JP5216759B2 - ヒートポンプ - Google Patents
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Description
ハンザーフェルラーク著「応用熱力学」、基礎理論と応用、第14改訂版、2005年、pp.278−279
請求項31に記載の熱を与える方法、または請求項33に記載のコンピュータプログラムによって達成できる。
20b 戻り流動
80 第1熱交換器
81 圧縮機
82 第2熱交換器
83 チョーク
100 蒸発室
102 上昇管
104 地下水貯蔵庫
108 拡張器
110 水溜め
112,204 排水管
113 戻し管
114 バルブ
116 水溜め
118,152 ポンプ
150,310 タービン
154 力連結器
156 モーター
172 動圧縮機
174 最後の圧縮機
180 水
182 水蒸気
186 拡張部
192 バルブ
198 供給ライン
200 拡張器
202 循環ポンプ
206 構造体
208,268 カバー
210 ノズル板
212 ノズル
220 ガスセパレータ
222 ポンプ
230 ノズルパイプ
232 シール
234 ノズル口
236 熱交換器
238 支線
250 コントローラ
262,272,274,276 ベーン
264 軸
266 基盤
300 暖房ライン
312 ポンプ
314 力連結部
Claims (41)
- 以下のものを含むヒートポンプ、
作業気体を生成するために作業液体としての水を蒸発させるための蒸発装置(10)であり、この蒸発装置は蒸発室(100)を有し、蒸発室内では20hPaよりも小さい蒸発圧力になるように構成され、これにより、水が18℃未満の温度で蒸発する、
前記蒸発装置(10)に接続された、作業気体を圧縮するための圧縮機(16)であり、この圧縮機は動圧縮機として構成され、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮するように構成されている、
圧縮作業気体を液化させるための液化装置(18)であり、この液化装置は、液化中に得られた熱を暖房システムに出力するように構成されている、
前記ヒートポンプにおいて、
前記蒸発装置はタービン(150)を有し、これにより上方へ流れる作業流体の圧力が低下され、その処理中に作業液体からエネルギーが取り出され、このタービン(150)はさらに、下方へ流れる作業液体を蒸発室内の圧力から上方へ流れる作業流体の圧力にするためのポンプ(152)と作用的に連結され、この作用連結(154)は、ポンプ(152)が該タービンにより取り出されたエネルギーの少なくとも一部を使用するように構成されている、
または、
暖房戻り流動(20b)の一部分にタービン(310)が設置され、これにより暖房システム(300)内の高圧力が液化装置内の水(180)の低圧力に低下され、この処理中に得られたエネルギーが温水から除去され、このタービン(310)は、温水を液化装置内の低圧力から暖房システム(300)内の高圧力にするためのポンプ(312)と作用的に連結され、この作用連結(314)は、ポンプ(312)が該タービン(310)により取り出されたエネルギーの少なくとも一部を使用するように構成されている。 - 請求項1に記載のヒートポンプであり、
前記蒸発装置(10)は地下水、海水、河水、湖水または塩水という形で自然環境に存在する水を蒸発させるように構成され、
前記液化装置(18)は、液化した水を蒸発装置、汚水または浄水場に送るように構成されている。 - 請求項1または2に記載のヒートポンプであり、前記圧縮機(16)は作業気体を25hPaよりも高い作業圧力に圧縮するよう構成されている。
- 請求項1,2または3に記載のヒートポンプであり、前記動圧縮機は半径流圧縮機として構成されている。
- 請求項1,2,3または4に記載のヒートポンプであり、前記蒸発装置(10)は蒸発室(100)と接続された上昇管(102)を有し、上昇管(102)の一端は作業液体のための液体で満たされた容器(116)に接続され、上昇管(102)の他端は、蒸発圧力が重力の作用により蒸発室(100)で起こるように、蒸発室(100)に接続されている。
- 請求項5に記載のヒートポンプであり、前記上昇管(102)は8mよりも大きい高さを有するように構成されている。
- 請求項1,2,3,4,5または6に記載のヒートポンプであり、前記蒸発装置(10)は、蒸発させられるべき水に溶けているガスの少なくとも一部を除去するよう構成されたガスセパレータを有し、除去された部分のガスは蒸発室を介して圧縮機に吸引されることはない。
- 請求項7に記載のヒートポンプであり、前記ガスセパレータは除去された部分のガスを蒸発しなかった水に送るように構成され、このガスは蒸発しなかった水によって流動からはずされる。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7または8に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置はガスセパレータ(220)、及び液化装置内で溜まる水蒸気以外のガスをセパレータ(220)から排出するためのポンプ(222)を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8または9に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、液化させた作業液体を排出する排水管(22)を有し、
前記排水管(22)は、蒸発装置内での泡蒸発のための核生成作用を提供するために蒸発装置内に配置された部分(204)を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9または10に記載のヒートポンプであり、
液化装置からの排水管の部分(204)は、少なくとも一般的なパイプである排水管のなめらかな表面と比較して核生成作用が増大されるような表面粗さを有する粗い部分(206)を有する。 - 請求項10または11に記載のヒートポンプであり、
排水管(22)はノズルパイプ(230)に接続され、このノズルパイプ(230)は、蒸発装置内での泡蒸発のための核生成作用を提供するために、ノズルパイプ(230)内に位置する作業液体を、蒸発させられるべきであり蒸発装置内に位置する水に送り込むためのノズル口(234)を有する。 - 請求項5または6に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、液化された作業液体を排水するための排水管(22)を有し、この排水管(22)は、連結部(194)で上昇管(102)または戻し管(113)に連結され、この連結部における上昇管または戻し管(113)内の液体圧力は排水管(22)の圧力以下である。 - 請求項5,6または13に記載のヒートポンプであり、前記液化装置(18)は、液化された作業液体を排水するための排水管(22)を有し、この排水管(22)は、連結部(194)で上昇管(102)または戻し管(113)に連結され、液化装置(18)からの排水管(22)と連結部(194)の間に圧力補償手段(192)が配置され、この圧力補償手段(192)は、液化装置(18)からの排水が上昇管(102)または戻し管(113)に入るように、この排水の圧力を制御するよう構成されている。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13または14に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、液化装置からの排水が特性によって下水システムに入るかまたは汚水に滲み込むように、この排水の圧力を増加させるように構成されたポンプ(192)を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14または15に記載のヒートポンプであり、
前記圧縮機(16)は、半径流ホイール、半軸流ホイール、軸流ホイールまたはプロペラとして形成された回転ホイールであって、作業気体を圧縮するために駆動される回転ホイールを有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15または16に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、少なくとも一部が液化装置水(180)で満たされ、その水の高さが最低レベル以上に保たれるように構成された液化室を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16または17に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、冷たい作業液体を凝縮位置まで運ぶため、または熱を冷たい作業液体まで運ぶために、液化した作業液体を循環させるための循環ポンプ(202)を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17または18に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置は、暖房前進流動(20a)と液化装置内の水(180)への暖房戻り流動(20b)を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18または19に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、暖房システム(300)と液化装置を液体に関して分離するために熱交換器を有する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19または20に記載のヒートポンプであり、
前記圧縮機(16)は一方が他方の背後に配置されているいくつかの動圧縮機から形成され、第1動圧縮機(172)によって作業気体を中間圧力に圧縮し、最後の動圧縮機(174)によって作業気体を作業圧力に圧縮する。 - 請求項21に記載のヒートポンプであり、一方が他方の背後に配置されている少なくとも二つの動圧縮機は、互いに反対方向に回転駆動される軸流ホイールを有する。
- 請求項21に記載のヒートポンプであり、作業気体から熱を奪い、その熱で水を加熱するために、一つまたはいくつかの熱交換器(170)が、第1動圧縮機(172)またはさらに別の動圧縮機(174)から下流に配置されている。
- 請求項23に記載のヒートポンプであり、前記熱交換器は、作業気体の温度を、最大で、前段の圧縮機部分(172)よりも前の温度より高い温度に下げるよう構成されている。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23または24に記載のヒートポンプであり、さらに以下のものを含む、
液化装置内、蒸発装置内または圧縮機内の騒音が少なくとも6dB低くなるように構成された防音装置(208)。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24または25に記載のヒートポンプであり、さらに以下のものを含む、
目標温度を保持するための制御装置(250)であり、実際の温度を検知し、目標温度が実際の温度よりも高い場合、圧縮機から出力される圧力または体積を増加するよう制御し、目標温度が実際の温度よりも低い場合、圧縮機から出力される圧力または体積を減少するよう制御する。 - 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25または26に記載のヒートポンプであり、少なくとも蒸発室、圧縮機のハウジング、液化装置のハウジング、または動圧縮機の半径流ホイールがプラスチックから成る。
- 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26または27に記載のヒートポンプであり、前記動圧縮機(16)は、一つまたはいくつかの内側の半径位置から一つまたはいくつかの外側の半径位置に伸びている複数のベーン(262,272,274,276)を有する半径流ホイール(260)を備えた半径流圧縮機を含み、このベーンは半径流ホイールに関して異なる半径位置(R1,R2,R3,r1)から外側へと伸びている。
- 請求項28に記載のヒートポンプであり、少なくとも一つのベーン(272)が、半径流ホイール(260)に関して、半径(rw)の位置から外側へ伸びている二つのベーン(262)の間に配置され、この少なくとも一つのベーン(272)は、半径流ホイール(260)に関して、より大きい半径(R1)の位置から外側へ伸びている。
- 請求項28または29に記載のヒートポンプであり、半径流ホイール(260)は基盤(266)とカバー(268)を有し、半径流ホイール(260)の、別のベーン(262)よりも大きい半径(R1)の位置から外側へ伸びる少なくとも一つのベーン(272)は、カバー(268)と基盤(266)の両方に一体的に接続されている。
- 熱をポンプで送る方法であり、以下のステップを含む、
作業気体を生成するために作業液体である水を蒸発させるステップ(10)であり、作業気体は20hPaよりも小さい蒸発圧力下で生成され、水は18℃未満の温度で蒸発する、
作業気体を流動の点で圧縮する圧縮ステップ(16)であり、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮する、
圧縮作業気体を液化させるステップ(18)であり、液化中に得られた熱を暖房システムに出力する、
前記方法において、
前記蒸発させるステップは蒸発装置を使用することを含み、該蒸発装置は、蒸発室内で、蒸発室への送り管の直径の少なくとも3倍に拡張する拡張器(108)と、前記拡張器(108)の端部から溢れ出る作業液体を受けるように構成された受け部(110)と、溢れ出た作業液体を運び出すように構成された排水手段(112)とを含む。 - 請求項31に記載の方法であり、
蒸発ステップにおいて、地下水、海水、河水、湖水または塩水として自然環境に存在する水が蒸発させられ、
液化ステップにおいて、液化した水は蒸発装置、汚水または浄水場に送られる。 - 算術的論理ユニットで起動されると、請求項31に記載の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
- 以下のものを含むヒートポンプ、
作業気体を生成するために作業液体としての水を蒸発させるための蒸発装置(10)であり、この蒸発装置は蒸発室(100)を有し、蒸発室内では20hPaよりも小さい蒸発圧力になるように構成され、これにより、水が18℃未満の温度で蒸発する、
前記蒸発装置(10)に接続された、作業気体を圧縮するための圧縮機(16)であり、この圧縮機は動圧縮機として構成され、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮するように構成されている、
圧縮作業気体を液化させるための液化装置(18)であり、この液化装置は、液化中に得られた熱を暖房システムに出力するように構成されている、
前記ヒートポンプにおいて、
前記蒸発装置(10)は、蒸発室内で、蒸発室への送り管の直径の少なくとも3倍に拡張する拡張器(108)と、前記拡張器(108)の端部から溢れ出る作業液体を受けるように構成された受け部(110)と、溢れ出た作業液体を運び出すように構成された排水手段(112)とを含む。 - 請求項34に記載のヒートポンプであり、前記排水手段(112)は流動制御手段(114)に連結され、この流動制御手段(114)は、前記受け部(110)内の溢れ出た作業液体の高さを特定の範囲内に保つよう制御可能である。
- 以下のものを含むヒートポンプ、
作業気体を生成するために作業液体としての水を蒸発させるための蒸発装置(10)であり、この蒸発装置は蒸発室(100)を有し、蒸発室内では20hPaよりも小さい蒸発圧力になるように構成され、これにより、水が18℃未満の温度で蒸発する、
前記蒸発装置(10)に接続された、作業気体を圧縮するための圧縮機(16)であり、この圧縮機は動圧縮機として構成され、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮するように構成されている、
圧縮作業気体を液化させるための液化装置(18)であり、この液化装置は、液化中に得られた熱を暖房システムに出力するように構成されている、
前記ヒートポンプにおいて、
前記蒸発装置(10)は、蒸発室内で、蒸発室への送り管の直径の少なくとも3倍に拡張する拡張器(108)と、前記拡張器(108)の端部から溢れ出る作業液体を受けるように構成された受け部(110)と、前記受け部へ地下水を供給する流入手段とを含み、
前記拡張器は、作業流体が拡張器の大径部の端部を超えて拡張器の小径部に流れ出て、さらに排水管を介して小径部から排出されるように、蒸発室内に配置されている。 - 以下のものを含むヒートポンプ、
作業気体を生成するために作業液体としての水を蒸発させるための蒸発装置(10)であり、この蒸発装置は蒸発室(100)を有し、蒸発室内では20hPaよりも小さい蒸発圧力になるように構成され、これにより、水が18℃未満の温度で蒸発する、
前記蒸発装置(10)に接続された、作業気体を圧縮するための圧縮機(16)であり、この圧縮機は動圧縮機として構成され、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮するように構成されている、
圧縮作業気体を液化させるための液化装置(18)であり、この液化装置は、液化中に得られた熱を暖房システムに出力するように構成されている、
前記ヒートポンプにおいて、
前記液化装置(18)は、液化された作業液体を排水するための排水管(22)を有し、前記排水管(22)が、蒸発装置内での泡蒸発のための核生成作用を提供するために蒸発装置内に配置された部分(204)を有するか、または、液化装置からの排水管の部分(204)が、少なくとも一般的なパイプである排水管のなめらかな表面と比較して核生成作用が増大されるような表面粗さを有する粗い部分(206)を有し、
前記蒸発装置は、熱交換器(236)、該熱交換器に流れ込む支流(238)及びノズル口(234)を有するノズルパイプ(230)に連結された熱交換器排水管を有し、該熱交換器(236)はその入力側で液化装置排水管(22)に連結され、液化装置排水管(22)によって排出される液体の熱がノズルパイプ(230)に送り込まれる作業流体に転移し、蒸発装置内で泡蒸発のための核生成作用を提供する。 - 以下のものを含むヒートポンプ、
作業気体を生成するために作業液体としての水を蒸発させるための蒸発装置(10)であり、この蒸発装置は蒸発室(100)を有し、蒸発室内では20hPaよりも小さい蒸発圧力になるように構成され、これにより、水が18℃未満の温度で蒸発する、
前記蒸発装置(10)に接続された、作業気体を圧縮するための圧縮機(16)であり、この圧縮機は動圧縮機として構成され、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮するように構成されている、
圧縮作業気体を液化させるための液化装置(18)であり、この液化装置は、液化中に得られた熱を暖房システムに出力するように構成されている、
前記ヒートポンプにおいて、
前記液化装置(18)は、少なくとも一部が液化装置水(180)で満たされ、その水の高さが最低レベル以上に保たれるように構成された液化室を有し、
前記液化装置(18)は圧縮機(16)の出力部に連結された気体供給管(198)を有し、この気体供給管は、機体が現在の水面の高さよりも低い位置で水(180)に入り込むように、水中(180)内に配置される。 - 請求項38に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置(18)は、圧縮気体を、液化装置内の水面よりも下に配置されたパイプを介して液化装置に送り込むよう構成され、このパイプはノズル口を有し、気体はノズル口によって規定される部分を介して液化装置内の水に入り込む。 - 請求項38に記載のヒートポンプであり、
前記液化装置は、突出したノズル口(212)を有するノズル板(210)を備え、このノズル板は、液化装置内の水面のレベルが突出したノズル口(212)とノズル板(210)の間に位置するように、液化装置内で水(180)に関して配置される。 - 以下のものを含むヒートポンプ、
作業気体を生成するために作業液体としての水を蒸発させるための蒸発装置(10)であり、この蒸発装置は蒸発室(100)を有し、蒸発室内では20hPaよりも小さい蒸発圧力になるように構成され、これにより、水が18℃未満の温度で蒸発する、
前記蒸発装置(10)に接続された、作業気体を圧縮するための圧縮機(16)であり、この圧縮機は動圧縮機として構成され、作業気体を、蒸発圧力を5hPaよりも大きい差で上回る作業圧力に圧縮するように構成されている、
圧縮作業気体を液化させるための液化装置(18)であり、この液化装置は、液化中に得られた熱を暖房システムに出力するように構成されている、
前記ヒートポンプにおいて、
前記液化装置(18)は、狭い口と広い口を有する拡張器(200)を備え、この拡張器は、循環ポンプ(202)が狭い口に位置し、圧縮気体が広い口(198)に送られるように液化装置内に配置されている。
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