JPS6176855A - カスケ−ド結合ヒ−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】 ［発明の技術分野］ この発明は、低温サイクルと高温サイクルとを力負ケー
１−熱交換器で結合したカスケード結合ヒートポンプ装
置に関する。

［ブト明の技術的７Ｙ　頭及び問題点コ一般に、低温リ
ーイクルと高温サイクルとをカスプ−１へ熱交換器で結
合したカスケード結合ヒートポンプ装置が知られでいる
。このカスケード結合じ一トボンゾ装同（ま昇温幅を大
きくとることがでさ、例えば丁２プロはス熱としく゛３
０℃乃至６０℃の工場１１１水を低温熱源として１５０
°Ｃ以上の水蒸気等を発生きせることができる。ところ
で、このようなカスケード結合ヒートポンプ装置では、
低温熱源流体や高温熱源流体が水などの顕熱性の流体で
ある場合には、性能向上に一定の限界があった。これを
第８図に基づいて説明すると、この第８図は高温サイク
ルと低温サイクルとに単一成分の作動媒体を使用した場
合に低温熱源流体及び高温熱源流体との間の熱交換時の
温度変化を示しており、横軸に交換熱量、縦軸に温度を
とっている。そしで、線分子ｅは作動媒体の低温サイク
ルにおける蒸発過程での温度変化、線分子Ｃは高温サイ
クルにおける凝縮過程での温度変化、線分子ａは低温熱
源流体の温度変化、線分子すは高温熱源流体の温度変化
、線分子ｐはカスケード熱交換器における低温サイクル
側作動媒体の温度、線分子ｑは同高温サイクル側作動媒
体の温度をそれぞれ示している。このように単一成分の
作動媒体は沸点が単一なため蒸発過程や凝縮過程ではそ
の温度が変化しないのに対して、顕熱性の低温熱源流体
や高温熱８流体（Ｊ熱交換の過程で流れ方向にイの温度
が変化する。このため、第８図の斜線部分が熱交換時の
非ｉＪ逆的なエネルギ損失となり、性能向上の妨げとな
っていた。

一方、作動媒体として非共沸混合媒体を使用する提案が
近年なされている。この非共沸混合媒体は、単一成分媒
体を所定の割合で混合したもので、両媒体の沸点の相違
により蒸発過程、凝縮過程のいヂれでも温度変化を起す
ようにしたものである。

したがって、作動媒体として非共沸混合媒体を使用し、
熱源流体に対して対向流的に熱交換を行なわせれば、熱
交換時における作動媒体と熱源流体との温度差が線分子
ａに対する線分子ｄで示されるように少なくなり、非可
逆的なエネルギ損失を抑制することが可能となる。

しかしながら、非共沸混合媒体として使用されるフロン
系冷媒は、熱的安定性等の面から高温用ツノ１２０′Ｃ
程度までしか使用できない。このため、カスケード結合
ヒートポンプ装置への非共沸混合媒体の使用は低温サイ
クルに限られ、高温サイクル側は単一成分媒体を使用せ
ざるをｉりないものとなっていた。

また、Ｐ　ｍ出力のカスケード結合ヒートポンプ装Ｈで
は、高温サイクルの凝縮器で水蒸気を発生させる場合が
多い。そして、水蒸気を発生させる場合には、凝縮器で
蒸発を伴なうため高温熱源流体の温度が流れ方向には変
化しない。このため、凝縮過程において作動流体が温度
変化しなくても作動流体と高温熱源流体との温度差が広
がることはなく、熱交換時における非可逆的なエネルギ
損失を珊加させることはない。したがって、このような
場合には高温サイクル側に非共沸混合媒体を使用する必
要性がなくなる。

そして、このような理由から低温サイクルに非共沸混合
媒体を、高温サイクルに単一成分媒体を使用した場合、
カスケード熱交換器において非共沸混合媒体は凝縮の過
程で線分子ｆで示されるように温度か低下していくのに
対して、雫−成分媒体は蒸発の過程で線分子ｑで示され
るように一定温度のままである。このため、カスケード
熱交換器にＪ′３りる熱交換の過程において非共沸ｄ２
合媒体と単一成分媒体とのｆｉＡ度温度広がり、非可逆
的なエネルギ損失が大きくなる。したがって、非共沸混
合媒体の特性を充分に発揮できないこととなってしまう
。

［発明の目的］ この発明は、上記の問題点に鑑み創案されたもので、低
温サイクルに非共沸混合媒体を、高温サイクルに単一成
分媒体を使用しても非共沸混合媒体の特性を充分に発揮
できるようなカスケード結合ヒートポンプ装置の提供を
目的とする。

［発明の概要］ 上記］」的達成のため、第１の発明は内部に封入された
単一成分媒体を圧縮する圧縮機と単一成分なり、体を凝
縮させる凝縮器とを協え／ｊ高温サイクルと、ＪＬ共沸
混合媒体を封入した低温サイクルと、低ｆｉＡ１ノ”イ
クルとＺ＋ｌ温サイクルとを結合し両者間で熱交換を行
なわせるカスケード熱交Ｉ９＋器とよりなるカスケード
結合ヒートポンプ装置において、前記カスケード熱交換
器が複数の熱交換室を有し、前記圧縮機の吸込側が圧力
レベルの異なる複数の吸込ボートを有し、前記複数の熱
交換室と複数の吸込ボートとを接続した構成とした。

また、第２の発明はカスケード結合ヒートポンプ装置に
おいて、カスケード熱交換器が複数の熱交換室を有し、
凝縮器が複数の凝縮室を有し、圧縮（幾の吐出側と吸込
側とが圧力レベルの異なる複数の吐出ボートと吸込ボー
トとを有し、複数の吐出ポート、吸込ボートと凝縮室と
熱交換室とを接続した構成とした。

［発明の効果Ｊ この発明の構成によれば、カスケード熱交換器において
、高温サイクルに単一成分媒体を、低温サイクルに非共
沸混合媒体を使用しながら、カスケード熱交換器の複数
の熱交換室の圧力レベルを異ならせることができ、低温
サイクル側の非共沸ａ媒体体のカスケード熱交換器にお
ける熱交換時の温度変化に応じて高温サイクル側の単一
成分媒体にカスケード熱交換器において温度変化を起さ
せることができる。このためカスケード熱交換器におけ
る熱交ＪＩＡ時に高温サイクル側の単−成分−媒体と、
低温サイクル側の非共沸混合媒体との間の温度差の増加
を抑制づることができ、非可逆的なエネルギ損失を抑ｆ
ｌｉｒｔ　することができる。従）で非共沸混合媒体の
特性を充分に発揮でき装置性能の向上を図ることかでき
る。

また、第２の発明では、高温サイクル側の複数の凝縮室
にそれぞれ圧力レベルの異なる単一成分ｔ′４１休を作
用さくｌることができ、高温熱源流体が渇喰変化するよ
−）／ｃ場合でもカスケード熱交換器と凝縮器との双方
ぐ熱交換時における非可逆的なエネルギ損失を抑制する
ことができ、装置性能を一位向上させることかできる。

加えて圧縮機が吐出側、吸込側双方に圧力レベルの異な
る複数のボートを有するため、凝縮器、カスケード熱交
換器双方の圧力レベルの設定が容易となり、装置性能を
より向上させることができる。

［発明の実施例１ 以下、この発明の詳細な説明する。

第１図は第１発明の第１実施例に係るカスケード結合ヒ
ートポンプ装置のサイクルを示し、に）渇サイクル１と
低１１ｉｉａ’、ｆイクル３とがカスケード熱交換器５
で結合されている。

前記高温サイクル１は高温側圧縮機７と凝縮器９とを有
している。前記高温側圧縮Ｐｓ７は電動機１１によって
駆動ぎれるように構成され、高温サイクル内部に封入さ
れた単一成分媒体を圧縮し、前記凝縮器９は単一成分媒
体を凝縮するように構成されている。前記カスケード熱
交換器５は複数（第１図では３（Ｉｌｊ）の熱交換室ど
してそれぞれ独立した第１カスケード蒸発室１３ａ、第
２カスケード蒸発室１３ｂ、第３カスケード蒸発室１３
ｃを有している。これら第１カスケード蒸発至１３ａ乃
至第３カスケード蒸発室１３ｃの内部には第１カスケー
ド凝縮部１４ａ、第２カスケード凝縮部１４ｂ、第３カ
スケード凝縮部１４ｃが設けられている。第１カスケー
ド蒸発室１３ａと第２カスケード蒸発至１３ｂとは、第
１気液分離器１５ａと、この第１気液分１ｉ１１１器１
５ａの液相側に接続された￥４１カスケード膨張機１７
ａとを介設した第１万スケート配管１９ａを介して接続
されている。前記第２カスケード蒸発室１３ｂと第３カ
スケード蒸発室１３ｃとは、第２気液分離器１５ｂと、
この第２気液分離器１５ｂの液相側に接続された第２カ
スクード膨張機１７ｂとを介設した第２カスケード配管
１９ｂを介して接続されている。

一方、ｉｉＩ′Ｉ記昌温側圧縮機７の吸込側は、複数〈
第１図では３個）の吸込ボートとしての第１吸込ポート
２１ａ、第２吸込ボート２１ｂ１第３吸込ボーｌ”２１
ｃを有している。これら第１吸込ポー　ｆ−２１ａ乃至
第３吸込ボート２１ｃは、各々圧力レベルが異なり、第
１吸込ポート２１ａから第３゛吸込ボート２１Ｃへ圧力
レベルが順次低くなるように構成され、第３吸込ポート
２１Ｃｔｆｉ最も低い圧力レベルとなっている。この第
１吸込ポート２１ａは第１吸込蒸気配管２３ａを介して
前記第１気液分離器１５ａの気相側に接続され、第２吸
込ボー１〜２１ｂは第２吸込蒸気配管２３ｂを介してギ
１記第２気液分離器１５ｂの気相側に接続され、第３吸
込ボー１−２１　ｃは前記第３カスケード蒸発室１３ｃ
にそれぞれ接続されている。

前記高温側圧縮機７の吐出側は、高温吐出蒸気配管２５
を介して凝縮器９に接続されている。凝縮器９は高温側
膨張機２７を介設した高温液配管２９を介して前記カス
ケード熱交換器５の第１カスケード蒸発室１３ａに接続
されている。

前記低温サイクルは、低温側圧縮機３１と蒸発器３３と
をイ１している。前記低温側圧１ｉｉ１ｆ１３１は電動
機３５によって駆動され、低温サイクル内部に封入され
た作動媒体としての非共沸混合媒体を圧縮し、前記蒸発
器３３は非共沸混合媒体を蒸発さけるように構成されて
いる。

前記低温側圧縮機３１の吐出側は、低温吐出蒸気配管３
７を介して前記第１カスケード凝縮部１４ａに接続され
ている。第１カスケード凝縮部１４ａと第２カスケード
凝縮部１４ｂとは第１低渦カスケード配管３９ａを介し
て接続され、第２カスケード凝縮部１４ｂと第３カスケ
ード凝縮部１４Ｃとは第２低温カスケード配管３９ｂを
介して接続されている。第３カスケード凝縮部１４０は
低温側圧縮機４１を介設した低温液配管４３を介して前
記蒸発器３３に接続されている。前記蒸発器３３は低温
吸込蒸気配管４５を介して前記低温側圧縮機３１の吸込
側に接続されている。

次に、上記第１実施例の作用について述べる。

電動１ｊｌｉ１１により高温側圧縮Ｒ７を、電動機３５
により低温側圧縮機３１をそれぞれ駆動すると、低温υ
イクルでは作動媒体としての非共沸混合媒体が圧縮され
、低温吐出蒸気配管３７、第１カスケード凝縮部１４ａ
、第１低温カスケード配管３９ａ、第２カスケード凝縮
部１４ｂ、第２低温カスケード配管３つｂ、第３カスケ
ード凝縮部１４Ｇ、低温液配管４３の順に流れる。そし
て、低温側膨ＩＩ！Ｉｆ１４１で膨張され、蒸発器３３
、低温吸込蒸気配管４５を通過して再び低温側圧縮１３
１に吸込まれる。蒸発器３３では低温サイクルの非共沸
混合媒体の流ｔし方向に対し、低温熱源流体が対向流的
に流されている。この時、低温熱源流体は蒸発器３３で
の熱交換時に流れ方向に温度低下を起し、また、非共沸
混合媒体は混合された単一成分媒体の沸点の相違により
流れ方向に温度上昇する。このため、蒸発器３３での熱
交換時に非共沸混合媒体と低温熱源流体との温度差を少
なくすることができ、非可逆的なエネルギ損失を抑制σ
ることかできる。同時に、非共沸混合媒体はカスケード
熱交換器における凝縮過程にＪ３いｒｊ：）温度変化す
る。この場合、第１カスケード凝縮部１４ａから第３カ
スケード凝縮部１４ｃへ第２図線分子ｐで示されるよう
に順次低くなるように温度が変化する。

一方、高温サイクル１では、高温側圧１１２ｉは７で圧
縮された作動媒体としての単一成分媒体が圧縮され、高
温吐出蒸気配管２５、凝縮器９、高温液配管２９の順に
流れ、高温側膨張機２７で膨張されてカスケード熱交換
器５の第１カスケード蒸発室１３ａに流出する。この第
１カスケード蒸発室１３ａに流入した単一成分媒体は、
その一部が蒸発されて第１高調カスケード配管１９ａか
ら第１気液分離器１５ａに流入づる。この第１気液分離
器１５ａでは気相と液相に分離され、気相は第１昌温吸
込薫気配管２３ａを介して圧力レベルの高い第１吸込ポ
ート２１ａから８潟側圧縮１ｆｉ７へ吸込まれる。第１
気液分離器１５ａで分離された法則は第１万スクード膨
１］［１７ａで膨張され、第２カスケード蒸発苗１３ｂ
に流入する。この第２カスケード蒸発１１３ｂでは第１
カスケード蒸発？ピ１３ａの場合と同様に、流入された
単一成分媒体の一部が蒸発され、第２高温カスケード配
管１１）ｂを介し、第２気液分離器１５ｂに流入する。

第２気液分離器１５ｂでは第１気液分離器１５ａの場合
ど同（工に気ａ分離が行なわれ、分離された気相は第２
高温吸込忌気配管２３ｂを介して次に１カレベルの高い
第２吸込ボート２１１）から高温側圧縮Ｒ７に吸込まれ
る。第２気液分離器１５ｂｒ分＃Ｉされた波相は、第２
カスケード膨張機１７ｂｒ：膨張され、第３カスケード
蒸発室１３ｃに流入される。この第３カスケード蒸発至
１３ｃでは流入した甲−成分媒体の全てが蒸発され、第
３高温吸込蒸気配管２３ｃを介して最も圧力レベルの低
い第３吸込ポート２１ｃから高温側圧縮１７へ吸込まれ
る。したがって、第１カスケード蒸発掌１３ａ、第２カ
スケード蒸発宇１３ｂ、第３カスケード蒸発至１３ｃ内
の圧力ＰＱ１．ＰＱ２、ＰＱ３はＰＱ　＋　＞ＰＱ　２
　＞ＰＱ　３　となる。このため、第１カスケード蒸発
室１３ａ内の温度は第２図線分子（Ｉ＋で示４ように高
く、第２カスケード蒸発室１３ｂ内の４磨は線分子ｑ２
、第３カスケード蒸発室１３ｃ内の温度は線分子Ｑ３で
示すように段階的に低くなる。従って、カスケード熱交
換器５における熱交換時に高温サイクル１側の単一成分
媒体の温度と低温サイクル３側の非共沸混合媒体の温度
との差を少なくすることができ、熱交換時の非可逆的な
１ネルギ損失の抑制を図ることができる。結果として、
低温サイクル３側に使用される非共沸混合媒体の特性を
充分に発揮しつつ装置の性能向上を図ることができる。

なお、高温サイクル１の凝縮器９を矢印Ｂのように流れ
る高温熱源流体は、例えば図示しないドラム内との間で
循環され、この凝縮器９内で蒸気を発生するように構成
されているため、凝縮器９にｄ５ける熱交換１１．７に
高温熱源流体の温度変化は−はとんど起らないようにな
っている。

第３図は第１発明の第２実施例に係り、この実施例では
カスゲート熱交換器４７が気液分酪器を兼ねているもの
である。すなわち、カスケード熱交換器４７はシェル４
９内に鉛直方向の複数の伝熱管５１を協え、この伝熱管
５１の周囲に複数（第３図Ｃは３枚）の仕切板５３で区
画された複＠（同４空）の熱交換室としての第１カスケ
ード蒸発室５５ａ乃至第４カスケード蒸発室５５（１が
区画形成されているものである。この第１カスケード薫
Ｒ，室５５ａ乃至第４カスケード蒸発ｖ５５（ｊ内の上
部には、第１液分配板５７ａ乃至第４液分配板５７（１
が設けられ、これら液分配板５７ａ乃至５７ｄと各伝熱
管５１との間には伝熱管５１に沿って液を流下させる隙
間が形成されている。

そして、高温液配管２つは第１カスケード蒸発室５５ａ
内の第１液分配板５７ａ上に接続されている。第１カス
ケード蒸発室５５ａの仕切板５３側は、第１カスケード
膨張機５９ａを介設した第１カスケード配管６１ａを介
して第２カスケード蒸発室５５ｂ内の第２液分配板５７
ｂ上に接続されている。第２カスケード蒸発室５５ｂ内
の仕切板５３側は、第２カスケード膨張１１５９ｂを介
設した第２カスケード配管６１ｂを介して第３カスケー
ド蒸発室５５ｃ内の第３液分配板５７ｃ上に接続されて
いる。第３カスケード蒸発至５５ｃ内の仕切板５３側は
、第３カスケード膨張機５９Ｃを介設した第３カスケー
ド配管６１ｃを介して第４カスケード蒸発室５５ｄ内の
第４液分配板５７ｄ上に接続されている。

一方、高温側膨張機６３は圧力レベルの異なる複数（第
３図では４個）の吸込ポートとして第１吸込ポート６５
ａ乃至第４吸込ボート６５ｄを有している。そして、第
１カスケード蒸発室５５ａは第１吸込蒸気配管６７ａを
介して第１吸込ポート６５ａに接続され、第２カスケー
ド蒸発室５５ｂは第２吸込蒸気配管６７ｂを介して第２
吸込ポー）−６５ｂに接続され、第３カスケード蒸発室
５５Ｃは第３吸込蒸気配管６７ｃを介して第３吸込ポー
ト６５ｃに接続され、第４カスケード蒸発至Ｆｉ５ｄは
第４吸込蒸気配管６７ｄを介して第４吸込ボート６５ｄ
に接続されている。他の構成は上記第１実施例とほぼ同
一であるため、同符号をもって示し説明を省略する。

そして、この実施例では高温側膨張機２７で膨張された
単一成分媒体が第１カスケード蒸発室５５ａの第１液分
配扱５７ａ上に流入し、第１液分配板５７ａ上で気液分
離される。次いで単一成分媒体の液相は第１液分配板５
７ａと各伝熱管５１との間の隙間から各伝熱管５１に沿
って流下し、その途中で一部が蒸発される。気液分離さ
れた気相とここで蒸発した単一成分媒体の気相は第１吸
込蒸気配管６７ａを介し、最も圧力レベルの高い第１吸
込ポート６５　ａから高温側圧縮ａ１６３に吸込まれる
。第１カスケード蒸発室５５ａ内の液相は第１カスケー
ド配管６１ａを通って第１カスケード膨ｊ＆機５９ａで
膨張され、第２カスケード蒸光室５５１）内の未蒸発の
液相は第２液分配板５７１」上に流入ｄれる。上記と同
様の作用により第２カスケード蒸発室５５ｂ内の気相は
第２吸込黒気配管６７ｂを介し、次に圧力レベルの高い
第２吸込ボート６５ｂから高温側圧縮機６３に吸込まれ
る。第２カスケード蒸発ｖ５５ｂ内の液相は第２カスケ
ード配管６１ｂを通り、第２カスケード膨張１５９１）
Ｔ：Ｉ！！脹され、第３カスケード蒸発室５５Ｃ内の第
３液分配板５７ｃ上に流入される。上記と同様の作用に
より第３カスケード蒸発室５５０内の気相は第３吸込蒸
気配管６７ｃを介し、次に圧力レベルの高い第３吸込ポ
ート６３ｃから高温側圧縮機６３に吸込まれる。第３カ
スケード蒸発室５５Ｃ内の液相は第３カスケード配管６
１ｃを通り第３カスケード膨張機５９Ｃで膨張され、第
４カスケード蒸発室５５ｄ内の第４液分配板５７ｄ上に
流入される。この第４カスケード蒸発室５５ｄ内では未
蒸発液の全てが蒸発され、第４吸込蒸気配管６７ｄを介
し、圧力レベルの最も低い第４吸込ポート６５ｄから高
温側圧縮機６３に吸込まれる。したがって、第１カスケ
ード蒸発室５５ａ、第２カスケード蒸発室５５ｂ１第３
カスケード藤光蛮５５Ｃ，第４カスケード蒸発室５５ｄ
内の各Ｌｆ；／）ＰＱ＋　、ＰＱ２　、ＰＱ３　、ＰＱ
４はＰＱ　＋　＞ＰＱ　２　＞ＰＱ　３　＞ＰＱ　４と
なる。このため、第１カスケード蒸発室５５ａ内の温度
は第４−図線分子Ｑ＋　で示すように高く、第２カスケ
ード蒸発：ｆｆ１５５ｂ内の温度は線分子Ｑ２、第３カ
スケード蒸発室５５Ｃ内の温度は線分子ｑ３、第４カス
ケード蒸発室５５ｄ内の温度は線分子Ｑ４で示すように
段階的に低くなる。したがって、第１実施例の場合とほ
ぼ同様にカスケード熱交換器４７での熱交換時の非可逆
的なエネルギ損失の抑制を図ることができる。

第５図は第１発明の第３実施例に係り、カスケード熱交
換器６つがシェルフ１内に伝熱管７３を右し、仕切板７
５で第１カスケード蒸発苗７７ａ乃至第３カスケード蒸
発室７７ｃが区画形成されたものである。第１カスケー
ド蒸発室７７ａ乃至第３カスケード蒸発室７７ｃは、高
温側圧縮機７の第１吸込ポート２１ａ乃至第３吸込ポー
ト２１Ｃにそれぞれ接続されている。また、一端が凝縮
器９に接続された高温液配管２つの他端は、第１高温側
膨張機７９ａ乃至第３　＋ｆｌ温側膨服機７９ｃを介し
、第１カスケード蒸発室７７ａ乃至第３カスケード蒸発
室７７ｃに接続されＣいる。他の構成は上記第１実施例
とほぼ同一であるため、同符号をもって示し説明を省略
する。

第６図は第２発明の実施例に係り、カスケード熱交換器
８１の構成は第１発明の第２実施例とほぼ同一であり、
ただ第２発明のカスケード熱交換器８１は、第１発明の
第２実施例に係る第１カスケード配管６１ａ乃至第３カ
スケード配管６１ｃ及び第１カスケード膨張機５９ａ乃
至第３カスケード膨張機５９ｃに相当するものが設けら
れていない。そして、高温側圧縮機８５の吐出側には圧
力レベルの異なる複′ｉ！Ｉ（第６図では４ｇ＞の吐出
ポートとして第１吐出ポート８７ａ乃至第４吐出ポート
８７ｄｔｆｉ設けられている。凝縮器８９は仕切板９１
で区画され１ｃ複数（第６図では４室）の第１凝縮至９
３ａ乃至第４凝縮室９３ｄを有している。この第１凝ｗ
６蜜９３ａ乃至第４凝縮室９３ｄは、第１叶出然気配管
９５ａＰＪ至第４吐出蒸気配管９５（Ｊを介し、前記第
１吐出ポート８７ａ乃至第４吐出ポート８７ｄに接続さ
れている。また、第１凝Ｋｎ室９３ａ乃至第４凝縮室９
３ｄは第１高温側膨張ｎ９７ａ乃至第４高温側膨張機９
７ｄを介設しＩζ第１高温液配管９９ａ乃至第４高温液
配＠９９ｄを介して前記第１カスケード蒸発空５５ａ乃
至第４カスケード蒸発？　５５　ｄにそれぞれ接続され
ている。また、高温側圧縮機８５の吸込側は圧力レベル
の異なる複数（第６図では４個）の吸込ポートとしＣ第
１吸込ポート１０１ａ乃至第４吸込ポート１０１ｄを有
している。そして、この第１吸込ポート１０１ａ乃至第
４吸込ポート１０１ｄは、第１高温吸込蒸気配管１０３
ａ乃至第ｔ１高召吸込蒸気配管１０３ｄを介し、カスケ
ード熱交換器８１の第１カスケード蒸発室５５ａ乃至ゐ
〕４カスケード蒸発Ｙ　５５　ｄに各別に接続されてい
るらのである。他の構成は第１発明の第２実施例とほぼ
同一（゛あるＩこめ、同符号をもって示し説明を都Ｉる
。

そして、この実施例では第１凝縮’Ｗ９３ａ、第２凝縮
室９３ｂ、第３凝縮室９３Ｃ，第４凝縮至９３ｄの圧力
ｐｃ、１　、ＰＱ２　、ＰＱ３　、ＰＱ４が、Ｐｃ　＋
　＜Ｐｃ　２　＜ｐｃ　３　＜Ｐｃ　４となる。したが
って、第１凝縮室９３ａ乃至第４凝縮至９３ｄ内の温度
は第７図線分子Ｃ＋乃至Ｔｅ３で示されるように段階的
に高くなり、線分子すで示される凝縮器８９での熱交換
時にあける高温熱源流体の温度上昇に対応させることが
できる。このため、両者の温度差が少なくなり、熱交換
時における非可逆的なエネルギ損失の抑制を図ることが
できる。

また、第１高温側膨張機９７ａ乃至第４高温側膨張機９
７ｄで膨張された単一作動媒体は第１カスケード蒸発室
５５ａ乃至第４カスケード蒸発室５５ｄへ各別に流入さ
れる。第１カスケード蒸発室５５ａ乃至第４カスケード
蒸発室５５ｄでは流入された媒体が各別に蒸発される。

第１カスケード蒸発空５５ａからは第１高温吸込蒸気配
管１０３ａを介して圧力レベルの最も高い第１吸込ポー
ト１０１ａから高温側圧縮機８５へ吸込まれ、第２ｈス
ケート然発掌５５ｂからは第２高温吸込蒸気配管１０３
ｂ４！：介して圧力レベルの次に高い第２吸込ポート１
０１ｂから、第３カスケード蒸発室５５ｃからは第３高
温吸込蒸気配管１０３ｃｍを介して圧力レベルの次に高
い第３吸込ポート１０１Ｃから、第４カスケード蒸発室
５５ｄからは第４高温吸込蒸気配管１０３ｄを介して圧
力レベルの最も低い第４吸込ポート１０１ｄからそれぞ
れ高温側圧縮機８５へ吸込まれる。従って、第１カスケ
ード蒸発室５５ａ乃至第４カスケード蒸発室５５ｄ内の
圧力ＰＱ＋　、ＰＱ２　、ＰＱ３　、ＰＱ４はＰＱＩ＞
ＰＱ２ン−ＰＱ３　＞ＰＱ　４となる。このため、第１
カスケード蒸発室５５ａ乃至第４カスケード蒸発室５５
内の温度は、第７図線分子Ｑ＋乃至ＴＱ、＋で示される
ように段階的に低くなっており、熱交換時における非可
逆的なエネルギ損失の抑制が図られている。したがって
、この実施例では高温熱源流体が熱交換により温度変化
するような場合でも、性能の向上を図ることができる。

なお、各発明は上記実施例に限定されない。例えば冷凍
機に応用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の第１実施例に係るサイクル構成図、
第２図は同作用説明図、第３図は第１発明の第２実施例
に係るサイクル構成図、第４図は同作用説明図、第５図
は第１発明の第３実施例に係るサイクル構成図、第６図
は第２発明の実施例に係るサイクル構成図、第７図は同
作用説明図、第８図は従来例の作用説明図である。 １・・・高温サイクル、３・・・低温サイクル、５．４
７．６９．８１・・・カスケード熱交換器、７．６３゜
８５−・・高温側圧縮機（圧＄１！＞　、１３ａ　、５
５ａ　。 ７７ａ・・・第１カスケード蒸発室（熱交換室）、１３
ｂ　、５５ｂ　、７７ｂ・・・第２カスケード蒸発室（
熱交換室＞、１３ｃ　、５５ｃ　、７７ｃ・・・第３カ
スケード蒸発室（熱交換室）、５５ｄ・・・第４カスケ
ード蒸発室（熱交換室＞、２１ａ　、６５ａ　、１０１
ａ・・・第１吸込ポート（吸込ポート）、２１ｂ。 ６５ｂ、１０１ｂ・・・第２吸込ボート（吸込ポート）
、２１ｃ　、６５ｃ　、１０１ｃ・・・第３吸込ポート
（吸込ボート＞、６５ｄ　、１０１ｄ・・・第４吸込ポ
ート（吸込ボート）、８７ａ・・・第１吐出ポート（吐
出ボート）、８７ｂ・・・第２吐出ポート（吐出ボート
）、８７ｃ・・・第３吐出ポート（吐出ボート）、８７
ｄ・・・第４吐出ボート（吐出ボート）、８９・・・凝
縮器、９３ａ・・・第１凝縮掌（凝縮室）、９３ｂ・・
・第２凝縮室（凝縮室）、９３Ｃ・・・第３凝縮室（凝
縮室）、９３ｄ・・・第４凝縮室（凝縮室）。 第１図 第２ｗ　　　　　　　　　　第４図 第７ｗｆ　　　　　　　　　　第８図 ｒ〜メジ中　　　　　　　　　　　　　　　で代′船τ
Ａ 第５ｍ ＡＪ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に封入された単一成分媒体を圧縮する圧縮機
   と単一成分媒体を凝縮させる凝縮器とを備えた高温サイ
   クルと、非共沸混合媒体を封入した低温サイクルと、低
   温サイクルと高温サイクルとを結合し両者間で熱交換を
   行なわせるカスケード熱交換器とよりなるカスケード結
   合ヒートポンプ装置において、前記カスケード熱交換器
   が複数の熱交換室を有し、前記圧縮機の吸込側が圧力レ
   ベルの異なる複数の吸込ポートを有し、前記複数の熱交
   換室と複数の吸込ポートとを接続したことを特徴とする
   カスケード結合ヒートポンプ装置。
2. （２）内部に封入された単一成分媒体を圧縮する圧縮機
   と単一成分媒体を凝縮させる凝縮器とを備えた高温サイ
   クルと、非共沸混合媒体を封入した低温サイクルと、低
   温サイクルと高温サイクルとを結合し両者間で熱交換を
   行なわせるカスケード熱交換器とよりなるカスケード結
   合ヒートポンプ装置において、前記カスケード熱交換器
   が複数の熱交換室を有し、前記凝縮器が複数の凝縮室を
   有し、前記圧縮機の吐出側と吸込側とが圧力レベルの異
   なる複数の吐出ポートと吸込ポートとを有し、前記複数
   の吐出ポート、吸込ポートと凝縮室と熱交換室とを接続
   したことを特徴とするカスケード結合ヒートポンプ装置
   。