JPS58214697A - 遠心式ヒ−トポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、遠心圧縮機を備えた遠心式ヒートポンプに関
するものである。

従来の遠心式ヒートポンプにおいては、高い温水温度で
運転すると、１［縮機の吐出ガス温度が上昇し、冷媒が
熱分解−３る危険性があり、そのため高い温水温度での
運転が不可能であった。

本発明は１羽根車を出た圧縮冷媒ガスに冷媒液を噴射し
て冷媒液の＃発作用によりガス温度を下げることにより
、従来における上記の欠点を除き。

高い温水混用での運転を可能どする遠心式ヒートポンプ
を提供することを目的とするものである。

さらに本発明は、冷媒液の噴射により生ずるヒ−６− 一トポンプの動作係数の低下を最小限度にとどめること
ができる遠心式ヒートポンプを提供することを第２の目
的とするものである。

本発明は１羽根卓出口と渦巻室とを結ぶガス通路の壁面
に開口するノズルを設け、該ノズルを通して液相の冷媒
を前記ガス通路中に噴射するようにした遠心圧縮機を備
えたことを特徴とする遠心式ヒートポンプである。

本発明の実施例を図面を用いて読切する。

第１図において、遠心圧縮機の羽根車６の出口と渦巻室
７を結ぶガス通路８の壁面に該ガス通路８に開口したノ
ズル１３を設けるとともに、該ノズル１３と凝縮器フロ
ート室１２の間を配管１４で接続し、該ノズル１３を通
して凝縮器フロート室１２内の液相の冷媒を前記ガス通
路８中に噴射する様描成する。

第１図の構成をとったヒートポンプを高温度の温水製造
の用途に使用した場合の作動について脱明する。蒸発器
１で蒸発器伝熱管２内を流れる冷水から熱を奪って蒸発
した冷媒ガスは吸込管５を辿って１−［：縮機の羽根車
６に入り圧縮されてガス通路８に至る。

従来のヒートポンプでは、このあと冷媒ガスがガス辿Ｍ
８．渦巻家７を経て凝縮器３に流入するまでの間、冷☆
νガスは自らの断熱圧縮工程による発熱によって高？ｌ
？Ａ　Ｍ’さらされ、熱分解する危険性があった。しか
し発明者の調査によれば１羽根車６から吐出さイまた１
６陵のガスについては、圧縮機出口の温度に」１１べて
５〜１５℃イバ〈、シかも冷媒ガスが羽根車６を通過す
る時間が極めて短かいため、圧縮機出口のガスが冷媒ガ
スの分解温度に達するような運転条件であっても、該羽
根車６から吐出される冷媒ガスは実用上分解しないこと
が。

発明者により確かめられた。

そこで発明者ら＆；ｒ−この点に着目し、冷媒が熱分解
する危険性の最も大きい羽根車６の出口から渦巻室７に
至るガス：ｌ＋（＋路８のＦ流１１１１１を流れる冷媒
ガスをすみやかに冷却することに想到した。例えば羽根
車６を出た冷媒ガスにガス通路８でスプレィノズル１３
を介して冷媒液を噴射注入し１発熱さ　５− せることにより、冷媒ガスから蒸発熱を奪い冷却しつつ
該冷媒ガスを渦巻室７を経由して凝縮器３に送るように
した第１図の実施例に示されるような発明をなしたので
ある。

第１図、第２図ではスプレィノズル１３は通路８のシュ
ラウドＳ佃側面に設けているが、第３図に示すごとく、
連路８の−・プ側側面に設けてもさしつかえない。

また、冷媒液の注入箇所は前述の理由により。

羽根車出口になるべく近い位置が望ましいが、ガス通路
８の範囲内であれは多少下流側にノズルを設置してもさ
しつかえない。ガスの冷却効果ケ罷めるため、柄１図の
ごときオープン形インズラを用いた圧縮機では羽根車の
圧縮過程の途中から冷媒液を注入することも効果的であ
るが、注入する冷媒液部により羽根車にエロージョンが
生じるため実用性に乏しく本発明の趙求絢囲１に示した
ごとく、ガス通路８の範囲内に＠射ノズルを取付けるこ
とが最も望ましい。

前述の過程によって凝縮器３に至った冷媒ガス　６− は凝縮器伝熱管４内を１１７１ｒれる温水と熱交換して
温水を加熱することによって自らは凝縮し凝縮器フロー
ト室１２に至り、フロー　ト弁１６を経て再び蒸発器１
に戻りサイクルを一巡する。一方ノズル１３を介して冷
奴ガス中ｌこ噴射注入される冷媒液は、ｌ＃縮器フロー
ト室１２から取り出され、配管１４を経てスプレィノズ
ル１３に供給さレル。噴射注入された冷熱１液は前Ｒ１
シ高温の冷媒ガスの熱を奪って蒸発し、冷奴ガスととも
ｌこ凝縮器３に至り凝縮して凝縮器フロート室１２に戻
りサイクルを一巡する。

このように本実施例によれば、高温度の温水製造の用途
に遠心式ヒートポンプを使用した場合問題となる冷媒の
熱分解について、＊も熱分解を起こしやすい状態にある
圧縮機の羽根車出口から下流の部分のガスを冷却して温
度なＦげるため、その問題が回避され、作動の安定した
ヒートポンプを提供することができる。

第４図は本発明のも・う−っの実施例である。第４図で
は遠心圧縮機の羽根車６の出口と渦巻室７−７− を結ぶガス通路８の壁面に該ガス通路８に開口したノズ
ル１３を設けるとともに、該ノズル１３と凝縮器フロー
ト室１２の間を霜、６ム弁１９およびポンプ２０を介し
て配管１４で接続する。さらに圧縮機のサクションイー
ン９の開度を検出する機構１７を設け、該ザクジョンに
一ン９の開度が所定値より小さい場合、コントローラ１
８によって前記ポンプを運転するとともに電磁弁１９を
開とし。

液冷媒をノズル１３を介して前記ガス通路８中に噴射す
る様構成する。

第４図の構成をとったヒートポンプの作動説明に入る前
に１本発明の対象に適する高温度の濁水製造の用途にヒ
ートポンプを使用ｌ−た場合、遠心圧縮機の吸込ば−ン
の開度に対して圧縮機吐出ガスの温度がいかに変化する
かを第５図によって説明する。

第５図は発明者が実験で得た資料で６０℃の温水製造時
のば−ン開度と圧縮機吐出ガス温度の関係を開示するも
のである。図中曲線Ａ−Ｂ−Ｃは従来のヒートポンプを
用いた場合の吐出ガス温度を１曲線ｒ）−Ｅ　−１ｉ’
　＋ｕ本発明の請求範囲１に記載したごとく、羽）ｌＩ
Ｉ！車の出口から渦巻室に至る通路中に液冷媒す１１＾
射した場合の吐出ガス温度の変化を示すもので本、る。

１ｌｌｌＡ％　Ｂ　−Ｃにより、冷媒液を噴射しない場
合であっても、（−ン開度が所定値以上であれば１発明
者か全曲の熱分解を回避できる限界温度とＭ’！　＞ｉ
“している１　００　℃を越えることはないことが判明
した。しかしく−ン開度が小さい、ｌυ１合曲線Ａ　−
１３が示ずごとく、吐出ガス蘭度が急故に上昇すること
が判明した。また曲線Ｄ−Ｅ−Ｆにより、冷媒液を噴射
し、冷媒ガスを冷却する場合には、イーン開度の全域で
圧縮機吐出ガス温度が熱分左回１１すのための限界温度
（１００℃）以下に保つことができることが判明した。

一方、冷媒液の噴射を行なった場合と行なわない場合の
ヒートポンプの軸角係数に関して１発明者の実験から、
噴射を行なった場合・は噴射を行なわない場合に比較ｌ
−て冷媒液と？り媒ガスの価突による損失や冷媒液のポ
ンプ動力の増加によって２〜３％動作係数が悲化するこ
とが１１１１明した。従って冷媒液の　９− 噴射は必要最小限の範囲で行ない、ヒートポンプの運転
に当たっては、第５図の曲線Ｄ−Ｅ−Ｂ−Ｃで示す如く
、Ｒ−ン開度の小さい条件では冷媒噴射を行ない、−！
−ン開度か所定値以上の条件では冷媒液の噴射を止める
のが動力消費の面で望ましいことが判明した。第４図の
実施例はこの点を考慮してなされたものであって、以下
にこのヒートポンプの作動について説明する。

凝縮器フロート室１２から取出した冷媒液を羽根車６の
出口と渦巻室７を結ぶガス通路８に噴射注入するサイク
ルは第１図と基本的に同じであるため、ここでは割愛す
る。第４図では圧縮機イーン開度をリミットスイッチ等
を用いた検出機構１７を介して冷媒液の注入が必要な所
定開度以下であるのか以上であるのかを検出し、コント
ローラ１８に信号を送る。該コントローラ１８では、は
−ン開度が所定値以下の場合にはポンプ２０を運転する
とともに、電磁弁１９を開とし冷媒液をノズル１３を介
してガス通路８内に噴射注入して冷媒ガスの冷却を行な
う。つぎにば−ン開度が所定領置１０− 上の場合には、前記コントローラ１８はポンプ２０を停
止するとともに一’ｍ、磁弁１ｇを閉とし、冷媒液の噴
射を止める。このように第４図の実施例によれは、前述
のごとく冷４シの熱分Ｗｔの回避が必要となるサクショ
ンイーン開度が所定開度よりも小なる場合のみ冷媒液の
噴射注入が行なわれ、熱分解の可能性の少ないイーン開
度の大なる条件では冷媒液の噴射注入をｄ−、めてヒー
トポンプの動作係数の低Ｆを防止するため、運転条件に
応じてヒートポンプの動作ｆ糸数を−（６ｋに保つこと
ができる。

なお、第４図では冷媒液の噴射注入のたぬポンプ２０を
月１いているが、ガス通路８は元来ディフューザとして
の効果を有しているため通常凝縮器フロー］・室１２よ
り（１日（−に保たれており、該ガス通路８と凝縮器フ
ロート室１２との圧力差を利用して冷媒液を供給するこ
とも可能で、その場合には該ポンプ２０は省略してもさ
しつかえない。

第６図、第７図は第４図の実施例における吸込（−ン開
度検出器１７とポンプ２０．電磁弁の動作関係の１つの
実施例を示すもので、第６図はシ−１１− 一ケンス図、第７図はベーン開度検出器の構造説明図で
ある。

第　６　図では、ポンプ２０の電源リレー２５及び電磁
弁の電源リレー２６は、ば−ン開度が所定値よりも小な
る時短絡するリミットスイッチ２３を介して駆動される
様構成される。

第７図では、吸込Ｒ−ン９が所定値よりも小となる時カ
ム２４によってレバー２７が移動しリミットスイッチ２
３の接点が短絡する様、構成する。

以下動作ζこついて説明する。ｋ−ン９が１０１転して
所定値よりも小となると、カム２４の作用により、リミ
ットスイッチ２３のレバーが押し上ケラれて接点２３が
短絡し、ポンプリレー２５及び電磁弁リレー２６が励磁
されポンプ及び市、磁弁が作動し、冷媒液の噴射が行な
われる。このよ・５に第６は１．第７図の構成をとるこ
とによって第４図の構成のものを実施することができろ
。

第８図は本発明のもう一つの実施例である。第８図では
遠心圧縮機の羽根車６の出口で、噴射ノズルＩ３より上
流の地点に羽根車から吐出さイ９る冷媒ガスの、淵１８
’を１か出する温度検出器２１を設け。

該検出器の検１１１調川がＩす「定イ１＾ｊυ上のとき
コントローラ】８によって電磁弁１９を開とし、液冷媒
をノズル１３を介して冷婢ガス通路８中に噴射注入する
様構成する。第８図はと一トポンプの圧縮機部分の拡大
図であり、図示Ｊｕ外の部分については＊−ｙ：　１図
と同様であるのでここでは割愛する。

第８図の構成をとったヒートポンプを本発明の対象に適
する高ａＲ度の温水製造の用途ｌζ使用した場合の作動
について１１９．明する。凝縮器フロート室】２から取
出した冷媒液な羽根車６の出口と渦巻室７を結ぶガス通
路８に１１＾射注入するサイクルは第１図と基本的に同
じであるため、ここでは割愛する。第８図では羽・）Ｉ
４車６の吐出ガス温度を温度検出器２］で検出し、検出
信号をコントローラ１８に送る。ＭＫコントｒＩ−ラ１
８では、前記吐出ガスの温度がす１定値以上番こ」１昇
した場合には電磁弁１９を開とし、冷媒液をノズル１３
を介してガス通路８内に噴射注入して冷媒ガスの冷却を
行なう。っき゛に検出器２１で検出した羽根沖の吐出ガ
スが所１３− 外イ１＾以下の場合には、前記コントローラ１８は電６
Ｂ弁１９を閉とし、冷媒液の噴射を止ぬる。このように
第６図の発明によれば羽根車の吐出ガス温度が上昇しガ
ス通路８から下流にかけて冷媒が熱分解しうる状態にあ
ることを検出した上で第４図の発明と同様必要な場合の
み冷媒ガス冷却用の液冷媒を噴射し、それ以外の場合６
（は冷媒液の噴射注入を止めてヒートポンプの動作係数
の低下を防止するため、運転条件に応じてヒートポンプ
の動作係数を最良に保つことができる。

第９図は本発明のもう一つの実施例である。第９図では
遠心圧縮機の渦巻室７に冷媒ガスの温度を検出する温度
検出器２１を設け、該検出器の信号をコントローラ１８
に送り、該コントローラでは、検出温度が所定値以上の
ときは弁開の信号を調節弁２ｚに送り、また検出温度が
所定値以下のときは弁閉の信号を調節弁２２に送る様構
成する。

第９図はヒートポンプの圧縮機部分の拡大図であり１図
示以外の部分については第１図と同様であるのでここで
は割愛する。

１４− ム゛５）図の構成をとったヒートポンプを本発明の対象
とする高濁度の温水製造の用途に使用した場合の作動に
ついて説明する。凝縮器フロート室１２から取出した冷
媒液を羽根車６の出口と渦巻室７を結ぶガス通路８に噴
射注入するサイクルは第１図と基本的ｊこ同じであるた
め、ここでは割愛すも第９図では渦巻室７の？ＩＩ！媒
ガスの温度を温度検出器２１で検出し、検出信号をコン
トローラ１８に送ル。該コントローラ１８では、前記渦
巻室の温度が所定値Ｊ２Ｊ上の場合には弁開の信号を調
節弁２２に送り、噴射冷媒液の―を増加せしめて冷媒ガ
スの冷却作用を促：ＡｆＬ、ガス通路８から下流にかけ
ての冷媒ガスの汎１１０をｒ＋ｔＦさせる。つぎに検出
器２１で検出したｎｌ“ｌｌｌ５室７の冷媒ガスの温度
が所定値以下の場合には弁閉の伯−けな両節弁２２に送
り。

噴射冷媒液の部を減少−１！シめてヒートポンプの動作
係数の低下を抑Ｈｉｌｌする。渦巻室７の冷媒ガス温度
が低く、弁閉の信号がｊｌｔ続的に出された場合には弁
２２は全閉となり、冷媒液の１１〆１射は停止し。

ヒートポンプの動作係数の低１−はなくなる。この−１
５− ように多１９図の発明によれば吐出ガス湖度を却定値赴
ＪＦに保つための必要最小限の冷媒液量が吐出ガス温度
に応じて噴射されるため、ヒートポンプの動作係数の低
下が防止され、運転条件に応じてヒートポンプの動作係
数を最良に保つことができる。第９図では圧縮機の筒巻
室７の流度を検出しているが、渦巻室７の代りに圧縮機
の出口の温度を検出して冷媒液の噴射量を調節してもさ
しつかえない。

以上の実施例によれは、高湖度の温水製造の用途に遠心
式ヒートポンプを使用した場合問題となる冷媒の熱分解
について、最も熱分解を起こしやすい状態にある圧縮機
の羽根車出口から下流の部分のガスを冷却して温度なＦ
けるためその問題が回避され１作動の安定し１こヒート
ポンプを提供することかで゛きる。

即、４図の実施例によれば、冷媒の熱分解の回避が必要
となるサクションベーン開度が所足開度よりも小なる場
合のみ冷媒液の噴射注入が行なわれ、熱分解の可能性の
少ないば一ン開度の大なる条件では、冷４１！、液のｎ
ｉｌ射汗人を止めてヒートポンプの動作係数の低Ｆを防
止するため、運転条件に応じてヒートポンプの動作係数
を最良に保つことができる。

第８図の実施例によれば１羽根車の吐出ガス温度が土、
ｔＶ、　Ｌ、、ガス通１′８８からＦ流にかけて冷媒が
熱分解しうる状紗にル）ることを検出した上で第４図の
発明と同様必少なり）自のみ冷媒ガス冷却用の液冷妙を
噴射し、それＪ＝）外の場合には冷媒液の噴射注入を止
めてヒートポンプの動作係数の低下を防止するため、運
転条件に応じてヒートポンプの動作係数な部民に保つこ
とができる。

第９し１の実施例によれば吐出ガス温度を規定値以下に
保つための必要最小限の冷媒液ｌが吐出ガス温度に応じ
て噴射さイーするため、ヒートポンプの動作係数の低下
が＋）目Ｆされ、運転条件に応じてヒートポンプの動作
係数を最良に保つことができる。

本発明により、圧゛給ガスの温度を低下せしめて熱分解
を防止し、高幅用のｆｆｌ；’ｌ水製造を可能とする遠
心式ヒートポンプを４４．（供することができ、実用１
７− 十極めて大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はフロー図、第２
図及び第３図はその羽根車付近の詳細断面図、第４図は
別の実施例のフロー図、第５図はそのシーケンスの一部
を示すシーケンス図、第６図はば−ン開度検出器の説明
図、第７図はば−ン開度と吐出ガス温度との関係を示す
ダイヤグラム、第８図及び第９図は別の実施例の羽根車
付近の詳細断面図である。 ｌ・・・蒸発器、　２　・伝熱管、　３・・・凝縮器。 ４・・・伝熱管、　５・・・吸込管、　６・・・羽根車
。 ７・・・渦巻室、　　８・・ガス通路、　９・吸込ベー
ン、　　１０・・・増速機、　　１１・・・電動機、１
２・・凝縮器フロート室、　１３・・・ノズル、１４・
・・配管、　１５・・・凝縮器）２ツフル板、　１６・
・・フロート弁、　　１７・・・吸込ば−ン開度検出器
。 】８・・コントローラ、　　１９・・Ｎ、磁弁、　　　
２Ｇ・・・ポンプ、　２１・・・温度検出器、　２２・
・調節弁、　　　２３−・リミットスイッチ、　　２４
・・・カム。 １８− ２５・・ポンプリレー、　　２６　・電磁弁リレー、２
７・・・レバー。 特ｒ１　　出願人　　　　株式会社　荏原製作所代坤人
　弁η］ｊ士　　　　端　　山　　五　　−同　　　　
　　　　　　　　　　千　　　　１）　　　　稔特開昭
５８−２１４６９７（７）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　羽根車出口と渦巻室とを結ぶガス通路の壁面に開口
   するノズルを設け、該ノズルを通して液相の冷媒を前記
   ガス通路中に噴射するようにした遠心圧縮機を備えたこ
   とを特徴とする遠心式ヒートポンプ。 ２、羽根車出口と渦巻室とを結ぶガス通路の壁面に開口
   したノズルを設け、該ノズルを通して液相の冷媒を前記
   ガス通路中に噴射するようにした遠心圧縮機を備え、人
   ロペーンの開度を検知する検知装置を備え、該検知装置
   の測定値に応じて前記冷媒液の噴射量を制御するように
   したことを特徴とする遠心式ヒートポンプ。 ３、羽根車出口と渦巻室とを結ぶガス通路の壁面に開口
   したノズルを設け、該ノズルを通して液相の冷媒を前記
   ガス通路中に噴射するようにした遠心圧縮機を備え、圧
   縮ガスの温度を検知する検知装置を備え、該検知装置の
   測定値に応じて前記冷媒液の噴射量を制御するようにし
   たことを特徴とする遠心式ヒートポンプ。 　２− ４、　前１１．Ｈ検知装置が、前記ノズルより上流側で
   前記羽（Ｉ−車から吐出されるガスの温度を検出するも
   のである躬π［請求の範囲第３項記載の遠心式ヒートポ
   ンプ。 ５、　前記検知装置が、前記渦巻室内のガス温度を検出
   するものである特許請求の範囲第３項記載の遠心式ヒー
   トｙｌ’：ンプ。