JPH02267480A

JPH02267480A - ヒートポンプ

Info

Publication number: JPH02267480A
Application number: JP8576989A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ogawa; 小川　康夫; Shinji Nomichi; 伸治野路
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1990-11-01
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2688979B2

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、ヒートポンプに関し、特に作動冷媒として分
子式ＣｋＨＬＣ１，Ｆ、　（但し、ｋは２以上の整数、
ｌは１以上の整数、ｍ＋ｎは１以上の整数）の化合物で
、且つ蒸発器の内圧が大気圧以下となる冷媒（以下、「
本冷媒」という）を用いるヒートポンプに関するもので
ある。

なおここでヒートポンプとは、温流体を製造する狭義の
ヒートポンプのみならず、冷流体を製造する冷凍機をも
含むものとする。

〔従来の技術〕

従来、ビルの空調等に利用される遠心圧縮式のヒートポ
ンプには、作動冷媒として主にトリクロロモノフルオロ
メタン（以下ｒＲ−１１Ｊという）が利用されている。

しかしながら、この種のフロンは大気成層圏のオゾン層
を破壊するという理由から、近年その使用が国際的に規
制されつ＼ある。

即ち、大気成層圏のオゾン層は、生物に有害な波長２９
０〜３２０ｎｍの光を吸収し、この光が大地に到達しな
いようにする作用を有しているが、この種フロン中に含
まれる塩素（ＣＩ）はこのオゾンを分解し破壊する。こ
のため、上記生物に有害な光が地表に到達してしまうこ
ととなるため、この種フロンの使用を規制することにな
ったのである。

この種フロンの規制に関する具体的例としては、１９８
７年９月に行なわれたオゾン層保護条約に基づくモント
リオール外交会議で採択された議定書がある。ここでは
Ｒ−１１，Ｒ−１１３、Ｒ−１２，Ｒ−１１４，Ｒ−１
１５等がその規制の対象物となり、その生産量及び消費
量を段階的に削減することとなった。

このため現在、遠心圧縮式ヒートポンプに主に使用され
ているＲ−１１に代わる代替作動冷媒を用いたヒートポ
ンプの開発が急がれている。

そして、この代替作動冷媒として有望なものに、分子式
ＣｋＨ，Ｃ１，Ｆ、、（但し、ｋは２以上の整数、ｌは
１以上の整数、ｍ　＋　ｎは１以上の整数）の化合物で
、且つ蒸発器の内圧が大気圧以下となる冷媒（本冷媒）
がある。この本冷媒は、分子式中に水素原子を含んでい
るので、大気成層圏のオゾン層をほとんど破壊すること
なく、安全で無公害である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら実際にこの本冷媒のヒートポンプへの適用
を考えた場合、本発明者らの研究から以下の問題点があ
ることが分かった。

第１表は、この本冷媒の代表例としてＣＪＣ１２Ｆ３（
以下Ｒ−１２３という）にタービンオイル又は空気を混
合して行なったシールドチューブ試験による熱安定性試
験の結果を示す表である。

第　　１　　表同表に示すように、Ｒ−１２３にタービンオイルを混合
したものを１５０℃で５日装置いても、Ｒ−１２３は無
色透明で発生する塩酸の量も０．２ｍｇ／４−と少ない
のに対し、空気を混合したものは、Ｒ−１２３が褐色と
なるばかりか、発生する塩酸の量も１０．０ｍｇ／４−
と非常に多くなる。なお、第１表においてタービンオイ
ルを混合する場合はＣｕ、　Ｆｅ、＾ｌを触媒として用
い、空気を混合する場合はＣｕのみを触媒として用いて
いる。

上記熱安定性試験の結果から、Ｒ−１２３は油混和時の
熱安定性は非常に優れているが、これに空気が混入する
と分解してしまい、その熱安定性が極端に悪くなるので
ある。

この結果は、代表例としてＲ−１２３について示したが
、その他の分子中に水素を含み、且つ２以上の炭素原子
を含む本冷媒についてもすべて同様な性質がある。

ところで、電動機で駆動される圧縮機、凝縮器、蒸発器
、減圧機構を具備し、これらの機器間を作動冷媒の通る
経路で接続して冷媒循環経路を形成すると共に、前記圧
縮機の電動機を作動冷媒により冷却する従来のヒートポ
ンプにおいては、ヒートポンプ内で冷媒が接触する最高
温度の部分は電動機の部分である。

このため、この電動機内部のヒートポンプ冷媒経路内に
大気中の空気が漏れ込み、作動冷媒として本冷媒を使用
した場合は、前記試験結果のように、本冷媒が分解して
しまい作動冷媒としての性能が低下する。このため信頼
性の高いヒートポンプが提供出来ないという問題点かあ
った。

この問題を解決するために従来は、ヒートポンプ停止時
にヒートポンプ内圧が大気圧以下にならないように負荷
水や熱源水等を流して、ヒートポンプの温度をある温度
以下にならないようにしていた。しかし、この場合は、
ポンプ駆動のための動力が非常に大きくなり経済的とは
いえない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、作動
冷媒の内部に大気中の空気が漏れ込まない経済的で信頼
性の高いヒートポンプを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明はヒートポンプを、電
動機で駆動される圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧機構を
具備し、これらの機器間を作動冷媒の通る冷媒経路で接
続して冷媒循環経路を形成すると共に、前記圧縮機の電
動機が作動冷媒により冷却されており、そして、・前記
作動冷媒として分子式Ｃｋ）ＩＬＣｌ、Ｆ、、（但し、
ｋは２以上の整数、ｌは１以上の整数、ｍ＋ｎは１以上
の整数）の化合物を用い、且つ蒸発器の内圧が大気圧以
下となるヒートポンプにおいて、前記ヒートポンプが冷
媒循環経路に混入する不凝縮ガスを抽気する抽気装置を
具備し、該抽気装置はヒートポンプ用圧縮機の運転開始
前に自動的に運転される手段を備えて構成した。

また、本発明のヒートポンプは、抽気装置を電動機部分
から抽気できるように構成した。

さらに、本発明のヒートポンプとして、電動機を冷却す
る作動冷媒が空気を含まないように精留された作動冷媒
液であるように構成した。

そして、前記精留された作動冷媒液が凝縮器で凝縮した
液冷媒であり、且つ該凝縮器から電動機に至る液冷媒流
路を少なくとも下降流路と上昇流路とより構成した。

本発明において用いられる抽気装置は、凝縮器内の作動
冷媒ガスを加圧装置で圧縮した後、該作動冷媒ガスを小
型凝縮器内の冷却水又は外気で冷却し凝縮させ、この作
動冷媒液を蒸発器に戻すとともに、小型凝縮器内の空気
を器外に放出する構造とした。

〔作用〕

上記の如くヒートポンプを構成することにより、ヒート
ポンプに取り付ける抽気装置を、ヒートポンプ運転開始
以前に運転できるように構成したので、冷媒循環経路中
の冷媒中に混入した空気をヒートポンプ運転前に予め除
去することができ、ヒートポンプ運転中空気の混入した
作動冷媒が循環することがない。

また、電動機の冷却は、空気を含まないように精留した
作動媒体液により行なうので、一番高温となる電動機部
分での冷媒の分解がない。

また、作動冷媒として、分子中に水素を含む本冷媒を使
用したので、大気成層圏でのオゾン層をほとんど破壊す
ることがなく、安全で無公害である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

実施例１第１図は本発明に係るヒートポンプの概略構成を示す図
である。

同図に示すように、このヒートポンプは、電動機２４で
駆動される圧縮機１と凝縮気２と蒸発器３と減圧機構４
とを具備し、これらの各機器間を作動冷媒の通る冷媒経
路５，６，７．８で接続して冷媒循環経路を形成して構
成されている。ここで作動冷媒は本冷媒で構成している
。

また、前記電動機２４は冷媒経路１４．１６で接続され
電動機冷却経路が構成されている。

以上のように構成されたヒートポンプにおいて、圧縮機
１で圧縮された作動冷媒ガスは、凝縮器２において流路
９に送られてくる冷却流体により冷却され凝縮される。

そしてこの凝縮された作動冷媒液は、冷媒経路６を通っ
て減圧機構４で減圧された後に蒸発器３に至る。

この蒸発器３では、流路１０から送られてくる負荷流体
によって作動冷媒液が加熱され蒸発し、ガスの状態で冷
媒経路８を通って再び圧縮機１に戻り、ヒートポンプサ
イクルを構成する。

一方流路１０を流れる負荷流体は、蒸発器３内で冷却さ
れ、冷房や冷凍等の負荷（図示せず）に供給される。

図において圧縮機１を駆動する電動機２４は、凝縮器２
から冷媒経路１４を通って加圧装置１５によって送られ
る作動冷媒液により冷却されている。そしてこの作動冷
媒が電動機２４内において加熱・蒸発され冷媒経路１６
を通って再び凝縮器２に送られる。

一方凝縮器２にて加熱された流路９内を流れる冷却流体
は、冷却器１１によって冷却される。

そしてこの冷却された冷却流体は、ポンプ１２によって
再び凝縮器２に循環されるのである。

本発明においては、電動機や圧縮機出口部分での作動冷
媒の分解を防ぐため、冷媒経路内に漏れ込んだ空気を抽
気する抽気装置３０を設けている。

第１図において、凝縮器２から抽気された作動冷媒は、
配管１７を通って加圧装置１８によって加圧され、小型
凝縮器１９に送られ、配管２２に送られる冷却流体（冷
却水又は外気等）により作動冷媒は冷却・凝縮し、減圧
機構２１と配管２０を通って蒸発器３に戻る。

一方該小型凝縮器１９に送られた作動冷媒の中に含まれ
る空気等は、該小型凝縮器１９内で凝縮しないので、該
小型凝縮器１９内に徐々にたまり、その内圧は徐々に高
くなる。ここで圧力弁２３は、ある一定圧力以上になる
と開くように構成されているので、小型凝縮器１９内の
空気等の不凝縮冷媒は該圧力弁２３から排気され、この
ためヒートポンプ内の空気はほとんどない状態に保たれ
る。

なお本実施例においては、配管１７内に加圧装置１８を
設けたので、ヒートポンプ運転開始以前にこの抽気装置
３０を運転できる。従ってヒートポンプの運転開始時前
に予め作動冷媒中に混入した空気を抽気でき、空気の濃
度を低く保つことができるのである。この運転はヒート
ポンプ運転時に圧縮機の起動前に一定時間自勅的に抽気
回収装置を運転する方法や、圧力スイッチにより空気が
混入してきたら停止中でも抽気回収装置を運転する方法
などがある。

なお従来のヒートポンプに装備されている抽気装置は、
小型凝縮器１９内の配管２２に凝縮器２内の作動冷媒液
を流すことにより小型凝縮器１９内の作動冷媒を冷却す
る方法をとるので、加圧装置１８を用いていない。従っ
て従来はヒートポンプの作動時のみしか抽気ができなか
ったのである。

以上のように、この構成にすればヒートポンプ系内の空
気濃度は低いので電動機冷却用としての作動冷媒がどの
部分から送られてきても、冷媒の分解の心配はない。

実施例２次にもう一つの実施例を第２図を用いて説明する。

この例では、前記したような抽気装置３０のヒートポン
プ運転開始以前の運転は必要ない。

すなわち、一番冷媒の分解をおこしやすい所、つまり電
動機２４を冷却する作動媒体は空気を含まないように精
留された作動媒体であるように構成されている。

第２図において、この精留された作動冷媒流は、凝縮器
２にて凝縮された冷媒流であり、冷媒経路１４を通って
電動機２４に送られ、該電動機２４を冷却する。一方、
この作動冷媒は電動機２４で加熱、蒸発されて冷媒経路
１６を通って再び凝縮器２に戻る。凝縮器２においては
空気は凝縮しないので、凝縮した冷媒液には空気は含ま
れていない。したがって、電動機２４で冷媒が分解する
心配がないわけである。しかし凝縮した冷媒中に空気が
含まれる可能性がある場合にはさらに気液分離器を設け
、空気分を取りのぞいたほうが好ましい。または、凝縮
器と電動機の間の流路１４として下降流路と上昇流路４
０を設は停止時に空気が混入することがないようにした
方が望ましい。

即ち、停止中は凝縮器内液冷媒は蒸発器に移り、この流
路がら空気が入り易くなるので液トラップ４１を設ける
のである。

以上は、前記のように空気を含まないように凝縮させた
冷媒液により電動機２４を冷却するすべての場合で同じ
効果を奏する。

さらに、第１図においては、抽気装置３０は凝縮器２よ
り抽気しているので、ヒートポンプ運転開始前もまた運
転中も、凝縮器２内にたまる不凝縮ガスを抽気できる。

しかし、ヒートポンプ運転開始以前に完全に不凝縮ガス
を抽気するためには、第３図に示すように直接電動機２
４から抽気することが好ましい。むろん、ヒートポンプ
運転中は、凝縮器２から抽気するほうが有効なので、配
管１７を凝縮器２と電動機２４に分枝して、それぞれか
ら有効に抽気するように制御してもよい。

以上は、抽気装置３０をヒートポンプ運転開始前に運転
できる場合について説明したが、第３図の構成のように
抽気装置３０が電動機２４の内部温度がある温度（本冷
媒が分解する温度）以下の時間内にほぼ有効に電動機２
４内の空気を抽気できる場合は、ヒートポンプ運転開始
前に抽気装置３０が運転できなくても、本発明と同等の
効果を有するのは無論のことである。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係るヒートポンプ
によれば、以下のような効果を奏する。

（１）　　ヒートポンプに取り付ける抽気装置を、ヒー
トポンプ用圧縮機の運転開始前に自動的に運転されるよ
うにしたので、ヒートポンプの運転に際し、予め冷媒循
環経路中の空気等を抽気できるので、経路内の高温部（
電動機や圧縮機加圧部分）での作動冷媒の分解がなく信
頼性の高いヒートポンプが提供できる。

（２）電動機の冷却を、空気を含まないように精留され
た作動媒体液により行なうように構成したので、電動機
部内での作動冷媒の分解がない。

（３）作動冷媒として本冷媒を使用したので、大気成層
圏のオゾン層をほとんど破壊することがなく、安全で無
公害である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートポンプの概略構成を示す図
、第２図と第３図は本発明の他の実施例を示す概略構成
図である。１・・・圧縮機、２・　・凝縮器、３・蒸発器、４・・
・減圧機構、２４・　・電動機、５．６，７，８．１４
．１６・・・冷媒経路、１３・・・冷却流体温度制御装
置、１３ａ・・・温度センサ、１８・・・加圧装置、１
９・・小型凝縮器、３０・・・抽気装置、特許出願人　　株式会社荏原製作所

Claims

【特許請求の範囲】１、電動機で駆動される圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧
機構を具備し、これらの機器間を作動冷媒の通る冷媒経
路で接続して冷媒循環経路を形成すると共に、前記電動
機が作動冷媒により冷却されており、そして、前記作動
冷媒として分子式Ｃ＿ｋＨ＿ｌＣｌ＿ｍＦ＿ｎ（但し、
ｋは２以上の整数、ｌは１以上の整数、ｍ＋ｎは１以上
の整数）の化合物を用い、且つ蒸発器の内圧が大気圧以
下となるヒートポンプにおいて、前記ヒートポンプが冷
媒循環経路に混入する不凝縮ガスを抽気する抽気装置を
具備し、該抽気装置はヒートポンプ用圧縮機の運転開始
前に自動的に運転される手段を備えていることを特徴と
するヒートポンプ。２、抽気装置が電動機部分から抽気できるよに構成され
ていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ。３、電動機で駆動される圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧
機構を具備し、これらの機器間を作動冷媒の通る冷媒経
路で接続して冷媒循環経路を形成すると共に、前記電動
機が作動冷媒により冷却されており、そして前記作動冷
媒として分子式Ｃ＿ｋＨ＿ｌＣｌ＿ｍＦ＿ｎ（但し、ｋ
は２以上の整数、ｌは１以上の整数、ｍ＋ｎは１以上の
整数）の化合物を用い、且つ蒸発器の内圧が大気圧以下
となるヒートポンプにおいて、電動機を冷却する作動冷
媒が空気を含まないように精留された作動冷媒液である
ことを特徴とするヒートポンプ。４、前記空気を含まないように精留された作動冷媒液が
前記凝縮器で凝縮した液冷媒であり、且つ、該凝縮器か
ら電動機に至る液冷媒流路が、少なくとも下降流路と上
昇流路とより構成されていることを特徴とする請求項３
記載のヒートポンプ。