JPH0360031B2 - - 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。

従来の技術 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
る。

我々は先行発明として第２図の如き比較列を提
案している。第２図は非共沸混合冷媒を用いた熱
ポンプ装置を冷暖房装置として適用した実施例で
あり、圧縮機１、四方弁２、負荷側熱交換器３、
主絞り装置４、熱源側熱交換器５等を環状に接続
し、主サイクル回路を構成している。また主絞り
装置４のバイパスとして絞り装置６，７、逆止弁
８，９、充填材１０を充填した分離器１１、貯留
器１２等を連結した副サイクル回路を構成し、分
離器１１の下部には加熱器１３、上部には冷却器
１４を配置し、本実施例では加熱器１３の加熱用
熱源として圧縮機１からの吐出ガスを、電磁弁１
５を介したバイパス回路１６から導くことによつ
て構成している。また冷却器１４の冷却用熱源と
しては圧縮機１の吸入ガスを用いてもよいし（図
示せず）、低温の外気で冷却する如く構成しても
よく、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、高能力を得るためには、主サ
イクル回路を循環する冷媒組成として低沸点冷媒
を多く循環させることが知られており、電磁弁１
５を閉止することにより、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
→熱源側熱交換器５→四方弁２→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、逆止弁８→分離器１１下部→主絞り装置７→
熱源側熱交換器５と循環し余剰冷媒は貯留器１２
で貯留されることになるため、低沸点冷媒を含ん
だ混合冷媒により、負荷側熱交換器３において高
暖房能力を出力することが可能となる。

一方能力を低減させる場合には、電磁弁１５を
開放すると、圧縮機１からの吐出ガスの一部はバ
イパス回路１６を経由して加熱器１３内を流れる
ため、副サイクル回路を循環していた一部の混合
冷媒を加熱することになる。このとき非共沸混合
冷媒の性質として、より揮発性の高い低沸点冷媒
が気化され、分離器１１内を上昇し、冷却器１４
により凝縮液化され、貯留器１２の余剰冷媒と混
合し、一部は分離器１１内を流下還流してくる。
ここで分離器１１内部においては上昇するガス冷
媒の流下する液冷媒が微少な流速状態の中で充填
材１０により気液接触が促進され、いわゆる精留
作用により貯留器１２中では低沸点冷媒が濃縮さ
れ、分離器１１の下部に連結された主サイクル回
路は高沸点冷媒の濃度が高まることによつて、負
荷側熱交換器３において低暖房能力を実現するこ
とが可能となるものである。

なお暖房運転時は四方弁２を切換えることによ
り、主には圧縮機１→四方弁２→熱源側熱交換器
５→主絞り装置４→負荷側熱交換器３→四方弁２
→圧縮機１の順に循環し、一部は熱源側熱交換器
５からバイパスして、逆止弁９→分離器１１下部
→絞り装置６→負荷側熱交換器３と循環し、精留
作用による冷媒組成の可変手段は暖房運転時と同
じである。すなわち絞り装置６，７及び逆止弁
８，９は、本実施例では分離器１１を高圧に位置
させ凝縮器として作用する熱交換器からの高圧液
冷媒を分離器１１内に供給し、加熱器１３での気
化を促進するためのものであり、場合によつて分
離器１１を中間圧に位置させてもよい。

発明が解決しようとする問題点 上記比較例の如き熱ポンプ装置において、基本
的に冷媒の組成可変は可能となるものの、たとえ
ば以下の如き不具合点を生じる。たとえば暖房運
転起動時には高暖房能力を必要とするため、電磁
弁１５は閉止するものの、バイパス回路１６が周
囲温度により冷却されているため、圧縮機１から
の吐出ガスの一部がバイパス回路１６中に凝縮し
て溜り込み、このとき加熱器１３では放熱するた
め自然に精留作用が働いてしまい、所望の封入し
た冷媒組成と同じ組成が循環しない等の不具合点
を生じる。

またバイパス回路１６中が満液となり溜り込み
が停止状態になつたとしても、たとえば冷却器１
４を外気冷却で構成していると、凝縮器として作
用する熱交換器からバイパスして副サイクル回路
に流入する高圧又は中間圧の冷媒は未だ外気に比
べて比較的高温度であり、ガス成分を含んでいる
と、自然と精留作用が働くばかりでなく冷却源と
なる外気の変動により、主サイクル回路を循環す
る冷媒組成が安定しない等の不具合点があるもの
であつた。

本発明はかかる非共沸混合冷媒を用いた熱ポン
プ装置において、特に精留作用を停止する場合の
確実性を増し、主サイクル回路を循環する冷媒組
成を封入した冷媒組成と等しくなるための冷凍サ
イクルの改良に関するものである。

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、精留作用を停止する場合には分離器の上部の
貯留器の低圧配管と接続し分離器内部に強制的な
流れを構成することにより、確実な精留作用の停
止を実現するものである。

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、強制的な上昇流を実現する場合には流下液
冷媒の流れが阻害され、強制的な降下流を実現す
る場合には上昇ガス冷媒の流れが阻害され、分離
器内部での微少な流速状態での気液接触が停止さ
れるため、自然な精留作用が防止され、所望の冷
媒組成の確保が保証されるものである。

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１〜１４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、貯留器１２の下部等の分離器１１
の上部と連結された部分から、電磁弁１７を介し
て副サイクルのバイパス回路１８を構成したこと
に有するものである。なお本実施例では、加熱器
１３及び冷却器１４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直接導き、精留作用
の有無に関らず常に冷媒を流す如く構成している
ものである。

かかる熱ポンプ装置において、精留作用を働か
せることにより主サイクル回路中の高沸点冷媒の
濃度を高める場合には、電磁弁１７を閉止するこ
とにより第２図と同様の作用様態が実現されるも
のである。

本発明の特徴とする所は、たとえば暖房運転時
に精留作用を停止させる場合には、バイパス回路
１８中の電磁弁１７を開放すると、副サイクル回
路中の分離器１１上部及び貯留器１２がバイパス
回路１８を通じて、直接に低圧の熱源側熱交換器
５と接続されるため、副サイクル回路中の冷媒の
流れが主に逆止弁８→分離器１１→貯留器１２→
バイパス回路１８→絞り装置７→熱源側熱交換器
５の順に流れ、分離器１１中では高速な流速状態
５の順に流れ、分離器１１中では高速な流速状態
の上昇流が実現されるものである。従つて加熱器
１３で加熱し、冷却器１４で常に冷却していて
も、貯留器１２から分離器１１内に流下還流して
くる液冷媒の流れが阻害され、自然の精留作用を
停止させることが可能となるものである。また特
にバイパス回路１８の配管抵抗を小さく構成して
おくことによつて、負荷側熱交換器３から副サイ
クル回路にバイパスしてくる冷媒流量も若干増大
するため、精留作用時に必要となる加熱器１３の
微少な加熱量では低沸点冷媒を気化させることも
できなくなるものである。

次に冷房運転時に精留作用を停止させる場合に
は四方弁２を切換え、電磁弁１７を開放すると、
副サイクル回路中の冷媒の流れが主に逆止弁９→
バイパス回路１８→貯留器１２→分離器１１→絞
り装置６→負荷側熱交換器３の順に流れ、分離器
１１中では高速な流速状態の下降流が実現される
ものである。従つてこの場合にたとえ加熱器１３
で低沸点冷媒が気化され分離器１１中を上昇しよ
うとしても、その流れが阻害され、確実に精留作
用を停止させることが可能となるものである。

本実施例では、熱ポンプ装置の組成可変手段と
して精留作用を働かせる時に、分離器上部に配置
した貯留器中に低沸点冷媒を濃縮させる場合につ
いて説明したが、本発明はそれにこだわものでは
なく、たとえば分離器下部にも貯留器を配置し、
その貯留器に高沸点冷媒を濃縮させる冷媒サイク
ル（図示せず）を構成した様な場合も同様であ
り、要は分離器中の微少な流速状態で実現される
精留作用を確実に停止するために、加熱源や冷却
源の停止よりもむしろ分離器中に高速な流速状態
を実現させることにより停止させるものである。
たとえば第１図の電磁弁１７を下向きの逆止弁で
構成すると、暖房運転時は精留作用を停止し、冷
房運転時のみ精留作用を働かせることもでき、も
ちろん加熱源や冷却時の停止と組合せることは本
発明の範囲に含まれるものである。

また従来の技術の中で説明した様に、第１図の
逆止弁８，９を省略すれば分離器１１を中間圧に
位置させることができる。このとき暖房運転時に
は絞り装置６、冷房運転時には絞り装置７を経由
して精留作用のために必要なガスを発生しながら
冷媒が分離器１１に流入するため、加熱器１３を
省略することができる。

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
を用い副サイクル回路中の高圧又は中間圧の位置
に配置した分離器における精留作用により分離器
の上部の貯留器に低沸点冷媒を濃縮することによ
り主サイクル回路中の冷媒組成を可変する如く構
成すると共に、貯留器近傍と低圧配管を接続する
バイパス回路中にたとえば電磁弁を配置して冷媒
の流動を選択可能とした構成とする事により、電
磁弁を開放時には分離器内部では高速な流速状態
が形成され、加熱源や冷却源の有無にかかわらず
精留作用を確実に停止することができ、主サイク
ル回路の組成の制御性が高まり、ひいては能力制
御や性能改善を保証することが可能となるもので
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図は非共沸混合冷媒を用いた熱
ポンプ装置の比較例の原理図である。 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、１１……分
離器、１２……貯留器、１３……加熱器、１４…
…冷却器、１７……電磁弁、１８……バイパス回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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て主サイクル
   回路を構成し、前記主絞り装置をバイパスし、分
   離器、および分離器の上部に設けられた冷却器と
   貯留器より成る副サイクル回路を構成し、さらに
   前記貯留器を低圧配管と弁により接続したバイパ
   ス回路を構成し、非共沸混合冷媒を封入した熱ポ
   ンプ装置。