JPH0421109B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷凍用圧縮機の消費動力を節減でき
るようにした省エネルギ型冷凍装置、すなわちヒ
ートポンプ及び冷凍機に関する。なお、明細書
中、「複数の圧縮段」とは、多段圧縮機のみなら
ず、複数個の圧縮機を吐出圧力が増加するように
直列状態にして用いるようにしたものも含むもの
である。

従来の、例えば冷凍装置の一つである温水製造
を目的としたヒートポンプにおいては、凝縮器は
一つしか備えておらず、圧縮機の最終段羽根車に
よつて吐出された全冷媒ガスが、温度レベル例え
ば温度80℃の温水を得るには85℃で凝縮する方式
が採用されてきた。従つて、例えば40℃の温水を
80℃に温度上昇させるには、凝縮器の冷媒温度は
第１図の温度（特性）線図における直線ａが示す
ようにほぼ85℃であるため、コンデンサ（凝縮
器）の温水曲線ｂが示す40℃の冷却水入口と上記
85℃の冷媒出口とでは、温度差が45℃もあつてエ
ネルギ損失が大きく、冷凍圧縮機の消費動力をそ
れだけ大きくしていた。

本発明の目的は、上記の欠点を除き、凝縮器で
温水に放熱する冷媒ガスの温度レベルと、該凝縮
器の中を通過する温水の温度との差をできるだけ
少くすることにより、圧縮機各圧力段の圧縮仕事
量が少なくて済み省エネルギとなる冷凍装置を提
供すると共に、圧力を異にする各凝縮器内に多く
の凝縮液が流れないようにして凝縮器をコンパク
トにすることにある。

なお、上記考えに基づく省エネルギ形ヒートポ
ンプを発明する場合、実用上重要なことは、圧縮
機の運転上も不具合が生じないことである。即
ち、冷媒サイクルの異なる複数個のヒートポンプ
を組み合せて、上記目的を達成することは理論的
には考えられる。しかしながら、ターボ型や、往
復動式の通常のヒートポンプは、潤滑用油タンク
室が吸込圧部と同圧となるようになつている（例
えば高田秋一著「ターボ冷凍機」第172頁、第173
頁昭和51年12月10日日本冷凍協会発行及び冷凍空
調技士会編集「冷凍空調技術」（1963年版ターボ
冷凍機特集）第83頁、第84頁、第125頁昭和38年
７月25日日本冷凍協会発行、参照）が、複数のヒ
ートポンプで省エネルギ形ヒートポンプをつくる
ことができたとしても、全てのヒートポンプの油
タンク室を最低圧力に保つことは不可能で圧力の
高い油タンク内油に大量の冷媒が溶け込み、起動
時のフオーミングなど圧縮機の運転上に不具合が
生じる。即ち、多段圧縮機が必要となる高温度ヒ
ートポンプの場合には、実用上、一系統の冷媒回
路即ち、１台のヒートポンプで、上記省エネルギ
ー形ヒートポンプを構成する必要がある。

上記の目的を達成するために、本発明は、蒸発
器に吸込流路を介して複数の圧縮段を設け、これ
ら各圧縮段にそれぞれ接続する圧力の異なる凝縮
器を複数備え、各凝縮器をそれぞれ減圧装置のあ
る配管で前記蒸発器に接続配備することによつて
全体として一つの冷媒回路で構成し、これら複数
個の凝縮器を流れる被加熱流体が同一の流体であ
り、且つ該流体が低圧力側から順次直列に高圧力
側に流れるように、上記複数個の凝縮器を低圧力
凝縮器から高圧力凝縮器の順に直列に配備したこ
とを特徴としている。

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すフローシート
（概略図）である。この実施例では、蒸発器１内
の液冷媒は、配管２により送り込まれる熱源水に
より加熱されて蒸発し、吸込管３を経て第１段圧
縮機４に吸込まれる。該圧縮機４により圧縮され
たガスは、そのうち、例えば約1/4は吐出管５を
経て凝縮器６に吐出され、残りの3/4は分岐管７
を経て第２段圧縮機８に吸込まれる。同様に、第
２段圧縮機８の吐出ガスの例えば約1/3は凝縮器
９に、残りの2/3は第３段圧縮機１０に吸込まれ
る。また、第３圧縮機１０の吐出ガスの例えば約
１／２は凝縮器１１に、残りの1/2は第４段圧縮機１
２の吸込部に送られ、圧縮されて凝縮器１３に吐
出される。これらの各凝縮器の冷却は、被加熱流
体としての負荷流体により行われ、該負荷流体
は、ポンプ１４により、これら４個の凝縮器６，
９，１１，１３を直列状に順に貫流する間に加熱
される。圧力の異なる複数個の凝縮器を有するこ
のシステムは、通常出入口温度差の大きい負荷流
体が適用され、例えば、負荷流体入口１５より約
40℃の温水が各凝縮器で10℃ずつ加熱され、負荷
流体出口１６では約80℃になつて負荷に供され
る。

一方、冷媒ガスは、第４段圧縮機１２より吐出
されたものは凝縮器１３において凝縮液化し、該
凝縮液は、次段の凝縮器１１へ送り込まれること
なく配管１７を経て減圧装置１８で減圧され、蒸
発器１へ直接連通されている。同様に、第３圧縮
機１０より吐出された冷媒ガスの約1/2は凝縮器
１１で凝縮液化し、配管２０を経て減圧装置２１
で減圧されて蒸発器１へ直接連通され、また、第
２段圧縮機８及び第１段圧縮機４より吐出された
冷媒ガスの約1/3及び約1/4はそれぞれ凝縮器９及
び６で凝縮液化し、減圧装置２４及び２６を経て
それぞれ蒸発器１へ直接連通されて戻るようにな
つている。

第３図は、該冷凍機を温水製造を目的としたヒ
ートポンプに用いた場合の温度線図で、図に示す
ように、凝縮器６では、温水の入口温度が40℃に
対し、冷媒ガス温度が55℃になるように第１段圧
縮機４の羽根車を設計しておけば、その差が15℃
あり、同じく凝縮器６での温水の出口温度の50℃
に対しても５℃高いので、十分に凝縮機能を果し
ている。その他の凝縮器９，１１，１３について
も、冷媒ガス温度をそれぞれ65℃、75℃、85℃に
すれば、同様のことがいえる。

このように各凝縮器が要求する凝縮温度を、
「各凝縮器を通過する温度の出口温度＋適当な温
度差」を留めることができるので、このシステム
は、凝縮器が１個の場合に比して所要動力が少な
くてよく、第３図左上部の斜線部分に相当する分
だけ、省エネルギとなる。

なお、第３図に示す各温度の値は、前記のよう
に本冷凍装置をヒートポンプに用いた場合の一例
であり、冷凍機として用いる場合等には、異なつ
た値をとることは勿論であるが、その特徴とする
点は変らない。

この実施例によれば、上記したように凝縮器
６，９，１１，１３において各凝縮器で温水に放
熱する冷媒ガスの温度レベルと、そこを通過する
温水との温度差が少なくなるので、圧縮機の圧縮
仕事が少なくて済むばかりでなく、各凝縮器内に
はそれ程多くの凝縮液が流れないので、凝縮器を
コンパクトに作れる利点がある。

なお、本発明の冷凍装置に用いられる圧縮機
は、多段遠心羽根車を具えたターボ圧縮機の外、
通常の多段遠心羽根車を備えた多段ターボ圧縮機
や１台の圧縮段で２気筒を直列に配備する多段往
復動圧縮機を含むことは勿論である。

以上説明したように、本発明は、一系統の冷凍
サイクルの一部を構成し熱交換作用を行なつてい
る凝縮器を複数個有し、それぞれの凝縮器とそれ
に対応する圧縮機とを別々に連通させるように構
成しているので、各凝縮器に最適温度の冷媒が流
れるようにすることができ、これにより、圧縮機
各段の圧縮仕事を少なくして消費エネルギを節減
することができる。

また、すべて冷媒を最高圧力まで上昇させる従
来方式と異なり、複数個の凝縮器を流れる同一流
体の被加熱流体（負荷流体）が低圧力側から順次
直列に高圧力側に流れるように、複数個の凝縮器
を低圧力凝縮器から高圧力凝縮器の順に直列に配
備したことにより、上記のように省エネルギ効果
が得られる。

また、各凝縮器をそれぞれ減圧装置のある配管
で蒸発器に接続配備したことによつて、各凝縮器
内にはそれ程多くの凝縮液が流れないので、凝縮
器をコンパクトに作ることができる。

また、多段圧縮機を用いることにより、高温度
ヒートポンプの実用化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍装置をヒートポンプに用い
た場合の凝縮器及び蒸発器内での冷媒の凝縮温度
ａ、温水温度ｂ、被冷却流体温度ｃ、冷媒の蒸発
温度ｄの変化の状態を示す温度線図、第２図は、
本発明の冷凍装置の一実施例のフローシート（概
略図）、第３図は、本発明の冷凍装置をヒートポ
ンプに用いた場合の第１図と同様の温度線図であ
る。 １……蒸発器、２……被冷却水（熱源水）配
管、４，８，１０，１２……圧縮機、６，９，１
１，１３……凝縮器、１４……ポンプ、１５，１
６……被加熱流体（負荷流体）の入口と出口、１
８，２１，２４，２６……減圧装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸発器に吸込流路を介して複数の圧縮段を設
   け、これら各圧縮段にそれぞれ接続する圧力の異
   なる凝縮器を複数備え、各凝縮器をそれぞれ減圧
   装置のある配管で前記蒸発器に接続配備すること
   によつて全体として一つの冷媒回路で構成し、こ
   れら複数個の凝縮器を流れる被加熱流体が同一の
   流体であり、且つ該流体が低圧力側から順次直列
   に高圧力側に流れるように、上記複数個の凝縮器
   を低圧力凝縮器から高圧力凝縮器の順に直列に配
   備したことを特徴とする省エネルギ型冷凍装置。