JPH07127926A

JPH07127926A - 圧縮式ヒートポンプにおける気液分離器

Info

Publication number: JPH07127926A
Application number: JP27633293A
Authority: JP
Inventors: Akira Morikawa; 朗森川
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】圧縮式ヒートポンプにおいて、減圧膨張機能
を安定化するとともに、気液分離器の分離機能を高く維
持する。【構成】冷媒導入路ｒｉから導入した気液二相冷媒Ａ
ｗ・Ｂｈｇ・Ｃｈｇを器内で比重分離により気相冷媒Ｂ
ｈｇ・Ｃｈｇと液相冷媒Ａｗとに分離させる器体Ｔに、
分離した気相冷媒Ｂｈｇ・Ｃｈｇを凝縮器Ｃｄ２に導く
気相冷媒導出路ｒｇｏと、分離した液相冷媒Ａｗを膨張
手段Ｅｘｐを介して蒸発器Ｅｖ１に導く液相冷媒導出路
ｒｗｏとを接続し、器内で分離した液相冷媒Ａｗを液相
冷媒導出路ｒｗｏへ送出する過程で滞留させて貯留する
液貯留域Ｒ１を器体Ｔの内部に設けた圧縮式ヒートポン
プにおける気液分離器において、液貯留域Ｒ１における
貯留液相冷媒Ａｗを冷却媒体と熱交換させて冷却する冷
却器Ｓｃ１を液貯留域Ｒ１に内装してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮式ヒートポンプにお
ける気液分離器に関し、詳しくは、冷媒導入路から導入
した気液二相冷媒を器内で比重分離により気相冷媒と液
相冷媒とに分離させる器体に、分離した気相冷媒を凝縮
器に導く気相冷媒導出路と、分離した液相冷媒を膨張手
段を介して蒸発器に導く液相冷媒導出路とを接続し、器
内で分離した液相冷媒を前記液相冷媒導出路へ送出する
過程で滞留させて貯留する液貯留域を前記器体の内部に
設けた気液分離器に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記の如き気液分離器を備える圧縮式ヒ
ートポンプにおいては（図４参照）、その気液分離器Ｓ
ｐから膨張手段Ｅｘｐへ送る分離液相冷媒Ａｗが、その
送り過程で一部蒸発（いわゆるフラッシュ現象）して気
泡混入状態となり、この気泡混入のために膨張手段Ｅｘ
ｐでの減圧膨張作用が不安定となってヒートポンプ運転
に支障を来すことがある。

【０００３】そして、このことに対し従来においては、
同図４に示すように、気液分離器Ｓｐで分離した液相冷
媒Ａｗを膨張手段Ｅｘｐに導く液相冷媒導出路ｒｗｏの
途中に、その流通液相冷媒Ａｗを蒸発器Ｅｖから送出さ
れる低温気相冷媒Ａｃｇと熱交換させて冷却する冷却器
Ｓｃを介装し、この冷却をもって流通液相冷媒Ａｗに十
分な過冷却度を与えることで、膨張手段Ｅｘｐに対し気
泡混入状態の液相冷媒Ａｗが給送されるといった上記の
問題を防止するようにしていた（例えば、特開平４−３
２４０７２号公報参照）。

【０００４】なお、図４において、ｒｉは気液分離器Ｓ
ｐに対し分離対象の気液二相冷媒Ａｗ・Ｂｈｇ（液相冷
媒Ａｗと気相冷媒Ｂｈｇとが混在した湿り蒸気冷媒）を
導入する冷媒導入路、ｒｇｏは気液分離器Ｓｐで分離し
た気相冷媒Ｂｈｇを凝縮器Ｃｄに導く気相冷媒導出路、
Ｒは分離した液相冷媒Ａｗを液相冷媒導出路ｒｗｏへ送
出する過程で器内滞留させて貯留する液貯留域である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来構
成では、気泡混入状態の液相冷媒Ａｗが膨張手段Ｅｘｐ
に給送されるといったことはある程度、効果的に防止で
きるものの、気液分離器Ｓｐの器内において液貯留域Ｒ
における貯留液相冷媒Ａｗが一部蒸発するといったこと
までは防止できず、そして、このような器内蒸発が生じ
ると、その蒸発冷媒が本来の分離気相冷媒Ｂｈｇととも
に気相冷媒導出路ｒｇｏへ送出されることとなって気液
分離器Ｓｐの分離機能が低下し、この機能低下によりヒ
ートポンプ運転が不安定となる問題があった。

【０００６】殊に、循環冷媒として、互いに沸点の異な
る複数種の冷媒Ａ，Ｂを混合させた混合冷媒を用い、こ
れら複数種の冷媒Ａ，Ｂを気液分離器Ｓｐで相互分離さ
せる形態のヒートポンプでは、上記の分離機能低下によ
り、本来は気相冷媒導出路ｒｇｏへ送出すべきではない
冷媒が気相冷媒導出路ｒｇｏへ送出されてしまうため、
上記のヒートポンプ運転の不安定化が特に顕著に生じる
ものであった。

【０００７】本発明の目的は、合理的な改良により、液
相冷媒への気泡混入に起因する膨張手段での減圧膨張作
用の不安定化を防止するとともに、合わせて、上記の如
き気液分離器の機能低下を効果的に防止する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

〔第１特徴構成〕本発明による圧縮式ヒートポンプにお
ける気液分離器の第１特徴構成は、冷媒導入口から導入
した気液二相冷媒を器内で比重分離により気相冷媒と液
相冷媒とに分離させる器体に、分離した気相冷媒を凝縮
器に導く気相冷媒導出路と、分離した液相冷媒を膨張手
段を介して蒸発器に導く液相冷媒導出路とを接続し、器
内で分離した液相冷媒を前記液相冷媒導出路へ送出する
過程で滞留させて貯留する液貯留域を前記器体の内部に
設けた構成において、前記液貯留域における貯留液相冷
媒を冷却媒体と熱交換させて冷却する冷却器を前記液貯
留域に内装したことにある。

【０００９】〔第２特徴構成〕本発明による圧縮式ヒー
トポンプにおける気液分離器の第２特徴構成は、上記の
第１特徴構成の実施において好適な構成を特定するもの
であり、貯留液相冷媒に対する前記冷却器の冷却量を調
整する調整手段を設けたことにある。

【００１０】〔第３特徴構成〕本発明による圧縮式ヒー
トポンプにおける気液分離器の第３特徴構成は、上記の
第２特徴構成の実施において好適な構成を特定するもの
であり、前記冷却器は、前記蒸発器から送出される低温
気相冷媒を冷却媒体として冷却作用する構成とし、前記
調整手段は、前記蒸発器から送出される低温気相冷媒の
うち冷却媒体として前記冷却器に供給するものと前記冷
却器を迂回させるものとの流量比を調整して、前記冷却
器の冷却量を調整する構成としてあることにある。

【００１１】

【作用】

〔第１特徴構成の作用〕すなわち、第１特徴構成におい
ては、分離した液相冷媒を液相冷媒導出路へ送出する過
程で滞留させて貯留する器内の液貯留域において、内装
の冷却器により貯留液相冷媒を冷却することで、その液
貯留域における貯留液相冷媒に十分な過冷却度を与え、
これにより、液相冷媒導出路を介し膨張手段へ導く液相
冷媒が気泡混入状態となるといったことを防止するとと
もに、気液分離器の器内において貯留液相冷媒に一部蒸
発が生じることを合わせ防止する。

【００１２】〔第２特徴構成の作用〕第２特徴構成にお
いては、上記冷却器の冷却量を調整手段により調整する
ことで、液貯留域の貯留液相冷媒に与える過冷却度を調
整でき、これにより、上記の第１特徴構成の作用に合わ
せて、膨張手段を介し蒸発器へ送る冷媒の過冷却状態を
蒸発器機能上でも最適なものに調整できる。

【００１３】〔第３特徴構成の作用〕第３特徴構成にお
いては、蒸発器から送出される低温気相冷媒と、液貯留
域における貯留液相冷媒とを上記冷却器で熱交換させる
ことにより、液貯留域における貯留液相冷媒を冷却し
て、その貯留液相冷媒に十分な過冷却度を与える。

【００１４】また、蒸発器から送出される低温気相冷媒
はいずれ圧縮機に戻すが、この低温気相冷媒について
は、圧縮機に戻すに先立ち、上記冷却器での熱交換によ
り過熱度を確保することができる。

【００１５】そして、前記の調整手段による冷却量の調
整については、蒸発器から送出される低温気相冷媒のう
ち冷却媒体として冷却器に供給するものと冷却器を迂回
させるものとの流量比を調整することにより、冷却器に
対する冷却媒体供給量を調整する形態で冷却器における
熱交換量を調整し、これにより、液貯留域の貯留液相冷
媒に対する冷却器の冷却量調整、換言すれば、液貯留域
の貯留液相冷媒に与える過冷却度の調整を行う。

【００１６】

【発明の効果】

〔第１特徴構成の効果〕つまり、本発明の第１特徴構成
によれば、気液分離器の器内における貯留液相冷媒の一
部蒸発を防止できることで、気液分離器の分離機能を高
く安定的に維持でき、これにより、先述の従来構成に比
べヒートポンプ運転の安定化を効果的に達成し得る。

【００１７】また、液相冷媒導出路の途中に介装した冷
却器の以降についてのみ、気泡混入状態と液相冷媒が存
在しないようにする従来形式に比べ、気液分離器から膨
張手段へ液相冷媒を導く流通過程の全体について液相冷
媒が気泡混入状態となることを防止できることで、気泡
混入状態の液相冷媒が膨張手段に給送されることを防止
するといった当初の目的をも一層確実かつ効果的に達成
できるとともに、液相冷媒導出路の冷媒流通性を向上で
き、この冷媒流通性の向上により冷媒循環における圧力
損失を低減して運転効率を向上し得る。

【００１８】しかも、冷却器を気液分離器の器内におけ
る液貯留域に内装することで、外観上、部品数を減じた
形態として冷媒循環路の回路構成を簡略化でき、これに
より、ヒートポンプ装置全体を小型化し得るとともに、
その製作を容易にし得る。

【００１９】〔第２特徴構成の効果〕本発明の第２特徴
構成を採用すれば、蒸発器に送る冷媒の過冷却状態を蒸
発器機能上でも最適なものに調整できることで、ヒート
ポンプ運転の安定化、及び、運転効率の向上を更に効果
的に達成できる。

【００２０】〔第３特徴構成の効果〕本発明の第３特徴
構成を採用すれば、気液分離器における貯留液相冷媒に
十分な過冷却度を与えることに並行して、圧縮機に戻す
低温気相冷媒の過熱度をも確保できることで、圧縮機運
転の安定化も合わせ図ることができ、これにより、前述
の減圧膨張作用の安定化、気液分離機能の向上、冷媒流
通性の向上、並びに、蒸発器機能の向上と相まって、全
体として一層安定的かつ効率の良いヒートポンプ運転を
行える。

【００２１】

【実施例】次に実施例を説明する。

【００２２】図１は、互いに沸点の異なる三種の冷媒
Ａ，Ｂ，Ｃを冷媒循環路に充填した混合冷媒ヒートポン
プの回路構成を示し、基本的構成として冷媒循環路に
は、三種の充填冷媒Ａ，Ｂ，Ｃを混合気相状態（Ａｃ
ｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇ）で吸入して加圧吐出する圧縮機Ｃ
ｍｐと、この圧縮機Ｃｍｐから吐出される高圧気相（高
圧乾き蒸気）の三種冷媒Ａｈｇ，Ｂｈｇ，Ｃｈｇを凝縮
させる凝縮手段Ｃｄと、凝縮手段Ｃｄで凝縮した液相の
三種冷媒Ａｗ，Ｂｗ，Ｃｗを減圧膨張させる膨張手段Ｅ
ｘｐと、膨張手段Ｅｘｐで減圧膨張（低圧湿り蒸気化）
した三種冷媒Ａｗｇ，Ｂｗｇ，Ｃｗｇを蒸発させて低圧
気相（低圧乾き蒸気）の状態Ａｃｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇで
圧縮機Ｃｍｐに戻す蒸発手段Ｅｖとを装備してある。

【００２３】上記の凝縮手段Ｃｄは第１ないし第３の凝
縮器Ｃｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３で構成してあり、これら第
１ないし第３の凝縮器Ｃｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３は、放熱
対象温度が高い順（加熱用途では加熱対象温度が高い
順）に上流側から並べて圧縮機Ｃｍｐからの冷媒吐出路
ｒｈに対し直列に接続し、これにより、圧縮機Ｃｍｐか
ら混合状態で吐出される高圧気相の三種冷媒Ａｈｇ，Ｂ
ｈｇ，Ｃｈｇを沸点の高いものから順次に第１ないし第
３凝縮器Ｃｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３において各別に凝縮さ
せる形態としてある。

【００２４】すなわち、圧縮機Ｃｍｐから混合吐出され
る三種の高圧気相冷媒Ａｈｇ，Ｂｈｇ，Ｃｈｇのうち、
高沸点種の高圧気相冷媒Ａｈｇは最上流の第１凝縮器Ｃ
ｄ１において最も高い凝縮温度で凝縮させ、続いて中沸
点種の高圧気相冷媒Ｂｈｇは第２凝縮器Ｃｄ２において
次に高い凝縮温度で凝縮させ、さらに低沸点種の高圧気
相冷媒Ｃｈｇは最下流の第３凝縮器Ｃｄ３において最も
低い凝縮温度で凝縮させる。

【００２５】なお、図１において、黒塗りの太線は、そ
の部分の冷媒状態が高圧気相であることを示し、太ハッ
チングを施した太線は、その部分の冷媒状態が高圧の気
液二相であることを示し、細ハッチングを施した太線
は、その部分の冷媒状態が液相であることを示し、点の
ハッチングを施した太線は、その部分の冷媒状態が低圧
の気液二相であることを示し、さらに、白抜きの太線
は、その部分の冷媒状態が低圧気相であることを示す
が、これら太線は、その部分の流通冷媒が複数種の混合
冷媒である場合にはそれら混合冷媒の全体としての状態
を示し、また、流通冷媒が単一種の冷媒である場合には
その単一冷媒の状態を示すものである。

【００２６】また、図２は三種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃ各々の
流れ経路を示しており、一点鎖線は高沸点種の冷媒Ａの
流れ経路を示し、二点鎖線は中沸点種の冷媒Ｂの流れ経
路を示し、破線は低沸点種の冷媒Ｃの流れ経路を示す。

【００２７】最上流の第１凝縮器Ｃｄ１からは、送出冷
媒として、その第１凝縮器Ｃｄ１の通過過程で凝縮した
高沸点種の液相冷媒Ａｗと、凝縮に至らず高圧気相状態
のままで第１凝縮器Ｃｄ１を通過した中・低沸点種の高
圧気相冷媒Ｂｈｇ，Ｃｈｇとが高圧気液二相の混合状態
で送出されるのに対し、第１凝縮器Ｃｄ１と第２凝縮器
Ｃｄ２との間には第１気液分離器Ｓｐ１を介装してあ
り、この第１気液分離器Ｓｐ１において、第１凝縮器Ｃ
ｄ１からの送出冷媒Ａｗ，Ｂｈｇ，Ｃｈｇを、第１凝縮
器Ｃｄ１で凝縮した高沸点種の液相冷媒Ａｗと、次の第
２凝縮器Ｃｄ２に送る中・低沸点種が混合した高圧気相
冷媒Ｂｈｇ，Ｃｈｇとに分離する。

【００２８】また同様に、第２凝縮器Ｃｄ２からは、送
出冷媒として、その第２凝縮器Ｃｄ２の通過過程で凝縮
した中沸点種の液相冷媒Ｂｗと、凝縮に至らず高圧気相
状態のままで第２凝縮器Ｃｄ２を通過した低沸点種の高
圧気相冷媒Ｃｈｇとが高圧気液二相の混合状態で送出さ
れるのに対し、第２凝縮器Ｃｄ２と最下流の第３凝縮器
Ｃｄ３との間には第２気液分離器Ｓｐ２を介装してあ
り、この第２気液分離器Ｓｐ２において、第２凝縮器Ｃ
ｄ２からの送出冷媒Ｂｗ，Ｃｈｇを、第２凝縮器Ｃｄ２
で凝縮した中沸点種の液相冷媒Ｂｗと、次の第３凝縮器
Ｃｄ３に送る低沸点種の高圧気相冷媒Ｃｈｇとに分離す
る。

【００２９】つまり、上記の如く複数の凝縮器Ｃｄ１，
Ｃｄ２，Ｃｄ３を直列接続する構成において、最下流に
位置する凝縮器Ｃｄ３以外の凝縮器Ｃｄ１，Ｃｄ２夫々
に対し気液分離器Ｓｐ１，Ｓｐ２を装備することによ
り、圧縮機Ｃｍｐから混合気相状態で吐出される複数種
の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃをそれらの順次凝縮工程において相互
分離する分離手段Ｓｐを構成してある。

【００３０】図中Ｆ１〜Ｆ３は、各凝縮器Ｃｄ１，Ｃｄ
２，Ｃｄ３に対し放熱対象としての空気（加熱用途では
加熱対象としての空気）を通風するファンである。

【００３１】上記の如く分離した三種の凝縮液相冷媒
（すなわち、第１気液分離器Ｓｐ１で分離した高沸点種
の凝縮液相冷媒Ａｗ、第２気液分離器Ｓｐ２で分離した
中沸点種の凝縮液相冷媒Ｂｗ、及び、第３凝縮器Ｃｄ３
から送出される低沸点種の凝縮液相冷媒Ｃｗ）は、それ
ら凝縮液相冷媒を減圧膨張させる膨張手段Ｅｘｐに対し
第１ないし第３の液冷媒路ｒｗ１，ｒｗ２，ｒｗ３によ
り各別に導く構成としてあり、また、その膨張手段Ｅｘ
ｐは、それら第１ないし第３液冷媒路ｒｗ１，ｒｗ２，
ｒｗ３により導かれる凝縮液相冷媒Ａｗ，Ｂｗ，Ｃｗを
各別に減圧膨張させる第１ないし第３の膨張弁Ｅｘｐ
１，Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３（膨張機構の一例）をもって構
成してある。

【００３２】前記の第１及び第２気液分離器Ｓｐ１，Ｓ
ｐ２については、夫々、凝縮した液相冷媒Ａｗ，Ｂｗを
第１及び第２膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅｘｐ２に送る過程で貯
留して、それら液相冷媒Ａｗ，Ｂｗの相当量を循環経路
中で滞留させる受液器が一体化した構造としてあり、そ
の具体的構造としては、図３に示すように、器体Ｔの上
端側周部に接続した冷媒導入路ｒｉ（第１凝縮器Ｃｄ１
あるいは第２凝縮器Ｃｄ２からの冷媒送出路に相当する
流路）から分離対象の気液二相冷媒Ａｗ・Ｂｈｇ・Ｃｈ
ｇ（あるいはＢｗ・Ｃｈｇ）を器内に導入して、その導
入二相冷媒を器内上部において比重分離により気相冷媒
Ｂｈｇ・Ｃｈｇ（あるいはＣｈｇ）と液相冷媒Ａｗ（あ
るいはＢｗ）とに分離させるのに対し、器体Ｔの上端部
には、分離した気相冷媒Ｂｈｇ・Ｃｈｇ（あるいはＣｈ
ｇ）を下流の凝縮器Ｃｄ２（あるいはＣｄ３）に導く気
相冷媒導出路ｒｇｏを接続し、他方、器体Ｔの下端部に
は、分離した液相冷媒Ａｗ（あるいはＢｗ）を膨張弁Ｅ
ｘｐ１（あるいはＥｘｐ２）に導く液相冷媒導出路ｒｗ
ｏ（前記の第１液冷媒路ｒｗ１あるいは第２液冷媒路ｒ
ｗ２に相当する流路）を接続してある。

【００３３】また、分離した液相冷媒Ａｗ（あるいはＢ
ｗ）を上記の液相冷媒導出路ｒｗｏへ送出する過程で器
内滞留させて貯留する器内下部の液貯留域Ｒ１，Ｒ２に
は、上記の受液器として要求される大きな容積を確保
し、もって、この気液分離器Ｓｐ１，Ｓｐ２おける液貯
留域Ｒ１，Ｒ２を前記の受液器として兼用使用するよう
にしてある。

【００３４】一方、このように第１気液分離器Ｓｐ１に
おける第１液貯留域Ｒ１、及び、第２気液分離器Ｓｐ２
における第１液貯留域Ｒ２の夫々を受液器として兼用使
用するのに対し、最下流の第３凝縮器Ｃｄ３に対する第
３液冷媒路ｒｗ３には、第３凝縮器Ｃｄ３から送出され
る凝縮液相冷媒Ｃｗを第３膨張弁Ｅｘｐ３に送る過程で
貯留して、その液相冷媒Ｃｗの相当量を循環経路中で滞
留させる専用受液器としての第３受液器Ｒ３を装備して
あり、これら受液器としての第１及び第２液貯留域Ｒ
１，Ｒ２、並びに、専用の第３受液器Ｒ３をもって、前
記の分離手段Ｓｐにより分離した三種の凝縮液相冷媒Ａ
ｗ，Ｂｗ，Ｃｗを膨張手段Ｅｘｐに送る過程において各
別貯留する受液手段を構成してある。

【００３５】第１ないし第３膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅｘｐ
２，Ｅｘｐ３で減圧膨張させた三種の膨張冷媒（低圧気
液二相冷媒）Ａｗｇ，Ｂｗｇ，Ｃｗｇを蒸発させる前記
の蒸発手段Ｅｖについては、吸熱対象温度（冷却用途で
は冷却対象温度）が互いに異なる第１ないし第３の蒸発
器Ｅｖ１，Ｅｖ２，Ｅｖ３をもって構成してあり、これ
ら第１ないし第３蒸発器Ｅｖ１，Ｅｖ２，Ｅｖ３のうち
最も吸熱対象温度が低い第３蒸発器Ｅｖ３に対しては、
第３膨張弁Ｅｘｐ３で減圧膨張させた低沸点種の膨張冷
媒Ｃｗｇを給送し、また、吸熱対象温度が次に低い第２
蒸発器Ｅｖ２に対しては、第３蒸発器Ｅｖ３からの送出
される低沸点種の低圧気相冷媒Ｃｃｇと、第２膨張弁Ｅ
ｘｐ２で減圧膨張させた中沸点種の膨張冷媒Ｂｗｇとを
合流させて給送し、さらに、吸熱対象温度が最も高い第
１蒸発器Ｅｖ１に対しては、第２蒸発器Ｅｖ２からの送
出される中・低沸点種の低圧気相冷媒Ｂｃｇ，Ｃｃｇ
と、第１膨張弁Ｅｘｐ１で減圧膨張させた高沸点種の膨
張冷媒Ａｗｇとを合流させて給送する構成としてある。

【００３６】すなわち、低沸点種の膨張冷媒Ｃｗｇつい
ては、単独に第３蒸発器Ｅｖ３を通過させる過程におい
て最も低い蒸発温度で蒸発させ、また、中沸点種の膨張
冷媒Ｂｗｇについては、第３蒸発器Ｅｖ３で既に蒸発し
た低沸点種の低圧気相冷媒Ｃｃｇとの混合状態で第２蒸
発器Ｅｖ２を通過させる過程において次に低い蒸発温度
で蒸発させ、さらに、高沸点種の膨張冷媒Ａｗｇについ
ては、第３及び第２蒸発器Ｅｖ３，Ｅｖ２で既に蒸発し
た低・中沸点種の低圧気相冷媒Ｃｃｇ，Ｂｃｇとの混合
状態で第１蒸発器Ｅｖ１を通過させる過程において最も
高い蒸発温度で蒸発させ、そして、この最下流の第１蒸
発器Ｅｖ１から送出される混合状態の三種の低圧気相冷
媒Ａｃｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇを圧縮機Ｃｍｐの吸入側に戻
すようにしてある。

【００３７】図中Ｆ４〜Ｆ６は、各蒸発器Ｅｖ１，Ｅｖ
２，Ｅｖ３に対し吸熱対象としての空気（冷却用途では
冷却対象としての空気）を通風するファンである。

【００３８】第１及び第２気液分離器Ｓｐ１，Ｓｐ２に
おける第１及び第２液貯留域Ｒ１，Ｒ２、並びに、第３
受液器Ｒ３の夫々には、貯留液相冷媒Ａｗ，Ｂｗ，Ｃｗ
中に浸漬配置して、それら貯留液相冷媒Ａｗ，Ｂｗ，Ｃ
ｗと冷却媒体とを熱交換させる冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２，
Ｓｃ３を内装してあり、そして、第３受液器Ｒ３に内装
した第３冷却器Ｓｃ３に対しては、第３蒸発器Ｅｖ３か
ら送出される低沸点種の低圧気相冷媒Ｃｃｇ（減圧膨張
前の液相冷媒Ｃｗに比べ低温）を第２蒸発器Ｅｖ２に送
る途中で器内通過させ、これにより、その低沸点種の低
圧気相冷媒Ｃｃｇを冷却媒体として、第３受液器Ｒ３に
おける低沸点種の貯留液相冷媒Ｃｗを冷却するようにし
てある。

【００３９】また、第２気液分離器Ｓｐ２の第２液貯留
域Ｒ２に内装した第２冷却器Ｓｃ２に対しては、第２蒸
発器Ｅｖ２から送出される中・低沸点種の低圧気相冷媒
Ｂｃｇ，Ｃｃｇ（減圧膨張前の液相冷媒Ｂｗに比べ低
温）を第１蒸発器Ｅｖ１に送る途中で器内通過させ、こ
れにより、それら中・低沸点種の低圧気相冷媒Ｂｃｇ，
Ｃｃｇを冷却媒体として、第２液貯留域Ｒ２における中
沸点種の貯留液相冷媒Ｂｗを冷却し、さらに、第１気液
分離器Ｓｐ１の第１液貯留域Ｒ１に内装した第１冷却器
Ｓｃ１に対しては、第１蒸発器Ｅｖ１から送出される三
種の低圧気相冷媒Ａｃｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇ（減圧膨張前
の液相冷媒Ａｗに比べ低温）を圧縮機Ｃｍｐに戻す途中
で器内通過させ、これにより、それら三種の低圧気相冷
媒Ａｃｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇを冷却媒体として、第１液貯
留域Ｒ１における高沸点種の貯留液相冷媒Ａｗを冷却す
るようにしてある。

【００４０】つまり、上述の如く第１及び第２気液分離
器Ｓｐ１，Ｓｐ２における第１及び第２液貯留域Ｒ１，
Ｒ２、並びに、第３受液器Ｒ３の夫々において、内装の
冷却器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により貯留液相冷媒Ａｗ，Ｂ
ｗ，Ｃｗを冷却することで、それら貯留液相冷媒Ａｗ，
Ｂｗ，Ｃｗに十分な過冷却度を与え、これにより、これ
ら第１及び第２液貯留域Ｒ１，Ｒ２、並びに、第３受液
器Ｒ３の夫々から膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３
へ送る液相冷媒Ａｗ，Ｂｗ，Ｃｗ中に一部蒸発による発
生気泡が混入することを防止して、各膨張弁Ｅｘｐ１，
Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３での減圧膨張作用を安定的に行わせ
るように、また、第１及び第２気液分離器Ｓｐ１，Ｓｐ
２については特に、それらの器内で貯留液相冷媒Ａｗ，
Ｂｗの一部蒸発が生じることを上記過冷却付与により防
止して、それらの気液分離機能を高く安定的に維持する
ようにしてある。

【００４１】また一方、冷却媒体として用いる各蒸発器
Ｅｖ１，Ｅｖ２，Ｅｖ３からの送出冷媒Ａｃｇ，Ｂｃ
ｇ，Ｃｃｇについては、圧縮機Ｃｍｐに戻すに先立ち冷
却器Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３での熱交換により過熱度を
確保し、これにより、圧縮機運転の安定化も同時に図る
ようにしてある。

【００４２】図中ｖ１，ｖ２，ｖ３は、第１ないし第３
冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３の冷却量を調整する第１
ないし第３の冷却器調整弁であり、具体的には、第３蒸
発器Ｅｖ３から送出される低圧気相冷媒Ｃｃｇのうち、
第３冷却器Ｓｃ３を迂回させて第２蒸発器Ｅｖ２に送る
バイパス冷媒量を第３の冷却器調整弁ｖ３により調整す
ることで、第３冷却器Ｓｃ３に対し冷却媒体として通過
させる低圧気相冷媒Ｃｃｇの量を変更し、これにより、
低沸点種の貯留液相冷媒Ｃｗに対する第３冷却器Ｓｃ３
の冷却量を適宜調整する。

【００４３】また同様に、第２蒸発器Ｅｖ２から送出さ
れる低圧気相冷媒Ｂｃｇ，Ｃｃｇのうち、第２冷却器Ｓ
ｃ２を迂回させて第１蒸発器Ｅｖ１に送るバイパス冷媒
量を第２の冷却器調整弁ｖ２により調整することで、第
２冷却器Ｓｃ２に対し冷却媒体として通過させる低圧気
相冷媒Ｂｃｇ，Ｃｃｇの量を変更し、これにより、中沸
点種の貯留液相冷媒Ｂｗに対する第２冷却器Ｓｃ２の冷
却量を適宜調整し、されに、第１蒸発器Ｅｖ１から送出
される低圧気相冷媒Ａｃｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇのうち、第
１冷却器Ｓｃ１を迂回させて圧縮機Ｃｍｐに戻すバイパ
ス冷媒量を第１の冷却器調整弁ｖ１により調整すること
で、第１冷却器Ｓｃ１に対し冷却媒体として通過させる
低圧気相冷媒Ａｃｇ，Ｂｃｇ，Ｃｃｇの量を変更し、こ
れにより、高沸点種の貯留液相冷媒Ａｗに対する第１冷
却器Ｓｃ１の冷却量を適宜調整する。

【００４４】つまり、各冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３
に対するバイパス路ｒｂと、それらバイパス路ｒｂに介
装した上記の冷却器調整弁ｖ１，ｖ２，ｖ３は、蒸発器
Ｅｖ１，Ｅｖ２，Ｅｖ３からの送出冷媒Ａｃｇ，Ｂｃ
ｇ，Ｃｃｇのうち、冷却媒体として冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ
２，Ｓｃ３に供給するものと冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓ
ｃ３を迂回させるものとの流量比を調整して、各冷却器
Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３の冷却量を調整する調整手段Ｖ
を構成する。

【００４５】前記の第１ないし第３膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅ
ｘｐ２，Ｅｘｐ３は夫々、操作信号をもって絞り度の調
整（換言すれば弁開度の調整）を行う電子膨張弁を採用
してあり、これら第１ないし第３膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅｘ
ｐ２，Ｅｘｐ３の絞り度調整により、受液器としての第
１液貯留域Ｒ１における高沸点種液相冷媒Ａｗの貯留量
ｑＡ、同じく受液器としての第２液貯留域Ｒ２における
中沸点種液相冷媒Ｂｗの貯留量ｑＢ、並びに、第３受液
器Ｒ３における低沸点種液相冷媒Ｃｗの貯留量ｑＣを各
別に変更調整し、これにより、これら三種の冷媒Ａ，
Ｂ，Ｃの回路内有効充填量（すなわち、実際の回路内充
填量（重量）から上記貯留量（重量）ｑＡ，ｑＢ，ｑＣ
を減じた量であって、実質的な回路内循環に使用する冷
媒量）を各別に変更調整する構成としてある。

【００４６】つまり、絞り度調整可能な第１ないし第３
膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３は、それらの絞り
度調整により第１及び第２液貯留域Ｒ１，Ｒ２、並び
に、第３受液器Ｒ３の夫々からの液相冷媒導出量を調整
して、それら第１及び第２液貯留域Ｒ１，Ｒ２、並び
に、第３受液器Ｒ３夫々の液相冷媒貯留量ｑＡ，ｑＢ，
ｑＣを各別に変更調整する冷媒量調整手段ＱＶを構成す
る。

【００４７】そして、これら第１ないし第３膨張弁Ｅｘ
ｐ１，Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３の絞り度調整による三種の冷
媒Ａ，Ｂ，Ｃ夫々についての有効充填量の調整により、
高沸点冷媒Ａについてのヒートポンプ能力（具体的には
第１凝縮器Ｃｄ１の放熱・加熱能力や第１蒸発器Ｅｖ１
の吸熱・冷却能力）と、中沸点冷媒Ｂについてのヒート
ポンプ能力（具体的には第２凝縮器Ｃｄ２の放熱・加熱
能力や第２蒸発器Ｅｖ２の吸熱・冷却能力）と、低沸点
冷媒Ｃについてのヒートポンプ能力（具体的には第３凝
縮器Ｃｄ３の放熱・加熱能力や第３蒸発器Ｅｖ３の吸熱
・冷却能力）とを、それらの能力比変化を伴う形態で個
別に変更調整できるようにしてある。

【００４８】Ｍｃは制御器であり、この制御器Ｍｃは、
圧縮機Ｃｍｐの回転数を調整することにより、三種の冷
媒Ａ，Ｂ，Ｃの夫々についてのヒートポンプ能力を能力
比変化を伴わない形態で同調的に基本調整することと、
各膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３の絞り度を調整
することにより、三種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃの夫々について
のヒートポンプ能力を能力比変化を伴う形態で個別に調
整することとを行い、そして、各凝縮器Ｃｄ１，Ｃｄ
２，Ｃｄ３の加熱状態検出や各蒸発器Ｅｖ１，Ｅｖ２，
Ｅｖ３の冷却状態検出等に基づいて、これら圧縮機Ｃｍ
ｐの回転数調整による基本調整と各膨張弁Ｅｘｐ１，Ｅ
ｘｐ２，Ｅｘｐ３の絞り度調整による個別調整とを組み
合わせ実施することで、三種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃの夫々に
ついてのヒートポンプ能力を各々の目標能力に調整す
る。

【００４９】また、制御器Ｍｃは、各膨張弁Ｅｘｐ１，
Ｅｘｐ２，Ｅｘｐ３へ送る三種の凝縮液相冷媒Ａｗ，Ｂ
ｗ，Ｃｗの夫々に対する温度・圧力等の状態検出に基づ
いて、それら三種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃ夫々のヒートポンプ
サイクル（冷凍サイクル）において適切な所定の過冷却
度が確保されるように、前記の第１ないし第３冷却器調
整弁ｖ１，ｖ２，ｖ３を個別調整する。

【００５０】三種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃの具体的組み合わせ
例としては、下記の如き諸元のものを一例として挙げる
ことができる。高沸点冷媒Ａ：凝縮温度９８℃ （圧力２．０ＭＰａ）蒸発温度４０℃ （圧力０．５ＭＰａ）中沸点冷媒Ｂ：凝縮温度５１℃ （圧力２．０ＭＰａ）蒸発温度０℃ （圧力０．５ＭＰａ）低沸点冷媒Ｃ：凝縮温度３５℃ （圧力２．０ＭＰａ）蒸発温度−１８℃ （圧力０．５ＭＰａ）

【００５１】また、第１気液分離器Ｓｐ１における第１
液貯留域Ｒ１の容積（すなわち、高沸点種の凝縮液相冷
媒Ａｗに対する受液器としての容積）、第２気液分離器
Ｓｐ２における第２液貯留域Ｒ２の容積（すなわち、中
沸点種の凝縮液相冷媒Ｂｗに対する受液器としての容
積）、並びに、低沸点種の凝縮液相冷媒Ｃｗに対する第
３受液器Ｒ３の容積は、三種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃ夫々の有
効充填量をどの程度範囲で変更調整する必要があるかに
よって適宜決定すればよく、例えば、対応冷媒について
の実際の回路内充填量のほぼ全量を液相状態で貯留し得
る容積を確保したり、あるいは、対応冷媒についての実
際の回路内充填量の５０％程度までを液相状態で貯留し
得る容積を確保したりするといったことを一例として挙
げることができる。

【００５２】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【００５３】（１）前述の実施例においては、気液分離
器Ｓｐ１，Ｓｐ２における液貯留域Ｒ１，Ｒ２を、冷媒
Ａ，Ｂの有効充填量調整のための受液器として兼用した
例を示したが、本発明は、このように液貯留域Ｒ１，Ｒ
２を受液器として兼用する場合に限らず、単に液相冷媒
Ａｗ，Ｂｗを安定的に液相冷媒導出路ｒｗｏに送出する
ために、分離液相冷媒Ａｗ，Ｂｗを液相冷媒導出路ｒｗ
ｏに送出する過程で器内滞留させて液貯留域Ｒ１，Ｒ２
に一時貯留する場合にも適用できる。

【００５４】（２）気液分離器Ｓｐ１，Ｓｐ２の液貯留
域Ｒ１，Ｒ２に内装する冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２の具体的
構造は種々の改良が可能であり、また、前述の実施例に
おいては、蒸発器Ｅｖ１，Ｅｖ２からの送出冷媒Ａｃ
ｇ，Ｂｃｇを冷却媒体として冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２に供
給する例を示したが、冷却媒体は蒸発器Ｅｖ１，Ｅｖ２
からの送出冷媒に限定されるものではなく、種々のもの
を冷却媒体として使用できる。

【００５５】（３）前述の実施例においては、蒸発器Ｅ
ｖ１，Ｅｖ２からの送出冷媒Ａｃｇ，Ｂｃｇのうち、冷
却媒体として冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２に供給するものと冷
却器Ｓｃ１，Ｓｃ２に対し迂回させるものとの流量比を
調整することで、冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２の冷却量を調整
する形態を示したが、単純に冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２に対
する冷却媒体供給路に流量調整弁を介装して、この流量
調整弁により冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２の冷却量を調整する
形態を採用するなどしてもよく、冷却器Ｓｃ１，Ｓｃ２
の冷却量を調整する調整手段Ｖの具体的調整構成は種々
の構成変更が可能である。

【００５６】（４）前述の実施例においては、沸点の異
なる複数種の冷媒Ａ，Ｂ，Ｃを混合した混合冷媒を冷媒
循環路に充填するヒートポンプを示したが、本発明は、
このような混合冷媒を用いる形式に限らず、単一の冷媒
を冷媒循環路に充填する一般ヒートポンプにも適用でき
る。

【００５７】（５）ヒートポンプの具体的用途はどのよ
うなものであってもよく、凝縮器発生温熱をもって暖房
や加熱を行うもの、あるいは、蒸発器発生冷熱をもって
冷房や冷却を行うもの等、どのような用途のヒートポン
プに対しても本発明は適用できる。

【００５８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷媒流れ経路及び冷媒状態を示す回路図

【図２】冷媒種ごとの流れ経路を示す回路図

【図３】気液分離器の拡大図

【図４】従来例を示す冷媒回路図

【符号の説明】

ｒｉ冷媒導入路Ａｗ・Ｂｈｇ・Ｃｈｇ気液二相冷媒Ｂｈｇ・Ｃｈｇ気相冷媒Ａｗ液相冷媒Ｔ器体Ｃｄ２凝縮器ｒｇｏ気相冷媒導出路Ｅｘｐ膨張手段Ｅｖ１蒸発器ｒｗｏ液相冷媒導出路Ｒ１液貯留域Ｓｃ１冷却器Ｖ調整手段Ａｃｇ低温気相冷媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒導入路（ｒｉ）から導入した気液二
相冷媒（Ａｗ・Ｂｈｇ・Ｃｈｇ）を器内で比重分離によ
り気相冷媒（Ｂｈｇ・Ｃｈｇ）と液相冷媒（Ａｗ）とに
分離させる器体（Ｔ）に、分離した気相冷媒（Ｂｈｇ・
Ｃｈｇ）を凝縮器（Ｃｄ２）に導く気相冷媒導出路（ｒ
ｇｏ）と、分離した液相冷媒（Ａｗ）を膨張手段（Ｅｘ
ｐ）を介して蒸発器（Ｅｖ１）に導く液相冷媒導出路
（ｒｗｏ）とを接続し、器内で分離した液相冷媒（Ａｗ）を前記液相冷媒導出路
（ｒｗｏ）へ送出する過程で滞留させて貯留する液貯留
域（Ｒ１）を前記器体（Ｔ）の内部に設けた圧縮式ヒー
トポンプにおける気液分離器であって、前記液貯留域（Ｒ１）における貯留液相冷媒（Ａｗ）を
冷却媒体と熱交換させて冷却する冷却器（Ｓｃ１）を前
記液貯留域（Ｒ１）に内装した圧縮式ヒートポンプにお
ける気液分離器。
【請求項２】貯留液相冷媒（Ａｗ）に対する前記冷却
器（Ｓｃ１）の冷却量を調整する調整手段（Ｖ）を設け
た請求項１記載の圧縮式ヒートポンプにおける気液分離
器。
【請求項３】前記冷却器（Ｓｃ１）は、前記蒸発器
（Ｅｖ１）から送出される低温気相冷媒（Ａｃｇ）を冷
却媒体として冷却作用する構成とし、前記調整手段
（Ｖ）は、前記蒸発器（Ｅｖ１）から送出される低温気
相冷媒（Ａｃｇ）のうち冷却媒体として前記冷却器（Ｓ
ｃ１）に供給するものと前記冷却器（Ｓｃ１）を迂回さ
せるものとの流量比を調整して、前記冷却器（Ｓｃ１）
の冷却量を調整する構成としてある請求項２記載の圧縮
式ヒートポンプにおける気液分離器。