JPH0533886Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は圧縮冷凍サイクルを実施し、もしく
は圧縮した冷媒の放熱によつて加熱を行なう圧縮
式ヒートポンプに関するものである。

従来の技術 第４図は逆カルノーサイクルを行なうヒートポ
ンプの略図であつて、圧縮機１によつて冷媒を加
圧圧縮し、これを凝縮器２に導いて放熱液化し、
その冷媒液を受液器３に一旦貯留した後、膨張弁
４において断熱膨張させ、さらに蒸発器５におい
て外部から熱を吸収させて冷媒を蒸発させ、冷媒
ガスを再度圧縮機１に導入する構成である。この
サイクルの圧力−エンタルピ線図（Ｐ−ｉ線図）
は第５図の通りであり、エンタルピがi₁の状態の
冷媒が圧縮機によつて加圧圧縮されてi₂の状態に
なり、ついで圧力一定のまま液化してi₃状態にな
り、しかる後膨張弁において断熱膨張してi₄の状
態に至り、そして蒸発器で吸熱することによりi₁
の状態に戻る。このようなサイクルに基づく冷凍
を行なつた場合の成績係数（COP）εは、 ε＝（i₁−i₄）／（i₂−i₁） となる。ここで成績係数は冷凍量と圧縮機による
仕事当量との比であるから、成績係数が大きいほ
ど効率が良いことは周知の通りである。したがつ
て冷凍効率を向上するために成績係数を大きくす
るには、圧縮機の吸入側のエンタルピi₁を大きく
し、また断熱膨張直前のエンタルピi₃を小さくす
ればよいのであり、従来このような目的をもつ
て、凝縮器の出口側の管路と圧縮機の吸入側の管
路とを接近させて配置するとともに、両者の管路
の間に熱交換器を設けて冷媒液の有する熱を冷媒
ガスに与えるよう構成することも行なわれてい
る。

しかるに凝縮器の出口側の管路における冷媒液
の有する熱を、圧縮機に吸入される冷媒ガスに与
えれば、冷媒液が過冷却状態になり、また冷媒ガ
スが過熱蒸気となるので効率の向上を図ることが
できるが、従来一般には、冷媒同士の間での熱交
換をシエルチユーブタイプの熱交換器によつて行
なつていたから、管路を複雑に湾曲させて配管し
なければならないうえに、管路全体としての圧力
損失が大きくなつて効率の低下を招き、さらに設
備全体として複雑化しかつ高価になる問題があつ
た。

ところで実開昭50−158254号においては、前述
のような圧縮式ヒートポンプにおいて、圧縮機の
吸入口と蒸発器の出口部との間の管路と、凝縮器
の出口部と膨張弁との間の管路をヒートパイプに
よつて連結して、凝縮器の出口側の管路の冷媒液
の熱を、圧縮機の吸入側の管路の冷媒ガスに与え
るように構成した装置が提案されている。

考案が解決しようとする問題点 前述の実開昭50−158254号の装置の場合、ヒー
トパイプの両端部外周上に放熱・吸熱フインを設
け、その外側を取囲むように冷媒液もしくは冷媒
ガスが導入される管路を形成している。しかしな
がら、このようにヒートパイプの外周上にフイン
を設け、さらにその外側に冷媒液や冷媒ガスを導
く構成では、冷媒液、冷媒ガスの流れに対して大
きな抵抗が生じて、圧力損失が著しく大きくなる
という問題がある。

この考案は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、熱効率を向上させることができると同時に構
成が簡単で安価であり、しかも管路での圧力損失
の少ない圧縮式ヒートポンプを提供することを目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 この考案は、上記の目的を達成するために、冷
媒を圧縮機によつて加圧圧縮するとともに、その
冷媒を凝縮器を経て放熱液化し、さらに膨張弁を
介して冷媒を断熱膨張させるとともに蒸発器にて
吸熱させる圧縮式ヒートポンプにおいて、非凝縮
性ガスを完全排気した密閉容器内に凝縮性流体を
作動流体として封入してなる伝熱管の両端部をそ
れぞれ中空円筒状のジヤケツト構造とし、その伝
熱管の一方の端部のジヤケツト構造に、前記圧縮
機の吸入口と蒸発器の出口部との間の管路の一部
を密着状態で挿通させ、伝熱管の他方の端部のジ
ヤケツト構造に、前記凝縮器の出口部と膨張弁と
の間の管路の一部を密着状態で挿通させ、これに
よつて前記各管路間を伝熱管によつて連結して、
前記各管路内の冷媒同士で熱授受を行わせるよう
構成したことを特徴とするものである。

作 用 この考案のヒートポンプにおいても、冷媒は圧
縮機によつて圧縮された後、凝縮器において放熱
して液化し、また膨張弁を通過して断熱膨張する
とともに、蒸発器において外部から熱を吸収して
ガス化する。凝縮器を通過した冷媒は放熱するこ
とにより飽和液となつており、また蒸発器を通過
した冷媒は湿り蒸気もしくは飽和蒸気となつてい
るが、この考案では、伝熱管特にその内部の作動
流体により、凝縮器を通過して未だに温度がある
程度高い状態の冷媒液の有する熱を、蒸発器を通
過して温度の低下している冷媒ガスに与えるか
ら、圧縮機に吸入される冷媒ガスは過熱蒸気とな
り、また膨張弁の直前での冷媒は過冷却状態とな
る。その結果、蒸発器での吸熱量が大きくなつて
成績係数が大きくなり、熱効率が向上する。そし
てこの考案では、冷媒液と冷媒ガスとの間の熱交
換を伝熱管を介して行なうから、冷媒用管路の配
管が単純化され、ひいてはヒートポンプ全体とし
ての構成が簡単となり、かつ安価となる。

さらにこの考案のヒートポンプにおいては、伝
熱管の両端部が中空円筒状のジヤケツト構造とさ
れ、そのジヤケツト構造内に冷媒用管路の一部が
密着状態で挿通されるため、冷媒用管路を流れる
冷媒に対して伝熱管が抵抗となることがなく、そ
のため圧縮損失の発生も防止される。

実施例 以下、この考案の実施例を図面を参照して説明
する。

第１図はこの考案の一実施例を示す系統図であ
つて、圧縮機１の吐出口には、凝縮器２および受
液器３が順次接続されるとともに、その受液器３
には冷媒を断熱膨張させる膨張弁４が接続され、
さらに膨張弁４に続けた蒸発器５が接続され、蒸
発器５において蒸発した冷媒ガスを圧縮機１に供
給するよう構成されている。このような循環系路
のうち凝縮器２と膨張弁４との間の管路６には、
その内部の冷媒液に接触するよう伝熱管７の一端
部が接続されており、その伝熱管７の他方の端部
が前記蒸発器５と圧縮機１との間の管路８にその
内部の冷媒ガスに接触するよう接続されている。
この伝熱管７は、銅等の金属製密閉コルゲート管
の内部から空気等の非凝縮性のガスを完全に排気
した後にその内部に水などの凝縮性の流体を作動
流体として封入した構成であり、熱ダイオードす
なわちウイツクを有さないヒートパイプとして構
成されている。そして所謂ボトムヒートとなるよ
う膨張弁４の前段側の管路６に対する伝熱管７の
接続部より、蒸発器５の後段側の管路８に対する
伝熱管７の接続部が鉛直方向で高い位置に設定さ
れている。

ここで伝熱管７の各管路６，８に対する接続構
造の例を示せば、第２図の通りである。すなわち
伝熱管７の両端部は中空円筒状の所謂ジヤケツト
構造とされ、その端部に前記各管路６，８が密着
状態に挿入されて、各々の管壁を介して冷媒と作
動流体との間で熱交換を行なうよう構成されてい
る。このような接続構造とすることによつて、冷
媒の圧力損失の発生を防止することができる。

つぎに上記のヒートポンプの作用を第３図のＰ
−ｉ線図に基づいて説明する。

圧縮機１を起動すると冷媒が断熱的に圧縮され
てそのエンタルピがi₁′からi₂′に上昇し、その冷
媒は定圧状態で凝縮器２において放熱し液化す
る。液化した冷媒は一旦受液器３に溜められ、こ
うしてエンタルピがi₃′に低下した冷媒は膨張弁
４において断熱膨張することによりエンタルピが
i₄′になり、しかる後蒸発器５において外部から
熱を吸収しi₁′の状態に戻る。このような循環過
程において前記管路６内での冷媒の温度は管路８
内での冷媒の温度より高いから、しかも前記伝熱
管７は管路６側の端部が低くなるよう設置されて
いるから、伝熱管７内の作動流体は管路６内の冷
媒から熱を受けて蒸発し、その蒸気が管路８側の
端部に流れた後、管路８内の冷媒に熱を与えて凝
縮液化する。すなわち伝熱管７内の作動流体が熱
を輸送して管路６内の冷媒を冷却すると同時に管
路８内の冷媒を加熱する。その結果膨張弁４に流
入する冷媒には所定の過冷却度（i₃−i₃′）が与え
られ、また圧縮機１に吸入される冷媒には所定の
過熱度（i₁′−i₁）が与えられる。したがつて上記
のヒートポンプにおける成績係数ε′は、 ε′＝（i₁′−i₄′）／（i₂′−i₁′） となる。ここでi₁′＞i₁、i₂′＞i₂、i₄′＜i₄であるか
ら、 ε′＞ε となり、高い熱効率を得ることができる。

また上記のヒートポンプでは圧縮機１に吸入す
る冷媒を加熱することにより、その冷媒が気液混
合状態から過熱蒸気になるため、圧縮機１が液体
を吸入することに伴う過負荷運転を防止すること
ができる。

さらに上記のヒートポンプにおける冷媒同士の
熱交換を前述した伝熱管７を介して行なうから、
各管路６，８の間に距離があつても特に支障が生
じず、したがつて各管路６，８の系路を任意に設
定できるので、配管が錯綜するなどの不都合を解
消することができる。特に伝熱管７をコルゲート
管を用いた構成とすることにより、伝熱管に可撓
性を付与できるから、伝熱管７の布設が容易とな
る。

またさらに上記のヒートポンプは前記蒸発器５
により更に他の冷媒を冷却する場合に有効に機能
する。すなわちこのように場合、２次側の冷媒の
温度に応じて前記圧縮機１を起動停止させるが、
前記伝熱管７は作動流体の潜熱として熱の輸送伝
達を行なうものであつてその熱容量が小さいか
ら、所謂立ち上がりが良好であり、したがつて起
動直後における冷媒の気液混合状態を解消して圧
縮機１が冷媒液を吸入することを防止することが
できる。

なお、上記の実施例では熱ダイオードを伝熱管
として使用したが、この考案では通常のヒートパ
イプを伝熱管として使用することもできる。

考案の効果 以上説明したようにこの考案では、伝熱管特に
その内部の作動流体により、凝縮器を通過して未
だに温度がある程度高い状態の冷媒液の有する熱
を、蒸発器を通過して温度の低下している冷媒ガ
スに与えるから、圧縮機に吸入される冷媒ガスが
過熱蒸気となり、また膨張弁の直前での冷媒は過
冷却状態とり、その結果、蒸発器での吸熱量が大
きくなつて成績係数が大きくなり、熱効率が向上
する。またこの考案では、冷媒液と冷媒ガスとの
間の熱交換を伝熱管を介して行なうから、冷媒用
管路の配管が特に制約を受けずに単純化され、ひ
いてはヒートポンプ全体としての構成が簡単とな
り、かつ安価となるなどの実用上優れた効果を得
ることができるばかりでなく、伝熱管両端部の中
空円筒状のジヤケツト構造内に冷媒用管路が挿通
されるため、冷媒に対する圧力損失が生じること
がないという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す系統図、第
２図は各管路に対する伝熱管の接続構造を示す略
解図、第３図はこの考案に係るヒートポンプのＰ
−ｉ線図、第４図は従来の圧縮式ヒートポンプの
系統図、第５図はそのＰ−ｉ線図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、４……膨張弁、
５……蒸発器、６，８……管路、７……伝熱管。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 冷媒を圧縮機によつて加圧圧縮するとともに、
   その冷媒を凝縮器を経て放熱液化し、さらに膨張
   弁を介して冷媒を断熱膨張させるとともに蒸発器
   にて吸熱させる圧縮式ヒートポンプにおいて、 非凝縮性ガスを完全排気した密閉容器内に凝縮
   性流体を作動流体として封入してなる伝熱管の両
   端部をそれぞれ中空円筒状のジヤケツト構造と
   し、その伝熱管の一方の端部のジヤケツト構造
   に、前記圧縮機の吸入口と蒸発器の出口部との間
   の管路の一部を密着状態で挿通させ、伝熱管の他
   方の端部のジヤケツト構造に、前記凝縮器の出口
   部と膨張弁との間の管路の一部を密着状態で挿通
   させ、これによつて前記各管路間を伝熱管によつ
   て連結して、前記各管路内の冷媒同士で熱授受を
   行わせるよう構成したことを特徴とする圧縮式ヒ
   ートポンプ。