JPH06257890A - ヒートポンプ - Google Patents

ヒートポンプ

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JPH06257890A
JPH06257890A JP4405493A JP4405493A JPH06257890A JP H06257890 A JPH06257890 A JP H06257890A JP 4405493 A JP4405493 A JP 4405493A JP 4405493 A JP4405493 A JP 4405493A JP H06257890 A JPH06257890 A JP H06257890A
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JP
Japan
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water
cooling
pipe
vacuum container
storage tank
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JP4405493A
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English (en)
Inventor
Hidemasa Ogose
英雅 生越
Kazuo Aizawa
和夫 相沢
Kanetoshi Hayashi
謙年 林
Original Assignee
Nkk Corp
日本鋼管株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】安全でかつ安価な物質である水のみを使用し
(フロンを使用せず)、かつ、同一の装置で、冷房と暖
房が可能なヒートポンプを提供する。 【構成】真空容器1内に水を噴霧して、水の一部を蒸発
させ、それによって水の残りを冷却させて冷水あるいは
氷を製造する際に、発生した蒸気を多段の圧縮機2a〜
2dによって冷却塔7の冷却水で凝縮可能な圧力まで高
め、さらに、暖房で必要とする温水の温度の飽和圧力付
近まで圧力を高め、水蒸気をこの状態として凝縮器3に
導き、凝縮させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フロンなどの媒体を使
用せず、水のみで、冷房時に冷水または氷を製造し、暖
房時に温水を製造するヒートポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭60−62539号公報には図2
に示すように、水を用いた真空蒸発方式の冷凍機が開示
されている。この冷凍機は、真空容器21の内部を4.
6mmHg以下の真空状態に維持し、その下部に水22
を溜めている。容器下部から抜出した水を、ポンプ23
によりノズル24から噴霧すると、水の一部が活発に蒸
発し、蒸発の潜熱により水の残りが微細な氷となる。容
器内上部には一段の遠心蒸気圧縮機25が設けられ、水
蒸気を上部室26に吸い上げる。上部室26には従来の
冷凍装置の蒸発器ユニットを構成するような冷凍凝縮器
27(フロンなどを用いた圧縮式の冷凍サイクルを使用
している)が設けられている。
【0003】この冷凍機は、一段の遠心蒸気圧縮機25
で水蒸気を圧縮するため、その圧縮力が容器内の圧力よ
りわずかに高い圧力(7mmHg)であり、この水蒸気
を凝縮するために冷媒の温度をフロン等を用いて低くす
る必要がある。また、この冷凍機は、冷房用の冷水しか
製造できず、暖房負荷に対して対応できない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の真空蒸発の冷却
原理を用いた冷凍機は、フロンなどの冷媒としてフロン
を用いるため、オゾン層の破壊、地球温暖化の危険性が
あり、しかも装置が複雑、高価となる。さらに、冷房と
暖房が必要な場合、暖房のために別の熱源設備が必要と
なり、高価となる。
【0005】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、安全でかつ安価な物質である水
のみを使用し、かつ、同一の装置で、冷房と暖房とが可
能なヒートポンプを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のヒートポンプ
は、この目的を達成するために、真空に保持された容器
内に水を供給して、供給水の一部を蒸発させ、その潜熱
により供給水の残りを冷却または製氷する際に、この真
空容器に遠心式圧縮機を複数個順次連結し、真空容器か
ら蒸発した水蒸気を順次圧縮して後段の遠心式圧縮機で
所定圧力(例えば32℃の飽和圧力35.7mmHg以
上まで、若しくは50℃の飽和圧力92.5mmHg以
上まで)とし、所定圧力とした水蒸気を凝縮器に通して
凝縮させる。凝縮器には、冷媒としての冷却水が流通す
る流通路を備えている。この冷却水は、フロン等の冷媒
を用いることなく冷却する冷却水冷却手段(冷却塔)で
冷却される。
【0007】
【作用】真空容器では、水の一部が真空下で蒸発し、そ
の潜熱によって、水の残りが冷却されて冷水あるいは氷
を製造する。ここで発生した水蒸気を多段の圧縮機によ
り圧縮してその圧力を順次を高めることにより、冷却水
冷却手段(冷却塔)の冷却水で凝縮可能となる。すなわ
ち、発生した水蒸気を、冷却塔からの冷却水(約32
℃)で凝縮させるために、水蒸気の圧力を32℃の飽和
圧力35.7mmHg以上まで、多段の水蒸気圧縮機を
用いて圧縮させる。
【0008】さらに、暖房で必要とする温水の温度の飽
和圧力付近まで圧力を高めることによって、暖房運転も
可能とする。例えば、暖房用の温水が必要な場合、その
温水温度を50℃とすると、水蒸気の圧力を50℃の飽
和圧力92.5mmHg以上まで、多段の水蒸気圧縮機
を用いて圧縮させる。
【0009】
【実施例】以下、本発明のヒートポンプを図1に示す実
施例を参照して説明する。図示するヒートポンプは、真
空容器1の上部に複数段に連結された遠心圧縮機2a〜
2dを介して凝縮器3を接続し、この凝縮器3の冷却水
流通路3aに冷却塔7又は温水蓄熱槽10からの冷却水
又は温水が切替可能に流通するようになっている。さら
に真空容器1内には、冷水又は氷の蓄熱槽9からの冷水
又は熱源水14で加温された水が切替可能に供給され、
真空容器1下部から冷水又は氷が切替可能に蓄熱槽9に
溜められ、又は熱源水14で加温されるようになってい
る。
【0010】以下詳細に説明する。まず、前記真空容器
1は、図示しない排気手段により容器内の圧力を4.6
mmHg以下に維持できるようになっている。真空容器
1は、上部に供給水を噴霧するノズル19を備え、ノズ
ル19から噴霧された水の一部は蒸発し、その潜熱によ
り供給水の残りは冷却または製氷されて容器底部に溜ま
る。真空容器1の上部に列設された遠心圧縮機2bと2
cとの間、2cと2dとの間にはそれぞれ中間冷却器4
a,4bが設けられている。後段の遠心圧縮機2dに連
結された凝縮器3は、冷媒としての冷却水が流通する流
通路3aを備え、この流通路の入口側には、前記冷却塔
7からの冷却水流入管7aが接続され、この冷却水流入
管7aに、前記温水蓄熱槽10からの温水流入管10a
が接続され、各流入管7a,10aは切替弁16a,1
6bにより切替可能となっている。また、各流入管7
a,10aには、冷却水ポンプ8又は温水ポンプ11が
設けられている。前記中間冷却器4a,4bは、前記冷
却塔7又は温水蓄熱器10から凝縮器3への流入管に設
けられている。凝縮器3の流通路3aの出口側には、冷
却塔7への流出管7bが接続され、この流出管7bに温
水蓄熱槽10への流出管10bが接続され、各流出管7
b,10bは、切替弁15a,15bにより切替可能と
なっている。
【0011】前記冷水または氷の蓄熱槽9は、真空容器
1の底部の冷水または氷を第一の取出管9aを介して取
出して溜めるもので、この取出管9aに取出ポンプ5を
備えている。さらに第一の取出管9aには第二の取出管
12aが分岐し、この第二の取出管12aは、熱交換器
12の一方の入口側に接続されている。第一の取出管9
aと第二の取出管12aとは切替弁18a,18bによ
り切替可能となっている。また蓄熱槽9には、ここに溜
められた冷水を真空容器1に供給する第一の供給管9b
が取付けられ、この第一の供給管9bは前記ノズル19
に連結している。また、第一の供給管9bには給水ポン
プ6が設けられている。この第一の供給管9bには第二
の供給管12bが接続され、この第二の供給管12bは
熱交換器12内で前記第二の取出管12aに接続してい
る。第一の供給管9bと第二の供給管17bとは切替弁
17a,17bにより切替可能となっている。前記熱交
換器12の他方には、熱源水14を循環させる加温管1
4a,14bが配設され、加温管14aに熱源水ポンプ
13が取付けられている。そして、熱交換器12では熱
源水により第二の取出管12aを通る水を加温して第二
の供給管12bに供給するようになっている。次にこの
ヒートポンプを用いて、冷房運転、冷房と暖房の同時運
転、暖房運転をする時の運転動作について説明する。 (冷房運転時)
【0012】冷水または氷蓄熱槽9から水を給水ポンプ
6によって取り出し、真空容器1内に設けられたノズル
19によって噴霧する。真空容器内は真空に維持されて
いるので、噴霧された水の一部は蒸発して水蒸気とな
り、その蒸発潜熱で水の残りが冷却されて冷水となる。
また、容器内の圧力が4.6mmHg以下で維持されて
いれば、その冷却作用によって微細な氷が生成され、容
器下部に蓄積される。下部に蓄積された冷水20(また
は冷水とと氷のスラリー)は、取出しポンプ5によって
蓄熱槽9に送られ、蓄熱される。蓄熱槽9内の冷水は、
給水ポンプ6により、給水管12bを通ってノズル19
から真空槽1内へ供給される。なお、切替弁17a,1
8aは開き、切替弁17b,18bは閉じている。
【0013】真空容器1で発生した水蒸気は1段目の遠
心式圧縮機2aによって、約8〜10mmHgまで昇圧
され、2段目の圧縮機2bによって、20〜25mmH
gまで昇圧される。ここで、2段目の圧縮機2bによっ
て水蒸気を圧縮すると水蒸気の温度が100℃以上に上
昇するので、次の圧縮機2cに入れる前に、中間冷却器
4aに通して、水蒸気の温度を下げる。そして、3段目
の圧縮機2cによって、水蒸気を約55mmHgまで昇
圧される。3段目の圧縮機2cによって圧縮されると、
水蒸気は、温度が100℃以上に上昇するので、次の圧
縮機2dに入れる前に、中間冷却器4bに通して、水蒸
気の温度を下げる。そして、水蒸気は、中間冷却器4b
から圧縮器2dを通り凝縮器3に導かれる。なお、冷房
運転時は、圧縮器2dは運転せず、従って、水蒸気は圧
縮器2dを素通りするか、バイパスされる。他方、冷却
塔7では、水をフロン等の冷媒を使用することなく冷却
して、およそ32℃の温度に冷却しており、この冷却塔
7から、ポンプ8によって冷却水を冷媒として凝縮器3
に送る。水蒸気は、凝縮器3を通る冷却水によって凝縮
され、水となってドレン配管15から真空容器1に戻さ
れる。ここでは、切替弁15a,16aが開き、切替弁
15b,16bが閉じられている。なお、中間冷却器
は、必要に応じて設置される。 (冷房と暖房の同時運転時)
【0014】上記の冷房運転において、圧縮機2dを運
転し、圧縮機2cで昇圧された水蒸気をさらに圧縮機2
dによって93mmHg以上に昇圧し、凝縮器3に送
る。凝縮器3には、温水蓄熱槽10から、温水1次ポン
プ11によって温水が送られ、水蒸気が凝縮する潜熱で
温水は加熱され、約50℃となって、再び、温水蓄熱槽
10に戻り、蓄熱される。さらに、より高温の温水が必
要なときは、圧縮機2dでの昇圧を高めるか、さらに圧
縮機を追加することにより達成可能となる。ここでは、
切替弁15a,16aを閉じ、15b,16bを開いて
いる。なお、温水蓄熱槽10から負荷側へ温水を供給す
るために、図示しないポンプと配管を設けてある。 (暖房運転時)
【0015】切替弁17b,18bを開き、切替弁17
a,18aを閉じる。真空容器1から取り出された冷水
は、熱交換器12に導かれる。熱交換器12には、河川
水や、海水、井水、などの熱源水14が流通しており、
この熱源水14により冷水が加温され、真空容器1のノ
ズル19から供給される。この場合、圧縮機2a〜2
d、凝縮器3、温水蓄熱槽10等の働きは、冷房と暖房
の同時運転時と同じなので、ここでの説明は省略する。
ただし、熱源水の温度が高ければ、真空容器内の圧力を
高くできるので、圧縮機2a,2bを運転せず、水蒸気
を素通りさせるか、バイパスさせる。なお、熱交換器1
2を設けずに、熱源水を真空容器1に直接給水するよう
にすることも可能である。
【0016】
【発明の効果】本発明のヒートポンプによれば、遠心式
圧縮機を多段に連結して、冷媒としての水で冷却しうる
圧力に水蒸気を圧縮可能なので、フロン、特にR11,
R12,R22,R123などオゾン層を破壊する物質
を冷媒として全く使用せず、環境に与える悪影響は全く
ない。また、フロン等を使用しないので装置が簡単でか
つ安価なものになり、メンテナンスも容易である。さら
に本発明では、一台の装置で冷房も暖房も可能であるた
め、設備費や設置スペースが小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すヒートポンプの系統
図。
【図2】従来の真空蒸発の原理を利用した冷凍機を示す
系統図。
【符号の説明】
1…真空容器、2a〜2d…圧縮機、3…凝縮器、4…
中間冷却器、5…冷水または氷取出ポンプ、6…給水ポ
ンプ、7…冷却塔、8…ポンプ、9…冷水または氷の蓄
熱槽、10…温水蓄熱槽、11…温水ポンプ、12…熱
交換器、13…熱源水ポンプ、14…熱源水、15a,
15b,16a,16b,17a,17b,18a,1
8b…切替弁、19…ノズル、20…冷水または氷

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空に保持される真空容器と、 真空容器内に水を供給し、その供給水の一部を蒸発さ
    せ、その潜熱により供給水の残りを冷却または製氷する
    水供給手段と、 前記真空容器に順次連結された複数個の遠心式圧縮機で
    あって、真空容器から蒸発した水蒸気を順次圧縮し、後
    段の遠心式圧縮機で所定圧力まで圧縮するようにした遠
    心式圧縮機と、 後段の圧縮機に連結され、冷媒としての冷却水が流通す
    る流通路を備え、所定の圧力まで圧縮された水蒸気を冷
    却水により凝縮する凝縮器と、 前記冷却水を冷媒を用いることなく所定温度に冷却し
    て、前記凝縮器に流通させる冷却水冷却手段と、を具備
    してなるヒートポンプ。
  2. 【請求項2】 真空に保持される真空容器と、 真空容器内に水を供給し、その供給水の一部を蒸発さ
    せ、その潜熱により供給水の残りを冷却または製氷する
    水供給手段と、 前記真空容器に順次連結された複数個の遠心式圧縮機で
    あって、真空容器から蒸発した水蒸気を順次圧縮し、後
    段の遠心式圧縮機で所定圧力まで圧縮するようにした遠
    心式圧縮機と、 後段の圧縮機に連結され、冷媒としての冷却水が流通す
    る流通路を備え、所定の圧力まで圧縮された水蒸気をこ
    の冷却水により凝縮する凝縮器と、 暖房用の温水を蓄熱する蓄熱槽とを具備し、 前記流通路の入口側にこの蓄熱槽からの温水流入管を、
    前記流通路の出口側に前記温水蓄熱槽への温水流出管を
    それぞれ接続してなり、 暖房で使用した温度が低下した温水を、前記温水蓄熱槽
    から凝縮器の流通路に冷却水として流して、この冷却水
    により、所定圧力まで圧縮された水蒸気を凝縮すると共
    にこの冷却水を加温し、加温された冷却水を温水流出管
    を通って前記温水蓄熱槽へ戻すようにしたヒートポン
    プ。
  3. 【請求項3】 真空に保持される真空容器と、 真空容器内に水を供給し、その供給水の一部を蒸発さ
    せ、その潜熱により供給水の残りを冷却または製氷する
    水供給手段と、 前記真空容器に順次連結された複数個の遠心式圧縮機で
    あって、真空容器から蒸発した水蒸気を順次圧縮し、後
    段の遠心式圧縮機で所定圧力まで圧縮するようにした遠
    心式圧縮機と、 後段の圧縮機に連結され、冷媒としての冷却水が流通す
    る流通路を備え、所定の圧力まで圧縮された水蒸気をこ
    の冷却水により凝縮する凝縮器と、 前記冷却水を冷媒を用いることなく所定温度に冷却し
    て、前記凝縮器に流通させる冷却水冷却手段と、 暖房用の温水を蓄熱する蓄熱槽と、 前記流通路の入口側に接続された、前記冷却水冷却手段
    からの冷却水流入管と、 この冷却水流入管に接続された、前記蓄熱槽からの温水
    流入管と、 前記冷却水流通路の出口側に接続された、冷却水冷却手
    段への冷却水流出管と、 この冷却水流出管に接続された、前記温水蓄熱槽への温
    水流出管と、 冷却水流入管と温水流入管との切替弁と、 冷却水流出管と温水流出管との切替弁と、 を具備してなるヒートポンプ。
  4. 【請求項4】 冷水又は氷の蓄熱槽と、 前記真空容器底部から冷水又は氷の蓄熱槽へ接続され、
    冷水又は氷を蓄熱槽に取出す第一の取出管と、 前記冷水又は氷の蓄熱槽から前記真空容器の前記水供給
    手段に接続され、蓄熱槽の冷水を真空容器に供給する第
    一の供給管と、 前記第一の取出管から分岐された第二の取出管と、 第二の取出管を通る冷水又は氷を熱源水により加温する
    加温手段と、 前記加温手段から前記第一の供給管に接続された第二の
    供給管と、 第一の取出管と第二の取出管との切替弁と、第一の供給
    管と第二の供給管との切替弁と、 を具備した請求項2に記載のヒートポンプ。
JP4405493A 1993-03-04 1993-03-04 ヒートポンプ Pending JPH06257890A (ja)

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