JPS5852146B2 - ネツポンプソウチ - Google Patents

ネツポンプソウチ

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JPS5852146B2
JPS5852146B2 JP50046609A JP4660975A JPS5852146B2 JP S5852146 B2 JPS5852146 B2 JP S5852146B2 JP 50046609 A JP50046609 A JP 50046609A JP 4660975 A JP4660975 A JP 4660975A JP S5852146 B2 JPS5852146 B2 JP S5852146B2
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heat pump
condenser
water
heat
evaporator
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PROJECTUS IND PRODUKTER AB
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器ユニットと、膨
張弁とを直列に連結した冷媒回路をそれぞれ有する少な
くとも２個の熱ポンプを具備し、特に廃熱または外気か
らエネルギーを抽出して高温エネルギーを経済的に作り
出す熱ポンプ装置に関するものである。
本発明の目的は、異なる用途に利用するために水のよう
な媒体を少なくとも２個の異なる温度レベルに加熱する
ために使用し得る熱ポンプ装置を得るにある。
本発明の他の目的は、例えば製紙機械から生ずる処理熱
すなわち温い廃水から低圧蒸気または熱水を発生するの
に使用する熱ポンプ装置を得るにある。
本発明の他の目的は、住居または作業場を温め同時に他
の用途の熱水を発生させるため例えば油燃焼ボイラを採
用する普通の熱水加熱装置と組合せて利用し得る熱ポン
プ装置を得るにある。
本発明の更に他の目的は、普通の加熱装置とそれに連結
した熱ポンプとを好適に接合制御する方法および装置の
設計を得るにある。
本発明の他の用途および利点は次の記載から当業者には
明らかとなろう。
本発明によれば、上述の熱ポンプ装置は水のような外部
の媒体を一方の熱ポンプの蒸発器の温度と関連して高温
に加熱し得るよう一方の熱ポンプの凝縮器ユニットが他
方の熱ポンプの蒸発器と熱交換関係に配置されるように
カスケード方式に連結したことを特徴とする。
この種の熱ポンプ装置は普通の水加熱装置に連結するこ
とができ、この加熱装置は燃料燃焼ボイラを有し、更に
ラジェータ回路を具え、分岐弁を経てこのラジェータ回
路の行き管に連結した分岐管をこのラジェータ回路を設
け、またこの加熱装置は他の目的のため水を供給する熱
水加熱装置を具備する。
ここに第１熱ポンプの凝縮器ユニットは第２熱ポンプの
蒸発器に連結した第１凝縮器と、ラジェータ回路の水の
帰り管から分岐管に行くラジェータ回路の水を熱交換に
よって加熱するよう配置した第２凝縮器とを具えると共
に、ボイラに直列に第２熱ポンプを配置しこのボイラを
通って流れるラジェータ回路の水を加熱する。
この種の加熱装置においては、第２凝縮器に並列に第１
熱ポンプ回路に他の分岐管を配置し、更に第２凝縮器に
第２分岐弁を配置し、この第２凝縮器に流れる冷媒を制
御する。
添付図面につき本発明を一層詳細に説明する。
図面はファン１に関連する蒸発器２を具える第１熱ポン
プを示し、この蒸発器２は外側に配置するように計画し
たものである。
更に、圧縮機３と、凝縮器４と、小滴捕集器５と、膨張
弁６とをこの第１熱ポンプに設ける。
これらの部材２〜６を互いに直列にこの回路に連結し、
この回路に例えばフレオン形式の冷媒を充填する。
第２熱ポンプを第１熱ポンプにカスケード方式に連結す
る。
この第２熱ポンプは冷媒回路Ｔを備え、圧縮機８と、凝
縮器９と、小滴捕集器１０と、膨張弁１１と、蒸発器１
２とをこの冷媒回路７に直列に設ける。
この蒸発器１２は第１熱ポンプの凝縮器４と熱交換関係
に配置することによって凝縮器４から熱を受ける。
第２熱ポンプの凝縮器９はこの凝縮器を通って流れる水
のような媒体に凝縮熱を熱交換によって伝えるよう設計
されている。
２個のカスケード方式に連結した熱ポンプを有する上述
の熱ポンプ装置を採用し、たとえ第１熱ポンプの蒸発器
に低温の空気を供給している場合でも第２熱ポンプの凝
縮器では高温が生ずるようにする。
従ってこの種の熱ポンプ装置は例えば２４絶対気圧の制
限圧力を有する管をこの冷媒回路のため使用することに
よって最適のものにすることができる。
第１熱ポンプのためフレオン−２２を冷媒に選択すると
、蒸発器の温度が一１０℃の時この冷媒は３．６２絶対
圧力になる。
次にこの冷媒を例えば１９．７絶対圧力の圧力に圧縮で
き、この絶対圧力では凝縮器の温度は５０℃であり、ラ
ジェータの熱の発生のため好適である。
この時第２熱ポンプの蒸発器の温度は約４５℃である。
フレオン−１２を第２熱ポンプの冷媒として使用する場
合には、この媒体は４５℃の温度で約１１．１絶対圧力
である。
次にフレオン−１２を２３．６５絶対圧力まで圧縮する
。
この圧力では第２熱ポンプの凝縮器の温度は８０℃であ
り、この温度は他の目的のための熱水の製造に適してい
る。
その代りに、この熱ポンプ装置は次のように低圧蒸気を
発生するために利用することができる。
第１熱ポンプの蒸発器を５０℃の温度の加熱媒体雰囲気
内に配置する。
第１熱ポンプにフレオン１２を使用すれば、この媒体は
５０℃で１２．５絶対圧力になる。
このフレオン−１２を２３．６５絶対圧力まで圧縮し、
凝縮器内の冷媒を８０℃の温度にする。
このようにして第２熱ポンプの蒸発器の温度を約７５℃
に達せしめる。
第２熱ポンプの回路にフレオン１１４を使用すると、こ
の冷媒は７５℃で８．５絶対圧力になる。
第２熱ポンプ内の凝縮器の温度を１３５℃にするため、
フレオン−１１４を２７．７絶対圧力まで圧縮する。
このことは第２熱ポンプの配管および付属装置には一層
高い等級のものを選択する必要があることを意味する。
しかしこれは許容できる譲歩の条件であり、このように
してこの凝縮器は温度１３５℃、３．１３絶対圧力の蒸
気を発生することができるからである。
更に、第２熱ポンプに関連する圧縮機の場合には冷却を
よくすることが必要であり、このことは第１熱ポンプの
圧縮機から冷却剤を抜な出すことによって実施でき、こ
の方法は好適であることがわかった。
上述した本発明の熱ポンプ装置の用途に関連して、熱の
需要に応じて冷媒の流れを変化させるためこのピストン
を連結したり切離したりできる２個または２個以上のピ
ストンを有する圧縮機を利用することができる。
再び図面に戻り、選択した油バーナ１５を有するボイラ
１４と、このボイラと並列に結合した別個の熱水加熱装
置１６とを設ける。
このボイラは管１９，２０，２１を経由してラジェータ
回路の水の行き管１７とラジェータ回路の水の帰り管１
８とに接続されている。
このラジェータ回路の水は水の帰り管１８内にあるポン
プ２２によって循環されるとともに、管２０内にある他
のポンプ２３によってボイラを通過して循環される。
第２熱ポンプの凝縮器を管２０と熱交換関係に連結する
。
管２５によつボイラ、凝縮器９およびポンプ２３と並列
にこの熱水加熱装置を連結する。
第１熱ポンプの凝縮器ユニットに２個の凝縮器を設ける
ことができ、すなわち上述の凝縮器４と更にこれと直列
に加えた第２凝縮器２６とである。
分岐管２７をこの低温凝縮器と並列に連結し、分岐弁２
８を経て分岐管２Ｔをこの熱ポンプの主回路に連結する
。
この分岐弁２８を自動的にしてもよく、凝縮器４の次の
位置での冷媒の熱量に応じてこの凝縮器２６を通る流れ
を制御する。
凝縮器２６を管２９と熱交換関係に配置し、ポンプ３０
の作用によりこの管２９により管２１からの水をラジェ
ータ回路の水の行き管１７と水の帰り管１８との間にあ
る分岐管３１に供給する。
水の行き管分岐弁３２を通じて分岐管３１を水の行き管
１７と管１９とに連結する。
この分岐弁３２を所要に応じて温度応動性の自動的なも
のにしてもよい。
上述の加熱装置は次のように作動する。
第１熱ポンプ内の冷媒によって蒸発器２内の熱を吸収し
、圧縮機３によってこの冷媒を圧縮し、この冷媒の温度
を例えば５０℃にする。
この圧縮機３を多段式（２気筒）のものにするのがよく
、このようにして圧縮機駆動モータを時々停止させる必
要なくその時の需要に応じて圧縮機の能力を調整し得る
ようにする。
この冷媒は凝縮器４内で凝縮し、その熱の少なくとも１
部を他方の熱ポンプの蒸発器１２に流れる冷媒に与える
。
他方の熱ポンプ内の冷媒を圧縮機８によって圧縮し、凝
縮器９内で凝縮させ、この場所でボイラ１４の管２０を
通ってポンプ２３により循環する水にその熱量を伝える
。
この２個の熱ポンプの最高温度レベルはそれぞれ５５℃
および９０℃であるのが好適である。
第１熱ポンプ内の冷媒が凝縮器４を過ぎた後十分高い温
度にあれば分岐弁２８は自動的にこの冷媒を凝縮器２６
に送り、凝縮器２６と熱交換関係にある管２９を通じて
ポンプ３０によって循環している水にこの凝縮器２６内
の冷媒の残留熱を伝える。
この凝縮器２６によって加熱されるこの水は例えば５０
℃まで加熱され管２９と分岐管３１とを経て流れる。
この水の温度が適切であると、この水を分岐弁３２によ
って水の行き管１７に送給する。
また管２９を去る水の温度が余りに低いと、再循環させ
るため管２１に復帰する。
こめラジェータ回路から管２１に返送された水は循環ポ
ンプ２３によって管２０、高温凝縮器９およびボイラ１
４を通って強制循環される。
例えば温度が８０℃であるこの高温凝縮器は少なくとも
普通の周囲条件および夏季はこの水の温度を８０℃まで
上昇させることができ、これは家庭用の給湯としては適
当な温度である。
凝縮器９内で加熱された水はボイラ１４と熱水加熱装置
１６とを通じて流れ、管２１に復帰する。
更に、ボイラを通過した後この水は管１９を経て水の行
き管分岐弁３２に達する。
この分岐弁は管３１，１９内の温度を検出しこれ等の流
れを混合し水の行き管１７内の温度を適当な温度にする
。
従って少なくとも夏季および給湯を利用する普通の周囲
条件下ではこのボイラ１４内の水は８０℃の温度を一般
に維持する。
従ってボイラの水の温度が例えば７５℃に低下し始めて
油バーナが作動するようになっている場合には、夏の６
ケ月間は油バーナを不作動に保持することができる。
しかし、もしラジェータの熱水の需要が増大すると、こ
の熱ポンプ装置の容量は熱水の生産とラジェータ水の生
産とを行なうにはも早十分でなくなり、従ってボイラの
水の温度は低下し、その結果、油バーナは需要に応じて
作動を開始する。
従って本発明装置により、熱エネルギーの変化があって
も作動は緩やかに推移する。
熱ポンプの助けにより高温エネルギーを発生するための
ここに示した種類の装置の背景は、例えば年平均温度が
教程プラスに上昇する温度気候下で、家庭用熱水および
ラジェータ用熱水の両方を生産するのに必要な高温を発
生するとか、あるいは単に産業上の用途にのみ使用する
高温エネルギーを発生することは、単一の熱ポンプの助
けでは全く不可能であるという事実に基づく。
このことは中でも１個の熱ポンプを使用して低温から開
始して高温を達成するため、冷媒を非常に高度に圧縮し
なければならないという事実に起因する。
このことはこの圧縮機の容積を非常に大きくし圧縮比を
高くすることを意味する。
このように圧縮機の容積を大きくすると熱ポンプの効率
に悪影響をおよぼし、それだけ発生した熱が圧縮機の入
力仕事より小さい値に向は接近するか実際に小さい値に
なる。
更に冷媒に一層高い圧縮を加えることは冷媒回路内の圧
力が非常に高くなるため高い強度の配管が必要になる。
本発明装置の単−熱ポンプに匹敵する条件下で作動する
単−熱ポンプに比較した場合、本発明によりカスケード
方式に連結した熱ポンプを使用すれば、効率すなわち出
力エネルギーと入力エネルギーとの比が驚くほど好まし
いものになることがわかった。
本発明の実施の態様は次の通りである。
（１）蒸発器２，１２と、圧縮機３，８と、凝縮器ユニ
ット４，２６，９と、膨張弁５，１１とを直列に連結し
た冷媒回路をそれぞれ具備する少なくとも２個の熱ポン
プを具える熱ポンプ装置において、前記少なくとも２個
の熱ポンプをカスケード方式に連結し、水のような外部
媒体を一方の熱ポンプの前記蒸発器２の温度に比較して
高温ｔこ加熱し得るよう前記一方の熱ポンプの前記凝縮
器ユニット４を他方の熱ポンプの前記蒸発器１２と熱交
換関係に配置したことを特徴とする熱ポンプ装置。
（２）燃料燃焼ボイラ１４，１５を有する普通の水加熱
装置に連結され、分岐管３１を有するラジェータ回路１
７，１８，２１，１９を具え、分岐弁３２を通じてこの
ラジェータ回路の水の行き管１７に前記分岐管３１を連
結し、更に他の用途のため水を供給する熱水加熱装置１
６を設けた前記第（１）項に記載の装置において、前記
第２熱ポンプの前記蒸発器１２を具備する第１凝縮器４
と、熱交換によって前記ラジェータ回路の水を加熱する
よう配置した第２凝縮器２６とを前記第１熱ポンプの前
記凝縮器ユニット４゜２６に設け、前記ラジェータ回路
の水をこのラジェータ回路の水の帰り管２１から前記分
岐管３１に供給し、更に前記ボイラに流れる前記ラジェ
ータ回路の水を加熱するため前記ボイラ１４に直列に前
記第２熱ポンプの凝縮器９を配置したことを特徴とする
前記第（１）項に記載の装置。
（３）第２分岐管２７を前記第２凝縮器２６に並列に前
記第１熱ポンプ回路に配置し、前記第２凝縮器２６を通
る冷媒の流れを制御するため前記第２分岐管２７に第２
分岐弁２８を配置したことを特徴とする前記第（２）項
に記載の装置。
（４）蒸発器と、圧縮機と、凝縮器ユニットと、膨張弁
とを直列に連結した冷媒回路をそれぞれ有する少なくと
も２個の熱ポンプを燃料燃焼ボイラ付きの普通の熱水装
置に合体させ、分岐弁を介してラジェータ回路の水の行
き管に分岐管を連結したラジェータ回路と、他の用途の
熱水を供給する熱水加熱装置とを組込んだ前記第（２）
項に記載の装置を製造するに当り、前記第２熱ポンプの
前記蒸発器に熱交換関係に前記第１熱ポンンプの前記凝
縮器ユニットを配置し、前記ボイラを通って流れる前記
ラジェータ回路の水を加熱するためこのラジェータ回路
と熱交換関係に前記第２熱ポンプの前記凝縮器を配置す
ることを特徴とする熱ポンプ装置の製造方法。
（５）２個の直列に連結した凝縮器の形状に前記第１熱
ポンプの前記凝縮器ユニットを構成し、前記２個の直列
に連結した凝縮器の一方を前記第２熱ポンプの前記蒸発
器に連結すると共に、他方の凝縮器を前記ラジェータ回
路の前記復帰管と前記分岐管との間に延在する管に対し
熱交換関係に連結することを特徴とする前記第（４）項
に記載の方法。
（６）前記第１熱ポンプの前記冷媒回路内の前記第２凝
縮器に並列に前記第２分岐管を配置し、前記第２凝縮器
を通ずる流れを調整するため前記冷媒回路への前記第２
分岐管の連結点に第２分岐弁を配置することを特徴とす
る前記第（５）項に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
図面は、２種類の温度レベルを得るための本発明による
熱ポンプ装置の線図的配置図である。 １・・・・・・ファン、２，１２・・・・・・蒸発器、
３，８・・・・・・圧縮機、４，９・・・・・・凝縮器
、５，１０・・・・・・小滴捕集器、６，１１・・・・
・・膨張弁、７・・・・・・冷媒回路、８・・・・・・
圧縮機、１４・・・・・・ボイラ、１５・・・・・・油
バーナ、１６・・・・・・熱水加熱装置、１７・・・・
・・水の行き管、１８・・・・・・水の帰り管、１９，
２０，２１・・・・・・管、２２．２３・・・・・・ポ
ンプ、２５・・・・・・管、２６・・・・・・第２凝縮
器、２７・・・・・・分岐管、２８・・・・・・分岐弁
、２９・・・・・・管、３０・・・・・・ポンプ、３１
・・・・・・分岐管、３２・・・・・・水の行き管分岐
弁。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ それぞれがその中に蒸発器と圧縮機と凝縮器ユニッ
    トと膨張弁とを直列に連結した冷媒回路を具備する少な
    くとも２個の熱ポンプであって、第１の熱ポンプの凝縮
    器ユニット４が第２の熱ポンプの蒸発器１２と熱交換関
    係に配置され水のような外部媒体を前記第１の熱ポンプ
    の蒸発器２の温度と関連して高い温度に加熱することが
    できるようにカスケード方式に連結された熱ポンプと、
    該熱ポンプに接続された水加熱装置であって、燃料燃焼
    ボイラ１４，１５を備え且つ分岐弁３２を経由してラジ
    ェータ回路の水の行き管１７に接続されている分岐管３
    １を有するラジェータ回路１７゜１８．２１，１９と他
    の用途に水を供給するための熱水加熱装置１６とを含む
    水加熱装置とからなる熱ポンプ装置において、前記第１
    の熱ポンプの凝縮器ユニット４，２６が前記第２の熱ポ
    ンプの蒸発器１２を合体した第１の凝縮器４と前記ラジ
    ェータ回路の水の帰り管２１から前記分岐管３１に供給
    されるラジェータ回路の水を熱交換によって加熱するた
    めに設けられた第２の凝縮器２６とからなり、且つ前記
    第２の熱ポンプの凝縮器９が前記ボイラ１４の入口に直
    列に配置されていて、該ボイラを通って流れるラジェー
    タ回路の水を加熱するようにしたことを特徴とする熱ポ
    ンプ装置。
JP50046609A 1974-04-18 1975-04-18 ネツポンプソウチ Expired JPS5852146B2 (ja)

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JPS50141743A JPS50141743A (ja) 1975-11-14
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ID=20320873

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JP50046609A Expired JPS5852146B2 (ja) 1974-04-18 1975-04-18 ネツポンプソウチ

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JP (1) JPS5852146B2 (ja)
CA (1) CA1018780A (ja)
DE (1) DE2516560A1 (ja)
FI (1) FI60071C (ja)
FR (1) FR2268232B1 (ja)
GB (1) GB1482384A (ja)
NO (1) NO138419C (ja)
SE (1) SE394741B (ja)

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