JPH0440622B2 - - 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、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冷凍サイク
ル装置として、第２図に示すような装置が提案さ
れている。第２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は充填材を精留分離器であり、上部は配管
６により凝縮器２出口と、減圧器７を介して蒸発
器４入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が配管され、その底部
は開閉弁９を介して減圧器７を接続され、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冷凍サイク
ル装置は、例えば給湯装置に適用され、通常使用
時には高温水を得るため高沸点冷媒の富んだ封入
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問題点 しかしながら、上記のような冷凍サイクル装置
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言
つた欠点があり、さらに上記冷凍サイクル装置に
四方弁を加えて、圧縮機からの冷媒の流れ方向を
切り換え可能にし冷却側を利用する場合にも、精
留分離器の上部より流出する低沸点冷媒の濃度の
高い冷媒ガスを蒸発器に導くことになり、蒸発器
の圧力損失が増加すると言う欠点があつた。

本発明は、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、冷却
運転時には、蒸発器となる利用側熱交換器の圧力
損失の増加を防止すると共に、凝縮器となる熱源
側熱交換器の負荷を低減することができ、しかも
精留作用の促進も図れるヒートポンプサイクル構
成を提供するものである。

問題点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前記熱源側熱交換器と
利用側熱交換器の間の配管に接続し、貯留器を開
閉弁および減圧器を介して熱源側熱交換器と絞り
装置の間の配管に接続すると共に、四方弁と利用
側熱交換器の間に冷媒エジエクタおよび並列に逆
止弁を設け、開閉弁を介して前記精留分離器の上
部と前記冷媒エジエクタの吸引口とを接続したこ
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絞り装置を介して供給され、
精留分離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。一方上昇した低沸点冷媒に富んだ
気体は、加熱運転時には、四方弁と利用側熱交換
器の間に設けた冷媒エジエ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、冷却運転時には
冷媒エジエクタ、逆止弁および四方弁を介して圧
縮機に吸入されるため、蒸発器となる利用側熱交
換器を通過することなく圧力損失の増大を防止で
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図は本発明の冷凍サイクル装置の一実施例
の構成図であり、１１は圧縮機、１２は四方弁、
１３は熱源側熱交換器、１４は第１絞り装置、１
５は第２絞り装置、１６は利用側熱交換器であ
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。１７は充填材を充填し
た精留分離器であり、その上部は第１絞り装置１
４と第２絞り装置１５の間の配管１８に接続し、
同じく上部を開閉弁１９を介して四方弁１２と利
用側熱交換器１６の間の配管２０に設けた冷媒エ
ジエクタ２１吸引口に接続すると共に、精留分離
器１７の下部には加熱ヒーター２２を内臓した貯
留器２２を配しており、この貯留器２３の下部は
開閉弁２４および減圧器２５を介して熱源側熱交
換器１３と第１絞り装置１４の間の配管２６に接
続されている。また、冷媒エジエクタ２１と並列
に冷却運転時に冷媒エジエクタ２１をバイパスし
て冷媒が流れる逆止弁２７が設けられでいる。

このような冷凍サイクル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
２２をOFFし、開閉弁１９を閉じ、開閉弁２４
を開放することにより、加熱運転時には、利用側
熱交換器１６で凝縮され第２絞り装置１５で中間
圧力まで減圧された冷媒の一部が分流され、精留
分離器１７を介して貯留器２３に入り一部は余剰
冷媒として貯留され、残りは開閉弁２４および減
圧器２５を経由して熱源側熱交換器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。

また、冷却運転時にも、熱源側交換器１３で凝
縮された冷媒の一部が分流され、減圧器２５を経
由して貯留器２３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１７の上部により第２
絞り装置１５を介して利用側熱交換器１６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。

次に分離ありモードでは、加熱ヒーター２２を
ONし、開閉弁２４を閉じ、開閉弁１９を開放す
ることにより、加熱運転時には加熱ヒーター２２
により貯留器２３内部の冷媒中主に低沸点冷媒が
気化され、精留分離器１７内部を上昇する。この
とき利用側熱交換器１６で凝縮された液冷媒が第
２絞り装置１５で中間圧力まで減圧されたのち一
部が分流され、精留分離器１７上部に供給され、
精留分離器１７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２３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四方
弁１２と利用側熱交換器１６の間の配管２０に設
けた冷媒エジエクタ２１の吸引口に導かれる。こ
の冷媒エジエクタ２１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１６に流入し凝縮する際に加熱ヒータ
ー２２により与えられた熱量を有効活用すること
ができる。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。ま
た、冷却運転時にもヒーター２２により貯留器２
３内部の冷媒中主に低沸点冷媒が気化され、精留
分離器１７内部を上昇する。このとき熱源側熱交
換器１３で凝縮された液冷媒が第１絞り装置１４
で中間圧力まで減圧されたのち一部が分流され、
精留分離器１７上部に供給され、精留分離器１７
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２３
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。

また、上昇した低沸点冷媒に富んだ気体は圧力
差により、開閉弁１９を介して、四方弁１２と利
用側熱交換器１６の間の配管２０に設けた冷媒エ
ジエクタ２１の吸引口および四方弁１２を経由し
て圧縮機１１の吸入側に導かれるため、蒸発器と
して作用する利用側熱交換器１６に流入して圧力
損失を増大させるようなことはない。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。

冷媒エジエクタ２１と並列に冷却運転時に冷媒
エジエクタ２１をバイパスして冷媒が流れる逆止
弁２７が設けられているため、冷却運転に冷媒エ
ジエクタ２１が圧力損失増大の原因となることも
ない。

なお主回路の組成を元に戻すには、加熱ヒータ
ー２２をOFFし、開閉弁１９を閉じ、開閉弁２
４を開放すると、貯留器２３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２２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り、この場合に
は凝縮器となる熱源側熱交換器１３の負荷を軽減
することができ、精留分離器１７を中間圧力に保
つ場合には加熱ヒーター２２での加熱温度を低く
できる等の実用上の効果を有するものである。

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
ターポンプ装置は、分離ありモードの時に、加熱
運転時には、精留分離器の上部に上昇してきた低
沸点冷媒に富んだ気体冷媒の冷媒エジエクタによ
る吸引効果により精留作用の促進が図れると共
に、この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
ものである。また、冷却運転時には、精留分離器
の上部に上昇してきた低沸点冷媒に富んだ気体冷
媒を利用側熱交換器の出口に導びき逆止弁を経由
して圧縮機に吸入させるようにしたから利用側熱
交換器および吸入配管での圧力損失の増大を防止
することができ、しかし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。

また、絞り装置を第１絞り装置、第２絞り装置
に分割すると共に、精留分離器の上部を第１絞り
装置と第２絞り装置の間の配管に接続した場合に
は、精留分離器および貯留器を運転中常に中間圧
力に保つことができるこれらの機器が小型化でき
ると共に精留分離を行なう際にも、貯留器が高圧
の場合に比べて加熱ヒーターでの加熱温度を低く
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冷凍サイクル装置
の構成図、第２図は従来例の冷凍サイクル装置の
構造図である。 １１……圧縮機、１２……四方弁、１３……熱
源側熱交換器、１４……第１絞り装置、１５……
第２絞り装置、１６……利用側熱交換器、１７…
…精留分離器、１９……開閉弁、２１……冷媒エ
ジエクタ、２２……加熱ヒーター、２３……貯留
器、２４……開閉弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、四方弁、
   熱源側熱交換器、絞り装置、利用側熱交換器等か
   ら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熱源側熱交換器と
   利用側熱交換器の間の配管に接続し、前記貯留器
   を開閉弁および減圧器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すると共に、前記
   四方弁と利用側熱交換器の間に冷媒エジエクタお
   よび並列に逆止弁を設け、前記開閉弁を介して前
   記精留分離器の上部と前記冷媒エジエクタの吸引
   口とを接続したことを特徴とするヒートポンプ装
   置。 ２ 絞り装置を第１絞り装置、第２絞り装置に分
   割すると共に、精留分離器の上部を前記第１絞り
   装置と第２絞り装置の間の配管に接続し、貯留器
   の下部を開閉弁および減圧器を介して前記熱源側
   熱交換器と第１絞り装置の間の配管に接続したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒー
   トポンプ装置。