JPS59183271A - 圧縮型ヒ−トポンプ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧縮型ヒートポンプ１将に同転式の新型ヒー
トポンプに関するものである。

圧縮型ヒートポンプは、それら孕工業上の目的のために
または家庭用暖房装置として有効利用する点に向けてこ
こ叔十年の間に発達した。従来の加熱装置時に旧、ガス
゛または固形燃料により燃焼されるウォータ？イラと比
較して、ヒートポンプは高価であり厄介でおる。しかし
ながら、それらの作動は多くの他の従来の暖房装置より
も一層経済的でもあり、従って改良された一触小型の設
計のポンプが求められ続けている。

この発明の主な目的は、非常に小型に設計し得る新型の
ヒートポンプ會提供することである。

この発明によれば、少なくともエバポレータ、コンプレ
ッサおよびコンデンサ上宿し、少なくとも１つの前記構
成要素（コンプレッサを除く）が１つまたはそれ以上の
回転可能な板、好ましくは、軸方向に離隔された平行で
回転可能な多数の板の形であり、そしてこれらの板ｒ介
して熱伝達が行なわれることを特許とする圧縮型ヒート
ポンプが徒供される。

ヒートポンプの前記構成要素の各々すなわちエバポレー
タおよびコンデンサが１つまたは多数の回転可能な板の
形であり、そしてこれらの板會介して熱伝達が行なわれ
るならば、特に有利でるる。

この発明によって、あらゆる構成要素が小型設計の単一
の軸に取付けられ、しかも単一の回転動力源により駆動
される圧縮型ヒートポンｆを設計することが可能となっ
た。

従って、特に好ましい型においてこの発明による回転圧
縮型ヒートポンプは、 （ａ）　　エバポレータを有し、これはエバポレータと
共に回転する回転軸に取付けられかつ少なくとも１つの
板全備え、その板の第７の面を横切って周囲流体熱源が
流れ、また第コの面を横切って凝縮しｆｃ作動流体が流
れてそこから蒸発することができ、 Φ）　コンデンサ會Ｍ　し、これはエバポレータと共に
回転する前記回転軸に取付けられかつ少なくとも１つの
板ｋｍえ、その板の第１の面ヲ佃切って圧力下の蒸発し
た作動流体が流れ、また第２の面會償切って被加熱媒体
が流れることができ、 （Ｃ）　　コンプレッサを有し、これは前記回転軸の周
りに取付けられてそれにより駆動されるようにされ、そ
して蒸発した作動流体音エバポレータから受けてそれ會
コンデンサに圧送することができ、 （ｄ）　　コンデンサ内の圧力全上昇レベルに維持する
流れ制限弁を有し、さらに （ｅ）　　前記回転軸を回転させる駆動装置を有してい
る。

この発明による圧縮型ヒートポンプに使用される板は代
表的には円板または環状板の形である。

作動流体の蒸気はコンデンサ内の板の面を越えて流れか
つその面上で凝縮するが、その板の面は連続液体フィル
ムを形成するように設計された面を有している。好まし
くは板の面は、（ａ）作動流体の蒸気の凝縮が滴下式に
行なわれるようにして、またΦ）その湿潤性がいかなる
連続的な安定した液体フィルムの形成もなくすよう減少
されるようにして処理される。こ９した処理には、板の
面上に特に適当なシリコーンまたはポリテトラフルオロ
チレ／被ｊｅｔｋ施すことが必要である。

液体作動流体はエバポレータ内の板の面を越えて流れか
つそこから蒸発することになるが、前自己板の面は有利
には、その上に形成される連続した液体フィルムを維持
するのを助けるように処理されることができる。このよ
うな処理はたとえはエツチングのよりな化学的処理かま
たはたとえば砂吹きのような物理的処理であり、そして
一般にはこうした処理は板の狭面ケ全体的に細かい粗さ
に仕上りる目的で行なわれる。

この９６明による圧庵型ヒートボンゾに用いられた板の
厚さは構造体の材料、行なわれるべき特定の蒸発または
凝縮、および選択された表面特性のｈり悪に応じて、た
いたい０．　／　ｍｍ　−ｙ　ｊ　ｒｔａｎの間である
、板の厚さは変化する（これは明らかにある表面特性の
プレｊ虎と共に変化する）が、一般にはそれらの特性と
は無関係である。認められることは、板の厚さが作動粂
ｒ４−のもとて必要な剛性を得るのに十分であるが、１
つの白からもう１つの面への大きな熱流束ケ可能にする
ほど薄いことである。代表的には、板の厚さは０．２ｊ
ｒｔａｎ〜八コ！ｔｒａｓの間である。

この発明による回転圧網６型ヒートポンゾに用いられた
板の外径は代表的には／Ｑｙｐｇ〜ｊ常の範囲、好まし
くはｊ　Ｏｍ−／　００ｃｔｎの間であジ５、また板が
環状板の形である場合には、その内径は代表的には！偽
〜／ｍの範囲である。

この発明によるヒートポンプの構成要素が多数の板上宿
する場合には、それらは共通軸線にそって実質的に互い
に平行に取付けられ、そしてその軸線の周りに回転する
ことができ、また狭いノ１ｈ路ケ形成するように互いに
近接して配置されている。

好ましくは、瞬接する板の間の通路の平均軸方向深さＦ
ｉＯ，！　Ｍ−／　０■、一層好ましくはλ朋〜３咽の
間である。

この発明による回転圧＃１６型ヒートポンプに使用され
た板は、ヒートポンプの作動時に受けるいかなる応力に
も耐え得る適当な熱伝導材料で作られている。適当な材
料の例としては、特に軟鋼、ステンレス鋼、銅およびア
ルミニウムｔ−ｆけることができる。

作動中、板は虚力の加速度「Ｐ」よりも大きな、回転軸
線に関して半径方向に測された平均加速度によっていか
なる液体ｒも受けるような速度で回転される。選択され
る特定値は板の寸法、板を貫通する熱のＵｉｃれ、およ
び入熱と板上で処理されるべき液体量との両方によるヒ
ートポンプの所望容量のような安累に左右される。加速
度はだいたいｊ−１０００ｆ／、特ｔｇ−ｓ　ｏ　〜７
　ｓ　ｏ　ｔ、　−１ｍ好ましくはｔｏｏ−ｔｏｏｙの
範囲内にある。

一般に、１川上で液体を支持する板が回転する場合には
、遠心力の作用はその液体ｔはぼ回転軸線から離れる方
間に移動させる傾向にある。従って、この発明によるヒ
ートポンプのエバポレータ内の板から蒸発すべき液体は
その回転細繊に隣接した板に対してたとえは板の中心に
回けて供給されるのが好都合である。この発明のヒート
ポンプのコンデンザ内に配置された板の面で凝縮作用に
より形成される液体は半径方向外方に流れ、その周囲に
隣１なして排出される。エバポレータ内の板の面から発
生する蒸気は板の周囲の軸線に隣接して排出することか
でさる。

代表的には、この発明による回転型ヒートポンプに用い
られる駆動装置は電動モータにより駆動される。ベルト
である。しかしながら、他の駆動装置たとえは回転装置
の分野では既知の、電動モータからの直接駆動装置ｒ使
用することができる。

この発明による回転圧縮型ヒートポンプに使用されるコ
ンプレッサは、蒸気【圧縮するのに用いられる適当な容
量のいかなるコンプレッサでもよいが、このコンプレッ
サには歯車ポンプ型のものが好都合である。

この発明によるヒートポンプで使用するのに適当な作動
流体は、圧縮型ヒートポンプの分野では既に知られてい
るものであり侍る。好ましい作動流体は冷媒としては周
知のクロロフルオロノ１イドロカーボン、たとえはモノ
クロロテトラフルオロエタン、トリクロロフルオロメタ
ンおよび／、２、．２−　）　ＩＪ　クロロ−／、／、
、２−トリフルオロエタンでるる冷媒／２１／−である
。

作動流体の性質によって認められることは、コンプレッ
サ内の作動流体蒸気の凝縮？避けるために、しばしば蒸
気は過熱した状態でエバボレータから排出されることで
ある。

エバポレータに供＃される周囲流体熱源はたとえは河川
や池−または好ましくは空気から得られる水であり得る
。

この発明による回転圧縮型ヒートポンプのコンデンサ内
で熱を吸収することによって加熱される媒体は液体、た
とえば水、好ましくは無箒ガス。

一層好ましくは空気であり得る。

認められることは、周囲流体熱源および被加熱媒体の両
方が空気である場合には、この発明によるヒートポンプ
はその作動形態が逆になり、ある時はヒートポンプとし
て、またある時は家庭用冷房機器における空気調和型冷
却ユニットとして作動するように設計されていることで
ある。

この発明を一層良く理解できるようにするため、次に添
付図面を参照してこの発明を特定の実施例の構造および
作動について詳細に説明する。

まず第１図を参照すれば、クロロフルオロハイドロカー
ボン冷媒のような作動流体はコンプレッサＰによって、
コンデンサ０．適当な弁ＶおよびエバポレータＥのＪ＠
にそのシステム内を循環される。エバポレータＥにおい
て、作動流体は管線６内を流れる周囲熱源の流れと熱交
換することで蒸発する。蒸気は管線／′１に通ってコン
プレッサＰに供給され、そのコンプレッサＰ内で圧力が
増大される。コンプレッサＰからの蒸気は管線コを経て
コンデンサＣに送られ、そこで管線３内を流れる被加熱
媒体に熱を奪われて液体に凝縮される。最後に液体は管
＃！ｉ！グ、膨張弁Ｖおよび管線ｊを経てエバポレータ
Ｅに戻される。

容易にわかるように、ヒートポンプに対する入熱はエバ
ポレータＥにおいて周囲流体から取出される低品位熱で
ある。出熱はコンデンサＣ内で被加熱媒体によって取出
されたものでめる。

第２図に概略的に示されたこの発明によるヒートポンプ
の実施例は第７図の構成要素をＮＬ、これらはポンプと
共に回転する軸に文字Ｓの箇所で図示順序で取付けられ
ている。この図では、第１図のものに対応する部分は同
じ符号や文字を用いて示されている。明らかなように、
流体がヒートポンプを流れる順序は本質的に第１図と同
じであるが、構成要素を回転軸に近接して並置すること
Ｋより、第１図から明らかなものよりも一層小型のユニ
ットの組立体を得ることが可能となる。第２図における
管線６は周囲空気をエノくボレータＥ′に案内する通路
である。第２図の管線３は被加熱液体媒体が回転圧縮型
ヒートポンプを通過する際に通る通路である。

ガス状被加熱媒体を用いたこの発明によるヒートポンプ
は第３図の縦断面図に示されており、この図でも回転軸
線は文字Ｓで示されている。理解を容易にするため、第
１，２図について既に説明した機能を行なうヒートポン
プロータの部分、すなわちコンデンサ、コンプレッサお
よびエバポレータはそれぞれ文字０．ＰおよびＥで示さ
れている。

次に第３．弘図を参照すれば、図示ヒートポンプは軸線
Ｓの周りに対称であり、王として形状の　　　　□異な
る一連の組合せ円板および環状板で形成されている。円
板および環状板は漠板金を打抜いて形成することができ
、またヒートポンプは円板および環状板を管状導管７の
周りに適当な順序で積重ねることで組立てられることが
でき、前記導管７は構造体に対する鵬方向支持部を形成
している。

ヒートポンプは作動中導管７を駆動することによって回
転される。周囲空気は開口部ざがらエバ士し−クＥ内に
吸引され、環状空気通路りを経て半径方向外方に供給さ
れるが、前記通路りにはフィンＩＯを数句け、空気から
隣接した環状板への熱の伝達４助ける。ｒ、うにするの
が有利である。各対の空気通路り、りの間には一対の環
状板／ｌが配置されている。

板／、２．／３は半径方向通路を形成し、この通路を経
て液体作動流体がマニホルド／グに供給され、そしてそ
こからボート／ｊｆ経て対になった板／／により形成さ
れた半径方向通路／６へ送られる。これらの通路／６は
エバポレータの構造体全体を支持する分離器板／７全備
えている。板ｌ／を貫通する液体作動流体は通路り内の
空気から熱を吸収することによって蒸気に変換され、こ
の蒸気はロータの外周に隣接した通路／Ｊ’内へ半径方
向外方に流れ、そこからコンプレッサＰに流れる。

コンプレッサＰから、蒸気作動流体は通路／りを経てコ
ンデンサＣに圧送される。エバポレータＥと同様な構造
体のものであるコンデンサＣでは、圧縮された蒸気は対
になった板２０により形成されかつ支持板を備える半径
方向通路２２′ｆ：、通って半径方向外方に流れる。対
になった板の間に形成された、被加熱ガス状媒体たとえ
ば空気用通路、２／にはフィンが取付けられている。通
路コ２内の蒸気は、板−〇から被加熱ガス状媒体１代表
的には空気へ逃げる熱の損失によって板λＯの面上で液
体作動流体を形成するように凝縮するが、前記被加熱ガ
ス状媒体は開ロ部コ！ヲ経てヒートポンプに進入し、そ
して通路２１内を半径方向外方に流れる。液体作動流体
はロータの周囲に隣接した通路２３内に集められ、そし
て絞ジ弁（図示されていない）および軸方向通路λμヲ
経て、板／、２゜／３により形成された半径方向通路へ
戻される。

被加熱媒体に液体を用いたこの発明によるヒートポンプ
は第！図の縦断面図で示され、ここでも回転軸線は文字
Ｓで示されている。第！、を図では、第３．４を図のも
のに対応する部分は同じ符号および文字を用いて示され
ている。

次に第ｊ、６図を参照すれば％第を図のエバポレータＥ
およびコンプレッサＰは第３図に示されたエバポレータ
およびコンプレッサと同じ構成および作動形態を有して
いる。コンプレッサＰから、蒸気作動流体は通路／９ｆ
経てコンデンサＣに移送される。コンデンサＣでは、蒸
気は軸線Ｓの周りに対称に配置された多数の開口部３弘
を経て板、２　ｔ、２７．．２　　ｇ　　、　　、２　
　タ　　、　　３　　θ　　、３１，３２，３３の組立
体に送られるが、前記板は作動流体の流れ〔第２図（ａ
Ｊに示されている〕および被加熱液体媒体〔第を図（ｂ
ｌに示されている〕に対する１つおきの通路全形成する
ように配置されている。蒸気は板の１１）を流れ、その
面上で凝縮する。液体作動流体は半径方向外方に流れ、
ロータの周囲に隣接した通路２３内に集められ、そして
絞シ弁（図示されていない）および軸方向通路２弘を経
て、板／２゜／３により形成された半径方向通路に戻さ
れる。。

被加熱液体媒体、代表的には水は、導管７内のＶ線３！
および導管７の周りに対称にかつそれに隣接して配置さ
れた多数の開口部３ｔを経て、前記板の組立体に供給さ
れる。第２図（ｂ）に示された。

被加熱媒体の流れに対する１つおきの通路では、水は、
まず半径方向外方に流れ１次に半径方向内方に流れ、そ
して作動流体の凝縮作用によって板から熱を得る。被加
熱液体媒体はボート３ｇを経て導管７内の管線３７に排
出される。

さらにこの発明を次の実施例によシ説明する。

実施例 断熱絞り弁を用いた、第５図に示されたこの発明による
回転圧縮型ヒートポンプの実施例では、作動流体はハロ
ゲン化炭化水素冷媒である。

（ａ）　　過熱作動流体の蒸気Ｉｄ２７３°にの温度お
よび０．２ｊパールの蒸気圧力でエバポレータを出るも
のと、（ｂ）　　エバポレータ内の飽和液体温度は、２
　＆　ｒ、２°にであるものと、さらに（ｃｌ　　液体
作動流体はＪ　４ｔ／”Ｋの温度および３．３バールの
蒸気温度でコンデンサを出るものと仮定する。

この結果状の計算式が成立つ。

（ａ）　　コンデンサ内の作動流体によシ発生した熱は
、２３・７×１０６Ｊ／Ｋｍｏｌでメジ、（ｂｌ　　エ
バポレータ内の作動流体により吸収された熱は／　７．
Ｊ　Ｘ　／　０６Ｊ／ＫｍＯ１であり、（Ｃ）　　コン
プレッサにより行なわれた仕事は４４×１０６．Ｔ／Ｋ
ｍｏｌであり、さらに（ｄ）　　成〃Ｊ係数（００Ｆ、
　）は次の方程式から３．７である。

【図面の簡単な説明】

第７図は回転圧縮型ヒートポンプの構成要素を概略的に
示す説明図であや、第一図は被加熱流体に液体を用いた
この発明によるヒートポンプの一実施例において前記構
成要素の並置状態および流体の流れを示す説明図であり
、第３図はこの発明によるヒートポンプの縦断面図であ
り、第弘図は第３図に示されたヒートポンプの一部の拡
大図であυ、第５図はこの発明によるヒートポンプの縦
断面図であり、さらに第６図（ａ）および（ｂ）はそれ
ぞれ第一図に示されたヒートポンプの一部の拡大図であ
る。 Ｐ：コンプレッサ、’、０：コンデンサ、Ｅ：エバポレ
ータ、Ｓ：回転軸線、ｌ〜６，３夕、３７：管ａ、、　
７　：導管、／／、／Ｊ、コｏ、コｔ〜３３：板、！１
．２タ、３４ｔ、Ｅｌ：開口部、？、／ｌ。 ｉｔ、ｉｙ、、ｚ、ｚ　〜ｒ４ｔ：通路、／ｐニーｑ＝
ホルト、／ｊ、３ざ　：ボート。 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ・１・ 手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和５９年　特許願　第　５３（ｉ５ｇ号２、発明の名
称 圧縮型ヒートポンプ ３、補正をする者 名称　　　　インペリアル・ケミカル・インダストリー
ズ・ビーエルシー ４、代理人 ６、補正の内容 別紙の通り 図面の浄書内容に変更なし

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくともエバポレータ、コンプレッサおよびコン
   デンサ？１１″有する圧＃ｌｉｉ型ヒートポンプにおい
   て、コンプレッサ上瞼く少なくとも１つの前記４４４成
   要素が１つまたはそれ以上の回転可能な板の形であり、
   これらの板を介して熱伝達が行なわれることを特徴とす
   る圧縮型ヒートポンプ。 コ、　コンプレッサ會除く少なくとも１つの構成、決累
   が多数の軸方向に離隔された平行で回転可能な板の形で
   あり、これらの板を介して熱伝達が行なわれる峙粁１．
   「請求の範囲第１項に記載の圧縮型ヒートポンプ。 ３、両方の栴ｒＪｙ、要素が前記形のものである特許請
   求のＩＩ＋［！間第１項に記載の圧縮型ヒートポンプ。 ≠、（ａ）　　エバポレータを有し、これはエバポレー
   タと共に回転する回転軸に取付けられかつ少なくとも１
   つの板を備え、その板の第１の面を横切って周囲流体熱
   源が流れ、また第コの面金横切って凝縮した作動流体が
   流れてそこがら蒸発することができ、 （ｂ）　　コンデンサを有し、これはエバポレータと共
   に回転する前記回転軸に取付けられかつ少なくとも１つ
   の板を備え、その板の第１の面を横切って圧力下の蒸発
   した作動流体が流れ、また第２の面を横切って被加熱媒
   体が流れることができ、 （Ｃ）　　コンプレッサ上宿し、これは前記回転軸に取
   付けられてそれにより駆動されるようにされ、そして＃
   発した作製流体ケエバポレータから受けてそれ會コンデ
   ンサに圧送することができ、 （ｄ）　　コンデンサ内の圧力全上昇レベルに維持する
   流れ制限片を有し、さらに （ｅ）　　前記回転軸欠回転させる駆動装置ｔ−肩する
   、 特許請求の範囲第１項に記載の圧縮型ヒートポンプ。 ！、　コンデンサ内の少なくとも１つの板の前記第１の
   面が、蒸発した作動流体の滴下式凝縮作用上行ないかつ
   連続的な安定しｙｃ液体フィルムの形成ケなくす光間を
   有する特許請求の範囲第弘項に記載の圧縮型ヒートポン
   ゾ。 ｔ、エバポレータ内の少なくとも１つの板の前記第２の
   面が連続した液体フィルムを維持するのを助ける面を有
   する特Ｆ！＋請求の範囲第μ項に記載の圧縮型ヒートポ
   ンプ。 ７、軸方向に隣接して離隔された平行で回転可能な板の
   間に形成された通路の平均軸方向深さが０、　ｊ　ｍｗ
   　／　Ｏｒｕｎの間である％ｉｔ’ｆ　８９４求の範囲
   第３項に記＋甑の圧縮型ヒートポンプ。