JPS6149968A - 動力回収型ヒートポンプ - Google Patents
動力回収型ヒートポンプInfo
- Publication number
- JPS6149968A JPS6149968A JP16989984A JP16989984A JPS6149968A JP S6149968 A JPS6149968 A JP S6149968A JP 16989984 A JP16989984 A JP 16989984A JP 16989984 A JP16989984 A JP 16989984A JP S6149968 A JPS6149968 A JP S6149968A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- liquid
- evaporator
- compressor
- pressure
- Prior art date
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- Granted
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分離〕
本発明は、ヒートポンプシステムの性能向上に関し、更
に詳しくは、凝縮器内で液化した熱媒体の持つ熱エネル
ギーを有効に回収し、圧縮機の駆動動力に利用し得るよ
うにしたヒートポンプシステムの改良に関するものであ
る。
に詳しくは、凝縮器内で液化した熱媒体の持つ熱エネル
ギーを有効に回収し、圧縮機の駆動動力に利用し得るよ
うにしたヒートポンプシステムの改良に関するものであ
る。
〔従来技＋Ｉ：ｒ ）
ヒートポンプシステムは低温の熱源から高温の熱ｇへと
熱エネルギーを移送させるシステムあって、冷暖房装置
として、更には省エネルギ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て広く知られているものに
、圧縮機を用いた圧縮過程を有する圧縮代ヒートポンプ
システムがある。゛ これをＮ４に説明すると、第３図に示す如（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を吸
収する蒸発器１と、この蒸発器１からの熱媒蒸気を断熱
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を与える
凝縮器７と、この凝ふ箔層７内において液化した〃１媒
体を断熱膨張する膨張弁等の絞り機’ＦＸ）１１とから
なり、この絞り機構１１からの熱媒体が前記蒸発器１に
戻され、循環供給されている。
熱エネルギーを移送させるシステムあって、冷暖房装置
として、更には省エネルギ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て広く知られているものに
、圧縮機を用いた圧縮過程を有する圧縮代ヒートポンプ
システムがある。゛ これをＮ４に説明すると、第３図に示す如（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を吸
収する蒸発器１と、この蒸発器１からの熱媒蒸気を断熱
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を与える
凝縮器７と、この凝ふ箔層７内において液化した〃１媒
体を断熱膨張する膨張弁等の絞り機’ＦＸ）１１とから
なり、この絞り機構１１からの熱媒体が前記蒸発器１に
戻され、循環供給されている。
従って、この種の圧縮式ヒートポンプシステムでは、そ
の構造上、蒸発器１での蒸発温度における飽和蒸気圧力
から凝縮器７での凝縮温度における飽和蒸気圧力まで加
圧しなければならず、この加圧手段として圧縮機５およ
びこれを駆動するための駆動ｉ５Ａを必要としている。
の構造上、蒸発器１での蒸発温度における飽和蒸気圧力
から凝縮器７での凝縮温度における飽和蒸気圧力まで加
圧しなければならず、この加圧手段として圧縮機５およ
びこれを駆動するための駆動ｉ５Ａを必要としている。
即ち、この圧縮機５を駆動するためには、外部からの入
力エネルギが必要となる。従って、従来のヒートポンプ
システムには次の欠点がある。
力エネルギが必要となる。従って、従来のヒートポンプ
システムには次の欠点がある。
■ 産業用のヒートポンプシステムにおけるように、低
温熱源と高温熱源との温度差を大きくとる必要がある場
合、圧縮機５の圧力比が太きくなり、圧縮機５の駆動動
力が増大するため、成績係数（移送熱量／圧縮機駆動用
外部入力）が低下し、ヒートポンプシステムによる効果
が小さくなる。
温熱源と高温熱源との温度差を大きくとる必要がある場
合、圧縮機５の圧力比が太きくなり、圧縮機５の駆動動
力が増大するため、成績係数（移送熱量／圧縮機駆動用
外部入力）が低下し、ヒートポンプシステムによる効果
が小さくなる。
ヒートポンプシステムの成績係数を改善するため、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、実用化されたものはない。
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、実用化されたものはない。
更にヒートサイクル上では、
■ 膨張弁１１から導出される気液混合熱媒は蒸発器を
経由して圧縮機に循環吸入されるが、二相流体中に含ま
れる蒸気は低温熱源からエネルギを吸収せず、圧縮機よ
り付与されたエネルギを凝縮機に移送するのみで低温熱
源の熱エネルギの移送に関与しない。
経由して圧縮機に循環吸入されるが、二相流体中に含ま
れる蒸気は低温熱源からエネルギを吸収せず、圧縮機よ
り付与されたエネルギを凝縮機に移送するのみで低温熱
源の熱エネルギの移送に関与しない。
そのため、ヒートポンプシステム全体の成績係数の低下
を来している。
を来している。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであって・
（１１ヒートポンプシステムにおける膨張弁後の気液二
相の熱媒体のうち、蒸気を圧縮機に再循環吸入させない
ようにして、ヒートポンプシステムの成績係数の低下を
防ぐことを第１の目的とする。
相の熱媒体のうち、蒸気を圧縮機に再循環吸入させない
ようにして、ヒートポンプシステムの成績係数の低下を
防ぐことを第１の目的とする。
（２） 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を有効に回収し、ヒー
トポンプシステムの成績係数を向上させることを第２の
目的とするものである。
出される凝縮液の持つ熱エネルギを有効に回収し、ヒー
トポンプシステムの成績係数を向上させることを第２の
目的とするものである。
本発明は前記目的を達成するため、「低温熱源から熱エ
ネルギを吸収する蒸発器と、この蒸発器からの熱媒体を
断熱圧縮する圧縮機と、この圧縮機で昇圧された熱媒体
から高温熱源に対し熱エネルギを与える殿縮器と、この
凝縮器内で液化した熱媒体を断熱膨張させるための膨張
弁等の絞り機構とからなるヒートポンプシステムにおい
て、膨張弁１１から導出される気液混合熱媒体を気液分
：１ｉｉｎ、１２により蒸気と液体に分離し、その分離
された蒸気を蒸気膨張機１４により蒸発器ｌの蒸発圧力
以下まで膨張させた後、低圧凝縮器１８に導いて凝縮さ
せ、ポンプ２０により昇圧し、気液分離器１２により分
離した液体と混合した後、減圧弁１６を介して蒸発器ｌ
に循環供給すると共に、更に蒸気膨張機１４の出力を圧
縮機５の駆動力の一部として利用するヒートポンプシス
テムである。
ネルギを吸収する蒸発器と、この蒸発器からの熱媒体を
断熱圧縮する圧縮機と、この圧縮機で昇圧された熱媒体
から高温熱源に対し熱エネルギを与える殿縮器と、この
凝縮器内で液化した熱媒体を断熱膨張させるための膨張
弁等の絞り機構とからなるヒートポンプシステムにおい
て、膨張弁１１から導出される気液混合熱媒体を気液分
：１ｉｉｎ、１２により蒸気と液体に分離し、その分離
された蒸気を蒸気膨張機１４により蒸発器ｌの蒸発圧力
以下まで膨張させた後、低圧凝縮器１８に導いて凝縮さ
せ、ポンプ２０により昇圧し、気液分離器１２により分
離した液体と混合した後、減圧弁１６を介して蒸発器ｌ
に循環供給すると共に、更に蒸気膨張機１４の出力を圧
縮機５の駆動力の一部として利用するヒートポンプシス
テムである。
次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
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
媒液は、蒸発器１の熱交換器３より吸熱・蒸発し蒸気Ｓ
となり、配管４を径由して圧縮機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。
の系統図であって、蒸発器１に配管２より供給された熱
媒液は、蒸発器１の熱交換器３より吸熱・蒸発し蒸気Ｓ
となり、配管４を径由して圧縮機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中の熱交換器８を介して高温の熱エ
ネルギを高温熱源に供給すると共に蒸気Ｓは凝１．宿す
る。
ネルギを高温熱源に供給すると共に蒸気Ｓは凝１．宿す
る。
前記凝縮器７において凝縮された熱媒体りは配管１０を
経由して、膨張弁１１にて膨張し気水分離器１２におい
て液体β、と蒸気Ｓ１ とに分勇旺される。
経由して、膨張弁１１にて膨張し気水分離器１２におい
て液体β、と蒸気Ｓ１ とに分勇旺される。
蒸気Ｓ、は配管１３を経由して蒸気膨張機１４に供給さ
れ、蒸発器１における蒸発圧力以下迄膨張し、低圧蒸気
ｓ２となって配管１７を経由して低圧凝縮器１８に送ら
れ、ここで凝縮して低温液体１２となり配管１９を経由
してポンプ２０により昇圧され、混合器２１に供給され
る。
れ、蒸発器１における蒸発圧力以下迄膨張し、低圧蒸気
ｓ２となって配管１７を経由して低圧凝縮器１８に送ら
れ、ここで凝縮して低温液体１２となり配管１９を経由
してポンプ２０により昇圧され、混合器２１に供給され
る。
一方、気水分離器１２において分離された液体１１は配
管１５を経由して混合器２１に供給され、前記液体β１
と混合して所定温度の液体！となり、減圧弁１６．配管
２を経由して蒸発器１に循環供給される。
管１５を経由して混合器２１に供給され、前記液体β１
と混合して所定温度の液体！となり、減圧弁１６．配管
２を経由して蒸発器１に循環供給される。
本発明においては特に、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
して利用する点に特徴がある。
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
して利用する点に特徴がある。
本発明に係るヒートポンプシステムの具体的な実施例と
従来技術の同一条件における比較例を示す。
従来技術の同一条件における比較例を示す。
なお、この実施例において熱媒体として水を使用してい
る。
る。
〔本発明におけるシステムの各部の条件〕（１）蒸発器
１へ供給する（点Ａ）液体ｌの状態：汲水り１５６℃、
６ａｔａ （２）蒸発器１の出口（点Ｂ）における蒸気Ｓの状態：
１５８°Ｃ＋ ６ａｔａ （３）圧縮機の吸入蒸気量：１ｋｇ／ｂｒ（４）凝縮器
７ （点Ｃ）に供給する高温・高圧の蒸気Ｓの状ｆｍ：
６００°Ｃ，８８ａｔａ（５）凝縮器７より排出される
（点Ｄ）液体りの状Ｂ ： ３００°Ｃ，８８ａｔａ （６）膨張弁１１の後の状７Ｇ：２００°Ｃ，１６ａむ
ａ（７）蒸気タービン１４に供給される（点Ｅ）蒸気ｓ
１の状ｕ：２００°ｃ、１６ ａｔａ、０．２６ｋｇ／
ｈｒ（８）蒸気タービン１４より排出される（点Ｆ）蒸
気Ｓ２の状態：３２℃、０．０５ ａｔａ（９）凝縮器
１８より排出される（点Ｇ）液体２□の状態＝３２°Ｃ
，０，０５ａｔａ （１０）ポンプ２０により昇圧された（点Ｊ）液体βの
状態：３２°Ｃ＋ ６ａｔａ （１１）蒸発器１に供給する熱ｆｆｉ ： ５００ｋｃ
ａｌ／ｈｒ（１２） ？Ｑ縮器８で得られる熱量：
５２０ｋｃａｌ／ｈｒ（１３） 圧縮機５を駆動する
ための動カニ ０．２５ＫＷ〔蒸気タービン１４回収動
カニ ０．０５ＫＷ、電動機５Ａの動カニ ０．２０
ＫＷ （１４）成績係数二 成績係数−凝縮器の熱量／圧縮機の外部入力（電動ｉ５
Ａの動力）↑ ＝ ５５０１０．２５ ｘ８６０ ＝３．２〔対応する
従来技術の条件〕 （本発明の条件を示す数字に（°）を付して示す。） （１゛） 気液混合体（蒸気３０％）：１５６°Ｃ＋
６ａｔａ（２”）（２）と同一 （３”）（３）と同一 （４’） （４）と同一 （５”）（５）と同一 （６°） １５６℃＋ ６ａｔａ（７’）
− （８’） − （９”） □ （１０’） − （１１’） ３３０ Ｋｃａｌ／ｈｒ（１２°）（
１２） と同一 （１３’） 圧縮機５を駆動するための動カニ ０．
２５ＫＷ（１４°）成績係数 ５５０１０．２５Ｘ８６０−＝２．６ 第２図に本発明に係るモリエール線図を示す。
１へ供給する（点Ａ）液体ｌの状態：汲水り１５６℃、
６ａｔａ （２）蒸発器１の出口（点Ｂ）における蒸気Ｓの状態：
１５８°Ｃ＋ ６ａｔａ （３）圧縮機の吸入蒸気量：１ｋｇ／ｂｒ（４）凝縮器
７ （点Ｃ）に供給する高温・高圧の蒸気Ｓの状ｆｍ：
６００°Ｃ，８８ａｔａ（５）凝縮器７より排出される
（点Ｄ）液体りの状Ｂ ： ３００°Ｃ，８８ａｔａ （６）膨張弁１１の後の状７Ｇ：２００°Ｃ，１６ａむ
ａ（７）蒸気タービン１４に供給される（点Ｅ）蒸気ｓ
１の状ｕ：２００°ｃ、１６ ａｔａ、０．２６ｋｇ／
ｈｒ（８）蒸気タービン１４より排出される（点Ｆ）蒸
気Ｓ２の状態：３２℃、０．０５ ａｔａ（９）凝縮器
１８より排出される（点Ｇ）液体２□の状態＝３２°Ｃ
，０，０５ａｔａ （１０）ポンプ２０により昇圧された（点Ｊ）液体βの
状態：３２°Ｃ＋ ６ａｔａ （１１）蒸発器１に供給する熱ｆｆｉ ： ５００ｋｃ
ａｌ／ｈｒ（１２） ？Ｑ縮器８で得られる熱量：
５２０ｋｃａｌ／ｈｒ（１３） 圧縮機５を駆動する
ための動カニ ０．２５ＫＷ〔蒸気タービン１４回収動
カニ ０．０５ＫＷ、電動機５Ａの動カニ ０．２０
ＫＷ （１４）成績係数二 成績係数−凝縮器の熱量／圧縮機の外部入力（電動ｉ５
Ａの動力）↑ ＝ ５５０１０．２５ ｘ８６０ ＝３．２〔対応する
従来技術の条件〕 （本発明の条件を示す数字に（°）を付して示す。） （１゛） 気液混合体（蒸気３０％）：１５６°Ｃ＋
６ａｔａ（２”）（２）と同一 （３”）（３）と同一 （４’） （４）と同一 （５”）（５）と同一 （６°） １５６℃＋ ６ａｔａ（７’）
− （８’） − （９”） □ （１０’） − （１１’） ３３０ Ｋｃａｌ／ｈｒ（１２°）（
１２） と同一 （１３’） 圧縮機５を駆動するための動カニ ０．
２５ＫＷ（１４°）成績係数 ５５０１０．２５Ｘ８６０−＝２．６ 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。
における条件を示している。
本実施例においては、熱媒体として水を使用したが、フ
ロン系、フロリノール８５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。
ロン系、フロリノール８５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。
また、実施例における温度、圧力、熱量等も条件に応し
て設定できることは勿論であり、例えば、低圧６１縮２
ｉ； １８の温度は、例えば冷凍ザイクルとの組合せに
より更に低温に設定することも可能である。
て設定できることは勿論であり、例えば、低圧６１縮２
ｉ； １８の温度は、例えば冷凍ザイクルとの組合せに
より更に低温に設定することも可能である。
本発明は、ヒートポンプサイクルを構成する膨張弁１１
から導出される気液混合熱媒体を後続する気水分離器１
２に窩き、蒸気ｓ１と液体ｌ、とに分離し、その分離さ
れた熱媒蒸気ｓ。
から導出される気液混合熱媒体を後続する気水分離器１
２に窩き、蒸気ｓ１と液体ｌ、とに分離し、その分離さ
れた熱媒蒸気ｓ。
を蒸気膨張機１４ （タービン）により蒸発器１の藩発
圧力以下の圧力まで膨張させることによりａ縮器７にお
いて凝縮・液化した高温の熱媒体の保有する熱エネルギ
を容易に且つ効率的に回収することができ、蒸気膨張ａ
１４から導出される低圧蒸気ｓ２ば低圧凝縮機１８によ
り凝縮液化した後、ポンプ２０で昇圧され蒸発器１に循
環供給されるので、低温熱源の移送に関与しない熱媒体
の存在がないため、ヒートポンプシステムの効率（成績
係数）の低下がない。更に、前記蒸気膨張機１４の出力
を圧縮機５の駆動用動力の一部として利用するので、外
部入力が減少するため、成績係数は、向上する。
圧力以下の圧力まで膨張させることによりａ縮器７にお
いて凝縮・液化した高温の熱媒体の保有する熱エネルギ
を容易に且つ効率的に回収することができ、蒸気膨張ａ
１４から導出される低圧蒸気ｓ２ば低圧凝縮機１８によ
り凝縮液化した後、ポンプ２０で昇圧され蒸発器１に循
環供給されるので、低温熱源の移送に関与しない熱媒体
の存在がないため、ヒートポンプシステムの効率（成績
係数）の低下がない。更に、前記蒸気膨張機１４の出力
を圧縮機５の駆動用動力の一部として利用するので、外
部入力が減少するため、成績係数は、向上する。
前記本発明の実施例においては、成績係数は２０％の改
善が見られるが、ヒートポンプの熱出力側温度が高く、
上昇温度差が小さい場合には更に効果的である。
善が見られるが、ヒートポンプの熱出力側温度が高く、
上昇温度差が小さい場合には更に効果的である。
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。
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。
最適熱回収が可能となる。
また、これにより低圧凝縮液ｊ２２と熱媒体β１との比
率が調節されるので、循環水β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
。
率が調節されるので、循環水β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、実施例に見られる如く、高温・高温度差にお
いても、実用上十分な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
、省エネルギに極めて大きな貢献を果たし得るものであ
る。
いても、実用上十分な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
、省エネルギに極めて大きな貢献を果たし得るものであ
る。
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・・・蒸発器、５・・・圧縮機、７・・・凝縮器、１
１・・・膨張弁、１２・・・気水分離器、１４・・・蒸
気膨張機、１６・・・減圧弁、１８・・・低圧ｃＥ圧縮
機２０・・・ポンプ。
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・・・蒸発器、５・・・圧縮機、７・・・凝縮器、１
１・・・膨張弁、１２・・・気水分離器、１４・・・蒸
気膨張機、１６・・・減圧弁、１８・・・低圧ｃＥ圧縮
機２０・・・ポンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 低温熱源から熱エネルギを吸収する蒸発器と、この蒸発
器からの熱媒体を断熱圧縮する圧縮機と、この圧縮機で
昇圧された熱媒体から高温熱源に対し熱エネルギを与え
る凝縮器と、この凝縮器内で液化した熱媒体を断熱膨張
させる膨張弁等の絞り機構とからなるヒートポンプシス
テムにおいて、 前記膨張弁より導出される気液混合熱媒体を、気液分離
器により蒸気と液体とに分離し、その分離された熱媒蒸
気を蒸気膨張機に導き、前記蒸発器内の蒸発圧力以下の
圧力まで膨張させた後、低圧凝縮機により凝縮液化した
後ポンプで昇圧し、前記気液分離器で分離された熱媒液
と混合し、その混合液体を蒸発器に供給すると共に、蒸
気膨張機において発生する動力を前記圧縮機の駆動動力
の一部等に利用することを特徴とするヒートポンプシス
テム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16989984A JPH0612202B2 (ja) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | 動力回収型ヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16989984A JPH0612202B2 (ja) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | 動力回収型ヒートポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6149968A true JPS6149968A (ja) | 1986-03-12 |
| JPH0612202B2 JPH0612202B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=15895030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16989984A Expired - Lifetime JPH0612202B2 (ja) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | 動力回収型ヒートポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612202B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101090116B1 (ko) | 2009-12-09 | 2011-12-07 | 신라이앤티 (주) | 히트펌프를 이용한 가온장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006071174A (ja) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
-
1984
- 1984-08-16 JP JP16989984A patent/JPH0612202B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101090116B1 (ko) | 2009-12-09 | 2011-12-07 | 신라이앤티 (주) | 히트펌프를 이용한 가온장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0612202B2 (ja) | 1994-02-16 |
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