JPS61138057A

JPS61138057A - ヒ−トポンプ装置

Info

Publication number: JPS61138057A
Application number: JP25920984A
Authority: JP
Inventors: 小山　由夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1984-12-10
Publication date: 1986-06-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ｃ発明の技術分野〕この発明はヒートポンプ装置に関する。

〔発明の技術的背景及び問題点〕

一般に、工場の温排水などの低温熱源から熱を汲み上げ
、高温水などの高温の熱源流体を作り出すヒートポンプ
装置が知られている。特に電動機や熱機関で圧縮機を駆
動する圧縮式のヒートポンプ装置は投入エネルギの数倍
もの熱エネルギを低温から高温へ汲み上げることができ
ることから。

今日では広く利用されている。しかしながら、この種の
ヒートポンプ装置においては凝縮器で加熱されて高温の
熱源流体になる被加熱流体が水などの顕熱性のものであ
る場合にはその性能向上に限界があっｔｏこれを第３図
に基づいて説明する。

この第３図は単一成分の作動媒体を使用し几場合の凝縮
器における被加熱流体と作動媒体の温度変化を示してい
る６図よりわかるように、単一成分の作動媒体の凝縮温
度（Ｔｃ）が変化しないのに対して被加熱流体は熱交換
の過程で流れ方向にその温度（Ｔａ）が変化する。この
ため、熱交換時に第３図の斜線の部分に相当する不可逆
的なエネルギ損失が生じ、ヒートポンプの性能向上の妨
げになってい念、特に大規模住宅団地への熱水供給用ヒ
ートポンプなどのように被加熱流体の凝縮器出入口温度
差が５０に〜１００にと極めて大きい場合にはこの不可
逆損失が致命的なものになっていた。

これに対し作動媒体として非共沸混合媒体を使用する提
案が近年なされている。この非共沸混合媒体は凝縮過程
で第３図の線分子ｆで示すようにその温度を変化させる
ことができ、熱交換時における作動媒体と被加熱流体と
の温度差を少なくし。

不可逆的なエネルギ損失を抑制することができる。

しかしながら、このような非共沸混合媒体を使用した場
合にはサイクルから媒体がリークした時、外部からの補
充によってリーク前と同一の組成に戻すことが技術的に
困難となり、そのため凝縮過程での温度変化のパターン
が変わってエネルギ損失の抑制効果が低下する恐れがあ
、った。

〔発明の目的〕この発明は上記の問題に鑑み創案されたもので。

単一成分の作動媒体２用いながら凝縮器における被加熱
流体との間の熱交換時における不可逆的なエネルギ損失
を抑制することができる高性能なヒートポンプ装置の提
供を目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するｔめに本発明は内部に封入されｔ作
動媒体を圧縮する圧縮機と、前記作動媒体を凝縮させる
凝縮器と作動媒体を蒸発させる蒸発器と、膨張機構とを
備え之ヒートポンプ装置において、前記凝縮器を被加熱
流体の流れ方向に並んだ複数の凝縮室より構成し、かつ
前記圧縮機の吐出蒸気を駆動源として蒸発器出口の低温
低圧蒸気の一部を吸入して昇温・昇圧した後、凝縮室へ
放出する蒸−気エジェクタを前記被加熱流体の最下流側
に位置する凝縮室を除くすべての凝縮室に接続接置する
構成とした。

〔発明の効果〕

この発明の構成によれば、王カレベルの異なる作動媒体
を複数の凝縮室だ各別に作用させられるｔめ、凝縮過程
において作動媒体の温度を被加熱流体の温度変化のパタ
ーンに沿うように階段状に変えることが可能になる。そ
れと同時に、圧縮機の吐出蒸気を駆動源として蒸発器出
口の低温低圧蒸気の一部を凝縮器に汲み上げることがで
きるようになる几め、装置性能の飛躍的向上を図ること
ができる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。第
１図は圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張機構から構成され
るヒートポンプ装置のティクルを示す図である。前記圧
縮機１は電動機２１Ｃよって態動されるように構成され
、ナイクル内部に封入された単一成分の作動媒体ｆｃ王
縮し、前記凝縮器３は作動媒体を凝縮し、前記蒸発器４
は作動媒体を蒸発させるように構成されている。　　　
゛前記凝縮器３はその内部が複数（第１図では３枚）の
仕切板５で区画され、複数（第１図では４室）の凝縮室
（第１凝縮室６ａ、第２凝縮室６ｂ、第３凝縮室６ｃ、
第４凝縮室６ｄ）を有している。この第１凝縮室６ａ乃
至第４凝縮室６ｄは高温の熱源流体とし゛て外部へ供給
される被加熱流体人の流れ方向にシリーズに配置されて
いる。一方、蒸発器４は工場温排水などの低温熱源流体
Ｂを熱源として作動媒体蒸気全発生する構造になってい
る。さらに。

本発明に係わるヒートポンプ装置には圧縮機１の吐出蒸
気７を駆動源として蒸発器４の出口の低温低圧蒸気８の
一部を吸入して昇温昇圧した後、凝縮室へ放出する蒸気
エジェクタ（第１蒸気エジェクタ９ａ、第２蒸気エジェ
クタ９ｂ、第３蒸気エンエクタ９ｃ　）が、被加熱流体
人の最下流側に位置する凝縮室（第４凝縮室６ｄ）を除
くすべての凝縮室に接続設置されている６各蒸気エジエ
クタはその性能を異にするものであり、凝縮室の王カが
第１凝縮室６ａから第４凝縮室６ｄに向かって順次高く
なるようになっている。また、各凝縮室はそれぞれ膨張
機構として第１膨張礪、構１０ａ　、第２膨張機構ｔｏ
ｂ、ｇ３膨張機構１０Ｃ、第４膨張機構１０ｄを介して
前記蒸発器４に接続されている。

次に上紀実抱例の作用について述べる。電動機２によシ
圧縮機１ｆ！：駆動すると蒸発器４で発生した低温低圧
蒸気８が吸入圧縮され、圧縮機の吐出口ｌｌから高圧の
吐出蒸気７が吐出される。吐出蒸気７はその後４つに分
流され、３つの蒸気エジェクタ９ａ　、　９ｂ　、　９
ｃと第４凝縮室６ｄへ供給される。

蒸気ニジ、フタへ供給された吐出蒸気は蒸気エジェクタ
の駆動源として作用し、蒸発器出口の低温低圧蒸気８の
一部を吸入して昇温、昇圧させる。

各蒸気エジェクタから排出される混合蒸気（１２ａ。

ｘ２ｂ　、　１２ｃ　）は第１〜第３凝縮室に別個に流
入し凝縮液化された後、各凝縮室に接続されている膨張
機構１０ａ　、　１０ｂ　、　１０ｃ　ｔ−通って蒸発
器４へ導ひかれる。

第４凝縮室へ直接流入し次吐出蒸気は第４凝縮室で凝縮
液化されｔ後、第４膨張機構１０ｄを通って蒸発器４へ
導ひかれる。

先に述べ之如く、第１凝縮室６ａ乃至第４＃縮室６ｄ内
の圧力Ｐｃ１．　Ｐｅ２．　Ｐｅａ　、　Ｐｅ４はＰｅ
ｔ　（Ｐｅ２〈Ｐｅａ　（Ｐｅ４となっている念め、第
１凝縮室６ａ内の温度は第２図線分子ｃ１で示すように
低く、第２凝縮室６ｂ内の温度は線分子Ｃ２、第３凝縮
室６ｃ内の温度は線分子ｅａ、第４ＩＩ！縮室６ｄ内の
温度は線分子Ｃ４で示すよって段階的に高くなっている
。一方。

凝縮器３内を第１凝縮室６ａ側から第４凝縮室６ｄ側へ
流れる被加熱流体人は第２図線分子ａで示されるように
温度変化する訳であるが、図よりわかるように作動媒体
の温度がこれに溢って段階的に高くなっているので、両
者の熱交換時における不可逆的エネルギ損失（第２図の
斜線部に相当）は第３図で示される従来のものに比較し
て著しく抑制されている。しかも、この溝底によると、
圧縮機の吐出蒸気を駆動源として蒸発器出口の低温低圧
蒸気の一部を凝縮器に汲み上げることが可能になりもっ
て装置性能の飛躍的向上を図ることができる。

なお５本発明はヒートポンプ装置の他に、冷凍機に応用
することもでき、その場合には冷凍機の冷却水の節約に
有効である。まｔ１本発明のヒートポンプ装置における
凝縮器の凝縮室は仕切板で仕切るものに限らず、独立し
た凝縮器として複数備えることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るサイクル構成図、第２図
は本発明の作用説明図、第３図は従来例に係る作用説明
図である。３・・・凝縮器、　　　　　　　６ａ・・・第１凝縮室
、６ｂ・・・第２凝縮室＋　　　　　６ｃ・・・第３＃
縮室。６ｄ・・・第４凝縮室、　　　　７・・・吐出蒸気。８・・・低温低圧蒸気、　　　９ａ−第１蒸気エジエク
タ。９ｂ・・・第２蒸気エジエクタ、　　９ｃ・・・第３蒸
気エジエクタ。人・・・被加熱流体。代理人弁理士　則　近憲　佑　（ほか１名）第　　１　
　図第　　２　　図第　　３　　図

Claims

【特許請求の範囲】

内部に封入された作動媒体を圧縮する圧縮機と、前記作
動媒体を凝縮させる凝縮器と、作動媒体を蒸発させる蒸
発器と、膨張機構とを備えたヒートポンプ装置において
、前記凝縮器を被加熱流体の流れ方向に並んだ複数の凝
縮室より構成し、かつ前記圧縮機の吐出蒸気を駆動源と
して蒸発器出口の低温低圧蒸気の一部を吸入して昇温・
昇圧した後、凝縮室へ放出する蒸気エジェクタを前記被
加熱流体の最下流側に位置する凝縮室を除くすべての凝
縮室に接続設置したことを特徴とするヒートポンプ装置
。