JPH0264370A - ヒートポンプ装置 - 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 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ヒートポンプ装置の
改良に関する。

従来の技術 従来、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ヒートポンプ装置として、
第３図に示すような装置が提案されている。第３図にお
いて、１は圧縮機、２は凝縮器、３は絞り装置、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、また減圧器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５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
て減圧器７と接続され、貯留器８の内部には加熱ヒータ
ー１０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（分離なしモード）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減圧器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（分離ありモード）に
は、開閉弁９を閉止し加熱ヒーター１０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５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減圧器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ヒートポンプ装置は、
例えば給湯装置に適圧され、通常使用時には高温水を得
るため高沸点冷媒の冨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、上記のようなヒートポンプ装置では、加
熱ヒーターを用いて精留作用を起こさせるため、組成可
変する場合のエネルギ効率が低くなる。すなわち、ヒー
ターにより加熱された熱量は精留作用のための気体発生
に利用されるだけで、例えば、給湯側への熱回収が行わ
れないといった欠点があった。

本発明のヒートポンプ装置は、加熱運転時には、精留分
離のための気体発生に利用した熱量を有効に利用でき、
しかも冷却運転時にも、支障なく精留分離を行なうこと
ができるヒートポンプサイクル構成を提供するものであ
る。

課題を解決するための手段 本発明のヒートポンプ装置は、下部に貯留器を設けた精
留分離器の上部を絞り装置と利用側熱交換器の間の配管
に接続し、さらに前記精留分離器の上部を前記絞り装置
と前記利用側熱交換器の間の配管に第１逆止弁を介して
接続し、また前記貯留器を開閉弁を介して熱源側熱交換
器と前記絞り装置の間の配管に接続し、圧縮機と四方弁
との間に冷媒エジェクタを設け、前記精留分離器の上部
と前記冷媒エジェクタの吸引口とを第２逆止弁を介して
接続したことを特徴とするものである。

さらに本発明のヒートポンプ装置は、下部に貯留器を設
けた精留分離器の上部を絞り装置と利用側熱交換器の間
の配管に接続し、前記貯留器を開閉弁を介して熱源側熱
交換器と前記絞り装置の間の配管に接続し、前記精留分
離器の上部に気液分離器を接続し、この気液分離器上部
のガス側出口を前記絞り装置と前記利用側熱交換器の間
の配管に第１逆止弁を介して接続し、さらに圧縮機と四
方弁との間に冷媒エジェクタを設け、前記気液分離器上
部のガス側出口と前記冷媒エジェクタの吸引口とを第２
逆止弁を介して接続し、前記気液分離型底部の液側出口
を第３逆止弁を介して前記熱源側熱交換器と前記絞り装
置の間の配管に接続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、分離ありモードにおいて
は、加熱ヒーターにより、貯留器内部の冷媒中主に低沸
点冷媒が気化され、精留分離器内部を上昇する。このと
き凝縮器となる熱交換器の出口からは液冷媒が供給され
、精留分離器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。

方上昇した低沸点冷媒に富んだ気体は、加熱運転時には
精留分離器上部より、冷媒エジェクタの吸引口に導かれ
るため、再び凝縮器となる利用側熱交換器に流入し、凝
縮する際に加熱ヒーターにより与えられた熱量を有効活
用することができ、また冷却運転時にも、支障なく精留
分離を行なう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図は本発明のヒートポンプ装置の一実施例の構成図
であり、１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は利用側熱
交換器、１４は絞り装置、１５は熱源側熱交換器であり
、これらを配管接続することにより主ヒートポンプ回路
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、その上部を絞り装置１４と利用側熱交換器１３の
間の配管に接続し、さらに同精留分離器■６の上部を絞
り装置１４と利用側熱交換器１３との間の配管に第１逆
止弁１７を介して接続し、また精留分離器１６の下部に
は加熱ヒーター１８を内蔵した貯留器１９を配しており
、この貯留器１９の下部は開閉弁２０および減圧器２１
を介して熱源側熱交換器１５と絞り装置１４の間の配管
に接続されている。さらに精留分離器１６の上部は第２
逆止弁２２を介して、圧縮機１１と四方弁１２との間に
設けられた冷媒エジェクタ２３の吸引口に接続された構
成となっている。

このようなヒート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
離なしモードでは、加熱ヒーター１８をＯＦＦし、開閉
弁２０を開放することにより、加熱運転時には、利用側
熱交換器１３で凝縮された冷媒の一部が分流され、精留
骨ｔｌ！Ｉ鼎ＩＥＩを介して貯留器１９に入り一部は余
剰冷媒として貯留され、残りは開閉弁２０、減圧器２１
を経由して熱源側熱交換器１５に流出するため、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。また、冷却運転時には、熱源
側熱交換器１５で凝縮された冷媒の一部が分流され、減
圧器２１、開閉弁２０を経由して貯留器１８に入り一部
は余剰冷媒として貯留され、残りは精留分離器１６の上
部より利用側熱交換器１３に流出するため、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。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター１
８をＯＮ　Ｌ、開閉弁２０を閉じることにより、加熱ヒ
ーター１８により貯留器１９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
き利用側熱交換器１３で凝縮された液冷媒の一部が分流
され、精留分離器１６上部に供給され、精留分離器１６
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１９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気体冷媒は圧縮機１１
と四方弁１２との間に設けた冷媒エジェクタ２３の吸引
口に第２逆止弁２２を介して導かれる。この冷媒エジェ
クタ２３による吸引効果により精留作用の促進が図れる
と共に、気体冷媒は再び利用側熱交換器１３に流入し凝
縮する際に加熱ヒーター１８により与えられた熱情を有
効活用することができる。このようにして主回路は低沸
点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できるものである
。

また、冷却運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター
１８をＯＮし、開閉弁２０を閉じることにより、加熱ヒ
ーター１８により貯留器１９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
き熱源側熱交換器１５で凝縮され、絞り装置１４で蒸発
圧力まで減圧膨張した液冷媒の一部が分流され、精留分
離器１６上部に供給され、精留分離器１６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１９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
だ気体冷媒は精留分離器１６上部より、第１逆止弁１７
を介して主回路を流れる冷媒と合流し、利用側熱交換器
１３に流入する。これにより主回路は低沸点冷媒の富ん
だ混合冷媒の組成で運転できるものである。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター１８を
０ＦＦＬ、開閉弁２０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、加熱ヒーター１８の代わりに圧縮機１１の吐出配
管等冷凍サイクル中の高温熱源を用いてもよいことはも
ちろんのことである。この場合には冷却運転時に凝縮器
となる熱源側熱交換器の負荷を減少させる効果がある。

第２図は本発明のヒートポンプ装置の他の実施例の構成
図であり、第１図の実施例と同一の機能部品には同一番
号を付して示している。

本実施例においては、精留分離器１６の上部に接続され
る気液分離器２４を設け、この気液分離器２４上部のガ
ス側出口を絞り装置１４と利用側熱交換器１３の間の配
管に第１逆止弁１７を介して接続し、さらに気液分離器
２４上部のガス側出口と冷媒エジェクタ２３の吸引口と
を第２逆止弁２２を介して接続すると共に、気液分離器
２４底部の液側出口を第３逆止弁２５を介して熱源側熱
交換器１５と絞り装置１４の間の配管に接続した構成と
なっている。なお、気液分離器２４底部の液側出口はフ
ロート２６によるフロート弁＋Ｈ造となっており、気液
分離器２４に流入した液冷媒のみを確実に液側出口より
流出させる構成となっている。

このようなヒート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
離なしモードでは、加熱ヒーター１８をＯＦＦし、開閉
弁２０を開放することにより、加熱運転時には、利用側
熱交換器１３で凝縮された冷媒の一部が分流され、精留
分離器１６を介して貯留器１９に入り一部は余剰冷媒と
して貯留され、残りは開閉弁２０、減圧器２１を経由し
て、あるいは気液分離器２４の液側出口より第３逆止弁
２５を介して、熱源側熱交換器１５に流出するため、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。

また、冷却運転時には、熱源側熱交換器１５で凝縮され
た冷媒の一部が分流され、減圧器２１、開閉弁２０を経
由して貯留器１９に入り一部は余剰冷媒として貯留され
、残りは精留分離器１６の上部より利用側熱交換器１３
に流出するため、主回路は封入した状態の高沸点冷媒の
冨んだ混合冷媒の組成のまま運転することになる。

次に加熱運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター１
８をＯＮし、開閉弁２０を閉じることにより、加熱ヒー
ター１８により貯留器１９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
利用側熱交換器１３で凝縮された液冷媒の一部が分流さ
れ、精留分離器１６上部に供給され、精留分離器１８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晶まり、逆に下降する液体は高沸点
冷媒の濃度が高まり、貯留器１９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気体冷媒は供給される
液冷媒の一部と混合して気液分離器２４に入り、ここで
気体冷媒と液冷媒に分離され、気体冷媒は圧縮機１１と
四方弁１２との間に設けた冷媒エジェクタ２３の吸引口
に第２逆止弁２２を介して導かれる。この冷媒エジェク
タ２３による吸引効果により精留作用の促進が図れると
共に、気体冷媒は再び利用側熱交換器１３に流入し凝縮
する際に加熱ヒーターにより与えられた熱量を有効活用
することができる。一方、分離された液冷媒は気液分離
器２４底部の液側出口より、第３逆上弁２５、減圧器２
１を介して熱源側熱交換器１５に導かれ、ここで主回路
を流れる冷媒と混合して、外気などの熱源より吸熱蒸発
し、再び圧縮機１１に吸引される。このようにして主回
路は低沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できるも
のである。

また、冷却運転時の分離ありモードでは、加熱ヒーター
１８をＯＮし、開閉弁２０を閉じることにより、加熱ヒ
ーター１８により貯留器１９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
き熱源側熱交換器１５で凝縮され、絞り装置１４で蒸発
圧力まで減圧膨張した液冷媒の一部が分流され、精留分
離器１６上部に供給され、精留分離器１６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１９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
だ気体は気液分離器２４上部のガス側出口より、第１逆
止弁１７を介して主回路を流れる冷媒と合流した後、利
用側熱交換器１３に流入する。これにより主回路は低沸
点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できるものである
。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒーター１８を
０ＦＦｔ、、開閉弁２０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。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明のヒートポンプ
装置は、下部に貯留器を設けた精留分離器の上部を前記
絞り装置と利用側熱交換器の間の配管に接続し、さらに
同精留分離器の上部を前記絞り装置と利用側熱交換器の
間の配管に第１逆止弁を介して接続し、また前記貯留器
は開閉弁を介して前記熱源側熱交換器と絞り装置の間の
配管に接続し、前記圧縮機と四方弁との間に冷媒エジェ
クタを設け、前記精留分離器の上部と前記冷媒エジェク
タの吸引口とを第２逆止弁を介して接続した構成である
から、分離ありモードの時に、冷媒エジェクタによる吸
引効果により精留作用の促進が図れると共に、精留分離
器上部より上昇してきた低沸点冷媒に冨んだ気体冷媒を
再び利用側熱交換器入口に導くことができるため、気体
冷媒が凝縮する際の放熱すなわち加熱ヒーターにより与
えられた熱量（気体発生に利用した熱量）を有効に利用
できるものであり、冷却運転時にも、加熱運転時と同様
に支障なく精留分離を行なうことができ、しかも加熱ヒ
ーターの代わりに圧縮機の吐出配管等冷凍サイクル中の
高温熱源を用いることにより、凝縮器となる熱源側熱交
換器の負荷を軽減することができるものである。

さらに、本発明のヒートポンプ装置は下部に貯留器を設
けた精留分離器の上部を前記絞り装置と利用側熱交換器
の間の配管に接続し、前記貯留器は開閉弁を介して前記
熱源（１１＋１熱交換器と絞り装置の間の配管に接続す
ると共に、前記精留分離器の上部に接続される気液分離
器を設け、この気液分離器上部のガス側出口を前記絞り
装置と利用側熱交換器の間の配管に第１逆止弁を介して
接続し、さらに前記圧縮機と四方弁との間に冷媒エジェ
クタを設け、前記気・液分離器上部のガス側出口と前記
冷媒エジェクタの吸引口とを第２逆止弁を介して接続し
、同底部の液側出口を第３逆止弁を介して前記熱源側熱
交換器と絞り装置の間の配管に接続した構成であるから
、加熱運転時の分離ありモードの時に、精留分離器の上
部に接続した気液分１ｌｉｌｔ器により、上昇してきた
低沸点冷媒に富んだ気体冷媒のみを再び利用側熱交換器
入口に導くことができるため、気体冷媒が凝縮する際の
放熱すなわち加熱ヒーターにより与えられた熱量（気体
発生に利用した熱量）を有効に利用できると共に、冷媒
エジェクタに液冷媒を吸引させて蒸発器へ流れる液冷媒
の循環量を減少させることがないものである。さらに、
気液性ｉｌ！ｉ器の液側出口をフロート弁構造とするこ
とにより、液冷媒のみを確実に蒸発器となる熱源側熱交
換器に流すことができ、この効果を確実なものとするこ
とができる。また冷却運転時にも、加熱運転時と同様に
支障なく精留分離を行なうことができる等、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図は本発明の一実施例のヒートポンプ装置の構成図
、第２図は本発明の他の実施例のヒートポンプの構成図
、第３図は従来例のヒートポンプ装置の構成図である。 １１・・・・圧縮機、１２・・・・四方弁、１３・・・
・利用側熱交換器、１４・・・・絞り装置、１５・・・
・熱源側熱交換器、１６・・・・精留分離器、１７・・
・・第１逆上弁、２０・・・・開閉弁、２２・・・・第
２逆止弁、２３・・・・冷媒エジェクタ、２４・・・・
気液分離器、２５・・・・第３逆上弁、２６・・・・フ
ロート。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名鋪壮 憾 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、利用
   側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を順に配管して
   接続して主ヒートポンプ回路を構成し、下部に貯留器を
   設けた精留分離器の上部を前記絞り装置と前記利用側熱
   交換器の間の配管に接続し、さらに前記精留分離器の上
   部を前記絞り装置と前記利用側熱交換器の間の配管に第
   １逆止弁を介して接続し、また前記貯留器を開閉弁を介
   して前記熱源側熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接
   続し、前記圧縮機と前記四方弁との間に冷媒エジェクタ
   を設け、前記精留分離器の上部と前記冷媒エジェクタの
   吸引口とを第２逆止弁を介して接続したことを特徴とす
   るヒートポンプ装置。
2. （２）非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、利用
   側熱交換器、絞り装置、熱源側熱交換器を順に配管して
   接続して主ヒートポンプ回路を構成し、下部に貯留器を
   設けた精留分離器の上部を前記絞り装置と前記利用側熱
   交換器の間の配管に接続し、前記貯留器を開閉弁を介し
   て前記熱源側熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接続
   し、前記精留分離器の上部に気液分離器を接続し、この
   気液分離器上部のガス側出口を前記絞り装置と前記利用
   側熱交換器の間の配管に第１逆止弁を介して接続し、さ
   らに前記圧縮機と前記四方弁との間に冷媒エジェクタを
   設け、前記気液分離器上部のガス側出口と前記冷媒エジ
   ェクタの吸引口とを第２逆止弁を介して接続し、前記気
   液分離器底部の液側出口を第３逆止弁を介して前記熱源
   側熱交換器と前記絞り装置の間の配管に接続したことを
   特徴とするヒートポンプ装置。
3. （３）気液分離器底部の液側出口をフロート弁構造とし
   たことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ装置。