JPH02146468A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非共沸混合冷媒を作動媒体として用い、組成
分離により、高沸点冷媒を貯留して組成を可変するヒー
トポンプ装置の改良に関する。

従来の技術 従来、非共沸混合冷媒を作動媒体として用い、組成分離
により高沸点冷媒を貯留して組成を可変するヒートポン
プ装置として、第３図に示すような装置が提案されてい
る。第３図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は絞
り装置、４は蒸発器であり、これらを配管接続すること
により主回路を構成している。５は充填材を充填した精
留分離器であり、上部は配管６により凝縮器２出口と、
また減圧器７を介して蒸発器４人口とそれぞれ接続され
ている。また精留分離器５の下部には貯留器８が配置さ
れ、その底部は開閉弁９を介して減圧器７と接続され、
貯留器８の内部には加熱ヒーター１０が設けられている
。

このような装置において非共沸混合冷媒を封入し、組成
を可変する方法について説明する。まず封入した混合冷
媒の組成のままで運転する場合（分離なしモード）には
、加熱ヒーター１０をオフとすることにより、貯留器８
は余剰作動媒体を単に貯留し、開閉弁９の閉止時はその
まま貯め込むし、開放時は貯留しながら一部は減圧器７
を経由して蒸発器４に流出するのみとなるため、主回路
は封入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成の
まま運転することになる。

次に高沸点冷媒を貯留して低沸点冷媒の富んだ組成で運
転する場合（分離ありモード）には、開閉弁９を閉止し
加熱ヒーター１０をオンとすると、貯留器８内部の作動
媒体中主に低沸点冷媒が気化され、精留分離器５内部を
上昇する。このとき凝縮器２出口からは配管６を経由し
て液状作動媒体が供給され、精留分離器５内部で気液接
触により精留分離を行ない、上昇する気体は低沸点冷媒
の濃度が高まり、逆に下降する液体は高沸点冷媒の濃度
が高まり、貯留器８には高沸点冷媒が凝縮液の状態で貯
留されることになる。一方上昇する低沸点冷媒に富んだ
気体は減圧器７を経由して蒸発器４に流入するため、主
回路は低沸点冷媒の富んだ組成で運転できるものである
。

このようなタイプの組成可変型のヒートポンプ装置は、
例えば給湯装置に適用され、通常使用時には高温水を得
るため高沸点冷媒の富んだ封入組成のままで運転し、で
きるだけ短時間で貯湯する必要がある場合には加熱能力
の高い低沸点冷媒の富んだ組成で運転することが可能と
なる。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような組成可変型のヒートポンプにおいて
は組成分離のためにある時間が必要であり、組成分離完
了までの時間が長くなればなるほど、長時間平均でみて
効率が低下するという問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みて試されたもので、組成分
離のために要する時間を短縮した、組成可変型し−トボ
ンブ装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するため、非共沸混合冷媒を
封入し、圧縮機、凝縮器、第一絞り装置、蒸発器等を接
続して主回路を構成し、底部に貯留器を接続した第一精
留分離器の上部を前記凝縮器と前記第一絞り装置との間
の配管に接続し、前記貯留器の底部を第一開閉器及び第
二絞り装置を介して前記第一絞り装置と前記蒸発器との
間の配管に接続し、前記凝縮器と前記第一絞り装置との
間の配管と前記貯留器上部に、第二精留分離器及び第二
開閉器を接続したものである。

作用 本発明は上述の構成によって、組成分離時に利用する精
留分離器を、第一精留分留器のみ、または第一、第二精
留分流器の両方かを選択することができるので、その時
々に応じて最適な精留状況を設定できるものであり、こ
れによって、精留分離に要する時間の短縮をはかるもの
である。

実施例 第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ装置の
概略構成を示すものであり、１１は圧縮機、１２は凝縮
器、１３は第一絞り装置、１４は蒸発器であり、これら
を配管接続することにより主回路を構成している。１５
は充填材を充填した第一精留分離器であり、上部は配管
１６により凝縮器１２出口と、また第二絞り装置１７を
介して蒸発器１４人口とそれぞれ接続されている。また
、第一精留分離器１５の下部には貯留器１８が配管接続
され、その底部は第一開閉弁１９を介して第二絞り装置
１７と接続されている。貯留器１８の内部には加熱ヒー
ター２０が設けられている。さらに、充填材を充填した
第二精留分離器２１が、その上部を凝縮器１２出口と、
第二絞り装置１７を介して蒸発器１４人口とそれぞれ配
管接続され、下部を第二開閉弁２２を介して貯留器１８
と配管接続されている。

このようなヒートポンプ装置において非共沸混合冷媒を
封入し、組成を可変する方法について説明する。まず、
分離なしモードでは加熱ヒーター２０をオフとすること
により、貯留器１８は余剰作動媒体を単に貯留する状態
となり、第一開閉弁１９の閉止時はそのま才貯留し、開
放時は貯留しながら一部は第二絞り装置１７を経由して
蒸発器１４に流出するのみとなるため、主回路は封入し
た状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成のまま運転
することになる。

次に、分離ありモードでは、第一開閉弁１９を閉止し加
熱ヒーター２０をオンとすると、貯留器１８内部の液状
作動媒体中主に低沸点冷媒が気化され、第一、第二精留
分離器１５．２１の内部を上昇し、一方配管１６より凝
縮器で凝縮された作動媒体の一部が第一、第二精留分離
器１５．２１の上部より供給され、第一、第二精留分離
器１５．２１の内部で気液接触により精留分離を行ない
、上昇する気体は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降
する液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器１８には
高沸点冷媒が凝縮液の状態で貯留されることとなる。

ところで、精留分離開始時は貯留器１８内部の液状作動
媒体が過冷却液の状態で貯留されているため、加熱ヒー
ター２０によって貯留器１８内部の液状作動媒体に与え
られる熱量のうち、多くが顕然として液状作動媒体の温
度上昇のために消費され、気体発生に寄与するものは少
量であるような状況となっている。従って、この場合は
第二開閉弁２２を閉止し第一精留分離器１５のみを精留
分離に用いることにより、貯留器１８内部より発生する
気体の流速を上昇させた状態で、第一精留分離器１５内
部で、その上部より供給される主回路を循環する液状作
動媒体と気液接触させることにより、主回路を循環する
液状作動媒体の第一精留塔１５内部への流入量過多によ
る、貯留器１８内部より発生する気体の消滅（気液接触
によって、第一精留塔１５内部を上昇する気体は、持っ
ている熱を下降する液体に与えて自らは液体となるが、
下降する液体の量が多い場合は液体、液体間で気体より
得た熱を分は合うので、液体は気化せずただ液温が上昇
するにとどまってしまう現象）を防止し、最適な状態で
精留分離を行なわせることが可能となる。また、貯留器
１８内部の液状作動媒体の温度がある程度まで上昇する
と、気体発生に用いられる熱量が増加し、第一精留分離
器１５のみを使用していると気液接触する液体の量が不
足するようになる。この場合は第二開閉弁２２を開放し
、第一精留分離器１５及び第二精留分離器２１の両方を
併用して精留分離を行なわせることにより、発生した気
体の量にふされしい量の液体を第一精留分離器１５及び
第二精留分離器２１内部に供給してやることができ、こ
れによって最適な状態での精留分離を行なわせることが
可能となる。

以上のようにして常に最適な状態で精留分離を行なわせ
ることにより、主回路をより早期に低沸点冷媒に富んだ
組成の混合冷媒とすることが可能となるものである。

主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター２０をオフ
とし第一開閉弁１９を開放すればよく、このとき貯留器
１８内部の高沸点冷媒が主回路に混入して、主回路は封
入した状態の高沸点冷媒に富んだ混合冷媒の組成となる
。なお、本実施例において、加熱ヒーター２０のかわり
に圧縮ｔｆｉｌｌの吐出配管等冷凍サイクル中の高温熱
源を用いることも可能である。また、第一精留分離器１
５と第二精留分離器２１の仕様が異なっていてもよいこ
とは勿論のことである。

第２図は本発明能の実施例におけるヒートポンプ装置の
構成図であり、第１図の実施例と同一の機能部品には同
一番号を付して示している。本実施例においては、第一
精留分離器１５と貯留器１８との間に第三閏閉弁２３を
設けることにより、精留分離に用いる精留分離器１５．
２１の使い方が三通り得られることになり、精留分離時
の状況に応じより適切な精留分離の状況を作ることが可
能となるものである。

このようなヒートポンプ装置において非共沸混合冷媒を
封入し、組成を可変する方法について説明する。まず、
分離なしモードでは加熱ヒーター２０をオフとすること
により、貯留器１８は余剰作動媒体を単に貯留する状態
となり、第一開閉弁１９の閉止時はそのまま貯留し、開
放時は貯留しながら一部は第二絞り装置１７を経由して
蒸発器１４に流出するのみとなるため、主回路は封入し
た状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成のまま運転
することになる。

次に、分離ありモードでは、第一開閉弁１９を閉止し加
熱ヒーター２０をオンとすると、貯留器１８内部の液状
作動媒体中主に低沸点冷媒が気化され、第一、第二精留
分離器１５．２１内部を上昇し、一方配管１６より凝縮
器１２で凝縮された作動媒体の一部が第一、第一精留分
離器１５．２１の上部より供給され、第一、第二精留分
離器１５．２１内部で気液接触により精留分離を行ない
、上昇する気体は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降
する液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器１８には
高沸点冷媒が凝縮液の状態で貯留されることとなる。

ところで、精留分離開始時は貯留器１８内部の液状作動
媒体が過冷却液の状態で貯留されているため、加熱ヒー
ター２０によって貯留器】８内部の液状作動媒体に与え
られる熱量のうち、多くが票熱として液状作動媒体の温
度上昇のために消費され、気体発生に寄与するものは少
量であるような状況となっている。従って、この場合は
第二開閉弁２２を閉止し、第三開閉弁２３を開放して第
一精留分離器１５のみを精留分離に用いることにより、
貯留器１８内部より発生する気体の流速を上昇させた状
態で、第一精留分離器１５内部で、その上部より供給さ
れる主回路を循環する液状作動媒体と気液接触させるこ
とにより、主回路を循環する液状作動媒体の第一精留塔
１５内部への流入量過多による、貯留器１８内部より発
生ずる気体の消滅を防止し、最適な状態で精留分離を行
なわせることが可能となる。

また、貯留器１８内部の液状作動媒体の温度がある程度
まで上昇すると、気体発生に用いられる熱量が増加し、
第−晴留分Ｍｕ器１５のみを使用していると気液接触す
る液体の量が不足するようになる。この場合は第三開放
弁２３を閉止し第二開閉弁２２を開放して第二精留分離
器２１のみを精留分離に用いるか、また、それでもまだ
液体の量が不足するような状況となれば、第二開閉弁２
２を開放して第一精留分離器１５及び第二精留分贋器２
１の両方を併用して精留分離を行なわせることにより、
発生した気体の量にふされしい量の液体を第一精留分離
器１５及び第二精留分離器２１内部に供給してやること
ができ、これによって最適な状態での精留分離を行なわ
せることが可能となる。

以上のようにして常に８７１な状態で精留分離を行なわ
せることにより、主回路をより早期に低沸点冷媒に富ん
だ組成の混合冷媒とすることが可能となるものである。

主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター２０をオフ
とし第一開閉弁１９を開放すればよく、このとき貯留器
１８内部の高沸点冷媒が主回路に混入して、主回路は封
入した状態の高沸点冷媒に富んだ混合冷媒の組成となる
。なお、本実施例において、加熱ヒーター２０のかわり
に圧縮機１１の吐出配管等冷凍サイクル中の高温熱源を
用いることも可能である。また、第一精留分離器１５と
第二精留分離器２１の仕様は異なっていてもよいことは
勿論のことである。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明のヒートポンプ
装置は、組成分離時に利用する精留分離器を選択するこ
とにより、その時々に応じて最適な精留状況を設定でき
るものであるので、（１）精留分離に要する時間の短縮
をはかることができる （２）従って、従来の組成可変型のし−トポンプ装置に
比べて、長時間平均でみてより高効率である 等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ装置の
′ｊ８成図、第２図は本発明の他の実施例におけるヒー
トポンプ装置の構成図、第３図は従来例のヒートポンプ
装置の構成図である。 １１・・・圧縮機、１２・・・凝縮器、１３・・第一絞
り装置、１４・・・蒸発器、１５第一精留分離器、１７
・・・第二絞り器、１８・貯留器、１９・・・第一開閉
弁１．２１第二精留分趙器、２２ 第三開閉弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、凝縮器、第
   一絞り装置、蒸発器等を接続して主回路を構成し、底部
   に貯留器を接続した第一精留分離器の上部を前記凝縮器
   と前記第一絞り装置との間の配管に接続し、前記貯留器
   の底部を第一開閉器及び第二絞り装置を介して前記第一
   絞り装置と前記蒸発器との間の配管に接続し、前記凝縮
   器と前記第一絞り装置との間の配管と前記貯留器上部に
   、第二精留分離器及び第二開閉器を接続することを特徴
   とするヒートポンプ装置。
2. （２）　前記第一精留分離器と前記第二精留分離器の仕
   様が異なっている請求項１記載のヒートポンプ装置。
3. （３）　前記第一精留分離器の底部あるいは上部に第三
   開閉弁を設けてある請求項１または２記載のヒートポン
   プ装置。