JP2015178946A - Combined-cycle heat pump device - Google Patents
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Description
本発明は、逆カルノーサイクルの第1サイクルとカルノーサイクルの第2サイクルとからなる複合サイクルを用いて、第1サイクルの膨張弁の替わりに膨張機を取り付け、第1サイクルの膨張弁で行われている減圧過程の絞り損失を第2サイクルの冷媒ポンプの駆動力の補助として活用し、第2サイクルの膨張機を通過しまだ温度の高い冷媒と第1サイクルの膨張機を通過し減圧、低温となった冷媒を熱交換器によって昇温し第1サイクルの圧縮機に必要な駆動力を低減させ、かつ、第1サイクルの圧縮機により高温となった冷媒との熱交換により作られた高温水との熱交換、および冷媒ポンプにより高温、高圧となった第2サイクルの冷媒による膨張機の駆動力により、発電も行う複合ヒートポンプ装置に関するものである。The present invention is carried out with an expansion valve of the first cycle by using an integrated cycle consisting of a first cycle of the reverse Carnot cycle and a second cycle of the Carnot cycle, with an expander attached instead of the expansion valve of the first cycle. The squeezing loss in the decompression process is used as an auxiliary to the driving force of the refrigerant pump in the second cycle, and it passes through the second cycle expander and passes through the still higher temperature refrigerant and the first cycle expander to reduce the pressure The high temperature generated by heat exchange with the refrigerant that has been heated by the heat exchanger to reduce the driving force required for the compressor of the first cycle and that has become hot by the compressor of the first cycle The present invention relates to a composite heat pump device that also generates electricity by heat exchange with water and driving force of an expander by a second cycle refrigerant that has become high temperature and high pressure by a refrigerant pump.
従来、逆カルノーサイクルを原理としたヒートポンプ装置の案は、多数存在し、将来の低炭素社会への有力な手段となっている。Conventionally, there have been many proposals for a heat pump apparatus based on the reverse Carnot cycle, which has become an effective means for a future low-carbon society.
近年、日本におけるヒートポンプ装置の普及は順調に拡大し、世界をリードするに至っている。In recent years, the spread of heat pump devices in Japan has steadily expanded, leading to the world.
こういった環境においてヒートポンプの更なる性能向上の社会的な意義は計りしれない。
本発明は、逆カルノーサイクルの第1サイクルとカルノーサイクルの第2サイクルとからなる複合サイクルを用いて、第1サイクルの膨張弁の替わりに膨張機を取り付け、第1サイクルの膨張弁で行われている減圧過程の絞り損失を第2サイクルの冷媒ポンプの駆動力の補助として活用し、第2サイクルの膨張機を通過しまだ温度の高い冷媒と第1サイクルの膨張機を通過し減圧、低温となった冷媒を熱交換器によって昇温し第1サイクルの圧縮機に必要な駆動力を低減させ、かつ、第1サイクルの圧縮機により高温となった冷媒との熱交換により作られた高温水との熱交換、および冷媒ポンプにより高温、高圧となった第2サイクルの冷媒による膨張機の駆動力により、発電も行う複合ヒートポンプ装置である。 The present invention is carried out with an expansion valve of the first cycle by using an integrated cycle consisting of a first cycle of the reverse Carnot cycle and a second cycle of the Carnot cycle, with an expander attached instead of the expansion valve of the first cycle. The squeezing loss in the decompression process is used as an auxiliary to the driving force of the refrigerant pump in the second cycle, and it passes through the second cycle expander and passes through the still higher temperature refrigerant and the first cycle expander to reduce the pressure The high temperature generated by heat exchange with the refrigerant that has been heated by the heat exchanger to reduce the driving force required for the compressor of the first cycle and that has become hot by the compressor of the first cycle It is a composite heat pump device that also generates electricity by heat exchange with water and the driving force of the expander by the second cycle refrigerant that has become high temperature and high pressure by the refrigerant pump.
現在、逆カルノーサイクルを原理としたヒートポンプ装置は、将来の低炭素社会への有力な切り札となっている。また、日本におけるヒートポンプ装置の普及は順調に拡大し、世界をリードするに至っている。こういった環境においてヒートポンプの更なる性能向上が求められている。Currently, the heat pump system based on the reverse Carnot cycle is a powerful trump card for the future low-carbon society. In addition, the spread of heat pump devices in Japan has been steadily expanding, leading to the world. In such an environment, further improvement in the performance of the heat pump is required.
前記課題を解決するためには、現在の逆カルノーサイクルを原理としたヒートポンプ装置の基本的な効率向上を検討する必要がある。本発明は複合サイクルを用いて、現在の逆カルノーサイクルにおいて膨張弁で行われている減圧過程の絞り損失を膨張機を用いる事により第2サイクルの冷媒ポンプの駆動力の補助として活用し、第2サイクルの膨張機を通過しまだ温度の高い冷媒と第1サイクルの膨張機を通過し減圧、低温となった冷媒を熱交換器によって昇温し第1サイクルの圧縮機に必要な駆動力を低減させ、かつ、第1サイクルの圧縮機により高温となった冷媒との熱交換により作られた高温水との熱交換、および冷媒ポンプにより高温、高圧となった第2サイクルの冷媒による膨張機の駆動力により、発電も行う事により、大幅な効率向上を行う。In order to solve the above-mentioned problem, it is necessary to study the basic efficiency improvement of the heat pump device based on the current reverse Carnot cycle. The present invention uses a combined cycle to utilize the expansion loss in the decompression process performed at the expansion valve in the current reverse Carnot cycle as an aid to the driving force of the refrigerant pump in the second cycle. The refrigerant that has passed through the two-cycle expander and still has a high temperature and the refrigerant that has passed through the first-cycle expander and has been depressurized and cooled to a low temperature is heated by a heat exchanger to provide the necessary driving force for the first-cycle compressor. Reduced and heat exchanger with high-temperature water produced by heat exchange with the refrigerant having a high temperature by the compressor of the first cycle, and the expander by the refrigerant of the second cycle having a high temperature and high pressure by the refrigerant pump By generating power with this driving force, the efficiency is greatly improved.
本発明は複合サイクルとしてカルノーサイクルと組み合わせる事により、現在の逆カルノーサイクルにおいて膨張弁で行われている減圧過程の絞りの損失を有効に回収し、かつカルノーサイクルにより発電する事により大幅な性能向上を行える可能性がある。The present invention is combined with the Carnot cycle as a combined cycle, effectively recovering the loss of throttling in the decompression process performed by the expansion valve in the current reverse Carnot cycle, and greatly improving performance by generating electricity by the Carnot cycle May be possible.
以下、本発明による複合サイクルヒートポンプ装置を 図1、に示す全体の構成図に基づいて説明する。Hereinafter, a combined cycle heat pump apparatus according to the present invention will be described with reference to an overall configuration diagram shown in FIG.
図1、において第1サイクルの圧縮機1は外部駆動機19により駆動される。圧縮され高温、高圧となった冷媒は冷媒配管9を経て凝縮器3に流入し低温となり排出され冷媒配管10を経て膨張機2に入るIn FIG. 1, the compressor 1 of the first cycle is driven by an
図1、において第1サイクルの膨張機2に流入した冷媒は膨張し低圧となり膨張機2の駆動力を発生させ第2サイクルの冷媒ポンプの駆動6を補助する。In FIG. 1, the refrigerant that has flowed into the
図1、において膨張機2により膨張し低圧となった冷媒は冷媒配管11を経て熱交換器4に入り、第2サイクルの膨張機7を通過しまだ温度の高い冷媒と熱交換し昇温し冷媒配管12を経て圧縮機1に戻り圧縮に必要な駆動力を低減させる。In FIG. 1, the refrigerant that has been expanded by the
図1、において第1サイクルの凝縮器3により高温となった高温水は第2サイクルの熱交換器8に流入し第2サイクルの冷媒を昇温し排出され冷媒配管15を経て膨張機7に入る。In FIG. 1, the high-temperature water heated to high temperature by the condenser 3 in the first cycle flows into the
図1、において第2サイクルの膨張機7に流入した冷媒は膨張し低圧となり膨張機7の駆動力を発生させ発電機22により発電をする。In FIG. 1, the refrigerant that has flowed into the
図1、において膨張機7により膨張し低圧となった冷媒は冷媒配管18を経て熱交換器4に入り、第1サイクルの膨張機を通過し減圧、低温となった冷媒を昇温し冷媒配管17を経て冷媒ポンプ6に戻る。In FIG. 1, the refrigerant expanded by the
図1、において貯湯タンク20から冷水がポンプ5により配管13を経て凝縮器3に流入し第1サイクルの高温となった冷媒により昇温され流出し、第2サイクルの熱交換機8に入り、配管14を経て貯湯タンク20に戻る。In FIG. 1, cold water flows from a hot
図1、第1サイクルの膨張機2と第2サイクルの冷媒ポンプ6は等速または変速機21で連結されている1, the first cycle expander 2 and the second
1・・・第1サイクルの圧縮機、2・・・第1サイクルの膨張機、3・・・凝縮器、4・・・熱交換器、5・・・ポンプ、6・・・冷媒ポンプ、7・・・第2サイクルの膨張機、8・・・第2サイクルの熱交換器、9、10、11、12・・・第1サイクルの冷媒配管、13、14・・・紿水配管、15、16、17、18・・・第2サイクルの冷媒配管、19・・・駆動機、20・・・貯湯タンク、21・・・変速機、22・・・発電機DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st cycle compressor, 2 ... 1st cycle expander, 3 ... Condenser, 4 ... Heat exchanger, 5 ... Pump, 6 ... Refrigerant pump, 7 ... second cycle expander, 8 ... second cycle heat exchanger, 9, 10, 11, 12 ... first cycle refrigerant piping, 13, 14 ... flooded piping, 15, 16, 17, 18 ... second cycle refrigerant piping, 19 ... drive unit, 20 ... hot water storage tank, 21 ... transmission, 22 ... generator
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JP2014078188A JP2015178946A (en) | 2014-03-18 | 2014-03-18 | Combined-cycle heat pump device |
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KR20190049725A (en) * | 2016-08-15 | 2019-05-09 | 퓨처베이 리미티드 | Thermodynamic cycle apparatus and method |
CN110530058A (en) * | 2018-05-20 | 2019-12-03 | 李华玉 | Combined cycle heat pump assembly |
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KR102263742B1 (en) | 2016-08-15 | 2021-06-10 | 퓨처베이 리미티드 | Thermodynamic cycle apparatus and method |
CN110530058A (en) * | 2018-05-20 | 2019-12-03 | 李华玉 | Combined cycle heat pump assembly |
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