JPS6252380A - 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だ熱ポンプ装置は、冷凍サイ
クル内部を循環する冷媒組成を可変にすることにより、
能力制御や性能改善を行うことができ、第２回の如き従
来例が提案されている。第２回は非共沸混合冷媒を用い
た熱ポンプ装置を冷暖房装置として適用した実施例であ
シ、圧縮機１、四方弁２、負荷側熱交換器３、主絞り装
置４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６等を順次環
状に接続し、主サイクル回路を構成している。また主絞
り装置４のバイパスとして、副絞り装置７゜８、充填材
９を充填した分離器ＩＱ、貯溜器１１等を連結した副サ
イクル回路を構成し、分離器１ｏの下部には加熱器１２
、上部には冷却器１３を配置している。

加熱器１２の加熱用熱源としては、本実施例では図示し
ていないが、例えば圧縮器１からの吐出ガスや電気ヒー
タ、又冷却器１３の冷却用熱源としては圧縮器１の吸入
ガスや、低温の外気で冷却する如く構成され、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。

かかる熱ポンプ装置の作用様態を暖房運転時を、中心に
説明すると、主成分冷媒と主成分冷媒より低沸点な冷媒
を封入し、低沸点成分が入っていることで循環量を増大
させて高能力を得る場合には、加熱および冷却を停止す
る事により、分離作用を停止せしめ、よって封入した非
共沸混合冷媒とほぼ等しい組成の混合冷媒が、主には圧
縮機１−四方弁２−負荷側熱交換器３−主絞り装置４−
熱源側熱交換器６→四方弁２→アキユムレータ６→圧縮
機１の順に循環し、一部は負荷側熱交換器３からバイパ
スして、副絞り装置７−分離器１０下部−配管１４→副
絞り装置８−熱源側熱交換器５と循環し、余剰冷媒を貯
溜器１１内に貯溜し、低沸点冷媒を含んだ混合冷媒とな
って、負荷側熱交換器３において高暖房能力を出力する
事が可能である〇 一方能力を低減させる場合には、分離器回路の加熱器１
２および冷却器１３で加熱、冷却を行なうように、例え
ば吐出ガス、吸入ガスを加熱器１２、冷却器１３に流す
事により、副絞り装置７を通過した冷媒は加熱器１２で
加熱されて低沸点成分が気化し、分離器１ｏ内を上昇し
、冷却器１３で凝縮液下して貯溜器１１に貯溜されて一
部は分離器１０上部に還流し、分離器１ｏ内を下降する
。この時、分離器１０内で上昇するガスと下降する液冷
媒とが、充填材９により気液接触を行ない、熱および物
質交換が行なわれ、いわゆる精留作用がなされるもので
ある。それ故、貯溜器１１内には低沸点リッチな冷媒が
貯溜され、一方分離器１０下部の冷媒サイクルは高沸点
リッチな冷媒組成になり１．負荷側熱交換器３での暖房
能力が低減できるものである。

なお冷房運転時は、四方弁２を切換える事により、図の
破線で示す如く暖房時と逆方向に冷媒が流れるものであ
シ、精留作用によって冷媒組成を変える場合は暖房時と
同じく加熱、冷却を行なう事により精留がなされて、主
サイクル濃度を高沸点成分リッチとする事ができるもの
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シ、分離回路を冷房時、暖房時
共中間圧に維持するように構成しているので、たとえば
以下の如き冷凍サイクル上、あるいは精留作用上不具合
な点を生じるものであった０ たとえば、分離器回路は中間圧力であるために、分離器
内でガス成分が発生する場合があるが、主サイクル条件
の変動によってその中間圧力も変動し、分離器内のガス
体積が大きく変動するものである。それ故貯溜器１１内
に貯溜される冷媒量が大きく変動し、主サイクル側の冷
媒量が最適な状態に維持されず、能力、ＥＩＥＲが大き
く減少するものである。また中間圧力の変動により加熱
器１２での発生ガス量が大きく変動し、確実な精留がな
されないばかシか、場合によってはフラッディング等が
生じて精留そのものがなされない事も生じるものであっ
た。

更に、本従来例では、精留作用のあシなしを加熱器、冷
却器の０Ｎ−ＯＦＦにより行なっているが、分離器内圧
力が中間圧力であると、冷媒中に含まれているガス成分
が、加熱なしでも発生しており、分離器１０内を上昇す
るものである。この時、冷却器での冷却が停止されてい
るとしても例えば暖房時の低外気温条件では、冷却器１
３、貯溜器１１、分離器１０等が冷却されており、自然
に精留作用が働いてしまい更に外気温の変動により主サ
イクル回路の冷媒組成が安定しないという問題点もあっ
た。

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、主回路の冷媒
量全最適に維持するとともに、精留作用の確実性を増し
て主回路を循環する冷媒組成の可変を確実に行ない、サ
イクル能力、Ｉ！：ＥＲを向上させる冷凍サイクルを提
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素行う分離器を用い、分離器に入
る冷媒は冷暖房時共、常に高圧液冷媒であるように凝縮
器出口から逆止弁、絞りの並列回路を通過して分離器に
入るように構成している。

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、分
離器、貯溜器内が液冷媒で満され、それ放生回路側冷媒
量が適当な状態に維持されると共に、加熱量、冷媒量を
コントロールすれば常に最適な精留がなされ、確実な主
回路の組成可変が行なわれると共に、精留作用の停止等
も確実になるものである。

実施例 本発明になる熱ポンプ装置の実施例を、冷暖房装置に適
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１〜６，９，１０，１１，１２゜１３は
第２図に示した従来例と同一の構成要素である。第１図
において特徴とする所は、冷暖房時高圧液冷媒ラインと
なる高圧配管より、分離器１０側に流れる逆止弁１６又
は１６を通り、加熱器１２に高圧液冷媒が流入し、分離
器１０から主回路に入る冷媒は副絞り装置１７又は１Ｂ
を通過する如く構成し、更に本実施例では貯溜器１１よ
り第３の副絞り装置１９を通って電磁弁２０゜２１を介
して、冷暖房時共低圧側に導く回路を構成している事で
ある。本実施例では加熱器１２及び冷却器１３の熱源は
図示していないが、圧縮機１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、図の実線で示すように負荷側熱交
換器３から出た高圧液冷媒の一部が、逆止弁１６を通っ
て加熱器１２で加熱されて、一部ガスが発生して分離器
１０の下部に流入する。加熱器１２で発生したガス成分
は分離器１０内を上昇し、冷却器１３で凝縮液化し、貯
溜器１１から分離器１ｏ上部に還流して分離器１ｏ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１１には低沸点リッチの冷媒が貯溜され、
分離器１ｏ下部からは高沸点リッチの冷媒が副絞り装置
１８を通って主回路側冷媒と合流し、熱源側熱交換器６
に流入するものである。一方精留なし時には、加熱され
て分離器１０に入った冷媒が、一部は副絞り装置１８へ
流れるものと、一部は分離器１０内を上昇して貯溜器１
１下部から、第３の開校シ装置１９を通過し、電磁弁２
ｏを通過して主回路側と合流するものとに分れる。　　
　゛この時開校り装置１８と第３の副絞り装置１９は、
第３の開校シ装置１９を抵抗小にしておけばより精留作
用の停止を確実にできるものである。この時、分離回路
の圧力は、主回路の高圧あるいはそれよシ若干低い値ぐ
らいに維持されており、それ故加熱器１２で発生するガ
ス以外は全て液冷媒で満された状態となり、中間圧力に
する時のような冷媒量の大きな変動はなく、主回路側冷
媒量を適当な値に維持できるものである。また精留作用
を行なわせて主回路を高沸点リッチとした場合、主回路
側が低沸点リッチの場合より、主回路に必要な最適冷媒
量は減少するが、その分の調整は貯溜器１１内に低沸点
成分を貯留する事により、その密度差に比例して冷媒貯
溜量を増加させる事で、調整が可能となるものである。

また中間圧力の場合には圧力の少しの変動で発生ガス量
が大きく変わり、分離器１ｏ内に入るガス量自身も大き
く変わり、それ故精留作用が不安定となり主回路側濃度
が変動するという問題点があったが、本発明によれば、
加熱量を固定しておけば、加熱器１２で発生するガス量
の変動は小さく、安定した精留が行なえるものである。

また精留作用を停止して主回路濃度を冷媒封入時の状態
に戻す時には、前述したように単に電磁弁２０を開放す
る事により加熱冷却を入れた状態でも、分離器１ｏに入
った冷媒の一部が分離器１ｏ内を上昇して流れ、精留作
用を行なう時の分離器１０上部から下部への液降下を阻
止し、確実に精留作用が停止するものであるが、本発明
では高圧液冷媒を加熱器１２に流入嬶せているために、
精留作用停止時に加熱を停止するだけでも、分離器１ｏ
に入る中間圧力の時に発生していたようなガス成分がな
くそれ故、分離器１０内での精留を停止させる事ができ
る。このような場合、本実施例で構成している第３の絞
り装置１９、電磁弁２０．２１等によって構成される構
成要素は除く事ができる。

冷房時は暖房時と逆の図の破線で示す冷媒流れとなり、
精留あり、なしの動作は暖房時と同様であるので説明は
省く。

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、
分離器内圧力を冷暖房詩集高圧に維持するように、凝縮
器出口から逆止弁、絞りの並列回路のうち逆止弁を通過
して加熱器に入り、分離器からの冷媒は、主回路の低圧
側に合流する逆止弁、絞りの並列回路のうちの絞りを通
過するよう構成する事によって、分離器と主回路側の冷
媒量を安定に維持できるとともに、安定な精留が確保さ
れる。また精留停止には、加熱を停止するだけでも精留
を停止することも可能となるなど、能力、ＩＣＩＣＲを
確保しながら、安定した冷凍サイクルを形成できるとい
う多大の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

１・・・・・・圧縮機、３・・・・・・負荷側熱交換器
、４・・・・・・主絞り装置、６・・・・・・熱源側熱
交換器、１０・・・・・・分離器、１１・・・・・・貯
溜器、１２・・・・・・加熱器、１３・・・・・・冷却
器、１５．１６・・・・・・逆上弁、１７．１８・・・
・・・副絞り装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少くとも圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、主絞り装置
   、熱源側熱交換器、アキュムレータを環状接続した主回
   路と、充填塔、塔頂冷却器、塔頂貯溜器、塔底加熱器を
   備えた分離器回路とを、暖房時凝縮器となる負荷側熱交
   換器出口の高圧液冷媒、および冷房時凝縮器となる熱源
   側熱交換器の高圧液冷媒から分岐して、それぞれ分離器
   側にしか流れない逆止弁と、副絞り装置の並列回路とで
   接続するとともに非共沸混合冷媒を封入したことを特徴
   とする熱ポンプ装置。