由氨循环回路与二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统技术方案

提供一种将天然介质的氨和二氧化碳组合起来加以利用，而能够进行冷却（冷冻）或加热（暖风）的新型的热泵系统。本发明专利技术的热泵系统（１）的特征是，由氨循环回路（２）和二氧化碳循环回路（３）组合而成，二氧化碳循环回路（３）中不必安装压缩机，而利用使循环回路内的二氧化碳介质形成落差而产生的自然循环现象，加之对循环回路内的一部分进行加热或冷却从而使二氧化碳介质循环，并且，氨循环回路（２）的构成部件设置在离开进行目标的冷却和加热的设备的场所。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用天然介质的热泵系统，特别是涉及使用天然介质的氨和二氧化碳却能够实现经济实用性的新型的热泵系统。
技术介绍
为了防止对地球周围的臭氧层造成破坏和地球出现暖化现象，在蒙特利尔协议和防止地球温暖化京都会议中，就禁止或削减使用含氟氯化碳(CFC)、氢化含氟氯化碳(HCFC)、氢化氟代烃(HFC)等制冷剂的目标作出了决议。CFC、HCFC、HFC分别被称作特定卤化碳、指定卤化碳、替代卤化碳，对其具体的限制是，对于特定卤化碳，到1995年末完全禁止使用，对于指定卤化碳，预定到2020年完全禁止使用，而对于替代卤化碳，向大气中的排放也受到严格限制。这样，在冷冻空调设备等的热泵系统中，使用氨、二氧化碳、空气、水等天然介质就变得必要了。但是，氨具有毒性，使用上受到很多限制，例如，若要在包括非特定大客流的超级市场的商品陈列橱、饭店等在内的各种大厦的空调的蒸发器等中使用，安全上、经营上存在着难度。而作为二氧化碳气体，其临界温度(31.1℃)低、常温下的饱和压力高(作为一个例子，例如在31.1℃时，大约为75kg/cm2Abs)，因此，在蒸发温度较高的空调用冷冻设备中使用时效率差，不利于使用。而当因此而必须使用压缩机时，相关设备要有较高的耐压性能，因而不仅重量重而且价格高；由于存在这样的问题，作为利用氨和二氧化碳的二元冷冻装置等的热泵系统，尽管理论上可行，但实用上存在着问题，目前的现状是几乎未得到采用。本专利技术是基于对上述背景的认识而尝试性地开发的一种新型的热泵系统，即，将氨和二氧化碳等存在于自然界中、能够有机地重复循环的天然介质组合起来加以利用，而对氨的缺点——毒性问题和二氧化碳的缺点——常温下饱和压力高等所带来的问题加以解决，并使其达到经济实用，使之能够进行冷却(冷冻)和加热(暖风)。专利技术的公开即，权利要求1所说的由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统属于由以氨为介质的氨循环回路和以二氧化碳为介质的二氧化碳循环回路组合而成的、可进行冷却或加热的热泵系统，其特征是，所说二氧化碳循环回路是在不安装压缩机的状态下进行自然循环。根据该专利技术，由二氧化碳循环回路内不需要安装旨在使二氧化碳介质进行循环的压缩机，因此，不会形成大的动力负荷，而且不必使用任何压力容器，能够提供廉价的热泵系统。权利要求2所说的由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统是在前述权利要求1所说的要点的基础上，具有如下特征而成，即，所说不安装压缩机的情况下二氧化碳介质的循环是利用使二氧化碳循环回路内的二氧化碳介质形成落差而产生的自然循环现象，加之对二氧化碳循环回路内的一部分进行加热或冷却而实现的。根据该专利技术，是通过对落差加以利用的自然循环现象，加之对二氧化碳循环回路内的一部分进行加热或冷却而使二氧化碳介质循环的，因此，能够可靠且高效率地运行。权利要求3所说的由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统是在前述权利要求1或2所说的要点的基础上，具有如下特征而成，即，所说二氧化碳循环回路由冷却运行时起作用的二氧化碳冷冻循环回路和加热运行时起作用的二氧化碳加热循环回路构成，并且，该二氧化碳冷冻循环回路是将使二氧化碳蒸发而对目标进行冷却的蒸发器安装在比将二氧化碳介质冷却、液化的级联冷凝器低的位置上而成，而二氧化碳加热循环回路是将使二氧化碳凝结而对目标进行加热的散热器即冷却运行时的所说蒸发器安装在比将二氧化碳介质加热、气化的吸热器高的位置上而成，冷却运行时，使所说氨循环回路工作而通过级联冷凝器，将二氧化碳冷冻循环回路中的二氧化碳介质冷却、液化，而加热运行时，通过吸热器将二氧化碳加热循环回路中的二氧化碳介质加热、使之蒸发，从而使二氧化碳循环回路中的二氧化碳介质循环。根据该专利技术，级联冷凝器和二氧化碳循环回路侧的对目标进行冷却或加热的蒸发器或散热器可以由管材和板材等构成。权利要求4所说的由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统是在前述权利要求1、2或3所说的要点的基础上，具有如下特征而成，即，所说氨循环回路的构成部件设置在离开对目标进行冷却和加热的蒸发器或散热器的场所。根据该专利技术，将氨循环回路的构成部件设置在例如户外或屋顶等远离对目标进行冷却和加热的设备的场所，因此，能够切实保证安全。权利要求5所说的由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统是在前述权利要求1、2、3或4所说的要点的基础上，具有如下特征而成，即，在所说二氧化碳循环回路内设有对二氧化碳介质的循环进行二次助力的液泵。根据该专利技术，与以相同目的而使用的氨作为制冷剂的盐水冷却器(利用显热者)相比，能够以极小的液泵动力负荷辅助二氧化碳介质进行循环，能够使二氧化碳介质的循环更为可靠。附图的简单说明附图说明图1是对本专利技术的热泵系统的实施形式1以摘要形式加以展示的流向图。图2是对本专利技术的热泵系统的实施形式2以摘要形式加以展示的流向图。图3是对二氧化碳循环回路内设置对二氧化碳介质的循环进行二次助力的液泵的实施形式以摘要形式加以展示的流向图。图4是对一个冷冻循环回路(冷冻·加热循环回路)内设置多个目标的蒸发器(散热器)的实施形式以摘要形式展示的流向图。图5是对氨循环回路内设有储热装置的实施形式以摘要形式加以展示的流向图。图6是对二氧化碳循环回路内的吸热器上，将氨循环回路的排热(凝结热)作为热源加以利用的实施形式以摘要形式加以展示的流向图。实施专利技术的最佳形式下面，对本专利技术的由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统1结合图示的实施形式进行说明。该热泵系统1并不限于专用于进行冷冻的冷冻系统，也包括可有选择地进行冷冻和加热的冷冻·加热系统，例如，可应用于冷藏库和超级市场的商品陈列冷冻橱，这一点自不待言，而且，还能够应用于饭店和各种办公大厦等空调所必需的暖风装置等中。下面，就本专利技术的热泵系统1，将作为专门的冷冻装置而加以应用的形式作为实施形式1进行说明，将作为可有选择地进行冷冻和加热的冷冻·加热装置加以应用的形式作为实施形式2进行说明。实施形式1在该实施形式中，作为热泵系统1，是专门只进行冷冻的，如图1所示，由高段一侧的氨循环回路2与低段一侧的二氧化碳循环回路3组合而成。氨循环回路2，作为一个例子，以具有压缩机4、冷凝器5、膨胀阀6、级联冷凝器7而成，实质上是通过该级联冷凝器7，对二氧化碳循环回路3内的二氧化碳进行冷却。此外，作为该氨循环回路2，由于介质是具有毒性的氨，故尽可能减少其封入量，同时，将构成氨循环回路2的部件设置在作为一个例子的户外或屋顶，使之远离商品陈列冷冻橱等目标的蒸发器。而二氧化碳循环回路3，作为一个例子，除了上述级联冷凝器7之外，还具有节流阀8、蒸发器9而成，该循环回路中的例如节流阀8和蒸发器9或者仅蒸发器9设置在室内，通过风扇9a对商品陈列橱等进行冷却。为了以蒸发器9部分对目标进行冷却，将级联冷凝器7设置在比蒸发器9高的位置上，在它们之间形成二氧化碳介质的落差。下面，对热泵系统1的冷却原理进行说明。首先，在氨循环回路2中，受到压缩机4压缩的气态的氨在通过冷凝器5时，被冷却水或空气冷却而成为液体，变成液体的氨。通过膨胀阀6膨胀到与所需低温相应的饱和压力之后，在级联冷凝器7处蒸发而变成气体。此时，氨吸收二氧化碳循环回路3内二氧化碳的热量而使之液化。另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由氨循环回路和二氧化碳循环回路组合而成的热泵系统，是由以氨为介质的氨循环回路（２）和以二氧化碳为介质的二氧化碳循环回路（３）组合而成的、可进行冷却或加热的热泵系统（１），其特征是，所说二氧化碳循环回路（３）是在不安装压缩机的状态下进行自然循环。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金尾英敏，
申请(专利权)人：八洋工程株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]