JPH04110574A - 冷媒ガスを用いた加熱冷却方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、冷媒ガスを用いた加熱冷却装置とその方法
に関するものである。

（従来の技術） 冷媒ガスを用いた加熱冷却方法及び装置は、既に知られ
ている。その代表的なものは、熱ポンプによる冷暖房方
法及び装置である。この方法は、冷媒ガスを圧縮機から
ｌ縮器、膨張弁、蒸発器を経て圧＠機へと循環させて、
熱の移動を図るものである。この方法では、冷媒ガスが
凝縮器で放熱し、蒸発器で吸熱するので、暖房時には凝
縮器の放熱を利用することとし、冷房時には蒸発器の吸
熱を利用することとして来た。そのためには、暖房時と
冷房時とでは冷媒ガスの流れを逆７こする必要があり、
このために冷媒ガスの通路に四方切換弁が設置された。

また、熱ポンプによる冷暖房では、冷房時における凝１
縮器での発熱が大気中に放棄され、暖房時における蒸発
器での吸熱が大気中に放棄された。このように、常に一
方の熱が大気中に放棄されて来た。

冷媒ガスを用いて加熱冷却するものとしては、冷暖房装
置のほかに冷凍機がある。冷凍機の原理は、前述の熱ポ
ンプにおける冷房の原理と全く圏じである。すなわち、
圧縮機で圧縮した冷媒ガスを凝縮器から膨張弁を経て蒸
発器へ流し、その後圧縮機へ戻して循環させ、蒸発器で
生じた冷熱を利用してブラインその他の不凍液を冷却し
、これによって低温を得ることとしたものである。この
場合に、蒸発器で生じた発熱は水などに吸収させて廃棄
された。

以上のように、従来の冷暖房方法では、暖房時に冷熱が
廃棄され、冷房時には温熱が廃棄された。

また、冷凍方法では、冷熱だけが利用され、温熱は廃棄
された。こうして、一方の熱が常に廃棄されて来た理由
は、廃棄される方の熱がとくに利用に値するほどの温度
にならなかったからであり、また利用に値するほどの大
量にもならなかったからである。しかし、このように一
方の熱を廃棄することは、エネルギーの有効利用という
点から見ると、甚だ不経済なことである。

（課題解決のための手段） この発明者は、冷媒ガスを用いた加熱冷却方法において
、そこで発生する温熱と冷熱とを共に有効に利用しよう
と企てた。そのためには、温熱と冷熱とから発生する熱
を流体に移し、しかも温熱を持った流体の温度を高くシ
、逆に冷熱を持った流体の温度Ｐ低くし、２つの流体の
間に大きな温度差を設けることが必要であることに気付
いた。

この発明者は、上述の温度差を設けるには、従来の冷媒
回路に別の補助通路を設け、普通は従来の冷媒回路に冷
媒ガスを流すこととするが、後に述べるような特定の場
合には、冷媒ガスを補助通路に流して、冷媒ガスの温度
自体を調節するのが有効であることを見呂した。このよ
うにすると、冷熱を持った流体と、温熱を持った流体と
の間の温度差を大きくして、両方の熱を有効に利用でき
ることを見出した。この発明は、このような知見に基づ
いて完成されたものである。

（発明要旨） この発明は、−面では、冷媒ガスを用いた加熱冷却装置
を要旨とするものである。その装置は、圧縮機から出た
冷媒ガスを凝縮器、膨張弁及び蒸発器を経て、圧縮機へ
戻して冷媒ガスを循環させ、凝縮器で生じた発熱を利用
して流体を加熱し、蒸発器で生じた冷熱を利用して流体
を冷却する加熱冷却装置において、圧縮機と膨張弁との
間に第１熱交換機を通る高温端助通路を、凝縮器を通る
従来の通路と並列にしかも切換可能に設けるとともに、
膨張弁と圧縮機との間に、第２熱交換機を通る低温補助
通路を、蒸発器を通る従来の通路と並列にしかも切換可
能に設けたことを特徴とする、冷媒ガスを用いた加熱冷
却装置である。

また、この発明は、他面では冷媒ガスを用いた加熱冷却
方法を要旨とするものである。その方法は、圧縮機を出
た冷媒ガスを凝縮器から膨張弁を経て蒸発器へ通しての
ち、圧縮機へ戻して循環させ、凝縮器で生じた発熱を利
用して第１流体を加熱するとともに、蒸発器で生じた冷
熱を利用して第２流体を冷却する加熱冷却方法において
、第１流体の温度が低温となって熱不足のときは、冷媒
ガスを蒸発器に通さないで代わりに第２熱交換機に通し
、ここで冷媒ガスを加熱してのち圧縮機へ導いて循環さ
せ、第２流体の温度が上昇し冷却不足のときは、冷媒ガ
スを凝縮器に通さないで代わりに第１熱交換機に通し、
ここで冷媒ガスを冷却してのち、蒸発器へ導いて循環さ
せることを特徴とする、冷媒ガスを用いた加熱冷却方法
である。

（要件の説明） この発明で用いられる装置を実施の１例について図面に
基づき説明すると、次のとおりである。

第１図は、この発明に係る装置の原理を説明するための
ブロック図である０ 第１図において、１は圧縮機、２は高温切換弁、３は凝
縮器、５は膨張弁、６は低温切換弁、７は蒸発器、９は
開閉弁、１０は高温補助通路、１１は冷媒ガス冷却用の
第１熱交換機、１２は開閉弁、１３は低温補助通路、１
４は冷媒ガス加熱用の第２熱交換機である。

第１図において、圧縮機工から出た冷媒ガスを凝縮器３
へ流し、膨張弁５と蒸発器７とを経て圧縮機工へ戻す、
という冷媒回路から成る加熱冷却装置は既に知られてい
る。これは先に述べた公知の冷暖房装置であり、また冷
凍装置である。

この発明に係る加熱冷却装置は、上述の公知の装置にお
いて、冷媒ガス用の補助通路を２系統切換可能に設けた
こと３特徴としている。２系統の補助通路のうち、１つ
は高温補助通路であり、他は低温補助通路である。高温
補助通路は、冷媒ガスを凝縮器３に通さないで、新たに
設けた第１熱交換機工１に通して膨張弁５へと導くため
の通路１０である。高温補助通路ｌＯを切換可能とする
ために、圧縮ｍｌと凝縮器３との間に高温切換弁２を設
けて、高温切換弁２の操作により冷媒ガスを凝縮器３へ
流したり、高温補助通路１０へ流したりする。また、高
温補助通路１０の出口がわにも開閉弁９を設ける。

低温補助通路は、冷媒ガスを蒸発器７に通さないで、新
たに設けた第２熱交換機工４に通して、圧縮機工へと導
くための通路１３である。低温補助通路１３を切換可能
とするために、膨張弁５と蒸発器７との間に低温切換弁
６を設けて、低温切換弁６の操作により、冷媒ガスを蒸
発器７へ流したり、低温補助通路１３へ流したりする。

また、低温補助通路１３の出口がわにも開閉弁１２を設
ける。

新たに設けた第１熱交換機は、外界の温度にある空気又
は水により、冷媒ガスを冷却するためのものである。ま
た、新たに設けた第２熱交換機は、外界の温度にある空
気又は水により、冷媒ガスを加熱するためのものである
。同じ外界の温度にある空気又は水により、一方では冷
媒ガスを冷却でき、他方では冷媒ガスを加熱できるのは
、甚だ奇異に感ぜられるが、このことは、１１！１熱交
換機のところでは冷媒ガスが常温よりも可成り高く、ま
た第２熱交換機のところでは冷媒ガスが常温よりも可成
り低いからである。また、このような熱交換機を設けた
のは、そこでの冷却と加熱とが低温と高温とを得る上に
有効であることをこの発明者が見出したからである。

このように、２個の補助通路１０と１３とを設けたのが
、この発明に係る装置である。この装置では、冷媒ガス
は、通常圧縮機工から凝縮器３、膨張弁５、蒸発器７を
この順序に通り、圧縮機ｌへ戻る、という循環をする。

しかし、第２流体の冷熱不足な場合には、圧縮機工を出
た冷媒ガスが、高温切換弁２から高温補助通路１０へ入
り、第１熱交換機を経て、膨張弁５、蒸発器７を通って
圧縮機工へ戻る、という循環をする。また、第１流体の
温度不足の場合には、圧縮機工を出た冷媒ガスが凝縮器
３、膨張弁５を通ったのち、低温切換弁６から低温補助
通路１８へ入り、第２熱交換機を経て圧縮機１へ戻る、
という循環をする。

但し、この発明では、圧縮機工を出た冷媒ガスが、高温
補助通路１０を通るとともに、低温補助通路１３を通る
ということはあり得ない。

この発明に係る冷媒ガスを用いた加熱冷却方法は、第１
図に示した装置を用いて流体を加熱冷却する方法である
。その方法を第１図について説明すると、次のとおりで
ある。まず、普通の状態のときは、圧縮機工により圧縮
された冷媒ガスを凝縮器３から膨張弁５を経て蒸発器７
へ流し、その後圧縮機工へ戻して冷媒ガスを循環させ、
凝縮器３で生じた発熱を利用して第１流体を加熱すると
ともに、蒸発器７で生じた冷熱を利用して第２流体を冷
却し、こうして高温の第１流体と低温の第２流体とを得
て、これを利用する。

第１流体による高温の需要と、第２流体による低温の需
要とが、はぼ均等で見合っているときは、上述のように
冷媒ガスを循環させる。ところが、実際の熱の需要は、
低温と高温とが常に見合った状態にはない。すなわち、
成るときは、高温の需要が多くて低温の需要の少ないこ
とがあり、また成るときは低温の需要が多くて高温の需
要の少ないときがある。

高温の需要が多くて低温の需要が少ないときは、凝縮器
３で大量の発熱を必要とする。このためには、凝縮器３
を流れる冷媒ガスが高温であることが望ましい。そこで
、この要望に応じるために、冷媒ガスを蒸発器７に通さ
ないで、代わりに低温補助通路１３に通して、通路の途
中に設けた第２熱交換機工４内で冷媒ガスを加熱するよ
うにする。

このために、低温切換弁６を蒸発器７に向かって閉じる
とともに低温補助通路１３に向かって開き、また開閉弁
１２を開く。

ところで、低温補助通路１３へ入るときの冷媒ガスは、
普通常温以下の温度にある。だから、第２熱交換機工４
では周囲にある空気又は水によって冷媒ガスの温度を高
めることができる。そこで、第２熱交換機工４内では、
冷媒ガスを外界の空気又は水と熱交換させるだけで、冷
媒ガスの温度を高めることができ、従って凝縮器３内で
の発熱を多くすることができる。その結果、凝縮器８で
の熱不足を補うことができる。こうして第１流体を高温
に維持できることとなる。

逆に、低温の需要が多くて高温の需要が少ないときは、
蒸発器７で大量の冷熱を必要とする。このためには、蒸
発器７を流れる冷媒ガスが低温であることが望ましい、
この要望に応じるために、冷媒ガスを凝縮器３に通さな
いで、代わりに高温補助通路１０に通して、通路の途中
に設けた第１熱交換機工１内で冷媒ガスを冷却する。こ
のために、高温切換弁２を凝縮器３に向かって閉じると
ともに、高温補助通路１０に向かって開き、また開閉弁
９を開く。

高温補助通路１０へ入るときの冷媒ガスは、普遍常温以
上の温度にある。そこで、第１熱交換機工１では、周囲
にある空気又は水によって冷媒ガスの温度を下げること
ができる。そこで、第１熱変換１１内では、冷媒ガスを
外界の空気又は水と熱交換させるだけで、冷媒ガスの温
度を下げることができ、従って蒸発器７内での冷熱を多
くすることができる。その結果、蒸発器７内での冷熱不
足を補うことができる。こうして、第２流体を低温に維
持できることとなる。

この発明方法では、第１熱交換機を使用するのは、凝縮
器３から取り出される第１流体の温度が充分満足できる
高温にあって、蒸発器７から取り出される第２流体が、
冷却不足のとき、すなわち所望の冷温より高くなったと
きだけである。同様に、第２熱交換機を使用するのは、
第２流体の温度が充分満足できる低温にあって、第１流
体が加熱不足のとき、すなわち所望の高温より下がった
ときだけである。その他のときは、冷媒ガスを従来通り
、圧縮機工から凝縮器３、膨張弁５蒸発器７を経て圧縮
機工へ戻すように循環させる。

この発明方法で用いられる１１１５ａ器３は、従来から
ヒートポンプなどで用いられて来たｉｌｌｌｌ縮度わり
がない、その代表的なものが、第２図に示されている。

第２図の凝縮器は、ジャケット構造の円筒の中に互いに
連通ずる多数の金属製小管を平行に配置し、小管内を第
１流体が矢印方向に流れ、小径管の外がわを冷媒ガスが
流れて、その間で熱交換が行われるようにしたものであ
る。熱交換を効率よ（行うために、小径管の外面には多
数のフィンが付設され伝熱面積を大きくしている。

この発明で用いられる蒸発器７は、従来からヒートポン
プなどで用いられて来た蒸発器と変わりがない、その代
表的なものが第３図に示されている。第３図の蒸発器は
、ジャケット構造の円筒の中に互いに連通ずる多数の金
属製小管を互いに平行に配置し、小管内を冷媒ガスが矢
印方向に流れ、小管の外がわを第２流体が流れて、その
間で熱交換が行われるようにしたものである。小管の間
には、小管軸と垂直方向に延びるバッフルプレートが、
ジャケット構造の円筒内を部分的に塞ぐ状態で付設され
、第２流体が円筒内で小管の肩囲を蛇行して進行するの
を助け、これによって、冷媒ガスと第２流体との間で熱
交換がよく行われるようにしている。

この発明で用いられる膨張弁５も、従来からヒートポン
プに用いられて来たものをそのまま用いる。第４図にそ
の代表的な一例を示す、第４図の膨張弁はダイヤフラム
上に封入された冷媒ガスの圧力と、ダイヤフラムの下方
に取り付けられたスプリングの圧力とで、弁の開（圧力
を調節し、これによって適正な冷媒ガスを蒸発器７へ自
動的に送り出すようになっている。

この発明で用いられる圧１８１１も、従来からヒートポ
ンプに用いられて来たものをそのまま用いる。すなわち
、ターボ圧ｍ機、スクリュー圧縮機、往復動圧縮機、ロ
ータリ圧縮機、スクロール圧縮機の何れをも用いること
ができる。そのうちで、好ましいのはスクリュー圧縮機
であり、とくに好ましいのは多段スクリュー圧縮機であ
る。

そのほか、この発明では、冷媒ガスを逆流させないため
に、冷媒ガスの通路のところどころに逆上弁を付設する
が、この逆止弁は、これまで用いられて来たものと変わ
りがない、また、この発明では、高温切換弁２と、低温
切換弁６と、開閉弁９．１２などを用いるが、これらの
名称はその作用を説明する便宜のために付けただけのも
ので、これらの弁はこれまで冷媒ガスの通路の開閉に用
いられて来たものであって、格別変わったものではない
。

この発明は、第１熱交換機工１と第２熱交換機工４とを
付設した点に大きな特徴をもっている。

作用から言えば、第１熱交換９１１１は冷媒ガスを外界
の空気又は水により冷却するためのものであり、第２熱
交換機工４は冷媒ガスを外界の空気又は水により加温す
るためのものである。この２つの熱交換機は、冷媒ガス
と空気又は水との間で熱交換を行わせるためのものに過
ぎないから、同じ構造のものであってもよい、しかも、
これら２つの熱交換機は、この発明では同時に使用され
ることがないから、同一の熱交換機を用い、弁の切換に
よって唯１個の熱交換機により、第１熱交換機の役目と
第２熱交換機の役目とを果たさせることができる。

第５図は、この発明において第１熱交ｔＡ機工１及び第
２熱交換機工４として用いることのできる熱交換機の一
例を示している。第５図の熱交ｖ４機は、蛇行する小管
２１の外面に多数の直角四辺形のフィン２２が平行に付
設された構造のもので、フィン２２が大きく張り出して
いるから、−見したところ、フィンが平行に重なり合っ
た直方体であるかのように見える。この熱交換機では、
冷媒ガスが小管２１の内を矢印２３の方向に流れ、他方
空気が矢印２４の方向に流れてフィン２２の間を通り、
フィンとの間で熱交換することによって、冷媒ガスを加
温又は冷却する。

第１熱交換機工１も第２熱交換ｌ！１４も、熱交換機で
ある点では、凝縮器３と蒸発Ｈ７と同しである。ところ
が、第１熱交［１１１と第２熱交換機工４とは、凝縮器
３と蒸発器７に比べて伝熱面積が２０％以上大きくされ
ている点で異なっている。その中でも、伝熱面積は５０
％以上、好ましくは１００％以上大きくされている点で
異なっている。

二の発明方法は、前述のように通常は、圧縮機工、凝縮
器３、膨張弁５、蒸発器７を経て圧縮機工へ冷媒ガスを
循環させる。こうして、ａ囲器３で発生した発熱を利用
して、第１流体を加熱するとともに、蒸発器７で生じた
冷熱を利用して第２流体を冷却する。そして、凝縮器３
を出て行く第１流体の温度を測定して、第１流体の温度
が所定の高温領域内にあるように管理している。同様に
、蒸発器７を出て行く第２流体の温度を測定して、第２
流体の温度が所定の低温領域内にあるように管理し、こ
れによって、圧縮機工を制御している。

第１流体の温度及び第２流体の温度が、ともにそれぞれ
の所定温度領域外にあるときは、冷媒ガスが凝縮器３及
び蒸発器７を通るように、高温切換弁２と低温切換弁６
とを開いて、上述のように、第１図の装置に従来どおり
の運転をさせる。つまり、この発明装置の運転を開始す
る時などは、従来どおりの運転をさせるわけである。

ところが、第２流体の温度が所定の低温領域内にあるの
に、第１流体の温度が低温となって所定の高温領域より
低下したときは、冷媒ガスを蒸発器７へ通さないで、代
わりに第２熱交換１１１４に通すこととする。このとき
の通路の変更は、低温切換弁６を低温補助通路１３に向
かって開き、蒸発器７へ間かう通路を閉じること、及び
開閉弁１２を開くことによって行われる。この開閉は、
通常コンピューター制御によって行う。

こうして、冷媒ガスが蒸発器７を通らないで、代わりに
第２熱交換機工４を通ることとなると、冷媒ガスは、蒸
発器７内で蒸発して熱を失うことがないので、それだけ
前よりも高温で圧縮機ｌへ進むだけでなく、第２熱交換
機工４内で外界温度の空気又は水により加温されること
となるので、−層高温となって圧縮機工へ進む、従って
、凝縮器３へ入る冷媒ガスの温度が高まり、従って凝縮
器３内で熱変換によって第１流体に移行する熱量も増加
し、つれて第１流体の温度が上昇する。

逆に、第１流体の温度が所定の温度領域内にありで、第
２流体の温度が冷却不足となって所定の低温領域より上
昇したときは、冷媒ガスを凝縮器３へ通さないで、代わ
りに第１熱変換機工１に通すことする。このときの通路
の変更は、高温切換弁２を高温補助通路１０に向かって
開き、凝縮器３へ向かう通路を閉じること、及び開閉弁
９を開くことによって行われる。この開閉も、コンピュ
ーター制御によって行う。

こうして、冷媒ガスが凝縮Ｈ３を通らないで、代わりに
第１熱交換機工１を通ることとなると、冷媒ガスは４Ａ
縮器３内で凝縮熱を失う代わりに、第１熱交換機内で外
界温度の空気又は水により冷却されるりで、−層低温と
なって蒸発器７へ入る。

従って、蒸発器７内へ入る冷媒ガスの温度が低下し、従
って蒸発器７内で熱交換されて第２流体に移行する冷熱
も増加し、それに伴って第２流体の温度が低下する。

この発明方法を実施するには、ｌ＆縮囲器３出て行く第
１流体の温度り、蒸発器７を出て行く第２流体の温度Ｔ
などを測定し、これらの値をコンビニ−ターに入力し、
その入力値を基にして圧縮機工、高温切換弁２、低温切
換弁６、膨張弁５、開閉弁９及び１２を適正に動かして
、自動的に管理できるようにする。

（発明の効果） この発明に係る装置と方法によれば、従来の装置及び方
法に比べて体積の小さな装置で、第工流体の温度を上昇
させ、第２流体の温度を低下させ、第１流体と第２流体
との温度差を大きくし、温熱と冷熱とを同時に有効に利
用することができる。

例えば、第１流体と第２流体との温度は、従来の装置及
び方法では第１流体が４５°Ｃ１第２流体が７℃位であ
ったところ、この発明に係る装置及び方法によれば、第
１流体の温度を５８°Ｃ１第２流体の温度を一２０℃に
することができる。また、この装置の占める体積は、同
じ発熱量の装置に比べて３分の１以下の小さなもので足
りる。

また、この発明に係る方法は、特殊な１例として、沸点
の異なる混合物かなる冷媒ガスを用い、通路の途中に冷
媒ガス貯蔵器を設けて、循環するガスの混合割合を規制
し、またそれぞれの冷媒ガスに適した膨張弁を設置して
、循環する冷媒ガスに応じて通過する膨張弁までも規制
すると、第１流体と第２流体との温度差をさらに大きく
広げることができる。

第６図は、混合冷媒ガスを用いた場合の装置の一例を模
型的に示したものである。第６図に示した装置は、第１
図に示した装置に比べると、膨張弁５として３個の膨張
弁５１−５３を並列に設！するとともに、それぞれの膨
張弁の入口がわに開閉弁１５を設けた点で異なっている
。また、７発器７と圧縮機工との間に２個の冷媒ガス貯
蔵器１６と１７とを並列に設け、そこに温水又は冷水の
通水路１８を設けて貯蔵器１６と１７との内部の温度を
制御できるようにした点でも異なっている。

なお、膨張弁として電子膨張弁を用いる場合は、３個の
膨張弁を設置する必要がなく、１個の膨張弁を設置する
だけでよい。

そのほか、第６図の装置は、第１流体を高温蓄熱槽内に
溜めて、大量の高温を連続して供給できるようにし、ま
た第２流体を低温蓄熱槽に溜めて大量の低温を連続して
供給できるようにした点でも、第１図の装置と異なって
いる。

第６図の装置において、第２流体をとくに低い温度にし
ようとする場合には、３種の冷媒ガスのうち、沸点の低
い冷媒ガスを選んで、これを圧縮機ｌから第１熱交換１
ａｌｌに通し、次いで蒸発器７に通してのち、圧縮機工
へ戻す、という循環を行わせる。このためには、弁１９
を開いて冷媒ガスが冷媒ガス貯蔵器１７から１６へ流れ
るようにし、貯蔵器１６内の通水路１８に水を流して、
貯蔵器１６の内部の温度を貯蔵器１７よりも高（して、
低沸点の冷媒ガスが貯蔵器１７内に液状でとどまるよう
にし、この液状で溜まった低沸点の冷媒ガスだけを気化
させて循環させるようにする。

また、このときは、膨張弁５として設置した３種の膨張
弁、すなわちそれぞれの冷媒ガスに適した３種の膨張弁
５１−５３の中から、低沸点の冷媒ガスを通すに適した
膨張弁を選んで、これに冷媒ガスを通すようにする。そ
の場合の適した膨張弁とは、その中に低沸点の冷媒ガス
を充填し、ス′テリングの強さをその冷媒ガスの圧力ム
二合うように調節したものである。

第６図の装置において、第１流体をとくに、高温にしよ
うとする場合には、３種の冷媒ガスの中から、高沸点の
冷媒ガスを選び、これを圧縮機工から凝縮器３に通し、
次いで第２熱交換機工４に導き、その後圧縮機工へ戻す
、という循環を行わせる。このためには、弁１９を閉じ
て、冷媒ガスを冷媒ガス貯蔵器１６から冷媒ガス貯蔵器
１７へ流さないようにし、貯蔵器１６内の通水路１８に
水を流して、貯蔵器１６の内部温度を冷媒ガスの低沸点
と高沸点との中間温度に維持し、低沸点の冷媒ガスを貯
蔵器１６内で液化させてとどめ、高沸点の冷媒ガスだけ
が循環するように調整する。

またこのときは、膨張弁５１−５３の中から高沸点の冷
媒ガスを通すに適した膨張弁を選んで、この中に冷媒ガ
スを通すようにする。

第６１！ｌの装置を用い、上述のような運転を行うと、
第１流体と第２流体との温度差をさらに大きくすること
ができる。例えば、単一の冷媒ガスを用いた場合には、
前述のように、第１流体を５８℃まで上げることができ
、第２流体を一２０°Ｃまで下げることができ、その差
を７８℃まで大きくすることができた。ところが、３種
の冷媒ガスを混合して用い、例えばフレオンＲ１１（１
点２３．８２℃分子弐ＣＣ１，Ｆ）　４０％、同Ｒ１２
（沸点−２９，７９°Ｃ１分子弐〇Ｃ１ｚｈ）　４０％
、同１３Ｂ１（沸点−５７，７５”Ｃ１分子弐ＣＢｒｈ
）　２０％からなる３種の混合冷媒ガスを用いて上述の
運転を行うと、第１流体を１５０℃まで上げることがで
き、第２流体を一５０℃まで下げることができ、その差
を実に２００℃にまで広げることができる。

混合した冷媒ガスを用いる場合には、この発明で新たに
設けた、低温補助通路において、開閉弁１２と第２熱交
換機との間に冷媒ガス貯蔵器１６を設け、また従来から
回路の蒸発器７と圧縮機工との間に冷媒ガス貯Ｉｉ！器
１７を設け、それら貯蔵器１６と１７との間に冷媒ガス
通路を設けて、そこに弁１９を設けておくことが必要と
される。貯蔵器１６と１７とは、冷媒ガスを′ａ縮雑器
３蒸発器７とに通す通常の運転時には作動させないが、
第１熱交換機又は第２熱交換機に冷媒ガスを通すときだ
けに、これを作動させる。

以下に実施例を挙げて、この発明に係る装置と方法とが
すぐれている所以を詳述する。

実施例１ この実施例は、第１図に示した原理に基づき、実際には
第７図に示したような装置を用いて実施した。冷媒ガス
としては、フレオン（登録商標）Ｒ２２すなわちＣＨＣ
ＩＦ、を単独で使用した。

圧縮Ｉ！１１として３ＫＷのスクリュー圧縮機を用いた
。初め冷媒ガスを高温切換弁２、凝縮器３、低温切換弁
６、膨張弁５、蒸発器７を経て圧縮機工へ戻して、通常
の運転を行った。このとき、冷媒ガスの圧力は下限が４
．５　ｋｇ／　ｃ４　（−’３°Ｃ）で、上限が２５ｋ
ｇ／ｃｄ　（６２°Ｃ）であり、凝縮器３を出た第１流
体の温度の上限が５８゛Ｃ１第２流体の温度の下限が７
　’Ｃであった。

このとき、第１流体の温度が５８℃以上になると圧縮機
ｌが停止し、５５°Ｃ以下になると圧縮機工が作動し、
第２流体の温度が６℃以上になると圧縮機工が作動し、
３°Ｃ以下になると停止するように設定した。

冷媒ガスを蒸発器７に通さないで、代わりに第２熱交換
１１１４に通して、第２熱交換機内で常温２０℃の水に
より冷媒ガスを加温すると、冷媒ガスの圧力の下限が５
　ｋｇ／ｃｄ、上限が２６ｋｇ／ｃｉｉとなり、第１流
体の上限が６３℃に上昇した。また、冷媒ガスを凝縮器
３に通さないで代わりに第１熱交換＠１１に通して、第
１熱交換機内で水により冷媒ガスを冷却すると、冷媒ガ
スの圧力の下限が３．６ｋｇ／ｃｄとなり、上限が１７
ｋｇ／ｃｄとなって、第２流体の下限が一１０°Ｃにま
で降下した。

このため、第１流体の温度を５５−５８　”Ｃの温度内
にあるように設定し、第２流体の温度を３−６℃の温度
内にあるように設定し、あとは高温切換弁２、低温切換
弁６、開閉弁１２及び９の操作と、圧縮機ｉ＠１の運転
とを自動的に！Ｊ！ｆｆすることにより、連続的に設定
温度範囲内にある温水と冷水とを取り出すことができた
。

ここで、凝縮器３としては、１９．０５Φ×１．２ｔ、
ｍのパイプを用い、耐圧４５ｋｇ／ｃｄＧ、伝熱面積０
．９５　ｒｒｒのものを用い、蒸発器７としては、９．
５３ΦＸ０．４１℃ｍのパイプを用い、耐圧４２ｋｇ／
ｃｊ　Ｇ、伝熱面積２．３５ｒｒｒＯものを用いた。ま
た、第１熱交換機としては、１９．０５ΦＸ　１．２　
を国のパイプを用い、耐圧４５ｋｇ／ｃ−４０、伝熱面
積１．１４ｒｆのものを用い、第２熱交換機としては、
９．５３ΦＸ０．４１ｔ■のパイプを用い、耐圧４２ｋ
ｇ／ｃｄ　Ｇ、伝熱面積２．８２ｒ＋のものを用いた。

実施例２ この実施例は、第６図に示した原理に基づき、実際は第
８図に示したようにして、３種の冷媒ガスを混合して実
施した。但し、ここでは、第１熱交換ｉ七第２熱交換機
として同じものを弁の切換によって使用することとした
。冷媒ガスとしては、下記３種のものを下記の割合で混
合したものを用いた。

ＥＥ圧縮ｌｌとしては、３ＫＷのスクリュー圧縮機を用
いた。初め、３種の混合冷媒ガスを高温切換弁２、凝縮
器３、低温切換弁６、膨張弁５、蒸発器７を経て、圧縮
Ｉｌｌへ戻して通常の運転を行った。このとき、冷媒ガ
スの圧力は下限が４．５ｋｇ／ａｎ！（−５°Ｃ）で上
限が２５　ｋｇ／ｃ＋ａ　（８５℃）であり、凝縮器３
を出た第１流体の温度の上限が８５°Ｃ１第２流体の温
度の下限が一５℃であった。

このとき、第１流体の温度が８５°Ｃ以上になると圧縮
機工が停止し、８２°Ｃ以下になると圧縮機工が作動し
、第２流体の温度が一５°Ｃ以下になると圧縮機工が停
止し、−２°Ｃ以上になると作動するように設定できた
。

冷媒ガスを蒸発器７に通さないで、代わりに第２熱交換
８１１４に通して、第２熱交換機内で空気により冷媒ガ
スを加温し、また冷媒ガスとしてフレオンＲ１１を主と
して循環さ廿るようにすると、冷媒ガスの圧力の下限が
５　ｋｇ／ｃｉｌ、上限が２３ｋｇ／ｄとなり、第１流
体の上限が１５０″Ｃ１下限が７０°Ｃに上昇した。こ
のとき、冷媒ガスとしてフレオンＲ１１を主として、循
環させるために、第２熱交換機工４を通った冷媒ガスを
冷媒ガス貯蔵器１６に導き、貯蔵器１６の内部を２℃に
保持した。すると、冷媒ガスのうちフレオンＲ１２とフ
レオン１３Ｂ１とは貯蔵器１６内に液化してとどまり、
フレオンＲ１１だけが主として循環することとなった。

また、冷媒ガスを凝縮器３に通さないで、代わりに第１
熱交換機工１に通して、第１熱交換機内で空気により冷
媒ガスを冷却し、また冷媒ガスとして主にフレオンＲ１
２とフレオン１３Ｂ１とを循環させると、冷媒ガスの圧
力の下限が０．４ｋｇ／ｄとなり、上限が９−／ｄとな
って、第２流体の上限が３５℃、下限が一５０℃まで障
子した。このとき、冷媒ガスとして主にフレオンＲ１２
とフレオン１３Ｂ１とを循環させるために、第１熱交換
１ａｌｌを通った冷媒ガスを冷媒ガス貯蔵器１７に導き
、貯蔵器１７内を２℃に保持して、フレオンＲ１２とフ
レオン１３Ｂｌとを液化させ、弁１９を開いて液化しな
いフレオンＲ１１を貯蔵器１６に導いて液化させ、貯蔵
器１７内で液化したものだけを循環させるようにした。

こうして、第１流体の温度を１４２乃至１５０°Ｃの温
度内にあるように設定し、第２流体の温度を−４２乃至
−５０゛Ｃの温度内にあるように設定し、あとは高温切
換弁２、低温切換弁６、開閉弁１２及び９、弁１９その
他の弁の切換と、圧縮機工の運転停止とを自動的に！！
節することにより、連続的に設定温度範囲内にある温水
と冷水とを取り出すことができた。

ここで、凝縮器３としては、１９．０５Φ×１．２℃ｍ
のパイプを用い、耐圧４５ｋｇ／ｃｔｉＱ、伝熱面積０
．９３ｒｄのものを用い、蒸発器７としては９．５３Φ
Ｘ０．４１℃ｍのパイプを用い、耐圧４２ｋｇ／ｃｄＧ
、伝熱面積２．３５ｒｒｒのものを用いた。また、第１
熱交換機及び第２熱交換機としては、９．５３ΦＸ０．
４１℃ｍのパイプを用い、耐圧４２ｋｇ／ｃｔｉｃ、。

伝熱面積５．５ホのものを用いた。

また、この装置は、１１３０ＨＸ８９０誓Ｘ　６００Ｌ
ＤＩｌ１１の大きさの範囲内に納まり、装置全体の重量
は９５ｋｇであった。また、この装置は、およそ３ＫＷ
の電力を消費して、１時間あたり温熱１６５００　Ｋｃ
ａｌと、冷熱１０８５０　Ｋｃａｌが得られることとな
った。従って、ＩＫＷあたりでは５５００　Ｋｃａｌの
温熱と、３６２０　Ｋｃａｌの冷熱とを利用できること
となった。

これに対し、従来の電気温水器では、４ＫＷの電力を消
費する温水３８０リツトルの容量のものの体積が、２０
００ＨＸ　９００Ｗ　Ｘ　９００Ｌ閣とされているから
、上述のこの発明の装置に比べて、およそ２．７倍の体
積が必要とされる。また、この電気温水器ではＩＫＷあ
たり１時間で、８６４　Ｋｃａｌの温熱だけしか利用で
きなかった。これに比べると、この発明の装置は、小さ
な体積で、およそ６．４倍の温熱と４．１倍の冷熱とが
利用できるから、その利用できるエネルギー量は１０倍
以上にも及び、大きな利益をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る加熱冷却装置の原理を説明す
るためのブロック図である。第２図は、この発明で用い
られる凝縮器の断面図である。第３図は、この発明で用
いられる蒸発器の断面図である。第４図は、この発明で
用いられる膨張弁の断面図である。第５図は、この発明
で用いられる第１熱交換機及び第２熱交換機の斜視図（
λと一部切欠拡大断面図（Ｂｌである。第６図は、この
発明に係る他の加熱装置の原理図である。第７図及び第
８図は、何れもこの発明の実施例で用いた装置のブロッ
ク図である。 図において、１は圧′ａ機、２は高温切換弁、３は凝縮
器、５は膨張弁、６は低温切換弁、７は渾発器、９は開
閉弁、１０は高温補助通路、１１は第１熱交換機、１２
は開閉弁、１３は低温補助通路、１４は第２熱交換機、
１５は開閉弁、１６及び１７は冷媒ガス貯蔵器、１８は
通水路、１９は弁である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機１から出た冷媒ガスを凝縮器３、膨張弁５及
   び蒸発器７を経て、圧縮機１へ戻して冷媒ガスを循環さ
   せ、凝縮器３で生じた発熱を利用して流体を加熱し、蒸
   発器７で生じた冷熱を利用して流体を冷却する加熱冷却
   装置において、圧縮機１と膨張弁５との間に、第１熱交
   換機を通る高温補助通路を、凝縮器３を通る従来の通路
   と並列にしかも切換可能に設けるとともに、膨張弁５と
   圧縮機１との間に、第２熱交換機を通る低温補助通路を
   、蒸発器７を通る従来の通路と並列にしかも切換可能に
   設けたことを特徴とする、冷媒ガスを用いた加熱冷却装
   置。 ２、圧縮機１を出た冷媒ガスを凝縮器３から膨張弁５を
   経て蒸発器７へ通してのち、圧縮機１へ戻して循環させ
   、凝縮器３で生じた発熱を利用して第１流体を加熱する
   とともに、蒸発器７で生じた冷熱を利用して第２流体を
   冷却する加熱冷却方法において、第１流体の温度が低温
   となつて熱不足のときには、冷媒ガスを蒸発器７に通さ
   ないで代わりに第２熱交換機に通し、ここで冷媒ガスを
   加熱してのち、圧縮機１へ導いて循環させ、第２流体の
   温度が上昇し冷却不足のときは、冷媒ガスを凝縮器３に
   通さないで代わりに第１熱交換機に通し、ここで冷媒ガ
   スを冷却してのち、蒸発器７へ導いて循環させることを
   特徴とする、冷媒ガスを用いた加熱冷却方法。 ３、圧縮機工を出た冷媒ガスを凝縮器３から膨張弁５を
   経て蒸発器７に通してのち、圧縮機１へ戻して循環させ
   、凝縮器３で生じた発熱を利用して第１流体を加熱する
   とともに、蒸発器７で生じた冷熱を利用して第２流体を
   冷却する加熱冷却方法において、第１流体の温度がその
   設定温度以下に低下し、第２流体の温度が設定温度内に
   あるときは、冷媒ガスを蒸発器７に通さないで代わりに
   第２熱交換機に通し、ここで冷媒ガスを加熱してのち圧
   縮機１へ導いて循環させ、第２流体の温度がその設定温
   度以上に上昇し、第１流体の温度がその設定温度内にあ
   るときは、冷媒ガスを凝縮器３に通さないで代わりに第
   １熱交換機に通し、ここで冷媒ガスを冷却してのち蒸発
   器７に導いて循環させ、それ以外は冷媒ガスを凝縮器３
   から膨張弁５を経て、蒸発器７に通して圧縮機１へ戻す
   循環を継続することを特徴とする、冷媒ガスを用いた加
   熱冷却方法。 ４、圧縮機１を出た冷媒ガスを凝縮器３から膨張弁５を
   経て蒸発器７に通してのち、圧縮機１へ戻して循環させ
   、凝縮器３で生じた発熱を利用して第１流体を加熱する
   とともに、蒸発器７で生じた冷熱を利用して第２流体を
   冷却する加熱冷却方法において、冷媒ガスとして沸点の
   異なる２種以上の化合物を混合して用い、冷媒ガスの通
   路の途中に冷媒ガス貯蔵器を設け、第２流体が設定温度
   内にあつて第１流体が設定温度以下に降下したときは、
   冷媒ガスを蒸発器７に通さないで代わりに第２熱交換機
   に通して加熱するとともに、冷媒ガス貯蔵器を高温に維
   持して沸点の高い冷媒ガスを循環させ、また第１流体が
   設定温度内にあつて第２流体が設定温度以上に上昇した
   ときは、冷媒ガスを凝縮器３に通さないで代わりに第１
   熱交換機に通して冷媒ガスを冷却するとともに、冷媒ガ
   ス貯蔵器を低温に維持して沸点の低い冷媒ガスを循環さ
   せ、その余のときは、従来通り凝縮器３と蒸発器７とに
   通して循環させることを特徴とする、冷媒ガスを用いた
   加熱冷却方法。 ５、圧縮機１を出た冷媒ガスを凝縮器３から膨張弁５を
   経て蒸発器７へ通してのち、圧縮機１へ戻して循環させ
   、凝縮器３で生じた発熱を利用して第１流体を加熱する
   とともに、蒸発器７で生じた冷熱を利用して第２流体を
   冷却する加熱冷却方法において、冷媒ガスとして沸点の
   異なる２種以上の化合物を混合して用い、膨張弁として
   それぞれの化合物に適した構造の膨張弁を並列に付設し
   て切換可能とし、冷媒ガスの通路の途中に冷媒ガス貯蔵
   器を設け、第２流体が設定温度内にあつて第１流体が設
   定温度以下に降下したときは、冷媒ガスを蒸発器７に通
   さないで代わりに加熱用熱交換機に通して加熱するとと
   もに、沸点の高い化合物用の膨張弁に通し、且つ冷媒ガ
   ス貯蔵器を高温に維持して沸点の高い冷媒ガスを循環さ
   せ、また第１流体が設定温度内にあつて第２流体が設定
   温度以上に上昇したときは、冷媒ガスを凝縮器３に通さ
   ないで代わりに冷却用熱交換機に通して冷媒ガスを冷却
   するとともに、沸点の低い化合物用の膨張弁に通し、且
   つ冷媒ガス貯蔵器を低温に維持して沸点の低い冷媒ガス
   を循環させ、その余のときは、従来通り凝縮器３と蒸発
   器７とに通して循環させることを特徴とする、冷媒ガス
   を用いた加熱冷却方法。