JPS62237253A - 熱ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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使用した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、冷媒精留塔により冷凍サイクル
内の冷媒組成を可変し得る熱ポンプ装置は、たとえば第
２図に示すようなものがあった。

同図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は主絞り装
置、４は蒸発器であシ、これらにより主回路が構成され
ている。また、５は加熱器、６は冷媒精留塔、７は冷却
器、８は冷媒貯留器、９は電磁弁、１０は副絞り装置で
あり、これらにより副回路が構成されている。ここにお
いて、加熱器６には加熱源として、圧縮機１の吐出ガス
が使用され、加熱器６のＡより流入し、熱を奪われた後
Ａ′より流出するようになっている。また、冷却器７の
冷却源としては、圧縮機１の吸入ガスが使用され、冷却
器７のＢより流入し、熱を奪った後Ｂ′より流出するよ
うな構成になっている。

次に、この熱ポンプ装置の作用を説明する。圧縮機１よ
り吐出された高温高圧のガスは、まず、加熱器６のＡ　
−Ａ’の間で若干の熱を放出した後、凝縮器２に入る。

ここでさらに放熱し、凝縮液化した冷媒は分岐して、一
方は、主絞り装置３へ、もう一方は加熱器６へ流入する
。ここにおいて、主回路を高沸点成分冷媒に富んだもの
（以下高沸点リッチと呼ぶ）とする場合には、電磁弁９
を閉としておく。こうすることにより、分岐して加熱器
６へ流入してきた液冷媒は、加熱器６において吐出ガス
との間接熱交換によって加熱され二相状態となり、低沸
点リッチなガスは冷媒精留塔６を上昇し、いわゆる精留
作用によって、さらに低沸点リッチな冷媒となって冷却
器７で液化され冷媒貯留器８に貯留される。冷媒精留塔
６の下部を出た高沸点リッチな冷媒は、そのまま副絞り
装置１゜に流入し、ここで低圧まで減圧され主絞り装置
３で減圧されて低圧となった冷媒と合流して蒸発器４に
入る。ここで吸熱してガスとなり、冷却器７の冷却源と
してＢ　−Ｂ’でさらに吸熱し、再び圧縮機１へ戻ると
いうサイクルを繰シ返し、こうすることにより、冷媒貯
留器８には、段々と低沸点リッチな冷媒が貯留され、主
回路側は段々と高沸点リッチな冷媒が循環するようにな
る。また、主回路を低沸点リッチな冷媒とするには、電
磁弁９を開にする。こうすることにより、冷媒貯留器８
に貯留されている低沸点リッチな液冷媒が電磁弁９を通
って副絞り装置１０に流入し、それより主回路側へと流
れるため、主回路側は段々と低沸点リッチな冷媒組成と
なって行き、冷媒精留塔６に入る冷媒はその時も存在す
るが、電磁弁９が開になっており、そこからの流れが出
来るため、精留作用は全く起こらず、冷媒貯留器８に再
び低沸点成分リッチな冷媒が貯留されるようなことはな
くなる。一般に、主回路の冷媒組成が高沸点リッチにな
ると、能力が減少し、消費電力も低下する。また、能力
／消費電力の値（以下ＥＥＲと呼ぶ）は向上する。

また、逆に低沸点リッチとすると能力が上昇するという
特性を持っているため、負荷の大小に具合った冷媒組成
を選択することによって、能力過大や能力不足をなくし
、また、常にＥＥＲを良好に保つ運転ができる。本実施
例の場合には、電磁弁９を開または閉にするという簡単
な操作一つで、それを実現することができるものである
。

発明が解決しようとする問題点 しかし、こういう従来の熱ポンプ装置には次のような問
題点があった。

一般に、主回路の冷凍サイクルを最高ＥＥＲで運転する
には、その時の冷媒ガス過熱度（以下Ｓ。

Ｈｏと呼ぶ）を吸入時点で５〜１０　ｄｏｇに保つのが
良いことがわかっている。つまり主回路のみの単純サイ
クルにおいては蒸発器出口のＳＨはそれとほぼ同等の値
となる。

第２図の如き従来例では、冷却器７の冷却源として蒸発
器４出口冷媒を用いているため、ここで（Ｂ−Ｂ’間で
）冷却に使われた熱量分だけＳＨが増加する。主回路を
最高ＥＥＲで運転するために吸入ガスのＳＨを６〜１０
　ｄｅｇに保つには、（Ｂ〜Ｂ′）間の冷却冷媒も過熱
ガスにならざるを得なくなり。ここでの熱伝達は悪くな
る。一方、精留作用を確実に行なわせるためには、冷却
器７の冷却量を十分にとる必要があり、冷却冷媒が過熱
ガスであることも合いまって、冷却器７が大きくなるこ
とは避けられなかった。

また、冷却器７を小さくして、吸入ガスＳＨを最高に保
とうとすると、先に述べたように冷却量が十分得られず
内精留作用が不充分となり、また、冷却量を増加させよ
うとして（Ｂ−Ｂ’）間を二相状態にし、熱伝達を良く
すると、精留作用は十分であるが、吸入ガスのＳＨがこ
れなくなりＥＥＲが低下していた。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、蒸発器出
口の冷媒ガスを冷却器に導入し熱を奪った後、さらに凝
縮器出口の液冷媒と熱交換した後、ＳＨのとれた吸入ガ
スとして圧縮機へ戻すようにしたものである。

作　　用 こうすることにより、蒸発器出口を二相状態の冷媒とし
、冷却器に流入させることにより、その気化潜熱によっ
て少ない伝熱面積でも十分熱を奪うことができ十分な精
留作用ができる。さらに、凝縮器出口の高温の液冷媒と
熱交換することによリ、吸入ガスのＳＨをＥＥＲが最高
となる値に維持することが可能となる。まだ、高温の液
は過冷却度が増加することにより、蒸発潜熱を増加させ
、吸入ガス側の熱量減少と合わせても能力の減少は全く
ない。

実施例 本発明になる熱ポンプ装置の一実施例全第１図にもとづ
いて説明する。

第１図において、第２図と同じ要素には同一番号を付し
説明を省略する。

１１は熱交換器であり、蒸発器４を出た冷媒が冷却器７
を出た後、ここへ流入し、高温高圧の冷媒液と熱交換し
て圧縮機１へ吸入される。ここにおいて、モリエル線図
を用いて本実施例を説明する。

第３図は、本実施例の主回路側サイクルを描いたモリエ
ル線図であり、特に吸入ガス側と、液側に着目して描い
たものである。第３図において蒸発器４の出口状態はＤ
であり、冷却器７で熱を奪って点Ｄ′となる。さらに、
熱交換器１１で熱を奪ってｐ　Ｌ′となり、この状態で
圧縮機１に吸入される。

５ｆ縮器２を出た高温液冷媒は点Ｐで示され、熱交換器
１１でさらに冷却されて点Ｑとなる。冷却器７において
は、（Ｄ−Ｄ’）の二相状態であるため、熱伝達率が高
くなり、精留に必要な冷却量（Δ１２）を得るだめの伝
熱面積は小さくできる。従来のものにおいても、こうい
う状態で冷却することは可能であったが、Ｄ′の状態の
まま吸入されるためＳＨが小さくなりＥＥＲが最高とな
るようなことはできなかった。本発明は、Ｄ′〜Ｄ“の
エンタルピー差（Δｉ３）′ｆｆ：高温液側エンタルピ
ー差（Δｔｒ）と交換することによって吸入ガスＳＨを
６〜１０ｄｏｇ　　の値に保つことができる。冷却器７
における吸熱量はΔｉ３；Δ１１であることから、熱交
換器１１をつけない従来のものとは全く変わらず、能力
の低下はない。

また、従来のままで、冷却器７の出口をｐ／／に持って
くるためには、冷却器７での熱交換を、はとんどＤ′〜
Ｄ”の過熱ガス域で行なっていたため、衆知のよって過
熱ガスの熱伝達率は二相域のそれの約％〜％であるため
、同じ冷却量を維持し、かつＳＨを適度に保つためには
、伝熱面積は本実施例のものと比較し、かなり大きくす
る必要があった。本発明によれば、冷却器の伝熱面積は
従来の％〜Ｊ〈にすることができる。

発明の効果 以上述べたように、本発明になる熱ポンプ装置を用いる
ことにより、冷却器を小型にして精留作用を確実に行な
わせることができると共に、圧縮機吸入ガスのＳＨを、
ＥＥＲが最高となるような値に維持することが可能とな
るもので、コンパクトでかつ高性能な熱ポンプ装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる熱ポンプ装置の一実施例を示すサ
イクル図、第２図は従来の熱ポンプ装置のサイクル図、
第３図は本発明になる熱ポンプ装置の主回路側における
モリエル線図である。 弓二 １・・・・・・圧縮機、２凝縮器、４・・・・・・蒸発
器、６・・・・・・冷媒精留塔、７・・・・・・冷却器
、１１・・・・・・熱交換器。 第３図 エンクルビー 〜αＪ（′ｒ）÷６品葛俵うさ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非共沸混合冷媒を用い圧縮機、凝縮器、主絞り装置、蒸
   発器を環状に接続した主回路と、加熱器、冷却器、冷媒
   精留塔、冷媒貯留器、電磁弁、副絞り装置を接続した副
   回路を設け、前記主回路中の前記凝縮器と主絞り装置と
   の間の配管と前記副回路中の前記冷媒精留塔を前記加熱
   器を介して配管接続し、前記主回路中の前記主絞り装置
   と前記蒸発器との間の配管と前記副回路中の前記冷媒精
   留塔を前記副絞り装置を介して配管接続し、前記冷却器
   の冷却冷媒が、前記冷却器を出た後、前記凝縮器の出口
   冷媒と熱交換する如く構成した熱ポンプ装置。