JP2009008334A - Heat transfer medium, and heat transfer device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地球環境汚染を招かない自然系熱移動媒体として、冷凍設備又はヒートポンプ等の熱移動設備に多用されつつあるCO2を主成分とし、CO2にジメチルエーテルを添加してなる熱移動媒体及びそれを用いた伝熱装置に関する。 The present invention relates to a heat transfer medium comprising, as a main component, CO 2 that is frequently used in a heat transfer facility such as a refrigeration facility or a heat pump, and dimethyl ether added to CO 2 as a natural heat transfer medium that does not cause global environmental pollution. And a heat transfer device using the same.
地球環境汚染防止、とりわけ、オゾン層破壊、地球温暖化防止のため、冷凍設備又はヒートポンプ設備に使用される熱媒体は、フルオロカーボン系熱媒体から自然系熱媒体への転換が進められている。とりわけ、CO2は、フルオロカーボン系よりはるかに悪影響が少なく、不燃性で毒性がなく、安全で安価であるため、自然界に多く存在する自然熱媒体のひとつとして多用される傾向にある。 In order to prevent global environmental pollution, in particular, ozone layer destruction and global warming prevention, the heat medium used in refrigeration equipment or heat pump equipment is being converted from a fluorocarbon heat medium to a natural heat medium. In particular, CO 2 is much less harmful than fluorocarbon, non-flammable, non-toxic, safe and inexpensive, and therefore tends to be frequently used as one of the natural heat media that exist in nature.
CO2は顕熱効果が大きく、サイクルの高圧側で容易に超臨界状態になることから、高い成績係数が得られ、最高約90℃の高温給湯が可能である。そのため、近年暖房・温熱水供給用としてエコキュートのネーミングでヒートポンプ給湯機用冷媒として普及利用されている。 Since CO 2 has a large sensible heat effect and easily enters a supercritical state on the high pressure side of the cycle, a high coefficient of performance can be obtained, and hot water supply at a maximum of about 90 ° C. is possible. Therefore, in recent years, it has been widely used as a refrigerant for heat pump water heaters with the name of Ecocute for heating and hot water supply.
また、CO2は、液粘度が64.5×10−6Pa・S(298K)と小さく、流動性に優れ、輸送動力が少ない。そのため、熱移動媒体の圧縮又は揚程作用を伴う物理的な強制循環機器を介設せず温度差と液ヘッド差によって熱移動媒体を循環させる自然循環式の熱移動媒体として使用されている。 In addition, CO 2 has a low liquid viscosity of 64.5 × 10 −6 Pa · S (298 K), excellent fluidity, and low transportation power. Therefore, the heat transfer medium is used as a natural circulation type heat transfer medium in which the heat transfer medium is circulated by a temperature difference and a liquid head difference without using a physical forced circulation device that involves compression or lifting of the heat transfer medium.
しかしながら、CO2は低い沸点(−78.5℃)と高い臨界圧力(7.34MPa)をもち、CO2冷媒の冷凍サイクル又はヒートポンプサイクルでの作動圧は10MPaと他の冷媒と比べると非常に高く、そのため、システム機器ひとつひとつの部品を超高圧仕様にしなければならず、装置製作費が高価になるという問題がある。また、CO2は臨界温度が31℃であり、高圧気相状態のCO2冷媒を液化するためには、31℃以下にする必要がある。 However, CO 2 has a low boiling point (−78.5 ° C.) and a high critical pressure (7.34 MPa), and the operating pressure in the refrigeration cycle or heat pump cycle of the CO 2 refrigerant is 10 MPa, which is much higher than that of other refrigerants. For this reason, there is a problem in that the cost of manufacturing the apparatus is high because each component of the system equipment must be made to have an ultra-high pressure specification. Further, CO 2 has a critical temperature of 31 ° C., and needs to be 31 ° C. or lower in order to liquefy the high-pressure gas phase CO 2 refrigerant.
夏場には外気温度が31℃を越えることが頻繁にあり、このような外気温度の条件下では、CO2冷媒は凝縮器内で液化(凝縮)しないため、凝縮による放熱ができなくなる。このため、CO2ガスクーラで使用する水、空気等の被冷却流体を予め冷却するための特別な冷却手段を用いるか、又は非凝縮サイクル(超臨界サイクル)となり、成績係数が低下する。 In summer, the outside air temperature frequently exceeds 31 ° C. Under such conditions of the outside air temperature, the CO 2 refrigerant does not liquefy (condense) in the condenser, so that heat cannot be released by condensation. For this reason, a special cooling means for previously cooling the fluid to be cooled such as water or air used in the CO 2 gas cooler is used, or a non-condensing cycle (supercritical cycle) is caused, and the coefficient of performance is lowered.
本出願人等は、先に、ジメチルエーテルとCO2の総モル数を基準として、ジメチルエーテルを10〜80モル%、CO2を90〜20モル%含有する給湯/暖房用冷媒組成物を提案している(特許文献1)。この発明は、ジメチルエーテルにCO2が良く溶解し、かつ物性的に伝熱効果の高い両者を混合することによって、高い熱効率を実現するとともに、ジメチルエーテルの臨界温度が126.9℃で、沸点が−78.5℃とCO2と大きく異なる点に着目し、低圧で作動する成績係数の優れた給湯/暖房用冷媒を見出したものである。
Applicants have has previously based on the total moles of dimethyl ether and CO 2, dimethyl ether 10 to 80 mol%, proposes a hot water / heating refrigerant
また、本出願人等は、先に、ジメチルエーテルとCO2の総モル数を基準として、ジメチルエーテルを1〜10モル%、CO2を99〜90モル%含有する給湯/暖房用冷媒組成物を提案している(特許文献2)。この発明は、ジメチルエーテルの含有量を10モル%以下とすることによって、該冷媒組成物を不燃性とし、特に高い安全性の基準が要求される場合、例えば、冷媒充填部が居室内に存在する直接漏洩システム又は室内などの密閉された場所での利用等に好適な給湯/暖房用冷媒を実現している。 The present applicants have previously proposed, based on the total moles of dimethyl ether and CO 2, dimethyl ether 1-10 mol%, the hot water / heating refrigerant compositions containing CO 2 99 to 90 mol% (Patent Document 2). In the present invention, when the content of dimethyl ether is 10 mol% or less, the refrigerant composition is made nonflammable, and when a particularly high safety standard is required, for example, a refrigerant filling portion exists in a living room. A hot water supply / heating refrigerant suitable for use in a direct leakage system or in a sealed place such as a room is realized.
しかし、一次ヒートポンプサイクルの熱交換器と熱負荷との間に介設されて該一次ヒートポンプサイクルと熱負荷との間の熱伝達を行なう二次伝熱媒体に用いられる流体は、粘度が小さくて流動性が良く、比熱が大で顕熱効率が大きく、かつ不活性で安定した物性を必要とする。一方、ブラインなど二次伝熱媒体は高圧又は低温になるほど粘性が増加して流動動力負荷が大きくなる。また可燃性のものは安全性などの制約がある。 However, the fluid used for the secondary heat transfer medium that is interposed between the heat exchanger of the primary heat pump cycle and the heat load and transfers heat between the primary heat pump cycle and the heat load has a low viscosity. It requires good fluidity, high specific heat, high sensible heat efficiency, and inert and stable physical properties. On the other hand, as the secondary heat transfer medium such as brine becomes higher in pressure or lower in temperature, the viscosity increases and the flow power load increases. Combustible materials have limitations such as safety.
CO2は粘度が小さくて流動性が良く、比熱が大で顕熱効率が大きく、かつ不活性で安定した物性を有するが、一方、CO2の作動圧は非常に高くなり、かつ凝縮温度が低いために、CO2ガスクーラで使用する水、空気等の被冷却流体を予め冷却するための特別な冷却手段を用いるか、又は非凝縮サイクル(超臨界サイクル)となり、成績係数が低下するという問題がある。
また、CO2を自然循環式のヒートポンプサイクルに用いた場合でも同様の問題が生じる。
CO 2 has low viscosity, good fluidity, high specific heat, high sensible heat efficiency, and inert and stable physical properties, while the operating pressure of CO 2 is very high and the condensation temperature is low For this reason, there is a problem that a special cooling means for precooling the fluid to be cooled such as water or air used in the CO 2 gas cooler is used, or a non-condensing cycle (supercritical cycle) is performed, and the coefficient of performance is lowered. is there.
The same problem occurs even when CO 2 is used in a natural circulation heat pump cycle.
特許文献1又は特許文献2に開示された給湯/暖房用冷媒組成物は、一次ヒートポンプサイクルに適用される一次冷媒に関するもので、二次伝熱媒体又は自然循環式のヒートポンプサイクルに適用するように意図されたものではない。
The hot water / heating refrigerant composition disclosed in
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、伝熱媒体として優れた性質をもつCO2の前記問題点を解消した熱移動媒体を実現し、かつこの熱移動媒体を二次伝熱媒体として、あるいは自然循環式のヒートポンプサイクルに用いた、低圧で作動し成績係数が良く、かつ利便性の良い伝熱装置を実現することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention realizes a heat transfer medium that solves the above-described problems of CO 2 having excellent properties as a heat transfer medium, and uses the heat transfer medium as a secondary heat transfer medium. Alternatively, an object of the present invention is to realize a heat transfer device that is used in a natural circulation type heat pump cycle, operates at a low pressure, has a good coefficient of performance, and is convenient.
かかる目的を達成するため、第1の本発明の伝熱装置は、
冷却又は加熱を目的とした熱移動設備に伝熱媒体としてCO2を主成分とした熱移動媒体を用いた伝熱装置において、
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜50%、好ましくは、7〜50%添加してなる熱移動媒体を一次ヒートポンプサイクルの熱交換器と熱負荷との間に介設されて該一次ヒートポンプサイクルと熱負荷との間の熱伝達を行なう二次伝熱媒体として用いるものである。
In order to achieve this object, the heat transfer device according to the first aspect of the present invention provides:
In a heat transfer device using a heat transfer medium mainly composed of CO 2 as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
A heat transfer medium obtained by adding 1 to 50%, preferably 7 to 50%, of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is interposed between the heat exchanger of the primary heat pump cycle and the heat load, and the primary heat pump cycle. It is used as a secondary heat transfer medium that conducts heat between the heat load and the heat load.
また、第1の本発明の熱移動媒体は、
冷却又は加熱を目的とした熱移動設備に伝熱媒体として用いられCO2を主成分とした熱移動媒体において、
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜50%、好ましくは7〜50%添加してなる熱移動媒体を、一次ヒートポンプサイクルの熱交換器と熱負荷との間に介設されて該一次ヒートポンプサイクルと熱負荷との間の熱伝達を行なうヒートポンプサイクルの二次伝熱媒体として使用するものである。
In addition, the heat transfer medium of the first invention is
In a heat transfer medium mainly composed of CO 2 used as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
A heat transfer medium obtained by adding 1 to 50%, preferably 7 to 50%, of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is interposed between the heat exchanger and the heat load of the primary heat pump cycle, and the primary heat pump cycle. It is used as a secondary heat transfer medium of a heat pump cycle that performs heat transfer between a heat load and a heat load.
第1の本発明の伝熱装置(冷凍装置又はヒートポンプ装置等)は、前記構成を有する第1の本発明の熱移動媒体を二次伝熱媒体として用いたものである。前述のように、ジメチルエーテルは、CO2より高い臨界圧力を有し、第1の本発明の熱移動媒体は、CO2を主要媒体とし、それにジメチルエーテルを添加したことにより、CO2のみの熱移動媒体の場合より凝縮温度が上昇するため、常温の水、空気との熱交換により凝縮が可能となる。
これにより、第1の本発明の伝熱装置は、熱移動媒体を凝縮するための特別の冷却手段を不要とし、利便性が格段に向上する。好ましくは、ジメチルエーテルを7モル%以上添加すると、ジメチルエーテルの添加による効果が顕著に発現する。
A heat transfer device (such as a refrigeration device or a heat pump device) of the first invention uses the heat transfer medium of the first invention having the above-described configuration as a secondary heat transfer medium. As mentioned above, dimethyl ether has a high critical pressure than CO 2, a first heat transfer medium of the present invention, the CO 2 as the main medium, it by the addition of dimethyl ether, heat transfer only CO 2 Since the condensation temperature is higher than in the case of the medium, condensation is possible by heat exchange with water and air at room temperature.
Thereby, the heat transfer device of the first aspect of the present invention does not require a special cooling means for condensing the heat transfer medium, and the convenience is greatly improved. Preferably, when dimethyl ether is added in an amount of 7 mol% or more, the effect of adding dimethyl ether is remarkably exhibited.
また、CO2のみの熱移動媒体と比較すると、第1の本発明の熱移動媒体は、高温域においては、ジメチルエーテルの添加により単位量当りの熱保有量が増加し、それにより熱移動量も増加する。このため、強制循環式の伝熱装置においては、熱量の移送効率が向上する。また、ジメチルエーテルの液熱伝導度は、1453×10−4W/mK(298K)であって、CO2の液熱伝導度767×10−4W/mK(298K)より大である。このため、ジメチルエーテルを添加すると液熱伝導度が増大するので、超臨界域において伝熱効率が向上し、低温域での蒸発伝熱効率は低下しない。このため、自然循環式のヒートポンプサイクルを有する伝熱装置において熱交換効率は向上する。 Further, in comparison with the heat transfer medium of only CO 2, the heat transfer medium of the first aspect of the present invention increases the amount of heat held per unit amount by the addition of dimethyl ether in the high temperature range, and thereby the heat transfer amount is also increased. To increase. For this reason, in the forced circulation type heat transfer device, the heat transfer efficiency is improved. The liquid thermal conductivity of dimethyl ether is 1453 × 10 −4 W / mK (298 K), which is larger than the liquid thermal conductivity of CO 2 767 × 10 −4 W / mK (298 K). For this reason, when dimethyl ether is added, the liquid thermal conductivity increases, so the heat transfer efficiency is improved in the supercritical region, and the evaporation heat transfer efficiency in the low temperature region is not lowered. For this reason, heat exchange efficiency is improved in a heat transfer device having a natural circulation heat pump cycle.
CO2にジメチルエーテルを添加すると、可燃性が出てくる。CO2に対するジメチルエーテルの添加量をモル比で1〜12%のときは不燃域であり、12モル%を超え、50モル%までのときは微燃域となり、50モル%を越えると、可燃域となる。従って、第1の発明の熱移動媒体では、ジメチルエーテルの添加量を1〜50モル%にして、不燃性又は微燃性とし、使用上の安全性を確保している。 Addition of dimethyl ether to CO 2 makes it flammable. When the molar ratio of dimethyl ether added to CO 2 is 1 to 12%, it is a non-combustible region, when it exceeds 12 mol%, when it is up to 50 mol%, it becomes a slightly flammable region, and when it exceeds 50 mol%, it is a combustible region. It becomes. Therefore, in the heat transfer medium of the first aspect of the invention, the amount of dimethyl ether added is 1 to 50 mol% to make it nonflammable or slightly flammable, thereby ensuring safety in use.
第2の本発明の伝熱装置は、
冷却又は加熱を目的とした熱移動設備に伝熱媒体としてCO2を主成分とした熱移動媒体を用いた伝熱装置において、
前記熱移動設備が熱移動媒体の圧縮又は揚程作用を伴う物理的な強制循環機器を介設せず温度差と液ヘッド差によって熱移動媒体を循環させる自然循環式のヒートポンプサイクルを備え、
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%、好ましくは7〜35%添加してなる熱移動媒体を該ヒートポンプサイクルに用いたものである。
The heat transfer device of the second invention is
In a heat transfer device using a heat transfer medium mainly composed of CO 2 as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
The heat transfer facility includes a natural circulation heat pump cycle that circulates the heat transfer medium by a temperature difference and a liquid head difference without interposing a physical forced circulation device with compression or lifting action of the heat transfer medium,
A heat transfer medium obtained by adding 1 to 35%, preferably 7 to 35%, of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is used in the heat pump cycle.
また、第2の本発明の熱移動媒体は、
冷却又は加熱を目的とした熱移動設備に伝熱媒体として用いられCO2を主成分とした熱移動媒体において、
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%、好ましくは7〜35%添加してなる熱移動媒体を自然循環式のヒートポンプサイクルの伝熱媒体として使用するものである。
Further, the heat transfer medium of the second invention is
In a heat transfer medium mainly composed of CO 2 used as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
A heat transfer medium obtained by adding 1 to 35%, preferably 7 to 35%, of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is used as a heat transfer medium of a natural circulation type heat pump cycle.
第2の本発明の伝熱装置は、前記構成を有する第2の本発明の熱移動媒体を自然循環式のヒートポンプサイクル(ループ状ヒートパイプ又は熱移動設備を含む)に用いたものである。
後述する図1に示すように、CO2にジメチルエーテルを添加すると、臨界温度が高くなり、ジメチルエーテルの添加量が増えるほど臨界温度が高くなる。従って、ジメチルエーテルの添加によりCO2のみの熱移動媒体の場合と比べて蒸発温度が高くなる。このため、CO2のみの場合より凝縮温度が上昇するため、常温の水、空気との熱交換により凝縮が可能となる。これにより、第2の本発明の伝熱装置は、熱移動媒体の凝縮用の特別の冷却手段を不要とし、利便性が格段に向上する。
The heat transfer device of the second aspect of the present invention uses the heat transfer medium of the second aspect of the present invention having the above-described configuration for a natural circulation type heat pump cycle (including a loop heat pipe or a heat transfer facility).
As shown in FIG. 1 described later, when dimethyl ether is added to CO 2 , the critical temperature increases, and the critical temperature increases as the amount of dimethyl ether added increases. Therefore, the addition of dimethyl ether increases the evaporation temperature compared to the case of a CO 2 only heat transfer medium. Therefore, since the condensation temperature than when only CO 2 is increased, cold water, it is possible to condense by heat exchange with air. As a result, the heat transfer device according to the second aspect of the present invention eliminates the need for special cooling means for condensing the heat transfer medium, and greatly improves convenience.
なお、ジメチルエーテルの添加量が増加するにつれて粘性が上昇し流動抵抗が増加するが、一方、ガス比重は増加し上昇力が低下する。自然循環は、凝縮器下流側で凝縮した熱移動媒体の液ヘッドと蒸発器で蒸発した熱移動媒体の上昇力によって循環力を付与されるが、ジメチルエーテルの添加量が多くなると、上昇力が低下して熱移動媒体の循環性能が低下する領域が出てくる。
第2の本発明の熱移動媒体では、CO2に対するジメチルエーテルの添加量を1〜35モル%、好ましくは7〜35モル%とすることによって、自然循環を可能とする流動抵抗に維持することができる。
As the amount of dimethyl ether added increases, the viscosity increases and the flow resistance increases. On the other hand, the gas specific gravity increases and the ascending force decreases. In natural circulation, circulation force is applied by the liquid head of the heat transfer medium condensed on the downstream side of the condenser and the ascending force of the heat transfer medium evaporated by the evaporator. However, as the amount of dimethyl ether added increases, the ascending force decreases. As a result, an area where the circulation performance of the heat transfer medium deteriorates appears.
In the heat transfer medium of the second aspect of the present invention, the flow resistance enabling natural circulation can be maintained by setting the amount of dimethyl ether added to CO 2 to 1 to 35 mol%, preferably 7 to 35 mol%. it can.
CO2にジメチルエーテルを添加しても熱移動媒体が液状の場合は、比重差はほとんどなく、従って、液ヘッドの差は生じないが、粘性が増加するため、流動抵抗は大きくなる。一方、熱移動媒体がガス状の場合、ジメチルエーテルの添加によって粘度が増加するとともに、比重量が増加する。従って、ガス化した熱移動媒体の上昇力は減少する。 Even if dimethyl ether is added to CO 2 , if the heat transfer medium is in a liquid state, there is almost no difference in specific gravity, and therefore there is no difference in liquid head, but the viscosity increases, so the flow resistance increases. On the other hand, when the heat transfer medium is gaseous, the viscosity increases and the specific weight increases with the addition of dimethyl ether. Therefore, the ascending force of the gasified heat transfer medium is reduced.
CO2に対するジメチルエーテルの添加量を1〜35モル%とすれば、ヒートポンプサイクル内に自然循環を形成することができる。ガス状の熱移動媒体は熱保有量(熱密度)が高いため、自然循環が形成できるジメチルエーテルの添加量が1〜35モル%の範囲であれば、熱移動効率は高くなる。 If the amount of dimethyl ether added to CO2 is 1 to 35 mol%, natural circulation can be formed in the heat pump cycle. Since the heat transfer amount (heat density) of the gaseous heat transfer medium is high, the heat transfer efficiency is increased if the amount of dimethyl ether added to form a natural circulation is in the range of 1 to 35 mol%.
第2の本発明の伝熱装置又は第2の本発明の熱移動媒体において、屋内又は閉鎖空間に設置された伝熱装置に使用する場合は、可燃域での使用は危険度が高いため、CO2に対するジメチルエーテルの添加量をモル%で1〜12モル%、好ましくは7〜12モル%とするのがよい。 In the heat transfer device of the second aspect of the present invention or the heat transfer medium of the second aspect of the present invention, when used in a heat transfer device installed indoors or in a closed space, the use in a combustible area is high in danger, 1-12 mol% the amount of dimethyl ether with respect to CO 2 in mol%, preferably to a 7-12 mol%.
また、第2の本発明の伝熱装置において、ヒートポンプサイクルの熱移動媒体循環路に熱移動媒体の循環を補助する補助ポンプを介設するようにしてもよい。かかる構成により熱移動媒体の循環力が足りない場合でも、自然循環を確実に形成することができる。 In the heat transfer device according to the second aspect of the present invention, an auxiliary pump for assisting circulation of the heat transfer medium may be interposed in the heat transfer medium circulation path of the heat pump cycle. With this configuration, even when the circulation force of the heat transfer medium is insufficient, natural circulation can be reliably formed.
第1の本発明の伝熱装置によれば、CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜50%、好ましくは、7〜50%添加してなる熱移動媒体を一次ヒートポンプサイクルの熱交換器と熱負荷との間に介設されて該一次ヒートポンプサイクルと熱負荷との間の熱伝達を行なう二次伝熱媒体として用いることにより、また、第2の本発明の熱移動媒体によれば、CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜50%、好ましくは7〜50%添加してなる熱移動媒体を一次ヒートポンプサイクルの二次伝熱媒体として使用するため、CO2のみの熱移動媒体と比べて凝縮温度が上昇し、常温の水又は空気との熱交換で凝縮が可能となる。これによって、凝縮用の特別な冷却手段が不要となり、利便性が格段に向上する。 According to the heat transfer device of the first present invention, 1% to 50% dimethyl ether at a molar ratio to CO 2, preferably, 7-50% added heat exchangers and one heat transfer medium comprising primary heat pump cycle and the heat By using as a secondary heat transfer medium interposed between the primary heat pump cycle and the heat load interposed between the load and the heat transfer medium according to the second aspect of the present invention, 2 is used as a secondary heat transfer medium in the primary heat pump cycle, in which dimethyl ether is added in a molar ratio to 1 to 50%, preferably 7 to 50%, compared with a heat transfer medium of CO 2 alone. Condensation temperature rises and it becomes possible to condense by heat exchange with normal temperature water or air. This eliminates the need for special cooling means for condensation, and greatly improves convenience.
また、CO2へのジメチルエーテルの添加により、CO2のみの熱移動媒体と比較すると、主として高温域において単位量当りの熱保有量が増加するため、強制循環式の冷凍設備又はヒートポンプ設備に場合には、熱量の移送効率が向上し、自然循環式の場合には、熱交換効率が向上する。 In addition, the addition of dimethyl ether to CO 2 increases the amount of heat held per unit amount mainly in the high temperature range as compared with a heat transfer medium of only CO 2 , so in the case of forced circulation type refrigeration equipment or heat pump equipment. The heat transfer efficiency is improved, and in the case of the natural circulation type, the heat exchange efficiency is improved.
また、第2の本発明の伝熱装置によれば、熱移動媒体の圧縮又は揚程作用を伴う物理的な強制循環機器を介設せず温度差と液ヘッド差によって熱移動媒体を循環させる自然循環式のヒートポンプサイクルを備え、CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%、好ましくは7〜35%添加してなる熱移動媒体を該ヒートポンプサイクルに用いたものであり、また、第2の本発明の熱移動媒体によれば、CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%、好ましくは7〜35%添加してなる熱移動媒体を自然循環式のヒートポンプサイクルの伝熱媒体として使用するので、CO2のみの熱移動媒体と比べて凝縮温度が上昇し、常温の水又は空気との熱交換で凝縮が可能となる。これによって、凝縮用の特別な冷却手段が不要となり、利便性が格段に向上する。 Further, according to the heat transfer device of the second aspect of the present invention, the heat transfer medium is naturally circulated by the temperature difference and the liquid head difference without using a physical forced circulation device that involves compression or lifting action of the heat transfer medium. A heat transfer medium provided with a circulation type heat pump cycle, in which dimethyl ether is added to CO 2 at a molar ratio of 1 to 35%, preferably 7 to 35%, is used for the heat pump cycle. According to the heat transfer medium of the present invention, a heat transfer medium obtained by adding 1 to 35%, preferably 7 to 35%, of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is used as a heat transfer medium for a natural circulation heat pump cycle. Therefore, the condensation temperature rises compared to a heat transfer medium of only CO 2 , and condensation is possible by heat exchange with normal temperature water or air. This eliminates the need for special cooling means for condensation, and greatly improves convenience.
また、自然循環が形成できるジメチルエーテルの添加量の範囲内で、ガス状の熱移動媒体は熱保有量(熱密度)を高くすることができるため、熱移動効率は高くなる。
[実施例]
Moreover, since the gaseous heat transfer medium can increase the heat retention (heat density) within the range of the amount of dimethyl ether that can form a natural circulation, the heat transfer efficiency is increased.
[Example]
CO2のみからなる熱移動媒体及びCO2にジメチルエーテルを添加した熱移動媒体の物性に係る実験データを説明する。
図1はCO2のみからなる熱移動媒体及びCO2にジメチルエーテルを添加した熱移動媒体の臨界温度の上昇を試験した結果を示す。図1に示すように、CO2に対してジメチルエーテルの添加量が多くなるに従って臨界温度が上昇していることがわかる。従って、臨界温度が上昇すれば、凝縮温度も上昇するため、凝縮しやすくなる。
Experimental data relating to the physical properties of a heat transfer medium consisting only of CO 2 and a heat transfer medium obtained by adding dimethyl ether to CO 2 will be described.
FIG. 1 shows the results of testing the increase in critical temperature of a heat transfer medium consisting only of CO 2 and a heat transfer medium in which dimethyl ether is added to CO 2 . As shown in FIG. 1, it can be seen that the critical temperature increases as the amount of dimethyl ether added to CO 2 increases. Therefore, if the critical temperature rises, the condensation temperature also rises, so that condensation easily occurs.
CO2に対してジメチルエーテルの添加量が増えても、臨界圧力はそれほど減少しないが、飽和圧力が減少する。従って、熱移動媒体の作動圧を低減できるので、熱移動媒体が循環するヒートポンプサイクルを構成する各機器の耐圧強度を低減でき、これによって、装置製造費を低減できる。 Even if the amount of dimethyl ether added to CO 2 increases, the critical pressure does not decrease so much, but the saturation pressure decreases. Therefore, since the operating pressure of the heat transfer medium can be reduced, the pressure strength of each device constituting the heat pump cycle in which the heat transfer medium circulates can be reduced, thereby reducing the device manufacturing cost.
次に、図2はCO2のみの熱移動媒体及びCO2にジメチルエーテルを添加した熱移動媒体の物性及び熱保有量を比較して示すものである。図2に示すように、CO2に対するジメチルエーテルの添加量が多くなるに従って、比重及び比熱が上昇しているが、粘度も上昇している。エンタルピーは液との差においては変わらない。従って、CO2にジメチルエーテルを添加した場合、粘性増加による流動抵抗がヒートポンプサイクルの自然循環が可能な範囲に留まるものであれば、ジメチルエーテルの添加によって熱移動効率は上昇する。 Next, FIG. 2 shows a comparison of physical properties and heat retention of a heat transfer medium containing only CO 2 and a heat transfer medium obtained by adding dimethyl ether to CO 2 . As shown in FIG. 2, the specific gravity and specific heat increase as the amount of dimethyl ether added to CO 2 increases, but the viscosity also increases. Enthalpy does not change in the difference from the liquid. Accordingly, when dimethyl ether is added to CO 2 , the heat transfer efficiency is increased by the addition of dimethyl ether if the flow resistance due to the increase in viscosity remains within a range where natural circulation of the heat pump cycle is possible.
次に、図3は、蒸発器として太陽熱加熱装置を用いたヒートポンプ装置(自然循環式)を使って行なった実験結果を示し、CO2のみの熱移動媒体及びCO2にジメチルエーテルを添加した熱移動媒体の集熱温度及び集熱量を示す。図3から、ヒートポンプサイクルを循環する熱移動媒体の循環量が同じでも、ジメチルエーテルの添加量が増えると、集熱温度が高くなることがわかる。これは、ジメチルエーテルを添加すると、単位量当りの熱保有量が増加し、それにより熱移動量も増加し、熱交換器効率が向上したためと思われる。 Next, FIG. 3, the heat pump device indicates (natural circulation) results of experiments performed using the heat transfer with the addition of dimethyl ether to heat transfer medium and CO 2 CO 2 alone using the solar heating apparatus as an evaporator The heat collection temperature and heat collection amount of the medium are shown. FIG. 3 shows that the heat collection temperature increases as the amount of dimethyl ether added increases even if the amount of heat transfer medium circulating in the heat pump cycle is the same. This seems to be because when dimethyl ether was added, the amount of heat retained per unit amount increased, thereby increasing the amount of heat transfer and improving the heat exchanger efficiency.
図4は、蒸発器の低温域における蒸発部の伝熱試験結果を示す。即ち、蒸発器で、伝熱管を垂直又は水平に配置し、外気温度23.5〜25.3℃の中で自然通風で蒸発試験を行ない、蒸発スタート時(伝熱管距離0m)から蒸発終了時(伝熱管距離5m)までの管壁温度(熱媒体温度に相当)を測定したものである。試験対象の熱移動媒体は、CO2のみのものと、CO2に対してモル比でジメチルエーテルを15%添加したものを用いた。 FIG. 4 shows the heat transfer test results of the evaporator in the low temperature region of the evaporator. That is, with an evaporator, heat transfer tubes are arranged vertically or horizontally, an evaporation test is performed with natural ventilation at an outside air temperature of 23.5 to 25.3 ° C, and from the start of evaporation (distance of heat transfer tube 0 m) to the end of evaporation The tube wall temperature (corresponding to the heat medium temperature) up to (heat transfer tube distance 5 m) is measured. As the heat transfer medium to be tested, one having only CO 2 and one having 15% dimethyl ether added in molar ratio to CO 2 were used.
図4から、蒸発終了時(伝熱管距離5m)で両者がほぼ同一温度になっていることから、低温域における熱媒体蒸発時の伝熱効率はほぼ同じであることがわかる。CO2のみの場合では顕熱熱交換域と潜熱熱交換域とが明瞭に現われているのに対して、CO2にジメチルエーテルを添加した場合は、温度滑りがあり、顕熱域と潜熱域の違いが現われていないのがわかる。このように、図4から、CO2にジメチルエーテルを添加した場合は、温度上昇勾配が一定であるので、負荷に対して連続的かつ緻密な温度制御が可能であることがわかる。 From FIG. 4, it can be seen that the heat transfer efficiency at the time of evaporation of the heat medium in the low temperature region is substantially the same because both are at substantially the same temperature at the end of evaporation (heat transfer tube distance 5 m). In the case of only CO 2 , the sensible heat exchange area and the latent heat exchange area clearly appear, whereas when dimethyl ether is added to CO 2 , there is a temperature slip, and there is a sensible heat area and a latent heat area. You can see that there is no difference. Thus, it can be seen from FIG. 4 that when dimethyl ether is added to CO 2 , the temperature rise gradient is constant, so that continuous and precise temperature control with respect to the load is possible.
図5はCO2のみの場合とCO2にジメチルエーテルを添加した場合、あるいはジメチルエーテルのみの場合の燃焼性を示す。CO2に対するジメチルエーテルの添加量が12〜50モル%のときの熱移動媒体は不燃性又は弱燃性を示すことがわかる。 Figure 5 shows a combustion of cases of the addition of dimethyl ether and CO 2 If only CO 2, or dimethyl ether alone. It can be seen that the heat transfer medium when the amount of dimethyl ether added to CO 2 is 12 to 50 mol% exhibits nonflammability or weak flame retardancy.
図6は、熱移動媒体の循環路で圧力が10MPaで自然循環を行なう場合、温度95℃と24℃での熱移動媒体の粘性抵抗をシミュレーションした結果を示す。図6から、CO2のみの熱移動媒体の場合と比べて、CO2にジメチルエーテルを添加した熱移動媒体のほうが粘性抵抗が増加し、かつジメチルエーテルの添加量が増えるほど、粘性抵抗が増加していることがわかる。 FIG. 6 shows the result of simulating the viscous resistance of the heat transfer medium at temperatures of 95 ° C. and 24 ° C. when natural circulation is performed at a pressure of 10 MPa in the circulation path of the heat transfer medium. 6, as compared with the case of the heat transfer medium only CO 2, towards the heat transfer medium with the addition of dimethyl ether to CO 2 is increased viscous resistance, and as the amount of dimethyl ether increases, the viscosity resistance is increased I understand that.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
[実施形態1]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.
[Embodiment 1]
次に本発明の第1実施形態を図7に基づいて説明する。図7は本発明の熱移動媒体を用いた自然循環式の暖房装置又は局部熱の放熱装置1を示す系統図である。図7において、CO2にモル比でジメチルエーテルを7〜35%添加した熱媒体cが流れる循環路2が設けられ、循環流路2に蒸発器3と熱回収部4とが介設されている。蒸発器3には循環路2に接続された、該熱媒体cが流れる伝熱管5が設けられ、蒸発器3に外気aを取り込んでその熱を導入し、該熱で熱媒体cを蒸発させる。そして、蒸発器2の出口側で熱媒体cは超臨界状態となる。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a system diagram showing a natural circulation heating device or a local
熱回収部4では、循環路2に接続された伝熱管6を空調対象空間r中に配置し、空調対象空間rを伝熱管6を流れる熱媒体cの熱で暖房するか、又は局所熱を蒸発器3にて回収し、熱回収部4にて放熱する。そして、熱回収部4の出口側で凝縮する。熱回収部4の出口側の循環路2cは、凝縮して液化した熱媒体cで液ヘッドが形成できるように出口側に向かって下方に高低差を付けて配置されている。この液ヘッドHと蒸発器3下流側と熱回収部3下流側の熱媒体cの温度差、即ち、伝熱管5内で蒸発した熱媒体cの上昇力によって熱媒体cの自然循環が形成される。
In the
本実施形態では、CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%添加した熱媒体cを用いているため、図1の実施例1及び2で示すように、臨界温度が上昇することにより、凝縮温度が上昇するため、熱回収部4で特別な冷却手段を用いることなく、常温の水又は空気との熱交換で熱媒体cの凝縮が可能となり、利便性を向上できる。また、図2の実施例2、4又は5に示すように、熱媒体cの比熱がCO2のみの場合よりも大となるので、単位量当りの熱保有量が増大し、それにより熱移動量も増加する。従って、熱交換効率が向上する。
In this embodiment, the heat medium c in which 1 to 35% of dimethyl ether is added to CO 2 at a molar ratio is used. Therefore, as shown in Examples 1 and 2 of FIG. Since the temperature rises, the
また、図4の実験データに示すように、蒸発器3の伝熱管5での温度上昇勾配が一定であるので、負荷に対して連続的かつ緻密な温度制御が可能である。また、図5の実施例3又は4に示すように、熱媒体cは不燃性又は弱燃性を示すので、安全であり、図6の実施例2、4又は5に示すように、粘性抵抗もさほど増加しないので、自然循環を形成することができる。
[実施形態2]
Moreover, as shown in the experimental data of FIG. 4, since the temperature rise gradient in the
[Embodiment 2]
次に本発明の第2実施形態を図8に基づいて説明する。図8は太陽熱集熱装置10を示し、図において、熱媒体循環路11には、CO2とジメチルエーテルからなり、ジメチルエーテルの添加量を前記第1実施形態と同一とした熱媒体cが流れている。循環路11には太陽熱を採集する集熱器12と、集熱器12で採取した太陽熱を回収する熱交換器13とが介設されている。集熱器12と熱交換器13とはほぼ同一高さに設置されている。循環路11に介設される集熱器12の入口側と出口側とは高低差が設けられ、集熱器12の内部に配設された図示しない集熱管は上下方向に入口側が低く、出口側が高くなるように傾きをもって配置されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a solar heat collecting apparatus 10. In the figure, a heat medium c made of CO 2 and dimethyl ether and having the same amount of dimethyl ether added as in the first embodiment flows through the heat
また、熱交換器13では、循環流路11に接続される伝熱管14が設けられ、熱交換器13の下部に接続された供給管15から熱回収流体fが供給され、熱回収流体fは伝熱管14を流れる熱媒体と間接熱交換を行なって熱媒体から熱回収を行ない、その後、熱交換器13の上部に接続された戻り管16から排出される。熱交換器13の出口側循環流路11cは、熱交換器13内で熱回収流体fと熱交換して液化された熱媒体が液ヘッドHを形成するように、上下方向に配置されている。
Further, the heat exchanger 13 is provided with a
該液ヘッドHと集熱器12で蒸発した熱媒体cの上昇力によって循環路11内で熱媒体cが自然循環する。本実施形態において、循環路11を流れる熱媒体cとしてCO2とジメチルエーテルとからなる熱媒体を用いたことによる作用効果は前記第1実施形態と同一である。さらに加えて、図2の実施例2又は4に示すように、CO2のみの場合よりも、循環量が同じでも集熱温度を上昇できるとともに、集熱量を増大することができる。
[実施形態3]
The heat medium c naturally circulates in the
[Embodiment 3]
次に本発明の第3実施形態を図9に基づいて説明する。図9は、スターリングサイクルの冷却部でつくった冷熱を冷蔵庫の冷熱源として利用するスターリング冷凍機の二次冷媒として本発明の熱媒体(CO2に対してモル比で7〜35%のジメチルエーテルを添加したもの)を用いた場合の実施形態である。図9において、CO2とジメチルエーテルとからなる二次冷媒r2が流れる冷媒循環管路22が設けられている。冷媒循環管路22の一端はスターリング冷凍機21の冷却部21aに接続され、もう一方の端部は冷蔵庫23の冷却部24に配設されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the heat medium of the present invention (dimethyl ether having a molar ratio of 7 to 35% with respect to CO 2) as a secondary refrigerant of a Stirling refrigerator that uses the cold generated in the cooling section of the Stirling cycle as a cold heat source of the refrigerator. It is an embodiment in the case of using the (added). In FIG. 9, a
冷却部24に配設された冷媒循環管路22には放冷用のフィン25が取り付けられている。また、ファン26によって冷蔵庫23内に循環流bを形成して、冷蔵庫23内の雰囲気がフィン25に当るようになっている。スターリング冷凍機21の冷却部21aには図示しないシリンダ状の膨張空間が設けられている。該膨張空間で膨張されて冷却された一次冷媒により冷却された二次冷媒r2は、冷媒循環管路22を通って冷蔵庫23内の冷却部24に達する。冷却部24では、冷媒放冷用フィン25を介し冷媒の冷熱により冷蔵庫23内を冷却する。
Cooling fins 25 are attached to the
二次冷媒r2は冷蔵庫23の冷却部24で冷蔵庫23内の熱を吸収して蒸発した二次冷媒r2が冷却部24の出口側配管22aで上昇力uを形成する。スターリングサイクルの冷却部21aで二次冷媒r2を冷却して液化し、液状の二次冷媒r2が冷蔵庫23の冷却部24に流入して蒸発し、その上昇力uによりスターリング冷凍機21の冷却部21aに戻る。これにより二次冷媒r2は無動力で自然循環を行なう。本実施形態によれば、二次冷媒r2としてCO2に対してモル比で7〜35%のジメチルエーテルを添加した冷媒を用いたことにより、前記第1実施形態と同一の作用効果を得ることができる。
The secondary refrigerant r 2 absorbs heat in the refrigerator 23 at the
なお、スターリング冷凍機の加熱部でつくった熱を利用した暖房装置も可能である。この場合は、蒸発した二次冷媒の上昇力と液化した二次冷媒液が形成する液ヘッドにより自然循環を可能とする。
本発明の前記熱媒体は、流動性が良く、高圧低温でも粘性が低下しないので、流動負荷を小さくできるので、自然循環を容易に形成することができる。また、ジメチルエーテルの添加量を7〜35モル%としたことにより、可燃域にはならないので、安全性の面で制約がない。従って、利便性を向上することができる。
[実施形態4]
In addition, the heating apparatus using the heat | fever produced with the heating part of the Stirling refrigerator is also possible. In this case, natural circulation is enabled by the rising force of the evaporated secondary refrigerant and the liquid head formed by the liquefied secondary refrigerant liquid.
Since the heat medium of the present invention has good fluidity and does not decrease in viscosity even at high pressure and low temperature, the flow load can be reduced, so that natural circulation can be easily formed. In addition, since the amount of dimethyl ether added is 7 to 35 mol%, there is no restriction in terms of safety because it is not in a combustible region. Therefore, convenience can be improved.
[Embodiment 4]
次に本発明の第4実施形態を図10に基づいて説明する。図10において、熱媒体循環路31には本発明に係る熱媒体c(CO2に対してジメチルエーテルをモル比で7〜35%添加したもの)が流れている。蒸発器33で構成される蒸発部32では外部の熱を導入して熱媒体cを蒸発させ、蒸発部32の出口側循環流路31で超臨界状態を形成する。蒸発した熱媒体cは液化器34で放熱して液化する。熱媒体cが放熱した熱は冷凍機35、例えば吸収冷凍機等の熱源として使用される。なお、蒸発器33の上流側には流路切換え用兼流量調整弁36が介設されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the heat medium c according to the present invention ( 7 to 35% of dimethyl ether added to CO 2 in a molar ratio) flows through the
本実施形態は、液化器34より蒸発部32が低位置に設置され、液化器34の出口側循環流路31aが上下方向に配置されて、液化器34の出口側で液ヘッドHを形成可能に構成されている。該液ヘッドHと、蒸発部32で蒸発した熱媒体cの上昇力により熱媒体cの自然循環が形成される。本実施形態において、本発明の熱媒体cを用いたこと及び熱媒体cの自然循環を形成したことによる作用効果は、前記第1実施形態と同様である。
[実施形態5]
In this embodiment, the evaporating
[Embodiment 5]
次に本発明の第5実施形態を図11に基づいて説明する。図11において、熱媒体cの循環流路41に複数の蒸発器43で構成された蒸発部42と液化器44が介設されている。本実施形態は、設置場所の制約により蒸発部42の設置場所が高所であり、液化器44の出口側に形成された液ヘッドHのみでは自然循環の形成が容易でない場合の実施形態である。そのため、循環流路41に熱媒体cの自然循環を補助するための補助ポンプ45を介設している。なお、蒸発器43の上流側には流路切換え用兼流量調整弁47が介設されている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 11, an
本実施形態では、液ヘッドHと補助ポンプ45の助けによって熱媒体cの循環が形成される。熱媒体cが蒸発部42に導入され、蒸発部42で熱媒体cは外部から熱を吸収し、蒸発部42の出口側で熱媒体cは液体又は気体の状態で液化器44に移送される。液化器44では、熱媒体cの潜熱が冷凍機46、例えば吸収冷凍機等の熱源として吸収される。液化器44で潜熱が吸収された熱媒体cは液化し、液化器44に貯留された後、ポンプ45により蒸発部42に移送される。
In this embodiment, circulation of the heat medium c is formed with the help of the liquid head H and the
本実施形態では、熱媒体cとして、CO2にモル比で7〜35%のジメチルエーテルを添加した熱媒体を用いている。そのため、補助ポンプ45の動力を必要とする点を除き、前記第1実施形態と同一の作用効果を得ることができる。
[実施形態6]
In the present embodiment, a heat medium in which 7 to 35% of dimethyl ether is added to CO 2 in a molar ratio is used as the heat medium c. Therefore, the same operational effects as those in the first embodiment can be obtained except that the power of the
[Embodiment 6]
次に本発明の第6実施形態を図12に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の冷媒を二次冷媒として冷房装置50に適用した場合の実施形態である。図12において、冷凍機51には一次冷媒r1が流れる一次循環流路52に一次冷凍サイクルが構成され、循環流路52は熱交換器53に接続されている。一方、熱交換器53と熱負荷55(空調対象空間r)との間には二次冷媒r2が流れる二次循環流路54(二次冷凍サイクル)が接続されている。二次冷媒r2はポンプ56によって強制循環される。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment when the refrigerant of the present invention is applied to the cooling device 50 as a secondary refrigerant. In FIG. 12, in the
二次冷媒r2は本発明の構成を有する冷媒である。熱交換器53で一次冷媒r1が二次冷媒r2から熱を奪って蒸発することにより、二次冷媒r2が冷却される。冷却された二次冷媒r2は熱負荷55(空調対象空間r)を冷却する。二次冷媒r2は液状のまま循環流路54を循環され、冷房機50は二次冷媒r2の顕熱利用の冷房機である。
Secondary refrigerant r 2 is a refrigerant having a structure of the present invention. By primary refrigerant r 1 in the heat exchanger 53 is evaporated takes heat from the secondary coolant r 2, the secondary refrigerant r 2 is cooled. The cooled secondary refrigerant r 2 cools the heat load 55 (air-conditioning target space r). The secondary refrigerant r 2 is circulated through the
本実施形態によれば、二次冷媒r2として本発明の熱移動媒体(CO2にジメチルエーテルをモル比で7〜50%添加したもの)を用いたので、図1の実施例1,2及び6に示すように、臨界温度が上昇するため、凝縮温度が上昇して凝縮しやすくなる。そのため、常温の水又は空気で凝縮できるので、利便性が向上する。逆に飽和圧力が減少するので、作動圧が低減し、そのため、二次循環流路54及び二次循環流路54に介設された機器類を低圧仕様とすることができ、装置費を低減することができる。
また、CO2の融点−56.6℃に対して、ジメチルエーテルの融点は−146℃であり、ジメチルエーテルの添加により、融点がさらに低下するため、低温域の使用では、−56℃以下の二次冷媒を用いた熱移動装置も可能である。
According to the present embodiment, since the heat transfer medium of the present invention ( 7 to 50% of dimethyl ether added to CO 2 in a molar ratio) is used as the secondary refrigerant r 2 , Examples 1 and 2 in FIG. As shown in FIG. 6, since the critical temperature rises, the condensation temperature rises and the condensation easily occurs. Therefore, since it can condense with normal temperature water or air, the convenience improves. Conversely, since the saturation pressure is reduced, the operating pressure is reduced, and therefore, the secondary
Further, the melting point of dimethyl ether is −146 ° C. with respect to the melting point of CO 2 -56.6 ° C., and the addition of dimethyl ether further lowers the melting point. A heat transfer device using a refrigerant is also possible.
また、図2の実施例2,4及び5に示すように、熱保有量が増加するので、それにより熱移動量も増加する。このため、強制循環において熱量の移送効率が向上する。さらに、不燃性又は弱燃性であるため、安全である。ジメチルエーテルの添加量を1〜12モル%とすれば、不燃性となるので、屋内又は閉鎖空間に配設される冷房装置でも発火の危険性がない。
[実施形態7]
Further, as shown in Examples 2, 4 and 5 in FIG. 2, the heat retention amount increases, and thereby the heat transfer amount also increases. For this reason, in the forced circulation, the heat transfer efficiency is improved. Furthermore, since it is nonflammable or weakly flammable, it is safe. If the addition amount of dimethyl ether is 1 to 12 mol%, it becomes nonflammable, so there is no risk of ignition even in a cooling device disposed indoors or in a closed space.
[Embodiment 7]
次に本発明の第7実施形態を図13に基づいて説明する。図13において、冷凍機61には一次冷媒r1が流れる一次循環流路62に一次冷凍サイクルが構成され、循環流路62は熱交換器63に接続されている。一方、二次循環流路64(二次冷凍サイクル)には二次冷媒r2が流れ、二次冷媒r2は本発明にかかる冷媒(CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜12%添加したもの)である。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 13, in the
二次循環流路64には、熱交換器63のほかに、圧縮機65、蒸発器66及び膨張弁67が介設され、二次冷凍サイクルを構成している。熱交換器63で一次冷媒r1に蒸発潜熱を奪われて二次冷媒r2は−20℃に冷却される。一方、二次循環流路64の蒸発器66では、二次冷媒r2が熱負荷68から蒸発潜熱を奪い、熱負荷68を−40〜−50℃又は−56℃以下に冷却することができる。このように、本実施形態は二元冷凍サイクルをもつカスケード冷凍機60を構成している。
In addition to the heat exchanger 63, the secondary
本実施形態によれば、二次冷媒r2がCO2に対してモル比で1〜12%のジメチルエーテルが添加されているので、流動性に優れ、CO2にジメチルエーテルを添加することにより、流動性及び循環性を維持しながら、凝縮温度が上昇し、飽和圧力が減少する。飽和圧力が減少するため、設計上の耐圧強度を低減できるので、イニシャルコストを低減することができる。
また、二次冷媒r2が不燃性を有するので、屋内又は密閉空間での使用が可能であり、利便性が向上する。
According to this embodiment, since the secondary refrigerant r 2 is added with 1 to 12% of dimethyl ether in a molar ratio with respect to CO 2 , the fluidity is excellent, and by adding dimethyl ether to CO 2 , Condensation temperature rises and the condensation temperature rises and the saturation pressure decreases. Since the saturation pressure is reduced, the design pressure strength can be reduced, so that the initial cost can be reduced.
The secondary refrigerant r 2 is because it has a non-flammable, but may be used for indoor or enclosed space, the convenience is improved.
本発明によれば、冷凍設備又はヒートポンプ設備等の伝熱装置において、CO2にジメチルエーテルを添加した熱移動媒体を用いることにより、熱効率を向上させ、利便性を向上させ、かつ安全な伝熱装置を実現することができる。 According to the present invention, in a heat transfer device such as a refrigeration facility or a heat pump facility, a heat transfer medium in which dimethyl ether is added to CO 2 is used, thereby improving thermal efficiency, improving convenience, and a safe heat transfer device. Can be realized.
1 暖房装置(熱移動設備)
2,11,31,41 熱媒体循環路(自然循環式ヒートポンプサイクル)
3 蒸発器
4 熱回収部
5,6 伝熱管
10 太陽熱集熱装置(熱移動設備)
12 集熱器
13,53,63 熱交換器
21 スターリング冷凍機
22 二次冷媒循環管路
23 冷蔵庫(熱負荷)
32,42 蒸発部
34,44 液化器
45 補助ポンプ
50 冷房装置(熱移動設備)
52,62 二次循環流路(一次ヒートポンプサイクル)
53,63 熱交換器
55,68 熱負荷
60 カスケード冷凍機(熱移動設備)
c 熱媒体(熱移動媒体)
H 液ヘッド
r1 一次冷媒
r2 二次冷媒(二次伝熱媒体)
u 上昇力
1 Heating device (heat transfer equipment)
2, 11, 31, 41 Heat medium circulation path (natural circulation heat pump cycle)
3
12 heat collector 13, 53, 63
32, 42 Evaporating
52,62 Secondary circulation channel (primary heat pump cycle)
53,63
c Heat medium (heat transfer medium)
H liquid head r 1 primary refrigerant r 2 secondary refrigerant (secondary heat transfer medium)
u Climbing force
Claims (7)
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜50%添加してなる熱移動媒体を一次ヒートポンプサイクルの熱交換器と熱負荷との間に介設されて該一次ヒートポンプサイクルと熱負荷との間の熱伝達を行なう二次伝熱媒体として用いることを特徴とする伝熱装置。 In a heat transfer device using a heat transfer medium mainly composed of CO 2 as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
A heat transfer medium obtained by adding 1 to 50% of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is interposed between the heat exchanger of the primary heat pump cycle and the heat load, and heat between the primary heat pump cycle and the heat load. A heat transfer device that is used as a secondary heat transfer medium that performs transmission.
前記熱移動設備が熱移動媒体の圧縮又は揚程作用を伴う物理的な強制循環機器を介設せず温度差と液ヘッド差によって熱移動媒体を循環させる自然循環式のヒートポンプサイクルを備え、
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%添加してなる熱移動媒体を該ヒートポンプサイクルに用いたことを特徴とする伝熱装置。 In a heat transfer device using a heat transfer medium mainly composed of CO 2 as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
The heat transfer facility includes a natural circulation heat pump cycle that circulates the heat transfer medium by a temperature difference and a liquid head difference without interposing a physical forced circulation device with compression or lifting action of the heat transfer medium,
A heat transfer device, wherein a heat transfer medium obtained by adding 1 to 35% of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is used in the heat pump cycle.
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜50%添加してなる熱移動媒体を、一次ヒートポンプサイクルの熱交換器と熱負荷との間に介設されて該一次ヒートポンプサイクルと熱負荷との間の熱伝達を行なうヒートポンプサイクルの二次伝熱媒体として使用することを特徴とする熱移動媒体。 In a heat transfer medium mainly composed of CO 2 used as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
A heat transfer medium obtained by adding 1 to 50% of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 is interposed between the heat exchanger of the primary heat pump cycle and the heat load, and between the primary heat pump cycle and the heat load. A heat transfer medium which is used as a secondary heat transfer medium for a heat pump cycle which performs heat transfer.
CO2にモル比でジメチルエーテルを1〜35%添加してなる熱移動媒体を自然循環式のヒートポンプサイクルの伝熱媒体として使用することを特徴とする熱移動媒体。 In a heat transfer medium mainly composed of CO 2 used as a heat transfer medium in a heat transfer facility for cooling or heating purposes,
A heat transfer medium comprising a heat transfer medium obtained by adding 1 to 35% of dimethyl ether in a molar ratio to CO 2 as a heat transfer medium of a natural circulation heat pump cycle.
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