JPH0769084B2 - 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 従来、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、
第３図に示すような装置が提案されている。第３図にお
いて、１は圧縮機、２は凝縮器、３は絞り装置、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、また減圧器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を介して減圧器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減圧器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
んだ気体は減圧器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ヒートポンプ装置は、
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、上記のようなヒートポンプ装置では、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
れないといった欠点があった。

本発明のヒートポンプ装置は、加熱運転時には、精留分
離のための気体発生に利用した熱量を有効に利用でき、
しかも冷却運転時にも、支障なく精留分離を行なうこと
ができるヒートポンプサイクル構成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、下部に貯留器を設けた精
留分離器の上部を絞り装置と利用側熱交換器の間の配管
に接続し、さらに前記精留分離器の上部を前記絞り装置
と前記利用側熱交換器の間の配管に第１逆止弁を介して
接続し、また前記貯留器を開閉弁を介して熱源側熱交換
器と前記絞り装置の間の配管に接続し、圧縮機と四方弁
との間に冷媒エジェクタを設け、前記精留分離器の上部
と前記冷媒エジェクタの吸引口とを第２逆止弁を介して
接続したことを特徴とするものである。

さらに本発明のヒートポンプ装置は、下部に貯留器を設
けた精留分離器の上部を絞り装置と利用側熱交換器の間
の配管に接続し、前記貯留器を開閉弁を介して熱源側熱
交換器と前記絞り装置の間の配管に接続し、前記精留精
留分離器の上部に気液分離器を接続し、この気液分離器
上部のガス側出口を前記絞り装置と前記利用側熱交換器
の間の配管に第１逆止弁を介して接続し、さらに圧縮機
と四方弁との間に冷媒エジェクタを設け、前記気液分離
器上部のガス側出口と前記冷媒エジェクタの吸引口とを
第２逆止弁を介して接続し、前記気液分離器底部の液側
出口を第３逆止弁を介して前記熱源側熱交換器と前記絞
り装置と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
は、加熱ヒーターにより、貯留器内部の冷媒中主に低沸
点冷媒が気化され、精留分離器内部を上昇する。このと
き凝縮器となる熱交換器の出口からは液冷媒が供給さ
れ、精留分離器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気体は、加熱運転時には精
留分離器上部により、冷媒エジェクタの吸入口に導かれ
るため、再び凝縮器となる利用側熱交換器に流入し、凝
縮する際に加熱ヒーターにより与えられた熱量を有効活
用することができ、また冷却運転時にも、支障なく精留
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図は本発明のヒートポンプ装置の一実施例の構成図
であり、11は圧縮機、12は四方弁、13は利用側熱交換
器、14は絞り装置、15は熱源側熱交換器であり、これら
を配管接続することにより主ヒートポンプ回路を構成し
ている。16は充填材を充填した精留分離器であり、その
上部を絞り装置14と利用側熱交換器13の間の配管に接続
し、さらに同精留分離器16の上部を絞り装置14と利用側
熱交換器13との間の配管に第１逆止弁17を介して接続
し、また精留分離器16の下部には加熱ヒーター18を内蔵
した貯留器19を配しており、この貯留器19の下部は開閉
弁20および減圧器21を介して熱源側熱交換器15と絞り装
置14の間の配管に接続されている。さらに精留分離器16
の上部は第２逆止弁22を介して、圧縮機11と四方弁12と
の間に設けられた冷媒エジェクタ23の吸引口に接続され
た構成となっている。

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、加熱ヒーター18をOFFし、開閉弁20
を開放することにより、加熱運転時には、利用側熱交換
器13で凝縮された冷媒の一部が分流され、精留分離器16
を介して貯留器19に入り一部は余剰冷媒として貯留さ
れ、残りは開閉弁20、減圧器21を経由して熱源側熱交換
器15に流出するため、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。
また、冷却運転時には、熱源側熱交換器15で凝縮された
冷媒の一部が分流され、減圧器21、開閉弁20を経由して
貯留器18に入り一部は余剰冷媒として貯留され、残りは
精留分離器16の上部より利用側熱交換器13に流出するた
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。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター18
をONし、開閉弁20を閉じることにより、加熱ヒーター18
により貯留器19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。このとき利用側熱交
換器13で凝縮された液冷媒の一部が分流され、精留分離
器16上部に供給され、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19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気体冷
媒は圧縮機11と四方弁12との間に設けた冷媒エジェクタ
23の吸引口に第２逆止弁22を介して導かれる。この冷媒
エジェクタ23による吸引効果により精留作用の促進が図
れると共に、気体冷媒は再び利用側熱交換器13に流入し
凝縮する際に加熱ヒーター18により与えられた熱量を有
効活用することができる。このようにして主回路は低沸
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。

また、冷却運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター
18をONし、開閉弁20を閉じることにより、加熱ヒーター
18により貯留器19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。このとき熱源側熱交
換器15で凝縮され、絞り装置14で蒸発圧力まで減圧膨張
した液冷媒の一部が分流され、精留分離器16上部に供給
され、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19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気体冷媒は精留分離器
16上部により、第１逆止弁17を介して主回路を流れる冷
媒と合流し、利用側熱交換器13に流入する。これにより
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。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター18をOF
Fし、開閉弁20を開放するか、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、加熱ヒーター18の代わりに圧縮機11の吐出配管等
冷凍サイクル中の高温熱源を用いてもよいことはもちろ
んである。この場合には冷却運転時に凝縮器となる熱源
側熱交換器の負荷を減少させる効果がある。

第２図は本発明のヒートポンプ装置の他の実施例の構成
図であり、第１図は実施例と同一の機能部品には同一番
号を付して示している。

本実施例においては、精留分離器16の上部に接続される
気液分離器24を設け、この気液分離器24上部のガス側出
口を絞り装置14と利用側熱交換器13の間の配管に第１逆
止弁17を介して接続し、さらに気液分離器24上部のガス
側出口と冷媒エジェクタ23の吸引口とを第２逆止弁22を
介して接続すると共に、気液分離器24底部の液側出口を
第３逆止弁25を介して熱源側熱交換器15と絞り装置14の
間の配管に接続した構成となっている。なお、気液分離
器24底部の液側出口はフロート26によるフロート弁構造
となっており、気液分離器24に流入した液冷媒のみを確
実に液側出口より流出させる構成となっている。

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、加熱ヒーター18をOFFし、開閉弁20
を開放することにより、加熱運転時には、利用側熱交換
器13で凝縮された冷媒の一部が分流され、精留分離器16
を介して貯留器19に一部は余剰冷媒として貯留され、残
りは開閉弁20、減圧器21を経由して、あるいは気液分離
器24の駅液側出口より第３逆止弁25を介して、熱源側交
換器15に流出するため、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。また、冷却運転時には、熱源側熱交換器15で凝縮さ
れた冷媒の一部が分流され、減圧器21、開閉弁20を経由
して貯留器19に入り一部は余剰冷媒として貯留され、残
りは精留分離器16の上部より利用側熱交換器13に流出す
るため、主回路は封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。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター18
をONし、開閉弁20を閉じることにより、加熱ヒーター18
により貯留器19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。このとき利用側熱交
換器13で凝縮された液冷媒の一部が分流され、精留分離
器16上部に供給され、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19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気体冷
媒は供給される液冷媒の一部と混合して気液分離器24に
入り、ここで気体冷媒と液冷媒に分離され、気体冷媒は
圧縮機11と四方弁12との間に設けた冷媒エジェクタ23の
吸引口に第２逆止弁22を介して導かれる。この冷媒エジ
ェクタ23による吸引効果により精留作用の促進が図れる
と共に、気体冷媒は再び利用側熱交換器13に流入し凝縮
する際に加熱ヒーターにより与えられた熱量を有効活用
することができる。一方、分離された液冷媒は気液分離
器24底部の液側出口により、第３逆止弁25、減圧器21を
介して熱源側熱交換器15に導かれ、ここで主回路を流れ
る冷媒と混合して、外気などの熱源より吸熱蒸発し、再
び圧縮機11に吸引される。このようにして主回路は低沸
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。

また、冷媒運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター
18をONし、開閉弁20を閉じることにより、加熱ヒーター
18により貯留器19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。このとき熱源側熱交
換器15で凝縮され、絞り装置14で蒸発圧力まで減圧膨張
した液冷媒の一部が分流され、精留分離器16上部に供給
され、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19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気体は気液分離器24上
部のガス側出口より、第１逆止弁17を介して主回路を流
れる冷媒と合流した後、利用側熱交換器13にん流入す
る。これによる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。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター18をOF
Fし、開閉弁20を開放するか、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。

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、下部に貯留器を設けた精留分離器の上部を前記
絞り装置と利用側熱交換器の間の配管に接続し、さらに
同精留分離器の上部を前記絞り装置と利用側熱交換器の
間の配管に第１逆止弁を介して接続し、また前記貯留器
は開閉弁を介して前記熱源側熱交換器と絞り装置の間の
配管に接続し、前記圧縮機と四方弁との間に冷媒エジェ
クタを設け、前記精留分離器の上部と前記冷媒エジェク
タの吸引口とを第２逆止弁を介して接続した構成である
から、分離ありモードの時に、冷媒エジェクタによる吸
引効果による精留作用の促進が図れると共に、精留分離
器上部より上昇してきた低沸点冷媒に富んだ気体冷媒を
再び利用側熱交換器入口に導くことができるため、気体
冷媒が凝縮する際の放熱すなわち加熱ヒーターによる与
えられた熱量（気体発生に利用した熱量）を有効に利用
できるものであり、冷却運転時にも、加熱運転時と同様
に支障なく精留分離を行なうことができ、しかも加熱ヒ
ーターの代わりに圧縮機の吐出配管等冷凍サイクル中の
高温熱源を用いることにより、凝縮器となる熱源側熱交
換器の負荷を軽減することができるものである。

さらに、本発明のヒートポンプ装置は下部に貯留器を設
けた精留分離器の上部を前記絞り装置と利用側熱交換器
の間の配管に接続し、前記貯留器は開閉弁を介して前記
熱源側熱交換器と絞り装置の間の配管に接続すると共
に、前記精留分離器の上部に接続される気液分離器を設
け、この気液分離器上部のガス側出口を前記絞り装置と
利用側熱交換器の間の配管に第１逆止弁を介して接続
し、さらに前記圧縮機と四方弁との間に冷媒エジェクタ
を設け、前記気液分離機上部のガス側出口と前記冷媒エ
ジェクタの吸引口とを第２逆止弁を介して接続し、同底
部の液側出口を第３逆止弁を介して前記熱源側熱交換器
と絞り装置の間の配管に接続した構成であるから、加熱
運転時の分離ありモードの時に、精留分離器の上部に接
続した気液分離器による、上昇してきた低沸点冷媒に富
んだ気体冷媒のみを再び利用側熱交換器入口に導くこと
ができるため、気体冷媒が凝縮する際の放熱すなわち加
熱ヒーターにより与えられた熱量（気体発生に利用した
熱量）を有効に利用できると共に、冷媒エジェクタに液
冷媒を吸引させて蒸発器へ流れる液冷媒の循環量を減少
させることがないものである。さらに、気液分離器の液
側出口をフロート弁構造とすることにより、液冷媒のみ
を確実に蒸発器となる熱源側交換器に流すことができ、
この効果を確実なものとすることができる。また冷却運
転時にも、加熱運転時と同様に支障なく精留分離を行な
うことができる等、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のヒートポンプ装置の構成
図、第２図は本発明の他の実施例のヒートポンプの構成
図、第３図は従来例のヒートポンプ装置の構成図であ
る。 11……圧縮機、12……四方弁、13……利用側熱交換器、
14……絞り装置、15……熱源側熱交換器、16……精留分
離器、17……第１逆止弁、20……開閉弁、22……第２逆
止弁、23……冷媒エジェクタ、24……気液分離器、25…
…第３逆止弁、26……フロート。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【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、絞り装置、熱源側熱交換器を順に
   配管して接続して主ヒートポンプ回路を構成し、下部に
   貯留器を設けた精留分離器の上部を前記絞り装置と前記
   利用側熱交換器の間の配管に接続し、さらに前記精留分
   離器の上部を前記絞り装置と前記利用側熱交換器の間の
   配管に第１逆止弁を介して接続し、また前記貯留器を開
   閉弁を介して前記熱源側交換器と前記絞り装置の間の配
   管に接続し、前記圧縮機と前記四方弁との間に冷媒エジ
   ェクタを設け、前記精留分離器の上部と前記冷媒エジェ
   クタの吸引口とを第２逆止弁を介して接続したことを特
   徴とするシートポンプ装置。
2. 【請求項２】非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方
   弁、利用側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を順に
   配管して接続して主ヒートポンプ回路を構成し、下部に
   貯留器を設けた精留分離器の上部を前記絞り装置と前記
   利用側熱交換器の間の配管に接続し、前記貯留器を開閉
   弁を介して前記熱源側熱交換器と前記絞り装置の間の配
   管に接続し、前記精留分離器の上部に気液分離器を接続
   し、この気液分離器上部のガス側出口を前記絞り装置と
   前記利用側熱交換器の間の配管に第１逆止弁を介して接
   続し、さらに前記圧縮機と前記四方弁との間に冷媒エジ
   ェクタを設け、前記気液分離器上部のガス側出口と前記
   冷媒エジェクタの吸引口とを第２逆止弁を介して接続
   し、前記器気液分離器底部の液側出口を第３逆止弁を介
   して前記熱源側熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接
   続したことを特徴とするヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】気液分離器底部の液側出口をフロート弁構
   造としたことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ
   装置。