JPS6252372A - 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、非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置の冷凍
サイクルに関するものである。

−従来の技術 従来非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置は、冷凍サイ
クル内部を循環する冷媒組成を可変することにより、能
力制御や性能改善を行う事ができ、例えば特開昭５９−
１５７４４８号公報に示される第２図の如き従来例が提
案されている。第２図は非共沸混合冷媒を用いた熱ポン
プ装置を暖房装置として適用した実施例であシ、１は圧
縮機、２は三方弁、ｊは高温側熱交換器、４．６は絞シ
装置、６は三方弁、７は低温側熱交換器、８は冷媒精留
塔、９は精留塔加熱用熱交換器、１ｏは高沸点液溜め、
１１は精留塔冷却用熱交換器、１２は精留塔冷却用熱交
換器、１３は低沸点液溜め、１４゜１６は流量調節弁、
１６．１７は逆上弁であり、冷凍サイクル内部には非共
沸混合冷媒が封入されている。

以上のように構成された熱ポンプ装置について以下その
動作を説明する。先ず、通常運転時の精留なしにおいて
は三方弁２及び６は第２図に図示する方向に開いておシ
、圧縮機１よｐ吐出された冷媒蒸気は三方弁２．高温側
熱交換器３．絞り装置４．三方弁６．絞シ装置５．低温
側熱交換器７゜圧縮機１へと循環し、高温側熱交換器３
で放熱をまた低温側熱交換器７で吸熱を行う。サイクル
内を循環する冷媒の濃度を変えるいわゆる精留で分離す
る場合には先ず三方弁２を９０右方向へ切シ換え、圧縮
機１から吐出される冷媒を三方弁２゜精留塔加熱用熱交
換器９．精留塔冷却用絞り装置１１、精留塔冷却用熱交
換器１２．逆止弁１６゜圧縮機１へと循環し、精留塔加
熱用熱交換器９にて高沸点液溜め１０内の高沸点成分に
富む冷媒液を沸騰させ、精留塔冷却用熱交換器１２にて
精留塔８で発生する低沸点成分に富む冷媒蒸気を凝縮さ
せ凝縮液を低沸点液溜め１３に溜める。低沸点液溜め１
３からあふれた液は精留塔８内を流下し精留塔８内を上
昇する冷媒蒸気と接触し精留効果金高める。このように
して、精留分離を行ない、低沸点液溜め１３内には低沸
点に富んだ冷媒を、又高沸点液溜め１０内には高沸点に
富んだ冷媒を貯溜するものである。しかる後に、三方弁
２をもとへもどし三方弁６を図より９ｏ右方向へ切シ換
えるとともに流量調節弁１４及び１５を調節して高沸点
成分に富む液と低沸点成分に富む液とを所定の割合に混
合し逆止弁１７を介して絞シ装置５の方向へ流しその後
三方弁６をもとへもどす。

上記のような作用様態により、主回路での冷媒濃度を可
変し、主回路が低沸点成分に富む時には高暖房能力を得
、一方主回路が高沸点成分に富む時には低暖房能力を得
るように冷凍サイクルを制御するものである。

発明が解決しようとする問題点 上記従来例の如き熱ポンプ装置においては、冷媒組成の
可変は基本的に可能であるが、以下の如き不具合な点を
生じるものであった。

そもそも、本従来例は、精留塔８を含む分離器回路で冷
媒を精留分離させる場合には、三方弁２の切換えにより
精留塔８を駆動させる熱源となし、その時高温側熱交換
器３には冷媒が流れず、それ故暖房能力としては出力し
得えず暖房装置とじてははなはだ不便である。

また、主回路の冷媒濃度の調整は、流量調整弁１４及び
１５を調整して高沸点液溜め１０内の高沸点冷媒と、低
沸点冷媒液溜め１３内の低沸点冷媒を任意の割合に混合
して、主回路に供給するものであるが、この場合必要と
する主回路濃度に調整しようとすれば、主回路側の濃度
と、高沸点冷媒液溜め１０内の冷媒濃度および低沸点冷
媒液溜め１３内の冷媒濃度を検出し、更にそれらの濃度
によって、流量調整弁１４．１５の開度あるいは開閉時
間をコントロールしなければならないという、はなはだ
繁雑な制御となるものである。またこの時、主回路内を
最適冷媒量に維持しようとすれば、三方弁６や流量調整
弁１４．１５を上述したのと同様に制御しなければなら
ず、これらの点でも、サイクル上複雑な構成となるもの
である。

更に精留分離の面から考えた場合、三方弁６を開放して
主回路に高沸点あるいは低沸点冷媒を注入した後では、
高沸点冷媒液溜め１０と低沸点冷媒液溜め１３内のそれ
ぞれの冷媒濃度が変化するため、次に三方弁２を開放し
て精留分離を行なわせても、高沸点冷媒液溜め１０と低
沸点冷媒液溜め１３の精留分離後の濃度が前回精留分離
時と異なるといった問題点を生じるものである。

そこで本発明は、かかる従来の問題点を解決し、非共沸
混合冷媒を用いた熱ポンプ装置において、暖房の出力停
止なしに精留分離の確実性を増して主回路を循環する冷
媒組成の可変を確実に行ない、更にそれらの制御が容易
に出来、主回路側の冷媒調整が可能な冷凍サイクルを提
供しようとするものである。

問題点・を解決するための手段 本発明になる熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒の組成可
変手段として精留作用を行う精留塔を用い、主回路の高
圧あるいは中間圧より精留塔に入る回路と、精留塔より
副絞シ装置をへて主回路の低圧に戻す回路とで接続し、
副絞シ装置の抵抗を前記主絞シ装置の抵抗よりも大とし
た。又精留分離の最終濃度を可変する時には、副絞シ装
置の抵抗を可変し、精留分離停止時には副絞シ装置の抵
抗を小さくしたものである。

作用 かかる冷凍サイクル上の構成を採用することにより、主
サイクルと暖房出力を得ながら精留作用が行なえ、副絞
り装置の抵抗を主絞り装置の抵抗よりも大ならしめてい
るために、循環冷媒の大部分が主回路側を流れ、精留塔
での精留作用を冷媒流れで乱す事がなく安定な精留作用
が行なえる。

又、開校シ装置の抵抗を可変して、加熱器での発生ガス
量を調節する事で精留分離の最終濃度を可変でき、精留
停止時には加熱器での発生ガス量をなくすと共に精留塔
での精留作用を冷媒流れで乱す事によって、確実な精留
停止が可能となるものである。

実施例 本発明になる熱ポンプ装置の実施例を、暖房装置に適用
した第１図の実施例をもって説明する。

第１図において、１８は圧縮機、１９は負荷側熱交換器
、２０は主絞シ装置、２１は熱源側熱交換器で順次環状
に接続されている。

一方、負荷側熱交換器１９の高圧出口と充填材２２を充
填した精留塔２３とは途中加熱器２４を介して接続され
、精留塔２３の下部と主回路の熱源側熱交換器２１０入
口とは開校シ装置２６を介して接続されている。精留塔
２３の上部には塔頂冷却器２６と、塔頂貯溜器２７とが
設けられている。

本実施例では加熱器２４及び冷却器２ｅの熱源は図示し
ていないが、圧縮機１８の吐出ガス及び吸入ガスを導き
、精留作用の有無にかかわらず常に冷媒を流す如く構成
しているものである。

かかる構成になるヒートポンプ装置において、暖房時の
精留作用時および精留なし時について説明する。

まず精留作用時には、負荷側熱交換器１９から出た高圧
液冷媒の一部が、加熱器２４で加熱されて一部ガスが発
生し精留塔２３の下部に流入する。

加熱器２４で発生したガス成分は精留塔２３内を上昇し
、冷却器２６で凝縮液化し、貯溜器２７から精留塔２３
上部に還流して精留塔２３内を下降し、その時上昇ガス
と物質、熱交換して精留作用をなし、貯溜器２７には低
沸点リッチの冷媒が貯溜され、精留塔２３下部からは高
沸点リッチの冷媒が副絞り装置２５を通って主回路側冷
媒と合流し、熱源側熱交換器２１に流入するものである
。

この時開校り装置２５の抵抗を主絞り装置２０よりも犬
としているので、循環冷媒の大部分が主回路側を流れ、
精留塔２３内に流入する冷媒は少なく、それ故精留塔２
３内での精留作用を乱す事がなく安定な精留が行なえる
ものである。又この時開校シ装置２６の抵抗を可変にす
ると、加熱器２４から発生するガス量が変化し、例えば
分岐流量を多くして発生ガス量を少なくすると、精留分
離での分離作用が進行せず、本実施例の如き、低沸点成
分を貯溜する方式では貯溜器２７内の低沸点成分濃度が
高くなく、それ放生回路側濃度も低沸点成分の多い冷媒
組成となる。逆に分岐流量を少なくして発生ガス量を多
くすると、精留分離での分離作用が進行し、主回路側濃
度を高沸点成分の多い冷媒組成に変える事ができる。

また精留時に主回路濃度が変わる事により、主回路側で
の最適冷媒量も変化し、低沸点成分リッチの時には多く
必要となシ、高沸点成分リッチ時には少ない冷媒量とな
るものであるが、本発明ではその分の調整は貯溜器２７
内に低沸点成分を貯溜する事により、その密度差に比例
して冷媒貯溜量を増減させる事で調整が可能となる。

次に精留分離を停止して、主回路濃度を初期封入冷媒組
成で運転する場合には、開校シ装置２５を開けて、分岐
流量を多くし、加熱器２４での発生ガス量をなしにする
事で、精留作用が停止する。

またこの時、精留塔２３を主回路の中間圧力で作動させ
る場合でも、精留塔２３への分岐流量が多いために精留
塔２３内での流れが乱され、精留作用が停止するもので
ある。

このように、本発明では主回路で暖房運転しながらでも
精留作用を行ない、主回路濃度を変えてゆく事ができる
ものである。

本実施例では暖房回路のみについて説明しているが、四
方弁等を付加して冷房時にも精留作用を行ない前述した
のと同様の動作を行なわせる事は可能である。

また、本実施例では、精留して低沸点冷媒を貯溜する場
合について述べているが、たとえば分離器下部に配置し
た貯−溜器に高沸点冷媒を貯溜する冷凍サイクル（図示
せず）の場合も同様の効果を有するものである。

発明の効果 本発明になる熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒を用い、
精留塔を主回路の高圧又は中間圧と接続すると共に、精
留塔からの還りを主回路の低圧に接続し副絞り装置の抵
抗を主絞り装置の抵抗よりも大きくすることにより主回
路での暖房運転をしなから精留分離を確実に行なう事が
できる。

又所望主回路濃度に応じて開校シ装置の抵抗を可変し、
精留停止時には当該抵抗を小さくする構成を付加する事
で、分岐流量を調整し分離濃度を可変して主回路濃度を
任意に設定できる。更に分離濃度に応じて貯溜器での貯
溜量を調整し、主回路側冷媒量を最適に維持できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱ポンプ装置の原理
図、第２図は従来例における熱ポンプ装置の原理図であ
る。 １８・・・・・・圧縮機、１９・・・・・・負荷側熱交
換器、２゜・・・・・・主絞り装置、２１・・・・・・
熱源側熱交換器、２３・・・・・・精留塔、２４・・・
・・・加熱器、２６．・・・・・・副絞り装置、２６・
・・・・・塔頂冷却器、２７・・曲塔頂貯溜器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１８
−一一江婦機 Ｉ９−ｍ−騎イ則然交１づ亀」θに ２０−−一主＆（り装置 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも圧縮機、負荷側熱交換器、主絞り装置、
   熱源側熱交換器を環状接続して主回路、精留塔、塔頂冷
   却器、貯溜器、塔底加熱器を備えた回路とを、主回路の
   高圧あるいは中間圧より精留塔に入る回路と、精留塔よ
   り副絞り装置をへて主回路の低圧に戻す回路とで接続す
   るとともに非共沸混合冷媒を封入し、前記副絞り装置の
   抵抗を前記主絞り装置の抵抗より大ならしめたことを特
   徴とする熱ポンプ装置。
2. （２）副絞り装置において、精留分離時には所望主回路
   濃度に応じて抵抗を可変し、精留分離停止時には抵抗を
   小さくした事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   熱ポンプ装置。