JPH061135B2 - ヒ−トポンプ - Google Patents
ヒ−トポンプInfo
- Publication number
- JPH061135B2 JPH061135B2 JP62120288A JP12028887A JPH061135B2 JP H061135 B2 JPH061135 B2 JP H061135B2 JP 62120288 A JP62120288 A JP 62120288A JP 12028887 A JP12028887 A JP 12028887A JP H061135 B2 JPH061135 B2 JP H061135B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- compressor
- liquid
- evaporator
- heat pump
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- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
- Control Of The Air-Fuel Ratio Of Carburetors (AREA)
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たヒートポンプに関す
る。なお、本明細書において「ヒートポンプ」とは、温
流体を製造する狭義のヒートポンプのみならず、冷流体
を製造する冷凍機も含む広義のヒートポンプをいう。
る。なお、本明細書において「ヒートポンプ」とは、温
流体を製造する狭義のヒートポンプのみならず、冷流体
を製造する冷凍機も含む広義のヒートポンプをいう。
近年、省エネルギの観点から、冷暖房装置その他にヒー
トポンプが多く用いられているようになり、特に、その
作動冷媒として非共沸混合冷媒を用いたものが注目され
ている。その理由は、非共沸混合冷媒は、同一（一定）
の圧力下でも、蒸発及び凝縮過程の相変化の間の温度が
変化し、蒸発及び凝縮開始の温度と蒸発及び凝縮の最終
状態の温度が異なるので、この温度変化を利用して、熱
交換器入口における二流体間の温度差を小さくすること
ができ、これによってヒートポンプの性能を向上させる
ことができるからである。なおそのために、蒸発器と凝
縮器は、熱源流体流れ又は負荷流体流れと冷媒の流れと
を何れも向流とする完全な向流形熱交換器で構成されて
いる。
トポンプが多く用いられているようになり、特に、その
作動冷媒として非共沸混合冷媒を用いたものが注目され
ている。その理由は、非共沸混合冷媒は、同一（一定）
の圧力下でも、蒸発及び凝縮過程の相変化の間の温度が
変化し、蒸発及び凝縮開始の温度と蒸発及び凝縮の最終
状態の温度が異なるので、この温度変化を利用して、熱
交換器入口における二流体間の温度差を小さくすること
ができ、これによってヒートポンプの性能を向上させる
ことができるからである。なおそのために、蒸発器と凝
縮器は、熱源流体流れ又は負荷流体流れと冷媒の流れと
を何れも向流とする完全な向流形熱交換器で構成されて
いる。
作動冷媒として非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ
は、上記のように利点を有するが、非共沸混合冷媒を従
来のヒートポンプにそのまま適用すると、蒸発器内にお
いて高沸点系冷媒に富んだ液が滞留して伝熱を阻害する
ので、熱交換性能が単一の冷媒を用いた場合に比べて劣
化するという問題点があった。
は、上記のように利点を有するが、非共沸混合冷媒を従
来のヒートポンプにそのまま適用すると、蒸発器内にお
いて高沸点系冷媒に富んだ液が滞留して伝熱を阻害する
ので、熱交換性能が単一の冷媒を用いた場合に比べて劣
化するという問題点があった。
そのため、蒸発器出口部の高沸点系冷媒に富んだ冷媒液
を昇圧して圧縮機吐出部に噴霧する方法（手段）が、本
出願人の中のスーパーヒートポンプ・エネルギー集積シ
ステム技術研究組合によって先に提案されている（特願
昭61-231220号）。このものによれば、利用温度の高い
ヒートポンプにおいては圧縮機の吐出温度が高くなり、
冷媒が分解するなどの不具合が生じるのを、上記の方法
（手段）を用いることによって防止することができ、前
記液冷媒の滞留除去の効果と相俟って一石二鳥の効果が
期待できる。
を昇圧して圧縮機吐出部に噴霧する方法（手段）が、本
出願人の中のスーパーヒートポンプ・エネルギー集積シ
ステム技術研究組合によって先に提案されている（特願
昭61-231220号）。このものによれば、利用温度の高い
ヒートポンプにおいては圧縮機の吐出温度が高くなり、
冷媒が分解するなどの不具合が生じるのを、上記の方法
（手段）を用いることによって防止することができ、前
記液冷媒の滞留除去の効果と相俟って一石二鳥の効果が
期待できる。
しかしながら、上記の冷媒液を昇圧して噴霧する場所に
よっては、下記の理由により、以下に述べるような大き
な弊害が生ずるという問題点があった。
よっては、下記の理由により、以下に述べるような大き
な弊害が生ずるという問題点があった。
第１の問題点は、噴霧液により圧縮機内部流路にエロー
ジョンが生じるということである。即ち、一般に圧縮機
内に噴霧される液滴は速やかに蒸発することが望ましい
が、上記の噴霧方式の場合は、圧縮機内に噴霧される液
滴の温度が低いので、液滴が飽和温度に達する前にガス
の一部が逆に凝縮して、液滴が大きくなり、その結果、
ディフューザなどの圧縮機内流路に液滴が衝突して、エ
ロージョンが生ずることになる。
ジョンが生じるということである。即ち、一般に圧縮機
内に噴霧される液滴は速やかに蒸発することが望ましい
が、上記の噴霧方式の場合は、圧縮機内に噴霧される液
滴の温度が低いので、液滴が飽和温度に達する前にガス
の一部が逆に凝縮して、液滴が大きくなり、その結果、
ディフューザなどの圧縮機内流路に液滴が衝突して、エ
ロージョンが生ずることになる。
第２の問題点は、上記の液滴が冷媒通路に衝突すること
により、該流路に乱れが生じ、また衝突損失の発生によ
り、圧縮機の効率が低下するということである。この効
率低下は、特に遠心式圧縮機の場合に大きな値となる。
により、該流路に乱れが生じ、また衝突損失の発生によ
り、圧縮機の効率が低下するということである。この効
率低下は、特に遠心式圧縮機の場合に大きな値となる。
本発明は、下記の２点を同時に解決したヒートポンプを
提供することを技術的課題としている。
提供することを技術的課題としている。
（）非共沸混合冷媒を用いながらも、熱交換器性能が
良好であること。
良好であること。
（）利用温度を高くするために、圧縮機に冷媒液を噴
霧しても圧縮機の性能が低下しないこと。
霧しても圧縮機の性能が低下しないこと。
本発明は、上記した問題点及び技術的課題を解決するた
めに、圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧機構を冷媒経路で
接続して冷媒循環流路を形成し、冷媒として非共沸混合
冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の液冷媒を昇圧して圧縮
機内で蒸発させるように蒸発器における液冷媒部分と圧
縮機とを液冷媒通路により接続するヒートポンプにおい
て、上記蒸発器と圧縮機とを接続する液冷媒通路に、該
液冷媒の加熱手段を設けたことを特徴としている。
めに、圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧機構を冷媒経路で
接続して冷媒循環流路を形成し、冷媒として非共沸混合
冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の液冷媒を昇圧して圧縮
機内で蒸発させるように蒸発器における液冷媒部分と圧
縮機とを液冷媒通路により接続するヒートポンプにおい
て、上記蒸発器と圧縮機とを接続する液冷媒通路に、該
液冷媒の加熱手段を設けたことを特徴としている。
なお、実施に当っては、上記液冷媒の加熱手段として、
凝縮器からの凝縮冷媒を用い、或いは凝縮器へ外部から
供給される負荷流体を用いることが望ましい。
凝縮器からの凝縮冷媒を用い、或いは凝縮器へ外部から
供給される負荷流体を用いることが望ましい。
本発明は上記のように構成されているので、当該ヒート
ポンプを運転した場合、蒸発器において、高沸点系冷媒
に富んだ液は、圧縮機に接続された液冷媒通路へポンプ
によって吸引されて除去される。従つて、蒸発器内にお
ける伝熱性能は劣化することなく良好に保たれる。そし
て吸引された該液冷媒は、圧縮機へ導かれる途中で加熱
された後、圧縮機内に噴霧されて直ちに蒸発し、冷媒ガ
スとなり、その時の蒸発熱により吐出ガスを冷却しなが
ら混入し、冷媒循環流路に合流して循環する。
ポンプを運転した場合、蒸発器において、高沸点系冷媒
に富んだ液は、圧縮機に接続された液冷媒通路へポンプ
によって吸引されて除去される。従つて、蒸発器内にお
ける伝熱性能は劣化することなく良好に保たれる。そし
て吸引された該液冷媒は、圧縮機へ導かれる途中で加熱
された後、圧縮機内に噴霧されて直ちに蒸発し、冷媒ガ
スとなり、その時の蒸発熱により吐出ガスを冷却しなが
ら混入し、冷媒循環流路に合流して循環する。
このとき、吐出ガスが冷却される作用により、特に高温
度ヒートポンプのように、圧縮機の出口における冷媒ガ
スの温度がその冷媒の使用限界を越え分解が起こるよう
な場合に、冷媒ガスが冷却され、冷媒の安定性が確保さ
れる。
度ヒートポンプのように、圧縮機の出口における冷媒ガ
スの温度がその冷媒の使用限界を越え分解が起こるよう
な場合に、冷媒ガスが冷却され、冷媒の安定性が確保さ
れる。
さらに、圧縮機の最終吐出部付近に噴霧する場合には、
理論的には圧縮機の動力は変化しないので、次のような
効果もある。
理論的には圧縮機の動力は変化しないので、次のような
効果もある。
即ち、圧縮機内に噴霧する液の温度を上げておくこと
は、蒸発器の温度のまま噴霧する場合に比べ、圧縮機内
で液温を上げる必要がない分、蒸発量を増加させること
が可能になり、同規模の圧縮機において凝縮器への冷媒
循環量を増加することになる。換言すれば、冷媒の単位
循環量当りの圧縮機所要動力が低減され、システムの所
要動力が低減される。
は、蒸発器の温度のまま噴霧する場合に比べ、圧縮機内
で液温を上げる必要がない分、蒸発量を増加させること
が可能になり、同規模の圧縮機において凝縮器への冷媒
循環量を増加することになる。換言すれば、冷媒の単位
循環量当りの圧縮機所要動力が低減され、システムの所
要動力が低減される。
次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示すヒートポンプのフロ
ー図である。
ー図である。
図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は蒸発器、４
は減圧機構であり、これらの機器の間を冷媒経路５，
６，７，８，が接続し、各機器と共に冷媒循環流路を形
成している。暖房用の温水などを製造する場合には、９
は負荷流体配管、１０は熱源水配管である。
は減圧機構であり、これらの機器の間を冷媒経路５，
６，７，８，が接続し、各機器と共に冷媒循環流路を形
成している。暖房用の温水などを製造する場合には、９
は負荷流体配管、１０は熱源水配管である。
蒸発器３の冷媒下流の、高沸点系冷媒に富んだ冷媒液が
滞留する部分に、第２図の蒸発器の拡大図にも示すよう
に、冷媒経路１１が接続されており、該冷媒液の一部を
ポンプによって昇圧したあと、冷媒経路１３，１４，１
５を経て、圧縮機１の吐出冷媒ガスを冷却するため圧縮
機１の内部（中間圧部分）或いは出口付近（高圧部分）
に開口する液噴霧機構１６又は１７より噴射させる該冷
媒経路１３の途中に、凝縮器２の出口に接続された冷媒
経路６内の高温の凝縮冷媒と熱交換によって加熱させる
ようにした熱交換器１８が挿入されている。
滞留する部分に、第２図の蒸発器の拡大図にも示すよう
に、冷媒経路１１が接続されており、該冷媒液の一部を
ポンプによって昇圧したあと、冷媒経路１３，１４，１
５を経て、圧縮機１の吐出冷媒ガスを冷却するため圧縮
機１の内部（中間圧部分）或いは出口付近（高圧部分）
に開口する液噴霧機構１６又は１７より噴射させる該冷
媒経路１３の途中に、凝縮器２の出口に接続された冷媒
経路６内の高温の凝縮冷媒と熱交換によって加熱させる
ようにした熱交換器１８が挿入されている。
ヒートポンプの運転時、蒸発器３において、第２図に示
す冷媒経路１１が接続するノズルの付近に停留し易い高
沸点系冷媒に富む冷媒液が、ポンプ１２に吸引されて除
去されるので、蒸発器３内における伝熱性能は劣化する
ことなく良好に保たれ、また液噴霧機構１６又は１７よ
り噴射された冷媒液は蒸発して冷媒循環流路に合流する
際、該液噴霧機構１６又は１７が、高沸点系冷媒に富ん
だ冷媒液を蒸発させる蒸発作用部分として作用すること
は、前記した先に提案したものと変りはない。
す冷媒経路１１が接続するノズルの付近に停留し易い高
沸点系冷媒に富む冷媒液が、ポンプ１２に吸引されて除
去されるので、蒸発器３内における伝熱性能は劣化する
ことなく良好に保たれ、また液噴霧機構１６又は１７よ
り噴射された冷媒液は蒸発して冷媒循環流路に合流する
際、該液噴霧機構１６又は１７が、高沸点系冷媒に富ん
だ冷媒液を蒸発させる蒸発作用部分として作用すること
は、前記した先に提案したものと変りはない。
本実施例では、特に上記のように、冷媒経路１３に該経
路１３内の冷媒を加熱する熱交換器１８が挿入されてい
るので、ポンプ１２により昇圧された高沸点系冷媒に富
む冷媒液は、該熱交換器１８によって加熱された後、液
噴霧機構１６，１７から噴射され直ちに蒸発して冷媒ガ
スとなり、その時の蒸発熱により圧縮機１の吐出ガスを
冷却しながら該吐出ガスに混入し、冷媒循環流路に合流
して循環する。
路１３内の冷媒を加熱する熱交換器１８が挿入されてい
るので、ポンプ１２により昇圧された高沸点系冷媒に富
む冷媒液は、該熱交換器１８によって加熱された後、液
噴霧機構１６，１７から噴射され直ちに蒸発して冷媒ガ
スとなり、その時の蒸発熱により圧縮機１の吐出ガスを
冷却しながら該吐出ガスに混入し、冷媒循環流路に合流
して循環する。
この実施例によれば、上記のような液噴霧による吐出ガ
ス冷却作用により、特に高温度ヒートポンプのように、
圧縮機１の出口における冷媒ガスの温度がその冷媒の使
用限界を越え、分解が起こるような場合に、冷媒ガスが
冷却され、冷媒の安定性を確保することができる。
ス冷却作用により、特に高温度ヒートポンプのように、
圧縮機１の出口における冷媒ガスの温度がその冷媒の使
用限界を越え、分解が起こるような場合に、冷媒ガスが
冷却され、冷媒の安定性を確保することができる。
また、液噴霧機構１６又は１７から噴射される直前の液
冷媒は、熱交換器１８により加熱されているので、圧縮
機内に噴射されると、前記のように直ちに蒸発して、冷
媒ガスを冷却する。
冷媒は、熱交換器１８により加熱されているので、圧縮
機内に噴射されると、前記のように直ちに蒸発して、冷
媒ガスを冷却する。
更にまた、熱交換器１８が凝縮器２からの凝縮液で加熱
するようになっているので、噴霧機構１６，１７より噴
霧する噴霧液を加熱し過ぎることがなく、通常理想的な
温度に加熱することができる。
するようになっているので、噴霧機構１６，１７より噴
霧する噴霧液を加熱し過ぎることがなく、通常理想的な
温度に加熱することができる。
なお、上記冷媒通路１３内の液冷媒は、凝縮器２へ外部
から供給して熱交換された負荷流体によって加熱するよ
うにしてもよく、この場合も、凝縮液で加熱するように
した上記実施例と同じ効果が奏される。
から供給して熱交換された負荷流体によって加熱するよ
うにしてもよく、この場合も、凝縮液で加熱するように
した上記実施例と同じ効果が奏される。
なお、本発明のヒートポンプに用いられる圧縮機には、
遠心式、往復動式、スクリュー式、ルーツ式など種々の
形式の圧縮機が用いられる。
遠心式、往復動式、スクリュー式、ルーツ式など種々の
形式の圧縮機が用いられる。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、冷媒として非共沸
混合冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の液冷媒を昇圧して
圧縮機内で蒸発させるように蒸発器における液冷媒部分
と圧縮機とを液冷媒通路により接続するヒートポンプに
おいて、上記蒸発器と圧縮機とを接続する液冷媒通路
に、該液冷媒の加熱手段を設けたことにより、次のよう
な効果が奏される。
混合冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の液冷媒を昇圧して
圧縮機内で蒸発させるように蒸発器における液冷媒部分
と圧縮機とを液冷媒通路により接続するヒートポンプに
おいて、上記蒸発器と圧縮機とを接続する液冷媒通路
に、該液冷媒の加熱手段を設けたことにより、次のよう
な効果が奏される。
（）蒸発器内の高沸点系冷媒に富んだ冷媒液は取り除
かれるので、蒸発器に滞留することなく、熱交換性能は
劣化せず、良好に保つことができる。
かれるので、蒸発器に滞留することなく、熱交換性能は
劣化せず、良好に保つことができる。
（）圧縮機内へ噴霧された液冷媒が蒸発する際の蒸発
熱により吐出ガスが冷却され、特に高温度ヒートポンプ
のように、圧縮機の出口における冷媒ガスの温度がその
冷媒の使用限界を越え分解が起こるような場合に、冷媒
の安定性が確保される。
熱により吐出ガスが冷却され、特に高温度ヒートポンプ
のように、圧縮機の出口における冷媒ガスの温度がその
冷媒の使用限界を越え分解が起こるような場合に、冷媒
の安定性が確保される。
（）しかも、圧縮機内へ噴射される直前の液冷媒が該
圧縮機内圧力飽和温度程度に加熱されているので、圧縮
機内に噴霧されると直ちに蒸発する。従って、液滴が圧
縮機流路に常時衝突することにより生じるエロージョン
トラブルや衝突損失など圧縮機内流れ損失の増加を防止
することができる。さらに、圧縮機の最終吐出部付近に
噴霧する場合には、理論的には圧縮機の動力は変化しな
いので、次のような効果もある。
圧縮機内圧力飽和温度程度に加熱されているので、圧縮
機内に噴霧されると直ちに蒸発する。従って、液滴が圧
縮機流路に常時衝突することにより生じるエロージョン
トラブルや衝突損失など圧縮機内流れ損失の増加を防止
することができる。さらに、圧縮機の最終吐出部付近に
噴霧する場合には、理論的には圧縮機の動力は変化しな
いので、次のような効果もある。
即ち、圧縮機内に噴霧する液の温度を上げておくこと
は、蒸発器の温度のまま噴霧する場合に比べ、圧縮機内
で液温を上げる必要がない分、蒸発量を増加させること
が可能になり、同規模の圧縮機において凝縮器への冷媒
循環量を増加することになる。換言すれば、冷媒の単位
循環量当りの圧縮機所要動力が低減され、システムの所
要動力が低減される。
は、蒸発器の温度のまま噴霧する場合に比べ、圧縮機内
で液温を上げる必要がない分、蒸発量を増加させること
が可能になり、同規模の圧縮機において凝縮器への冷媒
循環量を増加することになる。換言すれば、冷媒の単位
循環量当りの圧縮機所要動力が低減され、システムの所
要動力が低減される。
第１図は本発明の一実施例を示すヒートポンプのフロー
図、第２図は蒸発器を拡大して示す説明図である。 １…圧縮機、２…凝縮器、３…蒸発器、４…減圧機構、
５，６，７，８…冷媒経路、９…負荷流体配管、１０…
熱源水配管、１１，１３，１４，１５…冷媒経路、１２
…ポンプ、１６，１７液噴霧機構、１８…熱交換器。
図、第２図は蒸発器を拡大して示す説明図である。 １…圧縮機、２…凝縮器、３…蒸発器、４…減圧機構、
５，６，７，８…冷媒経路、９…負荷流体配管、１０…
熱源水配管、１１，１３，１４，１５…冷媒経路、１２
…ポンプ、１６，１７液噴霧機構、１８…熱交換器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 浩一 茨城県新治郡桜村並木１丁目２番地 工業 技術院機械技術研究所内 (72)発明者 小川 康夫 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 審査官 藤原 直欣 (56)参考文献 特開 昭63−87557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159053（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−10826（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (3)
- 【請求項１】圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧機構を備
え、これらの機器を冷媒経路で接続して冷媒循環流路を
形成し、冷媒として非共沸混合冷媒を用い、蒸発器内の
未蒸発の液冷媒を昇圧して圧縮機内で蒸発させるように
蒸発器における液冷媒部分と圧縮機とを液冷媒通路によ
り接続するヒートポンプにおいて、上記蒸発器と圧縮機
とを接続する液冷媒通路に、該液冷媒を加熱する手段を
設けたことを特徴とするヒートポンプ。 - 【請求項２】上記液冷媒は凝縮器からの凝縮冷媒を用い
て加熱されるようになっている特許請求の範囲第１項記
載のヒートポンプ。 - 【請求項３】上記液冷媒は外部から供給される負荷流体
によって加熱されるようになっている特許請求の範囲第
１項記載のヒートポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62120288A JPH061135B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | ヒ−トポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62120288A JPH061135B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | ヒ−トポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63286666A JPS63286666A (ja) | 1988-11-24 |
| JPH061135B2 true JPH061135B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=14782531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62120288A Expired - Fee Related JPH061135B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | ヒ−トポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061135B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5625734B2 (ja) * | 2010-10-22 | 2014-11-19 | ダイキン工業株式会社 | 冷凍装置 |
| JP5864886B2 (ja) * | 2011-04-20 | 2016-02-17 | 東京電力株式会社 | 凝縮装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5510826A (en) * | 1978-07-06 | 1980-01-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Rectifier |
| JPS61159053A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-18 | 株式会社荏原製作所 | ヒ−トポンプ |
| JPS61197959A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-02 | 三菱電機株式会社 | 冷凍装置 |
| JPH0641820B2 (ja) * | 1986-10-01 | 1994-06-01 | スーパーヒートポンプ・エネルギー集積システム技術研究組合 | ヒートポンプ |
-
1987
- 1987-05-19 JP JP62120288A patent/JPH061135B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63286666A (ja) | 1988-11-24 |
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