JP2003156265A

JP2003156265A - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JP2003156265A
Application number: JP2001342066A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ishii; 徹哉石井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】熱源の熱をヒートポンプで更に汲み上げて熱
利用系に供給するヒートポンプシステムにおいて、熱源
とヒートポンプとの熱交換効率を良好に保つ。【解決手段】燃料電池３０（熱源）と貯湯槽１０（熱
利用系）との間にヒートポンプ２０が介在されている。
ヒートポンプ２０の蒸発器２４には、冷媒として水が液
相状態で貯えられている。この水に、空気（非凝縮性気
体）が混入されて気泡になり、この気泡中に水分子が蒸
発する。蒸発器２４の水の一部は、燃料電池３０の熱交
換路３１に送られて加温された後、蒸発器２４に戻され
る。上記の空気混入によって、蒸発器２４の圧力が高め
られ、ひいては熱交換路３１で水の沸騰が起きないよう
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例え
ば、特開平１０−１９７０６０号公報に記載のシステム
では、貯湯槽に燃料電池を接続し、燃料電池の排熱で貯
湯槽を加温している。これによって、排熱の有効利用を
図ることができる。しかし、燃料電池の排熱は、一般に
６０℃程度である。そのため、貯湯槽の湯を高温にでき
ず、蓄熱効率が低い。したがって、風呂などの需要に応
えるには貯湯槽を大型化しなければならない等の問題が
あった。そこで、貯湯槽と燃料電池の間にヒートポンプ
を介在させ、燃料電池の低温排熱をヒートポンプで高温
に汲み上げることにすれば、貯湯槽の水を十分高温にで
き、蓄熱効率を高めることができる。

【０００３】しかし、その場合、ヒートポンプの冷媒を
蒸発器から燃料電池に導いて加温する際、冷媒が沸騰す
ると、熱交換効率が低下する。本発明は、上記事情に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、燃
料電池などの熱源の熱を汲み上げて貯湯槽などの熱利用
系に渡すヒートポンプシステムや、冷熱利用系から熱を
奪い（冷熱を渡し）奪った熱を放熱器から放出するヒー
トポンプシステムにおいて、熱源や放熱器とヒートポン
プとの熱交換効率を良好に保つことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１態様に係る
ヒートポンプシステムは、ヒートポンプと熱源と熱利用
系を備えている。上記ヒートポンプは、冷媒を通す冷媒
通路を有し、この冷媒通路に膨張手段と蒸発器と圧縮機
と凝縮器とが順次設けられている。冷媒として、水など
の常温常圧で液相になる凝縮性流体を用いてもよく、フ
ロンなどの常温常圧で気相になる凝縮性流体を用いても
よい。上記蒸発器は、タンク状をなしており、上記冷媒
が液相で貯えられている。この液相冷媒に、空気などの
非凝縮性気体の混合気体が未飽和状態で混入されて気泡
となり、この気泡中に冷媒分子が蒸発する。非凝縮性気
体は、冷媒を劣化させないものであることが望ましい。
上記熱源は、上記冷媒の一部を上記蒸発器から取り込ん
で加温した後、上記蒸発器に戻すものであり、例えば、
燃料電池、太陽熱集熱器、別途に設けたサブヒートポン
プの凝縮器、空気から採熱する空気採熱器などである。
上記熱利用系は、上記凝縮器の凝縮熱を利用するもので
あり、例えば、上記凝縮熱で加温された給湯用水を貯え
る貯湯槽や、上記凝縮熱で室内を暖房する室内暖房器な
どである。これによって、給湯用ヒートポンプシステム
や暖房用ヒートポンプシステムを構成できる。かかるヒ
ートポンプシステムにおいて、上記非凝縮性気体の混入
によって、上記蒸発器が、上記熱源での冷媒の沸騰が起
きない圧力になっている。上記蒸発器の圧力は、上記熱
源で加温後の冷媒の温度に対する飽和蒸気圧より高くな
るように設定されているのが望ましい。さらに、熱源中
の最高温度に対する飽和蒸気圧より高くなるように設定
するのが望ましい。これにより、冷媒が全く沸騰せず、
採熱効率を確実に高くすることができる。

【０００５】上記凝縮器が、タンク状をなし、上記冷媒
を液相状態で貯えていてもよい。この凝縮器中の液相冷
媒に、上記圧縮機で圧縮された気相冷媒と非凝縮性気体
との混合気体が気泡となって混入され、この気泡中の気
相冷媒が凝縮する。このタンク状凝縮器の液相冷媒の一
部が、上記熱利用系に送られて凝縮熱を奪われた後、凝
縮器に戻されるようになっている。そして、上記非凝縮
性気体の混入によって、上記蒸発器の圧力維持に加え
て、上記熱利用系へ送られる冷媒が液相に維持される。

【０００６】本発明の第２態様に係るヒートポンプシス
テムは、上記第１態様の熱利用系に代えて冷熱利用系を
備え、熱源に代えて放熱器を備えている。冷熱利用系
は、ヒートポンプの蒸発器の冷熱を利用するものであ
り、例えば、室内を冷房する室内冷房器や、冷熱で冷し
た水を利用に供する冷水供給系などである。これによっ
て、冷房用ヒートポンプシステムや冷水供給用ヒートポ
ンプシステムを構成できる。この第２態様のヒートポン
プの凝縮器は、タンク状をなして液相冷媒を貯えてお
り、この液相冷媒に、圧縮機で圧縮された気相冷媒と非
凝縮性気体の混合気体が気泡となって混入され、この気
泡中の気相冷媒が凝縮する。上記放熱器は、上記凝縮器
から冷媒の一部を取り込んで屋外などに放熱させた後、
凝縮器に戻すようになっている。かかる第２態様のヒー
トポンプシステムにおいて、上記非凝縮性気体の混入に
よって、上記放熱器へ送られる冷媒が液相に維持されて
いる。

【０００７】第２態様のシステムでも、上記蒸発器が、
タンク状をなし、冷媒を液相状態で貯えているのが望ま
しい。この蒸発器の液相冷媒中に上記非凝縮性気体が気
泡となって混入され、この気泡中に冷媒分子が蒸発す
る。このタンク状蒸発器の冷媒の一部が、上記冷熱利用
系に送られて冷熱を奪われた後、蒸発器に戻されるよう
になっている。そして、上記非凝縮性気体の混入によっ
て、上記放熱器への冷媒の液相維持に加えて、上記蒸発
器が、上記冷熱利用系で冷媒の沸騰が起きない圧力にな
っている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面を参照して説明する。図１は、給湯用ヒートポンプシ
ステムＳ１を示したものである。システムＳ１は、貯湯
槽１０（熱利用系）と、水冷媒ヒートポンプ２０と、燃
料電池３０（熱源）とを備えている。

【０００９】貯湯槽１０の下端部には、給水路１１が連
なっている。この給水路１１から供給された給湯用水
（市水）で貯湯槽１０内が満たされている。後述するよ
うに、この水は、貯湯槽１０の上部では加温されて熱湯
になっている。この熱湯が、貯湯槽１０の上端部から延
びる給湯路１２に導かれて給湯に供されるようになって
いる。

【００１０】ヒートポンプ２０は、圧縮機２１、凝縮器
２２、減圧弁２３（膨張弁、膨張手段）、蒸発器２４を
順次環状に接続してなる冷媒循環路２５（冷媒通路）で
構成されている。この循環路２５を循環する冷媒には、
水（常温常圧で液相を呈する凝縮性流体）が用いられて
いる。

【００１１】凝縮器２２は、伝熱コイルで構成され、貯
湯槽１０内に上から下に向かうようにして収容されてい
る。この凝縮器２２と減圧弁２３との間の冷媒循環路２
５には、大気開放路２６（非凝縮性気体混入路）が設け
られている。

【００１２】これによって、外界の空気（非凝縮性の気
体）が、大気開放路２６から冷媒循環路２５の冷媒用水
に混入されている。この空気混じりの冷媒用水は、減圧
弁２３を経て、タンク状をなす蒸発器２４の下端部（下
部）に注入され、蒸発器２４内に貯えられるようになっ
ている。（なお、大気開放路２６によって、圧縮機２１
の吐出圧及び凝縮器２２の圧力が大気圧になってい
る。）

【００１３】蒸発器２４の下部から往路３３が延びてい
る。往路３３には、ポンプ３２が設けられている。この
往路３３が、燃料電池３０内の伝熱コイルからなる熱交
換路３１に連なっている。熱交換路３１から復路３４が
延び、蒸発器２４の上部に連なっている。

【００１４】上記のように構成された給湯用ヒートポン
プシステムＳ１の動作について説明する。ヒートポンプ
２０の圧縮機２１を駆動すると、冷媒用水が循環路２５
に沿って循環される。この水は、圧縮機２１の吸引作用
によって減圧弁２３の二次側において負圧になる。これ
によって、減圧弁２３の二次側の冷媒用水に含まれる空
気を確実に未飽和にすることができる。

【００１５】この未飽和空気を含む冷媒用水が、蒸発器
２４の下端部から蒸発器２４の水中に注入される。この
注入水に含まれる未飽和空気が、蒸発器２４の水中を多
数の気泡となって上昇する。この上昇途中の未飽和の気
泡内に周りの水分子が蒸発する。この時、水の潜熱が奪
われて、蒸発器２４が低温になる。なお、蒸発器２４中
の水は、自由液面からも蒸発する。

【００１６】上記低温水の一部は、ポンプ３２の駆動に
よって往路３３に取り込まれ、熱交換路３１へ送られ
る。そして、燃料電池３０の排熱を受け取り、約６０℃
まで加温された後、復路３４から蒸発器２４の上部に戻
される。これによって、蒸発器２４での蒸発量を増やす
ことができる。一方、燃料電池３０は、冷却されて、発
電効率を高めることができる。

【００１７】ここで、蒸発器２４の圧力Ｖ₂₄は、冷媒循
環路２５への空気混入量を調節したり、圧縮機２１や減
圧弁２３を調節したりすることによって、上記加温後の
冷媒用水の温度（約６０℃）に対する飽和蒸気圧（Ｖ_S
＝約０．２気圧）より高くなるように（例えばＶ₂₄＝約
０．３気圧に）設定することができる。特に、冷媒用水
への空気混入によって、確実にＶ₂₄＞Ｖ_Sになるように
することができる。したがって、往路３３及び熱交換路
３１の圧力Ｖ₃₁（≒Ｖ₂₄）も飽和蒸気圧Ｖ_Sより高くな
っている。これによって、冷媒用水が熱交換路３１で沸
騰しないようにすることができる。よって、熱交換路３
１での熱交換効率を高めることができる。この結果、冷
媒用水を十分に加温して蒸発器２４での蒸発量を確実に
増やすことができ、燃料電池３０においては発電効率を
確実に高めることができる。

【００１８】蒸発器２４で得られた上記多量の水蒸気
（冷媒の気体分子）は、圧縮機２１に吸い込まれる。こ
の吸気には、上記混入空気も含まれているため、圧縮比
が小さくなる。これにより、圧縮機２１を小型化でき
る。

【００１９】上記吸気は、圧縮機２１から凝縮器２２へ
吐出される。そして、凝縮器２２を通過する過程で、水
蒸気が凝縮して凝縮熱を発生する。この凝縮熱が貯湯槽
１０の給湯用水に受け渡される。水蒸気が多量であるの
で凝縮熱も多量であり、これによって、給湯用水を十分
に加温することができる。しかも、水の気体分子は大き
な潜熱を有しているので、凝縮熱を一層大きくすること
ができ、給湯用水をより一層加温することができる。こ
の結果、特に貯湯槽１０の上部の給湯用水を約９０℃の
熱湯にすることができる。すなわち、燃料電池３０の排
熱は約６０℃の比較的低温であるが、これをヒートポン
プ２０で汲み上げることによって約９０℃の熱湯を得る
ことができる。

【００２０】これによって、貯湯槽１０の蓄熱効率を高
めることができる。そして、上記熱湯を給湯路１２によ
って少量だけ取り出し、混合栓（図示せず）で常温の市
水と混ぜて所望温度の多量の湯を作り、給湯に供するこ
とができる。したがって、貯湯槽１０の容積が小さくて
済み、貯湯槽１０を小型化できる。なお、貯湯槽１０の
下部の給湯用水は比較的低温であるので、凝縮器２２に
おいて水蒸気を十分に凝縮させることができ、混入空気
中に水蒸気がほとんど残らないようにすることができ
る。

【００２１】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
以下の実施形態において、既述の実施形態と重複する構
成については、図面に同一符号を付して、説明を省略す
る。図２は、本発明の第２実施形態に係る給湯用ヒート
ポンプシステムＳ２を示したものである。このシステム
Ｓ２では、熱源として、上記燃料電池３０に代えて、太
陽熱集熱器４０が用いられている。太陽熱集熱器４０
は、太陽熱を集熱して、内部に配管された熱交換路３１
の冷媒用水に渡す。この太陽熱集熱器４０は、家屋の屋
根に設置されている。すなわち、ヒートポンプ２０より
高所に配されている。この高さ分だけ熱交換路３１に圧
力降下が生じている。

【００２２】一方、蒸発器２４への空気混入によって蒸
発器２４の圧力が高められている。これによって、上記
圧力降下があっても熱交換路３１で冷媒が沸騰しないよ
うにすることができる。この結果、太陽熱集熱器４０と
の熱交換効率を良好に保つことができ、冷媒用水を十分
に加温して蒸発器２４での蒸発量を確実に増やすことが
できるとともに、太陽熱集熱器４０においては集熱効率
を高めることができる。

【００２３】図３は、本発明の第３実施形態に係る給湯
用ヒートポンプシステムＳ３を示したものである。この
システムＳ３では、熱源として、フロン冷媒ヒートポン
プ５０（水冷媒ヒートポンプ２０とは別途のサブヒート
ポンプ）が用いられている。このヒートポンプ５０は、
フロン（常温状厚で気相の凝縮性流体）を冷媒とする冷
媒循環路５５を有している。この冷媒循環路５５に、圧
縮機５１、凝縮器５２、膨張弁５３、蒸発器５４が順次
設けられている。フロンは、蒸発器５４で蒸発し、凝縮
器５２で凝縮するようになっている。この凝縮器５２
は、対向流型の２重管式熱交換器で構成されている。こ
の２重管式熱交換器の内管が、水冷媒ヒートポンプ２０
の冷媒用水を通す熱交換路３１になっている。これによ
って、凝縮器５２でのフロンの凝縮熱が、熱交換路３１
の冷媒用水に受け渡され、冷媒用水が加温される。この
システムＳ３においても、蒸発器２４への空気混入によ
って蒸発器２４の圧力を高め、熱交換路３１で冷媒用水
が沸騰しないようにでき、熱交換効率を良好に保つこと
ができる。

【００２４】図４は、本発明の第４実施形態に係る給湯
用ヒートポンプシステムＳ４を示したものである。この
システムＳ４では、熱源として、空気採熱器６０が用い
られている。空気採熱器６０は、ヒートポンプ２０の冷
媒用水を通す熱交換路３１と、この熱交換路３１に風を
送るファン６１とを含んでいる。このファン６１の送風
によって、熱交換路３１の冷媒用水が外気から採熱す
る。システムＳ４においても、蒸発器２４への空気混入
によって蒸発器２４の圧力を高め、熱交換路３１で冷媒
用水が沸騰しないようにでき、熱交換効率を良好に保つ
ことができる。

【００２５】図５は、本発明の第５実施形態を示したも
のである。第５実施形態は、給湯用ではなく、暖房用ヒ
ートポンプシステムＳ５に係るものである。システムＳ
５は、熱利用系として、貯湯槽１０に代えて室内暖房器
７０を備えている。暖房器７０は、伝熱コイルからなる
暖房路７１と、この暖房路７１に風を送るファン７５と
を有し、室内に設置されている。

【００２６】また、システムＳ５の水冷媒ヒートポンプ
２０は、第１実施形態の伝熱コイルからなる凝縮器２２
に代えて、タンク状の凝縮器２２Ａを備えている。凝縮
器２２Ａの下部に、凝縮器２２Ａより上流側（圧縮機２
１側）の冷媒循環路２５が連なり、凝縮器２２Ａの上部
に、凝縮器２２より下流側（減圧弁２３側）の冷媒循環
路２５が連なっている。凝縮器２２Ａには、冷媒用水が
液相状態で貯えられている。この水に、圧縮機２１で圧
縮された水蒸気と空気の混合気体が混入され、気泡とな
って上昇する。この上昇過程で、気泡中の水蒸気が凝縮
する。この凝縮熱により、凝縮器２２Ａ内の水が高温に
なっている。

【００２７】凝縮器２２Ａの下部から往路７３が延び、
暖房器７０の暖房路７１の上流端に連なっている。暖房
路７１の下流端から復路７４が延び、凝縮器２２Ａの上
部に連なっている。往路７３には、ポンプ７２が設けら
れている。

【００２８】このポンプ７２の駆動によって、凝縮器２
２Ａの下部の高温水が、往路７２を経て暖房路７１に導
かれる。そして、暖房路７１を流通する過程で室内に放
熱する。これによって、室内の暖房を行うことができ
る。放熱後の冷媒用水は、復路７４を経て凝縮器２２Ａ
に戻される。

【００２９】ここで、凝縮器２２Ａでの冷媒用水の凝縮
温度は、上記空気混入によって１００℃より若干低くな
る。これによって、暖房路７１において冷媒用水が沸騰
しないようにすることができる。この結果、暖房効率を
高めることができる。

【００３０】なお、システムＳ５では、熱源として、第
１実施形態と同様に燃料電池３０が用いられているが、
第２〜第４実施形態と同様の太陽熱集熱器４０やフロン
冷媒ヒートポンプ５０（サブヒートポンプ）や空気採熱
器６０を用いてもよい。

【００３１】図６は、本発明の第６実施形態を示したも
のである。第６実施形態は、冷房用ヒートポンプシステ
ムＳ６に係るものである。システムＳ６の蒸発器２４に
は、第１〜第５実施形態の熱源に代えて、室内冷房器８
０（冷熱利用系）が接続されている。冷房器８０は、伝
熱コイルからなる冷房路８１と、この冷房路８１に風を
送るファン８５とを有し、室内に設置されている。蒸発
器２４の下部から往路８３が延び、冷房路８１の上流端
に連なっている。冷房路８１の下流端から復路８４が延
び、蒸発器２４の上部に連なっている。往路８３には、
ポンプ８２が設けられている。

【００３２】蒸発器２４において、気泡への蒸発により
潜熱を奪われ低温になった冷媒用水は、ポンプ８２によ
って往路８３を経て冷房路８１に導かれる。この冷房路
８１での流通過程で室内に冷熱を放す（室内から熱を奪
う）。これによって、室内の冷房を行うことができる。
このとき、蒸発器２４への空気混入によって蒸発器２４
の圧力を高め、冷房路８１で冷媒用水が沸騰しないよう
にすることができる。これによって、冷房効率を良好に
保つことができる。その後、冷媒用水は、復路８４を経
て蒸発器２４に戻される。

【００３３】また、システムＳ６のヒートポンプ２０で
は、上記第５実施形態と同様に、液相の冷媒用水を貯え
たタンク状の凝縮器２２Ａを備えている。凝縮器２２Ａ
の水中には、圧縮機２１で圧縮後の水蒸気と空気の混合
気体が混入され、この混合気体が気泡となって上昇する
過程で、気泡中の水蒸気が凝縮する。この凝縮熱によ
り、凝縮器２２Ａ内の水が高温になっている。

【００３４】凝縮器２２Ａには、室外機９０（放熱器）
が接続されている。室外機９０は、放熱路９１と、この
放熱路９１に風を送るファン９５とを有し、屋外に設置
されている。凝縮器２２Ａの下部から往路９３が延び、
放熱路９１の上流端に連なっている。放熱路９１の下流
端から復路９４が延び、凝縮器２２Ａの上部に連なって
いる。往路９３には、ポンプ９２が設けられている。

【００３５】このポンプ９２の駆動によって、凝縮器２
２Ａの下部の高温の冷媒用水が、往路９２を経て放熱路
９１に導かれる。そして、放熱路９１を流通する過程で
屋外に放熱する。これによって、冷媒用水を冷却するこ
とができる。このとき、凝縮器２２Ａにおける空気混入
によって凝縮温度を下げ、放熱路９１で冷媒用水が沸騰
しないようにすることができる。これによって、放熱路
９１での放熱効率を良好に保つことができる。ひいて
は、冷房器８０による冷房効率を高めることができる。
冷却後の冷媒用水は、復路９４を経て凝縮器２２Ａに戻
される。

【００３６】図７は、本発明の第７実施形態を示したも
のである。この第７実施形態は、冷水供給用ヒートポン
プシステムＳ７に係るものである。システムＳ７では、
蒸発器２４の下部から、第６実施形態の室内冷房器向け
往路８３に代えて、冷水供給路８３Ａが延びている。こ
の冷水供給路８３Ａを介して蒸発器２４内の冷水を取り
出し、種々の利用に供することができる。

【００３７】蒸発器２４の上部には、第６実施形態の復
路８４に代えて、水補充路８４Ａが連なっている。補充
路８４Ａには、補充水減圧弁８６（補充水膨張手段）が
設けられている。補充路８４Ａの上流端は、冷媒用水供
給源（図示せず）に連なっている。この供給源から補充
路８４Ａに取り込まれた水が、減圧弁８６で負圧にされ
た後、蒸発器２４に送られる。これによって、冷水供給
路８３Ａから取り出された分の水を蒸発器２４に補充す
ることができる。

【００３８】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の形態を採用可能である。例えば、ヒートポンプ２０
の冷媒は、フロン（常温常圧で気相の凝縮性流体）であ
ってもよい。この場合、後述するように、フロンに非凝
縮性気体を予め混入させておくとともに、大気開放路２
６を無くして、冷媒循環路２５を完全に閉回路にするの
が望ましい。また、冷水供給用システムＳ７では、蒸発
器２４の低温フロンと冷水として供給されるべき水との
熱交換器を設けるとよい。ヒートポンプ２０における膨
張手段は、タービン（膨張機）であってもよい。非凝縮
性気体は、空気のほか、ヘリウムや窒素などでもよい。

【００３９】蒸発器２４に気体注入路を連ねることによ
り、未飽和状態の非凝縮性気体が、上記注入路から蒸発
器２４の液相冷媒内に直接注入されるようにしてもよ
い。この場合、凝縮器２２，２２Ａの下流側に気液分離
器を接続し、ヒートポンプ２０を一巡した非凝縮性気体
を冷媒から分離してもよい。分離された非凝縮性気体
は、大気に解放してもよく、上記注入路に取り込まれる
ようにしてよい。

【００４０】ヒートポンプ２０の冷媒中に非凝縮性気体
を予め混入させておくことにすれば、大気開放路２６は
無くてもよい。大気開放路２６が無い場合には、圧縮機
の吐出圧及び凝縮器の圧力を大気圧より大きくでき、凝
縮温度を高くすることができる。また、大気開放路２６
が有る場合でも、それより凝縮器２２Ａ側の冷媒循環路
２５に別途の弁を設けることによって、圧縮機の吐出圧
及び凝縮器の圧力を大気圧より大きくできる。システム
Ｓ５〜Ｓ７において、上記大気開放路２６の無い構成や
別途の減圧弁を設けた構成を採用した場合には、混入空
気の分だけ凝縮器２２Ａの圧力が上昇し、沸点が上昇す
ることにより、暖房路７１や放熱路９１での冷媒の沸騰
が防止されることになる。

【００４１】システムＳ１〜Ｓ４において、凝縮器２２
を貯湯槽１０の外に配し、さらに、これら凝縮器２２と
貯湯槽１０の間で熱媒を循環させる熱媒循環路を設けて
もよい。システムＳ５において、凝縮器２２Ａに伝熱コ
イル等からなる熱交換器を収容し、この熱交換器におい
てヒートポンプ２０の冷媒とは別途の暖房用ブラインが
加温されるようにしてもよい。システムＳ６，Ｓ７にお
いて、蒸発器２４に伝熱コイル等からなる熱交換器を収
容し、この熱交換器においてヒートポンプ２０の冷媒と
は別途の冷房用ブラインや冷水供給用の水が冷やされる
ようにしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１態様
によれば、非凝縮性気体の混入によって、蒸発器の圧力
を高め、熱源で冷媒が沸騰しないようにすることができ
る。これによって、熱源での熱交換効率を良好に保つこ
とができ、冷媒を十分に加温して蒸発器での蒸発量を確
実に増やすことができる。また、熱源として燃料電池を
用いた場合には、燃料電池の発電効率を高めることがで
きる。太陽熱集熱器を用いた場合には、集熱効率を高め
ることができ、太陽熱集熱器を屋根などの高所に設置し
た場合でも、冷媒の沸騰を確実に防止できる。別途のサ
ブヒートポンプを用いた場合には、成績係数を高めるこ
とができ、空気採熱器を用いた場合には、採熱効率を向
上させることができる。熱利用系が貯湯槽である場合に
は、貯湯効率の良好な給湯システムを構成でき、室内暖
房器である場合には、暖房効率の良好な暖房システムを
構成できる。さらに、凝縮器がタンク状の場合には、冷
媒が熱利用系で沸騰しないようにすることができ、凝縮
熱の利用効率を高めることができる。

【００４３】本発明の第２態様によれば、非凝縮性気体
の混入によって、凝縮器の凝縮温度を下げ、または凝縮
器の圧力を高めることができ、これにより、放熱器で冷
媒が沸騰しないようにすることができ、放熱効率（放熱
器での熱交換効率）を高めることができる。ひいては、
蒸発器において冷熱を充分に得ることができ、冷熱利用
系が室内冷房器である場合には、冷房効率を高めること
ができ、冷水供給系である場合には、冷水供給効率を高
めることができる。さらに、蒸発器についても圧力を高
くでき、冷熱利用系で冷媒が沸騰しないようにすること
ができ、冷熱利用効率を一層高めることができる。

【００４４】ヒートポンプの冷媒として水を用いた場合
には、大きな潜熱を得ることができ、安価で取り扱いも
容易である。非凝縮性気体として空気を用いると、安価
なシステムを構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯用ヒートポン
プシステムを示す概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る給湯用ヒートポン
プシステムを示す概略構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る給湯用ヒートポン
プシステムを示す概略構成図である。

【図４】本発明の第４実施形態に係る給湯用ヒートポン
プシステムを示す概略構成図である。

【図５】本発明の第５実施形態に係る暖房用ヒートポン
プシステムを示す概略構成図である。

【図６】本発明の第６実施形態に係る冷房用ヒートポン
プシステムを示す概略構成図である。

【図７】本発明の第７実施形態に係る冷水供給用ヒート
ポンプシステムを示す概略構成図である。

【符号の説明】

Ｓ１〜Ｓ４給湯用ヒートポンプシステムＳ５暖房用ヒートポンプシステムＳ６冷房用ヒートポンプシステムＳ７冷水供給用ヒートポンプシステム１０貯湯槽（熱利用系）２０水冷媒ヒートポンプ２１圧縮機２２，２２Ａ凝縮器２３減圧弁（膨張手段）２４蒸発器２５冷媒循環路（冷媒通路）３０燃料電池（熱源）４０太陽熱集熱器（熱源）５０フロン冷媒ヒートポンプ（熱源、別途のサブヒー
トポンプ）５２凝縮器６０空気採熱器（熱源）７０室内暖房器（熱利用系）８０室内冷房器（冷熱利用系）８３Ａ冷水供給路（冷熱利用系）９０室外機（放熱器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】膨張手段と蒸発器と圧縮機と凝縮器とを順
次連ねてなる冷媒の通路を有し、上記蒸発器が、タンク
状をなして上記冷媒を液相状態で貯えており、この蒸発
器の液相冷媒中に非凝縮性気体が気泡となって混入さ
れ、この気泡中に冷媒分子が蒸発するヒートポンプと、上記冷媒の一部を上記蒸発器から取り込んで加温した
後、上記蒸発器に戻す熱源と、上記凝縮器の凝縮熱を利用する熱利用系とを備え、上記気体混入によって、上記蒸発器が、上記熱源で冷媒
の沸騰が起きない圧力になっていることを特徴とするヒ
ートポンプシステム。
【請求項２】上記熱源が、燃料電池であることを特徴
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】上記熱源が、太陽熱集熱器であることを
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４】上記熱源が、別途に設けたサブヒートポ
ンプの凝縮器である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５】上記熱源が、空気から採熱する空気採熱
器である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６】上記熱利用系が、貯湯槽であり、この貯
湯槽内の給湯用水が、上記凝縮熱で加温されることを特
徴とする請求項１〜５の何れかに記載のヒートポンプシ
ステム。
【請求項７】上記熱利用系が、上記凝縮熱で室内を暖
房する室内暖房器であることを特徴とする請求項１〜５
の何れかに記載のヒートポンプシステム。
【請求項８】上記凝縮器が、タンク状をなして上記冷
媒を液相状態で貯えており、この凝縮器中の液相冷媒
に、上記圧縮機で圧縮された気相冷媒と非凝縮性気体と
の混合気体が気泡となって混入され、この気泡中の気相
冷媒が凝縮し、上記冷媒の一部が、上記凝縮器から上記
熱利用系に送られて凝縮熱を奪われた後、凝縮器に戻さ
れるようになっており、上記気体混入によって、上記蒸発器の圧力維持に加え
て、上記熱利用系へ送られる冷媒が液相に維持されてい
ることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のヒー
トポンプシステム。
【請求項９】膨張手段と蒸発器と圧縮機と凝縮器とを順
次連ねてなる冷媒の通路を有し、上記凝縮器が、タンク
状をなして上記冷媒を液相状態で貯えており、この凝縮
器中の液相冷媒に、上記圧縮機で圧縮された気相冷媒と
非凝縮性気体との混合気体が気泡となって混入され、こ
の気泡中の気相冷媒が凝縮するヒートポンプと、上記蒸発器の冷熱を利用する冷熱利用系と、上記冷媒の一部を上記凝縮器から取り込んで放熱させた
後、上記凝縮器に戻す放熱器とを備え、上記気体混入によって、上記放熱器へ送られる冷媒が液
相に維持されていることを特徴とするヒートポンプシス
テム。
【請求項１０】上記冷熱利用系が、上記冷熱で室内を
冷房する室内冷房器である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】上記冷熱利用系が、上記冷熱で冷した
水を利用に供する冷水供給系である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１２】上記蒸発器が、タンク状をなして上記
冷媒を液相状態で貯えており、この蒸発器の液相冷媒中
に上記非凝縮性気体が気泡となって混入され、この気泡
中に冷媒分子が蒸発し、上記冷媒の一部が、上記冷熱利
用系に送られて冷熱を受け渡した後、蒸発器に戻される
ようになっており、上記気体混入によって、上記放熱器への冷媒の液相維持
に加えて、上記蒸発器が、上記冷熱利用系で冷媒の沸騰
が起きない圧力になっていることを特徴とする請求項９
〜１１の何れかに記載のヒートポンプシステム。
【請求項１３】上記冷媒が、水であることを特徴とす
る請求項１〜１２の何れかに記載のヒートポンプシステ
ム。
【請求項１４】上記冷媒が、フロンであることを特徴
とする請求項１〜１２の何れかに記載のヒートポンプシ
ステム。
【請求項１５】上記非凝縮性気体が、空気であること
を特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のヒートポ
ンプシステム。