図面 (/)

技術 冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置及びその冷媒加熱方法

出願人 株式会社マック
発明者 松下紘晃
出願日 2009年9月7日 (10年9ヶ月経過) 出願番号 2009-206063
公開日 2011年3月24日 (9年3ヶ月経過) 公開番号 2011-058652
状態 特許登録済
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 気液分離装置、除霜装置、制御または安全装置
主要キーワード 気化熱源 コンプレッサー入口 冷凍サイクル用冷媒 蓄熱源 流動力 電磁誘導現象 マグネット式 冷却熱源
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年3月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

冷媒流動力を利用してタービン膨張機を回転でき、タービン膨張機の回転力で、渦電流発熱機を回転させて熱を発生でき、この熱で冷媒の温度を確実に高められ、より効率が良く、安定したデフロスト暖房が行え、寒冷地低温時にあっても、冷凍サイクル運転が可能で、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力外部熱源等が不要で、構成簡素で、コンパクトで、低廉で、経済的な冷媒加熱補助装置を提供する。

解決手段

一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、二次側8b入口がわに配するタービン膨張機9と、タービン膨張機9の回転力で回転すると共に、二次側8b出口がわに配する渦電流発熱機10とを備え、冷媒を、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て圧縮機1に送り、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高めるよう構成する。

概要

背景

一般的に蒸気圧縮式冷凍機にあっては、冷凍サイクルによって同時に冷却と加熱が行われている。しかも、冷却能力加熱能力は同一サイクルにあって完全に相関し、この能力が冷凍サイクルの優劣として表されている。すなわち、蒸発器による冷却を目的とする時は、凝縮器低温に接すると蒸発器での冷却能力を向上させ、凝縮器による加熱を目的とする時は、蒸発器が高温に接すると凝縮器での加熱能力を向上させることとなる。

そして、従来の蒸気圧縮式冷凍機に於けるデフロスト手段としては、例えば、本願発明者によって特許文献1に示すようなデフロスト方法及びそのシステムが発明されている。
これは、冷凍機コンデンサと、膨張弁及びエバポレーターを有する冷凍回路を有し、前記したエバポレーターと高効率の熱交換器を連結し、その熱交換器の一次側を通過した冷媒ガスを、その交換機の二次側へ膨張弁を介して送り、その熱交換器の二次側を通過した冷媒ガスを冷凍機へ送ることとし、冷凍サイクルのうち凝縮膨張蒸発の機能を外部熱源蓄熱源なしに行えるようにしたものである。

また、冷媒ガスを加熱する手段として渦電流発熱機マグネットヒーター)を利用したものは、例えば、特許文献2に示すような車両用暖房装置創出されている。
これは、エバポレーターの膨張弁出口と、コンプレッサー入口にそれぞれ切替弁が設けられ、該切替弁を介してバイパス管を接続し、該バイパス管の中間に、磁石導体とが僅かな空隙を隔てて対向配置され、該磁石と導体とを相対的に回転させることにより、導体に生じる発熱磁路が剪断されることにより導体内に発生する渦電流電気抵抗による発熱)で前記エバポレーター内部の冷媒ガスを加熱する方式のマグネット式ヒーターが配置される構造の車両用空調システムであって、エンジン冷却水温低下時に前記切替弁を開いて前記エバポレーター内部の冷媒ガスを前記マグネット式ヒーターにて急速加熱し、エンジン冷却水が所定の温度に達した時点で前記切替弁を閉じる構成となしたものである。

概要

冷媒流動力を利用してタービン膨張機を回転でき、タービン膨張機の回転力で、渦電流発熱機を回転させて熱を発生でき、この熱で冷媒の温度を確実に高められ、より効率が良く、安定したデフロストや暖房が行え、寒冷地や低温時にあっても、冷凍サイクルの運転が可能で、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要で、構成簡素で、コンパクトで、低廉で、経済的な冷媒加熱補助装置を提供する。一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、二次側8b入口がわに配するタービン膨張機9と、タービン膨張機9の回転力で回転すると共に、二次側8b出口がわに配する渦電流発熱機10とを備え、冷媒を、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て圧縮機1に送り、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高めるよう構成する。

目的

すなわち、蒸発器による冷却を目的とする時は、凝縮器が低温に接すると蒸発器での冷却能力を向上させ、凝縮器による加熱を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、一次側及び二次側を有する一体の熱自己平衡熱交換器と、この熱自己平衡熱交換器の二次側入口がわに配されるタービン膨張機と、このタービン膨張機の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器の二次側出口がわに配される渦電流発熱機とを備え、冷媒が、熱自己平衡熱交換器の一次側、タービン膨張機、熱自己平衡熱交換器の二次側、渦電流発熱機を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機の回転力で、渦電流発熱機を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置

請求項2

蒸気圧縮式冷凍機ホットガスによるデフロスト作動時に於いて作動せしめられると共に、少なくとも圧縮機と凝縮器膨張弁蒸発器ホットガス管とを有する蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、蒸発器と圧縮機の間に切替弁を介して直列状態に配されており、一次側及び二次側を有する一体の熱自己平衡熱交換器と、この熱自己平衡熱交換器の二次側入口がわに配されるタービン膨張機と、このタービン膨張機の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器の二次側出口がわに配される渦電流発熱機とを備え、前記蒸発器からの冷媒が、熱自己平衡熱交換器の一次側、タービン膨張機、熱自己平衡熱交換器の二次側、渦電流発熱機を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機の回転力で、渦電流発熱機を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置。

請求項3

ヒートポンプ暖房時に於いて作動せしめられ、少なくとも圧縮機と室内側熱交換器と膨張弁と室外側熱交換器とを有する蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、室外側熱交換器に対して切替弁を介して並列状態に配されており、一次側及び二次側を有する一体の熱自己平衡熱交換器と、この熱自己平衡熱交換器の二次側入口がわに配されるタービン膨張機と、このタービン膨張機の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器の二次側出口がわに配される渦電流発熱機とを備え、冷媒が、熱自己平衡熱交換器の一次側、タービン膨張機、熱自己平衡熱交換器の二次側、渦電流発熱機を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機の回転力で、渦電流発熱機を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置。

請求項4

ヒートポンプ暖房時に於いて作動せしめられ、圧縮機と暖房用室内熱交換器とを有する蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、暖房用室内熱交換器と圧縮機の間に直列状態に配されており、一次側及び二次側を有する一体の熱自己平衡熱交換器と、この熱自己平衡熱交換器の二次側入口がわに配されるタービン膨張機と、このタービン膨張機の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器の二次側出口がわに配される渦電流発熱機とを備え、前記暖房用室内熱交換器からの冷媒が、熱自己平衡熱交換器の一次側、タービン膨張機、熱自己平衡熱交換器の二次側、渦電流発熱機を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機の回転力で、渦電流発熱機を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置。

請求項5

蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加する冷媒加熱方法であって、冷媒を、熱自己平衡熱交換器の一次側に送って凝縮させ、この一次側を通過した冷媒をタービン膨張機に送って、タービン膨張機を回転させると共に、タービン膨張機で冷媒を膨張させ、タービン膨張機を通過した冷媒を熱自己平衡熱交換器の二次側に送って蒸発させ、この二次側を通過した冷媒を渦電流発熱機に送り、タービン膨張機の回転力で回転する渦電流発熱機から発生する熱で冷媒の温度を高め、渦電流発熱機を通過した冷媒を圧縮機1に送ることを特徴とした冷凍サイクル用冷媒加熱方法

技術分野

0001

本発明は、蒸気圧縮式冷凍機ホットガスによるデフロスト霜取り)作動時や、蒸気圧縮冷暖房機暖房専用機ヒートポンプ暖房作動時に於いて、デフロストの効率化や安定化や、ヒートポンプ暖房の効率化や安定化や能力向上や、寒冷下環境に於ける運転不能状態の解消や効率運転の継続や安定化等を図れるようにし、しかも、これらが蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部熱源蓄熱源なしに行えるように工夫した冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置及びその冷媒加熱方法に関するものである。

背景技術

0002

一般的に蒸気圧縮式冷凍機にあっては、冷凍サイクルによって同時に冷却と加熱が行われている。しかも、冷却能力加熱能力は同一サイクルにあって完全に相関し、この能力が冷凍サイクルの優劣として表されている。すなわち、蒸発器による冷却を目的とする時は、凝縮器低温に接すると蒸発器での冷却能力を向上させ、凝縮器による加熱を目的とする時は、蒸発器が高温に接すると凝縮器での加熱能力を向上させることとなる。

0003

そして、従来の蒸気圧縮式冷凍機に於けるデフロスト手段としては、例えば、本願発明者によって特許文献1に示すようなデフロスト方法及びそのシステムが発明されている。
これは、冷凍機コンデンサと、膨張弁及びエバポレーターを有する冷凍回路を有し、前記したエバポレーターと高効率の熱交換器を連結し、その熱交換器の一次側を通過した冷媒ガスを、その交換機の二次側へ膨張弁を介して送り、その熱交換器の二次側を通過した冷媒ガスを冷凍機へ送ることとし、冷凍サイクルのうち凝縮膨張、蒸発の機能を外部熱源や蓄熱源なしに行えるようにしたものである。

0004

また、冷媒ガスを加熱する手段として渦電流発熱機マグネットヒーター)を利用したものは、例えば、特許文献2に示すような車両用暖房装置創出されている。
これは、エバポレーターの膨張弁出口と、コンプレッサー入口にそれぞれ切替弁が設けられ、該切替弁を介してバイパス管を接続し、該バイパス管の中間に、磁石導体とが僅かな空隙を隔てて対向配置され、該磁石と導体とを相対的に回転させることにより、導体に生じる発熱磁路が剪断されることにより導体内に発生する渦電流電気抵抗による発熱)で前記エバポレーター内部の冷媒ガスを加熱する方式のマグネット式ヒーターが配置される構造の車両用空調システムであって、エンジン冷却水温低下時に前記切替弁を開いて前記エバポレーター内部の冷媒ガスを前記マグネット式ヒーターにて急速加熱し、エンジン冷却水が所定の温度に達した時点で前記切替弁を閉じる構成となしたものである。

先行技術

0005

特許第3710093号公報
特許第3934398号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、前述のデフロストシステムにあっては、熱交換器の一次側が蒸発熱源となり、二次側が凝縮熱源となり、これらの相乗効果による自らの加熱能力・冷却能力を高めて効率の良いデフロストが行えるようになっているが、冷凍サイクルの凝縮潜熱で蒸発器に付着したをホットガスの熱で加熱融解する作業が長く続くと、凝縮熱源が徐々に低温となり、凝縮圧力が低下し、相関する蒸発圧力・温度が低下し、冷媒蒸発温度が低下し、加熱効果(デフロスト)が悪くなる虞があった。
また、前述の車両用暖房装置にあっては、マグネット式ヒーターが、モーターエンジン等の外部の回転駆動源を利用しているため、装置自体が大きくなると共に、コスト高となる等の難点があった。

課題を解決するための手段

0007

そこで、本発明は前述の如き難点等を解消し、より効率が良く、安定したデフロストや暖房が行え、寒冷下環境にあっても、冷凍サイクルの運転が可能となり、効率運転の維持や安定化も図れ、加えて、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要で、しかも、構成簡素で、コンパクトに構成でき、比較的低廉で、経済的なものを提供できるようにすべく創出されたもので、請求項1記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置にあっては、蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機1に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、この熱自己平衡熱交換器8の二次側8b入口がわに配されるタービン膨張機9と、このタービン膨張機9の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b出口がわに配される渦電流発熱機10とを備え、冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成する手段を採用した。

0008

また、請求項2記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置にあっては、蒸気圧縮式冷凍機のホットガスによるデフロスト作動時に於いて作動せしめられると共に、少なくとも圧縮機1と凝縮器2と膨張弁3と蒸発器4とホットガス管5とを有する蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機1に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、蒸発器4と圧縮機1の間に切替弁7aを介して直列状態に配されており、一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、この熱自己平衡熱交換器8の二次側8b入口がわに配されるタービン膨張機9と、このタービン膨張機9の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b出口がわに配される渦電流発熱機10とを備え、前記蒸発器4からの冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成する手段を採用した。

0009

更に、請求項3記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置にあっては、ヒートポンプ暖房時に於いて作動せしめられ、少なくとも圧縮機30と室内側熱交換器31と膨張弁32a、32bと室外側熱交換器33とを有する蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機30に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、室外側熱交換器33に対して切替弁36を介して並列状態に配されており、一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、この熱自己平衡熱交換器8の二次側8b入口がわに配されるタービン膨張機9と、このタービン膨張機9の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b出口がわに配される渦電流発熱機10とを備え、冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成する手段を採用した。

0010

そして、請求項4記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置にあっては、ヒートポンプ暖房時に於いて作動せしめられ、圧縮機40と暖房用室内熱交換器41とを有する蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加して圧縮機40に送れるように構成した冷媒加熱補助装置であって、暖房用室内熱交換器41と圧縮機40の間に直列状態に配されており、一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、この熱自己平衡熱交換器8の二次側8b入口がわに配されるタービン膨張機9と、このタービン膨張機9の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b出口がわに配される渦電流発熱機10とを備え、前記暖房用室内熱交換器41からの冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成する手段を採用した。

0011

それから、請求項5記載の冷凍サイクル用冷媒加熱方法にあっては、蒸気圧縮式冷凍サイクル中の凝縮潜熱を増加する冷媒加熱方法であって、冷媒を、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aに送って凝縮させ、この一次側8aを通過した冷媒をタービン膨張機9に送って、タービン膨張機9を回転させると共に、タービン膨張機9で冷媒を膨張させ、タービン膨張機9を通過した冷媒を熱自己平衡熱交換器8の二次側8bに送って蒸発させ、この二次側8bを通過した冷媒を渦電流発熱機10に送り、タービン膨張機9の回転力で回転する渦電流発熱機10から発生する熱で冷媒の温度を高め、渦電流発熱機10を通過した冷媒を圧縮機1に送る手段を採用した。

発明の効果

0012

従って、本発明の請求項1記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置によれば、冷媒の流動力を利用してタービン膨張機9を回転でき、このタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転させて熱を発生させられ、この熱で冷媒の温度を確実に高められるようになり、より効率が良く、安定したデフロストや暖房が行えるようになる。更に、寒冷下環境にあっても、冷凍サイクルの運転が可能となり、効率運転の維持や安定化も図れるようになる。
しかも、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要となり、構成が簡素となって、コンパクトに構成できるようになり、比較的低廉に提供できて、経済的な冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置となる。

0013

加えて、熱自己平衡熱交換器8にあっては、一次側8aと二次側8bの間に冷媒を膨張させるタービン膨張機9が配置してあり、タービン膨張機9を通過する冷媒を冷却して二次側8bに送込め、一次側8aの冷媒を冷却すると共に、同等の熱エネルギーで二次側8bの冷媒を加熱することとなり、二次側8bに於いて通過する冷媒を安定的に蒸発気化させることができるようになる。

0014

また、本発明の請求項2記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置によれば、冷媒の流動力を利用してタービン膨張機9を回転でき、このタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転させて熱を発生させられ、この熱で冷媒の温度を確実に高められるようになり、より効率が良く、安定したデフロストが蒸気圧縮式冷凍機に於いて行えるようになる。
しかも、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要となり、構成が簡素となって、コンパクトに構成できるようになり、比較的低廉に提供できて、経済的となり、ホットガスによるデフロスト作動時に最適な冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置となる。

0015

加えて、熱自己平衡熱交換器8にあっては、一次側8aと二次側8bの間に冷媒を膨張させるタービン膨張機9が配置してあり、タービン膨張機9を通過する冷媒を冷却して二次側8bに送込め、一次側8aの冷媒を冷却すると共に、同等の熱エネルギーで二次側8bの冷媒を加熱することとなり、二次側8bに於いて通過する冷媒を安定的に蒸発気化させることができるようになる。

0016

更に、本発明の請求項3記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置によれば、冷媒の流動力を利用してタービン膨張機9を回転でき、このタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転させて熱を発生させられ、この熱で冷媒の温度を確実に高められるようになり、より効率が良く、安定した暖房が蒸気圧縮式冷暖房機に於いて行えるようになる。
また、寒冷下環境にあっても、冷凍サイクルの運転が可能となり、効率運転の維持や安定化も図れるようになる。
しかも、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要となり、構成が簡素となって、コンパクトに構成できるようになり、比較的低廉に提供できて、経済的となり、ヒートポンプ暖房時に最適な冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置となる。

0017

加えて、熱自己平衡熱交換器8にあっては、一次側8aと二次側8bの間に冷媒を膨張させるタービン膨張機9が配置してあり、タービン膨張機9を通過する冷媒を冷却して二次側8bに送込め、一次側8aの冷媒を冷却すると共に、同等の熱エネルギーで二次側8bの冷媒を加熱することとなり、二次側8bに於いて通過する冷媒を安定的に蒸発気化させることができるようになる。

0018

そして、本発明の請求項4記載の冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置によれば、冷媒の流動力を利用してタービン膨張機9を回転でき、このタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転させて熱を発生させられ、この熱で冷媒の温度を確実に高められるようになり、より効率が良く、安定した暖房が暖房専用機に於いて行えるようになる。
更に、寒冷下環境にあっても、冷凍サイクルの運転が可能となり、効率運転の維持や安定化も図れるようになる。
しかも、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要となり、構成が簡素となって、コンパクトに構成できるようになり、比較的低廉に提供できて、経済的となり、暖房専用機によるヒートポンプ暖房に最適な冷凍サイクル用冷媒加熱補助装置となる。

0019

加えて、熱自己平衡熱交換器8にあっては、一次側8aと二次側8bの間に冷媒を膨張させるタービン膨張機9が配置してあり、タービン膨張機9を通過する冷媒を冷却して二次側8bに送込め、一次側8aの冷媒を冷却すると共に、同等の熱エネルギーで二次側8bの冷媒を加熱することとなり、二次側8bに於いて通過する冷媒を安定的に蒸発気化させることができるようになる。

0020

それから、本発明の請求項5記載の冷凍サイクル用冷媒加熱方法によれば、冷媒の流動力を利用してタービン膨張機9を回転でき、このタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転させて熱を発生させられ、この熱で冷媒の温度を確実に高められるようになり、より効率が良く、安定したデフロストや暖房が行えるようになる。更に、寒冷下環境にあっても、冷凍サイクルの運転が可能となり、効率運転の維持や安定化も図れるようになる。しかも、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要となり、経済的な手段となる。

0021

加えて、前記蒸発器4からの冷媒を、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aに送って凝縮させ、この一次側8aを通過した冷媒をタービン膨張機9に送って、タービン膨張機9を回転させると共に、タービン膨張機9で冷媒を膨張させ、タービン膨張機9を通過した冷媒を熱自己平衡熱交換器8の二次側8bに送って蒸発させるので、タービン膨張機9を通過する冷媒を冷却して二次側8bに送込め、一次側8aの冷媒を冷却すると共に、同等の熱エネルギーで二次側8bの冷媒を加熱することとなり、二次側8bに於いて通過する冷媒を安定的に蒸発気化させることができるようになる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の冷媒加熱補助装置を組込んだ蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路図である。
本発明の冷媒過熱補助装置のタービン膨張機及び渦電流発熱機を例示する概略縦断正面図である。
本発明の冷媒加熱補助装置の渦電流発熱機を例示する概略縦断側面図である。
本発明の冷媒加熱補助装置を組み込んだ蒸気圧縮式冷凍機の冷凍サイクルのP-h線図である。
本発明の冷媒加熱補助装置を組込んだ蒸気圧縮式冷暖房機の冷媒回路図である。
本発明の冷媒加熱補助装置を組込んだ蒸気圧縮式暖房専用機の冷媒回路図である。

0023

以下、本発明を図示例に基づいて説明すると、次の通りである。
本発明の冷媒過熱補助装置は、蒸気圧縮式冷凍機や蒸気圧縮式冷暖房機や蒸気圧縮式暖房専用機等に組込まれて、冷凍庫冷蔵庫のデフロストを行うときや、ヒートポンプ暖房を行うときや、温蔵庫内を加熱する際等に使用されるもので、蒸気圧縮式冷凍サイクル中の冷媒の凝縮潜熱を増加して圧縮機1に送れるように構成したものである。
具体的には、一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、この熱自己平衡熱交換器8の二次側8b入口がわに配されるタービン膨張機9と、このタービン膨張機9の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b出口がわに配される渦電流発熱機10とを備えたものである。
そして、冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られるように形成すると共に、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成したものである。
また、本発明の冷媒過熱方法は、蒸気圧縮式冷凍サイクル中の冷媒の凝縮潜熱を増加する方法である。
具体的には、冷媒を、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aに送って凝縮させ、この一次側8aを通過した冷媒をタービン膨張機9に送って、タービン膨張機9を回転させると共に、タービン膨張機9で冷媒を膨張させ、タービン膨張機9を通過した冷媒を熱自己平衡熱交換器8の二次側8bに送って蒸発させ、この二次側8bを通過した冷媒を渦電流発熱機10に送り、タービン膨張機9の回転力で回転する渦電流発熱機10から発生する熱で冷媒の温度を高め、渦電流発熱機10を通過した冷媒を圧縮機1に送るようにする方法である。

0024

図1に示す冷媒加熱補助装置は、圧縮機1と、凝縮器2と、膨張弁3と、蒸発器4とからなる冷凍サイクルに、圧縮機1で発生するホットガスを蒸発器4に直接送ることが可能なホットガス管5を設けてなる蒸気圧縮式冷凍機に組み込まれたもので、蒸気圧縮式冷凍機のホットガスによるデフロスト作動時に於いて、作動せしめられるようにしたものである。
すなわち、冷媒加熱補助装置は、蒸発器4と圧縮機1の間に切替弁7a、7bを介して直列状態に配されており、圧縮機1とホットガス管5と蒸発器4と冷媒加熱補助装置とを循環して流れる冷媒の凝縮潜熱を増加して圧縮機1に送れるように構成されたものである。
具体的には、一次側8a及び二次側8bを有する一体の熱自己平衡熱交換器8と、この熱自己平衡熱交換器8の二次側8b入口がわに配されるタービン膨張機9と、このタービン膨張機9の回転力によって回転すると共に、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b出口がわに配される渦電流発熱機10とを備えたものである。
そして、前記蒸発器4からの冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て圧縮機1に送られるように形成し、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で、渦電流発熱機10を回転せしめられるように形成し、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高められるように構成されている。
尚、前記蒸気圧縮式冷凍機に於いて、冷媒加熱補助装置は、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aが、凝縮器の働きをし、タービン膨張機9が膨張器の働きをし、二次側8bが蒸発器の働きをするようになり、これらと圧縮機1と蒸発器4(凝縮器)とで冷凍サイクルを構成するようになっている。

0025

前記圧縮機1は、冷凍サイクル内の冷媒(低温・低圧の冷媒ガス)を圧縮して、高温・高圧の冷媒ガス(ホットガス)にできるように構成されたもので、前記凝縮器2は、高温・高圧の冷媒ガスから熱を放出させて、常温・高圧の液状冷媒にできるように構成されたもので、前記膨張弁3(エキスパンションバルブまたはキャピラリーチューブ)は、常温・高圧の液状冷媒を減圧流量制御を行って低温・低圧のガス状冷媒にできるように構成されたもので、前記蒸発器4は、ガス状冷媒が熱(蒸発熱源)を吸収して、相変化(液状からガス状に変化)を維持するための蒸発工程構成部であり、通常は、この冷媒ガスが切替弁7bを介して圧縮機1に吸引されて、冷媒が圧縮機1、凝縮器2、膨張弁3、蒸発器4を循環する冷凍サイクルを構成している。すなわち、蒸発器4部分の熱交換によって冷凍庫内冷蔵庫内を冷却(或いは、室内を冷房)できるようになっている。

0026

前記ホットガス管5は、圧縮機1と凝縮器2の間に切替弁6aを介してその一端が接続され、膨張弁3と蒸発器4の間にその他端が接続されて、圧縮機1から吐出されるホットガスを蒸発器4に直接送り込める(切替弁6bによって凝縮器2と膨張弁3にはホットガスが流れない)ようにしたもので、蒸発器4内にホットガスを送り込むと、蒸発器4が凝縮器となって、高温・高圧の冷媒ガスから熱を放出させ、蒸発器4部分の冷却器に付着している霜を溶解させる。
尚、蒸発器4を温蔵庫内や室内に設けることで、ホットガス管5によってホットガスを送り込むと、温蔵庫内を加熱させたり、暖房したりできるようになる。

0027

前記熱自己平衡熱交換器8は、例えば、中央の仕切板によって一次側8aと二次側8bを設けたもので、一次側8aと二次側8bの熱交換が高効率で行えるものが採用される。
そして、前記蒸発器4からの冷媒(気液二層状態の冷媒)が切替弁7aを介して一次側8a内に送られ、一次側8aを通過した冷媒がタービン膨張機9を経て二次側8b内に送られ、二次側8bを通過した冷媒が渦電流発熱機10を経て圧縮機1に送られるようになる。

0028

前記タービン膨張機9は、例えば、連結シャフト13の一端に固定されると共に、隔壁12で隔てられたケーシング11内の一方がわに設けられ、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aから送られてくる冷媒がケーシング11の冷媒導入口14から導入されて冷媒吐出口15から吐出されるように形成され、冷媒の流れによってスムーズに回転すると共に、この冷媒を膨張できるように構成されたものが採用される。

0029

前記渦電流発熱機10は、例えば、連結シャフト13の他端に固定されると共に、隔壁12で隔てられたケーシング11内の他方がわに設けられ、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aからタービン膨張機9を経て送られてくる冷媒がケーシング11の冷媒導入口16から導入されて冷媒吐出口17から出るように形成され、通過する冷媒を効率良く加熱できるように構成されたものが採用される。
尚、渦電流発熱機10は、連結シャフト13の他端に固定される回転盤18と、S極、N極を交互にして回転盤18に固定される複数の永久磁石19と、回転盤18を囲繞するように配される発熱盤20とからなり、回転盤18を回転させると、発熱盤20を磁石19のS極N極の磁力線が交互に横切るようになり、電磁誘導現象によって発熱盤20に渦電流が発生し、この渦電流が熱エネルギーに変換されて発熱盤20が発熱するように構成されている。

0030

ところで、圧縮機1の具体的構成、凝縮器2の具体的構成、膨張弁3の具体的構成、蒸発器4の具体的構成、ホットガス管5の具体的構成、形状、配設位置、切替弁6a、6bの具体的構成、配設位置、数、切替弁7a、7bの具体的構成、配設位置、数、熱自己平衡熱交換器8の具体的構成、一次側8aの具体的構成、二次側8bの具体的構成、タービン膨張機9の具体的構成、配設位置、渦電流発熱機10の具体的構成、配設位置、ケーシング11の具体的構成、形状、寸法、材質、配設位置、隔壁12の具体的構成、形状、寸法、材質、配設位置、連結シャフト13の具体的構成、形状、寸法、材質、冷媒導入口14の具体的構成、形状、配設位置、冷媒吐出口15の具体的構成、形状、配設位置、冷媒導入口16の具体的構成、形状、配設位置、冷媒吐出口17の具体的構成、形状、配設位置、回転盤18の具体的構成、形状、寸法、材質、磁石19の具体的構成、形状、寸法、材質、数、配設位置、発熱盤20の具体的構成、形状、寸法、材質、配設位置等は図示例のもの等に限定されることなく適宜自由に設定、変更できるものである。

0031

図5は、本発明の冷媒加熱補助装置を組込んだ蒸気圧縮式冷暖房機の冷媒回路図で、この蒸気圧縮式冷暖房機は、圧縮機30と、室内側熱交換器31と、膨張弁32a、32bと、室外側熱交換器33と、四方切替弁34と、逆止弁35a、35bとを備えたもので、室内側熱交換器31で室内の暖房を行う時には、冷媒が、圧縮機30、四方切替弁34、室内側熱交換器31、逆止弁35a、膨張弁32a、室外側熱交換器33、四方切替弁34を経て圧縮機30に流れるように構成されている。
また、室内側熱交換器31で室内の冷房を行う時には、冷媒が、圧縮機30、四方切替弁34、室外側熱交換器33、逆止弁35b、膨張弁32b、室内側熱交換器31、四方切替弁34を経て圧縮機30に流れるように構成されている。
尚、図中Xは、屋内を示すもので、図中Yは、屋外を示すものである。

0032

そして、冷媒加熱補助装置は、冷暖房機の暖房時に於いて作動せしめられ、蒸気圧縮式冷凍サイクル中の冷媒の凝縮潜熱を増加して圧縮機30に送れるように、室外側熱交換器33に対して切替弁36を介して並列状態に配されている。
すなわち、切替弁36を通過してきた冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られ、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で渦電流発熱機10を回転せしめ、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高めて圧縮機30に送れるように構成されている。
ところで、冷媒加熱補助装置は、蒸気圧縮式冷暖房機で暖房運転を行っていて、冷媒が、圧縮機30、四方切替弁34、室内側熱交換器31、逆止弁35a、膨張弁32a、室外側熱交換器33、四方切替弁34、圧縮機30と循環しているときに作動させるようにしても良いし、或いは、蒸気圧縮式冷暖房機で暖房運転を行っていて、冷媒が、膨張弁32aと室外側熱交換器33に流れない状態のときに作動させるようにしても良い。
尚、前記蒸気圧縮式冷暖房機に於いて、冷媒加熱補助装置は、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aが、凝縮器の働きをし、タービン膨張機9が膨張器の働きをし、二次側8bが蒸発器の働きをするようになり、これらと圧縮機30と室内側熱交換器31(凝縮器)とで冷凍サイクルを構成するようになっている。
しかして、蒸気圧縮式冷暖房機で暖房運転を行っていて、室外側熱交換器33に霜が氷結して、これを除霜(デフロスト)する際に、従来システムであれば、暖房運転を冷房運転切り替えることによって除霜する(このとき、室内は暖房できない)必要があったが、図5に示す冷媒回路(蒸気圧縮式冷暖房機)にあっては、暖房運転を冷房運転に切り替える必要がなく、室内の暖房を継続できるようになる。しかも、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高めて圧縮機30に送れ、暖房効果をより高めることもできる。

0033

図6は、本発明の冷媒加熱補助装置を組込んだ蒸気圧縮式暖房専用機の冷媒回路図で、この蒸気圧縮式暖房専用機は、圧縮機40と、暖房用室内熱交換器41とを備えたもので、暖房用室内熱交換器41で室内の暖房を行う時には、冷媒が圧縮機40から暖房用室内熱交換器41に送られ、暖房用室内熱交換器41から冷媒加熱補助装置に送られ、冷媒加熱補助装置から圧縮機40に送られるように構成されている。

0034

そして、冷媒加熱補助装置は、暖房用室内熱交換器41からの冷媒が、熱自己平衡熱交換器8の一次側8a、タービン膨張機9、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b、渦電流発熱機10を順次経て送られ、冷媒の流れによって回転するタービン膨張機9の回転力で渦電流発熱機10を回転せしめ、渦電流発熱機10で発生する熱で冷媒の温度を高めて圧縮機40に送れるように構成されている。
尚、前記蒸気圧縮式暖房専用機に於いて、冷媒加熱補助装置は、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aが、凝縮器の働きをし、タービン膨張機9が膨張器の働きをし、二次側8bが蒸発器の働きをするようになり、これらと圧縮機40と暖房用室内熱交換器41(凝縮器)とで冷凍サイクルを構成するようになっている。

0035

ところで、圧縮機30の具体的構成、室内側熱交換器31の具体的構成、膨張弁32a、32bの具体的構成、室外側熱交換器33の具体的構成、四方切替弁34の具体的構成、配設位置、逆止弁35a、35bの具体的構成、配設位置、数、切替弁36の具体的構成、配設位置、数、圧縮機40の具体的構成、暖房用室内熱交換器41の具体的構成等は図示例のもの等に限定されることなく適宜自由に設定、変更できるものである。

0036

また、本発明の冷媒過熱方法は、蒸気圧縮式冷凍機や蒸気圧縮式冷暖房機や蒸気圧縮式暖房専用機に利用されて、冷凍庫や冷蔵庫のデフロストを行うときや、ヒートポンプ暖房を行うときや、温蔵庫内を加熱する際等に利用できる方法である。
具体的には、先ず、冷媒(気液二層状態の冷媒)を、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aに送って凝縮させる。このとき、一次側8aは未凝縮冷媒ガスの凝縮潜熱を含んだ熱量を蒸発熱源とし、二次側8bの蒸発工程を機能させる。
次に、この一次側8aを通過した冷媒をタービン膨張機9に送って、タービン膨張機9を回転させると共に、タービン膨張機9で冷媒を減圧・膨張させて冷却する。
そして、タービン膨張機9を通過した冷媒を熱自己平衡熱交換器8の二次側8bに送って蒸発させる。このとき、熱自己平衡熱交換器8の一次側8aでは、熱自己平衡熱交換器8の二次側8bで蒸発冷却した冷媒が冷却熱源となって、一次側8a内の未凝縮冷媒ガスを冷却凝縮させる。すなわち、一次側8aは補助(二段目の)凝縮器の機能を有し、二次側8bは蒸発器の機能を有する。
それから、二次側8bを通過した冷媒を渦電流発熱機10に送り、タービン膨張機9の回転力で回転する渦電流発熱機10から発生する熱で、冷媒の温度を高める。
更に、渦電流発熱機10を通過した冷媒を圧縮機1に送る。

実施例

0037

ところで、熱自己平衡熱交換器8に於ける機能ついて図1のデフロスト作動時の場合で説明すると、先ず、初期的段階で熱自己平衡熱交換器8の一次側8aに送られるのは高圧で高温(常温)の不完全凝縮の冷媒ガス(ホットガスと冷媒液)である。デフロスト作用をした冷媒ガスは放熱し、その冷却による凝縮をして一部液となっている。
この不完全凝縮冷媒ガスは熱自己平衡熱交換器8の一次側8a出口より送られて二次側8bへ送られるが、このときタービン膨張機9を通過し、その通過時に一部液化されている冷媒が蒸発し、気化相変化する。
この蒸発によって、熱自己平衡熱交換器8の二次側8b内の冷媒ガスは、中間プレートを介して一次側8aに送られてくる不完全凝縮冷媒ガスを熱交換して冷却され、一次側8a内での冷媒ガスの凝縮を促進させる。この時に、一次側8a内に流入してくる不完全凝縮冷媒ガスは高温(常温)のため、二次側8b内の冷媒ガスの蒸発作用気化熱源となる。
一次側8aでは送られてくる不完全凝縮冷媒ガスが冷却され、より凝縮が促進されることで、この一次側8aには凝縮された冷媒の液が経時変化と共に増量していく。
熱自己平衡熱交換器8の一次側8aに凝縮された冷媒の液が増量されると、二次側8bにおける蒸発能力も伴って増加され、更に、一次側8aにおける不完全凝縮ガスの凝縮を促進させる。
上記した経時変化により増進されていく機能は、一次側8aが二次側8bの蒸発熱源となり、二次側8bの蒸発作用は一次側8aの凝縮熱源となって安定され、二次側8bで蒸発気化された冷媒ガスは渦電流発熱機10で加熱されてから圧縮機1へ吸引され、圧縮、循環されることとなる。

0038

本発明の冷媒加熱補助装置や冷媒加熱方法によれば、より効率が良く、安定したデフロストや暖房が行え、寒冷下環境にあっても、冷凍サイクルの運転が可能となり、蒸発工程にあって蒸発熱源となる外部動力や外部熱源等が不要となり、経済的な装置及び方法となる。加えて、ヒートポンプによる加熱効率は、電気入力の場合の3〜4倍の効果があり、省エネルギーの実現に役立つものとなる。

0039

1圧縮機
2凝縮器
3膨張弁
4蒸発器
5ホットガス管
6a切替弁
6b 切替弁
7a 切替弁
7b 切替弁
8熱自己平衡熱交換器
8a 一次側
8b 二次側
9タービン膨張機
10渦電流発熱機
11ケーシング
12隔壁
13連結シャフト
14冷媒導入口
15冷媒吐出口
16 冷媒導入口
17 冷媒吐出口
18回転盤
19磁石
20発熱盤
30 圧縮機
31室内側熱交換器
32a 膨張弁
32b 膨張弁
33室外側熱交換器
34四方切替弁
35a逆止弁
35b 逆止弁
36 切替弁
40 圧縮機
41 暖房用室内熱交換器

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ