JP2003262414A - Compression type heat pump and hot water feeder - Google Patents
Compression type heat pump and hot water feederInfo
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- F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
- F25B2339/04—Details of condensers
- F25B2339/047—Water-cooled condensers
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、作動媒体が、圧縮
機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を順に循環する構成で、
前記蒸発器において作動媒体が吸熱し、前記凝縮器にお
いて前記作動媒体が熱を放出するヒートポンプに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a structure in which a working medium circulates in sequence through a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator.
The present invention relates to a heat pump in which the working medium absorbs heat in the evaporator and the working medium releases heat in the condenser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の圧縮式ヒートポンプの蒸発器で
は、蒸発器内の作動媒体圧力は、その臨界圧以下であ
り、作動媒体は蒸発過程において、液相と気相との混合
状態で蒸発する。この過程における温度は一定である。2. Description of the Related Art In a conventional compression heat pump evaporator, the working medium pressure in the evaporator is below its critical pressure, and the working medium evaporates in a mixed state of a liquid phase and a gas phase in the evaporation process. . The temperature during this process is constant.
【０００３】一般的なヒートポンプのＴ−Ｓ線図を図６
に示した。図６において、４−１が圧縮機による断熱圧
縮過程、１−２が凝縮器における圧縮した作動媒体ガス
の凝縮過程であり、この凝縮により作動媒体は放熱して
液相に状態変化する。２−３が膨張装置における膨張過
程であり、この過程で作動媒体は膨張して圧力・温度が
低下する。３−４は蒸発器での蒸発過程であり、この過
程で作動媒体は吸熱して蒸発する。FIG. 6 is a TS diagram of a general heat pump.
It was shown to. In FIG. 6, 4-1 is the adiabatic compression process by the compressor, 1-2 is the condensation process of the compressed working medium gas in the condenser, and the working medium radiates heat and changes its state to the liquid phase by this condensation. 2-3 is an expansion process in the expansion device, and in this process, the working medium expands and the pressure and temperature decrease. 3-4 is an evaporation process in the evaporator, in which the working medium absorbs heat and evaporates.
【０００４】通常のヒートポンプでは、蒸発過程におい
て、大気や河川水等の定温熱源（ａ−ｂで示す）から熱
を回収し作動媒体が蒸発する。このサイクルでは、大気
から回収する熱は４−３−５−６によって囲まれる面積
であり、圧縮機で加えたエネルギーは４−１−２−３の
面積となる。In a normal heat pump, in the evaporation process, heat is recovered from a constant temperature heat source (shown by ab) such as the atmosphere or river water, and the working medium is evaporated. In this cycle, the heat recovered from the atmosphere is the area surrounded by 4-3-5-6, and the energy applied by the compressor is the area of 4-1-2-3.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】熱を回収する対象（被
冷却物）が、大気や河川水の場合、蒸発過程における温
度はほぼ一定と見なせ問題はないが、例えば、ガスエン
ジンで通常の圧縮式給湯ヒートポンプを廻し、併せて、
エンジンのインタクーラ冷却水（被冷却物）のような低
レベル排熱を回収したい場合、即ち、プロセスから熱回
収を行うような場合に問題が発生する。When the object (the object to be cooled) from which heat is recovered is the atmosphere or river water, the temperature in the evaporation process can be regarded as almost constant, and there is no problem. Turn the compression hot water supply heat pump,
A problem occurs when it is desired to recover low-level exhaust heat such as engine intercooler cooling water (object to be cooled), that is, when heat is recovered from the process.
【０００６】図７を参照して説明する。同図では、熱回
収の対象となる被冷却物の温度変化を細破線ａ−ｂで示
し、ヒートポンプ側の作動媒体の温度変化を矢印付き細
実線ａ′−ｂ′で示す。作動媒体と被冷却物は対向流の
熱交換器で熱交換しているものとする。図示するよう
に、被冷却物の温度は元々高く、冷却されるに従って低
下する。従って、蒸発器の温度レベルＴａ′は、被冷却
物の最低温度Ｔｂ′よりもさらに低くしなければならな
い。このサイクルにあって、圧縮機の仕事は面積４−１
−２−３となって大きく、実効的に、ＣＯＰを高くでき
ない。Description will be made with reference to FIG. In this figure, the temperature change of the object to be heat-recovered is indicated by the thin broken line ab, and the temperature change of the working medium on the heat pump side is indicated by the thin solid line a'-b 'with an arrow. It is assumed that the working medium and the object to be cooled are heat-exchanged by a counter flow heat exchanger. As shown in the figure, the temperature of the object to be cooled is originally high and decreases as it is cooled. Therefore, the temperature level Ta 'of the evaporator must be lower than the minimum temperature Tb' of the object to be cooled. In this cycle, the work of the compressor is 4-1
It becomes -2-3, which is large, and the COP cannot be effectively increased.
【０００７】本発明の目的は、上記のように、熱回収側
の熱源の熱容量が比較的低く、蒸発器における熱交換過
程で、その温度が低下する場合に、ヒートポンプのＣＯ
Ｐを高くすることができる圧縮式ピートポンプを得るこ
とにある。As described above, the object of the present invention is to reduce the CO of the heat pump when the heat capacity of the heat source on the heat recovery side is relatively low and the temperature of the heat source decreases in the heat exchange process in the evaporator.
It is to obtain a compression type peat pump capable of increasing P.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による作動媒体が、圧縮機、凝縮器、膨張装
置、蒸発器を順に循環する構成で、前記蒸発器において
作動媒体が吸熱し、前記凝縮器において前記作動媒体が
熱を放出するヒートポンプの特徴構成は、請求項１に記
載されているように、前記蒸発器内の作動媒体圧力が、
前記作動媒体の吸熱過程で温度上昇する圧力に設定され
ていることにある。To achieve the above object, the working medium according to the present invention is configured to circulate through a compressor, a condenser, an expansion device and an evaporator in this order, and the working medium absorbs heat in the evaporator. The characteristic structure of the heat pump in which the working medium releases heat in the condenser is that the working medium pressure in the evaporator is
The pressure is set to increase the temperature in the process of absorbing the heat of the working medium.
【０００９】この構成を採用する圧縮式ヒートポンプに
描く熱サイクルは、先に説明した図７を使用して説明す
ると、作動媒体の蒸発が図上の被冷却物の温度変化であ
る細破線ａ−ｂに沿ったものとできる。即ち、３−４で
示す蒸発過程が、３−４′に代えられ、この過程で作動
媒体が温度上昇を起こすものとなる。The heat cycle drawn on the compression heat pump adopting this structure will be described with reference to FIG. 7 described earlier. The evaporation of the working medium is a thin broken line a-- It can be along b. That is, the evaporation process indicated by 3-4 is replaced by 3-4 ', and the temperature of the working medium rises in this process.
【００１０】さらに具体的には、図２に示すような超臨
界領域における圧縮液から加熱蒸気への相変化、もしく
は、図３に示すように、気相と液相とが混在する混相状
態での蒸発となるが、その過程で温度が上昇するものと
なる。More specifically, in the phase change from the compressed liquid to the heating vapor in the supercritical region as shown in FIG. 2, or in the mixed phase state in which the gas phase and the liquid phase are mixed as shown in FIG. However, the temperature rises in the process.
【００１１】さて、このサイクルにあっては、図７を例
示して説明すると、圧縮機で使用されるエネルギーは
４′−１′−２−３となり、結果的にＣＯＰを高くする
ことができる。In this cycle, referring to FIG. 7 as an example, the energy used in the compressor becomes 4'-1'-2-3, and as a result, the COP can be increased. .
【００１２】上記の構成において、請求項２に記載され
ているように、前記蒸発器内において、前記作動媒体が
超臨界領域で液相から気相に状態変化するものであるこ
とが好ましい。In the above structure, as described in claim 2, in the evaporator, it is preferable that the working medium change state from a liquid phase to a gas phase in a supercritical region.
【００１３】超臨界域における作動媒体の液相から気相
への状態変化は、等圧線に沿ったものとなり、過程で温
度上昇を起こす。結果、上記効果を得ることができる。
超臨界域における過程は、臨界点を越え、この臨界点に
近い領域での変化とすることで、必要な圧力を比較的低
い圧力とすることができる。例えば、５０℃程度のプロ
セスの熱を回収する場合、二酸化炭素を作動媒体として
選択し、蒸発圧力を７５ａｔｍ（７．６ＭＰａ）程度に
設定すれば良い。The state change of the working medium from the liquid phase to the gas phase in the supercritical region follows the isobar and causes a temperature rise in the process. As a result, the above effect can be obtained.
By changing the process in the supercritical region beyond the critical point and in the region close to this critical point, the required pressure can be made relatively low. For example, when recovering the heat of the process at about 50 ° C., carbon dioxide may be selected as the working medium and the evaporation pressure may be set at about 75 atm (7.6 MPa).
【００１４】また、上記の構成において、請求項３に記
載されているように、前記作動媒体が非共沸混合媒体で
あり、前記蒸発器内において、前記非共沸混合媒体が液
相と気相との混相状態で状態変化するものであること
も、好ましい形態である。Further, in the above structure, as described in claim 3, the working medium is a non-azeotropic mixed medium, and the non-azeotropic mixed medium is vaporized in the liquid phase in the evaporator. It is also a preferable form that the state changes in a mixed phase with the phase.
【００１５】例えば、アンモニア−水といった非共沸混
合媒体が、一定圧力下に、混合相状態で蒸発すると、蒸
発過程で、液相又は気相が濃度変化を起こし（但し、気
液合わせた全体の平均濃度は一定に保たれる）、その濃
度変化に起因して温度変化（本願の場合は温度上昇）を
伴う。結果、上記効果を得ることができる。For example, when a non-azeotropic mixed medium such as ammonia-water evaporates in a mixed phase state under a constant pressure, a concentration change occurs in the liquid phase or the gas phase during the evaporation process (however, the entire gas-liquid combined The average concentration of is kept constant), and a temperature change (temperature rise in the case of the present application) is caused due to the change of the concentration. As a result, the above effect can be obtained.
【００１６】これまで説明してきた構成は、熱回収を行
う蒸発器が、実質、単一の熱回収過程からなり、比較的
熱容量の小さい熱源からの熱回収を効率的に実行する場
合に適切なシステムであるが、この種の熱回収を実行し
ながら、さらに、不足分の熱を大気等から回収して、全
体として供給できる熱を所定範囲とすることが望まれる
場合もある。The configuration described so far is suitable when the evaporator for performing heat recovery essentially comprises a single heat recovery process, and efficiently executes heat recovery from a heat source having a relatively small heat capacity. Although it is a system, there is a case where it is desired to carry out this kind of heat recovery and further recover the shortage of heat from the atmosphere or the like so that the heat that can be supplied as a whole falls within a predetermined range.
【００１７】以下に示す請求項４、５に記載の本願発明
は、このような目的に沿ったものである。即ち、作動媒
体が、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器を順に循環す
る構成で、前記蒸発器において作動媒体が吸熱し、前記
凝縮器において前記作動媒体が熱を放出する圧縮式ヒー
トポンプを構成するに、請求項４に記載されるように、
前記作動媒体の一部が、超臨界領域で液相から気相に状
態変化する第一蒸発器と、前記作動媒体の他部が、液相
と気相との混相状態で状態変化する第二蒸発器とを備
え、前記第一蒸発器において第一熱源から吸熱可能に、
前記第二蒸発器において第二熱源から吸熱可能に構成す
る。The present invention described in claims 4 and 5 below is to meet such an object. That is, the working medium is a compressor, a condenser, an expansion device, a configuration in which the working medium circulates in order in the evaporator, the working medium absorbs heat in the evaporator, the working medium in the condenser to release the heat Constituting, as described in claim 4,
A first evaporator in which a part of the working medium changes state from a liquid phase to a gas phase in a supercritical region, and a second portion in which the other part of the working medium changes state in a mixed phase of a liquid phase and a gas phase. An evaporator, and capable of absorbing heat from the first heat source in the first evaporator,
The second evaporator is configured to be able to absorb heat from the second heat source.
【００１８】この構成にあって、第一蒸発器を介するサ
イクルは、上記した請求項１に記載の圧縮式ヒートポン
プの動作と同様であり、蒸発器における作動媒体の状態
変化が超臨界領域とされることで、熱源側の温度が、こ
の過程内で変化する場合にあって、比較的効率的な動作
を行える。一方、第二蒸発器は、従来同様のサイクルで
動作させることで、例えば、大気側から熱回収すること
が可能となる。結果、サイクルの効率を高く保ちなが
ら、所定の熱需要に対応できるという上記目的を達成す
ることが可能となる。In this structure, the cycle through the first evaporator is the same as the operation of the compression heat pump according to the above-mentioned claim 1, and the state change of the working medium in the evaporator is set to the supercritical region. As a result, when the temperature on the heat source side changes in this process, relatively efficient operation can be performed. On the other hand, by operating the second evaporator in the same cycle as the conventional one, for example, it becomes possible to recover heat from the atmosphere side. As a result, it is possible to achieve the above-mentioned object of being able to meet a predetermined heat demand while maintaining high cycle efficiency.
【００１９】さて、請求項４記載の圧縮式ヒートポンプ
を構成するに際しては、請求項５に記載されているよう
に、前記凝縮器において熱を放出し、液相状態にある作
動媒体の一部を、液相のまま膨張させて圧力低下させる
高圧膨張弁と、前記凝縮器内において熱を放出し、液相
状態にある作動媒体の他部を、気相状態（気相と液相と
の混相状態となる）にまで膨張させる低圧膨張弁とを備
え、前記高圧膨張弁により膨張された作動媒体に吸熱さ
せる前記第一蒸発器と、前記第一蒸発器を出た作動媒体
を圧縮する第一圧縮機を備え、前記低圧膨張弁により膨
張された作動媒体に吸熱させる前記第二蒸発器と、前記
第二蒸発器を出た作動媒体を圧縮する第二圧縮機を備
え、前記第二圧縮機で圧縮された作動媒体を前記第一圧
縮機の吸入口に導く連結路を備えて、これを構成するこ
とができる。。When constructing the compression heat pump according to the fourth aspect, as described in the fifth aspect, heat is released in the condenser and a part of the working medium in the liquid phase state is discharged. , A high-pressure expansion valve that expands the liquid phase to reduce the pressure, and the other part of the working medium that releases heat in the condenser and is in the liquid phase, in a gas phase state (mixed phase of gas phase and liquid phase). A first low pressure expansion valve that expands the working medium expanded by the high pressure expansion valve to absorb heat to the working medium expanded by the high pressure expansion valve; and a first compression that compresses the working medium exiting the first evaporator. A second compressor that includes a compressor, and that has a second evaporator that causes the working medium expanded by the low-pressure expansion valve to absorb heat; and a second compressor that compresses the working medium that exits the second evaporator, the second compressor The working medium compressed by the air to the suction port of the first compressor Comprises a binding path, it is possible to configure this. .
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】実施の形態を図面に基づいて説明
する。本願にあっては、第一実施の形態において、蒸発
器５における作動媒体の状態変化が超臨界領域で起こる
例を示し、第二実施の形態にあっては、作動媒体が非共
沸混合媒体である例を示し、第三実施の形態にあって
は、同一の作動媒体を使用するものにおいて、複数の膨
張装置４を備えるとともに、対応した複数の圧縮段を備
え、複数の熱源から熱回収する例を示す。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments will be described with reference to the drawings. In the present application, an example in which the state change of the working medium in the evaporator 5 occurs in the supercritical region is shown in the first embodiment, and in the second embodiment, the working medium is a non-azeotropic mixed medium. In the third embodiment, the same working medium is used, a plurality of expansion devices 4 are provided, and a plurality of corresponding compression stages are provided, and heat is recovered from a plurality of heat sources. Here is an example.
【００２１】１ 第一実施の形態
この形態における圧縮式ヒートポンプ１の構成例を図１
に、そのサイクルを図２に示した。1 First Embodiment FIG. 1 shows a configuration example of a compression heat pump 1 according to this embodiment.
The cycle is shown in FIG.
【００２２】圧縮式ヒートポンプ１は、良く知られてい
るように、作動媒体が、圧縮機２、凝縮器３、膨張装置
４、蒸発器５を記載順に循環する構成とされており、蒸
発器５において作動媒体が吸熱し、凝縮器３において作
動媒体が熱を放出する。As is well known, the compression heat pump 1 has a structure in which a working medium circulates through a compressor 2, a condenser 3, an expansion device 4 and an evaporator 5 in the order listed, and an evaporator 5 is provided. In, the working medium absorbs heat, and in the condenser 3, the working medium releases heat.
【００２３】ここで、蒸発器５における熱回収の対象と
して、上記したようなプロセス排熱を想定しており、蒸
発器５には対向型熱交換構造が採用される。また、凝縮
器３における加熱対象は、給湯装置６における水であ
り、給湯水の生成に使用される。Here, as the target of heat recovery in the evaporator 5, the above-described process exhaust heat is assumed, and the evaporator 5 employs an opposed heat exchange structure. The object to be heated in the condenser 3 is water in the hot water supply device 6 and is used to generate hot water.
【００２４】作動媒体は、自然冷媒としての二酸化炭素
（ＣＯ2）である。各機器での状態について説明する
と、圧縮機入口温度５０℃付近、圧力５．５ＭＰａ、圧
縮機出口温度９０℃付近、圧力９．０ＭＰａ程度に選択
されており、膨張装置の出口で、その温度３０℃付近、
圧力５．５ＭＰａに選択されている。The working medium is carbon dioxide (CO 2 ) as a natural refrigerant. Explaining the state of each device, the compressor inlet temperature is around 50 ° C., the pressure is 5.5 MPa, the compressor outlet temperature is around 90 ° C., and the pressure is around 9.0 MPa. Around ℃,
The pressure is selected to be 5.5 MPa.
【００２５】従って、蒸発器入口５１で、温度３０℃、
圧力５．５ＭＰａとされ、蒸発器出口５２で、温度５０
℃付近、圧力５．５ＭＰａとなり、この蒸発器５内にお
ける蒸発過程は、等圧条件下での圧縮液から加熱蒸気へ
の変化であり、温度上昇を起こす。Therefore, at the evaporator inlet 51, the temperature of 30 ° C.,
The pressure is set to 5.5 MPa, and the temperature is 50 at the evaporator outlet 52.
The temperature becomes around 5.5 ° C. and the pressure becomes 5.5 MPa, and the evaporation process in the evaporator 5 is a change from the compressed liquid to the heated steam under the isobaric condition, and the temperature rises.
【００２６】結果、冷凍サイクルとしての効率を高く維
持することが可能となっている。As a result, the efficiency of the refrigeration cycle can be maintained high.
【００２７】２ 第二実施の形態
この形態における圧縮式ヒートポンプ１も従来同様に、
図１等に示される構造を採る。そのサイクルを図３に示
した。2 Second Embodiment The compression heat pump 1 in this embodiment is also similar to the conventional one.
The structure shown in FIG. 1 and the like is adopted. The cycle is shown in FIG.
【００２８】この例にあっても、蒸発器５における熱回
収の対象として、上記したようなプロセス排熱を想定し
ている。また、凝縮器３における加熱対象は給湯装置６
における水であり、給湯水の生成に使用される。作動媒
体は、非共沸混合媒体としてのアンモニア−水（ＮＨ3
−Ｈ2Ｏ）である。各機器での状態について説明する
と、圧縮機入口温度３２℃付近、圧力０．５ＭＰａ、圧
縮機出口温度９０℃付近、圧力１ＭＰａ程度に選択され
ており、膨張装置の出口で、その温度１５℃付近、圧力
０．５ＭＰａに選択されている。Also in this example, the process exhaust heat as described above is assumed as the target of heat recovery in the evaporator 5. The heating target in the condenser 3 is the hot water supply device 6
Water used in hot water supply. The working medium is ammonia-water (NH 3 as a non-azeotropic mixture medium).
-H is a 2 O). Explaining the state of each device, the compressor inlet temperature is around 32 ° C, the pressure is 0.5 MPa, the compressor outlet temperature is around 90 ° C, and the pressure is around 1 MPa. At the outlet of the expansion device, the temperature is around 15 ° C. , A pressure of 0.5 MPa is selected.
【００２９】従って、蒸発器入口５１で、温度１５℃、
圧力０．５ＭＰａとされ、蒸発器出口５２で、温度３２
℃付近、圧力０．５ＭＰａとなり、この蒸発器５内にお
ける蒸発過程は、等圧条件下での気液混合状態から加熱
蒸気への変化であり、温度上昇を起こす。図３における
１で示す部位でのアンモニア濃度（アンモニア重量／
（アンモニア＋水重量）％）は、８０重量％程度であ
る。Therefore, at the evaporator inlet 51, the temperature of 15 ° C.
The pressure is set to 0.5 MPa, and the temperature is 32 at the evaporator outlet 52.
The temperature is around 0.5 ° C. and the pressure is 0.5 MPa. The evaporation process in the evaporator 5 is a change from a gas-liquid mixed state to a heated steam under an isobaric condition, which causes a temperature rise. The ammonia concentration (ammonia weight /
(Ammonia + water weight)%) is about 80% by weight.
【００３０】結果、冷凍サイクルとしての効率を高く維
持することが可能となっている。As a result, the efficiency of the refrigeration cycle can be maintained high.
【００３１】３ 第三実施の形態
この形態における圧縮式ヒートポンプ１０の構造を図４
に、そのサイクルを図５に示した。3 Third Embodiment The structure of the compression heat pump 10 in this embodiment is shown in FIG.
The cycle is shown in FIG.
【００３２】この例にあっても、熱回収の対象は、プロ
セス排熱と大気とされ、凝縮器３における加熱対象は給
湯装置６における水であり、給湯水の生成に使用され
る。作動媒体は、自然冷媒としての二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2）である。Also in this example, the heat recovery target is the process exhaust heat and the atmosphere, and the heating target in the condenser 3 is the water in the hot water supply device 6, which is used to generate the hot water supply. The working medium is carbon dioxide (C
O 2 ).
【００３３】圧縮式ヒートポンプ１０の構造を説明す
る。この圧縮式ヒートポンプ１０も、圧縮機２、凝縮器
３、膨張装置４、蒸発器５を備えてサイクルを形成する
ものであるが、圧縮機２が二段で構成され、これら二段
の圧縮機２に対応して、それぞれ膨張装置４、蒸発器５
を別個に備えた媒体路７が独立に設けられていることを
特徴とする。The structure of the compression heat pump 10 will be described. This compression heat pump 10 also includes a compressor 2, a condenser 3, an expansion device 4, and an evaporator 5 to form a cycle, but the compressor 2 is configured in two stages, and these two-stage compressors are used. 2 corresponding to the expansion device 4 and the evaporator 5, respectively.
Is independently provided.
【００３４】凝縮器３に関しては、これまで説明してき
たものと同様であり、作動媒体がこの凝縮器３で凝縮す
るとともに、給湯用の水が加熱される。The condenser 3 is the same as that described above, and the working medium is condensed in the condenser 3 and the water for hot water supply is heated.
【００３５】この凝縮器３の作動媒体の移流方向での下
手は、二路に分岐されており、前記凝縮器３から吐出さ
れる液相状態にある作動媒体の一部を液相のまま圧力低
下させる高圧膨張弁４ａと、前記凝縮器３内において熱
を放出し、液相状態にある作動媒体の他部を、媒体路７
を介して受け入れ気相状態にまで膨張させる低圧膨張弁
４ｂとが備えられている。The lower side of the condenser 3 in the advancing direction of the working medium is branched into two paths, and a part of the working medium discharged from the condenser 3 in the liquid phase is pressurized in the liquid phase. The high pressure expansion valve 4a to be lowered and the other part of the working medium that releases heat in the condenser 3 and is in a liquid phase state are connected to the medium passage 7
And a low pressure expansion valve 4b for expanding to a gas phase state that is received via the.
【００３６】前記高圧膨張弁４ａの下手側には、超臨界
領域で液相から気相に状態変化する第一蒸発器５ａが備
えられている。この蒸発器５ａにあっては、プロセス排
熱が熱源とされている。この第一蒸発器５ａを出た作動
媒体を圧縮する第一圧縮機２ａが備えられており、第一
圧縮機２ａで圧縮された作動媒体が、凝縮器３に送られ
る。A lower side of the high-pressure expansion valve 4a is provided with a first evaporator 5a which changes its state from a liquid phase to a gas phase in a supercritical region. In the evaporator 5a, process waste heat is used as a heat source. A first compressor 2a that compresses the working medium that has exited from the first evaporator 5a is provided, and the working medium that is compressed by the first compressor 2a is sent to the condenser 3.
【００３７】一方、前記低圧膨張弁４ｂにより膨張され
た作動媒体に吸熱させる前記第二蒸発器５ｂが備えられ
ている。この蒸発器５ｂにあっては、大気が熱源とされ
る。この第二蒸発器５ｂを出た作動媒体を圧縮する第二
圧縮機２ｂとを備え、この第二圧縮機２ｂで圧縮された
作動媒体を前記第一圧縮機２ａの吸入口に導く連結路８
が備えられている。On the other hand, the second evaporator 5b for absorbing heat to the working medium expanded by the low pressure expansion valve 4b is provided. In the evaporator 5b, the atmosphere serves as a heat source. A second compressor 2b for compressing the working medium discharged from the second evaporator 5b, and a connecting path 8 for guiding the working medium compressed by the second compressor 2b to the suction port of the first compressor 2a.
Is provided.
【００３８】この構成を採用することにより、サイクル
は図５に示すように、二つのサイクルが複合したものと
なる。この実施の形態において、プロセス排熱からの熱
回収回路は、上記した第一実施の形態の動作条件とほぼ
同様の状態で運転される。一方、大気側の熱回収に関し
ては、上記第二蒸発器５ｂにおける状態は、温度５℃程
度、圧力４ＭＰａ程度とされる。By adopting this structure, the cycle becomes a composite of two cycles as shown in FIG. In this embodiment, the heat recovery circuit from the process exhaust heat is operated under substantially the same operating conditions as those of the above-described first embodiment. On the other hand, regarding the heat recovery on the atmosphere side, the state in the second evaporator 5b is set to a temperature of about 5 ° C. and a pressure of about 4 MPa.
【００３９】この構成を採用することで、高い効率で、
給湯に必要な熱を十分回収して、利用することができ
る。By adopting this structure, high efficiency
The heat required for hot water supply can be sufficiently recovered and used.
【００４０】〔別実施の形態〕
（１） 上記の実施の形態にあっては、第一実施、第三
実施の形態における作動媒体として、二酸化炭素の例を
示したが、本願構成にあっては作動媒体として、エタ
ン、キセノン、亜酸化窒素等も採用できる。
（２） 上記の実施の形態にあっては、第二実施の形態
における作動媒体として、非共沸混合媒体としてのアン
モニア−水の例を示したが、この構成にあっては、メタ
ノール−水等も採用できる。
（３） 上記第三実施の形態にあっては、サイクルを２
系統としたが、圧縮段数がさらに多いものであっても良
い。[Other Embodiments] (1) In the above embodiment, an example of carbon dioxide was shown as the working medium in the first and third embodiments. As a working medium, ethane, xenon, nitrous oxide, etc. can be adopted. (2) In the above embodiment, an example of the non-azeotropic mixed medium of ammonia-water was shown as the working medium in the second embodiment. However, in this configuration, methanol-water is used. Etc. can also be adopted. (3) In the third embodiment, the number of cycles is 2
Although the system is used, the number of compression stages may be further increased.
【図１】第一実施の形態の圧縮式ヒートポンプの構成を
示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a compression heat pump according to a first embodiment.
【図２】第一実施の形態の圧縮式ヒートポンプのサイク
ルを示す図FIG. 2 is a diagram showing a cycle of the compression heat pump according to the first embodiment.
【図３】第二実施の形態の圧縮式ヒートポンプのサイク
ルを示す図FIG. 3 is a diagram showing a cycle of the compression heat pump according to the second embodiment.
【図４】第三実施の形態の圧縮式ヒートポンプの構成を
示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a compression heat pump according to a third embodiment.
【図５】第三実施の形態の圧縮式ヒートポンプのサイク
ルを示す図FIG. 5 is a diagram showing a cycle of the compression heat pump according to the third embodiment.
【図６】従来の圧縮式ヒートポンプのサイクルを示す図FIG. 6 is a diagram showing a cycle of a conventional compression heat pump.
【図７】熱回収において被冷却物の温度低下が起こる状
態のサイクル説明図FIG. 7 is a cycle explanatory diagram of a state in which the temperature of an object to be cooled decreases during heat recovery
１ 圧縮式ヒートポンプ ２ 圧縮機 ２ａ 第一圧縮機 ２ｂ 第二圧縮機 ３ 凝縮器 ４ 膨張装置 ４ａ 高圧膨張弁 ４ｂ 低圧膨張弁 ５ 蒸発器 ５ａ 第一蒸発器 ５ｂ 第二蒸発器 ６ 給湯装置 ７ 媒体路 ８ 連結路 １０ 圧縮式ヒートポンプ 1 compression heat pump 2 compressor 2a First compressor 2b Second compressor 3 condenser 4 Expansion device 4a High pressure expansion valve 4b Low pressure expansion valve 5 evaporator 5a first evaporator 5b Second evaporator 6 water heater 7 medium path 8 connecting roads 10 Compression heat pump
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西垣 雅司 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masashi Nishigaki 4-1-2 Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Within Osaka Gas Co., Ltd.
Claims (6)
置、蒸発器を順に循環する構成で、前記蒸発器において
前記作動媒体が吸熱し、前記凝縮器において前記作動媒
体が熱を放出する圧縮式ヒートポンプであって、 前記蒸発器内の作動媒体圧力が、前記作動媒体の吸熱過
程で温度上昇する圧力に設定されている圧縮式ヒートポ
ンプ。1. A working medium is circulated through a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator in this order, and the working medium absorbs heat in the evaporator and the working medium releases heat in the condenser. A compression heat pump, wherein the working medium pressure in the evaporator is set to a pressure at which the temperature rises during the heat absorption process of the working medium.
超臨界領域で液相から気相に状態変化する請求項１記載
の圧縮式ヒートポンプ。2. The compression heat pump according to claim 1, wherein the working medium changes state from a liquid phase to a vapor phase in a supercritical region in the evaporator.
前記蒸発器内において、前記非共沸混合媒体が液相と気
相との混相状態で状態変化する請求項１記載の圧縮式ヒ
ートポンプ。3. The working medium is a non-azeotropic mixed medium,
The compression heat pump according to claim 1, wherein the state of the non-azeotropic mixed medium changes in a mixed phase of a liquid phase and a gas phase in the evaporator.
置、蒸発器を順に循環する構成で、前記蒸発器において
前記作動媒体が吸熱し、前記凝縮器において前記作動媒
体が熱を放出する圧縮式ヒートポンプであって、 前記作動媒体の一部が、超臨界領域で液相から気相に状
態変化する第一蒸発器と、前記作動媒体の他部が、液相
と気相との混相状態で状態変化する第二蒸発器とを備
え、 前記第一蒸発器において第一熱源から吸熱可能に、前記
第二蒸発器において第二熱源から吸熱可能に構成されて
いる圧縮式ヒートポンプ。4. The working medium is configured to circulate through a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator in this order, and the working medium absorbs heat in the evaporator and the working medium releases heat in the condenser. A compression heat pump, wherein a part of the working medium is a first evaporator that changes state from a liquid phase to a gas phase in a supercritical region, and the other part of the working medium is a mixed phase of a liquid phase and a gas phase. And a second evaporator which changes its state depending on the state, wherein the first evaporator is capable of absorbing heat from the first heat source and the second evaporator is capable of absorbing heat from the second heat source.
態にある作動媒体の一部を、液相のまま圧力低下させる
高圧膨張弁と、 前記凝縮器において熱を放出し、液相状態にある作動媒
体の他部を、気相状態にまで膨張させる低圧膨張弁とを
備え、 前記高圧膨張弁により膨張された作動媒体に吸熱させる
前記第一蒸発器と、前記第一蒸発器を出た作動媒体を圧
縮する第一圧縮機とを備え、 前記低圧膨張弁により膨張された作動媒体に吸熱させる
前記第二蒸発器と、前記第二蒸発器を出た作動媒体を圧
縮する第二圧縮機とを備え、 前記第二圧縮機で圧縮された作動媒体を前記第一圧縮機
の吸入口に導く連結路を備えた請求項４記載の圧縮式ヒ
ートポンプ。5. A high-pressure expansion valve that releases heat in the condenser to lower the pressure of a part of the working medium in the liquid phase in the liquid phase, and heat in the condenser to release the heat in the liquid phase. A second low pressure expansion valve that expands the other part of the working medium to a gas phase state, and outputs the first evaporator and the first evaporator that cause the working medium expanded by the high pressure expansion valve to absorb heat. A second compressor for compressing the working medium, the second evaporator causing the working medium expanded by the low-pressure expansion valve to absorb heat, and the second compression for compressing the working medium exiting the second evaporator. 5. A compression heat pump according to claim 4, further comprising a machine, and a connection path for guiding the working medium compressed by the second compressor to an intake port of the first compressor.
式ヒートポンプに備えられる凝縮器において、水を加熱
して湯を得る給湯装置。6. A hot water supply device for heating water to obtain hot water in the condenser provided in the compression heat pump according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002063969A JP2003262414A (en) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | Compression type heat pump and hot water feeder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002063969A JP2003262414A (en) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | Compression type heat pump and hot water feeder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003262414A true JP2003262414A (en) | 2003-09-19 |
Family
ID=29196983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002063969A Pending JP2003262414A (en) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | Compression type heat pump and hot water feeder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003262414A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1441185A3 (en) * | 2003-01-16 | 2004-10-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Refrigerator |
| KR20120132035A (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-05 | 대우조선해양 주식회사 | Dual Heat Pump System Using Chiller |
| CN104807184A (en) * | 2015-04-27 | 2015-07-29 | 西安交通大学 | Two-stage compression heat pump water heater system and work method thereof |
| JP2016524120A (en) * | 2013-07-09 | 2016-08-12 | ピー．ティー．イー． | Energy saving method |
-
2002
- 2002-03-08 JP JP2002063969A patent/JP2003262414A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1441185A3 (en) * | 2003-01-16 | 2004-10-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Refrigerator |
| US7024879B2 (en) | 2003-01-16 | 2006-04-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Refrigerator |
| KR20120132035A (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-05 | 대우조선해양 주식회사 | Dual Heat Pump System Using Chiller |
| JP2016524120A (en) * | 2013-07-09 | 2016-08-12 | ピー．ティー．イー． | Energy saving method |
| CN104807184A (en) * | 2015-04-27 | 2015-07-29 | 西安交通大学 | Two-stage compression heat pump water heater system and work method thereof |
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