JPH0264363A - 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は凝縮型、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
入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ＯＦＦすることにより、貯留器８
は余剰冷媒を単に貯留し、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ＯＮすると、
貯留器８内部の冷媒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を経由して液冷媒が供給され、精留分離器５内部
で気液接触により精留作用が起こり、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冨んだ封入Ｘ■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冨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 しかしながら、上記のようなヒートポンプ装置では、精
留分離器が高圧側配管に直接接続されているため、精留
分離器への液冷媒の供給が多くなり過ぎ、そのため、十
分な精留作用が行えず、組成分離が不十分で主回路の冷
媒の組成可変中を十分大きくすることができなくなると
いった欠点があった。

本発明のヒートポンプ装置は、減圧器と気液分離器を介
して精留分離器を主回路に接続するこ七により、精留分
離を行なう際に、精留分離器への液冷媒の供給が適正と
なり、十分な精留作用により組成分離を行なうことがで
き、主回路の冷媒の組成可変中を十分大きくすることが
できるヒートポンプサイクル構成を提供するものである
。

課題を解決するための手段 本発明のヒートポンプ装置は、気液分離器の第１入口お
よび下部出口を、精留分離器の上部にそれぞれ接続し、
前記気液分離器の第２入口は第１減圧器を介して主回路
の高圧側配管に接続し、さらに、前記気液分離器の上部
出口は第２減圧器を介して主回路の低圧側配管に接続し
、前記精留分離器の下部に貯留器を設けたことを特徴と
するものである。

さらに、気液分離器の第１入口および下部出口を、精留
分離器の上部にそれぞれ接続し、前記気液分離器の第２
入口は絞り装置と並列に接続された第１減圧器と第２減
圧器の中間に接続し、さらに、前記気液分離器の上部出
口は第３減圧器を介して主回路の低圧側配管に接続し、
前記精留分離器の下部に貯留器を設けたことを特徴とす
るものである。

作用 本発明は上記した構成により、分Ｎｌありモードにおい
ては、加熱ヒーターにより、中間圧力となっている貯留
器内部の冷媒中主に低沸点冷媒が気化され、精留分離器
内部を上昇する。このとき高圧側配管である凝縮器とな
る熱交換器の出口からは、減圧器を介して気液分離器で
分離された液冷媒のみが供給され、精留分離器内部で気
液接触により精留作用が起こり、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。一方上昇した低沸点冷媒に富ん
だ気体は、精留分離器上部より前記気液分離器を介して
、減圧器を経て、低圧側配管である蒸発器となる熱交換
器の入口側に導かれる。このように精留分離器には、気
液分離器で分離されることにより高沸点冷媒の濃度の高
まった液冷媒のみが適正量供給されることになり、精留
分離器の性能を十分に活かした分離作用を行なうことが
でき、主回路の冷媒の組成可変中を十分大きくすること
ができるものである。また、分離なしモードの時には、
加熱ヒーターをＯＦＦ’することにより、封入された混
合冷媒の組成のままで運転できるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明のヒートポンプ装置の一実施例であり、
１１は圧縮機、１２は凝縮器、１３は絞り装置、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は気液分離器であり、その第１入
口および下部出口を、充填材を充填した精留分離器１６
の上部にそれぞれ接続し、また気液分離器１５の第２入
口は第１減圧器１７を介して凝縮器１２と絞り装置１３
の間の高圧側配管に接続し、さらに、気液分離器１５の
上部出口は第２減圧器１８を介して蒸発器１４と圧縮機
１１の間の低圧側配管に接続すると共に、精留分離器１
８の下部には加熱ヒーター１９を内蔵した貯留器２０を
設け、この貯留器２０は開閉弁２１および第３減圧器２
２を介して絞り装置１３と蒸発器１４の間の配管に接続
された構成となっている。

このようなヒートポンプ装置において非共ｉ弗混合冷媒
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１９をＯＦ　Ｆ　Ｌ
、開閉弁２１を開放することにより、第１減圧器１７、
気液分離器１５、精留分離器１６を介して貯留器２０に
は余剰冷媒が貯留され、一部は開閉弁２１、第３減圧器
２２を経由して蒸発器工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。次に分離ありモードで
は、加熱ヒーター１９をＯＮし、開閉弁２１を閉止する
ことにより、貯留器２０内部の冷媒中主に低沸点冷媒が
気化され、精留分離器１６内部を上昇する。このとき凝
縮器１２出口からは液冷媒が第１減圧器１７で減圧され
気液二相の状態で、気液分離器１５の第２入口から入り
、ここで気液分離されて下部出口より液冷媒のみが精留
骨ｊｆｆ５１６上部に適正量供給され、精留分離器１６
内部で十分な気液接触により精留作用が起こり一１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２０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
した低沸点冷媒に富んだ気体は気液分離器１５に第１入
口より入り、ここで第２入口より供給され気液分離され
た気体冷媒と混合されたのち、第２減圧器１８を介して
圧縮機１１の吸入側に導かれる。このようにして主回路
は低沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できるもの
である。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター１９を
ＯＦＦし、開閉弁２１を開放すると、貯留器２０内の高
沸点冷媒を開閉弁２１、第３減圧器２２を介して、主回
路を流れる低沸点冷媒の富んだ混合冷媒に強制的に混入
させることができ、短時間で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となるものである。

また、開閉弁２１および第３減圧器２２を設けない場合
にも、貯留器２０内の高沸点冷媒が主回路を流れる低沸
点冷媒の富んだ混合冷媒に自然に拡散混入して、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と
なるものである。

なお、加熱ヒーター１９の代わりに圧縮機１１の吐出配
管等ヒートポンプサイクル中の高温熱源を用いてもよい
ことはもちろんのことであり、さらに、本発明において
は、精留分離器１６が中間圧力となるよう第１減圧器１
７を介して主回路に接続したため、精留分離を行なう際
には、中間温度の熱源、例えば凝縮器出口の液冷媒の顕
熱などを有効に利用できるものである。

第２図は本発明のヒートポンプ装置の他の実施例の構成
図であり、２３は圧縮機、２４は四方弁、２５は利用側
熱交換器、２θは絞り装置、２７は熱源側熱交換器であ
り、これらを配管接続することにより主ヒートポンプ回
路を構成している。２８は気液分離器であり、その第１
入口および下部出口を、精留分離器２９の上部にそれぞ
れ接続し、また気液分離器２８の第２入口は絞り装置２
６と並列に接続された第１減圧器３０と第２減圧器３１
の中間ｌこ接続し、さらに、気液分離器２８の上部出口
は第３減圧器３２を介して四方弁２４と圧縮機２３の吸
入側の間の低圧側配管に接続すると共に、精留分離器２
９の下部には加熱ヒーター３３を内蔵した貯留器３４を
設け、この貯留器３４は開閉弁３５および第４減圧器３
Ｂを介して絞り装置２６と熱源側熱交換器２７の間の配
管に接続された構成となっている。

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３３をＯＦ　Ｆ　ｔ、
、開閉弁３５を開放することにより、加熱運転時には、
利用側熱交換器２Ｓで凝縮された冷媒の一部が分流され
、絞り装置２６と並列に接続された第１減圧器３０１　
第２減圧器３１を介して蒸発器となる熱源側熱交換器２
７に流入すると共に、第１″ｔ４圧器３０をでた冷媒の
一部は気液分離器２８に入り、液冷媒は下部出口より精
留分離器２９、貯留器３４、開閉弁３５、第４減圧器３
６を介して蒸発器となる熱源側熱交換器２７に流入する
。また、気体冷媒は上部出口より第３減圧器３２を介し
て圧縮機２３の吸入側に導かれる。この時、貯留器３４
には中間圧力の余剰冷媒が貯留されるが、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。また、冷却運転時にも同様に、熱源
側熱交換器２７で凝縮された冷媒の一部が分流され、絞
り装置２６と並列に接続された第２減圧器３１、第１減
圧器３０を介して蒸発器となる利用側熱交換器２５に流
入すると共に、一部の冷媒は第４ｇ圧器３６、開閉弁３
５、貯留器３４、精留分離器２９、気液分離器２８、第
１減圧器３０を介して蒸発器となる利用側熱交換器２５
に流入し、貯留器３４には中間圧力の余剰冷媒が貯留さ
れ、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。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター３
３をＯＮし、開閉弁３５を閉じることにより、加熱ヒー
ター３３により中間圧力になっている貯留器３４内部の
冷媒中主に低沸点冷媒が気化され、精留分離器２９内部
を上昇する。このとき利用側熱交換器２５出口からは液
冷媒が第１減圧器３０で減圧され気液二相の状態で、気
液分離器２８の第２入口から入り、ここで気液分離され
て下部出口より液冷媒のみが精留分Ｉ１ｇ器２９上部に
適正量供給され、精留分離器２９内部で気液接触により
精留作用が起こり、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３４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。一方上昇した低沸点冷媒に富んだ気体冷
媒は、気液分離器２８に第１入口より入り、ここで第２
入口より供給され気液分離された気体冷媒と混合された
のち、第３減圧器３２を介して圧縮機２３の吸入側に導
かれる。このようにして主回路は低沸点冷媒の富んだ混
合冷媒の組成で運転できるものである。

また、冷却運転時の分離ありモードでも、加熱ヒーター
３３をＯＮし、開閉弁３５を閉じることにより、加熱ヒ
ーター３３により中間圧力になっている貯留器３４内部
の冷媒中主に低沸点冷媒が気化され、精留分難器２９内
部を上昇する。このとき熱源側熱交換器２７出口からは
液冷媒が第２減圧器３１で減圧され気液二相の状態で、
気液分離器２８の第２入口から入り、ここで気液分離さ
れて下部出口より液冷媒のみが精留分離器２９上部に適
正量供給され、精留分離器２９内部で気液接触により精
留作用が起こり、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３４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。

方上昇した低沸点冷媒に富んだ気体冷媒は、気液分離器
２８に第１入口より入り、ここで第２入口より供給され
気液分離された気体冷媒と混合されたのち、第３減圧器
３２を介して圧縮機２３の吸入側に導かれる。このよう
にして主回路は低沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運
転できるものである。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター３３を
０ＦＦＬ、開閉弁３５を開放すると、貯留器３４内の高
沸点冷媒を開閉弁３５、第４減圧器３６を介して、主回
路を流れる低沸点冷媒の富んだ混合冷媒に強制的に混入
させることができ、短時間で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となるものである。

また、開閉弁３５および第４減圧器３θを設けない場合
にも、貯留器３４内の高沸点冷媒が主回路を流れる低沸
点冷媒の富んだ混合冷媒に自然に拡散混入して、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と
なるものである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明のヒートポンプ
装置は、気液分離器の第１入口および下部出口を、精留
分離器の上部にそれぞれ接続し、前記気液分離器の第２
入口は第１減圧器を介して主回路の高圧側配管に接続し
、さらに、前記気液分離器の上部出口は第２減圧器を介
して主回路の低圧側配管に接続すると共に、前記精留分
離器の下部に貯留器を設けたことを特徴とする構成であ
るから、精留分離を行なう際に、精留分離器には気液分
離器で分離されることにより高沸点冷媒の濃度の高まっ
た液冷媒のみが適正量供給されることになり、精留分離
器の性能を十分に活かした分離作用を行なうことができ
、主回路の冷媒の組成可変中を十分大きくすることがで
きるものである。

また、精留分離器が中間圧力となるよう第１減圧器を介
して主回路に接続したため、精留分離を行なう際には、
中間温度の熱源、例えば凝縮器出口の液冷媒の顕熱など
を有効に利用できるものであさらに、精留分離器の下部
に設けた貯留器を開閉弁を介して、主回路に接続するこ
とにより、分目ｔありモードの運転から分離なしモード
の運転に切り換える際に、開閉弁の操作により、貯留器
内に貯留された高沸点冷媒を主回路を流れる低沸点冷媒
の富んだ混合冷媒に強制的に混入させることができ、短
時間で主回路を封入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合
冷媒の組成に戻すことができるものである。

さらに、本発明のヒートポンプ装置は、気液分離器の第
１入口および下部出口を、精留分離器の上部にそれぞれ
接続し、前記気液分離器の第２入口は絞り装置と並列に
接続された第１減圧器と第２減圧器の中間に接続し、さ
らに、前記気液分離器の上部出口は第３減圧器を介して
主回路の低圧側配管に接続すると共に、前記精留分離器
の下部に貯留器を設けたことを特徴とする構成であるか
ら、加熱運転時のみならず、冷却運転時にも精留分離を
行なう際に精留分離器には気液分離器で分離されること
により高沸点冷媒の濃度の高まった液冷媒のみが適正量
供給されることになり、精留分離器の性能を十分に活か
した分離作用を行なうことができ、主回路の冷媒の組成
可変中を十分大きくすることができるものである。これ
により、加熱運転時には、高温が必要な場合には高沸点
冷媒の富んだ封入組成のまま運転し、高能力が必要な場
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
ることが可能であり、また、冷却運転時には、高能力が
必要な場合には冷却能力の高い低沸点冷媒の富んだ組成
で運転し、冷却負荷が小さく能力をセーブする必要のあ
る時には高沸点冷媒の富んだ封入組成のまま運転するこ
とができる等、実用上多大な効果を発揮するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のヒートポンプ装置の構成図
、第２図は本発明の他の実施例の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。 １１．２３・・・・圧縮機、１２・・・・凝縮器、１３
、２６・・・・絞り装置、１４・・・・蒸発器、１５．
２８・・・・気液分離器、１６．２９・・・・精留分離
器、２４・・・・四方弁、２５・・・・利用側熱交換器
、２７・・・・熱源側熱交換器 代理人の氏名　弁理士　栗野重孝　ばか１名第１図 ／／　−一 ／３−− ／４−− ／６−− ／乙−− ２ノー− 万覇機・ 漠す宅羞 較り　我１ 箔発巻 ％、渣倉葡羞 ″ＳＶ分脅基 貯ｗ］ｋ Ｖ１閉升

Claims (4)

【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、絞り
   装置、蒸発器を順に配管にて接続して主回路を構成し、
   気液分離器の第１入口および下部出口を、精留分離器の
   上部にそれぞれ接続し、前記気液分離器の第２入口は第
   １減圧器を介して主回路の高圧側配管に接続し、さらに
   、前記気液分離器の上部出口は第２減圧器を介して主回
   路の低圧側配管に接続し、前記精留分離器の下部に貯留
   器を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. （２）精留分離器の下部に設けた貯留器を、開閉弁を介
   して主回路に接続したことを特徴とする請求項１記載の
   ヒートポンプ装置。
3. （３）非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、利用
   側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を順に配管にて
   接続して主ヒートポンプ回路を構成し、気液分離器の第
   １入口および下部出口を、精留分離器の上部にそれぞれ
   接続し、前記気液分離器の第２入口は絞り装置と並列に
   接続された第１減圧器と第２減圧器の中間に接続し、さ
   らに、前記気液分離器の上部出口は第３減圧器を介して
   主回路の低圧側配管に接続し、前記精留分離器の下部に
   貯留器を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
4. （４）精留分離器の下部に設けた貯留器を開閉弁を介し
   て、主回路に接続したことを特徴とする請求項２記載の
   ヒートポンプ装置。