JPS63153367A - 熱ポンプ装置 - 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、非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置の冷凍
サイクルに関する。

従来の技術 非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置は、冷凍サイクル
内部を循環する冷媒組成を可変にするこの熱ポンプ装置
を、暖冷房装置として適用した第２図の実施例をもって
以下に説明する。

第２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り、順次接続配管する
ことにより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は精留器であり、内部には
充填材９を充填すると共に、底部には加熱源１ｏを設け
ている。本実施例では加熱源１０は、電磁弁１１を介し
た分岐吐出ガス配管１２から構成されており、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り
、一部が貯留される様になっている。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らを
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６の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０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１ｏ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御の様態を以下に説明する
。非共沸混合冷媒を封入した第２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は開放されておシ、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０この作用様態は第２図の破線
矢印で示されている０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。

発明が解決しようとする問題点 上記比較例の如き熱ポンプ装置において、基本的に冷媒
の組成可変は可能となるものの、たとえば以下の如き不
具合点を生じる。精留作用は主冷凍サイクルから配管１
６を通して供給される冷媒中の低沸点冷媒を精留器８の
頂部に循環し、底部で濃縮される高沸点冷媒は配管１６
を通して主冷凍サイクル中の冷媒と混合するものである
が、配管１８．１６の分岐流量は基本的に配管抵抗によ
って決るため主冷凍サイクル中の絞り装置４の開度調節
によって大いに左右され所望の分離性能が得られない等
の不具合点を生じる。

また配管１５．１６と主冷凍サイクルとの接続のし方に
よっては、精留器８の底部で循環された高沸点冷媒が誘
引されず、新たな冷媒の供給がないため精留作用が停止
する等の不具合点があるものであった。

本発明はかかる非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置に
おいて、精留作用の確実性を増し、組成の制御性を向上
するための冷凍サイクルの改良に関するものである。

問題点を解決するための手段 本発明になる熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒の組成可
変手段として精留作用を行う分離器を用い、分離器の下
部又は上部を主サイクル回路の主絞り装置をバイパスし
て、凝縮器出口及び絞°り装置を介して蒸発器入口と接
続し確実な精留作用を実現するものである０ 作　　用 かかる冷凍サイクル上の構成を採用することによシ、分
離器側への分岐流量は分離器と蒸発器入口の間に介した
絞り装置の配管抵抗によってほぼ規定されるため、主サ
イクル回路の主絞り装置の開度調節によっても大きく変
動せず確実な精留作用が実現され、分離器で濃縮された
冷媒はそのまま絞り装置を介して低圧配管となる蒸発器
入口に流出するためすみやかな組成可変が保証されるも
のである。

実施例 本発明になる熱ポンプ装置の実施例を、冷暖房装置に適
用した第１図の実施例をもって説明する。

第１図においては、圧縮機３１、四方弁３２、負荷側熱
交換器３３、主絞り装置３４、熱源側熱交換器３６等を
環状に接続し、主サイクル回路を構成している。また主
絞り装置３４のバイパスとして絞り装置３６．３７、逆
止弁３８．３９、充填材４０を充填した分離器４１、貯
留器４２等を連結した副サイクル回路を構成し、分離器
４１の下部には加熱器４３、上部には冷却器４４を配置
し、本実施例では加熱器４３の加熱用ｆｐ：源として圧
縮機３１からの吐出ガスを、電磁弁４５を介したバイパ
ス回路４６から導くことによって構成している。また冷
却器４４の冷却用熱源としては、圧縮機４１の吸入ガス
を用いてもよいしく図示せず）、低温の外気で冷却する
如く構成してもよく、冷凍サイクル内部には非共沸混合
冷媒が封入されている。

かかる熱ポンプ装置の作用様態を暖房運転時を中心に説
明すると、高能力を得るためには、主サイクル回路を循
環する冷媒組成として低沸点冷媒を多く循環させること
が知られておシ、電磁弁４６を閉止することにより、封
入した非共沸混合冷媒とほぼ等しい組成の混合冷媒が、
主には圧縮機３１→四方弁３２→負荷側熱交換器３３→
主絞り装置３４→熱源側熱交換器３６４四方弁３２→圧
縮機１の順に循環し、一部は凝縮器となる負荷側熱交換
器３３からバイパスして、逆止弁３８→分離器４１下部
→絞り装置３７→熱源側熱交換熱３６と循環し余剰冷媒
は貯留器４２で貯留されることになるため、低沸点冷媒
を含んだ混合冷媒によシ、蒸発器となる負荷側熱交換器
３５において高暖房能力を出力することが可能となる。

一方能力を低減させる場合には、電磁弁４５を開放する
と、圧縮機３１からの吐出ガスの一部はバイパス回路４
６を経由して加熱器４３内を流れるため、副サイクル回
路を循環していた一部の混合冷媒を加熱することになる
０このとき非共沸混合冷媒の性質として、よシ揮発性の
高い低沸点冷媒が気化され、分離器４１内を上昇し、冷
却器４４によシ凝縮液化され、貯留器４２内の余剰冷媒
と混合し、一部は分離器４１内を流下還流してくる。

ここで分離器４１内部においては上昇するガス冷媒と流
下する液冷媒が微少な流速状態の中で充填材４ｏによシ
気液接触が促進され、いわゆる精留作用によシ貯留器４
２中では低沸点冷媒が濃縮され、高沸点冷媒は分離器４
１の下部に連結された絞り装置３７を経由して低圧配管
となる負荷側熱交換器３６に流畠し主サイクル回路は高
沸点冷媒の濃度が高まることによって、負荷側熱交換器
部において低暖房能力を実現することが可能となるもの
である。

なお冷房運転時は四方弁３２を切換えることによシ、主
には圧縮機３１→四方弁３２→熱源側熱交換器３５→主
絞り装置３４→負荷側熱交換器３３→四方弁３２→圧縮
機３１の順に循環し、一部は凝縮器となる熱源側熱交換
器３６からバイパスして、逆止弁３９→分離器４１下部
→絞り装置３６→負荷側熱交換器３３と循環し、精留作
用による冷媒組成の可変手段は暖房運転時と同じである
。

すなわち絞り装置３６．３７及び逆止弁３８　、３９は
、本実施例では分離器４１を高圧に位置させ凝縮器とし
て作用する熱交換器からの高圧液冷媒を分離器４１内に
供給し、加熱器４３での気化を促進するためのものであ
り、場合によって分離器４１を中間圧に位置させてもよ
い。

本実施例では、熱ポンプ装置の組成可変手段として精留
作用を働かせる時に、分離器上部に配置した貯留器中に
低沸点冷媒を濃縮させる場合について説明したが、本発
明はこれにこだわるものではなく、たとえば分離器下部
に配置した貯留器に高沸点冷媒を濃縮させる冷凍サイク
、ル（図示せず）を構成した様な場合も同様であシ、要
は分離器中での精留作用の確実性を増し、主サイクル回
路の主絞り装置の開度調節によらず分離器側への分岐流
量の変動を押えるために、主絞り装置をバイパスして凝
縮器出口と接続された分離器を再び蒸発器入口と絞り装
置を介して接続するものであり、もちろんその他の加熱
源や冷却源と組合せることは本発明の範囲に含まれるも
のである。

発明の効果 本発明になる熱ポンプ装置は、非共沸混合冷媒を用い主
サイクル回路の主絞り装置をバイパスして凝縮器出口及
び絞り装置を介して蒸発器入口と接続された分離器、貯
留器等から成る副サイクル回路を構成し高圧又は中間圧
の位置に配置した分離器における精留作用によシ分離器
の上部又は下部の貯留器に低沸点冷媒又は高沸点冷媒を
濃縮することにより主サイクル回路中の冷媒組成を可変
する如く構成したものであるから、主サイクル回路の組
成の制御性が高まシ、ひいては能力制御や性能改善を保
証することが可能となるものである０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱ポンプ装置の原理
図、第２図は非共沸混合冷媒を用いた熱ポンプ装置の比
較例の原理図である◎ ３１・・・・・・圧縮機、３３・・・・・・負荷側熱交
換器、３４・・・・・・主絞り装置、３６・・・・・・
熱源側熱交換器、３６゜３７・・・・・・絞）装置、３
８　、３９・・・・・・逆止弁、４１゛・・・・・・分
離器、４２・・・・・・貯留器＠３１−−−圧ｓ′ａ ３３−一一負、？ｉＩ碩」黒交視■ ３４−−−Ｉ戒グ弧置 ３５−−一熱漂側坏交噴器 ３６．３１−一一妓りｉ！ ３８．３９−一逆を升 ４１−−一分１１１１皿 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも圧縮機、負荷側熱交換器、主絞り装置、熱源
   側熱交換器を環状接続して主サイクル回路を構成し、前
   記主絞り装置をバイパスして凝縮器となる熱交換器出口
   と接続された分離器を、再び蒸発器となる熱交換器入口
   と絞り装置を介して接続し、非共沸混合冷媒を封入した
   ことを特徴とする熱ポンプ装置。