JPS60140051A - 非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置 - 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】 （技　術　分　野） 本発明は非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置、詳しくは、
圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び膨張機構
を備えた冷媒回路に非共沸混合冷媒を封入し、前記利用
側熱交換器を凝縮器として暖房可能とした冷凍装置に関
する。

（従　米　技　術） 上記した非共沸混合冷媒を封入した冷凍装置は特開昭５
７−１９８９６８号公報にも記載されすでに知られてい
る。

ところが、を記従米のものは、暖房運転時に、蒸発器と
して作用する熱源側熱交換器において、冷媒を一定の圧
力で蒸発させていたために、前記熱源側熱交換器の能力
が十分発揮させられず、装置全体の性能が低下する問題
があった。

以下、この点を具体的に説明する。

非共沸混合冷媒を、一定圧力で蒸発させていくと、単一
冷媒と異なり、蒸発に従って組成が変化し、これに伴い
蒸発温度が上昇していくのである◇（以下、これを温度
勾配という）例えば、２成分から成る前記混合冷媒につ
いて、第４図、沸点−組成図で示す。蒸発器として作用
する熱交換器（図示せず）での混合冷媒の蒸発圧力は従
来一定であるから、前記熱交換器の入口側（イ）での蒸
発温度がＴい出口側（ロ）でのそれがＴ、より高い温度
Ｔ、となり、入口側と出口側とで大きな蒸発温度差を生
じるのである。この温度差（ΔＴ　＝　Ｔ。

−Ｔ、）は封入する混合冷媒の組成によって異なるが、
例えば１５℃にも及ぶのである。

このため、温度勾配の大きい混合冷媒を用いると、熱源
側熱交換器での最適な蒸発温度域が外気温度（標準７℃
）とフロスト限界温度（約−３℃）とにより狭く限定さ
れる暖房運転時においては、例えば、 ■　蒸発圧力を高めに設定して、前記熱交換器の入口で
の蒸発温度を高くシ、フロストの問題を回避しようとす
ると、前記熱交換器の出口側では蒸発温度が外気温度よ
り高くなり、該熱交換器が作用できない無効域が増大す
るし、又、■　逆に、蒸発圧力を低めに設定して前記熱
交換ると、今度は該熱交換器の入口側での蒸発温度がフ
ロスト限界温度以下となり、フロストの問題を生じるの
であって、 いづれにしても、前記熱交換器の能力が十分発揮できず
、このため装置全体の性能が低下する問題があったので
ある。

（発明の目的） 本発明は、暖房運転時に、前記熱源側熱交換器での蒸発
圧力を、出口側を低くした２段階に変化させることによ
り、前記熱交換器内での蒸発温度のと外幅を小さくでき
る点、および、高段側の蒸発圧力を利用して圧縮機にガ
スインジェクションをすれば、前記減圧による能力低下
も補える点に着目して発明したもので、目的は暖房運転
時において、熱源側熱交換器におけるフロストの問題、
ならびに前記無効域の発生の問題全鉄に解決して前記熱
交換器を有効利用でき、しかも能力のアップも計れるよ
うにする点にある。

（発明の構成） 而して、本発明の構成は、圧縮機、熱源側熱交換器、利
用側熱交換器及び膨張機構を備えた冷媒回路に非共沸混
合冷媒を封入し、前記利用側熱交換器を凝縮器として暖
房可能とした冷凍装置において、暖房運転時蒸発器とな
る前記熱源側熱交換器を、該熱交換器を流れる前記混合
冷媒の流通方向に沿って分割して、これら分割された第
１゜第２熱交換器間に減圧機構を介装すると共に、この
減圧機構の入口側に気液分離器を介装し、かつ、この気
液分離器のガス域と、前記圧縮機の低圧側とをインジェ
クション通路を介して接続して、暖房運転時、前記熱源
側熱交換器における冷媒の蒸発圧力を出口側に向って低
下させることにより、蒸発温度の上昇幅を小さくでき、
しかも、前記気液分離器で分離したガス冷媒を前記圧縮
機にインジェクションすることにより能力のアップも計
れる如く成したのである。

（実　施　例） 以下、本発明の一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、高沸点冷媒Ｒ−２２と低沸点冷
媒Ｒ−１８とを混合した非共沸混合冷媒を封入したヒー
トポンプ式の冷凍装置である。

図中、（１）は圧縮機、（２）は利用側熱交換器、（８
）は熱源側熱交換器、（４）は膨張機構として作用する
第１キヤビラリーチユーグであり、これら機器は四路切
換弁（５）を介して可逆サイクルを構成する如く接続さ
れている。尚、（６）はアキュムレータである。

而して、以上の如く構成する冷凍装置において、 第１Ｋ曲記熱源側熱交換器（３）を該熱交換器（３）を
流れる混合冷媒の流れに沿って第１熱交換器（３１）と
第２熱交換器（８２）とに分割して、これら第１．第２
熱交換器（８１）、（：ｌｌ２）間に減圧機構としての
第２キヤピラリーチユー７’（７）を介装すると共に、
この第２キヤピラリーチユーブ（７）の入口側に気液分
離器（８）を介装し、更に、 第２に、前記気液分離器（８）のガス域と前記圧縮機（
１）の圧縮過程途中である低圧側とをインジェクション
通路（９）を介して接続し、斯くして、暖房運転時に、
第２熱交換器（３２）における蒸発圧力を、第１熱交換
器（８１）の蒸発圧力に比して低く設定すると共に、前
記第１熱交換器（３１）で発生したガス冷媒を前記気液
分離器（８）で分離し、この分離したガス冷媒を前記圧
縮機（１）の圧縮過程途中にガスインジェクションする
如く成しているのである。

尚、（１０）は冷房運転時に前記第２キヤビラリーチユ
ーグ（７）をバイパスさせて混合冷媒を流通させるため
の逆止弁である。又、（１１）は暖房運転時のみ開く開
閉弁である。

次に、前記各キャビラリ−チューブ（４）。

（７）による各減圧量の設定について、第２，８図の沸
点−組成図およびモリエル線図を基に説明する。

尚、第８図は暖房運転時に熱源側熱交換器（３）の途中
で減圧を行うことにより、該熱交換器（８）での蒸発温
度の上昇幅を小さくできることを概念的に示すために図
示したもので、インジェクションによる冷媒変化を正確
に図示したものではない。

又、第２，８図中、Ｔ１は７０スト限界温度（例えば−
３℃）、Ｔ８は暖房運転時における標準外気温度（例え
ば７℃）を示している。又、第２図中（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）はそれぞれ圧力Ｐ、　、　Ｐ。

ｌ　ＰＩにおける沸点−組成図である。

前記第１熱交換器（３１）の暖房運転時の入口側にある
前記第１キヤピラリーチユーグ（４）の減圧量は、暖房
運転時、前記熱交換器（３Ｉ）の入口での混合冷媒の蒸
発温度が前記フロスト限界温度Ｔ、よりわずかに高い温
度Ｔ、となる圧力Ｐ２に成るように設定する。

又、第１．２熱交換器（３１）、（８２）間に股Ｏる前
記第２キヤピラリーチユーブ（７）の減圧量は、前記第
１熱交換器（８１）の入口での蒸発温度が前記フロスト
限界温度Ｔ、以Ｅの温度尤で、かつ、出口での蒸発温度
が前記標準外気温度りを適当に下回る温度ｌとなる圧力
Ｐ、まで減圧する如く設定するのである。

次に以上の如く構成する冷凍装置の作用を第１．２図を
基に説明する。

暖房運転について説明する。

前記四路切換弁（５）を切換えて、実線矢印で示す如く
暖房サイクルを形成する。

又、開閉弁（１１）を開にする。そして、圧縮機（１）
を駆動させると、混合冷媒は圧力Ｐ１のガス冷媒となっ
て圧縮機（１）から吐出され、前記利用側熱交換器（２
）で凝縮して液冷媒となる（第２図点（ハ）で示す状態
）。次に、前記第１キヤビラリーチユーグ（４）で圧力
Ｐ、まで減圧されて（ニ）で示す状態となって第１熱交
換器（８１）に流入する。

そして、この第１熱交換器（８１）において一定圧力Ｐ
、で蒸発が進行し、入口で状態（ニ）で示したように温
度Ｔ、で蒸発を開始し、出口側に向って蒸発温度が上昇
していき、出口では状態（ホ）で示すように蒸発温度Ｔ
４となるのである。

更に、混合冷媒は前記状態（ホ）で気液分離器（８）に
流入し、状態（へ）のガス冷媒と、状態（ト）の液冷媒
とに分離される。そして、この分離されたガス冷媒は吸
入ガス圧力Ｐ８より高い圧力Ｐ、を保持しているので、
インジェクション通路（９）を介し、圧縮機（１０）の
圧縮過程途中に順次インジェクションされるのである。

一方、液冷媒は第２キヤビラリーチユーグ（７）で圧力
Ｐ３に減圧されて、状態（チ）で第２熱交換器（８２）
に流入する。そして、この第２熱交換器（８２）におい
て一定圧力Ｐ、で、かつ、前記第１熱交換器（８１）の
出口側より低い蒸発温度りで蒸発が開始しくチ）、また
、出口で状態（す）で示すように標準外気温度Ｔ、によ
り適当に低い蒸発温度上となって蒸発を完了するのであ
る。

斯く、ガス冷媒となって前記圧縮機（１）に再び吸入さ
れるのである。

尚、本実施例は前記四路切換弁（５）を切換操作するこ
とにより、第１図破線矢印で示す冷房サイクルを形成し
て、冷房運転を行えるものであるが、従来と同様である
から説明を省略する。

又、上記実施例においては、熱源側熱交換器を２分割し
たが、３個以上に分割して、蒸発圧力を３段階以上に変
化させてもよい０ただし、この場合も気液分離器は一個
設けるのである。

（発明の効果） 以上の如く、本発明は暖房運転時蒸発器となる前記熱源
側熱交換器（８）を、該熱交換器（３）を流れる前記混
合冷媒の流通方向に沿って分割して、これら分割された
第１．第２熱交換器（３１）、（８２）間に減圧機構（
７）を介装すると共に、この減圧機構（７）の入口側に
気液分離器（８）を介装し、かつ、この気液分離器（８
〕のガス域と、前記圧縮機（１）の低圧側とをインジェ
クション通路（９）を介して接続したから、暖房運転時
において、 第１に、熱源側熱交換器（３）における混合冷媒の蒸発
温度の上昇幅を小さくすることができ、このことにより
、該熱交換器（３）におけるフロストの問題を回避もし
くは抑制できながら、しかも前記無効域の発生も防止し
て前記熱交換器（３）の能力を有効に利用でき、しかも
、第２に、高段側の蒸発圧力を利用したガスインジェク
ションによシ能力のアップも計れ、これら、第１．第２
点により装置全体の性能をアップできるのであって、そ
の上、 第３に、前記温度勾配（一定圧力での蒸発における蒸発
温度の上昇割合）が大きい混合冷媒を用いても、１ｌｆ
ｉ記した如く前記熱交換器（８）での蒸発温度の上昇幅
を小さくできるから、従来に比して、冷凍装置に用いる
混合冷媒の組成の選択幅が拡がり、この結果、冷凍装置
の使用状態により適した混合冷媒が選択できるのである
。

【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８図は同実施例の運
転状態を示す別の実施例、第４図は従来例を示す説明図
である。 （１）・・・・・・・・・圧縮機 （２）・・・・・・・・・利用側熱交換器（８）・・・
・・・・・・熱源側熱交換器（４）・・・・・・・・・
膨張機構 （７）・・・・・・・・・減圧機構 （８）・・・・・・・・・気液分離器 （９）・・・・・・・・・インジェクション通路（８１
）・・・・・・ｉＩｌ熱交換器 （３２）・・・・・・第２熱交換器 特開昭ＧＯ−１４００５１（５） 工ンタルヒ一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｆｌ）　圧縮機（１）、熱源側熱交換器（８）、利用側
   熱交換器（２）及び膨張機構（４）を備えた冷媒回路に
   非共沸混合冷媒を封入し、前記利用側熱交換器（２）を
   凝縮器として暖房可能とした冷凍装置において、暖房運
   転時蒸発器となる前記熱源側熱交換器（８）を、該熱交
   換器（８）を流れる前記混合冷媒の流通方向に沿って分
   割して、これら分割された第１．第２熊交換器（８１）
   、（８２）間に減圧機構（７）を介装すると共に、この
   減圧機構（７）の入口側に気液分離器（８）を介装し、
   かつ、この気液分離器（８）のガス域と、前記圧縮機（
   １）の低圧側とをインジェクション通路（９）を介し−
   Ｃ接続したことを特徴とする非共沸混合冷媒を用いた冷
   凍装置。