JPH01266472A

JPH01266472A - 熱ポンプ装置

Info

Publication number: JPH01266472A
Application number: JP9375188A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakatani; 和生中谷; Mitsuhiro Ikoma; 生駒　光博; Yuji Yoshida; 雄二吉田; Takeshi Tomizawa; 猛富澤; Koji Arita; 浩二有田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-24
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH0739888B2

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、組成分離により、高
沸点冷媒を貯留して組成を可変する熱ポンプ装置に関す
る。

従来の技術非共沸混合冷媒を用い、組成分離により高沸点冷媒を貯
留して組成を可変する熱ポンプ装置として、我々は第２
図に示すような装置を提案している。

第２図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は第１絞
り装置、４は蒸発器であり、これらを配管接続すること
により主回路を構成している。５は充填材を充填した精
留分離器であり、上部は配管６により凝縮器２出口と、
第２絞り装置７を介して蒸発器４人口とそれぞれ接続さ
れている。また精留分離器６の下部には貯留器８が配置
され、その底部は開閉弁９を介して第２絞り装置７と接
続され、貯留器８の内部には加熱ヒーター１ｏが設けら
れている。

このような装置において非共沸混合冷媒を封入し、組成
を可変する方法について説明する。

まず封入した混合冷媒の組成のままで運転する場合（分
離なし運転時）には、加熱ヒーター１０をＯＦＦするこ
とにより、貯留器８は余剰冷媒を単に貯留し、開閉弁９
の閉止時はそのまま貯め込むし、開放時は貯留しながら
一部は第２絞り装置７を経由して蒸発器４に流出するの
みとなるため、主回路は封入した状態の高沸点冷媒の富
んだ混合冷媒の組成のまま運転することになる。次に高
沸点冷媒を貯留して低沸点冷媒の富んだ組成で運転する
場合（分離あり運転時）には、開閉弁９を閉止し加熱ヒ
ーター１ｏをＯＮすると、貯留器８内部の冷媒中主に低
沸点冷媒が気化され、精留分離器５内部を上昇する。こ
のとき凝縮器２出口からは配管６を経由して液冷媒が供
給され、精留分離器６内部で気液接触により精留作用が
起こり、上昇する気体は低沸点冷媒の濃度が高まり、逆
に下降する液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器８
には高沸点冷媒が凝縮液の状態で貯留されることになる
。一方上昇する低沸点冷媒に富んだ気体は第２絞り装置
７を経由して蒸発器４に流入するため、主回路は低沸点
冷媒の富んだ組成で運転できるものである。

このようなタイプの組成可変型の熱ポンプ装置は、例え
ば給湯装置に適用され、通常使用時には高温水を得るた
め高沸点冷媒の富んだ封入組成のままで運転し、できる
だけ短時間で貯湯する必要がある場合には加熱能力の高
い低沸点冷媒の富んだ組成で運転することが可能となる
。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のような熱ポンプ装置では、分離あ
り運転時に加熱ヒーターを用いてガスを発生させていた
ため、貯留器内の冷媒が所望の濃度になっても、その濃
度を保つためにヒーター人力がそのまま印加され続けて
電力の浪費に力っていた。あるいはそれを防止するため
貯留器内の冷媒濃度を検知してヒーター人力を制御する
ことも可能であったが、濃度検知のための汎用のセンサ
ーがないなどの理由で実現が困難であった。また従来の
ヒーター加熱では貯留器内の液冷媒量を制御することが
できなかったため、分離を早めるために加熱量を大きく
して発生ガス量を増加させようとすると、加熱量が大き
すぎる場合には液冷媒が精留分離器を下降しにくくなり
、貯留器の液冷媒量が減少して空焚きやヒーターの焼き
切れの危険性があり、また、主回路の冷媒量も変化する
ため過充填になってサイクルの成績係数が低下したり、
高圧の上昇等を招くおそれがあった。また、加熱量が小
さすぎると液冷媒量は保てるものの十分な分離を行なう
ことができなかった。また、これらを改善するために貯
留器内に温度センサーや液面センサーなどを取り付ける
方法も考えられるが、制御が複雑になり製品が高価にな
るという欠点があった。

本発明の熱ポンプ装置は、極めて簡単な構成で分離あり
運転時において所望の濃度に達したときには加熱量が減
少し分離に必要な熱量を少なくしてエネルギーロスを最
小にし、所望の濃度に達していないときには加熱量が増
加して分離時間を短縮できるようにすることを目的とす
る。

また、分離運転時において貯留器内の液冷媒量を一定に
保ちながら、しかも十分な分離性能を発揮させることの
できる熱ポンプ装置を提供することを目的とするもので
ある。

課題を解決するだめの手段本発明の熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒を封入し、圧
縮機、加熱器、凝縮器、第１絞り装置、蒸発器から主回
路を構成し、加熱器を圧縮機と凝縮器の間の配管で構成
し、下部に貯留器を設けた精留分離器、第２絞り装置、
開閉弁から副回路を構成して主回路と配管接続し、加熱
器で貯留器内部の冷媒を加熱するように構成したことを
特徴とするものである。

また、加熱器を貯留器の頂部に配置させたことを特徴と
するものである。

さらに加熱器と貯留器を二重管で一体に構成したことを
特徴とするものである。

作　　用本発明は上記した構成により、加熱器を圧縮機と凝縮器
の間の配管で構成したので、分離あシ運転時の初期には
貯留器の冷媒温度と加熱器の加熱源との温度差が大であ
るため加熱量が大きく、発生ガス量が増加して精留分離
器内の気液接触が盛んになり分離を促進させることがで
きる。また、分離が進行するにつれ貯留器は高沸点に富
んだ冷媒濃度になっていくため冷媒液の沸点が上昇し、
加熱器の加熱源との温度差が減少して発生ガス量が減少
し濃度を保ったまま自然に分離を停止させることができ
、加熱源の熱量を無駄に使用するようなことはない。

また、加熱器を貯留器の頂部に配置することにより、加
熱量が増加して発生ガス量が増加し精留分離器からの液
戻りが悪くなって貯留器内の冷媒量が減少してきた場合
には、貯留器内の上部にあるガス冷媒を加熱するのみと
なるためガスが発生せず、精留分離器からの液戻りが容
易になって液量がほぼ一定に保たれたまま再び分離を進
行させることができ、サイクルを過充填で運転して成績
係数を悪化したりするようなことはない。

また、加熱器と貯留器を二重管で一体に構成すれば加熱
器の熱交換面積を広くとれ、加熱量を多くとることがで
きるので分離を促進させることができるものである。

実施例以下、本発明の一実施例を添付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の一実施例の構成図であ
り、１１は圧縮機、１２は加熱器、１３は凝縮器、１４
は第１絞り装置、１５は蒸発器であり、これらを配管接
続することにより主回路を構成している。１６は充填材
を充填した精留分離器であり下部に貯留器１７を配置し
ている。また精留分離器１６の上部を凝縮器１２の出口
の配管に接続し、同じく上部を配管１８によって第２絞
り装置１９を介して蒸発器１５の入口に接続している。

貯留器１７の下部は開閉弁２０を介して第２絞り装置１
９の入口に接続されている。

このような熱ポンプ装置において非共沸混合冷媒を封入
し、組成を可変する方法について説明する。

まず分離なし運転時には開閉弁２ｏを開放することによ
り、圧縮機１１を出て凝縮器１２で凝縮された液冷媒の
一部が精留分離器１６に入り、貯留器１７に余剰冷媒と
して貯留されながら一部は開閉弁２ｏを通過し、ここで
配管１８を通ってきた冷媒と合流して第２絞り装置１９
に流入する。

また凝縮器１３を出だ液冷媒の残りは第１絞り装置１４
を通り、第２絞り装置１９を出た冷媒と合流して蒸発器
１５に流入し、再び圧縮機１１に戻る。こうして主回路
は封入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成の
まま運転することになる。

次に分離あり運転時には、開閉弁２０を閉じることによ
り加熱器１２内を流れる高温の圧縮機１１の吐出ガス冷
媒を加熱源として貯留器１７内部の冷媒中主に低沸点冷
媒が気化され、精留分離器１６内部を上昇する。このと
き凝縮器１３で凝縮された液冷媒の一部が精留分離器１
６上部に供給され、精留分離器１６内部を下降し、上昇
する低沸点冷媒ガスと精留分離器１６内部で気液接触に
よシ精留作用が起こり、上昇する気体は低沸点冷媒の濃
度が高まり、逆に下降する液体は高沸点冷媒の濃度が高
まり、貯留器１７には高沸点冷媒が凝縮液の状態で貯留
されることになる。一方、上昇した低沸点冷媒に富んだ
ガスは配管１８を通り第２絞り装置１９で低圧まで絞ら
れた後蒸発器１５に流入する。こうすることにより主回
路は低沸点冷媒に富んだ混合冷媒の組成で運転できるも
のである。

ここにおいて、分離あり運転時の初期には貯留器１７に
貯留されている液冷媒の温度は凝縮器１３出口温度に近
く、比較的低い。一方、加熱器１２に流入する圧縮機１
１の吐出ガス温度は高く、貯留液との温度差が大きくな
って加熱量は非常に大きくなる。そのため発生ガス量が
増加し気液接触が良くなって初期の分離が促進される。

また、分離が進行し貯留器１７内に高沸点冷媒が貯留さ
れてくると、その沸点が高くなってくるので液温も上昇
してくる。これに伴い圧縮機１１の吐出ガスとの温度差
も次第に小さくなシ加熱量が減少し、所望の濃度になれ
ば加熱量がほとんどゼロとなって濃度は保たれたまま分
離が停止する。このように分離の進行度合に応じて加熱
量が自然に制御されるので、無駄に加熱器１２で加熱を
続けて凝縮器１３での加熱能力が減少したり、成績係数
が低下するなどの不具合はなくなる。　　・なお主回路
の組成を元に戻すには、開閉弁２゜を開放すると、貯留
器１９内の高沸点冷媒が主回路に混入して、主回路は封
入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成となる
。

なお、加熱器１２を貯留器１７の上部に配置することに
よシ、分離運転の初期や圧縮機１１から吐出される冷媒
循環量が多い時など加熱器１２における加熱量が増大し
、発生ガス量が増え、冷媒液が下降しにくくなって貯留
量が減少してきた場合には、加熱器１２が貯留器１７内
の上部、すなわち冷媒ガスを加熱するのみとなり、発生
ガス量はそれ以上増加することがなく、冷媒液が下降し
やすくなって貯留器１７には再び冷媒液が貯留される。

こうすることにより、冷媒量は一定量を保ったまま分離
を進行させることができ、主回路側の過充填が防止でき
成績係数を低下させるようなことはなく、また安全に使
用できるものである。

また、加熱器１２と貯留器１７を二重管で構成すれば加
熱器１２の伝熱面積を多くとることができ加熱量の増加
を容易にして分離を促進することができる。また、その
形状を比較的自由に変えられるので製品のスペースが限
られているような場合にも配置の自由度が増すなど設計
上も有利となる。

この実施例を第３図で説明する。

第３図は加熱器１２と貯留器１Ｔを二重管で構成した一
実施例の構成図である。貯留器１７が横長の配管で構成
されておシ、その上部を精留分離器１６の下部開口部と
接続された構成となっている。加熱器１２は貯留器１７
を外管として二重管構造の内管を構成しておシ貯留器１
７内の上方に配置している。このような構成にすれば加
熱部を長くとれ、伝熱面積を広くすることができるので
加熱量の増加を容易にして分離を促進することができる
ものである。また、加熱量が過剰になって貯留量が減少
してきた場合には、加熱器１２が貯留器１７内の上部、
すなわち冷媒ガスを加熱するのみとなり、発生ガス量は
それ以上増加することがなく、冷媒液が下降しやすくな
って貯留器１７には再び冷媒液が貯留される。こうする
ことにより、冷媒量は一定量を保ったまま分離を進行さ
せることができ、主回路側の過充填や成績係数の低下を
防止できるものである。また、貯留量が多く必要な場合
には、二重管を長くすることによって簡単に実現でき、
製品の高さを大きくするようなことはない。また、二重
管をＬ字形やＵ字形に曲げれば（図示せず）比較的狭い
スペースにも自由に納めることができる利点がある。な
お、加熱器１２を貯留器１７の中心に配置するような構
成も本発明に含まれるものである。

また、第４図は加熱器１２と貯留器１７を二重管で構成
した別の実施例の構成図である。

第４図は精留分離器１６と貯留器１７を一本の配管をＬ
字形に曲げて一体構成しており、それを外管として加熱
器１２が二重管の内管を構成しており、圧縮機１１から
の配管は一体構成された外管の途中から内部に入り加熱
器となり、貯留器１７の端面から出て凝縮器１３へ流入
するような構成になっている。こうすることにより、先
の実施例と同様伝熱面積を広くすることができて分離が
促進され、しかも精留分離器１６と貯留器１７を一体構
成することにより接続部品が減り、溶接などの製造工数
が省けて製品のコストを抑えるととができる。

発明の効果以上の説明より明らかなように、本発明の熱ポンプ装置
は、非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、加熱器、凝縮器
、第１絞り装置、蒸発器から主回路を構成し、加熱器を
圧縮機と凝縮器の間の配管で構成し、下部に貯留器を設
けた精留分離器、第２絞り装置、開閉弁から副回路を構
成して主回路と配管接続し、加熱器で貯留器内部の冷媒
を加熱するようにした構成であるから、分離あシ運転時
′の初期には加熱量が大きく、発生ガス量が増加して精
留分離器内の気液接触が盛んになり分離の進行を促進さ
せることができる。また、分離が進行するにつれ貯留器
は高沸点に富んだ冷媒濃度になっていくだめ加熱器の加
熱源との温度差が減少して発生ガス量が減少し、濃度を
保ったま壕分離を停止させることができ圧縮機の熱量を
無駄に使用するようなことはない。

また、加熱器を貯留器の頂部に配置することにより、貯
留器内の冷媒量が減少してきた場合には、貯留器内のガ
ス冷媒を加熱するのみとなるため、ガスが発生せず精留
分離器からの液戻りが容易になって再び分離を進行させ
ることができ、液量をほぼ一定に保ったまま運転するこ
とができ、主回路の成績係数が悪化することはない。

また、加熱器と貯留器を二重管で一体に構成すれば加熱
器の熱交換面積を広くとるのに有利であり、加熱量を多
くとることができるので分離を促進させることができ、
しかも設計上の自由度も増すなど実用上多大な効果を発
揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の熱ポンプ装置の構成図、第２
図は従来例の熱ポンプ装置の構成図、第３図は加熱器１
２と貯留器１７を二重管で構成した実施例の構成図、第
４図は加熱器１２と貯留器１７を二重管で構成した別の
実施例の構成図である。１１・・・・・・圧縮機、１２・・・・・・加熱器、１
３・・・・・・凝縮器、１６・・・・・・精留分離器、
１７・・・・・・貯留器、１９・・・・・・第２絞り装
置、２０・・・・・・開閉弁。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名４Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、加熱器、凝縮
器、第１絞り装置、蒸発器から主回路を構成し、前記加
熱器を前記圧縮機と前記凝縮器の間の配管で構成し、下
部に貯留器を設けた精留分離器、第２絞り装置、開閉弁
から副回路を構成して主回路と配管接続し、前記加熱器
で前記貯留器内部の冷媒を加熱するように構成したこと
を特徴とする熱ポンプ装置。
（２）加熱器を貯留器の頂部に配置させたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の熱ポンプ装置。
（３）加熱器と貯留器を二重管で一体に構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱ポンプ装置。