JPH0220915B2 - - Google Patents

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JPH0220915B2
JPH0220915B2 JP55156912A JP15691280A JPH0220915B2 JP H0220915 B2 JPH0220915 B2 JP H0220915B2 JP 55156912 A JP55156912 A JP 55156912A JP 15691280 A JP15691280 A JP 15691280A JP H0220915 B2 JPH0220915 B2 JP H0220915B2
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JP
Japan
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cooled
pressure
heated
medium
compressor
Prior art date
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JP55156912A
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Japanese (ja)
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Inventor
Teruo Ishikubo
Akihiro Nagatomo
Kimio Senda
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5782661A publication Critical patent/JPS5782661A/en
Publication of JPH0220915B2 publication Critical patent/JPH0220915B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単数又は複数の物体を加熱したり冷却
したりするための装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for heating and cooling an object or objects.

ある物体A(単数・複数)を加熱したり冷却し
たりする場合、加熱ループ、冷却ループの二つの
循環系を作り、加熱中は加熱ループから熱媒を、
冷却中は冷却ループから冷媒を弁の切替えにより
供給することは従来普通に行なわれている。
When heating or cooling a certain object A (singular or plural), two circulation systems are created: a heating loop and a cooling loop, and during heating, the heating medium is drawn from the heating loop.
During cooling, it is conventional practice to supply refrigerant from the cooling loop by switching valves.

第1図はその例の一つである。 Figure 1 is one such example.

即ち、第1図は、加熱ループXに加熱器B、循
環ポンプPがあり、冷却ループYに冷却器C、循
環ポンプP′があつてそれぞれ独立した循環系を構
成し物体Aはそれぞれのループから弁F,Gの切
替えで熱媒、冷媒を受け取る。
That is, in Fig. 1, the heating loop Heat medium and refrigerant are received by switching valves F and G.

その場合、加熱ループXに熱を与えるボイラそ
の他の加熱源D、冷却ループYから熱を取去る冷
凍機その他の冷却源Eが別に必要である。
In that case, a boiler or other heating source D that provides heat to the heating loop X, and a refrigerator or other cooling source E that removes heat from the cooling loop Y are separately required.

以上を整理すると 加熱時は D→B→P→A 冷却時はE←C←P′←A という伝熱経路をとつており、各伝熱ステツプで
熱の損失、新しいエネルギの投入を行つてはじめ
て目的物に対する熱の授受が行われるという欠点
がある。
To summarize the above, the heat transfer path is D→B→P→A during heating and E←C←P'←A during cooling, and at each heat transfer step, heat is lost and new energy is input. The disadvantage is that heat is transferred to and from the target object for the first time.

本発明は上記の事情にもとづき、圧縮機によつ
て得られる高温高圧ガスを熱源として使用し、被
加熱体を加熱することによつて液化した凝縮液を
断熱膨張させて得られる低温低圧ガスを冷却源と
して使用することによつて、単数又は複数の物体
を1つの循環系の中で任意に加熱したり、又は冷
却できるようにした装置を提供することを目的と
してなされたものである。
Based on the above-mentioned circumstances, the present invention uses high-temperature, high-pressure gas obtained by a compressor as a heat source, and generates low-temperature, low-pressure gas obtained by adiabatically expanding condensed liquid that has been liquefied by heating an object to be heated. The purpose of this invention is to provide a device that can arbitrarily heat or cool one or more objects within one circulation system by using it as a cooling source.

すなわち本発明は、媒体ガスを圧縮する圧縮機
と、この圧縮機から高温高圧ガスが供給される被
加熱体と、この被加熱体で熱を奪われて液化凝縮
した媒体を集め外部からの冷却水の調節で前記媒
体を所定圧力に保持する補助コンデンサと、この
補助コンデンサから液化凝縮した媒体が供給され
る被冷却体と、この被冷却体で断熱膨張して低温
低圧のガス化した媒体を集めこの中の液滴を気化
させて前記圧縮機へ送り込む蒸発器とから成る循
環系を備え、この循環系を構成する各要素の圧力
を、圧縮機>被加熱体>補助コンデンサ>被冷却
体≒蒸発器なる関係を保つように調整するととも
に、前記被加熱体及び被冷却体の静的変化量を吸
収するために、前記圧縮機の出口側と前記補助コ
ンデンサの入口側との間に前記被加熱体をバイパ
スする圧力調節器付バイパス路と、前記補助コン
デンサの出口側と前記蒸発器の入口側との間に前
記被冷却体をバイパスする圧力調整器付バイパス
路とを設け、更に、前記被加熱体及び被冷却体の
動的変化量を吸収するために、前記被加熱体及び
被冷却体の媒体入口側又は出口側に夫々の内圧に
応じて変化する媒体流量調節弁を設けたことを特
徴とする加熱及び冷却用装置にある。
That is, the present invention includes a compressor that compresses a medium gas, a heated body to which high-temperature, high-pressure gas is supplied from the compressor, and a medium that has been liquefied and condensed by the heat removed by the heated body and is cooled from the outside. An auxiliary condenser that maintains the medium at a predetermined pressure by adjusting water, a cooled body to which the liquefied and condensed medium is supplied from the auxiliary condenser, and a cooled body that expands adiabatically to generate a low-temperature, low-pressure gasified medium. It is equipped with a circulation system consisting of an evaporator that collects and vaporizes the liquid droplets therein and sends them to the compressor. In order to maintain the relationship of ≒evaporator and to absorb static changes in the objects to be heated and cooled, the above-mentioned A bypass path with a pressure regulator that bypasses the object to be heated, and a bypass path with a pressure regulator that bypasses the object to be cooled are provided between the outlet side of the auxiliary condenser and the inlet side of the evaporator, and further, In order to absorb the amount of dynamic change in the heated body and the cooled body, a medium flow rate regulating valve that changes according to the internal pressure of each medium is provided on the medium inlet side or outlet side of the heated body and the cooled body. A heating and cooling device characterized by:

以下本発明の実施例を第2図ないし第8図を参
照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 2 to 8.

この実施例においては被加熱体(後述の符号
6)では、あらかじめこの被加熱体が冷却ループ
に接続されているモードにおいて、凝固或いは凝
縮し蓄積している物質を、圧縮機吐出ガスを加熱
源として用いて払い出すものである。
In this embodiment, the object to be heated (reference numeral 6 described later) is connected to a cooling loop in advance to remove solidified or condensed and accumulated substances from the compressor discharge gas as a heating source. It is used as a payout.

この操作の際に被冷却体(後述の符号16)は
凝縮した冷媒を蒸発するために、系外から物質を
受け入れ、凝固または凝縮している。
During this operation, the object to be cooled (numeral 16 to be described later) receives a substance from outside the system and solidifies or condenses it in order to evaporate the condensed refrigerant.

このように連続的に物質を凝縮又は蒸発する例
として、被加熱体6を蒸留塔のリボイラ、被冷却
体16を蒸留塔のコンデンサで使用できる。
As an example of continuously condensing or vaporizing a substance in this way, the heated body 6 can be used in a reboiler of a distillation column, and the cooled body 16 can be used in a condenser of a distillation column.

なお、この実施例の特徴を要約して説明すると
次のようになる。
The features of this embodiment can be summarized as follows.

(イ) 従来のガス圧縮機を使つての冷凍サイクルい
わゆるカルノーサイクルでは一つの循環媒体を
1つの循環系でサイクルさせるとき、圧縮ガス
の冷却による凝縮液は1つの状態であるが、本
発明は上記目的達成のため、被加熱体内で生じ
る凝縮液と、補助コンデンサ内で生じるもう1
つの凝縮液があり、これらはそれぞれ圧力、温
度の異なる2つの状態下に区別して置かれる。
(a) In the conventional refrigeration cycle using a gas compressor, the so-called Carnot cycle, when one circulating medium is cycled in one circulation system, the condensate due to cooling of the compressed gas is in one state, but the present invention In order to achieve the above purpose, the condensate generated in the heated body and the other liquid generated in the auxiliary condenser are
There are two types of condensate, each of which is placed under two different conditions of different pressure and temperature.

(ロ) 加熱に必要な高温ガス量と冷却に必要な低温
ガス量との間にギヤツプを生じると、1つの循
環系での循環が続行出来なくなるたため高温ガ
ス用、低温ガス用それぞれにバイパス路を設け
て物質収支を調整する。
(b) If a gap occurs between the amount of high-temperature gas required for heating and the amount of low-temperature gas required for cooling, circulation cannot continue in one circulation system, so bypass paths are installed for high-temperature gas and low-temperature gas, respectively. to adjust the material balance.

(ハ) 循環媒体の性質及び圧縮機の特性から必ずし
も希望する加熱温度、及び冷却温度が得られな
い場合は、先ず希望する冷却温度に合せて媒体
種類、圧縮機特性を選定し、しかる後に、加熱
温度を希望する温度に調節するための補助的熱
交換器(加熱器)を系内に組込む。
(c) If the desired heating and cooling temperatures cannot necessarily be obtained due to the properties of the circulating medium and the characteristics of the compressor, first select the type of medium and compressor characteristics in accordance with the desired cooling temperature, and then, An auxiliary heat exchanger (heater) is incorporated into the system to adjust the heating temperature to the desired temperature.

(ニ) 被加熱体、被冷却体数の切替時に発生する急
激な圧力温度変化に対応して各被加熱冷却体は
それぞれ内部圧力に応じてその開度が変化する
媒体流量調節弁を経て媒体ガス又は液が流入す
るようにし、加熱時は各々ドレントラツプを設
け液シールし、冷却時は、急激な変動による液
適が圧縮機に吸入されるのを防止する蒸発器を
設ける。
(d) In response to sudden changes in pressure and temperature that occur when switching the number of objects to be heated and cooled, each object to be heated and cooled has a medium flow rate control valve whose opening degree changes depending on the internal pressure. A drain trap is provided to seal the liquid during heating, and an evaporator is provided to prevent liquid from being sucked into the compressor due to sudden fluctuations during cooling.

(ホ) 以上のシステムを複数連結することにより複
数の加熱温度、冷却温度を得ることができる。
(e) By connecting multiple systems described above, multiple heating and cooling temperatures can be obtained.

次に、本発明の実施例の系統図を示した第2図
により実施例の構造を循環熱媒体の流れ順(実線
太線)に説明する。
Next, the structure of the embodiment will be explained in the order of flow of the circulating heat medium (solid thick line) with reference to FIG. 2 showing a system diagram of the embodiment of the present invention.

1は加熱・冷却媒体ガスの圧縮機、2は圧縮機
1の圧縮ガス(高温高圧ガス)の温度調節用熱交
換器、3は熱交換器2に設けられた加熱又は冷却
コイル、4はコイル3内の熱源供給量を調節する
ことによつて高温高圧ガスの温度調節を行なう温
度調節器である。
1 is a compressor for heating/cooling medium gas, 2 is a heat exchanger for temperature adjustment of the compressed gas (high temperature and high pressure gas) of the compressor 1, 3 is a heating or cooling coil provided in the heat exchanger 2, and 4 is a coil This is a temperature controller that adjusts the temperature of high-temperature, high-pressure gas by adjusting the amount of heat source supplied within the gas chamber.

5は熱交換器2によつて温度調節された高温高
圧ガスを分配するための分配管であり、6は高温
高圧ガスを受入れて加熱される被加熱体である。
この被加熱体6は1個又は複数が分配管5に連結
されており、夫々に高温高圧ガス受入れ用の媒体
流量調節弁7及び排出弁8,9が設けられてい
る。なお受入れ調整弁7は、弁出口圧力すなわち
被加熱体6の内圧に応じて弁の開度が変わるよう
になつている。
5 is a distribution pipe for distributing high-temperature, high-pressure gas whose temperature has been adjusted by the heat exchanger 2, and 6 is a heated body that receives the high-temperature, high-pressure gas and is heated.
One or more of these heated bodies 6 are connected to the distribution pipe 5, and each of them is provided with a medium flow rate control valve 7 and discharge valves 8, 9 for receiving high-temperature, high-pressure gas. The opening degree of the acceptance regulating valve 7 changes depending on the valve outlet pressure, that is, the internal pressure of the heated object 6.

10は被加熱体6を加熱することにより潜熱を
奪われ液化凝縮した熱媒体の凝縮液を選択的に排
出するドレントラツプで、凝縮液は凝縮液集合管
11を経て、補助コンデンサ12に集められる。
Reference numeral 10 designates a drain trap for selectively discharging the condensed liquid of the heating medium that has been liquefied and condensed by removing latent heat by heating the heated body 6. The condensed liquid is collected in the auxiliary condenser 12 through the condensed liquid collecting pipe 11.

13は補助コンデンサ12に設けられた冷却コ
イル、14は補助コンデンサ12の圧力を一定に
保つための圧力制御器で、冷却源供給流量を調節
することにより圧力を一定に保つ。その保持圧力
は、被加熱体6の圧力より低い圧力に設定してお
く。
13 is a cooling coil provided in the auxiliary condenser 12, and 14 is a pressure controller for keeping the pressure of the auxiliary condenser 12 constant, which maintains the pressure constant by adjusting the cooling source supply flow rate. The holding pressure is set to a pressure lower than the pressure of the object to be heated 6.

15は補助コンデンサ12の下部に接続する液
分配管であり、16は被冷却体である。そこで、
弁17,18を開いて凝縮液を受け入れると途中
の膨張弁19の働きにより、凝縮液が断熱膨張し
て低温低圧ガスとなり被冷却体16を冷却する。
なお被冷却体16は1個又は複数であつてよい。
また弁18は被冷却体16内の圧力に応じてその
開度が変化するような調節弁である。
15 is a liquid distribution pipe connected to the lower part of the auxiliary condenser 12, and 16 is an object to be cooled. Therefore,
When the valves 17 and 18 are opened to receive the condensed liquid, the condensed liquid expands adiabatically and becomes a low-temperature, low-pressure gas by the action of an intermediate expansion valve 19 to cool the object 16 to be cooled.
Note that the number of objects to be cooled 16 may be one or more.
Further, the valve 18 is a control valve whose opening degree changes depending on the pressure inside the object 16 to be cooled.

20は被冷却体16からの低温低圧ガス集合管
である。
20 is a low-temperature, low-pressure gas collecting pipe from the object 16 to be cooled.

21は集合管20からの低温低圧ガスを受入
れ、この中の液滴を気化させるための蒸発器で加
熱コイル22を有し、これに圧縮機1からの高温
高圧ガスを受け入れ液滴を蒸発させる。
21 is an evaporator for receiving low-temperature, low-pressure gas from the collecting pipe 20 and vaporizing droplets therein, and has a heating coil 22, which receives high-temperature, high-pressure gas from the compressor 1 and evaporates the droplets. .

23はそのとき温度を上げすぎないようにする
ための温度調節器であり一定温度の低圧ガスを圧
縮機1への吸入ガスとして送り出している。
Reference numeral 23 denotes a temperature regulator to prevent the temperature from rising too high, and sends out low-pressure gas at a constant temperature as suction gas to the compressor 1.

以上により熱の媒体となるガスが1つの循環系
の中を一循したことになる。
As a result of the above, the gas serving as a heat medium has circulated through one circulation system.

このとき、被加熱体6の加熱に要する高温高圧
ガス量と被冷却体16の冷却に要する低温低圧ガ
ス量が等しければ、連続的な運転が可能である
が、そのような例は稀であり、本発明では被加熱
体6と被冷却体16の量がちがつていても連続的
な運転ができるように、次ぎの圧力調節器を備え
ている。すなわち、被加熱体6が加熱を全く必要
としなくなつた場合、あるいは、被加熱体6の機
数が運転途中で変わつた場合も、圧縮機1の出口
圧力を一定に保つために調節弁24′を制御する
吐出圧力調節器24及び、被冷却体16が冷却を
全く必要としなくなつた場合、あるいは被冷却体
16の基数が運転途中で変わつた場合も圧縮機1
の吸入圧力を一定に保つために調節弁26を制御
する吸入圧力調節器25を備えて夫々バイパス路
を形成している。なお調節弁26には膨張弁27
が直列に設けてある。
At this time, if the amount of high-temperature, high-pressure gas required to heat the object to be heated 6 and the amount of low-temperature, low-pressure gas required to cool the object to be cooled 16 are equal, continuous operation is possible, but such cases are rare. In the present invention, the following pressure regulator is provided so that continuous operation can be performed even if the amounts of the heated object 6 and the cooled object 16 are different. That is, even if the heated objects 6 no longer require heating at all, or even if the number of heated objects 6 changes during operation, the control valve 24 is activated to keep the outlet pressure of the compressor 1 constant. The discharge pressure regulator 24, which controls the
In order to maintain a constant suction pressure, a suction pressure regulator 25 is provided to control a regulating valve 26, thereby forming a bypass passage. Note that the control valve 26 includes an expansion valve 27.
are installed in series.

上述で明らかなように、吐出圧力調節器24に
付属した調節弁24′が設けられているラインが、
圧縮機1の出口側と補助コンデンサ12との間の
バイパス路を形成している。また、吸入圧力調節
器25に付属した調節弁26および膨張弁27が
設けられているラインが、補助コンデンサ12と
圧縮機1の入口側との間のバイパス路を形成して
いる。
As is clear from the above, the line in which the control valve 24' associated with the discharge pressure regulator 24 is provided is
A bypass path is formed between the outlet side of the compressor 1 and the auxiliary condenser 12. Further, a line in which a control valve 26 and an expansion valve 27 attached to the suction pressure regulator 25 are provided forms a bypass path between the auxiliary condenser 12 and the inlet side of the compressor 1.

なお、被加熱体6の系路にも弁17,18等が
設けられているが、加熱時にはこれらは閉じられ
て使用されず、同様に被冷却体16の系路に設け
られている弁7,8等も冷却時には使用されな
い。云いかえれば、弁7,8,17,18等の選
択によつて、物体を加熱するか冷却するかが決定
される。
Note that valves 17 and 18 are also provided in the system path of the object to be heated 6, but these are closed during heating and are not used. , 8 etc. are also not used during cooling. In other words, the selection of valves 7, 8, 17, 18, etc. determines whether the object is heated or cooled.

被加熱体6の系路中にある弁7が、被加熱体の
媒体入口側に設けられたその内圧に応じて変化す
る媒体流量調節弁であり、また被冷却体16の系
路中にある弁18が、被冷却体の媒体出口側に設
けられたその内圧に応じて変化する媒体流量調節
弁である。
A valve 7 in the system of the object to be heated 6 is a medium flow rate regulating valve that is provided on the medium inlet side of the object to be heated and changes depending on the internal pressure, and is also in the system of the object to be cooled 16. The valve 18 is a medium flow rate regulating valve that is provided on the medium outlet side of the object to be cooled and changes in accordance with its internal pressure.

上記のように構成された本発明装置の動作を次
に説明する。
The operation of the apparatus of the present invention configured as described above will now be described.

今、循環系を第3図のように簡略化して考える
こととして、圧縮機1から被加熱体6及び被冷却
体16を経て圧縮機1へ戻る循環系は、通常カル
ノーサイクルと呼ばれるもので、圧縮機1出口の
ガス圧力をP1、そして温度をT1とし、被加熱体
6を加熱することによつて生ずる凝縮液の圧力を
P2、その温度をT2とし、更にこれを断熱膨張さ
せて得られる低温ガスの圧力をP3、その温度を
T3とすると、圧縮機1から被加熱体6への媒体
の流れは自然降下であるためP1≒P2である。従
つて、この循環系内での実質的な圧力レベルは2
段階になつているとみなされる。すなわち、カル
ノーサイクルでは、圧縮機1及び被冷却体16
(断熱膨張)の段階で外部からエネルギを受取り、
被加熱体6(凝縮)の段階で外部へエネルギを放
出することで、エネルギ収支の平衡が成立してい
る。
Now, to consider the circulation system in a simplified manner as shown in Figure 3, the circulation system from the compressor 1 through the heated body 6 and the cooled body 16 and back to the compressor 1 is usually called a Carnot cycle. Assuming that the gas pressure at the outlet of the compressor 1 is P 1 and the temperature is T 1 , the pressure of the condensate generated by heating the heated object 6 is
P 2 , its temperature is T 2 , and the pressure of the low-temperature gas obtained by adiabatic expansion is P 3 , its temperature is
Assuming T 3 , the flow of the medium from the compressor 1 to the heated body 6 is a natural descent, so P 1 ≈P 2 . Therefore, the effective pressure level within this circulatory system is 2
considered to be at a stage. That is, in the Carnot cycle, the compressor 1 and the cooled body 16
Receives energy from the outside during the (adiabatic expansion) stage,
Energy balance is established by releasing energy to the outside at the stage of the heated body 6 (condensation).

ところで本発明では、凝縮段階で放出されるエ
ネルギで物体(被加熱体6)を加熱し、断熱膨張
段階で外部からエネルギを受け取ることを利用し
て物体(被冷却体16)の冷却を行なおうとする
ものであり、これが理想的に達成されると、外部
からは圧縮機1へエネルギを供給するだけで、系
内の物体を加熱したり、冷却したりすることが可
能となる。しかしながら、第3図の循環系内で、
被加熱体6で必要とする加熱温度と加熱熱量、被
冷却体16で必要とする冷却温度と冷却熱量及び
循環系内の循環媒体の物質収支を理想的にマツチ
ングさせることは非常に困難なので、本発明では
上記の循環系に種々工夫をこらしている。
By the way, in the present invention, the object (object to be heated 6) is heated by the energy released in the condensation stage, and the object (object to be cooled 16) is cooled by utilizing energy received from the outside in the adiabatic expansion stage. If this is ideally achieved, it will be possible to heat or cool objects within the system simply by supplying energy to the compressor 1 from the outside. However, within the circulatory system in Figure 3,
It is very difficult to ideally match the heating temperature and amount of heating heat required by the object to be heated 6, the cooling temperature and amount of cooling heat required by the object to be cooled 16, and the mass balance of the circulating medium in the circulation system. In the present invention, various improvements have been made to the above-mentioned circulatory system.

まず、被加熱体6で加熱を行なう場合には、第
4図に示すように、圧縮機1から被冷却体16へ
至る経路中に設けられている補助コンデンサ12
及び吐出圧力調節器24で制御される調節弁2
4′が有効に作用する。
First, when heating is performed using the object to be heated 6, as shown in FIG.
and a control valve 2 controlled by a discharge pressure regulator 24
4' works effectively.

即ち、加熱したい物体6の数を変えると、圧縮
機1からの必要熱量は変化し、且つ、媒体量も変
化する。
That is, when the number of objects 6 to be heated changes, the amount of heat required from the compressor 1 changes, and the amount of medium also changes.

その変化量は、数の変化時の一時的で急激な変
化量(動的変化量)とその後、例えば3基から1
基、1基から3基に変わつたための定常的な変化
量(静的変化量)の2種類があり、これを円滑に
吸収することが、即ち、被加熱体の安定した加熱
と装置の円滑な運転を保証することとなる。
The amount of change is the temporary and sudden amount of change when the number changes (dynamic amount of change), and then, for example, from 3 to 1
There are two types of changes: the steady change amount (static change amount) due to the change from one group to three devices, and absorbing this smoothly is the key to stable heating of the object to be heated and of the equipment. This will ensure smooth operation.

本発明では、主として動的変化量は各被加熱体
6の入口にある媒体流量調節弁7で吸収し、静的
変化量は圧力調節器24が吸収する。
In the present invention, the dynamic variation is mainly absorbed by the medium flow rate control valve 7 located at the inlet of each heated body 6, and the static variation is absorbed by the pressure regulator 24.

この関係は、例えば今迄−60℃で冷却していた
物体をフロン−22媒体を使つて+60℃の加熱に切
替えたい場合冷却時は真空、加熱時は10数Kg/cm2
Gの圧力へと瞬時に変化するため、吐出圧力調節
器24では追随し切れない。そのため、媒体流量
調節弁7は、被加熱体の圧力に応じてその開度が
自動的に変わるようになつており、これにより一
時的に動的変化を吸収するようにしている。
For example, if you want to heat an object that has been cooled at -60°C to +60°C using a Freon-22 medium, you will need a vacuum during cooling and 10-odd kg/cm 2 during heating.
Since the pressure changes instantaneously to G, the discharge pressure regulator 24 cannot follow it. Therefore, the opening degree of the medium flow rate control valve 7 is automatically changed according to the pressure of the heated object, thereby temporarily absorbing dynamic changes.

更に、このような急激な変化の吸収は、機械的
方法で吸収するよりも物理的、必然的に吸収する
ことが理想的である。そこで従来のカルノーサイ
クルでは、1つの循環系では、1つの凝縮液温
度、圧力を有しているが、本発明では、これを被
加熱体6とその後流にある補助コンデンサ12と
の2ケ所を凝縮液貯留部とし、それぞれの圧力、
温度がP2′,T2′>P2,T2となるようにしておく。
Furthermore, it is ideal to absorb such sudden changes physically rather than mechanically. Therefore, in the conventional Carnot cycle, one circulation system has one condensate temperature and pressure, but in the present invention, this is divided into two places: the heated body 6 and the auxiliary condenser 12 downstream of it. As the condensate reservoir, the respective pressure,
The temperature is set so that P 2 ′, T 2 ′>P 2 , T 2 .

すると、被加熱体6の数が急に増加して圧力及
び温度P1,T1が急に下がろうとするとき、被加
熱体内の凝縮液がその圧力に応じて再蒸発して数
に応じたガスの不足分を補う作用が、物理現象と
して自動的に起り、新しく増えた被加熱体への下
足分を補う作用をする。
Then, when the number of heated objects 6 suddenly increases and the pressure and temperature P 1 , T 1 are about to drop suddenly, the condensed liquid inside the heated objects re-evaporates according to the pressure and evaporates according to the number. The action to compensate for the lack of gas occurs automatically as a physical phenomenon, and works to compensate for the newly increased amount of gas to be heated.

このとき、補助コンデンサ12内の圧力及び温
度P2,T2が直接影響されると、この条件の凝縮
液を使つて冷却を行なおうとするとき、冷却温度
が変化することになる。
At this time, if the pressure and temperatures P 2 and T 2 inside the auxiliary condenser 12 are directly affected, the cooling temperature will change when cooling is attempted using the condensate under these conditions.

このためにも、是非温度、圧力の異なる2段階
の凝縮液を使つておく必要がある。
For this reason, it is necessary to use two stages of condensate with different temperatures and pressures.

次に、第3図の循環系内の被冷却体16で冷却
を行なう場合には、第5図に示すように、補助コ
ンデンサ12から圧縮機1へ至る経路中に設けら
れている蒸発器21、吸入圧力調節器25で制御
される調節弁26及び膨張弁27が有効に作用す
る。
Next, when cooling is performed using the object to be cooled 16 in the circulation system shown in FIG. 3, as shown in FIG. , the control valve 26 and the expansion valve 27 controlled by the suction pressure regulator 25 function effectively.

すなわち、安定した冷却状態を得るためには、
P2,T2が安定していることが必要で、急激な変
化時も安定しているためには、凝縮液を2種類用
意しておくことが必要であることは、すでに述べ
たとおりである。また吸入圧力調節器25を設け
て、被冷却体16の基数変化による媒体量の変化
を吸収するようにしていることも加熱時と同じで
ある。
In other words, in order to obtain a stable cooling state,
As already mentioned, it is necessary for P 2 and T 2 to be stable, and in order to remain stable even during sudden changes, it is necessary to prepare two types of condensate. be. Also, the suction pressure regulator 25 is provided to absorb changes in the amount of medium due to changes in the number of bases of the object to be cooled 16, as in the case of heating.

更に、被冷却体16の出口側に媒体流量調節弁
18が設けられており、被冷却体16内の圧力
P3′に応じてP3′が高いときはその開度が小さく、
低いときは大となるようになつている。
Furthermore, a medium flow rate control valve 18 is provided on the outlet side of the object to be cooled 16 to adjust the pressure inside the object to be cooled 16.
Depending on P 3 ′, when P 3 ′ is high, the opening degree is small;
When it is low, it becomes large.

これは、被冷却体16の基数の変化時の急激な
動的変化量を吸収して、圧縮機1の入口圧力P3
を一定にしようとするもので、例えば、今迄加熱
を行なつていた物体を急に冷却に切替えた場合
に、加熱時の10数Kg/cm2Gの圧力から真空へと急
激に変化するとき、瞬時に大量の媒体が圧縮機吸
入側に飛び出して来るためいかなる制御をもつて
しても吸収し難い場合が多いためである。
This absorbs the sudden dynamic change amount when the base number of the cooled body 16 changes, and reduces the inlet pressure P 3 of the compressor 1.
For example, when an object that has been heating up until now is suddenly switched to cooling, the pressure changes rapidly from the tens of kg/cm 2 G during heating to vacuum. This is because a large amount of medium instantly jumps out to the suction side of the compressor, and it is often difficult to absorb it no matter what kind of control is used.

また、基板の切替時の急激な状態変化は避けら
れない現象であるから、この際、圧縮機1の吸入
側の媒体中に未蒸発の媒体液滴が含まれると、圧
縮機1の損傷を招くことになる。そのため本発明
では、圧縮機1の吸入側に蒸発器21を設けてあ
り、その加熱源には圧縮機1の吐出高温ガスを使
用している。そのときの加熱条件は、圧縮機吸入
圧力P3に対する媒体の飽和温度より、T3を数℃
高めになるよう、温度調節器23を設定する。こ
れにより、基数変化時の圧縮機への液滴混入を完
全に防止することが出来る。
Furthermore, since a sudden change in state when switching the substrate is an unavoidable phenomenon, if unevaporated medium droplets are included in the medium on the suction side of the compressor 1 at this time, the compressor 1 may be damaged. I will invite you. Therefore, in the present invention, an evaporator 21 is provided on the suction side of the compressor 1, and the high temperature gas discharged from the compressor 1 is used as a heat source for the evaporator 21. The heating conditions at that time are T 3 a few degrees Celsius below the saturation temperature of the medium for the compressor suction pressure P 3 .
Set the temperature regulator 23 so that the temperature is high. This makes it possible to completely prevent droplets from entering the compressor when the number of bases changes.

また、冷却時の被冷却体16から圧縮機1へ至
る圧力レベルの変化は通常、流れによる降下のみ
であるからP3′≒P3とみなされる。
Further, since the change in the pressure level from the object to be cooled 16 to the compressor 1 during cooling is usually only a drop due to flow, it is considered that P 3 '≈P 3 .

以上圧力レベルのみについて加熱時も併せ整理
すると、本発明では P1>P2′>P2>P3′≒P3 となり、1つの循環系で4段階の圧力レベルとな
る。
If we consider only the pressure levels above, including the heating time, in the present invention, P 1 >P 2 ′>P 2 >P 3 ′≒P 3 , resulting in four pressure levels in one circulation system.

この条件は、1つの循環系の中で、任意に被加
熱体及び被冷却体数を変えたい時に、必然的に要
求されるもので、言い換えると、こうした状態を
作り出すことにより、本発明の目的が達成される
ことになる。
This condition is inevitably required when it is desired to arbitrarily change the number of objects to be heated and cooled in one circulation system.In other words, by creating such a condition, the purpose of the present invention is achieved. will be achieved.

次に、本発明の効果を説明する。先ず従来装置
に比べ本発明装置はエネルギが節約されているこ
とを比較により証明する。なお、加えられたエネ
ルギは熱量に変換するものとして考える。
Next, the effects of the present invention will be explained. First, it will be demonstrated by comparison that the device of the present invention saves energy compared to the conventional device. Note that the added energy is considered to be converted into heat.

第6図は従来装置、第7図は本発明装置の熱収
支説明用略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the heat balance of the conventional device, and FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the heat balance of the device of the present invention.

従来装置について冷却したい物質の必要熱量を
QAC、加熱したい物体の必要熱量をQAHとして熱
収支を計算する。各記号は全て正数で表すと 冷却時は Q2=Q1+Q3 ……式(1) Q3=Q4+Q5+QAC ……式(2) 即ち Q2=Q1+QAC+Q4+Q5 ……式(3) つまり、右辺の項を全て合計した熱量を除去す
る冷却水が必要である。
The amount of heat required for the substance to be cooled with conventional equipment
Calculate the heat balance by assuming Q AC and the amount of heat required by the object you want to heat as Q AH . When each symbol is expressed as a positive number, during cooling Q 2 = Q 1 + Q 3 ...Equation (1) Q 3 = Q 4 +Q 5 +Q AC ...Equation (2) That is, Q 2 = Q 1 +Q AC +Q 4 +Q 5 ...Equation (3) In other words, cooling water is required to remove the total amount of heat of all the terms on the right side.

これに対し、本発明装置では、 Q2′=Q1′+QAC−QAH ……式(4) 明らかに、Q2′<Q2となり、本発明装置の冷却
水が少なくてすむ。
On the other hand, in the device of the present invention, Q 2 = Q 1 ′+Q AC −Q AH .

加熱について考えると 従来装置では、 QAH=Q6+Q7 ……式(5) つまり、ポンプ動力Q6及び他の熱源Q7が別に
必要であるが、 本発明装置では、 QAH=Q1′+QAC−Q2′ ……式(6) つまり、冷却時に発生している系内熱量でQAH
を全てまかなつていることが解る。
Considering heating, in the conventional device, Q AH = Q 6 + Q 7 ...Equation (5) In other words, pump power Q 6 and other heat source Q 7 are separately required, but in the device of the present invention, Q AH = Q 1 ′+Q AC −Q 2 ′ ...Equation (6) In other words, the amount of heat generated in the system during cooling is Q AH
I understand that it covers everything.

また、凝縮液を断熱膨張させるための熱量は、
従来装置では式(2)からQ3=Q4+Q5+QACであり、
本発明装置ではこのQ3に相当する熱量がQACのみ
で良い。即ち、より少ない凝縮液量ひいてはガス
循環量が少なくて良く、圧縮動力が少なくてすむ
ことが解る。即ち従来装置より全体を小型化する
ことができる。
Also, the amount of heat required to adiabatically expand the condensate is
In the conventional device, from equation (2), Q 3 =Q 4 +Q 5 +Q AC ,
In the device of the present invention, the amount of heat corresponding to this Q 3 may be only Q AC . That is, it can be seen that a smaller amount of condensed liquid, a smaller amount of gas circulation, and a smaller compression power are required. That is, the entire device can be made smaller than the conventional device.

更に製作設備費は、その構成機器数から見て、
本発明装置では大巾なコストダウンが期待出来
る。
Furthermore, the manufacturing equipment cost is based on the number of components,
With the device of the present invention, significant cost reductions can be expected.

本発明は上述の一実施例に限定されることな
く、要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施
できることは云うまでもない。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.

例えば第8図に示すように、第2図のシステム
を2つ並べて、各々A群、B群とし、A群では比
較的温度レベルの高い加熱、冷却を行ない、B群
ではそれより低いレベルの加熱、冷却を行なおう
とするものである。
For example, as shown in Fig. 8, two systems in Fig. 2 are arranged side by side and called groups A and B, respectively. Group A performs heating and cooling at a relatively high temperature level, and group B performs heating and cooling at a lower level. The purpose is to perform heating and cooling.

即ち、A群からの凝縮液をB群補助コンデンサ
28の冷却源として断熱膨張させて使用するため
凝縮液の温度そのものがA群のそれより低く、こ
れを断熱膨張させると、物体29をA群のそれよ
り、より低温で冷却することが出来る。
That is, since the condensate from group A is adiabatically expanded and used as a cooling source for the group B auxiliary condenser 28, the temperature of the condensate itself is lower than that of group A, and when it is expanded adiabatically, the object 29 is It can be cooled at a lower temperature than that of .

同じ理由で、加熱側の温度も圧縮機の吸入側の
温度そのものがA群より低いため、吐出側の温
度、即ち加熱温度も低い。
For the same reason, since the temperature on the heating side itself is lower than the temperature on the suction side of the compressor than in group A, the temperature on the discharge side, that is, the heating temperature, is also lower.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の装置を説明するための系統図、
第2図は本発明に係る加熱及び冷却用装置の一実
施例を示す系統図、第3図ないし第5図は本発明
の説明用として示した第2図を簡略化した系統
図、第6図は従来装置の熱収支説明用として示し
た略図、第7図は本発明装置の熱収支説明用とし
て示した略図、第8図は本発明の他の実施例を示
す系統図である。 1……圧縮機、6……被加熱体、7……媒体流
量調節弁、12……補助コンデンサ、16……被
冷却体、18……媒体流量調節弁、21……蒸発
器、24……吐出圧力調節器、24′……調節弁、
25……吸入圧力調節器。
Figure 1 is a system diagram for explaining a conventional device.
FIG. 2 is a system diagram showing an embodiment of the heating and cooling device according to the present invention, FIGS. 3 to 5 are simplified system diagrams of FIG. 2 shown for explanation of the present invention, and FIG. The figure is a schematic diagram for explaining the heat balance of the conventional device, FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the heat balance of the device of the present invention, and FIG. 8 is a system diagram showing another embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Compressor, 6... Heated object, 7... Medium flow control valve, 12... Auxiliary condenser, 16... Cooled object, 18... Medium flow control valve, 21... Evaporator, 24... ...discharge pressure regulator, 24'...control valve,
25... Suction pressure regulator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 媒体ガスを圧縮する圧縮機と、この圧縮機か
ら高温高圧ガスが供給される被加熱体と、この被
加熱体で熱を奪われて液化凝縮した媒体を集め外
部からの冷却水の調節で前記媒体を所定圧力に保
持する補助コンデンサと、この補助コンデンサか
ら液化凝縮した媒体が供給される被冷却体と、こ
の被冷却体で断熱膨張して低温低圧のガス化した
媒体を集めこの中の液滴を気化させて前記圧縮機
へ送り込む蒸発器とから成る循環系を備え、この
循環系を構成する各要素の圧力を、圧縮機>被加
熱体>補助コンデンサ>被冷却体≒蒸発器なる関
係を保つように調整するとともに、前記被加熱体
及び被冷却体の静的変化量を吸収するために、前
記圧縮機の出口側と前記補助コンデンサの入口側
との間に前記被加熱体をバイパスする圧力調節器
付バイパス路と、前記補助コンデンサの出口側と
前記蒸発器の入口側との間に前記被冷却体をバイ
パスする圧力調整器付バイパス路とを設け、更
に、前記被加熱体及び被冷却体の動的変化量を吸
収するために、前記被加熱体及び被冷却体の媒体
入口側又は出口側に夫々の内圧に応じて変化する
媒体流量調節弁を設けたことを特徴とする加熱及
び冷却用装置。
1. A compressor that compresses medium gas, a heated body to which high-temperature, high-pressure gas is supplied from the compressor, and a heated body that collects the medium that has been liquefied and condensed by the heat removed by the heated body and is controlled by external cooling water. An auxiliary condenser that maintains the medium at a predetermined pressure, a cooled body to which the liquefied and condensed medium is supplied from the auxiliary condenser, and a cooled body that adiabatically expands and collects the low-temperature, low-pressure gasified medium. It is equipped with a circulation system consisting of an evaporator that vaporizes droplets and sends them to the compressor, and the pressure of each element constituting this circulation system is determined by the following formula: compressor>heated object>auxiliary condenser>cooled object≒evaporator In order to adjust the relationship so as to maintain the relationship and to absorb static changes in the heated and cooled bodies, the heated body is placed between the outlet side of the compressor and the inlet side of the auxiliary condenser. A bypass passage with a pressure regulator for bypassing and a bypass passage with a pressure regulator for bypassing the object to be cooled are provided between the outlet side of the auxiliary condenser and the inlet side of the evaporator; And, in order to absorb the amount of dynamic change in the object to be cooled, a medium flow rate regulating valve is provided on the medium inlet side or the outlet side of the object to be heated and the object to be cooled, which changes according to the internal pressure of each. equipment for heating and cooling.
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