JPS6233499B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は冷水機を用いて高カロリーを供給で
きる方式に関するものである。

従来の技術 元来、冷水機の目的は、常温又は常温に近い温
水あるいは冷房装置に対し冷却水の供給源として
低温水の供給を目的として用いられていたもので
ある。

発明が解決しようとする問題点 従来の冷水機は前述のように冷水を供給するこ
とのみを目的として製造され、且つ、使用されて
いた。この供給しようとする冷水は冷水機通過前
の水は常温あるいは常温に近い温水あるいは冷水
で、これらの水を冷水機で吸熱冷却して供給する
もので、これらの冷却作用で冷水機側において吸
熱したカロリーを大気あるいは流体に熱交換して
再利用もせずそのまま廃棄処分されていたもので
ある。

この発明は、冷水機を用いて冷水供給時に生ず
る排熱を利用することを第１の目的とし、冷水機
の冷凍回路中の凝縮器で流体に熱交換する手段で
従来廃棄処分されていたカロリーよりも高いカロ
リーを摂取しようとするものであり、この発明に
おいては、冷水機本来の目的である冷水供給は第
２の目的で、高カロリーを得るために生じた副産
物的存在でこの冷水の二次的利用は任意であり、
また、高カロリーを得る回路に前記副産物的に生
じた冷水を切換弁の操作によつて循環させ冷却作
用を提供することもできるようにしたものであ
る。

問題点を解決するための手段 この発明の冷水機を用いて得られる高カロリー
の流体は主に暖房用の熱媒体として供給すること
を目的とするもので、高温化しようとする被加温
媒体の流体の一定量を冷水機における冷凍回路中
の凝縮器の排熱回路の循環吐出口と循環吸入口と
を中間に熱交換器及びポンプを介在させたパイプ
で接続して形成された無端の密閉環状回路内に封
入し、この被加温媒体をポンプ作用により介装し
た熱交換器での放熱作用を阻止して何度も循環さ
せることにより終局的に理論上は冷水機側の冷凍
回路における圧縮機と凝縮器との間の高圧回路内
の熱媒体と同等の高温度を得ることができる。

この発明は上記理論を利用して熱交換器を介在
させた前記密閉環状回路内に封入した被加温媒体
が設定したある温度に上昇するまでは前記熱交換
器での放熱作用を阻止して循環作用を続行させ、
設定温度に達したならばはじめて熱交換器で放熱
させようとすることを基本の技術的思想とするも
のである。

また、冷水機に供給する熱交換媒体は、その種
類は問わないが、比較的大量に消費されるので、
供給が容易で、しかも比較的高温であることが望
ましい。即ち、この媒体個有の温度を吸収し、冷
水機によつて増幅し、利用しようとする熱交換器
側に高カロリーを供給できるようにするもので、
この個有の温度を有する媒体は冷水機によつて温
度を吸収されて機外に排出されて廃棄される。従
つて、地下水又は海水等の比較的高温でしかもそ
の水量が豊富であり、又、廃棄にあたつても公害
等の心配は全く不要である。

ここで熱媒体を得られた被加温媒体とその温度
との実施例について説明すると、熱交換媒体とし
て地下水を使用した例についてみると、地下水は
概ね年間を通じて16℃ないし17℃と常時平均して
いる。この16℃ないし17℃の地下水より冷水機の
作用をもつて５℃ないし10℃を吸収し、これを循
環する被加温流体に熱交換させてやることを前提
とし、仮に被加温流体の量が1000c.c.とし、これが
一循環する時分を５分とすれば、熱媒体の冷水機
内通過量およびその通過時分も1000c.c.、５分と
し、被加温流体の循環前の内在温度を５℃とした
場合に被加温流体は５分経過後には10℃ないし15
℃となり熱交換媒体水の排出時の温度は６ないし
７℃又は10℃前後となる。これはあくまでも単純
計算でカロリー損失は算入されていない。このよ
うにして運転開始より10分間経過すれば被加温流
体は15℃ないし25℃となり、一方熱交換媒体水の
使用量は２倍の2000c.c.となり、以上の設定した数
値をもつてすれば被加温流体の温度を使用目的温
度の40℃ないし50℃に上昇させるには22分ないし
23分又は42〜３分でその初期の目的を達成でき、
この温度に達したならば、使用目的の暖房に循環
パイプ中に設けた熱交換機を作動されて上昇した
被加温流体のカロリーを放出してやるものであ
る。

この際、被加温流体において、加温と消費カロ
リーならびに損失カロリー等を計算して循環パイ
プ内に温度を自由に設定できるサーモスタツトを
介在させ、該サーモスタツトと冷水機を連動して
被加温流体の温度が所望する温度に到達したなら
ば、自動的に冷水機の作動を中断させると共に熱
媒体の無益流水を断つてやるものである。

次に、上記の作用を呈する冷水機、被加温流体
および熱媒体との関係と、その付属品とを備え、
且つ、目的を達成し得る装置について説明する
と、第１図は、冷水機を備え、その冷水機を用い
て目的を達成し得る基本的配備図であつて、循環
吐出口１、循環吸入口２、媒体供給口３および媒
体排出口４の各接続口を設けた冷水機５におい
て、前記循環吐出口１よりポンプ６を介装した循
環往路７を熱交換器８の吸入側に接続し、且つ、
該熱交換器８における吐出側より冷水機５の循環
吸入口２に循環復路９を接続すると共に、媒体供
給源１０に連なる供給路１１を前記冷水機５にお
ける媒体供給口３に接続し、更に、前記媒体排出
口４に排出路１２を接続したものが基本的構成で
ある。

また、ここで用いる冷水機５は第５図示の通
り、一般の冷水機をはじめとし、冷房機またはヒ
ートポンプの構成と基本的にはその技術的思想は
同一である。

即ち、５０は冷水機５の冷凍回路を示すもので
蒸発機５１から圧縮機５２に至る低圧回路５３に
は低圧圧力開閉機５４を介装し、圧縮機５２の高
圧側より凝縮機５５に至る超高圧回路５６には高
圧圧力開閉器５７を介装し、更に前記凝縮器５５
の低圧側から受液器５８、次いでキヤピラリーチ
ユーブ５９を介装した高圧回路６０を前記の蒸発
器５１に接続して循環回路をもつて形成され、該
回路中にはフロン系ガスを充填されているもの
で、この回路構成は通常の冷水機と基本的には全
く同一である。

このようにした冷水機５において前記蒸発器５
１には吸熱回路６１を添設し、また前記凝縮器５
５には排熱回路６２が添設され、前者の吸熱回路
６１の起端には媒体供給口３を、また、その終端
には媒体排出口４が設けられ、更に後者の排熱回
路６２の起端には循環吸入口２を、また、その終
端には循環吐出口１のそれぞれが設けられてい
る。

この発明は上記の冷水機５を中心として、これ
に接続する各々の回路をもつてなる基本的構成に
基いて各々接続路の変更および複数設けたバルブ
の開閉による管路の切り換えによつてその目的を
達成することができる。

即ち、第２図示のように、冷水機５における排
熱回路６２の循環吐出口１に接続し、ポンプ６ま
での循環復路７に、媒体排出口４に接続した循環
副往路１３の先端を連結して往路合流点１４を形
成し、この循環副往路１３と前記循環吐出口１と
往路合流点１４間の循環往路７のそれぞれに２方
切換弁１５および２方切換弁１６を設けると
ともに、この２つの２方切換弁、１５，１６
間に排出主路１７を接続し、この排出主路１７の
一部より排出路１２を接続する。又、前記の往路
合流点１４はポンプ６間の循環往路７には任意所
望温度を設定し、その設定した温度に達すると動
作するサーモスタツト１８を介装し、該サーモス
タツト１８より冷水機５に他所より電力の供給を
受けた導線１９を冷水機５の回路５０中に設けた
圧縮機５２に接続している。又、更に、熱交換器
８より冷水機５における排熱回路６２の循環吸入
口２に接続している循環復路９の中間に設けた復
路分岐点２０より分岐した復分岐路２１を吸熱回
路６１の媒体供給口３に接続し、この復分岐路２
１と復路分岐点２０より前記循環吸入口２に至る
循環復路９内に２方切換弁２２ならびに２方切
換弁２３を設け、且つ、該２方切換弁、２
２，２３のそれぞれを結ぶ供給主路２４を設け、
その供給主路２４の中間に媒体供給源１０に連な
る供給路１１の先端を接続して成るものである。

なお、図中２５は循環吐出口１付近の循環往路
７内に設けた検温器で該循環往路７の被加温被加
冷流体の温度を測定するものである。２６はサー
モスタツト１８とポンプ６との間の循環往路７内
の被加温被加冷流体の温度を測定する温度計を示
すものである。

この発明は以上のように構成され、冷水機５に
おける排熱回路６２の終端に設けた循環吐出口１
および該回路の起端に設けた循環吸入口２、その
吸熱回路１１の媒体供給口３および媒体排出口４
のそれぞれに連なる回路に２方切換弁、１
５，１６には排出主路１７を、又、べつの２方切
換弁、２２，２３には供給主路２４を介装接
続して設けて成り、この４つの２方切換弁の操作
によつて熱交換器８を介装した循環往路７および
循環復路９に流動する被温流体はその流動方向は
同一なれど全く異温、即ち、加温流体又は加冷流
体が流動するように構成するものである。

以上のように各々の２方切換弁は、その目的方
向を常に定められた方向で、逆流現象は所望して
いないのであり、又、いずれも２種のうちいずれ
か一方であり、その方式も定まつているので上記
４つの切換弁を個々に操作するよりも一箇所の一
動作をもつていずれか一方向に切換えればすべて
の２方切換弁が一斉に切換え得るように連動させ
た方が操作の手違いも生ずるおそれはなく有利で
あるがこの連動機構を付与することは任意であ
る。

作 用 以上のような構成に基いて、その作用を説明す
れば、図面第１図は冷水機５を中心とした回路図
で、冷水機５の冷凍回路５０の凝縮器５５を熱交
換器として熱交換器８を介して循環往路７、循環
復路９とによつて循環回路を接続し、またこの冷
凍回路５０の蒸発器５１に熱媒体の供給口１１な
らびに排出路１２を接続した本発明の基本的回路
図であると共に一般冷凍回路構成と基本的に同一
構成である。第２図は前記第１図の基本的回路に
おいて熱交換器８を有する回路に加温流体あるい
は加冷流体の所望流体を循環させるための切換弁
を備えた配管状態を説明するための回路図であ
る。第３図は前記第２図において、熱交換器８に
接続した循環往路７の起端を冷凍回路５０の媒体
排出口４に接続するように２方切換え弁１６を
操作して蒸発器５１で吸熱された加冷媒体が循環
できるように熱交換器８において加冷作用を所望
する場合の回路図で、この場合、媒体供給源１０
を出た流体は供給路１１、２方切換弁２２循環
吸入口２を経て冷凍回路５０の凝縮器５５に入
り、そこに吸熱作用の熱交換が行われ、加温され
た流体は循環吐出口１、２方向切換え弁１５、
排出主路１７、排出路１２を経て排出されるか又
は必要に応じて他分野で利用される。

即ち、先ず、ポンプ６を作動させれば、該ポン
プ６を介在させた循環往路７内の流体は熱交換器
８を経て循環復路９に入り、復路分岐点２０、複
分岐路２１、２方切換弁２３、を経て媒体供給口
３より冷水機５に入り冷凍回路５０に蒸発器５１
の被吸熱側に至り、その流体は吸熱作用を受け
て、吸熱回路６１、媒体排出口４、２方切換弁
１６、循環副往路１３、往路合流点１４を経て、
サーモスタツト１８を介装した循環往路７に入り
前記のポンプ６に吸引されるものである。このよ
うにして第３図示の熱交換器８には加冷流体が送
られる。これらの作用と同時に前記のポンプ６の
作動開始ととともに媒体供給源１０より熱媒体と
して用いる流体の供給も同時に開始されるが、こ
の場合は冷凍回路５０に熱を供給するものではな
く、逆に吸熱作用を呈するようにする。即ち、媒
体供給源１０より出た流体は供給路１１を経て供
給主路２４に入り、２方切換弁２２を通り循環
吸入口２より冷水機５に入り、冷凍回路５０の凝
縮器５２の吸熱側に入つて熱交換をなし、高温化
した流体は循環吐出口１より２方切換弁１５、
排出主路１７そして排出路１２を経て外部に放出
され、必要に応じて他部所で高温化した流体の再
利用されるかまたは排棄されるものである。

第４図は本発明の目的を達成させる作用を示す
回路図で冷凍回路５０に接続する各回路の実太線
が流体の進行回路（第３図も同様）を示すもの
で、冷水機５の冷凍回路５０における凝縮器５５
の吸熱側吐出口より排熱回路１２、循環吐出口
１、２方切換弁１５、往路合流点１４よりサー
モスタツト１８、ポンプ６を介装した循環往路７
を経て熱交換器８に入り、そして該熱交換器８よ
り循環復路、復路分岐点２０、２方切換弁２
２、循環吸入口２を経て前記冷凍回路５０の凝縮
器５５の排熱回路６２を経て吸熱吸入口に入つて
一順する。このとき、熱媒体は媒体供給源１０よ
り出て供給主路２４、２方切換弁２３を経て媒
体供給口３より冷水機５に入り冷凍回路５０の蒸
発器５１で吸熱され低温化した熱媒体は吸熱回路
６１、媒体排出口４を経て冷水機５を出、２方切
換弁１６、排出主路１７、排出路１２を経て外
部に排出されるものである。以上が第４図示にお
ける回路で各々の流体の流動作用について述べた
が、その各々の通過部所による作用について述べ
れば、前述のように冷凍回路５０の凝縮器５５を
起点としてポンプ６を介装した循環往路７、熱交
換器８、循環復路９そして凝縮器５５を終点とす
る密閉された環状回路で、ここでポンプ６を作動
させれば封入された流体の被加熱媒体は循環作用
を呈し、且つ、該循環作用で、凝縮器５５を通過
するたびごとに冷凍回路５０より吸熱し、従つて
循環回数を重ねるたびに被加熱媒体の温度は上昇
する。一方、冷凍回路５０からみれば、前記のよ
うに被加熱媒体の温度の上昇に反比例して凝縮器
５５における熱交換率は低下して、受液器５８方
向への回路（高圧回路６０と命名してある）。内
の温度は使用する冷水機５の設計ならびに製造時
に設定した温度よりはるかに高温で（許容範囲内
の温度である。）回送することになる。この高温
状態が接着されて蒸発器５１に入りここでさらに
熱交換されて低圧回路５２内でも高温をもつて進
行し、更にこれが圧縮機５２で加圧されるとその
媒体は超高圧超高温となり、これが前記の凝縮器
５５に入り比較的高温化している被加熱媒体に熱
交換して被加熱媒体を更に高温化するものであ
る。この際の熱交換作用は被加熱媒体自体の高温
化にもかかわらず容易に熱交換を可能にすること
は超高圧回路５６の媒体が被加熱媒体よりもはる
かに高温（高圧）であるからに外ならない。しか
しながら、前述のように凝縮器５５において、被
加熱媒体に熱交換を行つても被加熱媒体自体が既
にある温度に上昇しているため、高圧回路６０内
には依然と高温状態が続行し、むしろ、その温度
は上昇傾向にある。このような状態を続行するこ
とによつて以上述べた傾向は際限なく上昇するも
のであるが、いくつかの条件によつてその上限が
ある。その絶対条件の一つに蒸発器５１に供給さ
れる供給熱媒体の温度でこの温度より高圧回路６
０内の媒体温度が上昇すれば蒸発器５１自体が熱
交換器として作用し、逆に放熱現象を呈する。

第２に被加熱媒体の上限温度を設定し、該温度
に到達したならば熱交換器８で放熱作用を奏する
ようにしてある。またこの回路にはサーモスタツ
ト１８が設けてあり、放熱作用が要求されない場
合には該サーモスタツト１８が作用し、圧縮機５
２の電源回路を開く、この電源回路の開閉は、冷
凍回路５０における低圧回路５３ならびに超高圧
回路に介装した低圧圧力開閉機５４ならびに高圧
圧力開閉機５７が作用できるように結線してあ
り、冷凍回路５０を保護している。

以上の詳述した方式によれば、個有の比較的高
温を有する熱媒体は、冷水機５本来の使用条件に
おける冷水循環路である循環吸入口２より冷水機
５内に入り、ここで冷水機５本来の作用である蒸
発器５１で熱交換が行われることによつて熱媒体
個有のカロリーが吸収され、媒体供給口３から入
る被加温流体に熱交換されて低温化した熱媒体は
循環吐出口１より吐出され２方切換弁、（１
５，１６に誘導されて外部に排棄させるものであ
る。

このようにして、熱交換器８を流通させる流体
が被加温流体であるならば、前記の回路中にその
被加温流体が空隙を介すことなく満管状態にあ
り、且つ、該被加温流体自体を使用するものでは
なく、その加温されたカロリーのみを使用するも
のであるから、該カロリーを使用しない間はポン
プ６の作用によつて前記回路中を単に循環し、且
つ、冷水機５を通過するたびごとに熱媒体よりそ
の個有のカロリーを吸収し、且つ、カロリーを吸
収された熱媒体はその場で排棄され比較的高温を
保有する熱媒体は絶え間なく補給してはカロリー
を吸収され、被加温流体は熱媒体のカロリーのみ
を吸収し、且つ、これを蓄積して熱媒体個有の温
度よりも30℃ないし40℃高い高熱をその実験で得
られている。このようにしてある程度被加温流体
の温度が上昇したならば、回路中に設けた熱交換
器８よりそのカロリーを取り出し所望の用途に使
用するものである。

なお熱交換器において低温を取り出す場合、即
ち、冷水機本来の使用目的に則した使用を所望す
る場合には被加温流体の行程説明の項において詳
述した２方切換弁、、、１５，１６，２
２，２３のすべてを逆方向に操作することによつ
てその所望作用を得ることができる。

又、循環往路７中に介設されたサーモスタツト
１８に対し、所望の温度で作動するように温度設
定を行い、被加温流体がその設定温度に到達した
ならば冷水機５の作動および熱媒体の供給を停止
するように構成したことによつて冷水機５を作動
する電力および熱媒体の無益な使用を阻止し得る
ようにしたものである。

効 果 この発明は以上のように、冷水機の逆利用によ
つて無限に近い地下水又は海水等の比較的高温流
体を熱媒体として利用し、該熱媒体より汲み出し
たカロリーよりも大なる高カロリーを得ることが
できるようにしたことを特徴とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷水機を使用した基本的回路図、第２
図は本発明の回路図、第３図は第２図における熱
交換器に被加温流体を供給する場合の回路図、第
４図は第２図における熱交換器に被加冷流体を供
給する場合の回路図、第５図は冷水機の構成を示
す回路図である。 １……循環吐出口、２……循環吸入口、３……
媒体供給口、４……媒体排出口、５……冷水機、
６……ポンプ、７……循環往路、８……熱交換
器、９……循環復路、１０……媒体供給源、１１
……供給路、１２……排出路、１３……循環副往
路、１４……往路合流点、１５……２方切換弁
、１６……２方切換弁、１７……排出主路、
１８……サーモスタツト、１９……導線、２０…
…復路分岐点、２１……復分岐路、２２……２方
切換弁、２３……２方切換弁、２４……供給
主路、２５……検温機、５０……冷凍回路、５１
……蒸発器、５２……圧縮機、５５……凝縮器、
５６……超高圧回路、６０……高圧回路、６１…
…吸熱回路、６２……排熱回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷水機の冷凍回路の凝縮器における排熱回路
   の循環吐出口と熱交換器とをポンプを介装した循
   環往路をもつて接続し、前記熱交換器と前記凝縮
   器の排熱回路の循環吸入口とを循環復路を接続し
   て無端の密閉環状回路を形成して流体の加熱媒体
   を封入し、一方、冷凍回路の蒸発器の吸熱回路よ
   り供給される比較的高温の水より吸熱して冷凍回
   路を作用させ、前記凝縮器で放熱できる放熱最高
   限度より下まわる放熱を前記ポンプの作用で循環
   する吸熱媒体に熱交換させ、該吸熱媒体が設定温
   度に上昇するまで熱交換器で放熱することなく循
   環吸熱作用を続行できるようにすると共に、凝縮
   器より蒸発器に至る高圧回路内の媒体に比較的高
   い温度と圧力とを残存させ、これを冷凍サイクル
   作用によつて冷凍回路内の媒体の温度と圧力とを
   累進的に上昇させることができるようにし、冷凍
   回路の前記凝縮器に連なる排熱回路と蒸発器に連
   なる吸熱回路とを切換弁を介して接続し、該切換
   弁の操作で前記の熱交換器に蒸発器で吸熱された
   加冷媒体をも供給できるようにしたことを特徴と
   する冷水機を用いて高カロリーを供給できる方
   法。