JPS6117865A - Heat pump device - Google Patents

Heat pump device

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Publication number
JPS6117865A
JPS6117865A JP13696584A JP13696584A JPS6117865A JP S6117865 A JPS6117865 A JP S6117865A JP 13696584 A JP13696584 A JP 13696584A JP 13696584 A JP13696584 A JP 13696584A JP S6117865 A JPS6117865 A JP S6117865A
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JP
Japan
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temperature
cycle
working fluid
heat pump
fluid
Prior art date
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Pending
Application number
JP13696584A
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Japanese (ja)
Inventor
健 金井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
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Publication date
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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、低い温度レベルの熱源流体から高い温度の
流体を取り出すヒートポンプ装置に関し、特に、ガス圧
縮機と各種熱交換器とを配管で気密に接続して、作動流
体の密閉循環サイクルを形成するようにしたヒートポン
プ装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention (a) Industrial Application Field The present invention relates to a heat pump device that extracts a high temperature fluid from a low temperature heat source fluid, and particularly relates to a heat pump device that extracts a high temperature fluid from a low temperature heat source fluid. The present invention relates to a heat pump device that is airtightly connected to form a closed circulation cycle of working fluid.

(ロ)従来の技術 ヒートポンプ装置はガス圧縮式、吸収式、マグネット式
その他各種のものがあるが、現在、実用に供されている
ものはガス圧縮式と吸収式ヒートポンプである。ガス圧
縮代ヒートポンプの圧縮機には往復動式、スクリュ一式
ターボ式圧縮機が用いられ、このようなガス圧縮機で加
圧されたガスを凝縮部に導いて外部に昇温した熱を供給
するー゛方、このガスの循環サイクル系への熱の補給を
蒸発部から行なうことによって低い温度レベルの熱源流
体から高い温度の流体が得られるように構成されている
(b) Conventional technology Heat pump devices include gas compression type, absorption type, magnet type, and other types, but the ones currently in practical use are gas compression type and absorption type heat pumps. The compressor of the gas compression heat pump uses a reciprocating type, single-screw turbo type compressor, and the gas compressed by such a gas compressor is guided to the condensing section to supply heated heat to the outside. On the other hand, by replenishing heat to the gas circulation cycle system from the evaporator, a high temperature fluid can be obtained from a low temperature heat source fluid.

このような構成のヒートポンプにおいて、より高い温度
レベルの流体を得るために、例えば、実開昭56−13
6280号の第2図に示されるように、圧縮機(1)、
蒸発器(2)等を有する低温側の冷媒循環サイクル(3
)の冷媒の凝縮部(4)と圧縮機(5)、凝縮器(6)
、膨張弁(7)等を有する高温側の冷媒循環サイクル(
8)の蒸発部(9)とが熱交換されるような関係で接続
した構成のものもカスケード型ヒートボンプ装置として
知られている。そして、このカスケードの接続を順次増
やしていけば、理論的には、相当に高い温度までヒート
ポンプ装置による昇温か可能なはずであるが、一般に、
ヒートポンプの作動流体として使用されている物質は、
冷媒循環サイクルを構成する機器の形成材料である銅や
鉄系金属の共存下においては百数十度(摂氏)で熱分解
が始まり、ヒートポンプの作動流体として長期間にわた
って使用することが難しい欠点、又、作動流体にフロン
類を用いたときは、フロンの臨界温度が100℃乃至1
50℃のため、これより高い温度域では蒸気圧縮サイク
ルとしての作動は期待し得ないものであった。
In order to obtain a fluid at a higher temperature level in a heat pump with such a configuration, for example,
As shown in Figure 2 of No. 6280, a compressor (1),
A refrigerant circulation cycle (3) on the low temperature side with an evaporator (2) etc.
) refrigerant condensing section (4), compressor (5), and condenser (6)
, a refrigerant circulation cycle on the high temperature side having an expansion valve (7), etc.
A device having a configuration in which the evaporator section (8) and the evaporator section (9) are connected in a heat exchange manner is also known as a cascade type heat pump device. By increasing the number of connections in this cascade, theoretically it should be possible to raise the temperature to a considerably high temperature using a heat pump device, but in general,
The substances used as working fluids in heat pumps are:
In the coexistence of copper and iron-based metals, which are the forming materials of the devices that make up the refrigerant circulation cycle, thermal decomposition begins at a temperature of more than 100 degrees Celsius, making it difficult to use as a working fluid for heat pumps over long periods of time. Furthermore, when fluorocarbons are used as the working fluid, the critical temperature of fluorocarbons is between 100°C and 100°C.
Since the temperature was 50°C, operation as a vapor compression cycle could not be expected in a higher temperature range.

このため、従来は、ガス圧縮式ヒートポンプ装置による
取出し流体温度の多くは70℃程度、成績係数を犠牲に
して昇温する場合でも100℃程度が実用取り出し温度
の限度とされていた。
For this reason, conventionally, the temperature of the fluid taken out by a gas compression type heat pump device was generally about 70°C, and even when the temperature was raised at the expense of the coefficient of performance, the practical drawing temperature limit was about 100°C.

p→ 発明が解決しようとする問題点 このような点にかんがみなされた本発明は、ガス圧縮式
ヒートポンプを用いて従来より高温度に昇温した流体の
取り出し、例えば、100℃乃至150℃の流体でも取
り出せるようにしたヒートポンプ装置を得ることを目的
とするものである。
p→ Problems to be Solved by the Invention In view of these points, the present invention uses a gas compression heat pump to take out a fluid heated to a higher temperature than before, for example, a fluid at a temperature of 100°C to 150°C. The purpose of this is to obtain a heat pump device that can be taken out even if it is removed.

に)問題点を解決するための手段 このために、本発明では、上述のようにカスケード接続
された独立した複数の密閉循環サイクルにおいて、低温
側サイクルの作動流体にはフロンを、また、高温側作動
流体にはテトラメチルシラン等のテトラアルキル7ラン
を用い、低温側サイクルで中間温度にまで昇温された熱
を高温側サイクルに伝え、この高温側サイクルで更に高
温度に昇温して機外に供給するようにしたものである。
(b) Means for solving the problem To this end, in the present invention, in a plurality of independent closed circulation cycles connected in cascade as described above, Freon is used as the working fluid in the low-temperature side cycle, and fluorocarbon is used as the working fluid in the high-temperature side cycle. Tetraalkyl 7 run, such as tetramethylsilane, is used as the working fluid, and the heat raised to an intermediate temperature in the low-temperature cycle is transferred to the high-temperature cycle, where the temperature is further raised to a higher temperature and the machine is heated. It was designed to be supplied outside.

(ホ)作用 ガス圧縮式ヒートポンプでは、このヒートポンプに使わ
れる作動流体を加圧する圧縮機部分が被加熱流体を加熱
する凝縮器部分より高温度になって作動流体の変質を生
じ易い。しかし、本発明ではこの高温側サイクルの作動
流体にテトラア/l/キルシランを用いることにより、
高温度にさらされる圧縮機部分、圧縮機から凝縮器に至
る金属部材と作動流体との化学反応を極力域;じ、作動
流体の変質によるヒートポンプ機能の低下を防止するよ
うにしたものである。一方、低温側サイクルには、圧縮
式ヒートポンプ装置に広く使用されているフロンを作動
流体として用い、高温側サイクルの作動流体であるテト
ラアルキルシランのみをヒートポンプ装置に用いて生じ
る圧縮機の排除容積の増大、効率の低下を抑えるように
している。
(e) In a working gas compression type heat pump, the compressor section that pressurizes the working fluid used in the heat pump becomes higher in temperature than the condenser section that heats the fluid to be heated, which tends to cause deterioration of the working fluid. However, in the present invention, by using tetraa/l/kylsilane as the working fluid in this high temperature side cycle,
Chemical reactions between the compressor parts exposed to high temperatures, metal members from the compressor to the condenser, and the working fluid are minimized to prevent deterioration of heat pump function due to deterioration of the working fluid. On the other hand, in the low-temperature cycle, Freon, which is widely used in compression heat pump equipment, is used as the working fluid, and in the high-temperature cycle, only tetraalkylsilane, which is the working fluid, is used in the heat pump equipment. We are trying to suppress the increase and decrease in efficiency.

(へ)実施例 以下に図面を参考に本発明の詳細な説明する。(f) Example The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明によるヒートポンプ装置の実施態様の一
例を概念的に示すサイクル構成図であり、(3)は第2
図と同様ガス圧縮機flL 彎縮器(4)、膨張弁(1
01及び蒸発器(2)等を管α1)で気密に接続して形
成された低温側の作動流体循環サイクル、(8)はガス
圧縮機(5)、凝縮器(6)、膨張弁(7)及び蒸発器
(9)等を管α2で気密に接続し、低温側のサイクル(
3)と独立した作動流体の循環サイクルを形成した高温
−の作動流体循環サイクルであり、低温側サイクルのガ
スの凝縮部となる凝縮器(4)と高温側サイクルのガス
の蒸発部・となる蒸発器(9)とは相互に熱交換される
ような関係で接続され、両サイクルが全体として一つの
ヒートポンプ装置を構成している。
FIG. 1 is a cycle configuration diagram conceptually showing an example of the embodiment of the heat pump device according to the present invention, and (3)
Gas compressor flL as shown in the figure, condenser (4), expansion valve (1)
The working fluid circulation cycle on the low temperature side is formed by airtightly connecting 01, evaporator (2), etc. with pipe α1), (8) is a gas compressor (5), condenser (6), expansion valve (7). ) and evaporator (9) etc. are connected airtight with pipe α2, and the low temperature side cycle (
3) is a high-temperature working fluid circulation cycle that forms an independent working fluid circulation cycle, with a condenser (4) serving as a gas condensation part in the low-temperature cycle and a gas evaporation part in the high-temperature cycle. It is connected to the evaporator (9) in such a manner that heat is exchanged with each other, and both cycles constitute one heat pump device as a whole.

而して、本発明においては、低温側のサイクル(3)の
作動流体としてR12、R114、R133a等のフロ
ンが用いられ、高温側のサイクル(8)の作動流体とし
てはテトラメチルシラン等のテトラアルキルシランが使
用される。
Therefore, in the present invention, Freon such as R12, R114, R133a, etc. is used as the working fluid in the cycle (3) on the low temperature side, and tetrafluorocarbons such as tetramethylsilane are used as the working fluid in the cycle (8) on the high temperature side. Alkylsilanes are used.

この中で、例えば、低温側のサイクル(31KR12(
ジクロロジフルオロメタン)を用い、高温側のサイクル
(8)にTMS (テトラメチルシラン)を使用した場
合に、R12とTMSとの物性は、表−1 それぞれ第1表のような特性を有しているので、その範
囲内での適当な使用条件の一例として、低温側サイクル
の蒸発器(2)の温度を0°C(熱源となる流体の温度
を約7°C)、同じ(凝縮器(4)におけるR12の凝
縮温度夕約90℃とし、高温側サイクルの作動流体であ
るTMSの蒸発器(9)における蒸発温度を80°C1
同じく凝縮器(6)における凝縮温度を170℃とする
と、この凝縮器(6)から負荷03)へ供給される被加
熱流体は約150℃程に加熱され得るものである。
Among these, for example, the low temperature side cycle (31KR12 (
When TMS (tetramethylsilane) is used in cycle (8) on the high temperature side, the physical properties of R12 and TMS are as shown in Table 1. Therefore, as an example of suitable usage conditions within that range, the temperature of the evaporator (2) in the low-temperature side cycle is set to 0°C (the temperature of the fluid serving as the heat source is approximately 7°C), and the temperature of the condenser ( The condensation temperature of R12 in 4) was set to about 90°C, and the evaporation temperature of TMS, which is the working fluid of the high temperature side cycle, in the evaporator (9) was set to 80°C1.
Similarly, assuming that the condensation temperature in the condenser (6) is 170°C, the fluid to be heated supplied from the condenser (6) to the load 03) can be heated to about 150°C.

この場合において、各サイクルの圧縮機にかかる圧力条
件をみると、低温側は一般のエアコンや冷凍機で使用さ
れている温度と圧力条件であり、又、高温側サイクルに
おいても、蒸発器側が4.6に9 / crd A b
 s 、凝縮器側が26.3 ky/ ff1Ab s
であるため、高温側のサイクルにおいても、従来から使
用されているフロン冷媒の圧縮機をほぼそのままの条件
で使用できるものである。
In this case, looking at the pressure conditions applied to the compressor in each cycle, the low temperature side is the temperature and pressure conditions used in general air conditioners and refrigerators, and even in the high temperature side cycle, the evaporator side is 4. .6 to 9 / crd A b
s, 26.3 ky/ff1Ab s on the condenser side
Therefore, even in the high-temperature side cycle, the conventionally used fluorocarbon refrigerant compressor can be used under almost the same conditions.

次にTMSの耐熱性、および腐食性を一般的なフロン冷
媒R114と比較して測定した結果な表−2に示す。
Next, Table 2 shows the results of measuring the heat resistance and corrosiveness of TMS in comparison with a general fluorocarbon refrigerant R114.

この試験は、TMS及びR114を内容積約50−の鉄
、銅から成るパイプ内に脱気封入し、恒温槽内に入れて
250℃で200時間加熱した後、分解物生成量はガス
クロマトグラフにて分析を行ない腐食性はパイプを切断
して内面調査にて判断した。
In this test, TMS and R114 were degassed and sealed in a pipe made of iron and copper with an internal volume of about 50 mm, and then placed in a constant temperature bath and heated at 250°C for 200 hours.The amount of decomposed products produced was measured using a gas chromatograph. Corrosion was determined by cutting the pipe and inspecting the inside surface.

試験結果かられかるように、TMSは一般フロン冷媒と
比較して良好な耐熱性及び腐食性をもつ。
As can be seen from the test results, TMS has better heat resistance and corrosion resistance than common fluorocarbon refrigerants.

(ト)発明の効果 このように、本発明は、二つの独立したガス圧縮式の作
動流体の循環サイクルを低温側サイクルの凝縮部が高温
側サイクルの蒸発部と熱交換するようにして一体化する
と共に、低温側サイクルの作動流体としてフロンを用い
、かつ高温サイクルの作動流体としてテトラアルキルシ
ランを用いるようにしたので、フロン系の作動流体のみ
を使用するヒートポンプと比較して数十塵(摂氏)も高
い温度に昇温した流体を負荷姥安定して供給できるヒー
トポンプ装置を得られるものである。
(G) Effects of the Invention As described above, the present invention integrates two independent gas compression type working fluid circulation cycles in such a way that the condensing section of the low-temperature cycle exchanges heat with the evaporating section of the high-temperature cycle. At the same time, we used fluorocarbons as the working fluid in the low-temperature cycle and tetraalkylsilane as the working fluid in the high-temperature cycle, which reduced the temperature by several tens of degrees Celsius compared to heat pumps that use only fluorocarbon-based working fluids. ) can also provide a heat pump device that can stably supply a fluid heated to a high temperature under load.

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

第1図は本発明によるヒートポンプ装置の説明のための
ブロック図、第2図はカスケード式冷凍装置の一例を示
す冷媒回路図である。 fllf5)・・・ガス圧縮機、 +21 (9)・・
・蒸発器、 (3)・・・低温側サイクル、 (41(
6)・・・凝縮器、 f7)(101・・・膨張弁、(
8)・・・高温側サイクル、 (111(12・・・管
、 03)・・・負荷。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a heat pump device according to the present invention, and FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram showing an example of a cascade type refrigeration device. fllf5)...Gas compressor, +21 (9)...
・Evaporator, (3)...Low temperature side cycle, (41(
6)... Condenser, f7) (101... Expansion valve, (
8)...High temperature side cycle, (111(12...tube, 03)...load.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ガス圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器等を配管で
気密に接続して形成された複数の密閉循環サイクルにお
いて、低温側の作動流体の循環サイクルの凝縮部を高温
側サイクルのガスの蒸発部と熱交換させ、高温側サイク
ルのガス凝縮器から昇温された流体を取り出すようにし
た装置において、低温側サイクルの作動流体としてフロ
ンを用い高温側サイクルの作動流体としてテトラアルキ
ルシランを用いたことを特徴とするヒートポンプ装置。
(1) In multiple closed circulation cycles formed by airtightly connecting gas compressors, condensers, expansion valves, evaporators, etc. with piping, the condensation section of the working fluid circulation cycle on the low temperature side is connected to the condensation section of the circulation cycle on the high temperature side. In a device that exchanges heat with a gas evaporation section and extracts heated fluid from a gas condenser in a high-temperature cycle, CFC is used as the working fluid in the low-temperature cycle, and tetraalkylsilane is used as the working fluid in the high-temperature cycle. A heat pump device characterized by using.
JP13696584A 1984-07-02 1984-07-02 Heat pump device Pending JPS6117865A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62225860A (en) * 1986-03-27 1987-10-03 三菱重工業株式会社 Heat pump device
JPS6446541A (en) * 1987-08-11 1989-02-21 Nippon Pmc Kk Two-phase flow refrigerant circulation type air-conditioning system

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