JPH06100389B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、混合冷媒を用いた冷凍装置に関するものであ
る。

従来の技術 混合冷媒を用いた冷凍装置は、そのサイクル内部を循環
する冷媒の組成比率を可変とすることにより、能力制御
や性能改善を行なうことができる。

従来、特に非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置のサイクル
内部を循環する冷媒組成を可変とする方式として、沸点
の違いを利用した精留分離方式が用いられている（例え
ば特開昭62-280556号公報）。

以下第６図を参照しながら、精留分離方式を用いた冷凍
装置の一例について説明する。

第６図は従来例を示す冷凍サイクル図である。

第６図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外熱
交換器、４は主回路用減圧器、５は室内熱交換器で環状
に接続されて主回路を構成している。また室外熱交換器
３と減圧器４の中間と、精留塔６の底部ともに加熱器７
を貫通し逆止弁８を介して接続するとともに加熱器７と
逆止弁８に並列に第一の減圧器９を設け、また逆止弁８
と精留塔６の底部との中間と冷凍貯留器10の底部とを電
磁開閉弁11を介して接続し、また室内熱交換器５と主回
路の減圧器４の中間と精留塔６の底部とを加熱器７を貫
通し逆止弁12を介して接続するとともに加熱器７と逆止
弁12に並列に減圧器13を設け、さらに精留塔６の頂部と
冷媒貯留器10の頂部とを冷却器14を貫通し、精留塔６の
頂部と冷媒貯留器10の底部とを接続している。なお本従
来例における冷媒は沸点差を有する２種類の冷媒からな
る非共沸混合冷媒を用いる。

以上のように構成された冷凍装置について、以下その動
作について説明する。

暖房運転時、室内温度センサーで検出した室内温度を設
定温度と比較し設定温度より低い場合、冷媒は第１図の
実線の矢印のように流れ、電磁開閉弁11はこの時開いて
いるため、冷媒貯留器10の中の冷媒組成は主回路と同じ
であり、高沸点成分と低沸点成分の混合した状態で高能
力が得られる。

一方、室内温度が上昇して設定温度より高くなると、電
磁開閉弁11が閉じて冷媒は点線の矢印のように流れる。
室内熱交換器５を出た過冷却のとれた冷媒の一部は、加
熱器７へ入り吐出ガスにより加熱されガス成分を発生さ
せて精留塔６へ入る。精留塔６に入った冷媒のガス成分
は塔中を上昇していき冷却器14に入り、ここで吸入ガス
により冷却液化され冷媒貯留器10に導かれ、その一部は
精留塔の頂部に還流され塔中を上昇してくるガス成分と
気液接触を行い物質移動および熱交換を行う。このサイ
クルを繰り返すことにより冷媒貯留器10の中の冷媒は低
沸点成分が多くなり主回路を流れる冷媒の組成は高沸点
成分が多い状態により低能力が得られる。

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構成では、以下のような課題
があった。

まず第１に本従来例では、低沸点冷媒を貯留することに
より、主回路の低沸点成分比率を低下させる場合につい
て述べたが、例えば暖房運転開始時の様に高暖房能力の
必要なときに高沸点冷媒をも貯留して主回路の冷媒組成
比率を広範囲に可変させるためには、分離器下部に貯留
器および加熱器を必要とするため構成が複雑になる。

第２に精留分離では精留塔を垂直にしなければならない
とか、貯留器と精留塔の高さに設置上の制限がある上、
沸点差を利用したものであるため、共沸混合冷媒等の沸
点の近いものについては使用できないなど精留分離特有
の問題点を有していた。

本発明は上記課題に鑑み、冷媒混合比率可変装置および
室内温度センサーを設け、室内温度と室内設定温度との
差により負荷を的確に検知し冷房、暖房運転において効
率よい能力制御が可能な冷凍装置を提供するものであ
る。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明は、圧縮機、凝縮器、
主絞り装置、蒸発器を環状に接続した主回路に複数種類
の冷媒を封入した冷凍サイクルにおいて、特定の種類の
冷媒の通過を容易とする機能膜を有する冷媒分離装置を
接続し、機能膜の透過側および非透過側の冷媒分離装置
を出た冷媒のいずれか一方を切り換え手段の切り換えに
より任意に貯留できる貯溜器と電磁開閉弁を設け透過
側、非透過側それぞれに減圧装置を介して主回路に接続
して冷媒組成比率可変サイクルを構成し、室内温度を検
出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温
度と室内設定温度にある値を加えた設定温度との大、小
を比較する第１の比較手段と、運転開始からの時間経過
を計測するタイマーと前記タイマーの計測値と設定時間
を比較する第２の比較手段と、前記第１の比較手段によ
り設定温度より小の場合で前記第２の比較手段により設
定時間より小の場合、前記切り換え手段を透過側が貯留
器に接続されるように切り換え、かつ前記電磁開閉弁を
閉じる第１の出力モードに、また前記第１の比較手段に
より設定温度より小の場合で前記第２の比較手段により
設定時間より大の場合、電磁開閉弁を開く第２の出力モ
ードに、また前記第１の比較手段により設定温度より大
の場合、前記切り換え手段を非透過側が貯留器に接続さ
れるように切り換え、かつ前記電磁開閉弁を閉じて第３
の出力モードに移行する移行手段と前記出力モードによ
り電磁開閉弁に電気信号を出力する出力手段を具備した
ものである。

作用 本発明は上記構成により、非共沸混合冷媒に限らず共沸
混合冷媒についても冷媒分離でき、冷暖房ともに負荷を
的確につかみ、必要負荷に応じて高沸点冷媒成分または
低沸点冷媒成分を分離し、冷媒混合比率を可変させるこ
とにより幅広い効率のよい能力制御運転を可能にすると
ともに分離回路の構成部品の取付設置上の制約の解消、
分離回路の小型化と簡素化を図ることができる。

実施例 以下、上記機能膜を用いた冷凍サイクルの実施例につい
て第１図、第２図を参考に説明する。

第１図に、冷媒として、R-22とR-13B1の非共沸混合冷媒
を用いた場合の一実施例を、第２図に機能膜を用いた冷
媒分離器（以下分離器という）の一実施例を示す。

第１図において、21は圧縮機、22は凝縮器、23は主絞り
装置、24は蒸発器で順次環状において接続されて主回路
を構成している。一方、第２図において分離器101は分
離器本体102を網状の保持具104で高圧側空間ａ、低圧側
空間ｂに仕切り、保持具104の高圧側にジメチルシリコ
ンの薄膜を用いた機能膜103を設置する。また、分離器
本体102には、高圧冷媒入口配管105、出口配管106、透
過冷媒出口配管107が設けられる。前記構成の分離器101
の入口配管105は主絞り装置23の手前の高圧側へ接続さ
れ、出口配管106および透過冷媒出口配管107は四方弁25
へ接続されている。さらに四方弁25からは接続配管10
8、貯留器26、減圧装置27、電磁開閉弁28を介して主絞
り装置23の後の低圧側へ接続され、もう一方は接続配管
109、減圧装置29を介して主絞り装置23の後の低圧側に
接続されており、四方弁コイル（図示せず）への通電に
より出口配管106および透過冷媒出口配管107からの連通
を切り換えることができる。ここで接続配管108は冷却
器30と熱交換的に接続されている。

ここで第３図に示すブロック回路と第４図に示す制御回
路の関係について説明すると、第３図に示す室内温度セ
ンサー32は第２図に示す室内温度検知手段に相当し、第
３図に示すコンパレータ33は、第２図の第１の比較手段
に相当し、第３図のマイクロコンピュータ34は第２図の
タイマー計測値と設定時間を比較する第２の比較手段お
よび移行手段に相当し、第３図の出力回路35は第２図の
出力手段に相当している。

以上のように構成された制御回路の動作について、第１
図から第４図を参考に説明する。

暖房運転時室内温度を室内温度センサー32で検出しそれ
を室内設定温度にある値を加えた設定温度とコンパレー
タ33で比較し設定温度より低く、かつ暖房運転開始より
の時間経過を計測するタイマーの値が設定時間よりも少
ない場合、四方弁25を切り換えて分離器101の透過側を
貯留器26に接続し、電磁開閉弁28を閉じることにより機
能膜103を透過しやすいR-22は冷却器30により冷却され
て液冷媒で貯留器26に貯留される。一方、機能膜103を
透過しにくいR-13B1は出口配管106を出て四方弁25、接
続配管109、減圧装置29を介して蒸発器24の入口に戻さ
れる。従って、主回路のR-22比率は低下し、R-13B1比率
が上昇して最も高能力が得られる。

一方、検出温度が設定温度よりも低く、かつ暖房運転開
始よりの時間経過を計測するタイマーの値が設定時間よ
りも大きい場合、四方弁25を無通電状態に戻し（第１図
の状態）電磁開閉弁28を開くことにより、分離器101の
透過側、非透過側とも冷媒が流れて貯留器26にはR-13B1
比率の高い冷媒が流れるものの貯留されないため、主回
路の冷媒は初期充填比率に等しくなる。

次に室内温度が上昇して設定温度よりも高くなると、四
方弁25は上記状態のままで、電磁開閉弁28を閉じること
により機能膜を透過しにくいR-13B1は冷却器30により冷
却されて液冷媒で貯留器26に貯留される。

一方、機能膜103を透過しやすいR-22は出口配管107を出
て四方弁25、接続配管109、減圧装置29を介して蒸発器2
4の入口に戻される。従って、主回路のR-13B1比率は低
下し、R-22比率が上昇して能力および消費電力とも小さ
くなり効率のよい能力制御ができる。冷房運転時におい
ても同様である。

以上のように本実施例によれば、室内温度センサー32を
設け室内温度と設定温度との比較および運転開始時より
の時間経過と設定時間の比較により、混合冷媒の比率を
可変して、運転開始時のように最も負荷が大きく高能力
を必要とする場合には、高沸点成分の冷媒が分離貯留さ
れ主回路の冷媒は低沸点成分の多い状態により最も高能
力を得ることができ、運転開始時以外で負荷が高い場合
には主回路の冷媒は初期充填比率の状態で高能力を得る
ことができ、また負荷が小さく低能力で十分な場合には
低沸点成分が分離貯留され主回路の冷媒は高沸点成分の
多い状態になり低能力、低消費電力を得ることができ効
率のよい能力制御を容易かつ、分離回路の構成部品の取
付上の制約のない小型化および簡素化を図った分離回路
で実現できる。

発明の効果 以上のように本発明は、圧縮機、凝縮器、主絞り装置、
蒸発器を環状に接続した主回路に複数種類の冷媒を封入
した冷凍サイクルにおいて、特定の種類の冷媒の通過を
容易とする機能膜を有する冷媒分離装置を接続し、機能
膜の透過側および非透過側の冷媒分離装置を出た冷媒の
いずれか一方を切り換え手段の切り換えにより任意に貯
留できる貯溜器と電磁開閉弁を設け透過側、非透過側そ
れぞれに減圧装置を介して主回路に接続して冷媒組成比
率可変サイクルを構成し、室内温度を検出する温度検出
手段と、前記温度検出手段による検出温度と室内設定温
度にある値を加えた設定温度との大、小を比較する第１
の比較手段と、運転開始からの時間経過を計測するタイ
マーと前記タイマーの計測値と設定時間を比較する第２
の比較手段と、前記第１の比較手段により設定温度より
小の場合で前記第２の比較手段により設定時間より小の
場合、前記切り換え手段を透過側が貯留器に接続される
ように切り換え、かつ前記電磁開閉弁を閉じる第１の出
力モードに、また前記第１の比較手段により設定温度よ
り小の場合で前記第２の比較手段により設定時間より大
の場合、電磁開閉弁を開く第２の出力モードに、また前
記第１の比較手段により設定温度より大の場合、前記切
り換え手段を非透過側が貯留器に接続されるように切り
換え、かつ前記電磁開閉弁を閉じる第３の出力モードに
移行する移行手段と前記出力モードにより電磁開閉弁に
電気信号を出力する出力手段を具備することにより冷
房、暖房運転とも負荷を的確につかみ、必要負荷に応じ
て高沸点成分の分離あるいは混合あるいは低沸点成分の
分離を行い主回路を流れる冷媒の混合比率を可変するこ
とにより幅広い効率のよい能力制御運転を容易かつ、分
離回路の構成部品の取付上の制約のない小型化および簡
素化を図った分離回路で実現できると言う効果を奏す
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冷凍サイクル図、第
２図は同分離器の詳細断面図、第３図は同ブロック図、
第４図は同制御回路図、第５図は同フローチャート図、
第６図は従来例における冷凍サイクル図である。 13……主絞り装置、14……蒸発器、18……貯溜器、21…
…圧縮機、22……凝縮器、28……電磁開閉弁、27,29…
…減圧装置、101……分離器、103……機能膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤高 章 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中沢 昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−238367（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、主絞り装置、蒸発器を環
   状に接続した主回路に複数種類の冷媒を封入した冷凍サ
   イクルにおいて、特定の種類の冷媒の通過を容易とする
   機能膜を有する冷媒分離装置を接続し、機能膜の透過側
   および非透過側の冷媒分離装置を出た冷媒のいずれか一
   方を切り換え手段の切り換えにより任意に貯留できる貯
   溜器と電磁開閉弁を設け透過側、非透過側それぞれに減
   圧装置を介して主回路に接続して冷媒組成比率可変サイ
   クルを構成し、室内温度を検出する温度検出手段と、前
   記温度検出手段による検出温度と室内設定温度にある値
   を加えた設定温度との大、小を比較する第１の比較手段
   と、運転開始からの時間経過を計測するタイマーと前記
   タイマーの計測値と設定時間を比較する第２の比較手段
   と、前記第１の比較手段により設定温度より小の場合で
   前記第２の比較手段により設定時間より小の場合、前記
   切り換え手段を透過側が貯留器に接続されるように切り
   換え、かつ前記電磁開閉弁を閉じる第１の出力モード
   に、また前記第１の比較手段により設定温度より小の場
   合で前記第２の比較手段により設定時間より大の場合、
   電磁開閉弁を開く第２の出力モードに、また前記第１の
   比較手段により設定温度より大の場合、前記切り換え手
   段を非透過側が貯留器に接続されるように切り換え、か
   つ前記電磁開閉弁を閉じて第３の出力モードに移行する
   移行手段と前記出力モードにより電磁開閉弁に電気信号
   を出力する出力手段を具備した冷凍装置。