JPH03244970A - 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（友　非共沸混合冷媒を用（Ｘ　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 非共沸混合冷媒を用ｔ、Ｘ、、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、
我々は第３図に示すような装置を提案している。第３図
において、　１は、圧縮機、　２は凝縮器　３は主絞り
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、その上部は配
管６により凝縮器２出口と、副絞り装置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５の下方には貯留器８が配置されその底
部は開閉弁９を介して副絞り装置７と接続され　貯留器
８の内部には加熱ヒータｌＯか設けられている。

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（
よ　加熱ヒータ１０の動作は停止する。この場合に（よ
　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副
絞り装置７を経由して蒸発器４に流出するのみで組成が
変化しないたぬ　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（よ　開閉弁９を閉止
し加熱ヒータ１０を動作させると、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副絞り装
置７を経由して蒸発器４に流入するたム　主回路は低沸
点冷媒の富んた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用され　高温水を得る場合に（よ　
より凝縮圧力の低い高沸点冷媒の富んだ封入組成のまま
で運転して圧縮機等の信頼性を向上させ、高加熱能力で
短時間に貯湯する場合には加熱能力の高い低沸点冷媒の
富んた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 しかしなか技　上記のようなヒートポンプ装置では精留
分離器の圧力を主回路の高圧にして運転していたた△　
精留分離器の分離性能が十分ではなかった　すなわち、
精留分離器の性能は内部を上昇するガスの流速の増加と
ともに向上することが知られている力＼　このように高
圧で分離を行なうと加熱ヒータで加熱され　貯留器内で
発生したガスの比容積が小さくなり精留分離器内のガス
流速が低くなるた取　分離性能が十分ではなかっｔモま
た　これを補うたぬ　従来は加熱ヒータの熱量を増加さ
せていたため成績係数の低下をもたらしてい起　さらに
　高圧で分離を行なうと貯留器内の冷媒飽和温度が非常
に高くなり、機器の耐熱性の問題が生じたり、周囲への
むだな放熱量も多かつｔミ 本発明（よ　より少ない加熱量で高性能な分離を行（ｋ
　加熱冷却両運転時において、大きな負荷変化や温度変
化に対応することのできる冷凍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　非共沸混合冷媒を封入し
　圧縮数　四方弁、利用側熱交換器　主絞り装置　熱源
側熱交換器等から主ヒートポンプ回路を構１１ｉ１　　
貯留器および加熱器を備えた精留分離器の上部を副絞り
装置を介して利用側熱交換器と主絞り装置との間の配管
に接続すると共に熱源側熱交換器と主絞り装置との間の
配管に接続したことを特徴とするものである。

作用 本発明は上記構成により、加熱ヒータで加熱され貯留器
内で発生した冷媒ガスの比容積が大きくなり、精留分離
器内を上昇するガス流速が増大して気液接触が促進され
るたべ　少ないヒータ熱量でも精留分離器の分離能力が
高くなり、貯留される高沸点液冷媒の濃度を非常に高め
ることができる。その結果主回路側は加熱能力の太き（
Ｘ　より低沸点冷媒に富んだ組成となるた吹　負荷の増
大時にも十分対応することができるものである。

実施例 第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ装置の
構成図であり、　１１は圧縮＠　１２は四方弁、　１３
は利用側熱交換器　１４は主絞り装置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、その上部を副絞り装置１７を介して利用側熱交換
器１３と主絞り装置１４との間の配管に接続し　同じく
精留分離器１６の上部を主絞り装置１４と熱源側熱交換
器１５との間の配管に接続している。また精留分離器１
６の下方には貯留器１８を配しており、この貯留器１８
の下部は開閉弁１９を介して、主絞り装置１４と熱源側
熱交換器１５との間の配管に接続されていも　また　貯
留器１８内部の冷媒は加熱ヒータ２０によって加熱され
る槽底となっていも このようなヒートポンプ装置において封入された非共沸
混合冷媒の組成を可変する操作および作用について説明
する。

まず加熱運転時の分離なしモードで（よ　開閉弁１９を
開放することにより、利用側熱交換器１３を出た液冷媒
の一部が主絞り装置１４に流入し低圧まで絞られて熱源
側熱交換器１５に流入する。

また　残りの液冷媒は副絞り装置１７を通って低圧まで
絞られ　精留分離器１６の上部で分岐して、一部は熱源
側熱交換器１５へ　残りは貯留器１８に入り、そこで余
剰冷媒が貯留されなが転　開閉弁１９を通って熱源側熱
交換器１５に流出し　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　冷却運転時の分離なしモードにおいては熱源側熱
交換器１５を出た冷媒の一部は主絞り装置１４に流入し
主回路を流れ　残りの冷媒は開閉弁１９を介して貯留器
１８を通って精留分離器１６に入り、そこで余剰冷媒が
貯留されなかｅ、副絞り装置１７を通って利用側熱交換
器１３に流出するた△　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かでき
る。

次に加熱運転時の分離ありモードで（よ　開閉弁１９を
閉止し　加熱ヒータ２０を動作させる。こうすることに
より貯留器１８内部の液冷媒より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。このとき副絞り
装置１７出口から液、ガスの二相冷媒が精留分離器１６
上部に供給されその中の液冷媒が精留分離器１６内部を
下降し上昇する気体と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か高まり、逆に下降
する液体は高沸点冷媒の濃度が高まり、貯留器１８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冨んた気体は供給される冷媒の
一部と混合して熱源側熱交換器１５に流入し主回路は低
沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成で運転できる。

この場合、精留分離器１６内の圧力は主回路の低圧とな
っているた吹　発生ガスの比容積か大きく、精留分離器
内を上昇するガス流速が増大して気液接触が促進され　
精留分離器の分離能力が高くなり、貯留器１８に貯留さ
れる高沸点液冷媒の濃度を非常に高めることができも　
その結果主回路側は加熱能力の大きし＼　より低沸点冷
媒に富んだ組成となるた吹　加熱負荷の増大にも十分対
応することができる。

次に冷却運転時の分離ありモードにおいても同様に　開
閉弁１９を閉止し　加熱ヒータ２ｏを動作させる。こう
することにより貯留器１８内部の液冷媒より主に低沸点
冷媒が気化され　精留分離器１６内部を上昇する。熱源
側熱交換器１５出口から液冷媒が精留分離器１６上部に
供給され　その一部が精留分離器１６内部を下降し　上
昇する気体と気液接触により精留作用が起こり、加熱運
転時と同様に主回路は低沸点冷媒の富んた混合冷媒の組
成で運転ができるものである。

なお主回路の組成を元に戻すに（よ　加れ　冷却運転時
共に開閉弁１９を開放する操作のみで、貯留器１８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た混合冷媒の組成となる。

このように　開閉弁１９と加熱ヒータ２０の簡単な操作
のみで、加数　冷却運転時共に主回路組成を大きく可変
することができ、負荷の大小に見合った冷媒組成を簡単
に制御して能力可変幅を広くすることができるものであ
る。

第２図は本発明の別の実施例におけるヒートポンプ装置
の構成国であり、第１図に示した実施例と同様の構磁　
作用を持つものには同一の番号を付している。ここでは
圧縮機１１と四方弁１２の間の配管２１を、貯留器１８
内に挿入している。

ここにおいて、分離なしモードにおいては加熱冷却運転
時共に　第１図に示した実施例と同様に運転され　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
のまま運転できる。

加熱運転時の分離ありモードで（よ　開閉弁１９を閉止
することにより、圧縮機１１を出た高温の吐出ガスが配
管２１を流れ　貯留器１８内部の液冷媒を間接的に加熱
し　精留作用が行われて貯留器１８には高沸点冷媒が凝
縮液の状態で貯留されまた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。

この場合、精留分離器１６内の圧力は主回路の低圧とな
っているた取　発生ガスの比容積が大きく、精留分離器
内を上昇するガス流速が増大して気液接触が促進され　
精留分離器の分離能力が高（なり、貯留器１８に貯留さ
れる高沸点液冷媒の濃度を非常に高めることができる。

その結果主回路側は加熱能力の犬きｌ、Ｘ、より低沸点
冷媒に富んだ組成となるた臥　加熱負荷の増大にも十分
対応することができる。

また　冷却運転時の分離ありモードにおいても同様に　
開閉弁１９を閉止することにより同様に精留作用が起こ
り、加熱運転時と同様に主回路は低沸点冷媒の富んだ混
合冷媒の組成で運転ができ、この場合に（よ　貯留器１
８内の液冷媒を加熱することによって圧縮機１１の吐出
ガスの温度が低下限　熱源側熱交換器１５の負荷を軽減
させる効果があも 発明の効果 以上の説明より明らかなように　本発明のヒトポンプ装
置は精留分離を主回路の低圧で行わせることができるの
で、より少ない加熱量で高性能な分離を行うことができ
、加熱冷却両運転時において、大きな負荷変化や温度変
化に対応するヒートポンプ装置が実現できる。また　加
熱源として主回路の高圧のガス冷媒を用いることにより
、冷却運転時の熱源側熱交換器の負荷を軽減させる効果
もある。

【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阻
　　第２図は本発明の別の実施例のヒートポンプ装置の
ａ戒は　第３図は従来例のヒートポンプ装置の構成国で
あも １１・・圧縮機　１２・・四方弁、　１３・・利用側熱
交換推　１４・・主絞り装置　１５・・熱源側熱交換器
　１６・・精留分離器　１７・・副絞り装置　１８・・
貯留器　１９・・開閉弁、　２０・・加熱ヒー久　２１
・・配管。

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、主絞り装置、熱源側熱交換器等から主ヒー
   トポンプ回路を構成し、貯留器および加熱器を備えた精
   留分離器の上部を副絞り装置を介して前記利用側熱交換
   器と前記主絞り装置との間の配管に接続すると共に、前
   記熱源側熱交換器と前記主絞り装置との間の配管に接続
   したことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. （２）貯留器を開閉弁を介して主絞り装置と熱源側熱交
   換器との間の配管に接続したことを特徴とする請求項１
   記載のヒートポンプ装置。
3. （３）主ヒートポンプ回路の高圧のガス冷媒を加熱源と
   して、貯留器内の液冷媒を加熱することを特徴とする請
   求項１記載のヒートポンプ装置。