JP2000130868A - Lorentz-cyclic heat pump system utilizing non-azeotropic mixed refrigerant as working fluid - Google Patents

Lorentz-cyclic heat pump system utilizing non-azeotropic mixed refrigerant as working fluid

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JP2000130868A
JP2000130868A JP10306733A JP30673398A JP2000130868A JP 2000130868 A JP2000130868 A JP 2000130868A JP 10306733 A JP10306733 A JP 10306733A JP 30673398 A JP30673398 A JP 30673398A JP 2000130868 A JP2000130868 A JP 2000130868A
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JP
Japan
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refrigerant
heat pump
pump system
heat
mixed refrigerant
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JP10306733A
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Japanese (ja)
Inventor
Jiro Takebe
二朗 建部
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of a system by effectively utilizing properties of a non-azeotropic mixed refrigerant, whose refrigerating capacity is also changed when its composition is changed, and always performing an optimum Lorentz-cycle according to external environmental conditions. SOLUTION: This heat pump system utilizes a non-azeotropic mixed refrigerant as a working fluid. In this case, the system is so constituted that the flow of the refrigerant is diverted by providing a fractionating path 7 bypassing a refrigerant path 6 passing through an expansion valve 5 at an intermediate portion of the refrigerant path 6 leading from a condenser 3 to an evaporator 4 through the expansion valve 5. This fractionating path is constituted in such a manner that a fractionating unit 9 is set via a pressure reducing valve 8 and that the composition of the refrigerant, which is caused to circulate in the system, is made controllable by providing control valves 10. The condenser 3 and the evaporator 4 are made to operate as water-cooled counterflow heat exchangers utilizing a secondary fluid.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、空調システム等に
適用するロレンツサイクル化ヒートポンプシステムに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Lorentz cycle heat pump system applied to an air conditioning system and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】電動機やガスエンジンを駆動源とする圧
縮式のヒートポンプシステムでは、従来は、作動流体と
して、R−22等の純粋冷媒が広く用いられてきたが、
フロンによるオゾン層の破壊が指摘されて以来、代替フ
ロンの開発が行われると共に、吸収式等のノンフロン空
調機器が開発されてきた。尚、図6は圧縮式のヒートポ
ンプシステムの構成を模式的に示すもので、凝縮器や蒸
発器は、主に、空冷による熱交換器として構成されてい
る。現在、代替フロンとしてはODPが0であるR−3
2,R−125,R−134aを成分とする混合冷媒が
レトロフィットとして有力視されているが、特に、取り
扱いが容易という点から、純粋冷媒と同様な特性を示
し、組成変化を無視できる共沸混合冷媒R−32/12
5,R−32/125/134a系が注目されている。
純粋冷媒や共沸混合冷媒の場合には、相変化は等温、等
圧のもとで行われ、熱交換器部分にのみ着目すると、図
7のT−s(温度−エントロピー)線図に示すように逆
カルノーサイクルと考えることができる。尚、代替フロ
ンとしては非共沸混合冷媒であるR−32/134a系
も考慮されている。
2. Description of the Related Art In a compression heat pump system using a motor or a gas engine as a drive source, a pure refrigerant such as R-22 has been widely used as a working fluid.
Since the destruction of the ozone layer by CFCs was pointed out, alternative CFCs have been developed, and non-CFC air conditioners such as absorption have been developed. FIG. 6 schematically shows the configuration of a compression heat pump system. The condenser and the evaporator are mainly configured as air-cooled heat exchangers. At present, as an alternative CFC, R-3 with ODP of 0
A mixed refrigerant containing 2, R-125 and R-134a as components is considered to be promising as a retrofit. However, in view of easy handling, a refrigerant having the same characteristics as a pure refrigerant and having a negligible change in composition can be used. Boiling mixed refrigerant R-32 / 12
The 5, R-32 / 125 / 134a system has received attention.
In the case of a pure refrigerant or an azeotropic mixed refrigerant, the phase change is performed under isothermal and isobaric pressures. If attention is paid only to the heat exchanger, the phase change is shown in a Ts (temperature-entropy) diagram of FIG. Thus, it can be considered as an inverse Carnot cycle. In addition, R-32 / 134a system which is a non-azeotropic mixed refrigerant is also considered as an alternative chlorofluorocarbon.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術におい
ては、次のような課題がある。 a.共沸混合冷媒R−32/125系は圧力が高く、従
来のシステムに適用する際には、耐圧面で圧縮機を改良
する必要がある。 b.共沸混合冷媒R−32/125/134a系は冷媒
漏洩時の組成の管理が困難である。 c.非共沸混合冷媒R−32/134a系は、組成が変
化すると能力の変化して系が安定せず、b.の場合と同
様に冷媒漏洩時の組成の管理が困難である。 d.凝縮器や蒸発器を構成する熱交換器は空冷が主であ
るので、熱交換器出入口の平均温度が出力温度となり、
従って代替フロンをそのまま従来のシステムに適用して
も能力はR−22の同等以下である。 本発明はこのような課題を解決することを目的とするも
のである。
The above prior arts have the following problems. a. The pressure of the azeotropic mixed refrigerant R-32 / 125 system is high, and when applied to a conventional system, it is necessary to improve the compressor in terms of pressure resistance. b. It is difficult to control the composition of the azeotropic mixed refrigerant R-32 / 125 / 134a when the refrigerant leaks. c. The non-azeotropic refrigerant mixture R-32 / 134a changes its capacity when the composition changes, and the system becomes unstable, and b. As in the case of the above, it is difficult to control the composition when the refrigerant leaks. d. Since the heat exchangers that make up condensers and evaporators mainly use air cooling, the average temperature at the inlet and outlet of the heat exchanger becomes the output temperature,
Therefore, even if the alternative CFC is applied to the conventional system as it is, the capacity is equal to or lower than that of R-22. An object of the present invention is to solve such a problem.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、非共沸混合冷媒を作動流体とする
ヒートポンプシステムにおいて、凝縮器から膨張弁を経
て蒸発器に至る冷媒経路に、前記膨張弁を通る経路をバ
イパスする精留経路を設けて冷媒を分流させる構成と
し、この精留経路には減圧弁を介して精留装置を設置す
ると共に調節弁を設けて、系に循環させる冷媒の組成を
制御可能に構成すると共に、凝縮器及び蒸発器は、二次
流体による水冷対向流型熱交換器として動作させる構成
とし、環境条件に応じてサイクル計算を行い、冷媒の組
成と流量、温度、圧力等のサイクル条件毎に成績係数、
エクセルギー効率、熱効率等を算出して、サイクル条件
の最適値を算出し、算出したサイクル条件に基づいてヒ
ートポンプシステムを制御して、二次流体の出口温度を
設定温度とする運転を行い、この実際の運転におけるサ
イクル条件を前記サイクル計算にフィードバックする制
御を行う非共沸混合冷媒を作動流体とするロレンツサイ
クル化ヒートポンプシステムを提案する。
According to the present invention, there is provided a heat pump system using a non-azeotropic mixed refrigerant as a working fluid in a refrigerant path from a condenser to an evaporator through an expansion valve. A rectification path that bypasses a path that passes through the expansion valve is provided to divide the refrigerant, and a rectification device is installed in the rectification path via a pressure reducing valve and a control valve is provided to circulate the system. The composition of the refrigerant to be controlled is configured to be controllable, and the condenser and the evaporator are configured to operate as a water-cooled counter-flow heat exchanger using a secondary fluid.The cycle calculation is performed in accordance with the environmental conditions. Coefficient of performance for each cycle condition such as flow rate, temperature, pressure, etc.
Calculate exergy efficiency, heat efficiency, etc., calculate the optimum value of the cycle condition, control the heat pump system based on the calculated cycle condition, perform the operation to set the outlet temperature of the secondary fluid to the set temperature, We propose a Lorentz cycle heat pump system using a non-azeotropic refrigerant mixture as a working fluid that performs control to feed back cycle conditions in actual operation to the cycle calculation.

【0005】また、本発明では、前記の構成において、
精留装置は、 精留経路の上流側に構成して混合冷媒を
加熱して高沸点成分と低沸点成分とに分離するための第
1の容器と、分離した夫々の成分を溜めるための第2、
第3の容器とから構成し、第2、第3の容器からの冷媒
経路の夫々に調節弁を設けた構成とすることを提案す
る。
Further, according to the present invention, in the above configuration,
The rectification device is configured on the upstream side of the rectification path and configured to heat a mixed refrigerant to separate a high-boiling component and a low-boiling component into a first container and a first container for storing the separated components. 2,
A third container is proposed, and a control valve is provided in each of the refrigerant paths from the second and third containers.

【0006】更に本発明では、前記の構成において、ヒ
ートポンプシステムを構成する圧縮機をガスエンジンで
駆動する構成とし、その排熱をシステムの熱源とするこ
とを提案する。
Further, in the present invention, it is proposed that the compressor constituting the heat pump system is driven by a gas engine and the exhaust heat thereof is used as a heat source of the system.

【0007】更に本発明では、前記の構成において、他
のプロセスの熱及び冷熱をシステムの熱源とすることを
提案する。
Further, the present invention proposes that in the above-mentioned configuration, heat and cold of another process are used as heat sources of the system.

【0008】本発明において、非共沸混合冷媒は、例え
ば、R−32/134a系等の沸点差の大きな混合冷媒
を選択することを提案する。
In the present invention, it is proposed that a non-azeotropic refrigerant mixture having a large difference in boiling point, such as R-32 / 134a, be selected.

【0009】以上の本発明によれば、系に循環させる冷
媒の組成を精留経路の精留装置で制御することができ
る。このため本発明では、組成が変化すると能力も変化
する非共沸混合冷媒の性質を有効に利用し、外部の環境
条件に応じて最大効率となるような運転を行うことがで
きる。
According to the present invention described above, the composition of the refrigerant circulated in the system can be controlled by the rectification device in the rectification route. Therefore, in the present invention, it is possible to effectively use the property of the non-azeotropic mixed refrigerant whose capacity changes as the composition changes, and to perform an operation that maximizes the efficiency according to external environmental conditions.

【0010】このような運転は、環境条件に応じてサイ
クル計算を行い、冷媒の組成と流量、温度、圧力等のサ
イクル条件毎に成績係数、エクセルギー効率、熱効率等
を算出して、サイクル条件の最適値を算出し、算出した
サイクル条件に基づいてヒートポンプシステムを制御し
て、二次流体の出口温度を設定温度とする運転を行い、
この実際の運転におけるサイクル条件を前記サイクル計
算にフィードバックする制御により行うことができる。
In such an operation, the cycle calculation is performed according to the environmental conditions, and the coefficient of performance, exergy efficiency, heat efficiency, etc. are calculated for each cycle condition such as the composition and flow rate of the refrigerant, the temperature, and the pressure. Calculate the optimal value of, control the heat pump system based on the calculated cycle conditions, perform the operation to set the outlet temperature of the secondary fluid to the set temperature,
The cycle condition in the actual operation can be controlled by feedback to the cycle calculation.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図を参
照して説明する。図1は本発明のヒートポンプシステム
を概念的に示す系統説明図である。符号1は圧縮機であ
り、この圧縮機1は電動機やガスエンジン等の駆動装置
2により駆動される。3は凝縮器、4は蒸発器、そして
5は膨張弁であり、これらは通常の圧縮式ヒートポンプ
システムと同様な構成である。そこで、本発明では、系
に循環させる冷媒を、例えばR−32/134a系等の
非共沸混合冷媒とすると共に、凝縮器3から膨張弁5を
経て蒸発器4に至る冷媒経路6に、この冷媒経路6をバ
イパスする精留経路7を設けて冷媒を分流させる構成と
している。精留経路7には減圧弁8を介して精留装置9
を設置すると共に、調節弁10を設けている。図におい
ては調節弁10は減圧弁8の上流側と精留装置9の下流
側に図示しているが、この調節弁10の設置位置及び数
は適宜である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system explanatory diagram conceptually showing a heat pump system of the present invention. Reference numeral 1 denotes a compressor, and the compressor 1 is driven by a driving device 2 such as an electric motor or a gas engine. Reference numeral 3 denotes a condenser, 4 denotes an evaporator, and 5 denotes an expansion valve, which have a configuration similar to that of a normal compression heat pump system. Therefore, in the present invention, the refrigerant circulated through the system is, for example, a non-azeotropic mixed refrigerant such as an R-32 / 134a system, and a refrigerant path 6 from the condenser 3 to the evaporator 4 via the expansion valve 5. A rectification path 7 that bypasses the refrigerant path 6 is provided to divide the refrigerant. A rectification device 9 is connected to the rectification route 7 through a pressure reducing valve 8.
And a control valve 10 is provided. In the figure, the control valve 10 is illustrated on the upstream side of the pressure reducing valve 8 and on the downstream side of the rectification device 9, but the installation position and the number of the control valves 10 are appropriate.

【0012】以上の構成において圧縮機1から吐出した
非共沸混合冷媒は凝縮器3を経て冷媒経路6に至り、一
部は膨張弁5方向に流れると共に、他の一部は精留経路
7を流れる。精留経路7を流れる非共沸混合冷媒の流量
割合は調節弁10により調節することができる。こうし
て精留経路7を流れた非共沸混合冷媒は、調整弁10、
減圧弁8を経て精留装置9に至り、この精留装置9で組
成が制御された後に冷媒経路6に合流し、膨張弁5を経
た非共沸混合冷媒と混合して流れ、蒸発器4を経て圧縮
機2に還流する。このように本発明では、精留装置9に
より精留経路7を流れる非共沸混合冷媒の組成と流量を
制御することにより、系を流れる非共沸混合冷媒の組成
を変更することができ、従って能力を調節することがで
きる。
In the above configuration, the non-azeotropic mixed refrigerant discharged from the compressor 1 reaches the refrigerant path 6 via the condenser 3, a part of the refrigerant flows toward the expansion valve 5, and the other part is a rectification path 7. Flows through. The flow rate ratio of the non-azeotropic mixed refrigerant flowing through the rectification path 7 can be adjusted by the control valve 10. The non-azeotropic mixed refrigerant flowing through the rectification path 7 in this way is
After reaching the rectification device 9 via the pressure reducing valve 8, the composition is controlled by the rectification device 9, the rectification device 9 joins the refrigerant path 6, mixes with the non-azeotropic mixed refrigerant passed through the expansion valve 5, and flows into the evaporator 4. To the compressor 2 via. As described above, in the present invention, by controlling the composition and flow rate of the non-azeotropic mixed refrigerant flowing through the rectification path 7 by the rectification device 9, the composition of the non-azeotropic mixed refrigerant flowing through the system can be changed, Therefore, the ability can be adjusted.

【0013】図2は精留装置9の実施の形態を示すもの
で、この精留装置9は、精留経路7の上流側に構成して
混合冷媒を加熱して低沸点成分と高沸点成分とに分離す
るための第1の容器11と、分離した夫々の成分を溜め
るための第2、第3の容器12、13とから構成し、第
2、第3の容器から冷媒経路6に至る夫々の経路に調節
弁10a、10bを設けた構成としている。そして第1
の容器11には冷媒の加熱手段14hを設けると共に、
第2、第3の容器12,13には冷媒の冷却手段14c
を設けている。
FIG. 2 shows an embodiment of the rectification device 9 which is arranged upstream of the rectification path 7 and heats the mixed refrigerant to produce a low-boiling component and a high-boiling component. A first container 11 for separating the components and second and third containers 12 and 13 for storing the separated components. The first and second containers reach the refrigerant path 6 from the second and third containers. The control valves 10a and 10b are provided in the respective paths. And the first
The container 11 is provided with a refrigerant heating means 14h,
The second and third containers 12 and 13 are provided with a cooling means 14c for the refrigerant.
Is provided.

【0014】以上の構成において、冷媒経路6から分流
して精留経路7に流れる非共沸混合冷媒は減圧弁8を経
て第1の容器11内に流入して溜まる。この第1の容器
11内に溜まった非共沸混合冷媒は加熱手段14hによ
り加熱されて低沸点成分が蒸発し、この低沸点成分は調
節弁10cを経て第2の容器12内に流入し、ここで冷
却手段14cにより冷却されて液化して溜まる。一方、
第1の容器11において蒸発しなかった高沸点成分は第
3の容器13内に導入されて溜まり、必要に応じて冷却
手段14cにより冷却される。このようにして精留され
た低沸点成分、高沸点成分が夫々第2、第3の容器1
2,13内に溜められ、夫々の容器12,13から冷媒
経路6に至る経路に設けた調節弁10a,10bによ
り、夫々経路を通る成分の割合と量を調節することによ
り、膨張弁5を経た非共沸混合冷媒と混合した場合の組
成を制御することができる。
In the above configuration, the non-azeotropic mixed refrigerant flowing from the refrigerant passage 6 and flowing to the rectification passage 7 flows into the first container 11 via the pressure reducing valve 8 and accumulates. The non-azeotropic mixed refrigerant accumulated in the first container 11 is heated by the heating means 14h to evaporate the low-boiling component, and the low-boiling component flows into the second container 12 via the control valve 10c. Here, it is cooled by the cooling means 14c and liquefied and accumulated. on the other hand,
The high-boiling components that have not evaporated in the first container 11 are introduced into the third container 13 and accumulated therein, and are cooled by the cooling means 14c as required. The low-boiling component and the high-boiling component thus rectified are supplied to the second and third vessels 1 respectively.
By adjusting the ratio and amount of components passing through the respective paths by adjusting valves 10a and 10b stored in the paths from the respective containers 12 and 13 to the refrigerant path 6, the expansion valve 5 is controlled. The composition when mixed with the passed non-azeotropic refrigerant mixture can be controlled.

【0015】次に、図1に戻ると、本発明においては、
凝縮器3と蒸発器4は、非共沸混合冷媒と二次流体とが
対向流で熱交換する水冷対向流型熱交換器として動作さ
せるものとしている。このような動作は、図3に示すよ
うに熱交換器に着目したT−s(温度−エントロピー)
線図により表すことができ、二次流体と非共沸混合冷媒
の温度差、即ちピンチ温度が一定となるように制御し
て、二次流体の各熱交換器(凝縮器3、蒸発器4)から
の出口温度を空調等における出力温度として利用するこ
とができる。この際、系の調節要素を制御することによ
り、環境条件に応じて常に最適なロレンツサイクル化を
行うことができ、従来よりもシステム効率が向上して、
エネルギーの有効利用を図ることができる。例えば、図
中斜線で囲まれた部分の面積を最小とすれば、圧縮機動
力を最小に制御することができる。前述したとおり、凝
縮器3と蒸発器4は、非共沸混合冷媒と二次流体とが対
向流で熱交換する水冷対向流型熱交換器として動作させ
るものであるから、地域冷暖房等の大規模プラントでの
プロセスとして利用可能である。
Next, returning to FIG. 1, in the present invention,
The condenser 3 and the evaporator 4 are operated as a water-cooled counter-flow heat exchanger in which the non-azeotropic refrigerant mixture and the secondary fluid exchange heat in counter-flow. Such an operation is performed, as shown in FIG. 3, by focusing on the heat exchanger, Ts (temperature-entropy).
The temperature difference between the secondary fluid and the non-azeotropic mixed refrigerant, that is, the pinch temperature is controlled to be constant, and each heat exchanger (condenser 3, evaporator 4) of the secondary fluid is controlled. ) Can be used as an output temperature in air conditioning or the like. At this time, by controlling the control elements of the system, the optimal Lorentz cycle can always be performed according to the environmental conditions, and the system efficiency is improved as compared with the conventional system.
Effective use of energy can be achieved. For example, by minimizing the area of a portion surrounded by oblique lines in the figure, it is possible to control the compressor power to a minimum. As described above, the condenser 3 and the evaporator 4 operate as a water-cooled counter-flow heat exchanger in which the non-azeotropic mixed refrigerant and the secondary fluid exchange heat in the counter-flow. It can be used as a process in a large-scale plant.

【0016】次に本発明のヒートポンプシステムにおけ
る制御手法を説明する。図4は本発明における制御手法
の一例を示す模式図であり、図中破線で囲まれた部分が
コンピュータ等の制御手段を示すものである。まず、こ
の制御では、外気温により変化する年間を通じての環境
条件に応じてサイクル計算を行い、冷媒の組成と流量、
温度、圧力等のサイクル条件毎に成績係数、エクセルギ
ー効率、熱効率等を算出して、サイクル条件の最適値を
算出する。そしてこのサイクル条件に基づいてヒートポ
ンプシステムを制御して、二次流体の出口温度を設定温
度とする運転を行い、この実際の運転におけるサイクル
条件を前記サイクル計算にフィードバックする。このよ
うな制御手法により、具体的には、環境条件をもとに圧
縮機2の動力をできるだけ低減して、成績係数と熱交換
器におけるエクセルギー効率が最大となるようにサイク
ル条件を変化させることを主とするが、実際的に何を優
先させるのかの条件に応じて、適宜のアルゴリズムで制
御を行うことができる。
Next, a control method in the heat pump system of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a control method according to the present invention, in which a portion surrounded by a broken line indicates a control means such as a computer. First, in this control, cycle calculation is performed according to environmental conditions throughout the year, which change depending on the outside temperature, and the composition and flow rate of the refrigerant,
The coefficient of performance, exergy efficiency, heat efficiency, and the like are calculated for each cycle condition such as temperature and pressure, and the optimum value of the cycle condition is calculated. Then, the heat pump system is controlled based on the cycle conditions to perform an operation in which the outlet temperature of the secondary fluid is set to a set temperature, and the cycle conditions in the actual operation are fed back to the cycle calculation. Specifically, by such a control method, the power of the compressor 2 is reduced as much as possible based on the environmental conditions, and the cycle conditions are changed so that the coefficient of performance and the exergy efficiency in the heat exchanger are maximized. This is mainly performed, but control can be performed by an appropriate algorithm according to the condition of what is actually given priority.

【0017】次に図5は以上の説明における各二次流
体、精留装置9等の熱源を含めた本発明のヒートポンプ
システムの実施の形態を示すもので、図1の構成要素と
同様な構成要素には同一の符号を付して重複する説明は
省略している。この実施の形態においては、圧縮機1を
駆動する駆動装置2はガスエンジンであり、また前記冷
媒経路6において膨張弁5の上流側に過冷却器15を設
けると共に、蒸発器4の下流側に過熱器16を設けてい
る。以上の構成において、この実施の形態では、精留装
置9、過冷却器15、過熱器16及び二次流体の熱源
(冷熱源を含む。)として、駆動装置2としてのガスエ
ンジンの排熱や、他のプロセス17の熱(冷熱を含
む。)を利用している。即ち、図中矢印を有する一点鎖
線は冷熱を有する流体の流れを示すもので、矢印を有す
る破線は熱を有する流体の流れを示すものである。この
ようにシステムの熱源として、自体又は他のプロセスの
排熱や冷熱を利用することにより、クーリングタワー等
の設備も不要となり、より省エネルギー、且つ高効率で
低コストなシステムを構成することができる。
Next, FIG. 5 shows an embodiment of the heat pump system of the present invention including each secondary fluid and the heat source such as the rectification device 9 in the above description, and has the same configuration as the components of FIG. Elements are given the same reference numerals, and duplicate description is omitted. In this embodiment, the driving device 2 for driving the compressor 1 is a gas engine, and a supercooler 15 is provided on the refrigerant path 6 on the upstream side of the expansion valve 5 and on the downstream side of the evaporator 4. A superheater 16 is provided. In this embodiment, as the heat source (including the cold heat source) of the rectification device 9, the supercooler 15, the superheater 16, and the secondary fluid in this embodiment, the exhaust heat of the gas engine as the driving device 2 and the like The heat (including cold heat) of the other process 17 is used. That is, a dashed line with an arrow in the figure indicates the flow of a fluid having cold heat, and a broken line with an arrow indicates the flow of a fluid having heat. In this way, by using the exhaust heat or the cold heat of itself or another process as the heat source of the system, equipment such as a cooling tower is not required, and a more energy-efficient, high-efficiency, and low-cost system can be configured.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明は以上のとおりであるので、次の
ような効果がある。 a.組成が変化すると能力も変化する非共沸混合冷媒の
性質を有効に利用し、外部環境条件に応じて常に最適な
ロレンツサイクル化を行うことで、従来よりもシステム
効率が向上すると共に、エネルギーの有効利用を図るこ
とができる。 b.純粋冷媒R−22のレトロフィット機器として、既
存のシステムに精留装置を有する精留経路とその制御手
段を付加するだけでよいので、低コスト、省スペースで
高性能化を図ることができる。 c.系内を循環する非共沸混合冷媒の組成は精留装置に
より制御いることができるので、従来のように組成変化
による性能低下を考慮する必要がなくなる。 d.冷媒漏洩時の補充は、精留装置の各成分を溜める容
器に各成分の冷媒を充填すれば良いので、メンテナンス
が容易である。 e.凝縮器や蒸発器を構成する熱交換器は水冷対向流型
熱交換器として動作させるようにすることにより、地域
冷暖房等の大規模プラントでのプロセスとして利用でき
る。
As described above, the present invention has the following effects. a. By effectively utilizing the properties of non-azeotropic mixed refrigerants whose capacity also changes as the composition changes, and always performing an optimal Lorentz cycle in accordance with external environmental conditions, system efficiency is improved over the past, and energy consumption is improved. Effective utilization can be achieved. b. As a retrofit device for the pure refrigerant R-22, it is only necessary to add a rectification route having a rectification device and its control means to an existing system, so that high performance can be achieved at low cost, space saving, and low cost. c. Since the composition of the non-azeotropic refrigerant mixture circulating in the system can be controlled by the rectifying device, it is not necessary to consider the performance degradation due to the composition change as in the related art. d. Replenishment at the time of refrigerant leakage is easy because maintenance can be performed because the refrigerant of each component may be filled in a container for storing each component of the rectification device. e. The heat exchanger constituting the condenser or the evaporator can be used as a process in a large-scale plant such as a district heating and cooling system by operating as a water-cooled counter-flow heat exchanger.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のヒートポンプシステムを概念的に示
す系統説明図である。
FIG. 1 is a system explanatory view conceptually showing a heat pump system of the present invention.

【図2】 精留装置の実施の形態を示す系統説明図であ
る。
FIG. 2 is a system explanatory diagram showing an embodiment of a rectification device.

【図3】 非共沸混合冷媒の熱交換器に着目したT−s
(温度−エントロピー)線図である。
FIG. 3 Ts focusing on a heat exchanger of a non-azeotropic mixed refrigerant
It is a (temperature-entropy) diagram.

【図4】 本発明における制御手法の一例を示す模式図
である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a control method according to the present invention.

【図5】 二次流体、精留装置等の熱源を含めた本発明
のヒートポンプシステムの実施の形態を示す系統説明図
である。
FIG. 5 is a system explanatory diagram showing an embodiment of a heat pump system of the present invention including a heat source such as a secondary fluid and a rectification device.

【図6】 従来の圧縮式ヒートポンプシステムを概念的
に示す系統説明図である。
FIG. 6 is a system explanatory view conceptually showing a conventional compression heat pump system.

【図7】 純粋冷媒、共沸混合冷媒の熱交換器に着目し
たT−s(温度−エントロピー)線図である。
FIG. 7 is a Ts (temperature-entropy) diagram focusing on a heat exchanger of a pure refrigerant and an azeotropic mixed refrigerant.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮機 2 駆動装置 3 凝縮器 4 蒸発器 5 膨張弁 6 冷媒経路 7 精留経路 8 減圧弁 9 精留装置 10(10a,10b,10c) 調節弁 11 第1の容器 12 第2の容器 13 第3の容器 14h 加熱手段 14c 冷却手段 15 過冷却器 16 過熱器 17 他のプロセス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Drive device 3 Condenser 4 Evaporator 5 Expansion valve 6 Refrigerant path 7 Rectification path 8 Pressure reducing valve 9 Rectification apparatus 10 (10a, 10b, 10c) Control valve 11 1st container 12 2nd container 13 Third container 14h Heating means 14c Cooling means 15 Subcooler 16 Superheater 17 Other process

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非共沸混合冷媒を作動流体とするヒート
ポンプシステムにおいて、凝縮器から膨張弁を経て蒸発
器に至る冷媒経路に、前記膨張弁を通る経路をバイパス
する精留経路を設けて冷媒を分流させる構成とし、この
精留経路には減圧弁を介して精留装置を設置すると共に
調節弁を設けて、系に循環させる冷媒の組成を制御可能
に構成すると共に、凝縮器及び蒸発器は、二次流体によ
る水冷対向流型熱交換器として動作させる構成とし、環
境条件に応じてサイクル計算を行い、冷媒の組成と流
量、温度、圧力等のサイクル条件毎に成績係数、エクセ
ルギー効率、熱効率等を算出して、サイクル条件の最適
値を算出し、算出したサイクル条件に基づいてヒートポ
ンプシステムを制御して、二次流体の出口温度を設定温
度とする運転を行い、この実際の運転におけるサイクル
条件を前記サイクル計算にフィードバックする制御を行
うことを特徴とする非共沸混合冷媒を作動流体とするロ
レンツサイクル化ヒートポンプシステム
In a heat pump system using a non-azeotropic mixed refrigerant as a working fluid, a refrigerant path from a condenser to an evaporator through an expansion valve is provided with a rectification path that bypasses a path passing through the expansion valve. In the rectification path, a rectification device is installed via a pressure reducing valve and a control valve is provided to control the composition of the refrigerant circulated through the system, and a condenser and an evaporator are provided. Is configured to operate as a water-cooled counter-flow heat exchanger using a secondary fluid, performs cycle calculations according to environmental conditions, and calculates the coefficient of performance and exergy efficiency for each cycle condition such as the composition and flow rate of the refrigerant, temperature, and pressure. Calculate the thermal efficiency and the like, calculate the optimal value of the cycle condition, control the heat pump system based on the calculated cycle condition, perform the operation to set the outlet temperature of the secondary fluid to the set temperature, A Lorentz cycle heat pump system using a non-azeotropic mixed refrigerant as a working fluid, wherein control is performed to feed back the cycle conditions in the actual operation to the cycle calculation.
【請求項2】 精留装置は、 精留経路の上流側に構成
して混合冷媒を加熱して高沸点成分と低沸点成分とに分
離するための第1の容器と、分離した夫々の成分を溜め
るための第2、第3の容器とから構成し、第2、第3の
容器からの冷媒経路の夫々に調節弁を設けたことを特徴
とする請求項1記載の非共沸混合冷媒を作動流体とする
ロレンツサイクル化ヒートポンプシステム
2. A rectification apparatus, comprising: a first container configured on an upstream side of a rectification path to heat a mixed refrigerant to separate the mixture into a high-boiling component and a low-boiling component; 2. A non-azeotropic mixed refrigerant according to claim 1, comprising a second container and a third container for storing the refrigerant, and a control valve provided in each of the refrigerant paths from the second and third containers. Lorentz cycle heat pump system using oil as working fluid
【請求項3】 ヒートポンプシステムを構成する圧縮機
をガスエンジンで駆動する構成とし、その排熱をシステ
ムの熱源とすることを特徴とする請求項1〜3までのい
ずれか1項に記載の非共沸混合冷媒を作動流体とするロ
レンツサイクル化ヒートポンプシステム
3. The non-heat pump according to claim 1, wherein a compressor constituting the heat pump system is driven by a gas engine, and the exhaust heat thereof is used as a heat source of the system. Lorentz cycle heat pump system using azeotropic mixed refrigerant as working fluid
【請求項4】 他のプロセスの熱及び冷熱をシステムの
熱源とすることを特徴とする請求項1〜3までのいずれ
か1項に記載の非共沸混合冷媒を作動流体とするロレン
ツサイクル化ヒートポンプシステム
4. A Lorentz cycle using a non-azeotropic refrigerant mixture as a working fluid according to claim 1, wherein heat and cold heat of another process are used as a heat source of the system. Heat pump system
【請求項5】 非共沸混合冷媒は沸点差の大きな混合冷
媒であることを特徴とする請求項1記載の非共沸混合冷
媒を作動流体とするロレンツサイクル化ヒートポンプシ
ステム
5. The heat pump system according to claim 1, wherein the non-azeotropic mixed refrigerant is a mixed refrigerant having a large difference in boiling point.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114253A (en) * 2003-10-08 2005-04-28 Mitsubishi Electric Corp Air conditioner
CN100455955C (en) * 2005-06-28 2009-01-28 乐金电子(天津)电器有限公司 Method for controlling central air conditioner electromagnetic expanding valve
JPWO2021240800A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-02

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114253A (en) * 2003-10-08 2005-04-28 Mitsubishi Electric Corp Air conditioner
JP4488712B2 (en) * 2003-10-08 2010-06-23 三菱電機株式会社 Air conditioner
CN100455955C (en) * 2005-06-28 2009-01-28 乐金电子(天津)电器有限公司 Method for controlling central air conditioner electromagnetic expanding valve
JPWO2021240800A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-02
WO2021240800A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-02 三菱電機株式会社 Refrigeration cycle device
JP7361913B2 (en) 2020-05-29 2023-10-16 三菱電機株式会社 Refrigeration cycle equipment

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