(57)【要約】  ヒートポンプ回路は、コンプレッサ（Ｃ）を有し、これは、作動流体を、低圧及び低温の第１の状態（１）の気体から高圧及び高温の第２の状態（２）の気体へと圧縮し、作動流体の第１のサブフローは、主回路（Ｍａｉｎ）に通され、凝縮器（ＣＯＮＤ）の通過のときに、気／液混合物に凝縮され、従って、凝縮器（ＣＯＮＤ）内の熱を、熱サイクルに属している第１の媒体に供給する作動流体により、圧力及び温度の第３の状態（３）にされ、作動流体の前記第１のサブフローは、蒸発器（ＥＶＡＰ）内で膨張され、それにより、蒸発器（ＥＶＡＰ）へ接続されるコレクタ回路の第２の媒体から熱を吸収することにで、第１の状態（１）の気体に復帰し、その後、作動流体はコンプレッサ（Ｃ）に戻されて再びサイクルを完成し、圧縮作動流体の第２のサブフローは、コンプレッサ（Ｃ）の出口で支配的な第２の状態（２）から膨張され、エネルギー変換器（ＴＧ）を通り抜ける作動流体の第２のサブフロー内のエネルギー含量を電気エネルギーに変換するために、変換回路（Ｔｒａｎｓｆ）内をエネルギー変換器（ＴＧ）へと通過され、その後、エネルギー変換器の出口からの膨張した作動流体は、ａ）更なる膨張のための蒸発器（ＥＶＡＰ）の通過の後、又は、ｂ）エネルギー変換器（ＴＧ）での第２の状態（２）から第１の状態（１）への膨張の後、コンプレッサ（Ｃ）に直接戻る、のいずれかに従って、コンプレッサ（Ｃ）に戻される。【選択図】図１
2015513062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒サイクルにおける方法であって、
作動流体が、前記サイクルにおいて、低圧ｐｌ及び低温ｔｌの第１の状態（１）から高圧ｐｈ及び高温ｔｈの第２の状態（２）に圧縮され、その結果、前記作動流体は冷却され、それゆえ、圧力ｐｍ及び温度ｔｍの第３の状態（３）を呈し、ここでｐｌ＜ｐｍ＜ｐｈ及びｔｌ＜ｔｍ＜ｔｈであり、前記作動流体は、その後膨張され、前記作動流体が前記サイクルにおいて再び圧縮される前に、前記第１の状態（１）で支配的な前記圧力及び前記温度へ本質的に復帰するステップを備え、
−前記圧縮された作動流体の第１のサブフローは、凝縮器（ＣＯＮＤ）内で、前記作動流体の前記冷却が、前記凝縮器を通るコイルを有する熱サイクル（Ｑ）に属する第１の媒体を介して起こるように、熱交換され、ここで、前記第１の媒体は前記作動流体を冷却し、前記作動流体はしたがって第３の状態（３）を呈し、前記作動流体は、蒸発器（ＥＶＡＰ）に通過され、その中で、コレクタ回路（Ｃｏｌｌ）に属する第２の媒体と熱交換され、ここで、前記第２の媒体は、前記作動流体に熱を供給し、それにより、前記作動流体は前記膨張を経て、前記第１の状態（１）で支配的な前記圧力及び前記温度に本質的に戻り、
−前記圧縮された作動流体の第２のサブフローは、エネルギー変換器（ＴＧ）の通過のときに、
ａ）前記作動流体は本質的に膨張されて、前記第３の状態（３）になり、前記蒸発器（ＥＶＡＰ）内での更なる膨張によって前記サイクル内の前記第１の状態（１）に戻されるように、圧力及び温度が、前記エネルギー変換器（ＴＧ）の通過のときに低下し、
ｂ）前記作動流体が前記第２の状態（２）から本質的に膨張されて前記第１の状態（１）になり、そして、圧縮のために前記サイクルに戻されるように、圧力及び温度が、前記エネルギー変換器（ＴＧ）の通過のときに低下する
の選択肢の１つに従って、前記第２の状態（２）から前記冷却及び前記膨張を生じ、
−前記エネルギー変換器（ＴＧ）は、前記エネルギー変換器内での前記作動流体の膨張の間に抽出される仕事を電気エネルギーに変換し、前記エネルギー変換器（ＴＧ）は、発電器（Ｇ）を駆動するタービン（Ｔ）を有し得ることを特徴とする方法。
【請求項２】
−前記第１および第２のサブフローそれぞれへの前記作動流体の分配、及び
−選択肢ａ）及びｂ）のうちの任意のものに従って、前記第２のサブフローの作動流体が前記第１の状態（１）へ復帰すること
が、制御装置（ＣＯＮＴＲ）によって、制御可能なシャント弁（ＳＩ、Ｓ２、Ｓ３）を介して制御される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
作動流体が通り抜ける回路に、少なくとも１つのコンプレッサ（Ｃ）と、１つの凝縮器（ＣＯＮＤ）と、１つの蒸発器（ＥＶＡＰ）と、１つのエネルギー変換器（ＴＧ）を備える装置であって、
−前記コンプレッサ（Ｃ）は、前記作動流体を、低圧ｐｌ及び低温ｔｌの第１の状態（１）の気体から高圧ｐｈ及び高温ｔｈの第２の状態（２）の気体へと圧縮し、
−前記作動流体の第１のサブフローは、主回路（Ｍａｉｎ）内を通過し、前記凝縮器（ＣＯＮＤ）の通過のときに、気／液混合物に凝縮され、従って、第１の熱サイクル（Ｑ）に属する第１の媒体に熱を供給する前記作動流体により、圧力ｐｍ及び温度ｔｍの第３の状態（３）を呈し、前記第１の媒体は、前記凝縮器（ＣＯＮＤ）において前記作動流体と熱交換され、ｐｌ＜ｐｍ＜ｐｈ及びｔｌ＜ｔｍ＜ｔｈであり、前記作動流体の前記第１のサブフローは、前記凝縮器（ＣＯＮＤ）から送られ、前記蒸発器（ＥＶＡＰ）において膨張され、それにより、前記蒸発器（ＥＶＡＰ）に接続されるコレクタ回路（Ｃｏｌｌ）内で第２の媒体から熱を吸収することによって、前記第１の状態（１）の気体に復帰し、前記第２の媒体が前記作動流体と熱交換され、それにより、前記作動流体は前記コンプレッサ（Ｃ）に戻されて、再び前記サイクルを完成し、
−前記圧縮された作動流体の第２のサブフローは、前記コンプレッサ（Ｃ）の出口で支配的な前記第２の状態（２）から膨張され、変換回路（Ｔｒａｎｓｆ）内を通過されて、エネルギー変換器（ＴＧ）を通り抜ける前記作動流体の前記第２のサブフローのエネルギー含量を電気エネルギーへ変換するための前記エネルギー変換器（ＴＧ）に至り、その結果、前記エネルギー変換器（ＴＧ）の出口からの膨張された作動流体は、
ａ）前記エネルギー変換器（ＴＧ）から更なる膨張のために前記蒸発器（ＥＶＡＰ）に直接に、
ｂ）前記エネルギー変換器（ＴＧ）での前記第２の状態（２）から前記第１の状態（１）への膨張の後、前記コンプレッサ（Ｃ）に直接に、
のいずれかに従って前記コンプレッサ（Ｃ）に戻されることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記装置は、異なる操作条件のために、前記制御装置（ＣＯＮＴＲ）によって操作され、前記制御装置は、前記作動流体の前記第１および第２のサブフローの分配のために、第１のシャント弁（Ｓ１）を制御し、前記操作条件を選択するために、前記ａ），ｂ）のいずれかに従って、前記第２のサブフローから前記コンプレッサ（Ｃ）まで前記作動流体を戻すことにより第２のシャント弁（Ｓ２）及び第３のシャント弁（Ｓ３）をさらに制御する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コンプレッサ（Ｃ）を駆動するモーター（Ｍ）は、速度制御され、それによって、前記モーター（Ｍ）を制御することにより前記装置を異なる操作条件に適応させるために前記制御装置（ＣＯＮＴＲ）は、前記コンプレッサ（Ｃ）へのエネルギーの供給を制御する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記蒸発器ＥＶＡＰに進入することが可能な気／液相の前記作動流体の量の制御が、前記制御ユニット（ＣＯＮＴＲ）により、前記凝縮器（Ｃ）と前記蒸発器（ＥＶＡＰ）との間に位置する制御可能な膨張弁（Ｅｘｐ）を介して行われる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記エネルギー変換器（ＴＧ）は、前記作動流体の前記第２のサブフローが通り抜けるタービン（Ｔ）と、前記タービン（Ｔ）で駆動される発電器（Ｇ）とを備え、前記タービン（Ｔ）及び前記発電器（Ｇ）の双方は、共通の気密ケーシングに好ましく一体化され収容される、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記作動流体の前記第２のサブフローが通り抜ける前記エネルギー変換器（ＴＧ）は、気密ケーシング内に収容され、前記蒸発器（ＥＶＡＰ）は、前記エネルギー変換器（ＴＧ）のための気密な前記ケーシングを包囲するのに適しており、それにより、前記蒸発器（ＥＶＡＰ）は、前記気密なケーシングから漏れ出る余剰熱を利用するのに適している、請求項３〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記タービン（Ｔ）は、少なくとも１つのタービンロータを有する少なくとも１つのタービン段を有し、前記少なくとも１つのタービンロータは、熱ガスの形態の前記第２のサブフローによって回転され、さらに、前記発電器（Ｇ）の前記ローターは、前記タービン（Ｔ）の前記少なくとも１つのタービンロータと同じシャフトに取り付けられ、前記発電器の固定子は、前記気密なケーシングと、好ましく一体化される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記エネルギー変換器（ＴＧ）で発生する電圧は、電圧調節器（ＲＥＧ）に送られ、前記電圧調節器は、前記制御ユニット（ＣＯＮＴＲ）によって制御されて、前記装置の現時点の操作条件に関して、前記電圧調節器（ＲＥＧ）から供給される電圧を調節する、請求項３〜９のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温領域から高温領域まで作業流体間で熱が伝達される熱サイクルを利用するシステムに関する。望まれるのが低温又は高温であるか否かにより、このようなサイクルを有するデバイスはそれぞれ、冷却デバイス又はヒートポンプとして指定される。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵技術は長期間開発されてきており、これは冷蔵プラント、空調システムに利用されており、たとえば、居住施設を加熱するためのいわゆるヒートポンプにおいて、逆プロセスにおいても近年十分に開発されてきた。ある領域を冷却する目的で熱サイクルが用いられるとき、ヒートポンプの概念の使用は、冷凍プラントの「別名」として見なすことができる。従って、ヒートポンプの概念は、以下においては、熱サイクルを加熱冷却のそれぞれに用いる装置を示すことに用いられる。
【０００３】
ヒートポンプでは、流体は、コンプレッサ、凝縮器及び蒸発器を通り周期的に回路内を通過するように動作することにより、サイクルの間、流体はそれぞれ、熱を伝達し、及び熱を吸収する。ここでヒートポンプは、既知の方法により可逆型カルノープロセスで動作し、そこでは、流体は、熱量Ｑｃを媒体から低温で受け、そして、媒体に対して高温で熱量Ｑｈを伝達する。このプロセスが有効になるためには、以下の定理に従って仕事を供給する必要がある。
Ｗ＝Ｑｈ−Ｑｃ
【０００４】
プロセスの効率は、以下の通りに記載されてもよい。
η＝（Ｑｈ−Ｑｃ）／Ｑｃ＝１−Ｔｃ／Ｔｈ
式中、Ｔｃ温度は低熱源に適用し、Ｔｈ温度は、高温の熱源に適用する。
【０００５】
通常、ヒートポンプに関連して、成績係数，ＣＯＰ，の概念も用いられており、これは、ヒートポンプの効率を評価するために用いられてもよい。可逆型カルノープロセスに対して、成績係数は、以下の通り記載することができる。
ＣＯＰＨ，ｒｅｖ＝１／（１−Ｔｃ／Ｔｈ）＝Ｔｈ／（Ｔｈ−Ｔｃ）
これは低温熱源から高温熱源へ移動可能な仕事の入力単位当たりの熱量を示し、これは通常、単にＣＯＰと称され、しばしばＣＯＰ値とも呼ばれる。
【０００６】
各種エネルギーの地球規模での価格上昇に伴い、ヒートポンプに関与する解決策は、この数十年の間に著しく増加し、ヒートポンプをより効率的にするために、多くの開発及びリソースが、様々なオペレータによって投資される。今日のヒートポンプでは、約５の成績係数（ＣＯＰ値）が実現される。このことは、ヒートポンプが、それが消費するエネルギーの５倍を最適に届けることを意味する。この最適値は、たとえば、ヒートポンプのために地熱暖房のために実現されてもよく、この場合は、地熱は、たとえば居住施設のための床暖房等、温度に関して低い要求の消費者に加熱を与えるための低温熱源として利用される。
【０００７】
現在では、さらにヒートポンプシステムの効率を上昇するために、多くの取り組みがなされている。しかしながら、とりわけ、高効率平板熱交換器、低エネルギー遠心ポンプ、エネルギー効率の更に高いスクロール圧縮機、並びに最適化された冷媒混合物（すなわち、ヒートポンプサイクル中のサイクルを完成する作動流体）を導入することによって、上記の高いＣＯＰ値を達成するための技術がすでに洗練されていたため、さらなる高みに到達することは困難であることが証明されていた。さらに、最適な方法でヒートポンプのサイクルを制御するための高度な制御システムを実現することに対して、リソースがつぎ込まれてきた。従って、技術は、従来の機器を用いた場合、成績係数をなんとかして何割か増加させる以外、越えることが難しい限界に達したかのように思われる。
【０００８】
先行技術では、ヒートポンプ用回路において、作動流体が用いられ、これは、ヒートポンプ中のサイクルの間、液体、液体／ガス状の混合物及び気体の異なる状態間で変化する媒体である。作動流体は、気体状態の第１の段階において、低圧ｐi及び低温ｔｈによる第１の状態から高圧ｐｈ及び高温ｔｈによる第２の状態に圧縮されることによって、サイクルを完成する。その後、作動流体は凝縮器内で熱交換され、凝縮器において、作動流体は、熱サイクルに属している第１の媒体によって冷却され、従って、ｐi＜ｐｍ＜ｐｈ及びｔｉ＜ｔｍ＜ｔｈとなる圧力ｐｍ及び温度ｔｍの第３の状態を呈する（assume）。作動流体は、次いで、蒸発器へと移動され、コレクタ回路に属する第２の媒体と熱交換され、そこでは第２の媒体が作動流体に熱を放出することにより、作動流体は膨張して、第１の状態で支配的な圧力及び温度に実質的に戻される。
【０００９】
記載される先行技術は、たとえば岩盤から熱を吸収し、凝縮器内では、たとえば居住施設等のための加熱システムに熱を届けるヒートポンプによって例示されてもよい。このようなヒートポンプでは、作動流体の圧縮に必要な仕事は通常、電力Ｐをヒートポンプ回路に供給するとここでは述べられている電動機により駆動されるコンプレッサによって供給される。サイクルの間、作動流体は、最適な利用において、成績係数が５に達するとき、凝縮器の中で電力５Ｐを、前記加熱に利用される熱回路を通り抜ける第１の媒体に供給する。
【００１０】
凝縮器内を通過中、作動流体は冷却されるので、上記のように、気／液混合物の状態を呈する。この混合物は、さらに絞り弁を介して蒸発器に通過されることで、混合物は液体状態を本質的に与えられ、その後、液体状態の作動流体は、膨張して、気体状態の作動流体になる。蒸発のために必要とされる水蒸気発生熱は、この場合、蒸発器中を作動流体との熱交換のために循環する第２の媒体から吸収する。この場合、吸収した出力は４Ｐである。第２の媒体は、コレクタ回路を通り抜け、このコレクタ回路は、この例では、適切な方法で、岩盤内を循環して岩盤から熱を吸収するようにされる第２の媒体を有している。先行技術の装置では、コンプレッサ、凝縮器及び蒸発器は、最適の方法で相互を補い合い、かつ、当該の用途のために必要とされる出力を熱回路に供給するような方法で設計される。
【００１１】
作動流体がヒートポンプサイクル中、高温気体としてコンプレッサから出ていき、かつ熱を凝縮器に供給する場合、高温気体の温度及び圧力は著しく落ちて、高温気体の少なくとも主要部は液体に変化する。利用されない圧力及び余剰温度が、蒸発器の上流に配列される膨張弁より前に利用されるように、未だ残っている。膨張弁の目的は、膨張弁を制御して、凝縮器の下流の液体流れを膨張させるような方法で、所定の量の作動流体を蒸発器に分配することにある。液体は、液体が蒸発器内で膨張して蒸気になる前に、低い圧力及び低い温度が与えられるように、膨張弁内で膨張する。
【００１２】
新しく、代替的な、ヒートポンプシステムに関連して熱サイクルを利用する際の解決策に対する提案が、とりわけ、以下の文献に与えられている：特開２００５−１７２３３６号公報、国際特許公開ＷＯ２０１１０５９１３１号公報、特開２００７−１３２５４１号公報及び特開２００９−２１６２７５号公報、これら全ては、サイクル中の余剰エネルギーを利用し、これを電気エネルギーに変換するタービンを示している。タービンは、凝縮器と蒸発器との間に位置している。ここで言及すべきは、これらの場合、タービンは、回路中、作動流体と直列に接続されていることである。これらの文献は、発電器に接続されるタービンが、膨張を交換して、上記の余剰温度及び凝縮器下流の圧力を電気エネルギーに変換することを意図する解決策について記述する。しかしながら、凝縮器と蒸発器との間の作動流体中に生じる状況で支配的な前提の下、タービンを機能させることは、極めて難しい。
【００１３】
米国特許公開公報第２００９１６５４５６号は、多くの異なる具体例の装置を示し、とりわけ、電気エネルギーを抽出するためのタービンが、いくつかの具体例では、コンプレッサの高圧側の後方に直接接続されている。サイクル内では、回路内の圧力を上昇するために、ポンプが回路中、凝縮器の後方に接続される。複数の熱交換器及びポンプが、装置を複雑にしている。
【００１４】
また、国際特許公開公報ＷＯ２００５０２４１８９（Ｄ１）は、代替例を開示し、そこでは、作動流体中に含まれるサブフローのエネルギーは、電気エネルギーに変換される。後者の文献の装置は、最大の可能な冷却が、蒸発器（４）内で熱交換される流体（７）に得られる具体例を有している。この最大の冷却の抽出を実現可能にするため、このサブフロー中の作動流体は、低温のある追加の熱担体２１の方への熱交換によって追加の凝縮器２２内で凝縮される。文献Ｄ１の具体例：図４（４ページ、１〜４行）によれば、作動流体は、サイクルの間、４つの異なる状態を呈する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ヒートポンプシステムにおいて利用可能なエネルギーのさらなる効率的な利用を実証するヒートポンプサイクルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、先行技術に従ったヒートポンプ回路の変形形態を構成する。この目的達成のため、第一の目標は、特定の手段を用いて、所定の加熱／冷却要求で、プラントにおいて、コレクタ回路から、よい多くの熱を吸収するように、ヒートポンプ回路を配列することにある。これを実現するため、電動機は、凝縮器中の熱回路に必要な電力、又は、冷却機の場合では蒸発器に必然的に抽出された電力を生成するために必要なサイズよりも大きなサイズのコンプレッサに、さらなる電力を供給するように適合される。この手段によって、特定の成績係数の場合には、追加のエネルギーが、ヒートポンプ回路中の作動流体に供給される。熱サイクルが前記必要な電力のために設計されるので、熱サイクルにさらに供給したこのエネルギーを凝縮器で供給することができない。その代わりに、凝縮器のバイパスを、エネルギー変換器を介して、コンプレッサの出口から蒸発器の流入口まで配置するか、または、代替的には（特定の操作では）、タービン内の作動流体の膨張の程度によっては、直接コンプレッサの流入口に戻すように配置する。このバイパスでは、エネルギー変換器が、これはガスタービンでもよいが、コンプレッサからのガスの流れの中に配置される。コンプレッサから出た高圧高温及び熱ガスの流れが、従って、分割され、部分的に凝縮器に、部分的にエネルギー変換器に、導かれる。エネルギー変換器を通った後、凝縮器を通過することなくコンプレッサに戻される流れの部分は、ここでは変換回路と呼ばれる回路の中を流れる。凝縮器を備える回路及び変換回路の両方を作動流体が通過し、その作動流体は、両サブフローで同様の方法で、圧縮され、凝縮され、膨張される。これは、作動流体が、既知の方法でカルノーサイクルを完了し、その結果、完全なヒートポンプ回路中の作動流体の両方のサブフローのための成績係数が、５に達し得る成績係数を割り当てられ得ることを意味している。変換回路内のエネルギー変換器を通り抜ける作動流体のサブフローは、凝縮されて気／液混合物になり、これにより、凝縮器を通過するサブフローの第１の状態から第２の状態への気体変換に類似するプロセスを経る。エネルギー変換器がタービンの形態である場合、その中のローターは、熱ガス流れによって回転し、蒸気中のエネルギーを機械的エネルギーへ変換し、変換したエネルギーは、電気エネルギーを抽出するために発電器に供給されてもよい。この電気エネルギーは、コンプレッサを駆動する電動機を動作させるために用いられてもよく、または、電気ネットワークに送出されてもよい。エネルギー変換器は、無論、エネルギー含量を電気エネルギーに変換するために、作動流体のエネルギー含量を利用することができる他の種類の機器の形態でもよい。以下、タービンの概念は、それぞれの種類に対応するエネルギー変換器の例示として用いられる。
【００１７】
本発明は、以下の通りに一般に例示され得る。先行技術に従った前記の例のように、ヒートポンプが設計される熱回路の電力要求は、５Ｐに達することが仮定される。先行技術のように電力ＩＰをコンプレッサに供給するための電動機を設計する代わりに、本発明に従えば、説明例を挙げると、電動機は、電力２Ｐに対して設計される。成績係数５では、ヒートポンプが供給することができる電力は、１０Ｐに増大する。コレクタ回路で得られる電力は、大きさ８Ｐに増大する。ヒートポンプが供給することができる電力の半分は、この例では、熱回路に伝達され、そこで、必要な電力５Ｐが第１の媒体に熱回路の中に伝達され得る。熱回路から抽出された電力１０Ｐの残り、すなわち５Ｐが、変換回路中のバイパスを介してタービンで使用可能であり、従って、上記のように、電気エネルギーを供給する発電機への有用なエネルギーとして供給される。発電機からの電力出力は、とりわけ、以下で変換単位とし称されるタービン／発電器パッケージの効率によって決定される。この効率が５０％であると仮定されるならば、ヒートポンプ回路から供給される電力は、２．５Ｐに理論的に達するだろう。上述の対応する従来のヒートポンプ回路におけるよりもより大きい作動流体の流れが、蒸発器を通過するので、蒸発器は、従来の実施例と比較してより大きな電力をハンドリングするように、アップグレードされる必要がある。
【００１８】
本発明の態様に従って示される事項より、ヒートポンプ回路中のコンプレッサへの入力電力の増加が生じた場合、所定の電力要求によるプラントでは、より大きな量のエネルギーが、コレクタ回路から抽出される。無論、本発明に従い、蒸発器に熱を供給する第２の媒体は、蒸発器に必要な増加した電力出力に資することができる十分なエネルギー含量を有する必要がある。たとえば、地熱を抽出するためのプラントでは、このため、互いに離間する関係の２つの穿孔が第２の媒体のために必要となる場合があり、このタイプのプラントでは、従来のプラントの場合は、現在穿孔は１つだけが必要とされる。
【００１９】
本発明の一つの態様に従い、請求項１に従った特徴を有するによる方法が、例示される。この方法を利用する装置は、独立した装置請求項３に示される。
【００２０】
本発明のさらなる実施態様は、従属する請求項に示される。
【００２１】
本発明に従った変換ユニットの１つの利点は、以前は十分に利用されていなかったヒートポンプ回路中の圧力及び熱の余剰の形態リソースの使用を可能にすることにある。さらに、本発明は、ヒートポンプ内のエネルギー転移の形態で特定のエネルギー生成のために消費される電気エネルギーが極めて小さいため、環境の改善に関与する。従って本発明の可能性は、当該電力範囲と独立して、冷却／加熱技術の全分野にわたってその応用分野が広いので、大きい場合がある。
【００２２】
本発明の追加の有利な実施形態は、本発明の詳細な説明に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に従うヒートポンプ回路の模式的な一般的な表現を表す図である。
【図２】図２は、変換ユニットの略図描写の断面図であり、変換ユニットは、本発明に従えば、ヒートポンプ回路からの熱を電気エネルギーに変化させるための一体化されたタービン及び発電器を備えている。
【図３】図３は、本発明に従うヒートポンプ回路の概略描写を示し、ここでは、コレクタ回路は、変換ユニットから余剰熱を吸収する。
【図４】図４は、本発明に従うヒートポンプ回路の概略秒差を示し、ここでは、蒸発器は、変換ユニットと一体化される。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を実施するため、添付図面を参照して、本発明の多くの具体例が示される。
【００２５】
本発明の主要な原理は、図１に示される。この図は、先行技術に対して加えられた変換回路を含む、本発明に従うヒートポンプの全体を表す。ここでは作動流体と称する冷媒がＭａｉｎと示された主回路内と、Ｔｒａｎｓと示された変換回路内とを循環する。作動流体は、ヒートポンプの使用に従って選択され得る。多種多様の作動流体は、たとえば加熱目的及びプラントの冷却のために用いられ得る。一例として、地熱ヒートポンプにとりわけ用いられるＲ４０７Ｃが説明されてもよい。
【００２６】
以下の説明は、岩盤、湖又は地面からエネルギーの抽出に基づき、居住施設を加熱する際に用いられるヒートポンプに関する。従って、圧力、温度又は他のパラメータに関してここで説明される例は、その種のヒートポンプを参照する。本発明に従うヒートポンプの異なる使用が論議されるならば、このことは、パラメータの異なる値が適用され得ることを意味する。
【００２７】
ここで、ヒートポンプサイクルを通るその過程の間の作動流体のデータにより、概要が与えられる。示される値は、例示のみとして考慮すべきであり、当該の目的によって変化し得る。図中の点１では、サイクル内の作動流体は、気体状態、すなわち第１の状態にあり、そして、約２ｋＰａの圧力及び約−５℃の温度を有し得る。コンプレッサＣを通過する際、（２において）気体は第２の状態である熱ガス状態に圧縮される。このとき、作動流体の圧力が約２２ｋＰａとなってもよく、かつ、温度が１２０℃に達してもよい。モーターＭを介して電気エネルギーを供給することにより、コンプレッサＣ内の作動流体を圧縮するためのエネルギーが得られる。無論、何らかの他の種類の機械仕事を用いてコンプレッサＣにエネルギーを供給することは可能である。
【００２８】
本発明に従えば、ここでは熱ガスの形態の作動流体の第１のサブフローが、主回路Ｍａｉｎ内で凝縮器ＣＯＮＤに送られる。凝縮器は熱交換器として設計され、ヒートポンプが居住施設を加熱する当該例では、凝縮器ＣＯＮＤを、熱回路Ｑ内を循環する第１の媒体が通り抜け、この熱回路は、ラジエータ又は床暖房コイルの形態であってもよい。既知の方法では、熱回路Ｑは、凝縮器を通り抜けるコイルを有している。第１の媒体は、通常、水であり、凝縮器内で熱ガスとしての作動流体との熱交換において、熱ガスによって加熱される。加熱した水は熱回路にＶｕｔで循環し、そして温度が低くなって、Ｖｉｎで凝縮器ＣＯＮＤに戻される。従って、熱回路を利用して、熱は凝縮器から運び出される。作動流体によって凝縮器に供給される熱は、熱ガスの温度降下を引き起こし、そのため、その大部分は液体に凝縮される。気／液状態が、作動流体に生じる。ここでは、これを、（３での）第3の状態と呼ぶ。この第３の状態では、圧力は、約１０ｋＰａに達してもよく、温度は約６５℃に降下してもよく、これら全ては、凝縮器のエネルギー出力に応じている。
【００２９】
凝縮器から、作動流体は、主回路Ｍａｉｎにおいて蒸発器ＥＶＡＰに送られる。また、蒸発器ＥＶＡＰは、熱交換器を備え、このケースでは、熱交換器は、コレクタ回路Ｃｏｌｌ内を循環する第２の媒体、すなわち冷媒媒体から、熱を吸収する。第２の媒体（冷媒媒体）は、たとえばスピリッツ−水の溶液等、本質的に液相である媒体の形態であり、これは、地熱、湖又は地面の熱の場合は、岩、湖又は地面から既知の方法で熱を吸収するため、コイル（コレクタ回路）内を循環する。
【００３０】
コレクタ回路は蒸発器ＥＶＡＰ内を通り抜け、そして、主回路Ｍａｉｎ内のコイルと共に熱交換器の構造をその中に形成する。主回路Ｍａｉｎ内の作動流体は、本質的に液相で、蒸発器に進入し、ここでは、熱交換器構造内でのそれとの熱交換において、冷媒媒体から熱を吸収する。熱は、その流入口Ｃｉｎで蒸発器に導入される冷媒媒体を介して、蒸発器ＥＶＡＰに供給される。この熱は、コレクタ回路を介して加えられ、次いで、本質的に液相で蒸発器に供給される作動流体を蒸発させる。蒸発のための水蒸気発生熱は、冷媒媒体から得られる。冷媒媒体は、従って冷却され、出口Ｃｕｔで、コレクタ回路内の熱源（岩、湖、地面）に戻される。
【００３１】
蒸発器ＥＶＡＰへの進入が許された気／液相の作動流体の量は、通常、凝縮器と蒸発器との間に位置する膨張弁Ｅｘｐを介して制御され、この膨張弁は、上述の通り、本質的に液体状態で蒸発器ＥＶＡＰに供給される作動流体の温度及び圧力を低減する。ここまで概ね記載してきたヒートポンプ回路Ｍａｉｎの動作は、原理的に先行技術に従うヒートポンプの機能を示している。この先行技術に従えば、回路内の膨張弁Ｅｘｐよりも前方に超過圧が既に存在する場合はコンプレッサＣもまた動作されるため、一部のエネルギーは失われる。
【００３２】
本発明の1つの態様に従えば、作動流体の第２のサブフローは、凝縮器ＣＯＮＤを過ぎたバイパス導管内を通過し、コンプレッサＣからの作動流体の出口の下流の第１のシャント弁（分配弁）Ｓ１で作動流体の抽出を行う。従って、このサブフローは、変換回路Ｔｒａｎｓｆの中を流れる。変換回路Ｔｒａｎｓのこのサブフローでは、主回路Ｍａｉｎに戻される前に、サブフローが通り抜ける変換ユニットＴＧが、膨張弁Ｅｘｐの下流の蒸発器ＥＶＡＰの流入口への第３のシャント弁Ｓ３を介して、又は、直接コンプレッサＣへ戻る前記第３のシャント弁Ｓ３を介して、配置される。第３のシャント弁は、特定の動作条件で、これらの代替例の両方ともに同時に従って、主回路Ｍａｉｎへの戻しを行うことができ、すなわち、変換回路からの作動流体のサブフローが蒸発器ＥＶＡＰの前後の両方で主回路Ｍａｉｎに戻る。
変換ユニットＴＧは、作動流体に含有されるエネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換器の形態であり、これは、発電器Ｇと一体化される蒸気タービンＴによって、又は、他のタイプの対応する機器によって実行され得る。タービンＴは、コンプレッサＣから出てくる熱ガスのサブフローによって構成される熱ガス流れによって駆動され、これは、第１のシャント弁Ｓ１を介して、タービンＴ内を流れるように制御される。発電器ＧはタービンＴにより駆動され、これにより、発電器は、所望の方法で用いることができる電気エネルギーを供給する。本発明に従った新規のかつ独自の態様は、先行技術に従った場合にヒートポンプ回路で最も効率的かつ実用的な方法で利用できなかったその余剰熱及び余剰圧力が、本発明によれば、変換ユニットＴＧで利用するために制御することができることである。タービンＴは、２つのタービン段が同一シャフト上に搭載される二段式タービンとして有利に設計され得る。また、発電器部は、タービンＴのシャフトと同じシャフト上に搭載される。従って、発電器Ｇのローター部は、タービンＴの回転部と一体化され得る。発電器Ｇの固定子部は、変換ユニットのケーシングの壁に、適切に固定して付着する。さらに、固定子部は好ましくは、発電器のローター部及びタービンＴと共に共通の気密ケーシングに一体化され、配列される。この場合に用いることができる種類の蒸気タービンが高い回転数で回転するため、高速タイプの発電機を適切に使用すべきで、たとえば、外部ユニットの電気運転に関連し、また、発電器Ｇの固有の損失及び発生した電気が電動機を駆動するために用いられる場合の電動機Ｍのコンプレッサへの固有の損失の観点での技術的な利点を提供する直流（ＤＣ）発生のための高速タイプの発電器Ｇ等を挙げることができる。発電器は、たとえば、コンプレッサＣのドライブモータＭを駆動するための貢献として利用可能な電気エネルギーを製造してもよい。代替的に、又はドライブモータＭへの電力供給と同時に、電気の余剰分は、外部電気ネットワーク上に送られてもよい。変換ユニットＴＧは、従って、電気エネルギーのドライブモータのＭの要求を低減することに貢献し、それは、そこで生じる圧力及び温度降下によってヒートポンプ回路で利用可能な余剰のエネルギーに依存し、かつ、記載された方法でヒートポンプ回路を設計することにより創り出されるエネルギーを、コレクタ回路からさらに多く抽出できるからである。
【００３３】
コンプレッサＣは、ピストン、スクロール又はスクリュー圧縮機であり得る。蒸発器ＥＶＡＰは、そして、間接蒸発器タイプであってもよく、また、通常平板熱交換器の形態であってもよい。代替的には、蒸発は、たとえば地面／湖加熱のための蒸発コイルに直接生じてもよく、又は、エア用フランジバッテリから成ってもよい。好ましくは、コンプレッサＣは速度制御型のＤＣコンプレッサである。
【００３４】
本発明に従う変換ユニットＴＧを利用する場合は、蒸発器はさらに、既存の膨張弁Ｅｘｐを介して、追加の要求制御型の作動流体でそれを補うことにより、分路した固定蒸発プロセスを有してもよい。これは、蒸発が実現可能な温度吸収の値により制御されている膨張弁によりなされる。この方法によって、コンプレッサＣは、いわゆる液体ノックによって生じられる故障のリスクなしに、その仕事を遂行することができるように、最大の蒸発が実現される。
【００３５】
本発明の原理は、たとえば所定の要求が、加熱目的のための熱回路における電力要求であり得る例など、特定の導入のための所定の要求に基づき正当化される場合よりも大きな、ヒートポンプ回路を通過する作動流体の流れを形成することに基づいている。これは、本発明に従って変換ユニットＴＧを通過する余分のサブフローを、先行技術に従って例えば加熱等の所定の要求に適した普通のヒートポンプ回路内のサブフローと、平行に導入することによって実現される。これを遂行することを可能にするため、変換回路Ｔｒａｎｓｆを通過するサブフローの圧力及び温度について、主回路Ｍａｉｎ内のサブフローが、上記のように、シャント弁Ｓ３の２つの出口の1方又は両方、すなわち蒸発器の流入口又は出口のいずれにおいて生じるサブフローの再結合地点の値と本質的に同じ値を有することが必要である。
【００３６】
特定の動作条件では、凝縮器Ｃの上流の主回路Ｍａｉｎを、変換回路から主回路まで作動流体を伝達するために変換回路Ｔｒａｎｓｆと一緒に接続することが必要であり得る。逆止弁Ｖは、作動流体が反対の方向に流動することを防止する。
【００３７】
図１はまた、制御ユニットＣＯＮＴＲを示す。この制御ユニットは、ヒートポンプの操作のために生じ得る操作条件を監視する。従って、制御ユニットＣＯＮＴＲは、コンプレッサＣの開始及び停止を制御し、シャント弁ＳＩ、Ｓ２、Ｓ３、膨張弁Ｅｘｐにおける作動流体の流れを制御し、また、発電器Ｇから送られる電圧を制御する電圧調節器ＲＥＧを制御する。ヒートポンプの制御は、従来の技術であるため、制御ユニットの運転態様は、詳細にここで記載されない。
【００３８】
変換ユニットは、異なる方法でヒートポンプ回路内に配置されてもよく、この場合、幾分異なる具体例を与えるが、前記余剰圧力／熱は利用する。具体例の1つ変形例は、タービン部及びコンプレッサ／電動機を一体化することであり、その場合、これらを機械的に軽減され、操作のために必要なエネルギーが低減する。この実施形態では、発電機部が必要でなく、それ自体は簡略化されるが、圧縮ユニットの再設計を必要とする。
【００３９】
計算例
ここに、本発明に従ったヒートポンプ回路のデザインの一例を説明する。この例は、更に詳細に発明の概念を明らかにすることを意図するのみであり、原理を示す具体例としてのみ考えることができ、かつ、それ自体、論証のために本発明に対してあらゆる基礎の基盤を形成するものと考えるべきではない。このように、下記の一例は、カルノー原理に従ったヒートポンプに基づいて、本発明に従うヒートポンプ回路におけるパラメータの理論的な計算を示す。
仮定：
−凝縮器ＣＯＮＤの熱回路内のＶｕｔの平均温度＋４０℃（Ｔ１）での水の導入及び抽出における決定した熱要求：８ｋＷ（ピーク電力）。
−選択されたヒートポンプ：０〜１７ｋＷ、コンプレッサの速度制御ＤＣ操作付き（よって、決定した要求に関してより大きめのサイズを与えた）。
−動作結果：冷媒媒体の年平均温度（Ｔ２）：＋4℃、地熱の加熱、コンプレッサからの作動流体の直接の戻りは、一部は凝縮器を介し蒸発器へ、一部は変換ユニットを介して蒸発器へ（すなわちタービンＴ内の圧力／温度の低減の後、熱ガス中の余剰熱の戻り）： 
Ｔ１＝４０＋２７３＝３１３（Ｋ）
Ｔ２＝  ４＋２７３＝２７７（Ｋ）
−下記式に従った理論的に達成できる成績係数：
ＣＯＰ＝Ｔ１／（Ｔ１−Ｔ２）＝３１３／（３１３−２７７）＝３１３／３６＝８．６９
−先行技術に従うヒートポンプの実質的に可能な成績係数（ＣＯＰ）は、圧力及び熱損失のために理論的に可能な場合の約５０％に達する。
−ヒートポンプ回路の実際の成績係数  ０．５ｘ８．６９＝４．３５。
第1の代替例に従い、凝縮器ＣＯＮＤへの電力の配電が８ｋＷ、変換ユニットＴＧへ９ｋＷの場合に成績係数が４．３５である場合（すなわち、通常制限の膨張弁を使用しない圧力／温度が低減した熱ガスの戻り、及び、凝縮器ＣＯＮＤを介した熱ガスの直接の戻りの両方を伴う場合）、以下を与える。
−熱要求を満たすためのコンプレッサの電力要求：８ｋＷ／４．３５＝１．８４ｋｗ。
−ヒートポンプ電力（１７ｋＷ）の利用可能な残り（９ｋＷ）を変換回路に供給するためのコンプレッサの電力要求：９ｋＷ／４．３５＝２．０７ｋｗ。
最大電力の出力のために必要な全電力消費：３．９１ｋｗ。
この量のための効率を５０％と仮定した場合の変換ユニットＴＧからの出力最大電力：０．５０×９ｋＷ＝４．５ｋＷ。
第２の代替例に従うと、変換回路ＴＧのための実用的に可能な効率は、利用可能な（９ｋＷ）の４０％のみを構成すると仮定される。可能な電力出力は、０．４０×９ｋＷ＝３．６ｋＷである。
−（凝縮器を介した）熱要求を満たすためのコンプレッサの電力要求は、代替例１と同じであり、すなわち８ｋＷ／４．３５＝１．８４ｋＷ。
−ヒートポンプ電力（１７ｋＷ）の利用可能な残り（９ｋＷ）を変換回路に供給するためのコンプレッサの電力要求：９ｋＷ／４．３５＝２．０７ｋｗ。
最大電力の出力のために必要な全電力消費：３．９１ｋｗ。
従って、代替例２は、０．３１ｋＷの追加の要求を与えるが、他方、熱回路に最大８ｋＷを発生し、変換回路ＴＧからの電力として最大３．６ｋＷを発生する。
【００４０】
変換ユニットＴＧは、図２の断面にこれが示されているように設計されてもよい。タービンＴはケーシングＨに収容され、シャフトＡ上に搭載される。シャフトは、ケーシングＨの側部におけるそれぞれの端部でベアリングＢに嵌められる。タービン上のタービン翼車に隣接してこれと一体化されるように、発電器Ｇのローター部Ｒが、接続される。このように、ローター部Ｒは、タービンＴのタービン翼車と共に回転する。発電器Ｇの固定子部Ｓは、ケーシングＨの1つ壁に固定して取り付けられる。既知の方法で、流入口Ｆｉｎからの蒸気がタービンＴを通過し、出口Ｆｕｔを介して排出されるときにタービン翼車が回転する際、電圧は、フィードアウト点を横断して発電器から発生する。
【００４１】
さらなる実施態様は、図３に示される。
本発明に従って変換ユニットを通過する熱ガスのサブフローが、回転エネルギーをタービンＴに供給するとき、熱は、タービン自体の材料にも供給される。また、特定の熱の発生も、発電器Ｇの部分に起こる。変換ユニットＴＧに操作中に供給されたこのような余剰熱を全て利用するために、図３で示すように、タービンＴ及び発電器Ｇを気密的方法で収容するケーシングは、ジャケット又は外装Ｍによって包囲され、従って二重のシェルを形成し、これらの２つのシェルの間にジャケット空間を形成する。第２の媒体、すなわち冷媒媒体が、ジャケット空間の流入口Ｃｉｎ２でこのジャケット空間を通過し、前記冷媒媒体は従って、囲まれた変換ユニットＴＧからの余剰熱によって加熱される。熱吸収の後、蒸発器ＥＶＡＰの流入口（図１にＣｉｎと示される流入口）に、第２の媒体は戻され、そこで、プロセスは前述のとおり、進行する。このように、電気エネルギーをタービン／発電器を介して発生するように熱ガス流れは利用され、コレクタ回路にそれを戻すことによって余熱は引き受けられる。
【００４２】
ヒートポンプ回路の機能的な説明。
運転開始の際は、制御ユニットＣＯＮＴＲからの制御によって、変換ユニットＴＧを通るガスの流れのためのシャント弁ＳＩ及びＳ２は、閉じた状態に保たれる。コンプレッサＣが制御された膨張弁Ｅｘｐを用いて、動作圧力を達成したとき、制御ユニットＣＯＮＴＲは、弁Ｓ１／Ｓ２に対するオープニングインパルスを提供し、それは段階的に変換回路Ｔｒａｎｓｆにガスの流れを制御し、これにより、変換ユニットＴＧに一体化された発電器Ｇを有するタービンＴは、電圧のフィードアウトを調節する電圧調節器ＲＥＧへの電圧発生を開始する。タービンＴ及び変換ユニットの発電器Ｇが加熱ポンプの電圧と同調しているときは、制御ユニットＣＯＮＴＲは、シャント弁Ｓ２にインパルスを提供して、蒸発器ＥＶＡＰまで完全に変換回路を開放する。シャント弁Ｓ１はその後、本発明に従って熱回路の熱の要求（代替的には、冷凍プラントの場合、蒸発器での「冷却」の要求）に関してより大きいサイズが与えられた速度制御ＤＣコンプレッサＣへの発電器電圧を、熱ガス流れが制御するような方法で、電圧調節器ＲＥＧ及び制御ユニットＣＯＮＴＲを介して制御される。蒸発器ＥＶＡＰは、タービンＴを通過するサブフローの圧力が降下したという事実のために、低圧の限定的で制御され分路された気／液流れにより、直接供給される。また、変換ユニットＴＧが冷却される場合、余剰熱が排出されているため、前記サブフローの温度は低下している。蒸発器ＥＶＡＰにおける作動流体の最適の利用のため、流体を蒸発器ＥＶＡＰに分配するシャント弁Ｓ３は、制御ユニットＣＯＮＴＲを介して制御される。特定の動作条件で、変換回路Ｔｒａｎｓを通過するサブフローの特定部分を直接コンプレッサＣの吸込み側に戻すことによって、さらなる最適な状況が実現され、これは次いで、圧力開放法（pressure-relieved way）で操作される（いわゆる容量制御）。この制御は、シャント弁Ｓ３によって実行される。任意的に、サブクーラＵ１が、第２の媒体が通り抜けるコレクタ回路内に配置されて、凝縮器ＣＯＮＤの後方で残りの余剰熱を最大限利用できるようにしてもよい。これは先行技術に属していて、図３に破線で例示される。本発明に従うヒートポンプ回路内における圧力及び熱の利用は、様々な代替的方法で遂行されてもよく、これらのうち、好適な具体例だけがここで記載される。凝縮器を対象として、コンプレッサのＣ自身が生産する熱ガス圧力が、作動流体のために誤った流れ方向を生じること及びヒートポンプ回路内に操作上の動揺を形成することを防止するため、逆止弁Ｖはそこに存在する必要がある。（回路Ｔｒａｎｓｆ内の）作動流体の第２のサブフローの少なくとも一部を主回路Ｍａｉｎに戻すように、第２のシャント弁Ｓ２は制御されてもよく、それは特定の動作条件で有利となることができる。
【００４３】
本方法に従って設計されるヒートポンプには、代替的な具体例が与えられ得る。一例として、蒸発器ＥＶＡＰ及び変換回路ＴＧが、互いに一体化されて、たとえば、蒸発器が変換ユニットの外ケーシングを構成するようにしてもよい。この設計によって、変換ユニットＴＧからの全ての余剰熱を蒸発器ＥＶＡＰに伝達することができ、従って、蒸発器は追加の余剰エネルギーを利用する。この原理に従う蒸発器ＥＶＡＰの設計は、図４に示される。この変形例は、その構造上がより複雑であるという事実にもかかわらず、商業上最も興味深いものであり得る。任意選択として、サブクーラＵ１及びＵ２が、図４に示される方法で配置されてもよい。
【００４４】
本発明の態様に従うヒートポンプ回路中の変換ユニットの可能な用途を利用する場合の理論的な計算は、図４に従った用途に基づきここに説明される。
作動流体Ｒ４０７Ｃに適用されるモリエ線図に従い、媒体が、たとえば高速発電器を駆動する二段階タービンを通過する際に、圧力が約４ｋＰａまで降下されるならば、２４ｋＰａの圧力及び約＋１００℃の温度を有する熱ガスの形態でのこの媒体は、約＋２０℃に達する温度が与えられる。０〜１７ｋＷの定格電力を有する商業的に入手可能な速度制御ＤＣ作動ヒートポンプは、一例として、メーカーからの技術仕様に従い、約１８ｋｂｍ／時間の最大熱ガス流れを有している。これは、約３００リットル／分又は約５リットル／秒の最大熱ガス流れを伴う。この「メインの流れ」のエネルギー含量は、制御装置ＣＯＮＴＲによって制御されるシャント弁であるシャント弁Ｓ１によって分割される。二段階タービンが気体圧力を２４ｋＰａから約４ｋＰａへと低減するならば、その結果、変換回路Ｔｒａｎｓ内の余剰圧力のエネルギー含量の８０％以上が、二段階タービンＴ内で運動のエネルギーに変化され、変換ユニットＴＧ全体における熱の発生を提供しなければならない。この例では、モリエ線図で示すように、圧力及び温度は、このプロセスの等しい部分を構成すると仮定される。ヒートポンプ回路が、変換ユニットＴＧが蒸発器ＥＶＡＰに一体化／収容される図４の具体例に従って配置される場合、変換ユニットＴＧ内のほぼ全ての熱損失は、蒸発器ＥＶＡＰに供給され、それは、全部のヒートポンプ回路Ｍａｉｎ＋Ｔｒａｎｓ、すなわち両方とも膨張弁Ｅｘｐを介して凝縮器ＣＯＮＤから（先行技術に従った通常の経路）＋一体化変換ユニットＴＧを介して通過した「直接気体混合物」のために、蒸発温度を著しく上昇させる。正常に必要な大きさが与えられた蒸発器ＥＶＡＰ及びコレクタ回路により、その後、非常に大きなエネルギーの出力が、コレクタ回路から発生し、それが、周知でかつ機能的な冷却／加熱ポンプ技術を用いることによる電気エネルギーの出力を可能にする。残留圧力／温度、すなわち凝縮器出口／経路の後方のエネルギー含量を利用するため、引込み導管Ｃｉｎ２にサブクーラＵ１を、コレクタ回路中の蒸発器と直列に接続することは、有利であり、なぜなら、あまりに高い圧力／温度値を有し、それゆえに不必要な損失源を構成する作動流体を膨張弁Ｅｘｐが許容しないからである。また、コレクタ回路内の送出導管Ｃｕｔ内に配置されたサブクーラＵ２と共に同じ接続方法を利用して、タービンＴの通過のさらに後方の作動流体の温度を低減することが出来るので、蒸発器ＥＶＡＰへ入る前にタービンＴを出たサブフローから、さらに多くのエネルギーを抽出することが可能になる。これは、共にリンクした作動流体のサブフロー、すなわちコンプレッサＣの吸込み側に戻ることになっているガス流れの合計（３）の蒸発温度をさらに最適化することが、経済的に正当化されることを前提とする。あまりに大きなサブフローがタービンＴによって形成される状況において、余剰分は、蒸発器ＥＶＡＰを過ぎた制御シャント弁Ｓ３を介して分路され／バイパスされる。このバイパスされた余剰は蒸発器ＥＶＡＰからの排出流と合流され、コンプレッサＣの吸込み側へと通される。コンプレッサは、次いで「圧力開放」し、これは、このように最小限の圧力差が形成されるのでエネルギー使用量は下がる、ということを意味する。
【００４５】
前記したように、ここで記載されるヒートポンプ回路は、冷却機で用いられてもよい。これらの用途では、それは、蒸発器（ＥＶＡＰ）内における望ましい外部媒体、すなわち、たとえば蒸発器（ＥＶＡＰ）内で空気から熱を吸収する作動流体の冷却コイルを通過する第２の媒体としての空気、の冷却である。ここに記載される本発明が冷却機に用いようとする場合、加熱目的に関して上記の例で説明したこと、すなわち回路の設計を制御する凝縮器の熱回路内のエネルギー所要量に代えて、蒸発器（ＥＶＡＰ）に望まれる冷却効果が、回路を設計する際の代替的な出発点になる。
【図１】
2015513062.tif 000003
【図２】
2015513062.tif 000004
【図３】
2015513062.tif 000005
【図４】
2015513062.tif 000006
【国際調査報告】
2015513062.tif 000007
2015513062.tif 000008
2015513062.tif 000009