JPH0769082B2 - 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、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熱ポンプ装置として、我々は第３
図に示すような装置を提案している。第３図において、
１は圧縮機、２は凝縮器、３は主絞り装置、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、副絞り装置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を介して副絞り装置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丙入し、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（分離なしモード）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副絞り装置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（分離ありモード）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副絞り装置
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
め高沸点例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、加熱ヒ
ーターを用いて精留作用を起こさせるため、組成可変す
る場合のエネルギー効率が低くなる。すなわち、ヒータ
ーにより加熱された熱量は精留作用のための気体発生に
利用されるだけで、例えば、給湯側への熱回収が行われ
ず、成績係数が低下するといった欠点があった。また、
上記熱ポンプ装置に切り換え弁を加えて、圧縮機からの
冷媒の流れ方向を切り換え可能にし圧縮機の吐出ガスを
加熱源とする場合にも、加熱能力が減少して成績係数が
低下していた。また、これらの装置では精留分離器の上
部より流出する冷媒ガスが蒸発器に導入され、蒸発器の
圧力損失が増加するという欠点があった。

本発明の熱ポンプ装置は、加熱、冷却運転時ともに確実
に精留分離を行なうことができ、加熱運転時には精留分
離のための気体発生による熱量の損失がなく加熱能力お
よび成績係数を高く保ち得る熱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 本発明の熱ポンプ装置は、圧縮機、四方弁、利用側熱交
換器、主絞り装置、熱源側熱交換器を順に配管接続して
主回路を構成し、加熱器を設けた貯留器をその下部に接
続する精留分離器の上部を前記加熱器出口および前記圧
縮機と前記四方弁の間の配管に接続し、さらに前記加熱
器入口を前記圧縮機と前記四方弁の間の配管に接続した
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、分離ありモードにおい
て、圧縮機から吐出した高温高圧の冷媒ガスの一部は加
熱器に流入し、貯留器に貯留されている液冷媒を加熱し
て自らは凝縮し、精留分離器の上部に流入する。一方貯
留器内で発生したガスは精留分離器内を上昇し、降下す
る液冷媒と精留作用を行なって上昇ガスの低沸点冷媒の
濃度が高まり、再び吐出配管に戻るため吐出ガスノ持つ
エネルギーは減少することがなく、加熱運転時の能力を
低減させずに精留分離ができる。また発生ガスは蒸発器
となる熱交換器を通過することがないので圧力損失の増
大を防止でき、成績係数を高く保ち得るものである。ま
た、冷却運転時にも同様に確実に精留分離を行なうこと
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は吐出配管、13は四方弁、14は利用
分熱交換器、15は主絞り装置、16は熱源側熱交換器で順
に配管接続して冷凍サイクルの主回路を構成している。
17は充填材を充填した精留分離器、18は貯留器、19は加
熱器でありその入口は開閉弁20を介して吐出配管12の上
流側と接続している。また、加熱器19の出口は精留分離
器17の状と接続している。さらに精留分離器17の上部は
逆止弁21を介して吐出配管12の下流側と接続している。
また、利用側熱交換器14と主絞り装置15の間の配管と貯
留器18とは開閉弁22、および副絞り装置23を介して接続
し、また主絞り装置15と熱源側熱交換器16の間の配管は
開閉弁24と副絞り装置25を介して貯留器18と接続してい
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、加熱運転時の運転方法について説明する。この時冷
媒は第１図の実線矢印の方向に流れる。まず分離なしモ
ードは開閉弁20を閉じ、開閉弁22、24を開放することに
より、圧縮機11を出た高温高圧の冷媒ガスは逆止弁21に
より加熱器19に流入することなくすべて四方弁13を通り
利用側熱交換器14に流入し、ここで放熱して液化凝縮す
る。そしてこの液冷媒の一部が開閉弁22、副絞り装置23
を通り貯留器18に流入し一時的に貯留されながら副絞り
装置25、開閉弁24を通って主回路へ流入する。一方利用
側熱交換器14で凝縮した残りの冷媒は主絞り装置15で減
圧されて開閉弁24より流入した冷媒と合流して熱減側熱
交換器16に入り、ここで熱減より吸熱して気化し四方弁
13を通って再び圧縮機11に吸入される。こうすることに
より主回路は封入した状態の高沸点冷媒を富んだ混合冷
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には、開閉弁20を開放、開閉弁22、
23を閉止する。

こうすることにより圧縮機11から吐出した高温高圧の冷
媒ガスの一部は開閉弁20を通り加熱器19に流入し、貯留
器18に貯留されている液冷媒を加熱して気化させながら
自らは凝縮し精留分離器17の状に流入する。一方貯留器
18で発生したガスは精留分離器17内を上昇し、下降する
液冷媒と充填物上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18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逆止弁21を通り再び吐
出配管に戻るため主回路は低沸点冷媒の富んだ混合冷媒
の組成で運転できるものである。この時、気体発生に要
した熱量は失われることなく利用側熱交換器14に流れ加
熱能力の低下は起こらない。また、開閉弁22、24を閉止
しているので、発生した気体は蒸発器となる熱減側熱交
換器16に流入することがないので圧力損失の増大はなく
成績係数は高く維持できるものである。

なお主回路の組成を元に戻すには、開閉弁20を閉止し、
開閉弁22、24を開放すれば利用側熱交換器14から液冷媒
の一部が開閉弁22、副絞り装置23を通って貯留器18に流
入し貯留されている高沸点冷媒が副絞り装置25、開閉弁
24を通って熱減側熱交換器16に流入し、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。

次に、冷却運転時の運転方法について説明する。この時
冷媒は破線矢印の方向に流れる。この時にも加熱運転時
と同様の開閉弁操作によって主回路組成を可変できる。

まず分離なしモードでは開閉弁20を閉じ、開閉弁22、24
を開放することにより、圧縮機11を出た高温高圧の冷媒
ガスは四方弁13を通り熱減側熱交換器16に流入し液化凝
縮する。そしてこの液冷媒の一部が開閉弁24、副絞り装
置25を通り貯留器18の流入し一時的に貯留されながら副
絞り装置23、開閉弁22を通って主回路へ流入し、主絞り
装置15からの冷媒と合流して利用側熱交換器14に入り、
気化して四方弁13を通り再び圧縮機11に吸入される。こ
うすることにより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20を開放、開閉弁22、
23を閉止する。こうすることにより加熱運転時と全く同
様の作用で精留分離器17を上昇する気体は低沸点冷媒の
濃度が高まり、貯留器18には高沸点冷媒が凝縮液の状態
で貯留される。そして上昇する低沸点冷媒に富んだ気体
は逆止弁21を通り再び吐出配管に戻るため主回路は低沸
点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できるものであ
る。この時、開閉弁22、24は閉止しているので、発生し
た気体は蒸発器となる利用側熱交換器14に流入すること
がないので圧力損失の増大はなく成績係数の低下はな
い。

なお、本実施例では加熱運転時、冷却運転時とも分離な
しモードでは貯留器18が高圧と低圧の中間圧力になるよ
う副絞り装置23、25などを付加したが、それに限るもの
ではなく、高圧や低圧で作動させてもよく、そのために
副絞り装置がない構成のものも本発明に含まれる。

また、本実施例では貯留器18と主回路とを開閉弁22、24
や副絞り装置23、25を介して接続したが、一方を精留分
離器17の上部と主回路に接続してもよくこの時も同様な
運転が可能である。

第２図は本発明の熱ポンプ装置の別の実施例の構成図で
あり、第１図の実施例で述べた構成要素と機能を同じく
するものには同一番号を記している。ここでは、吐出配
管12と加熱記19および精留分離器17と吐出配管12をそれ
ぞれ開閉弁29、30を介して接続し、加熱器19と精留分離
器17を接続する配管上に補助熱交換器26を設けている。
また、貯留器18の底部は開閉弁27、および副絞り装置28
を介して圧縮機11と四方弁13の間の圧縮機11の吸入側の
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、加熱、冷却運転時の運転方法は分離ありモードでは
開閉弁27を閉、開閉弁29、30を開にすることにより、第
１図で述べた実施例と同様の作用で運転できる。特に本
実施例では、加熱器19で十分凝縮しなかった吐出ガスを
補助熱交換器26でさらに凝縮させることができるので、
液冷媒を精留分離器17の上部より確実に供給することが
でき、安定した精留作用を行なうことができる。また、
補助熱交換器での放熱は特に冷却運転時に凝縮器となる
熱交換器の負荷を軽減し、高圧を低下させることができ
るので成績係数をさらに良くすることができるものであ
る。

分離なしモードでは開閉弁27を開にし、開閉弁29、30を
閉にする。こうすることにより圧縮機11を出た高温高圧
の吐出ガスはすべて四方弁13に流入することになる。ま
た、貯留器18に貯留されている高沸点冷媒液は開閉弁27
を通り、副絞り装置28で減圧されながら、圧縮機11に吸
入され主回路を循環することになり、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に戻すことが
できるものである。なお、ここで主回路組成を高沸点冷
媒の富んだ混合冷媒の組成に戻した後、開閉弁27を閉に
する場合には開閉弁29は特に設けなくてもよく、これも
本発明に含まれるものである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明の熱ポンプ装置
は、圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、主絞り装置、熱
源側熱交換器等を配管接続して主回路を構成し、加熱器
を設けた貯留器をその下部に接続する精留分離器の上部
を前記加熱器出口および前記圧縮器と前記四方弁の間の
配管に接続し、さらに前記加熱器入口を前記圧縮機と前
記四方弁の間の配管に接続したので、分離ありモードに
おいて、吐出ガスを加熱源として発生し精留分離器内を
上昇した低沸点冷媒に富んだガスを再び吐出配管に戻す
ことができるので、加熱運転時の能力低下が全くなく、
また蒸発器なる熱交換器の圧力損失の増大を防止できる
ため成績係数を高く保ちながら主回路組成を可変できる
効果がある。

また、精留分離器上部と吐出配管の間に開閉弁または逆
止弁を設けた場合には分離なしモードにおいて圧縮機を
出た冷媒ガスは加熱器に流入することがないので凝縮器
となる熱交換器での放熱量を減少させることがない。

また貯留器または精留分離器の少なくとも一方と主回路
とを開閉弁、副絞り装置等を介して接続した場合には、
分離なしモードにおいて開閉弁の操作により確実に貯留
器内の液冷媒を主回路に流出させることができる。

また、加熱器と精留分離器を接続する配管上に補助熱交
換器を設けた場合には加熱器で十分凝縮しなかった吐出
ガスを補助熱交換器でさらに凝縮させることができるの
で、液冷媒を精留分離器の上部より確実に供給すること
ができ、安定した精留作用を行なうことができる。ま
た、特に冷却運転時に成績係数を良くすることができる
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図は本発明の一実施例の熱ポンプ装置の構成図、第
２図は本発明の別の実施例の熱ポンプ装置の構成図、第
３図は従来例の熱ポンプ装置の構成図である。 11……圧縮機、12……吐出配管、17……精留分離器、18
……貯留器、19……加熱器、20,22,24,27,29,30……開
閉弁、21……逆止弁、26……補助熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

【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、四方
   弁、利用側熱交換器、主絞り装置、熱源側熱交換器を順
   に配管接続して主回路を構成し、加熱器を設けた貯留器
   をその下部に接続する精留分離器の上部を前記加熱器出
   口および前記圧縮機と前記四方弁の間の配管に接続し、
   さらに前記加熱器入口を前記圧縮機と前記四方弁の間の
   配管に接続したことを特徴とする熱ポンプ装置。
2. 【請求項２】一端を精留分離器上部に、他端を圧縮機と
   四方弁の間の配管に接続した配管の途中に開閉弁または
   逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱ポン
   プ装置
3. 【請求項３】貯留器または精留分離器の少なくとも一方
   と前記主回路とを開閉弁を介して接続したことを特徴と
   する請求項１記載の熱ポンプ装置。
4. 【請求項４】加熱器と精留分離器を接続する配管上に補
   助熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱
   ポンプ装置。