JPH0739889B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、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ヒートポンプ装置の
改良に関する。

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ヒートポンプ装置として、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は加熱器、４は第１絞
り装置、５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。６は充填材を充填した精
留分離器であり、その上部は第２絞り装置７を介して凝
縮器２と加熱器３との間の配管に接続し、同じく上部を
配管８によって蒸発器５と圧縮機１との間の配管に接続
している。また、精留分離器６の下部には加熱器３を内
蔵した貯留器９を配しており、この貯留器９の下部は開
閉弁10を介して蒸発器５と第１絞り装置４との間の配管
に接続されている。

このようなヒート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
離なしモードでは開閉弁10を開放することにより、凝縮
器２で凝縮された液冷媒の一部が第２絞り装置７で低圧
まで減圧され気液二相の状態で精留分離器６を介して貯
留器９に入り一部は余剰冷媒としてそこに貯留され、残
りは開閉弁10を経由して蒸発器５に流入する。また凝縮
器２を出た液冷媒の残りは加熱器３、第１絞り装置４を
通り、開閉弁10を出た前記冷媒と合流して蒸発器５に流
入する。また、第２絞り装置７で減圧されて発生したガ
スは配管８を通り圧縮機１に吸引され、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。

次に分離ありモードでは、開閉弁10を閉じることにより
加熱器３内を流れる高温の液冷媒を加熱源として貯留器
９内部の冷媒中、主に低沸点冷媒が気化され、精留分離
器６内部を上昇する。このとき凝縮器２で凝縮された液
冷媒の一部が第２絞り装置７で低圧まで減圧され気液二
相の状態になって精留分離器６上部に供給され、そのう
ちの液冷媒は精留分離器６を下降し、上昇する前記低沸
点冷媒ガスと精留分離器６内部で気液接触することによ
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９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、第２絞り装置７で減圧され発生した前記ガスと共に
配管８を通り圧縮機１に吸引される。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。

なお主回路の組成を元に戻すには、開閉弁10を開放する
と、貯留器９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。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のようなヒートポンプ装置では、分
離ありモード、分離なしモードで主回路の冷媒量が大き
く変わら、過充填や冷媒不足により成績係数を高く維持
することが困難であった。

すなわち、分離ありモードにおいて成績係数の高い適正
な冷媒量で運転した後、分離なしモードに切り換えた場
合、高沸点冷媒の飽和液で満たされていた貯留器内に主
回路を流れていた気液二相状態の低沸点冷媒が流入する
ため、貯留器内は気液混合の状態になり、貯留器で貯留
できる冷媒量が大きく減少する。そのために冷凍サイク
ルの主回路側の冷媒量が増加して過充填になり高圧が上
昇して圧縮機入力が増加し、成績係数が低下するという
問題を生じていた。

また、逆に分離なしモードにおいて適正な冷媒量で運転
した後、分離ありモードに切り換えると、今度は主回路
側が冷媒不足になり、加熱能力の低下や成績係数の低下
などの問題を生じていた。

本発明は、分離あり、分離なしそれぞれのモードで貯留
器に貯留する冷媒量をほぼ等しくでき、主回路の冷媒量
を常に適正にし、成績係数の高い運転ができるヒートポ
ンプ装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明のヒートポンプ装置は、非共沸混合冷媒を封入
し、圧縮機、凝縮器、第１絞り装置、蒸発器から主回路
を構成し、下部に加熱器および貯留器を設けた精留分離
器の上部を第２絞り装置と第１開閉弁との並列回路を介
して前記凝縮器と前記第１絞り装置との間の配管に接続
し、同じく前記精留分離器の上部を第２開閉弁を介して
前記第１絞り装置と前記蒸発器との間の配管、または前
記蒸発器と前記圧縮機との間の配管に接続し、さらに前
記貯留器を逆止弁を介して前記凝縮器と前記第１絞り装
置との間の配管上の前記並列回路の接続部よりも下流側
に接続して冷凍サイクルを構成し、前記精留分離器にお
いて精留分離作用をさせる運転においては前記第１開閉
弁を閉、前記第２開閉弁を開とし、精留分離作用をさせ
ない運転においては前記第１開閉弁を開、前記第２開閉
弁を閉とすることを特徴とするものである。

作用 本発明は上記構成により、分離なしモードでは貯留器を
高圧になるようにでき、高温高圧の液冷媒が一部主回路
より流入し、余剰冷媒として貯留器に貯留されながら主
回路に流出するので、主回路、貯留器とも封入した高沸
点に富んだ冷媒組成となり、この時、貯留器は液で満ち
ている状態となる。また、分離ありモードでは、貯留器
が低圧になるものの、精留分離器内部での気液接触によ
り精留作用で、貯留器は高沸点に富んだ冷媒の飽和液と
なるため、この時にも貯留器は液で満ちている状態とな
る。

すなわち、いずれのモードにおいても貯留器内を冷媒液
で満たすことができるので、主回路内の冷媒量を常に適
正に保つことができ、成績係数を高く維持することがで
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図は本発明の一実施例における熱ポンプ装置の構成
図であり、11は圧縮機、12は凝縮器、13は加熱器、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、その上部は第２絞り装置17と第
１開閉弁18との並列回路を介して凝縮器12と加熱器13と
の間の配管に接続し、同じく上部を第２開閉弁19を介し
て第１絞り装置14と蒸発器15との間の配管に接続してい
る。また、精留分離器16の下部には加熱器13を内蔵した
貯留器20を配しており、この貯留器20の下部は逆止弁21
を介して加熱器13と第１絞り装置14との間の配管に接続
している。

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
しモードでは第１開閉弁18を開放し、第２開閉弁19を閉
止する。これにより、凝縮器12で凝縮した液冷媒の一部
が主回路より分岐して、高圧のまま第１開閉弁18および
精留分離器16を介して貯留器20に入り、貯留器内をほぼ
液で満たしながら逆止弁21を経由して主回路に流入す
る。また凝縮器12を出た液冷媒の残りは加熱器13を通
り、逆止弁21を出た前記冷媒と合流して第１絞り装置14
に流入し主回路を流れる。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。ここにおいて、加熱器13を流れる冷媒と貯
留器20内の冷媒とは同温度であり、貯留器20内の液冷媒
は状態が変化することはなく、貯留器20内は常に冷媒液
が満たされている。

次に分離ありモードでは、第１開閉弁18を閉止し、第２
開閉弁19を開放する。これにより、凝縮器12で凝縮され
た液冷媒の一部が第２絞り装置17で低圧まで減圧され気
液二相の状態になって精留分離器16上部に供給され、そ
のうちの液冷媒は精留分離器16を下降する。ここにおい
て精留分離器16、貯留器20内の冷媒は低温低圧になる。
一方、凝縮器12で凝縮された液冷媒の残りは加熱器13に
流入し貯留器20内の低温低圧の液冷媒と熱交換して、主
に低沸点冷媒が気化され、精留分離器16内部を上昇し、
下降する前記高沸点冷媒と気液接触することにより精留
作用が起こる。この結果、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20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。上昇した低沸点冷媒に富んだガス
は、第２絞り装置17で減圧され発生したガスと共に第２
開閉弁19を通り蒸発器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。

ここにおいて貯留器20内は冷凍サイクルの低圧になって
いるが、高沸点冷媒の濃度が高いため、主回路側の乾き
度とは無関係に高沸点冷媒に富んだ飽和液で満たされ
る。この時の貯留量は、分離なしモードの時とあまり変
化なく、したがって、主回路の冷媒量は、分離あり、分
離なし、それぞれのモードでほぼ均一に保つことがで
き、過充填や冷媒不足になることがないため、初期の冷
媒量を適当に決めれば各モードで常に適正な冷媒量が保
て、成績係数の高い運転を行なうことができる。

また、分離なしモードにおいて、精留分離器16、貯留器
20内の冷媒は高温高圧になっており、容器、配管などが
比較的高温になっているため、分離ありモードに切り換
えた場合、その顕熱によって加熱され、初期のガス発生
が容易になり分離に要する時間を短縮することができ
る。

なお、主回路の組成を元に戻すには、第１開閉弁18を開
放、第２開閉弁19を閉止すると、貯留器20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。

本発明は上記実施例に示す外、種々の態様に構成するこ
とができる。

例えば上記実施例において、加熱器13を凝縮器12と第１
絞り装置14との間の配管に設けたが、圧縮機11の吐出配
管を用いてもよいことはもちろんのことであり、この場
合には加熱源温度が高いため加熱器13を非常に小さくす
ることができる等の実用上の効果を有するものである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明のヒートポンプ
装置は、分離なしモードにおいても分離ありモードにお
いても貯留器に貯留される冷媒量があまり変化せず、主
回路の冷媒量を常に適正にすることができ、成績係数を
高く維持することができる。

また、分離なしモードで精留分離器、貯留器の容器、配
管などが比較的高温になっており、分離ありモードに切
り換えた場合、低圧となった冷媒がその顕熱によって加
熱され、初期のガス発生が容易になり、分離に要する時
間を短縮することができる。

また、加熱源として、温度の高い圧縮機の吐出ガス等を
用いると加熱器を非常に小さくできる等、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図は本発明の一実施例における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である。 11……圧縮機、12……凝縮器、13……加熱器、14……第
１絞り装置、15……蒸発器、16……精留分離器、17……
第２絞り装置、18……第１開閉弁、19……第２開閉弁、
20……貯留器、21……逆止弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 雄二 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63−6347（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【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、凝縮
   器、第１絞り装置、蒸発器から主回路を構成し、下部に
   加熱器および貯留器を設けた精留分離器の上部を第２絞
   り装置と第１開閉弁との並列回路を介して前記凝縮器と
   前記第１絞り装置との間の配管に接続し、同じく前記精
   留分離器の上部を第２開閉弁を介して前記第１絞り装置
   と前記蒸発器との間の配管、または前記蒸発器と前記圧
   縮機との間の配管に接続し、さらに前記貯留器を逆止弁
   を介して前記凝縮器と前記第１絞り装置との間の配管上
   の前記並列回路の接続部よりも下流側に接続して冷凍サ
   イクルを構成し、前記精留分離器において精留分離作用
   をさせる運転においては前記第１開閉弁を閉、前記第２
   開閉弁を開とし、精留分離作用をさせない運転において
   は前記第１開閉弁を開、前記第２開閉弁を閉とすること
   を特徴とするヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】加熱器の加熱源を凝縮器出口の冷媒とした
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。