JP3865955B2 - Compression heat pump - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮ヒートポンプに関し、特に熱交換器を利用したエコノマイザを有する圧縮ヒートポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11に示すように、従来からヒートポンプを熱源とした所謂デシカント空調機と組合せた空調システムがあった。図11の空調システムでは、ヒートポンプとして、圧縮機260を用いた圧縮ヒートポンプHPが用いられている。この空調システムは、デシカントロータ103により水分を吸着される処理空気Aの経路と、加熱源によって加熱されたのち前記水分吸着後のデシカントロータ103を通過してデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気Bの経路を有し、水分を吸着された処理空気とデシカントロータ103のデシカント(乾燥剤)を再生する前かつ加熱源により加熱される前の再生空気との間に顕熱熱交換器104を有する空調機と、圧縮ヒートポンプHPとを有し、前記圧縮ヒートポンプHPの高熱源を加熱源として前記空調機の再生空気を加熱器220で加熱してデシカントの再生を行うとともに、圧縮ヒートポンプの低熱源を冷却熱源として冷却器210で前記空調機の処理空気の冷却を行うものである。
【0003】
そして、この空調システムでは、圧縮ヒートポンプHPがデシカント空調機の処理空気の冷却と再生空気の加熱を同時に行うよう構成したことで、圧縮ヒートポンプHPに外部から加えた駆動熱によって圧縮ヒートポンプHPが処理空気の冷却効果を発生させ、さらにヒートポンプ作用で処理空気から汲み上げた熱と圧縮ヒートポンプHPの駆動熱を合計した熱でデシカントの再生が行えるため、外部から加えた駆動エネルギの多重効用化を図ることができ、高い省エネルギ効果が得られる。また、顕熱熱交換器104と加熱器220との間の再生空気とデシカントロータ103を出た再生空気との熱交換器121が設けられ、さらに省エネルギー効果を高めている。
【0004】
ここで、図12のモリエ線図を参照して図11に示される圧縮ヒートポンプHPの作用を説明する。図12に示すのは冷媒HFC134aのモリエ線図である。点aは冷却器210で蒸発した冷媒の状態を示し、飽和ガスの状態にある。圧力は4.2kg/cm2 、温度は10℃、エンタルピは148.83kcal/kgである。このガスを圧縮機260で吸込圧縮した状態、圧縮機260の吐出口での状態が点bで示されている。この状態は、圧力が19.3kg/cm2 、温度は78℃であり、過熱ガスの状態にある。この冷媒ガスは、加熱器(冷媒側から見れば凝縮器)220内で冷却され、モリエ線図上の点cに到る。この点は飽和ガスの状態であり、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃である。この圧力下でさらに冷却され凝縮して、点dに到る。この点は飽和液の状態であり、圧力と温度は点cと同じく、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃、そしてエンタルピは122.97kcal/kgである。この冷媒液は、膨張弁270で減圧され、温度10℃の飽和圧力である4.2kg/cm2 まで減圧され、10℃の冷媒液とガスの混合物として冷却器(冷媒から見れば蒸発器)210に到り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点aの状態の飽和ガスとなり、再び圧縮機260に吸入され、以上のサイクルを繰り返す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のヒートポンプによれば、単位重量当たりの冷媒の冷却効果を示すエンタルピ差は、冷媒の蒸発圧力における飽和ガス線のエンタルピと凝縮圧力における飽和液線のエンタルピとの差、即ち図12の例では148.83−122.97=25.86kcal/kgであり、必ずしも大きくはないので、圧縮ヒートポンプHPの成績係数COPが低くならざるを得なかった。
【0006】
そこで本発明は、COPの高いヒートポンプを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明によるヒートポンプは、図1に示されるように、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機260と;冷媒圧縮機260で圧縮された冷媒から高温流体により熱を奪って該冷媒を第1の圧力下で凝縮させる第1の熱交換器220と;第1の熱交換器220で凝縮した冷媒を第2の圧力に減圧する第1の絞り230と;第2の圧力下で第1の流体からの熱により第1の絞り230で減圧された冷媒を蒸発させ、前記蒸発させた後に前記冷媒から第2の流体により熱を奪って該冷媒を凝縮させる第2の熱交換器300と;第2の熱交換器300で凝縮した後に前記冷媒を第3の圧力に減圧する第2の絞り240と;前記第3の圧力下で、低温流体から熱を与えて、第2の絞り240で減圧した冷媒を蒸発させるように構成された第3の熱交換器210とを備える。
【0008】
このように構成すると、第1の圧力よりも減圧した第2の圧力下で冷媒を蒸発させ、また凝縮する第2の熱交換器を備えるので、冷媒の単位量当たりのエンタルピ差を大きくできる。
【0009】
また、請求項2に記載のように、請求項1に記載のヒートポンプでは、第2の熱交換器300は、前記第1の流体を流す第1の区画310と;前記第2の流体を流す第2の区画320と;第1の区画310を貫通する、前記第1の流体と熱交換する前記冷媒を流す第1の流体流路251と;第2の区画320を貫通する、前記第2の流体と熱交換する前記冷媒を流す第2の流体流路252とを備え;前記冷媒は、第1の流体流路251から第2の流体流路252に貫通して流れ、第1の流体流路251の流路側伝熱面では前記冷媒は前記第2の圧力下で蒸発し、第2の流体流路252の流路側伝熱面では前記冷媒はほぼ前記第2の圧力下で凝縮するように構成してもよい。ここで、第2の流体流路252の流路側伝熱面での凝縮圧力をほぼ前記第2の圧力としたのは、第1の流路と第2の流路との間には冷媒の流れがあり、僅かながら流れ損失があるからであり、実際には前記蒸発圧力と凝縮圧力とは実質的に等しい。
【0010】
さらに、請求項3に記載のように、また図8に示すように、請求項1または請求項2に記載のヒートポンプでは、第1の絞り360と第2の熱交換器300dとの間に、前記第2の圧力に減圧された前記冷媒を冷媒液と冷媒ガスとに分離する気液分離器350を備えるようにしてもよく、このときは気液分離器を備えるので、第1の絞りで減圧することにより冷媒の一部がフラッシュして発生した冷媒ガスと残りの液とを分離することができる。
【0011】
また、請求項4に記載のように、請求項2に記載のヒートポンプでは、第1の絞り360と第2の熱交換器300との間に、前記第2の圧力に減圧された前記冷媒を冷媒液と冷媒ガスとに分離する気液分離器350と;第2の流体流路252A〜Cと並列に設けられた第3の流体流路252D(図9)とを備え;気液分離器360で分離された冷媒液は、第1の流体流路251に流され、気液分離器360で分離された冷媒ガスは、第1の流体流路251をバイパスし、第3の流体流路252Dに流されるように構成されている。
【0012】
このよう構成すると、第1の流体流路には冷媒液が流れ、冷媒ガスはほとんど流れないので、第1の流体を均一に冷却することができるし、第2の流体流路に流れる冷媒ガスの量も均一になる。また冷媒ガスは第3の流体流路に流されるので、第2の流体により均一に熱を奪われ凝縮し、また第3の流体を均一に加熱することができる。
【0013】
さらに請求項5に記載のように、請求項1に記載のヒートポンプでは、第2の熱交換器300は、第1の流体を流す第1の区画310と;第2の流体を流す第2の区画320と;第1の区画310を貫通する、前記第1の流体と熱交換する前記冷媒を流す第1の流体流路251と;第2の区画320を貫通する、前記第2の流体と熱交換する前記冷媒を流す第2の流体流路252とを備え;前記冷媒は、第1の流体流路251から第2の流体流路252に貫通して流れ、第1の流体流路251の流路側伝熱面では前記冷媒は前記第2の圧力下で蒸発し、前記第2の流体流路の流路側伝熱面では前記冷媒はほぼ前記第2の圧力下で凝縮するように構成されており;第1の流体流路251は複数251A、251B、251C備えられ、前記複数の流体流路における前記第2の圧力は、それぞれ異なるように構成してもよい。ここで前記複数の流体流路における前記第2の圧力は、それぞれ異なるように構成されており、前記複数の流体流路は前記異なる第2の圧力の高さの順に配列されているといってもよい。
【0014】
このように構成すると、第1の流体流路は複数備えられ、その複数の流体流路における蒸発圧力、ひいては凝縮圧力は、それぞれ異なるように構成されているので、典型的には第1と第2の流体が複数の流体流路に関して順逆の方向に流れるように構成すれば、高温側の第1の流体の流れに沿って蒸発圧力は高い側の圧力から低い側の圧力に並び、第1の流体より低温側の第2の流体の流れに沿って凝縮圧力は低い側の圧力から高い側の圧力に並ぶ。即ち、複数の異なる第2の圧力が2以上特に3以上であれば、その圧力は高さの順に配列されることになる。したがって、第1の流体と第2の流体とを、実質的に対向流とすることができ、熱交換効率を高くすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【0016】
図1は、本発明による第1の実施の形態である圧縮ヒートポンプHP1を利用したデシカント空調機を含む空調システムのフローチャート、図2は、圧縮ヒートポンプHP1に用いる本発明の第2の熱交換器の例を示す模式断面図、図3は、ヒートポンプHP1の冷媒モリエ線図である。
【0017】
先ず図2を参照して、本発明のヒートポンプHP1に利用して好適な熱交換器の構成を説明する。図中、熱交換器300は、第1の流体である処理空気Aを流す第1の区画310と、第2の流体である外気Bを流す第2の区画320とが、1枚の隔壁301を介して隣接して設けられている。
【0018】
第1の区画310と第2の区画320及び隔壁301を貫通して、冷媒250を流す、流体流路としての熱交換チューブが複数本ほぼ水平に設けられている。この熱交換チューブは、第1の区画を貫通している部分は第1の流体流路としての蒸発セクション251(複数の蒸発セクションを251A、251B、251Cとする)であり、第2の区画を貫通している部分は第2の流体流路としての凝縮セクション252(複数の凝縮セクションを252A、252B、252Cとする)である。
【0019】
図2に示す実施の形態では、蒸発セクション251Aと凝縮セクション252Aとは、1本のチューブで一体の流路として構成されている。蒸発セクション251B、Cと凝縮セクション252B、Cとについても同様である。したがって、第1の区画310と第2の区画320とが、1枚の隔壁301を介して隣接して設けられていることと相まって、熱交換器300を全体として小型コンパクトに形成することができる。
【0020】
図2の実施の形態では、蒸発セクションは図中上から251A、251B、251Cの順番で並んでおり、凝縮セクションは図中上から252A、252B、252Cの順番で並んでいる。
【0021】
一方、第1の流体としての処理空気Aは、図中で第1の区画にダクト109を通して上から入り下から流出するように構成されている。また、第2の流体である外気Bは、図中で第2の区画にダクト171を通して下から入り上から流出するように構成されている。
【0022】
さらに、第2の区画には、その上部、凝縮セクション252を構成する熱交換チューブの上方に、散水パイプ325が配置されている。散水パイプ325には、適切な間隔でノズル327が取り付けられており、散水パイプ325中を流れる水を凝縮セクション252を構成する熱交換チューブに散布するように構成されている。
【0023】
また、第2の区画の第2の流体Bの入り口には気化加湿器165が設置されている。気化加湿器165は、例えばセラミックペーパーや不織布のように、吸湿性がありしかも通気性のある材料で構成されている。
【0024】
ここで、蒸発セクション251での蒸発圧力、ひいては凝縮セクション252に於ける凝縮圧力、即ち本発明の第2の圧力は、処理空気Aの温度と外気Bの温度とによって定まる。図2に示す熱交換器300は、蒸発伝熱と凝縮伝熱とを利用しているので、熱伝達率が非常に優れており、熱交換効率が非常に高い。また冷媒は、蒸発セクション251から凝縮セクション252に向けて貫流するので、即ちほぼ一方向に強制的に流されるので、第1の流体としての処理空気と第2の流体としての外気との間の熱交換効率が高い。ここで、熱交換効率φとは、高温側の流体の熱交換器入り口温度をTP1、出口温度をTP2、低温側の流体の熱交換器入り口温度をTC1、出口温度をTC2としたとき、高温側の流体の冷却に注目した場合、即ち熱交換の目的が冷却の場合は、φ=(TP1−TP2)/(TP1−TC1)、低温の流体の加熱に注目した場合、即ち熱交換の目的が加熱の場合は、φ=(TC2−TC1)/(TP1−TC1)と定義されるものである。
【0025】
蒸発セクション251、凝縮セクション252を構成する熱交換チューブの内面には、ライフル銃の銃身の内面にある線状溝のようなスパイラル溝を形成する等により高性能伝熱面とするのが好ましい。内部を流れる冷媒液は、通常は内面を濡らすように流れるが、スパイラル溝を形成すれば、その流れの境界層が乱されるので熱伝達率が高くなる。
【0026】
また、第1の区画には処理空気が流れるが、熱交換チューブの外側に取り付けるフィンは、ルーバー状に加工して流体の流れを乱すようにするのが好ましい。
【0027】
第2の区画に、外気は流すが水を散布しないときは、同様にフィンは流体の流れを乱すように構成するのが好ましい。ただし、水を散布する場合は、フラットプレートフィンとして、さらに耐食コーティングを施すのが好ましい。水中に混入している可能性のある腐食物質が、蒸発により凝縮濃縮してフィン乃至はチューブを腐食しないようにするためである。また、フィンはアルミニウムまたは銅を用いるのが好ましい。
【0028】
図1を参照して、図2に示す熱交換器300を用いた、本発明の第1の実施の形態であるヒートポンプHP1を組み込んだデシカント空調機の例を説明する。図3は、第1の実施の形態であるヒートポンプHP1の冷媒サイクルを説明するモリエ線図である。
【0029】
この空調システムは、デシカント(乾燥剤)によって処理空気の湿度を下げ、処理空気の供給される空調空間を快適な環境に維持するものである。
【0030】
図1を参照して、先ず第1の流体としての処理空気の経路を説明する。図中、空調空間101から吸込経路であるダクト107を通して、送風機102により処理すべき空気RAを取り出す。送風機102の吐出口はダクト108によりデシカントロータ103の処理空気側入り口に接続されている。デシカントロータ103の処理空気側出口はダクト109により、図2により説明した熱交換器300の第1の区画310の入り口に接続されている。
【0031】
デシカントロータ103で水分を吸着され乾燥した処理空気はダクト109を経由して熱交換器300に到る。処理空気は、デシカントにより水分を吸着される際には吸着熱により加熱され、昇温している。
【0032】
第1の区画310では、処理空気は、蒸発セクション251で蒸発する冷媒により、冷却される。第1の区画310の処理空気出口はダクト110により処理空気冷却器210に導かれるように構成されている。乾燥し、かつある程度まで冷却された処理空気は、ここでさらに冷却され、適度な湿度でかつ適度な温度の処理空気SAとなって、ダクト111を経由して空調空間101に戻る。
【0033】
次に、熱交換器300の第2の区画320側の、第2の流体としての外気の経路を説明する。第2の区画320の入り口には、屋外OAから外気を導入するダクト171が接続されている。ダクト171により導入された外気は、気化加湿器165により加湿され顕熱を奪われ温度が下がる。この温度の下がった外気は、第2の区画320を通過する際、凝縮セクション252の中の冷媒から熱を奪い、これを凝縮させる。
【0034】
また、熱交換チューブ252には散水パイプ325により水がスプレーされるようになっており、外気はこれによっても温度を下げられ、この外気の顕熱と、スプレーされた水の蒸発熱により、凝縮セクション252内の冷媒は凝縮する。
【0035】
第2の区画の外気出口には、ダクト172が接続されており、またダクト172の途中には、送風機160が設けられており、冷媒の凝縮に使われた外気は、ダクト172を経由して、排気EXとして屋外に排出される。
【0036】
次に、ヒートポンプHP1の冷媒の経路を説明する。図中、冷媒圧縮機260により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管201を経由して再生空気加熱器220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気(後で説明)を加熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【0037】
加熱器220の冷媒出口は、熱交換器300の蒸発セクション251の入り口に冷媒経路202により接続されており、冷媒経路202の途中、蒸発セクション251の入り口近傍には、絞り230が設けられている。
【0038】
加熱器(冷媒側から見れば冷却器あるいは凝縮器)220を出た、液冷媒は絞り230で減圧され、膨張して一部の液冷媒が蒸発(フラッシュ)する。その液とガスの混合した冷媒は、蒸発セクション251に到り、ここで液冷媒は蒸発セクションのチューブの内壁を濡らすように流れ蒸発して、第1の区画を流れる処理空気を冷却する。
【0039】
蒸発セクション251と凝縮セクション252とは、一連のチューブである、即ち一体の流路として構成されているので、蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は、凝縮セクション252に流入して、第2の区画を流れる外気及びスプレーされた水により熱を奪われ凝縮する。
【0040】
凝縮セクション252の出口側は、冷媒液配管203により冷却器210に接続されている。冷媒配管203の途中には、絞り240が設けられている。絞り240の取付位置は、凝縮セクション252の直後から冷却器210の入り口までのどこでもよいが、できるだけ冷却器210の入り口直前が好ましい。絞り240後の冷媒は大気温度よりかなり低くなるので、配管の保冷が厚くなるからである。凝縮セクション252で凝縮した冷媒液は、絞り240で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器210に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り230、240としては、例えばオリフィス、キャピラリチューブ、膨張弁等を用いる。
【0041】
冷却器(冷媒側から見れば蒸発器)210で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0042】
次に、デシカントを再生する再生空気の経路を説明する。屋外から外気ダクト124により取り込まれた外気は、顕熱交換器121に送り込まれる。顕熱交換器は、ロータ形状をした熱交換器であり、2つの区画に分割されたハウジング内を、蓄熱体を充填した容積の大きいロータが回転しており、一方の区画に屋外から取り込まれたばかりの外気、他方の区画にこの外気と熱交換する流体を流すように構成されている。
【0043】
顕熱交換器121により、ある程度まで加熱された外気は、ダクト126を経て加熱器220に到り、ここでさらに冷媒ガスにより加熱され昇温した外気は、ダクト127を経て再生空気としてデシカントロータ103の再生側に導入される。
【0044】
デシカントロータ103で、デシカントを再生した再生空気は、デシカントロータと顕熱交換器121の前記他方の区画とを接続するダクト128、129を経て、顕熱交換器121に導かれる。ダクト128とダクト129との間には、送風機140が設けられており、外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用いられる。
【0045】
顕熱交換器121で、外気と熱交換した(外気を加熱した)再生空気はダクト130を経て、排気EXとして排出される。
【0046】
図3を参照して、図1の空調システム中の本発明の実施の形態であるヒートポンプHP1の作用を説明する。図3は、冷媒HFC134aを用いた場合のモリエ線図である。この線図では横軸がエンタルピ、縦軸が圧力である。
【0047】
図中、点aは図1の冷却器210の冷媒出口の状態であり、飽和ガスの状態にある。圧力は4.2kg/cm2 、温度は10℃、エンタルピは148.83kcal/kgである。このガスを圧縮機260で吸込圧縮した状態、圧縮機260の吐出口での状態が点bで示されている。この状態は、圧力が19.3kg/cm2 、温度は78℃であり、過熱ガスの状態にある。
【0048】
この冷媒ガスは、加熱器(冷媒側から見れば凝縮器)220内で冷却され、モリエ線図上の点cに到る。この点は飽和ガスの状態であり、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃である。この圧力下でさらに冷却され凝縮して、点dに到る。この点は飽和液の状態であり、圧力と温度は点cと同じく、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃、そしてエンタルピは122.97kcal/kgである。
【0049】
この冷媒液は、絞り230で減圧され熱交換器300の蒸発セクション251に流入する。モリエ線図上では、点eで示されている。温度は約30℃になる。圧力は、本発明の第2の圧力であり、本実施例では4.2kg/cm2 と19.3kg/cm2 との中間の値、即ち30℃に対応する飽和圧力となる。ここでは、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。蒸発セクション251内で、前記第2の圧力下で冷媒液は蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線の中間の点fに到る。ここでは液は殆ど蒸発してしまっている。なお、点eにおいては、冷媒液とガスとの割合は、30℃の飽和圧力線が飽和液線と飽和ガス線を切る点のエンタルピと点dのエンタルピの差の逆比となるので、モリエ線図から明らかなように、重量比では液の方が多い。しかしながら、容積比ではガスの方が圧倒的に多いので、蒸発セクションでは大量のガスに液が混合して、その液が蒸発セクションのチューブの内面を濡らすような状態にありながら蒸発する。
【0050】
点fで示される気相の冷媒あるいは気相と液相の混合状態にある冷媒が、凝縮セクション252に流入する。凝縮セクション252では、冷媒は第2の区画を流れる外気及び/又はスプレーされた水により熱を奪われ、点gに到る。この点はモリエ線図では飽和液線上にある。温度は30℃、エンタルピは109.99kcal/kgである。
【0051】
点gの冷媒液は、絞り240で、温度10℃の飽和圧力である4.2kg/cm2 まで減圧され、10℃の冷媒液とガスの混合物として冷却器(冷媒から見れば蒸発器)210に到り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点aの状態の飽和ガスとなり、再び圧縮機260に吸入され、以上のサイクルを繰り返す。
【0052】
以上説明したように、熱交換器300内では、冷媒は蒸発セクション251では点eから点fまでの蒸発を、凝縮セクション252では、点fから点gまでの状態変化をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるため、熱伝達率が非常に高い。
【0053】
さらに、圧縮機260、加熱器(冷媒凝縮器)220、絞り230、240及び冷却器(冷媒蒸発器)210を含む圧縮ヒートポンプとしては、熱交換器300を設けない場合は、加熱器(凝縮器)220における点dの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器(蒸発器)210に戻すため、冷却器(蒸発器)で利用できるエンタルピ差は148.83−122.97=25.86kcal/kgしかないのに対して、熱交換器300を設けた本発明の実施例のヒートポンプHP1の場合は、148.83−109.99=38.84kcal/kgになり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス量を、ひいては所要動力を33%も小さくすることができる。すなわち、圧縮機260が単段型であっても、複数段型(例えば2段型)で中間段にフラッシュガスを吸入させるエコノマイザと同様な作用を持たせることができる。
【0054】
次に図4を参照して、本発明の第2の実施の形態であるヒートポンプHP2を組み込んだデシカント空調機の例を説明する。熱交換器300bの第2の区画に流す第2の流体として水を用いる点を除けば、第1の実施の形態と構成と作用は同様である。図中、屋外に設置された冷却塔470で、夏場で約32℃に冷却された冷却水が、冷却塔470の底部に接続された冷却水配管471を通して、冷却水ポンプ460の吸込口に導かれ、その吐出口に接続された冷却水配管472を通して、熱交換器300bの第2の区画に送り込まれる。
【0055】
熱交換器300bの第2の区画では、熱交換チューブに直交するように設けられた邪魔板をぬって、冷却水は熱交換チューブの外側をチューブに直交して流れる。第2の区画の冷却水出口には冷却水配管473が接続されており、熱交換器300bで温度が上昇した冷却水を冷却塔に戻すように構成されている。このようにして、図1の第1の実施の形態においては、外気により凝縮セクションで冷媒を凝縮させたのに対して、第2の実施の形態では、冷却水により凝縮セクションで冷媒を凝縮させている。ヒートポンプHP2の冷媒サイクルは、図3と同様であるので重複した説明は省略する。
【0056】
次に、図5を参照して、本発明の第3の実施の形態であるヒートポンプHP3を組み込んだデシカント空調機の例を説明する。ヒートポンプHP3には、図6に示すような熱交換器300cが用いられている。熱交換器300cは、図2の熱交換器300とは、水を散布する散水パイプ325、ノズル327、及び気化加湿器165がない点を除けば、基本的に同様な構造を有する。
【0057】
図5においては、第1の流体としての処理空気の経路は、図1の場合と同じであるので説明を省略する。図5に示すヒートポンプHP3用の熱交換器300cは、ヘッダ235と蒸発セクション251との間に、オリフィス等の絞りを挿入してある。絞りは、複数の蒸発セクション251A、251B、251Cにそれぞれ230A、230B、230Cを振り当ててある。またそれぞれに対応する凝縮セクション252A、252B、252Cには、ヘッダ245との間に、それぞれ絞り240A、240B、240Cを振り当ててある。
【0058】
このような構造において、処理空気Aは、第1の区画内では蒸発セクションを251A、251B、251Cの順番に接触するように熱交換チューブに直交して流れ、冷媒との間の熱交換を行い、入り口温度が処理空気より低温の外気Bは、第2の区画内で凝縮セクションを252C、252B、252Aの順番に接触するように熱交換チューブに直交して流れる。このような場合、冷媒の蒸発圧力(温度)あるいは凝縮圧力(温度)は、絞りでグループ化されたセクション毎に定まるが、蒸発セクションでは251A、251B、251Cの順番に、高から低になり、また凝縮セクションでは252C、252B、252Aの順番に、低から高になる。処理空気Aと外気Bの流れに注目すると、いわば対向流であるので、著しく高い熱交換効率φ、例えば80%以上の熱交換効率φも実現できる。
【0059】
ここで、複数の蒸発セクション251A、251B、251Cにおける、本発明の第2の圧力である各蒸発圧力は、各蒸発セクションの入り口に独立した絞り230A、230B、230Cを設けた結果、それぞれ異なった値をとることができ、第1の区画に処理空気を、蒸発セクション251A、251B、251Cにこの順番で接触するように流し、処理空気は顕熱を奪われる結果、温度が入り口から出口にかけて低下する。その結果、蒸発セクション251A、251B、251C内の蒸発圧力は、この順番で低下することになり、蒸発温度は順番に並ぶことになる。
【0060】
全く同様に、凝縮温度はセクション252C、252B、252Aの順番に低温から高温に並ぶが、蒸発セクションと同様に、各凝縮セクションは独立した絞り240A、240B、240Cを備える結果、独立した凝縮圧力即ち凝縮温度を持つことができ、ここに外気を第2の区画の入り口から出口に向かって凝縮セクション252C、252B、252Aの順番に接触するように流す結果として、凝縮圧力はこの順番に並ぶことになる。したがって、処理空気Aと外気Bに注目すると、前記のように、いわゆる対向流形の熱交換器を形成することになり、高い熱交換効率を達成できる。
【0061】
図6においては、第1の区画と第2の区画とは仕切板301を介して隣接して設けられており、蒸発セクションと凝縮セクションとは一体の連続した熱交換チューブで形成されているが、不図示の別の形態として、第1の区画と第2の区画を分離して、さらに第1の流路と第2の流路も分離した熱交換器としてもよい。即ち、蒸発セクション251A、251B、251Cを、適切なヘッダーと接続配管を介して、それぞれ凝縮セクション252A、252B、252Cに接続した構造とする。この場合も、図6の場合と基本的な熱交換器としての性能は変わらない。
【0062】
図5の実施の形態では、第2の流体としての外気がデシカントの再生空気として利用される。図中、第2の区画320の入り口には、屋外OAから外気を導入するダクト124が接続されている。ダクト124により導入された外気は、第2の区画320に導入され、ここを通過する際、凝縮セクション252の中の冷媒から熱を奪い、凝縮させる。ここで、凝縮セクション252は、セクション252C、252B、252Aを含んで構成され、この順番に凝縮温度は低温から高温に並んでいる。したがって外気は、第2の区画320からは、最も高い温度の凝縮セクション252Aに接触した後に出ることになる。第2の区画の出口は加熱器220とはダクト126で接続されており、第2の区画320である程度加熱された外気は、加熱器220に導入され、ここでさらに加熱され再生空気として、加熱器220とデシカントロータ103とを接続するダクト127を経由してデシカントロータ103に到る。
【0063】
このようにして、デシカントロータ103に導入された再生空気は、デシカントを加熱再生した後、デシカントロータ103から外気に通じるダクト128、129を通して排出される。ダクト128とダクト129との間には、送風機140が設けられており、外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用いられる。
【0064】
次に、冷媒の経路を説明する。図中、冷媒圧縮機260により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管201を経由して再生空気加熱器(冷媒からみれば凝縮器)220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気を加熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【0065】
加熱器220の冷媒出口には、冷媒配管202が接続されており、さらにヘッダ235に到り、ここで複数(図5では3本)の冷媒系統に分割され、それぞれに別の絞り230A、230B、230Cが設けられている。各絞り230A、230B、230Cは、それぞれ図6に示す蒸発セクション251A、251B、251Cに接続されている。したがって、各蒸発セクション251A、251B、251Cでは、異なった蒸発圧力ひいては異なった蒸発温度で蒸発することができるように構成されている。各絞り230A、230B、230Cは、各蒸発セクション251A、251B、251Cの入り口近傍に設けられている。絞りとしてはオリフィス、膨張弁、キャピラリチューブ等が用いられる。
【0066】
加熱器(冷媒凝縮器)220を出た、液冷媒は各絞り230A、230B、230Cで減圧され、膨張して一部の液冷媒が蒸発(フラッシュ)する。その液とガスの混合した冷媒は、各蒸発セクション251A、251B、251Cに到り、ここで液冷媒は蒸発セクションのチューブの内壁を濡らすように流れ蒸発して、第1の区画を流れる処理空気を冷却する。
【0067】
各蒸発セクション251A、251B、251Cと各凝縮セクション252A、252B、252Cとは、一連のチューブであるので、蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は、凝縮セクション252A、252B、252Cに流入して、第2の区画を流れる外気により熱を奪われ凝縮する。
【0068】
各凝縮セクション252A、252B、252Cの出口側には、それぞれ絞り240A、240B、240Cが設けられている。その先にはヘッダ245が設けられており、ヘッダ245には、冷媒配管203が接続されており、液冷媒を冷却器210に導くように構成されている。
【0069】
このような構成において、各凝縮セクション252A、252B、252Cで凝縮した冷媒液は、各絞り240A、240B、240Cで減圧され膨張して温度を下げて、ヘッダ245で合流した後冷却器210に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。
【0070】
冷却器(冷媒蒸発器)210で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0071】
図7を参照して、図5の空調装置中の第3の実施の形態であるヒートポンプHP3の冷媒の流れと作用を説明する。図7は、図3と同様な冷媒HFC134aを用いた場合のモリエ線図である。
【0072】
図中、点aは図7の冷却器210の冷媒出口の状態であり、飽和ガスの状態である。圧力は4.2kg/cm2 、温度は10℃、エンタルピは148.83kcal/kgである。このガスを圧縮機260で吸込圧縮した状態、圧縮機260の吐出口での状態が点bで示されている。この状態は、圧力が19.3kg/cm2 、温度は78℃である。
【0073】
この冷媒ガスは、加熱器(冷媒凝縮器)220内で冷却され、モリエ線図上の点cに到る。この点は飽和ガスの状態であり、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃である。この圧力下でさらに冷却され凝縮して、点dに到る。この点は飽和液の状態であり、圧力と温度は点cと同じく、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃、そしてエンタルピは122.97kcal/kgである。
【0074】
この冷媒液のうち、絞り230Aで減圧され蒸発セクション251Aに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点e1で示されている。温度は約43℃になる。圧力は、本発明の異なる第2の圧力の一つであり、温度43℃に対応する飽和圧力である。同様に、絞り230Bで減圧され蒸発セクション251Bに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点e2で示されており、温度は40℃、圧力は、本発明の異なる第2の圧力の別の一つであり、温度40℃に対応する飽和圧力である。同様に、絞り230Cで減圧され蒸発セクション251Cに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点e3で示されており、温度は37℃、圧力は、本発明の異なる第2の圧力に別の一つであり、温度37℃に対応する飽和圧力である。
【0075】
点e1、e2、e3のいずれにおいても、冷媒は、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。各蒸発セクション内で、前記各第2の圧力下で冷媒液は蒸発して、それぞれ各圧力の飽和液線と飽和ガス線の中間の点f1、f2、f3に到る。
【0076】
この状態の冷媒が、各凝縮セクション252A、252B、252Cに流入する。各凝縮セクションでは、冷媒は第2の区画を流れる外気により熱を奪われ、それぞれ点g1、g2、g3に到る。これらの点はモリエ線図では飽和液線上にある。温度はそれぞれ43℃、40℃、37℃である。これらの冷媒液は、各絞りを経て、それぞれ点j1、j2、j3に到る。これらの点の圧力は10℃の飽和圧力の4.2kg/cm2 である。
【0077】
ここでは冷媒は、液とガスが混合した状態にある。これらの冷媒は一つのヘッダ245に合流するが、ここでのエンタルピは点g1、g2、g3をそれぞれに対応する冷媒の流量で重み付けして平均した値となるが、この例では約113.51である。3段であるにも拘わらず、図3の場合よりもエンタルピが高いのは、第2の区画で水をスプレーしていないからである。
【0078】
この冷媒は、冷却器(冷媒蒸発器)210で処理空気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点aの状態の飽和ガスとなり、再び圧縮機260に吸入され、以上のサイクルを繰り返す。
【0079】
以上説明したように、熱交換器300c内では、冷媒は各蒸発セクションで蒸発を、各凝縮セクションで凝縮をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるため、熱伝達率が非常に高い。しかも、第1の区画では図中上から下に流れるにしたがって高い温度から低い温度に冷却される処理空気を、それぞれ43℃、40℃、37℃と順番に並んだ温度で冷却するので、一つの温度例えば40℃で冷却する場合と比較して熱交換効率を高めることができる。凝縮セクションも同様である。即ち、第2の区画では図中下から上に流れるにしたがって低い温度から高い温度に加熱される外気(再生空気)を、それぞれ37℃、40℃、43℃と順番に並んだ温度で加熱するので、一つの温度例えば40℃で加熱する場合と比較して熱交換効率を高めることができる。
【0080】
さらに、圧縮機260、加熱器(冷媒凝縮器)220、絞り及び冷却器(冷媒蒸発器)210を含む圧縮ヒートポンプHP3としては、熱交換器300cを設けない場合は、加熱器(凝縮器)220における点dの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器(蒸発器)210に戻すため、冷却器(蒸発器)で利用できるエンタルピ差は25.86kcal/kgしかないのに対して、熱交換器300bを設けた本発明の実施例の場合は、148.83−113.51=35.32kcal/kgになり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス量を、ひいては所要動力を27%も小さくすることができる。すなわち、圧縮機260が単段型であっても、複数型で中間段にフラッシュガスを吸入させるエコノマイザを有する場合と同様な作用を持たせることができるのは、図1あるいは図4の実施の形態と同様である。
【0081】
図8を参照して、本発明の第4の実施の形態であるヒートポンプHP4を組み込んだデシカント空調機の例を説明する。図9は、ヒートポンプHP4に使用して好適な熱交換器300d、図10は第4の実施の形態であるヒートポンプHP4の冷媒サイクルを説明するモリエ線図である。
【0082】
処理空気の経路と再生空気の経路は、図1の実施の形態の空調機の場合と同様であるので説明を省略する。
【0083】
ここで、ヒートポンプHP4の冷媒の経路を説明する。図中、冷媒圧縮機260により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管201を経由して再生空気加熱器220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気(後で説明)を加熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【0084】
加熱器220の冷媒出口は、熱交換器300dの蒸発セクション251A、B、Cの入り口に冷媒経路202により接続されており、冷媒経路202の途中には、膨張弁等の絞り360が設けられており、絞り360と蒸発セクション251A、B、Cとの間には気液分離器350が設けられている。熱交換器300dの構成については、後で図9を参照して詳しく説明する。
【0085】
加熱器(冷媒側から見れば冷却器あるいは凝縮器)220を出た、液冷媒は第1の絞りとしての膨張弁360で減圧され、膨張して一部の液冷媒が蒸発(フラッシュ)する。その液とガスの混合した冷媒は、気液分離器350で冷媒液と冷媒ガスとに分離され、冷媒液は蒸発セクション251A、B、Cに到り、冷媒は蒸発セクションのチューブ内で蒸発して、第1の区画を流れる処理空気を冷却する。
【0086】
蒸発セクション251と凝縮セクション252とは、一連のチューブである、即ち一体の流路として構成されているので、蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は、凝縮セクション252に流入して、第2の区画を流れる外気及びスプレーされた水により熱を奪われ凝縮する。
【0087】
凝縮セクション252の出口側は、冷媒液配管203により第2の絞りとしての膨張弁270に、さらに冷媒配管204により冷却器210に接続されている。凝縮セクション252で凝縮した冷媒液は、絞り270で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器210に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り360、270としては、膨張弁の他例えばオリフィス、キャピラリチューブであってもよい。
【0088】
冷却器(冷媒側から見れば蒸発器)210で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0089】
気液分離器350は、ガスと液の混合体が流入する容器と、前記ガス液混合体の流入口に対向して前記容器中に配置された邪魔板355を含んで構成されている。ガス液混合体は、邪魔板355に衝突して液がガスから分離され、ガスは前記容器のガス液混合体流入口と並んで設けられたガス流出口から流出し、ガス流出口に接続された冷媒配管340を通して熱交換器300dに流れる。冷媒液は、気液分離器の前記容器の鉛直方向下方に設けられた液流出口から流出する。液流出口には、冷媒配管450A、450B、450Cが接続されており、それぞれ蒸発セクション251A、B、Cに連通している。
【0090】
図9を参照して、第4の実施の形態のヒートポンプに使用して好適な第2の熱交換器としての熱交換器300dの構成を説明する。図中、熱交換器300dは、第1の流体である処理空気Aを流す第1の区画310と、第2の流体である外気Bを流す第2の区画320とが、1枚の隔壁301を介して隣接して設けられている点は、図2に示す熱交換器と同様である。
【0091】
また蒸発セクション251A、B、Cの配置、凝縮セクション252A、B、Cの配置、散水パイプ325、気化加湿器165、処理空気経路109、110、外気経路171の配置も図2に示す熱交換器と同様である。
【0092】
蒸発セクション251A、B、Cには、ヘッダー450A、B、Cが接続されており、各ヘッダー450A、B、Cに冷媒配管430A、430B、430Cが接続されている。また、各蒸発セクション251A、B、Cは、それぞれ1本以上の典型的には複数本(図9の例では6本)の熱交換チューブを含んで構成されており、それら複数の熱交換チューブが各ヘッダー450A、B、Cにまとめられている。
【0093】
冷媒ガス配管340は、熱交換器300dの第1の区画310をチューブ341を介して通過する。チューブ341は、隔壁301を貫通して第2の区画320を貫通して配置されている。図9の例ではチューブ341は2本並列的に配置され、各々第2の区画320を3パスして構成されている。ここでチューブ341の第2の区画320内の部分は、凝縮セクション252A、B、Cと同様に、チューブの外側にフィンが装着され熱交換を促進する構造となっている。この部分を凝縮セクション252Dと呼ぶ。この凝縮セクション252Dは、凝縮セクション252Cの外気流れの上流側、凝縮セクション252Cと気化加湿器165との間に配置されている。凝縮セクション252D内では、冷媒ガスが第2の流体である外気により熱を奪われ凝縮する。なお、凝縮セクション252Dは、凝縮セクション252Aの、外気下流側に配置してもよい。
【0094】
チューブ341は、第1の区画では、ほとんど熱交換に寄与しないので、第1の区画310を事実上バイパスしていることになる。したがって第1の区画310を実際に構造的に迂回し、即ち第1の区画310の外部を通し、第2の区画内の凝縮セクション252Dに接続するように配置してもよい。
【0095】
凝縮セクション252A、B、Cの冷媒液出口側には、それぞれヘッダー455A、B、Cが設けられ、それぞれ複数本のチューブで構成されている凝縮セクション252A、B、Cをまとめている。各ヘッダーからの配管はさらに一つのヘッダー370(図8)にまとめられ、前述のようにヘッダー370は冷媒配管203により膨張弁270に接続されている。凝縮セクション252Dからの冷媒液は、凝縮セクション252Dに接続された冷媒配管345により導き出され、ヘッダー370の下流側で経路203に合流する。なお、配管345はヘッダー370に接続してもよい。
【0096】
図10のモリエ線図を参照して、図8の空調システム中の本発明の実施の形態であるヒートポンプHP4の作用を説明する。図10は、冷媒HFC134aを用いた場合のモリエ線図である。この線図では横軸がエンタルピ、縦軸が圧力である。
【0097】
図中、点aは、点b、点c、点dは、図3のモリエ線図と同様であるので説明を省略する。点dの状態の冷媒液は、絞り360で減圧され気液分離器350に流入する。ここで、分離された冷媒ガスは、本発明の第2の圧力である、40℃に対応する飽和圧力の等圧力線と飽和ガス線との交点hの状態のガスとして、配管340を介してチューブ341に、そして凝縮セクション252Dに流入する。ここで外気(気化加湿器及び散水パイプからの水で冷却された外気)により熱を奪われ凝縮し、飽和液線に到りまた典型的には過冷却されて、飽和液線を越えて過冷却液相の点iに到る。
【0098】
また気液分離器350で分離された液は、飽和液線上の点gの状態の液である。点iの状態の液と点gの状態の液とはヘッダー370で混合され、膨張弁270で減圧さてれ圧力4.2kg/cm2 、温度10℃の冷媒(ガスと液の混合体)になる。
【0099】
以上説明したように、本実施の形態では第2の熱交換器の蒸発セクション251A、B、Cを構成する熱交換チューブ(伝熱管)に導かれる冷媒に含まれる気相分がほとんどなくなる。そのため、蒸発セクション251A、B、Cに導かれる冷媒量は均一になり、よって蒸発セクション251A、B、Cでの蒸発による第1の流体の冷却は均一になり、また凝縮セクション252A、B、Cの伝熱管で凝縮する冷媒量は蒸発セクションで251A、B、Cで蒸発した冷媒で占められる。気相が含まれていると、特に気相を多く含む凝縮セクションでの凝縮量が多くなる不均一な伝熱となるが、液層だけであればそのような問題は起こらない。
【0100】
このようにして、各伝熱管のヒートパイプ作用(冷媒の相変化、特に蒸発と凝縮による伝熱作用)で熱伝達する熱量が伝熱管同士の間で均一化するので、熱交換器300d全体で均一な熱伝達が可能となり、伝熱に関与せずに第1の流体、第2の流体としての空気が通過してしまう不都合を防止することができる。したがって、実施の形態である除湿空調装置においては、第1の流体としての処理空気と第2の流体としての冷却媒体(外気)あるいは再生空気との熱交換効率の向上と作動の信頼性向上を図ることができる。
【0101】
以下、具体的な数値を用いて本発明の実施例を説明する。計算条件としては、伝熱量を2USRt、蒸発温度を10℃、エコノマイザ温度を40℃、凝縮温度を65℃、冷媒をHFC134a、配管の直径を12mmとする。また伝熱管の内径を8.3mm、伝熱管の本数を40本(図9に示すように3段配列の場合、例えば各段に13本、14本、13本と千鳥配列にする)とする。ここで、図10のモリエ線図を参照して各点のエンタルピを読みとり計算すると、冷媒循環量は、2×3024/(138.83−113.51)=171.23kg/h=0.0476kg/sとなる。
【0102】
比較例:
膨張弁で膨張させた後の気液2相の冷媒を、ディストリビュータを使って、熱交換器の1パスに構成された多数の伝熱管に分岐させる。第2の熱交換器では伝熱管を1パスに配置しなければならないので、分岐数が多い。
【0103】
膨張弁直後の乾き度:(122.97−113.51)/39.42=0.242 (39.42は図10において点hと点gのエンタルピ差)
膨張弁直後の2相混合冷媒の比容積:0.00087261×(1−0.242)+0.020032×0.242)=0.00551m3 /kg
流速1(内径12mmの配管3本中):0.00551×0.0476×4/(0.012×0.012×3.14×3)=0.773m/s
流速2(40本、内径8.3の伝熱管中):0.00551×0.0476×4/(0.0083×0.0083×3.14×40)=0.121m/s
流速1では、冷媒は配管内をほぼ均一に気液混合して流動するが、伝熱管に分岐する流速2では、流速が遅すぎるので冷媒は気液2相が重力によって分離した流れとなって、上側に気相が下側に液相が流れる。このように分岐後の流速が極めて遅くなるので、気相冷媒を液層冷媒に均一に混合した状態で分配することは困難である。ひいては、分岐前と分岐後では流れの様相が異なるため、冷媒が均一に分配できない。
【0104】
実施例:
膨張弁直後の乾き度:0
膨張弁直後の液冷媒の比容積:0.00087261m3 /kg
流速3(内径12mmの配管3本中):0.00087261×0.0476(1−0.242)×4/(0.012×0.012×3.14×3)=0.0928m/s
流速4(40本、内径8.3の伝熱管中):0.00087261×0.0476(1−0.242)×4/(0.0083×0.0083×3.14×40)=0.0146m/s
このように、流速3、流速4のいずれの流速も遅く、しかも液相のみが流動するので、伝熱管に均一に分配できる。
【0105】
以上第4の実施の形態では、第2の流体は気化加湿器、散水パイプを使用して、水の気化熱で温度を下げた外気を用いる場合で説明したが、そのような場合だけでなく、図5に示す第3の実施の形態のように再生空気を第2の区画で加熱するように構成することもできる。
【0106】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第1の圧力よりも減圧した第2の圧力下で冷媒を蒸発させ、また凝縮する第2の熱交換器を備えるので、冷媒の単位量当たりのエンタルピ差を大きくでき、そのためCOPが著しく改善されたヒートポンプを提供することが可能となる。
【0107】
したがって、本発明のヒートポンプを例えばデシカント空調機の熱源として使用すると、デシカント空調機の効率を著しく高めることが可能となる。
【0108】
また第2の熱交換器に気液分離器を備えるときは、冷媒ガスと冷媒液が分離されるので、第2の熱交換器内の熱交換が均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態であるヒートポンプを使用したデシカント空調システムのフローチャートである。
【図2】図1示すヒートポンプに使用して好適な熱交換器の模式的断面図である。
【図3】図1に示すヒートポンプのモリエ線図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態であるヒートポンプを使用したデシカント空調システムのフローチャートである。
【図5】本発明の第3の実施の形態であるヒートポンプを使用したデシカント空調システムのフローチャートである。
【図6】図5に示すヒートポンプに使用して好適な熱交換器の模式的断面図である。
【図7】図5に示すヒートポンプのモリエ線図である。
【図8】本発明の第4の実施の形態であるヒートポンプを使用したデシカント空調システムのフローチャートである。
【図9】図8に示すヒートポンプに使用して好適な熱交換器の模式的断面図である。
【図10】図8に示すヒートポンプのモリエ線図である。
【図11】従来のヒートポンプを使用したデシカント空調システムのフローチャートである。
【図12】図11に示すヒートポンプのモリエ線図である。
【符号の説明】
165 気化加湿器
251 蒸発セクション
252 凝縮セクション
230A、230B、230C 絞り
240A、240B、240C 絞り
300、300b、300c 熱交換器
310 第1の区画
320 第2の区画
325 散水パイプ
HP、HP1、HP2、HP3 ヒートポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression heat pump, and more particularly to a compression heat pump having an economizer using a heat exchanger.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 11, there has conventionally been an air conditioning system combined with a so-called desiccant air conditioner using a heat pump as a heat source. In the air conditioning system of FIG. 11, a compression heat pump HP using a
[0003]
In this air conditioning system, the compressed heat pump HP is configured to simultaneously cool the processing air of the desiccant air conditioner and heat the regeneration air, so that the compressed heat pump HP is treated with the processing air by driving heat applied from the outside to the compressed heat pump HP. In addition, the desiccant can be regenerated with the sum of the heat pumped up from the processing air by the heat pump action and the drive heat of the compression heat pump HP, so that multiple drive energy applied from outside can be used. And a high energy saving effect can be obtained. Further, a
[0004]
Here, the operation of the compression heat pump HP shown in FIG. 11 will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. FIG. 12 is a Mollier diagram of the refrigerant HFC134a. Point a indicates the state of the refrigerant evaporated in the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional heat pump as described above, the enthalpy difference indicating the cooling effect of the refrigerant per unit weight is the difference between the enthalpy of the saturated gas line at the evaporation pressure of the refrigerant and the enthalpy of the saturated liquid line at the condensation pressure, that is, In Example 12, 148.83-122.97 = 25.86 kcal / kg, which is not necessarily large, so the coefficient of performance COP of the compression heat pump HP has to be lowered.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a heat pump having a high COP.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a heat pump according to a first aspect of the present invention includes a
[0008]
If comprised in this way, since the 2nd heat exchanger which evaporates and condenses a refrigerant under the 2nd pressure decompressed rather than the 1st pressure is provided, the enthalpy difference per unit quantity of a refrigerant can be enlarged.
[0009]
In addition, as described in
[0010]
Further, as described in
[0011]
Further, as described in claim 4, in the heat pump according to
[0012]
With this configuration, since the refrigerant liquid flows through the first fluid flow path and the refrigerant gas hardly flows, the first fluid can be uniformly cooled, and the refrigerant gas flowing through the second fluid flow path The amount of is also uniform. Further, since the refrigerant gas is caused to flow through the third fluid flow path, heat can be uniformly taken away and condensed by the second fluid, and the third fluid can be uniformly heated.
[0013]
Furthermore, as described in claim 5, in the heat pump according to claim 1, the
[0014]
With this configuration, a plurality of first fluid flow paths are provided, and the evaporation pressure and thus the condensation pressure in the plurality of fluid flow paths are configured to be different from each other. If the two fluids are configured to flow in the forward and reverse directions with respect to the plurality of fluid flow paths, the evaporating pressure is arranged from the higher pressure to the lower pressure along the flow of the first fluid on the high temperature side. The condensing pressure is arranged from the lower pressure to the higher pressure along the flow of the second fluid on the lower temperature side than the first fluid. That is, if the plurality of different second pressures is 2 or more, particularly 3 or more, the pressures are arranged in order of height. Therefore, the first fluid and the second fluid can be substantially counterflowed, and the heat exchange efficiency can be increased.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol or a similar code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equivalent member, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0016]
FIG. 1 is a flowchart of an air conditioning system including a desiccant air conditioner using a compression heat pump HP1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a second heat exchanger of the present invention used for the compression heat pump HP1. FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example, and FIG. 3 is a refrigerant Mollier diagram of the heat pump HP1.
[0017]
First, with reference to FIG. 2, the structure of a heat exchanger suitable for the heat pump HP1 of the present invention will be described. In the figure, the
[0018]
A plurality of heat exchange tubes as fluid flow paths through which the coolant 250 flows through the
[0019]
In the embodiment shown in FIG. 2, the evaporation section 251 </ b> A and the condensation section 252 </ b> A are configured as a single flow path by a single tube. The same applies to the evaporation sections 251B and C and the condensation sections 252B and C. Therefore, coupled with the fact that the
[0020]
In the embodiment of FIG. 2, the evaporation sections are arranged in the order of 251A, 251B, and 251C from the top in the figure, and the condensation sections are arranged in the order of 252A, 252B, and 252C from the top in the figure.
[0021]
On the other hand, the processing air A as the first fluid is configured to enter the first compartment in the drawing through the
[0022]
Further, a sprinkling
[0023]
Further, a vaporizing
[0024]
Here, the evaporating pressure in the evaporating section 251 and thus the condensing pressure in the condensing section 252, that is, the second pressure of the present invention, is determined by the temperature of the processing air A and the temperature of the outside air B. Since the
[0025]
It is preferable to form a high-performance heat transfer surface by forming spiral grooves such as linear grooves on the inner surface of the barrel of the rifle on the inner surfaces of the heat exchange tubes constituting the evaporation section 251 and the condensation section 252. The refrigerant liquid flowing inside usually flows so as to wet the inner surface. However, if the spiral groove is formed, the boundary layer of the flow is disturbed, so that the heat transfer rate is increased.
[0026]
In addition, although the processing air flows through the first section, it is preferable that fins attached to the outside of the heat exchange tube are processed into a louver shape so as to disturb the fluid flow.
[0027]
Similarly, when the outside air is allowed to flow through the second compartment but water is not sprayed, the fins are preferably configured to disturb the fluid flow. However, when water is sprayed, it is preferable to further apply a corrosion-resistant coating as flat plate fins. This is to prevent corrosive substances that may be mixed in water from being condensed and concentrated by evaporation to corrode the fins or tubes. The fin is preferably made of aluminum or copper.
[0028]
With reference to FIG. 1, the example of the desiccant air conditioner incorporating heat pump HP1 which is the 1st Embodiment of this invention using the
[0029]
In this air conditioning system, the humidity of the processing air is lowered by a desiccant (desiccant), and the air conditioning space to which the processing air is supplied is maintained in a comfortable environment.
[0030]
With reference to FIG. 1, the path | route of the process air as a 1st fluid is demonstrated first. In the figure, air RA to be processed by the
[0031]
The processed air that has been adsorbed and dried by the
[0032]
In the
[0033]
Next, the path of the outside air as the second fluid on the
[0034]
In addition, water is sprayed to the heat exchange tube 252 through a sprinkling
[0035]
A
[0036]
Next, the refrigerant path of the heat pump HP1 will be described. In the figure, the refrigerant gas compressed by the
[0037]
The refrigerant outlet of the
[0038]
The liquid refrigerant exiting the heater (cooler or condenser as viewed from the refrigerant side) 220 is depressurized by the
[0039]
Since the evaporating section 251 and the condensing section 252 are a series of tubes, that is, configured as an integral flow path, the evaporated refrigerant gas (and the refrigerant liquid that has not evaporated) flows into the condensing section 252. The heat is taken away and condensed by the outside air and the sprayed water flowing through the second compartment.
[0040]
The outlet side of the condensing section 252 is connected to the cooler 210 by the
[0041]
The refrigerant evaporated and gasified by the cooler (evaporator as viewed from the refrigerant side) 210 is led to the suction side of the
[0042]
Next, the path of regenerating air for regenerating the desiccant will be described. The outside air taken in from outside by the
[0043]
The outside air heated to a certain degree by the
[0044]
Regenerated air that has regenerated the desiccant by the
[0045]
Regenerated air that has exchanged heat with the outside air (heated outside air) in the
[0046]
With reference to FIG. 3, the effect | action of heat pump HP1 which is embodiment of this invention in the air conditioning system of FIG. 1 is demonstrated. FIG. 3 is a Mollier diagram when the refrigerant HFC134a is used. In this diagram, the horizontal axis is enthalpy and the vertical axis is pressure.
[0047]
In the figure, point a is the state of the refrigerant outlet of the cooler 210 of FIG. 1 and is in the state of saturated gas. Pressure is 4.2 kg / cm 2 The temperature is 10 ° C. and the enthalpy is 148.83 kcal / kg. A state where the gas is sucked and compressed by the
[0048]
This refrigerant gas is cooled in the heater (condenser when viewed from the refrigerant side) 220 and reaches a point c on the Mollier diagram. This point is the state of saturated gas, and the pressure is 19.3 kg / cm. 2 The temperature is 65 ° C. Under this pressure, it is further cooled and condensed and reaches point d. This point is the state of saturated liquid, and the pressure and temperature are the same as point c, and the pressure is 19.3 kg / cm. 2 The temperature is 65 ° C. and the enthalpy is 122.97 kcal / kg.
[0049]
The refrigerant liquid is decompressed by the
[0050]
The gas phase refrigerant indicated by the point f or the refrigerant in the mixed state of the gas phase and the liquid phase flows into the condensation section 252. In the condensing section 252, the refrigerant is deprived of heat by the outside air flowing through the second compartment and / or the sprayed water and reaches the point g. This point is on the saturated liquid line in the Mollier diagram. The temperature is 30 ° C. and the enthalpy is 109.99 kcal / kg.
[0051]
The refrigerant liquid at the point g is 4.2 kg / cm, which is a
[0052]
As described above, in the
[0053]
Further, as the compression heat pump including the
[0054]
Next, with reference to FIG. 4, the example of the desiccant air conditioner incorporating heat pump HP2 which is the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. Except that water is used as the second fluid flowing through the second compartment of the
[0055]
In the second section of the
[0056]
Next, an example of a desiccant air conditioner incorporating a heat pump HP3 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A heat exchanger 300c as shown in FIG. 6 is used for the heat pump HP3. The heat exchanger 300c has basically the same structure as the
[0057]
In FIG. 5, the path of the processing air as the first fluid is the same as in FIG. In the heat exchanger 300c for the heat pump HP3 shown in FIG. 5, a restriction such as an orifice is inserted between the
[0058]
In such a structure, the processing air A flows orthogonally to the heat exchange tube so as to contact the evaporation sections in the order of 251A, 251B, and 251C in the first section, and performs heat exchange with the refrigerant. The outside air B whose inlet temperature is lower than the processing air flows orthogonally to the heat exchange tube so as to contact the condensing sections in the order of 252C, 252B, and 252A in the second compartment. In such a case, the evaporating pressure (temperature) or the condensing pressure (temperature) of the refrigerant is determined for each section grouped by the throttle, but in the order of 251A, 251B, and 251C in the evaporating section, it decreases from high to low. In the condensing section, the order increases from low to high in the order of 252C, 252B and 252A. If attention is paid to the flow of the processing air A and the outside air B, since it is a so-called counter flow, a remarkably high heat exchange efficiency φ, for example, a heat exchange efficiency φ of 80% or more can be realized.
[0059]
Here, in each of the plurality of
[0060]
Exactly the condensing temperature ranges from low to high in the order of
[0061]
In FIG. 6, the first compartment and the second compartment are provided adjacent to each other via a
[0062]
In the embodiment of FIG. 5, the outside air as the second fluid is used as desiccant regeneration air. In the drawing, a
[0063]
In this way, the regeneration air introduced into the
[0064]
Next, the refrigerant path will be described. In the figure, the refrigerant gas compressed by the
[0065]
A
[0066]
The liquid refrigerant exiting the heater (refrigerant condenser) 220 is depressurized by the
[0067]
Since each
[0068]
On the outlet side of each condensing
[0069]
In such a configuration, the refrigerant liquid condensed in the condensing
[0070]
The refrigerant evaporated and gasified by the cooler (refrigerant evaporator) 210 is guided to the suction side of the
[0071]
With reference to FIG. 7, the refrigerant | coolant flow and effect | action of heat pump HP3 which are 3rd Embodiment in the air conditioner of FIG. 5 are demonstrated. FIG. 7 is a Mollier diagram when the refrigerant HFC134a similar to that in FIG. 3 is used.
[0072]
In the figure, point a is the state of the refrigerant outlet of the cooler 210 of FIG. 7, which is a saturated gas state. Pressure is 4.2 kg / cm 2 The temperature is 10 ° C. and the enthalpy is 148.83 kcal / kg. A state where the gas is sucked and compressed by the
[0073]
The refrigerant gas is cooled in the heater (refrigerant condenser) 220 and reaches a point c on the Mollier diagram. This point is the state of saturated gas, and the pressure is 19.3 kg / cm. 2 The temperature is 65 ° C. Under this pressure, it is further cooled and condensed and reaches point d. This point is the state of saturated liquid, and the pressure and temperature are the same as point c, and the pressure is 19.3 kg / cm. 2 The temperature is 65 ° C. and the enthalpy is 122.97 kcal / kg.
[0074]
Of the refrigerant liquid, the state of the refrigerant reduced in pressure by the
[0075]
At any of the points e1, e2, and e3, the refrigerant is in a state where a part of the liquid is evaporated and the liquid and the gas are mixed. In each evaporating section, the refrigerant liquid evaporates under the second pressure and reaches intermediate points f1, f2, and f3 between the saturated liquid line and the saturated gas line at each pressure, respectively.
[0076]
The refrigerant in this state flows into each condensing
[0077]
Here, the refrigerant is in a state where liquid and gas are mixed. These refrigerants merge into one
[0078]
This refrigerant takes heat from the processing air in the cooler (refrigerant evaporator) 210, evaporates to become a saturated gas in the state of point a on the Mollier diagram, is again sucked into the
[0079]
As described above, in the heat exchanger 300c, the refrigerant evaporates in each evaporating section and condenses in each condensing section. Since it is evaporative heat transfer and condensing heat transfer, the heat transfer rate is very high. . Moreover, in the first section, the process air cooled from the high temperature to the low temperature as it flows from the top to the bottom in the figure is cooled at the temperatures arranged in order of 43 ° C., 40 ° C., and 37 ° C., respectively. Compared with the case of cooling at one temperature, for example, 40 ° C., the heat exchange efficiency can be increased. The condensing section is similar. That is, in the second section, the outside air (regeneration air) heated from the low temperature to the high temperature as it flows from the bottom to the top in the figure is heated at the temperatures arranged in order of 37 ° C., 40 ° C., and 43 ° C., respectively. Therefore, the heat exchange efficiency can be increased as compared with the case of heating at one temperature, for example, 40 ° C.
[0080]
Further, as the compression heat pump HP3 including the
[0081]
With reference to FIG. 8, the example of the desiccant air conditioner incorporating heat pump HP4 which is the 4th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 9 is a heat exchanger 300d suitable for use in the heat pump HP4, and FIG. 10 is a Mollier diagram for explaining the refrigerant cycle of the heat pump HP4 according to the fourth embodiment.
[0082]
The processing air path and the regeneration air path are the same as those in the air conditioner of the embodiment of FIG.
[0083]
Here, the refrigerant path of the heat pump HP4 will be described. In the figure, the refrigerant gas compressed by the
[0084]
The refrigerant outlet of the
[0085]
The liquid refrigerant exiting the heater (cooler or condenser as viewed from the refrigerant side) 220 is decompressed by an
[0086]
Since the evaporating section 251 and the condensing section 252 are a series of tubes, that is, configured as an integral flow path, the evaporated refrigerant gas (and the refrigerant liquid that has not evaporated) flows into the condensing section 252. The heat is taken away and condensed by the outside air and the sprayed water flowing through the second compartment.
[0087]
The outlet side of the condensing section 252 is connected to the
[0088]
The refrigerant evaporated and gasified by the cooler (evaporator as viewed from the refrigerant side) 210 is led to the suction side of the
[0089]
The gas-liquid separator 350 includes a container into which a mixture of gas and liquid flows, and a
[0090]
With reference to FIG. 9, the structure of the heat exchanger 300d as a 2nd heat exchanger suitable for using for the heat pump of 4th Embodiment is demonstrated. In the figure, in the heat exchanger 300d, a
[0091]
The arrangement of the
[0092]
[0093]
The
[0094]
Since the
[0095]
[0096]
With reference to the Mollier diagram of FIG. 10, the effect | action of heat pump HP4 which is embodiment of this invention in the air conditioning system of FIG. 8 is demonstrated. FIG. 10 is a Mollier diagram when the refrigerant HFC134a is used. In this diagram, the horizontal axis is enthalpy and the vertical axis is pressure.
[0097]
In the figure, point a is the same as point B, point c, and point d in the Mollier diagram of FIG. The refrigerant liquid at the point d is decompressed by the
[0098]
The liquid separated by the gas-liquid separator 350 is a liquid at a point g on the saturated liquid line. The liquid at the point i and the liquid at the point g are mixed by the
[0099]
As described above, in the present embodiment, there is almost no gas phase component contained in the refrigerant guided to the heat exchange tubes (heat transfer tubes) constituting the
[0100]
In this way, the amount of heat transferred by the heat pipe action of each heat transfer pipe (phase change of the refrigerant, particularly heat transfer action due to evaporation and condensation) is made uniform between the heat transfer pipes. Uniform heat transfer is possible, and the inconvenience that air as the first fluid and the second fluid passes without being involved in heat transfer can be prevented. Therefore, in the dehumidifying air-conditioning apparatus according to the embodiment, the heat exchange efficiency between the processing air as the first fluid and the cooling medium (outside air) or the regeneration air as the second fluid is improved and the operation reliability is improved. Can be planned.
[0101]
Hereinafter, examples of the present invention will be described using specific numerical values. As calculation conditions, the heat transfer amount is 2 USRt, the evaporation temperature is 10 ° C., the economizer temperature is 40 ° C., the condensation temperature is 65 ° C., the refrigerant is HFC134a, and the pipe diameter is 12 mm. Further, the inner diameter of the heat transfer tube is 8.3 mm, and the number of heat transfer tubes is 40 (in the case of a three-stage arrangement as shown in FIG. 9, for example, 13, 14, 13, 13 are arranged in a staggered arrangement in each stage). . Here, when the enthalpy of each point is read and calculated with reference to the Mollier diagram of FIG. / S.
[0102]
Comparative example:
The gas-liquid two-phase refrigerant after being expanded by the expansion valve is branched into a large number of heat transfer tubes configured in one path of the heat exchanger using a distributor. In the second heat exchanger, the number of branches is large because the heat transfer tubes must be arranged in one path.
[0103]
Dryness immediately after the expansion valve: (122.97-113.51) /39.42=0.242 (39.42 is the enthalpy difference between point h and point g in FIG. 10)
Specific volume of the two-phase mixed refrigerant immediately after the expansion valve: 0.00087261 × (1−0.242) + 0.020032 × 0.242) = 0.551m Three / Kg
Flow velocity 1 (in three pipes with an inner diameter of 12 mm): 0.00551 × 0.0476 × 4 / (0.012 × 0.012 × 3.14 × 3) = 0.773 m / s
Flow velocity 2 (in 40 heat transfer tubes with an inner diameter of 8.3): 0.00551 × 0.0476 × 4 / (0.0083 × 0.0083 × 3.14 × 40) = 0.121 m / s
At a flow rate of 1, the refrigerant flows in the pipe almost uniformly through gas-liquid mixing. However, at the flow rate of 2 that branches to the heat transfer tube, the flow rate is too slow, so the refrigerant flows in a state where the gas-liquid two phases are separated by gravity. The gas phase flows upward and the liquid phase flows downward. Thus, since the flow velocity after branching becomes extremely slow, it is difficult to distribute the vapor-phase refrigerant in a state of being uniformly mixed with the liquid-phase refrigerant. As a result, the refrigerant cannot be uniformly distributed because the flow is different before and after branching.
[0104]
Example:
Dryness immediately after expansion valve: 0
Specific volume of liquid refrigerant immediately after expansion valve: 0.00087261m Three / Kg
Flow velocity 3 (in three pipes with an inner diameter of 12 mm): 0.00087261 × 0.0476 (1−0.242) × 4 / (0.012 × 0.012 × 3.14 × 3) = 0.0928 m / s
Flow velocity 4 (in 40 heat transfer tubes with an inner diameter of 8.3): 0.00087261 × 0.0476 (1−0.242) × 4 / (0.0083 × 0.0083 × 3.14 × 40) = 0 .0146 m / s
As described above, since both the
[0105]
As described above, in the fourth embodiment, the second fluid has been described using the vaporizing humidifier and the watering pipe and using the outside air whose temperature has been lowered by the heat of vaporization of water, but not only in such a case. As in the third embodiment shown in FIG. 5, the regeneration air can be heated in the second section.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the second heat exchanger that evaporates and condenses the refrigerant under the second pressure that is lower than the first pressure is provided, the enthalpy difference per unit amount of the refrigerant Therefore, it is possible to provide a heat pump with significantly improved COP.
[0107]
Therefore, when the heat pump of the present invention is used as a heat source of a desiccant air conditioner, for example, the efficiency of the desiccant air conditioner can be remarkably increased.
[0108]
When the second heat exchanger is provided with a gas-liquid separator, the refrigerant gas and the refrigerant liquid are separated, so that the heat exchange in the second heat exchanger becomes uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a desiccant air conditioning system using a heat pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a heat exchanger suitable for use in the heat pump shown in FIG.
FIG. 3 is a Mollier diagram of the heat pump shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart of a desiccant air conditioning system using a heat pump according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of a desiccant air conditioning system using a heat pump according to a third embodiment of the present invention.
6 is a schematic cross-sectional view of a heat exchanger suitable for use in the heat pump shown in FIG.
FIG. 7 is a Mollier diagram of the heat pump shown in FIG.
FIG. 8 is a flowchart of a desiccant air conditioning system using a heat pump according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a schematic cross-sectional view of a heat exchanger suitable for use in the heat pump shown in FIG.
10 is a Mollier diagram of the heat pump shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 11 is a flowchart of a desiccant air conditioning system using a conventional heat pump.
12 is a Mollier diagram of the heat pump shown in FIG. 11. FIG.
[Explanation of symbols]
165 Vaporizing humidifier
251 Evaporation section
252 Condensation section
230A, 230B, 230C
240A, 240B, 240C Aperture
300, 300b, 300c heat exchanger
310 First compartment
320 Second compartment
325 Watering pipe
HP, HP1, HP2, HP3 heat pump
Claims (5)
前記冷媒圧縮機で圧縮された冷媒から高温流体により熱を奪って該冷媒を第1の圧力下で凝縮させる第1の熱交換器と;
前記第1の熱交換器で凝縮した冷媒を第2の圧力に減圧する第1の絞りと;
前記第2の圧力下で第1の流体からの熱により前記第1の絞りで減圧された冷媒を蒸発させ、前記蒸発させた後に前記冷媒から第2の流体により熱を奪って該冷媒を凝縮させる第2の熱交換器と;
前記第2の熱交換器で凝縮した後に前記冷媒を第3の圧力に減圧する第2の絞りと;
前記第3の圧力下で、低温流体から熱を与えて、前記第2の絞りで減圧した冷媒を蒸発させるように構成された第3の熱交換器とを備えることを特徴とする;
ヒートポンプ。A refrigerant compressor for compressing the refrigerant;
A first heat exchanger that draws heat from the refrigerant compressed by the refrigerant compressor by a high-temperature fluid and condenses the refrigerant under a first pressure;
A first throttle for reducing the refrigerant condensed in the first heat exchanger to a second pressure;
Under the second pressure, the refrigerant decompressed by the first throttle is evaporated by the heat from the first fluid, and after the evaporation, the refrigerant is deprived of heat by the second fluid and condensed. A second heat exchanger to cause;
A second throttle that depressurizes the refrigerant to a third pressure after condensing in the second heat exchanger;
A third heat exchanger configured to evaporate the refrigerant depressurized by the second throttle by applying heat from a cryogenic fluid under the third pressure;
heat pump.
前記第1の流体を流す第1の区画と;
前記第2の流体を流す第2の区画と;
前記第1の区画を貫通する、前記第1の流体と熱交換する前記冷媒を流す第1の流体流路と;
前記第2の区画を貫通する、前記第2の流体と熱交換する前記冷媒を流す第2の流体流路とを備え;
前記冷媒は、前記第1の流体流路から前記第2の流体流路に貫通して流れ、前記第1の流体流路の流路側伝熱面では前記冷媒は前記第2の圧力下で蒸発し、前記第2の流体流路の流路側伝熱面では前記冷媒はほぼ前記第2の圧力下で凝縮するように構成されていることを特徴とする;
請求項1に記載のヒートポンプ。The second heat exchanger is
A first compartment for flowing said first fluid;
A second compartment for flowing said second fluid;
A first fluid flow path through which the refrigerant that passes through the first compartment and exchanges heat with the first fluid flows;
A second fluid flow path that passes through the second compartment and flows the refrigerant that exchanges heat with the second fluid;
The refrigerant flows from the first fluid flow path through the second fluid flow path, and the refrigerant evaporates under the second pressure on the flow side heat transfer surface of the first fluid flow path. And the refrigerant is configured to condense substantially under the second pressure on the flow path side heat transfer surface of the second fluid flow path;
The heat pump according to claim 1.
前記第2の流体流路と並列に設けられた第3の流体流路とを備え;
前記気液分離器で分離された冷媒液は、前記第1の流体流路に流され、前記機液分離器で分離された冷媒ガスは、前記第1の流体流路をバイパスし、前記第3の流体流路に流されるように構成された;
請求項2に記載のヒートポンプ。A gas-liquid separator between the first throttle and the second heat exchanger that separates the refrigerant, which has been reduced to the second pressure before, into refrigerant liquid and refrigerant gas;
A third fluid channel provided in parallel with the second fluid channel;
The refrigerant liquid separated by the gas-liquid separator flows into the first fluid flow path, and the refrigerant gas separated by the machine liquid separator bypasses the first fluid flow path, and Configured to flow through three fluid flow paths;
The heat pump according to claim 2.
前記第1の流体を流す第1の区画と;
前記第2の流体を流す第2の区画と;
前記第1の区画を貫通する、前記第1の流体と熱交換する前記冷媒を流す第1の流体流路と;
前記第2の区画を貫通する、前記第2の流体と熱交換する前記冷媒を流す第2の流体流路とを備え;
前記冷媒は、前記第1の流体流路から前記第2の流体流路に貫通して流れ、前記第1の流体流路の流路側伝熱面では前記冷媒は前記第2の圧力下で蒸発し、前記第2の流体流路の流路側伝熱面では前記冷媒はほぼ前記第2の圧力下で凝縮するように構成されており;
前記第1の流体流路は複数備えられ、前記複数の流体流路における前記第2の圧力は、それぞれ異なるように構成されていることを特徴とする;
請求項1に記載のヒートポンプ。The second heat exchanger is
A first compartment for flowing said first fluid;
A second compartment for flowing said second fluid;
A first fluid flow path through which the refrigerant that passes through the first compartment and exchanges heat with the first fluid flows;
A second fluid flow path that passes through the second compartment and flows the refrigerant that exchanges heat with the second fluid;
The refrigerant flows from the first fluid flow path through the second fluid flow path, and the refrigerant evaporates under the second pressure on the flow side heat transfer surface of the first fluid flow path. And the refrigerant is configured to condense substantially under the second pressure on the channel-side heat transfer surface of the second fluid channel;
A plurality of the first fluid flow paths are provided, and the second pressures in the plurality of fluid flow paths are configured to be different from each other;
The heat pump according to claim 1.
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