JPH0612202B2 - 動力回収型ヒートポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヒートポンプの性能向上に関し、更に詳しく
は、凝縮器において凝縮した熱媒液を蒸気と液体とに分
離し、蒸気のみにより動力回収することにより在来の膨
張機を使用した、また膨張機後の蒸気の圧力を蒸発圧力
より低く設定することにより熱媒液の保有していた熱エ
ネルギーをより有効に回収し圧縮機の駆動動力に利用で
きるようにヒートポンプの改良に関するものである。

〔従来技術〕

ヒートポンプシステムは低温の熱源がら高温の熱源へと
熱エネルギーを移送させるシステムであって、冷暖房装
置として、更には省エネルギー化の要請から廃熱回収装
置として各方面において多用されている。そして、この
ようなヒートポンプシステムとし広く知られているもの
に第３図に示す圧縮式ヒートポンプがある。

この圧縮式ヒートポンプシステムは、低温熱源から熱エ
ネルギーを吸収する蒸発器１と、この蒸発器１からの熱
媒蒸気を圧縮する圧縮機５と、この圧縮機５によって昇
温・昇圧された熱媒体から高温熱源に対して熱エネルギ
ーを与える凝縮器７と、この凝縮器７内において液化し
た熱媒体を断熱膨張する膨張弁等の絞り機構11とからな
り、この絞り機構11からの熱媒体が前記蒸気器１に戻さ
れ、循環供給されている。

このヒートポンプの成績係数を改善するためには、膨張
弁11における熱媒体の膨張時のエネルギーを回収するこ
とが考えられるが、気液混合流体となるため、有効な膨
張機がなく、実用化された例は少ない。

〔発明の目的〕

本発明は前記問題点に鑑みて成されたもので、ヒートポ
ンプシステムにおける凝縮器から排出される凝縮液の持
つ熱エネルギーを在来の膨張機を使用して動力として有
効に回収し、ヒートポンプシステムの成績係数を向上さ
せることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は前記目的を達成するため、蒸発器、該蒸発器か
ら導入した蒸気を圧縮する圧縮機、該圧縮機から導入し
た蒸気を凝縮させる凝縮機、該凝縮器から導入した凝縮
液を膨張させる膨張弁からなるヒートポンプにおいて、
前記凝縮器から前記膨張弁を経て導入した熱媒体を蒸気
と液体とに分離する気液分離器と、前記圧力機に接続さ
れかつ、前記気液分離器から導入した蒸気を前記蒸発器
の蒸気圧力以下まで膨張させることにより前記圧縮機を
回転させる駆動力の一部を担う蒸気膨張機と、該蒸気膨
張機から復水器を経て前記蒸発器に還元させる液と前記
気液分離器から前記蒸発器に還元させる液とを減圧させ
る減圧弁とを備えてなることを特徴とするものである。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の実施例に係るヒートポンプシステム
の系統図であって、蒸発器１に配管２より供給された熱
媒液ｌは、蒸発器１において吸熱・蒸発し蒸気ｓとな
り、配管４を経由して圧縮機５に吸入、圧縮され高温・
高圧蒸気Ｓとなり配管６を経由して凝縮器７に供給され
る。

そしてこの凝縮器７を介して高温の熱エネルギーを出力
とすると共に蒸気Ｓは凝縮する。

前記凝縮器７において凝縮された熱媒体Ｌは配管10を経
由して、膨張弁11にて膨張し気液分離器12において液体
ｌ_１と蒸気ｓ_１とに分離される。

前記蒸気ｓ_１は配管13を経由して蒸気膨張機14に供給さ
れ動力を発生する。この蒸気ｓ_１は単相であるのでロー
タリー型、スクリュウ型、タービン型在来型の膨張機が
使用できる。また、蒸気ｓ_１は膨張機において蒸気器１
における蒸発圧力以下迄膨張し、低圧蒸気ｓ_２となって
配管17を経由して復水器18に送られ、ここで凝縮して低
温液体ｌ_２となり配管19を経由してポンプ20により昇圧
され蒸発器１に還流する。

一方、気液体分離器12において分離された液体ｌ_１は配
管15、配管２を経由して蒸発器１に循環供給されサイク
ルを完了する。

前記蒸気膨張機14の出力は、低圧蒸気ｓを圧縮するため
の圧縮機５の駆動力の一部として利用する。

第２図に本発明に係るモリエール線図を示す。

なお、同図における数字は第１図の数字に対応する位置
における条件を示している。

本実施例においては、熱媒体として、水，フロン系，ア
ルコール系等及び炭化水素系の熱媒体等、何れの熱媒体
でも本発明の趣旨に沿って使用可能である。

本発明においては特に、気液分離器12によって分離され
た熱媒蒸気ｓ_１を蒸気膨張機14において蒸発器１の蒸発
圧力以下まで膨張させることに特徴があり、この蒸気膨
張機14による回収動力が著しく増加する。

この回収動力の増加は蒸発圧力下まで膨張させることに
より新たに必要となるポンプ20の駆動力よりはるかに大
きく、従って全体として動力回収量は大幅に増加する。

なお、上述の如く蒸気膨張機14は何れの在来型も適用で
きるが、熱媒蒸気の膨張比を大きくとれる特徴を活かす
ためには速度型であるタービンが最も適している。

また、該蒸気膨張機14によって熱媒蒸気を圧縮するため
の圧縮機５の駆動動力の一部をカバー出来るので、圧縮
機５の駆動動力が減少し、ヒートポンプの成績係数が上
昇する。

尚、第１図では気液分離器12より導出する媒体液を復水
と合流点21にて合流させ、バルブ16を介して蒸発器１に
還流しているが、条件によって還流の経路は種々ありう
る。しかし本発明の本旨とは関係ないので詳述は略す。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明のヒートポンプは、蒸発器、圧
縮機、凝縮器及び膨張弁からなるヒートポンプにおい
て、凝縮器から膨張弁を経て導入した熱媒体を蒸気と液
体とに分離する気液分離器と、圧縮機に接続されかつ、
気液分離器から導入した蒸気を前記蒸発器の蒸気圧力以
下まで膨張させることにより圧縮機を回転させる駆動力
の一部を担う蒸気膨張機と、蒸気膨張機から復水器を経
て蒸発器を還元させる液と気液分離器から蒸発器に還元
させる液とを減圧させる減圧弁とを備えたので、次の効
果を奏することができる。

(1) 蒸気膨張機による回収動力が増加する。この回収
動力の増加は新たに必要となるポンプの駆動動力よりは
るかに大きく、従って全体として動力回収量は大幅に増
加する。

(2) 蒸気膨張機は単相の蒸気のみで駆動されるので在
来型の膨張機が使用できる。

(3) また、該蒸気膨張機によって前記圧縮機を駆動さ
せ熱媒蒸気の圧縮のための動力一部をカバーできるの
で、圧縮機の駆動動力が減少しヒートポンプの成績係数
が上昇する。

(4) 更に本発明によれば、膨張弁11による熱媒体の膨
張圧力比を増減することにより、気液重量比が調節でき
る。これによって蒸気膨張機14の出力を制御できるの
で、最適熱回収が可能となる。

(5) また、これにより低圧縮液ｌ_２と熱媒体ｌ_１との
比率が調節されるので、循環水ｌの温度が制御でき、熱
源温度の変化に対応したヒートポンプの運転が可能とな
る。

本発明は、高温・高温度差において、実用上十分に成績
係数が得られるヒートポンプを実現できるので、産業用
熱源として極めて有用であり、省エネルギーに極めて大
きな貢献を果たし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートポンプシステムの実施例を
示す系統図、第２図は実施例におけるモリエール線図、
第３図は従来のヒートポンプシステムの系統図である。 １……蒸発機、５……圧縮機、７……凝縮機７、11……
膨張弁、12……気水分離器、14……蒸気膨張機、16……
減圧弁、18……低圧凝縮機、20……ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器、該蒸発器から導入した蒸気を圧縮
   する圧縮機、該圧縮機から導入した蒸気を凝縮させる凝
   縮器、該凝縮器から導入した凝縮液を膨張させる膨張弁
   からなるヒートポンプにおいて、前記凝縮器から前記膨
   張弁を経て導入した熱媒体を蒸気と液体とに分離する気
   液分離器と、前記圧縮機に接続されかつ、前記気液分離
   器から導入した蒸気を前記蒸発器の蒸気圧力以下まで膨
   張させることにより前記圧縮機を回転させる駆動力の一
   部を担う蒸気膨張機と、該蒸気膨張機から復水器を経て
   前記蒸発器に還元させる液と前記気液分離器から前記蒸
   発器に還元させる液とを減圧させる減圧弁とを備えてな
   る動力回収型ヒートポンプ。