JPS59153074A - 冷凍サイクル装置 - 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】 産業上の利用分野 ２１・−ジ 本発明は、非共沸混合冷媒を用いて加熱及び冷却を行な
う冷凍サイクル装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来、冷凍サイクル装置として第１図に示す構成が提案
されている。第１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、図示する如く順次
配管により連結して主冷媒回路を構成する。′！、た凝
縮器２出口後の液冷媒を一部分岐して第２絞り装置５に
より高圧及び低圧の中間圧力に減圧して低温のガス・液
共存状態を寿だのち、主冷媒回路の凝縮器２出口の液冷
媒と熱交換器６にて熱交換すると共に、インジェクショ
ン回路７により圧縮機１のシリンダ内に注入する如く構
成している。かかる構成においては、熱交換器６により
凝縮器２出口の液冷媒が過冷却されるだめ、冷凍効果が
増大して冷却と加熱能力及び成積係数の増加をもたらす
ことができる。しかしながら、この過冷却の程度は、冷
媒の中間圧力に相当する飽和温度より少し高い温度まで
しか冷却できず、能力の制御幅は小さいものであった。

３　・　　　゛ また高低圧力が冷却側及び加熱側の熱源温度に支配され
ることは、インジェクション回路７のない場合と同等で
ある。すなわち、加熱側を高温水を得る給湯とし冷却側
の熱源温度が極端に低下した場合や、冷却側を冷房とし
て利用し加熱側の熱源温度が極端に上昇した場合には、
圧縮機１の圧縮比は増大して過大な負荷がかかるばかり
でなく、ついにはその用をなさないものとなる。

発明の目的 本発明は上記従来側の欠点を解消し、加熱側及び冷却側
を利用する場合にその能力を増大させ、かつ加熱側及び
冷却側の熱源温度差が増大した場合にも圧縮比の増大を
できるだけ押え安定した運転を可能ならしめるものであ
る。

発明の構成 本発明になる冷凍サイクル装置は、非共沸混合冷媒を用
いて、凝縮過程の途中から分離した高沸点成分をより多
く含む液冷媒を中間圧力まで減圧し、その一部は凝縮過
程の途中からガス状態で分離されさらに凝縮される低沸
点成分をより多く含む冷媒ど熱交換した後、圧縮機のシ
リンダ内に注入すると共に、残りの高沸点成分をより多
く含みさらに低圧捷で減圧される冷媒と、過冷却されさ
らに減圧される低沸点成分をより多く含む冷媒を合流さ
せて蒸発器に導く如く構成したものである。

実施例の説明 本発明になる冷凍サイクル装置の一実施例を、第２図に
示す。第２図において、１１は圧縮機、１２は第１凝縮
器、１３は気液分離器であり、非共沸混合冷媒を用いる
と、気液分離器１３内の液冷媒はより多くの高沸点成分
を含むことになる。

１４は気液分離器１３で分離されるガス冷媒を凝縮させ
る第２の凝縮器、１６は第１絞り装置、１６は蒸発器で
ある。また１７は気液分離器１３で分離される液冷媒を
蒸発器１６に導くバイパス管であり、その途中には第２
及び第３の絞り装置１８゜１９を設けている。さらに第
２及び第３の絞り装置１８．１９の中間圧力となる位置
からは冷媒の一部を分岐させて、熱交換器２０において
第２凝縮器１４出口の冷媒と対向流となる如く熱交換さ
６　　　　゛ せると共に、インジェクション回路２１により圧縮機１
１のシリンダ内（図示せず）内に注入する如く構成して
いる。

かかる装置において、その作用様態を第３図をもって説
明する。第３図は、高圧・中間圧・低圧がそれぞれ一定
における非共沸混合冷媒の温度対組成線図であり、非共
沸混合冷媒の場合、第３図に示す如くレンズ形となり、
上側が飽和ガス線、下側が飽和液線である。第３図の線
図上では、第２図に示しだ装置の各部の圧力及び温度が
示されている。第３図において、圧縮機１１出口の高圧
状態のガス冷媒ａは第１凝縮器１２で部分的に凝縮され
た状態すとなり、気液分離器１３でガス冷媒Ｃと液冷媒
ｄに分離される。ガス冷媒Ｃは低沸点成分に富むが、さ
らに第２凝縮器１４により状態ｅまで凝縮液化され、熱
交換器２０により状態ｆまで過冷却された後、第１絞り
装置１５により低圧のガス・液共存状態ｑ４で減圧され
る。一方、気液分離器１３で分離された高沸点成分に富
む液冷媒ｄは、第２絞り装置１８により中間圧力まで６
　ｌ　−ノ 減圧された状態りとなり、その一部はさらに第３絞り装
置１９により低圧まで減圧されて、ガス・液共存状態】
となる。ここで中間圧力の冷媒りの一部は熱交換器２０
において低沸点成分に富む冷媒ｅ−ｆと熱交換され、蒸
発して昇温された状態ｉとなった後、圧縮機１１内に注
入される。残りの冷媒りは第３絞り装置１９により低圧
まで減圧されて状態】となり、低沸点成分に富む冷媒ｑ
と混合されて状＠にとなるが、高沸点成分に富む冷媒の
質量が減少しているため、状態にの冷媒は圧縮機１出口
の状態ａに比べより低沸点成分が富むことになる。ガス
・液共存状態の冷媒には蒸発器１６により蒸発され、過
熱ガス状態℃となると共に、圧縮機１１に吸入された中
間圧力のガス状態ｍまで圧縮される。圧縮機１１内部の
状態は図示していないが、状態ｍのガス冷媒は、インジ
ェクション回路２１から導かれる冷媒ｉと混合され、状
態ｎのガス冷媒となり、さらに圧縮されて圧縮機１１の
出口冷媒ａとなる。

以上の作用様態において、熱交換器２０内では７ 非共沸混合冷媒同士が対向流で熱交換されるため、状、
＠ｆの温度は従来以−にに低温まで過冷却され、状態ｑ
では冷凍効果が大きく増大するだめ、蒸発器１６内での
冷凍効果が熱交換器２０のない場合に比べて増大するこ
とは、第１図に示しだ従来例とほぼ同等である。従って
冷却能力ばかりでなくインジェクション回路２０からの
冷媒量が追加されるだめ、第１及び第２凝縮器１２．１
４での加熱能力も増大して成績係数の増加をもたらすこ
とが可能となるものである。

さて本発明の特徴とする所は、蒸発器１６を流れる冷媒
が、圧縮機１１から吐出される冷媒に比べより低沸点成
分に富むことである。すなわち蒸発器１６を流れる冷媒
温度は冷却側熱源温度に大きく支配され、熱源温度が同
一のとき一般に低沸点成分に富む程圧縮機１１の吸入ガ
ス比容積は小さくなるため、圧縮機１１はより多くの冷
媒を循環させることが可能となり、蒸発器１６での冷却
能力を大きく増大させることができるものである。

なお、この冷却能力の制御は、インジェクション回路２
１を流れる冷媒量を制御することにより可能となるもの
であり、第２図に示した実施例においては、主に第２及
び第３の絞り装置１８．１９の抵抗を冷却側負荷に合せ
て調節することにより可能となり、同時に加熱能力を制
御することも可能となるものである。なお最も制御幅が
大きくなると予想されるのは、気液分離器１３で分離さ
れる液冷媒全部を、第２絞り装置１８により減圧後熱交
換器２ｏを経て圧縮機１１に注入する場合であり、この
ときは第３絞り装置１９は不要となる。

まだ第３図において低圧圧力が一定のとき、蒸発器１６
の入口及び出口状態に、氾の温度は、低沸点成分に富む
程低温側に移行するが、逆に状態に、４２温度をほぼ一
定に保つときは、低沸点成分に富む程低圧圧力を上昇さ
せることかり能となる。

すなわち加熱側を高温水を得る給湯とし冷却側の熱源温
度が極端に低下した場合や、冷却側を冷房として利用し
加熱側の熱源温度が極端に上昇した場合等において、本
発明になる装置においては、第２及び第３の絞り装置１
８．１９を調節してイ９１・−７゛ ンクジェクション回路２１を流れる冷媒量を増大させる
と共に、さらに第１絞り装置１５の開度を調節して低圧
圧力が上昇する如く制御してやることにより、装置に充
填した組成は一定であるので、蒸発器１６側では低沸点
成分がより多く滞留し、第１凝縮器１２側では高沸点成
分がより多く滞留することになる。すなわち、そのとき
の熱源温度状態において、低圧は上昇、高圧は低下して
圧縮比を減少させることが可能となり、圧縮機１１にか
かる負荷を低減させるものとなる。

なお、第２図に示した実施例においては、インジェクシ
ョン回路２１を第２及び第３の絞り装置１８．１９の間
より導いているが、必要なことはインジェクション回路
２１の圧力を高圧及び低圧の中間圧力に設定することで
ある。従ってインジェク／ヨン回路２１中に別の絞り装
置（図示せず）や流量制御弁（図示せず）を設けたりし
だものも本発明に含まれるものである。まだ第２図の実
施例においては、圧縮機１１を１台として、そのシリン
ダ内の中間圧力となる位置にインジエクショ１０１′〜
ジ ン回路２１からの冷媒を導いているが、低段用圧縮機と
高段用圧縮機の複数の圧縮機（図示せず）を用いて、そ
の中間に冷媒を注入する如く構成してもよいことはもち
ろんのことであり、注入する冷媒量を必要がなければ閉
止する如く制御してもよい。また第２図の実施例におい
ては単機能の装置として説明しだが、例えば、四方弁（
図示せず）を介して冷暖房装置として構成してもよいこ
とはもちろんのことである。

発明の詳細 な説明した如く、本発明になる冷凍サイクル装置は、凝
縮過程の液冷媒をガス冷媒と分離し。

液冷媒を高圧及び低圧の中間圧力に減圧した後、その一
部又は全部を凝縮過程で分離されるガス冷媒を液化した
ものと熱交換させ、圧縮機の中間圧力となる位置に注入
すると共に、残りを低圧まで減圧して、凝縮過程で分離
されるガス冷媒を過冷却・減圧したものに合流させて蒸
発器に流入させる如く構成したものであり、蒸発器に低
沸点成分を多く流す如く制御することにより過冷却によ
る効果以上に冷却能力を増大したり、圧縮比を低減させ
たりすることができるばかりでなく、力日熱能力や成績
係数の増加等も可能となるものである。

従って、加熱側及び冷却側の用途は特に限定するもので
はなく、その用途向に応じた制御を行うことにより、熱
源側の広い温度変化に対しても運転を保証することが町
ｉ目となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、第
２図は本発明にかかる冷凍サイクル装置の一実施例を示
す冷媒回路図、第３図は第２図の冷凍サイクル装置の・
作用を示す説明図である。 １１　・・圧縮機、１２．１４−　・凝縮器、１３・・
−・・気液分離器、１了−−バイパス管、１５，１８゜
１９　・・絞り装置、１６−　蒸発器、２ｏ・・・熱交
換器、２１・・−インジェクション回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、絞り装
   置、蒸発器を連結してなる冷凍ザイクル装置において、
   凝縮過程の液冷媒を気液分離器にてガス冷媒と分離し、
   前記液冷媒を絞り装置にて高圧及び低圧の中間圧力に減
   圧し、その一部又は全部を凝縮過程で分離されるガス冷
   媒を液化したものと熱交換器にて熱交換し、インジェク
   ション回路にて圧縮機の中間圧力となる位置に注入する
   と共に、残りを低圧捷で減圧して、凝縮過程で分離され
   るガス冷媒を過冷却・減圧したものに合流させて蒸発器
   に流入させた冷凍サイクル装置。
2. （２）圧縮機の中間圧力となる位置に注入される冷媒量
   を制御可能に構成した特許請求の範囲第１項記載の冷凍
   サイクル装置。