JPH0623625B2 - 混合冷媒を用いた冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は混合冷媒を用いた冷凍装置、詳しくは、圧縮
機、凝縮器として作用する熱源側熱交換器、膨張機構及
び蒸発器として作用する利用側熱交換器を順次接続した
冷媒回路に非共沸の混合冷媒を封入した冷凍装置に関す
る。

（従来技術） 従来、前記冷凍装置として、例えば特開昭５７−１９８
９６８号公報に示される如く、高沸点冷媒と低沸点冷媒
とから成る非共沸混合冷媒を用い、この混合冷媒を冷媒
回路に封入して、冷・暖房時に前記高・低沸点冷媒の組
成比を変えて循環させることにより、冷暖房時の能力調
整を行なう如くしたものが知られている。

即ち、第３図に示す如く、圧縮機（１）と四路切換弁
（２）と熱源側熱交換器（３）及び利用側熱交換器
（４）とを備えた冷媒回路を形成し、前記両熱交換器
（３）（４）間に２つの第１及び第２膨張機構（５）
（６）を接続すると共に、該各膨張機構（５）（６）間
に気液分離器（７）を介装させる一方、前記利用側熱交
換器（４）と四路切換弁（２）との間に冷媒タンク
（８）を介装し、該タンク（８）を前記気液分離器
（７）のガス域に接続させるのである。

斯くして冷房運転時には、圧縮機（１）から吐出されて
熱源側熱交換器（３）から流出される混合冷媒が、前記
気液分離器（７）において気液分離され、つまり低沸点
冷媒を多く含むガス冷媒と高沸点冷媒を多く含む液冷媒
とに分離され、高沸点冷媒を多く含む液冷媒が利用側熱
交換器（４）に、又、低沸点冷媒を多く含むガス冷媒が
前記タンク（８）にそれぞれ供給されるのである。

しかして前記タンク（８）には前記利用側熱交換器
（４）から流出される低温冷媒が通過されるため、前記
タンク（８）に至ったガス冷媒は前記低温冷媒と熱交換
されて逐次液化され、前記タンク（８）内に貯留され
て、つまり低沸点冷媒を多く含む冷媒が前記タンク
（８）に逐次貯留され、高沸点冷媒が多く含む冷媒によ
って冷房運転が行なわれるのである。

また暖房運転時は、圧縮機（１）から吐出されて利用側
熱交換器（４）から流出される混合冷媒が、前記冷房運
転時と同様に気液分離器（７）において気液分離され、
こゝで分離された低沸点冷媒を多く含むガス冷媒が前記
タンク（８）に供給されるが、暖房運転時に該タンク
（８）には、圧縮機（１）からの高温冷媒が通過される
ため、前記タンク（８）においてガス冷媒の熱交換が行
なわれず、つまり低沸点冷媒のタンク（８）内への貯留
が行なわれないのであり、従って高沸点冷媒に対する低
沸点冷媒の組成比大の混合冷媒によって能力大の暖房運
転が行なわれるのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記のごとき冷暖房装置では、冷・暖房運転
時に高・低沸点冷媒の組成比を変えることにより、冷房
及び暖房運転に対応した能力を得ることができるが、冷
房及び暖房の各運転時に、例えば外気温変化などにより
負荷変動が生じても、この負荷変動に応じて能力を調整
することができない問題があった。

しかして、本発明の目的は前記冷媒回路に接続する前記
冷媒タンクの接続関係を工夫して、該タンク内に、冷媒
回路に封入した混合冷媒の組成比に対して高沸点冷媒を
より多く含む液冷媒を貯留制御できるようにすることに
よって、冷房・暖房などの前記各運転時において各々、
冷媒回路を循環する混合冷媒の組成比を変更できるよう
にし、もって、各運転時において能力制御などを行える
ようにする点にある。

（問題点を解決するための手段） しかして、本発明の構成を第１図に基づいて説明する
と、圧縮機（１）、凝縮器として作用する熱源側熱交換
器（３）、主膨張機構（６）及び蒸発器として作用する
利用側熱交換器（４）を順次接続した冷媒回路に非共沸
の混合冷媒を封入した冷媒装置において、前記膨張機構
（６）の入口側冷媒配管に弁装置（１０）を介して、液
冷媒を貯留する冷媒タンク（１１）を接続すると共に、
該タンク（１１）の上部を減圧機構（１２）を介して前
記冷媒回路における低圧側配管に接続する一方、前記タ
ンク（１１）に導く冷媒を該タンク（１１）の上下に気
液分離する制御手段を設けたのである。前記制御手段と
しては、前記タンク（１１）内に導く冷媒を加熱する加
熱手段（Ｈ）をもつ構成、又は、前記タンク（１１）内
に導く冷媒を減圧する減圧手段（５）をもつ構成、ある
いは、このような減圧手段（５）と加熱手段（Ｈ）とを
併用してもつ構成がある。尚、冷媒タンク（１１）に導
入する冷媒は前記圧縮機（１）の吸入圧より高いもので
あればよい。

（作用） 前記冷媒タンク（１１）の入口側に設けた前記弁装置
（１０）を閉鎖することにより、前記タンク（１１）へ
の冷媒の流入が阻止される一方、該タンク（１１）は前
記減圧機構（１２）を介して低圧側配管に連通している
のでこのタンク（１１）内の液冷媒は全て放出され、前
記タンク（１１）内の液冷媒貯留量は零になる。また、
前記弁装置（１０）を開放して、前記タンク（１１）に
吸入圧より高圧の冷媒を導入すると、この冷媒は、加熱
手段（Ｈ）又は減圧手段（５）あるいは両者の併用によ
り、積極的に気液分離され、低沸点冷媒をより多く含む
（以下低沸点冷媒リッチという）ガス冷媒と高沸点冷媒
をより多く含む（以下高沸点冷媒リッチという）液冷媒
とに分離し、更に、前記ガス冷媒のみが低圧側配管に流
出するので、前記タンク（１１）には高沸点冷媒リッチ
の液冷媒が貯留されるのである。この結果、冷媒回路を
循環する冷媒の組成比を、前記タンク（１１）に貯留す
る液冷媒を零にした場合に比して、低沸点冷媒リッチ側
に変化させることができるのである。

すなわち、前記弁装置（１０）の開閉操作により、冷媒
回路を循環する冷媒の組成比を変更できるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示したものは、圧縮機（１）、熱源側側熱交換
器（３）、制御用の減圧手段として作用する第１膨張機
構（５）、主膨張機構として作用する第２膨張機構
（６）、利用側熱交換器（４）を順次接続して冷媒回路
を形成すると共に、この冷媒回路に高沸点冷媒（例えば
Ｒ１１４）と低沸点冷媒（例えばＲ２２）との非共沸混
合冷媒を封入した冷凍装置である。尚、図中（９）はア
キュムレータである。

以上のごとく構成する冷凍装置において、前記第１膨張
機構（５）と第２膨張機構（６）との間の冷媒配管に、
２方弁から成る弁装置（１０）を介して中空容器から成
る冷媒タンク（１１）を接続すると共に、 該タンク（１１）の上部ガス域と、前記利用側熱交換器
（４）と圧縮機（１）との間の低圧ガス管とをキャピラ
リーチューブから成る減圧機構（１２）を介して接続す
るものであり、更に、 前記圧縮機（１）と熱源側熱交換器（３）との間のガス
管に、吐出ガスの一部を側路させて前記冷媒タンク（１
１）に導入される冷媒を加熱するごとくなす側路管（１
３）を接続して、前記タンク（１１）を加熱する加熱手
段（Ｈ）を設けるのである。

尚、前記側路管（１３）には２方弁から成る開閉弁（１
４）を介装し、該弁（１４）により前記タンク（１１）
の加熱量を調節する如く成している。

上記構成においては、前記タンク（１１）内の冷媒を気
液分離状態にする制御手段として前記第１膨張機構
（５）と前記加熱手段（Ｈ）とを用いるのであって、第
１膨張機構（５）により前記熱源側熱交換器（３）の出
口側の過冷却状態の液冷媒を中間圧に減圧すること、及
び、前記加熱手段（Ｈ）で前記タンク（１１）に導入さ
れた冷媒を加熱することにより、このタンク（１１）に
導入された冷媒を適度な気液分離状態とし、該冷媒を前
記タンク（１１）内で低沸点冷媒リッチのガス冷媒と、
高沸点冷媒リッチの液冷媒とに分離できるようにしてい
るのである。

尚、前記冷媒回路に封入する混合冷媒の組成比は第２図
に示すごとく（Ｘ１）としている。

次に、以上のごとく構成する冷凍装置の作用を第１図、
及び、第２図に基づいて説明する。

前記冷凍装置は冷凍能力の小さい基準能力運転と、冷凍
能力を前記基準能力運転より増大させる能力制御運転と
を行えるのである。

まず、能力を小とする前記基準能力運転の場合を説明す
る。

この場合は、前記弁装置（１０）、及び前記加熱手段
（Ｈ）の開閉弁（１４）を共に閉鎖しておくのである。

かくして、前記圧縮機（１）を駆動させると、冷媒は圧
縮機（１）から第２図（Ａ１）で示す高圧ガスの状態で
吐出され、 ・ 前記熱源側熱交換器（３）で凝縮して高圧液冷媒
（第２図Ａ２）となり、次に、 前記第１膨張機構（５）で減圧されて液冷媒の一部が気
化して中間圧の気液分離状態の冷媒（Ａ３）となり、更
に、 ・ 前記第２膨張機構（６）で減圧されて低圧の冷媒
（Ａ４）となり、そして、 ・ 前記利用側熱交換器（４）で蒸発し、低圧のガス冷
媒（Ａ５）となり、 かくして再び前記圧縮機（１）に還流するのである。

以上の冷媒の循環過程において、前記弁装置（１０）が
閉鎖されているから、前記冷媒タンク（１１）には冷媒
が流入することがない一方、該タンク（１１）は低圧ガ
ス管に前記減圧機構（１２）を介して連通しているの
で、たとえ前記タンク（１１）内に液冷媒が留まってい
ても前記ガス管側に吸入され、前記タンク（１１）の冷
媒貯留量は零となるのである。従って、前記冷媒回路内
を循環する混合冷媒の組成比は当初の（Ｘ１）のままと
なっているのである。

次に冷凍能力を増大させる能力制御運転の場合を説明す
る。

この場合は前記弁装置（１０）及び前記開閉弁（１４）
を開放して運転を行うのである。

そうすると、前記第１膨張機構（５）を通過した気液分
離状態の冷媒（Ａ３）が前記弁装置（１０）を介して前
記冷媒タンク（１１）に流入する。

・ 更に、この冷媒（Ａ３）は前記加熱手段（Ｈ）を流
通する吐出ガスにより加熱され（Ｂ１）の状態となる。

・ この冷媒（Ｂ１）は前記タンク（１１）内で気液分
離され、低沸点冷媒リッチ（組成比Ｘ３）のガス冷媒
（Ｂ２）と高沸点冷媒リッチ（組成比Ｘ４）の液冷媒
（Ｂ３）とに分離する。

・ そして、前記高沸点冷媒リッチの液冷媒（Ｂ３）が
前記タンク（１１）内に貯留される一方、前記低沸点冷
媒リッチのガス冷媒（Ｂ２）は前記減圧機構（１２）を
介して前記低圧ガス管に流出し、前記冷媒回路内に還流
するのである。

以上のごとく、前記冷媒タンク（１１）に、当初の混合
冷媒（組成比Ｘ１）より高沸点冷媒の組成比が高い冷媒
（組成比Ｘ４）が貯留されるので、前記冷媒回路には、
当初に比べると、換言すると前記基準能力運転時に循環
する混合冷媒（組成比Ｘ１）に比べると低沸点冷媒の組
成比の高い混合冷媒（組成比Ｘ２）が循環するのであ
る。従って、前記基準能力運転時に比して冷凍能力を増
大できるのである。

尚、前記第１膨張機構（５）の減圧量及び前記加熱手段
（Ｈ）による加熱量を調節することにより、前記冷媒タ
ンク（１１）に貯留する液冷媒の組成比を調節すること
ができる。

また、上記実施例は冷房専用の冷凍装置について説明し
たが、本発明は暖房専用、冷暖両用のヒートポンプ形、
更には、給湯運転をも行えるようにした冷凍装置にも適
用できるものである。

そして、各々の場合における冷凍能力の切換えは、次の
如く行なうのである。

冷房運転を行うものにあっては、負荷の大小によっ
て前記冷凍能力の選択を行なうのであって、過負荷時に
は、前記冷媒タンク（１１）の貯留液冷媒量を零にし
て、冷凍能力の小さい前記基準能力運転を行うのであ
り、過負荷時以外は前記冷媒タンク（１１）に高沸点冷
媒リッチの液冷媒を貯留して冷凍能力の増大を図る前記
能力制御運転を行うごとくするのである。

また、暖房運転を行うものにあっては、前記冷房運
転の場合と逆に、負荷が小さくなって、高圧が上昇した
時に冷凍能力を減少させるべく前記基準能力運転を行
い、その他の時は冷凍能力の大きい前記能力制御運転を
行うのである。

更に、給湯運転を行うものにあっては、前記暖房運
転の場合と同様に能力切換えを行うのであるが、この給
湯運転にあっては、供給する温水温度に応じて高温湯を
供給する場合は、前記冷媒回路内を循環する混合冷媒の
組成が高沸点冷媒リッチになる前記基準能力運転を行
い、低温湯を供給する場合には逆に循環冷媒の組成が低
沸点冷媒リッチとなる前記能力制御運転に切換えるよう
にしてもよいのである。

また、給湯運転と、冷房，暖房運転とが行えるもの
にあっては、給湯運転時に高温湯が得られるように高沸
点冷媒リッチの冷媒を冷媒回路に循環させる前記基準能
力運転を行い、冷房，暖房運転時には冷凍能力の大きい
前記能力制御運転を行うごとくするのである。

（他の実施例） 第１図に示した前記実施例における前記第１膨張機構
（５）または前記加熱手段（Ｈ）のいずれか一方を省略
してもよく、要は、前記冷媒タンク（１１）内の冷媒を
気液分離状態とする制御手段を設けておけばよいのであ
る。

また、第１図のものは、前記冷媒タンク（１１）のガス
域と前記利用側熱交換器（４）の出口側の低圧ガス管と
を連通したが、前記ガス域を前記熱交換器（４）の入口
側の低圧液管に連通させてもよい。要は前記ガス域を低
圧側配管に減圧機構を介して接続すればよいのである。

更に、前記減圧手段（１２）を設ける回路（１２ａ）に
前記冷媒タンク（１１）から冷媒が低圧側配管に流出す
るのを阻止する開閉弁（図示せず）を設けてもよく、か
くすると、前記能力制御運転時に、前記冷媒タンク（１
１）に所定量の液冷媒が貯留されると、前記弁装置（１
０）、前記開閉弁を同時に閉鎖して前記タンク（１１）
の冷媒を閉じ込めることができるのである。そして、こ
うすることにより、前記能力制御運転時の能力ロスを少
なく出来るのである。

（発明の効果） 以上のごとく、本発明は前記膨張機構（６）の入口側冷
媒配管に弁装置（１０）を介して冷媒を貯留する冷媒タ
ンク（１１）を接続すると共に、該タンク（１１）の上
部を減圧機構（１２）を介して前記冷媒回路における低
圧側配管に接続する一方、前記タンク（１１）内に導く
冷媒を加熱する加熱手段（Ｈ）又は同冷媒を減圧する減
圧手段（５）あるいはこれら減圧手段（５）及び加熱手
段（Ｈ）をもち、タンク（１１）に導く冷媒を該タンク
（１１）の上下に気液分離する制御手段を設けたから、
冷房、暖房、給湯の各運転時においても、それぞれ、前
記タンク（１１）に高沸点冷媒リッチの液冷媒の貯留量
を零または所望の量に調節することにより、冷媒回路に
循環する混合冷媒の組成比を変更することができ、この
結果、各運転においてそれぞれ負荷に応じて冷凍能力を
変更でき、また、給湯運転にあっては、供給できる湯温
の温度範囲を拡大することもできるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の冷媒回路図、第２図は同実施
例の運転状態を説明する説明図、第３図は従来例を示す
冷媒回路図である。 （１）……圧縮機 （３）……熱源側熱交換器 （４）……利用側熱交換器 （６）……膨張機構（第２膨張機構） （１０）……弁装置 （１１）……冷媒タンク （１２）……減圧機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）、凝縮器として作用する熱源
   側熱交換器（３）、主膨張機構（６）及び蒸発器として
   作用する利用側熱交換器（４）を順次接続した冷媒回路
   に非共沸の混合冷媒を封入した冷凍装置において、前記
   膨張機構（６）の入口側冷媒配管に弁装置（１０）を介
   して、冷媒を貯留する冷媒タンク（１１）を接続すると
   共に、該タンク（１１）の上部を減圧機構（１２）を介
   して前記冷媒回路における低圧側配管に接続する一方、
   前記弁装置（１０）を介して前記タンク（１１）内に導
   く冷媒を加熱する加熱手段（Ｈ）をもち、前記タンク
   （１１）に導く冷媒を該タンク（１１）の上下に気液分
   離する制御手段を設けたことを特徴とする混合冷媒を用
   いた冷凍装置。
2. 【請求項２】圧縮機（１）、凝縮器として作用する熱源
   側熱交換器（３）、主膨張機構（６）及び蒸発器として
   作用する利用側熱交換器（４）を順次接続した冷媒回路
   に非共沸の混合冷媒を封入した冷凍装置において、前記
   膨張機構（６）の入口側冷媒配管に弁装置（１０）を介
   して、冷媒を貯留する冷媒タンク（１１）を接続すると
   共に、該タンク（１１）の上部を減圧機構（１２）を介
   して前記冷媒回路における低圧側配管に接続する一方、
   前記弁装置（１０）を介して前記タンク（１１）内に導
   く冷媒を減圧する減圧手段（５）をもち、前記タンク
   （１１）に導く冷媒を該タンク（１１）の上下に気液分
   離する制御手段を設けたことを特徴とする混合冷媒を用
   いた冷凍装置。
3. 【請求項３】圧縮機（１）、凝縮器として作用する熱源
   側熱交換器（３）、主膨張機構（６）及び蒸発器として
   作用する利用側熱交換器（４）を順次接続した冷媒回路
   に非共沸の混合冷媒を封入した冷凍装置において、前記
   膨張機構（６）の入口側冷媒配管に弁装置（１０）を介
   して、冷媒を貯留する冷媒タンク（１１）を接続すると
   共に、該タンク（１１）の上部を減圧機構（１２）を介
   して前記冷媒回路における低圧側配管に接続する一方、
   前記弁装置（１０）を介して前記タンク（１１）内に導
   く冷媒を減圧する減圧手段（５）と同冷媒を加熱する加
   熱手段（Ｈ）とをもち、前記タンク（１１）に導く冷媒
   を該タンク（１１）の上下に気液分離する制御手段を設
   けたことを特徴とする混合冷媒を用いた冷凍装置。