JPH0739886B2 - 熱ポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱ポンプ装置、特に暖冷房装置において、非共
沸混合冷媒を用い、主回路を流れる冷媒濃度を可変する
事により、常に負荷に適応した冷暖房能力を発生させる
熱ポンプ装置に関する。

従来の技術 従来、熱ポンプ装置の能力を可変する方法として、冷媒
に非共沸混合冷媒を用い、分離器によって高沸点冷媒と
低沸点冷媒とに分離し、それによって主回路の冷媒組成
を変え能力に可変するものが提案されており、冷媒組成
が変わる事によりその吸込み比容積を変えて循環量を変
えるものであり、その分離方法として精留方式を用い、
圧縮機回転数を変える方法にこのような方式を付加する
ものが提案されている。

このような方法に対する先行発明として我々は第２図に
示すものを提案している。第２図において１は圧縮機、
２は四方弁、３は負荷側熱交換器、４は主絞り装置、５
は熱源側熱交換器であり主サイクルを構成している。

更にこの主サイクルに並列接続された副サイクルとし
て、負荷側熱交換器３と主絞り装置４の間と分離器６と
を接続する配管７と、分離器６の塔底部と主絞り装置４
と熱源側熱交換５の間とを接続する配管８が設けられて
いる。

また配管７と配管８には絞り装置９および10が、逆止弁
11および12と並列に設けられている。分離器６の塔頂よ
り配管13と貯留器14、還流管15が環状に設けられており
配管13には塔頂熱交換器16が付設されており、又、配管
７と配管８あるいは塔底部には塔底熱交換器17が付設さ
れている。更に貯留器14より配管８には配管18が開閉自
在な電磁弁19を介して設けられている。

このような先行発明での作用態様は以下の如くである。
すなわち暖房時で電磁弁19が閉じている場合には負荷熱
交換器３で凝縮した液冷媒の一部が逆止弁11を通って分
離器６に流入する。この時、サイクル中の高温源を用い
た塔底熱交換器17によって加熱され、主に冷媒中の低沸
点成分が気化してガス成分を発生して分離器６に入る。
分離器６に入ったガス成分は分離６内を上昇し、配管13
を通り、サイクル中の低温源を用いた塔頂熱交換器16に
より冷却液化されて貯留器14に貯留され、還流管15より
塔頂に液が還流される。塔頂に還流された液冷媒は分離
器６内を下降する間に上昇してくるガス成分と、分離器
６内に充填された充填材表面で気液接触熱交換を行な
い、結果として貯留器14内には低沸点成分が貯留され、
それ故配管８より絞り装置10を通って熱源側熱交換器５
に入る冷媒は高沸点に富んだ冷媒となり、主サイクルを
徐々に高沸点に富んだ冷媒組成とする事ができ、低暖房
能力高効率運転が可能となる。

また、主サイクルを低沸点成分に富んだ元の封入組成に
戻して高暖房能力運転をするには貯留器14より配管８に
接続する配管18の電磁弁19を開放する事により、配管７
より流入した冷媒は主に分離器６→貯留器14→配管18→
絞り10を通り、残り一部が分離６の底部→配管８→絞り
10を通るものである。この時分離器６内で精留に必要な
塔頂からの液冷媒流下が阻害されて分離が停止し、結果
として主サイクル中は元の封入組成の低沸点成分に富ん
だ冷媒組成とすることができる。

なお冷房運転時は四方弁２を切換え、電磁弁19が閉じて
いる場合には熱源側熱交換器５で凝縮した液冷媒の一部
が逆止弁12を通って配管８より分離器６に流入する。こ
の時加熱器17を配管８も加熱できる構成としていると、
主に冷媒中の低沸点成分が気化してガス成分を発生して
分離器６に入り、暖房分離時と同じ作用で主サイクルを
高沸点成分に富んだ冷媒組成とする事ができる。

また封入組成と同じ低沸点成分に富んだ冷媒組成で運転
する場合は電磁弁19を開放する事により、暖房時とは逆
に、分離器６内での冷媒下降流が増大し、上昇ガス流を
阻害して分離が停止し、結果として主サイクル中は元の
封入組成の低沸点成分に富んだ冷媒組成とすることがで
きる。

発明が解決しようとする問題点 以上述べた先行発明の熱ポンプ装置においては、基本的
に冷房時、暖房時共に冷媒の組成可変が可能で、かつそ
の可変が確実に行なわれるものである。

しかしながら、冷房時、暖房時共組成可変を行なえるよ
うにその加熱源，冷却源として圧縮機１より四方弁２ま
での吐出ガス，四方弁２より圧縮機１までの吸入ガスを
用いるる構成とした場合、特に暖房時には凝縮器となる
負荷側熱交換器３の入口温度が塔底熱交換器17で熱をう
ばわれて低下し、能力低下するという問題がある。この
問題は冷戻時ては、蒸発入口を加熱する事になり蒸発器
入口温度が上昇し冷凍能力が低下するという問題を有し
ている。また加熱源を圧縮機１と四方弁２の間でなく、
四方弁２から凝縮器までの間の冷媒としても同様の事が
言え、第２図の如き先行発明においては、特に精留なし
の状態でも加熱器17で加熱しており、このような熱損失
が発生１サイクルとして効率の悪いものになってしまう
ものである。そこで本発明では特に分離なし時の熱損失
を低減し、効率の高いサイクルを提供しようとするもの
である。

問題点を決するための手段 負荷側熱交換器と絞り装置の間と分離器とを接続する配
管又は熱源側熱交換器と絞り装置の間と分離器とを接続
する配管に開閉自在な電磁弁を設ける構成とするもので
ある。

作用 上記構成になる本発明によれば、冷戻時あるいは暖房時
の精留なし時には分離器と主回路とを接続する配管に設
けた電磁弁のうち、分離器に導入される配管の電磁弁を
閉止し、貯留器を含む分離器内の冷媒を主サイクルの低
圧回路に引き込み分離器内冷媒をガス冷媒とし、加熱
器，冷却での熱交換量をほとんどなくす事で、前述の熱
損失をゼロにし、効率の高いサイクル運転が可能となる
とともに確実に精留なし動作を行なえるものである。

実 施 例 本発明になる熱ポンプ装置を冷戻装置に適用した第１図
をもって以下に説明する。

図において、１〜17は第２図に示す構成と同一の構成要
素であり、負荷側熱交換器３と絞り装置４の間より分離
器６に至る配管７と、熱源側熱交換器５と絞り装置４の
間より分離６至る配管８には、開閉自在な電磁弁20,21
が設けられており、先行発明と異なるのは貯留器14より
配管８に接続される配管18と電磁弁19がない事である。

かかる構成になる熱ポンプ装置において冷暖房時の動作
について説明する。

まず暖房時の精留分離を行なう場合には、電磁弁20,21
を開放にすると、負荷側熱交換器３で凝縮した液冷媒の
一部が電磁弁20→逆止弁11→配管７と通り、サイクル内
の高温源を用いた塔底熱交換器17によりガス成分が発生
するまで加熱されて分離器６に流入し、前述の分離器６
内での精留作用が働き、貯留器14には低沸点成分が貯留
され配管８を通り主サイクルの低圧回路に戻る冷媒は高
沸点成分に富んだ冷媒となり、結果として主サイクルを
高沸点成分に富んだ冷媒組成とし、低能力，高効率のサ
イクル運転が可能となる。一方負荷が増加し高能力運転
が必要な時は、主サイクル組成を低沸点成分に富んだ封
入冷媒組成とする必要がある。この時本発明では、電磁
弁20だけを閉とすると、電磁弁20より下流の貯留器14を
含む分離器６内は低圧回路と直結され、ほとんどガス冷
媒状態となり、精留による分離作用は停止する。この時
塔底熱交換器17および塔頂熱交換器16では分離器側の熱
伝達が極端に低下し、ほとんど熱交換されなくなるもの
である。それ故例えば加熱源として吐出ガスを用いた場
合に、塔底熱交換器17での温度低下がなくそれ故凝縮器
入口での温度を高温に維持でき高暖房能力を確保できる
ものである。

一方冷房時には暖房時と逆に冷媒が流れ、封入組成のま
まの低沸点に富んだ冷媒組成とするには、電磁弁21を閉
止し、電磁弁20を開放する事により暖房時と同じ作用で
分離を停止し、かつ熱損失のない高能力運転ができ、低
能力時には電磁弁21と電磁弁20を開放すると暖房時と同
様の分離が働き主サイクルを高沸点に富んだ冷媒組成と
して低能力，高効率な運転ができるものである。

かかる構成になる熱ポンプ装置では本発明の効果が最も
よく発揮されるのは、貯留器14内で冷媒を貯留して主サ
イクルを高沸点成分に富んだ冷媒組成とする時と、貯留
器14内で冷媒を貯留せず主サイクルを封入した低沸点成
分に富んだ冷媒組成とする時とで、冷媒量のバランスが
とられている時である。

発明の効果 以上説明したように本発明になる熱ポンプ装置において
は、精留による分離を行なわない時には分離器内の冷媒
をほとんどガス冷媒の状態として精留分離を完全に停止
せしめ、かつ塔底熱交換器，塔頂熱交換器での熱交換量
をほとんどゼロとする事ができるためにサイクル内熱源
を用いた場合の熱損失を抑制し、常に効率の高いサイク
ル運転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を示す構成図、第２図は本発
明の先行技術になる熱ポンプ装置の構成図である。 １……圧縮機、３……負荷側熱交換器、４……主絞り装
置、５……熱源側熱交換器、６……分離器、14……貯留
器、20,21……電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、負荷側
   熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を環状に接続して
   主サイクルを構成し、前記主サイクル中の非共沸混合冷
   媒を分離する分離器を設け、その上部冷却手段および貯
   留器を順に接続して再びその上部に帰還する回路を構成
   し、また、一端を前記負荷側熱交換器と前記絞り装置と
   の間に接続し、他端を前記分離器に接続し、途中に加熱
   手段を設けた第１の配管と、一端を前記分離器の塔底部
   に接続し、他端を前記絞り装置と前記熱源熱交換器との
   間に接続した第２の配管とを設け、前記第１の配管およ
   び第２の配管に開閉弁を設けた熱ポンプ装置。