專利名稱：熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱泵，它利用水蒸氣的冷凝熱作溫?zé)帷?br> 背景技術(shù)：
到現(xiàn)在為止，例如在日本國(guó)特公平5-6105號(hào)公報(bào)中所記述的，一種利用水作冷媒的熱泵為人般所知。具體來(lái)說(shuō)，上述熱泵中，以蒸發(fā)器蒸發(fā)水，將產(chǎn)生的水蒸氣壓縮之后送到凝縮器。然后，以凝縮器冷凝被壓縮了的水蒸氣，并利用此時(shí)所放出的冷凝熱。
—解決課題—如上所述，在上述熱泵中，存在以蒸發(fā)器蒸發(fā)水的過(guò)程。但是，在熱泵中，利用水蒸氣的冷凝熱就足夠了，即使沒(méi)有蒸發(fā)水的過(guò)程，也是熱泵。因此，在已往的熱泵中，存在本質(zhì)上不需要的過(guò)程。
本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)出來(lái)的。其目的在于在利用水蒸氣的冷凝熱的熱泵中，省略水的蒸發(fā)過(guò)程而謀求結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化。
發(fā)明揭示本發(fā)明所采取的第1解決方案為以熱泵為對(duì)象，設(shè)置從含有水蒸氣的熱源流體分離出水蒸氣的分離手段20，使在上述分離手段20中分離了的水蒸氣升壓的升壓手段30、90，使在上述升壓手段30、90中升壓了的水蒸氣冷凝而生成溫?zé)岬臏責(zé)嵘墒侄?0、45。
本發(fā)明所采取的第2解決方案為在上述第1解決方案中，分離手段20具有使水蒸氣透過(guò)的水蒸氣透過(guò)膜21，熱源流體中所含有的水蒸氣透過(guò)上述水蒸氣透過(guò)膜21而被分離出來(lái)。
本發(fā)明所采取的第3解決方案為在上述第1或第2解決方案中，熱源流體，由利用燃料的燃燒能之后所排出來(lái)的燃燒廢氣構(gòu)成。
本發(fā)明所采取的第4解決方案為在上述第1或第2解決方案中，熱源流體由濕空氣構(gòu)成。
本發(fā)明所采取的第5解決方案為在上述第4解決方案中，設(shè)置預(yù)加濕手段75，該手段將在溫?zé)嵘墒侄?0、45中所產(chǎn)生的冷凝水供向熱源流體內(nèi)，并加濕該熱源流體并將它送到分離手段20。
本發(fā)明所采取的第6解決方案為在上述第4解決方案中，設(shè)置預(yù)加熱手段70，該手段讓在溫?zé)嵘墒侄?0、45中所產(chǎn)生的冷凝水與熱源流體進(jìn)行熱交換，加熱該熱源流體并將它送到分離手段20。
本發(fā)明所采取的第7解決方案為在上述第1～第6解決方案中的任何一個(gè)解決方案中，溫?zé)嵘墒侄?5以生成了的溫?zé)峒訜崴?br> 本發(fā)明所采取的第8解決方案為在上述第1～第6解決方案中的任何一個(gè)解決方案中，溫?zé)嵘墒侄?0以生成了的溫?zé)釋⒈患訜峥諝饧訜帷?br> 本發(fā)明所采取的第9解決方案為在上述第8解決方案中，設(shè)置空氣加濕手段55，該手段將在溫?zé)嵘墒侄?0中所產(chǎn)生的冷凝水供向被加熱空氣內(nèi)，并對(duì)該被加熱空氣進(jìn)行加濕。
本發(fā)明所采取的第10解決方案為在上述第8解決方案中，設(shè)置空氣加濕手段50，該手段將在升壓手段30、90中升壓了的水蒸氣的一部分供向被加熱空氣內(nèi)，并對(duì)該被加熱空氣進(jìn)行加濕。
本發(fā)明所采取的第11解決方案為在上述第10解決方案中，空氣加濕手段50具有讓水蒸氣透過(guò)的水蒸氣透過(guò)膜51，水蒸氣透過(guò)上述水蒸氣透過(guò)膜51，被供向被加熱空氣內(nèi)。
本發(fā)明所采取的第12解決方案為在上述第1或第2解決方案中，升壓手段由噴射泵90構(gòu)成，該噴射泵90噴吐水蒸氣供給手段94所供給的水蒸氣，并吸入在分離手段20中分離了的水蒸氣。
本發(fā)明所采取的第13解決方案為在上述第1或第2解決方案中，升壓手段由壓縮水蒸氣使它升壓的壓縮機(jī)30構(gòu)成。
本發(fā)明所采取的第14解決方案為在上述第13解決方案中，壓縮機(jī)30由接受水蒸氣供給手段61所供給的水蒸氣，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明所采取的第15解決方案為在上述第13解決方案中，壓縮機(jī)30，由接受水蒸氣供給手段61所供給的水蒸氣，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的蒸氣渦輪機(jī)60和電動(dòng)機(jī)32驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明所采取的第16解決方案為在上述第14或第15解決方案中，水蒸氣供給手段61由加熱水并使它產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣的蒸氣爐61構(gòu)成。
本發(fā)明所采取的第17解決方案為在上述第16解決方案中，在蒸氣爐61內(nèi)設(shè)置利用廢熱使水蒸發(fā)的潛熱部62，還設(shè)置加熱在該潛熱部62所產(chǎn)生了的水蒸氣而生成過(guò)熱蒸氣的顯熱部63。
本發(fā)明所采取的第18解決方案為在上述第16或第17解決方案中，蒸氣爐61的內(nèi)部壓力被設(shè)定為大氣壓以下。
本發(fā)明所采取的第19解決方案為在上述第1和第18解決方案中的任一個(gè)解決方案中，溫?zé)嵘墒侄?0、45被供給在蒸氣渦輪機(jī)60中膨脹了的水蒸氣，然后讓該水蒸氣冷凝而生成溫?zé)帷?br> 本發(fā)明所采取的第20解決方案為在上述第1或第2解決方案中，具有通過(guò)加濕將熱源流體冷卻后再將它送到分離手段20的加濕冷卻手段89，進(jìn)行利用在分離手段20中水蒸氣被分離出去的的熱源流體的冷卻工作，和利用以溫?zé)嵘墒侄?0、45所產(chǎn)生的溫?zé)峒訜釋?duì)象物的加熱工作。
—作用—在上述第1解決方案下，分離手段20從熱源流體中分離出水蒸氣。從熱源流體分離出來(lái)的水蒸氣，被送到升壓手段30，90并被升壓。升壓了的水蒸氣，被導(dǎo)入到溫?zé)嵘墒侄?0，45中。在溫?zé)嵘墒侄?0，45中，升壓了的水蒸氣在對(duì)應(yīng)于其壓力的冷凝溫度下冷凝，放出冷凝熱。該冷凝熱成為溫?zé)?，被用于?duì)象物的加熱等。
在上述第2解決方案下，被導(dǎo)入分離手段20的熱源流體中的水蒸氣透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21。具體來(lái)說(shuō)，水蒸氣透過(guò)膜21的兩側(cè)的水蒸氣壓差讓水蒸氣透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21，從熱源流體分離出水蒸氣。
在上述第3解決方案下，利用燃燒廢氣作為熱源流體。例如，以燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)及蒸氣爐等燃燒燃料時(shí)，產(chǎn)生燃燒廢氣。另外，作為燃料，廣泛使用石油和天然氣等，燃燒這些燃料所產(chǎn)生的燃燒廢氣中，存在著多量的水蒸氣。因此，在本解決方案下，分離出燃燒廢氣中所含有的大量水蒸氣，用于生成溫?zé)帷?br> 在上述第4解決方案下，利用濕空氣作為熱源流體。此時(shí)，包括室內(nèi)空氣和室外空氣在內(nèi)，環(huán)境中所存在的空氣中一定含有水蒸氣，這些空氣都是濕空氣。也就是說(shuō)，在本解決方案下，熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)以環(huán)境中多量存在的濕空氣作為熱源而進(jìn)行，生成溫?zé)帷?br> 在上述第5解決方案下，由于水蒸氣在溫?zé)嵘墒侄?0，45中的冷凝而產(chǎn)生的冷凝水被導(dǎo)入到預(yù)加濕手段75內(nèi)。在預(yù)加濕手段75中，被導(dǎo)入的冷凝水被供向熱源流體，該熱源流體就被加濕。此時(shí)，并不需要將在溫?zé)嵘墒侄?0，45中所產(chǎn)生的冷凝水都供向熱源流體內(nèi)，也可以僅將該冷凝水的一部分用于加濕。在預(yù)加濕手段75內(nèi)被加熱了的熱源流體，被供向分離手段20。也就是說(shuō)，熱源流體在預(yù)加濕手段75內(nèi)被加濕，而使水蒸氣的分壓提高，然后被送到分離手段20內(nèi)。補(bǔ)充一下，作為在預(yù)加濕手段75中將冷凝水供向熱源流體的方法，例如有將冷凝水向熱源流體直接噴吐，或有通過(guò)透濕膜將水分從冷凝水移動(dòng)到熱源流體。
在上述第6解決方案下，由于水蒸氣在溫?zé)嵘墒侄?0，45中冷凝所產(chǎn)生的冷凝水被導(dǎo)入到預(yù)加熱手段70內(nèi)。在預(yù)加手段70中，被導(dǎo)入的冷凝水和熱源流體進(jìn)行熱交換，該熱源流體被加熱。然后，被加熱了的熱源流體被供向分離手段20內(nèi)。
在上述第7解決方案下，由在溫?zé)嵘墒侄?5中所生成的溫?zé)峒訜崴蓽厮?。作為生成了的溫水的用途，例如有加熱?duì)象物和作熱水用等。
在上述第8解決方案下，由在溫?zé)嵘墒侄?0中所生成的溫?zé)峒訜岜患訜峥諝?。被加熱了的被加熱空氣的用途，例如為制暖等?br> 在上述第9解決方案下，由于水蒸氣的在溫?zé)嵘墒侄?0中的冷凝所產(chǎn)生的冷凝水被導(dǎo)入到空氣加濕手段55中。在空氣加濕手段55中，被導(dǎo)入的冷凝水被供向被加熱空氣內(nèi)，該被加熱空氣就被加濕。此時(shí)，并不需要將在溫?zé)嵘墒侄?0中所產(chǎn)生的冷凝水都供向被加熱空氣內(nèi)，也可以只用該冷凝水的一部分進(jìn)行加濕。補(bǔ)充一下，作為在空氣加濕手段55中將冷凝水供向被加熱空氣的方法，例如有將冷凝水向被加熱空氣直接噴吐，或通過(guò)透濕膜將水分從冷凝水移動(dòng)到被加熱空氣內(nèi)。
在上述第10解決方案下，在升壓手段30、90中升壓了的水蒸氣的一部分，在空氣加濕手段50中被供向被加熱空氣內(nèi)。也就是說(shuō)，升壓后的水蒸氣的一部分，在溫?zé)嵘墒侄?0中不冷凝，而是在空氣加濕手段50中被用在被加熱空氣的加濕上。
在上述第11解決方案下，被送到空氣加濕手段50的升壓后的水蒸氣，透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51被供向被加熱空氣內(nèi)。具體來(lái)說(shuō)，在空氣加濕手段50中，水蒸氣透過(guò)膜51的兩側(cè)的水蒸氣壓差使水蒸氣透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51，從而被加熱空氣被加濕。
在上述第12解決方案下，由噴射泵90構(gòu)成升壓手段。從水蒸氣供給手段94送到噴射泵90的水蒸氣，向噴射泵90內(nèi)噴射，成為高速的噴流。然后，通過(guò)向噴射泵90噴射水蒸氣，在分離手段20從熱源流體分離出的水蒸氣就被吸入到噴射泵90內(nèi)。從分離手段20被吸入到噴射泵90的水蒸氣，和從水蒸氣供給手段94送來(lái)的水蒸氣匯合在一起，其壓力上升，此后被導(dǎo)入到溫?zé)嵘墒侄?0、45內(nèi)。
在上述第13解決方案下，升壓手段由壓縮機(jī)30構(gòu)成。壓縮機(jī)30吸入、壓縮在分離手段20分離出來(lái)的水蒸氣，使該水蒸氣升壓。
在上述第14解決方案下，蒸氣渦輪機(jī)60從水蒸氣供給手段61接收水蒸氣，使該水蒸氣膨脹并使它產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。于是，壓縮機(jī)30就由在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。補(bǔ)充一下，并不需要僅以蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30，也可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等其他驅(qū)動(dòng)力源。
在上述第15解決方案下，以與上述第14解決方案同樣的作法，讓蒸氣渦輪機(jī)60產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。于是，同時(shí)使用蒸氣渦輪機(jī)60的驅(qū)動(dòng)力和電動(dòng)機(jī)32的驅(qū)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。
在上述第16解決方案下，水蒸氣供給手段61由蒸氣爐61構(gòu)成。也就是說(shuō)，在蒸氣爐61產(chǎn)生的過(guò)熱蒸氣被供向蒸氣渦輪機(jī)60，由驅(qū)動(dòng)力該過(guò)熱蒸氣的膨脹而產(chǎn)生。
在上述第17解決方案下，被導(dǎo)入到蒸氣爐61內(nèi)的水在潛熱部62蒸發(fā)，之后在顯熱部63再被加熱成為過(guò)熱蒸氣。此時(shí)，在蒸氣爐61內(nèi)的潛熱部62中，利用廢熱使水蒸發(fā)。也就是說(shuō)，為了生成過(guò)熱蒸氣，需要使水蒸發(fā)的潛熱變化過(guò)程，和使所產(chǎn)生的水蒸氣溫度上升的顯熱變化過(guò)程。在上述潛熱變化過(guò)程中，雖然不需要如上述顯熱變化過(guò)程那樣高溫的熱源，但潛熱變化過(guò)程所需要的熱量卻很大。因此，將溫度并不會(huì)很高、但成本卻不高的廢熱利用在潛熱變化的過(guò)程中，便能謀求能源的有效利用。
另一方面，在蒸氣爐61內(nèi)的顯熱部63中，使用各種熱源進(jìn)行水蒸氣的加熱。也就是說(shuō)，在顯熱部63中，進(jìn)行需要高溫?zé)嵩吹娘@熱變化過(guò)程。這種熱源，例如有燃料等的燃燒和電熱器等。
在上述第18解決方案下，蒸氣爐61的內(nèi)壓被設(shè)定在大氣壓以下。也就是說(shuō)，在蒸氣爐61內(nèi)，水在100℃以下的溫度下蒸發(fā)。
在上述第19解決方案下，在蒸氣渦輪機(jī)60膨脹了的水蒸氣被送到溫?zé)嵘墒侄?0、45。因此，在溫?zé)嵘墒侄?0、45內(nèi)，在升壓手段30、90中升壓了的水蒸氣、和在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)膨脹了的水蒸氣都被導(dǎo)入。在溫?zé)嵘墒侄?0、45中，被導(dǎo)入的水蒸氣在對(duì)應(yīng)其壓力的冷凝溫度下冷凝，放出冷凝熱。該冷凝熱成為溫?zé)?，利用在?duì)象物的加熱等上。也就是說(shuō)，被供向蒸氣渦輪機(jī)60的水蒸氣，用于產(chǎn)生蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)的驅(qū)動(dòng)力之后，又被利用于溫?zé)嵘墒侄?0、45中的溫?zé)嵘伞?br> 在上述第20解決方案下，進(jìn)行冷卻動(dòng)作和加熱動(dòng)作這兩種動(dòng)作。補(bǔ)充一下，可以交替進(jìn)行冷卻動(dòng)作和加熱動(dòng)作，也可以同時(shí)進(jìn)行這兩種動(dòng)作。
具體來(lái)說(shuō)，在冷卻動(dòng)作時(shí)，熱源流體在加濕冷卻手段89中被加濕。由于該加濕，熱源流體大體上在等焓過(guò)程中變化，即濕度上升、溫度下降。此后，在分離手段20中從熱源流體除去水蒸氣，然后利用該熱源流體。也就是說(shuō)，在冷卻動(dòng)作中，利用在加濕冷卻手段89中冷卻之后、再在分離手段20中減濕的熱源流體。
例如，將熱源流體當(dāng)做濕空氣時(shí)，先在加濕冷卻手段89中將該濕空氣冷卻后再在分離手段20中除濕，然后將該空氣供給室內(nèi)，這樣就制冷室內(nèi)了。另一方面，在加熱動(dòng)作時(shí)，讓水蒸氣在溫?zé)嵘墒侄?0、45中冷凝，再以該水蒸氣的冷凝熱作溫?zé)峒訜釋?duì)象物。
—效果—依照本發(fā)明，能利用從熱源空氣分離出來(lái)的水蒸氣而生成溫?zé)?。也就是說(shuō)，在已往的熱泵中，先使水蒸發(fā)生成了水蒸氣，再利用該生成了的水蒸氣生成溫?zé)?。但依照本發(fā)明，不用經(jīng)過(guò)蒸發(fā)水的過(guò)程，就能利用從熱源流體分離出的水蒸氣進(jìn)行熱泵動(dòng)作。因此，能省略已往所必需的水的蒸發(fā)過(guò)程，而謀求結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化。
在上述第3解決方案下，利用燃燒廢氣作熱源流體。因此，不單單將燃燒廢氣排向大氣中，而是將該燃燒廢氣所保有的熱作為水蒸氣潛熱回收起來(lái)，作溫?zé)嵊?。故能謀求能源的有效利用。
在上述第4解決方案下，利用濕空氣作熱源流體。因此，能以濕空氣即大氣作為熱源進(jìn)行熱泵動(dòng)作，能將大氣含有的熱作為隨蒸氣的潛熱回收起來(lái)作溫?zé)崂谩?br> 在上述第5解決方案下，將使用冷凝水加濕了的熱源流體送到分離手段20。因此，能將冷凝水所含有的熱作為水蒸氣的潛熱回收到熱源流體，能謀求能源的有效利用。
另外，依照本解決方案，能將由于加濕而使水蒸氣分壓上升了的熱源流體導(dǎo)入到分離手段20內(nèi)。因此，能維持著水蒸氣透過(guò)膜21兩側(cè)的水蒸氣壓差，提高分離后的水蒸氣的壓力。因此，假設(shè)在升壓手段30、90中升壓后的水蒸氣的壓力一定不變，能縮小在升壓手段30、90中的升壓比。結(jié)果，能減少水蒸氣在升壓手段30、90中開(kāi)壓時(shí)所需要的動(dòng)力，而謀求效率的提高。
在上述第6解決方案下，將利用冷凝水加熱了的熱源流體送到分離手段20內(nèi)。因此，能夠?qū)⒗淠械臒嶙鳛樗魵獾臐摕峄厥盏綗嵩戳黧w，能謀求能源的有效利用。
依照上述第7～第11解決方案，將溫?zé)嵘墒侄?0、45內(nèi)所產(chǎn)生的溫?zé)嵊迷诩訜崴图訜峥諝馍?。特別是，依照第9～第11解決方案，能進(jìn)行被加熱空氣的加濕。因此，例如在將被加熱空氣供給室內(nèi)制暖時(shí)，不僅能進(jìn)行室內(nèi)制暖，還能進(jìn)行加濕。
在上述第12解決方案下，由噴射泵90構(gòu)成升壓手段。因此，能不用轉(zhuǎn)動(dòng)等機(jī)械性動(dòng)作進(jìn)行水蒸氣的升壓，并能提高升壓手段以及整個(gè)熱泵的可靠性。
依照上述第14、15解決方案，能夠利用電力以外的能源驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。另外，有時(shí)在工廠等內(nèi)有不使用的、并且廢棄的過(guò)剩水蒸氣。因此，這樣的時(shí)候就可以用蒸氣渦輪機(jī)60將該過(guò)剩水蒸氣用在壓縮機(jī)30的驅(qū)動(dòng)上。
在上述第17解決方案下，在蒸氣爐61的潛熱部62內(nèi)的蒸發(fā)水的過(guò)程中，利用廢熱。因此，將溫度并不會(huì)很高，但成本卻很低的廢熱利用在潛熱過(guò)程中，就可以謀求廢熱的有效利用。另外，雖然需要將燃料的燃燒等所產(chǎn)生的熱供向蒸氣爐61的顯熱部63。但顯熱部63所需要的熱量比潛熱部62所需要的熱量少得多。因此，通過(guò)在潛熱部62利用廢熱，便可大大地減少熱泵旋轉(zhuǎn)時(shí)所要的能源成本。
在上述第18解決方案下，將蒸氣爐61的內(nèi)壓設(shè)定在大氣壓以下。因此，完全沒(méi)有蒸氣爐61破裂的危險(xiǎn)性。另外，在蒸氣爐61內(nèi)，水在100℃以下的溫度下蒸發(fā)。因此，能將溫度在100℃以下很難利用的低溫廢熱，利用在蒸氣爐61中的水的蒸發(fā)上。也就是說(shuō)，能將低溫的廢熱用在需要大量的水的潛熱變化上。因此，能使熱泵旋轉(zhuǎn)時(shí)所要的能源的成本大大減少，同時(shí)能謀求能源的有效利用。
在上述第19解決方案下，將在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)膨脹了的水蒸氣送到溫?zé)嵘墒侄?0、45并使它冷凝。因此，用于在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的水蒸氣的潛熱，也能用在溫?zé)岬纳缮?，故能謀求能源的有效利用。
下面，為對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明。


圖1概略地示出了第1實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖2概略地示出了第2實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖3概略地示出了第3實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖4概略地示出了第3實(shí)施例的變形例2所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖5概略地示出了第4實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖6概略地示出了第4實(shí)施例的變形例1所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖7概略地示出了第5實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖8概略地示出了第6實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖9為表示第6實(shí)施例所涉及的熱泵的工作情況的空氣線圖。
圖10概略地示出了第7實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖11為表示第7實(shí)施例所涉及的熱泵的工作情況的空氣線圖。
圖12概略地示出了第8實(shí)施例所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
圖13概略地示出了其他實(shí)施例(第1變形例)所涉及的熱泵的結(jié)構(gòu)。
以下，按照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
發(fā)明的最好實(shí)施例第1實(shí)施例如圖1所示，本第1實(shí)施例所涉及的熱泵具有熱源系統(tǒng)11，循環(huán)系統(tǒng)12以及利用系統(tǒng)13。該熱泵構(gòu)成為以濕空氣即熱源空氣作熱源流體動(dòng)作，將加熱了的被加熱空氣供向室內(nèi)從而進(jìn)行制暖的空調(diào)機(jī)。
上述循環(huán)系統(tǒng)12，以依次連接分離手段即水蒸氣分離部20、加壓手段即壓縮機(jī)30、以及溫?zé)嵘墒侄渭粗鳠峤粨Q器40而構(gòu)成。
上述水蒸氣分離部20形成為容器狀。水蒸氣分離部20的內(nèi)部，被有水蒸氣透過(guò)的水蒸氣透過(guò)膜21劃分為空氣空間22和水蒸氣空間23。
水蒸氣分離部20的空氣空間22，連接有熱源系統(tǒng)11。該熱源系統(tǒng)11，吸入為換氣從室內(nèi)排出的換氣排氣和室外空氣，將兩種空氣的混合空氣即熱源空氣送到空氣空間22。另外，熱源系統(tǒng)11還將從空氣空間22流出來(lái)的熱源空氣排向室外。
在水蒸氣分離部20中的水蒸氣空間23內(nèi)，壓力被設(shè)定為所定值。具體來(lái)說(shuō)，水蒸氣空間23內(nèi)的內(nèi)壓設(shè)置得比被導(dǎo)入到空氣空間22內(nèi)的熱源空氣中的水蒸氣分壓低。這樣，在水蒸氣分離部20中的水蒸氣透過(guò)膜21的兩側(cè)存在水蒸氣壓差，由于該水蒸氣壓差水蒸氣透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21。因此，水蒸氣分離部20將被導(dǎo)入到空氣空間22內(nèi)的熱源空氣中所含有的水蒸氣移動(dòng)到水蒸氣空間23內(nèi)，由此從該熱源空氣分離出水蒸氣。
上述壓縮機(jī)30由渦輪壓縮機(jī)構(gòu)成。該壓縮機(jī)30通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸31和電動(dòng)機(jī)32連接，由該電動(dòng)機(jī)32驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)30從水蒸氣分離部20的水蒸氣空間23吸入水蒸氣，并壓縮吸入的水蒸氣，使它升壓。此時(shí)，壓縮機(jī)30將水蒸氣升壓到所定壓力值。具體來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)30將水蒸氣升壓到獲得所定溫度水平的溫?zé)崴枰睦淠郎囟葘?duì)應(yīng)的飽和壓力。
上述主熱交換器40中形成有吸熱側(cè)通路41和放熱側(cè)通路42。
主熱交換器40的吸熱側(cè)通路41連接有利用系統(tǒng)13。該利用系統(tǒng)13，吸入為換氣而導(dǎo)向室內(nèi)的導(dǎo)入外氣和室內(nèi)空氣，將兩種空氣的混合空氣即被加熱空氣送到吸熱側(cè)通路41。另外，利用系統(tǒng)13還將從吸熱側(cè)通路41流出來(lái)的被加熱空氣送到室內(nèi)。
在上述壓縮機(jī)30內(nèi)升壓的水蒸氣被導(dǎo)入主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42內(nèi)。主熱交換器40使吸熱側(cè)通路41的被加熱空氣和放熱側(cè)通路42的水蒸氣進(jìn)行熱交換，并利用該水蒸氣冷凝時(shí)所產(chǎn)生的冷凝熱作溫?zé)釋?duì)被加熱空氣加熱。
—運(yùn)轉(zhuǎn)情況—通過(guò)熱源系統(tǒng)11將熱源空氣供向水蒸氣分離部20的空氣空間22。熱源空氣中所含的水蒸氣，透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21移到水蒸氣空間23內(nèi)。移到水蒸氣空間23內(nèi)的水蒸氣，被壓縮機(jī)30吸引而從水蒸氣空間23流出。另一方面，在空氣空間22內(nèi)水蒸氣被分離出去的熱源空氣，通過(guò)熱源系統(tǒng)11排向室外。
壓縮機(jī)30吸入的水蒸氣被壓縮而升壓后，被送到主熱交換器40的放熱側(cè)通路42。被加熱空氣通過(guò)利用系統(tǒng)13被供向主熱交換器40的吸熱側(cè)通路41內(nèi)。在主熱交換器40中，吸熱側(cè)通路41內(nèi)的被加熱空氣和放熱側(cè)通路42內(nèi)的水蒸氣進(jìn)行熱交換。這樣，水蒸氣在放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝時(shí)放出冷凝熱，由該冷凝熱加熱吸熱側(cè)通路41內(nèi)的被加熱空氣。被加熱了的被加熱空氣，通過(guò)利用系統(tǒng)13被供向室內(nèi)，該被加熱空氣供來(lái)后就進(jìn)行制暖了。另一方面，放熱側(cè)通路42中的水蒸氣冷凝所產(chǎn)生的冷凝水，被排向室外。
在此，在本第1實(shí)施例中，由換氣排氣和室外空氣構(gòu)成熱源空氣，同時(shí)由導(dǎo)入外氣和室內(nèi)空氣構(gòu)成被加熱空氣。因此，將熱源空氣排向室外而將被加熱空氣供向室內(nèi)，由此制暖、換氣同時(shí)進(jìn)行。另外，使熱源空氣的一部分作為換氣排氣，并回收該換氣排氣所具有的熱的一部分作水蒸氣的潛熱，就可以利用回收了的熱加熱被加熱空氣。
—第1實(shí)施例的效果—在本第1實(shí)施例下，在水蒸氣分離部20中，利用水蒸氣透過(guò)膜21從濕空氣即熱源空氣分離出水蒸氣。因此，和在已往的熱泵中，利用讓水蒸發(fā)所生成的水蒸氣生成溫?zé)嵯啾?，本?實(shí)施例，不需要讓水蒸發(fā)的過(guò)程，便能利用從熱源空氣分離出來(lái)的水蒸氣來(lái)使熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，能省略已往所必需的水的蒸發(fā)過(guò)程，而能謀求結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化。
另外，依照本第1實(shí)施例，以環(huán)境中的濕空氣作熱源進(jìn)行熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，故可將該濕空氣作為水蒸氣的潛熱所擁有的熱作溫?zé)崂?。因此，利用使用廣泛的氟利昂冷媒等的熱泵所產(chǎn)生的冷媒泄漏給環(huán)境帶來(lái)的不良影響，本實(shí)施例所涉及的熱泵中是不會(huì)產(chǎn)生的。
另外，在本實(shí)施例1中，由換氣排氣和室外空氣構(gòu)成熱源空氣，同時(shí)導(dǎo)入外氣和室內(nèi)空氣構(gòu)成被加熱空氣。因此，如上所述，能夠使室內(nèi)制暖和換氣同時(shí)進(jìn)行。還有，因使熱源空氣的一部分作換氣排氣，故能將該換氣排氣所含有的熱的一部分回收到被加熱空氣內(nèi)，從而減少由于換氣而引起的能源損失。
—第1實(shí)施例的變形例—(變形例1)在上述第1實(shí)施例中，由電動(dòng)機(jī)32驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。但不僅電動(dòng)機(jī)32，其他驅(qū)動(dòng)源也可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)32。比如有燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)等能作這種驅(qū)動(dòng)源。不僅如此，只要是能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30的，什么驅(qū)動(dòng)源都可以。
另外，在以燃?xì)廨啓C(jī)等靠燃燒燃料產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的機(jī)構(gòu)作壓縮機(jī)30的驅(qū)動(dòng)源使用時(shí)，可以以伴隨著燃料之燃燒所產(chǎn)生的燃燒廢氣作熱源流體用。也就是說(shuō)，燃燒石油和天然氣等燃料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生含有大量水蒸氣的燃燒廢氣。因此，不要排出燃燒廢氣，而要能回收該燃燒廢氣中含有的水蒸氣的潛熱及顯熱，并利用它去產(chǎn)生溫?zé)?，可以謀求能源的有效利用。
(變形例2)在上述第1實(shí)施例中，是通過(guò)利用系統(tǒng)13將被加熱空氣送到主熱交換器40，再加熱被加熱空氣的。也可以通過(guò)利用系統(tǒng)13將水送到主熱交換器40，再加熱該水生成溫水。此時(shí)，又可以以已生成了的溫水加熱室內(nèi)空氣進(jìn)行制暖，還可以直接以已生成了的溫水作熱水用。
第2實(shí)施例在本發(fā)明的第2實(shí)施例中，設(shè)置冷凝部45代替上述第1實(shí)施例中的主熱交換器40，隨之也改變了利用系統(tǒng)13的結(jié)構(gòu)。其他結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同。另外，也可以將上述第1實(shí)施例的變形例用在本第2實(shí)施例上。
如圖2所示，上述冷凝部45形成為容器狀。冷凝部45的內(nèi)部，被有水蒸氣透過(guò)的透過(guò)膜46劃分為熱媒水空間47和水蒸氣空間48。
冷凝部45的熱媒水空間47，連接有利用系統(tǒng)13。本實(shí)施例的利用系統(tǒng)13的結(jié)構(gòu)為在附圖外的風(fēng)機(jī)盤管(fan coil unit)和冷凝部45之間使熱媒水循環(huán)的閉回路。另外，風(fēng)機(jī)盤管將從冷凝部45送來(lái)的熱媒水和室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。
在壓縮機(jī)30中升壓到所定壓力的水蒸氣被導(dǎo)入到冷凝部45中的水蒸氣空間48內(nèi)。此時(shí)，水蒸氣空間48內(nèi)的水蒸氣的壓力，比對(duì)應(yīng)熱媒水空間47中的熱媒水溫度的飽和壓力高，水蒸氣空間48的水蒸氣透過(guò)透濕膜46。這樣，冷凝部45就將水蒸氣空間48的水蒸氣移到熱媒水空間47并使它冷凝，以此時(shí)放出的冷凝熱加熱熱媒水空間47中的熱媒水。
—運(yùn)轉(zhuǎn)操作—熱源系統(tǒng)11、水蒸氣分離部20以及壓縮機(jī)30的運(yùn)轉(zhuǎn)與上述第1實(shí)施例相同。也就是說(shuō)，水蒸氣被從通過(guò)熱源系統(tǒng)11供向水蒸氣分離部20中的空氣空間22的熱源空氣中分離出來(lái)，分離出來(lái)的水蒸氣在壓縮機(jī)30被壓縮而升壓。
升壓了的水蒸氣被送到冷凝部45中的水蒸氣空間48內(nèi)。另一方面，通過(guò)利用系統(tǒng)13從風(fēng)機(jī)盤管送來(lái)的熱媒水被送到在冷凝部45中的熱媒水空間47內(nèi)。在該冷凝部45中，水蒸氣空間48內(nèi)的水蒸氣透過(guò)透濕膜46移到熱媒水空間47內(nèi)，由該水蒸氣的冷凝熱將熱媒水加熱。被加熱了的熱媒水，通過(guò)利用系統(tǒng)13被送到風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)，用在加熱室內(nèi)空氣上。然后，將加熱了的室內(nèi)空氣供向室內(nèi)進(jìn)行制暖。
因此，依照本第2實(shí)施例，與上述第1實(shí)施例相同，能省略讓水蒸發(fā)的過(guò)程，能夠謀求結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化。
—第2實(shí)施例的變形例—在上述第2實(shí)施例中，是讓熱媒水循環(huán)在利用系統(tǒng)13中，由此加熱室內(nèi)空氣的。也可以代替此供給被加熱了的熱媒水作溫水使用。
第3實(shí)施例本發(fā)明的第3實(shí)施例，在上述第1實(shí)施例中附加了空氣加濕手段即空氣加濕部50。其他結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同。另外，上述第1實(shí)施例的變形例1在本第3實(shí)施例中也適用。
如圖3所示，上述空氣加濕部50形成為容器狀。空氣加濕部50的內(nèi)部，被有水蒸氣透過(guò)的水蒸氣透過(guò)膜51劃分為水蒸氣空間53和空氣空間52。
空氣加濕部50中的水蒸氣空間53，連接在循環(huán)系統(tǒng)12中的壓縮機(jī)30和主熱交換器40之間。在壓縮機(jī)30中被開(kāi)壓的水蒸氣被導(dǎo)入到該水蒸氣空間53內(nèi)。另一方面，空氣加濕部50中的空氣空間52連接在利用系統(tǒng)13中的主熱交換器40的下游。流過(guò)主熱交換器40中的吸熱側(cè)通路41且被加熱了的被加熱空氣被導(dǎo)入到該空氣空間52內(nèi)。
在空氣加濕部50中，被壓縮機(jī)30開(kāi)壓且被導(dǎo)入到水蒸氣空間53的水蒸氣的一部分透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51，移到空氣空間52內(nèi)。也就是說(shuō)，空氣加濕部50，利用上升了的水蒸氣的一部分加濕被加熱空氣。剩下的上升了的水蒸氣，被送到主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42利用在被加熱空氣的加熱上。另外，在空氣加濕部50中加濕了的被加濕空氣，通過(guò)利用系統(tǒng)13供向室內(nèi)。也就是說(shuō)，被加熱空氣在主熱交換器40被加熱且在空氣加濕部50中被加濕后，被供向室內(nèi)。
因此，依照本第3實(shí)施例，不僅能制暖室內(nèi)，還能進(jìn)行加濕。另外，因在本第3實(shí)施例中，將在水蒸氣分離部20內(nèi)從熱源空氣分離出來(lái)的水蒸氣用在對(duì)被加熱空氣的加濕上，故不用通過(guò)供水來(lái)進(jìn)行加濕。
—第3實(shí)施例的變形例—(變形例1)在上述第3實(shí)施例中，分別形成了主熱交換器40和空氣加濕部50，兩者也可以形成為一體。也就是說(shuō)，也可以由水蒸氣透過(guò)膜劃分主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42及吸熱側(cè)通路41的一部分，將放熱側(cè)通路42中的水蒸氣的一部分供向吸熱側(cè)通路41的被加熱空氣中，同時(shí)讓該水蒸氣和被加熱空氣進(jìn)行熱交換。
(變形例2)在上述第3實(shí)施例中，構(gòu)成了空氣加濕部50，以使用升壓了的水蒸氣加濕被加熱空氣。此外，還可以采用以下的結(jié)構(gòu)。
如圖4所示，本變形例2所涉及的空氣加濕部55，將在主熱交換器40中所產(chǎn)生的冷凝水用在被加熱空氣的加濕上。具體來(lái)說(shuō)，上述空氣加濕部55連接在利用系統(tǒng)13中的主熱交換器40的下游。另外，在主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42產(chǎn)生的冷凝水的一部分被送到空氣加濕部55內(nèi)。因此，該空氣加濕部55將冷凝水直接噴到被加熱空氣內(nèi)，而進(jìn)行被加熱空氣的加濕。
第4實(shí)施例本發(fā)明的第4實(shí)施例，在上述第1實(shí)施例中，附加了蒸氣渦輪機(jī)60、水蒸氣供給手段61即蒸氣爐61以及預(yù)加熱手段即預(yù)加熱熱交換器70，并且由蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。另外，附加了蒸氣渦輪機(jī)60及蒸氣爐61以后，循環(huán)系統(tǒng)12的結(jié)構(gòu)也就改變了。其他結(jié)構(gòu)和上述第1實(shí)施例相同。
如圖5所示，上述蒸氣爐61通過(guò)燃燒燃料加熱供給的水并使它產(chǎn)生水蒸氣，并將所產(chǎn)生的水蒸氣供向蒸氣渦輪機(jī)60。具體來(lái)說(shuō)，蒸氣爐61的內(nèi)壓被設(shè)定在大氣壓以下的所定壓力。在蒸氣爐61內(nèi)，燃燒石油和天然氣等燃料，由燃燒所產(chǎn)生的熱使水蒸發(fā)，同時(shí)繼續(xù)加熱所產(chǎn)生的水蒸氣以產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣。
將蒸氣爐61內(nèi)所產(chǎn)生的過(guò)熱蒸氣供向上述蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)。該蒸氣渦輪機(jī)60，使被供來(lái)的過(guò)熱蒸氣膨脹而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。另外，蒸氣渦輪機(jī)60通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸31和壓縮機(jī)30連接著。也就是說(shuō)，在本第4實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)32和蒸氣渦輪機(jī)60連接著壓縮機(jī)30。因此，壓縮機(jī)30在電動(dòng)機(jī)32和蒸氣渦輪機(jī)60的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。
在本實(shí)施例的循環(huán)系統(tǒng)12中，在主熱交換器40的上游并列連接有壓縮機(jī)30和蒸氣渦輪機(jī)60。也就是說(shuō)，上述循環(huán)系統(tǒng)12，將在壓縮機(jī)30中升壓了的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60中膨脹了的水蒸氣都送到主熱交換器40內(nèi)。
在上述預(yù)加熱熱交換器70中，形成有空氣側(cè)通路71和水側(cè)通路72?？諝鈧?cè)通路71連接在熱源系統(tǒng)11中的水蒸氣分離部20的上游，熱源空氣被送到該空氣側(cè)通路71。水側(cè)通路72和在循環(huán)系統(tǒng)12中的主熱交換器40的下游連接著，在主熱交換器40所產(chǎn)生的冷凝水被送到水側(cè)通路72。因此，預(yù)加熱熱交換器70使空氣側(cè)通路71的熱源空氣和水側(cè)通路72的冷凝水進(jìn)行熱交換而加熱它，加熱了的熱源空氣送到水蒸氣分離部20中的空氣空間22內(nèi)。
—運(yùn)轉(zhuǎn)操作—
被吸進(jìn)熱源系統(tǒng)11的熱源空氣，被送到預(yù)加熱熱交換器70中的空氣側(cè)通路71內(nèi)。熱源空氣在流過(guò)空氣側(cè)通路71的那一段時(shí)間內(nèi)和水側(cè)通路72中的冷凝水進(jìn)行熱交換而被加熱。也就是說(shuō)，冷凝水所擁有的熱被熱源空氣回收。
已被加熱的熱源空氣被送到水蒸氣分離部20的空氣空間22內(nèi)。熱源空氣中所含有的水蒸氣，透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21移到水蒸氣空間23內(nèi)。移到水蒸氣空間23的水蒸氣，被壓縮機(jī)30吸引，而從水蒸氣空間23流出。在壓縮機(jī)30中，被吸入了的水蒸氣被壓縮而升壓。另外，在空氣空間22內(nèi)水蒸氣被分離出去的熱源空氣，通過(guò)熱源系統(tǒng)11排向室外。
另一方面，在蒸氣爐61中，生成所定的溫度及壓力(例如495℃，80kPa)的過(guò)熱蒸氣，該過(guò)熱蒸氣被供向蒸氣渦輪機(jī)60。蒸氣渦輪機(jī)60使被供來(lái)的過(guò)熱蒸氣膨脹而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。于是，上述壓縮機(jī)30便在蒸氣渦輪機(jī)60的驅(qū)動(dòng)力和電動(dòng)機(jī)32的驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。
在壓縮機(jī)30升壓了的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60膨脹了的水蒸氣都被送到主熱交換器40的放熱側(cè)通路42內(nèi)。另外，通過(guò)利用系統(tǒng)13被加熱空氣被供向主熱交換器40的吸熱側(cè)通路41內(nèi)。在主熱交換器40內(nèi)，吸熱側(cè)通路41的被加熱空氣和放熱側(cè)通路42的水蒸氣進(jìn)行熱交換。于是，水蒸氣在放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝時(shí)釋放冷凝熱，由該冷凝熱加熱吸熱側(cè)通路41的被加熱空氣。也就是說(shuō)，不僅在壓縮機(jī)30內(nèi)升了壓的水蒸氣的冷凝熱，在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)膨脹的水蒸氣的冷凝熱也被用在被加熱空氣的加熱上。已被加熱了的被加熱空氣，通過(guò)利用系統(tǒng)13被供向室內(nèi)，由供給該被加熱空氣進(jìn)行制暖。
水蒸氣在主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝所產(chǎn)生的冷凝水，被送到預(yù)加熱熱交換器70中的水側(cè)通路72。被送到水側(cè)通路72的冷凝水和空氣側(cè)通路71的熱源空氣進(jìn)行熱交換，向該熱源空氣放熱。也就是說(shuō)，因在主熱交換器40中所產(chǎn)生的冷凝水，其溫度比較高(例如40～50℃左右)，故將該冷凝水含有的熱回收到熱源空氣中。從預(yù)加熱熱交換器70中的水側(cè)通路72流出來(lái)的冷凝水，這之后被排向室外。
—第4實(shí)施例的效果—依照本第4實(shí)施例，能得到上述第1實(shí)施例的效果，加上還能得到以下的效果。
在本實(shí)施例4中，不僅以電動(dòng)機(jī)32，還以蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。因此，不僅電能，熱能也能用在壓縮機(jī)30的驅(qū)動(dòng)上。另外，在本實(shí)施例中，將在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)膨脹了的水蒸氣送到主熱交換器40內(nèi)。因此，蒸氣爐61內(nèi)所產(chǎn)生的水蒸氣，不僅可用于在蒸氣爐60內(nèi)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，還能用于主熱交換器40內(nèi)的被加熱空氣的加熱，故可以謀求能源的有效利用。再說(shuō)，在本實(shí)施例中，將蒸氣爐61的內(nèi)壓設(shè)定在大氣壓以下。因此，完全沒(méi)有蒸氣爐61破裂的危險(xiǎn)性，故能提高安全性。
另外，在本實(shí)施例4中，將主熱交換器40中所產(chǎn)生的冷凝水送到預(yù)加熱熱交換器70，再將以該冷凝水加熱了的熱源空氣供向水蒸氣分離部20內(nèi)。因此，能回收該冷凝水含有的熱作熱源空氣含有的水蒸氣的顯熱，可以謀求能源的有效利用。
—第4實(shí)施例的變形例—(變形例1)在上述第4實(shí)施例中，在蒸氣爐61內(nèi)利用燃料的燃燒熱產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣，還可以利用廢熱代替燃料的燃燒熱。也就是說(shuō)，也可以不廢棄從各種機(jī)器排出來(lái)的廢熱而利用在上述蒸氣爐61內(nèi)。這種廢熱，比如有燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)等的廢氣含有的熱，和從工業(yè)廢熱發(fā)電系統(tǒng)(co-generation system)等排出來(lái)的廢熱。
另外，也可以只將廢熱用在在蒸氣爐61內(nèi)使水蒸發(fā)的潛熱變化的過(guò)程中。此時(shí)，如圖6所示，在蒸氣爐61內(nèi)設(shè)置潛熱部62和顯熱部63。潛熱部62用廢熱將供來(lái)的水加熱，使它蒸發(fā)。顯熱部63，繼續(xù)加熱在潛熱部62所產(chǎn)生的水蒸氣，并使它成為過(guò)熱蒸氣。此時(shí)，在顯熱部63用燃料的燃燒熱加熱水蒸氣。
在此，在潛熱部62利用廢熱的理由如下在潛熱變化的過(guò)程中在潛熱部62內(nèi)所需要的熱的溫度水平完全可以比在顯熱變化的過(guò)程中顯熱部63內(nèi)所需要的熱的溫度水平低?？墒?，在潛熱變化的過(guò)程中所需要的熱量，比顯熱變化的過(guò)程中所需要的熱量多得多。因此，將不可能達(dá)到高的溫度水平成本卻很低的廢熱用在需要大量的低溫度水平的熱的潛熱過(guò)程上，就可以謀求廢熱的有效利用。另外，能源成本只在加熱量很少的顯熱部63加熱時(shí)需要，故能大大地減少在熱泵工作時(shí)所要的能源成本。
特別是，在上述第4實(shí)施例中，將蒸氣爐61的內(nèi)壓設(shè)定在大氣壓以下，故在蒸氣爐61內(nèi)水的蒸發(fā)溫度在100℃以下。因此，能將溫度水平在100℃以下很難利用的低溫廢熱，用在蒸氣爐61中需要大量熱的潛熱部62的潛熱變化過(guò)程中。
補(bǔ)充一下，在上述變形例1中，利用燃料的燃燒熱加熱潛熱部63，不僅如此，也可以利用電熱器等。再說(shuō)，在蒸氣爐61中，又可以使?jié)摕岵?2、顯熱部63構(gòu)成為一體，還可以分別形成潛熱部62和顯熱部63，然后再用配管連接起來(lái)。
(變形例2)在上述第4實(shí)施例中，將在蒸氣爐61內(nèi)所產(chǎn)生的水蒸氣供給蒸氣渦輪機(jī)60，由此產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。與此相比，在工廠等內(nèi)擁有不利用的、廢棄的過(guò)剩水蒸氣的情況下，也可以將該過(guò)剩水蒸氣供向蒸氣渦輪機(jī)60并用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。
(變形例3)在上述第4實(shí)施例中，蒸氣渦輪機(jī)60和電動(dòng)機(jī)32都驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30，還可以只用蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30代替利用兩者。
第5實(shí)施例本發(fā)明的第5實(shí)施例，在上述第2實(shí)施例中附加了蒸氣渦輪機(jī)60和水蒸氣供給手段61即蒸氣爐61，并由蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。另外，隨著蒸氣渦輪機(jī)60和蒸氣爐61的附加，對(duì)循環(huán)系統(tǒng)12的結(jié)構(gòu)做了改變。其他結(jié)構(gòu)和上述第2實(shí)施例相同。
如圖7所示，本第5實(shí)施例中的蒸氣渦輪機(jī)60、蒸氣爐61和上述第4實(shí)施例中的相同。也就是說(shuō)，蒸氣爐61產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣并將它供向蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)，由蒸氣渦輪機(jī)60及電動(dòng)機(jī)32的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30旋轉(zhuǎn)。因此，上述第4實(shí)施例的變形例1～3在本第5實(shí)施例中也適用。
另外，本第5實(shí)施例中的循環(huán)系統(tǒng)12，將在壓縮機(jī)30中開(kāi)壓了的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60中膨脹了的水蒸氣都送到冷凝部45的水蒸氣空間48內(nèi)。
—運(yùn)轉(zhuǎn)操作—
水蒸氣分離部20及壓縮動(dòng)作和上述第2實(shí)施例相同。也就是說(shuō)，水蒸氣從被導(dǎo)入到水蒸氣分離部20中的空氣空間22的熱源空氣中分離出來(lái)，分離了的水蒸氣在壓縮機(jī)30被壓縮、而升壓。
另一方面，蒸氣爐61及蒸氣渦輪機(jī)60的動(dòng)作和上述第4實(shí)施例相同。也就是說(shuō)，蒸氣爐61內(nèi)所產(chǎn)生的過(guò)熱蒸氣被送到蒸氣渦輪機(jī)60，由于水蒸氣在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)的膨脹所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力被用在壓縮機(jī)30的驅(qū)動(dòng)上。
在壓縮機(jī)30內(nèi)開(kāi)了壓的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)膨脹了的水蒸氣，都被送到冷凝部45中的水蒸氣空間48內(nèi)。被導(dǎo)入到水蒸氣空間48內(nèi)的水蒸氣，透過(guò)冷凝部45的透濕膜46冷凝，冷凝水空間47中的熱媒水被此時(shí)的冷凝熱加熱。被加熱了的熱媒水，被送到未示的風(fēng)機(jī)盤管，用在室內(nèi)空氣的加熱上。
第6實(shí)施例本發(fā)明的第6實(shí)施例，在上述第3實(shí)施例中，附加了蒸氣渦輪機(jī)60、水蒸氣供給手段61即蒸氣爐61以及預(yù)加熱手段即預(yù)加熱熱交換器70，并且由蒸氣渦輪機(jī)60驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30。另外，隨著附加蒸氣渦輪機(jī)60及蒸氣爐61，循環(huán)系統(tǒng)12的結(jié)構(gòu)也有了變化。其他結(jié)構(gòu)和上述第3實(shí)施例相同。因此，上述第3實(shí)施例的變形例1和變形2在本第6實(shí)施例中都適用。
如圖8所示，在本第6實(shí)施例中的蒸氣渦輪機(jī)60、蒸氣爐61以及預(yù)加熱熱交換器70都和上述第4實(shí)施例的相同。也就是說(shuō)，蒸氣爐61產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣，然后供給蒸氣渦輪機(jī)60，由蒸氣渦輪機(jī)60以及電動(dòng)機(jī)32的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30旋轉(zhuǎn)。因此，上述第4實(shí)施例的變形例1～變形3在本第6實(shí)施例上中都適用。
另外，本第6實(shí)施例的循環(huán)系統(tǒng)12，將在壓縮機(jī)30內(nèi)升壓的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60內(nèi)膨脹的水蒸氣都送到空氣加濕部50的水蒸氣空間53內(nèi)。
—運(yùn)轉(zhuǎn)操作—按照?qǐng)D9對(duì)本第6實(shí)施例所涉及的熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)操作進(jìn)行說(shuō)明。
被吸進(jìn)熱源系統(tǒng)11的點(diǎn)A狀態(tài)下的熱源空氣，被送到預(yù)加熱熱交換器70中的空氣側(cè)通路71內(nèi)。熱源空氣在流過(guò)空氣側(cè)通路71的那一段時(shí)間內(nèi)和水側(cè)通路72中的冷凝水進(jìn)行熱交換而被加熱，變?yōu)辄c(diǎn)B的狀態(tài)。也就是說(shuō)，冷凝水所擁有的熱被熱源空氣回收，由此熱源空氣的溫度上升。
點(diǎn)B狀態(tài)下的熱源空氣被送到水蒸氣分離部20的空氣空間22內(nèi)。熱源空氣中所含有的水蒸氣，透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21移到水蒸氣空間23內(nèi)。由于該水蒸氣的移動(dòng)，熱源空氣的絕對(duì)溫度降低，而變?yōu)辄c(diǎn)C狀態(tài)。移到水蒸氣空間23的水蒸氣，被壓縮機(jī)30吸引，而從水蒸氣空間23流出。在壓縮機(jī)30中，被吸入了的水蒸氣被壓縮而升壓。另外，在空氣空間22內(nèi)水蒸氣被分離出去的在點(diǎn)C狀態(tài)的熱源空氣，通過(guò)熱源系統(tǒng)11排向室外。
另一方面，在蒸氣爐61中，生成所定的溫度及壓力(例如495℃，80kPa)的過(guò)熱蒸氣，該過(guò)熱蒸氣被供向蒸氣渦輪機(jī)60。蒸氣渦輪機(jī)60使被供來(lái)的過(guò)熱蒸氣膨脹而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。于是，上述壓縮機(jī)30便在蒸氣渦輪機(jī)60的驅(qū)動(dòng)力和電動(dòng)機(jī)32的驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。
在壓縮機(jī)30升壓了的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60膨脹了的水蒸氣都被送到空氣加濕部50的水蒸氣空間53內(nèi)。被導(dǎo)入到水蒸氣空間53內(nèi)的水蒸氣，其中有一部分透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51，移到空氣空間52內(nèi)。由該水蒸氣的移動(dòng)，加濕被導(dǎo)入到空氣加濕部50中的空氣空間52內(nèi)的被加熱空氣。在水蒸氣空間53中的剩下的水蒸氣，被送到主熱交換器40內(nèi)的放熱側(cè)通路42內(nèi)。
在主熱交換器40內(nèi)，吸熱側(cè)通路41中的被加熱空氣和放熱側(cè)通路42中的水蒸氣進(jìn)行熱交換。于是，水蒸氣在放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝時(shí)釋放冷凝熱，由該冷凝熱加熱吸熱側(cè)通路41的被加熱空氣。也就是說(shuō)，由于在主熱交換器40內(nèi)的加熱和在空氣加濕部(50)內(nèi)的加濕，點(diǎn)D狀態(tài)下的被加熱空氣的溫度和濕度上升，變?yōu)辄c(diǎn)E的狀態(tài)。點(diǎn)E狀態(tài)下的被加熱空氣，通過(guò)利用系統(tǒng)13被供向室內(nèi)。由供給該被加熱空氣進(jìn)行制暖。
水蒸氣在主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝所產(chǎn)生的冷凝水，被送到預(yù)加熱熱交換器70中的水側(cè)通路72。被送到水側(cè)通路72的冷凝水和空氣側(cè)通路71的熱源空氣進(jìn)行熱交換，向該熱源空氣放熱。也就是說(shuō)，因在主熱交換器40中所產(chǎn)生的冷凝水，其溫度比較高(例如40～50℃左右)，故將該冷凝水含有的熱回收到熱源空氣中。從預(yù)加熱熱交換器70中的水側(cè)通路72流出來(lái)的冷凝水，這之后被排向室外。
第7實(shí)施例本發(fā)明的第7實(shí)施例，在上述第6實(shí)施例中設(shè)置預(yù)加濕手段即預(yù)加濕部75，代替了預(yù)加熱熱交器70。其他結(jié)構(gòu)都和上述第6實(shí)施例相同。因此，在上述第6實(shí)施例中適用的變形例在本第7實(shí)施例中都能用。
如圖10所示，上述預(yù)加濕部75形成為容器狀。預(yù)加濕部75的內(nèi)部，被透過(guò)水分的透濕膜76劃分為空氣空間77和水側(cè)空間78?？諝饪臻g77連接在熱源系統(tǒng)11中的水蒸氣分離部20的上游，熱源空氣被送到該空氣空間77內(nèi)。水側(cè)空間78連接在循環(huán)系統(tǒng)12中的主熱交換器40的下游，在主熱交換器40產(chǎn)生的冷凝水被送到該水側(cè)空間78內(nèi)。這樣，預(yù)加濕部75，將通過(guò)透濕膜76導(dǎo)入到水側(cè)空間78內(nèi)的冷凝水供向空氣空間77內(nèi)的熱源空氣中將該熱源空氣加濕后，再將該熱源空氣送到水蒸氣分離部20內(nèi)。
—運(yùn)轉(zhuǎn)操作—參照?qǐng)D11對(duì)本實(shí)施例7所涉及的熱泵的運(yùn)轉(zhuǎn)操作進(jìn)行說(shuō)明。
被吸進(jìn)熱源系統(tǒng)11內(nèi)的點(diǎn)A狀態(tài)下的熱源空氣，被送到預(yù)加濕部75中的空氣空間77內(nèi)。通過(guò)透濕膜76將水側(cè)空間78的冷凝水供向空氣空間77的熱源空氣中。由于該冷凝水的供給，熱源空氣的狀態(tài)基本在等焓過(guò)程中變化。也就是說(shuō)，在空氣空間77內(nèi)，熱源空氣的絕對(duì)濕度上升而溫度下降，變?yōu)辄c(diǎn)B’的狀態(tài)。因此，在預(yù)加濕部75中，冷凝水所含有的熱作為水蒸氣的潛熱被回收到熱源空氣內(nèi)。
點(diǎn)B’狀態(tài)下的熱源空氣被送到水蒸氣分離部20的空氣空間22內(nèi)。熱源空氣中所含有的水蒸氣，透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜21移到水蒸氣空間23內(nèi)。由于該水蒸氣的移動(dòng)，熱源空氣的絕對(duì)溫度降低，變?yōu)辄c(diǎn)C’的狀態(tài)。移到水蒸氣空間23的水蒸氣，被壓縮機(jī)30吸入，而從水蒸氣空間23流出。在壓縮機(jī)30中，被吸入了的水蒸氣被壓縮而升壓。另外，在空氣空間22內(nèi)水蒸氣被分離出去的點(diǎn)C’狀態(tài)下的熱源空氣，通過(guò)熱源系統(tǒng)11排向室外。
另一方面，在蒸氣爐61中，生成所定的溫度及壓力(例如495℃，80kPa)的過(guò)熱蒸氣，該過(guò)熱蒸氣被供向蒸氣渦輪機(jī)60。蒸氣渦輪機(jī)60使被供來(lái)的過(guò)熱蒸氣膨脹而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。于是，上述壓縮機(jī)30便在蒸氣渦輪機(jī)60的驅(qū)動(dòng)力和電動(dòng)機(jī)32的驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。
在壓縮機(jī)30升壓了的水蒸氣和在蒸氣渦輪機(jī)60膨脹了的水蒸氣都被送到空氣加濕部50的水蒸氣空間53內(nèi)。被導(dǎo)入到水蒸氣空間53內(nèi)的水蒸氣，其中有一部分透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51，移到空氣空間52內(nèi)。由于該水蒸氣的移動(dòng)，加濕被導(dǎo)入到空氣加濕部50中的空氣空間52的被加熱空氣。在水蒸氣空間53中的剩下的水蒸氣，被送到主熱交換器40內(nèi)的放熱側(cè)通路42內(nèi)。
在主熱交換器40內(nèi)，吸熱側(cè)通路41中的被加熱空氣和放熱側(cè)通路42中的水蒸氣進(jìn)行熱交換。于是，水蒸氣在放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝時(shí)釋放冷凝熱，由該冷凝熱加熱吸熱側(cè)通路41的被加熱空氣。也就是說(shuō)，由于在主熱交換器40內(nèi)的加熱和在空氣加濕部(50)內(nèi)的加濕，點(diǎn)D狀態(tài)下的被加熱空氣的溫度和濕度上升，變?yōu)辄c(diǎn)E的狀態(tài)。點(diǎn)E狀態(tài)下的被加熱空氣，通過(guò)利用系統(tǒng)13被供向室內(nèi)。由供給該被加熱空氣進(jìn)行制暖。
水蒸氣在主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42內(nèi)冷凝所產(chǎn)生的冷凝水，被送到預(yù)加濕部75中的水側(cè)通路78。被送到水側(cè)通路78的冷凝水，其中有一部分透過(guò)透濕膜76被供向空氣空間77的熱源空氣內(nèi)。也就是說(shuō)，因在主熱交換器40中所產(chǎn)生的冷凝水，其溫度比較高(例如40～50℃左右)，故將該冷凝水含有的熱回收到熱源空氣中作水蒸氣的潛熱。從預(yù)加濕部75中的水側(cè)通路78流出來(lái)的剩下的冷凝水，這之后被排向室外。
—實(shí)施例7的效果—依照本實(shí)施例7，在預(yù)加濕部75利用冷凝水加濕了熱源空氣。因此，能將冷凝水含有的熱作為水蒸氣的潛熱回收到熱源空氣內(nèi)，能謀求能源的有效利用。
此外，依照本實(shí)施例7，能將由于在預(yù)加濕部75內(nèi)的加濕水蒸氣分壓上升了的熱源流體，導(dǎo)入到水蒸氣分離部20中。因此，能一邊維持水蒸氣透過(guò)膜21兩側(cè)的水蒸氣壓差，一邊將分離后的水蒸氣壓力設(shè)定得高一些。因此，假設(shè)在壓縮機(jī)30中升壓后的水蒸氣壓力一定不變，能縮小在壓縮機(jī)30中的升壓比。結(jié)果，能減少驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)30所需要的動(dòng)力，能謀求效率的提高。
第8實(shí)施例本發(fā)明的第8實(shí)施例，在上述第7實(shí)施例中的基礎(chǔ)上，不僅能進(jìn)行制暖運(yùn)轉(zhuǎn)，還能進(jìn)行制冷運(yùn)轉(zhuǎn)。下面，對(duì)與上述實(shí)施例7不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。另外，能適用于上述實(shí)施例7的變形例，也能適用于實(shí)施例8。
如圖12所示，本實(shí)施例8所涉及的熱泵中設(shè)有第1四路切換閥81、第2四路切換閥82以及切換閥83。
上述第1四路切換閥81，連接著熱源系統(tǒng)11的入口端和利用系統(tǒng)13的出口端。另外，第1四路切換閥81，還連接著吸入第1空氣的第1空氣路84，和吸入第2空氣的第2空氣路85。于是，切換第1四路切換閥81可達(dá)到以下兩種狀態(tài)使熱源系統(tǒng)11和第1空氣路84連通并使利用系統(tǒng)13和第2空氣路85連通的狀態(tài)(圖12中用虛線顯示的狀態(tài))，使熱源系統(tǒng)11和第2空氣路85連通并使利用系統(tǒng)13和第1空氣路84連通的狀態(tài)(圖12中用實(shí)線顯示的狀態(tài))。
上述第2四路切換閥82連接著熱源系統(tǒng)11的入口端和利用系統(tǒng)13的出口端。另外，第2四路切換閥82還連接著向室內(nèi)開(kāi)口的室內(nèi)供給路86，和向室外開(kāi)口的室外排出路87。于是，切換第2四路切換閥82可達(dá)到以下兩種狀態(tài)使熱源系統(tǒng)11和室外排出路87連通并使利用系統(tǒng)13和室內(nèi)供給路86連通的狀態(tài)(圖12中用虛線顯示的狀態(tài))；使熱源系統(tǒng)11和室內(nèi)供給路86連通并使利用系統(tǒng)13和室外排出路87連通的狀態(tài)(圖12中用實(shí)線顯示的狀態(tài))。
上述第1空氣，由為換氣從室內(nèi)排出的換氣排氣和室外空氣的混合空氣構(gòu)成。另外，上述第2空氣，由為換氣導(dǎo)入到室內(nèi)的導(dǎo)入外氣和室內(nèi)空氣的混合空氣構(gòu)成。
循環(huán)系統(tǒng)12中的主熱交換器40和預(yù)加濕部75之間設(shè)置有上述切換閥83。該切換閥83連接著將自來(lái)水等供來(lái)的供水路88。切換該切換閥83可達(dá)到以下兩種狀態(tài)使主熱交換器40的放熱側(cè)通路42和預(yù)加濕部75的水側(cè)空間78連通的狀態(tài)(圖12中用虛線顯示的狀態(tài))；使供水路88和預(yù)加濕部75的水側(cè)空間78連通的狀態(tài)(圖12中用實(shí)線顯示的狀態(tài))。
另外，在本實(shí)施例8中的預(yù)加濕部75，構(gòu)成為以來(lái)自主熱交換器40的冷凝水加濕第1空氣的預(yù)加濕手段75，同時(shí)也構(gòu)成為由來(lái)自供水路88的水加濕第1空氣且冷卻它的加濕冷卻手段89。
—運(yùn)轉(zhuǎn)操作—首先，對(duì)制暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。制暖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，第1四路切換閥81、第2四路切換閥82以及切換閥83都被切換到如圖12中用虛線顯示的狀態(tài)。在此狀態(tài)下、動(dòng)作與上述實(shí)施例7一樣，制暖室內(nèi)。
具體來(lái)說(shuō)，被吸進(jìn)第1空氣路84的第1空氣，作為熱源空氣被送到熱源系統(tǒng)11。被送到熱源系統(tǒng)11的第1空氣，在預(yù)加濕部75被加濕后在水蒸氣分離部20水蒸氣被分離出來(lái)。然后，第1空氣通過(guò)室外排出路87被排向室外。在水蒸氣分離部20被從第1空氣分離出來(lái)的水蒸氣，被壓縮機(jī)30壓縮。另外，從蒸氣爐61送到蒸氣渦輪機(jī)60的水蒸氣，用于驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)生。
來(lái)自壓縮機(jī)30的水蒸氣和來(lái)自蒸氣渦輪機(jī)60的水蒸氣，都被送到空氣加濕部50，其中有一部分透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51。剩下的水蒸氣，被送到主熱交換器40而冷凝。在主熱交換器40內(nèi)產(chǎn)生的冷凝水，被送到作為預(yù)加濕手段75的預(yù)加濕部75，其中有一部分被用于第1空氣的加濕。其他冷凝水被排向室外。
另一方面，被吸進(jìn)第2空氣路85的第2空氣，作為被加熱空氣被送到利用系統(tǒng)13內(nèi)。被送到利用系統(tǒng)13的第2空氣，在主熱交換器40被加熱，然后在空氣加濕部50被加濕，然后通過(guò)室內(nèi)供給路86供向室內(nèi)。由該第2空氣的供給，進(jìn)行室內(nèi)制暖的。
下面，對(duì)制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，第1四路切換閥81、第2四路切換閥82以及切換閥83都切換為如圖12中用實(shí)線顯示的狀態(tài)。
在此狀態(tài)下，被吸進(jìn)第2空氣路85的第2空氣，被送到熱源系統(tǒng)11。送到熱源系統(tǒng)11的第2空氣，被導(dǎo)入到作為加濕冷卻手段89的預(yù)加濕部75中的空氣空間77內(nèi)。另外，來(lái)自供水路88的自來(lái)水被導(dǎo)入到上述預(yù)加濕部75的水側(cè)空間78內(nèi)。然后，在上述預(yù)加濕部75內(nèi)，將水側(cè)空間78內(nèi)的水供給空氣空間77的第2空氣，第2空氣由于加濕被冷卻。
在預(yù)加濕部75冷卻了的第2空氣，被送到水蒸氣分離部20的水蒸氣空間23，水蒸氣分離之后減濕到所定濕度。之后，第2空氣通過(guò)室內(nèi)供給路86被供向室內(nèi)。由于該第2空氣的供給進(jìn)行室內(nèi)的制冷。
在水蒸氣分離部20從第1空氣分離出來(lái)的水蒸氣被壓縮機(jī)30壓縮。另外，從蒸氣爐61送到蒸氣渦輪機(jī)60的水蒸氣，被用于驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)生上。從壓縮機(jī)30送來(lái)的水蒸氣和從蒸氣渦輪機(jī)60送來(lái)的水蒸氣，都被送到空氣加濕部50中的水蒸氣空間53內(nèi)。被導(dǎo)入水蒸氣空間內(nèi)的水蒸氣，其中有一部分透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51，剩下的水蒸氣被送到主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42內(nèi)。在該放熱側(cè)通路42內(nèi)，上述其他的水蒸氣與吸熱側(cè)通路41內(nèi)的第1空氣進(jìn)行熱交換而冷凝。由于冷凝而產(chǎn)生的冷凝水，這之后被排向室外。
另一方面，被吸入第1空氣路84的第1空氣，被送到利用系統(tǒng)13中。被送到利用系統(tǒng)13的第1空氣，被導(dǎo)入到主熱交換器40的吸熱側(cè)通路41內(nèi)。在吸熱側(cè)通路41內(nèi)，第1空氣與放熱側(cè)通路42中的水蒸氣進(jìn)行熱交換，吸收該水蒸氣的冷凝熱。吸熱了的第1空氣，被送到空氣加濕部50中的空氣空間52內(nèi)。在該空氣空間52內(nèi)，透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜51的水蒸氣被供給第1空氣。在空氣加濕部50中的空氣空間52內(nèi)接收水蒸氣的第1空氣，這之以后通過(guò)室外排出路87被排向室外。
其他實(shí)施例—第1變形例—在上述各實(shí)施例中設(shè)置壓縮機(jī)30作升壓手段，與此相比，在第1變形例中設(shè)置噴射泵90作升壓手段，同時(shí)隨之設(shè)置作為水蒸氣供給手段的蒸氣爐94。以下，參照?qǐng)D13對(duì)本變形例進(jìn)行說(shuō)明。補(bǔ)充一下，圖13示出的是將本變形例所涉及的升壓手段用在上述第1實(shí)施例(參照?qǐng)D1)時(shí)的圖。
上述蒸氣爐94的結(jié)構(gòu)為加熱水而產(chǎn)生水蒸氣。該蒸氣爐94中所產(chǎn)生的水蒸氣被供向噴射泵90。
上述噴射泵90構(gòu)成為管狀。在噴射泵90的一端的端面形成有導(dǎo)入口91，側(cè)面形成有吸入口92。另外，在噴射泵90的另一個(gè)端面上排出口93開(kāi)著口。再說(shuō)，噴射泵90形成為，其直徑先從一端朝向另一個(gè)端縮小，然后又?jǐn)U大。
上述噴射泵90，其導(dǎo)入口91連接著上述蒸氣爐94，吸入口92連接著水蒸氣分離部20中的水蒸氣空間23，排出口93連接著主熱交換器40中的放熱側(cè)通路42。于是，噴射泵90，高速度地噴出從導(dǎo)入口91送來(lái)的水蒸氣，以該噴流從吸入口92吸入水蒸氣。另外，在噴射泵90內(nèi)，從水蒸氣分離部20中的水蒸氣空間23吸入了的水蒸氣和從蒸氣爐94被供給了的水蒸氣匯合在一起，匯合后的水蒸氣從排出口93被送到主熱交換器40的放熱側(cè)通路42。也就是說(shuō)，從噴射泵90被送到放熱側(cè)通路42的水蒸氣的壓力，比水蒸氣分離部20中的水蒸氣空間23內(nèi)的水蒸氣的壓力高。
在以上的結(jié)構(gòu)下，不用轉(zhuǎn)動(dòng)等機(jī)械性動(dòng)作，就能進(jìn)行水蒸氣的升壓。因此，能提高熱泵的可靠性。
—第2變形例—在各上述實(shí)施例中，都由室外空氣、為換氣的換氣排氣和混合空氣構(gòu)成熱源空氣。與此相對(duì)，也可以僅用換氣排氣作熱源空氣，又可以僅用室外空氣作熱源空氣。
還有，在上述各實(shí)施例中，用熱源空氣作熱源流體。與此相對(duì)，也可以用含有水蒸氣的燃燒廢氣作熱源流體代替熱源空氣。也就是說(shuō)，在燃起輪機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)等讓燃料燃燒時(shí)，含有大量的水蒸氣的燃燒廢氣被排出。因此，不扔掉該燃燒廢氣，而用燃燒廢氣作熱源流體讓熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，來(lái)有效地利用燃燒廢氣所含有的能源。
—第3變形例—在上述實(shí)施例1、3、4、6、7、8中，都由室內(nèi)空氣和為換氣的導(dǎo)入外氣的混合空氣構(gòu)成被加熱空氣。與此相對(duì)，也可以僅用導(dǎo)入外氣作被加熱空氣，又可以僅以室內(nèi)空氣作為被加熱空氣。
綜上所述，本發(fā)明所涉及的熱泵，對(duì)空調(diào)機(jī)很有用，特別適合利用水蒸氣的冷凝熱作溫?zé)岬那闆r。
權(quán)利要求
1.一種熱泵，其中具有從含有水蒸氣的熱源流體分離出水蒸氣的分離手段(20)，使在上述分離手段(20)中分離了的水蒸氣升壓的升壓手段(30，90)，使在上述升壓手段(30，90)中升壓了的水蒸氣冷凝而生成溫?zé)岬臏責(zé)嵘墒侄?40，45)。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的熱泵，其中分離手段(20)具有使水蒸氣透過(guò)的水蒸氣透過(guò)膜(21)，熱源流體中所含有的水蒸氣透過(guò)上述水蒸氣透過(guò)膜(21)而被分離出來(lái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中熱源流體，由利用燃料的燃燒能之后所排出來(lái)的燃燒廢氣構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中熱源流體由濕空氣構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求第4項(xiàng)所述的熱泵，其中具有預(yù)加濕手段(75)，該手段將在溫?zé)嵘墒侄?40，45)中所產(chǎn)生的冷凝水供向熱源流體內(nèi)，并加濕該熱源流體并將它送到分離手段(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求第4項(xiàng)所述的熱泵，其中具有預(yù)加熱手段(70)，該手段讓在溫?zé)嵘墒侄?40，45)中所產(chǎn)生的冷凝水與熱源流體進(jìn)行熱交換，加熱該熱源流體并將它送到分離手段(20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中溫?zé)嵘墒侄?45)以生成了的溫?zé)峒訜崴?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中溫?zé)嵘墒侄?40)以生成了的溫?zé)釋⒈患訜峥諝饧訜帷?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求第8所述的熱泵，其中具有空氣加濕手段(55)，該手段將在溫?zé)嵘墒侄?40)中所產(chǎn)生的冷凝水供向被加熱空氣內(nèi)，并對(duì)該被加熱空氣進(jìn)行加濕。
10.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)所述的熱泵，其中具有空氣加濕手段(50)，該手段將在升壓手段(30，90)中升壓了的水蒸氣的一部分供向被加熱空氣內(nèi)，并對(duì)該被加熱空氣進(jìn)行加濕。
11.根據(jù)權(quán)利要求第10項(xiàng)所述的熱泵，其中空氣加濕手段(50)具有讓水蒸氣透過(guò)的水蒸氣透過(guò)膜(51)，水蒸氣透過(guò)上述水蒸氣透過(guò)膜(51)，被供向被加熱空氣內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中升壓手段由噴射泵(90)構(gòu)成，該噴射泵(90)噴吐水蒸氣供給手段(94)所供給的水蒸氣，并吸入在分離手段(20)中分離了的水蒸氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中升壓手段由壓縮水蒸氣使它升壓的壓縮機(jī)(30)構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求第13項(xiàng)所述的熱泵，其中壓縮機(jī)(30)由接受水蒸氣供給手段(61)所供給的水蒸氣，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的蒸氣渦輪機(jī)(60)驅(qū)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求第13項(xiàng)所述的熱泵，其中壓縮機(jī)(30)，由接受水蒸氣供給手段(61)所供給的水蒸氣，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的蒸氣渦輪機(jī)(60)和電動(dòng)機(jī)(32)驅(qū)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求第14項(xiàng)或第15項(xiàng)所述的熱泵，其中水蒸氣供給手段(61)由加熱水并使它產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣的蒸氣爐(61)構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求第16項(xiàng)所述的熱泵，其中在蒸氣爐(61)內(nèi)具有利用廢熱使水蒸發(fā)的潛熱部(62)，還具有加熱在該潛熱部(62)所產(chǎn)生了的水蒸氣而生成過(guò)熱蒸氣的顯熱部(63)。
18.根據(jù)權(quán)利要求第16項(xiàng)或第17項(xiàng)所述的熱泵，其中蒸氣爐(61)的內(nèi)部壓力被設(shè)定為大氣壓以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求第14項(xiàng)或第15項(xiàng)所述的熱泵，其中溫?zé)嵘墒侄?40，45)被供給在蒸氣渦輪機(jī)(60)中膨脹了的水蒸氣，然后讓該水蒸氣冷凝而生成溫?zé)帷?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的熱泵，其中具有通過(guò)加濕將熱源流體冷卻后再將它送到分離手段(20)的加濕冷卻手段(89)，進(jìn)行利用在分離手段(20)中水蒸氣被分離出去的的熱源流體的冷卻工作，和利用以溫?zé)嵘墒侄?40，45)所產(chǎn)生的溫?zé)峒訜釋?duì)象物的加熱工作。
全文摘要
將水蒸氣分離部(20)、壓縮機(jī)(30)以及主熱交換器(40)依次連接起來(lái),便構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)(12)。水蒸氣分離部(20)的內(nèi)部被水蒸氣透過(guò)膜(21)劃分為空氣空間(22)和水蒸氣空間(23)。將換氣排氣和室外空氣的混合空氣作為熱源空氣送到水蒸氣空間(23)。熱源空氣中的水蒸氣透過(guò)水蒸氣透過(guò)膜(21)被分離出來(lái)。分離出來(lái)的水蒸氣在壓縮機(jī)(30)中被壓縮后,又被送到主熱交換器(40)。在主熱交換器(40)中,來(lái)自壓縮機(jī)(30)的水蒸氣冷凝,利用系統(tǒng)(13)內(nèi)的被加熱空氣由此時(shí)產(chǎn)生的冷凝熱加熱。
文檔編號(hào)F25B30/02GK1372627SQ00812353
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2000年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月3日
發(fā)明者樸春成, 吉見(jiàn)學(xué), 坂本隆一, 渡部裕司, 米本和生 申請(qǐng)人:大金工業(yè)株式會(huì)社