JPH0739888B2

JPH0739888B2 - 熱ポンプ装置

Info

Publication number: JPH0739888B2
Application number: JP63093751A
Authority: JP
Inventors: 和生中谷; 光博生駒; 雄二吉田; 猛富澤; 浩二有田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1995-05-01
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH01266472A

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、組成分離により、高
沸点冷媒を貯留して組成を可変する熱ポンプ装置に関す
る。

従来の技術非共沸混合冷媒を用い、組成分離により高沸点冷媒を貯
留して組成を可変する熱ポンプ装置として、我々は第２
図に示すような装置を提案している。

第２図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は第１絞
り装置、４は蒸発器であり、これらを配管接続すること
により主回路を構成している。５は充填材を充填した精
留分離器であり、上部は配管６により凝縮器２出口と、
第２絞り装置７を介して蒸発器４入口とそれぞれ接続さ
れている。また精留分離器５の下部には貯留器８が配置
され、その底部は開閉弁９を介して第２絞り装置７と接
続され、貯留器８の内部には加熱ヒーター10が設けられ
ている。

このような装置において非共沸混合冷媒を封入し、組成
を可変する方法について説明する。

まず封入した混合冷媒の組成のままで運転する場合（分
離なし運転時）には、加熱ヒーター10をOFFすることに
より、貯留器８は余剰冷媒を単に貯留し、開閉弁９の閉
止時はそのまま貯め込むし、開放時は貯留しながら一部
は第２絞り装置７を経由して蒸発器４に流出するのみと
なるため、主回路は封入した状態の高沸点冷媒の富んだ
混合冷媒の組成のまま運転することになる。次に高沸点
冷媒を貯留して低沸点冷媒の富んだ組成で運転する場合
（分離あり運転時）には、開閉弁９を閉止し加熱ヒータ
ー10をONすると、貯留器８内部の冷媒中主に低沸点冷媒
が気化され、精留分離器５内部を上昇する。このとき凝
縮器２出口からは配管６を経由して液冷媒が供給され、
精留分離器５内部で気液接触により精留作用が起こり、
上昇する気体は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下降す
る液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器８には高沸
点冷媒が凝縮液の状態で貯留されることになる。一方上
昇する低沸点冷媒に富んだ気体は第２絞り装置７を経由
して蒸発器４に流入するため、主回路は低沸点冷媒の富
んだ組成で運転できるものである。

このようなタイプの組成可変型の熱ポンプ装置は、例え
ば給湯装置に適用され、通常使用時には高温水を得るた
め高沸点冷媒の富んだ封入組成のままで運転し、できる
だけ短時間で貯湯する必要がある場合には加熱能力の高
い低沸点冷媒の富んだ組成で運転することが可能とな
る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のような熱ポンプ装置では、分離あ
り運転時に加熱ヒーターを用いてガスを発生させていた
ため、貯留器内の冷媒が所望の濃度になっても、その濃
度を保つためにヒーター入力がそのまま印加され続けて
電力の浪費になっていた。あるいはそれを防止するため
貯留器内の冷媒濃度を検知してヒーター入力を制御する
ことも可能であったが、濃度検知のための汎用のセンサ
ーがないなどの理由で実現が困難であった。また従来の
ヒーター加熱では貯留器内の液冷媒量を制御することが
できなかったため、分離を早めるために加熱量を大きく
して発生ガス量を増加させようとすると、加熱量が大き
すぎる場合には液冷媒が精留分離器を下降しにくくな
り、貯留器の液冷媒量が減少して空焚きやヒーターの焼
き切れの危険性があり、また、主回路の冷媒量も変化す
るため過充填になってサイクルの成積係数が低下した
り、高圧の上昇等を招くおそれがあった。また、加熱量
が小さすぎると液冷媒量は保てるものの十分な分離を行
なうことができなかった。また、これらを改善するため
に貯留器内に温度センサーや液面センサーなどを取り付
ける方法も考えられるが、制御が複雑になり製品が高価
になるという欠点があった。

本発明の熱ポンプ装置は、極めて簡単な構成で分離あり
運転時において所望の濃度に達したときには加熱量が減
少し分離に必要な熱量を少なくしてエネルギーロスを最
小にし、所望の濃度に達していないときには加熱量が増
加して分離時間を短縮できるようにすることを目的とす
る。

また、分離運転時において貯留器内の液冷媒量を一定に
保ちながら、しかも十分な分離性能を発揮させることの
できる熱ポンプ装置を提供することを目的とするもので
ある。

課題を解決するための手段本発明は熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒を封入し、圧
縮機、加熱器、凝縮器、第１絞り装置、蒸発器から主回
路を構成し、加熱器を圧縮機と凝縮器の間の配管で構成
し、下部に貯留器を設けた精留分離器、第２絞り装置、
開閉弁から副回路を構成して主回路と配管接続し、加熱
器で貯留器内部の冷媒を加熱するように構成し、加熱器
を貯留器の頂部に配置させたことを特徴とするものであ
る。

また、加熱器を貯留器の頂部に配置させたことを特徴と
するものである。

さらに加熱器と貯留器を二重管で一体に構成したことを
特徴とするものである。

作用本発明は上記した構成により、加熱器を圧縮機と凝縮器
の間の配管で構成したので、分離あり運転時の初期には
貯留器の冷媒温度と加熱器の加熱源との温度差が大であ
るため加熱量が大きく、発生ガス量が増加して精留分離
器内の気液接触が盛んになり分離を促進させることがで
きる。また、分離が進行するにつれ貯留器は高沸点に富
んだ冷媒濃度になっていくため冷媒液の沸点が上昇し、
加熱器の加熱源との温度差が減少して発生ガス量が減少
し濃度を保ったまま自然に分離を停止させることがで
き、加熱源の熱量を無駄に使用するようなことはない。

また、加熱器を貯留器の頂部に配置することにより、加
熱量が増加して発生ガス量が増加し精留分離器からの液
戻りが悪くなって貯留器内の冷媒量が減少してきた場合
には、貯留器内の上部にあるガス冷媒を加熱するのみと
なるためガスが発生せず、精留分離器からの液戻りが容
易になって液量がほぼ一定に保たれたまま再び分離を進
行させることができ、サイクルを過充填で運転して成績
係数を悪化したりするようなことはない。

また、加熱器と貯留器を二重管で一体に構成すれば加熱
器の熱交換面積を広くとれ、加熱量を多くとることがで
きるので分離を促進させることができるものである。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の熱ポンプ装置の一実施例の構成図であ
り、11は圧縮機、12は加熱器、13は凝縮器、14は第１絞
り装置、15は蒸発器であり、これらを配管接続すること
により主回路を構成している。16は充填材を充填した精
留分離器であり下部に貯留器17を配置している。また精
留分離器16の上部を凝縮器12の出口の配管に接続し、同
じく上部を配管18によって第２絞り装置19を介して蒸発
器15の入口に接続している。貯留器17の下部は開閉弁20
を介して第２絞り装置19の入口に接続されている。

このような熱ポンプ装置において非共沸混合冷媒を封入
し、組成を可変する方法について説明する。

まず分離なし運転時には開閉弁20を開放することによ
り、圧縮機11を出て凝縮器12で凝縮された液冷媒の一部
が精留分離器16に入り、貯留器17に余剰冷媒として貯留
されながら一部は開閉弁20を通過し、ここで配管18を通
ってきた冷媒を合流して第２絞り装置19に流入する。ま
た凝縮器13を出た液冷媒の残りは第１絞り装置14を通
り、第２絞り装置19を出た冷媒と合流して蒸発器15に流
入し、再び圧縮機11に戻る。こうして主回路は封入した
状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成のまま運転す
ることになる。

次に分離あり運転時には、開閉弁20を閉じることにより
加熱器12内を流れる高温の圧縮機11の吐出ガス冷媒を加
熱源として貯留器17内部の冷媒中主に低沸点冷媒が気化
され、精留分離器16内部を上昇する。このとき凝縮器13
で凝縮された液冷媒の一部が精留分離器16上部に供給さ
れ、精留分離器16内部を下降し、上昇する低沸点冷媒ガ
スと精留分離器16内部で気液接触により精留作用が起こ
り、上昇する気体は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆に下
降する液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器17には
高沸点冷媒が凝縮液の状態で貯留されることになる。一
方、上昇した低沸点冷媒に富んだガスは配管18を通り第
２絞り装置19で低圧まで絞られた後蒸発器15に流入す
る。こうすることにより主回路は低沸点冷媒に富んだ混
合冷媒の組成で運転できるものである。

ここにおいて、分離あり運転時の初期には貯留器17に貯
留されている液冷媒の温度は凝縮器13出口温度に近く、
比較的低い。一方、加熱器12に流入する圧縮機11の吐出
ガス温度は高く、貯留液との温度差が大きくなって加熱
量は非常に大きくなる。そのため発生ガス量が増加し気
液接触が良くなって初期の分離が促進される。また、分
離が進行し貯留器17内に高沸点冷媒が貯留されてくる
と、その沸点が高くなってくるので液温も上昇してく
る。これに伴い圧縮機11の吐出ガスとの温度差も次第に
小さくなり加熱量が減少し、所望の濃度になれば加熱量
がほとんどゼロとなって濃度は保たれたまま分離が停止
する。このように分離の進行度合に応じて加熱量が自然
に制御されるので、無駄に加熱器12で加熱を続けて凝縮
器13での加熱能力が減少したり、成績係数が低下するな
どの不具合はなくなる。

なお主回路の組成を元に戻すには、開閉弁20を開放する
と、貯留器19内の高沸点冷媒が主回路に混入して、主回
路は封入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成
となる。

なお、加熱器12を貯留器17の上部に配置することによ
り、分離運転の初期や圧縮機11から吐出される冷媒循環
量が多い時など加熱器12における加熱量が増大し、発生
ガス量が増え、冷媒液が下降しにくくなって貯留量が減
少してきた場合には、加熱器12が貯留器17内の上部、す
なわち冷媒ガスを加熱するのみとなり、発生ガス量はそ
れ以上増加することがなく、冷媒液が下降しやすくなっ
て貯留器17には再び冷媒液が貯留される。こうすること
により、冷媒量は一定量を保ったまま分離を進行させる
ことができ、主回路側の過充填が防止でき成績係数を低
下させるようなことはなく、また安全に使用できるもの
である。

また、加熱器12と貯留器17を二重管で構成すれば加熱器
12の伝熱面積を多くとることができ加熱量の増加を容易
にして分離を促進することができる。また、その形状を
比較的自由に変えられるので製品のスペースが限られて
いるような場合にも配置の自由度が増すなど設計上も有
利となる。

本発明になる加熱器12の構成を第３図で説明する。

第３図は加熱器12と貯留器17を二重管で構成した一実施
例の構成図である。貯留器17が横長の配管で構成されて
おり、その上部を精留分離器16の下部開口部と接続され
た構成となっている。加熱器12は貯留器17を外管として
二重管構造の内管を構成しており貯留器17内の上方に配
置している。このような構成にすれば加熱部を長くと
れ、伝熱面積を広くすることができるので加熱量の増加
を容易にして分離を促進することができるものである。
また、加熱量が過剰になって貯留量が減少してきた場合
には、加熱器12が貯留器17内の上部、すなわち冷媒ガス
を加熱するのみとなり、発生ガス量はそれ以上増加する
ことがなく、冷媒液が下降しやすくなって貯留器17には
再び冷媒液が貯留される。こうすることにより、冷媒量
は一定量を保ったまま分離を進行させることができ、主
回路側の過充填や成績係数の低下を防止できるものであ
る。また、貯留量が多く必要な場合には、二重管を長く
することによって簡単に実現でき、製品の高さを大きく
するようなことはない。また、二重管をＬ字形やＵ字形
に曲げれば（図示せず）比較的狭いスペースにも自由に
納めることができる利点がある。なお、加熱器12を貯留
器17の中心に配置するような構成も本発明に含まれるも
のである。

また、第４図は加熱器12と貯留器17を二重管で構成した
別の実施例の構成図である。

第４図は精留分離器16と貯留器17を一本の配管をＬ字形
に曲げて一体構成しており、それを外管として加熱器12
が二重管の内管を構成しており、圧縮機11からの配管は
一体構成された外管の途中から内部に入り加熱器とな
り、貯留器17の端面から出て凝縮器13へ流入するような
構成になっている。こうすることにより、先の実施例と
同様伝熱面積を広くすることができて分離が促進され、
しかも精留分離器16と貯留器17を一体構成することによ
り接続部品が減り、溶接などの製造工数が省けて製品の
コストを抑えることができる。

発明の効果以上の説明より明らかなように、本発明の熱ポンプ装置
は、非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、加熱器、凝縮
器、第１絞り装置、蒸発器から主回路を構成し、加熱器
を圧縮機と凝縮器の間の配管で構成し、下部に貯留器を
設けた精留分離器、第２絞り装置、開閉弁から副回路を
構成して主回路と配管接続し、加熱器で貯留器内部の冷
媒を加熱するようにした構成であるから、分離あり運転
時の初期には加熱量が大きく、発生ガス量が増加して精
留分離器内の気液接触が盛んになり分離の進行を促進さ
せることができる。また、分離が進行するにつれ貯留器
は高沸点に富んだ冷媒濃度になっていくため加熱器の加
熱源との温度差が減少して発生ガス量が減少し、濃度を
保ったまま分離を停止させることができ圧縮機の熱量を
無駄に使用するようなことはない。

また、加熱器を貯留器の頂部に配置することにより、貯
留器内の冷媒量が減少してきた場合には、貯留器内のガ
ス冷媒を加熱するのみとなるため、ガスが発生せず精留
分離器からの液戻りが容易になって再び分離を進行させ
ることができ、液量をほぼ一定に保ったまま運転するこ
とができ、主回路の成績係数が悪化することはない。

また、加熱器と貯留器を二重管で一体に構成すれば加熱
器の熱交換面積を広くとるのに有利であり、加熱量を多
くとることができるので分離を促進させることができ、
しかも設計上の自由度も増すなど実用上多大な効果を発
揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の熱ポンプ装置の構成図、第２
図は従来例の熱ポンプ装置の構成図、第３図は加熱器12
と貯留器17を二重管で構成した実施例の構成図、第４図
は加熱器12と貯留器17を二重管で構成した別の実施例の
構成図である。 11……圧縮機、12……加熱器、13……凝縮器、16……精
留分離器、17………貯留器、19……第２絞り装置、20…
…開閉弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富澤猛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)発明者有田浩二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63−6346（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−217652（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−34453（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、加熱
器、凝縮器、第１絞り装置、蒸発器から主回路を構成
し、前記加熱器を前記圧縮機と前記凝縮器の間の配管で
構成し、下部に貯留器を設けた精留分離器の上部と凝縮
器出口とを接続し、同じく上部を第２絞り装置を介して
前記蒸発器入口に接続し、前記貯留器の下部を開閉弁を
介して前記第２絞り装置入口に接続し、また、前記加熱
器で前記貯留器内部の冷媒を加熱するように構成し、前
記加熱器を貯留器の頂部に配置させたことを特徴とする
熱ポンプ装置。
【請求項２】加熱器と貯留器を二重管で一体に構成した
ことを特徴とする請求項１記載の熱ポンプ装置。