JP2016211830A - 温冷両熱同時獲得保存装置の無駄を無くし効果をより高める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷暖房の空調や浴槽などの給湯、冷水、冷蔵、冷凍、温蔵のエネルギーのロスの少ない方法を提供する。【解決手段】高温熱交換器、圧力調節器、余熱熱交換器、低温熱交換器の順に設置されたヒートポンプにおいて、余熱熱交換器の螺旋状の並行管、あるいは二重管により、高温側の冷媒温度を下げて低温熱交換器に送り、低温側からの冷媒は高温側の冷媒と熱交換して、冷媒温度を上げてコンプレッサに送る。この場合、余熱熱交換器の並行管、あるいは二重管の管の長さで液化冷媒の温度を定める。【選択図】図１

Description

炭酸ガスの持つ特性が、冷媒として、−４０℃程度から１００℃程度の間を利用する人間としては、格好の材料で有る事を利用して、言い換えれば、３１．１℃以上であればこれをどんなに圧縮して圧力を掛けても液化しないで、圧力に比例し、体積に反比例する形で熱を発生する。

又、此れを３１．１℃以下、圧力を７．３２８ＭＰａ以下にする事で液化し、これ以下０．５１８℃迄の間の圧を掛けることで３１．１℃から−５６．６℃迄の希望する温度を設定すればそれに見合う圧を割り出す事が出来ル。

以上の事から、ここで出来た、例えば、−２０℃の液化炭酸ガスを気化器に送り、この気化器のノズルから発射された液体の炭酸ガスが気体となり、この気化を低温熱交換器内で行い、熱交換コイルを介して熱運搬媒体に熱移動し、この低温熱量を別個蓄熱槽群に蓄える。

この低温熱交換器からの冷媒を、位置的に上から下に向かう高温側からの冷媒管に、逆向きに接触させて、高温冷媒と低温冷媒とをお互いに熱交換する事で、高温冷媒は液化潜熱を低温冷媒に渡して３１．１℃以下の液化可能温度に迄冷やされ、低温冷媒は相手の潜熱を得て高温化されコンプレッサーに向かう。

このコンプレッサーが真空ポンプとして働き、前述の気化を助け、且つ、次の圧縮される冷媒の初期温度を稼ぎ、多段式圧縮機で６０、７０、８０ＭＰａ等々好みの設定温度になる圧力迄加圧し、此を熱交換し、その熱を別途蓄熱槽群に蓄える。

この熱交換後の冷媒を高温熱交換器から出来るだけ直ぐ圧力調整器に通し冷媒の圧を７．３２８ＭＰａ以下、好みによって１ＭＰａ前後に下げ・・・（０００３項）のサイクルで運転することで高温エネルギーと、低温エネルギーの両エネルギーを外部に熱を逃すこと無く両熱量（以下熱量を熱と記す）を同時に獲得できる装置である。

一般に行われている冷房や暖房は、それぞれに暖気や冷気を外気中に放出して、その逆温度の熱量を、利用している訳であるが、その場合、外気中に放出する熱量は、まるまる捨てている。

所謂、ヒートポンプ機構は、冷媒の２相間の潜熱を利用して熱の移動を行って、欲しい熱を得る代わりに、逆の熱を外気に放出して好みの熱を利用している。

従来の水冷式にしても地下水を汲み上げて地盤沈下や地下水の枯渇を招くか、冷却タワーで外気に放出して大気中に暑い時期に暑い熱を、寒い時期に冷たい熱を出しているので、ヒートアイランド現象を招いたり、冬の気温をより下げるし、何よりも、棄てているエネルギーを余分に作り出して棄てている無駄や、無駄に電力を使う事で光化学の悪い現象や炭酸ガスの排出による弊害等のが問題かしているのが現状である。

現在、冷暖房や給湯の多くが必要なときに使うのであるが、その必要なときと言うのが、その多くが殆ど同じ時間帯集中するから電気を送る側もピークに合わして設備を整え無ければならないし、需要の少ない時には遊ばせておくことになり、多くの場合に地球温暖化の原因の一つとされる炭酸ガスの放出につながる。

暖房時には室外機側に霜が付着しその機能を阻害し、特に冬場寒くて霙交じりの様な天候時には、更に大量の霜が付着し、この霜を取り除く事に多量のエネルギーの使用を余儀なくされている。

本装置は他の蓄熱技術（整理番号２０１５０２、２０１５０３）等と併せて効果を発揮するものであり、これ以降の説明にも共通するもので、これを前提に説明します。
従前の空調や給湯等の場合、高温熱利用時には低温熱を大気中に放出し、低温熱利用時には高温熱を此も又放出していた無駄、即ち、利用しようとする熱とほぼ同じ量の熱を大気中に棄てている事である。

此の放出していた無駄なエネルギーがヒートアイランド現象や、気温の極端化にも繋がり、利用者にもランニングコストとして負担にもなる。

現在、産業用の消費電力を除いて、地球上の中緯度帯に住む人々の空調や給湯需要（鍋等で湯を沸かす事も含めて）を半分に抑えられたら温暖化に対しても大いに貢献出来ル物と思う。

実際の空調で言えば、暑いときに冷房、寒い時に暖房と、皆が利用するときが重なって、特に、電力事情では使用のピーク状態が生じ、需給のバランスが壊れ、発電量に対する効率を下げている。

課題を解決する為の手段

当技術の目指すところは、１に利用する熱に対して反対の熱を大気中に放出している無駄を無くす事であり、２に１００℃以上の高温、０℃以下の低温を利用し様とする物であり、３に熱を利用する時間と熱を作る時間とを別にする事であり、此のために圧力調整器のノズル調整と残熱同士の熱交換をさせ、４発生した熱を撹乱せずに、高温は還流液と混ざら無いようにその間に整流板なるものを設置し、低温側も同様の処置をする。

１に従前の空調や給湯等の方法は、熱を利用し様とするときは、その反対の熱を大気中に放出して得るのに対して、本技術はその放出する熱を蓄えて置くもので、本装置の熱運搬液と別技術の蓄熱体と蓄熱槽を利用し、さらに別技術も併せて高層階にも利用できる物で在る。

２には空調や給湯、給冷水、温蔵、冷蔵、冷凍それに調理の一部もこの装置に担わそうとする物で、そのそれぞれに用途に応じた熱交換器を設置して、高温の熱運搬液はパイプ、チューブの中に在って直接には外部に出ない構造になっており、使用する用途に応じて温度を設定する構造である。

３番目に、本装置は、熱を利用する時間と熱を作る時間を別にする事で、熱受給のばらつきを無くし、必要な時に利用し、任意の時間に作れる事で、此を深夜電力でも良し、太陽光発電や極小風力発電、微少水力発電ででも可能になることであり、売電に依らなくても自己完結型での利用も可能で在り、電気の質を問わず、質の良くない電源の寄せ集めに対しても利用できる物である。

発明の効果

本発明の効果１としてエネルギー効果が約倍になる事で、ヒートポンプ方式の一番の欠点は利用する熱とほぼ同じ量に近い熱を外部に逃がしている事で、此は圧力調整器のノズル通過後の高温側冷媒余熱と低温熱交換器からの低温側余熱を平行回転管か平行螺旋管、二重管等の上から下方向の回路には高温側の冷媒余熱を下から上方向の回路には低温側からの冷媒余熱をお互いに、その隣接管や隣接回路間の接面で相互の熱を交換する事で、高温側の冷媒余熱を液化温度に迄下げて低温側冷媒の温度を上げてコンプレッサーに送り込む事で、他に熱を逃がさず圧縮高温化を助ける事が出来る。

効果と２として、外部に逃していた熱を本体内で処置している事であり、外部には、暑い時期には冷たい空気を、寒い時期には暖かい空気を温暖化や寒冷化と逆を行っているので、気温の極端化の緩和にも役立ち、又、本装置の普及に連れて炭酸ガスの固定化が進み（本装置の使用量Ａｋｇ×普及数ｎ個）、普及すればする程炭酸ガスが固定化し、海中に炭酸ガスの石灰岩化の技術等が出来る迄の時間稼ぎにもなる。

本発明は、その使用する電力の質を問わない事であり、深夜電力、太陽光発電、小型風力発電、小規模水力発電等発電時間帯がまちまちなでも、其れ等全てを利用可能にする物で、現在広く行われている無理な再生可能エネルギーの電力買い取りの制度を執らなくても、全量自家消化しても個人の負担にならず、充分に採算可能な物である。

本装置のもう一つの効果として、同じエネルギー量で高低両熱の同時獲得と、別技術の蓄熱方式と相まって、個人の負担が半分近くになり、地球温暖化で問題になっている炭酸ガス排出による弊害等も、電鉄の運行系、製鉄、アルミ精錬、運搬機器、その他重工業用の熱機器や動力系を除いた、個人と各事業所の事務系オフィス、各商店やデパート、娯楽施設等の冷暖房や給湯に本技術を利用して戴ければ、照明やＡＶ系電力は市販電力で賄うが、０℃前後から１００℃前後迄の熱機器は本装置で殆ど賄える。

上記に述べた熱機器の大部分は、本装置も含め、新たな産業として起業が盛んになり、第二、第三の産業革命ともいえる事態をもたらす。因みに、調理器具では、焼き物、炒め物の様な高火力機器を除いた調理コンロ、調理ストーヴの様な高温運搬液に依る機器の産業が興るだろうし、高温度運搬液と低温度運搬液とで空調用設備や冷蔵庫、冷凍庫、温蔵庫、等々の新たな産業の発展にも寄与するものとおもう。

本装置内の高温熱交換器と低温熱交換器の中、還流液が入り込んだ間なしのの所に、整流板なるものを設置し、それぞれの熱運搬液の撹乱防止用とする。

本技術は、他の技術も用いて、少材料・高防錆・低回転・高トルク・低振動其れと外部に熱を出さない事も考慮して拵えた物ですから、建造物の寿命程度の長期利用出来る、出来れば５０年以上１００年程を見込んでいるので、普及が一巡するのに、３〜４０年とすれば、全普及に３０年と見込んだ設備で操業する様な規模でスタートすれば良く、上記に述べた事は、既存の関連メーカーの品種変更や新興メーカーの急激な変更を抑制する事も重要で、２０乃至４０年位の時間を掛けて、息の長いスパンで、行う事で、急なブームや、急な落ち込みを起こさない緩やかな成長を心掛ける事で、長期的な発展が見込める。

高低両熱同時獲得の蓄熱装置も加えた概略図 当技術はこの図１の１余熱交換，２圧力調整に充。 １ 余熱交換の状態の説明図 余熱交換の仕組みを表す。２ 圧力調整器のノズル調整の仕組み 密閉構造にして空間部には炭酸ガスを充填しておく事と、調節の回転に磁気を介して行い、密閉度を高め、保つ。 高温熱交換器と低温熱交換器の整流板を備える。 炭酸ガスの相状態曲線図 本図の臨界点と三重点の間に余熱交換した高温側の冷媒温度を位置せしめる。余熱交換器ノズルの冷媒量と余熱交換器の並行管の長さとで決定される。冷媒通過量が小さく、余熱交換並行管が長い程、冷媒温度は三重点に近づく程低温になる。 実施例 １小規模型、２大規模型の２例を示す。

発明を実施する為の形態

本発明の実行際しての問題にすべき点は、この両熱獲得装置と別技術に依る蓄熱装置とを設置する事で効果が実効出来、又圧力調節器のノズル調整と余熱交換器の並行長との関係で冷媒液の温度が決まるので、設計に際して、同時に考慮しておくべき所で、本発明の効果出す為には此の点を離して考える訳にはいかないのである。

両熱同時獲得装置は従前のヒートポンプ式室外機の様な物で、電動機、余熱交換器、低温熱交換器、コンプレッサー、高温熱交換器それに圧力調節器の全てが一体になった一個の商品として位置する物で、これと別技術の蓄熱贈群とを一ヶ所に設置して、例えば、ビルの地下一番深い所に纏めて設置しても、高温部と、低温部との境界に断熱仕切りをして使用するのであるが、従前の室外機にあたる両熱同時獲得装置を先の蓄熱槽群と、仕切りはする物の、隣接して設置する事が可能で、本装置は外部に熱を出さない事で可能になる。

一般家庭用の小型タイプでは、現在広く使われている規模の空調程度では、和室６帖程度（１０平方米）の面積でよく、床下高さ、約１．２米以上の深さになる様なベタ基礎の空間に８０糎四方の搬入口を先に用意しておけばよく、此を周知徹底しておけば、再生可能エネルギー装置と、この両熱同時獲得蓄熱装置と、同時にでも、別々にでも、各々の状況に合わせて設置出来る様にしておく。

本装置の設置に際しては、熱の運搬の為のパイプ用のスペース（ダクト）を設ける事が必要で、特に、高層階に於いては、各階の高度差１０米以下の範囲内に配熱用の独立した槽を設け、そこから近接階へ送る事。

Claims (5)

1. 両熱同時獲得に於いて、高温熱交換器、圧力調節器、余熱交換器、低温熱交換器の順に設置する。（図１の１の１，２、３）
2. 余熱交換器は螺旋状になった並行管に、高温側からの冷媒の流れの向きが上方から下方に、低温側からの冷媒の流れの向きが下方から上方へと流れる様に自然界の流れとは逆の流れにして、高温側の冷媒余熱の温度を下げ液体にして低温熱交換器に送り、低温側からの冷媒は高温側の冷媒余熱と熱交換をし、自らの温度を上げコンプレッサーえと送り、並行管の長さで液化冷媒の温度を定める。（図２の１）
3. 余熱交換器は螺旋状になった二重管に、高温側からの冷媒の注入口は上方に位置する内管に、低温側からの冷媒は下方に位置する外管にそれぞれ注入し、互いに熱交換をしながら、高温側の余熱冷媒を液化し低温熱交換器へ、低温側からの余熱冷媒の温度を上げてコンプレッサーへ送り、此の二重管の長さで液体冷媒の温度を定める。
4. 圧力調節器は密閉構造にしてノズルの調節は磁気に依って内蔵された螺子を回転させて行い、ノズルの面積の大小、小さい程、高温側圧力が上がり、高温が生まれ、コンプレッサーの能力とノズルの大小に依って温度が決定される。（図３ノズル調節、図４臨界点と三重点）
5. 高温熱交換器及び低温熱交換器の熱運搬液の撹乱防止用整流板を設ける。