JPH0247667B2 - Netsuhonpusochi - Google Patents

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
に関する。

従来例の構成とその問題点 非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置は循環冷
媒濃度を変える事により圧縮機吸込部の冷媒蒸気
の比容積を変え、従つて同一吸入容積で同一の回
転数の圧縮機を使用しても冷媒循環量を変えるこ
とができ、能力の制御を行う事ができる。一般に
は低沸点成分が高いと高能力となり、逆に低沸点
成分濃度が低いと低能力となる。

第１図にはこの様な熱ポンプ装置の従来例を示
す。第１図において、１は圧縮機、２は凝縮器、
３は蒸発器、４，５，６は絞り弁、７は蒸気抜き
管、８は凝縮器、９は冷媒容器、１０は気液分離
器であり、その動作を以下に述べる。

圧縮機１から吐出された混合冷媒は図中矢印の
方向へ循環し圧縮機１へ戻る。その際凝縮器２で
凝縮した冷媒は絞り弁４で膨張し一部冷媒蒸気を
発生し、この冷媒蒸気は気液分離器１０内で分離
され蒸気抜き管７を通つて凝縮器８内で凝縮し冷
媒容器９へ溜まり、絞り弁６を通つて蒸発器３へ
流れる。一方、気液分離器１０で分離された液冷
媒は絞り弁５を通つて蒸発器３へ流れる。ここ
で、冷媒容器９へ溜まる液冷媒の濃度、すなわち
気液分離器１０で分離される冷媒蒸気の濃度は、
気液分離器１０で分離される液冷媒の濃度より低
沸点成分濃度が高い。この様子を第２図を使つて
説明する。

第２図は気液分離器１０の圧力における混合冷
媒の飽和気相線と飽和液相線を温度と冷媒中の低
沸点成分濃度に対して描いたものである。

第２図において、循環冷媒濃度をｚ、気液分離
器１０の温度をt₁とすると、気液分離器１０で分
離される直前の冷媒の状態は点ａである。この冷
媒は気液分離器１０内で平衡状態にある濃度ｘで
温度t₁の点ｂで表わされる液冷媒と濃度ｙで温度
t₁の点ｃで表わされる冷媒蒸気とに分離される。
点ｂの液冷媒は第１図の絞り弁５を通つて蒸発器
へ流れ、又点ｃの冷媒蒸気は凝縮器８により温度
t₂の点ｄ迄冷却され冷媒容器９に溜まつて絞り弁
６を通り蒸発器３へ流れる。

すなわち、絞り弁５と６を流れる冷媒濃度が異
つており、絞り弁５，６の開度を調節する事によ
りサイクル内の循環冷媒濃度を変え、能力を制御
する事ができる。具体的には高能力が要求される
場合には絞り弁５と６の介度をそれぞれ小、大と
し循環冷媒中の低沸点冷媒濃度を上げ、逆に低能
力が要求される場合には絞り弁５と６の開度をそ
れぞれ大、小とし循環冷媒中の低沸点冷媒濃度を
下げれば良い。

しかし、この従来例で変化させる事のできる循
環冷媒濃度は第２図のｘ〜ｙ間だけであり、この
濃度範囲内で制御できる能力範囲は現実の要求を
満足せず、更に広い能力制御を行うためには分離
する冷媒濃度幅を広げなければならないという問
題点があつた。

あるいは、冷媒濃度を固定した状態で装置を運
転しようとした場合においては、冷媒濃度の選択
範囲が狭いために、総合的な観点からバランスの
とれた冷媒濃度に設定することが出来ないと言う
問題を有していた。

発明の目的 本発明の目的は、非共沸混合冷媒の循環濃度の
可変範囲と装置の能力制御範囲を従来に比べて広
くすることのできる構成の熱ポンプ装置を提供す
ると共に上記の課題を解決する事にある。

発明の構成 上記目的を達成するため本発明は、冷媒として
非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、第１の凝縮器、
第１の絞り装置、気液接触器を接続し、前記気液
接触器の下部、第２の絞り装置、蒸発器、前記圧
縮機を接続して冷凍サイクルを構成すると共に、
前記気液接触器の上部を第２の凝縮器と冷媒容器
を介して環状に接続し、前記冷媒容器の下部を第
３の絞り装置を介して前記蒸発器と接続する。

実施例の説明 本発明の一実施例を第３図に示す。

第３図において、１〜９は第１図の従来例と同
じ構成要素であるが、発明の構成における記載内
容との関連では、２は第１の凝縮器、４は第１の
絞り装置、５は第２の絞り装置、６は第３の絞り
装置、８は第２の凝縮器に対応し、１１は気液接
触器、１２は液戻り管であつて、冷媒は図中矢印
の方向へ流れる。本実施例が第１図の従来例と異
る点は、気液接触器１１を用いる事と、冷媒容器
９に溜まつた冷媒の一部を液戻り管１２を経て気
液接触器１１の上部へ戻す事である。気液接触器
１１は、例えば第４図に示すように垂直管１３内
の下部に液抜き管１４と網１５を設け充填物１６
を充填した構造であり、絞り弁４で膨張した冷媒
蒸気と液冷媒の混相冷媒は冷媒配管１７を通つて
気液接触器１１に入る。気液接触器１１内で混相
冷媒中の液冷媒は下へ流れるが、冷媒蒸気は充填
物１６のすきまを上へ流れガス抜き管７を通つて
第３図の凝縮器８、冷媒容器９を経て液冷媒とな
つて液戻り管１２から戻つて着て、気液接触器１
１内を充填物１６の表面をつたいながら下へ流れ
る。すなわち、気液接触器１１内では冷媒蒸気は
上へ、液冷媒は下へ流れ充填物１６の表面で互い
に接触する。尚、充填物１６は冷媒蒸気と液冷媒
の接触面積を増やし、接触を良好にするためのも
のである。

気液接触器１１内での冷媒濃度状態を第５図と
第６図を用いて説明する。第５図は第２図と同様
に気液接触器１１の圧力における飽和気相線と飽
和液相線を描いたものであり、第６図は気液接触
器１１内部の状態を模式的に表わしたものであ
る。

気液接触器１１は従来例の気液分離器１０を多
数多段に使用した場合と同じ効果を有する。第５
図は第６図の様に４段の場合であり、便宜上気液
接触器１１を上下に４分割し下から１段目、２段
目、３段目、４段目として説明を行なう。

気液接触器１１の上部から蒸気抜き管７を通つ
て出て行く冷媒蒸気は凝縮器８により凝縮し、そ
の一部が液戻り管１２を通つて気液接触器１１の
上部へ戻される。この液（以下流下液と言う）は
気液接触器１１内を下へ流れるにつれて温度が上
昇し、低沸点冷媒濃度は低くなる。

気液接触器１１の作用について説明すると、先
ず１段目の冷媒の温度と液と蒸気全体の濃度は
t₁z₁で図中の点Ａでありこれは冷媒配管１７を通
つて気液接触器１１に入る冷媒の温度と濃度に等
しい。点Ａの冷媒は濃度x₁の液冷媒（点Ｂ）と濃
度y₁の冷媒蒸気（点Ｃ）とから成り、点Ｂの液冷
媒は液抜き管１４を通つて出て行く。一方点Ｃの
冷媒蒸気は上昇して２段目に入り、３段目からの
流下液と接触し温度t₂の点Ｄとなる。点Ｄは濃度
x₂の液冷媒（点Ｅ）と濃度y₂の冷媒蒸気（点Ｆ）
とから成り、点Ｅの液冷媒は１段目へ流下し、点
Ｆの蒸気は上昇し３段目に入る。同様にして、３
段目で点Ｆの冷媒蒸気は４段目からの流下液と接
触し温度t₃の点Ｇとなり濃度x₃の点Ｈの液冷媒は
２段目へ流下し濃度y₃の点Ｉの冷媒蒸気は上昇し
て４段目へ入る。この蒸気は４段目で液戻り管１
２から戻つて来た液と接触し温度t₄の点Ｊとな
り、濃度x₄の液（点Ｋ）は３段目へ流下し、濃度
y₄の蒸気（点Ｌ）は蒸気抜き管７を通つて温度t₅
の点Ｍ迄冷却し液戻り管１２から戻り流下液とな
る。

発明の効果 このように、本発明においては、気液接触器を
用いると共に気液接触器１１上部の冷媒蒸気の一
部を凝縮後再び気液接触器１１上部へ戻す様に構
成した事により、サイクル内の循環冷媒濃度の可
変範囲は第５図に示すx₁からy₄（x₁，y₄はそれぞ
れ、第３図の絞り弁５，６を通る冷媒濃度）と、
従来に比べて大幅に拡大することができると言う
効果を有するものである。

従つて、本発明の装置では、従来と同様に絞り
弁５，６の開度を調節しながら装置を動作させる
運転形態においては、能力制御範囲を現実の要求
を満足する様に大とする事が可能であるし、ある
いは、絞り弁５，６の開度を固定して又は絞り弁
の代わりにキヤピラリーチユーブの様な絞り装置
を用いて絞り装置に置ける冷媒の流量をほぼ一定
として装置を動作させる運転形態においても、絞
り装置における流量の設定値を従来に比べて広範
囲の中から選定できるので、装置設計の裕度が大
幅に拡大できると言う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の概略構成図、第２図は同気液
分離器と気液接触器の動作状態を表わす図、第３
図は本発明の一実施例の概略構成図、第４図は本
発明の主たる構成要素である気液接触器の構成
図、第５図は本発明の一実施例のそれぞれ気液分
離器と気液接触器の動作状態を表わす図、第６図
は気液接触器内の冷媒の状態を模式的に表わした
図である。 ７……蒸気抜き管、８……凝縮器、９……冷媒
容器、１１……気液接触器、１２……液戻り管、
５，６……絞り弁、１６……充填物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒として非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、
   第１の凝縮器、第１の絞り装置、気液接触器を接
   続し、前記気液接触器の下部、第２の絞り装置、
   蒸発器、前記圧縮機を接続して冷凍サイクルを構
   成すると共に、前記気液接触器の上部を第２の凝
   縮器と冷媒容器を介して環状に接続し、前記冷媒
   容器の下部を第３の絞り装置を介して前記蒸発器
   と接続した熱ポンプ装置。