JP4043714B2 - 熱ポンプ／エンジン・システム及びその利用方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、熱ポンプ／エンジン・システム及び方法に関しており、特に、密閉空間を空調する熱ポンプ／エンジン・システム及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
在来の空調は、顕熱（ＳＨ）を除去することにおいては効果的であるが、潜熱（ＬＨ）を除去することにおいては余り効果的ではない。熱を除去するためには、空調装置の蒸発器が、通常は約２６℃である周囲空気と比較して、冷たくなければならない。更に、蒸気を除去するためには、蒸発器は、約１５℃である露点温度と比較して、冷たくなければならない。
【０００３】
ＬＨがＳＨを上回っている場合には、普通に調節されている密閉空間内の湿度は、快適な環境を維持するのに推奨されている最大湿度であるところの６０％を超える、ということが、示され得る。このため、湿潤な気候においては、空調システムは、吸収装置を必要とし、この吸収装置は、湿分を除去している間、密閉空間を加熱し、このため、その吸収装置は、空調システムの効率を低下させる。
【０００４】
ＰＣＴ出願第ＷＯ９６／３３３７８号公報には、塩水溶液で熱交換する冷媒蒸発器及び冷媒凝縮器を利用して空調する、熱ポンプ・システム及び方法が、開示されている。冷媒は、オゾンに悪影響を及ぼすと考えられており、このため、その使用を避けることが、推奨されている。
【０００５】
【発明の概要】
従って、水／塩水フラッシュ蒸発器と水／塩水熱交換器とを利用する、環境に優しい熱ポンプ／エンジン・システム及び方法を提供することが、本発明の全体的な目的である。
【０００６】
フラッシュ蒸発器の水／塩水濃度を調整することによって密閉空間内の熱負荷を制御することにより、その密閉空間を空調する熱ポンプ／エンジン・システム及び方法を提供することが、本発明の別の目的である。
【０００７】
前記フラッシュ蒸発器の水及び又は塩水の温度を制御することにより、密閉空間を空調する熱ポンプ／エンジン方法及びシステムを提供することが、本発明の更に別の目的である。
【０００８】
従って、本発明によると、熱ポンプ／エンジン・システムが提供され、この熱ポンプ／エンジン・システムは、第１の空気／塩水熱交換器と流体連通している水／塩水フラッシュ蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを具備している。
【０００９】
本発明は、更に、熱ポンプ／エンジン方法を提供し、この熱ポンプ／エンジン方法は、第１の空気／塩水熱交換器と流体連通しているフラッシュ水／塩水フラッシュ蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを用意し、そして、密閉空間内の熱負荷を、前記空間内の湿度及び熱負荷に応じて前記フラッシュ蒸発器内の水流を制御することによって調整する。
【００１０】
ここで、本発明が、ある好ましい実施例に関し、以下の説明図を参照して記載され、もって、本発明が、より十分に理解され得よう。
【００１１】
ここで、特に図面の細部に関し、示されている事項は、本発明の好ましい実施例の例示及び説明のためだけのものであり、本発明の原理及び概念の最も有用な且つ最も容易に理解される記載であると思われるものを提供するために示されている、ということが、強調される。この点に関し、本発明の基本的な理解に必要な本発明の構造的な細部をより詳細に図示する試みは、なされておらず、図面と共になされている記載が、本発明の幾つかの形態が如何にして実際に具体化され得るかを、当業者に対して明らかにしている。
【００１２】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１を参照するに、そこには熱ポンプ／エンジン・システムが示されており、この熱ポンプ／エンジン・システムは、ハウジング４を有する水／塩水フラッシュ蒸発器２と、水入口６と、ハウジングの底部から滴下タイプの空気−塩水熱交換器１０に至る塩水出口管８とを含んでいる。蒸気チャンバー１２を構成しているハウジング４の頂部は、管１４及び蒸気圧縮機１６を介し、塩水凝縮器２０の蒸気チャンバー１８と連通している。蒸気チャンバー１８には、真空ポンプ２２が取着されている。塩水凝縮器２０からの出口は、管２４を介し、第２の空気／塩水熱交換器２６に通じている。両方の熱交換器１０及び２６は、同様に構成されており、有利に、滴下ノズル又は噴霧ノズルの形態の入口２８と、塩水／空気熱交換手段３０（例えば、密に折り畳まれた厚紙又は充填された粒子）とで構成されている。熱交換器の下部は、塩水溜め３２を構成している。より効果的な運転のために、押込周囲空気を滴下部３５内に導入する送風機３４が、組み込まれている。
【００１３】
溜め３２で蓄積された冷塩水は、ポンプ４０，４２により、管３６，３８を介し、塩水フラッシュ蒸発器２と凝縮器２０とにそれぞれ戻されてリサイクルされる。
【００１４】
乾燥気候地域においては、環境蒸気圧は、空調されている密閉空間内の蒸気圧よりも低くなり得る。この様な場合、圧縮機１６は、タービンになり、即ち、エネルギーを消費するのではなく、エネルギーを供給する。
【００１５】
ＬＨが支配的であるところの湿潤な地域においては、換気は、より多くの蒸気を密閉空間内へ導入するだけであろう。しかしながら、フラッシュ蒸発器２及び熱交換器１０において塩水を更に冷却するために水が使用される場合には、空気／塩水熱交換器２６においての空気の除湿及び冷却が、達成される。
【００１６】
熱負荷の大部分がＳＨである場合には、塩水は、それが最早水蒸気を吸収しない点に到達するであろう。圧縮機１６は蒸気を蒸気チャンバー１２から吸引し続けるので、冷却の目的で、新鮮な水が、水入口を通して供給されるべきである。
【００１７】
図２を参照するに、そこには別の実施例が示されており、この実施例においては、２つのチャンバー（塩水フラッシュチャンバー４６及び水フラッシュチャンバー４８）を有するフラッシュ蒸発器４４が、設けられている。チャンバー４８の底部に隣接して位置させられている入口ポート５２を有する水管５０が、塩水フラッシュチャンバー４６内へ通じており、この塩水フラッシュチャンバーの端から端まで曲がりくねって進み、水チャンバー４８における水位５４の近傍で出てゆく。ポンプ５６が、管５０を通しての水の循環をもたらす。図示されている管５０に代えて、他のタイプの熱交換器も、使用され得る。
【００１８】
塩水／水溶液が、その溶液よりも高い蒸気圧を有する水によって部分的に冷却されるだけであり、このため、圧縮機１６が、蒸気を圧縮するにおいて比較的少ないエネルギーしか消費しないという点において、その様な２チャンバー・フラッシュ蒸発器は、熱力学的な利点を有している。
【００１９】
その他の点については、このシステムは、図１のシステムと同様に作動する。
【００２０】
塩水の過剰な希釈を避け且つ性能を向上させるべく、それ自体は知られている塩水濃縮機５８が、図３に示されているシステムに付加され得る。
【００２１】
塩水濃縮機５８は、溜め３２内に蓄積されている、希釈された塩水を受容すべく、管６０を介して、熱交換器２６の溜め３２と連通している。濃縮機５８によって抽出される水は、管６２及びポンプ６４を介し、水／塩水熱交換器４４の水フラッシュチャンバー４８内へ送られる。
【００２２】
寒冷気候地域においては、本発明に係るシステムは、熱源を供給することにより、空間加熱用に使用され得る。従って、図３に更に示されているように、フラッシュ蒸発器４４の水フラッシュチャンバー４８内の水は、熱源６６（例えば帯水層）から出発し、そして、ポンプ７２により、管６８及び７０を介し、熱源６６とチャンバー４８との間を循環させられる。
【００２３】
あるいは、又は更に、熱交換器１０内の塩水が、熱と蒸気とを外側の空気から吸収し、そして、その熱の一部が、塩水をフラッシするのに使用されると共に、一部は、管５０を介して水に伝達され、この場合、それは、水の蒸発に使用される。更に別の熱交換器７４も設けられ得、この熱交換器は、空気をこの熱交換器によって冷却すべく送風機３４に当接していると共に、管７６，７８及び循環ポンプ８０を介して水チャンバー４８と連通している。
【００２４】
以上に説明した実施例の細部に本発明が限定されないということ及び本発明の精神及び本質的な属性から逸脱することなく本発明が別の特定な形態で具体化され得るということは、当業者にとって明らかであろう。従って、本実施例は、全ての点で、説明のためのものであって、制限するためのものではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、上述の記載によってではなく、添付されている請求項によって示されており、従って、請求項と等価な意味及び範囲内に入る全ての変更は、請求項内に包含されるべく意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱ポンプ／エンジン・システムの概略図である。
【図２】 熱ポンプ／エンジン・システムの別の実施例の概略図である。
【図３】 本発明に係る、熱ポンプ／エンジン・システムの更に別の実施例の概略図である。
【発明の分野】
本発明は、熱ポンプ／エンジン・システム及び方法に関しており、特に、密閉空間を空調する熱ポンプ／エンジン・システム及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
在来の空調は、顕熱（ＳＨ）を除去することにおいては効果的であるが、潜熱（ＬＨ）を除去することにおいては余り効果的ではない。熱を除去するためには、空調装置の蒸発器が、通常は約２６℃である周囲空気と比較して、冷たくなければならない。更に、蒸気を除去するためには、蒸発器は、約１５℃である露点温度と比較して、冷たくなければならない。
【０００３】
ＬＨがＳＨを上回っている場合には、普通に調節されている密閉空間内の湿度は、快適な環境を維持するのに推奨されている最大湿度であるところの６０％を超える、ということが、示され得る。このため、湿潤な気候においては、空調システムは、吸収装置を必要とし、この吸収装置は、湿分を除去している間、密閉空間を加熱し、このため、その吸収装置は、空調システムの効率を低下させる。
【０００４】
ＰＣＴ出願第ＷＯ９６／３３３７８号公報には、塩水溶液で熱交換する冷媒蒸発器及び冷媒凝縮器を利用して空調する、熱ポンプ・システム及び方法が、開示されている。冷媒は、オゾンに悪影響を及ぼすと考えられており、このため、その使用を避けることが、推奨されている。
【０００５】
【発明の概要】
従って、水／塩水フラッシュ蒸発器と水／塩水熱交換器とを利用する、環境に優しい熱ポンプ／エンジン・システム及び方法を提供することが、本発明の全体的な目的である。
【０００６】
フラッシュ蒸発器の水／塩水濃度を調整することによって密閉空間内の熱負荷を制御することにより、その密閉空間を空調する熱ポンプ／エンジン・システム及び方法を提供することが、本発明の別の目的である。
【０００７】
前記フラッシュ蒸発器の水及び又は塩水の温度を制御することにより、密閉空間を空調する熱ポンプ／エンジン方法及びシステムを提供することが、本発明の更に別の目的である。
【０００８】
従って、本発明によると、熱ポンプ／エンジン・システムが提供され、この熱ポンプ／エンジン・システムは、第１の空気／塩水熱交換器と流体連通している水／塩水フラッシュ蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを具備している。
【０００９】
本発明は、更に、熱ポンプ／エンジン方法を提供し、この熱ポンプ／エンジン方法は、第１の空気／塩水熱交換器と流体連通しているフラッシュ水／塩水フラッシュ蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを用意し、そして、密閉空間内の熱負荷を、前記空間内の湿度及び熱負荷に応じて前記フラッシュ蒸発器内の水流を制御することによって調整する。
【００１０】
ここで、本発明が、ある好ましい実施例に関し、以下の説明図を参照して記載され、もって、本発明が、より十分に理解され得よう。
【００１１】
ここで、特に図面の細部に関し、示されている事項は、本発明の好ましい実施例の例示及び説明のためだけのものであり、本発明の原理及び概念の最も有用な且つ最も容易に理解される記載であると思われるものを提供するために示されている、ということが、強調される。この点に関し、本発明の基本的な理解に必要な本発明の構造的な細部をより詳細に図示する試みは、なされておらず、図面と共になされている記載が、本発明の幾つかの形態が如何にして実際に具体化され得るかを、当業者に対して明らかにしている。
【００１２】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１を参照するに、そこには熱ポンプ／エンジン・システムが示されており、この熱ポンプ／エンジン・システムは、ハウジング４を有する水／塩水フラッシュ蒸発器２と、水入口６と、ハウジングの底部から滴下タイプの空気−塩水熱交換器１０に至る塩水出口管８とを含んでいる。蒸気チャンバー１２を構成しているハウジング４の頂部は、管１４及び蒸気圧縮機１６を介し、塩水凝縮器２０の蒸気チャンバー１８と連通している。蒸気チャンバー１８には、真空ポンプ２２が取着されている。塩水凝縮器２０からの出口は、管２４を介し、第２の空気／塩水熱交換器２６に通じている。両方の熱交換器１０及び２６は、同様に構成されており、有利に、滴下ノズル又は噴霧ノズルの形態の入口２８と、塩水／空気熱交換手段３０（例えば、密に折り畳まれた厚紙又は充填された粒子）とで構成されている。熱交換器の下部は、塩水溜め３２を構成している。より効果的な運転のために、押込周囲空気を滴下部３５内に導入する送風機３４が、組み込まれている。
【００１３】
溜め３２で蓄積された冷塩水は、ポンプ４０，４２により、管３６，３８を介し、塩水フラッシュ蒸発器２と凝縮器２０とにそれぞれ戻されてリサイクルされる。
【００１４】
乾燥気候地域においては、環境蒸気圧は、空調されている密閉空間内の蒸気圧よりも低くなり得る。この様な場合、圧縮機１６は、タービンになり、即ち、エネルギーを消費するのではなく、エネルギーを供給する。
【００１５】
ＬＨが支配的であるところの湿潤な地域においては、換気は、より多くの蒸気を密閉空間内へ導入するだけであろう。しかしながら、フラッシュ蒸発器２及び熱交換器１０において塩水を更に冷却するために水が使用される場合には、空気／塩水熱交換器２６においての空気の除湿及び冷却が、達成される。
【００１６】
熱負荷の大部分がＳＨである場合には、塩水は、それが最早水蒸気を吸収しない点に到達するであろう。圧縮機１６は蒸気を蒸気チャンバー１２から吸引し続けるので、冷却の目的で、新鮮な水が、水入口を通して供給されるべきである。
【００１７】
図２を参照するに、そこには別の実施例が示されており、この実施例においては、２つのチャンバー（塩水フラッシュチャンバー４６及び水フラッシュチャンバー４８）を有するフラッシュ蒸発器４４が、設けられている。チャンバー４８の底部に隣接して位置させられている入口ポート５２を有する水管５０が、塩水フラッシュチャンバー４６内へ通じており、この塩水フラッシュチャンバーの端から端まで曲がりくねって進み、水チャンバー４８における水位５４の近傍で出てゆく。ポンプ５６が、管５０を通しての水の循環をもたらす。図示されている管５０に代えて、他のタイプの熱交換器も、使用され得る。
【００１８】
塩水／水溶液が、その溶液よりも高い蒸気圧を有する水によって部分的に冷却されるだけであり、このため、圧縮機１６が、蒸気を圧縮するにおいて比較的少ないエネルギーしか消費しないという点において、その様な２チャンバー・フラッシュ蒸発器は、熱力学的な利点を有している。
【００１９】
その他の点については、このシステムは、図１のシステムと同様に作動する。
【００２０】
塩水の過剰な希釈を避け且つ性能を向上させるべく、それ自体は知られている塩水濃縮機５８が、図３に示されているシステムに付加され得る。
【００２１】
塩水濃縮機５８は、溜め３２内に蓄積されている、希釈された塩水を受容すべく、管６０を介して、熱交換器２６の溜め３２と連通している。濃縮機５８によって抽出される水は、管６２及びポンプ６４を介し、水／塩水熱交換器４４の水フラッシュチャンバー４８内へ送られる。
【００２２】
寒冷気候地域においては、本発明に係るシステムは、熱源を供給することにより、空間加熱用に使用され得る。従って、図３に更に示されているように、フラッシュ蒸発器４４の水フラッシュチャンバー４８内の水は、熱源６６（例えば帯水層）から出発し、そして、ポンプ７２により、管６８及び７０を介し、熱源６６とチャンバー４８との間を循環させられる。
【００２３】
あるいは、又は更に、熱交換器１０内の塩水が、熱と蒸気とを外側の空気から吸収し、そして、その熱の一部が、塩水をフラッシするのに使用されると共に、一部は、管５０を介して水に伝達され、この場合、それは、水の蒸発に使用される。更に別の熱交換器７４も設けられ得、この熱交換器は、空気をこの熱交換器によって冷却すべく送風機３４に当接していると共に、管７６，７８及び循環ポンプ８０を介して水チャンバー４８と連通している。
【００２４】
以上に説明した実施例の細部に本発明が限定されないということ及び本発明の精神及び本質的な属性から逸脱することなく本発明が別の特定な形態で具体化され得るということは、当業者にとって明らかであろう。従って、本実施例は、全ての点で、説明のためのものであって、制限するためのものではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、上述の記載によってではなく、添付されている請求項によって示されており、従って、請求項と等価な意味及び範囲内に入る全ての変更は、請求項内に包含されるべく意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱ポンプ／エンジン・システムの概略図である。
【図２】 熱ポンプ／エンジン・システムの別の実施例の概略図である。
【図３】 本発明に係る、熱ポンプ／エンジン・システムの更に別の実施例の概略図である。
Claims (15)
- 熱ポンプ／エンジン・システムであって、
第１の空気／塩水熱交換器と流体連通している水／塩水フラッシュ蒸発器と、
第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、
前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンと、
を具備するシステム。 - 前記塩水凝縮器と連通している蒸気真空ポンプを更に具備する請求項１のシステム。
- 水を前記水／塩水フラッシュ蒸発器に加える水源を更に具備する請求項１のシステム。
- 前記フラッシュ蒸発器が、水フラッシュチャンバーと、塩水フラッシュチャンバーと、熱交換手段であって、前記水チャンバー内に位置させられている入口及び出口を有しており且つ前記塩水フラッシュチャンバー内に少なくとも部分的に位置させられているものとを含む請求項１のシステム。
- 前記フラッシュ蒸発器が、前記熱交換手段内に水を循環させる水ポンプを更に備えている請求項４のシステム。
- 前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器の各々が、押込空気を前記熱交換器内へ導入する送風機を含む請求項１のシステム。
- 塩水を前記第１の空気／塩水熱交換器から前記フラッシュ蒸発器に循環させる管内に位置させられている第１のポンプを更に含む請求項１のシステム。
- 塩水を前記第２の空気／塩水熱交換器から前記塩水凝縮器に循環させる管内に位置させられている第２のポンプを更に含む請求項１のシステム。
- 前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器のうちの少なくとも１つが、直接接触空気／塩水熱交換器である請求項１のシステム。
- 前記フラッシュ蒸発器及び前記第２の空気／塩水熱交換器と作用的に相互接続されている塩水濃縮機を更に具備する請求項１のシステム。
- 温水を前記フラッシュ蒸発器内へ循環させる手段を更に具備する請求項１のシステム。
- 前記温水循環手段と前記第１の空気／塩水熱交換器とに結び付けられている空気／水熱交換器を更に具備する請求項１１のシステム。
- 熱ポンプ／エンジン方法であって、
第１の空気／塩水熱交換器と流体連通している水／塩水フラッシュ蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを用意し、そして
密閉空間内の熱負荷を、前記空間内の湿度及び熱負荷に応じて前記フラッシュ蒸発器内の水流を制御することによって調整する、
方法。 - 熱ポンプ／エンジン方法であって、
第１の空気／塩水熱交換器と流体連通している水／塩水蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを用意し、そして
密閉空間内の熱負荷を、前記蒸発器内の塩水の温度を制御することによって調整する、
方法。 - 熱ポンプ／エンジン方法であって、
第１の空気／塩水熱交換器と流体連通している水／塩水フラッシュ蒸発器と、第２の空気／塩水熱交換器と流体連通している塩水凝縮器と、前記フラッシュ蒸発器から前記塩水凝縮器に至る流体管に接続されている蒸気圧縮機／タービンとを用意し、そして
前記蒸発器内の塩水の希釈を調整する、
方法。
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