JP2527446B2 - ヒ―トポンプ - Google Patents
ヒ―トポンプInfo
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- JP2527446B2 JP2527446B2 JP62259917A JP25991787A JP2527446B2 JP 2527446 B2 JP2527446 B2 JP 2527446B2 JP 62259917 A JP62259917 A JP 62259917A JP 25991787 A JP25991787 A JP 25991787A JP 2527446 B2 JP2527446 B2 JP 2527446B2
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- refrigerant
- temperature
- heat exchanger
- expansion valve
- evaporator
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature
Landscapes
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒熱交換器を有し、かつ非共沸混合冷媒
（以下、単に混合冷媒という。）を用いたヒートポンプ
（本明細書では、冷凍装置も含む。）に関するものであ
る。
（以下、単に混合冷媒という。）を用いたヒートポンプ
（本明細書では、冷凍装置も含む。）に関するものであ
る。
（従来の技術） 従来、冷媒熱交換器を有し、混合冷媒を用いたヒート
ポンプとして第６図に示すものが公知である（特開昭62
−19654号，特開昭62−19650号，特開昭62−19651号公
報）。
ポンプとして第６図に示すものが公知である（特開昭62
−19654号，特開昭62−19650号，特開昭62−19651号公
報）。
このヒートポンプは圧縮機１と凝縮器２と膨張弁３と
蒸発器４と、凝縮器２を出て膨張弁３の手前の冷媒と蒸
発器４を出て圧縮器１の手前の冷媒とを熱交換させる冷
媒熱交換器５とを含むクローズドループからなってい
る。そして、このヒートポンプは冷媒熱交換器５によ
り、蒸発器４の出口における冷媒を適切な湿りガス状態
にして、冷媒の蒸発により凝縮器２の出口の高圧液冷媒
を過冷却するようにしてあり、蒸発器４内での冷媒の過
熱から生ずる熱交換ロスによる成績係数COP（＝蒸発能
力／動力）の低下を防止するとともに、圧縮機１には適
当に過熱ガス状態の冷媒を供給して圧縮機１での液圧縮
を防止するようにしたものである。
蒸発器４と、凝縮器２を出て膨張弁３の手前の冷媒と蒸
発器４を出て圧縮器１の手前の冷媒とを熱交換させる冷
媒熱交換器５とを含むクローズドループからなってい
る。そして、このヒートポンプは冷媒熱交換器５によ
り、蒸発器４の出口における冷媒を適切な湿りガス状態
にして、冷媒の蒸発により凝縮器２の出口の高圧液冷媒
を過冷却するようにしてあり、蒸発器４内での冷媒の過
熱から生ずる熱交換ロスによる成績係数COP（＝蒸発能
力／動力）の低下を防止するとともに、圧縮機１には適
当に過熱ガス状態の冷媒を供給して圧縮機１での液圧縮
を防止するようにしたものである。
（発明が解決しようとする問題点） 混合冷媒を用いたヒートポンプサイクルでは、圧縮機
１の吸込状態、即ち冷媒熱交換器５の出口状態の過熱度
を小さく、飽和温度に近づけることがシステム効率を高
めるうえで非常に重要である。
１の吸込状態、即ち冷媒熱交換器５の出口状態の過熱度
を小さく、飽和温度に近づけることがシステム効率を高
めるうえで非常に重要である。
そこで、第２図に示すＴ−Ｓ線図により上記ヒートポ
ンプにおける各種状態の変化について説明する。
ンプにおける各種状態の変化について説明する。
なお、周知のように第２図中曲線部分Ａは飽和液線
で、これに対して連続的に続く曲線部分Ｂは飽和蒸気線
である。
で、これに対して連続的に続く曲線部分Ｂは飽和蒸気線
である。
第６図に示すように、装置各部をa,b,…,hの記号を付
して区別し、このうち、ｂ部を凝縮器２内の凝縮開始
点、ｇ部を蒸発冷媒が飽和蒸気となる点とすると、例え
ば圧縮機１側の冷媒熱交換器５の出口で飽和蒸気の状態
になる場合の状態変化は、実線Ｉで示すようになる。但
し、第２図のa,b,…,hは第６図中の同符号の部分が対応
し、この場合にはｇ点とｈ点とは重なる。したがって、
点ｅから点ｇまでの間における熱交換により冷媒は全て
潜熱として熱量を被冷却体から吸収する。
して区別し、このうち、ｂ部を凝縮器２内の凝縮開始
点、ｇ部を蒸発冷媒が飽和蒸気となる点とすると、例え
ば圧縮機１側の冷媒熱交換器５の出口で飽和蒸気の状態
になる場合の状態変化は、実線Ｉで示すようになる。但
し、第２図のa,b,…,hは第６図中の同符号の部分が対応
し、この場合にはｇ点とｈ点とは重なる。したがって、
点ｅから点ｇまでの間における熱交換により冷媒は全て
潜熱として熱量を被冷却体から吸収する。
これに対して、冷媒熱交換器５内で冷媒ガスが過熱状
態になると（ｇ部が冷媒熱交換器５内にある場合）、第
６図中のd,e,f,g,hの各部の状態は、この場合の状態変
化を示す破線II上のｄ′,e′,f′,g′,h′の各点に移行
する。即ち、冷媒熱交換器５内で冷媒ガスが過熱状態と
なり、ｇ部から冷媒熱交換器５を出るまでの間の熱交換
により冷媒ガスは顕熱（冷媒ガスを１℃上げるのに要す
る熱量は潜熱に比して非常に小さい。）として熱量を蒸
発器４に向う液側の冷媒液から吸収して、冷媒ガスが冷
媒熱交換器５の出口に向かって急速に温度上昇するた
め、即ち、膨張弁３に向かう冷媒との間の温度差が小さ
くなり、冷媒熱交換器５での熱交換量が減少し、蒸発圧
力の低下からCOPの若干の低下が生じる。
態になると（ｇ部が冷媒熱交換器５内にある場合）、第
６図中のd,e,f,g,hの各部の状態は、この場合の状態変
化を示す破線II上のｄ′,e′,f′,g′,h′の各点に移行
する。即ち、冷媒熱交換器５内で冷媒ガスが過熱状態と
なり、ｇ部から冷媒熱交換器５を出るまでの間の熱交換
により冷媒ガスは顕熱（冷媒ガスを１℃上げるのに要す
る熱量は潜熱に比して非常に小さい。）として熱量を蒸
発器４に向う液側の冷媒液から吸収して、冷媒ガスが冷
媒熱交換器５の出口に向かって急速に温度上昇するた
め、即ち、膨張弁３に向かう冷媒との間の温度差が小さ
くなり、冷媒熱交換器５での熱交換量が減少し、蒸発圧
力の低下からCOPの若干の低下が生じる。
さらに、冷媒ガスの過熱が大きくなって、蒸発器４内
で冷媒が飽和蒸気の状態になると、蒸気各部は、この場
合の状態変化を示す破線III上のｄ″,e″,f″,g″,h″
の各点に移行し、蒸発器４の出口部分での冷媒ガスの温
度の上昇により被冷却体流体の温度と接近し、蒸発圧力
の大巾な低下が生ずるため、混合冷媒を使った場合にお
ける蒸発器４内での小温度対向流熱交換が出来なくな
り、COPは急激に低下するという問題が生じる。
で冷媒が飽和蒸気の状態になると、蒸気各部は、この場
合の状態変化を示す破線III上のｄ″,e″,f″,g″,h″
の各点に移行し、蒸発器４の出口部分での冷媒ガスの温
度の上昇により被冷却体流体の温度と接近し、蒸発圧力
の大巾な低下が生ずるため、混合冷媒を使った場合にお
ける蒸発器４内での小温度対向流熱交換が出来なくな
り、COPは急激に低下するという問題が生じる。
そこで、特開昭62−19651号公報に開示された発明で
は、蒸発器の出口における冷媒を適切な湿りガス状態と
するために、冷媒熱交換器の出口温度を検出し、その検
出温度に基づいて膨張弁の開度をコントロールするよう
にしてある。
は、蒸発器の出口における冷媒を適切な湿りガス状態と
するために、冷媒熱交換器の出口温度を検出し、その検
出温度に基づいて膨張弁の開度をコントロールするよう
にしてある。
ところが、この公報に開示の発明によれば冷媒熱交換
器の出口温度のみを検出しているため、蒸発器出口での
冷媒状態を確定することがでぎず、確実に適切な湿りガ
ス状態にすることができない。なぜならば、第２図を参
照して説明すると、冷媒熱交換器の出口温度thが同じ温
度であっても、冷媒状態によって蒸発器の出口温度tf
（第２図におけるｆ点）は異なっているためである。
器の出口温度のみを検出しているため、蒸発器出口での
冷媒状態を確定することがでぎず、確実に適切な湿りガ
ス状態にすることができない。なぜならば、第２図を参
照して説明すると、冷媒熱交換器の出口温度thが同じ温
度であっても、冷媒状態によって蒸発器の出口温度tf
（第２図におけるｆ点）は異なっているためである。
したがって、上述した第２図のIIIで示されるような
好ましくない状態になり得るという問題が生じる。
好ましくない状態になり得るという問題が生じる。
（問題点を解決するための手段） 上述した問題が生じるのを防ぐために、本発明は、圧
縮器と凝縮器と膨張弁と蒸発器と、凝縮器を出て膨張弁
の手前の冷媒と蒸発器を出て圧縮機の手前の冷媒とを熱
交換させる冷媒熱交換器とを含むクローズドループから
なり、上記冷媒として非共沸混合冷媒を用いたヒートポ
ンプにおいて、膨張弁と冷媒熱交換器との間の冷媒の温
度を検出する第１温度検出器と、冷媒熱交換器と圧縮機
との間の冷媒の温度を検出する第２温度検出器と、上記
両温度検出器による検出温度の差が許容範囲より大きい
場合には膨張弁を絞り、逆の場合には膨張弁を開く制御
手段とを設けて形成した。
縮器と凝縮器と膨張弁と蒸発器と、凝縮器を出て膨張弁
の手前の冷媒と蒸発器を出て圧縮機の手前の冷媒とを熱
交換させる冷媒熱交換器とを含むクローズドループから
なり、上記冷媒として非共沸混合冷媒を用いたヒートポ
ンプにおいて、膨張弁と冷媒熱交換器との間の冷媒の温
度を検出する第１温度検出器と、冷媒熱交換器と圧縮機
との間の冷媒の温度を検出する第２温度検出器と、上記
両温度検出器による検出温度の差が許容範囲より大きい
場合には膨張弁を絞り、逆の場合には膨張弁を開く制御
手段とを設けて形成した。
（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面にしたがって説明す
る。
る。
第１図は、本発明に係るヒートポンプを示し、冷媒、
正確には混合冷媒、が循環するクローズドループの構成
自体は第６図に示すヒートポンプと実質的に同一であ
り、互いに共通する部分には同一番号を付して説明を省
略する。
正確には混合冷媒、が循環するクローズドループの構成
自体は第６図に示すヒートポンプと実質的に同一であ
り、互いに共通する部分には同一番号を付して説明を省
略する。
本ヒートポンプでは、さらに膨張弁３と冷媒熱交換器
５との間の冷媒の温度teを検出する第１温度検出器６
と、冷媒熱交換器５と圧縮器１との間の冷媒の温度thを
検出する第２温度検出器７と、上記両温度検出器からの
温度信号に基づいて膨張弁３の開度を制御する制御手段
８とを設けて形成してある。
５との間の冷媒の温度teを検出する第１温度検出器６
と、冷媒熱交換器５と圧縮器１との間の冷媒の温度thを
検出する第２温度検出器７と、上記両温度検出器からの
温度信号に基づいて膨張弁３の開度を制御する制御手段
８とを設けて形成してある。
そして、両温度検出器による検出温度の差（th−te）
が許容範囲より大きい場合には膨張弁３を絞り、逆の場
合には膨張弁３を開くようにしてある。即ち、蒸発器４
内で過熱が生じない範囲で冷媒熱交換器５の出口温度th
を制御するように形成してある。
が許容範囲より大きい場合には膨張弁３を絞り、逆の場
合には膨張弁３を開くようにしてある。即ち、蒸発器４
内で過熱が生じない範囲で冷媒熱交換器５の出口温度th
を制御するように形成してある。
混合冷媒の場合、その成分と構成比が決まれば露点
（飽和ガス温度）tg（第２図中ｇ点の温度）、沸点（飽
和液温度）td0（第２図参照）の温度差（tg−td0）は決
まる。また、冷媒熱交換器５を使用したヒートポンプサ
イクルでは、第２図中ｄ点の温度は蒸発温度より決まる
ため、同様に温度差（tg−te）も決まる。
（飽和ガス温度）tg（第２図中ｇ点の温度）、沸点（飽
和液温度）td0（第２図参照）の温度差（tg−td0）は決
まる。また、冷媒熱交換器５を使用したヒートポンプサ
イクルでは、第２図中ｄ点の温度は蒸発温度より決まる
ため、同様に温度差（tg−te）も決まる。
したがって、蒸発器４内で過熱が生じない範囲で冷媒
熱交換器５の出口温度thを設定すれば、温度差（th−t
e）の制御範囲が決定され、その温度差の大きさより膨
張弁３の制御は可能となる。
熱交換器５の出口温度thを設定すれば、温度差（th−t
e）の制御範囲が決定され、その温度差の大きさより膨
張弁３の制御は可能となる。
即ち、第１温度検出器６で冷媒温度teを検出し、第２
温度検出器７で冷媒温度thを検出している意味が正にこ
の点にある。
温度検出器７で冷媒温度thを検出している意味が正にこ
の点にある。
蒸発器４および冷媒熱交換器５における熱交換を効率
よく行なわせるうえで理想的な場合を示しているのが、
第２図中実線Ｉでこの場合（ｇ＝ｈの場合）における上
記熱交換の状態をＴ−Ｑ線図で示すと第３図のようにな
る。これに対して、冷媒熱交換器５内で過熱が生じた場
合の第２図中破線IIの場合における上記熱交換状態を示
すＴ−Ｑ線図は第４図のようになる。
よく行なわせるうえで理想的な場合を示しているのが、
第２図中実線Ｉでこの場合（ｇ＝ｈの場合）における上
記熱交換の状態をＴ−Ｑ線図で示すと第３図のようにな
る。これに対して、冷媒熱交換器５内で過熱が生じた場
合の第２図中破線IIの場合における上記熱交換状態を示
すＴ−Ｑ線図は第４図のようになる。
なお、第３図，第４図中c,d,…,hの各点は上記同様第
１図および第２図の同符号あるいは同符号に“′”を付
した各点に対応する。
１図および第２図の同符号あるいは同符号に“′”を付
した各点に対応する。
また、同図中点ｃから点ｄへの変化は、冷媒液の顕熱
変化、点ｆから点ｇへの変化は冷媒液の蒸発による潜熱
変化ゆえ、温度差（tc−td）は冷媒の種類によって多少
の変動はあるが、温度差（tg−tf）の約10倍となる。
変化、点ｆから点ｇへの変化は冷媒液の蒸発による潜熱
変化ゆえ、温度差（tc−td）は冷媒の種類によって多少
の変動はあるが、温度差（tg−tf）の約10倍となる。
このため、第３図の状態になるように冷媒の温度を制
御することが装置の運転効率上最適であるが、第４図の
場合のように冷媒熱交換器５内で多少過熱が生じても、
冷媒の液側と蒸発側の対数平均温度差に関する差異は小
さく、蒸発圧力の低下、したがって、運転効率の低下の
割合は小さい。また、蒸発器４においては被冷却流体と
の間で対向流による熱交換は正常に行われているので、
混合冷媒による良好な運転効率は略保たれる。
御することが装置の運転効率上最適であるが、第４図の
場合のように冷媒熱交換器５内で多少過熱が生じても、
冷媒の液側と蒸発側の対数平均温度差に関する差異は小
さく、蒸発圧力の低下、したがって、運転効率の低下の
割合は小さい。また、蒸発器４においては被冷却流体と
の間で対向流による熱交換は正常に行われているので、
混合冷媒による良好な運転効率は略保たれる。
具体的には、冷媒熱交換器５における過熱度（th−t
g）が、運転効率の低下が少ない０〜５℃程度になるよ
うに、即ち、温度差（th−te）が“（tg−te）＋（０〜
５℃）”となるように膨張弁３の開度を制御するのが好
ましい。
g）が、運転効率の低下が少ない０〜５℃程度になるよ
うに、即ち、温度差（th−te）が“（tg−te）＋（０〜
５℃）”となるように膨張弁３の開度を制御するのが好
ましい。
なお、上記実施例では蒸発器４の入側の温度teを検出
するようにしたものを示したが、本発明はこれに限るも
のではなく、第５図に示すヒートポンプのように蒸発器
４の出側の温度tfを検出するようにしてもよく、また、
同図中一点鎖線枠内のエコノマイザ９を設けてもよい。
するようにしたものを示したが、本発明はこれに限るも
のではなく、第５図に示すヒートポンプのように蒸発器
４の出側の温度tfを検出するようにしてもよく、また、
同図中一点鎖線枠内のエコノマイザ９を設けてもよい。
ただし、この温度tfを検出するようにした場合には、
温度差（th−tf）を“（tg−tf）＋（０〜５℃）”とな
るように膨張弁３の開度を制御する。
温度差（th−tf）を“（tg−tf）＋（０〜５℃）”とな
るように膨張弁３の開度を制御する。
また、上述したいずれの場合も凝縮温度tcが変動した
場合、冷媒熱交換器５における熱交換量の変化により、
温度差（tg−tf）は変化するが、ｆの状態からｇの状態
への変化は潜熱による熱交換によって起こるゆえ、温度
差（tc−td）の変化巾に対して、温度差（tg−tf）の変
化巾は小さい。したがって、温度差（th−te），（th−
tf）による上記膨張弁３の開度制御に与える影響は無視
出来る。
場合、冷媒熱交換器５における熱交換量の変化により、
温度差（tg−tf）は変化するが、ｆの状態からｇの状態
への変化は潜熱による熱交換によって起こるゆえ、温度
差（tc−td）の変化巾に対して、温度差（tg−tf）の変
化巾は小さい。したがって、温度差（th−te），（th−
tf）による上記膨張弁３の開度制御に与える影響は無視
出来る。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明によれば、膨
張弁と冷媒熱交換器との間の冷媒の温度を検出する第１
温度検出器と、冷媒熱交換器と圧縮機との間の冷媒の温
度を検出する第２温度検出機と、上記両温度検出機によ
る検出温度の差が許容範囲より大きい場合には膨張弁を
絞り、逆の場合には膨張弁を開く制御手段とを設けて形
成してある。
張弁と冷媒熱交換器との間の冷媒の温度を検出する第１
温度検出器と、冷媒熱交換器と圧縮機との間の冷媒の温
度を検出する第２温度検出機と、上記両温度検出機によ
る検出温度の差が許容範囲より大きい場合には膨張弁を
絞り、逆の場合には膨張弁を開く制御手段とを設けて形
成してある。
このため、第３図〜第４図に示すように運転効率の良
い状態とすることができるので、混合冷媒を用いたヒー
トポンプにおいて、蒸発器内で過熱を生ずることなく、
小温度差対向流熱交換を行わせて、良好なCOPを維持す
ることが可能になるという効果を奏する。
い状態とすることができるので、混合冷媒を用いたヒー
トポンプにおいて、蒸発器内で過熱を生ずることなく、
小温度差対向流熱交換を行わせて、良好なCOPを維持す
ることが可能になるという効果を奏する。
第１図は本発明の第１実施例に係るヒートポンプの冷媒
および制御系統図、第２図は混合冷媒を用いた場合のヒ
ートポンプサイクルを示すＴ−Ｓ線図、第３図，第４図
は蒸発器および冷媒熱交換器における熱交換状態を示す
Ｔ−Ｑ線図、第５図は本発明の第２実施例に係るヒート
ポンプの冷媒および制御系統図、第６図は従来のヒート
ポンプの冷媒系統図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……膨張弁、４……蒸
発器、５……冷媒熱交換器、6,7……第1,第２温度検出
器、８……制御手段。
および制御系統図、第２図は混合冷媒を用いた場合のヒ
ートポンプサイクルを示すＴ−Ｓ線図、第３図，第４図
は蒸発器および冷媒熱交換器における熱交換状態を示す
Ｔ−Ｑ線図、第５図は本発明の第２実施例に係るヒート
ポンプの冷媒および制御系統図、第６図は従来のヒート
ポンプの冷媒系統図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……膨張弁、４……蒸
発器、５……冷媒熱交換器、6,7……第1,第２温度検出
器、８……制御手段。
Claims (1)
- 【請求項１】圧縮器と凝縮器と膨張弁と蒸発器と、凝縮
器を出て膨張弁の手前の冷媒と蒸発器を出て圧縮機の手
前の冷媒とを熱交換させる冷媒熱交換器とを含むクロー
ズドループからなり、上記冷媒として非共沸混合冷媒を
用いたヒートポンプにおいて、膨張弁と冷媒熱交換器と
の間の冷媒の温度を検出する第１温度検出器と、冷媒熱
交換器と圧縮機との間の冷媒の温度を検出する第２温度
検出器と、上記両温度検出器による検出温度の差が許容
範囲より大きい場合には膨張弁を絞り、逆の場合には膨
張弁を開く制御手段とを設けたことを特徴とするヒート
ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259917A JP2527446B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | ヒ―トポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259917A JP2527446B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | ヒ―トポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01102254A JPH01102254A (ja) | 1989-04-19 |
| JP2527446B2 true JP2527446B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=17340722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62259917A Expired - Fee Related JP2527446B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | ヒ―トポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2527446B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4062129B2 (ja) | 2003-03-05 | 2008-03-19 | 株式会社デンソー | 蒸気圧縮式冷凍機 |
| JP5738116B2 (ja) * | 2011-08-04 | 2015-06-17 | 三菱重工業株式会社 | ターボ冷凍機の性能評価装置およびその方法 |
| JP2024000108A (ja) * | 2022-06-20 | 2024-01-05 | サンデン株式会社 | 車両用空調装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6219651A (ja) * | 1985-07-17 | 1987-01-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 混合冷媒を用いた冷凍サイクル |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62259917A patent/JP2527446B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01102254A (ja) | 1989-04-19 |
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