JPS63286666A - ヒ−トポンプ - 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ヒートポンプに関す
る。なお、本明細書において「ヒートポンプ」とは、温
流体を製造する狭義のヒートポンプのみならず、冷流体
を製造する冷凍機も含む広義のヒートポンプをいう。

〔従来の技術〕

近年、省エネルギの観点から、冷暖房装置その他にヒー
トポンプが多く用いられているようになり、特に、その
作動冷媒として非共沸混合冷媒を用いたものが注目され
ている。その理由は、非共沸混合冷媒は、同一（一定）
の圧力下でも、蒸発及び凝縮過程の相変化の間の温度が
変化し、蒸発及び凝縮開始の温度と蒸発及び凝縮の最終
状態の温度が異なるので、この温度変化を利用して、熱
交換器入口における二液体間の温度差を小さくすること
ができ、これによってヒートポンプの性能を向上させる
ことができるからである。なおそのために、蒸発器と凝
縮器は、熱源流体流れ又は負荷流体流れと冷媒の流れと
を何れも向流とする完全な向流形態交換器で構成されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

作動冷媒として非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプは
、上記のように利点を有するが、非共沸混合冷媒を従来
のヒートポンプにそのまま適用すると、蒸発器内におい
て高沸点系冷媒に富んだ液が滞留して伝熱を阻害するの
で、熱交換性能が単一の冷媒を用いた場合に比べて劣化
するという問題点があった。

そのため、蒸発器出口部の高沸点系冷媒に冨んだ冷媒液
を昇圧して圧縮機吐出部に噴霧する方法（手段）が、本
出願人の中のスーパーヒートポンプ・エネルギー集積シ
ステム技術研究組合によって先に提案されている（特願
昭６１−２３１２２０号）。

このものによれば、利用温度の高い１−トボンプにおい
ては圧縮機の吐出温度が高くなり、冷媒が分解するなど
の不具合が生じるのを、上記の方法（手段）を用いるこ
とによって防止することができ、前記液冷媒の滞留除去
の効果と相俟って一石二鳥の効果が期待できる。

しかしながら、上記の冷媒液を昇圧して噴霧する場所に
よっては、下記の理由により、以下に述べるような大き
な弊害が生ずるという問題点があった。

第１の問題点は、噴霧液により圧縮機内部流路にエロー
ジョンが生じるということである。即ち、−１仝こ圧縮
機内に噴霧される液滴は速やかに蒸発することが望まし
いが、上記の噴霧方式の場合は、圧縮機内に噴霧される
液滴の温度が低いので、液滴が飽和温度に達する前にガ
スの一部が逆に凝縮して、液滴が大きくなり、その結果
、ディフューザなどの圧縮機内流路に液滴が衝突して、
エロージョンが生ずることになる。

第２の問題点は、上記の液滴が冷媒通路に衝突すること
により、該流路に乱れが生じ、また衝突損失の発生によ
り、圧縮機の効率が低下するということである。この効
率低下は、特に遠心式圧縮機の場合に大きな値となる。

本発明は、下記の２点を同時に解決したヒートポンプを
提供することを技術的課題としている。

（ｉ）非共沸混合冷媒を用いながらも、熱交換器性能が
良好であること。

（ｉｉ）利用温度を高くするために、圧縮機に冷媒液を
噴霧しても圧縮機の性能が低下しないこと。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した問題点及び技術的課題を解決するた
めに、圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧機構を冷媒経路ｒ
接続して冷媒循環流路を形成し、冷媒として非共沸混合
冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の該液冷媒を昇圧して圧
縮機内で蒸発させるように蒸発器と圧縮機との間に液冷
媒通路を有するヒートポンプにおいて、前記蒸発器と圧
縮機間の液冷媒通路に、該液冷媒の加熱手段を設けたこ
とを特徴としている。

なお、実施に当っては、上記液冷媒の加熱手段として、
凝縮器からの凝縮冷媒を用い、或いは凝縮器へ外部から
供給される負荷流体を用いることが望ましい。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、当該ヒート
ポンプを運転した場合、蒸発器において、高沸点系冷媒
に富んだ液は、圧縮機に接続された液冷媒通路へポンプ
によって吸引されて除去される。従って、蒸発器内にお
ける伝熱性能は劣化することなく良好に保たれる。そし
て吸引された該液冷媒は、圧縮機へ導かれる途中で加熱
された後、圧縮機内に噴霧されて直ちに蒸発し、冷媒ガ
スとなり、その時の蒸発熱により吐出ガスを冷却しなが
ら混入し、冷媒循環流路に合流して循環する。

このとき、吐出ガスが冷却される作用により、特に高温
度ヒートポンプのように、圧縮機の出口における冷媒ガ
スの温度がその冷媒の使用限界を越え分解が起こるよう
な場合に、冷媒ガスが冷却され、冷媒の安定性が確保さ
れる。

さらに、圧縮機の最終吐出部付近に噴霧する場合には゛
、理論的には圧縮機の動力は変化しないので、次のよう
な効果もある。

即ち、圧縮機内に噴霧する液の温度を上げておくことは
、蒸発器の温度のまま噴霧する場合に比べ、圧縮機内で
液温を上げる必要がない分、蒸発量を増加させることが
可能になり、同規模の圧縮機において凝縮器への冷媒循
環量を増加することになる。換言すれば、冷媒の単位循
環量当りの圧縮機所要動力が低減され、システムの所要
動力が低減される。

゛〔実施例］ 次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すヒートポンプのフロ
ー図である。

図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は蒸発器、４
は減圧機構であり、これらの機器の間を冷媒経路５，６
，７，８．が接続し、各機器と共に冷媒循環流路を形成
している。暖房用の温水などを製造する場合には、９は
負荷流体配管、１０は熱源水配管である。

蒸発器３の冷媒下流の、高沸点系冷媒に冨んだ冷媒液が
滞留する部分に、第２図の蒸発器の拡大図にも示すよう
に、冷媒経路１１が接続されており、該冷媒液の一部を
ポンプによって昇圧したあと、冷媒経路１３，１４．１
５を経て、圧縮機１の吐出冷媒ガスを冷却するため圧縮
機１の内部（中間圧部分）或いは出口付近（高圧部分）
に開口する液噴霧機構１６又は１７より噴射させる該冷
媒経路１３の途中に、凝縮器２の出口に接続された冷媒
経路６内の高温の凝縮冷媒と熱交換によって加熱させる
ようにした熱交換器１日が挿入されている。

ヒートポンプの運転時、蒸発器３において、第２図に示
す冷媒経路１１が接続するノズルの付近に停留し易い高
沸点系冷媒に冨む冷媒液が、ポンプ１２に吸引されて除
去されるので、蒸発器３内における伝熱性能は劣化する
ことなく良好に保たれ、また液噴霧機構１６又は１７よ
り噴射された冷媒液は蒸発して冷媒循環流路に合流する
際、該液噴霧機構１６又は１７が、高沸点系冷媒に冨ん
だ冷媒液を蒸発させる蒸発作用部分として作用すること
は、前記した先に提案したものと変りはない。

本実施例では、特に上記のように、冷媒経路１３に該経
路１３内の冷媒を加熱する熱交換器１８が挿入されてい
るので、ポンプ１２により昇圧された高沸点系冷媒に冨
む冷媒液は、該熱交換器１８によって加熱された後、液
噴霧機構１６．１７から噴射され直ちに蒸発して冷媒ガ
スとなり、その時の蒸発熱により圧縮機１の吐出ガスを
冷却しながら該吐出ガスに混入し、冷媒循環流路に合流
して循環する。

この実施例によれば、上記のような液噴霧による吐出ガ
ス冷却作用により、特に高温度ヒートポンプのように、
圧縮機１の出口における冷媒ガスの温度がその冷媒の使
用限界を越え、分解が起こるような場合に、冷媒ガスが
冷却され、冷媒の安定性を確保することができる。

また、液噴霧機構１６又は１７から噴射される直前の液
冷媒は、熱交換器１８により加熱されているので、圧縮
機内に噴射されると、前記のように直ちに蒸発して、冷
媒ガスを冷却する。

更にまた、熱交換器１８が凝縮器２からの凝縮液で加熱
するようになっているので、噴霧機構１６．１７より噴
霧する噴霧液を加熱し過ぎることがなく、通常理想的な
温度に加熱することができる。

なお、上記冷媒通路１３内の液冷媒は、凝縮器２へ外部
から供給して熱交換された負荷流体によって加熱するよ
うにしてもよ（、この場合も、凝縮液で加熱するように
した上記゛実施例と同じ効果が奏される。

なお、本発明のヒートポンプに用いられる圧縮機には、
遠心式、往復動式、スクリュ一式、ルーツ式など種々の
形式の圧縮機が用いられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷媒として非共沸
混合冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の該液冷媒を昇圧し
て圧縮機内で蒸発させるように蒸発器と圧縮機との間に
液冷媒通路を有するヒートポンプにおいて、前記蒸発器
と圧縮機間の液冷媒通路に、該液冷媒の加熱手段を設け
たことにより、次のような効果が奏される。

（ｉ）蒸発器内の高沸点系冷媒に冨んだ冷媒液は取り除
かれるので、蒸発器に滞留することなく、熱交換性能は
劣化せず、良好に保つことができる。

（ｉｉ　）圧縮機内へ噴霧された液冷媒が蒸発する際の
蒸発熱により吐出ガスが冷却され、特に高温度ヒートポ
ツプのように、圧縮機の出口における冷媒ガスの温度が
その冷媒の使用限界を越え分解が起こるような場合に、
冷媒の安定性が確保される。

（ｉｉｉ）Ｌかも、圧縮機内へ噴射される直前の液冷媒
が該圧縮機内圧力飽和温度程度に加熱されているので、
圧縮機内に噴霧されると直ちに蒸発する。

従って、液滴が圧縮機流路に常時衝突することにより生
じるエロージョントラブルや衝突損失など圧縮機内流れ
損失の増加を防止することができる。

さらに、圧縮機の最終吐出部付近に噴霧する場合には、
理論的には圧縮機の動力は変化しないので、次のような
効果もある。

即ち、圧縮機内に噴霧する液の温度を上げてお（ことは
、蒸発器の温度のまま噴霧する場合に比べ、圧縮機内で
液温を上げる必要がない分、蒸発量を増加させることが
可能になり、同規模の圧縮機において凝縮器への冷媒循
環量を増加することになる。換言すれば、冷媒の単位循
環量当りの圧縮機所要動力が低減され、システムの所要
動力が低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すヒートポンプのフロー
図、第２図は蒸発器を拡大して示す説明図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・蒸発器、４
・・・減圧機構、５，６，７．８・・・冷媒経路、９・
・・負荷流体配管、１０・・・熱源水配管、１１，１．
３，１４゜１５・・・冷媒経路、１２・・・ポンプ、１
６．１７液噴霧機構、１８・・・熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧機構を備え、これら
   の機器を冷媒経路で接続して冷媒循環流路を形成し、冷
   媒として非共沸混合冷媒を用い、蒸発器内の未蒸発の該
   液冷媒を昇圧して圧縮機内で蒸発させるように蒸発器と
   圧縮機との間に液冷媒通路を有するヒートポンプにおい
   て、前記蒸発器と圧縮機間の液冷媒通路に、該液冷媒を
   加熱する手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ。 ２、上記液冷媒は凝縮器からの凝縮冷媒を用いて加熱さ
   れるようになっている特許請求の範囲第１項記載のヒー
   トポンプ。 ３、上記液冷媒は外部から供給される負荷流体によって
   加熱されるようになっている特許請求の範囲第１項記載
   のヒートポンプ。