JPS6246780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非共沸混合冷媒を用いることによつ
て、高効率で省エネルギな熱ポンプ装置を提供す
ることを目的とするものである。

従来、家庭内温排熱、太陽熱、燃焼熱等の排熱
エネルギを熱ポンプ装置の蒸発器で回収する技術
は公知のものである。またかかる排熱エネルギ
は、その特性上高温度であつても、熱量的に不足
がちで、かつまた間欠的であり、外気からの熱回
収と併用するため、２つの蒸発器で直列又は並列
に回収する技術も公知のものである。

しかるに、かかる公知の技術においては、一つ
の圧縮機を用いた冷凍サイクルにおいて、単一冷
媒を用いたものであり、蒸発器における蒸発温度
は一定となり、かつその一定となる蒸発温度は排
熱エネルギの温度レベルと外気の温度レベルの低
い方よりも必ず低温となる。従つて蒸発器におい
て過熱が大きくなるだけだつたり、温度レベルの
高い方にサイクルを切換えたりして利用している
のが現状で、サイクル効率上は必ずしも改善され
たものではなかつた。

本発明は、一つの圧縮機、複数の蒸発器を用い
た冷凍サイクルにおいて、非共沸混合冷媒を用い
ることによつて、上記した従来技術の欠点を解消
することを目的としたものである。すなわち、同
一の蒸発圧力でありながら温度レベルの異なる複
数の蒸発器を作製し、異なる温度レベルをもつ複
数の熱源に対応して、高い温度レベルの熱源に対
しては高い蒸発温度をもつ蒸発器で熱交換させ、
低い温度レベルの熱源に対しては低い蒸発温度を
もつ蒸発器で熱交換させることによつて、複数の
熱源から熱回収しながら、従来技術に比して圧縮
機入力を低減させ、高効率で省エネルギが可能と
なるもので、非共沸混合冷媒を用いた一つの圧縮
機を有し、凝縮器出口の高沸点冷媒をより多く含
んだ液相成分と低沸点冷媒をより多く含んだ気相
成分に分離する気液分離器を設け、低沸点冷媒を
より多く含んだ成分を液化膨張後外気と熱交換す
る第１の蒸発器を設け、かつ膨張後の高沸点冷媒
をより多く含んだ成分と混合し、この混合された
元の成分比をもつ非共沸混合冷媒を外気よりも高
温度レベルの熱源と熱交換する第２の蒸発器を設
けたことを特徴とするものである。

以下本発明の熱ポンプ装置の構成を図面に基づ
いて説明する。第１は本発明の熱ポンプ装置を外
気とその他の熱源を利用したヒートポンプ暖房装
置に適用した一実施例を示す。１は圧縮機、２は
凝縮器、３は気液分離器であり、非共沸混合冷媒
を用いるとき、液相側には高沸点冷媒をより多く
含み、気側は低沸点冷媒をより多く含むことにな
る。４は気液分離器３で分離された液相成分のた
めの絞り装置、５は気液分離器３で分離された気
相を液化するための熱交換器、６は低沸点冷媒を
より多く含んだ成分のための絞り装置である。７
は低沸点冷媒をより多く含んだ成分に対する蒸発
器であり、蒸発器７を通過した低沸点冷媒をより
含く含んだ成分は、絞り装置４からの高沸点冷媒
をより多く含んだ成分と混合され、熱交換器５に
送られる。８は混合された元の成分比をもつ非共
沸混合冷媒に対する蒸発器、９はアキユームレー
タであり、マキユームレータ９の出口は圧縮機１
の吸入口に接続されている。１０は室内の空気と
凝縮器２を流れる冷媒を熱交換させるためのフア
ン、１１は外気と蒸発器７を流れる冷媒を熱交換
させるためのフアン、１２は家庭内温排熱、太陽
熱、燃焼熱等の排熱エネルギを回収した水等の搬
送流体と蒸発器８を流れる冷媒を熱交換させるた
めの搬送管である。

このように、蒸発器７，８は圧縮器１にアキユ
ームレータ９を通して連通しているので、同じ蒸
発圧力をもつているものの、蒸発器８を流れる冷
媒は元の成分比をもつ非共沸混合冷媒であり、蒸
発器７を流れる冷媒は低沸点冷媒をより多く含ん
だ成分であるため、蒸発器８の蒸発温度は蒸発器
７の蒸発温度より高温に保つことが可能となる。
従つて、凝縮器２における凝縮温度および蒸発器
７における蒸発温度を、従来の単一冷媒を用いた
冷凍サイクルの凝縮温度および蒸発温度と略同一
とすると、より高温度レベルの排熱エネルギを熱
回収する蒸発器８の蒸発温度は蒸発器７の蒸発温
度より高温となるため、圧縮機１の入力を低減す
ることが可能となるものである。

上記作用を第２図に示した一定圧力における低
沸点冷媒濃度対温度のグラフで説明する。なお、
この第２図においては、説明の都合上一定の凝縮
圧力と蒸発圧力のグラフを上下に並べて配置して
いる。第２図上に示したａ〜ｋ点は、第１図にお
けるａ〜ｋ点における圧力・温度・濃度に対応し
ている。すなわちａ点−ｂ点間は、凝縮器２にお
ける凝縮過程であり、非共沸混合冷媒を用いてい
るため温度低下が見られる。ｃ点およびｄ点は、
気液分離器３で分離された気相および液相の状態
点である。ｄ点−ｅ点間は、絞り装置４における
絞り過程であり、凝縮圧力から蒸発圧力への圧力
低下とともに、温度低下をもたらす。ｃ点−ｆ点
間は、低沸点冷媒をより多く含んだ成分の熱交換
器５における熱交換過程であり、ｆ点において冷
媒が完全に液化される如く熱交換器５は構成され
るものである。ｆ点−ｇ点間は、絞り装置６にお
ける絞り過程であり、同じく凝縮圧力から蒸発圧
力への圧力低下をもたらす。ｇ点−ｈ点間は、蒸
発器７における外気との熱交換による蒸発過程で
あり、非共沸混合冷媒の場合、温度上昇が見られ
る。ｉ点は、絞り装置４後の高沸点冷媒をより多
く含んだｅ点成分と、蒸発器７後の低沸点冷媒を
より多く含んだｈ点成分が混合された状態点を表
わし、その成分比は圧縮機１後の非共沸混合冷媒
の元の成分比と同じものとなる。ｉ点−ｊ点間
は、熱交換器５において高沸点冷媒をより多く含
む成分を液化する際の蒸発過程であり、温度上昇
が見られる。ｊ点−ｋ点間は、蒸発器８における
外気よりも温度レベルの高い排熱エネルギとの熱
交換による蒸発過程であり、蒸発器７における蒸
発過程よりも高沸点冷媒をより多く含むため高い
蒸発温度過程を保持することが可能となる。ｋ点
−ａ点間は、圧縮機１における圧縮過程であり、
蒸発圧力から凝縮圧力まで非共沸混合冷媒は圧縮
される。かかる混合冷媒の状態変化を通じて、上
記した高効率で省エネルギなヒートポンプ暖房装
置を提供できるものであり、外気よりも高温度レ
ベルとなる排熱エネルギが熱量的に多量にある場
合に特に好適となるものである。

なお、第２図からもわかる如く非共沸混合冷媒
を用いた場合、凝縮過においては温度低下、蒸発
過程においては温度上昇が見られるので、凝縮器
２、蒸発器７，８では熱源と対向流とし、熱交換
器５においても対向流とするのがよい。

上説明した如く、本発明の熱ポンプ装置は、非
共沸混合冷媒を用い、高沸点冷媒をより多く含ん
だ成分と低沸点冷媒をより多く含んだ成分に分離
し、低沸点冷媒をより多く含んだ成分を第１の蒸
発器において外気等の低熱源と熱交換した後、前
記高沸点冷媒をより多く含んだ成分と混合し、こ
の混合後の、元の成分比をもつ非共沸混合冷媒を
第２の蒸発器においてより高温度レベルの熱源と
熱交換させる如く構成したので、高効率で省エネ
ルギな熱ポンプ装置を提供できるに至つたもので
ある。

なお、実施例においては省略したが、絞り装置
入口の過冷却をとるための熱交換器を設けたもの
や、給湯装置等に利用した熱ポンプ装置も本発明
に含まれるものであり、高温度レベルの熱源とし
ては、家庭内温度排熱、太陽熱、燃焼熱等の外気
より温度レベルの高い排熱エネルギが好適となる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱ポンプ装置の一実施例を示
す構成図、第２図は第１図の各状態点を説明する
ための低沸点冷媒濃度対温度のグラフである。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……気液分離
器、４……絞り装置、５……熱交換器、６……絞
り装置、７，８……蒸発器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非共沸混合冷媒を用いた一つの圧縮機を有
   し、凝縮器出口に高沸点冷媒をより多く含んだ液
   相成分と低沸点冷媒をより多く含んだ気相成分に
   分離する気液分離器を設け、低沸点冷媒をより多
   く含んだ成分を液化膨張後外気と熱交換する第１
   の蒸発器を設け、かつ膨張後の高沸点冷媒をより
   多く含んだ成分と混合し、この混合後の元の成分
   比をもつ非共沸混合冷媒を外気よりも高温度レベ
   ルの熱源と熱交換する第２の蒸発器を設けた熱ポ
   ンプ装置。 ２ 低沸点冷媒をより多く含んだ気相成分の液化
   は、混合後の元の成分比をもつ非共沸混合冷媒と
   の熱交換によつて行なわれる特許請求の範囲第１
   項記載の熱ポンプ装置。