JPS63238367A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は例えば冷暖房兼用の空気調和機等に適用する蒸
気圧縮式の冷凍サイクル装置に係り、特に混合冷媒を使
用し、その混合比率を負荷、外気温条件等に応じて調整
可能とした冷凍サイクル５Ａ置の改良に関する。

（従来の技術） 従来、空気調和機等に適用される冷凍サイクル％装置で
は、単−成・分の冷媒、例えばＲ−２２で示されるフロ
ンガス等が使用される場合が多い。

しかし、Ｒ−２２は比較的高沸点の冷媒であり、外気温
の低い寒冷地域用のヒートポンプ式冷凍サイクル装置の
冷媒として使用した場合、十分な暖房能力が１９られな
い。このため、近年Ｒ−２２にこれよりも低沸点のＲ−
１３８１を混合する等の手段が行なわれている。

ところが、このような混合冷媒を使用した場合には、外
気温がそれほど低くないときの暖房運転時や冷房運転時
にエネルギ効率（ＥＥＲ）が低下したり、圧縮機の吐出
圧力が高くなり過ぎるため、外気温度条件等に応じてＲ
−１３８１の混合比率を低下させる冷媒分離手段を付加
することが考えられている。

第６図はこのような冷媒分離手段を付加した空気調和機
の冷凍サイクルを例示したものである。

圧縮機１、四方弁２、室内側熱交換器３、減圧機構とし
ての膨張弁４および室外側熱交換器５が主冷媒配管６に
よって順次に接続され、閘じた冷凍サイクルが構成され
ている。このものにおいて、主冷媒配管６に補助冷媒配
管７が設けられ、この補助冷媒配管７に膨張弁８、加熱
器９、冷媒分離器１０、膨張弁１１、電磁弁１２等が順
次に配置されている。冷媒分離器１０には冷却器１３お
よび貯溜器１°４が接続され、この貯溜器１４は戻し配
管１５および弁１６付きのＭ絡配管１７によって冷媒分
離器１０および補助冷奴配管７にそれぞれ接続されてい
る。

ところで、従来では、この冷媒分離器１０が蒸留式の構
成とされ、混合冷媒の沸点差を利用して冷媒分離を行な
うようになっている。即ち、低外気温下での暖房時には
、補助冷媒配管７の電磁弁１２を閉じ、主冷媒配＠６に
例えばＲ−２２とＲ−１３８１との混合冷媒を全量流通
させてサイクル運転を行なう。一方、外気温が余り低く
ない状態での暖房、あるいは冷房運転に際しては混合冷
媒の混合比率の調整を行なう。この場合には電磁弁１２
を開いて補助冷媒配管７に混合冷媒を流通させ、Ｒ−２
２とＲ−１３８１との沸ｍ温度の中間点までの加熱を行
ない、低沸点のＲ−１３８１のみを蒸溜させて貯溜器１
４に貯える。これにより、主冷媒配管６にはＲ−２２の
混合比率の高められた冷媒が流通し、サイクル運転は効
率′よく行なわれる。なお、初期の混合比率に戻す場合
には弁１６を開き、貯溜器１４から連絡配管１７を介し
て補助冷媒配管７、さらに主冷媒配管６にＲ−１３８１
を流入させる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このような従来の冷凍サイクル装置では、液
冷媒を加熱するための加熱器９や、分離したガス冷媒を
液化するための冷却器１３等が必要となり、装置構成が
複雑となる。

また、沸点差を利用した蒸留式冷媒分離作用によるため
、上記のＲ−２２とＲ−１３８１の如く沸点差の小さい
冷媒の分離効率が悪く、分離に長時間を要するなどの問
題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、装置
構成の簡素化が図れるとともに、沸点差の小さい成分か
らなる混合冷媒でも効率よく、短時間で分離することが
できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） （問題点を解決するための手段） 本発明は、沸点の異なる複数種類の冷媒成分を混合した
混合冷媒を用いる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置におい
て、冷媒が流通する主冷媒配管から補助冷媒配管を分岐
させ、その補助冷媒配管に、冷媒を各成分に分離する冷
媒分１ｉ１器を設けることにより、負荷条件等に応じて
主冷媒配管への冷媒の混合比率を調整可能とし、前記冷
媒分ＩＩＩ器は、混合冷媒が流通するケーシングと、そ
のケーシング内に設置ノだガス分離膜モジュールとを有
する構成としたことを特徴とする。

（作用） ガス分離膜構造の冷媒分離器では、混合冷媒がガス状態
で流通したとき、ガス分離膜の小孔通過時の熱移動によ
って凝縮、蒸発作用が行なわれ、高沸点側の冷媒成分の
みが膜を浸透する。このようにガス状態のままで冷媒分
離することが行なえるため、蒸留成分ｍＲを用いる場合
と異なり、加熱器や冷却器が不要となる。したがって、
部品点数が減少し、装置構成の筒略化が図れる。

また、多聞のガス冷媒を循環させつつ、連続的な膜分離
作用が行なわれ、しかも強制的な液化作用等を伴うので
、沸点差の小さい混合冷媒でも高効率、短時間で分離で
きる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を春照して説
明する。

第１図は空気調和機としてのヒートポンプ式冷凍サイク
ルを示している。圧縮機２１、四方弁２２、室内側熱交
換器２３、膨張弁２４および室外側熱交換器２５を主冷
媒配管２６によって順次に接続している。この主冷媒配
管２６の圧縮１１２１吐出側部分から補助冷媒配管２７
を分岐させ、この補助冷媒配管２７に電磁弁２８および
冷媒分離器２９を順次に設けている。冷媒分離器２９は
ガス分りＩ膜式構成のもので、吐出側には通過ガス冷媒
出口管３０と分離ガス冷媒出口管３１とを接続し、これ
ら各冷媒出口管３０．３１には減圧機構としてのキャピ
ラリチューブ３２．３３をそれぞれ設け、この各先端に
は冷媒貯溜用の貯溜器３４゜３５をそれぞれ接続してい
る。そして、８貯ＷＮＳ３４．３５は電磁弁３６．３７
付きの連絡配管３８．３９を介して主冷媒配管２６の圧
縮機２１吸込み側にそれぞれ接続している。

第２図は冷媒分離器２９の概略構成を示している。この
冷媒分離器２９はガス分１ｌＩｆｆＦｉ構造のもので、
筒状のケーシング４０と、このケーシング４Ｏ内に収納
したガス分１ＩＩｆｆ膜モジュール４１とからなる。ケ
ーシング４０は一端に冷媒入口４０ａ１他端に冷媒出口
４０ｂ１中間部に分離冷媒吐出口４０ｃを有している。

また、ガス分離膜モジュール４１は、例えばバイブ状に
形成したセラミック製の多孔質のパーベーパレーション
膜を多数本、平行に配置し、両端部近傍を接着材４３．
４４で固定したもので、この接着材４３．４４によって
ケーシング４０の両端部と中間部とを閉塞する構造でケ
ーシング４０内に挿入しである。

第３図はパーベーパレーション膜４２の拡大断面形状を
示している。このパーベーパレーション膜４２はセラミ
ック製のμオーダーの粒子からなる基材４２ａの表面に
薄膜４２ｂを形成したもので、その１ｔｌｌＦＪ４２ｂ
には約１０人の径の小孔が多数形成しである。このパー
ベーパレーション膜４２を形成するには、例えばまず、
カオリン、グラフ７イト、少量のアルミナゾルの混合物
を成形、乾燥、焼成する。その債、アルミニウム・アル
コキサイドを加熱分解させ、水蒸気処理する。なお、ア
ルミニウム・アルコキサイドの加熱分解後、ケイ酸ソー
ダ水溶液で処理し、その後、上記の水蒸気処理を行なっ
てもよい。

次に、作用を説明する。

この実施例では冷媒として、例えばＲ−２２（高沸点成
分）とＲ−１３８１（低沸点成分）との混合冷媒を使用
する。

いま、低外気温下でＲ−２２とＲ−１３８１との混合冷
媒により暖房運転を行なっている状態から、外気温が上
り、冷媒を分離してＲ−２２のみで動作させる場合を考
える。

この場合には、各電磁弁２８，３６．３７を開状態から
開状態に切換える。これにより、圧［１２１から吐出さ
れた高圧の混合ガス冷媒は補助冷媒配管２７を介して冷
媒分＃ｉ器２９に流入し、冷媒人口４０ａからバイブ状
のパーベーパレーション膜４２を経て冷媒出口４０ｂへ
と流通し、通過ガス冷媒出口管３０を介して圧縮機吸込
み側の低圧の主冷媒配管２６に流出する。この途中で、
つまり混合ガス冷媒がバーベーパレージ」ン膜４２を通
過する際に冷媒分離が行なわれる。この様子を第４図に
模式的に示している。即ち、パーベーパレーション膜４
２の外側は、ケーシング４ｏの分離冷媒吐出口４０ｃお
よび分離ガス冷媒出口管３１を介して低圧の主冷媒配管
２６に連通しているため、差圧により第４図に矢印ａで
示す如くガス吸引力が発生する。このため、同図に矢印
すで示す如く流れる混合ガス冷媒（ｒＲ−２２−１＋ｒ
Ｒ−１３ＢＩＪ　）の一部が矢印Ｃで示す如く、パーベ
ーパレーション膜４２の小孔４２Ｃ１，：流入する。こ
の際、矢印ｄで示す如く熱移動も行なわれ、これにより
、まず、ＭＩＥＪ４２ｂ部分でガスが凝縮されて液化し
、次いで多孔質基材４２ａ部分で気化される現粂が起こ
る。

ところで、このような毛管凝縮、気化作用によってパー
ベーパレーション膜４２を透過するのは、高沸点成分（
Ｒ−２２）のみである。これは沸点差により、Ｒ−２２
の毛管凝縮が先行し、小孔４２ＣがＲ−２２の凝縮液Ａ
で閉塞されるため、低沸点成分（Ｒ−１３［３１）はガ
ス状態のまま小孔４２ｃ入口部分を矢印すの如く通過す
るためである。一方、Ｒ−２２は、小孔４２ｃ出口で逐
次気化作用を受け、再びガスとなり、矢印ａの如くパー
ベーパレーション膜４２の外側に流出し、この作用が連
続的に行なわれることにより、冷媒分離がなされるもの
である。

そして、Ｒ−２２は分離ガス冷媒出口管３１側の貯溜器
３５に、またＲ−１３８１は通過ガス冷媒出口管３０の
貯溜器３４にそれぞれ貯溜される。

したがって、適当な時間経過後に補助冷媒配管２７の電
磁弁２８と、通過ガス冷媒出口管３０の電磁弁３６とを
閉とすれば、主冷媒配管２６によるサイクル中にはＲ−
２２のみが流れるようになり、高沸点成分による効率よ
いサイクル運転が可能となる。

なお、外気温が低下し、再びＲ−２２およびＲ−１３８
１の混合冷媒での作動が必要となった場合には、通過ガ
ス冷媒配管２６の電磁弁３６を同とすればよい。

以上の実施例によれば、混合冷媒をガス状態で分離でき
るので、従来の蒸留式の場合と異なり、加熱器や冷却器
が不要で、装置構成が簡素化できる。

また、ガス冷媒の循環により連続的に分離作用が進行す
るので、Ｒ−２２とＲ−１３８１の如く沸点差の小さい
混合冷媒でも効率よく、短時間で冷媒分離が行なわれる
。

なお前記実施例ではガス分離膜モジュール４１を構成す
るパーベーパレーション膜４２をパイプ状にしたが、中
空糸状、平面膜状、あるいはスパイラル状等、種々の形
状にして実施することもできる。

また、ガスの流れ方向については、第５図（ａ）、（ｂ
）、（ｃ）にそれぞれ矢印ｅ（混合冷媒）、ｆ（透過冷
媒）で示すように、向流、十字流、並流客種々の形態で
実施できる。

さらに、前記実施例ではセラミック製パーベーパレーシ
ョン膜４２を用いたが、これは耐冷媒性を高めるためで
あり、場合によって分相化処理による多孔質ガラスや有
機膜としてもよい。一般に、有機膜は製造途中で冷媒類
似の溶媒を使用するため、冷媒に長時間さらされると、
膨潤したり、溶解する可能性があるが、使用冷媒に対し
耐冷媒性の高い材料を選択すれば有機膜の使用も可能で
ある。この場合、分離のメカニズムはガスの膜に対する
溶解、拡散、脱離の速度の差を利用することになる。

さらにまた、前記実施例ではＲ−２２とＲ−１３８１と
の混合冷媒を使用したが、例えばＲ−１３８１とＲ−１
５２８との混合冷媒またはＲ−２２とＲ−１２との混合
冷媒等、種々のものを使用できるのは勿論である。

また、前記実施例では冷暖房用空気調和機について述べ
たが、給温兼用暖房機等、負荷により冷媒混合率を調整
する必要のあるもの等についても実施することができる
。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ガス状態での冷媒分離
が可能となり、加熱器や冷却器が不要となって装置構成
が簡素化できるとともに、沸点差の小さい成分からなる
混合冷媒でも効率よく、短時間で分離できるようになる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクル図、第２
図は第１図の冷媒分離器を拡大して示す断面図、第３図
はさらに第２図のガス分離膜部分を拡大して示す断面図
、第４図は分離作用を示す模式図、第５図（ａ）、（ｂ
）、（ｃ）はガス流通方式を例示した概略図、第６図は
従来例を示す冷凍サイクル図である。 ２６・・・主冷媒配管、２７・・・補助冷媒配管、２９
・・・冷媒分離器、４０・・・ケーシング、４１・・・
ガス分離膜モジュール、４２・・・パーベーパレーショ
ン膜。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　潟　　山　　幸　　夫第４図 ｔＯＪ　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　（Ｃ）第５
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．沸点の異なる複数種類の冷媒成分を混合した混合冷
   媒を用いる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置において、冷
   媒が流通する主冷媒配管から補助冷媒配管を分岐させ、
   その補助冷媒配管に、冷媒を各成分に分離する冷媒分離
   器を設けることにより、負荷条件等に応じて主冷媒配管
   への冷媒の混合比率を調整可能とし、前記冷媒分離器は
   、混合冷媒が流通するケーシングと、そのケーシング内
   に設けたガス分離膜モジュールとを有する構成としたこ
   とを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. ２．ガス分離膜モジュールはセラミック製のパーベーパ
   レーシヨン膜を用いたものである特許請求の範囲第１項
   記載の冷凍サイクル装置。