專利名稱：使用氣體水化物的熱泵及熱利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可得到高的效率系數(shù)的熱泵及使用其熱泵的熱利用裝置。
再有，本申請(qǐng)是基于向日本國(guó)提出的專利申請(qǐng)(日本特愿2002-362554)的申請(qǐng)，該申請(qǐng)的記載內(nèi)容用作本說明書的一部分。
背景技術(shù)：
一般來說，熱泵，是通過由蒸發(fā)、壓縮、冷凝及膨脹各工序構(gòu)成的循環(huán)，從低溫的物體吸收熱量，向高溫的物體供給熱量的裝置。由于能量利用效率比較高，多用于具有制冷制暖功能的空調(diào)裝置或冷凍裝置等熱利用裝置(例如，參照日本特開平10-253155號(hào)公報(bào))。
在熱泵中，在制冷劑蒸發(fā)時(shí)，由其蒸發(fā)潛熱從周圍吸收熱量。在使用于空調(diào)裝置的場(chǎng)合，蒸發(fā)時(shí)吸收的熱量，在對(duì)室內(nèi)制冷時(shí)，由室內(nèi)的空氣中供給，在供暖時(shí)，由大氣中供給。另外，在熱泵中，在制冷劑冷凝時(shí)產(chǎn)生熱量。在用于空調(diào)設(shè)備的場(chǎng)合，冷凝時(shí)產(chǎn)生的熱量，在制冷時(shí)向大氣放出，在供暖時(shí)向室內(nèi)放出。作為參與熱的移動(dòng)的制冷劑，例如，除了含氟烴類化合物，還使用氨等。
熱泵的能量利用效率，一般地用作為輸出熱量與輸入動(dòng)力之比的效率系數(shù)(COPCoefficient of performance)表示。以前，在高性能的熱泵中，COP是2.5～4.0。隨著保護(hù)環(huán)境的意識(shí)的提高，希望進(jìn)一步提高能量效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況的發(fā)明，其目的在于，提供效率系數(shù)(COP)高的熱泵。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供能得到高能量效率的熱利用裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中，向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；從在所述生成器中生成的氣體水化物中分離剩余水的剩余水分離器。
根據(jù)上述第1熱泵，通過利用授受伴隨氣體水化物的分解及生成過程中的熱，能得到高的COP。另外，通過從在生成器中生成的氣體水化物中分離剩余水，能抑制送往分解器的物體的溫度上升，能提高氣體水化物的分解效率。
在上述第1熱泵中，最好是具有將由所述剩余水分離器分離的剩余水保持其溫度不變地返回到所述生成器中的剩余水返回系統(tǒng)。
本發(fā)明的第2熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中，向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；壓縮并混合作為在所述分解器中分解的所述氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往所述生成器的壓縮系統(tǒng)。
上述壓縮系統(tǒng)，也可以是邊混合氣體和液體邊壓縮氣體和液體的構(gòu)成，也可以是在分別壓縮氣體和液體后相互混合它們的構(gòu)成，或者也可以是在混合氣體和液體后壓縮其混合物的構(gòu)成。
根據(jù)上述的第2熱泵，通過利用伴隨氣體水化物的分解及生成過程進(jìn)行的熱的授受，可以得到高的COP。另外，通過壓縮并混合作為氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往生成器，可以謀求送往生成器中的物體的溫度的適當(dāng)化，可以提高氣體水化物的生成效率。
在上述的第2熱泵中，所述氣體和所述液體的混合比，最好是根據(jù)所述生成器中的氣體水化物的生成溫度來確定。
本發(fā)明的第3熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；從在所述生成器中生成的所述氣體水化物中分離剩余水的剩余水分離器；壓縮并混合作為在所述分解器中分解的所述氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往所述生成器的壓縮系統(tǒng)。
根據(jù)上述的第3熱泵，通過利用伴隨氣體水化物的分解及生成過程進(jìn)行的熱的授受，可以得到高的COP。另外，通過從在生成器中生成的氣體水化物中分離剩余水，可以抑制送往生成器的物體的溫度上升，可以提高氣體水化物的分解效率。此外，通過壓縮并混合作為氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往生成器，可以謀求送往生成器中的物體的溫度的適當(dāng)化，可以提高氣體水化物的生成效率。
本發(fā)明的第4熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中，向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；把用于提高所述氣體水化物的流動(dòng)性的輔助流體供給所述分解器的入口部的輔助流體供給系統(tǒng)。
根據(jù)上述的第4熱泵，通過利用伴隨氣體水化物的分解及生成過程進(jìn)行的熱的授受，可以得到高的COP。另外，通過輔助流體的供給，可以提高分解器中的氣體水化物的流動(dòng)性，防止輸送產(chǎn)生問題，同時(shí)可以提高氣體水化物的分解效率。
在上述的第4熱泵中，所述輔助流體最好是被所述分解器分解的所述氣體水化物的分解液的一部分。
該場(chǎng)合，最好是在所述分解器的出口部上配置抽出所述氣體水化物的分解液的一部分、并將其分解液送給所述輔助流體供給系統(tǒng)的閥。
本發(fā)明的第5熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中，向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；把用于提高所述氣體水化物的流動(dòng)性的輔助流體供給到所述分解器的入口部的輔助流體供給系統(tǒng)；壓縮并混合被所述分解器分解的所述氣體水化物的分解氣和分解液后送往所述生成器的壓縮系統(tǒng)。
根據(jù)上述的第5熱泵，通過利用伴隨氣體水化物的分解及生成過程進(jìn)行的熱的授受，可以得到高的COP。另外，通過輔助流體的供給，可以提高分解器中的氣體水化物的流動(dòng)性，防止輸送產(chǎn)生問題，同時(shí)可以提高氣體水化物的分解效率。此外，通過壓縮并混合作為氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往生成器，可以謀求送往生成器中的物體的溫度的適當(dāng)化，可以提高氣體水化物的生成效率。
在上述第5熱泵中，最好所述輔助流體是在所述分解器中分解的所述氣體水化物的分解液的一部分，在所述分解器的出口部配置將所述氣體水化物的分解液分成向所述壓縮系統(tǒng)和向所述輔助流體供給系統(tǒng)的閥。
該場(chǎng)合，最好是具有檢測(cè)被所述壓縮系統(tǒng)壓縮的所述氣體水化物的分解氣和分解液的混合物的溫度的溫度傳感器，所述閥，根據(jù)所述溫度傳感器的檢測(cè)結(jié)果，控制送往所述壓縮機(jī)的所述分解液的量，同時(shí)將殘留的分解液送往所述輔助流體供給系統(tǒng)。
本發(fā)明的熱利用裝置，是進(jìn)行與熱源之間熱的授受的熱利用裝置，其特征在于，具有上述的本發(fā)明的熱泵。
根據(jù)上述的熱利用裝置，通過使用高的效率系數(shù)的熱泵，可以謀求能量效率的提高。


圖1是表示氣體水化物的一般的相平衡圖的圖。
圖2是模式地表示本發(fā)明的熱泵的基本構(gòu)成的圖。
圖3是模式的表示把本發(fā)明的熱泵用于空調(diào)裝置的實(shí)施例的構(gòu)成圖。
圖4是模式的表示本發(fā)明的熱泵用于空調(diào)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的熱泵進(jìn)行說明。
氣體水化物是氣體分子被包結(jié)在水分子的包結(jié)晶格中的冰狀(或者冰凍果子露狀)的化合物(包接化合物)，在生成過程(由水和氣體生成氣體水化物的過程)中產(chǎn)生熱量，在分解過程(從氣體水化物分離成水和氣的過程)中吸收熱量。本發(fā)明者們，著眼于關(guān)于氣體水化物的該一般的事實(shí)、和氣體水化物的熔化潛熱(分解·生成熱)比冰的大，而且其生成離解壓力對(duì)溫度變化敏感的事實(shí)，精心研究的結(jié)果表明，通過利用伴隨氣體水化物的分解及生成過程的熱的授受，可以構(gòu)成能量效率高的熱泵。
即，在本發(fā)明的熱泵中，利用氣體水化物的分解·生成熱，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體吸取熱量，在氣體水化物的生成過程中把熱量給與高溫的物體。
圖1及圖2是用于說明本發(fā)明的熱泵的動(dòng)作原理的圖，圖1表示氣體水化物的一般的相平衡圖，圖2模式地表示本發(fā)明的熱泵的基本構(gòu)成。
在圖1中，氣體水化物在相平衡線的左上區(qū)域處于穩(wěn)定或者準(zhǔn)穩(wěn)定的狀態(tài)。而在相平衡線的右下區(qū)域成為不穩(wěn)定狀態(tài)，分離成氣體和水。由于在沿相平衡線的低壓低溫側(cè)的條件下分解氣體水化物，在高壓高溫側(cè)的條件下生成氣體水化物，所以可以把低溫側(cè)的熱量吸收到高溫側(cè)。
在圖2中，熱泵1具有制冷劑回路4，該制冷劑回路4包括分解氣體水化物的分解裝置2和生成氣體水化物的生成裝置3。分解裝置2具有減壓功能和吸熱功能，生成裝置3具有壓縮功能和放熱功能。在分解裝置2中，由生成裝置3生成的高壓高溫狀態(tài)的氣體水化物被減壓，由橫過前面的圖1所示的相平衡線，而被分解成氣和水。在該分解過程中，氣體水化物一邊從循環(huán)外吸收相當(dāng)于分解熱的熱量，一邊沿相平衡線溫度下降，成為低壓低溫狀態(tài)的氣和水的混相。另外，在生成裝置3中，被分解裝置2分解的氣和水被壓縮并成為高壓高溫狀態(tài)，然后，向循環(huán)外放出相當(dāng)于生成熱的熱量。由該放熱，氣和水的混相橫過相平衡線，生成氣體水化物。通常，在比水的冰點(diǎn)(0℃)高的高溫下，生成的氣體水化物成為含水的泥漿狀。然后，生成的氣體水化物在分解裝置2中進(jìn)行再分解。通過這樣的一系列的循環(huán)，本發(fā)明的熱泵，可以將相當(dāng)于氣體水化物的分解·生成熱的熱量從循環(huán)外的低溫的物體中吸收、給與循環(huán)外的高溫的物體。
在此，氣體水化物由許多水分子包圍氣體分子的分子構(gòu)造構(gòu)成，一般其水和數(shù)(相對(duì)于一個(gè)氣體分子的水分子數(shù))較大。例如，氣體水化物的分子式用CH4·5.75H2O表示，水和數(shù)是5.75。由于這樣的分子構(gòu)造的特征，氣體水化物的分解·生成熱比較大。例如，氣體水化物的分解·生成熱(離解焓)是冰的1.3倍。在本發(fā)明的熱泵中，通過利用這樣的氣體水化物的分解·生成熱，可以得到相對(duì)于輸入動(dòng)力高的輸出熱量，即高的效率系數(shù)(COP)。
在下面的表1中，表示關(guān)于數(shù)種氣體水化物的分解·生成熱(MJ/kgof gas)及將其氣體水化物用于熱泵時(shí)的COP。COP是根據(jù)各氣體水化物的分解·生成熱，把動(dòng)力機(jī)(例如壓縮機(jī))的效率作為80％進(jìn)行計(jì)算的。其中，在利用授受在制冷劑的冷凝過程和蒸發(fā)過程中伴隨的熱的一般的熱泵中，在同等條件下，高性能熱泵的COP是2.5～4.0。如下表1所示中可知，使用氣體水化物的熱泵，可得到高COP。
表1


作為用于生成氣體水化物的氣體，除了甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔等碳?xì)浠衔镱悮怏w、或HFC(R-22、R-123、R-124、R-141b、R-142b、R-225等)、HCFC(R-134b、R-125、R-152a等)等含氟烴(碳氟化合物)類氣體以外，還可以使用碳酸氣(CO2)、氮、空氣、氨、氙(Xe)等各種各樣的氣體。其中，在本發(fā)明的熱泵中，用于氣體水化物的生成的氣體，不局限于上述氣體。為了得到高的COP，最好使用具有最高平衡溫度高、平衡壓力低、相對(duì)于溫度變化壓力的變化量小等特性的氣體。這些氣體可以單獨(dú)使用，也可以組合多種使用，以得到所希望的特性。通過不同種氣體的組合，可以調(diào)整氣體水化物的相變化的條件。另外，為了調(diào)整氣體水化物的相變化條件，也可以向水中加入添加物。
本發(fā)明的熱泵，可以用于具有例如制冷、制暖、除濕及加濕中的至少一個(gè)功能的空調(diào)裝置。此外，可以用于冷卻裝置(降溫裝置)，暖氣裝置(地板取暖裝置等)、供熱水裝置、冷凍裝置、脫水裝置、蓄熱裝置、融雪裝置、干燥裝置等與熱源之間進(jìn)行熱的授受的各種熱利用裝置(包括成套設(shè)備和系統(tǒng))。在這些熱利用裝置中，通過使用本發(fā)明的熱泵，可以得到高的能量效率。
下面，作為本發(fā)明的熱利用裝置的一個(gè)例子，對(duì)將本發(fā)明的熱泵用于空調(diào)裝置的例子進(jìn)行說明。
圖3是模式地表示將本發(fā)明的熱泵用于空調(diào)裝置的實(shí)施例的構(gòu)成圖。該空調(diào)裝置10是具有冷卻及加熱室內(nèi)空氣的功能的裝置，具有包括氣體水化物的分解裝置11和生成裝置12的制冷劑回路13。
分解裝置11具有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器20、使氣體水化物減壓的減壓機(jī)構(gòu)(在本例中，作為具有后述的減壓功能的輸送機(jī)構(gòu)的泥漿泵21)、及使循環(huán)外的熱源(室內(nèi)空氣或者室外大氣)和氣體水化物進(jìn)行熱交換的第1熱交換器22。
另外，生成裝置12具有進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器25、作為使氣體水化物的分解物升壓的升壓機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)(壓縮機(jī)26、水泵27)、及使循環(huán)外的熱源(室內(nèi)空氣或者室外大氣)和氣體水化物的分解物進(jìn)行熱交換的第2熱交換器23等。
分解器20和生成器25，經(jīng)配管30～34等相互連接。配管30、31、32用于將在分解器20中分解的氣體水化物的分解物(氣及水)送往生成器25中。氣體水化物的分解物被分離成氣體(氣)和液體(水)，在配管30中流動(dòng)氣、在配管31中流動(dòng)水。這些配管30、31分別與壓縮機(jī)26連接，另外，在配管31上配置輸送水用的水泵27。壓縮機(jī)26被構(gòu)成為一邊混合來自分解器20的水和氣一邊進(jìn)行邊壓縮，將其混合物經(jīng)配管32送往生成器25。由壓縮機(jī)26、水泵27及配管30、31、32等構(gòu)成本發(fā)明的壓縮系統(tǒng)。
另一方面，配管33用于將在生成器25中生成的氣體水化物送往分解器20中，在配管33上配置作為輸送氣體水化物的輸送機(jī)構(gòu)的泥漿泵21。其中，該泥漿泵21如所述那樣，還具有作為伴隨從生成器25輸送氣體水化物而進(jìn)行減壓的減壓機(jī)構(gòu)的功能。即，泥漿泵21的出口與分解器20連接，與連接生成器25的入口相比，壓力低。因此，氣體水化物因通過泥漿泵21而壓力降低。
另外，在配管33上配置從在生成器25中生成的氣體水化物中分離剩余水的剩余水分離器40。剩余水分離器40相對(duì)于泥漿泵21配置在生成器25側(cè)。配管34用于把用剩余水分離器40分離的剩余水返回生成器25，在配管34上配置作為輸送剩余水的輸送機(jī)構(gòu)的水泵41。其中，上述配管30～34分別通過施加隔熱材料等成為隔熱構(gòu)造。由水泵41及配管34等構(gòu)成本發(fā)明的剩余水返回系統(tǒng)。
下面對(duì)空調(diào)裝置10的作用進(jìn)行說明中。
在分解器20中，高壓高溫狀態(tài)的氣體水化物經(jīng)過泥漿泵21后被減壓。由此，氣體水化物分解成氣和水。另外，在該分解過程中，氣體水化物經(jīng)第1熱交換器22從循環(huán)外的低水平的熱源(室外大氣或者室內(nèi)空氣)吸收相當(dāng)于分解熱的熱量并降低溫度，成為低壓低溫狀態(tài)的氣和水的混相。氣體水化物的分解物分離成氣和水，另外，氣經(jīng)配管30、32，水經(jīng)配管31、32分別送往生成器25。這時(shí)，氣及水分別經(jīng)壓縮機(jī)26及水泵27壓縮等成為高壓高溫狀態(tài)。如后述那樣，在本例中，壓縮的氣和水，在預(yù)先相互混合后送往生成器25。
在生成器25中，相當(dāng)于氣體水化物的生成熱的熱量經(jīng)第2熱交換器23從高壓高溫狀態(tài)的氣和水的混相中放出到循環(huán)外的高水平的熱源(室外大氣或者室內(nèi)空氣)中。伴隨該放熱，氣和水的混相進(jìn)行相變化，生成氣體水化物。生成的氣體水化物是含水的稀泥漿狀，經(jīng)泥漿泵21送往分解器20。
通過這樣一系列的循環(huán)，在空調(diào)裝置10中，相當(dāng)于氣體水化物的分解·生成熱的熱量，從循環(huán)外的低水平的熱源吸入、給與循環(huán)外的高水平的熱源。在氣體水化物分解時(shí)從循環(huán)外吸收的熱量，在氣體水化物生成時(shí)放出到循環(huán)外。這樣，高溫側(cè)的熱量作為暖氣用熱被利用，低溫側(cè)熱量作為冷氣用熱被利用。
即，在空調(diào)裝置10中，在對(duì)室內(nèi)供暖時(shí)，由分解裝置11一邊從室外大氣吸熱一邊分解氣體水化物，同時(shí)由生成裝置12一邊向室內(nèi)空氣放熱一邊生成氣體水化物。在供暖時(shí)，氣體水化物的生成溫度比室內(nèi)溫度高，例如是≥25℃。另外，氣體水化物的分解溫度比大氣溫度(冬季大氣溫度)低，例如是≤10℃。另一方面，在冷卻室內(nèi)時(shí)，由分解裝置11一邊從室內(nèi)空氣吸熱一邊分解氣體水化物，同時(shí)，由生成裝置12一邊向室外大氣放熱一邊生成氣體水化物。在冷卻房屋時(shí)，氣體水化物的生成溫度比大氣溫度(夏季大氣溫度)高，例如是≥25℃。另外，氣體水化物的分解溫度比室內(nèi)溫度低，例如是≤10℃。
這樣，根據(jù)空調(diào)裝置10，利用氣體水化物的分解·生成熱在與熱源之間進(jìn)行熱量的授受。因此，通過利用氣體水化物的分解·生成熱，可以謀求能量效率的提高。
在此，在本例的空調(diào)裝置10中，作為被分解器20分解的分解物的氣和水被預(yù)先混合后送往生成器25。即，在壓縮機(jī)26中，來自分解器20的水和氣邊混合邊被壓縮，其混合物經(jīng)配管32被送往生成器25。雖然氣比水的因壓縮而引起的溫度上升高，但是由該上述混合的作用，在壓縮氣和水之間進(jìn)行熱交換，氣的溫度下降，同時(shí)水的溫度上升。其結(jié)果為，氣和水的混相成為適宜氣體水化物生成的溫度，生成器25中的氣體水化物的生成效率提高了。另外，在本例中，由于邊混合水和氣邊壓縮水和氣，所以由氣壓縮產(chǎn)生的熱向水移動(dòng)，壓縮機(jī)26內(nèi)的溫度上升被抑制。因此，由于壓縮機(jī)26的冷卻效果，具有壓縮效率高的優(yōu)點(diǎn)。
即，從分解器20出來的氣(分解氣)被壓縮且被送往生成器25。由于氣體因壓縮而溫度上升，所以成為生成溫度，有可能會(huì)導(dǎo)致生成效率下降。通過混合并壓縮成為高溫的氣和低溫的分解水(分解溫度＝低溫)，使之成為所希望的溫度(生成溫度)，由將其送往生成器25，可以謀求高效率化。
壓縮機(jī)26的出口處的氣和水的混合比，根據(jù)生成器25的氣體水化物的生成溫度來定。即，上述混合比被定成，送往生成器25的氣和水的混相成為適合氣體水化物的生成的溫度。另外，混合比的調(diào)整，例如，通過調(diào)整送往壓縮機(jī)26的水和氣的流量或壓力來進(jìn)行。該場(chǎng)合，可以在氣用配管30或水用配管31上配置流量調(diào)節(jié)閥及壓力調(diào)節(jié)閥的至少一種。這樣，最好調(diào)整這些閥，使氣和水的混相成為所希望的溫度，再有，壓力的調(diào)整也可以通過調(diào)整分解器20的減壓量來進(jìn)行。
在本例的空調(diào)裝置10中，生成器25中的氣體水化物的生成溫度，例如是45℃(壓力為≤1Mpa)，分解器20中的分解溫度，例如大約是5℃。另外，流經(jīng)配管30的分解氣體的溫度，例如大約是7℃，流經(jīng)配管31的分解水的溫度例如是大約5℃，壓縮機(jī)26的出口處的氣和水的混相的溫度大約是45℃。其中，上述溫度只是一個(gè)例子，本發(fā)明不局限于此。
另外，在本例的空調(diào)裝置10中，從生成器25生成的氣體水化物中分離剩余水。即，由于在氣體水化物的生成中，水的量比理論水和數(shù)越多效率越高，所以在生成器25中相對(duì)于其氣量供給過剩的量的水，在從生成器25排出的氣體水化物中會(huì)有剩余水。該剩余水在氣體水化物分解之前，由剩余水分離器40從氣體水化物中分離出來。分離的剩余水保持其溫度不變地經(jīng)水泵41及配管34返回生成器25。
剩余水的分離量被定成，殘留在氣體水化物的輸送中所需的最低限量的水。通過把與生成溫度同等程度的剩余水返回生成器25，充分地確保在生成中所需的水量，穩(wěn)定地生成氣體水化物。另外，通過把返回的剩余水的溫度保持在與生成溫度同等程度上，來防止伴隨剩余水的返回引起的生成器25的溫度降低。
即，由于水比理論水和數(shù)越多，進(jìn)行氣體水化物的生成的效率越高，所以在生成器25中需要過剩的水。由于生成中的剩余水處于生成溫度(比分解溫度高的高溫)，所以送往分解器20時(shí)有可能會(huì)導(dǎo)致分解器20的效率降低。因此，通過向分解器20輸送在輸送中必須的最低限量的水，剩余水剛從生成器25中出來后立即分離。再送回生成器25，可以謀求高效率。
再有，通過使送往分解器20的氣體水化物進(jìn)行某種程度的脫水，能有效地進(jìn)行分解器20中的氣體水化物的分解。即，由于剩余水的溫度與生成溫度是同等程度，所以比分解溫度高，當(dāng)剩余水被送往分解器20時(shí)，分解器20被加溫，有可能會(huì)降低分解效率。因此，通過預(yù)先從送往分解器20的氣體水化物中分離剩余水，可以抑制這樣的分解效率的降低。其中，在本例的空調(diào)裝置10中，在生成器25中的氣體水化物的生成溫度例如是45℃的場(chǎng)合，返回生成器25的剩余水的溫度也是大致45℃。
再有，在上述的制冷劑回路13中，作為分解裝置11及生成裝置12，可以使用眾所周知的各種各樣的技術(shù)。
在前面的圖3所示的分解裝置11中，泥漿泵21兼?zhèn)錃怏w水化物的輸送功能和分解處理中的減壓功能，但也可以另外設(shè)置減壓閥等減壓機(jī)構(gòu)。另外，也可以是分解器本身上具有減壓功能，或者在由分解器分解的氣體的排出用的配管上設(shè)置減壓閥。無論在哪一種構(gòu)成中，對(duì)于送往分解器的氣體水化物來說，由于壓力連續(xù)地或者斷續(xù)地下降，所以能促進(jìn)氣體水化物的分解，能使由其分解生成的氣(及水)減壓及膨脹。
另外，分解裝置具有的第1熱交換器22，既可以在分解器20的內(nèi)部進(jìn)行熱交換，也可以在分解器20的外部進(jìn)行熱交換。在外部進(jìn)行熱交換的場(chǎng)合，第1熱交換器22，例如被構(gòu)成為，分解器內(nèi)的低溫的水經(jīng)配管進(jìn)行循環(huán)，在其循環(huán)中與循環(huán)外的熱源進(jìn)行熱交換?；蛘咭部梢詷?gòu)成為，氣體水化物通過另外的制冷劑與循環(huán)外的熱源進(jìn)行熱交換。其中，分解裝置最好連續(xù)地分解氣體水化物，但也可以使用斷續(xù)(分批式)地進(jìn)行分解。
在氣體水化物的生成裝置中，在生成器內(nèi)，氣體的量存在為在溶于水后處于飽和以上的狀態(tài)，還必須根據(jù)相平衡線滿足一定的溫度·壓力條件。另外，為了提高生成能力，最好將生成器構(gòu)成為增大氣和水的接觸面積。作為用于增大接觸面積的技術(shù)，例如，有積極地?cái)嚢铓夂退姆绞?、使氣在水中成泡狀地供給的方式等。其中，氣體水化物由于所述的分子構(gòu)造的特征，具有很高的氣體包藏性，在生成時(shí)，也可以不一定氣體水化物的空隙完全用氣分子填充。生成裝置最好連續(xù)地生成氣體水化物，但也可以斷續(xù)(分批式)地生成。
在先前的圖3所示的制冷劑回路13中，使作為氣體水化物的分解物的氣和水混合并相互熱交換，但也可以為了使伴隨壓縮上升了的氣體的溫度下降，具有冷卻壓縮后的氣的冷卻器。另外，在上述的制冷劑回路13中，在壓縮機(jī)26中混合氣和水，但混合的場(chǎng)所不局限于此，也可以是在生成器25跟前。另外，在上述制冷劑回路13中，使作為分解物的氣和水混合并使它們相互熱交換，但也可以不混合它們而經(jīng)熱交換器進(jìn)行熱交換。另外，伴隨著壓縮，也可以具有暫時(shí)儲(chǔ)存氣和水的罐子。其中，壓縮(或者輸送)水的水泵27的動(dòng)力，與壓縮氣的壓縮機(jī)26的動(dòng)力相比非常小。另外，作為氣體壓縮機(jī)，可以使用電動(dòng)式的、使用氣體燃料的燃燒式的等各種壓縮機(jī)。
另外，生成裝置具有的第2熱交換器23，與上述的分解裝置的第1熱交換器22一樣，既可以在生成器25內(nèi)部進(jìn)行熱交換，也可以在生成器25的外部進(jìn)行熱交換。在外部進(jìn)行熱交換時(shí)，第2熱交換器23，例如被構(gòu)成為，生成器內(nèi)的高溫的水和氣的混相經(jīng)配管進(jìn)行循環(huán)，在其循環(huán)中與循環(huán)外的熱源進(jìn)行熱交換?；蛘?，也可以構(gòu)成為通過氣體水化物之外的制冷劑與循環(huán)外的熱源進(jìn)行熱交換。
另外，在生成裝置12中生成的氣體水化物，是含水的泥漿狀。因此，與硬質(zhì)的固體狀的相比，具有容易從生成裝置12送往分解裝置11的優(yōu)點(diǎn)。作為氣體水化物的輸送手段，不局限于上述泥漿泵，也可以使用其它的輸送機(jī)構(gòu)。另外，不局限于連續(xù)地輸送的裝置，也可以是斷續(xù)(分批式)地輸送的裝置。另外，也可以通過利用生成器25和分解器20的壓力差，省略輸送機(jī)構(gòu)。
圖4是模式地表示把本發(fā)明的熱泵用于空調(diào)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成圖。其中，在本例中，對(duì)于具有與圖3所示的例子相同功能的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，省略或者簡(jiǎn)化其說明。
如圖4所示，本例的空調(diào)裝置50，與先前的圖3的例子一樣，構(gòu)成為具有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器20和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器25，利用氣體水化物的分解·生成熱，與熱源之間進(jìn)行熱的授受的熱泵。另外，本例的空調(diào)裝置50與先前的圖3的例子不同之處在于，具有將用于提高氣體水化物的流動(dòng)性的輔助流體(在本例中，為氣體水化物的分解水)供給分解器20的入口部的輔助流體供給系統(tǒng)51。
具體地講，輔助流體供給系統(tǒng)51被構(gòu)成為，具有配置在分解器20的出口側(cè)的配管31上，抽出氣體水化物的分解水的一部分的三通閥52、把用該三通閥52抽出的分解水導(dǎo)入分解器20的入口部的循環(huán)配管53。三通閥52被構(gòu)成為，把從分解器20中出來的分解水之中的規(guī)定量的分解水送往氣體壓縮機(jī)26，把剩余的分解水送往循環(huán)配管53。在氣體壓縮機(jī)26的出口側(cè)的配管32上配置用于檢測(cè)被氣體壓縮機(jī)26壓縮并混合的氣(分解氣)及水(分解水)的混合物(混相)溫度的溫度傳感器54，三通閥52根據(jù)其溫度傳感器54的檢測(cè)結(jié)果，控制送往壓縮機(jī)26的分解水的流量。其中，作為用于抽出分解水的一部分的閥不局限于三通閥，例如，也可以是將多個(gè)流量控制閥組合的構(gòu)成。
在此，如所述那樣，氣體壓縮機(jī)26的出口部的氣(分解氣)和水(分解水)的混合比，根據(jù)生成器25中的氣體水化物的生成溫度來定。即上述混合比被設(shè)定成，送往生成器25的氣和水的混相成為適合氣體水化物的生成的溫度。在本例的場(chǎng)合，送往壓縮機(jī)26的分解水的量經(jīng)三通閥52被控制成，用溫度傳感器54檢測(cè)的氣和水的混相的溫度成為適合氣體水化物的生成的溫度。然后，其剩余的分解水從三通閥52經(jīng)循環(huán)配管53被送往分解器20的入口部。
通過把分解水供給分解器20的入口部，使其分解水混入氣體水化物中，可以提高流經(jīng)分解器20的氣體水化物的流動(dòng)性。即，雖然流經(jīng)剩余水分離器40的氣體水化物由于只含有輸送中必須的水而缺乏流動(dòng)性，擔(dān)心在分解器20內(nèi)的輸送不理想(堵塞等)，但是由于在分解器20的入口部把分解水的一部分導(dǎo)入氣體水化物，所以流經(jīng)分解器20的氣體水化物的水分量提高了，流動(dòng)性也提高了。其結(jié)果是，防止了在分解器20中的輸送產(chǎn)生問題。再有，為了謀求輸送效率的提高，最好從剩余水分離器40至作為輸送手段的泥漿泵21的配管距離盡可能地短。
這樣，在本例的空調(diào)裝置50中，由于具有輔助流體供給系統(tǒng)51，所以可以提高分解器20中的氣體水化物的流動(dòng)性。其結(jié)果是，可以提高氣體水化物的分解效率，提高與室內(nèi)空氣之間的熱交換效率。另外，當(dāng)氣體水化物的流動(dòng)性提高時(shí)，作為分解器20(第1熱交換器22)，可以使用板型熱交換器。板型熱交換器，可以高效率地進(jìn)行熱交換，另外，由于通用性高，所以對(duì)于裝置的低成本化也是有利的。
另外，在本例中，提高氣體水化物的流動(dòng)性的輔助流體，是從分解器20出來之后的分解水，與分解器20跟前的氣體水化物的溫度差小。因此，由于輔助流體的供給，使導(dǎo)致在分解器20跟前進(jìn)行氣體水化物的分解的可能性小了。其中，為了在分解器20跟前的配管內(nèi)抑制氣體水化物的分解，最好從泥漿泵21至分解器20的配管長(zhǎng)度盡量短。
另外，在本例中，由于輔助流體供給系統(tǒng)51是使分解水部循環(huán)的循環(huán)系統(tǒng)，所以沒有伴隨輔助流體的供給而使循環(huán)內(nèi)的媒體流量平衡崩潰的可能。因此，可以發(fā)揮穩(wěn)定的性能。其中，作為輔助流體，也可使用分解水以外的流體。在使用其他流體的場(chǎng)合，最好將其流體的溫度控制在與分解器跟前的氣體水化物同等程度的溫度上。
以上，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了說明，不用說本發(fā)明不局限于此。上述例子中所示的各構(gòu)成構(gòu)件的各形狀或組合等只是一個(gè)例子，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可根據(jù)設(shè)計(jì)要求等進(jìn)行各種變更。
根據(jù)本發(fā)明的熱泵，通過利用授受在氣體水化物的分解及生成過程中伴隨的熱，可以得到高的效率系數(shù)(COP)。
另外，通過從在生成器中生成的氣體水化物中分離剩余水，可以提高分解器中的氣體水化物的分解效率。
另外，通過壓縮并混合作為在分解器中分解的氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往生成器，可以提高氣體水化物的生成效率。
另外，通過向分解器的入口部供給輔助流體，可以提高分解器中的氣體水化物的流動(dòng)性，防止輸送產(chǎn)生問題，同時(shí)可以提高氣體水化物的分解效率。
另外，根據(jù)本發(fā)明的熱利用裝置，通過使用高效率系數(shù)的熱泵，可以謀求能量效率的提高。
權(quán)利要求
1.一種熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；從在所述生成器中生成的氣體水化物中分離剩余水的剩余水分離器。
2.如權(quán)利要求1所述的熱泵，其特征在于，具有使在所述剩余水分離器中分離的剩余水保持其溫度不變地返回所述生成器的剩余水返回系統(tǒng)。
3.一種熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中，向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；壓縮并混合作為在所述分解器中分解的所述氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往所述生成器的壓縮系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所述的熱泵，其特征在于，所述氣體和所述液體的混合比根據(jù)所述生成器中的氣體水化物的生成溫度來定。
5.一種熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；從在所述生成器中生成的所述氣體水化物中分離剩余水的剩余水分離器；壓縮并混合作為在所述分解器中分解的所述氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往所述生成器的壓縮系統(tǒng)。
6.一種熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中，向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；把用于提高所述氣體水化物的流動(dòng)性的輔助流體供給所述分解器的入口部的輔助流體供給系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱泵，其特征在于，所述輔助流體是在所述分解器中分解的所述氣體水化物的分解液的一部分。
8.如權(quán)利要求7所述的熱泵，其特征在于，在所述分解器的出口部上配置抽出所述氣體水化物的分解液的一部分，將其分解液送往所述輔助流體供給系統(tǒng)的閥。
9.一種熱泵，其特征在于，包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中向高溫的物體供給熱量的制冷劑回路；把用于提高所述氣體水化物的流動(dòng)性的輔助流體供給到所述分解器的入口部的輔助流體供給系統(tǒng)；壓縮并混合被所述分解器分解的所述氣體水化物的分解氣和分解液后送往所述生成器的壓縮系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的熱泵，其特征在于，所述輔助流體是被所述分解器分解的所述氣體水化物的分解液的一部分，在所述分解器的出口部上配置把所述氣體水化物的分解液分解成向所述壓縮系統(tǒng)和向所述輔助流體供給系統(tǒng)的閥。
11.如權(quán)利要求10所述的熱泵，其特征在于，具有檢測(cè)被所述壓縮系統(tǒng)壓縮過的所述氣體水化物的分解氣和分解液的混合物的溫度的溫度傳感器，所述閥，根據(jù)所述溫度傳感器的檢測(cè)結(jié)果，控制送往所述壓縮機(jī)的所述分解液的量，同時(shí)把殘余的分解液送給所述輔助流體供給系統(tǒng)。
12.一種熱利用裝置，是與熱源之間進(jìn)行熱的授受的熱利用裝置，其特征在于，包括從權(quán)利要求1至權(quán)利要求11的任一項(xiàng)所述的熱泵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種效率系數(shù)(COP)高的熱泵及利用其熱泵的得到高的能量效率的熱利用裝置。熱泵包括含有進(jìn)行氣體水化物的分解過程的分解器(20)和進(jìn)行氣體水化物的生成過程的生成器(25)的制冷劑回路(13)。制冷劑回路(13)，在氣體水化物的分解過程中從低溫的物體中吸收熱量，在氣體水化物的生成過程中向高溫物體供給熱量。另外，熱泵具有從在生成器(25)中生成的氣體水化物中分離剩余水的剩余水分離器(40)和壓縮并混合在分解器(20)中分解的作為氣體水化物的分解物的氣體和液體后送往生成器(25)的壓縮泵之中的至少一方。
文檔編號(hào)F25B30/00GK1692260SQ20038010038
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者渡邊健次, 伊藤智也, 小川智廣 申請(qǐng)人:東京電力株式會(huì)社