JPS6246781B2 - - 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持つ複
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、高沸点冷媒をより多く含
んだ成分を膨張後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図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、気相側に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
れた気相成分を液化するために、絞り装置４で温
度低下された混合冷媒と熱交換するための熱交換
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、８は高沸点冷媒を多く
含んだ成分に対する蒸発器、９は両蒸発器７，８
からの冷媒を合流させて収容するアキユームレー
タであり、その出口は圧縮機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は圧縮機１にアキユ
ームレータ９を通じて連通しているので、同じ蒸
発圧力をもつているので、蒸発器８を流れる冷媒
は高沸点冷媒をより多く含んでいるため、低沸点
冷媒をより多く含んだ蒸発器７よりも高温に保つ
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。すなわち点(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。(e)点−(f)点
間と(c)点−(g)点間は熱交換器５における高沸点冷
媒をより多く含んだ成分と低沸点冷媒をより多く
含んだ成分との熱交換過程であり、(g)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。(g)点−(h)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とともに(f)点の冷媒
がより多くの高沸点冷媒を含んだ成分であるた
め、(f)点の温度が(h)点の温度より高くなる如く構
成することは容易なことである。(h)点−(i)点間お
よび(f)点−(j)点間は、それぞれ蒸発器７および８
における蒸発過程であり、非共沸混合冷媒の場
合、温度上昇が見られる。(k)点は、蒸発器７，８
からの冷媒が混合されるアキユームレータ９の出
口における状態点であり、過熱蒸気の状態で圧縮
機１に吸入され、圧縮機１では(k)点（蒸発圧力）
から(a)点（凝縮圧力）まで圧縮される。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、凝縮過程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。

以上説明した如く、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蒸発器
において外気等の低熱源と熱交換し、高沸点冷媒
をより多く含んだ成分を第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、高沸点冷媒をより多く含んだ成
   分を膨張後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、膨張後の高沸点冷媒をより多く含んだ成分と
   の熱交換により行なわれる特許請求の範囲第１項
   記載の熱ポンプ装置。