JPH0621722B2 - スーパーヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はスーパーヒートポンプに使用する圧縮機に係
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近時、電力の負荷平準化の手段として夜間余剰電力を使
用して、エネルギを高効率、高密度に増倍して貯蔵して
おき、昼間のエネルギ必要時に温度または冷熱として取
出し大型ビルの空調、大規模地域冷暖房、各種産業プロ
セスにおける加熱等の大規模熱源として利用することが
行われている。

上記のような手段において、スーパーヒートポンプが使
用され、近年その開発がさかんに進められている。第４
図は従来のスーパーヒートポンプのサイクルを示す図で
ある。このヒートポンプは、単一成分の作動媒体を使用
し乍ら熱源流体との熱交換時に非可逆的なエネルギ損失
を抑制することができる構成のものであり、以下に説明
する構造の高温サイクル部１と低温サイクル部２を有す
る。高温サイクル部１はモータ３に駆動され作動媒体を
圧縮する圧縮機４と、この圧縮機４の圧縮の各段階から
抽気する複数の抽気管５a 〜５d によりその各独立した
熱交換室を連通された凝縮器６と、この凝縮器の独立し
た熱交換室に連通し高温熱流体１６と高温熱交換された
作動媒体を膨脹させる膨脹器７a 〜７d と、膨脹器を出
た作動媒体を一括してカスケード熱交換器８を通過させ
これを圧縮機４の吸込口に導く配管９とを具え、閉ルー
プを構成している。

一方低温サイクル部２は、モータ１０に駆動され作動媒
体を圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機の吐出口に連な
りカスケード熱交換器８、膨脹器１２を経由して作動媒
体を蒸発器１３に導く配管１４と、蒸発器で低温熱媒体
１７と低温熱交換された作動媒体を圧縮機１１の吸込口
に導く配管１５とを具え、閉ループを構成している。な
お、図中１６は高温熱流体、１７は低温熱流体をそれぞ
れ示す。

上記のような構成のスーパーヒートポンプにおいては、
作動効率の高い圧縮機を設計することが最も大切なこと
の一つであるのに対し、従来の圧縮機は一体型であり、
圧縮途中の段階で作動媒体を抽出する等の複雑な構成と
なつているため、高効率の圧縮機とすることは困難であ
つた。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に基きなされたもので、著しく作動
効率の高いスーパーヒートポンプ用圧縮機を得ることを
目的としている。

［発明の概要］ 本発明のスーパーヒートポンプ装置は、第１の閉回路内
部に封入された作動媒体を圧縮する第１の圧縮機と、前
記作動媒体を凝縮する独立した複数の熱交換室を有する
凝縮器と、第２の閉回路内部に封入された作動媒体を圧
縮する第２の圧縮機と、この第２の圧縮機により圧縮さ
れた作動媒体を蒸発させる独立した複数の熱交換室を有
する蒸発器とをそなえるスーパーヒートポンプ装置であ
って、少なくとも前記第１の圧縮機及び第２の圧縮機の
いずれか一方は、複数の単位遠心圧縮機を組合せて同一
軸で連結し、かつその内の１機は両吸込型単位遠心圧縮
機で構成される多段圧縮機であり、各段の単位圧縮機の
吐出口または吸込口を各段毎に抽気管または配管により
前記凝縮器または蒸発器の独立した熱交換室のそれぞれ
に対応させて連通させ、かつ各段の単位遠心圧縮機の吐
出口または吸込口はそれぞれ次段の吸込口または吐出口
に連通させたことを特徴とする。

［発明の実施例］ 第４図と同一部分には同一符号を付し第１図は、本発明
一実施例を使用したスーパーヒートポンプ装置のサイク
ルを示す。このスーパーヒートポンプにおいては、本発
明の圧縮機は高温サイクル部１で使用されている。すな
わち、両吸込型単位遠心圧縮機４a 、４b 、４c 、片吸
込型単位遠心圧縮機４d を同一軸に連結して高温サイク
ル部１の多段圧縮機４を構成している。各単位遠心圧縮
機４a 〜４d の吐出口はそれぞれ抽気管５a 〜５d によ
つて凝縮器６の各独立した熱交換室に連通されている。
さらに、１段目の単位遠心圧縮機４a から３段目の単位
遠心圧縮機4c までの吐出口は、それぞれ次段の単位遠
心圧縮機の吸込口に連通されている。また、各抽気管５
a 〜５d の各圧縮機吐出口近傍の位置には流量調整弁１
８a 〜１８d がそれぞれ設けてある。また、膨脹器７a
〜７d を通過した作動媒体は一括してカスケード熱交換
器８を経由し、１段目の単位遠心圧縮機４a の吸気口に
戻される。低温サイクル部２の構成は第４図と同様であ
る。

上記から明らかなように、本発明の圧縮機は複数の単位
遠心圧縮機を同一の軸によって連結駆動しており、各単
位遠心圧縮機の吐出口から作動媒体の抽気を行い、また
は次段の単位遠心圧縮機への供給を行っているので、圧
縮機の圧縮中途での抽気、次段への供給をなくすことが
でき、圧縮機設計に関し不確定要因の多い計算過程を必
要とせず、高精度で高効率の圧縮機を設計することがで
きる。また、単位遠心圧縮機を多段にして圧縮機が構成
されているにも係わらず、前記のようにしてあるので、
各段連成して考える必要はなく段毎に独立して説明する
ことができるため、計算精度を低下させることなくスピ
ーデイな設計をすることが可能である。

第４図、第１図と同一部分には同一符号を付した第２図
は本発明の他の実施例を示す。この実施例では片吸込型
の単位遠心圧縮機を第１図の実施例の片吸込型遠心圧縮
機５d のほかに、同５e が吸込口が互いに反対側となる
ようにして付加されている。この実施例においては、運
転中軸に作用するスラスト力の制御が可能である。

前記各図と同一部分には同一符号を付した第３図は本発
明の圧縮機を使用したスーパーヒートポンプの他の例の
サイクルを示す。この図において、高温サイクル部１の
構成は第１図と全く同様であり、低温サイクル部２の圧
縮機が第１の圧縮機４と同様に単位遠心圧縮機１１a 〜
１１d を多段にして構成した多段圧縮機１１とされてい
る。各単位遠心圧縮機１１a 〜１１d の吸込側は配管１
５a 〜１５d によつてそれぞれ蒸発器１３の出口側に連
通され、単位遠心圧縮機１１d から同１１d までの吐出
口は順に次段の単位遠心圧縮機の吸込口に連通され、最
終段の単位遠心圧縮機１１a の吐出口は配管１４を介し
て、蒸発器１３の独立した熱交換室に連通する膨脹器１
２a 〜１２d に接続される。蒸発器１３の独立した熱交
換室で低温熱流体１７と低温熱交換した作動媒体は、各
熱交換室に設けた圧力レベルの異る圧力ポートから配管
１５a 〜１５d により、対応する圧力の単位遠心圧縮機
の圧縮機吸込口に導かれる。

なお、本発明の圧縮機は例示の使用態様に限定されるこ
となく、高温サイクル部には従来の圧縮機を使用し、低
温サイクル部にのみ本発明の圧縮機を使用することも可
能である。

［発明の効果］ 本発明の圧縮機は同一軸に連結した単位遠心圧縮機によ
り構成した多段圧縮機であるから、各単位遠心圧縮機の
吐出口から目的に応じた圧力レベルの作動媒体を容易に
抽気することができ、圧縮機の圧縮中途で抽気する必要
がないため、不確定要因の多い複雑な計算過程をとらな
くてもよく、精度のよい圧縮機設計が可能となり、従つ
て高効率の圧縮機の設計が可能となる。また、前記の構
成を有するものであるから、設計に際して各段連成して
考える必要はなく、各段独立に設計することができるの
で、精度を低下させることなく設計の簡便化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧縮機を使用したスーパーヒートポン
プのサイクルを示す図、第２図は本発明の他の実施例の
要部の模式図、第３図はの本発明の圧縮機を使用したス
ーパーヒートポンプの他の例のサイクルを示す図、第４
図は従来のスーパーヒートポンプのサイクルを示す図で
ある。 １……高温サイクル部、２……低温サイクル部、４、１
１……圧縮機、４a 〜４d ……単位遠心圧縮機、６……
凝縮器、７a 〜７d 、１２……膨脹器、８……カスケー
ド熱交換器、１３……蒸発器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の閉回路内部に封入された作動媒体を
   圧縮する第１の圧縮機と、前記作動媒体を凝縮する独立
   した複数の熱交換室を有する凝縮器と、第２の閉回路内
   部に封入された作動媒体を圧縮する第２の圧縮機と、こ
   の第２の圧縮機により圧縮された作動媒体を蒸発させる
   独立した複数の熱交換室を有する蒸発器とをそなえるス
   ーパーヒートポンプ装置であって、 少なくとも前記第１の圧縮機及び第２の圧縮機のいずれ
   か一方は、複数の単位遠心圧縮機を組合せて同一軸で連
   結し、かつその内の１機は両吸込型単位遠心圧縮機で構
   成される多段圧縮機であり、各段の単位圧縮機の吐出口
   または吸込口を各段毎に抽気管または配管により前記凝
   縮器または蒸発器の独立した熱交換室のそれぞれに対応
   させて連通させ、かつ各段の単位遠心圧縮機の吐出口ま
   たは吸込口はそれぞれ次段の吸込口または吐出口に連通
   させたことを特徴とするスーパーヒートポンプ装置。