JPH0330068B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は冷媒分離器により冷凍サイクル内を循
環する混合冷媒の濃度を可変させる熱ポンプ装置
に関する。

従来の技術 近年、熱ポンプ装置に混合冷媒を用いてその循
環濃度を可変させる技術が提案されている。例え
ば、循環濃度が低沸点冷媒に富む場合には熱ポン
プ装置の能力が高くなり、逆に高沸点冷媒が富む
場合には低能力で運転することができる。しかし
そのためには高沸点冷媒と低沸点冷媒とを分離す
る技術が必要であり、この一方法として特開昭59
−38566号公報が提案されており、これを以下第
２図を参照にして説明する。

第２図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３
は蒸発器、４は凝縮器２と内部に充填物を充填し
た充填塔５とを接続する配管、６と８は配管でそ
の間に凝縮器２の熱を得る熱交換器７を有する。
また、９と１０は絞り装置、１１と１２は流量調
節弁、１３は冷却器１４を有する冷媒貯溜器、１
５と１６は配管であり、冷凍サイクルの内部には
高沸点冷媒と低沸点冷媒とから成る混合冷媒が封
入されている。

この熱ポンプ装置の動作は以下の通りである。

先ず圧縮機１より吐出された冷媒蒸気は、凝縮
器２内で部分的に凝縮し、気液混相の状態で配管
４を通つて充填塔５に入る。充填塔５内で蒸気は
上部へ上昇し、液は下部へ下部流下するがその過
程で精留作用により冷媒が分離され、配管６には
高沸点液冷媒が下へ流れ、配管１５には低沸点冷
媒蒸気が上昇する。配管６を流下する高沸点液冷
媒は二回路に分岐し、一方は熱交換器７で蒸発し
蒸気となつて配管８を通つて充填塔５の下部へ入
り、精留作用の駆動蒸気源となる。もう一方は絞
り装置９と流量調節弁１１を通つて低温低圧の状
態へと断熱膨張し冷却器１４で寒冷を発生して圧
縮機１の吸込部へと戻される。

また、配管１５を上昇する低沸点冷媒蒸気は冷
媒貯溜器１３内で冷却器１４により凝縮液化して
溜まるが、配管１６を通つて充填塔５の上部へ一
部が戻り、他は絞り装置１０と流量調節弁１２を
通つて蒸発器３へ送られる。そして、圧縮機１、
凝縮器２、蒸発器３から成る冷凍サイクルの循環
冷媒の低沸点冷媒濃度を増やす場合には流量調節
弁１２の開度を大とし、逆に高沸点冷媒濃度を増
やす場合には流量調節弁１１の開度を大とすれば
良い。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記の熱ポンプ装置は構成上冷凍機も
しくは加熱機としてのいづれかの機能しか持た
ず、空調機の様な冷暖房形の熱ポンプ装置に適用
することができないという問題点があつた。ま
た、熱交換器７は凝縮器２の熱を得ているために
上記熱ポンプ装置を加熱器として使用する場合に
はその熱の分だけ加熱量が減少してしまうという
問題点があつた。更に、熱交換器７が必要なため
にその分だけ装置が大きくなり、小型化が要求さ
れる空調機には適用が難しいという問題点があつ
た。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は、圧縮機、
室内側熱交換器、主絞り装置、室外側熱交換器を
環状に接続して冷凍サイクルを構成し、この冷凍
サイクルと並列に充填塔と冷媒貯溜器と塔頂冷却
器を設け、室内熱交換器と主絞り装置の間の配管
および室外熱交換器と主絞り装置の間の配管から
各々副絞り装置を介したバイパス回路を充填塔下
部に接続し、冷媒貯溜器とバイパス回路を開閉弁
を介して接続し、主絞り装置の前後の配管を塔頂
冷却器の冷却源とする。

作 用 この手段により、先ず分離器圧力を冷暖房時共
に高圧と低圧との中間圧に設定する。そして次に
主絞り装置出口の低温配管で充填塔上部の低沸点
冷媒を凝縮液化する。

実施例 本発明により熱ポンプ装置の実施例を第１図を
参照して説明する。

第１図において、１７は圧縮機、１８は四方
弁、１９は室内側熱交換器、２０は主絞り装置、
２１は室外側熱交換器であり環状に接続し、高沸
点冷媒と低沸点冷媒とから成る混合冷媒を封入し
て冷凍サイクルを形成している。また２２は充填
塔であり冷媒貯溜器２３、塔頂冷却器２４と共に
冷凍サイクルと並列に設け、室内側熱交換器１９
と主絞り装置２０の間からバイパス回路２５を副
絞り装置２６を介して充填塔２２の下部に接続
し、同様に室外側交換器２１と主絞り装置２０の
間からバイパス回路２７を副絞り装置２８を介し
て充填塔２２の下部へ接続している。また、主絞
り装置２０前後の配管２９，３０は塔頂冷却器２
４内を貫通している。なお、３１は冷媒貯溜器２
３と充填塔２２の塔頂部を接続する配管、３２は
開閉弁３３と３４を介して各々バイパス回路２５
と２７を接続する配管である。

以下上記構成の熱ポンプ装置の動作を説明す
る。

先ず暖房時は図中実線矢印の方へ冷媒が循環し
室内側熱交換器１９で室内空気を加熱する。循環
冷媒中の高沸点冷媒濃度を高めるには、開閉弁３
３，３４を閉とする。配管２５を通つた高圧液冷
媒は副絞り装置２６により中間圧力まで断熱膨張
し、一部が気化して精留作用の駆動蒸気となり充
填塔２２の下部へ供給される。一方、塔頂冷却器
２４内には比較的高温な高圧液冷媒の流れる配管
２９と、主絞り装置２０により断熱膨張した気液
二相状態の低温低圧冷媒の流れる配管３０が貫通
しており、その周囲には充填塔２２上部の低沸点
冷媒蒸気が流れている。従つて、低沸点冷媒蒸気
は配管２９により加熱され、逆に配管３０により
冷却され凝縮液化する。しかし、配管２９と３０
の管内熱伝達率を比較すると、その値は液の流れ
る配管２９よりも気液二相の流れる配管３０の方
が著しく大である。また、配管２９と３０の管外
熱伝達率を比較すると、その値は冷媒蒸気を加熱
する配管２９よりも冷媒蒸気の凝縮液化する配管
３０の方がやはり著しく大きい。その結果とし
て、低沸点冷媒蒸気は配管２９により得る熱より
も大量の熱を配管３０により奪われ凝縮液化す
る。すなわち、主絞り装置２０前後の配管２９，
３０は塔頂の低沸点冷媒の冷却源として働く。

なお、比較的高温な配管２９を塔頂冷却器２４
内に配置しているのは、冷房時には逆に配管２９
が低温となつて寒冷を発生するためである。

暖房時、配管３０の寒冷により凝縮液化した冷
媒は冷媒貯溜器２３内に溜まり、配管３１を通つ
て充填塔上部へ戻る。更に充填塔２２下部には精
留作用により高沸点液冷媒が溜り、副絞り装置２
８、配管２７を通つて室外側交換器２１へと流れ
る。こうして、暖房時に開閉弁３３，３４を閉に
すると、冷媒貯溜器２３には低沸点冷媒が溜ま
り、冷凍サイクルを循環する冷媒は高沸点冷媒濃
度を高くすることができる。また、ここで開閉弁
３４を開くと冷媒貯溜器２３内の低沸点冷媒が配
管３２を通つて冷凍サイクル内を循環するため、
低沸点冷媒濃度を上げることができる。

次に冷房時は図中破線矢印の方へ冷媒が循環
し、室内側熱交換器で室内空気を冷却する。循環
冷媒中の高沸点冷媒濃度を高めるには先と同様に
開閉弁３３，３４を閉とする。配管２７を通つた
高圧液冷媒は、副絞り装置２８により中間圧力ま
で断熱膨張し、その際に一部気化して発生した蒸
気が暖房時と同様に精留作用の駆動蒸気として充
填塔２２の下部へ供給される。塔頂冷却器２４内
では今度は暖房時とは逆に配管３０に高圧液冷媒
が流れ、配管２９に低温低圧の気液二相の冷媒が
流れこの寒冷により充填塔２２上部の低沸点冷媒
蒸気を凝縮液化する。その低沸点冷媒が配管３１
を通つて充填塔２２の上部へ戻るのは暖房時と同
じである。また充填塔２２下部の高沸点冷媒は副
絞り装置２６、配管２５を通つて室内側熱交換器
１９へ流れる。こうして、冷房時にも開閉弁３
３，３４を閉とすることにより、暖房時と同様
に、冷媒貯溜器２３には低沸点冷媒が溜まり、循
環冷媒は高沸点冷媒濃度を高くすることができ
る。また、ここで開閉弁３３を開くと冷媒貯溜器
２３内の低沸点冷媒が配管３２を通つて冷凍サイ
クル内を循環するため、低沸点冷媒濃度を上げる
ことができる。

発明の効果 本発明により、冷暖房が可能で精留作用を駆動
するための蒸気を発生させるための熱も熱交換器
も不要な熱ポンプ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷暖房形空調機の一実施
例を示す構成図、第２図は従来の冷凍サイクルを
示す構成図である。 ２２……充填塔、２４……塔頂冷却器、２５，
２７……バイパス回路、２６，２８……副絞り装
置、２９，３０……主絞り装置前後の配管、３
３，３４……開閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、主絞り装
   置、室外側交換器を環状に接続し、混合冷媒を封
   入して冷凍サイクルを形成し、この冷凍サイクル
   と並列に充填塔と冷媒貯溜器と塔頂冷却器を設
   け、室内側熱交換器と主絞り装置の間の配管およ
   び室外側熱交換器と主絞り装置の間の配管から各
   各副絞り装置を介したバイパス回路を充填塔下部
   に接続し、前記冷媒貯溜器と前記バイパス回路を
   開閉弁を介して接続し、主絞り装置の前後の配管
   を塔頂冷却器と冷却源とした熱ポンプ装置。