(57)【要約】【課題】持運びが簡便なヒートポンプの動作原理を視認にて理解できる実演装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプの動作原理の実演装置であって、中空円柱の内部に、高沸点ガスを封入し、ゴム製の風船を内挿するとともに前記風船の吹込口以外は気密され、また、前記中空円柱の外面の一部分に水を流す螺旋状管が融設又は配設され、一又は複数の支持台により固定されている耐気圧性の透明材質からなる前記中空円柱と、前記風船の吹込口に、送風管及びリーク弁を介して接続される空気送出機と、前記螺旋状管が配されている部分に周辺空気を送風する送風機を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2008090243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に高沸点ガスが封入され、伸縮自在な弾性材料からなる風船が内挿されるとともに前記風船の吹込口以外は気密され、外面の一部分に螺旋状管が融設又は配設され、一又は複数の支持台により固定されている耐気圧性の透明材質からなる中空円柱（シリンダ）と、
前記風船の吹込口に、送風管及びリーク弁を介して接続される空気送出機と、
前記螺旋状管が配されている部分に周辺空気を送風する送風機と、
を備えることを特徴とするヒートポンプの動作原理の実演装置。
【請求項２】
内部に高沸点ガスが封入されるとともに容易に可動するピストンにより気密され、伸縮自在な弾性材料からなる風船が内挿され、更に、空気抜きを設け、外面の一部分に螺旋状管が融設又は配設され、一又は複数の支持台により固定されている耐気圧性の透明材質からなる中空円柱（シリンダ）と、
前記風船の吹込口に、送風管及びリーク弁を介して接続される空気送出機と、
前記螺旋状管が配されている部分に周辺空気を送風する送風機と、
を備えることを特徴とするヒートポンプの動作原理の実演装置。
【請求項３】
透明な炭酸飲料水用ボトルの内部に高沸点ガスを封入するとともに、伸縮自在な弾性材料からなる風船を内挿し、空気ポンプを前記風船の吹込口にリーク弁を介して接続するとともに前記ボトルを前記風船の吹込口以外で気密し、
次の（１）から（４）までの過程を連続して行うことを特徴とするヒートポンプの動作原理の実演方法。
（１）前記空気ポンプを駆動し前記風船を膨張し前記高沸点ガスを加圧することで、圧縮熱を発生させる。
（２）前記圧縮熱により温度が高くなっている前記ボトルの一部分に水を散布又は空気を送出することで、前記高沸点ガスの温度を降下させる。
（３）前記風船に封入した空気をリークし前記高沸点ガスを減圧・膨張することで、気化熱を吸収させる。
（４）前記気化熱により温度が低くなっている前記ボトルの一部分に周辺空気を送出することで、前記高沸点ガスは気化熱を空気から得て気化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ヒートポンプの動作原理を目で見て理解できる実演装置及び実演方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ヒートポンプは、空気（大気）の熱エネルギーを活用するものであり、冷暖房機器等に適用することで大幅な省エネルギーを実現でき、今後の普及が国レベルで期待されている。【０００３】  出願人等の電気事業者も、自然冷媒（二酸化炭素）を活用した高効率なヒートポンプ式給湯器である「エコキュート」（登録商標）等の普及に注力しており、その宣伝・広報等の理解活動にも、当然、力を入れているところである。【０００４】  このヒートポンプは、図１に示すように、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３及び蒸発器４によって、冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発のサイクルを経て、空気から熱エネルギーを取り出し、例えば、水を加熱しお湯を沸かすものである。なお、図１に示した冷媒等の温度は一例である。【０００５】  そして、出願人は、ヒートポンプの原理を説明する方法としては、書面資料を用いる方法、小型容器に空気を送出、圧縮熱のみを実演する方法等を行っている。【０００６】  出願人が調査した限りにおいては、ヒートポンプの原理をわかりやすく説明ないし実演する技術に関しての文献は入手できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  空気の熱を利用すること（出願人の登録商標であり、また、エコキュートの広告・宣伝でキャッチフレーズ的にも言われる「空気の熱でお湯が沸く」こと）、投入したエネルギー以上の熱エネルギーが得られること（ＣＯＰ（成績係数）が１を超えること）は、一般人の常識的な科学感からは理解し難いことであり、従前の説明方法では、ヒートポンプの原理を理解してもらうためには、限界がある。【０００８】  他方、ヒートポンプの実機（例えば、エアコン）を実演用に改造し、説明する方法も考えられるが、改造費用が高額になり、しかも、配管等が金属であり、視認による動作原理の理解を得るには不十分なものである。【０００９】  本発明の目的は、これらの問題点を解決する手段、つまり、持運びが簡便なヒートポンプの動作原理を視認にて理解できる実演装置及び実演方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  請求項１の発明に係わるヒートポンプの動作原理の実演装置は、内部に高沸点ガスが封入され、伸縮自在な弾性材料からなる風船が内挿されるとともに前記風船の吹込口以外は気密され、外面の一部分に螺旋状管が融設又は配設され、一又は複数の支持台により固定されている耐気圧性の透明材質からなる中空円柱（シリンダ）と、前記風船の吹込口に、送風管及びリーク弁を介して接続される空気送出機と、前記螺旋状管が配されている部分に周辺空気を送風する送風機と、を備えることを特徴とする。【００１１】  請求項２の発明に係わるヒートポンプの動作原理の実演装置は、内部に高沸点ガスが封入されるとともに容易に可動するピストンにより気密され、伸縮自在な弾性材料からなる風船が内挿され、更に、空気抜きを設け、外面の一部分に螺旋状管が融設又は配設され、一又は複数の支持台により固定されている耐気圧性の透明材質からなる中空円柱（シリンダ）と、前記風船の吹込口に、送風管及びリーク弁を介して接続される空気送出機と、前記螺旋状管が配されている部分に周辺空気を送風する送風機と、を備えることを特徴とする。【００１２】  請求項３の発明に係わるヒートポンプの動作原理の実演方法は、透明な炭酸飲料水用ボトルの内部に高沸点ガスを封入するとともに、伸縮自在な弾性材料からなる風船を内挿し、空気ポンプを前記風船の吹込口にリーク弁を介して接続するとともに前記ボトルを前記風船の吹込口以外で気密し、次の（１）から（４）までの過程を連続して行うことを特徴とする。
（１）前記空気ポンプを駆動し前記風船を膨張し前記高沸点ガスを加圧することで、圧縮熱を発生させる。
（２）前記圧縮熱により温度が高くなっている前記ボトルの一部分に水を散布又は空気を送出することで、前記高沸点ガスの温度を降下させる。
（３）前記風船に封入した空気をリークし前記高沸点ガスを減圧・膨張することで、気化熱を吸収させる。
（４）前記気化熱により温度が低くなっている前記ボトルの一部分に周辺空気を送出することで、前記高沸点ガスは気化熱を空気から得て気化する。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、一般人の常識的な科学感からは理解し難いヒートポンプの動作原理が目で見て理解させることが可能となる。特に、請求項３に係る発明により、極めて簡便に、かつ、費用安価にヒートポンプの動作原理を目で見て理解させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる実演装置の構成図であり、以下、個々の構成要素を説明する。【００１５】  高い気圧に耐えられ、動作が視認できるよう透明材質からなる中空円柱５を用意し、この中空円柱５の内部に冷媒として高沸点ガス６（液化しやすいガス。例えば、ブタン）を封入する。更に、この中空円柱５の内部に高沸点ガス６を圧縮・膨張させるための伸縮自在な弾性材料（例えば、ゴム）からなる風船７が内挿され、この風船７の吹込口８以外は中空円柱５の内部は気密されている。
ここで、封入される高沸点ガス６の量は、高沸点ガス６の種類並びに後述の空気送出機１２及び中空円柱５の耐気圧性能より定まる実現可能な気圧を基に、気体の状態方程式により定まる。【００１６】  中空円柱５の外面の一部分には、冷媒より発生した熱を外部に移動するため、水を流す螺旋状管９が融設又は配設されている。また、中空円柱５の外側には、固定用の支持台１０が一又は複数配置されている。【００１７】  風船７を膨張するため（冷媒の高沸点ガス６を圧縮するため）、風船７の吹込口８に、送風管１１を介して空気送出機１２が接続され、また、風船７を急速に萎ませるため（冷媒の高沸点ガス６を膨張させるため）リーク弁１３も接続されている。ここで、空気送出機１２には、中空円柱５の許容気圧以下で運用し、安全を保つため、気圧計を付加するのが望ましい。【００１８】  また、螺旋状管９の部分に周辺空気を送風する（つまり、空気から熱を取る）ため、送風機１４を設置される。【００１９】  本実演装置の１サイクルにおける４つの過程の動作を説明する。【００２０】  リーク弁１３を閉じて空気送出機１２を動作させて、送風管１１を介して風船７に空気を吹き込み、風船７を膨張させる。この風船７の膨張により、中空円柱５に封入された高沸点ガス６は圧縮され、圧縮熱が発生する。（圧縮過程）【００２１】  螺旋状管９に水を流す。これにより、高沸点ガス６は、加圧した圧力に相当する飽和温度まで低下するとともに、凝縮熱を発生し（つまり、螺旋状管９に流れる水により圧縮熱が奪われ）、液化する。（凝縮過程）【００２２】  リーク弁１３を開き、風船７に送出された空気を急速に外気に放出し、風船７を萎ませる。この風船７が萎むことにより高沸点ガス６は減圧・膨張し、減圧した圧力に相当する飽和温度まで低下する。（膨張過程）【００２３】  この温度低下した高沸点ガス６の部分に外気を送風することにより、空気中の熱を高沸点ガス６に与え、高沸点ガス６を全て気化させる。（蒸発過程）【００２４】  図３は、本発明の第２の実施の形態に係わる実演装置の構成図である。第１の実施形態とは、中空円柱５の内部で、ピストン１５を設置し、高沸点ガス６をこのピストン１５にて気密すること、また、風船７の動作のみでピストン１５を可動するよう中空円柱５に空気抜き１６を設けたことの二つである。【００２５】  第１の実施形態は風船７の膨張により高沸点ガス６が中空円柱６の両端に分断され、ヒートポンプ動作の対象となる部分にある高沸点ガス６と、対象とならない部分のそれとが膨張過程等で混合され、熱の出入りの視覚的効果が薄れてしまう。これに対して、この第２の実施形態は、高沸点ガス６の所在部分が不変であり、熱の出入りの視覚的効果が損なわれることがないというメリットがある。【００２６】  なお、当然であるが、第２の実施形態の１サイクルにおける４つの過程の動作は、第１の実施形態のそれと同じである。【００２７】  また、本発明の第３の実施形態は、請求項３に係るものであり、第１及び第２の実施形態と本質的には同じであるが、これらよりも極めて簡易に実演できる方法である。【００２８】  透明なペットボトル（内部気圧を高くするので、伝熱上は不利ではあるが、炭酸飲料水用のやや肉厚���のが望ましい）の内部に高沸点ガス６を封入し、更に、風船７を内挿する。この風船７の吹込口８に、リーク弁１３を介して空気ポンプを接続するとともに、ペットボトルを吹込口８以外で外気から気密する。【００２９】  そして、（１）から（４）までの過程を連続して行うことで、ヒートポンプの動作原理を実演するものである。【００３０】  （１）前記空気ポンプを駆動し前記風船を膨張させることにより前記高沸点ガスを加圧させることで熱を発生させる。（圧縮過程）【００３１】  （２）前記圧縮熱により温度が高くなっているボトルの部分に水を散布し又は空気を送出することにより高沸点ガスの温度を降下させる。これにより、前記加圧した圧力に相当した飽和温度まで低下した高沸点ガスは凝縮熱を発生し、前記の水又は空気に熱を与えながら液化する。（凝縮過程）【００３２】  （３）前記風船に封入した空気をリークさせ、前記高沸点ガスを減圧することにより、高沸点ガスはその減圧した圧力に相当した飽和温度まで低下する。（膨張過程）【００３３】  （４）前記気化熱により温度が低くなっているボトルの部分に周辺空気を送出することにより、液化した高沸点ガスは気化熱を空気から得て、高沸点ガスの全てを気化させる。（蒸発過程）
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ヒートポンプの動作原理の説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる実演装置の構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる実演装置の構成図。
【符号の説明】
【００３５】５・・・中空円柱、６・・・高沸点ガス、７・・・風船、８・・・吹込口、９・・・螺旋状管、１０・・・支持台、１１・・・送風管、１２・・・空気送出機、１３・・・リーク弁、１４・・・送風機、１５・・・ピストン、１６・・・空気抜き
【図１】
2008090243.tif 000003
【図２】
2008090243.tif 000004
【図３】
2008090243.tif 000005