JPH05332635A - 代替フロンと冷凍機油を用いた圧縮／吸収ヒートポンプ - Google Patents
代替フロンと冷凍機油を用いた圧縮／吸収ヒートポンプInfo
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- JPH05332635A JPH05332635A JP8498691A JP8498691A JPH05332635A JP H05332635 A JPH05332635 A JP H05332635A JP 8498691 A JP8498691 A JP 8498691A JP 8498691 A JP8498691 A JP 8498691A JP H05332635 A JPH05332635 A JP H05332635A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 冷却媒体として環境に与える影響の少ない代
替フロンを使用し、さらにヒートポンプの動作係数を向
上させる。 【構成】 本発明の圧縮／吸収式ヒートポンプは、冷媒
を蒸発、圧縮、凝縮、および減圧して熱を低温の物体か
ら高温の物体に移す、従来の蒸気圧縮式ヒートポンプに
おいて、冷媒としてオゾン破壊係数が 0.1 以下である
フロンと、冷凍機油としてポリアルキレングリコール、
ジエステル、ポリオールエステル、ポリエーテル変性シ
リコーン油、および弗素変性シリコーン油の群から選ば
れた少なくとも１種を少なくとも重量で 10 % 以上含む
混合媒体を使用し、ヒートポンプサイクルまたは冷凍サ
イクル中に、冷媒圧縮プロセス用装置以外に、吸収プロ
セス用装置を組込んだヒートポンプである。
替フロンを使用し、さらにヒートポンプの動作係数を向
上させる。 【構成】 本発明の圧縮／吸収式ヒートポンプは、冷媒
を蒸発、圧縮、凝縮、および減圧して熱を低温の物体か
ら高温の物体に移す、従来の蒸気圧縮式ヒートポンプに
おいて、冷媒としてオゾン破壊係数が 0.1 以下である
フロンと、冷凍機油としてポリアルキレングリコール、
ジエステル、ポリオールエステル、ポリエーテル変性シ
リコーン油、および弗素変性シリコーン油の群から選ば
れた少なくとも１種を少なくとも重量で 10 % 以上含む
混合媒体を使用し、ヒートポンプサイクルまたは冷凍サ
イクル中に、冷媒圧縮プロセス用装置以外に、吸収プロ
セス用装置を組込んだヒートポンプである。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は主として冷却媒体として
塩素を含まないフロンを使用し、しかも動作係数（COP
）の高い圧縮／吸収ヒートポンプに関するものであ
る。
塩素を含まないフロンを使用し、しかも動作係数（COP
）の高い圧縮／吸収ヒートポンプに関するものであ
る。
【０００３】
【従来の技術】ヒートポンプはそれ自体の省エネルギー
特性による効果とエネルギー源転換による効果の複合と
して、排熱削減、二酸化炭素削減、ＳＯｘ・ＮＯｘ削
減、水需要削減などのプラスのインパクトをもたらす一
方で、冷媒としてのフロン使用増大によるマイナスのイ
ンパクトも考えられる。具体的には、フロンが環境に与
える影響として、地球温暖化の促進、オゾン層の破壊の
危険性の増大などの問題が考慮されてきた。冷媒として
のフロンはＨＣＦＣ−２２、ＣＦＣ−１１およびＣＦＣ
−１２が従来から使用されてきているが、このうちＣＦ
Ｃ−１１およびＣＦＣ−１２は規制対象とされており、
ＨＣＦＣ−２２に関してはオゾン層に影響は規制対象の
フロンに比較してはるかに少なく、また地球温暖化に及
ぼす影響もはるかに少ないが、長期的には、ヒートポン
プの使用量の増大に伴って、より環境への影響の少ない
ものに置き換えるべきであるという意見が強まりつつあ
る。これらの状況に対処して、各種のフロンが代替冷媒
として検討されてきた。その中で CH 2 F CF 3 の化学
式を有するＨＦＣ−１３４ａがオゾン層破壊係数（ODP
）が 0で、地球温暖化係数（GWP ）が 0.1 以下とオ
ゾン層破壊や地球温暖化への影響が少ないこと、さらに
潜熱が高いので代替冷媒として最も期待されている。
特性による効果とエネルギー源転換による効果の複合と
して、排熱削減、二酸化炭素削減、ＳＯｘ・ＮＯｘ削
減、水需要削減などのプラスのインパクトをもたらす一
方で、冷媒としてのフロン使用増大によるマイナスのイ
ンパクトも考えられる。具体的には、フロンが環境に与
える影響として、地球温暖化の促進、オゾン層の破壊の
危険性の増大などの問題が考慮されてきた。冷媒として
のフロンはＨＣＦＣ−２２、ＣＦＣ−１１およびＣＦＣ
−１２が従来から使用されてきているが、このうちＣＦ
Ｃ−１１およびＣＦＣ−１２は規制対象とされており、
ＨＣＦＣ−２２に関してはオゾン層に影響は規制対象の
フロンに比較してはるかに少なく、また地球温暖化に及
ぼす影響もはるかに少ないが、長期的には、ヒートポン
プの使用量の増大に伴って、より環境への影響の少ない
ものに置き換えるべきであるという意見が強まりつつあ
る。これらの状況に対処して、各種のフロンが代替冷媒
として検討されてきた。その中で CH 2 F CF 3 の化学
式を有するＨＦＣ−１３４ａがオゾン層破壊係数（ODP
）が 0で、地球温暖化係数（GWP ）が 0.1 以下とオ
ゾン層破壊や地球温暖化への影響が少ないこと、さらに
潜熱が高いので代替冷媒として最も期待されている。
【０００４】しかしながら、これらの代替フロン、例え
ばＨＦＣ−１３４ａは冷媒として使用する場合に下記の
ような問題点があった。
ばＨＦＣ−１３４ａは冷媒として使用する場合に下記の
ような問題点があった。
【０００５】即ち、その一つは潤滑油の問題である。従
来から使用されてきた鉱物油はＣＦＣ−１２との相溶性
は高かったが、ＨＦＣ−１３４ａには溶解しない。
来から使用されてきた鉱物油はＣＦＣ−１２との相溶性
は高かったが、ＨＦＣ−１３４ａには溶解しない。
【０００６】さらにＨＦＣ−１３４ａは冷媒として用い
た場合には、ヒートポンプの動作係数（COP ）が従来に
比較して低下するなどの問題があった。
た場合には、ヒートポンプの動作係数（COP ）が従来に
比較して低下するなどの問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の問題、
即ち、従来から使用されてきたフロンガスに代わり環境
への影響の少ない代替フロンを使用し、さらにヒートポ
ンプの動作係数（COP）を向上させるという問題を解決
するためになされたものである。
即ち、従来から使用されてきたフロンガスに代わり環境
への影響の少ない代替フロンを使用し、さらにヒートポ
ンプの動作係数（COP）を向上させるという問題を解決
するためになされたものである。
【０００８】［発明の構成］
【０００９】
【課題を解決するための手段】蒸気圧縮式ヒートポンプ
において吸収プロセスを蒸気圧縮サイクル中に組込み、
冷媒としてオゾン破壊係数（ODP ）が 0.1 以下のフロ
ン冷媒と冷凍機油としてポリアルキレングリコール、ジ
エステル、ポリオールエステル、ポリエーテル変性シリ
コーン油、および弗素変性シリコーン油のグループから
選ばれた少なくとも１種を少なくとも重量で１０％以上
含む混合媒体を使用することを特徴とする。オゾン破壊
係数（ODP ）が 0.1 以下のフロン１２に代わる冷媒と
して、オゾン破壊係数が 0.1 以下のＨＦＣ−１３４
ａ、ＨＣＦＣ−１４２ｂ、ＨＦＣ−１５２ａおよびＨＣ
ＦＣ−１２４も使用目的にしたがって選択される。さら
に上記のフロンの混合物、さらには従来から使用されて
いるフロンＨＣＦＣ−２２などの冷媒との上記冷媒との
混合冷媒もあげられる。
において吸収プロセスを蒸気圧縮サイクル中に組込み、
冷媒としてオゾン破壊係数（ODP ）が 0.1 以下のフロ
ン冷媒と冷凍機油としてポリアルキレングリコール、ジ
エステル、ポリオールエステル、ポリエーテル変性シリ
コーン油、および弗素変性シリコーン油のグループから
選ばれた少なくとも１種を少なくとも重量で１０％以上
含む混合媒体を使用することを特徴とする。オゾン破壊
係数（ODP ）が 0.1 以下のフロン１２に代わる冷媒と
して、オゾン破壊係数が 0.1 以下のＨＦＣ−１３４
ａ、ＨＣＦＣ−１４２ｂ、ＨＦＣ−１５２ａおよびＨＣ
ＦＣ−１２４も使用目的にしたがって選択される。さら
に上記のフロンの混合物、さらには従来から使用されて
いるフロンＨＣＦＣ−２２などの冷媒との上記冷媒との
混合冷媒もあげられる。
【００１０】一方使用される冷凍機油としては使用され
るフロン冷媒との相互溶解性が高いものが選択される
が、さらにコンプレッサーの機能部品、特にアルミ材に
対する潤滑性の高いものが好ましい。以上の冷凍機油と
して従来冷凍機油基礎材として使用されてきたナフテン
系、パラフィン系鉱油、アルキルベンゼン、およびポリ
アルファオレフィンなどは無極性のためにフロン冷媒と
して、例えばフロンＨＦＣ−１３４ａとは全く相互溶解
性がなく使用することはできない。従ってその他の油か
ら選択されるがフロン１３４ａが主として使用される場
合には、ポリアルキレングリコール、ジエステル、ポリ
オールエステル、ポリエーテル変性シリコーン油、およ
び弗素変性シリコーン油などがあげられる。このうちポ
リアルキレングリコールとしてはポリエチレングリコー
ル、ポリプロプレングリコールが例示されるが、その分
子量としては 1000 前後のものが選択される。次にジエ
ステルとしては、トリエチレンまたはテトラエチレング
リコールの炭素数が６乃至８の脂肪酸ジエステル、また
ジ−2 −エチルヘキシルセバケートおよびジ−2 −エチ
ルヘキシルアジペートなどが例示され、ポリオールエス
テルとしてはペンタエリトリトールテトラヘキサートな
どがあげられる。これらの冷凍機油の量は混合媒体中に
少なくとも 10 重量% 、好ましくは 50 重量% 以上が好
ましい。
るフロン冷媒との相互溶解性が高いものが選択される
が、さらにコンプレッサーの機能部品、特にアルミ材に
対する潤滑性の高いものが好ましい。以上の冷凍機油と
して従来冷凍機油基礎材として使用されてきたナフテン
系、パラフィン系鉱油、アルキルベンゼン、およびポリ
アルファオレフィンなどは無極性のためにフロン冷媒と
して、例えばフロンＨＦＣ−１３４ａとは全く相互溶解
性がなく使用することはできない。従ってその他の油か
ら選択されるがフロン１３４ａが主として使用される場
合には、ポリアルキレングリコール、ジエステル、ポリ
オールエステル、ポリエーテル変性シリコーン油、およ
び弗素変性シリコーン油などがあげられる。このうちポ
リアルキレングリコールとしてはポリエチレングリコー
ル、ポリプロプレングリコールが例示されるが、その分
子量としては 1000 前後のものが選択される。次にジエ
ステルとしては、トリエチレンまたはテトラエチレング
リコールの炭素数が６乃至８の脂肪酸ジエステル、また
ジ−2 −エチルヘキシルセバケートおよびジ−2 −エチ
ルヘキシルアジペートなどが例示され、ポリオールエス
テルとしてはペンタエリトリトールテトラヘキサートな
どがあげられる。これらの冷凍機油の量は混合媒体中に
少なくとも 10 重量% 、好ましくは 50 重量% 以上が好
ましい。
【００１１】次に本発明におけるヒートポンプの基本構
成図を図１に示す。また従来の圧縮式ヒートポンプの基
本構成図を図２に示す。図２の圧縮式ヒートポンプは蒸
発器1 、圧縮機 2、凝縮器 3および膨脹弁 4から構成さ
れており、蒸発器 1で低温のフロン液は外気から熱を奪
いガスになる。 2の圧縮機でガスは圧縮されて昇温す
る。つぎに高温高圧になったガスは凝縮器 3で室内の空
気に熱を与え、液化する。この液化フロン液は膨脹弁 4
で減圧し、温度は低下する。
成図を図１に示す。また従来の圧縮式ヒートポンプの基
本構成図を図２に示す。図２の圧縮式ヒートポンプは蒸
発器1 、圧縮機 2、凝縮器 3および膨脹弁 4から構成さ
れており、蒸発器 1で低温のフロン液は外気から熱を奪
いガスになる。 2の圧縮機でガスは圧縮されて昇温す
る。つぎに高温高圧になったガスは凝縮器 3で室内の空
気に熱を与え、液化する。この液化フロン液は膨脹弁 4
で減圧し、温度は低下する。
【００１２】本発明の圧縮／吸収式ヒートポンプは図１
に示すように、蒸発器に分離機能を持たせたデソーバー
（Desorber）11、同様に凝縮器の代わりにリソーバー
（Resorber）13がある。また高濃度液−低濃度液間での
熱交換を行うために内部熱交換器 14 が設けられてい
る。本圧縮／吸収式ヒートポンプの熱力学的サイクルは
下記の通りである。
に示すように、蒸発器に分離機能を持たせたデソーバー
（Desorber）11、同様に凝縮器の代わりにリソーバー
（Resorber）13がある。また高濃度液−低濃度液間での
熱交換を行うために内部熱交換器 14 が設けられてい
る。本圧縮／吸収式ヒートポンプの熱力学的サイクルは
下記の通りである。
【００１３】（１） 圧力一定のデソーバー 11 の内部
にはフロン冷媒と冷凍機油との混合媒体が収容されてお
り、熱源媒体から熱を奪い、沸点の低いフロン冷媒が蒸
発する。蒸発により混合媒体中のフロンは減少するの
で、混合媒体中の冷凍機油の濃度は増大し、従って蒸発
温度が上昇（沸点上昇）する。また、熱源媒体が有限な
熱量を持つとすれば冷媒の蒸発に伴い温度が下降してく
る。つまり、単一の冷媒を用いた場合には、容器内圧力
が一定ならば蒸発温度がひとつに決まってしまうので、
熱源媒体との温度差が大きくなる。それに対して混合媒
体の場合には、冷媒の蒸発に伴い濃度変化（沸点の上
昇）がおこり、結果として、熱源媒体との温度差を打ち
消すように働く。
にはフロン冷媒と冷凍機油との混合媒体が収容されてお
り、熱源媒体から熱を奪い、沸点の低いフロン冷媒が蒸
発する。蒸発により混合媒体中のフロンは減少するの
で、混合媒体中の冷凍機油の濃度は増大し、従って蒸発
温度が上昇（沸点上昇）する。また、熱源媒体が有限な
熱量を持つとすれば冷媒の蒸発に伴い温度が下降してく
る。つまり、単一の冷媒を用いた場合には、容器内圧力
が一定ならば蒸発温度がひとつに決まってしまうので、
熱源媒体との温度差が大きくなる。それに対して混合媒
体の場合には、冷媒の蒸発に伴い濃度変化（沸点の上
昇）がおこり、結果として、熱源媒体との温度差を打ち
消すように働く。
【００１４】（２） 次にデソーバー 11 から発生した
フロン冷媒の蒸気は圧縮機 12 に入り、濃度が増加した
混合液は液ポンプ 15 によりリソーバー 13 へ送られ
る。
フロン冷媒の蒸気は圧縮機 12 に入り、濃度が増加した
混合液は液ポンプ 15 によりリソーバー 13 へ送られ
る。
【００１５】（３） 圧縮機 12 内部でフロン冷媒ガス
は圧縮され、過熱蒸気の状態でリソーバー 13 へ送られ
る。
は圧縮され、過熱蒸気の状態でリソーバー 13 へ送られ
る。
【００１６】（４） リソーバー 13 の内部で、過熱蒸
気の顕熱分は凝縮熱として除去し、そのあと混合媒体に
吸収・凝縮される（リソーバー内圧力において、凝縮温
度の低い方が吸収される）。その際混合熱が発生し、混
合熱と凝縮熱を二次媒体（利用したい媒体）に渡す。こ
の間の現象は（１）とは逆になり、蒸気の吸収・凝縮を
伴い液濃度が低下する。つまり、液濃度の低下による吸
収・凝縮温度の下降が、二次媒体との温度差を打ち消す
ように働く。
気の顕熱分は凝縮熱として除去し、そのあと混合媒体に
吸収・凝縮される（リソーバー内圧力において、凝縮温
度の低い方が吸収される）。その際混合熱が発生し、混
合熱と凝縮熱を二次媒体（利用したい媒体）に渡す。こ
の間の現象は（１）とは逆になり、蒸気の吸収・凝縮を
伴い液濃度が低下する。つまり、液濃度の低下による吸
収・凝縮温度の下降が、二次媒体との温度差を打ち消す
ように働く。
【００１７】（５） 低濃度となった混合媒体はリソー
バー 13 を出て、膨脹弁 14 を通る。その際、混合媒体
は減圧されてデソーバー 11 に送られる。
バー 13 を出て、膨脹弁 14 を通る。その際、混合媒体
は減圧されてデソーバー 11 に送られる。
【００１８】（６） 液ポンプ 15 出口（リソーバ 13
入口前）と、膨脹弁 14 入口前の間に内部熱交換器 14
が設けられており、高濃度液と低濃度液の間で熱交換を
行う。 以上の（１）〜（６）を繰り返すことによりサ
イクルが成立する。
入口前）と、膨脹弁 14 入口前の間に内部熱交換器 14
が設けられており、高濃度液と低濃度液の間で熱交換を
行う。 以上の（１）〜（６）を繰り返すことによりサ
イクルが成立する。
【００１９】このサイクルにおいて、（１）と（４）の
部分がローレンツサイクルであり、カルノーサイクルあ
るいは通常のヒートポンプサイクルと大きく異なる点で
ある。また（６）において熱交換器もローレンツサイク
ルの向上に影響を及ぼす。
部分がローレンツサイクルであり、カルノーサイクルあ
るいは通常のヒートポンプサイクルと大きく異なる点で
ある。また（６）において熱交換器もローレンツサイク
ルの向上に影響を及ぼす。
【００２０】
【作用】単一媒体を使用した場合には、組成変化は起こ
らない（カルノーサイクル）が、混合媒体を使用するこ
とにより、組成変化によるローレンツ・サイクル化が可
能となり、従って圧縮プロセスに吸収プロセスに組み込
むことにより、圧縮仕事の減少が可能になり、従って動
作係数（COP ）の顕著な向上が得られる。
らない（カルノーサイクル）が、混合媒体を使用するこ
とにより、組成変化によるローレンツ・サイクル化が可
能となり、従って圧縮プロセスに吸収プロセスに組み込
むことにより、圧縮仕事の減少が可能になり、従って動
作係数（COP ）の顕著な向上が得られる。
【００２１】
【実施例】以下本発明の実施例について述べる。
【００２２】フロン冷媒としてはフロンＣＦＣ−１２の
代替として考えられているフロンＨＦＣ−１３４ａを使
用した。ＨＦＣ−１３４ａは化学式 CH 2 F CF 3 を有
し分子構造中に塩素を含まず、また水素を含むことによ
り大気中の OH により Hを引き抜かれて分解するのでオ
ゾン破壊係数（ODP ）が 0で、温暖化係数が 0.1以下で
オゾン層破壊や地球温暖化への影響が少ないことから有
力な代替フロンのひとつである。またＨＦＣ−１３４ａ
は融点が -108 ℃、沸点が -26.3℃で、さらに臨界温度
101.2℃、臨界圧力 4.06 MPa でＣＦＣ−１２に近い性
質を有している。一方の冷凍機油としては分子量約 110
0 のポリアルキレングリコールを選択した。 ヒートポ
ンプとしての性能を求めるために、ＨＦＣ−１３４ａ単
体における圧力−エンタルピ線図、混合媒体においては
エンタルピ−濃度線図を作成した。圧力−エンタルピ線
図は、飽和蒸気圧、飽和液体密度、理想気体定圧比熱、
Ｐ−Ｖ−Ｔ関係式から作成した。エンタルピ−濃度線図
は、蒸気圧・溶解度データを用いてオスマー線図を作成
し、その勾配から積分溶解熱、溶液のエンタルピを計算
し、作成した。ここで溶液のエンタルピは H sは H s ＝n 1 H 1 ＋n 2 H 2 ＋n 2 ΔH s 2 Log P ＝φLog P 0 ＋C
代替として考えられているフロンＨＦＣ−１３４ａを使
用した。ＨＦＣ−１３４ａは化学式 CH 2 F CF 3 を有
し分子構造中に塩素を含まず、また水素を含むことによ
り大気中の OH により Hを引き抜かれて分解するのでオ
ゾン破壊係数（ODP ）が 0で、温暖化係数が 0.1以下で
オゾン層破壊や地球温暖化への影響が少ないことから有
力な代替フロンのひとつである。またＨＦＣ−１３４ａ
は融点が -108 ℃、沸点が -26.3℃で、さらに臨界温度
101.2℃、臨界圧力 4.06 MPa でＣＦＣ−１２に近い性
質を有している。一方の冷凍機油としては分子量約 110
0 のポリアルキレングリコールを選択した。 ヒートポ
ンプとしての性能を求めるために、ＨＦＣ−１３４ａ単
体における圧力−エンタルピ線図、混合媒体においては
エンタルピ−濃度線図を作成した。圧力−エンタルピ線
図は、飽和蒸気圧、飽和液体密度、理想気体定圧比熱、
Ｐ−Ｖ−Ｔ関係式から作成した。エンタルピ−濃度線図
は、蒸気圧・溶解度データを用いてオスマー線図を作成
し、その勾配から積分溶解熱、溶液のエンタルピを計算
し、作成した。ここで溶液のエンタルピは H sは H s ＝n 1 H 1 ＋n 2 H 2 ＋n 2 ΔH s 2 Log P ＝φLog P 0 ＋C
【００２３】
【化１】
【００２４】n 1 、n 2 ： 溶媒、溶質のモル分率また
は質量分率 H 1 、H 2 ： 溶媒、溶質のモルエンタルピまたは質量
エンタルピ n 2 ΔH s 2 : 積分溶解熱、 P ： 溶液の蒸気圧、 P 0 ： 溶媒の蒸気圧、 φ： オスマー線図の勾配 λ0 ： 溶媒の蒸発潜熱、C : 定数 以上のことから作成したＨＦＣ−１３４ａとポリアルキ
レングリコール（分子量 1100 ）混合液のエンタルピ−
濃度線図とＨＦＣ−１３４ａ過熱蒸気のエンタルピ−濃
度線図をそれぞれ図３および図４に示す。図３は縦軸が
混合液のエンタルピ、横軸がポリアルキレングリコール
の重量濃度％である。パラメータとして等温度ラインと
等圧力ラインがある。また飽和ラインはＨＦＣ−１３４
ａとポリアルキレングリコールの飽和境界線であり、こ
の線より上では、２液層（２相分離状態）となる。図４
はＨＦＣ−１３４ａの過熱蒸気状態を示しており、縦軸
はＨＦＣ−１３４ａのエンタルピ、横軸がポリアルキレ
ングリコールの重量濃度％である。パラメータとして等
圧力ラインおよび等エントロピーラインがある。
は質量分率 H 1 、H 2 ： 溶媒、溶質のモルエンタルピまたは質量
エンタルピ n 2 ΔH s 2 : 積分溶解熱、 P ： 溶液の蒸気圧、 P 0 ： 溶媒の蒸気圧、 φ： オスマー線図の勾配 λ0 ： 溶媒の蒸発潜熱、C : 定数 以上のことから作成したＨＦＣ−１３４ａとポリアルキ
レングリコール（分子量 1100 ）混合液のエンタルピ−
濃度線図とＨＦＣ−１３４ａ過熱蒸気のエンタルピ−濃
度線図をそれぞれ図３および図４に示す。図３は縦軸が
混合液のエンタルピ、横軸がポリアルキレングリコール
の重量濃度％である。パラメータとして等温度ラインと
等圧力ラインがある。また飽和ラインはＨＦＣ−１３４
ａとポリアルキレングリコールの飽和境界線であり、こ
の線より上では、２液層（２相分離状態）となる。図４
はＨＦＣ−１３４ａの過熱蒸気状態を示しており、縦軸
はＨＦＣ−１３４ａのエンタルピ、横軸がポリアルキレ
ングリコールの重量濃度％である。パラメータとして等
圧力ラインおよび等エントロピーラインがある。
【００２５】次にエンタルピ−濃度線図上でのサイクル
例を図５に示す。
例を図５に示す。
【００２６】デソーバー 11 内（一定圧力）で、熱源媒
体から熱を奪い混合媒体（ＨＦＣ−１３４ａとポリアル
キレングリコール）中のＨＦＣ−１３４ａ蒸気が発生す
る。この間の蒸発始点をＤ1 、蒸発終点をＤ2 とする
（デソーバー11内は圧力一定）。デソーバー 11 内で発
生したフロン蒸気は、圧縮機 12 の入口状態であるＣ1
に送られ、リソーバー 13 内の圧力まで断熱圧縮（等エ
ントロピー変化）されＣ2 の状態になる。またデソーバ
ー11を出た高濃度液（フロンが蒸発したためにポリアル
キレングリコールの濃度は高くなる）は液ポンプ15に送
られ内部熱交換器16 を経てリソーバー 13 の入口状態
（Ｒ1 ）へ移る。リソーバー 13 の入口状態（Ｒ1 ）に
おいて、圧縮機 12 より出てきたＨＦＣ−１３４ａ過熱
蒸気と内部熱交換器 16 を経て送られてきた高濃度液が
一緒になり、露点の低いＨＦＣ−１３４ａ蒸気が高濃度
液に吸収・凝縮され、その際に発生する混合熱、顕熱、
および潜熱を二次媒体に放出する。吸収・凝縮反応は、
リソーバー終点Ｒ2 まで行われ、低濃度となった混合液
は、内部熱交換器 16 を経て膨脹弁 14 で断熱膨脹（等
エントロピー変化）され、最初のデソーバー 11 の入口
状態Ｄ1 となる。この流れを繰り返すことでサイクルが
成立する。ここでＲE 、ＤE はそれぞれ、高濃度液側の
内部熱交換器 16 出口状態（リソーバー 13 入口状
態）、低濃度液側の内部熱交換器 16 出口状態（膨脹弁
14 入口状態）を示しており、低濃度から高濃度液へ熱
交換が行われている。
体から熱を奪い混合媒体（ＨＦＣ−１３４ａとポリアル
キレングリコール）中のＨＦＣ−１３４ａ蒸気が発生す
る。この間の蒸発始点をＤ1 、蒸発終点をＤ2 とする
（デソーバー11内は圧力一定）。デソーバー 11 内で発
生したフロン蒸気は、圧縮機 12 の入口状態であるＣ1
に送られ、リソーバー 13 内の圧力まで断熱圧縮（等エ
ントロピー変化）されＣ2 の状態になる。またデソーバ
ー11を出た高濃度液（フロンが蒸発したためにポリアル
キレングリコールの濃度は高くなる）は液ポンプ15に送
られ内部熱交換器16 を経てリソーバー 13 の入口状態
（Ｒ1 ）へ移る。リソーバー 13 の入口状態（Ｒ1 ）に
おいて、圧縮機 12 より出てきたＨＦＣ−１３４ａ過熱
蒸気と内部熱交換器 16 を経て送られてきた高濃度液が
一緒になり、露点の低いＨＦＣ−１３４ａ蒸気が高濃度
液に吸収・凝縮され、その際に発生する混合熱、顕熱、
および潜熱を二次媒体に放出する。吸収・凝縮反応は、
リソーバー終点Ｒ2 まで行われ、低濃度となった混合液
は、内部熱交換器 16 を経て膨脹弁 14 で断熱膨脹（等
エントロピー変化）され、最初のデソーバー 11 の入口
状態Ｄ1 となる。この流れを繰り返すことでサイクルが
成立する。ここでＲE 、ＤE はそれぞれ、高濃度液側の
内部熱交換器 16 出口状態（リソーバー 13 入口状
態）、低濃度液側の内部熱交換器 16 出口状態（膨脹弁
14 入口状態）を示しており、低濃度から高濃度液へ熱
交換が行われている。
【００２７】上記のエンタルピ−濃度線図からの動作係
数（COP ）は、ヒートポンプサイクルにおける COP は
圧縮機で必要な仕事量に対するリソーバーで放出する熱
量の割合で、また冷凍サイクルにおける COPは圧縮機で
必要な仕事量に対するデソーバーで汲み上げる熱量の割
合である。図５において高濃度液側の内部熱交換器 16
の出口の状態ＲE とリソーバー内の吸収・凝縮終点Ｒ2
を直線で結び、濃度 0%（ＨＦＣ−１３４ａ 100 %）ま
で延長した点をＨとし、Ｈとデソーバー 11 内の蒸発終
点をＤ2 を結び、Ｒ2 とＤ1 を結ぶ直線との交点ＤE が
上述のようにの低濃度液側の内部熱交換器 16 の出口状
態となる。
数（COP ）は、ヒートポンプサイクルにおける COP は
圧縮機で必要な仕事量に対するリソーバーで放出する熱
量の割合で、また冷凍サイクルにおける COPは圧縮機で
必要な仕事量に対するデソーバーで汲み上げる熱量の割
合である。図５において高濃度液側の内部熱交換器 16
の出口の状態ＲE とリソーバー内の吸収・凝縮終点Ｒ2
を直線で結び、濃度 0%（ＨＦＣ−１３４ａ 100 %）ま
で延長した点をＨとし、Ｈとデソーバー 11 内の蒸発終
点をＤ2 を結び、Ｒ2 とＤ1 を結ぶ直線との交点ＤE が
上述のようにの低濃度液側の内部熱交換器 16 の出口状
態となる。
【００２８】 ヒートポンプサイクル：COP H （ mix）＝（C 2 - H ）（C 2 - C 1） 冷凍サイクル：COP R （mix ）＝（C 1 - H ）（C 2 - C 1） 図６および図７は上記の混合媒体（ＨＦＣ−１３４ａと
ポリアルキレングリコール）を用いポリアルキレングリ
コールの濃度幅を 65 〜80重量% としヒートポンプサイ
クルについては、 （１）凝縮温度を 60 ℃とし、蒸発温度を- 10〜 20 ℃
とした場合のヒートポンプサイクル。
ポリアルキレングリコール）を用いポリアルキレングリ
コールの濃度幅を 65 〜80重量% としヒートポンプサイ
クルについては、 （１）凝縮温度を 60 ℃とし、蒸発温度を- 10〜 20 ℃
とした場合のヒートポンプサイクル。
【００２９】および冷凍サイクルについては （２）蒸発温度 0℃とし、凝縮温度を 50 〜65℃とした
場合の冷凍サイクル。
場合の冷凍サイクル。
【００３０】それぞれの結果は図６および図７中に示さ
れる。但し、内部熱交換温度効率を１とした。
れる。但し、内部熱交換温度効率を１とした。
【００３１】またＨＦＣ−１３４ａ単体を用いた圧縮式
ヒートポンプのCOP を比較例としてそれぞれ図６および
図７に記入した。
ヒートポンプのCOP を比較例としてそれぞれ図６および
図７に記入した。
【００３２】図から明らかなように、ヒートポンプサイ
クルおよび冷凍サイクル共に、ＨＦＣ−１３４ａ単体の
場合よりも、混合媒体を用いたものが、はるかに動作係
数COP の顕著な向上が認められた。
クルおよび冷凍サイクル共に、ＨＦＣ−１３４ａ単体の
場合よりも、混合媒体を用いたものが、はるかに動作係
数COP の顕著な向上が認められた。
【００３３】
【発明の効果】本発明は従来の蒸気圧縮式ヒートポンプ
に吸収プロセスを組込み、さらに冷媒として環境への影
響の少ない塩素を全く含まないフロンガスと吸収・冷却
媒体としてのポリアルキレングリコール、ジエステル、
ポリオールエステル、アルキレングリコールエステル、
ポリエーテル変性シリコーン油、および弗素変性シリコ
ーン油の群から選ばれた少なくとも１種を少なくとも 1
0 重量% からなる混合冷媒を用いることにより、従来の
蒸気圧縮式ヒートポンプに比べて動作係数（ODP）が向
上させることが可能になった。また同時に大気層のオゾ
ン層破壊などの環境への影響を低減することも可能とな
った。
に吸収プロセスを組込み、さらに冷媒として環境への影
響の少ない塩素を全く含まないフロンガスと吸収・冷却
媒体としてのポリアルキレングリコール、ジエステル、
ポリオールエステル、アルキレングリコールエステル、
ポリエーテル変性シリコーン油、および弗素変性シリコ
ーン油の群から選ばれた少なくとも１種を少なくとも 1
0 重量% からなる混合冷媒を用いることにより、従来の
蒸気圧縮式ヒートポンプに比べて動作係数（ODP）が向
上させることが可能になった。また同時に大気層のオゾ
ン層破壊などの環境への影響を低減することも可能とな
った。
【図１】 本発明の圧縮／吸収式ヒートポンプの基本構
成図。図中、11はデソーバー、 12 は圧縮機、13はリソ
ーバー、14は膨脹弁、15は液ポンプ、16は内部熱交換器
を示す。
成図。図中、11はデソーバー、 12 は圧縮機、13はリソ
ーバー、14は膨脹弁、15は液ポンプ、16は内部熱交換器
を示す。
【図２】 従来の蒸気圧縮式ヒートポンプの基本構成
図。図中、1 は蒸発器、 2は圧縮機、3 は凝縮器、4 は
膨脹弁を示す。
図。図中、1 は蒸発器、 2は圧縮機、3 は凝縮器、4 は
膨脹弁を示す。
【図３】 ＨＦＣ−１３４ａとポリアルキレングリコー
ルとの混合媒体のエンタルピ−濃度線図。
ルとの混合媒体のエンタルピ−濃度線図。
【図４】 過熱ＨＦＣ−１３４ａ蒸気のエンタルピ−濃
度線図 (ＨＦＣ１３４ａとポリアルキレングリコールの
飽和混合媒体と共存する）。
度線図 (ＨＦＣ１３４ａとポリアルキレングリコールの
飽和混合媒体と共存する）。
【図５】 エンタルピ−濃度線図上でのサイクル。
【図６】 蒸発開始温度の変化によるＨＦＣ−１３４ａ
単体の動作係数（COP）と混合媒体の動作係数（COP ）
の比較を示す説明図。
単体の動作係数（COP）と混合媒体の動作係数（COP ）
の比較を示す説明図。
【図７】 凝縮温度（吸収・凝縮開始温度）の変化によ
るＨＦＣ−１３４ａ単体の動作係数（COP ）と混合媒体
の動作係数（COP ）の比較を示す説明図。
るＨＦＣ−１３４ａ単体の動作係数（COP ）と混合媒体
の動作係数（COP ）の比較を示す説明図。
Claims (6)
- 【請求項１】 冷媒を蒸発、圧縮、凝縮、および減圧し
て熱を低温の物体から高温の物体に移すヒートポンプに
おいて、冷媒としてオゾン破壊係数（ODP ）が 0.1 以
下であるフロンと冷媒を吸収・凝縮する作用を持った冷
凍機油からなる混合冷媒を使用し、ヒートポンプサイク
ルまたは冷凍サイクル中に冷媒圧縮プロセス用装置以外
に吸収プロセス用装置を組込んだことを特徴とするヒー
トポンプ。 - 【請求項２】 混合冷媒中において、冷凍機油が少なく
とも 10 重量% 以上である請求項１のヒートポンプ。 - 【請求項３】 冷凍機油は、ポリアルキレングリコール
および２価または３価のエステルから選ばれた少なくと
も１種である請求項１または２のヒートポンプ。 - 【請求項４】 フロンは、ＨＦＣ−１３４ａである請求
項１乃至３のヒートポンプ。 - 【請求項５】 吸収プロセス用装置としては蒸発器に気
液分離機能を付与したデソーバーと凝縮器に気液分離機
能を付与したリソーバーとからなり、さらに内部熱交換
器が設けられている請求項１乃至４のヒートポンプ。 - 【請求項６】 混合冷媒はサイクルのローレンツ化を行
うためデソーバーまたはリソーバー中において冷媒温度
を自由に変えられる請求項１乃至５のヒートポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8498691A JPH05332635A (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 代替フロンと冷凍機油を用いた圧縮／吸収ヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8498691A JPH05332635A (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 代替フロンと冷凍機油を用いた圧縮／吸収ヒートポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332635A true JPH05332635A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=13845946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8498691A Withdrawn JPH05332635A (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 代替フロンと冷凍機油を用いた圧縮／吸収ヒートポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05332635A (ja) |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP8498691A patent/JPH05332635A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980711 |