JPH0384367A - 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（よ　混合冷媒を用し＼　その組成分離により、
高沸点冷媒を貯留して作動混合冷媒の組成を可変するヒ
ートポンプ装置の改良に関すん従来の技術 最近　非共沸混合冷媒を用す＼　組成分離により高沸点
冷媒を貯留して組成を可変とすることによって、高効率
・高能力を実現しようとするヒートポンプ装置が提案さ
れている。

以下、高沸点冷媒を貯留して組成を可変とするヒートポ
ンプ装置について、第３図を用いて説明する。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の出口と、また減圧
器７を介して蒸発器４の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△　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（よ　開３− 閉弁９を閉止し加熱ヒーター１０を○Ｎ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、」二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に流入するた数　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（
よ　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 しかしながら、上記のようなヒートポンプ装置４ で（よ　組成を可変する際に精留作用を利用して０るた
碌　原理的に非共沸の混合冷媒に対してのみ適用可能で
あるといった欠点があった　また　精留作用を起こさせ
る際に加熱ヒーターや圧縮機の吐出配管等冷凍サイクル
中の高温熱源等による多量の熱エネルギーを必要とする
た△　組成を可変する場合のエネルギー効率が低くなる
といった欠点があった 本発明（よ　上述の課題に鑑みて試されたもので、あら
ゆる状態の混合冷媒に対して適用可能な組成可変方法を
有し　組成を可変する際に多量の熱エネルギーを必要と
しないヒートポンプ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歇　混合冷媒を封入し
　圧縮ａ　　凝縮器　絞り装置　蒸発器等を接続して主
回路を構成し　前記冷媒と分子集合体を生成可能な物質
を封入した容器を第１開閉弁を介して前記圧縮機・前記
凝縮器間または前記凝縮器・前記絞り装置間または前記
絞り装置・前記蒸発器間の配管に接続し　前記蒸発器・
前記圧縮機間の配管に第２開閉弁を介して接続上　前記
容器・前記蒸発器間の熱交換手段を有することを特徴と
するものである。また　本発明（よ　前記第１開閉弁と
前記容器との間に冷媒エジェクタを設け、前記容器と前
記冷媒エジェクタの吸引口とを接続したことを特徴とす
る。

作用 本発明は上述の構成によって、冷媒と化学物質との分子
集合体（特に化学物質が水の場合は気体水和物あるいは
クラスレートと呼ばれる）生成反応を利用して組成分離
を行なうことにより、原理的にあらゆる状態の混合冷媒
に対して適用可能とするものであり、また組成可変の際
に多量の熱エネルギーを必要とせず、組成可変時のエネ
ルギー効率の低下を減少さ＋ｉｌ　　さらに　分子集合
体生成あるいは分解反応時に生じる反応熱を利用するこ
とによって高効率・高能力を実現するヒートポンプ装置
を提供することを目的とするものである。

実施例 第１図は本発明の一実施例によ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　クロロジフルオロ
メタン（以下、Ｒ２２と記す。）と１．　１．　１．　
２−テトラフルオロエタン（以下、Ｒ１３４ａと記す。

）の混合物が封入されている。　１５は水が封入されて
いる容器であり、第１開閉弁１６を介して凝縮器１２と
絞り装置１３との間の配管に接続され　また　第２開閉
弁１７を介して蒸発器１４と圧縮機１１との間の配管に
接続されており、さらに　蒸発器１４と容器１５との間
の空間には熱交換器１８が設けられているといった構成
となっている。

な耘　本実施例においては混合冷媒としてＲ２２とＲ１
３４ａの混合物を用いている力交　これに限らすミ　い
わゆるフロン類の混合物等を使用してもよい。また　本
実施例においては冷媒と分子集合体を生成する物質とし
て水を用いている戟　これに限らず、炭化水素類　ニト
ロパラフィン類有機硫黄化合徴　アルコール類　フェノ
ール類アルデヒド類　エーテル販　ケトン類　有機酸類
アミン類　エステル類等のいわゆる有機溶媒やこれらの
混合機　さらには水とこれらとの混合物等を使用しても
よ（ｔ　さらに　本実施例においては蒸発器１４と容器
１５との間の熱交換手段として熱交換器が設けられてい
る力ｔ　これに限らす熱媒体等を用いて熱交換をおこな
ってもよす１このようなヒートポンプ装置において混合
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第１開閉弁１６を閉止し第２
開閉弁１７を開放とすることにより、容器１５への凝縮
器１２出口側からの冷媒の流入はなく、圧縮機１１人口
側と連通しているため容器１５内部の冷媒は圧縮機１１
人口側へ吸引され　これにより容器１５内部の水と冷媒
との水和反応の平衡４ｉ　　冷媒の水和物（以下、２ク
ラスレートと称する。）が水と冷媒とに分解する方へ移
動し　最終的に容器１５内部においてクラスレートを懲
戒していた冷媒はそのほとんどが主回路中に流出し主回
路は封入した状態にほぼ等しい混合冷媒の組成のまま運
転することとなる。この時、容器１５内部においてはク
ラスレートの分解反応による冷熱が発生し　熱交換器１
８を介して蒸発器１４での使用が可能となることにより
、利用する熱交換器が蒸発器１４の冷房モードも場合に
は得られる冷熱が増加するという利点があり、また　利
用する熱交換器が凝縮器Ｉ２の暖房モードの場合は比較
的温度の高い低温熱源を得ることによる高能力・高効率
化が可能となるものである。

次に　分離ありモードで（よ　第１開閉弁１６を開放し
第２開閉弁１７を閉止することにより、凝縮器１２で凝
縮された冷媒ζ戴　容器１５に流入し内部に封入しであ
る水との間の水和反応によりクラスレートを生威し　容
器１５内部に貯留される。

このａ　　Ｒ２２とＲ１３４ａとではＲ１３４ａの方が
圧倒的にクラスレートを生威しやすい冷媒であるた取　
その結果として主回路中を循環する冷媒を低沸点冷媒で
あるＲ２２に富んだものとする９− ことが可能となるものである。この時、容器１５内部に
おいてはクラスレートの生成反応による暖熱が発生する
力交　熱交換器１８を介して蒸発器１４で生ずる冷熱を
使用することによりより効率的なりラスレート生成が可
能となる。また　蒸発器１４に暖熱が与えられることに
よって、利用する熱交換器が凝縮器１２の暖房モードの
場合は高能力・高効率化が可能となる。さらに主回路が
低沸点冷媒であるＲ２２に富んだ組成となることにより
、利用する熱交換器が蒸発器１４の冷房モードの場合に
は高能力・高効率化が可能となるものである。

な叙　主回路の組成を元に戻すに番よ　第１開閉弁１６
を閉止し第２開閉弁１７を開放すればよく、このとき容
器１５への凝縮器１２出口側からの冷媒の流入はなく、
圧縮機１１人口側と連通しているため容器１５内部の冷
媒は圧縮機１１入口側へ吸引され　これにより容器１５
内部における水と冷媒との水和反応の平衡４１　　タラ
スレートが水と冷媒とに分解する方へ移動し　最終的に
容器１５０− 内部においてクラスレートを形成していた冷媒はそのほ
とんどが主回路中に流出し　主回路は封入した状態にほ
ぼ等しい混合冷媒の組成のまま運転することとなる。

また　本実施例においては容器１５ば　第１開閉弁１６
を介して凝縮器１２と絞り装置１３との間の配管に接続
されている力交　第１開閉弁１６介して絞り装置１３と
蒸発器１４との間の配管、または第１開閉弁１６を介し
て圧縮機１１と凝縮器１２との間の配管に接続してもよ
い。

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
国であり、第１図の実施例と同一の機能部品には同一番
号をイ」シ　　一部説明を省略する。

本実施例において（よ　容器１５と第１開閉弁１６との
間に冷媒エジェクタ１９を設（す、容器１５と冷媒エジ
ェクタ１９の吸引口とを接続した構成となっているた△
　分離ありモードの際第一開閉弁１６を通過した冷媒（
よ　冷媒エジェクタ１９において冷媒エジェクタ１９の
吸引口より吸引される容器１５内部の気体あるいは液体
と混合し　従１ って、常に冷媒と、冷媒と分子集合体を生成可能な物質
とをよく混合させたうえて容器１５内部へ導入すること
となるた歇　分子集合体生成反応を促進し　同時にこれ
による組成分離を促進することとなる。

このようなヒートポンプ装置において混合冷媒を封入し
　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第１開閉弁１６を閉止し第２
開閉弁１７を開放とすることにより、容器１５への凝縮
器１２出口側からの冷媒の流入はなく、圧縮機１１入口
側と連通しているため容器１５内部の冷媒は圧縮機１１
人口側へ吸引され　これにより容器１５内部の水と冷媒
との水和反応の平衡（上　クラスレートが水と冷媒とに
分解する方へ移動し　最終的に容器１５内部においてク
ラスレートを形成していた冷媒はそのほとんどが主回路
中に流出し　主回路は封入した状態にほぼ等しい混合冷
媒の組成のまま運転することとなる。この１線　　容器
１５内部においてはクラスレートの分解反応による冷熱
が発生し　熱交換器１８を介し２− て蒸発器１４での使用が可能となることにより、利用す
る熱交換器が蒸発器１４の冷房モードの場合には得られ
る冷熱が増加するという利点があり、ま瓢　利用する熱
交換器が凝縮器１２の暖房モードの場合は比較的温度の
高い低温熱源を得ることによる高能力・高効率化が可能
となるものである。

次に　分離ありモードで（よ　第１開閉弁１６を開放し
第２開閉弁１７を閉止することにより、凝縮器１２で凝
縮された冷媒（よ　容器１５に流入し内部に封入しであ
る水との間の水和反応によりクラスレートを生成し　容
器１５内部に貯留される。

この暇　Ｒ２２とＲ１３４ａとではＲ］３４ａの方が圧
倒的にクラスレートを生威しやすい冷媒であるたム　そ
の結果として主回路中を循環する冷媒を低沸点冷媒であ
るＲ２２に富んだものとすることが可能となるものであ
る。

この際に　第１開閉弁１６を通過した冷媒は冷媒エジェ
クタ１９において冷媒エジェクタ１９の吸引口より吸引
される容器１５内部の気体あるいは液体と混合し　従っ
て常に水と冷媒とをよく３− 混合させたうえで容器１５内部へ導入することとなるた
幽　クラスレート生成反応を促進し　同時にこれによる
組成分離を促進する。

また　この時、容器１５内部においてはクラスレートの
生成反応による暖熱が発生する力＜、熱交換器１８を介
して蒸発器１４で生ずる冷熱を使用することによりより
効率的なりラスレート生成が可能となる。さらに　蒸発
器１４に暖熱が与えられることによって、利用する熱交
換器が凝縮器１２の暖房モードの場合は高能力・高効率
化が可能となる。さらに主回路が低沸点冷媒であるＲ２
２に富んだ組成となることにより、利用する熱交換器が
蒸発器１４の冷房モード場合には高能力・高効率化が可
能となるものである。

な鍬　主回路の組成を元に戻すに（よ　第１開閉弁１６
を閉止し第２開閉弁１７を開放すればよく、このとき容
器１５への凝縮器１２出口側からの冷媒の流入はなく、
圧縮機１１人口側と連通しているため容器１５内部の冷
媒は圧縮機１１人口側へ吸引され　これにより容器１５
内部における水と４− 冷媒との水和反応の平衡（よ　クラスレートが水と冷媒
とに分解する方へ移動し　最終的に容器１５内部におい
てクラスレートを形成していた冷媒はそのほとんどが主
回路中に流出し　主回路は封入した状態にほぼ等しい混
合冷媒の組成のまま運転することとなる。

本実施例においては容器１５は　第１開閉弁１６を介し
て凝縮器１２と絞り装置１３との間の配管に接続されて
いる力丈　第１開閉弁１６を介して絞り装置１３と蒸発
器１４との間の配管、または第１開閉弁１６を介して圧
縮機１１と凝縮器１２との間の配管に接続してもよ鶏 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（よ　組成可変の際に多量の熱エネルギーを必要と
せず　組成可変時のエネルギー効率の低下を減少させる
ことが重　さらに分子集合体の生成・分解反応を伴って
発生する冷熱・暖熱を利用することによりヒートポンプ
装置自体の高能力・高効率化が可能となる。

５−

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の異なる実施例におけるヒ
ートポンプ装置の構成は　第３図は従来例のヒートポン
プ装置の構成図である。 １、１１・・、圧縮機、　２．１２・・凝縮器　３，１
３・・絞り装置　４．１４・・蒸発器　５・・精留分離
像　６・・配管、　７・・減圧凰　８・・貯留ａ　９・
・開閉弁、　１０・・加熱ヒーター、　１５・・容″ａ
、　１６・・第１開閉弁、　１７・・第２開閉弁、　１
８・・熱交換徴Ｉ９・・冷媒エジェクタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）混合冷媒を封入し、圧縮機、凝縮器、絞り装置、
   蒸発器等を接続して主回路を構成し、前記冷媒と分子集
   合体を生成可能な物質を封入した容器の一方を第１開閉
   弁を介して前記圧縮機・前記凝縮器間または前記凝縮器
   ・前記絞り装置間または前記絞り装置・前記蒸発器間の
   配管に接続し、他方を前記蒸発器・前記圧縮機間の配管
   に第２開閉弁を介して接続し、前記容器・前記蒸発器間
   の熱交換手段を有することを特徴とするヒートポンプ装
   置。
2. （２）第１開閉弁と容器との間に冷媒エジェクタを設け
   、前記容器と前記冷媒エジェクタの吸引口とを接続した
   請求項１記載のヒートポンプ装置。
3. （３）冷媒と分子集合体を生成可能な物質が少なくとも
   水を含む請求項１または２記載のヒートポンプ装置。
4. （４）混合冷媒がハロゲン化炭化水素の混合物、または
   少なくともクロロジフルオロメタンよりも高い標準沸点
   を有する物質を含む混合物、または少なくともクロロジ
   フルオロメタンとテトラフルオロエタンを含む混合物で
   あることを特徴とする請求項１、２または３記載のヒー
   トポンプ装置。