JP2002048422A - ヒートポンプ - Google Patents
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- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
せた自然循環式のヒートポンプシステムにおいて、設置
スペース、建築物の構造、騒音等の問題でカスケードコ
ンデンサを蒸発器より上部に設置できない場合でも、自
然循環を可能としてヒートポンプを提供すること。 【解決手段】 カスケードコンデンサ3、アンモニア冷
凍系、二酸化炭素冷凍系を具備し、二酸化炭素冷凍系で
発生した二酸化炭素ガスを該カスケードコンデンサ3に
導き、アンモニア冷凍系のアンモニア液との間で熱交換
を行うように構成された自然循環式ヒートポンプ装置に
おいて、加圧タンク5−1、5−2を具備し、加圧タン
ク5−1、5−2にカスケードコンデンサ3からの液化
二酸化炭素を収容し、液化二酸化炭素を熱交換器5−1
a、5−2aを介して加熱して加圧タンク5−1、5−
2内を加圧し、液化二酸化炭素を二酸化炭素冷凍系の蒸
発器4の上方に設置したサージタンク6に揚液する。
Description
酸化炭素冷媒を組み合わせたヒートポンプに関し、特に
カスケードコンデンサが蒸発器より上部に設置すること
が困難な場合に、二酸化炭素ガス(炭酸ガス)の圧力差
によって液化二酸化炭素(液化炭酸ガス)を揚液し、自
然循環を可能としたヒートポンプに関するものである。
冷媒を組み合わせた自然循環式のヒートポンプシステム
は存在している。このようなヒートポンプシステムにお
いて、設置スペース、建築物の構造、騒音等の問題でカ
スケードコンデンサを蒸発器より上部に設置することが
困難な場合がある。この場合、自然循環式ヒートポンプ
システムの特徴である自然循環サイクルが困難になって
くる。
みてなされたもので、アンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒
を組み合わせた自然循環式のヒートポンプシステムにお
いて、設置スペース、建築物の構造、騒音等の問題でカ
スケードコンデンサを蒸発器より上部に設置できない場
合でも、自然循環を可能としたヒートポンプを提供する
ことを目的とする。
請求項1に記載の発明は、カスケードコンデンサ、アン
モニア冷凍系、二酸化炭素冷凍系を具備し、二酸化炭素
冷凍系で発生した二酸化炭素ガスを該カスケードコンデ
ンサに導き、アンモニア冷凍系のアンモニア液との間で
熱交換を行うように構成された自然循環式ヒートポンプ
装置において、二酸化炭素ガスの圧力差を利用して二酸
化炭素冷凍系の液化二酸化炭素冷媒を揚液し循環させる
揚液手段を具備することを特徴とする。
のヒートポンプにおいて、揚液手段は加圧タンクを具備
し、加圧タンクにカスケードコンデンサからの液化二酸
化炭素を収容し、液化二酸化炭素を熱交換器を介して加
熱して加圧タンク内を加圧し、加圧タンク内の液化二酸
化炭素を二酸化炭素冷凍系の蒸発器に直接又は該蒸発器
の上方に設置したサージタンクを介して揚液することを
特徴とする。
のヒートポンプにおいて、揚液手段は二酸化炭素冷凍系
の蒸発器の上方にカスケードコンデンサからの液化二酸
化炭素を収容し該蒸発器に自然流下で供給できるサージ
タンクを設置し、サージタンク内の炭酸ガスを熱交換器
を介して冷却して減圧するか又は吸引機で吸引して減圧
し、減圧を利用して該サージタンク内にカスケードコン
デンサから液化二酸化炭素を揚液することを特徴とす
る。
面に基づいて説明する。図1は本発明に係るアンモニア
冷媒と二酸化炭素冷媒を組み合わせた自然循環式のヒー
トポンプのシステム構成例を示す図で、加圧により圧力
差をつけて揚液するシステムである。図1において、1
は圧縮機、2はコンデンサ、3はカスケードコンデン
サ、4は蒸発器、5−1、5−2はそれぞれ加圧タン
ク、6はサージタンク、7は流量調整弁である。カスケ
ードコンデンサ3、蒸発器4、加圧タンク5−1、5−
2及びサージタンク6は炭酸ガス冷媒経路9で接続され
て炭酸ガス系統を構成し、圧縮機1、コンデンサ2、カ
スケードコンデンサ3及び加圧タンク5−1、5−2は
アンモニア冷媒経路10で接続されてアンモニア冷媒系
統を構成している。
ードコンデンサ3で液化した液化炭酸ガスは下方に設け
た複数の加圧タンク5−1、5−2に出口弁SV1、S
V2を介して交互に流れ込む。そして後述する方法で加
圧タンク5−1、5−2の内圧を規定圧力まで昇圧させ
る。加圧タンク5−1、5−2内で上部のサージタンク
6との液ヘッド差圧以上に加圧された液化炭酸ガスは出
口弁SV3、SV4を開くことにより、サージタンク6
へと流れ込む。以上の動作を複数の加圧タンク5−1、
5−2で交互に行なうことにより、炭酸ガスは連続的に
サージタンク6へ給液され、サージタンク6には常に規
定量の液化炭酸ガスを確保することができる。
サーモサイホン現象により下降し、流量調整弁7を通っ
て、目的の冷却を行なう蒸発器4に入り、ここで吸熱
し、蒸発して、ガスとなって再びカスケードコンデンサ
3に戻る。加圧タンク5−1、5−2で液化炭酸ガスの
加熱に利用したアンモニア液は過冷却され、流量調整弁
8を通ってカスケードコンデンサ3へと流れ、炭酸ガス
の冷却に使用される。このアンモニア液の過冷却によ
り、アンモニア系統の冷凍能力はアップするためシステ
ム全体の冷却低下を起こさず液化炭酸ガスの揚液が可能
となる。
て加圧タンク5−1を例に説明する。加圧タンク5−1
の液化炭酸ガスのレベルが低下した場合、レベルセンサ
LSが液面低下を検知する。該レベルセンサLSの液面
低下の検知信号により出口弁SV3を閉止し、出口弁S
V1を開く。同時に均圧弁SV7が開き、カスケードコ
ンデンサ3より液化炭酸ガスが自然流下する。液化炭酸
ガスが規定量たまったらレベルセンサLSが検知し、出
口弁SV1を閉止し、均圧弁SV7が閉止し、給液完了
となる。なお、加圧タンク5−2への給液も同様にして
行なわれる。
て加圧タンク5−1を例に説明する。上記炭酸ガス給液
完了後、アンモニア給液弁SV5を開き、加圧タンク5
−1に設けられた熱交換器5−1aにアンモニア液を供
給する。熱交換器5−1aに入ったアンモニア液は、液
化炭酸ガスと熱交換する。この時、アンモニア液の方が
温度が高いため液化炭酸ガスは加熱され、加圧タンク5
−1内を加圧する。逆にアンモニア液は冷却され、過冷
却液となってカスケードコンデンサ3へと給液される。
加圧タンク5−1内の圧力が規定圧力になるとアンモニ
ア給液弁SV5を閉止する。なお、加圧タンク5−1内
の圧力が一定圧力以上になった場合は、リリーフ弁RV
が開いて一定圧力以内に抑える。また、加圧タンク5−
2の加圧も同様に行なわれる。
ク5−1を例に説明する。加圧タンク5−2の液化炭酸
ガスが規定量以下に低下したら、加圧タンク5−2の出
口弁SV4を閉止し、加圧タンク5−1の出口弁SV3
が開く。加圧タンク5−1内の圧力をサージタンク6内
の圧力より液ヘッド差以上に高くしてあるため、その圧
力差により液化炭酸ガスはサージタンク6へと流れ込
む。給液中に、加圧タンク5−1の圧力が規定圧力以下
に低下した場合はアンモニア給液弁SV5を開閉し規定
圧力に保つ。サージタンク6への給液中に発生した炭酸
ガスのフラッシュガスの回収と、カスケードコンデンサ
3との均圧を兼ねて均圧管11を設けている。なお、加
圧タンク5−2からサージタンク6への給液も同様に行
なわれる。
ジタンク6に溜まった液化炭酸ガスは、サーモサイホン
現象によって下降し、流量調整弁7を通って目的の冷却
を行なう蒸発器4に入り、ここで吸熱・蒸発してガスと
なって再びカスケードコンデンサ3へと戻って行く。
ンデンサ3で蒸発したアンモニアガスは圧縮機1で圧縮
され、圧縮されたアンモニアガスはコンデンサ2で凝縮
されアンモニア液となって、膨張弁12を通って再びカ
スケードコンデンサ3に戻り、冷凍サイクルを構成して
いる。
化炭素冷媒を組み合わせた自然循環式のヒートポンプの
システム構成例を示す図で、冷却による減圧により圧力
差をつけて揚液するシステムである。図2において、図
1と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すの
でその説明は省略する。図2において、13はレシーバ
ータンク、14は過冷却器、15−1、15−2はそれ
ぞれサージタンクである。
に設けられた熱交換器15−1a、15−2aで炭酸ガ
スが冷却されることによりサージタンク15−1,15
−2内の圧力が規定圧力まで減圧される。この熱交換器
15−1a、15−2aによる冷却はアンモニア冷凍機
の余熱又は他の小容量の冷凍機等でまかなわれる。サー
ジタンク15−1、15−2内の圧力を下方のレシーバ
ータンク13内の圧力より液ヘッド差以上に減圧し、サ
ージタンク15−1、15−2の入口弁SV9、SV1
0を開くことにより、レシーバータンク13内の液化炭
酸ガスはサージタンク15−1、15−2に流れ込む。
た液化炭酸ガスはサーモサイホン現象によって下降し、
出口弁SV11、SV12、流量調整弁7を通って目的
の冷却を行なう蒸発器4に入り、ここで吸熱・蒸発して
ガスとなって再びカスケードコンデンサ3へと戻って行
く。また、レシーバータンク13又はレシーバータンク
13の出口の液管には過冷却器14を設けて液化炭酸ガ
スを過冷却することにより揚液される液化炭酸ガスのフ
ラッシュガス発生を防止している。過冷却器14による
冷却はアンモニア冷凍機の余熱又は他の小容量の冷凍機
等でまかなわれる。
2の冷却、減圧動作を交互に行なうことにより、液化炭
酸ガスは連続的にサージタンク15−1、15−2へ供
給され、該サージタンク15−1、15−2内には常に
規定量の液化炭酸ガスを確保することができる。また、
サージタンク15−1、15−2内の熱交換器15−1
a、15−2aによる冷却及び過冷却器14による液化
炭酸ガスの冷却はアンモニア冷凍機の余熱又は他の比較
的小容量の冷凍機等でまかなわれるため、揚液に要する
動力負荷は小さいながらも炭酸ガス循環システムが成立
する。
化炭素冷媒を組み合わせた自然循環式のヒートポンプの
システム構成例を示す図で、吸引機(ポンプ、ファン、
圧縮機等)による吸入減圧により圧力差をつけて揚液す
るシステムである。図3において、図1及び図2と同一
符号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説
明は省略する。図3において、16は吸引機(ポンプ、
ファン、圧縮機等)である。
それぞれ出口弁SV14、SV13を介して吸引機16
を接続して、サージタンク15−1、15−2内の炭酸
ガスを吸引することにより、該サージタンク15−1、
15−2内は規定圧力まで減圧される。サージタンク1
5−1、15−2内の圧力を下方のレシーバータンク1
3内の圧力より液ヘッド差以上に減圧し、サージタンク
15−1、15−2の入口弁SV9、SV10を開くこ
とにより、レシーバータンク13内の液化炭酸ガスはサ
ージタンク15−1、15−2に流れ込む。
スは、蒸発器4で吸熱・蒸発した炭酸ガスと共に、カス
ケードコンデンサ3で凝縮され液化される。また、レシ
ーバータンク13又はレシーバータンク13の出口の液
管には過冷却器14を設けて液化炭酸ガスを過冷却する
ことにより揚液される液化炭酸ガスのフラッシュガス発
生を防止している。
−2にそれぞれ吸引機16を接続し、該吸引機16の吸
引動作を2台のサージタンク15−1、15−2で交互
に行なうことにより、液化炭酸ガスは連続的にサージタ
ンク15−1、15−2へ供給され、該サージタンク1
5−1、15−2内には常に規定量の液化炭酸ガスを確
保することができる。
化炭素冷媒を組み合わせた自然循環式のヒートポンプの
システム構成例を示す図である。本ヒートポンプシステ
ムは上部のサージタンクをも設置することが困難な場合
においてもアンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒を組み合わ
せ自然循環式ヒートポンプシステムがサイクルとして可
能なシステムである。即ち、上部のサージタンクと蒸発
器との間に生じる揚程分の圧力を加圧タンクで発生する
圧力でカバーして炭酸ガス循環システムを成立させるも
のである。図4において、図1、図2及び図3と同一符
号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明
は省略する。
1に示すものと同様である。加圧タンク5−1又は加圧
タンク5−2で規定の圧力まで昇圧された液化炭酸ガス
は加圧タンク5−1又は加圧5−2の出口弁SV3又は
出口弁SV4を開くことにより、流量調整弁7を通って
目的の冷却を行なう蒸発器4に入り、ここで吸熱・蒸発
してガスとなって再びカスケードコンデンサ3に戻る。
以上の動作を複数台(図では2台)設けた加圧タンク5
−1、5−2で交互に行なうことにより液化炭酸ガスは
連続的に蒸発器4に供給することができる。加圧タンク
5−1、5−2の加熱はアンモニア液を利用し、アンモ
ニア液は過冷却されてカスケードコンデンサ3へと流
れ、炭酸ガスの冷却に使われる点は図1の場合と同様で
ある。
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
素ガスの圧力差を利用して液化二酸化炭素を揚液し循環
させる揚液手段を具備するので、二酸化炭素ガスの圧力
差を、例えばアンモニア冷凍系のアンモニア凝縮液の過
冷却熱等を利用して発生させればシステム全体の冷却効
率を下げることなく、二酸化炭素冷凍系の液化二酸化炭
素の揚液が可能となり、設置スペース、建築物の構造、
騒音等の問題でカスケードコンデンサを蒸発器より上部
に設置できない場合でも、自然循環が可能なヒートポン
プを提供することができる。
ク内の液化二酸化炭素の加熱に、例えばアンモニア冷凍
系のアンモニア凝縮液の過冷却熱等を利用すればシステ
ム全体の冷却効率を下げることなく、二酸化炭素冷凍系
の液化二酸化炭素の揚液が可能となる。
ンク内の炭酸ガスの冷却に例えばアンモニア冷凍機の余
熱又は他の比較的小容量の冷凍機等を利用するか、また
は炭酸ガスの吸引に比較的小容量の吸引機を利用するこ
とにより、二酸化炭素冷凍系の液化二酸化炭素の揚液が
可能となる。
を組み合わせた自然循環式のヒートポンプのシステム構
成例を示す図である。
を組み合わせた自然循環式のヒートポンプのシステム構
成例を示す図である。
を組み合わせた自然循環式のヒートポンプのシステム構
成例を示す図である。
を組み合わせた自然循環式のヒートポンプのシステム構
成例を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 カスケードコンデンサ、アンモニア冷凍
系、二酸化炭素冷凍系を具備し、二酸化炭素冷凍系で発
生した二酸化炭素ガスを該カスケードコンデンサに導
き、アンモニア冷凍系のアンモニア液との間で熱交換を
行うように構成された自然循環式ヒートポンプ装置にお
いて、 二酸化炭素ガスの圧力差を利用して二酸化炭素冷凍系の
液化二酸化炭素冷媒を揚液し循環させる揚液手段を具備
することを特徴とするヒートポンプ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のヒートポンプにおい
て、 前記揚液手段は加圧タンクを具備し、該加圧タンクに前
記カスケードコンデンサからの液化二酸化炭素を収容
し、該液化二酸化炭素を熱交換器を介して加熱して該加
圧タンク内を加圧し、該加圧タンク内の液化二酸化炭素
を前記二酸化炭素冷凍系の蒸発器に直接又は該蒸発器の
上方に設置したサージタンクを介して揚液することを特
徴とするヒートポンプ。 - 【請求項3】 請求項1に記載のヒートポンプにおい
て、 前記揚液手段は前記二酸化炭素冷凍系の蒸発器の上方に
前記カスケードコンデンサからの液化二酸化炭素を収容
し該蒸発器に自然流下で供給できるサージタンクを設置
し、該サージタンク内の炭酸ガスを熱交換器を介して冷
却して減圧するか又は吸引機で吸引して減圧し、該減圧
を利用して該サージタンク内に前記カスケードコンデン
サから液化二酸化炭素を揚液することを特徴とするヒー
トポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000231198A JP3576938B2 (ja) | 2000-07-31 | 2000-07-31 | ヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000231198A JP3576938B2 (ja) | 2000-07-31 | 2000-07-31 | ヒートポンプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002048422A true JP2002048422A (ja) | 2002-02-15 |
JP3576938B2 JP3576938B2 (ja) | 2004-10-13 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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- 2000-07-31 JP JP2000231198A patent/JP3576938B2/ja not_active Expired - Fee Related
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