JPH0531066B2 - - 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 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熱ポンプ装置とし
て、我々は第２図に示すような装置を提案してい
る。第２図において、１は圧縮機、２は凝縮器、
３は第１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、上部は
配管６により凝縮器２出口と、第２絞り装置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が配置さ
れ、その底部は開閉弁９を介して第２絞り装置７
と接続され、貯留器８の内部には加熱ヒーター１
０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第２絞り装置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
に富んだ気体は第２絞り装置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課題 しかしながら、上記のような熱ポンプ装置で
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ず、成績係数
が低下すると言つた欠点があつた。また、上記熱
ポンプ装置に切り換え弁を加えて、圧縮機からの
冷媒の流れ方向を切り換え可能に圧縮機の吐出ガ
スを加熱源とする場合にも、加熱能力が減少して
成績係数が低下していた。また、これらの装置で
は精留分離器の上部より流出する冷媒ガスが蒸発
器に導入され、蒸発器の圧力損失が増加するとい
う欠点があつた。さらに、従来の熱ポンプ装置で
は、精留分離の作動圧力が凝縮器の冷媒圧力（高
圧）に近いため、貯留器８内に分離されて貯留し
ていく高沸点冷媒の沸点が非常に高くなり、ま
た、精留分離器５の上部に流入する被冷媒は凝縮
器２で過冷却されており、そこから低沸点冷媒ガ
スを発生させるには、より多くの加熱量が必要で
あり、加熱器をあまり大きくできない製品上の制
限から分離性能が低下するという欠点があつた。

本発明の熱ポンプ装置は、精留分離のための気
体発生による蒸発器の圧力損失の増大を防止で
き、加熱能力の低下もなく、また蒸発器での受熱
量を増加させて成績係数を向上することができ、
しかも小さい加熱器で分離性能の向上も図れる熱
ポンプ装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明の熱ポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、加
熱器、第１絞り装置、蒸発器等から主回路を構成
し、下部に貯留器を設けた精留分離器の上部を第
２絞り装置を介して凝縮器と加熱器の間の配管に
接続し、貯留器を開閉弁を介して蒸発器と第１絞
り装置の間の配管に接続し、さらに精留分離器の
上部を蒸発器と圧縮器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 本発明は上記した構成により、加熱器の加熱源
として凝縮器で凝縮した比較的高温の液冷媒を使
用するため加熱能力の低下は起こらない。そして
分離ありモードにおいては精留分離器内部で気液
接触により精留作用が起こり、貯留器には高沸点
冷媒が凝縮液の状態で貯留される。一方上昇した
低沸点冷媒に富んだ気体は、開閉弁を介して圧縮
機に流入するため、蒸発器を通過することなくそ
こでの圧力損失の増大を防止できるものである。
一方、加熱器に流入した液冷媒は、そこで熱を奪
われエンタルピーが減少するため、蒸発器での受
熱量が増加し成績係数の向上が図れるものであ
る。また、精留分離器の上部に流入する液冷媒は
第１絞り装置によつて減圧され、飽和液の状態に
なつているのでガス発生のための加熱量が少なく
ても十分な分離性能を発揮することができるもの
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図は本発明の熱ポンプ装置の一実施例の構
成図であり、１１は圧縮機、１２は凝縮器、１３
は加熱器、１４は第１絞り装置、１５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。１６は充填材を充填した精留分離
器であり、その上部は第２絞り装置１７を介して
凝縮器１２と加熱器１３の間の配管に接続し、同
じく上部を配管１８によつて蒸発器１５と圧縮機
１１の間の配管に接続している。また、精留分離
器１６の下部には加熱器１３を内蔵した貯留器１
９を配しており、この貯留器１９の下部は開閉弁
２０を介して蒸発器１５と第１絞り装置１４の間
の配管に接続されている。

このような熱ポンプ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開閉弁２０を開放す
ることにより、凝縮器１２で凝縮された液冷媒の
一部が第２絞り装置１７で低圧まで減圧され気液
二相の状態で精留分離器１６を介して貯留器１９
に入り一部は余剰冷媒としてそこに貯留され、残
りは開閉弁２０を経由して蒸発器１５に流入す
る。また凝縮器１２を出た液冷媒の残りは加熱器
１３、第１絞り装置１４を通り開閉弁２０を出た
冷媒と合流して蒸発器１５に流入する。また、第
２絞り装置１７で減圧されて発生したガスは配管
１８を通り圧縮機１１に吸引されるので蒸発器１
５に流入する気体の量が減少し、そこでの圧力損
失を低減することができる。こうして主回路は封
入した状態の高沸点冷媒の富んだ混合冷媒の組成
のまま運転することになる。

次に分離ありモードでは、開閉弁２０を閉じる
ことにより加熱器１３内を流れる高温の液冷媒を
加熱源として貯留器１９内部の冷媒中主に低沸点
冷媒が気化され、精留分離器１６内部を上昇す
る。このとき凝縮器１２で凝縮された液冷媒の一
部が第２絞り装置１７で低圧まで減圧され気液二
相の状態になつて精留分離器１６上部に供給さ
れ、そのうちの液冷媒は精留分離器１６を下降
し、上昇する低沸点冷媒ガスと精留分離器１６内
部で気液接触により精留採用が起こり、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１９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ガスは
第２絞り装置１７で減圧され発生したガスと共に
配管１８を通り圧縮機１１に吸引される。こうす
ることにより主回路は低沸点冷媒に富んだ混合冷
媒の組成で運転できるものであり、蒸発器１５の
圧力損失を増大させるようなことはない。また、
凝縮器１２を出て加熱器１３に流入した高温、高
圧の液冷媒は、貯留器１９内の液冷媒を加熱する
ことにより熱を奪われエンタルピーが減少するた
め、蒸発器１５での受熱量が増加でき、成績係数
の向上が図れるものである。また、精留分離器１
６の上部に流入する液冷媒は第２絞り装置１７に
よつて低圧まで減圧され、液は飽和の状態になつ
ているのでガス発生が容易となり、加熱量が少な
くても十分な分離性能を発揮することができるも
のである。

なお主回路の組成を元に戻すには、開閉弁２０
を開放すると、貯留器１９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、加熱器１３はここで凝縮器１２と第１絞
り装置１４の間の配管に設けたが、圧縮機１１の
吐出配管を用いてもよいことはもちろんのことで
あり、この場合には加熱温度が高いため加熱器１
３を非常に小さくすることが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、本発明の熱ポ
ンプ装置は、圧縮機、凝縮機、加熱器、第１絞り
装置、蒸発器等から主回路を構成し、下部に貯留
器を設けた精留分離器の上部を第２絞り装置を介
して凝縮器と加熱器の間の配管に接続し、貯留器
を開閉弁を介して蒸発器と第１絞り装置の間の配
管に接続し、さらに精留分離器の上部を蒸発器と
圧縮機の間の配管に接続した構成であるから、分
離なしモードにおいては第２絞り装置で発生した
ガスが、分離ありモードにおいては、精留分離器
内を上昇した低沸点冷媒に富んだガスと第２絞り
装置で発生したガスが、それぞれ圧縮機に直接流
入するため、蒸発器の圧力損失の増大を防止でき
る。また、分離ありモードにおいて、凝縮器を出
た液冷媒を加熱源としているため、液冷媒のエン
タルピーが減少し、蒸発器での受熱量が増加させ
ることができ、成績係数の向上が図れる。また、
精留分離器の上部に流入する液冷媒を飽和の状態
にすることができるので、ガス発生のための加熱
量が少なくても十分な分離性能を発揮することが
できる。また、加熱源として、温度の高い圧縮機
の吐出ガス等を用いると加熱器を非常に小さくで
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図は本発明の実施例の熱ポンプ装置の構成
図、第２図は従来例の熱ポンプ装置の構成図であ
る。 １１……圧縮機、１２……凝縮器、１３……加
熱器、１６……精留分離器、１７……第２絞り装
置、２０……開閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非共沸混合冷媒を封入し、圧縮機、凝縮器、
   加熱器、第１絞り装置、蒸発器を構成要素として
   主回路を構成し、下部に貯留器を設けた精留分離
   器の上部を第２絞り装置を介して前記凝縮器と前
   記加熱器の間の配管に接続し、前記貯留器を開閉
   弁を介して前記蒸発器と前記第１絞り装置の間の
   配管に接続し、さらに前記精留分離器の上部を前
   記蒸発器と前記圧縮機の間の配管に接続したこと
   を特徴とする熱ポンプ装置。