(57)【要約】【課題】  本発明の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムは、目的とする例えば冷蔵庫に付設される冷却配管に関しては、潤滑油成分の混入と、その結果不可避だった潤滑油成分を排除するための保守作業とに対する配慮を必要としないヒートポンプシステムを提供することを課題とした。【解決手段】  本発明の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムは、圧縮機１３と凝縮器１４と蒸発器１７とを具えて成るヒートポンプシステム源１０と、目的とする熱交換を行うヒートサイクルシステム２０とが組み合わされて成り、前記ヒートポンプシステム源１０からヒートサイクルシステム２０へは、中継熱交換器２１を介して目的とする熱伝達がされ、且つヒートサイクルシステム２０は圧縮機を組み込まず、熱媒体の液ヘッド差と循環ポンプ２４による圧送とのいずれか一方または双方により熱媒体Ｍ３の循環が行われることを特徴とする。【選択図】図２
2005140349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と凝縮器と蒸発器とを具えて成るヒートポンプシステム源と、目的とする熱交換を行うヒートサイクルシステムとが組み合わされて成り、前記ヒートポンプシステム源からヒートサイクルシステムへは、中継熱交換器を介して目的とする熱伝達がされ、且つヒートサイクルシステムは圧縮機を組み込まず、熱媒体の液ヘッド差と循環ポンプによる圧送とのいずれか一方または双方により熱媒体の循環が行われることを特徴とする潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記ヒートサイクルシステムにおける目的とする熱交換は周辺雰囲気の冷却であることを特徴とする請求項１記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記ヒートサイクルシステムにおける目的とする熱交換は周辺雰囲気の加熱であることを特徴とする請求項１記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記ヒートポンプシステム源は、高元側と低元側との二元のヒートポンプシステムが組み合わされていることを特徴とする請求項１、２または３記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプシステムに関するものであって、特に目的とする冷却や加熱等の熱交換を行うにあたり、装置系内における潤滑油混入に起因する不具合の発生を回避することができるようにしたヒートポンプシステムの改良に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば超低温冷蔵庫等の冷蔵システムは、ヒートポンプシステムにおける蒸発器を例えば天井コイルとして冷蔵庫の上部に配し、ここに冷媒を圧縮機により循環供給して冷蔵庫内の室内空気の冷却を図っている（特許文献１）。ところでこのような冷却（冷凍）システムでは、熱媒体たる冷媒は必ず圧縮機による圧縮を受けながら循環するものであり、このため圧縮機の作動に不可欠な潤滑油が微量ずつではあるが、冷媒中に混入してしまうことは免れ得ない。
【０００３】
当然ながらこの潤滑油の混入が限界に近付くにつれ、本来の冷却に寄与する熱媒体の量は相対的に減ることとなり、その効率低下は免れ得ない。加えて潤滑油が超低温雰囲気を呈している冷凍サイクル内に入った場合には、流動状態は失われ、グリース状となって冷凍サイクルの配管を詰まらせ、冷媒の循環そのものを阻害してしまうという結果をもたらす。特にこのような潤滑油による経路の詰まりは天井コイル等の蒸発器において顕著である。
【０００４】
このため従来は定期的に保守を行い、例えば管路内に潤滑油の溶剤と吹き飛ばし用の圧搾空気等を送り込み、配管内に混入した潤滑油成分の除去を行わなければならなかった。当然ながらこの作業を行うためには冷凍サイクルの運転そのものを止めることとなるから、冷凍庫内の冷凍雰囲気の維持も一旦休止された状態となってしまう。この結果冷凍庫内の保管条件や雰囲気が変化し、結果的に被保管物の品質の劣化等を引き起こすこととなる。
【特許文献１】特開平９−２１５８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、圧縮機を用いる限りは冷却サイクル内への潤滑油成分の混入は不可避ではあるものの、少なくとも目的とする例えば冷蔵庫に付設される冷却配管に関しては、潤滑油成分の混入と、その結果不可避だった潤滑油成分を排除するための保守作業とに対する配慮を必要としないヒートポンプシステムを提供することを課題としたものである。
因みにヒートポンプシステムは、それ自体凝縮器の作用、蒸発器の作用いずれを目的作用として利用するかで冷却、加熱双方に利用できるものであるから、冷却装置あるいは加熱装置いずれにしても本発明の技術的思想に包含されるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち請求項１記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムは、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを具えて成るヒートポンプシステム源と、目的とする熱交換を行うヒートサイクルシステムとが組み合わされて成り、前記ヒートポンプシステム源からヒートサイクルシステムへは、中継熱交換器を介して目的とする熱伝達がされ、且つヒートサイクルシステムは圧縮機を組み込まず、熱媒体の液ヘッド差と循環ポンプによる圧送とのいずれか一方または双方により熱媒体の循環が行われることを特徴として成るものである。
【０００７】
また請求項２記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムは、前記請求項１記載の要件に加え、前記ヒートサイクルシステムにおける目的とする熱交換は周辺雰囲気の冷却であることを特徴として成るものである。
【０００８】
更にまた請求項３記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムは、前記請求項１記載の要件に加え、前記ヒートサイクルシステムにおける目的とする熱交換は周辺雰囲気の加熱であることを特徴として成るものである。
【０００９】
更にまた請求項４記載の潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムは、前記請求項１、２または３記載の要件に加え、前記ヒートポンプシステム源は、高元側と低元側との二元のヒートポンプシステムが組み合わされていることを特徴として成るものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、目的とする例えば冷却配管内には少なくとも潤滑油混入がなく、従来の手法に比べて安定した運転状況が得られる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、冷却装置において潤滑油混入の不都合が顕在化するものであるが、この不都合に対する保守点検作業を含めた対応が従来に比べ安定したものとなる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、加熱装置、暖房装置においても目的とするヒートサイクルシステム内には潤滑油成分が存在しないから、安定した運転が可能となる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、ヒートポンプシステム源を二元のヒートポンプシステム源としたことによって、より厳しい要求の温度範囲での運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に記載されたものであるとともに、更にそこに開示された技術思想の範囲内での種々のバリエーションによりもたらされるものである。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明たる潤滑油混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステム１を組み込んだ倉庫Ｂを概略的に示すものであり、倉庫Ｂは多数のラックＬ等にコンテナＣ等を格納して、目的とする例えば冷却を行う。以下まず実施例１の説明では、この倉庫Ｂを冷蔵倉庫とし、ヒートポンプシステム１の作用をこの倉庫Ｂの冷却を行うためのシステムとして説明する。
【００１６】
まずヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ構造を適用したヒートポンプシステム源１０と、倉庫Ｂ内に直接作用して目的とする作用（以下述べる実施例１では冷却作用）を行うヒートサイクルシステム２０との組み合わせによって構成されている。ヒートポンプシステム源１０は、好ましい実施例としては、一例として高元側のヒートポンプシステム１１と、低元側のヒートポンプシステム１２とを組み合わせたものであり、それぞれヒートポンプシステムであることから、圧縮機１３及び凝縮器１４、受液器１５、絞り弁１６を主要構成部材として具える。なおそれぞれの熱媒体を熱媒体Ｍ１、Ｍ２として示す。
【００１７】
更にこれらの高元側ヒートポンプシステム１１と低元側ヒートポンプシステム１２とについて更に詳しく述べると、高元側ヒートポンプシステム１１における蒸発器１７Ａ（以下両ヒートポンプシステムにおける圧縮機１３、凝縮器１４、受液器１５、絞り弁１６、蒸発器１７を区別して説明する必要のある場合には、高元側ヒートポンプシステム１１における圧縮機を１３Ａ、凝縮器を１４Ａ、受液器を１５Ａ、絞り弁を１６Ａ、蒸発器を１７Ａとし、低元側ヒートポンプシステム１２においては、圧縮機を１３Ｂ、凝縮器を１４Ｂ、受液器を１５Ｂ、絞り弁を１６Ｂ、蒸発器を１７Ｂとして説明する）は、その部位において周辺雰囲気を冷却するものであり、この機構は実質的にカスケードコンデンサ１８の機構を用い、熱交換される低元側ヒートポンプシステム１２としては凝縮器１４Ｂが実質的にカスケードコンデンサ１８の一部となるのである。そして熱媒体Ｍ２は、蒸発器１７Ｂにおいてヒートサイクルシステム２０と連係する。
【００１８】
以下ヒートポンプシステム源１０とヒートサイクルシステム２０との関連について説明する。まずヒートサイクルシステム２０は、熱媒体Ｍ３の循環管路Ｐにより構成されるものであり、ここには中継熱交換器２１を具え、このものにおける冷熱源側が低元側ヒートポンプシステム１２の蒸発器１７Ｂを含んで構成されている。更にこの循環管路Ｐにはサージタンク２２と循環ポンプ２４、目的熱交換器２５たる天井コイルが組み込まれている。そして循環管路Ｐ内の液状となっている熱媒体Ｍ３は、循環ポンプ２４の作用により圧送されるものであって、サージタンク２２から目的熱交換器２５に至り、サージタンク２２を経由して中継熱交換器２１に戻る。
【００１９】
本発明は以上述べたような具体的な冷却装置としての構成を有するものであり、次のような保守作業がなされる。まずヒートポンプシステム源１０においては、定常運転することにより、この実施例では高元側ヒートポンプシステム１１における蒸発器１７Ａの冷却エネルギーがカスケードコンデンサ１８を介して低元側ヒートポンプシステム１２における凝縮器１４Ｂに伝えられる。そして熱媒体Ｍ２を凝縮液化して受液器１５Ｂに貯留し、その後、絞り弁１６Ｂを介して蒸発器１７Ｂに送る込むのである。この蒸発器１７Ｂは実質的に中継熱交換器２１の与熱源であり、この冷却雰囲気をヒートサイクルシステム２０内の熱媒体Ｍ３に与える。これによって液化した熱媒体Ｍ３は、サージタンク２２から循環ポンプ２４を経て、天井コイル等として構成された目的熱交換器２５に至り、ここで目的とする冷却作用を行う。更にこの結果、熱負荷が与えられて気化してきた熱媒体Ｍ３は、中継熱交換器２１に至り、ここで再度冷却され、液化した状態でサージタンク２２内に貯留される。その後再び例えば液ヘッド差と循環ポンプ２４との作用により目的熱交換器２５に送り込まれ、所定の冷却作用を行うのである。
【００２０】
このときヒートサイクルシステム２０について注目すると、このものは循環ポンプ２４のみを具えているものであり、実用上循環ポンプは単なる機械的可動部分としては回転軸のみであり、これ自体機械作動のための潤滑油をほとんど不要としていない。たとえまた必要としたとしても熱媒体Ｍ３が通過するポンプ室内には潤滑油の混入は完全に防止し得るシール部材が実用化されている。このため熱媒体Ｍ３には一切潤滑油の混入はなく、目的熱交換器２５は常に安定した状態で熱媒体Ｍ３の循環を受け入れているのである。
【００２１】
一方ヒートポンプシステム源１０においては、圧縮機１３を不可欠としているから、当然ながら従来から問題となっている熱媒体Ｍ１またはＭ２内への潤滑油の混入は技術改良の結果、少なくなったとはいえ皆無とはなり得ていない。しかしながらこの場合であっても例えばその熱媒体Ｍ２が循環するシステム経路全体あるいは凝固状態の潤滑油の堆積による不都合が顕在化している蒸発器１７の周辺を集中的に管路洗浄することが可能である。もちろんこの間にはその前後の管路をバルブ等で遮断してその部分に設けたジョイント等を取り外して内部の洗浄作業を行うのである。もちろんこの保守点検作業の間は中継熱交換器２１の作用は期待できないものであるが、その作業自体実際に行う範囲では目的熱交換器２５の蓄熱状態あるいは倉庫Ｂ全体の蓄熱状態から実用に支障となるほどの温度変化は生じないのである。
【実施例２】
【００２２】
本発明はヒートポンプシステム源１０を用いており、当然ながら凝縮器１４の作用に着目すれば、ここでは放熱状態すなわち加熱状態が得られているものであるから、凝縮器１４側の作用を利用するとすれば目的とする作用を加熱機として用いることができる。なおヒートポンプシステム源１０を二元ヒートポンプシステムとしているが、単元のものであってもよい。また高元側ヒートポンプシステム１１と低元側ヒートポンプシステム１２の熱交換を行うものとしてカスケードコンデンサ１８を適用したが、これ以外のタイプの熱交換器であってももとより差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用した倉庫を骨格的に示す縦断側面図である。
【図２】本発明の潤滑油の混入に起因する不具合を排除したヒートポンプシステムを示す。
【符号の説明】
【００２４】
１        ヒートポンプシステム
１０      ヒートポンプシステム源
１１      高元側ヒートポンプシステム
１２      低元側ヒートポンプシステム
１３      圧縮機
１３Ａ    高元側ヒートポンプシステムの圧縮機
１３Ｂ    低元側ヒートポンプシステムの圧縮機
１４      凝縮器
１４Ａ    高元側ヒートポンプシステムの凝縮器
１４Ｂ    低元側ヒートポンプシステムの凝縮器
１５      受液器
１５Ａ    高元側ヒートポンプシステムの受液器
１５Ｂ    低元側ヒートポンプシステムの受液器
１６      絞り弁
１６Ａ    高元側ヒートポンプシステムの絞り弁
１６Ｂ    低元側ヒートポンプシステムの絞り弁
１７      蒸発器
１７Ａ    高元側ヒートポンプシステムの蒸発器
１７Ｂ    低元側ヒートポンプシステムの蒸発器
１８      カスケードコンデンサ
２０      ヒートサイクルシステム
２１      中継熱交換器
２２      サージタンク
２４      循環ポンプ
２５      目的熱交換器
Ｂ        倉庫
Ｃ        コンテナ
Ｌ        ラック
Ｍ１      熱媒体
Ｍ２      熱媒体
Ｍ３      熱媒体
【図１】
2005140349.tif 000003
【図２】
2005140349.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月5日(2003.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005140349.tif 000005