熱泵裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及熱栗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]如果對(duì)燃料電池所使用的電解質(zhì)膜施加電壓，則H/變化為質(zhì)子(H +)，并從電解質(zhì)膜的一面向另一面移動(dòng)。此時(shí)，質(zhì)子伴隨著水、醇、氨等極性物質(zhì)在電解質(zhì)膜之中移動(dòng)。利用該現(xiàn)象壓縮極性物質(zhì)的氣體的技術(shù)稱(chēng)為「電化學(xué)壓縮(Electrochemical Compress1n)」。應(yīng)用了電化學(xué)壓縮的壓縮機(jī)稱(chēng)為「電化學(xué)壓縮機(jī)(Electrochemical Compressor)」。在專(zhuān)利文獻(xiàn)I和2中記載了使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-262424號(hào)公報(bào)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2010/0132386號(hào)說(shuō)明書(shū)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于使使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置的效率提高的技術(shù)。
[0007]S卩，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N熱栗裝置，其具備:
[0008]蒸發(fā)器，其貯留液相的制冷劑即制冷劑液，并且使所述制冷劑蒸發(fā)；
[0009]壓縮機(jī)，其將在所述蒸發(fā)器中蒸發(fā)了的所述制冷劑壓縮；
[0010]冷凝器，其使由所述壓縮機(jī)壓縮了的所述制冷劑冷凝；和
[0011]主回路，其將所述蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)、所述冷凝器以該順序呈環(huán)狀地連接，使所述制冷劑循環(huán)，
[0012]所述蒸發(fā)器使所述制冷劑蒸發(fā)而產(chǎn)生濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑，
[0013]所述壓縮機(jī)通過(guò)電化學(xué)壓縮將在所述蒸發(fā)器中產(chǎn)生的所述濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑壓縮。
[0014]根據(jù)本申請(qǐng)，使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置的效率提高。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本申請(qǐng)的一實(shí)施方式涉及的熱栗裝置的構(gòu)成圖。
[0016]圖2是用于說(shuō)明通過(guò)濕壓縮產(chǎn)生的壓縮功的削減效果的p_h線圖。
[0017]圖3是表示為了產(chǎn)生濕蒸氣而由圖1所示的熱栗裝置執(zhí)行的控制的流程圖。
[0018]圖4是表示基于圖3的流程圖的控制的制冷劑狀態(tài)的變化的ρ-h線圖。
[0019]圖5是變形例I涉及的熱栗裝置的構(gòu)成圖。
[0020]圖6是變形例2涉及的熱栗裝置的構(gòu)成圖。
[0021]圖7是變形例3涉及的熱栗裝置的構(gòu)成圖。
[0022]圖8是變形例4涉及的熱栗裝置的構(gòu)成圖。
[0023]圖9是變形例5涉及的熱栗裝置的構(gòu)成圖。
[0024]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0025]2主回路
[0026]4第I循環(huán)路
[0027]6第2循環(huán)路
[0028]10蒸發(fā)器
[0029]11電化學(xué)壓縮機(jī)
[0030]16冷凝器
[0031]18制冷劑輸送路
[0032]22閘門(mén)
[0033]23第I檢測(cè)器
[0034]25第2檢測(cè)器
[0035]28非冷凝性氣體返回路
[0036]32第 I 栗
[0037]33第I熱交換器
[0038]34風(fēng)扇
[0039]42第 2 栗
[0040]43第2熱交換器[0041 ]44風(fēng)扇
[0042]50控制器
[0043]52起浪裝置
[0044]53旁通路
[0045]55閥
[0046]63膨脹閥
[0047]65加濕路
[0048]67加濕閥
[0049]100?110熱栗裝置
【具體實(shí)施方式】
[0050](成為本申請(qǐng)的基礎(chǔ)的見(jiàn)解)
[0051]本發(fā)明人對(duì)使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果得到了以下的見(jiàn)解。
[0052]使用容積型壓縮機(jī)、渦輪型壓縮機(jī)等機(jī)械式壓縮機(jī)的熱栗裝置構(gòu)成為不向壓縮機(jī)供給濕蒸氣。如果向機(jī)械式壓縮機(jī)供給濕蒸氣，則閥、氣缸、葉輪等構(gòu)成部件有破損或腐蝕的可能性。因此，使用機(jī)械式壓縮機(jī)的熱栗裝置被控制為，具有規(guī)定的過(guò)熱度的制冷劑蒸氣(過(guò)熱蒸氣)被壓縮機(jī)吸入。但是，使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置沒(méi)有這樣的要求。因此，本發(fā)明人對(duì)制冷劑為濕蒸氣狀態(tài)的情況和為過(guò)熱蒸氣狀態(tài)的情況的每一情況下的電化學(xué)壓縮機(jī)所需的壓縮功進(jìn)行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn):將制冷劑壓縮至規(guī)定的壓力時(shí)，制冷劑為濕蒸氣狀態(tài)的情況下，與制冷劑為過(guò)熱蒸氣狀態(tài)的情況相比，壓縮機(jī)所需的壓縮功變少。
[0053]于是，本發(fā)明人基于上述見(jiàn)解完成了以下說(shuō)明的各方式的發(fā)明。
[0054]本申請(qǐng)的第I方式涉及的熱栗裝置，具備:
[0055]蒸發(fā)器，其貯留液相的制冷劑即制冷劑液，并且使所述制冷劑蒸發(fā)；
[0056]壓縮機(jī)，其將在所述蒸發(fā)器中蒸發(fā)了的所述制冷劑壓縮；
[0057]冷凝器，其使由所述壓縮機(jī)壓縮了的所述制冷劑冷凝；和
[0058]主回路，其將所述蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)、所述冷凝器以該順序呈環(huán)狀地連接，使所述制冷劑循環(huán)，
[0059]所述蒸發(fā)器使所述制冷劑蒸發(fā)而產(chǎn)生濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑，
[0060]所述壓縮機(jī)通過(guò)電化學(xué)壓縮將在所述蒸發(fā)器中產(chǎn)生的所述濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑壓縮。
[0061]根據(jù)第I方式的熱栗裝置，在通過(guò)電化學(xué)壓縮將制冷劑壓縮的電化學(xué)壓縮機(jī)中進(jìn)行濕壓縮。由于電化學(xué)壓縮機(jī)不具有閥等可動(dòng)部，因此即使進(jìn)行了濕壓縮也無(wú)構(gòu)成部件破損之憂。如果將干壓縮(將過(guò)熱蒸氣狀態(tài)的制冷劑壓縮)和濕壓縮(將濕蒸氣狀態(tài)的制冷劑壓縮)相比，則制冷循環(huán)的理論效率，在濕壓縮中相對(duì)高，在干壓縮中相對(duì)低。因此，根據(jù)第I方式，通過(guò)利用電化學(xué)壓縮機(jī)進(jìn)行濕壓縮，能夠減少為了將制冷劑壓縮至規(guī)定的壓力而需要的壓縮功。能夠減少壓縮功的原因如后所述，如果考慮p-h線圖中的等熵線的斜率則能夠容易地理解。由此，能夠使使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置的效率提高。
[0062]在本申請(qǐng)的第2方式中，第I方式涉及的熱栗裝置的蒸發(fā)器可以在內(nèi)部具備產(chǎn)生所述濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑的濕蒸氣產(chǎn)生器。能夠利用濕蒸氣產(chǎn)生器產(chǎn)生具有充分的濕度的制冷劑蒸氣。
[0063]在本申請(qǐng)的第3方式中，第2方式涉及的熱栗裝置的所述濕蒸氣產(chǎn)生器也可以通過(guò)使貯留在所述蒸發(fā)器中的所述制冷劑液起泡而產(chǎn)生所述濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑。根據(jù)起泡方式能夠從貯留的制冷劑液直接且高效地產(chǎn)生濕蒸氣狀態(tài)的制冷劑。
[0064]在本申請(qǐng)的第4方式中，第2或第3方式涉及的熱栗裝置，可以進(jìn)一步具備非冷凝性氣體返回路，所述非冷凝性氣體返回路用與所述主回路分別開(kāi)的路徑將所述壓縮機(jī)的排出側(cè)的高壓空間和所述壓縮機(jī)的吸入側(cè)的低壓空間連結(jié)，用于所述電化學(xué)壓縮，使從所述低壓空間移動(dòng)到所述高壓空間的非冷凝性氣體從所述高壓空間返回到所述低壓空間，所述主回路可以包括從所述冷凝器向所述蒸發(fā)器輸送所述制冷劑的制冷劑輸送路，所述非冷凝性氣體返回路可以具有位于比貯留在所述蒸發(fā)器中的所述制冷劑液的液面靠下的位置的出口，作為所述濕蒸氣產(chǎn)生器發(fā)揮作用。如果使用非冷凝性氣體返回路作為濕蒸氣產(chǎn)生器，則不需要附加的部件。也能夠節(jié)約用于產(chǎn)生濕蒸氣狀態(tài)的制冷劑的能量。
[0065]在本申請(qǐng)的第5方式中，第2?第4方式的任一項(xiàng)涉及的熱栗裝置可以進(jìn)一步具備循環(huán)路，所述循環(huán)路具有栗和熱交換器，通過(guò)所述栗的工作使所述制冷劑在所述蒸發(fā)器與所述熱交換器之間循環(huán)，所述循環(huán)路可以具有位于比貯留在所述蒸發(fā)器中的所述制冷劑液的液面靠下的位置的出口，并作為所述濕蒸氣產(chǎn)生器發(fā)揮作用。如果使用循環(huán)路作為濕蒸氣產(chǎn)生器，則不需要附加的部件。也能夠節(jié)約用于產(chǎn)生濕蒸氣狀態(tài)的制冷劑的能量。
[0066]在本申請(qǐng)的第6方式中，第2?第5方式的任一項(xiàng)涉及的熱栗裝置的所述濕蒸氣產(chǎn)生器，可以通過(guò)使貯留在所述蒸發(fā)器中的所述制冷劑液的液面起浪而使所述制冷劑的飛沫飛散。通過(guò)使貯留在蒸發(fā)器中的制冷劑液的液面起浪，能夠使制冷劑液的飛沫(制冷劑霧)在蒸發(fā)器的內(nèi)部空間飛散。
[0067]在本申請(qǐng)的第7方式中，第I?第6方式的任一項(xiàng)涉及的熱栗裝置的所述電化學(xué)壓縮機(jī)，可以將所述制冷劑從所述濕蒸氣狀態(tài)壓縮至達(dá)到過(guò)熱蒸氣狀態(tài)。根據(jù)第7方式，能夠充分減少電化學(xué)壓縮機(jī)的壓縮功，能夠使熱栗裝置的效率提高。
[0068]在本申請(qǐng)的第8方式中，第I方式涉及的熱栗裝置可以進(jìn)一步具備第I檢測(cè)器，所述第I檢測(cè)器檢測(cè)由所述壓縮機(jī)壓縮后且在所述冷凝器中冷凝前的所述制冷劑的溫度。
[0069]在以往的使用機(jī)械式壓縮機(jī)的熱栗裝置中，通過(guò)檢測(cè)蒸發(fā)器中的制冷劑的蒸發(fā)溫度和壓縮機(jī)的吸入口處的制冷劑的溫度(吸入溫度)，能夠把握壓縮機(jī)的吸入口處的制冷劑的狀態(tài)和制冷劑的過(guò)熱度。進(jìn)行膨脹閥等構(gòu)成部件的控制，使得過(guò)熱度處于所希望的數(shù)值范圍，由此能以所希望的制冷循環(huán)運(yùn)行熱栗裝置。另一方面，在向電化學(xué)壓縮機(jī)供給濕蒸氣的情況下，吸入溫度與蒸發(fā)溫度一致。即使檢測(cè)出吸入溫度和蒸發(fā)溫度，也不能正確地把握電化學(xué)壓縮機(jī)的吸入口處的制冷劑的狀態(tài)，因此難以以所希望的制冷循環(huán)運(yùn)行熱栗裝置。
[0070]與此相對(duì)，第8方式的熱栗裝置具備第I檢測(cè)器，所述第I檢測(cè)器檢測(cè)由電化學(xué)壓縮機(jī)壓縮后且在冷凝器中冷凝前的制冷劑的溫度。也就是說(shuō)，第I檢測(cè)器檢測(cè)電化學(xué)壓縮機(jī)的排出口處的制冷劑的溫度(排出溫度)。由此，排出溫度能夠用于熱栗裝置的控制，因此能夠使使用電化學(xué)壓縮機(jī)的熱栗裝置的控制性提高。
[0071]在本申請(qǐng)的第9方式中，第8方式涉及的熱栗裝置可以進(jìn)一步具備:濕蒸氣產(chǎn)生器，其在所述蒸發(fā)器的內(nèi)部產(chǎn)生所述濕蒸氣狀態(tài)的所述制冷劑；和控制器，其基于通過(guò)所述第I檢測(cè)器檢測(cè)出的所述溫度和貯留在所述冷凝器中的所述制冷劑液的溫度控制所述濕蒸氣產(chǎn)生器。根據(jù)第9方式，能夠向電化學(xué)壓縮機(jī)供給具有適當(dāng)?shù)臐穸鹊闹评鋭┱魵狻Ｒ簿褪钦f(shuō)，能夠用電化學(xué)壓縮機(jī)進(jìn)行濕壓縮地運(yùn)行熱栗裝置。
[0072]在本申請(qǐng)的第10方式中，第9方式涉及的熱栗裝置，在將通過(guò)所述第I檢測(cè)器檢測(cè)出的所述溫度定義為第I溫度、將貯留在所述冷凝器中的所述制冷劑液的所述溫度定義為第2溫度時(shí)，所述控制器可以通過(guò)控制所述濕蒸氣產(chǎn)生器，在所述第I溫度與所述第2溫度的溫度差為閾值以上的情況下，將應(yīng)該向所述壓縮機(jī)供給的所述制冷劑的濕度提高，在所述溫度差為零的情況下，將應(yīng)該向所述壓縮機(jī)供給的所述制冷劑的濕度降低。根據(jù)第10方式，能夠?qū)⒏邏簜?cè)的制冷劑的過(guò)熱度(第I溫度與第2溫度的溫度差)控制在適當(dāng)?shù)姆秶Q言之，在電化學(xué)壓縮機(jī)中，制冷劑從濕蒸氣狀態(tài)被壓縮至達(dá)到具有低于閾值的過(guò)熱度的過(guò)熱蒸氣狀態(tài)。由此，能夠充分減少電化學(xué)壓縮機(jī)的壓縮功，能夠使熱栗裝置的效率提尚O<