JPS61276665A - ヒ−トポンプ装置 - 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 本発明は、ヒートポンプ装置、特に暖冷房装置において
低負荷になったとき能力を低減させることを主目的とし
ておシ、広い意味において能力制御を可能としたヒート
ポンプ装置を提供しようとするものである。

従来の技術 近年ヒートポンプによる暖冷房装置において、特に低負
荷になったときにメカ的に能力を低減させる方法として
、シリンダバイパス方式と呼ばれるものがある。この方
法は圧縮機（図示せず）の圧縮過程のシリンダ壁から電
磁弁を介して低圧側に連通したバイパス回路を設け、低
負荷になったとき電磁弁を開放することによシ冷媒循環
量を減少させて能力を低減するものである。

また別の最近の能力低減手段はインバータ方式と呼ばれ
るものであシ、これは低負荷になったとき圧縮機の回転
数を直接的に減少させて能力を低減するものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながらシリンダバイパス方式は、冷媒のバイパス
量を大きく取ると圧縮機内で液圧縮が起こシ効率が大幅
に低下するばかシでなく圧縮機の寿命信頼性にも悪影響
を及ぼすため、実際のバイパス量には制限があシ能力低
減率で見ると１０〜２０％程度しか低減できないもので
あった。

またインバータ方式は圧縮機の回転数を直接的に制御し
ているため同一温度条件での能力低減率は大きいものの
、これを用いたヒートポンプ装置は、たとえば暖房運転
について説明すると、外気温が上昇して低負荷になるに
つれて装置全体の動作圧力が高くなシ低外気温時と同一
の最低回転数でも能力が増大してしまうため、実際には
外気温が６〜６°Ｃ以上では負荷よりも能力の方が大き
い状態となり、０Ｎ−ＯＦＦ運転をせざるをえないとい
うのが実情であった。

本発明は上記した能力低減手段とは別の手段によシ、低
負荷時の能力低減を実現するものであシ、かかる従来の
手段と組合せることによってさらなる能力低減幅の拡大
が可能となるものであシ、ひいては成績係数の向上と０
Ｎ−ＯＦＦ運転による不快感の低減等を実現しようとす
るものである。

問題点を解決するための手段 本発明になるヒートポンプ装置は、非共沸混合冷媒を用
い、凝縮器出口側の高圧又は中間圧となる位置のそれぞ
れ近傍で精留器底部と循環回路を成す如く接続構成した
ものであシ、通常運転時は精留器用加熱源を停止して精
留器を単なる過剰冷媒の液留めとして利用し、低負荷運
転時は加熱源を起動させて精留作用をなさしめ、主冷凍
サイクルを高沸点冷媒の循環回路とするものである。

作用 上記の如く構成したヒートポンプ装置においては、通常
運転時は精留器は単なる液留めとなるため、主冷凍サイ
クルには封入した非共沸混合冷媒濃度とほぼ同等濃度の
冷媒が循環するものである。

本発明の特徴とする所は、特に低負荷運転時において加
熱源を起動させることによって主冷凍サイクルが精留器
の高沸点冷媒用循環回路を構成するため、封入した非共
沸混合冷媒の濃度に比べ、精留器頂部で低沸点冷媒が凝
縮貯留され、主冷凍サイクルは高沸点冷媒の濃度が徐々
に増大するものである。従って圧縮機吸入ガスの比容積
が増大し、冷媒循環量が減少してよシ一層の能力低減が
可能となるものである。

実施列 本発明になるヒートポンプ装置を、暖冷房装置として適
用した第１図の実施列をもって以下に説明する。

第１図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は暖房運
転時凝縮器として作用する負荷側熱交換器、４は絞り装
置、６は暖房運転時蒸発器として作用する熱源側熱交換
器、６はアキュームレータ、７は暖冷房切換時に常に絞
り装置４の入口側が凝縮器出口側に位置する如く冷媒流
路を構成するための逆止弁群であシ、順次接続配管する
ことによシ通常暖房運転時は実線矢印の如く主冷凍サイ
クルを構成している。次に８は精留器であシ、内部には
充填材９を充填すると共に、底部には加熱源１０を設け
ている。本実施列では加熱源１０は、電磁弁１１を介し
た分岐吐出ガス配管１２から構成されておシ、四方弁２
の吐出側に接続されている。また精留器８の頂部は、冷
却源１３を設けた低沸点冷媒循環回路が構成されておシ
、一部が貯留さｎる様になっている。ここで冷却源１１
は別設の冷却装置や、特に暖房低負荷時のみ精留器８を
運転させる場合には蒸発器として作用する熱源側熱交換
器６０入口又は出口配管や低温の外気で冷却する如く構
成してもよい。さらに精留器８の底部は電磁弁１４を介
した配管１６によシ、絞り装置４と並列に凝縮器出口側
に接続されておシ、絞り装置４の上流側で圧力損失のほ
とんどない位置に再び配管１６によシ精留器８の底部と
接続されている。電磁弁１４は加熱源１０が停止した状
態で配管１５．１６を通じた冷媒の微少な流動を閉止さ
せるためのものである。

かかる構成になるヒートポンプ装置において、特に暖房
運転時の負荷に対する能力制量の様態を以下に説明する
。非共沸混合冷媒を封入した第１図のヒートポンプ装置
において、通常暖房運転時は、電磁弁１１及び１４を閉
止しておくと、加熱源１１は起動しないばかシか、精留
器８は配管１６によシ連通した単なる過剰冷媒の液留め
として存在し、主冷凍サイクルには封入した非共沸混合
冷媒とほぼ同等濃度の冷媒が循環し、暖房運転が行なわ
れるものである。

次に外気温が上昇し低負荷暖房運転を行う場合には、電
磁弁１１及び１４を開放すると、分岐吐出ガス配管１２
を経由して流入する圧縮機１の高温吐出ガスによシ加熱
源１ｏが起動され、精留器８の底部に貯った液冷媒の内
、主に低沸点冷媒が蒸発せられ、頂部の冷却源１３を介
した低沸点冷媒循環回路から流下してくる液状の混合冷
媒と充填材９を介して向流接触し、精留器８の頂部では
低沸点冷媒が、底部では高沸点冷媒が濃縮される。

ここで電磁弁１４は開放されており、配管１６゜１６と
共に主冷凍サイクルが、精留器８の底部の高沸点冷媒循
環回路を構成することとなシ、主冷凍サイクル中の混合
冷媒が電磁弁１４を経由して精留器８の底部に流入し、
逆に底部に濃縮された高沸点冷媒は主冷凍サイクル中を
低圧まで循環する冷媒に誘引されて流出するため、主冷
凍サイクルを循環する冷媒は、徐々に高沸点冷媒の濃度
が増大するものである。この作用様態は第１図の゛破線
矢印で示されている。従って高沸点成分が多くなる程ガ
ス比容積が増大するため、圧縮機１での冷媒循環量が減
少して、能力低減が実現されるものである。なお配管１
５．１６と主冷凍サイクルの接続瓦間で大きな圧力損失
を設けると、主冷凍サイクル中を流れる冷媒が、単に精
留器８の底部を経由して流れるのみで、精留効果が低減
されるため避けることが肝要となる。

さらにここで有利となるのは、高外気温になるほど一般
に装置全体の動作圧力は高くなるが、本発明によれば、
高外気温程高沸点成分の濃度を高めることになるので装
置全体の圧力条件が低減さｎ安定的な運転が保証される
ものである。また一般に高外気温程圧縮機の吐出ガス温
度も上昇し冷媒の分解劣化等の恐れが出てくるが、本発
明によれば、圧縮機の吐出ガスは逆に精留器底部で冷却
されるため、分解劣化等の恐れがなくなるばかシでなく
、冷却源を熱源側熱交換器で冷却する様に構成しておけ
ば、加熱源で入力された熱量は冷却源で回収されるため
成績係数の低下等の心配もないものである。

なお冷却源１３は低負荷時に精留器８の頂部に低沸点冷
媒を貯留させる際起動しておく必要があるが、冷却源１
３を低温の外気等で冷却している場合には加熱源１０の
起動停止のみで同様の効果を奏するものである。また冷
房運転時においては四方弁２を切換え、同様の動作を行
えば冷房運転時でも負荷に応じた能力制御ができること
は自明のことである。

次に本発明になるヒートポンプ装置を暖冷房装置として
適用した第２の実施列を、第２図をもって以下に説明す
る。第２図において第１図と同一の番号を付与したもの
は同一の構成要素であり、１了、１８は絞り装置である
。すなわち第２図の実施列が第１図の実施列と異なる所
は、精留器８の底部の接続配管１５　、、１６を絞り装
置１７．１８の中間に接続しており、精留器８を運転す
る場合に中間圧力で動作させること、第１図の逆止弁群
７や電磁弁１４を削除していることである。

本発明になるヒートポンプ装置は、特に従来のインバー
タ方式等の能力低減手段と組み合わせると、最低回転数
においてもさらに能力を低減させることが可能となシ、
負荷対応性が向上して成績係数の向上ばかシでなく、０
Ｎ−ＯＦＦ運転による不快感の低減等も実現できるもの
である。また本発明になるヒートポンプ装置は、本実施
列に示した暖冷房装置ばかシでなく、ヒートポンプ装置
による給湯利用等において外気温の変動に応じた能力制
御にも適用できるものである。さらに本実施例の説明で
わかる如く、要は精留器を動作させる場合には、主冷凍
サイクルを高沸点冷媒の循環回路とすることによシ能力
低減を図シ、逆に精留器を停止する場合には、精留器を
主冷凍サイクルから見て単なる液留めとして利用するも
のであり、広い意味の能力制御に用いることができるこ
とは自明のものである。

発明の詳細 な説明した如く本発明になるヒートポンプ装置は、非共
沸混合冷媒を用い、加熱源をもった精留器の底部出入口
を凝縮器出口の高圧又は中間圧となる近傍で主冷凍回路
通路と接続しているため、加熱源を停止する場合には精
留器は単なる液留めとして作用し、加熱源を起動する場
合には精留器底部と主冷凍サイクルに循環回路が構成さ
れるため、精留器底部及び主冷凍サイクルは高沸点冷媒
濃度が徐々に増大するものである。これによって精留器
を停止する場合に比べ、動作させる場合には暖冷房装置
等の負荷に応じた能力低減が図れるものであシ、インバ
ータ方式等との組合せによシ成績係数の向上や０Ｎ−Ｏ
ＦＦ運転による不快感の低減等を実現できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のヒートポンプ装置の構成
図、第２図は本発明の異なる実施列のヒートポンプ装置
の構成図である。 １・・・・・・圧縮機、３・・・・・・凝縮器、４・・
・・・・絞り装置、６・・・・・・蒸発器、８・・・・
・・精留器、１ｏ・・・・・・加熱源、１３・・・・・
・冷却源、１１．１４・・・・・・電磁弁。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器等を順次配管接続し
   た主冷凍サイクルに非共沸混合冷媒を封入し、底部に加
   熱源をもった精留器の底部出入口を前記凝縮器出口の高
   圧又は中間圧となる位置の近傍における前記主冷凍サイ
   クルの通路に接続し、循環回路を構成したことを特徴と
   するヒートポンプ装置。