JP2003064352A

JP2003064352A - 混合作動流体、および冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2003064352A
Application number: JP2001258563A
Authority: JP
Inventors: Noriho Okaza; 典穂岡座; Shozo Funakura; 正三船倉; Fumitoshi Nishiwaki; 文俊西脇
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-05
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP5008235B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒートポンプ給湯器などの高温加熱用途に用
いられる冷凍サイクル装置により適した冷媒が必要であ
った。【解決手段】（１）プロパン、およびプロピレンの内
の少なくとも一つと、（２）エタンとを含む混合作動流
体であって、エタンは、実質的に５０重量％以上である
混合作動流体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば冷凍サイ
クル装置用冷媒として利用される混合作動流体、および
冷凍サイクル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、
必要に応じて四方弁、放熱器（または凝縮器）、キャピ
ラリーチューブや膨張弁等の減圧器、蒸発器、等を配管
接続して冷凍サイクルを構成し、その内部に冷媒を循環
させることにより、冷却または加熱作用を行っている。

【０００３】これらの冷凍サイクル装置における冷媒と
しては、フロン類（フロン類はＲ○○またはＲ○○○と
記すことが、米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格により規定され
ている。以下、Ｒ○○またはＲ○○○と示す）と呼ばれ
るメタンまたはエタンから誘導されたハロゲン化炭化水
素が知られている。

【０００４】上記のような冷凍サイクル装置用冷媒とし
てはＲ２２（クロロジフルオロメタン、ＣＨＣｌＦ₂、
沸点−４０．８℃、臨界温度９６．２℃、臨界圧力４．
９９ＭＰａ）などが用いられてきた。このＲ２２は塩素
と水素を含むフッ化炭化水素類（ＨＣＦＣ冷媒）であ
り、成層圏オゾン破壊能力があるため、すでにモントリ
オール議定書によって使用量及び生産量の規制が決定さ
れている。

【０００５】近年、冷凍サイクルを利用した加熱機器の
一つであるヒートポンプ給湯器の分野では、Ｒ２２の代
替冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ₂、Ｒ７４４、沸点−
７８．４℃、臨界温度３１．１℃、臨界圧力７．３８Ｍ
Ｐａ）が注目されつつある。例えば、斉川、橋本、ヨハ
ネス著の第３４回日本伝熱シンポジウム講演論文集Ｐ５
０５（１９９７）には、ＣＯ₂を用いた冷凍サイクル装
置では、凝縮過程を含まない遷臨界サイクルとなりうる
こと、超臨界域を使用することで、低温の水を高温に加
熱するヒートポンプ給湯器に適していることが報告され
ている。

【０００６】ＣＯ₂は、地球環境問題においても、成層
圏オゾンを破壊せず、地球温暖化に対する影響を示す地
球温暖化係数（以下ＧＷＰと記す）は１で、Ｒ２２のＧ
ＷＰの１５００と比較すると格段に小さい、優れた冷媒
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＯ₂
は、Ｒ２２に比べて動作圧力が２〜５倍も高く、冷凍サ
イクル装置に用いる場合などには、冷凍サイクル装置を
構成する熱交換器や圧縮機の耐圧性確保、および圧縮機
のシール性確保が困難である。

【０００８】また、ＣＯ₂は、Ｒ２２に比べて吐出温度
が高く、圧縮機用潤滑油を劣化させる恐れがある。

【０００９】さらに、ＣＯ₂は、ナフテン系やパラフィ
ン系の鉱油、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステ
ル油、ポリアレキレングリコール油、カーボネート油、
等の圧縮機用潤滑油と一定の温度範囲では溶解するが、
運転状態の広い温度域においては必ずしも完全溶解しな
いし、圧縮機用潤滑油との任意の混合割合において必ず
完全溶解するわけではない。すなわち、ＣＯ₂は、共存
する圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンの確保
が困難である。

【００１０】本発明は、上記従来のこのような課題を考
慮し、たとえば、ヒートポンプ給湯器などの高温加熱用
途に用いられる冷凍サイクル装置により適した混合作動
流体、および冷凍サイクル装置を提供することを目的と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第一の本発明（請求項１
に対応）は、（１）プロパン、およびプロピレンの内の
少なくとも一つと、（２）エタンとを含む混合作動流体
であって、前記エタンは、実質的に５０重量％以上であ
る混合作動流体である。

【００１２】第二の本発明（請求項２に対応）は、前記
エタンは、実質的に６０重量％以下である第一の本発明
の混合作動流体である。

【００１３】第三の本発明（請求項３に対応）は、
（１）シクロプロパン、イソブタン、およびブタンの内
の少なくとも一つと、（２）ジフルオロメタンとを含む
混合作動流体であって、前記ジフルオロメタンは、実質
的に７０重量％以上である混合作動流体である。

【００１４】第四の本発明（請求項４に対応）は、前記
ジフルオロメタンは、実質的に９０重量％以下である第
三の本発明の混合作動流体である。

【００１５】第五の本発明（請求項５に対応）は、第一
または第二の本発明の混合作動流体を冷媒として用いる
冷凍サイクル装置である。

【００１６】第六の本発明（請求項６に対応）は、動作
時における高圧側圧力は、前記混合作動流体の臨界圧力
以上である第五の本発明の冷凍サイクル装置である。

【００１７】第七の本発明（請求項７に対応）は、鉱油
および／またはアルキルベンゼン油を圧縮機用潤滑油と
して用いる第五の本発明の冷凍サイクル装置である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態について、図面を参照しつつ説明を行う。

【００１９】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おける混合作動流体は、（１）エタン（ＣＨ₃−ＣＨ₃、
Ｒ１７０、沸点−８８．８℃、臨界温度３２．１８℃、
臨界圧力４．８７ＭＰａ）と、（２）プロピレン（ＣＨ
₃−ＣＨ＝ＣＨ₂、Ｒ１２７０、沸点−４７．７℃、臨界
温度９２．４２℃、臨界圧力４．６７ＭＰａ）、また
は、プロパン（ＣＨ₃−ＣＨ₂−ＣＨ₃、Ｒ２９０、沸点
−４２．１℃、臨界温度９６．７℃、臨界圧力４．２５
ＭＰａ）の二つの内の何れかからなる２成分系の作動流
体である。本実施の形態における混合作動流体を冷凍サ
イクル装置の冷媒として用いる場合の優れた特性を以下
に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】（表１）は、エタン（Ｒ１７０）とプロピ
レン（Ｒ１２７０）からなる２成分系の、エタン（Ｒ１
７０）が３０重量％から１００重量％の混合作動流体
（１００重量％はエタン（Ｒ１７０）単一冷媒）の冷凍
性能を、ＣＯ₂単一冷媒と比較したものである。

【００２２】冷凍性能は、放熱器（または凝縮器）にお
いて冷媒と熱交換する外部流体（例えば水）側の条件と
しては、放熱器（または凝縮器）入口温度を５℃、放熱
器（または凝縮器）出口温度を８５℃とし、冷媒側の条
件としては、蒸発器の蒸発温度を０℃、放熱器（または
凝縮器）出口温度を１０℃、放熱器（または凝縮器）に
おける外部流体（例えば水）と冷媒との最小温度差が５
ｄｅｇとなるように放熱器（または凝縮器）の高圧側圧
力を制御して測定したものである。なお、この条件は、
ヒートポンプ給湯器などの冷凍サイクル装置において、
５℃の外部流体（例えば水）を８５℃まで加熱する場合
を想定したものである。

【００２３】このような混合作動流体を利用した冷凍サ
イクル装置において、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）単一
冷媒より沸点の高いプロピレン（Ｒ１２７０）を混合す
ることによって、高圧側圧力、低圧側圧力を低減でき
る。高圧側圧力の低下度合いは低圧側圧力の低下度合い
よりも大きく、特に４０重量％以上のプロピレン（Ｒ１
２７０）を混合することにより、ＣＯ₂単一冷媒の高圧
側圧力と比較して、約１／２以下に圧力を低減できる。

【００２４】また、４０重量％以上のプロピレン（Ｒ１
２７０）を混合することにより、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１
７０）単一冷媒と比較して、成績係数が向上できる。

【００２５】エタンとプロピレン（Ｒ１２７０）の２成
分系においては共沸様混合物は構成せず、蒸発温度勾配
を有する非共沸混合物となる。しかし、５０重量％以下
のプロピレン（Ｒ１２７０）を混合した混合物では、蒸
発温度勾配はほぼ１０ｄｅｇ以下であり、非共沸性が小
さく、冷凍サイクル装置での使用に際し、蒸発器への霜
の付着などの問題が生じにくい、扱いやすい冷媒であ
る。

【００２６】なお、（表１）の蒸発温度勾配は、蒸発器
の配管中の圧力損失を補正したものである。また、ＣＯ
₂単一冷媒に対する吐出温度を低減する効果は、４０重
量％以上５０重量％以下のプロピレン（Ｒ１２７０）を
混合した混合物では、約１０ｄｅｇ程度ある。

【００２７】エタン（Ｒ１７０）とプロピレン（Ｒ１２
７０）の２成分系において、高圧側圧力の低減、成績係
数の向上、蒸発器温度勾配、吐出温度の低減の効果を総
合的に鑑みると（すなわち、高温加熱用途に適した混合
割合を特定すると）、略５０重量％以上のエタン（Ｒ１
７０）を含む混合物が望ましく、さらに望ましくは、略
６０重量％以下のエタン（Ｒ１７０）を含む混合物が望
ましい。

【００２８】以上の効果は、プロピレン（Ｒ１２７０）
と同様にＣＯ₂やエタンより沸点、臨界温度が高く、プ
ロピレン（Ｒ１２７０）と同程度の沸点、臨界温度を有
するプロパン（Ｒ２９０）を混合する場合にも同様の効
果を奏するものである。

【００２９】さらに、エタン（Ｒ１７０）、プロピレン
（Ｒ１２７０）、プロパン（Ｒ２９０）の炭化水素類
は、ＣＯ₂単一冷媒と異なり、鉱油および／またはアル
キルベンゼン油等の圧縮機用潤滑油と化学構造が近いた
めに、運転状態の広い温度域において溶解性に優れ、圧
縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンを確保するこ
とが容易である。

【００３０】また、プロピレン（Ｒ１２７０）、プロパ
ン（Ｒ２９０）の臨界温度は、ＣＯ ₂やエタン（Ｒ１７
０）単一冷媒の臨界温度よりも高いため、これらの炭化
水素類を混合した混合物の臨界温度は、ＣＯ₂やエタン
（Ｒ１７０）単一冷媒の臨界温度以上の臨界温度をもつ
ことになる。したがって、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）
単一冷媒を用いた冷凍サイクル装置では、凝縮過程を含
まない遷臨界サイクルとなりうるのに対して、炭化水素
類を混合した混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装
置では、温度条件によっては凝縮過程を含む亜臨界サイ
クルを構成することも可能である。

【００３１】なお、ヒートポンプ給湯器等の高温加熱用
途の冷凍サイクル装置で、亜臨界サイクルとなる場合に
は、凝縮過程での温度勾配がない場合より、ある場合の
方が凝縮器での熱交換効率が向上するといったメリット
を有する。このため、本実施の形態において特定した高
温加熱用途に適した混合割合は、非共沸混合組成となる
混合割合を含んでいるものである。

【００３２】したがって、かかるエタン（Ｒ１７０）と
プロピレン（Ｒ１２７０）、または、プロパン（Ｒ２９
０）からなる混合物は、高温加熱用途の冷凍サイクル装
置の冷媒として用いる場合に優れた特性を示し、実用上
の機器課題を解決できるものである。さらにこれらの混
合物は、成層圏オゾン層に及ぼす影響がなく、ＧＷＰが
ほとんどない炭化水素類のみから構成されるため、地球
温暖化に対する影響はほとんどないものである。

【００３３】また、エタン（Ｒ１７０）、プロピレン
（Ｒ１２７０）、プロパン（Ｒ２９０）の炭化水素類
に、主たる成分となる炭化水素類に対して他の炭化水素
類が若干量含有されていても何ら問題ないものである。

【００３４】また、これらの混合物に対して、漏洩検知
用にメチルメルカプタンやテトラヒドロチオフェンを主
成分とする着臭剤が微少量含まれていても問題ないもの
である。

【００３５】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おける混合作動流体は、（１）ジフルオロメタン（ＣＨ
₂Ｆ₂、Ｒ３２、沸点−５１．７℃、臨界温度７８．１
℃、臨界圧力５．７８ＭＰａ）と、（２）シクロプロパ
ン（Ｃ₃Ｈ₆、ＲＣ２７０、沸点−３２．９℃、臨界温度
１２５．２℃、臨界圧力５．５８ＭＰａ）、または、イ
ソブタン（ｉ−Ｃ ₄Ｈ₈、Ｒ６００ａ、沸点−１１．６
℃、臨界温度１３４．７℃、臨界圧力３．６４ＭＰ
ａ）、または、ブタン（ｎ−Ｃ₄Ｈ₈、Ｒ６００、沸点−
０．５℃、臨界温度１５２．０℃、臨界圧力３．８０Ｍ
Ｐａ）の三つの内の何れかからなる２成分系の作動流体
である。本実施の形態における混合作動流体を冷凍サイ
クル装置の冷媒として用いる場合の優れた特性を以下に
示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】（表２）は、ジフルオロメタン（Ｒ３２）
とイソブタン（Ｒ６００ａ）とからなる２成分系の、ジ
フルオロメタン（Ｒ３２）が６０重量％から１００重量
％の混合作動流体（１００重量％はジフルオロメタン
（Ｒ３２）単一冷媒）の冷凍性能を、ＣＯ₂単一冷媒と
比較したものである。

【００３８】冷凍性能は、放熱器（または凝縮器）にお
いて冷媒と熱交換する外部流体（例えば水）側の条件と
しては、放熱器（または凝縮器）入口温度を５℃、放熱
器（または凝縮器）出口温度を８５℃とし、冷媒側の条
件としては、蒸発器の蒸発温度を０℃、放熱器（または
凝縮器）出口温度を１０℃、放熱器（または凝縮器）に
おける外部流体（例えば水）と冷媒との最小温度差が５
ｄｅｇとなるように放熱器（または凝縮器）の高圧側圧
力を制御して測定したものである。なお、この条件は、
ヒートポンプ給湯器などの冷凍サイクル装置において、
５℃の外部流体（例えば水）を８５℃まで加熱する場合
を想定したものである。

【００３９】このような混合作動流体を利用した冷凍サ
イクル装置において、ＣＯ₂単一冷媒より沸点の高いジ
フルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）
を混合することによって、高圧側圧力、低圧側圧力を低
減できる。高圧側圧力の低下度合いは低圧側圧力の低下
度合いよりも大きく、ＣＯ₂単一冷媒の高圧側圧力と比
較して、約１／３程度に圧力を低減できる。

【００４０】また、１０重量％以上２０重量％以下のイ
ソブタン（Ｒ６００ａ）を混合することにより、ＣＯ₂
やジフルオロメタン（Ｒ３２）の単一冷媒と比較して、
成績係数が向上できる。

【００４１】ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン
（Ｒ６００ａ）の２成分系においては、略２０重量％以
下のイソブタンの混合において、共沸様混合物を構成す
ることが知られており、蒸発温度勾配がほぼ零となる。
さらに、３０重量％以下のイソブタン（Ｒ６００ａ）を
混合した混合物では、蒸発温度勾配は１０ｄｅｇ以下で
あり、非共沸性が小さく、冷凍サイクル装置での使用に
際し、蒸発器への霜の付着などの問題が生じにくい、扱
いやすい冷媒である。

【００４２】なお、（表２）の蒸発温度勾配は、蒸発器
の配管中の圧力損失を補正したものである。また、ＣＯ
₂単一冷媒に対する吐出温度を低減する効果は、認めら
れないものの、Ｒ３２単一冷媒に対しては、吐出温度低
減効果がある。

【００４３】ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン
（Ｒ６００ａ）の２成分系において、高圧側圧力、低圧
側圧力の低減、成績係数の向上、蒸発温度勾配を総合的
に鑑みると（すなわち、高温加熱用途に適した混合割合
を特定すると）、略７０重量％以上のジフルオロメタン
（Ｒ３２）を含む混合物が望ましく、さらに望ましく
は、略９０重量％以下のジフルオロメタン（Ｒ３２）を
含む混合物が望ましい。

【００４４】以上の効果は、イソブタン（Ｒ６００ａ）
と同様にＣＯ₂単一冷媒より沸点、臨界温度が高く、イ
ソブタン（Ｒ６００ａ）と同程度の沸点、臨界温度を有
するシクロプロパン（ＲＣ２７０）、ブタン（Ｒ６０
０）等の炭化水素類を混合する場合にも同様の効果を奏
するものである。

【００４５】さらに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）に混
合したシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ
６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類は、ＣＯ
₂単一冷媒やジフルオロメタン（Ｒ３２）と異なり、鉱
油および／またはアルキルベンゼン油等の圧縮機用潤滑
油と化学構造が近いために、運転状態の広い温度域にお
いて溶解性に優れ、圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイル
リターンを確保することが容易である。

【００４６】また、ジフルオロメタン（Ｒ３２）やシク
ロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００
ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類の臨界温度は、
ＣＯ₂単一冷媒の臨界温度よりも高いため、これらを混
合した混合物の臨界温度は、ＣＯ ₂単一冷媒の臨界温度
以上の臨界温度をもつことになる。したがって、ＣＯ₂
単一冷媒を用いた冷凍サイクル装置では、凝縮過程を含
まない遷臨界サイクルとなりうるのに対して、炭化水素
類を混合した混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装
置では、温度条件によっては凝縮過程を含む亜臨界サイ
クルを構成することも可能である。

【００４７】なお、ヒートポンプ給湯器等の高温加熱用
途の冷凍サイクル装置で、亜臨界サイクルとなる場合に
は、凝縮過程での温度勾配がない場合より、ある場合の
方が凝縮器での熱交換効率が向上するといったメリット
を有する。このため、本実施の形態において特定した高
温加熱用途に適した混合割合は、温度勾配が零となる共
沸様混合組成のみならず、非共沸混合組成となる混合割
合を含んでいるものである。

【００４８】したがって、かかるジフルオロメタン（Ｒ
３２）とシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン
（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）からなる混合物
は、高温加熱用途の冷凍サイクル装置の冷媒として用い
る場合に優れた特性を示し、実用上の機器課題を解決で
きるものである。さらにこれらの混合物は、成層圏オゾ
ン層に及ぼす影響がない。また、ＧＷＰが、５８０であ
るジフルオロメタン（Ｒ３２）とＧＷＰがほとんどない
炭化水素類のみから構成されるため、Ｒ２２（ＧＷＰは
１５００）の約１／３に地球温暖化に対する影響を低減
できる。

【００４９】また、ジフルオロメタン（Ｒ３２）と混合
されるシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ
６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類には、主
たる成分となる炭化水素類に対して他の炭化水素類が若
干量含有されていても何ら問題ないものである。

【００５０】また、これらの混合物に対して、漏洩検知
用にメチルメルカプタンやテトラヒドロチオフェンを主
成分とする着臭剤が微少量含まれていても問題ないもの
である。

【００５１】本実施の形態においては、さらに、ジフル
オロメタン（Ｒ３２）とシクロプロパン（ＲＣ２７
０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）
からなる混合物の可燃性について調査した。

【００５２】冷媒の可燃性の判定基準としては、米国Ａ
ＳＨＲＡＥ３４規格に規定されており、毒性のないもの
はＡ分類として、その中で可燃性の程度に応じて、Ａ
１、Ａ２、Ａ３に分類されている。ここで、Ｒ２２、Ｒ
１２５、Ｒ１３４ａ等は、実質的に不燃性のＡ１、Ｒ３
２（ジフルオロメタン）は弱可燃性のＡ２、炭化水素類
は強可燃性のＡ３、に分類されている。

【００５３】ジフルオロメタン（Ｒ３２）と、シクロプ
ロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブ
タン（Ｒ６００）の炭化水素類を混合した場合につい
て、米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格に基づいた実験を行った
結果、炭化水素類が約２７重量％までは、Ａ２冷媒とし
て判定することができることが明らかになった。

【００５４】したがって、ジフルオロメタン（Ｒ３２）
とシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６０
０ａ）、ブタン（Ｒ６００）の２成分系において、略７
３重量％以上のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合
物がＲ３２単一冷媒と同様の妨爆対策を用いることがで
きてさらに望ましい。

【００５５】（実施の形態３）つぎに、本発明の実施の
形態３の空調給湯装置の構成図である図１を参照しなが
ら、本実施の形態の空調給湯装置（冷凍サイクル装置）
の構成について説明する。

【００５６】本発明の実施の形態３における空調給湯装
置は、１台の室外機に室内機と給湯器とを接続した空調
給湯装置である。

【００５７】部屋の内部には、部屋１ａ，１ｂの空調用
として室内熱交換器２ａ，２ｂが設けられ、前記部屋１
ａ，１ｂとは別に給湯用として給湯熱交換器３が設けら
れている。室内熱交換器２ａ、２ｂにはそれぞれ空調用
絞り装置４ａ、４ｂが接続され、給湯熱交換器３には給
湯用絞り装置５が接続されている。室内熱交換器２ａ、
２ｂ、空調用絞り装置４ａ、４ｂは室内ファン（図示省
略）などとともに室内機６ａ、６ｂを構成し、給湯熱交
換器３、給湯用絞り装置５は給湯水量を調節可能な給湯
水量調節機構７、貯湯槽（図示省略）などとともに給湯
器８を構成している。

【００５８】一方、部屋の外部には、外気と熱交換を行
うための室外機９が設けられ、その室外機９には冷媒を
圧縮するための圧縮機１０が設けられている。その圧縮
機１０の冷媒出口には、給湯用電磁弁１１を介して給湯
熱交換器３が接続され、また空調用電磁弁１２を介して
冷房時と暖房時とで冷媒の流路を切り換える四方弁１３
が接続され、圧縮機１０の冷媒入口側にも、四方弁１３
が接続されている。室外熱交換器１４には室外用絞り装
置１５が接続され、四方弁１３、室外熱交換器１４、室
外ファン（図示省略）などは、圧縮機１０とともに室外
機９を構成している。また、四方弁１３は、室内熱交換
器２ａ、２ｂ、室外熱交換器１４に接続されている。

【００５９】また、冷媒としては、ジフルオロメタン
（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）からなり、略７
３重量％以上のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合
作動流体が封入されており、圧縮機用潤滑油としては、
アルキルベンゼン油が封入されている。

【００６０】つぎに、本実施の形態の空調給湯装置の動
作について説明する。

【００６１】本実施の形態の空調給湯装置は、冷房運転
時あるいは冷房給湯運転時には空調用電磁弁１２と給湯
用電磁弁１１を相互に制御して、室外熱交換器１４ある
いは給湯熱交換器３を放熱器（または凝縮器）として作
用させ、室内熱交換器２ａ、２ｂを蒸発器として作用さ
せる。

【００６２】すなわち、冷房運転の際、圧縮機１０で圧
縮されて高温高圧となったガス冷媒は、空調用電磁弁１
２、四方弁１３を経て室外熱交換器１４に導入され（こ
の場合、空調用電磁弁１２は開状態であり、給湯用電磁
弁１１は閉状態である）室外の大気に放熱して、比較的
温度の低い超臨界状態の冷媒（または液冷媒）となる。

【００６３】一方、冷房給湯の際には、上記高温高圧と
なったガス冷媒は、圧縮機１０から給湯用電磁弁１１を
経て給湯熱交換器３に導入され（この場合、空調用電磁
弁１２は閉状態であり、給湯用電磁弁１１は開状態であ
る）給湯水に放熱して、比較的温度の低い超臨界状態の
冷媒（または液冷媒）となる。

【００６４】このようにして、比較的温度の低い超臨界
状態の冷媒（または液冷媒）になった冷媒は、前者の場
合には、更に室外用絞り装置１５を経て、あるいは後者
の場合は、給湯用絞り装置５を経て、その後、前者後者
共に空調用絞り装置４ａ、４ｂで減圧されて低温低圧の
二相状態（液体とガスの混合状態）の冷媒となって、室
内熱交換器２ａ、２ｂに導入されて部屋１ａ、１ｂの室
内の空気から吸熱してガス冷媒に戻り、圧縮機１０に吸
入されて再び圧縮される。

【００６５】このような動作を繰り返すことにより、部
屋１ａ、１ｂの室内を冷房したり、あるいは部屋１ａ、
１ｂの室内の冷房排熱を利用して給湯を行うことができ
る。

【００６６】また、暖房時に関する冷房時との主な相違
点は、四方弁１３を切り替えて、室内機６ａ、６ｂ及び
室外機１４における冷媒の流れる方向を逆転させる点
と、暖房給湯運転の際に、空調用電磁弁１２と給湯用電
磁弁１１が共に開状態である点等であり、その他の動作
内容は、基本的には上記の場合とほぼ同様である。

【００６７】本発明の本実施の形態によれば、冷媒とし
て、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６０
０ａ）からなり、略７３重量％以上のジフルオロメタン
（Ｒ３２）を含む混合作動流体を用いているために、高
温給湯を行う運転時において、冷媒としてＣＯ₂を用い
る場合に比較して、高効率な運転が可能である。さら
に、８５℃程度の高い出湯温度の給湯運転の際にも、高
圧側圧力を約１／３程度に低減できるために、給湯熱交
換器３、室内熱交換器２ａ、２ｂ、室外熱交換器１４、
圧縮機１０などの冷凍サイクル装置の構成要素の耐圧性
確保や、圧縮機１０のシール性確保を困難にしたりする
といった機器課題を解決できる。

【００６８】さらに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）やシ
クロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００
ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類の臨界圧力は、
ＣＯ₂単一冷媒の臨界温度よりも低いため、これらを混
合した混合物の臨界圧力は、ＣＯ₂単一冷媒の臨界圧力
以下の臨界圧力をもつことになる。したがって、ＣＯ₂
単一冷媒を用いた場合に比較して、容易に高圧側圧力を
臨界圧力以上とし、凝縮過程を含まない遷臨界サイクル
を達成できるために、高い加熱能力（たとえば、さらに
高い出湯温度）の達成が可能となるといったメリットも
有する。

【００６９】なお、給湯熱交換器３、室内熱交換器２
ａ、２ｂ、室外熱交換器１４において、冷媒と外部流体
（水や空気）は互いに対向流となる構成とすることが、
熱交換効率を向上させるうえで望ましい。

【００７０】さらに、ＣＯ₂単一冷媒やジフルオロメタ
ン（Ｒ３２）を冷媒に用いた場合には、冷媒がアルキル
ベンゼン油とほとんど相溶性がないため、特に暖房運転
時の蒸発器として作用する室外側熱交換器１４の出口か
ら、圧縮機１０の吸入管において、圧縮機用潤滑油の粘
度が最高となり、圧縮機用潤滑油が配管中に滞留して圧
縮機１０に帰還しなくなるものであった。このことは、
暖房運転時の外気温度が低くなるにつれて顕著となった
が、本実施の形態のようにイソブタン（Ｒ６００ａ）を
混合すると、潤滑油が圧縮機１０に帰還しだし、圧縮機
１０の油面が上昇することが確認された。このことは、
ジフルオロメタン（Ｒ３２）と共沸様混合物を作るイソ
ブタン（Ｒ６００ａ）がアルキルベンゼン油と相溶し、
かつ粘度の低いイソブタン（Ｒ６００ａ）が低温でのア
ルキルベンゼン油の粘度を低下させたことが影響してい
ると考えられる。

【００７１】したがって、ＣＯ₂単一冷媒やジフルオロ
メタン（Ｒ３２）を冷媒に用いた場合に生じる、冷媒と
圧縮機用潤滑油の溶解性が劣るために、圧縮機用潤滑油
の圧縮機へのオイルリターンを確保するという課題を解
決できるものである。

【００７２】また、ジフルオロメタン（Ｒ３２）と混合
される炭化水素類は、イソブタン（Ｒ６００ａ）の代わ
りに、シクロプロパン（ＲＣ２７０）、または、ブタン
（Ｒ６００）からなる混合作動流体が封入されている場
合にも、同様の効果を期待することができ、さらに、エ
タン（１７０）にプロパン（Ｒ２９０）、または、プロ
ピレン（Ｒ１２７０）を混合した混合作動流体が封入さ
れている場合にも、同様の効果を期待することができ
る。また、圧縮機用潤滑油は、アルキルベンゼン油の代
わりに、鉱油を用いても、同様の効果を期待することが
できる。

【００７３】さらに、可燃性のジフルオロメタン（Ｒ３
２）やイソブタン（Ｒ６００ａ）がたとえ装置から漏洩
したとしても、循環組成のジフルオロメタン（Ｒ３２）
及びイソブタン（Ｒ６００ａ）の２成分からなる混合作
動流体は共沸様混合物を作り、漏洩時にジフルオロメタ
ン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）の混合割合が
ほとんど変化することがないため、ジフルオロメタン
（Ｒ３２）単一冷媒と同様の妨爆対策を用いることがで
きる。

【００７４】なお、本実施の形態では、室内機は２台の
構成の場合を示したが、室内機の台数はこれに限定され
るものではない。

【００７５】また、室内機や四方弁１３、空調用電磁弁
１２、給湯用電磁弁１１が設けられていない単純なヒー
トポンプ給湯器の場合でも、同様な効果が得られる。

【００７６】また、本実施の形態では、室内機や室外機
は空気と熱交換するものとして説明したが、これに限定
される物ではなく、例えば、水などの外部流体と熱交換
させる構成としても良い。

【００７７】このように、本発明は、たとえば、エタン
とプロパン、または、プロピレンからなり、略５０重量
％以上のエタン、かつ望ましくは略６０重量％以下のエ
タンを含む混合作動流体である。

【００７８】また、本発明は、たとえば、ジフルオロメ
タンとシクロプロパン、または、イソブタン、または、
ブタンからなり、略７０重量％以上のジフルオロメタ
ン、かつ望ましくは略９０重量％以下のジフルオロメタ
ンを含む混合作動流体である。

【００７９】また、本発明は、たとえば、上述の混合作
動流体を用いる冷凍サイクル装置である。

【００８０】また、本発明は、たとえば、高圧側圧力が
混合作動流体の臨界圧力以上で動作することを特徴とす
る上述の冷凍サイクル装置である。

【００８１】また、本発明は、たとえば、上述の混合作
動流体と鉱油および／またはアルキルベンゼン油の圧縮
機用潤滑油を用いる冷凍サイクル装置である。

【００８２】よって、本実施の形態は、たとえば以下の
ような効果を有する。すなわち、（１）エタンとプロパン、または、プロピレンからな
り、略５０重量％以上のエタン、かつ望ましくは略６０
重量％以下のエタンを含む混合物となすことにより、成
層圏オゾン層に及ぼす影響や地球温暖化に対する影響を
ほとんどなくすことができる。

【００８３】（２）冷媒を、ジフルオロメタンとシクロ
プロパン、または、イソブタン、または、ブタンからな
り、略７０重量％以上のジフルオロメタン、かつ望まし
くは略９０重量％以下のジフルオロメタンを含む混合物
となすことにより、成層圏オゾン層に及ぼす影響や地球
温暖化に対する影響をほとんどなくし、実質的に微可燃
化できる。

【００８４】（３）冷凍サイクル装置に用いたときに、
高圧側圧力を低減できる。

【００８５】（４）冷凍サイクル装置に用いたときに、
圧縮機における吐出温度を低減できる。

【００８６】（５）冷凍サイクル装置に用いたときに、
比較的容易に遷臨界サイクルを構成でき、高温加熱が可
能となる。

【００８７】（６）炭化水素類が主に圧縮機用潤滑油に
溶解し、圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンを
確保することができる。

【００８８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、ヒートポンプ給湯器などの高温加熱用途に用
いられる冷凍サイクル装置により適した冷媒を得ること
ができるという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態３の空調給湯装置の構成図

【符号の説明】

１ａ、１ｂ部屋２ａ、２ｂ室内熱交換器３給湯熱交換器４ａ、４ｂ空調用絞り装置５給湯用絞り装置６ａ、６ｂ室内機７給湯水量調節機構８給湯器９室外機１０圧縮機１１給湯用電磁弁１２空調用電磁弁１３四方弁１４室外熱交換器１５室外用絞り装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｎ 40:30 Ｃ１０Ｎ 40:30 (72)発明者西脇文俊大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4H104 BA03A DA02A LA04 PA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）プロパン、およびプロピレンの内
の少なくとも一つと、（２）エタンとを含む混合作動流
体であって、前記エタンは、実質的に５０重量％以上である混合作動
流体。
【請求項２】前記エタンは、実質的に６０重量％以下
である請求項１記載の混合作動流体。
【請求項３】（１）シクロプロパン、イソブタン、お
よびブタンの内の少なくとも一つと、（２）ジフルオロ
メタンとを含む混合作動流体であって、前記ジフルオロメタンは、実質的に７０重量％以上であ
る混合作動流体。
【請求項４】前記ジフルオロメタンは、実質的に９０
重量％以下である請求項３記載の混合作動流体。
【請求項５】請求項１または２記載の混合作動流体を
冷媒として用いる冷凍サイクル装置。
【請求項６】動作時における高圧側圧力は、前記混合
作動流体の臨界圧力以上である請求項５記載の冷凍サイ
クル装置。
【請求項７】鉱油および／またはアルキルベンゼン油
を圧縮機用潤滑油として用いる請求項５記載の冷凍サイ
クル装置。