JPH0247670B2 - Netsuhonpusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装
置の冷凍サイクルに関するものである。

従来の技術 従来非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置は、
冷凍サイクル内部を循環する冷媒組成を可変する
ことにより、能力制御や性能改善を行うことがで
き、例えば特開昭59−157448号公報に示される第
２図の如き従来例が提案されている。第２図は非
共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置を暖房装置と
して適用した実施例であり、１は圧縮機、２は三
方弁、３は高温側熱交換器、４，５は絞り装置、
６は三方弁、７は低温側熱交換器、８は冷媒精留
塔、９は精留塔加熱用熱交換器、１０は高沸点液
溜め、１１は精留塔冷却用絞り装置、１２は精留
塔冷却用熱交換器、１３は低沸点液溜め、１４，
１５は流量調節弁、１６，１７は逆止弁であり、
冷凍サイクル内部には非共沸混合冷媒が封入され
ている。

以上のように構成された熱ポンプ装置について
以下その動作を説明する。先ず、通常運転時の精
留なしにおいては三方弁２および６は第２図に図
示する方向に開いており、圧縮機１より吐出され
た冷媒蒸気は三方弁２、高温側熱交換器３、絞り
装置４、三方弁６、絞り装置５、低温側熱交換器
７、圧縮機１へと循環し、高温側熱交換器３で放
熱を、また低温側熱交換器７で吸熱を行う。サイ
クル内を循環する冷媒の濃度を変えるいわゆる精
留で分離する場合には先ず三方弁２を90°右方向
へ切り換え、圧縮機１から吐出される冷媒を三方
弁２、精留塔加熱用熱交換器９、精留塔冷却用絞
り装置１１、精留塔冷却用熱交換器１２、逆止弁
１６、圧縮機１へと循環し、精留塔加熱用熱交換
器９にて高沸点液溜め１０内の高沸点成分に富む
冷媒液を沸騰させ、精留塔冷却用熱交換器１２に
て精留塔８で発生する低沸点成分に富む冷媒蒸気
を凝縮させ凝縮液を低沸点液溜め１３に溜める。
低沸点液溜め１３からあふれた液は精留塔８内を
流下し精留塔８内を上昇する冷媒蒸気と接触し精
留効果を高める。このようにして、精留分離を行
ない、低沸点液溜め１３内には低沸点に富んだ冷
媒を、また高沸点液溜め１０内には高沸点に富ん
だ冷媒を貯溜するものである。しかる後に、三方
弁２をもとへもどし三方弁６を図より90°右方向
へ切り換えるとともに流量調節弁１４および１５
を調節して高沸点成分に富む液と低沸点成分に富
む液とを所定の割合に混合し逆止弁１７を介して
絞り装置５の方向へ流しその後三方弁６をもとへ
もどす。

上記のような作用様態により、主回路での冷媒
濃度を可変し、主回路が低沸点成分に富む時には
高暖房能力を得、一方主回路が高沸点成分に富む
時には低暖房能力を得るように冷凍サイクルを制
御するものである。

発明が解決しようとする問題点 上記従来例の如き熱ポンプ装置においては、冷
媒組成の可変は基本的に可能であるが、以下の如
き不具合な点を生じるものであつた。

そもそも、本従来例では、精留塔８を含む分離
器回路で冷媒を精留分離させる場合、三方弁２の
切換えにより精留塔８を駆動させる熱源としてい
る。そのため高温側熱交換器３には冷媒が流れ
ず、それ故暖房能力としては出力できず暖房装置
としてははなはだ不便である。

また、主回路の冷媒濃度の調整は、流量調整弁
１４および１５を調整して高沸点液溜め１０内の
高沸点冷媒と、低沸点冷媒液溜め１３内の低沸点
冷媒を任意の割合に混合して、主回路に供給する
ものであるが、この場合必要とする主回路濃度に
調整しようとすれば、主回路側の濃度と、高沸点
冷媒液溜め１０内の冷媒濃度および低沸点冷媒液
溜め１３内の冷媒濃度を検出し、さらにそれらの
濃度によつて、流量調整弁１４，１５の開度ある
いは開閉時間をコントロールしなければならない
というはなはだ繁雑な制御となるものである。ま
たこの時、主回路内を最適冷媒量に維持しようと
すれば、三方弁６や流量調整弁１４，１５を上述
したのと同様に制御しなければならず、これらの
点でも、サイクル上複雑な構成となるものであ
る。

さらに精留分離の面から考えた場合、三方弁６
を開放して主回路に高沸点あるいは低沸点冷媒を
注入した後では、高沸点冷媒液溜め１０と低沸点
冷媒液溜め１３内のそれぞれの冷媒濃度が変化す
るため、次に三方弁２を開放して精留分離を行な
わせても、高沸点冷媒液溜め１０と低沸点冷媒液
溜め１３の精留分離後の濃度が前回精留分離時と
異なるといつた問題点を生じるものである。

そこで本発明は、かかる従来の問題点を解決
し、非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置におい
て、暖房の出力停止なしに精留分離の確実性を増
して主回路を循環する冷媒組成の可変を確実に行
ない、さらにそれらの制御が容易に出来、主回路
側の冷媒調整が可能な冷凍サイクルを提供しよう
とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明になる熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒
の組成可変手段として精留作用を行う精留塔を用
い、主回路の熱源側熱交換器と主絞り装置間の経
路より分岐して精留塔の下部にはいる回路と、精
留塔の下部より副絞り装置を経て主回路の主絞り
装置と熱源側熱交換器間の経路にはいる回路とを
主回路に接続し、副絞り装置の最小抵抗を主絞り
装置の抵抗よりも大とした。また副絞り装置の抵
抗を変えることで主回路の冷媒濃度を可変し、封
入組成と同じ主回路冷媒濃度で運転する場合は副
絞り装置の抵抗を最小とするものである。

作 用 かかる冷凍サイクル上の構成を採用することに
より、主サイクルで暖房出力を得ながら精留作用
が行えると共に、副絞り装置の抵抗を主絞り装置
の抵抗よりも大ならしめているために、循環冷媒
の大部分が主回路側を流れ、精留塔での精留作用
を冷媒流れで乱すことがなく安定な精留作用が行
える。また、副絞り装置の抵抗を可変して、加熱
器での発生ガス量を調節することで精留分離の最
終濃度を可変でき、精留停止時には加熱器での発
生ガス量をなくすと共に精留塔での精留作用を冷
媒流れで乱すことによつて、確実な精留停止が可
能となるものである。

実施例 本発明になる熱ポンプ装置の実施例を、暖房装
置に適用した第１図の実施例をもつて説明する。
第１図において、１８は圧縮機、１９は負荷側熱
交換器、２０は主絞り装置、２１は熱源側熱交換
器で順次環状に接続されている。

一方、負荷側熱交換器１９の高圧出口と充填材
２２を充填した精留塔２３の下部とは途中加熱器
２４を介して接続され、精留塔２３の下部と主回
路の熱源側熱交換器２１の入口とは副絞り装置２
５を介して接続されている。精留塔２３の上部に
は塔頂冷却器２６と、塔頂貯溜器２７とが設けら
れている。本実施例では加熱器２４および冷却器
２６の熱源は図示していないが、圧縮機１８の吐
出ガスおよび吸入ガスを導き、精留作用の有無に
かかわらず常に冷媒を流す如く構成しているもの
である。

かかる構成になるヒートポンプ装置において、
暖房運転での主回路冷媒濃度を可変する精留作用
時および主回路冷媒濃度を封入組成と同一にする
精留なし時についてその動作を説明する。

まず精留作用時には、負荷側熱交換器１９から
出た高圧液冷媒の一部が、加熱器２４で加熱され
て一部ガスが発生し精留塔２３の下部に流入す
る。加熱器２４で発生したガス成分は精留塔２３
内を上昇し、冷却器２６で凝縮液化し、貯溜器２
７から精留塔２３上部に還流して精留塔２３内を
下降する。その時上昇するガスと下降する液とが
物質、熱交換して精留作用をなし、貯溜器２７に
は低沸点リツチの冷媒が貯溜される。そのため、
精留塔２３下部からは高沸点リツチの冷媒が副絞
り装置２５を通つて主回路側冷媒と合流し、熱源
側熱交換器２１に流入するものである。この時副
絞り装置２５の抵抗を主絞り装置２０よりも大と
しているので、循環冷媒の大部分が主回路側を流
れ、精留塔２３内に流入する冷媒は少なく、それ
故精留塔２３内での精留作用を乱すことがなく安
定な精留が行なえるものである。またこの時副絞
り装置２５の抵抗を可変にすると、加熱器２４か
ら発生するガス量が変化し、例えば副絞り装置の
抵抗を小さくして精留器側への分岐流量を多くし
て発生ガス量を少なくすると、精留分離での分離
作用が進行せず、本実施例の如き、低沸点成分を
貯溜する方式では貯溜器２７内の低沸点成分濃度
が高くなく、それ故主回路側濃度も低沸点成分の
多い冷媒組成となる。逆に副絞り装置の抵抗を大
きくして精留器側への分岐流量を少なくして発生
ガス量を多くすると、精留分離での分離作用が進
行し、貯溜器２７内には低沸点な冷媒が貯溜さ
れ、結果として主回路側濃度を高沸点成分の多い
冷媒組成となるものである。

また精留作用によつて主回路濃度が変わること
により、主回路側での最適冷媒量が変化する。主
回路を流れる冷媒が低沸点成分リツチの時には最
適冷媒量が多くなり、一方高沸点成分リツチの時
には最適冷媒量が少なくなり、本発明ではその分
の調整は貯溜器２７内に低沸点成分を貯溜するこ
とにより、その密度差に比例して冷媒貯溜量を増
減させることで調整が可能となる。

次に精留分離を停止して、主回路濃度を初期封
入冷媒組成で運転する場合には、副絞り装置２５
を開けて、分岐流量を多くし、加熱器２４での発
出ガス量をなしにすることで、精留作用が停止す
る。

このように、本発明では主回路で暖房運転しな
がらでも精留作用を行ない、主回路濃度を変えて
ゆくことができるものである。

本実施例では暖房回路のみについて説明してい
るが、四方弁等を付加して冷房時にも精留作用を
行ない前述したのと同様の動作を行なわせること
は可能である。

また、本実施例では、精留して低沸点冷媒を貯
溜する場合について述べているが、たとえば分離
器下部に配置した貯溜器に高沸点冷媒を貯留する
冷凍サイクル（図示せず）の場合も同様の効果を
有するものである。

発明の効果 本発明になる熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒
を用い、精留塔を主回路の高圧または中間圧と接
続すると共に、精留塔からの還りを主回路の低圧
に接続し副絞り装置の抵抗を主絞り装置の抵抗よ
りも大きくすることにより主回路での暖房運転を
しながら精留分離を確実に行なうことができる。

また所望主回路濃度に応じて副絞り装置の抵抗
を可変し、精留停止時には当該抵抗を小さくする
構成を付加することで、分岐流量を調整し分離濃
度を可変して主回路濃度を任意に設定できる。さ
らに分離濃度に応じて貯溜器での貯溜量を調整
し、主回路側冷媒量を最適に維持できるものであ
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熱ポンプ装
置の原理図、第２図は従来例における熱ポンプ装
置の原理図である。 １８……圧縮機、１９……負荷側熱交換器、２
０……主絞り装置、２１……熱源側熱交換器、２
３……精留塔、２４……加熱器、２５……副絞り
装置、２６……塔頂冷却器、２７……塔頂貯溜
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも圧縮機、負荷側熱交換器、主絞り
   装置、熱源側熱交換器を環状接続した主回路と、
   精留塔、塔頂冷却器、貯溜器、塔底加熱器を備え
   た精留回路とを、主回路の負荷側熱交換器と主絞
   り装置間の経路より分岐して精留塔の下部に接続
   する回路と、精留塔下部より副絞り装置を経て主
   回路の主絞り装置と熱源側熱交換器間の経路に接
   続する回路とで接続すると共に、前記副絞り装置
   の最小抵抗を前記主絞り装置の抵抗より大ならし
   めたことを特徴とする熱ポンプ装置。 ２ 副絞り装置の抵抗を可変して主回路冷媒濃度
   を変え、封入時と同一冷媒濃度で主回路を運転す
   る場合は副絞り装置の抵抗を最小にしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱ポンプ装
   置。