JP2596776B2 - ヒートポンプ - Google Patents

ヒートポンプ

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JP2596776B2
JP2596776B2 JP63025011A JP2501188A JP2596776B2 JP 2596776 B2 JP2596776 B2 JP 2596776B2 JP 63025011 A JP63025011 A JP 63025011A JP 2501188 A JP2501188 A JP 2501188A JP 2596776 B2 JP2596776 B2 JP 2596776B2
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康夫 小川
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷媒として混合冷媒を用いるヒートポンプに
関するものである。なお、ここでヒートポンプとは温流
体を製造する狭義のヒートポンプのみならず、冷流体を
製造する冷凍機も含むものとする。
〔従来技術〕
家庭用クーラー等の圧縮方式のヒートポンプの作動冷
媒として用いられるフロン(クロロフルオロカーボン)
が大気成層圏のオゾン層を破壊するという理由により、
近年その使用を国際的に規制しようとする検討が行なわ
れている。即ち、大気成層圏のオゾン層は生物に有害な
波長290〜320nmの光を吸収し、この光が大地に到達しな
いようにする作用を有しているが、フロン中に含まれる
塩素(Cl)がこのオゾンを分解し破壊したならば上記生
物に有害な光が地表に到達してしまう。そこで大気成層
圏のオゾン層の破壊を防止しようという議論がなされて
いるのである。
フロン規制に関する具体的例としては、1987年9月に
行なわれたオゾン層保護条約に基づくモントリオール外
交会議で採択された議定書である。ここではR−11,R−
12,R−113,R−114,R−115等がその規制の対象物とな
り、その生産量及び消費量を段階的に削減することとな
った。
しかしながら、将来、フロンによる大気成層圏のオゾ
ン層の破壊が顕著になれば、これらの規制の対象となっ
た物のみならず、冷媒として最も使用量の多いCHClF2
どの対象外の物質も規制又は全廃になることが予想され
る。このため現在CHClF2等の冷媒に代わる代替冷媒の開
発が急がれている。
〔発明が解決しようとする課題〕
フロン系冷媒で大気成層圏のオゾン層を全く破壊しな
い冷媒としては、分子中に塩素原子を含まないC1HmF
n(但し、1,m,nは2(1+1)=m+nを満足する正の
整数)の分子式を有する冷媒である。この中でも経済性
(コスト),安全性(可燃性)、毒性などの観点から最
も使用可能な冷媒としてC2HF5とC2H2F4が考えられる。
しかしながらC2HF5は、圧力がCHClF2より高くなると
いう欠点がある。即ち、例えば40℃におけるCHClF2の飽
和圧力は1438kPaであるがC2HF5では1854kPaであり、約2
0%高圧となる。そのため、従来の圧縮機等の機器を使
用することができず、新規に設計しても肉厚の機器とな
るという欠点がある。しかも性能が悪いという欠点もあ
り、採用は極めて困難である。
一方C2H2F4は圧力も低く、性能も良好であるが吸込単
位容積当りの冷凍能力が非常に小さく、小型化が要求さ
れるエアコン等には採用できなかった。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するため本発明は、圧縮機、凝縮器、
蒸発器を具備し、これらの機器間を冷媒経路で接続して
冷媒循環路を形成するヒートポンプにおいて、冷媒がC2
H3F5(以下「低沸点冷媒」と称す)と、−29.79℃以上
の沸点の冷媒(以下「高沸点冷媒」と称する)とを含む
少なくとも2種以上の冷媒を混合した混合冷媒であり、
該混合冷媒の高沸点冷媒のモル分率が50%以上であり、
C1HmFn(但し、1,m,nは2(1+1)=m+nを満足す
る正の整数)の分子式を有し、前記混合冷媒が前記沸点
冷媒と高沸点冷媒との混合比を該混合冷媒の沸点が−4
0.75℃となるように調整してあり、且つ圧縮機回転数可
変形の圧縮機であり、該圧縮機の吐出部より凝縮器間の
高圧部に冷媒の圧力を検出する圧力検出機構を具備し、
該高圧部の圧力がある一定値より上昇しないように圧縮
機の回転数を変化させる圧力制御装置を設けたことを特
徴とする。
〔作用〕
ヒートポンプを上記の如く構成することにより、主冷
媒として塩素原子を含まないC1HmFn(但し、1,m,nは2
(1+1)=m+nを満足する正の整数)の分子式を有
する冷媒を用いるので、大気成層圏のオゾン層を殆ど破
壊することがなく、安全で無公害である。
また、混合冷媒を使用するので、成績係数や単位体積
当りの冷凍能力を改善することができ、圧力も従来の冷
媒CHClF2で使用するものより低くすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係るヒートポンプの概略構成を示す
図である。同図において、1は圧縮機、2は凝縮器、3
は減圧装置、4は蒸発器である。これら圧縮機1、凝縮
器2、減圧装置3及び蒸発器4は冷媒経路で接続されて
冷媒循環流路を形成している。
上記構成のヒートポンプにおいて、圧縮機1で圧縮さ
れた冷媒ガスは凝縮器2にて、流路5から送られてくる
負荷流体により冷却及び凝縮され、減圧装置3にて減圧
された後、蒸発器4に至る。蒸発器4では流路6から送
られる熱源流体により、加熱及び蒸発され、再び圧縮機
1に戻り、ヒートポンプサイクルを構成する。一方流路
5を流れる負荷流体は凝縮器2にて加熱され負荷(図示
せず)に供給される。
上記ヒートポンプにおいて、使用する冷媒は、全てC1
HmFn(但し、1,m,nは2(1+1)=m+nを満足する
正の整数)の分子式を有する冷媒の混合冷媒を用いる。
第2図乃至第3図は上記構成のヒートポンプにこれら
の混合冷媒を用いた場合の代表的な研究結果を示す図で
ある。図において、縦軸はヒートポンプサイクルのある
空調条件における成績係数(cop)値、システム内最高
圧力pS(kPa)及び吸込単位容積当りの冷凍能力(kJ/
m3)、横軸はモル比を示す。図中、実線は成績係数(co
p)値、破線は吸込単位容積当りの冷凍能力(kJ/m3)、
一点鎖線はシステム内最高圧力pS(kPa)を示す。
第2図は冷媒C2HF5と冷媒C2H4F2(冷媒C1HmFnの1=
2,m=4,n=2)との混合冷媒のある空調冷房条件におけ
る成績係数値と冷凍能力と最高圧力との研究結果を示
す。同図実線に示すように、冷媒C2HF5の単一冷媒の成
績係数値は悪いが、それに冷媒C2H4F2を混合することに
より、著しく成績係数値が向上する。また、同図破線で
示すように吸込単位容積当りの冷凍能力も大きいのでヒ
ートポンプを使用する機器も小型にすることができる。
更に、同図一点鎖線に示すように最高圧力は従来使用の
冷媒以下に抑えることができるので、従来用いられる圧
縮機等の機器をそのまま本実施例の圧縮機1として使用
できる。
第3図は冷媒C2HF6と冷媒C2H2F4(冷媒C1HmFnの1=
2,m=2,n=4)との混合冷媒のある空調冷房条件におけ
る成績係数値と冷凍能力と最高圧力との研究結果を示
す。同図実線に示すように、冷媒C2HF5の単一冷媒の成
績係数値は悪いが、それに冷媒C2H2F4を混合することに
より、著しく成績係数値が向上する。また、同図破線で
示すように吸込単位容積当りの冷凍能力も大きいのでヒ
ートポンプで使用する機器も小型にすることができる。
更に、同図一点鎖線に示すように最高圧力は従来使用の
冷媒の圧力以下に抑えることができるので、従来用いら
れる圧縮機等の機器をそのまま本実施例の圧縮機1とし
て使用できる。
第2図乃至第3図の研究結果から、これらの混合冷媒
は成績係数の改善か吸込単位容量当りの冷凍能力を大幅
に改善することができることが判る。
また、第2図乃至第3図の混合冷媒はいずれもC1HmFn
(但し、1,m,nは2(1+1)=m+nを満足する正の
整数)の分子式を有する混合冷媒である。
また、第2図乃至第3図の混合冷媒は、該混合冷媒を
構成する低沸点側の全冷媒の沸点が−40.75℃以下で、
高沸点側の全冷媒の沸点が−29.79℃以上なので沸点差
が大きく混合冷媒として性能が向上し易い。しかも沸点
が−40.75℃と−29.79℃との間となるので、圧力が高す
ぎるような弊害も少ない。
また、通常はその混合比を調整することにより、冷媒
CHClF2の沸点である−40.75℃以下とする。従って、こ
の場合は従来の冷媒CHClF2用圧縮機をそのまま使用でき
る場合が多い。
また、沸点が−40.75℃以上の場合でもインバータ制
御により、従来の冷媒CHClF2用圧縮機をそのまま使用す
ることができる。即ち起動時など負荷が多い時、インバ
ータ速度が速くなり、冷媒CHClF2用の圧縮機の設計圧力
以上となる場合があるので、第1図の圧縮機1の吐出部
から凝縮器2の間の高圧部に冷媒の圧力を検出する圧力
検出器を設け、該圧力検出器により、“高圧”を検出
し、冷媒圧力が予め設定されてある圧力以上とならない
ようにインバータを制御すれば、従来の冷媒CHClF2用の
圧縮機をそのまま使用できる。この方法は冷媒C2HF5
単独冷媒として使用する場合も有効であるが、性能向上
を図るには冷媒C2H2F4等との混合冷媒とする方が更に有
効である。
〔発明の効果〕
以上、説明したように本発明によれば、下記のような
優れた効果が得られる。
冷媒として、C2H3F5とC1HmFn(但し、1,m,nは2(1
+1)=m+nを満足する正の整数)の分子式を有する
塩素を含まない混合冷媒を用いるので、成層圏オゾン層
を殆ど破壊しない、所謂無公害のヒートポンプが提供で
きる。
混合冷媒はC2H3F5の低沸点冷媒と沸点が−29.79℃以
上の高沸点冷媒を含む少なくとも2種類以上の冷媒を混
合した冷媒であり、該混合冷媒の高沸点冷媒がモル分率
が50%であり、且つC1HmFn(但し、1,m,nは2(1+
1)=m+nを満足する正の整数)の分子式を有し、更
に混合冷媒が低沸点冷媒と高沸点冷媒との混合比を該混
合冷媒の沸点が−40.75℃以上となるように調整してい
るので、実施例に例示するように(第2図及び第3図参
照)、冷凍能力が大きく、成績係数が大きいヒートポン
プ、つまり、省エネルギー、省スペース(小型)のヒー
トポンプが提供できる。
上記混合冷媒を用いることにより、実施例に例示する
ように(第2図及び第3図参照)システム内の最高圧力
があまり大きくならないので、従来のCHClF2用圧縮機等
のヒートポンプを構成する機器をそのまま使用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るヒートポンプの概略構成を示す
図、第2図は冷媒C2HF5と冷媒C2H4F2との混合冷媒のあ
る空調冷房条件における成績係数値と冷凍能力と最高圧
力との研究結果を示す図、第3図は冷媒C2HF5と冷媒C2H
2F4との混合冷媒のある空調冷房条件における成績係数
値と冷凍能力と最高圧力との研究結果を示す図である。 図中、1……圧縮機、2……凝縮器、3……減圧装置、
4……蒸発器、5,6……流路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機、凝縮器、蒸発器を具備し、これら
    の機器間を冷媒経路で接続して冷媒循環流路を形成する
    ヒートポンプにおいて、 前記冷媒がC2H3F5(以下「低沸点冷媒」と称す)と、−
    29.79℃以上の沸点の冷媒(以下「高沸点冷媒」と称す
    る)とを含む少なくとも2種以上の冷媒を混合した混合
    冷媒であり、該混合冷媒の高沸点冷媒のモル分率が50%
    以上であり、C1HmFn(但し、1,m,nは2(1+1)=m
    +nを満足する正の整数)の分子式を有し、前記混合冷
    媒が前記低沸点冷媒と高沸点冷媒との混合比を該混合冷
    媒の沸点が−40.75℃となるように調整してあり、且つ
    前記圧縮機回転数可変形の圧縮機であり、該圧縮機の吐
    出部より凝縮器間の高圧部に前記冷媒の圧力を検出する
    圧力検出機構を具備し、該高圧部の圧力がある一定値よ
    り上昇しないように前記圧縮機の回転数を変化させる圧
    力制御装置を設けたことを特徴とするヒートポンプ。
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