JPS60221665A - ヒ−トポンプ装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、低い温度レベルの熱源流体から高い温度の
流体を取り出すヒートポンプ装置に関し、特に、ガス圧
縮轡と各種熱交換器とを配管で気密に接続して、作動流
体の密閉循環サイクルを形成するようにしたヒートポン
プ装置に関するものである。

（ロ）従来技術 ヒートポンプ装置はガス圧縮式、吸収式、マグネット式
その他各種のものがあるが、現在、実用に供されている
ものはガス圧縮式と吸収式ヒートポンプである。ガス圧
縮式と一トポンプの圧縮機には往復ｉ式、スクリー一式
ターボ式圧縮機が用いられ、このようなガス圧縮機で加
圧されたガスを凝縮部に導いて外部に昇温した熱を供給
する一方、このガスの循環サイクル系への熱の補給を蒸
発部から行なうことによって低い温度レベルの熱源流体
から高い温度の流体が得られるように構成されている。

このような構成のヒートポンプにおいて、より高い温度
レベルの流体を得るために、例えば、実開昭５６−１３
６２８０号の第１図に示されるように、圧縮機（１）、
蒸発器（２）等を有する低温側の冷媒循環サイクル（３
）の冷媒の凝縮部（４）と圧縮機（５）、Ｉ＃縮器（６
）、膨張弁（７）等を有する高温側の冷媒循環サイクル
（８）の蒸発部（９）とが熱交換されるような関係で接
続した構成のものもカスケード型ヒートボンブ装置とし
て知られている。そして、このカスケードの接続を順次
増やしていけば、理論的には、相当に高い温度までヒー
トポンプ装置による昇温か可能なはずであるが、一般に
、ヒートポンプの作動流体として使用されている物質は
、冷媒循環サイクルを構成する機器の形成材料である銅
や鉄系金属の共存下においては百数十度（摂氏）で熱分
解が始まり、ヒートポンプの作動流体として長期間にわ
たって使用することが難しい欠点、又、作動流体にフロ
ン類を用いたときは、フロンの臨界温度が１００℃乃至
１５０℃のため、これより高い温度域では蒸気圧縮サイ
クルとしての作動は期待し得ないものであった。

このため、従来は、ガス圧縮式ヒートポンプ装置による
取出し流体温度の多くは７０℃程度、成績係数を犠牲に
して昇温する場合でも１００℃程度が実用取り出し温度
の限度とされていた。

（ハ）発明の目的 このような点Ｋかんがみなされた本発明は、ガス圧縮式
ヒートポンプを用いて従来より高温度に昇温した流体の
取り出し、例えば、１００°Ｃ乃至２００℃の流体でも
取り出せるようにしたヒートポンプ装置を得ることを目
的とするものである。

に）発明の構成 このような目的のために、本発明では、上述のようにカ
スケード接続された独立した複数の密閉循環サイクルに
おいて、低温側サイクルの作動流体にフロンを用い、高
温側作動流体にトリフルオロエタノール等の弗素化アル
コールを用いたものであり、ガス圧縮機によって加圧さ
れ各種の金属材料で囲まれた機器の内部で高温度に昇温
される高温側の密閉循環サイクル中でも、作動流体の変
質を防止してこの作動流体の蒸発部から高温度の流体を
得れるようにしたものである。

（ホ）実施例 以下に図面を参考に本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明忙よるヒートポンプ装置の実施態様の一
例を概念的に示すサイクル構成図であり、（３）は第１
図と同様ガス圧縮機（１）、凝縮器（４）、膨張弁−及
び蒸発器（２）等を管Ｑｌ）で気密に接続して形成され
た低温側の作動流体循環サイクル、（８）はガス圧縮機
（５）、凝縮器（６）、膨張弁（７）及び蒸発器（９）
等を管α２で気密に接続し、低温側のサイクル（３）と
独立した作動流体の循環サイクルを形成した高温側の作
動流体循環サイクルであり、低温側サイクルのガスの凝
縮部となる凝縮器（４）と高温側サイクルのガスの蒸発
部となる蒸発器（９）とは相互に熱交換されるような関
係で接続され、両サイクルが全体として一つのヒートポ
ンプ装置を構成している。

而して、本発明においては、低温側のサイクル（３）の
作動流体としてＲ１１２、Ｒ１１４、Ｒ１３３ａ等のフ
ロンが用いられ、高温側のサイクル（８）の作動流体と
してはトリフルオロエタノール等ノ弗素化アルコールが
使用される。

この中で、例えば、低温側のサイクル（３）にＲ１２（
ジクロロジフルオロメタン）を用い、高温側のサイクル
（８）にＴＦＥ（２，２，２トリフルオロエタノール）
を使用した場合に、Ｒ１２とＴＦＥどの物性は、 表−１ それぞれ第１表のような特性を有しているので、その範
囲内での適当な使用条件の一例として、低温側サイクル
の蒸発器（２）の温度を０℃（熱源となる流体の温度を
約７℃）、同じく凝縮器（４）におゆるＲ１２の凝縮温
度を約９０’Ｃとし、高温側サイクルの作動流体である
ＴＦＥの蒸発器（９）における蒸発温度を８０℃、同じ
く凝縮器（６）における凝縮温度を２００℃とすると、
この凝縮器（６）から負荷α〜へ供給される被加熱流体
は約ｉｓｏ’ｃ程に加熱され得るものである。

この場合において、各サイクルの圧縮機にがかる圧力条
件をみると、低温側は一般のエアコンや冷凍機で使用さ
れている温度と圧力条件であり、又、高温側サイクルに
おいても、蒸発器側が１，４ｋｇ／、ＩＡｂｓ、凝縮器
側が３０　ｋ１７／、ｉ　Ａｂ　ｓであるため、高温側
のサイクルにおいても、従来から使用されているフロン
冷媒の圧縮機をほぼそのままの条件で使用できるもので
ある。

もっとも、圧縮機の排除容積は、低温側の１．７倍程度
と、やや大きな圧縮機を使用しなければならないが、ヒ
ートポンプ装置の作動流体としてＴＦＥのみを用い単一
の循環サイクルで上述と同じ条件のヒートポンプ運転（
蒸発側を０℃、凝縮側を２００℃）をする場合を仮定す
ると、圧縮機の吸込み比容積はｔｚ５ｍンー以上となり
、この場合にはＲ１２を用いた０℃吸込みサイクルと比
較して加熱能力が２倍あるとしても、圧縮機の容積は１
０倍以上のものが必要となり、機体からの放熱損失、装
置が大型化となる欠点を考慮すると、本発明のヒートポ
ンプ装置の実用上の価値は大きいものである。

第２表は、本発明のヒートポンプ装置の上述した条件に
おけるその他の数値を参考値（理論値）として示したも
のである。

（へ）発明の効果 このように１本発明は、二つの独立したガス圧縮式の作
動流体の循環サイクルを、低温側サイクルの凝縮部が高
温側サイクルの蒸発部と熱交換するようにして一体化す
ると共に、低温側サイクルの作動流体としてフロンを用
い、かつ、高温側サイクルの作動流体として弗素化アル
コールを用い”　るようにしたので、フロン系の作動流
体のみを使用するヒートポンプ装置と比較して数十度（
摂氏）もρ八・温度に昇温した流体を負荷に安定して供
給でき、かつ、このヒートポンプ装置の大きさも、弗素
化アルコールのみを作動流体として貌用する場合に予想
される機器の大きさと比較して大巾に小型に、フロン系
の作動流体のみを使用するヒートポンプ装置と比較して
やや大きい程度の装置として提供することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はカスケード式冷凍装置の一例を示す冷媒回路図
、第２図は本発明によるヒートポンプ装置の説明のため
のブロック図である。 ［１１（５１〜ガス圧縮機、　（２）（９１〜蒸発器、
　（３）〜低温側サイクル、　＋４）（６７〜凝縮器、
　（７）α０）〜膨張弁、（８）〜高温側サイクル、　
（１１）αつ〜管、　ａＪ〜負荷。 出願人　三洋電機株式会社　外１名 代理人　弁理士　佐　野　靜　夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器等を配管で
   気密に接続して形成された複数の密閉循環サイクルにお
   いて、低温側の作動流体の循環サイクルの凝縮部を高温
   側サイクルのガスの蒸発部と熱交換させ、高温側サイク
   ルのガス凝縮器から昇温された流体を取り出すようにし
   た装置において、低温側サイクルの作動流体としてフロ
   ンを用い高温側サイクルの作動流体として弗素化アルコ
   ールを用いたことを特徴とするヒートポンプ装置。