JPH0461261B2 - - 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、冷媒精留塔
により冷凍サイクルの主回路を流れる冷媒組成を
変化させる熱ポンプ装置に関する。

従来の技術 従来、非共沸混合冷媒を用い、冷媒精留塔によ
り冷凍サイクルの主回路を流れる冷媒組成を変化
させ、負荷に対応した能力を発生し得る熱ポンプ
装置としては、例えば特開昭59−157448号公報に
記載される第２図のごとき従来例が提案されてい
る。

第２図は、非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装
置を暖房装置として適用した実施例であり、１は
圧縮機、２は三方弁、３は高温側熱交換器、４，
５は絞り装置、６は三方弁、７は低温側熱交換
器、８は冷媒精留塔、９は精留塔加熱用熱交換
器、１０は高沸点液溜め、１１は精留塔冷却用絞
り装置、１２は精留塔冷却用熱交換器、１３は低
沸点液溜め、１４，１５は流量調節弁、１６，１
７は逆止弁であり、冷凍サイクル内部には非共沸
混合冷媒が封入されている。

以上のように構成されたポンプ装置について以
下その動作を説明する。先ず、通常運転時におい
ては三方弁２，６は第２図に図示する方向に開い
ており、圧縮機１より吐出された冷媒蒸気は三方
弁２、高温側熱交換器３、絞り装置４、三方弁
６、絞り装置５、低温側熱交器７、圧縮機１へと
循環し、高温側熱交換器３で放熱をまた低温側熱
交換器７で吸熱を行う。サイクル内を循環する冷
媒の濃度を変えるには先ず三方弁２を90°右方向
へ切り換え、圧縮機１から吐出される冷媒を三方
弁２、精留塔加熱用熱交換器９、精留塔冷却用絞
り装置１１、精留塔冷却用熱交換器１２、逆止弁
１６、圧縮機１へと循環し、精留塔加熱用熱交換
器９にて高沸点溜液溜め１０内の高沸点成分に富
む冷媒液を沸騰させ、精留塔冷却用熱交換器１２
にて精留塔８で発生する低沸点成分に富む冷媒蒸
気を凝縮させ凝縮液を低沸点液溜め１３に溜め
る。低沸点液溜め１３からあふれた液は精留塔８
内を流下し精留塔８内を上昇する冷媒蒸気と接触
し精留効果を高める。次に三方弁２をもとへもど
し三方弁６を図より90°右方向へ切り換えるとと
もに流量調節弁１４及び１５を調節して高沸点成
分に富む液と低沸点成分に富む液とを所定の割合
に混合し逆止弁１７を介して絞り装置５の方向へ
流しその後三方弁６をもとへもどす。

このようにして、三方弁２，６と流量調節弁１
４，１５の操作により主回路内の組成を高沸点成
分に富んだものから低沸点成分に富んだものまで
可変し、その結果、負荷に応じた能力制御が可能
となるものであつた。

発明が解決しようとする問題点 上記従来例の熱ポンプ装置においては以下の様
な不具合を生じていた。

すなわち、冷媒精留塔８の動作により冷媒を精
留分離するには、三方弁２の切換えによつて精留
塔加熱用熱交換器９の加熱源として、圧縮機１の
吐出ガスを全部導入しておりその時高温側熱交換
器３には冷媒が流れず、したがつて暖房能力が大
幅に低下する状態が発生していた。

また、圧縮機１の吐出ガスを一部導入する（図
示せず）ような場合においても暖房能力の低下は
防ぐことはできず、精留分離中には、実際上、能
力制御ができないという問題点があつた。

そこで本発明は、かかる従来の問題点を解決
し、精留分離する動作中にも暖房等の加熱能力の
低下が起こらず、簡単な操作で確実に主回路を流
れる冷媒組成を可変することができる熱ポンプ装
置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、非共沸混
合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、主絞り装置、蒸
発器を配管接続して冷凍サイクルの主回路とな
し、前記凝縮器の出口を第１副絞り装置および加
熱器を介して冷媒精留塔の下部に接続し、さらに
前記冷媒精留塔の下部を第２副絞り装置を介して
前記蒸発器に接続し、前記冷媒精留塔の上部を冷
却器と冷媒貯留器とを直列に接続して再び前記冷
媒精留塔の上部に帰還するように接続し、前記冷
媒貯留器の下部を電磁弁を介して前記第２副絞り
装置の入口に接続し、前記加熱器の熱源を前記凝
縮器出口の冷媒液としたものである。

作 用 上記構成によれば、冷媒精留塔の加熱源とし
て、凝縮器出口の高圧液冷媒を用い、さらに凝縮
器圧力と蒸発器圧力の中間圧力で動作させるた
め、主回路を流れる冷媒はすでに凝縮器での放熱
を終えており、したがつて、暖房等の加熱能力は
何ら低下させることなく精留作用を行なわせるこ
とができ、負荷が変化して精留による冷媒組成変
化が必要になつた時にも、一時的に加熱能力が低
下するなどの問題は発生せず、常に負荷に対応し
た能力を出すことができる。また、冷媒精留塔の
冷却源として圧縮機吸入前の低温低圧ガスを用い
ることによつて、加熱源である凝縮器出口の液冷
媒からの熱量を一部回収できることになり、いわ
ゆるサイクル内熱交換によつて冷凍サイクルの成
績係数の向上がさらに果せるものである。

実施例 第１図は、本発明の熱ポンプ装置の一実施例に
よる冷媒回路の構成図であり、暖房装置として運
転した例である 同図において、圧縮機１８、凝縮器１９、主絞
り装置２０、蒸発器２１が順に配管接続され、冷
媒サイクルの主回路を構成している。また、第１
副絞り装置２２、第２副絞り装置２３と冷媒精留
塔２４、加熱器２５、冷却器２６、冷媒貯留器２
７、電磁弁２８等によつて、副回路が構成されて
おり、この副回路は第１副絞り装置２２を介して
主回路の高圧側と、また、第２副絞り装置２３を
介して主回路の低圧側と、それぞれ接続されてい
る。また、主回路の凝縮器１９を出て主絞り装置
２０に入るまでの間の配管２９は加熱器２５内に
導入され加熱源となつている。また、蒸発器２１
を出て圧縮機１８に入るまでの間の配管３０は、
冷却器２６内に導入されて冷却源となつている。

以上のように構成された熱ポンプ装置におい
て、その作用を説明する。

圧縮機１８から吐出した高温高圧の冷媒ガスは
凝縮器１９に入つて放熱し、ここで高圧液冷媒と
なつて分岐され一部は配管２９を通り主絞り装置
２０に流入し、残りは、第１副絞り装置２２に流
入する。主絞り装置２０に流入した冷媒は低圧ま
で断熱膨張して蒸発器２１に入り、ここで吸熱、
気化して低温低圧のガスとなり配管３０を通つて
再び圧縮機１８に吸入される。一方、第１副絞り
装置２２に流入した冷媒は、ここで、凝縮器圧力
と蒸発器圧力の中間圧力まで絞られる。さらに電
磁弁２８の開閉により、次のように冷媒組成が変
化する。すなわち、第１副絞り装置２２を出た冷
媒は中間圧力になつているため、気液二相の状態
で加熱器２５内に流入する。ここでは前述のよう
に主回路側の高圧液冷媒の配管が通つており、高
圧液冷媒はその温度が加熱器２５内に入つた気液
二相の冷媒の温度より高いので、加熱器２５内に
流入した気液二相の冷媒が加熱され、より多くガ
スが発生する。電磁弁２８を閉の状態にしておく
と、加熱器２５から発生したガスは冷媒精留塔２
４内を上昇し、冷却器２６に入る。ここでは、前
述のように主回路側の低温低圧冷媒の配管３０が
通つており、ここでガスが液化されて冷媒貯留器
２７に滴下し、さらに貯まつた液が、今度は逆に
冷媒精留塔２４内を下降する。この時、上昇して
くるガスと熱物質交換する、いわゆる精留作用に
より、上昇するガスは低沸点成分に富んだものと
なつて冷媒貯留器２７に徐々に溜められていく。
一方、下降する液は、下降するにつれ高沸点成分
に富んだものとなつて第２副絞り装置２３に入つ
て低圧まで絞られ主回路と合流する。こうするこ
とにより、主回路は徐々に高沸点成分に富んだ冷
媒組成になつていく。一般に主回路を流れる冷媒
組成を高沸点成分に富んだものにすると能力を下
げることができるので、負荷が小さくなつた時に
電磁弁２８を閉とすれば、負荷に応じた能力で冷
凍サイクルを運転することができる。一方、電磁
弁２８を開の状態にすると、冷媒貯留器２７にあ
る低沸点成分に富んだ液冷媒が、第２副絞り装置
２３を通つて主回路側へ流れ込むため、主回路の
組成は全体として低沸点成分に富んだものとな
り、今度は能力を上げることができ、負荷が大き
くなつた場合には、電磁弁２８を開とすることに
より負荷に応じた能力で冷凍サイクルを運転する
ことが可能となる。

すなわち、電磁弁２８の開閉操作のみで、主回
路を流れる冷媒組成を可変して常に応じた能力の
出せる冷凍サイクルが運転できる。

ここにおいて、前述の如く、加熱源に凝縮器１
９を出た高圧液冷媒を用いているが、すでに、凝
縮器１９で負荷に対して放熱し終つた液冷媒であ
るので加熱器２５内で配管２９を通して放熱して
も、吐出ガスで加熱していた従来の方式のような
凝縮器１９での負荷に対する放熱量（暖房運転の
場合は暖房能力）の低下は全くなく、むしろ、加
熱器２５内での放熱量を、冷却器２６内の低温低
圧冷媒の配管３０によつて一部回収しているた
め、結局、凝縮器出口と蒸発器出口との熱交換、
いわゆるサイクル内熱交換によつて成績係数は改
良されるものである 発明の効果 以上述べたように、本発明の熱ポンプ装置は、
主回路を流れる冷媒の一部を凝縮器圧力と蒸発器
圧力との中間圧力にまで膨張させて加熱器に流入
させ、その加熱源として凝縮器出口の液冷媒を使
用し、冷媒精留塔の精留作用により主回路の冷媒
組成を可変することができる。その結果、凝縮器
より負荷への放熱量（暖房運転時には暖房能力）
を低下させることなく、常に負荷に応じた能力の
出せる冷凍サイクルを運転することができ、ま
た、冷却器の冷却源として蒸発器出口ガスを用い
ることによつて、凝縮器出口の液冷媒との熱交換
により、成績係数が向上する効果をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱ポンプ装
置の冷媒回路を示す構成図、第２図は従来の冷媒
精留塔を用いた熱ポンプ装置の冷媒回路を示す構
成図である。 １８……圧縮機、１９……凝縮器、２０……主
絞り装置、２２……第１副絞り装置、２３……第
２副絞り装置、２４……冷媒精留塔、２５……加
熱器、２６……冷却器、２８……電磁弁、２９，
３０……配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、主
   絞り装置、蒸発器を配管接続して冷凍サイクルの
   主回路となし、前記凝縮器の出口を第１副絞り装
   置および加熱器を介して冷媒精留塔の下部に接続
   し、さらに前記冷媒精留塔の下部を第２副絞り装
   置を介して前記蒸発器に接続し、前記冷媒精留塔
   の上部を冷却器と冷媒貯留器とを直列に接続して
   再び前記冷媒精留塔の上部に帰還するように接続
   し、前記冷媒貯留器の下部を電磁弁を介して前記
   第２副絞り装置の入口に接続し、前記加熱器の熱
   源を前記凝縮器の出口の冷媒液とした熱ポンプ装
   置。 ２ 冷却器の冷却源を圧縮機の吸入ガス冷媒とし
   た特許請求の範囲第１項記載の熱ポンプ装置。