JPH0652138B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関
するものである。

従来の技術 従来、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルとしては第
３図の如き従来例が提案されている。すなわち、圧縮機
２１と負荷側熱交換器２２と主絞り装置２３と熱源側熱
交換器２４を順次環状に接続し、負荷側熱交換器２２の
高圧出口と充填材２５を充填した精留塔２６とは途中加
熱器２７を介して接続し、また精留塔２６の下部と主回
路の熱源側熱交換器２４の入口とは副絞り装置２８を介
して接続するとともに、精留塔２６の上部には冷却器２
９を介して、貯溜器３０を設けた構成となっている。な
お、加熱器２７及び冷却器２９の熱源は圧縮機２１の吐
出ガス及び吸入ガスを導き、精留作用の有無にかかわら
ず常に冷媒を流す構成としている。

この構成になる冷凍サイクルにおいて、暖房時の精留作
用時には、負荷側熱交換器２２から出た高圧液冷媒の一
部が、加熱器２７で加熱されて、一部ガスが発生し精留
塔２６の下部に流入する。加熱器２７で発生したガス成
分は精留塔２６内を上昇し、冷却器２９で凝縮液化し、
貯溜器３０から精留塔２６上部に還流して精留塔２６内
を下降し、その時上昇ガスと物質、熱交換して精留作用
を行ない、貯溜器３０には低沸点冷媒をより多く含んだ
非共沸混合冷媒が貯溜され、精留塔２６下部からは高沸
点冷媒をより多く含んだ非共沸混合冷媒が副絞り装置２
８を通って主回路側冷媒と合流し、熱源側熱交換器２４
に流入する。一方、精留分離を停止して、主回路濃度を
初期封入冷媒組成で運転する場合には、副絞り装置２８
を開けて、分岐流量を多くし、加熱器２７での発生ガス
量をなしにすることで、精留作用が停止する。

このようにして、主回路での暖房運転を行ないながら、
主回路での低沸点冷媒濃度を可変し、必要に応じて精留
作用を行ない、主回路が高沸点冷媒成分に富む時には低
暖房能力を得、一方主回路が初期封入冷媒組成の時には
高暖房能力を得るように冷凍サイクルを制御するもので
ある。

発明が解決しようとする問題点 ところが、上記のような構成では、負荷側熱交換器２２
の高圧出口から精留塔２６、さらに副絞り装置２８を介
して熱源側熱交換器２４に至る冷媒通路並びに貯溜器３
０を含めた冷媒通路（以下精留分離部と称す）は、主回
路とは高圧側は連通し、低圧側は副絞り装置２８を介し
て連通しているために、精留分離が進行しているにもか
かわらず圧縮機２１が暖房負荷に応じて停止した場合、
それまでに精留作用により貯溜器３０に貯溜されていた
低沸点冷媒をより多く含んだ非共沸混合冷媒が主回路の
圧力均衡化とともに主回路に流れてしまい、次に圧縮機
が運転する場合には初期状態から精留を行わねばなら
ず、サーモによるＯＮ・ＯＦＦのような場合には、暖房
負荷の低上にもかかわらず高暖房能力運転側で運転を始
めるため、サーモのＯＮ・ＯＦＦの回数が増え、エネル
ギー消費により効率の悪い運転を行なうという問題を有
していた。また、精留の作用の有無にかかわらず、常に
圧縮機の吐出ガスを加熱器に、吸入ガスを冷却器に導い
て加熱・冷却を行なっているため、精留分離停止時に
は、放熱ロスおよび不必要な圧縮機の吸入圧力損失を生
ずるといった冷凍サイクル上効率の悪い問題点を有して
いた。

本発明は、上記従来の問題点を解決し、精留分離の進行
中の任意の時間において主回路の低沸点冷媒濃度を保持
し、圧縮機のＯＮ・ＯＦＦを行なうような低負荷時にお
いてエネルギー消費効率の向上を図り、精留停止におい
てもエネルギー損失の少ない冷凍サイクルを提供しよう
とするものである。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明は、低沸点成分と高沸
点成分とからなる非共沸混合冷媒を循環させる圧縮機、
加熱器、負荷側熱交換器、主絞り装置、熱源側熱交換
器、冷却器を順次環状接続した主回路と、前記主回路の
過冷却領域の部分より二方弁を通り加熱器を経て精留塔
に入る配管と、前記精留塔より副絞り装置を通り主回路
の低圧部分に戻す配管と、前記精留塔上部から出て冷却
器、貯溜器に至りさらに精留塔上部に戻す配管を接続し
た副回路を設け、精留分離進行時の任意の時間におい
て、前記主回路の過冷却領域の部分に接続された前記二
方弁を閉じる構成としたものである。

作用 本発明は上記構成によって、精留分離が進行中にある任
意の時間において、精留分離部を主回路から遮断して、
主回路の低沸点冷媒濃度を任意に固定できる。なお、二
方弁とともに副絞り装置を開けることにより、副回路に
分岐する冷媒量が増えるので、加熱器の熱量では冷媒は
ガス化せず、主回路から流れた冷媒は液冷媒の状態で精
留塔に流れ一部は貯溜器に流れる。そのため、貯溜器の
冷媒組成も主回路、副回路の冷媒組成と同様となり、結
果として主回路の冷媒が初期封入冷媒組成に戻る。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図を参考に説明す
る。

第１図において、１は圧縮機、２は第１の三方弁、３は
加熱器、４は第１の連通路である加熱器バイパス路、５
は負荷側熱交換器、６は主絞り装置、７は熱源側熱交換
器、８は第２の三方弁、９は冷却器、１０は第２の連通
路である冷却器バイパス路であり、これらが環状に接続
されて主回路をなす。一方、１１は二方弁、１２は精留
塔、１３は副絞り装置であり、これらが順次負荷側熱交
換器５の高圧出口と熱源側熱交換器７の間に接続され、
また、１４は貯溜器であり精留塔１２の上部に接続され
て、これらが精留分離部をなす。なお、前記加熱器３は
精留塔１２の入口部分、前記冷却器９は精留塔１２上部
の貯溜器１４入口部分に置かれている。また、上記構成
において、暖房時の精留作用時および精留しない時につ
いて説明する。

まず精留作用時には、圧縮機１から吐出された冷媒蒸気
は第１図に示す方向に開いている三方弁２を通って加熱
器３、負荷側熱交換器５を通り凝縮されて高圧液冷媒す
なわち過冷却領域の冷媒となる。次に主回路の過冷却領
域の部分より得られるこの高圧液冷媒の一部が二方弁１
１を通り、前記加熱器３で加熱されて一部ガスが発生
し、精留塔１２の下部に流入する。

なお、上述の主回路の過冷却領域の部分とは、主回路に
おいて、負荷側熱交換器５により凝縮された冷媒が主絞
り装置６に至るまでの配管部分に相当するが、冷媒は負
荷側熱交換器５の配管の途中においても高圧液冷媒すな
わち過冷却領域の冷媒となるもので、主回路の過冷却領
域の部分とは負荷側熱交換器５の配管の途中から主絞り
装置６にいたるまでの配管部分に相当する。加熱器３で
発生したガス成分は精留塔１２内を上昇し、冷却器９で
冷却されて凝縮液化し、貯溜器１４から精留塔１２上部
に還流して精留塔１２内を下降し、その時上昇ガスと物
質、熱交換して精留作用をなし、貯溜器１４には低沸点
冷媒をより多く含んだ非共沸混合冷媒が貯溜され、精留
塔１２下部からは高沸点冷媒をより多く含んだ非共沸混
合冷媒が副絞り装置１３を通って主回路側冷媒と合流
し、熱源側熱交換器７に流入する。この時副絞り装置１
３の抵抗を主絞り装置６よりも大としておけば、循環冷
媒の大部分が主回路側を流れ、精留塔１２内に流入する
冷媒は少なく、そのために精留塔１２内での精留作用を
乱す事がなく安定な精留が行なえる。又この時副絞り装
置１３の抵抗を可変にすると、加熱器３から発生するガ
ス量が変化し、例えば分岐流量を多くして発生ガス量を
少なくすると、精留分離での分離作用が進行せず、本実
施例のような、低沸点冷媒成分を貯溜する方式では貯溜
器１４内の低沸点冷媒成分濃度が高くなく、それ故主回
路側濃度も低沸点冷媒成分の多い冷媒組成となる。逆に
分岐流量を少なくして発生ガス量を多くすると精留分離
での分離作用が進行し、主回路濃度を高沸点冷媒成分の
多い冷媒組成に変えることができる。

次に例えば暖房負荷が低下するとともに、分岐流量を調
節することで精留分離での分離作用が進行していき、任
意の時間経過後二方弁１１を閉じ副絞り装置１３を全閉
にする。すると精留分離部は主回路から遮断されて、主
回路および精留分離部それぞれの冷媒組成はそのままで
保持されることになる。そのため、暖房負荷の低下によ
って圧縮機１が停止した場合であっても主回路の冷媒組
成がそのまま保持されるので、圧縮機１の再起動の際に
も暖房負荷の状態に応じた運転が行えサーモのＯＮ・Ｏ
ＦＦの回数が増えることなく、効率の良い運転が行え
る。一方、同時に三方弁２，８を時計方向に９０°切り
換えて、加熱器３、冷却器９に冷媒が流入しないように
する。これにより、冷媒は加熱器バイパス路４および冷
却器バイパス路１０を通り、精留分離での分離作用は停
止する。

また、精留分離を停止して、主回路の冷媒濃度を初期封
入冷媒組成で運転する場合には、二方弁１１とともに副
絞り装置１３を開けることにより、副回路に分岐する冷
媒量を増やせばよい。副回路に分岐する冷媒量を増やす
ことにより、加熱器３の熱量では冷媒がガス化せず、精
留作用が停止する。そして、主回路から流れた冷媒は液
冷媒の状態で精留塔１２に流れ一部は貯溜器１４に流れ
る。そのため、貯溜器１４の冷媒組成も主回路、副回路
の冷媒組成と同様となり、結果として主回路の冷媒が初
期封入冷媒組成に戻る。この時、同時に三方弁２，８を
時計方向に９０°切り換えて、加熱器３、冷却器９に冷
媒が流入しないようにする。また、精留塔１２を主回路
の中間圧力で動作させる場合でも、精留塔１２への分岐
流量が多いために精留塔１２内での流れが乱され、精留
作用は停止する。

以上のように本実施例によれば、任意の時間に二方弁１
１と副絞り装置１３を閉じることにより、主回路内の低
沸点冷媒濃度を最大、初期封入冷媒組成まで任意にしか
も、確実、安定にその濃度を保持することができる。ま
た、同時に三方弁２，８を切換えることにより、精留作
用停止の場合は加熱器３からの放熱ロス、冷却器９によ
る冷媒圧力損失の増加を防ぐことができる。

上記は暖房のみについて説明したが、次に冷房時に関し
て精留作用を行う場合について説明する。かかる場合は
四方弁等を付加して行なうがその構成動作を第２図に基
づいて説明する。

第２図においては、四方弁を有するヒートポンプ式の空
気調和機における、周知の冷媒回路において低沸点冷媒
を貯溜する場合を示している。

暖房時については、上記の実施例において述べたので、
ここでは冷房運転時のみの動作等を説明する。

図において３１は圧縮機、３２は三方弁、３３−２は冷
房運転時における加熱器、３４は加熱器バイパス路、３
５は四方弁、３６は負荷側熱交換器、３７は主絞り装
置、３８は熱源側熱交換器で、以上のもので主回路を構
成している。また４８は二方弁、４３は副絞り装置、４
７は暖房運転時に加熱器３３−２への冷媒の進入を阻止
する逆止弁、４５は精留塔、４９は貯溜器である。また
４０は冷却器であり負荷側熱交換器３６から三方弁を通
じて導れる低温の冷媒により冷却動作を行う。

なお同図において３３−１はヒートポンプ式の空調機で
暖房運転をする場合に用いられる加熱器、４６は副絞り
装置で、４４は冷房運転時において加熱器３３−１への
冷媒の進入を阻止する逆止弁である。

以下冷房運転時における動作について説明する。

冷房の場合には、冷媒を圧縮機３１、三方弁３２、加熱
器３８、四方弁３５、熱源側熱交換器３８、主絞り装置
３７、負荷側熱交換器３６、四方弁３５、三方弁３９、
冷却器４０の順に流れることになる。この場合も暖房運
転時と同様であって、熱源側熱交換器３８を通って凝縮
した高圧液冷媒の一部は二方弁４８、逆止弁４７を通
り、前記加熱器３８−２で加熱されて一部ガスが発生
し、精留塔４５の下部に流入する。精留塔４５下部から
は高沸点冷媒をより多く含んだ非共沸混合冷媒が副絞り
装置４３を通って主回路側の低圧側に戻され主回路側冷
媒と合流し、負荷側熱交換器３６に流入する。これによ
り、冷房時においても必要に応じて副絞り装置４３の絞
り量を調節することで主回路濃度を高沸点冷媒成分の多
い冷媒組成に変えることができる。また精留分離が進行
してから、二方弁４２，４８を閉じる。すると精留分離
部は主回路から遮断されて、主回路および精留分離部そ
れぞれの冷媒組成はそのままで保持されることになる。
一方、同時に三方弁３２，３９を時計方向に９０°切り
換えて、加熱器３８、冷却器４０に冷媒が流入しないよ
うにする。これにより、冷媒は加熱器バイパス路３４お
よび冷却器バイパス路４１を通り、精留分離での分離作
用は停止する。

以上のように本実施例によれば、任意の時間に二方弁４
２，４８を閉じることにより、主回路内の高沸点冷媒濃
度を最大から初期封入冷媒組成まで任意にしかも、確
実、安定にその濃度を保持することができる。また、同
時に三方弁３２，３９を切り換えることにより、精留作
用停止の場合は加熱器３３からの放熱ロス、冷却器４０
による冷媒圧力損失の増加を防ぐことができる等暖房の
ときと同じ効果を得ることができる。

なお、上記各実施例においては、副回路を流れた冷媒を
主回路に戻す配管を熱源側熱交換器の入口付近に接続し
ているが、この配管は副回路を流れた冷媒を主回路に戻
すもので、主回路の低圧部分であれば良く、この配管が
主回路の熱源側熱交換器と圧縮機の間の低圧部分に接続
されている場合であっても、同様の作用効果が得られ
る。

発明の効果 以上のように本発明は、低沸点成分と高沸点成分とから
なる非共沸混合冷媒を循環させる圧縮機、加熱器、負荷
側熱交換器、主絞り装置、熱源側熱交換器、冷却器を順
次環状接続した主回路と、前記主回路の過冷却領域の部
分より二方弁を通り加熱器を経て精留塔に入る配管と、
前記精留塔より副絞り装置を通り主回路の低圧部分に戻
す配管と、前記精留塔上部から出て冷却器、貯溜器に至
りさらに精留塔上部に戻す配管を接続した副回路を設
け、精留分離進行時の任意の時間において、前記主回路
の過冷却領域の部分に接続された前記二方弁を閉じるこ
とにより、主回路の分離濃度を初期封入冷媒組成から最
大高沸点冷媒濃度まで任意に設定でき、しかも確実、安
定にその濃度を保持することができる。そのため、暖房
負荷の低下によって圧縮機が停止した場合であっても主
回路の冷媒組成がそのまま保持されるので、圧縮機の再
起動の際にも暖房負荷の状態に応じた運転が行えサーモ
のＯＮ・ＯＦＦの回数が増えることなく、効率の良い運
転が行える。

さらに、主回路の加熱器の入口、出口の間に第１の連通
路を設け、主回路の冷却器の入口、出口の間に第２の連
通路を設け、第１の連通路と加熱器の入口もしくは出口
側配管の分岐部分に、加熱器の前後いずれかの配管と加
熱器の接続および前記加熱器の前後いずれかの配管と第
１の連通路の接続を択一的に選択する第１の三方弁を設
け、第２の連通路と冷却器の入口もしくは出口側配管の
分岐部分に、冷却器の前後いずれかの配管と冷却器の接
続および冷却器の前後いずれかの配管と第２の連通路の
接続を択一的に選択する第２の三方弁を設け、精留分離
停止時には、第１の三方弁により加熱器の前後いずれか
の配管と第１の連通路を接続し、第２の三方弁により冷
却器の前後いずれかの配管と前記第２の連通路を接続す
る構成により、加熱器からの放熱ロス、冷却器による冷
媒圧力損失の増加を防いでエネルギー損失の少ない運転
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクル図、第２
図は本発明をヒートポンプ式の空調機に適用した場合の
冷凍サイクル図、第３図は従来例を示す冷凍サイクル図
である。 １……圧縮機、２……三方弁、３……加熱器、４……加
熱器バイパス路、５……負荷側熱交換器、６……主絞り
装置、７……熱源側熱交換器、８……三方弁、９……冷
却器、１０……冷却器バイパス路、１１……二方弁、１
２……精留塔、１３……副絞り装置、１４……貯溜器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｂ 13/00 ３４１ Ｅ 9335−3Ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低沸点成分と高沸点成分とからなる非共沸
   混合冷媒を循環させる圧縮機、加熱器、負荷側熱交換
   器、主絞り装置、熱源側熱交換器、冷却器を順次環状接
   続した主回路と、前記主回路の過冷却領域の部分より二
   方弁を通り加熱器を経て精留塔に入る配管と、前記精留
   塔より副絞り装置を通り主回路の低圧部分に戻す配管
   と、前記精留塔上部から出て冷却器、貯溜器に至りさら
   に精留塔上部に戻す配管を接続した副回路を設け、精留
   分離進行時の任意の時間において、前記主回路の過冷却
   領域の部分に接続された前記二方弁を閉じる構成とした
   冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】主回路の加熱器の入口、出口の間に第１の
   連通路を設け、前記主回路の冷却器の入口、出口の間に
   第２の連通路を設け、前記第１の連通路と前記加熱器の
   入口もしくは出口側配管の分岐部分に、前記加熱器の前
   後いずれかの配管と前記加熱器の接続および前記加熱器
   の前後いずれかの配管と前記第１の連通路の接続を択一
   的に選択する第１の三方弁を設け、前記第２の連通路と
   前記冷却器の入口もしくは出口側配管の分岐部分に、前
   記冷却器の前後いずれかの配管と前記冷却器の接続およ
   び前記冷却器の前後いずれかの配管と前記第２の連通路
   の接続を択一的に選択する第２の三方弁を設け、精留分
   離停止時には、前記第１の三方弁により前記加熱器の前
   後いずれかの配管と前記第１の連通路を接続し、前記第
   ２の三方弁により前記冷却器の前後いずれかの配管と前
   記第２の連通路を接続する構成とした特許請求の範囲第
   １項記載の冷凍サイクル装置。