等を焚い
て加熱した温水で雪を溶かすことが行われることは一般
的に知られている。また、地中の地熱を用いて不凍液を
暖めて熱交換器に送り、冷暖房あるいは融雪等の熱作業
を経済的に行うことも知られている（例えば、特許掲載
公報第２７００９９８号）。
【０００３】同公報によれば、冬期には、深さ１５０ｍ
にも達する硬岩の地熱を不凍液により内筒、第１配管、
ポンプを介して熱交換器に送り、屋根上や路面上の雪を
溶解し、第２配管、チャンバー、内筒との隙間を通じ
て、二重管下部に導き循環させる。チャンバーが凍結の
おそれがあるときには、電熱器により加熱する。一方、
夏期には、路面上の熱を不凍液により熱交換器、第２配
管、チャンバー、内筒と外筒との隙間を通じて２重管下
部に導き、硬岩に蓄熱し、次いで内筒、第１配管、ポン
プを介して熱交換器へと循環される。
にも達する硬岩の地熱を不凍液により内筒、第１配管、
ポンプを介して熱交換器に送り、屋根上や路面上の雪を
溶解し、第２配管、チャンバー、内筒との隙間を通じ
て、二重管下部に導き循環させる。チャンバーが凍結の
おそれがあるときには、電熱器により加熱する。一方、
夏期には、路面上の熱を不凍液により熱交換器、第２配
管、チャンバー、内筒と外筒との隙間を通じて２重管下
部に導き、硬岩に蓄熱し、次いで内筒、第１配管、ポン
プを介して熱交換器へと循環される。
【０００４】これにより、不凍液が循環するだけなの
で、地盤沈下を生じない。また、熱容量の大きい硬岩の
地下熱を利用し、蓄熱器としても使えるので効果的であ
ることが記載されている。
で、地盤沈下を生じない。また、熱容量の大きい硬岩の
地下熱を利用し、蓄熱器としても使えるので効果的であ
ることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
地熱を用いて融雪を行なう場合、一般に、熱交換器とし
てヒートポンプが使用される。従来、ヒートポンプは、
冷媒（作動媒体）としてフロンが広く用いられていた。
しかしながら、フロンは、地球環境に大きな影響を与
え、地球温暖化係数の大きな物質の１つとして使用が禁
止されている。このため、アンモニアガスや二酸化炭素
（ＣＯ2 ）を冷媒としたヒートポンプが注目されてい
る。
地熱を用いて融雪を行なう場合、一般に、熱交換器とし
てヒートポンプが使用される。従来、ヒートポンプは、
冷媒（作動媒体）としてフロンが広く用いられていた。
しかしながら、フロンは、地球環境に大きな影響を与
え、地球温暖化係数の大きな物質の１つとして使用が禁
止されている。このため、アンモニアガスや二酸化炭素
（ＣＯ2 ）を冷媒としたヒートポンプが注目されてい
る。
【０００６】しかし、アンモニアガスを用いて道路およ
び屋根等の融雪を行う場合には、アンモニアガスが漏れ
ると周囲に大きな影響を与え、安全性に問題があり使用
することは危険である。また、冷媒としてＣＯ2 を使用
した場合、ヒートポンプの冷媒として作動圧力が非常に
高いため、臨界点を超えてしまってヒートポンプにおけ
る凝縮器の凝縮温度が４５℃以上を形成することは不可
能である。したがって、ＣＯ2 を冷媒としたヒートポン
プを単独では実現が困難でった。
び屋根等の融雪を行う場合には、アンモニアガスが漏れ
ると周囲に大きな影響を与え、安全性に問題があり使用
することは危険である。また、冷媒としてＣＯ2 を使用
した場合、ヒートポンプの冷媒として作動圧力が非常に
高いため、臨界点を超えてしまってヒートポンプにおけ
る凝縮器の凝縮温度が４５℃以上を形成することは不可
能である。したがって、ＣＯ2 を冷媒としたヒートポン
プを単独では実現が困難でった。
【０００７】本発明は、上記従来の問題点に着目し、Ｃ
Ｏ2 を冷媒としたヒートポンプを提供することを目的と
している。また、本発明は、エネルギー効率を向上する
ことを目的としている。さらに、本発明は、成績係数
（ＣＯＰ）を大きくして効率を高めることをことを目的
としている。
Ｏ2 を冷媒としたヒートポンプを提供することを目的と
している。また、本発明は、エネルギー効率を向上する
ことを目的としている。さらに、本発明は、成績係数
（ＣＯＰ）を大きくして効率を高めることをことを目的
としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るＣＯ2 冷媒ヒートポンプは、気体状Ｃ
Ｏ2 を圧縮する圧縮機と、この圧縮機が圧縮したＣＯ2
を冷却して液化する凝縮器と、この凝縮器が液化したＣ
Ｏ2 に熱を与えて気化させる蒸発器とを有し、前記凝縮
器は、順次温度の低い冷却水（通常冷却水及び吸収式冷
凍機冷水）が供給される複数の冷却部が直列配置してあ
ることを特徴としている。
に、本発明に係るＣＯ2 冷媒ヒートポンプは、気体状Ｃ
Ｏ2 を圧縮する圧縮機と、この圧縮機が圧縮したＣＯ2
を冷却して液化する凝縮器と、この凝縮器が液化したＣ
Ｏ2 に熱を与えて気化させる蒸発器とを有し、前記凝縮
器は、順次温度の低い冷却水（通常冷却水及び吸収式冷
凍機冷水）が供給される複数の冷却部が直列配置してあ
ることを特徴としている。
【０００９】凝縮器の出側には、膨張弁を介して減圧さ
れた液体ＣＯ2 を昇圧して蒸発器に供給する昇圧ポンプ
を設けることができる。また、本発明に係る融雪装置
は、請求項１ないし３のいずれか１に記載のＣＯ 2 冷媒
ヒートポンプを備え、前記蒸発器に接続されて地中の熱
を蒸発器に与える熱交換器と、前記凝縮器に接続され、
凝縮器から得た熱を輸送する融雪配管とを有することを
特徴としている。冬期に地中に蓄熱された冷熱は夏場に
ブライン循環ポンプにより、冷熱を放出する季節間の蓄
熱ヒートポンプを提供するものである。
れた液体ＣＯ2 を昇圧して蒸発器に供給する昇圧ポンプ
を設けることができる。また、本発明に係る融雪装置
は、請求項１ないし３のいずれか１に記載のＣＯ 2 冷媒
ヒートポンプを備え、前記蒸発器に接続されて地中の熱
を蒸発器に与える熱交換器と、前記凝縮器に接続され、
凝縮器から得た熱を輸送する融雪配管とを有することを
特徴としている。冬期に地中に蓄熱された冷熱は夏場に
ブライン循環ポンプにより、冷熱を放出する季節間の蓄
熱ヒートポンプを提供するものである。
【００１０】
【作用】上記のごとく構成した本発明に係るＣＯ2 冷媒
ヒートポンプは、圧縮機で圧縮した高温のＣＯ2 冷媒ガ
スを、少なくとも２段階、即ち、多段階で冷却するとと
もに、後段側の冷却水の温度を順次低くしてあるため、
容易にＣＯ2 冷媒の温度を臨界点より低い温度で液化す
ることができる。
ヒートポンプは、圧縮機で圧縮した高温のＣＯ2 冷媒ガ
スを、少なくとも２段階、即ち、多段階で冷却するとと
もに、後段側の冷却水の温度を順次低くしてあるため、
容易にＣＯ2 冷媒の温度を臨界点より低い温度で液化す
ることができる。
【００１１】そして、蒸発器のＣＯ2 の流入側に昇圧ポ
ンプを設け、膨張弁により減圧した液体ＣＯ2 冷媒を昇
圧ポンプで昇圧して蒸発器に供給すると、蒸発器で気化
したＣＯ2 が高圧となっているために圧縮機の中間段に
供給することが可能となり、圧縮効率が向上する。すな
わち、気体を昇圧するより液体を昇圧する方が容易で、
低エネルギーで行なうことができ、成績係数を向上させ
ることができる。
ンプを設け、膨張弁により減圧した液体ＣＯ2 冷媒を昇
圧ポンプで昇圧して蒸発器に供給すると、蒸発器で気化
したＣＯ2 が高圧となっているために圧縮機の中間段に
供給することが可能となり、圧縮効率が向上する。すな
わち、気体を昇圧するより液体を昇圧する方が容易で、
低エネルギーで行なうことができ、成績係数を向上させ
ることができる。
【００１２】また、冷却部後段の冷却水として、吸収冷
凍機により冷却した水を用いると、約５℃から７℃の冷
水が得られ、ＣＯ2 を確実に液化温度まで冷却すること
ができ、高い成績係数のヒートポンプが得られる。
凍機により冷却した水を用いると、約５℃から７℃の冷
水が得られ、ＣＯ2 を確実に液化温度まで冷却すること
ができ、高い成績係数のヒートポンプが得られる。
【００１３】そして、本発明に係る融雪装置は、ＣＯ2
を冷媒としたヒートポンプを用いたことにより、地球環
境にやさしい融雪装置を実現することができるととも
に、冷媒が漏れたとしても、アンモニアガスのような危
険がなく、安全性の高く、また成績係数の優れた融雪装
置を実現することができる。
を冷媒としたヒートポンプを用いたことにより、地球環
境にやさしい融雪装置を実現することができるととも
に、冷媒が漏れたとしても、アンモニアガスのような危
険がなく、安全性の高く、また成績係数の優れた融雪装
置を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るＣＯ2 冷媒
ヒートポンプおよび融雪装置の好ましい実施の形態を、
添付図面に従って詳細に説明する。図１は本発明の第１
実施形態に係るＣＯ2 冷媒ヒートポンプの全体概念図で
あり、図２はＣＯ2 冷媒ヒートポンプの冷凍サイクル図
（絶対圧力Ｐ−エンタルピーｈの線図）である。
ヒートポンプおよび融雪装置の好ましい実施の形態を、
添付図面に従って詳細に説明する。図１は本発明の第１
実施形態に係るＣＯ2 冷媒ヒートポンプの全体概念図で
あり、図２はＣＯ2 冷媒ヒートポンプの冷凍サイクル図
（絶対圧力Ｐ−エンタルピーｈの線図）である。
【００１５】図１あるいは図２において、ヒートポンプ
１は、圧縮機１１が電動モータ１３で駆動されて気体状
のＣＯ2 冷媒（以下、冷媒ガスという）を圧縮する。圧
縮機１１は、冷媒ガスを出口における圧力で、例えば４
６ａｔ（約４５０．８Ｎ／ｃｍ2 ）に圧縮している。圧
縮機１１により圧縮された冷媒ガスは、凝縮器１５で凝
縮されて膨張弁１７に送られる。凝縮器１５は、第１冷
却部１５ａおよび第２冷却部１５ｂを直列に配置した２
段に形成されており、圧縮機１１により加圧された冷媒
ガスを冷却して１０℃のＣＯ2 冷媒圧縮液（以下、冷媒
圧縮液という）にしている。
１は、圧縮機１１が電動モータ１３で駆動されて気体状
のＣＯ2 冷媒（以下、冷媒ガスという）を圧縮する。圧
縮機１１は、冷媒ガスを出口における圧力で、例えば４
６ａｔ（約４５０．８Ｎ／ｃｍ2 ）に圧縮している。圧
縮機１１により圧縮された冷媒ガスは、凝縮器１５で凝
縮されて膨張弁１７に送られる。凝縮器１５は、第１冷
却部１５ａおよび第２冷却部１５ｂを直列に配置した２
段に形成されており、圧縮機１１により加圧された冷媒
ガスを冷却して１０℃のＣＯ2 冷媒圧縮液（以下、冷媒
圧縮液という）にしている。
【００１６】この凝縮器１５の第１冷却部１５ａは、例
えば、先ず通常の冷却水（以下、通常冷却水という）１
６が供給され、温度約１５℃の通常冷却水１６より冷媒
ガスを冷却している。次に、第２冷却部１５ｂは、吸収
冷凍機１９により廃熱を利用して通常冷却水よりも低い
温度に冷却された約５℃から７℃の冷たい冷却水が供給
され、冷媒ガスを約１０℃に冷却して液体ＣＯ2 にして
いる。
えば、先ず通常の冷却水（以下、通常冷却水という）１
６が供給され、温度約１５℃の通常冷却水１６より冷媒
ガスを冷却している。次に、第２冷却部１５ｂは、吸収
冷凍機１９により廃熱を利用して通常冷却水よりも低い
温度に冷却された約５℃から７℃の冷たい冷却水が供給
され、冷媒ガスを約１０℃に冷却して液体ＣＯ2 にして
いる。
【００１７】凝縮器１５により液化された冷媒圧縮液
は、膨張弁１７に送られ膨張して減圧され、一部が気化
してタンクである氣液分離器２７に貯溜される。氣液分
離器２７では、ＣＯ2 分離冷媒ガス２９（以下、分離冷
媒ガス２９という）とＣＯ2 分離冷媒液３１（以下、分
離冷媒液３１という）とに分離される。氣液分離器２７
は図示しないデミスタと液面制御用機器が敷設されてい
る。分離された分離冷媒ガス２９は、デミスタを経由し
て戻し配管３３を介して圧縮機１１の初段に吸引され、
圧力が４６ａｔ（約４５０．８Ｎ／ｃｍ2 ）に再度昇圧
される。他方では、分離された分離冷媒液３１は、昇圧
ポンプ３５により昇圧されたのち、蒸発器３７において
熱交換して気化し、第１冷媒ガス４５となり、第１戻し
配管４９を経て圧縮機１１の中間段（Ａｃ）に供給され
る。
は、膨張弁１７に送られ膨張して減圧され、一部が気化
してタンクである氣液分離器２７に貯溜される。氣液分
離器２７では、ＣＯ2 分離冷媒ガス２９（以下、分離冷
媒ガス２９という）とＣＯ2 分離冷媒液３１（以下、分
離冷媒液３１という）とに分離される。氣液分離器２７
は図示しないデミスタと液面制御用機器が敷設されてい
る。分離された分離冷媒ガス２９は、デミスタを経由し
て戻し配管３３を介して圧縮機１１の初段に吸引され、
圧力が４６ａｔ（約４５０．８Ｎ／ｃｍ2 ）に再度昇圧
される。他方では、分離された分離冷媒液３１は、昇圧
ポンプ３５により昇圧されたのち、蒸発器３７において
熱交換して気化し、第１冷媒ガス４５となり、第１戻し
配管４９を経て圧縮機１１の中間段（Ａｃ）に供給され
る。
【００１８】蒸発器３７には、ブラインが通流する管路
４６、４８を介して冷房装置などの負荷５０が接続して
ある。そして、管路４８には、ブライン循環ポンプ３９
が設けてあり、蒸発器３７において分離冷媒液３１と熱
交換して冷却されたブラインを負荷５０に供給する。
４６、４８を介して冷房装置などの負荷５０が接続して
ある。そして、管路４８には、ブライン循環ポンプ３９
が設けてあり、蒸発器３７において分離冷媒液３１と熱
交換して冷却されたブラインを負荷５０に供給する。
【００１９】上記のごとく構成した実施形態のヒートポ
ンプ１の作用を、図２に示す冷凍サイクル図によって説
明する。図２の冷凍サイクル図は、縦軸に絶対圧力Ｐ
（ａｔ）を、横軸にエンタルピーｈ（ｋＪ／ｋｇ）を示
し、図中の曲線Ｓは、冷媒ＣＯ 2 の蒸気線である。蒸気
線Ｓの頂点Ｓｔは臨界点であり、その右側の線Ｓｇは飽
和蒸気線であり、左側の線Ｓｗは飽和液線を示す。
ンプ１の作用を、図２に示す冷凍サイクル図によって説
明する。図２の冷凍サイクル図は、縦軸に絶対圧力Ｐ
（ａｔ）を、横軸にエンタルピーｈ（ｋＪ／ｋｇ）を示
し、図中の曲線Ｓは、冷媒ＣＯ 2 の蒸気線である。蒸気
線Ｓの頂点Ｓｔは臨界点であり、その右側の線Ｓｇは飽
和蒸気線であり、左側の線Ｓｗは飽和液線を示す。
【００２０】気液分離器２７中のＣＯ2 冷媒は、図２の
ｉ点の状態にある。すなわち、気液分離器２７内のＣＯ
2 冷媒は、圧力１４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃ
ｍ2 ）、温度−３０℃、エンタルピー１０６．５ｋＪ／
ｋｇの気液混合状態にある。圧縮機１１は、電動モータ
１３により駆動されて作動し、氣液分離器２７により分
離された圧力が１４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃ
ｍ2 ）で、かつ、温度が−３０℃の分離冷媒ガス２９が
戻し配管３３を経由して初段に吸引している。この吸引
された分離冷媒ガス２９は、圧縮機１１で図２のｉ−ａ
−ｂに沿って断熱圧縮され中間段に流入する。
ｉ点の状態にある。すなわち、気液分離器２７内のＣＯ
2 冷媒は、圧力１４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃ
ｍ2 ）、温度−３０℃、エンタルピー１０６．５ｋＪ／
ｋｇの気液混合状態にある。圧縮機１１は、電動モータ
１３により駆動されて作動し、氣液分離器２７により分
離された圧力が１４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃ
ｍ2 ）で、かつ、温度が−３０℃の分離冷媒ガス２９が
戻し配管３３を経由して初段に吸引している。この吸引
された分離冷媒ガス２９は、圧縮機１１で図２のｉ−ａ
−ｂに沿って断熱圧縮され中間段に流入する。
【００２１】一方、気液分離器２７の分離冷媒液３１
は、昇圧ポンプ３７によってｉ−ｇ−ｆの線に沿って１
４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃｍ2 ）から３６ａｔ
（約３５２．８Ｎ／ｃｍ2 ）に昇圧され、蒸発器３７に
供給される。そして、分離冷媒液３１は、蒸発器３７に
おいて管路４６を介して蒸発器３７に流入したブライン
と熱交換し、図２のｆ−ｈ−ｃのようにブラインに冷熱
を与えて気化し、温度０℃、エンタルピー１５６ｋＪ／
ｋｇの第１冷媒ガス４５となって圧縮機１１の中間段Ａ
ｃに供給される。
は、昇圧ポンプ３７によってｉ−ｇ−ｆの線に沿って１
４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃｍ2 ）から３６ａｔ
（約３５２．８Ｎ／ｃｍ2 ）に昇圧され、蒸発器３７に
供給される。そして、分離冷媒液３１は、蒸発器３７に
おいて管路４６を介して蒸発器３７に流入したブライン
と熱交換し、図２のｆ−ｈ−ｃのようにブラインに冷熱
を与えて気化し、温度０℃、エンタルピー１５６ｋＪ／
ｋｇの第１冷媒ガス４５となって圧縮機１１の中間段Ａ
ｃに供給される。
【００２２】中間段Ａｃに供給された第１冷媒ガス４５
は、ｂ点の状態まで断熱圧縮された分離冷媒ガス２９と
混合され、ｂａ点の状態となる。この混合されたガス
は、圧縮機１１によってさらにｂａ−ｄのように圧力４
６ａｔ（約４５０．８Ｎ／ｃｍ 2 ）まで圧縮され、圧縮
機１１から高温冷媒となって吐出される。このときの高
温冷媒のエンタルピーは、１５９ｋＪ／ｋｇである。そ
して、圧縮機１１から出た高温の冷媒ガスは、凝縮器１
５を形成している冷却部１５ａ、１５ｂによって図２の
ｄ−ｄａ−ｅのように１０℃に冷却され、凝縮されて液
化する。すなわち、高温冷媒ガスは、第１冷却部１５ａ
において温度３０℃程度の通常冷却水１６によって冷却
されたのち、第２冷却部１５ｂにおいて、温度５〜７℃
の吸収冷凍機１９の冷水によって１０℃、エンタルピー
１０６．５ｋＪ／ｋｇまで冷却されて液化される。液化
したＣＯ2 は、膨張弁１７を通過して断熱膨張し、図２
のｅ−ｈ−ｉのように圧力４６ａｔ（約４５０．８Ｎ／
ｃｍ2 ）から圧力１４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃｍ
2 ）まで減圧される。以下、前記と同様のサイクルが繰
り返される。
は、ｂ点の状態まで断熱圧縮された分離冷媒ガス２９と
混合され、ｂａ点の状態となる。この混合されたガス
は、圧縮機１１によってさらにｂａ−ｄのように圧力４
６ａｔ（約４５０．８Ｎ／ｃｍ 2 ）まで圧縮され、圧縮
機１１から高温冷媒となって吐出される。このときの高
温冷媒のエンタルピーは、１５９ｋＪ／ｋｇである。そ
して、圧縮機１１から出た高温の冷媒ガスは、凝縮器１
５を形成している冷却部１５ａ、１５ｂによって図２の
ｄ−ｄａ−ｅのように１０℃に冷却され、凝縮されて液
化する。すなわち、高温冷媒ガスは、第１冷却部１５ａ
において温度３０℃程度の通常冷却水１６によって冷却
されたのち、第２冷却部１５ｂにおいて、温度５〜７℃
の吸収冷凍機１９の冷水によって１０℃、エンタルピー
１０６．５ｋＪ／ｋｇまで冷却されて液化される。液化
したＣＯ2 は、膨張弁１７を通過して断熱膨張し、図２
のｅ−ｈ−ｉのように圧力４６ａｔ（約４５０．８Ｎ／
ｃｍ2 ）から圧力１４．５ａｔ（約１４２．１Ｎ／ｃｍ
2 ）まで減圧される。以下、前記と同様のサイクルが繰
り返される。
【００２３】一方、蒸発器３７において分離冷媒液３１
から冷熱を受け取ったブラインは、配管４８を介してブ
ライン循環ポンプ３９に吸引され、冷房装置などの負荷
５０に供給される。そして、ブラインは、負荷５０にお
いて熱を受け取り、管路４６を介して蒸発器３７に輸送
し、分離冷媒液３１に与える。
から冷熱を受け取ったブラインは、配管４８を介してブ
ライン循環ポンプ３９に吸引され、冷房装置などの負荷
５０に供給される。そして、ブラインは、負荷５０にお
いて熱を受け取り、管路４６を介して蒸発器３７に輸送
し、分離冷媒液３１に与える。
【００２４】このように、実施の形態においては、圧縮
機１１から吐出された高温のＣＯ2冷媒を第１冷却部１
５ａ、第２冷却部１５ｂを直列配置した凝縮器１５によ
って冷却しているため、高温のＣＯ2 冷媒を容易に臨界
点以下の温度に冷却して液化することができる。また、
冷媒はＣＯ2 であるため、漏れたとしても環境破壊や危
険のなく、環境にやさしい安全なヒートポンプを実現す
ることができる。しかも、凝縮器１５の後段の冷却部で
ある第２冷却部１５ｂの冷却水として吸収冷凍機１９に
よって冷却した冷水を使用しているため、ＣＯ2 を確実
に臨界温度以下に冷却して液化することができる。ま
た、実施の形態においては、蒸発器３７に供給する分離
冷媒液３１を昇圧ポンプ３５によって昇圧し、この昇圧
された状態で気化した第１冷媒ガス４５を圧縮機１１の
中間段Ａｃに供給するようにしているため、低圧のガス
を圧縮するよりも効率よく低エネルギーで圧縮すること
ができ、ヒートポンプ１の成績係数を高めることができ
る。
機１１から吐出された高温のＣＯ2冷媒を第１冷却部１
５ａ、第２冷却部１５ｂを直列配置した凝縮器１５によ
って冷却しているため、高温のＣＯ2 冷媒を容易に臨界
点以下の温度に冷却して液化することができる。また、
冷媒はＣＯ2 であるため、漏れたとしても環境破壊や危
険のなく、環境にやさしい安全なヒートポンプを実現す
ることができる。しかも、凝縮器１５の後段の冷却部で
ある第２冷却部１５ｂの冷却水として吸収冷凍機１９に
よって冷却した冷水を使用しているため、ＣＯ2 を確実
に臨界温度以下に冷却して液化することができる。ま
た、実施の形態においては、蒸発器３７に供給する分離
冷媒液３１を昇圧ポンプ３５によって昇圧し、この昇圧
された状態で気化した第１冷媒ガス４５を圧縮機１１の
中間段Ａｃに供給するようにしているため、低圧のガス
を圧縮するよりも効率よく低エネルギーで圧縮すること
ができ、ヒートポンプ１の成績係数を高めることができ
る。
【００２５】なお、前記実施形態においては、多段の圧
縮機１１を使用した場合について説明したが、複数（例
えば２台）の圧縮機を直列に接続して使用してもよい。
また、前記実施形態においては、凝縮器１５の冷却部が
２つである場合について説明したが、冷却部を３つ以上
にしてもよい。
縮機１１を使用した場合について説明したが、複数（例
えば２台）の圧縮機を直列に接続して使用してもよい。
また、前記実施形態においては、凝縮器１５の冷却部が
２つである場合について説明したが、冷却部を３つ以上
にしてもよい。
【００２６】図３は、図１に示した第１実施形態に係る
ヒートポンプを融雪装置に適用した例を示したものであ
る。図３において、融雪装置は、ヒートポンプ１を構成
している凝縮器１５の第１冷却部１５ａに融雪器（融雪
配管）２３が接続してある。第１冷却部１５ａに供給さ
れた不凍液などの融雪用ブラインは、凝縮器１５より熱
を受けて温度が上昇し、第１融雪配管２１ａを経て融雪
器２３に送られる。融雪器２３では、地上の道路、屋根
等に積雪した雪を溶かし、融雪用ブラインの温度は低下
する。この温度が低下した融雪用ブラインは、融雪用循
環ポンプ２５から第２融雪配管２１ｂを経て再度第１冷
却部１５ａに供給される。上記の融雪器２３は、夏場に
は冷却塔にかわり凝縮器１５からの熱を放出する。
ヒートポンプを融雪装置に適用した例を示したものであ
る。図３において、融雪装置は、ヒートポンプ１を構成
している凝縮器１５の第１冷却部１５ａに融雪器（融雪
配管）２３が接続してある。第１冷却部１５ａに供給さ
れた不凍液などの融雪用ブラインは、凝縮器１５より熱
を受けて温度が上昇し、第１融雪配管２１ａを経て融雪
器２３に送られる。融雪器２３では、地上の道路、屋根
等に積雪した雪を溶かし、融雪用ブラインの温度は低下
する。この温度が低下した融雪用ブラインは、融雪用循
環ポンプ２５から第２融雪配管２１ｂを経て再度第１冷
却部１５ａに供給される。上記の融雪器２３は、夏場に
は冷却塔にかわり凝縮器１５からの熱を放出する。
【００２７】一方、蒸発器３７には、循環路５２、５４
を介して熱交換器４１が接続してある。熱交換器４１
は、例えば内管４２と外管４４とを有する二重管構造を
なしている。熱交換器４１は、地中Ｇｒに配置され、地
中の熱（約十数℃から２０℃以上）を受けて、この熱を
ブラインを介して熱交換器３５に輸送する。すなわち、
熱交換器４１は、内管４２と外管４４との間の流路４０
に、循環路５４に設けたブライン循環ポンプ３９により
送り出された、例えば不凍液からなるブライン４７が流
入し、地熱により暖められたブラインが熱交換器４１の
内管４２、循環路５２を通って蒸発器３７に流入する。
これを逆に言えば、地中に冷熱が蓄積されているとも言
え、それを夏場に開放することができる。このために、
循環路５２には、夏場用負荷６０が配設されており、熱
交換器４１から冷熱されたブライン４７を受けて冷却に
使用することができる。なお、他の構成は、前記第１実
施形態と同様である。また、熱交換器は、二重管構造に
限定されず、また地熱を汲み出すものにも限定されな
い。
を介して熱交換器４１が接続してある。熱交換器４１
は、例えば内管４２と外管４４とを有する二重管構造を
なしている。熱交換器４１は、地中Ｇｒに配置され、地
中の熱（約十数℃から２０℃以上）を受けて、この熱を
ブラインを介して熱交換器３５に輸送する。すなわち、
熱交換器４１は、内管４２と外管４４との間の流路４０
に、循環路５４に設けたブライン循環ポンプ３９により
送り出された、例えば不凍液からなるブライン４７が流
入し、地熱により暖められたブラインが熱交換器４１の
内管４２、循環路５２を通って蒸発器３７に流入する。
これを逆に言えば、地中に冷熱が蓄積されているとも言
え、それを夏場に開放することができる。このために、
循環路５２には、夏場用負荷６０が配設されており、熱
交換器４１から冷熱されたブライン４７を受けて冷却に
使用することができる。なお、他の構成は、前記第１実
施形態と同様である。また、熱交換器は、二重管構造に
限定されず、また地熱を汲み出すものにも限定されな
い。
【００２８】このように構成した融雪装置は、熱交換器
４１においてブライン４７が地熱を受け取って蒸発器３
７に輸送し、分離冷媒液３１に地熱を与える。分離冷媒
液３１は、ブライン４７から地熱を受けて気化し、第１
冷媒ガス４５となって圧縮機１１の中間段Ａｃに供給さ
れる。また、圧縮機１１によって圧縮されて高温となっ
たＣＯ2 冷媒は、凝縮器１５の第１冷却部１５ａにおい
て融雪用ブラインによって冷却されたのち、第２冷却部
１５ｂにおいて吸収冷凍機１９からの冷水によって１０
℃に冷却され、液化する。第１冷却部１５ａにおいて高
温のＣＯ2 冷媒と熱交換した融雪用ブラインは、第１融
雪配管２１ａを介して融雪器２３に搬送され、雪を融か
したのち第２融雪配管２１ｂを介して第１冷却部１５ａ
に戻される。
４１においてブライン４７が地熱を受け取って蒸発器３
７に輸送し、分離冷媒液３１に地熱を与える。分離冷媒
液３１は、ブライン４７から地熱を受けて気化し、第１
冷媒ガス４５となって圧縮機１１の中間段Ａｃに供給さ
れる。また、圧縮機１１によって圧縮されて高温となっ
たＣＯ2 冷媒は、凝縮器１５の第１冷却部１５ａにおい
て融雪用ブラインによって冷却されたのち、第２冷却部
１５ｂにおいて吸収冷凍機１９からの冷水によって１０
℃に冷却され、液化する。第１冷却部１５ａにおいて高
温のＣＯ2 冷媒と熱交換した融雪用ブラインは、第１融
雪配管２１ａを介して融雪器２３に搬送され、雪を融か
したのち第２融雪配管２１ｂを介して第１冷却部１５ａ
に戻される。
【００２９】このように構成した実施形態においては、
環境にやさしい、安全性の高い、成績係数の大きな融雪
装置とすることができる。なお、第１冷却部１５ａに、
前記実施形態と同様に、温度３０℃程度の通常の冷却水
供給し、蒸発器３７においてブライン４７に冷熱を与
え、熱交換器４１を介してブライン４７が輸送する冷熱
を地中Ｇｒに蓄熱するようにしている。この冷熱は夏場
用負荷６０を用いて夏場に冷却として用いることができ
る。
環境にやさしい、安全性の高い、成績係数の大きな融雪
装置とすることができる。なお、第１冷却部１５ａに、
前記実施形態と同様に、温度３０℃程度の通常の冷却水
供給し、蒸発器３７においてブライン４７に冷熱を与
え、熱交換器４１を介してブライン４７が輸送する冷熱
を地中Ｇｒに蓄熱するようにしている。この冷熱は夏場
用負荷６０を用いて夏場に冷却として用いることができ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、圧縮機で圧縮した
高温のＣＯ2 冷媒ガスを、少なくとも２段階、即ち、多
段階で冷却するとともに、後段側の冷却水の温度を順次
低くしてあるため、容易に高温のＣＯ2 冷媒の温度を臨
界点より低い温度に冷却することができ、ＣＯ2 を確実
に液化することができる。そして、蒸発器のＣＯ2 の流
入側に昇圧ポンプを設け、膨張弁により減圧した液体Ｃ
Ｏ2 冷媒を昇圧ポンプで昇圧して蒸発器に供給すると、
蒸発器で気化したＣＯ2 が高圧となっているために圧縮
機の中間段に供給することが可能となり、圧縮効率が向
上する。
高温のＣＯ2 冷媒ガスを、少なくとも２段階、即ち、多
段階で冷却するとともに、後段側の冷却水の温度を順次
低くしてあるため、容易に高温のＣＯ2 冷媒の温度を臨
界点より低い温度に冷却することができ、ＣＯ2 を確実
に液化することができる。そして、蒸発器のＣＯ2 の流
入側に昇圧ポンプを設け、膨張弁により減圧した液体Ｃ
Ｏ2 冷媒を昇圧ポンプで昇圧して蒸発器に供給すると、
蒸発器で気化したＣＯ2 が高圧となっているために圧縮
機の中間段に供給することが可能となり、圧縮効率が向
上する。
【００３１】そして、本発明に係る融雪装置は、ＣＯ2
を冷媒としたヒートポンプを用いたことにより、地球環
境にやさしい融雪装置を実現することができるととも
に、冷媒が漏れたとしても、アンモニアガスのような危
険がなく、安全性の高く、また成績係数の優れた融雪装
置を実現することができる。
を冷媒としたヒートポンプを用いたことにより、地球環
境にやさしい融雪装置を実現することができるととも
に、冷媒が漏れたとしても、アンモニアガスのような危
険がなく、安全性の高く、また成績係数の優れた融雪装
置を実現することができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＯ2 冷媒ヒート
ポンプの全体概念図である。
ポンプの全体概念図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＣＯ2 冷媒ヒート
ポンプの作用を説明するための冷凍サイクル図である。
ポンプの作用を説明するための冷凍サイクル図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るＣＯ2 冷媒ヒート
ポンプを適用した融雪装置の説明図である。
ポンプを適用した融雪装置の説明図である。
１………ヒートポンプ、１１………圧縮機、１５………
凝縮器、１５ａ………第１冷却部、１５ｂ………第２冷
却部、１７………膨張弁、１９………吸収冷凍機、２３
………融雪配管（融雪器）、２７………タンク（氣液分
離器）、２９………ＣＯ2 分離冷媒ガス、３１………Ｃ
Ｏ2 分離冷媒液、３５………昇圧ポンプ、３７………蒸
発器、３９………ブライン循環ポンプ、４１………熱交
換器、４９………第１戻し配管、５０………負荷、６０
………夏場用負荷、
凝縮器、１５ａ………第１冷却部、１５ｂ………第２冷
却部、１７………膨張弁、１９………吸収冷凍機、２３
………融雪配管（融雪器）、２７………タンク（氣液分
離器）、２９………ＣＯ2 分離冷媒ガス、３１………Ｃ
Ｏ2 分離冷媒液、３５………昇圧ポンプ、３７………蒸
発器、３９………ブライン循環ポンプ、４１………熱交
換器、４９………第１戻し配管、５０………負荷、６０
………夏場用負荷、
Claims (4)
- 【請求項１】 気体状ＣＯ2 を圧縮する圧縮機と、この
圧縮機が圧縮したＣＯ2 を冷却して液化する凝縮器と、
この凝縮器が液化したＣＯ2 に熱を与えて気化させる蒸
発器とを有し、前記凝縮器は、順次温度の低い冷却水が
供給される複数の冷却部が直列配置してあることを特徴
とするするＣＯ2 冷媒ヒートポンプ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のＣＯ2 冷媒ヒートポン
プにおいて、前記凝縮器の出側には、膨張弁を介して減
圧された液体ＣＯ2 を昇圧して前記蒸発器に供給する昇
圧ポンプを設けたことを特徴とするＣＯ2 冷媒ヒートポ
ンプ。 - 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載のＣＯ
2 冷媒ヒートポンプにおいて、前記冷却部の後段の冷却
水は、吸収冷凍機により冷却してあることを特徴とする
ＣＯ2 冷媒ヒートポンプ。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１に
記載のＣＯ2 冷媒ヒートポンプを備え、前記蒸発器に接
続されて地中の熱を蒸発器に与える熱交換器と、前記凝
縮器に接続され、凝縮器から得た熱を輸送する融雪配管
とを有することを特徴とする融雪装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051184A JP2001241785A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Ｃｏ２冷媒ヒートポンプおよび融雪装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051184A JP2001241785A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Ｃｏ２冷媒ヒートポンプおよび融雪装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001241785A true JP2001241785A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=18572857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000051184A Withdrawn JP2001241785A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Ｃｏ２冷媒ヒートポンプおよび融雪装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001241785A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006194569A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Sanden Corp | 冷凍システム |
| US9194615B2 (en) | 2013-04-05 | 2015-11-24 | Marc-Andre Lesmerises | CO2 cooling system and method for operating same |
| US20210355639A1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | Southwest University Of Science And Technology | Vertical ground heat exchanger for reducing temperature in carbonaceous shale rock mass and preventing roadbed frost heave |
| US11656005B2 (en) | 2015-04-29 | 2023-05-23 | Gestion Marc-André Lesmerises Inc. | CO2 cooling system and method for operating same |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000051184A patent/JP2001241785A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006194569A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Sanden Corp | 冷凍システム |
| US9194615B2 (en) | 2013-04-05 | 2015-11-24 | Marc-Andre Lesmerises | CO2 cooling system and method for operating same |
| US11656005B2 (en) | 2015-04-29 | 2023-05-23 | Gestion Marc-André Lesmerises Inc. | CO2 cooling system and method for operating same |
| US20210355639A1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | Southwest University Of Science And Technology | Vertical ground heat exchanger for reducing temperature in carbonaceous shale rock mass and preventing roadbed frost heave |
| US11549222B2 (en) * | 2020-05-13 | 2023-01-10 | Southwest University Of Science And Technology | Vertical ground heat exchanger for reducing temperature in carbonaceous shale rock mass and preventing roadbed frost heave |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070501 |