(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器（４）、圧縮機（５）、凝縮器（６）、キャピラリーチューブ（７）を循環する熱媒回路（８）を有し、圧縮機（５）で昇温させた熱媒を凝縮器（６）での放熱を制限して熱エネルギーの一部を残存させて蒸発器（４）に循環させる複数の増熱装置を備え、前段増熱装置の凝縮器（６）と、並列配置した複数の次段増熱装置の蒸発器（４）とを、前段増熱装置の凝縮器（６）から熱を得る蓄熱回路部（９ａ）とこの蓄熱回路部（９ａ）の熱を前記複数の次段増熱装置の各蒸発器（４）に各別にポンプにより分配供給する熱供給回路部（９ｂ）から成る熱交換回路（９）を介して多段に接続するとともに、第２段以降のいずれかの増熱装置の凝縮器（６）の蓄熱回路部（９ａ）と第１段増熱装置の蒸発器（４）の間に第１段増熱装置の内部熱源回路（１０）を形成し、さらに、第１段増熱装置の蒸発器（４）に初期熱源回路（１１）を設けたことを特徴とする熱エネルギー増幅装置
【請求項２】
前記熱交換回路（９）の熱供給回路部（９ｂ）が、その熱供給側に設けた温度センサ（１２）により該熱供給回路部（９ｂ）の供給熱媒が所定の温度を超えると前記蓄熱回路部（９ａ）を迂回して循環させるためのバイパス（１４）を設けたことをさらに特徴とする請求項１記載の熱エネルギー増幅装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の独立した増熱装置を多元式に使用して多量の熱エネルギーを発生させる装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
複数のヒートポンプを用い、１段目のヒートポンプの凝縮器から得た熱を次段のヒートポンプの蒸発器の熱源となるように直列に接続した従来の多段ヒートポンプは、各々のヒートポンプが、圧縮機で得た熱媒温度を凝縮器において放熱し尽くしてしまう構成であるため、得られる温度には限界がある。すなわち、第１段ヒートポンプで吸熱した低温側の熱を最終段ヒートポンプの高温側に汲み上げ温度差を大きくすることができるが、吸熱エネルギーと汲み上げた熱エネルギーの量は実質的に変わらないから熱エネルギーを増加させることはできない。
【０００３】
また、上記の多段ヒートポンプは第１段ヒートポンプの蒸発器に地下水などの外部熱源から常時熱源を供給しなければならない。
【０００４】
さらに、上記の多段ヒートポンプは前段ヒートポンプの凝縮器と次段ヒートポンプの蒸発器を直接熱交換するため、装置を効率よく運転するには前段凝縮器の放熱能力と次段蒸発器の吸熱能力が合致して、熱の授受に過不足がないように設計する必要があった。
【０００５】
従って、本発明の第１の目的は、多量の高温熱エネルギーを得ることができるとともに、所定の温度に達するまでの初期運転以降（通常運転）は外部熱源から熱を供給することなく自己が生成した熱の一部を熱源として前記の増幅させたエネルギーを得ることができる熱エネルギー増幅装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、前段増熱装置の凝縮器と次段増熱装置の蒸発器間の熱授受アンバランスをより精密にコントロールできる前記装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本願請求項１の熱エネルギー増幅装置は、蒸発器、圧縮機、凝縮器、キャピラリーチューブを循環する熱媒回路を有し、圧縮機で昇温させた熱媒を凝縮器での放熱を制限して熱エネルギーの一部を残存させて蒸発器に循環させる複数の増熱装置を備え、前段増熱装置の凝縮器と、並列配置した複数の次段増熱装置の蒸発器とを、前段増熱装置の凝縮器から熱を得る蓄熱回路部とこの蓄熱回路部の熱を前記複数の次段増熱装置の各蒸発器に各別にポンプにより分配供給する熱供給回路部から成る熱交換回路を介して多段に接続するとともに、第２段以降のいずれかの増熱装置の凝縮器の蓄熱回路部と第１段増熱装置の蒸発器の間に第１段増熱装置の内部熱源回路を形成し、さらに、第１段増熱装置の蒸発器に初期熱源回路を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記第２の目的を達成するために、本願請求項２の発明は、上記の熱エネルギー増幅装置において、前記熱交換回路の熱供給回路部が、その熱供給側に設けた温度センサにより該熱供給回路部の供給熱媒が所定の温度を超えると前記蓄熱回路部を迂回して循環させるためのバイパスを設けたことをさらに特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施例を添付の図面に基づいて説明する。
図１に例示する本発明の熱エネルギー増幅装置は、複数の増熱装置１、２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｈで構成される。
各々の増熱装置は、フロン２２などの熱媒（冷媒）を循環させる密閉回路に蒸発器４、圧縮機５、凝縮器６、キャピラリーチューブ７などの絞り装置を介装した密閉循環式の熱媒回路８を有し、凝縮器６にはそこを通る熱媒と熱交換する循環式の熱交換回路９が接続されている。図は省略したが、必要により、凝縮器６、キャピラリーチューブ７の間に受液器を設ける。
この増熱装置は、蒸発器４で熱を吸収した蒸気熱媒を圧縮機５で圧縮し、高圧高温にした蒸気熱媒を、凝縮器６における熱交換回路９の蓄熱回路部９ａへの放熱を制限して、圧縮機５で得た熱の一部が熱媒中に残存するように熱交換させた後、キャピラリーチューブ７を介して蒸発器４に循環させる構成になっている。
【００１２】
一般に、低温側から汲み上げた熱を高温側に放熱する、いわゆるヒートポンプは、蒸発器で一定温度を吸熱し、圧縮機で高圧高温にした熱媒を凝縮器においてできるだけ効率よく放熱させるものであるが、蒸発器で吸熱した熱と凝縮器の熱利用側に得られる熱のエネルギーは一定である。
これに対し、本発明に使用する増熱装置は、凝縮器６における放熱を制限し、凝縮器６を通った熱媒が圧縮機５で得た熱エネルギーの一部を保持するようにして蒸発器４から圧縮機５に循環させるようになっており、これにより、圧縮機５で得られる熱エネルギーがサイクル毎に次第に増加され、結果として凝縮器６から大きな熱エネルギーが得られるものである。
【００１３】
ここで「放熱制限」とは圧縮機５で高温化させた熱エネルギーを凝縮器６で放熱しきらずに、圧縮機５で得た熱エネルギーの一部を熱媒に残存させて蒸発器４に循環させることを意味し、具体的には凝縮器６における蓄熱回路部９ａとの熱交換の制御によって行われるようになっている。また、凝縮器６の下流側熱媒状態としては前記熱エネルギーを残存させたところの液体、気−液混合体、気体（蒸気）の場合がありうる。
【００１４】
本発明の熱エネルギー増幅装置は、上記の構成になる複数の増熱装置を用い、前段増熱装置の凝縮器６で放熱した熱エネルギーが複数の次段増熱装置の各々の蒸発器４の熱源として分配して供給されるように熱交換回路９を介して多段に接続するとともに、第２段以降のいずれかの増熱装置の凝縮器６の蓄熱回路部９ａから得た熱エネルギーの一部を内部熱源回路１０を介して第１段増熱装置の蒸発器４の熱源としてフイードバックさせる構成にしてある。
【００１５】
図の実施例では１段目の増熱装置１を１台とし、この１台の第１段増熱装置１に対し、３台の第２段増熱装置２ａ、２ｂ、２ｃを用い、第１段増熱装置１の凝縮器６と第２段増熱装置２ａ、２ｂ、２ｃの各々の蒸発器４を熱交換回路９を介して接続し、第１段増熱装置１で得た熱が、第２段の３台の増熱装置２ａ、２ｂ、２ｃの蒸発器４に熱源として分配して供給されるようになっている。
【００１６】
また、第２段増熱装置２ａ、２ｂ、２ｃの各々にそれぞれ第３段増熱装置が前記と同様の構成で接続されている。すなわち、第２段目の第１増熱装置２ａの凝縮器６と第３段目の３台の増熱装置３ａ、３ｂ、３ｃの各蒸発器４が熱交換回路９を介して接続され、第２段増熱装置２ａの凝縮器６から放出された熱エネルギーが熱交換回路９を介して第３段の３台の増熱装置３ａ、３ｂ、３ｃの蒸発器４に熱源として分配して供給されるようになっている。
【００１７】
同様に第２段目の第２増熱装置２ｂに対して３台の第３段目増熱装置３ｄ、３ｅ、３ｆが、また、第２段目の第３増熱装置２ｃに対して２台の第３段目増熱装置３ｇ、３ｈが上記と同様の態様で接続されており、結局、図の実施例では１台の第１段増熱装置１に対して第３段目に８台の増熱装置が熱利用可能の増熱装置として平列に配置される。
更に、３段目の各増熱装置３ａ〜３ｃにそれぞれ３台の次段増熱装置を接続した場合は４段目に２４台の熱利用可能の増熱装置を接続することができる。このようにして順次複数段に接続することができる。
【００１８】
本発明は、さらに、第２段以降のいずれかの増熱装置の凝縮器６と第１段増熱装置１の蒸発器４の間に、第１段増熱装置１の蒸発器４の内部熱源回路１０を設け、第２段以降の増熱装置の凝縮器６で得た熱の一部を第１段増熱装置１の蒸発器４に供給し、熱利用運転時の第１段増熱装置１の熱源としている。
【００１９】
また、図の実施例では第１段増熱装置１の蒸発器４に外部から地下水などの初期熱源回路１１を接続している。これは前記内部熱源回路１０から必要な熱を供給するまでの初期運転時だけ作動させるもので、第１段増熱装置１の蒸発器４に内部熱源回路１０を介して必要な熱が供給されるに至った後は不要となり、回路が閉じられるものである。
【００２０】
尚、図の実施例では第２段目の増熱装置２ｃの凝縮器６から第１段増熱装置１の蒸発器４に内部熱源回路１０を配管しているが、これに限定されるものではなく第３段増熱装置３ａ〜３ｈのいずれかの凝縮器６と第１段増熱装置１の蒸発器４に内部熱源回路１０を設けてもよい。
【００２１】
熱交換回路９は、前段増熱装置の凝縮器６から放熱した熱を吸収する蓄熱回路部９ａと、この蓄熱回路部９ａで蓄熱した熱を次段増熱装置の蒸発器４へ熱源として供給する熱供給回路部９ｂで構成されている。
図１の実施例は、この熱交換回路９を、前段増熱装置の凝縮器６からの熱を蓄熱する蓄熱回路部９ａと次段増熱装置の蒸発器４への熱供給回路部９ｂを一連に接続した部材で構成しているが、図２のように、前段増熱装置の凝縮器６と熱交換する単一の蓄熱回路部９ａと、この蓄熱回路部９ａと熱交換させ、得られた熱エネルギーを次段増熱装置の各蒸発器４に循環して熱交換を行う複数の熱供給回路部９ｂで構成してもよい。
【００２２】
前段増熱装置の凝縮器６から蓄熱された熱エネルギーと次段の各増熱装置の蒸発器４に供給すべき熱エネルギーは必ずしも合致しない場合が生じる。また、増熱装置の蒸発器４に供給される熱温が高すぎる場合に、増熱装置をその能力に応じて適正且つ効率よく作動させるには増熱装置の蒸発器４への熱の供給を制御する必要がある。
このため、好ましくは、図のように熱交換回路９の熱供給回路部９ｂに温度センサ１２を設けるとともに、温度センサ１２の上流と下流の熱供給回路間に、この温度センサ１２の信号で作動する切り換え弁１３を介装したバイパス１４を設け、熱供給回路部９ｂの熱媒温度が設定温度を超えている時は温度センサ１２の信号で切り換え弁１３がバイパス１４側に開き、凝縮器６の蓄熱回路部９ａから切り離された状態で循環するようになっている。
【００２３】
次に本発明による熱発生装置の作用を説明する。
運転開始時は初期熱源回路１１から第１段増熱装置１の蒸発器４に吸熱される。
第１段増熱装置１の凝縮器６から得られた熱エネルギー（熱量）は３台の第２段増熱装置２ａ、２ｂ、２ｃの蒸発器４の熱源として利用され、さらに３台の第２段目増熱装置２ａ、２ｂ、２ｃの各凝縮器６から得られた熱エネルギーは、各々第３段目増熱装置３ａ乃至３ｈの蒸発器４に吸熱され、次第に高められた熱が８台の増熱装置の凝縮器６から熱利用側１５に放熱され、利用される。
【００２４】
内部熱源回路１０から第１段増熱装置１に必要な熱が供給されるようになった後は、初期熱源回路１１からの熱の供給は不要になり、熱エネルギー増幅装置は自己が生成した熱の一部を熱源として高い熱エネルギーを生成し続ける。
【００２５】
前段増熱装置の凝縮器６で得た熱エネルギーは、複数の次段増熱装置の蒸発器４に分配されるが、次段の増熱装置の蒸発器４には前段増熱装置で温度を上げた熱エネルギーが供給されるので最終段増熱装置から得られる熱エネルギーは次第に高くなる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は凝縮器での熱の放熱を制限して熱エネルギーの一部を残存させて蒸発器に循環させることにより凝縮器での熱エネルギーが順次増大する多数の増熱装置を用い、前段増熱装置の凝縮器と複数の次段増熱装置の蒸発器を熱交換するようにして複数の装置を直列と並列を併用して複合的に接続してあるので、最終段の増熱装置群から高温の熱を大量に得ることができる。
【００２７】
正規の通常運転時は、複数次の熱サイクルで昇温させた熱エネルギーを第１段装置の蒸発器熱源とするので、最終段で得られる熱が高温になるとともに、高温にした熱の一部を第１段装置の熱源として自給的に供給するので運転初期以外は外部熱源からの熱の供給が不要となる。従って、外部から熱を与えずに大量の高温を得ることができる。
【００２８】
前段装置の凝縮器と次段装置の蒸発器を蓄熱回路部と熱供給回路部を有する熱交換回路で接続し、また、熱交換回路の熱供給回路部に温度制御手段を設けることにより、前段装置の凝縮器の放熱能力と次段装置の蒸発器の吸熱能力がアンバランスであっても容易にコントロールできる。
【００２９】
これらの作用、効果は凝縮器の放熱を制限して熱の一部を残存させて蒸発器に循環させる増熱装置を使用することによってはじめて得られるもので、従来のヒートポンプを使用した複元ヒートポンプからは実現できないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による熱発生装置の概略構成図
【図２】本発明の他の実施例による要部概略構成図
【符号の説明】
１、２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｈ…増熱装置
４…蒸発器
５…圧縮機
６…凝縮器
７…キャピラリーチューブ
８…熱媒回路
９…熱交換回路
９ａ…蓄熱回路部
９ｂ…熱供給回路部
１０…内部熱源回路
１１…初期熱源回路
１２…温度センサ
１３…切り換え弁
１４…バイパス
１５…熱利用回路
Ｐ…ポンプ
【図１】
0004754076.tif 000002
【図２】
0004754076.tif 000003