JPH0481708B2 - - 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すること
により能力制御や性能改善を行うことができ、
我々の先行発明になる特願昭60−116109号公報記
載のの熱ポンプ装置を、暖冷房装置として適用し
た第２図の実施例をもつて以下に説明する。

第２図において、１は圧縮機、２は四方弁、３
は暖房運転時凝縮器として作用する負荷側熱交換
器、４は絞り装置、５は暖房運転時蒸発器として
作用する熱源側熱交換器、６はアキユームレー
タ、７は暖冷房切換時に常に絞り装置４の入口側
が凝縮器出口側に位置する如く冷媒流路を構成す
るための逆止弁群であり、順次接続配管すること
により通常暖房運転時は実線矢印の如く主冷凍サ
イクルを構成している。次に８は精留器であり、
内部には充填材９を充填すると共に、底部には加
熱源１を設けている。本実施例では加熱源１０
は、電磁弁１１を介した分岐吐出ガス配管１２か
ら構成されており、四方弁２の吐出側に接続され
ている。また精留器８の頂部は、冷却源１３を設
けた低沸点冷媒循環回路が構成されており、一部
が貯留される様になつている。ここで冷却源１１
は別設の冷却装置や、特に暖房低負荷時のみ精留
器８を運転させる場合には蒸発器として作用する
熱源側熱交換器５の入口又は出口配管や低温の外
気で冷却する如く構成してもよい。さらに精留器
８の底部は電磁弁１４を介した配管１５により、
絞り装置４と並列に凝縮器出口側に接続されてお
り、絞り装置４の上流側で圧力損失のほとんどな
い位置に再び配管１６により精留器８の底部と接
続されている。電磁弁１４は加熱源１０が停止し
た状態で配管１５，１６を通じた冷媒の微少な流
動を閉止させるためのものである。

かかる構成になるヒートポンプ装置において、
特に暖房運転時の負荷に対する能力制御の様態を
以下に説明する。非共沸混合冷媒を封入した第２
図のヒートポンプ装置において、通常暖房運転時
は、電磁弁１１及び１４を閉止しておくと、加熱
源１０は起動しないばかりか、精留器８は配管１
６により連通した単なる過剰冷媒の液留めとして
存在し、主冷凍サイクルには封入した非共沸混合
冷媒とほぼ同等濃度の冷媒が循環し、暖房運転が
行なわれるものである。

次に外気温が上昇し低負荷暖房運転を行う場合
には、電磁弁１１及び１４を開放すると、分岐吐
出ガス配管１２を経由して流入する圧縮機１の高
温吐出ガスにより加熱源１０が起動され、精留器
８の底部に貯つた液冷媒の内、主に低沸点冷媒が
蒸発せられ、頂部の冷却源１３を介した低沸点冷
媒循環回路から流下してくる液状の混合冷媒と充
填材９を介して向流接触し、精留器８の頂部では
低沸点冷媒が、底部では高沸点冷媒が濃縮され
る。ここで電磁弁１４は開放されており、配管１
５、１６と共に主冷凍サイクルが、精留器８の底
部の高沸点冷媒循環回路を構成することとなり、
主冷凍サイクル中の混合冷媒が電磁弁１４を経由
して精留器８の底部に流入し、逆に底部に濃縮さ
れた高沸点冷媒は主冷凍サイクル中を低圧まで循
環する冷媒に誘引されて流出するため、主冷凍サ
イクルを循環する冷媒は、徐々に高沸点冷媒の濃
度が増大するものである。この作用態様は第２図
の破線矢印で示されている。従つて高沸点成分が
多くなる程ガス比容積が増大するため、圧縮機１
での冷媒循環量が減少して、能力低減が実現され
るものである。

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。精留作用は主冷
凍サイクルから配管１５を通して供給される冷媒
中の低沸点冷媒を精留器８の頂部に循環し、底部
で濃縮される高沸点冷媒は配管１６を通して主冷
凍サイクル中の冷媒と混合するものであるが、配
管１５，１６の分岐流量は基本的に配管抵抗によ
つて決るため主冷凍サイクル中の絞り装置４の開
度調節によつて大いに左右され所望の分離性能が
得られない等の不具合点を生じる。

また配管１５，１６と主冷凍サイクルとの接続
のし方によつては、精留器８の底部で循環された
高沸点冷媒が誘引されず、新たな冷媒の供給がな
いため精留作用が停止する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、精留作用の確実性を増し、組成
の制御性を向上す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、分離器下部を主サイクル回路の主絞り装置を
バイパスとして、凝縮器出口および絞り装置を介
して蒸発器入口と接続し、分離器上部に冷却器・
貯留器を連結した循環回路を構成し、確実な精留
作用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、分離器側への分岐流量は分離器と蒸発器入
口の間に介した絞り装置の配管抵抗によつてほぼ
規定されるため、主サイクル回路の主絞り装置の
開度調節によつても大きく変動せず確実な精留作
用が実現され、分離器で濃縮された冷媒はそのま
ま絞り装置を介して低圧配管となる蒸発器入口に
流出するためすみやかな組成可変が保証されるも
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図においては、圧縮機３１、四方弁３２、
負荷側熱交換器３３、主絞り装置３４、熱源側熱
交換器３５等を還状に接続し、主サイクル回路を
構成している。また主絞り装置３４のバイパスと
して絞り装置３６，３７、逆止弁３８，３９、充
填材４０を充填した分離器４１、貯留器４２等を
連結した副サイクル回路を構成し、分離器４１の
下部には加熱器４３、上部には冷却器４４を配置
し、本実施例では加熱器４３の加熱用熱源として
圧縮機３１からの吐出ガスを、電磁弁４５を介し
てバイパス回路４６から導くことによつて構成し
ている。また冷却器４４の冷却用熱源としては、
圧縮機３１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態様を暖房運転時を
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４
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
３１→四方弁３２→負荷側熱交換器３３→主絞り
装置３４→熱源側熱交換器３５→四方弁３２→圧
縮機３１の順に循環し、一部は凝縮器となる負荷
側熱交換器３３からバイパスして、逆止弁３８→
分離器４１下部→絞り装置３７→熱源側熱交換器
３５と循環し余剰冷媒は貯留器４２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、凝縮器となる負荷側熱交換器３３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４５を
開放すると、圧縮機３１からの吐出ガスの一部は
バイパス回路４６を経由して加熱器４３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４１内を上昇し、冷却器４
４により凝縮液化され、貯留器４２内の余剰冷媒
と混合し、一部は分離器４１内を流下還流してく
る。ここで分離器４１内部においては上昇するガ
ス冷媒と流下する液冷媒が微少な流速状態の中で
充填材４０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４２中では低沸点冷媒が濃
縮され、高沸点冷媒は分離器４１の下部に連結さ
れた絞り装置３７を経由して低圧配管となる熱源
側熱交換器３５に流出し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３３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。

なお冷房運転時は四方弁３２を切換えることに
より、主には圧縮機３１→四方弁３２→熱源側熱
交換器３５→主絞り装置３４→負荷側熱交換器３
３→四方弁３２→圧縮機３１の順に循環し、一部
は凝縮器となる熱源側熱交換器３５からバイパス
して、逆止弁３９→分離器４１下部→絞り装置３
６→負荷側熱交換器３３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３６，３７及び逆止弁３
８，３９は、本実施例では分離器４１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４１内に供給し、加熱器４３での
気化を促進するためのものであり、場合によつて
別の絞り装置を介して接続した分離器４１を中間
圧に位置させて、その絞り装置の減圧により低沸
点冷媒を気化させるようにしてもよい。

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、
分離器中での精留作用の確実性を増し、主サイク
ル回路の主絞り装置の開度調節によらず分離器側
への分岐流量の変動を押えるために、主絞り装置
をバイパスして凝縮器出口と接続された分離器を
再び蒸発器入口と絞り装置を介して接続するもの
であり、もちろんその他の加熱源や冷却源と組合
せることは本発明の範囲に含まれるものである。

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
を用い主サイクル回路の主絞り装置をバイパスし
て凝縮器出口及び絞り装置を介して蒸発器入口と
接続された分離器、分離器上部の循環回路に設け
た冷却器・貯留器等からなる副サイクル回路を構
成し高圧また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したものであるか
ら、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。 ３１……圧縮機、３３……負荷側熱交換器、３
４……主絞り装置、３５……熱源側熱交換器、３
６，３７……絞り装置、３８，３９……逆止弁、
４１……分離器、４２……貯留器。

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て凝
   縮器となる熱交換器出口と接続された分離器下部
   を、再び蒸発器となる熱交換器入口と絞り装置を
   介して接続し、前記分離器上部に冷却器・貯留器
   を連結した循環回路を構成し、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。