JPS636347A - 冷凍サイクル - 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〕 この発明は、ヒートポンプ装置などに用いる冷凍サイク
ルに関し、とくに負荷側の温度に対応して冷媒の組成を
調整して容量制御を行う冷凍サイクルに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第５図は米国特許第２９３８３６２号明細書に示された
上述のような冷凍サイクルの冷媒回路図である。

第５図において、１は圧縮機、２ａは主凝縮器、３は気
液分離器、４は減圧装置、５は蒸発器であり、これらが
順次環状に接続されて主冷媒回路が構成されている。６
は精溜装置であり、精溜装置６は上部の積層塔６ａと下
部のレシーバ６ｂとが一体に形成され、積層塔６ａは上
部が気液分離器３に配管７で接続され、レシーバ６ｂは
、内部に電気ヒータ８が設けられ、下部が配管１２によ
って気液分離器３と減圧装置４を結ぶ配管１０ａ。

１０ｂの間に設けた三方切換弁９を介して配管１０ｂに
接続され、積層塔６ａの頂部が副凝縮器２ｂを有する配
管１１で気液分離器３と接続されている。なお、主、副
凝縮器２ａ、２ｂで凝縮器２が構成されている。そして
、この冷凍サイクル内には混合冷媒が充填され、混合冷
媒は、低沸点冷媒としてフロン２２、高沸点冷媒として
Ｒ１１４など沸点が異なる非共沸性の混合物である。

次に、この冷凍サイクルの動作について説明する。圧縮
機１の運転によって、圧縮機１から吐出された高温高圧
となった冷媒ガスは主凝縮器２ａで放熱して周囲を加熱
する。これによって冷媒ガスは液化して気液分離器３に
導かれ、ここで冷媒液は気液分離器３の下部から切換弁
９を通り減圧装置４に導かれ、ここで低圧低温になって
蒸発器５に導かれる。蒸発器５で冷媒液が周囲から加熱
されてガス化し、冷媒ガスは圧縮機１に吸入され、上述
した動作を繰り返す。以上が主冷媒回路の動作である。

この冷凍サイクルは、非共沸性の沸点が異なる混合冷媒
が充填されているが、−船釣な性質として低沸点冷媒の
濃度が高いと主凝縮器２ａでの加熱能力が大きく、高沸
点冷媒の濃度が高いと主凝縮器２ａでの加熱能力は小さ
い。この性質を利用すると混合冷媒の組成を調整するこ
とで、加熱能力を可変とし、容量制御が可能となる。精
溜装置６は容量制御をするために設けられ、切換弁９と
電気ヒータ８とによって操作される。すなわち、容量低
下時に、主冷媒回路中に高沸点冷媒が必要になった場合
には、上記切換弁９を切換えて配管１０ａと１０ｂの接
続から配管１２と配管１０ｂの接続にすることで、積層
装置６下部のレシーバ６ｂに溜った高沸点冷媒が富んで
いる冷媒液が減圧装置４に導かれる。この結果、主冷媒
回路中の高沸点冷媒の濃度が高くなり、加熱能力が低く
なる。なお、この場合に、主冷媒回路にレシーバ６ｂか
ら冷媒を導入することで主冷媒回路の冷媒が過剰になる
が、この過剰冷媒は、気液分離器３の液面を上昇させ、
気液分離器３から溢出し、配管７を通って精溜装置６に
戻される。この精溜装置６に戻った冷媒は、精溜装置６
にあった冷媒より低沸点冷媒が冨んでいる。必要量の高
沸点冷媒が主冷媒回路に導入された時、切換弁９を切換
前の状態に戻し、レシーバ６ｂから配管１２を通じての
冷媒の主冷媒回路への導入を停止する。また、容量上昇
時に、主冷媒回路中に低沸点冷媒が必要になった場合に
は、電気ヒータ８に入力を加えることで、精溜装置６の
レシーバ６ｂ内の冷媒液を加熱して蒸発させる。蒸発し
た冷媒は、低沸点冷媒が比較的冨んでおり、積属装置６
上部の積層塔６ａ頂部から副凝縮器２ｂに導入され、こ
こで凝縮液化して気液分離器３に流入し、気液分離器３
の下部から流出する。このため、主冷媒回路の冷媒が過
剰になるが、この過剰の冷媒は、上述した場合と同様に
気液分離器３から配管７を通って精溜装置６の積層塔６
ａ上部に戻される。積層塔６ａ内では、上部から戻され
て下降する冷媒液と、レシーバ６ｂから蒸発して上昇す
る冷媒ガスとの間で積層作用が生じ、上昇する冷媒ガス
は上方はど低沸点冷媒が富み、下降する冷媒液は下方は
ど高沸煮冷、が富む。この結果、精溜装置６のレシーバ
６ｂには高沸点冷媒が溜り、主冷媒回路は低沸点冷媒が
供給されて、低沸点冷媒の濃度が高（なり、加熱能力が
高くなる。必要な加熱能力になった時、電気ヒータ８に
よる加熱を停止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の冷凍サイクルは、以上のように構成されているの
で、副凝縮器を気液分離器の上方に設けなければならず
、また凝縮器を精溜装置から離れた位置に設けると接続
配管の数が多く長さが長くなり部品配置が制約されると
ともに、コストが貰くなり、さらに、精溜装置のレシー
バ内に設けた電気ヒータへの通電を止めると、高沸点冷
媒が冨む精溜装置の圧力が低下し、主冷媒回路から冷媒
が精溜装置に流れ込み、主冷媒回路の冷媒が不足するた
め、電気ヒータに常に通電しておく必要があり、エネル
ギがむだになるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、副凝縮器をなくし、部品配置の自由度を大
きくするとともに、積層装置、圧縮機および凝縮器を接
続する配管の数を少なく配管の長さを短くしてコストダ
ウンを図り、さらに電気ヒータによるエネルギのむだを
なくし、省エネルギ化ができる冷凍サイクルを提供する
ことを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る冷凍サイクルは、精溜装置の下部に凝縮
器で凝縮し、た高圧冷媒が流れる熱交換器を設け、精溜
装置の上部と主冷媒回路の蒸発器入口側または出口側の
配管を開閉弁を有する配管で接続したものである。

〔作用〕

この発明における冷凍サイクルは、精溜装置の下部内に
設けた熱交換器に主冷媒回路の凝縮器で凝縮した高圧冷
媒を流して、精溜装置の下部内に溜った冷媒液を加熱す
るようにしたので、従来の電気ヒータをなくし、これに
よるエネルギのロスをなくすことができ、また精溜装置
の上部と主冷媒回路の蒸発器入口側または出口側の配管
とを、開閉弁を有する配管で接続したので、従来の副凝
縮器をなくし、配管の自由度を大きくでき、配管の数を
少なくでき、さらに配管の長さも短くできる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図ないし第４図につい
て説明する。

第１図において、１は圧縮機、２は従来の主凝縮器と同
様な凝縮器、３は気液分離器、４は減圧装置（以下第１
減圧装置という）、５は蒸発器であり、これらが順次環
状に接続されて主冷媒回路が形成されている。第２減圧
装置１３を有する配管７の一端が気液分離器３に接続さ
れ、配管７の他端が精溜装置６の積層塔６ａ上部に接続
され、精溜装置６のレシーバ６ｂに一端が接続された配
管１２に開閉可能な第３減圧装置１４が設けられ配管１
２の他端が第１減圧装置４の出口側配管１５に接続され
て、並列冷媒回路が構成されている。

上記精溜装置６のレシーバ６ｂ内には熱交換器１６が設
けられ、熱交換器１６は主冷媒回路の気液分離器３と第
１減圧装置４の間の配管１７と１８に上端と下端がそれ
ぞれ接続されている。また、積層塔６ａの頂部に一端が
接続された配管２０に開閉弁１９が設けられ配管２０の
他端が配管１２の第３減圧装置１４より主冷媒回路側の
部分と併合されて第１減圧装置４出口側に接続されてい
る。

そして、この実施例のヒートポンプ装置内には、従来の
ものと同様な低沸点、高沸点冷媒の非共沸性の混合物が
充填されている。

次に、このヒートポンプ装置の動作ついて説明する。第
２図に示すように、圧縮機１の運転により、圧縮機ｌか
ら吐出された高温高圧の冷媒ガスは凝縮器２で放熱し周
囲を加熱する。この加熱によって液化した冷媒は気液分
離器３に導かれ、これの下部から、配管１７を経てレシ
ーバ６ｂ内に挿入された熱交換器１６に導かれ、導かれ
た冷媒液はレシーバ６ｂ内に溜っている冷媒液よりも高
温であるため、この冷媒液を加熱すると共に、熱交換器
１６を流れる冷媒液が冷却され、この冷媒液が配管１８
を経て第１減圧装置４に導かれ、ここで低圧低温となっ
て蒸発器５に導かれ、ここで冷媒が周囲から加熱されて
ガス化し、圧縮機１に吸入され、上述した動作を繰り返
す。以上の主冷媒回路の動作では、第２．第３減圧装置
１３．１４および開閉弁１９が閉じ、第１減圧装置４が
開き、精溜装置６が設けられた並列冷媒回路は主冷媒回
路と分離している。そして、主冷媒回路内の高沸点冷媒
の濃度が低く、低沸点冷媒の濃度が高い運転である。

この実施例の冷凍サイクルも、従来のものと同様に、低
沸点冷媒の濃度が高いと凝縮器での加熱能力が大きく、
高沸点冷媒の濃度が低いと凝縮器の加熱能力が小さい。

この性質を利用して混合冷媒の組成を調整し、加熱能力
を可変とし、容量制御が可能となる。容量制御を行うた
めの精溜装置６は第２．第３減圧装置１３．１４および
開閉弁１９によって操作される。すなわち、容量低下時
に主冷媒回路中に高沸点冷媒が必要になった場合には、
第３図に示すように第２．第３減圧装置１３゜１４を開
き、第１：／ＪＩｉ、圧装置４を閉じると、精溜装置６
のレシーバ６ｂ下部に溜った高沸点冷媒が冨んでいる冷
媒液が配管１２から第３減圧装置１４を通って蒸発器５
の入口に導かれる。この自果、主冷媒回路中の高沸点冷
媒の濃度が高くなり、加熱能力が低くなる。なお、この
場合に、レシーバ６ａから冷媒を主冷媒回路に導入する
ことで、主冷媒回路の冷媒が過剰となり、気液分離器３
の液面が上昇し、冷媒液が溢出し、配管７を通って精溜
装置６の清潔塔６ａ内に導入され、下方の成用配管６ｄ
からレシーバ６ｂに戻される。戻された冷媒は低沸点冷
媒が冨んでいる。必要量の高沸点冷媒が主冷媒回路に導
入された時、第２図に示すように第２．第３減圧装置１
３，１４、開閉弁１９を閉じ、レシーバ６ｂからの冷媒
の主冷媒回路への導入を停止すると共に、第１減圧装置
４を開く。

また、容量上昇時に、主冷媒回路中に、低沸点冷媒が必
要になった場合には、第４図に示すように第２減圧装置
１３．開閉弁１９および第１減圧装置４を開き、第３減
圧装置１４を閉じる。レシーバ６ｂの冷媒液が熱交換器
１６による加熱によって蒸発し、清潔塔６ａに導入され
る。この冷媒は低沸点冷媒が比較的富んでおり、清潔塔
６ａの頂部から開閉弁１９を通り配管２０によって主冷
媒回路に導かれる。このため、主冷媒回路の冷媒が過剰
になり、気液分離器３の配管７を通って清潔塔６ａ上部
に戻される。清潔塔６ａ内では、上部から戻されて下降
する冷媒液と、レシーバ６ｂから蒸発して上昇する冷媒
ガスとの間で、清潔作用が生じ、上昇する冷媒ガスは上
方はど低沸点冷媒が富み、下降する冷媒液は下方はど高
沸点冷媒が冨む。この結果、レシーバ６ｂには高沸点冷
媒が溜り、主冷媒回路は低沸点冷媒が供給されて低沸点
冷媒の濃度が高くなり、加熱能力も高くなる。

さらに、第２図に示すように第２．第３：＄ｉ圧装置１
３．１４および開閉弁１９を閉じ、第１減圧装置４を開
くことで、再び主冷媒回路中の高沸点冷媒の濃度が低沸
点冷媒の濃度が高い運転ができる。

この発明において、上記実施例では、開閉弁１９を有す
る配管２０を第１減圧装置４の出口側配管１５に接続し
たが、開閉弁を有する配管は、蒸発器の出口側配管など
、第１減圧装置の出口から圧縮機の吸込口までの間の主
冷媒回路の適所に接続すればよい。

また、この発明において、気液分離槽をなくし、凝縮器
２と熱交換器１６の間の配管に第２減圧装置１３を有す
る配管７を接続してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、精溜装置の下
部内に設けた熱交換器に主冷媒回路の凝縮器で凝縮した
高圧冷媒を流し、精溜装置の下部内に溜った冷媒液を加
熱するようにして、従来の電気ヒータをなくしたので、
これによるエネルギのロスをなくし、省エネルギ化を図
ることができ、また精溜装置の上部と主冷媒回路の蒸発
器入口側または出口側の配管とを開閉弁を有する配管で
接続し、従来の副凝縮器をなくしたので、配管の自由度
が大きくまた配管の数を少くでき、さらに配管の長さも
短（することができコストダウンができるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による冷凍サイクルを示す
冷媒回路図、第２図ないし第４図は第１図の冷凍サイク
ルの互いに異なった運転状態を示す冷媒回路、第５図は
従来の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。 １は圧縮機、２は凝縮器、３は気液分離器、４は減圧装
置、５は蒸発器、６は精溜装置、６ａは清潔塔、６ｂは
レシーバ、？、１２．１５．１？。 １８．２０は配管、１３．１４は第２．第３減圧装置、
１６は熱交換器、１９は開閉弁。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、凝縮器、減圧装置、および蒸発器を順次
   環状に接続した主冷媒回路と、上部が主冷媒回路の凝縮
   器と減圧装置の間に接続され下部が主冷媒回路の減圧装
   置の入口側または出口側配管に接続された精溜装置を有
   する並列冷媒回路とを備え、内部に沸点が異なる冷媒の
   非共沸性混合冷媒を充填した冷凍サイクルにおいて、上
   記精溜装置の下部内に上記凝縮器で凝縮した高圧冷媒が
   流れる熱交換器を設け、精溜装置の上部と主冷媒回路の
   蒸発器入口側または出口側の配管とを開閉弁を有する配
   管で接続したことを特徴とする冷凍サイクル。
2. （２）並列冷媒回路は、精溜装置の上部と接続する配管
   と精溜装置の下部と接続する配管の少なくとも一方に減
   圧装置を設けた特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイク
   ル。
3. （３）並列回路は、精溜装置の上部と主冷媒回路とを凝
   縮器および減圧装置の間に設けた気液分離器を介して接
   続する配管に第２の減圧装置を設け、精溜装置の下部と
   主冷媒回路の減圧装置出口側配管とを接続する配管に第
   ３の減圧装置を設けた特許請求の範囲第１項記載の冷凍
   サイクル。