JPS58178158A - 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】 本発明は、圧縮式の冷凍装置を用いたヒートポンプに係
りＸ％に複数の圧縮機を付加することにより高温の発生
と性能向上ｔはかるヒートポンプ装置に関するものでめ
る。

圧一式の冷凍ＡｖＩＬを用〜八たヒートポンプ装置で、
高１水や高温風を発生しようにする場合、高圧、低圧間
の圧力差が大さくなり、圧縮機の成績係数が非常に悪く
なったり、圧縮機かり吐出ざｎるカス冷媒の温度が異常
に高くなり１時には冷媒の分屏諷度以上になる等の間４
点を有する。

従来、圧縮式の冷凍装置をヒートポンプとしてで 用パ高温を発生する装置と５Ｃ−％開′１８５０−１１
４０３３、籍Ｉ４昭ｊＯ−１１８３４２、特開昭４ｒ−
２’ｊ９３４などが提案さルている。特開昭コＬ）−１
１４０，３３、および特開昭５０−１１８３４２は、圧
縮機の吐出側に空調用凝縮器とは別の１水勇造用凝縮器
を設け、圧縮機より吐出さｎ次ガス冷媒の過熱温度成分
を使って温水を得るようにした、い０ゆる空調機附随の
温水製造装置である。空調機は、一般に圧縮機の熱損傷
や冷媒・１％ｌ慣油の熱分ｐｓ金避けるため、凝縮温度
が５０°Ｃ根差以ドと比較的低い状態で運転さｎる。し
たがって、この温水製造方式では、冷媒かも゛り過熱温
度成分の熱量が少なく、その温度ノベルも低いことから
、多量の温水やよ０＋％温水を得ようとすると、補助の
電気ヒータやボイラで追７Ｊ＋加熱しなけｎばならない
。

まよ、特開昭４７−２９９３４は、二組のヒートポンプ
サイクルを使い、低温側ヒートポンプサイクルの凝縮器
よ舛取出した温水を高温側ヒートポンプサイクルの熱源
として使い、高温側ヒートボン／サイクルの凝縮温度を
低温側よりかなＱ高くすることによって高温水を得るよ
うにしたものである。本例では、高温１ｉｌｌこ一トボ
ングサづクルに高１条件でも蒸気圧がろまり高くならな
い冷媒を用いているため、サイクル内の圧力が異常に上
昇することもなく８０″Ｃの高温水が得ら几る。しかし
、本例の構成では、成績係数が一組のヒートポンプサイ
クルのものに比べて著しく悪くなる問題を有する。

次に、本発明の構成に近い従来例として、多段圧縮機ま
本は複数の圧縮機と受液器をもつものに、実開昭４９−
７８８４！Ｊ、　実ｔｅｉ！４５４−６０７５４がある
。これらは、高温の熱媒体を発生させ利用゛ｒるもので
はなく、蒸発器で冷却された低温の熱媒体を利用するも
のである。

実開昭＋８ｊ−７８８４９は二段圧ｍ機を使い、低段−
の圧縮機ご吐出さｎたガス冷媒を高段側の＃縮ａＣ凝縮
した液冷媒と受液器で合流させ、飽和に近いカス冷媒に
してから高段側の圧縮機に吸入させる構造となっている
。低段側の蒸発器で低ＩＩｌ熱媒体より汲上げた熱は、
高段側の凝縮器かり外部に放出さ７Ｌ、低段側圧縮機の
吐出圧力部である中間圧力部と外部との熱交換関係はな
い。中間圧力部では、低段側圧縮機の高温の吐出ガスと
高段側の液冷媒との冷凍サイクル内冷媒どうしの熱交換
だけが行わｎる。したがって、この冷凍サイクルで高温
の熱媒体を得ようとしても、低段側圧−機吐出ガスの熱
が利用でき−ｒ単段冷凍サすクルＪ）＃ｌｊＩ器で発生
する熱量より少なくなるため、単段冷凍？−１クルに比
べ成績係数の悪い運転となってしまう。しかし、高段側
圧縮機は飽皿に近いガス冷媒を吸込み、吐出ガス温度が
比較的低く押えら７Ｌ６ため、圧縮機の熱損傷や潤滑油
・冷媒の分解の危険は少ない。実開昭５４−６０７５４
は、２台の圧縮機を用＾ている点と、低段側圧縮機の吐
出カスと高段側の液冷媒とを合流させずに熱交換関係に
構成している点だけが、上記実開＠４９−７８８４９と
違う。運転の作用効果は、はとんど同じであるため、説
明を省略する。

本発明は上記に４みて発明されたもので、高温水や高温
風を発生し、且つ運転効率の高い圧縮式冷凍装置を用い
たヒートポツプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、圧縮機、＃繍器、気液分離器
、減圧装置および蒸発器を環状に連結する冷媒回路と、
気液分離器の気相部より分岐し、別途の圧縮機、凝縮器
、減圧装置を経て蒸発器に至る分岐冷媒ｄ路を設けＣな
る特徴を有する。

以上、本発明の一実施例を第１図にもとず！！説明する
。１は第１圧縮機、２は第１凝縮器、３は第１気液分ｍ
ａ、４は＃張弁等の減圧装置、５は蒸発器であり、これ
らは環状に連結さル主冷媒回路を形成し、また、該第１
気液分離器３上部の気相部に分岐記１ｔ１９を接続し、
該分岐配管の他端に第２圧ｍ機６を接続し、次いで第２
凝縮器１１第２気液分＃Ｉｌ１ｍＢ、減圧ｆＰ等の第２
減圧装置９をノー次連績し、更（こ上記主冷媒回路の膨
張弁４の人Ｌ１ｉ４の液配管１５に接続ざｎ第２冷媒経
路を形成し、更＆Ｃ該第２気液分−４６土部の気相部よ
り分岐配ｆ２２を介して、ｔ４３圧縮機１０、第３凝縮
器１１、減圧弁等の第３減圧装置１２ｔ−順次連結し、
再び上記主冷媒回路の膨張弁４の人口側の液配管１５に
接続さｎ！＠３冷謀経路を形成し、冷凍サイクルが構成
されている。ｔた冷凍サイクル内には、＠昶温度の異な
る複数の冷媒を１合した、所ｉ鑵混檜冷媒（例えば、Ｒ
１１４、Ｒ１２、Ｒ２２の混合物）が封入されている。

本冷庫す１クルの運転は、次のようにして行わ扛る。第
１圧縮機１より吐出さ／した高温高圧のガス冷媒は、配
管１３を通ってまずＪｌｌｊｌ縮器２に流器２る。ここ
では混合冷媒中の高沸点成分の冷媒Ｒ１１４の多くを凝
縮し、同時に水、空気などの利用熱媒体を加熱する。つ
づ・ハて＃１１気液分確器３に流入すると、液は該第１
気液分−器３の底部から液配管１５で膨張弁４に導びか
れ、さらにＭ発４５では外部の熱源から熱を吸収し、自
らは蒸発して第１圧縮機１の吸入側に戻る。一方、第１
気液分Ｉ４！１器３の上部に溜ったＲ１２、Ｒ２２を多
く含む中・低沸点成分のガス冷媒は、分岐配管１９を介
して第２圧ａ礪６の吸入側に導び；つ為れる。＃Ｉ２圧
縮機６で圧縮さｎてより、４ｍＡ圧となったガス冷媒は
、５ｇ２凝縮器Ｉ内で第１凝縮４２の＃一温度より高い
ＩｊｌｉａＩ度で、Ｒ１２を多く含む中沸点成分のガス
冷媒を凝縮し、同時に第１＃縮ａ２で加熱された利用熱
媒体を追／７１１加熱する。つづいてｓ２２成分ＩＩ器
８に流入した冷ＪＸＦｉ、更に同郡で気液分離される。

液分は底部より第２減圧装置１ｉ９を介して主冷媒回路
の表記＃１５に流入する。第２気液分嫌器８の上部にな
おも残る王としてＲ２２からなる低沸点成分のガス冷媒
は、第３圧ｍ磯１０でさらに昇圧して高温高圧の伏線に
し、第３凝縮器１１では第２凝縮器Ｉでカロ熱され九利
用熱媒体をよジ一層昇温する。この＃Ｅ　３　ｆｌｌｌ
ｌａ＋１？’ｌｌｌｌ化し／を冷媒は、ｄＸ３減圧装置
１２を介して主冷媒回路の液配管１５に流入し、第１気
液分１１１１１ｉｉ！３からの高沸点成分液、第２気液
外線器８からの中沸点成分液と合流、膨張弁４、蒸発器
コを通してＩＩＩ圧祷砿１の吸入側に戻。冷凍サイクル
を形成する。以上、同様の循環を繰返す。

このように冷凍？−１クルが運転さルる結果、第２圧縮
機６、＠３ｆ＃ｄｌｔＮＣ吸入！ｆｌルガス冷媒が飽和
状悪に保ｌｔ７″Ｌる沈め、その吐出ガス温度が比較的
低く、調滑油Ｐ冷媒の分解、圧縮機の熱損傷などを防止
することができる。それだけより高圧力（すなわち高凝
縮一度ンの運転がり能である。また、３つの異なる＃＃
（１度で利用熱媒体を段階的に加熱する昇１方式を行な
い、すべての冷１＆を一番高い＃ｍ１度にする必要がな
いため、その分、圧１ｍ機の消費人力が滅っ−Ｃ成績係
数の高い運転が行える。

以上の作用効果により、多量の高温水、高温風など、嶋
１の利用熱媒体が効率よく得られる。

なお、本実施例ｃｖ′ｉ混合冷媒（Ｒ１１４、Ｒ１２、
Ｒ２２の混合物など）を用いた場合について説明したが
、単一冷媒を用いてもよい。この場合には第１＃Ｉ＃！
２および４２凝縮器７での液化量と設計熱交満量比率２
０〜ｄＯ％の直に仕せる運転制＃を１９確実に行う必要
がある。

また本装置では、利用熱媒体を特別高温にする必４がな
い１合には、＃Ｉ３圧＃機１ｏの運転を停止して第３冷
媒経路を休止状態とし、主冷媒回路と気液外１Ｉｌｌｌ
器を含まない第２冷媒経路とで構成さｔ’Ｌｆｔ−１第
２図に示を如き冷凍サイクルにより、第１＃縮ａ　２　
＞よび第２−纏器１の二段階で利用熱媒体を加熱するよ
うにすｊＬばよい。運転の作用は、第２凝縮器Ｉでガス
冷媒が完全に液化されることをのぞけば、５に１図での
説明と同じである。利用熱ｇＪ＆体がもっと低くてもよ
い場合には、さらに第２圧縮機６の１転をも停止し、冷
媒が主冷媒回路だけを循環するようにすればよい。この
とき、第１圧縮機１から吐出さ几たガス冷媒は、第１凝
４ｍ器２で完全に液化さ几る。

逆に、利用熱媒体をさらに４１１１ａ化しようとする４
汗には、新たｖＣ第８気液分ｍ器を第３冷媒経路の第３
＃ｍ！１１の出口側に設置するとともに、第４圧縮機、
＃Ｉ４凝ｍ器、第４減圧装置からなる第４冷媒経路（共
に図示せず）を、第３気液分廟器と主冷媒回路の液配管
１５の間に接続して、第１、第２、ｔｓ３の凝縮ａテ）
Ｍ１１＆ｆＪｋ、１Ｅ４１１１ｉ１ａテざらに加熱す、
６よ’）ＶＣｆ−１′Ｌばよい。

以下、同様にして第２冷媒経路までの冷ＩＪ１経路を４
）昇温用冷凍サイクルに拡張することも可能である。

な２．４１図の実施例では、複数の凝縮器で段階的に昇
温して高温を得ているが、それぞｎ別々に利用熱媒体を
児熱し温度コイルの異なる利用熱媒体を複数取出すよう
にしてもよい。

ま比、＃１１図の実施例では、第２減圧装置９、講ｊｄ
圧装置１１２の両出口液配管を主冷媒回路の表記ｆ１５
に接続しているが、この両出口液配管をｓ１気液分離器
３に接続しても工い。ｌた第３図に示ｒ如く減圧装置４
と蒸発４５の間に接続するようにしてもよい。その他の
部分は４１図の実！ＩＡＳと全く同じであり、作用も、
第１図の実施例と同じで４ｂす、その説明を省略する。

さらに、他の実施例として第４図に示す如く、４２減圧
装置１０９、＃Ｉ３減圧装置１１１２１２の出口側に、
それぞれ別個の蒸発器ＩＬ３５．２０５を設け、その出
口側で各冷媒経路の冷媒が合流するようにしてもよい。

その他の部分は第１図の実施例と同様である。第５図は
、更に他の実施例を示し、主冷媒回路と第２冷媒経路と
で構成し比、より簡単な冷凍サイクルである。このよう
に構成すると、例えば、蒸発器で冷却さ几る低温の熱媒
体をも利用した＾場合には、蒸発ａ５および２４で別々
に熱媒体を冷却し九〇、高沸点成分の冷媒によｒｙｔＡ
発１度が高くなる蒸発器５でまず冷却し、つづいて低沸
点成分の冷媒により蒸発温度が低くなる蒸発器２４でさ
らに冷却して低１の熱媒体を鷹出すことができる。

次に、本発明の態形式の実施例を、第６図に示す。この
実施例は、第１図と同様な冷凍サイクルに、第１気液分
１Ｉ１１器３内への加熱コイル２６と、主冷媒回路の膨
張弁４の人口（！Ｉｎ！路へ電磁弁２５　　　　。

とを付加したものである。

このように形成さｔＬ比冷凍ナイクルに２いて、４磁ｆ
ｆ２５を開口し、加熱コづル２６を鋤かない状態にする
と、第１図の運転と同じになる。

また、４ｉ＋ａ升２５　ｋ４０Ｌ、、１２７ｆｄｄ６、
第３圧−ｄｌｔＪを停止し、ざらに〃ａ熱コイル２６を
鋤かない状態ｈｃ　を金と、第１圧縮礪１、第１凝縮器
２、第１気液分離器３、膨張升４、蒸発器５かうなる主
冷媒回路だけの２４転となる。

次１ζ、電磁弁２５を閉じ、第１圧縮機１を停止、第２
圧縮機６、第３圧縮機１ｏを４転し、さらに７ＪｉＪ熱
コイル２６を働かすと、ｍ２圧縮機６、第２４１細器１
１第２威圧装置９、配管１５、第１気液分ｄ−鰺３、分
岐・ｕ１９かうなる第２冷媒経路、お工び第３圧ｍ機１
０、第３凝縮器１１、第３減圧装置＄２かりなるｊｇ３
冷媒経路で構成する冷凍すづクルの運転とする。このと
き第１気液分離器３は、加熱コイル２ｂに外部から熱が
導入さルるため、蒸発−として作用する。ここで発生す
るガス冷媒は、＃Ｉ２圧縮機６に導かル、以後、第２、
ｔａ３冷媒経路を流ｎる冷媒の挙動は、第１図の説明と
同じである。

上記の如く、この実施例では、３つの運転モードの容量
制御が可能である。また加熱コイルに流す熱としては廃
熱などが利用できる。主冷媒回路疋けの４転の場合には
、加熱コイルに冷却水ｔ−流してやると、液冷媒をさら
に過冷却して冷却能力を増大させることもできる。なお
、加熱コイルを〃ｇ熱のためだけに使う場合には、電気
ヒータを用いてもよい。

加熱能力が少なくてよく、また利用熱媒体がそれほど高
温でなくてもよい場合には、第７図に示す如く、第２冷
媒経路の第２気液分離器８ｔ−取去るとともに、＠３冷
媒−路の各債４も取去るとよい。ま九逆に、′ｉｐ＆ｎ
冷諜経路までの冷媒経路をもり冷凍サイクルに拡張する
ことも可能である。

次に、本発明のさらに態形式の一１１！施例を、第８図
に示す。この実施例は、第１図の主冷媒回路に、冷媒の
流几を切換える西方ｆＦ２７と、蒸発！５の人口部、お
よび第１＃縮器２と第１気液分離器３との間にｊｌＨ！
升、逆止弁の組廿せ４と３０および２８と２９の並列管
路を付加した冷凍サイクルが形成さｎている。このよう
に構成すると、加熱運転だけでなく冷却運転も行うこと
ができる。即ち、四方弁２Ｉを切換えて、第１圧ｍ磯１
の吐出配ｆ１３と、４Ｅ１１ｊ縮器２の圧縮機側配管３
１を接続すると、第１図と同じ加熱運転を行うことがで
きる。また第２圧縮機６、第３圧縮砿１０を停止すると
ともに、西万升を切換えて第１圧縮ｍｌの吐出配管１３
と蒸発ａ５の圧ａ機側配ｆ３２を接続すると、冷却運転
を行うことができる。

即ら、第１圧縮機１よ０吐出された高温高圧のガス冷媒
は四方弁２７を介して蒸発ａ５に導かれ、−一シ液冷謀
となる。つづいて逆止弁３０、第１気液７）ｊｌ！　、
（、膨張弁２ｄを通って凝縮器２に流入し、ここで利用
熱媒体を冷却、自らは蒸発気化し、さらに四方ｙＰ２７
を通って第１圧縮機１に戻る。以上、同様の作用が繰返
さル、冷却運転か行わ７Ｌる。

この実施例の冷凍サイクルを空Ａｍに利用すると、暖房
時には第１圧縮機１と第２圧縮機６、および第３圧縮ｄ
ｉＵを運転し暖房能力が増強され、３段階の昇温作用で
高１風が得らｎ快適暖房が行える四万、冷房時には第１
圧縮機１のみの運転が行わル、冷房負荷に比べて暖房負
荷が大幅に大きい寒冷地向には蝋適な空Ａ／ステムを提
供することができる。また第１気液分離器３の内部に第
１図で示すような加熱コづル２６を設置すれば、暖房運
転時に外気を吸込んでＪ膚するＳ発器５を、主冷媒回路
の運転を四方弁切換により冷房運転として逆サイクル除
霜するときの冷媒の蒸発のための熱源として利用するこ
とができる。

ま氾、暖房Ｈ１力が少なく、暖房吹出し空気温度がそｎ
はど高１でなくてもよい４ｃｉには、第９図に示す如く
、第２冷媒−路の第２気液分ｍ器を取去るとともに、第
３冷媒経路の各＊＊も取去るばよい。−まま逆に、＠ｎ
冷媒経路までの冷媒経路をもつ冷凍サイクルに拡張する
ことも可能である。

以上説明し次ように本発明によルば、分岐冷媒ｄ４の圧
−機は飽和に近いカス冷媒を吸込み、各段の吐出ガス温
度が１転可能の限界１ｆより低く押えられる之め、最終
段の＃を線温度は従来の圧縮機が１台（１段）の冷媒回
路に比べ、より高い凝縮１度が優らル、高温水、高１風
など高１の利用熱媒体を得ることが出来る。ま九利用熱
媒体の加熱に全ての冷媒を＾い凝縮圧力まで昇圧する必
要が無Ｖ’ｈため効率の高い運転ができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図１ま不発明の一実施例を示し、二つの分岐冷ｉｉ
１ｄＭを備えた冷媒回路図、第２図は他の実施例を示し
一つの分岐冷７７１経路を備え比冷媒回路図、４３図は
他の実施例を示し、二つの分岐冷媒経路を備え沈冷媒回
路図、第４図は更に他の実施例を示し、二つの分岐冷媒
経路を備え比冷媒回路図、第ｂｔ１１１は更に他の−ｉ
ｌ！！施例を示し、一つの分岐冷媒経路を１え、蒸発器
を２１１配役いｔ冷媒回路図、４１図は更に他の実施例
を示し、一つの７）岐冷１１１１１Ｉ！路を備え、気液
分１１１ｉ１！に加熱コイルを備え比冷媒回路図、第６
図は更ｌこ他の実施例を示し、二つの分岐冷媒経路と気
液分離器に９口熱コイルを備えた冷媒回路図、第１図は
更に池の実施例を示し、一つの分岐冷媒経路と気液分Ｉ
ＩＩ器に９口熱コイルを備え九冷媒回路図でめる。 ４８図は更に池の実施列を示し、冷媒の流ルを切換える
四方弁を設け、二つの分岐冷媒経路を備え九冷媒回路図
、ｉｓ９図は更に他の実施列を示し、四方弁を設け、一
つの分岐冷媒経路を備えた冷媒回路図である。 １．６．１０−・・圧ｍ機　　２　、７　、１１　・・
・凝縮ａ　　３．８・・・気液分離器　　４　、２３　
、２８　。 １０９．２１２・・・減圧装置（＃張弁）５，２４．１
０５．２０５・・・蒸発（＠　　　ｄ、１２・・・減圧
装置ｔ（ＩＪｉｔ圧升）　　２５・・・開閉弁（−一升
）２ｉｌｉ・・・加熱コイル　　２７・・・四方弁　　
２９，３０・・・逆止弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、−纏器、気液外−４、威圧装置および蒸発
   器を環状に連結する冷媒回路と、気液外ｌ１ｗＩｔＭの
   気相部より分岐し、別途の圧ａ磯、凝縮器減ＩＦ：装置
   を経て蒸発器に至る分岐冷媒経路を設けてなることを４
   黴とす゛るヒートポンプ装置。 ２、冷媒回路２よび分岐冷媒回路に単一冷媒を封入して
   なる特許請求の範囲ｄＸｔ項記載のと一トポ／グ装置。 ３、冷媒回路および分岐冷媒回路に飽和１度の異なる複
   数の冷媒を混合封入してなる４許膚求の範囲第１項記載
   のヒートポンプ装置。 ４、分岐冷媒経路が、一段である特許請求の範囲第ＩＪ
   Ｊ乃至第３項のいず几か−りに記載のヒートポンプ装置
   。 ５、分岐冷媒経路が、複数段形成さｎている特許請求の
   範囲 記載のヒートボン：ｊ装置。 ６、分岐冷媒経路が、冷媒回路の気液分ｌｌＩｌ器より
   分岐されると共に、分岐冷媒経路に設けた気液外４１器
   より更に分岐さ几て複数段形成されている荷許祷求のｓ
   ｕｉｓ４項記載のヒートポンプ装置。 ７、冷媒回路の凝縮器ンよび分岐冷媒経路の凝縮器にて
   同一の利用熱媒体ｔ−加熱ｒる特許請求の４囲譲１項乃
   至第５項のいずｊ’Ｌか一つに記載のヒートポンプ装置
   。 ８、冷媒回路の＃纏ａ＆↓び分岐冷媒経路の凝ｊｌｉｌ
   ４　＆こて夫々別個の利用熱媒体を刀口熱する４許請求
   の範囲第１項乃至第５項のいずｎか一りに記載のヒート
   ポンプ装置。 ９、分岐冷媒経路の減圧装置の出口配管を冷媒回路の気
   液分離器から減圧装置に至る液配管に接続し“Ｃなる＋
   ｌｉＩ！Ｆｄ求の範囲第１項乃至第２項のいｒ／１．か
   ークに記載のヒートポンプ装置。 １０、分岐冷媒ｄ路の滅圧装１の出口配ｆを冷媒回路の
   減圧ｉｉ＆虚とＳ発４の間の配管に接続しＣなる特許請
   求の範囲第１項乃至第ｌ項のいずルか−りに記載のヒー
   トポンプ装置。 １１、蒸発器が、冷４１１１！ｌ！１路及び分岐冷媒経
   路に夫々側４ａに設けられている特許請求の範囲第１項
   乃至第９項のいずれか一つに記載のヒートポンプ装置。 １２、冷媒回路の気液分４−が、加熱コイルを内蔵する
   と共に１冷媒回路の減圧装置人口側に開閉弁を配置して
   なる特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずルか一つに
   記載のヒートポンプ装置。 １３、冷媒回路の圧縮機に接続する経路に、該圧縮機と
   凝縮器、蒸発器との接続を逆転する四方弁を配置し、冷
   媒回路の減圧装置に逆止弁を配置すると共に、凝縮器と
   気液分離器の間に別個の減圧装置と逆上弁を並設してな
   る特許請求の範囲第１項乃至＃Ｉ９項のいず庇か一つに
   記載のヒートポンプ装置。