JPH0262791B2 - - 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にす
ることにより、能力制御や性能改善を行うことが
でき、第２回の如き従来例が提案されている。第
２回は非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置を冷
暖房装置として適用した実施例であり、圧縮機
１、逆止弁２、負荷側熱交換器３、主絞り装置
４、熱源側熱交換器５、アキユムレータ６等を順
次環状に接続し、主サイクル回路を構成してい
る。また主絞り装置４のバイパスとして、副絞り
装置７，８、充填材９を充填した分離器１０、貯
溜器１１等を連結した副サイクル回路を構成し、
分離器１０の下部には加熱器１２、上部には冷却
器１３を配置している。

加熱器１２の加熱用熱源としては、本実施例で
は図示していないが、例えば圧縮機１からの吐出
ガスや電気ヒータ、又冷却器１３の冷却用熱源と
しては圧縮機１の吸入ガスや、低温の外気で冷却
する如く構成され、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。

かかる熱ポンプ装置の作用様態を暖房運転時を
中心に説明すると、主成分冷媒と主成分冷媒より
低沸点な冷媒を封入し、低沸点成分が入つている
ことで循環量を増大させて高能力を得る場合に
は、加熱および冷却を停止する事により、分離作
用を停止せしめ、よつて封入した非共沸混合冷媒
とほぼ等しい組成の混合冷媒が、主には圧縮機１
→四方弁２→負荷側熱交換器３→主絞り装置４→
熱源側交換器５→四方弁２→アキユムレータ６→
圧縮機１の順に循環し、一部は負荷側熱交換器３
からバイパスして、副絞り装置７→分離器１０下
部→配管１４→副絞り装置８→熱源側熱交換器５
と循環し、余剰冷媒を貯溜器１１内に貯溜し、低
沸点冷媒を含んだ混合冷媒となつて、負荷側熱交
換器３において高暖房能力を出力する事が可能で
ある。

一方能力を低減させる場合には、分離器回路の
加熱器１２および冷却器１３で加熱、冷却を行な
うように、例えば吐出ガス、吸入ガスを加熱器１
２、冷却器１３に流す事により、副絞り装置７を
通過した冷媒は加熱器１２で加熱されて低沸点成
分が気化し、分離器１０内を上昇し、冷却器１３
で凝縮液下して貯溜器１１に貯溜されて一部は分
離器１０上部に還流し、分離器１０内を下降す
る。この時、分離器１０内で上昇するガスと下降
する液冷媒とが、充填材９により気液接触を行な
い、熱および物質交換が行なわれ、いわゆる精留
作用がなされるものである。それ故、貯溜器１１
内には低沸点リツチな冷媒が貯溜され、一方分離
器１０下部の冷媒サイクルは高沸点リツチな冷媒
組成になり、負荷側熱交換器３での暖房能力が低
減できるものである。

なお冷房運転時は、四方弁２を切換える事によ
り、図の破線で示す如く暖房時と逆方向に冷媒が
流れるものであり、精留作用によつて冷媒組成を
変える場合は暖房時と同じく加熱、冷却を行なう
事により精留がなされて、主サイクル濃度を高沸
点成分リツチとする事ができるものである。

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り、分離回路を
冷房時、暖房時共中間圧に維持するように構成し
ているので、たとえば以下の如き冷凍サイクル
上、あるいは精留作用上不具合な点を生じるもの
であつた。

たとえば、分離器回路は中間圧力であるため
に、分離器内でガス成分が発生する場合がある
が、主サイクル条件の変動によつてその中間圧力
も変動し、分離器内のガス体積が大きく変動する
ものである。それ故貯溜器１１内に貯溜される冷
媒量が大きく変動し、主サイクル側の冷媒量が最
適な状態に維持されず、能力、EERが大きく減
少するものである。また中間圧力の変動により加
熱器１２での発生ガス量が大きく変動し、確実な
精留がなされないばかりか、場合によつてはフラ
ツデイング等が生じて精留そのものがなされない
事も生じるものであつた。

更に、本従来例では、精留作用のありなしを加
熱器、冷却器のON−OFFにより行なつている
が、分離器内圧力が中間圧力であると、冷媒中に
含まれているガス成分が、加熱なしでも発生して
おり、分離器１０内を上昇するものである。この
時、冷却器での冷却が停止されているとしても例
えば暖房時の低外気温条件では、冷却器１３、貯
溜器１１、分離器１０等が冷却されており、自然
に精留作用が働いてしまい更に外気温の変動によ
り主サイクル回路の冷媒組成が安定しないという
問題点もあつた。

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、主回路の冷媒量を最適に維持するとともに、
精留作用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、サイクル能力、
EERを向上させる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分離器を用
い、分離器に入る冷媒は、冷房時共、常に高圧液
冷媒であるように凝縮器出口から逆止弁、絞りの
並列回路を通過して分離器に入るように構成して
いる。

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、分離器、貯溜器内が液冷媒で満され、それ
故主回路側冷媒量が適当な状態に維持されると共
に、加熱量、冷媒量をコントロールすれば常に最
適な精留がなされ、確実な主回路の組成可変が行
なわれると共に、精留作用の停止等も確実になる
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、冷暖房
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１〜６，９，１０，１１，１
２，１３は第２図に示した従来例と同一の構成要
素である。第１図において特徴とする所は、冷暖
房時高圧液冷媒ラインとなる高圧配管より、分離
器１０側に流れる逆止弁１５又は１６を通り、加
熱器１２に高圧液冷媒が流入し、分離器１０から
主回路に入る冷媒は副絞り装置１７又は１８を通
過する如く構成し、更に本実施例では貯溜器１１
より第３の副絞り装置１９を通つて電磁弁２０，
２１を介して、冷暖房時共低圧側に導く回路を構
成している事である。本実施例では加熱器１２及
び冷却器１３の熱源は図示していないが、圧縮機
１の吐出ガス及び吸入ガスを導き、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、
暖房時の精留作用時および精留なし時について説
明する。

まず精留作用時には、図の実線で示すように負
荷側熱交換器３から出た高圧液冷媒の一部が、逆
止弁１５を通つて加熱器１２で加熱されて、一部
ガスが発生して分離器１０の下部に流入する。加
熱器１２で発生したガス成分は分離器１０内を上
昇し、冷却器１３で凝縮液化し、貯溜器１１から
分離器１０上部に還流して分離器１０内を下降
し、その時上昇ガスと物質、熱交換して精留作用
をなし、貯溜器１１には低沸点リツチの冷媒が貯
溜され、分離器１０下部からは高沸点リツチの冷
媒が副絞り装置１８を通つて主回路側冷媒と合流
し、熱源側熱交換器５に流入するものである。一
方精留なし時には、加熱されて分離器１０に入つ
た冷媒が、一部は副絞り装置１８へ流れるもの
と、一部は分離器１０内を上昇して貯溜器１１下
部から、第３の副絞り装置１９を通過し、電磁弁
２０を通過して主回路側と合流するものとに分れ
る。この時副絞り装置１８と第３の副絞り装置１
９は、第３の副絞り装置１９を抵抗小にしておけ
ばより精留作用の停止を確実にできるものであ
る。この時、分離回路の圧力は、主回路の高圧あ
るいはそれより若干低い値ぐらいに維持されてお
り、それ故加熱器１２で発生するガス以外は全て
液冷媒で満された状態となり、中間圧力にする時
のような冷媒量の大きな変動はなく、主回路側冷
媒量を適当な値に維持できるものである。また精
留作用を行なわせて主回路を高沸点リツチとした
場合、主回路側が低沸点リツチの場合より、主回
路に必要な最適冷媒量は減少するが、その分の調
整は貯溜器１１内に低沸点成分を貯溜する事によ
り、その密度差に比例して冷媒貯溜量を増加させ
る事で、調整が可能となるものである。また中間
圧力の場合には圧力の少しの変動で発生ガス量が
大きく変わり、分離器１０内に入るガス量自身も
大きく変わり、それ故精留作用が不安定となり主
回路側濃度が変動するという問題点があつたが、
本発明によれば、加熱量を固定しておけば、加熱
器１２で発生するガス量の変動は小さく、安定し
た精留が行なえるものである。

また精留作用を停止して主回路濃度を冷媒封入
時の状態に戻す時には、前述したように単に電磁
弁２０を開放する事により加熱冷却を入れた状態
でも、分離器１０に入つた冷媒の一部が分離器１
０内を上昇して流れ、精留作用を行なう時の分離
器１０上部から下部への液降下を阻止し、確実に
精留作用が停止するものであるが、本発明では高
圧液冷媒を加熱器１２に流入させているために、
精留作用停止時に加熱を停止するだけでも、分離
器１０に入る中間圧力の時に発生していたような
ガス成分がなくそれ故、分離器１０内での精留を
停止させる事ができる。このような場合、本実施
例で構成している第３の絞り装置１９、電磁弁２
０，２１等によつて構成される構成要素は除く事
ができる。

冷房時は暖房時と逆の図の破線で示す冷媒流れ
となり、精留あり、なしの動作は暖房時と同様で
あるので説明は省く。

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溜する
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、分離器内圧力を冷暖房時共高圧に維持す
るように、凝縮器出口から逆止弁、絞りの並列回
路のうち逆止弁を通過して加熱器に入り、分離器
からの冷媒は、主回路の低圧側に合流する逆止
弁、絞りの並列回路のうちの絞りを通過するよう
構成する事によつて、分離器と主回路側の冷媒量
を安定に維持できるとともに、安定な精留が確保
される。また精留停止には、加熱を停止するだけ
でも精留を停止することも可能となるなど、能
力、EERを確保しながら、安定した冷凍サイク
ルを形成できるという多大の効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非共沸混合冷媒を用いた熱ポ
ンプ装置の実施例を示す原理図、第２図は従来の
非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置の実施例を
示す原理図である。 １……圧縮機、３……負荷側熱交換器、４……
主絞り装置、５……熱源側熱交換器、１０……分
離器、１１……貯溜器、１２……加熱器、１３…
…冷却器、１５，１６……逆止弁、１７，１８…
…副絞り装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少くとも圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、
   主絞り装置、熱源側熱交換器、アキユムレータを
   環状接続した主回路と、充填塔、塔頂冷却器、塔
   頂貯溜器、塔底加熱器を備えた分離器回路とを、
   暖房時凝縮器となる負荷側熱交換器出口の高圧液
   冷媒、および冷房時凝縮器となる熱源側熱交換器
   の高圧液冷媒から分岐して、それぞれ分離器側に
   しか流れない逆止弁と、副絞り装置の並列回路と
   で接続するとともに非共沸混合冷媒を封入したこ
   とを特徴とする熱ポンプ装置。