JPH0979673A

JPH0979673A - 新代替冷媒ガスｈｆｃ（ハイドロ・フルオロカーボン）を使用した、ヒートポンプ装置及びその運転方法並びにそのレトロフィット方法。

Info

Publication number: JPH0979673A
Application number: JP27044195A
Authority: JP
Inventors: Yoriyuki Oguri; 頼之大栗; Takashi Sato; 高志佐藤
Original assignee: Sato Tekko Co Ltd
Current assignee: Sato Tekko Co Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】新代替冷媒ガスＨＦＣ（水素を含んだフルオ
ロカーボン）を単独又は混合して注入したヒートポンプ
装置で、冷房、冷蔵、冷凍運転を行なうことを目的とす
る。【解決手段】コンプレッサー、コンデンサー、膨張弁
（キャピラリチューブを含む）及び蒸発器を含むヒート
ポンプ装置において、コンデンサーの放熱量を冷凍量の
１．５倍以上のものとし、冷媒ガスを所定の凝縮温度に
おいて泡のない液体状態に達するまで凝縮する。また、
この状態を安定に、長期間保持するために凝縮温度を従
来のものより５゜Ｃ以上低くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特定フロンＣＦＣ（ク
ロロ・フルオロカーボン）、代替フロンＨＣＦＣ（ハイ
ドロ・クロロ・フルオロカーボン）等の冷媒ガスに代え
て、オゾン層破壊係数が０である新代替冷媒ガスＨＦＣ
（ハイドロ・フルオロカーボン）を使用して正常に運転
することができる冷蔵（凍）庫用冷凍機、家庭用・業務
用クーラー及び空調用に使用されているヒートポンプ等
に使用される冷凍サイクルを行う装置（以下ヒートポン
プ装置という。）及びその運転方法に関する。さらに
は、現在稼働中の特定フロンＣＦＣ、代替フロンＨＣＦ
Ｃを冷媒として使用しているヒートポンプ装置を、最小
限の変更で新代替冷媒ガスＨＦＣを使用して正常に運転
することができるレトロフィット（ＲＥＴＲＯＦＩＴ＝
補修、改装、改造などと訳されている）方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今や、フロンガスは全廃に向かってお
り、新たに開発されたオゾン層に影響を与えない新代替
冷媒ガスには、沸点がマイナス２６．３°Ｃで冷房、冷
蔵庫用に使用されている低圧運転用のＨＦＣ１３４ａ、
沸点がマイナス４８．５°Ｃで冷凍機用に開発された高
圧運転用のＨＦＣ１２５等が有望とされているが、これ
らの冷媒ガスは、現在使用されている冷房機、冷凍機に
入れ替えて運転しても正常に作動しないのが通常であ
る。その理由としては、現用のＣＦＣ、ＨＣＦＣ系の冷
媒ガスと異なり、ＨＦＣ系の冷媒ガスには塩素が含まれ
ていないため、現用の鉱物油系、ＰＡＭ等の潤滑油と相
溶性がなく、ヒートポンプの運転中に冷媒ガスとオイル
が分離して、冷媒ガスと共にオイルがコンプレッサーに
戻らず、その結果コンプレッサーの温度が上昇してコン
プレッサーが焼き付きを起こすことが原因である、とい
われている。また、長時間ＨＦＣ系の冷媒ガスでヒート
ポンプを運転すると、理由は詳らかでないが冷媒ガスが
高温になって突然運転が不可能になること（飽和とい
う。）がある、等といわれている。

【０００３】そこで、ＨＦＣ系の冷媒ガスと相溶性のあ
るエステル油の開発、可燃性ではあるがオイルとの相溶
性のある冷媒ガスを加えた、混合冷媒の研究が進めら
れ、そのいくつは発表されているが、現用の装置に単に
入れ替えて使用しても正常に運転することができないよ
うである。たとえば、冷房用に使用されているＨＣＦＣ
２２の代替として開発されたＨＦＣの３種混合ガス、冷
凍機用に使用されているＲ５０２の代替として開発され
たＨＦＣの３種混合ガスは、いずれも可燃性の冷媒ガス
が混合されているばかりでなく、前述のように現用のヒ
ートポンプ装置にそのまま入れ替えて使用すると、安定
した運転が行われないといわれている。

【０００４】一方、潤滑油の改良によって、新代替冷媒
ガスＨＦＣによる運転を可能とするために、新代替冷媒
ガスＨＦＣと相溶性があるとされているポリエーテル系
（ポリアルキレングリコール）、エステル系、ポリカー
ボネート系等の合成油系のものや、各種の添加物の利用
が検討されているようであるが、これらの潤滑油を使用
しても現用のヒートポンプ装置でＨＦＣ系の冷媒を使用
することはできず、ヒートポンプ装置の各部の材質、能
力、構造等をこれらの潤滑油に適合したものに変更する
必要があるようである。

【０００５】現在、ＣＦＣ１２を使用していた低圧で動
作する自動車用クーラー、家庭用冷蔵（凍）庫等は、前
述の努力の結果、新代替冷媒ガスＨＦＣ１３４ａを単体
で使用したものが既に開発され、上市されている。しか
しながら、市場で１５００万台以上稼働しているといわ
れている業務用冷凍機、市場で１００万台以上稼働して
いるといわれている輸送用冷凍機、年間１００万台前後
生産されているパッケージエアコンディショナー、数十
万台以上といわれている鉄道車両用クーラー等は、耐用
年数の長いものが多く、ガスの供給がなくなるとたちま
ち業務に支障を来すので、最小限の変更でＨＦＣ系の冷
媒への転換が果たせるレトロフィット方法の出現が待望
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明のうち請
求項１記載の発明は、ＨＦＣ系の冷媒ガスを単独、又は
混合して使用し、ヒートポンプ装置の運転を可能とする
と共に、特に庫内をマイナス２０°Ｃ以下に冷却する冷
凍運転をも正常に行なうことを可能とする、ヒートポン
プ装置の提供を目的とするものである。請求項２記載の
発明は、請求項１記載のヒートポンプ装置の正常な運転
を長期間安定に行える、ヒートポンプ装置の提供を目的
とするものである。請求項３記載の発明は、ＨＦＣ系の
冷媒ガスを単独、又は混合して使用したヒートポンプ装
置の運転方法、特に庫内をマイナス２０°Ｃ以下に冷却
する冷凍運転を正常に行なうことを可能とする、ヒート
ポンプ装置の運転方法の提供を目的とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のヒートポンプ装
置の運転を長期間安定に行える、運転方法の提供を目的
とするものである。請求項５記載の発明は、特定の機種
の特定の型式のヒートポンプ装置のレトロフィットのた
めに特別に設計され製作された取り替え用のコンデンサ
ー、又は追設するコンデンサーと膨張弁又はキャピラリ
チューブと、入れ替え用のＨＦＣ１３４ａ又はＨＦＣ１
２５或いは両者の混合ガスを含むレトロフィットキット
を使用して行う、最も簡単なレトロフィット方法の提供
を目的とするものである。請求項６記載の発明は、請求
項５記載の発明に、コンデンサーを出て膨張弁に入るＨ
ＦＣ冷媒の凝縮温度を測定する工程を加えたものであっ
て、上記レトロフィットキットを使用して確実にレトロ
フィットができる、レトロフィット方法の提供を目的と
するものである。請求項７記載の発明は、請求項５記載
の発明に、コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ冷媒
の凝縮温度を測定する工程とＨＦＣ冷媒の凝縮温度を調
整する工程を加えたもので、上記レトロフィットキット
を使用して、一層確実にレトロフィットできる、レトロ
フィット方法の提供を目的とするものである。請求項８
記載の発明は、請求項５〜７記載の発明に、液面計を取
り付け、ＨＦＣ冷媒が所定の凝縮温度において泡のない
液体状態であることを視認する工程を加えたもので、個
々の業務用のヒートポンプ装置をレトロフィットする場
合、確実にレトロフィットできるとともに、液面計によ
って運転状態の管理ができる、レトロフィット方法の提
供を目的とするものである。請求項９記載の発明は、請
求項８記載の発明に、液面計を取り外す工程を加えたも
ので、個々の業務用の小型のヒートポンプ装置をレトロ
フィットする場合、余分なスペースを要せず、かつ安価
にレトロフィットできる、レトロフィット方法の提供を
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、ガス状
態のＨＦＣ（ハイドロ・フルオロカーボン）冷媒を所定
圧力に圧縮するコンプレッサーと、前記ＨＦＣ冷媒を所
定の凝縮温度において泡のない液体状態に達するまで凝
縮する冷凍量の１．５倍以上の放熱量を有する前記コン
プレッサーに接続されたコンデンサーと、前記コンデン
サーに接続された膨張弁（キャピラリチューブを含む）
と、前記膨張弁に接続され膨張弁を出たＨＦＣ冷媒を前
記ガス状態に戻すコンプレッサーに接続された蒸発器と
を含み、新代替冷媒ガスＨＦＣを使用する、ことを特徴
とするものである。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、ガス状態の
ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロカーボン）冷媒を所定圧力
に圧縮するコンプレッサーと、前記ＨＦＣ冷媒を所定の
凝縮温度において泡のない液体状態に達するまで凝縮す
る冷凍量の１．５倍以上の放熱量を有する前記コンプレ
ッサーに接続されたコンデンサーと、前記コンデンサー
に接続された膨張弁（キャピラリチューブを含む）と、
前記膨張弁に接続され膨張弁を出たＨＦＣ冷媒を前記ガ
ス状態に戻すコンプレッサーに接続された蒸発器とを含
み、コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ冷媒の凝縮
温度を大気温度プラス５°Ｃ以内とし、新代替冷媒ガス
ＨＦＣを使用する、ことを特徴とするものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、コンプレッサー、
コンデンサー、膨張弁（キャピラリチューブを含む）、
蒸発器を有するヒートポンプにおいて、冷媒としてＨＦ
Ｃ（ハイドロ・フルオロカーボン）を選択する段階と、
蒸発器にあるガス状態の前記ＨＦＣ冷媒を所定圧力にコ
ンプレッサーによって圧縮する段階と、冷凍量の１．５
倍以上の放熱量を有するコンデンサーで前記圧縮された
ＨＦＣ冷媒を所定の凝縮温度において泡のない液体状態
に達するまで凝縮する段階と、膨張弁（キャピラリチュ
ーブを含む）とこの膨張弁に接続された蒸発器とによっ
て前記液体状態のＨＦＣ冷媒を前記液体状態から前記ガ
ス状態にする段階とを含み新代替冷媒ガスＨＦＣを使用
するものである。

【００１０】請求項４記載の発明は、コンプレッサー、
コンデンサー、膨張弁（キャピラリチューブを含む）、
蒸発器を有するヒートポンプにおいて、冷媒としてＨＦ
Ｃ（ハイドロ・フルオロカーボン）を選択する段階と、
蒸発器にあるガス状態の前記ＨＦＣ冷媒を所定圧力にコ
ンプレッサーによって圧縮する段階と、冷凍量の１．５
倍以上の放熱量を有するコンデンサーで前記圧縮された
ＨＦＣ冷媒を所定の凝縮温度において泡のない液体状態
に達するまで凝縮する段階と、膨張弁（キャピラリチュ
ーブを含む）とこの膨張弁に接続された蒸発器とによっ
て前記液体状態のＨＦＣ冷媒を前記液体状態から前記ガ
ス状態にする段階と、コンデンサーを出て膨張弁に入る
ＨＦＣ冷媒の凝縮温度を大気温度プラス５°Ｃ以内とす
る段階を含み、新代替冷媒ガスＨＦＣを使用するもので
ある。

【００１１】請求項５記載の発明は、コンプレッサー、
コンデンサー、膨張弁（キャピラリチューブを含む）、
蒸発器を有する現用のヒートポンプにおいて、現用の冷
媒ガスを抜き取る工程と、コンデンサーの放熱量を冷凍
量の１．５倍以上に変更する工程と、ＨＦＣ（ハイドロ
・フルオロカーボン）冷媒を封入する工程と、を有する
ことを特徴とするものである。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明に、コンデンサーを出て膨張コンデンサーを出て膨張
弁に入るＨＦＣ冷媒の凝縮温度を大気温度プラス５°Ｃ
以内であることを確認する工程、を加えたものである。

【００１３】請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明に、コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ冷媒の凝
縮温度を測定し、その凝縮温度を大気温度プラス５°Ｃ
以内に調整する工程、を加えたものである。

【００１４】請求項８記載の発明は、請求項５〜７記載
の発明に、コンデンサーの膨張弁の間に液面計を取り付
け、ＨＦＣ冷媒が所定の凝縮温度において泡のない液体
状態であることを視認する工程、を加えたものである。

【００１５】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明に、コンデンサーと膨張弁の間に液面計を取り付けた
液面計を取り去りその間を接続する工程、を加えたもの
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例とともに説明する。

【００１７】図１に示すものは、空冷コンデンサーを使
用したものであって、コンプレッサー１、空冷コンデン
サー２Ａ、膨張弁３を高圧ガスパイプ５（図に細線で示
す）で接続し、膨張弁３、蒸発器４、コンプレッサー１
をそれぞれ低圧ガスパイプ６で接続したヒートポンプ装
置に、空冷コンデンサー２Ａと膨張弁３との間の高圧ガ
スパイプ５を撤去し、空冷コンデンサー２Ｂを追設し
て、空冷コンデンサー２Ａ、空冷コンデンサー２Ｂ、膨
張弁３を高圧ガスパイプ７（図に太線で示す）でそれぞ
れ接続したものである。このように変更するとき、空冷
コンデンサー２Ａ、膨張弁３間の高圧ガスパイプ５を切
断して空冷コンデンサー２Ｂを追設したり、コンプレッ
サー１、空冷コンデンサー２Ａ間の高圧ガスパイプ５を
切断し、その間に空冷コンデンサー２Ｂを追設したりす
ることもできる。

【００１８】追設する空冷コンデンサー２Ｂの放熱量
は、例えば日本機械学会編集「機械光学便覧」改定第５
版の１１−８１ページ右欄には「凝縮器（コンデンサ
ー）における放熱量は、冷蔵、製氷のごとく蒸発温度が
低いときは冷凍量の１．３倍、空気調和のごとき蒸発温
度の高いときは１．２倍に取れば十分である。」とされ
ているので、追設する空冷コンデンサー２Ｂとして、現
用されているコンデンサーの放熱量の５０％を増設する
ことにする。すなわち、蒸発温度が低いものは、冷凍量
の６５％、蒸発温度の高いものは冷凍量の６５％とす
る。ここに冷凍量とは、冷凍能力ともいい、単位時間に
蒸発器でうばう熱量で、単位はｋｃａｌ／ｈである。

【００１９】現用のヒートポンプ装置の運転では、空冷
コンデンサーを出た冷媒ガスの状態を液面計で観察する
と、多数の泡が混じっている状態（以下泡状態とす
る。）が、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ系のフロンガスには塩素が
含まれているため、冷媒ガスとオイルはこのような状態
でも相溶する、とされている。ＨＦＣ系の冷媒ガスには
塩素が含まれていないため、泡状態の凝縮では冷媒ガス
とオイルは相溶しないのであるが、空冷コンデンサー２
Ａで大気と熱交換した後空冷コンデンサー２Ｂで再度大
気と熱交換することにより、冷媒ガスは放熱カロリーを
すべて大気に放出して、空冷コンデンサー２Ｂを出た冷
媒ガスの温度は、空冷コンデンサー２Ｂに送られる大気
温度プラス５°Ｃ以内にまで低下する。

【００２０】このように冷媒ガスの放出カロリーがなく
なると冷媒ガスは、表面計では全く泡を視認できない状
態となる。この状態にすることを以下「完全液化」とい
うが、完全に、すなわち１００％液化しているとは限ら
ず、表面計では視認できない泡、すなわちガス成分が極
めて僅かに存在する可能性は否定できない。出願人は、
他に適切な用語がないので以下このように表現する。た
だし、請求項にはこの状態を「泡のない液体状態」と記
載するが、その意味は「表面計では全く泡が視認できな
い液体状態」ということであり、「実質的にガス成分を
有しない液体状態」と表現することもできよう。

【００２１】完全液化して、泡のない液体状態とする
と、オイルと相溶性がない、といわれているＨＦＣ系の
冷媒ガスであっても必要限度でオイルと相溶するものと
思料する。でないと、現用のヒートポンプ装置に空冷コ
ンデンサーを追加し、冷媒ガスをＨＦＣ１３４ａに取り
替えただけで、現時点で１年半以上正常に連続運転を続
けているヒートポンプ装置（冷蔵庫）があるという事実
を説明できないからである。

【００２２】上述のように、空冷コンデンサーでの放熱
量を増加することによって、冷媒ガスを完全液化するこ
とにより、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使用したヒートポンプ
装置を長時間運転しても、冷媒ガスの温度が高くなって
飽和することはない。冷媒ガスは低温蒸発するとオイル
と分離しやすいので、完全液化させてオイルとの相溶性
をよくすることは、低温蒸発させて、庫内をマイナス２
０°Ｃ以下に冷却する冷凍機の運転においては、特に重
要である。

【００２３】現用の空冷コンデンサー使用のヒートポン
プ装置の運転では、空冷コンデンサーを出て膨張弁に入
る冷媒ガスの凝縮温度は、空冷コンデンサーに送られる
大気温度プラス１５°Ｃとされているが、空冷コンデン
サー２Ａで大気と熱交換した冷媒ガスを、空冷コンデン
サー２Ｂに送り、再度大気と熱交換して放熱量を多くし
て温度を低くし、空冷コンデンサー２Ｂを出て、膨張弁
に入る冷媒ガスの凝縮温度を空冷コンデンサーに送られ
る大気温度プラス１０゜Ｃ、好ましくは大気温度プラス
５°Ｃ以内に設定する。

【００２４】ここに、冷媒ガスの凝縮温度とは、コンデ
ンサーを出て膨張弁にいたるガスパイプの表面温度をい
う。

【００２５】また、空冷コンデンサー２Ａに空冷コンデ
ンサー２Ｂを追設する、というのは、現用のヒートポン
プ装置の空冷コンデンサー２Ａに空冷コンデンサー２Ｂ
を追設してもよく、また、空冷コンデンサー２Ａ、空冷
コンデンサー２Ｂを合わせた能力を有する単体のものと
取り替えてもよい、ということでもある。また、新たに
ヒートポンプ装置を製作する場合、空冷コンデンサー２
Ａ、空冷コンデンサー２Ｂを合わせた能力を有する単体
を設置する場合をも含むものである。このように、空冷
コンデンサー２Ａ、空冷コンデンサー２Ｂを合わせた能
力を有する単体を設置した場合は、現用の空冷コンデン
サー使用の冷媒ガス凝縮温度が大気温度プラス１５°Ｃ
までの部分が空冷コンデンサー２Ａに相当し、冷媒ガス
温度がそれより低温になる個所からは空冷コンデンサー
２Ｂに相当することになる。

【００２６】図２に示すものは水冷コンデンサーを使用
したものであって、コンプレッサー１、水冷コンデンサ
ー２Ｃ１、膨張弁３を高圧ガスパイプ５（図に細線で示
す）で接続し、膨張弁３、蒸発器４、コンプレッサー１
を低圧ガスパイプ６でそれぞれ接続したヒートポンプ装
置に、水冷コンデンサー２Ｃ２を追設したものである。
水冷コンデンサー２Ｃ１、追設した水冷コンデンサー２
Ｃ２、膨張弁３を高圧ガスパイプ７（図に太線で示す）
でそれぞれ接続し、水冷コンデンサー２Ｃ１、膨張弁３
間の高圧ガスパイプ５を撤去したものである。このよう
に変更するとき、水冷コンデンサー２Ｃ１、膨張弁３間
の高圧ガスパイプ５を切断し、その間に水冷コンデンサ
ー２Ｃ２を追設しても、コンプレッサー１、水冷コンデ
ンサー２Ｃ１間の高圧ガスパイプを切断し、その間に水
冷コンデンサー２Ｃ２を追設してもよい。追設水冷コン
デンサー２Ｃ２の放熱量も、空冷コンデンサーの場合と
同様５０％を目処とする。

【００２７】そして、クーリングタワー、ラジエーター
等の水冷却器８を設置し、水ポンプ９を介した水パイプ
１０で水冷却器８と水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コン
デンサー２Ｃ２とを往復に接続し、冷却水が水冷却器８
と水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コンデンサー２Ｃ２間
を循環するようにする。水冷コンデンサー２Ｃ１で冷却
水と熱交換した冷媒ガスは、水冷コンデンサーに送られ
る冷却水温度のプラス１０°Ｃとなる。水冷コンデンサ
ー２Ｃ１を出た冷媒ガスは、水冷コンデンサー２Ｃ２に
送られ、再度冷却水と熱交換して、放熱カロリーすべて
を冷却水に放出して冷媒ガスの温度は低下する。水冷コ
ンデンサー２Ｃ２を出て膨張弁３に送られる冷媒ガス凝
縮温度を、水冷コンデンサー２Ｃ２に送られる冷却水温
度より、１°Ｃ以上低温に設定するものである。

【００２８】水冷コンデンサー２Ｃ２を出た冷媒ガス温
度が、熱交換する前の冷却水より温度が低くなるという
ことは、一見、不合理に思えるが、通常の水冷コンデン
サー２Ｃ１で冷却水と熱交換した後、追設水冷コンデン
サー２Ｃ２に入り、再度冷却水と熱交換すると、冷媒ガ
スは大気と熱交換するより冷却水と熱交換したほうが効
率がよいので、水冷コンデンサー２Ｃ２内で放熱カロリ
ーはなくなり、冷媒ガスは完全液化して体積が縮小し、
真空パイプの中の液化ガスの流れとなり、パイプ内に液
化ガスの隙間ができてガスパイプ表面の温度が下がるの
であろう。

【００２９】このように、完全液化すると冷媒ガスとオ
イルはよく相溶し、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使用してヒー
トポンプ装置を運転しても、冷媒ガスとオイルの分離は
生じることがなく、長時間正常に運転することができ
る。また、水冷コンデンサーでの放熱量を増加し冷媒ガ
スを完全液化することとにより、ＨＦＣ系の冷媒ガスを
使用して、ヒートポンプ装置を長時間運転しても、冷媒
ガスの温度が高くなって飽和するおそれもない。

【００３０】一般的に冷媒ガスは、低温蒸発するとオイ
ルと分離しやすいので、完全液化させてオイルとの相溶
をよくすることは、低温蒸発させて、庫内をマイナス２
０゜Ｃ以下に冷却する冷凍機の運転においては、特に重
要である。

【００３１】ここに、水冷コンデンサー２Ｃ１に水冷コ
ンデンサー２Ｃ２を追設する、ということは、現用のヒ
ートポンプ装置の水冷コンデンサー２Ｃ１に水冷コンデ
ンサー２Ｃ２を追設してもよく、また、水冷コンデンサ
ー２Ｃ１、水冷コンデンサー２Ｃ２を合わせた能力を有
する単体のものと取り替えてもよいということである。
また、新たに水冷コンデンサー使用のヒートポンプ装置
を製作する場合も、水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コン
デンサー２Ｃ２と複数にしてもよく、水冷コンデンサー
２Ｃ１と水冷コンデンサー２Ｃ２を合わせた能力を有す
る単体を設置する場合を含むものである。

【００３２】このように、水冷コンデンサー２Ｃ１、水
冷コンデンサー２Ｃ２を合わせた能力を有する単体を設
置した場合は、現用の水冷コンデンサー使用の冷媒ガス
凝縮温度、水冷コンデンサーに送られる冷却水温度プラ
ス１０゜Ｃまでの部分は水冷コンデンサー２Ｃ１に相当
し、冷媒ガス温度がそれより低温になる個所からは水冷
コンデンサー２Ｃ２に相当することになる。

【００３３】現用の水冷コンデンサー使用のクーラーの
冷媒ガス凝縮温度は、湿球温度プラス１５°Ｃ、乾球温
度即ち大気温度プラス１０°Ｃとされている。そのた
め、夏期クーラーの運転は、４３°Ｃ凝縮となっている
のである。クーリングタワーでの冷却水の冷却は、湿球
温度により大気温度と同温度に冷却されて水冷コンデン
サーに送られていた。そのため大気温度と水冷コンデン
サーに送られる冷却水温度は大気温度とほぼ等しくなっ
ている。このように、水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コ
ンデンサー２Ｃ２を合わせた能力を有する単体を設置し
た場合は、現用の水冷コンデンサー使用の冷媒ガス凝縮
温度、水冷コンデンサーに送られる冷却水温度プラス１
０°Ｃまでの部分は水冷コンデンサー２Ｃ１に相当し、
冷媒ガス温度がそれより低温になる個所からは水冷コン
デンサー２Ｃ２に相当することになる。

【００３４】以上に述べたように、冷媒ガスの凝縮温度
を空冷コンデンサー使用の場合は大気温度プラス５°Ｃ
以内、水冷コンデンサー使用の場合は水冷コンデンサー
に送られる冷却水温度より１°Ｃ以上低温にして冷媒ガ
スの凝縮温度を大気温度プラス５°Ｃ以内としてヒート
ポンプ装置を運転することにより、冷媒ガスとオイルの
相溶性がよくなり、冷媒ガスとして低温特性のよいＨＦ
Ｃ１２５を使用した場合、蒸発器内の蒸発温度をマイナ
ス４０°Ｃより低温に設定しても、オイルと分離するこ
となく、常に完全蒸発するようになるのである。

【００３５】なお、空冷コンデンサー２Ａに水冷コンデ
ンサー２Ｃ２を追設した場合、又は水冷コンデンサー２
Ｃ１に空冷コンデンサー２Ｂを追設した場合は、一方が
空冷コンデンサーであれば空冷コンデンサー使用時の条
件として取り扱えばよい。

【００３６】このように冷媒ガスを完全液化させ、冷媒
ガスの凝縮温度を低くしてキャピラリチューブ使用のヒ
ートポンプ装置を運転すると、冷媒ガスは泡がなくなる
ので、キャピラリチューブの小径孔の冷媒ガスの通過量
が多くなり、蒸発器での蒸発圧力、蒸発温度は高くな
る。高温時の冷房運転では、蒸発圧力、温度が高くなっ
ても問題はなく、冷媒ガスの流量が多くなることで、ク
ーラーの冷却能力は向上するので、そのまま使用するこ
とができる。

【００３７】クーラーが正常に作動しているのに、コン
プレッサー入りの冷媒ガス温度がプス５°Ｃ以下の場合
は、キャピラリチューブの冷媒ガスの通過量が多くて冷
媒ガスの吸熱能力が残っているので、蒸発器の能力を１
０％以上増大させると、クーラーの吸熱量をさらに増加
させることができる。

【００３８】庫内をプラス５°Ｃ以下に冷却する冷蔵、
冷凍運転をする場合、冷媒ガスを泡のない状態に完全液
化させると、キャピラリチューブ細径孔の液化ガスの流
量が多くなる。

【００３９】冷媒ガスの流量を調整する膨張弁を使用す
る場合は、冷却する庫内の温度に合わせて冷媒ガスの流
量を少なくすることができるので、順次冷媒ガス蒸発温
度が低くなり、庫内は時間の経過と共に低温になる。

【００４０】冷媒ガスが通過する細径孔の径が一定であ
るキャピラリチューブだけを使用すると、蒸発器に送ら
れる冷媒ガスの量が多くなると、高温蒸発して庫内の冷
却ができなくなる。このような場合は、キャピラリチュ
ーブの内径を従来のものより、０．１ｍｍ以上小さくす
る。また、キャピラリチューブを取り替えてもよく、ま
た、０．１ｍｍ以上内径の小さいものを既設のキャピラ
リチューブにつないでもよく、キャピラリチューブの長
さを増加させて、抵抗を多くして流量を少なくしてもよ
い。さらに、キャピラリチューブの径を小さくすること
と、長さを増加させることとを組み合わせて冷媒ガス流
量を調節することもできる。

【００４１】なお、高温室で冷蔵庫を使用するときは、
流量調節弁を取り付けて、冷媒ガス流量を調節すること
が望ましい。

【００４２】このようにコンデンサーを出た冷媒ガス凝
縮温度を、大気温度プラス５°Ｃ以内の低温にして、完
全液化してクーラーの運転をすると、高温の場所で使用
しても冷媒ガスは飽和しないのである。夏期、自動車用
クーラーで、ＨＦＣ１３４ａを使用して自動車が高温の
場所で停止しても、運転圧力は２０ｋｇ／ｃｍ^２程度よ
り高くならず、冷媒ガスは飽和しないので常に冷房運転
が可能であり、安全である。また、高温の場所でのキャ
ブクーラーの運転、高温の部屋での冷蔵庫の運転も可能
である。

【００４３】上述のように、冷媒ガスを完全液化し、凝
縮温度を低くしてすると、冷媒ガスとオイルの相溶性は
良くなり、ＨＦＣ系の冷媒ガスであるＨＦＣ１３４ａ、
ＨＦＣ１２５等を混合して使用する場合も、それぞれ単
独で使用する場合もヒートポンプ装置の運転が可能とな
る。また、冷媒ガスの凝縮温度を低くすることによって
ヒートポンプ装置の運転圧力を低くすることができる。
そして、冷房、冷蔵運転では、ＨＦＣ１３４ａ、庫内を
２０°Ｃ以下の低温に冷却する冷凍庫の運転にＨＦＣ１
２５の単独使用又はＨＦＣ１２５とＨＦＣ１３４ａとの
混合ガスの使用が可能となる。

【００４４】一般に、沸点が低い冷媒ガスは、運転圧力
が高いので、冷房、冷蔵運転に適していない点もある
が、運転圧力を低くすることによって使用可能となる。
また、沸点の低い冷媒ガスは、蒸発圧力を高くしても蒸
発温度が低いので、蒸発器に送る冷媒ガスの流量を多く
して、蒸発圧力を高くすると、コンプレッサーの使用動
力値が少なくなり、省エネルギーになる。

【００４５】ＨＦＣ系の冷媒ガスを各種混合して、ヒー
トポンプ装置の運転は勿論可能である。冷凍運転用のフ
ロンガスＲ５０２の代替冷媒ガスである、ＨＦＣ１２
５、ＨＦＣ１４３ａ、ＨＦＣ１３４ａの３種混合ガス
は、現用装置に入れ替えただけでは正常に運転できな
い、とされているが、本発明による変更を加えたもの
は、庫内をマイナス２５°Ｃ以下に冷却する冷凍運転
で、長時間正常に作動している。

【００４６】冷媒ガスとオイルの相溶性が十分であれ
ば、オイルとの相溶性はよいが、可燃性の冷媒ガスを混
合する必要性はなくなる。

【００４７】上述のように、不燃性のＨＦＣ１３４ａと
ＨＦＣ１２５との配分を変えて混合して、必要な運転圧
力にすることができる。例えば重量比で（１）ＨＦＣ１３４ａ３０％以内ＨＦＣ１２５残部（２）ＨＦＣ１３４ａ４０％以内ＨＦＣ１２５残部（３）ＨＦＣ１３４ａ５０％以内ＨＦＣ１２５残部（４）ＨＦＣ１３４ａ６０％以内ＨＦＣ１２５残部（５）ＨＦＣ１３４ａ７０％以内ＨＦＣ１２５残部（６）ＨＦＣ１３４ａ８０％以内ＨＦＣ１２５残部のように各種配合して、所望の運転圧力、蒸発温度とす
ることができる。冷媒ガスＨＣＦＣ２２の代替には、上
記（３）、（４）の混合比率のものが、運転圧力、蒸発
温度等が似た状態になり、好適である。

【００４８】ＨＦＣ１３４ａとＨＦＣ１２５を２種混合
した冷媒ガスは、ガス漏れが生じた場合、沸点が高く軽
いガスのＨＦＣ１３４ａから漏れる傾向があるので、ガ
ス漏れが生じたときＨＦＣ１３４ａのみを補充すればよ
く、冷媒ガス全量を入れ替える必要はない。

【００４９】図１に示す空冷コンデンサーを使用したヒ
ートポンプ装置のレトロフィット方法について説明す
る。コンプレッサー１、空冷コンデンサー２Ａ、膨張弁
３、蒸発器４からなる現用のヒートポンプ装置から、現
在使用されているフロンガスを抜き取り、他の容器に入
れて回収し、空冷コンデンサー２Ｂを追設するのである
が、冷媒ガスの放熱カロリーのすべてを放出可能な能力
を計算する。通常の場合、現在使用されている空冷コン
デンサーの放熱量の３０％〜１００％、すなわち、冷凍
量の３６％〜１２０％、又は３９％〜１３０％程度の追
設が必要である。しかし、この放熱量は熱交換する大気
の温度、風量等によって異なる場合がある。冷媒ガスと
してＨＦＣ１３４ａを使用する場合は下限に、ＨＦＣ１
２５を使用する場合は上限に近い放熱量のコンデンサー
を追設する。

【００５０】コンプレッサー１と空冷コンデンサー２Ａ
との間に空冷コンデンサー２Ｂを追設する場合は、コン
プレッサー１、空冷コンデンサー２Ｂ、空冷コンデンサ
ー２Ａ、膨張弁３を高圧ガスパイプで接続する。このと
き、空冷コンデンサー２Ｂ、空冷コンデンサー２Ａの順
序を、空冷コンデンサー２Ａ、空冷コンデンサー２Ｂの
順序としてもよい。空冷コンデンサー２Ａ、膨張弁３間
に空冷コンデンサー２Ｂを追設するときは、コンプレッ
サー１、空冷コンデンサー２Ａ、空冷コンデンサー２
Ｂ、膨張弁３とを高圧ガスパイプでそれぞれ接続する。

【００５１】次に、ＨＦＣ系の冷媒ガスを投入するので
あるが、コンデンサーを放熱量を増加しているのと、冷
媒ガスが完全液化して体積が縮小するので、従来のフロ
ンガスの注入量の約１．３〜２倍の量を注入する。冷媒
ガス注入の際、冷媒ガスの全量を一時に注入しないで、
１／４〜１／２程度を注入してガス洩れのないことを確
かめた上、全量を注入し、さらにガス洩れのないことを
確認し、運転することになる。

【００５２】このように変更したヒートポンプ装置を運
転すると、コンプレッサー１で圧縮されて高圧、高温で
吐き出された冷媒ガスは、空冷コンデンサー２Ａに送ら
れて大気と熱交換して放熱し、半ば凝縮して泡状態とな
る。クーラーの場合、空冷コンデンサー２Ａを出た冷媒
ガス温度は、空冷コンデンサー２Ａに送られる大気温度
プラス１５°Ｃ位である。空冷コンデンサー２Ａで大気
と熱交換した冷媒ガスは、空冷コンデンサー２Ｂに送ら
れて再度大気と熱交換することにより、冷媒ガスの放熱
カロリーはなくなり、空冷コンデンサー２Ｂを出た冷媒
ガスの凝縮温度は、空冷コンデンサーに送られる大気温
度プラス５°Ｃ以内にまで低下する。放熱カロリーがな
くなると冷媒ガスは完全液化して泡のない状態になり、
オイルと相溶し、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使用してヒート
ポンプ装置を運転しても、冷媒ガスとオイルの分離は起
きないのである。

【００５３】図２に示す水冷コンデンサーを使用したヒ
ートポンプ装置のレトロフィット方法について説明す
る。コンプレッサー１、水冷コンデンサー２Ｃ１、膨張
弁３、蒸発器４からなる現用のヒートポンプ装置から、
現在使用されているフロンガスを回収し、水冷コンデン
サー２Ｃ２を追設するのであるが、冷媒ガスの放熱カロ
リーのすべてを放出可能な能力を計算する。通常の場
合、現在使用されている空冷コンデンサーの放熱量の３
０％〜１００％、すなわち、冷凍量の３６％〜１２０
％、又は３９％〜１３０％程度の追設が必要である。こ
の場合にも、この放熱量は熱交換する冷却水の水温、水
量によって異なる場合がある。

【００５４】コンプレッサー１、水冷コンデンサー２Ｃ
１間に水冷コンデンサー２Ｃ２を追設する場合は、コン
プレッサー１、水冷コンデンサー２Ｃ２、水冷コンデン
サー２Ｃ１、膨張弁３をガスパイプでそれぞれ接続す
る。このとき、水冷コンデンサー２Ｃ２、水冷コンデン
サー２Ｃ１の順序を、水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コ
ンデンサー２Ｃ２の順序としてもよい。水冷コンデンサ
ー２Ｃ１と膨張弁３間に水冷コンデンサー２Ｃ２を追設
するときは、コンプレッサー１、水冷コンデンサー２Ｃ
１、水冷コンデンサー２Ｃ２、膨張弁３とをそれぞれ高
圧ガスパイプで接続する。

【００５５】冷却水の回路は水ポンプ９の後の水パイプ
１０を２分割して水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コンデ
ンサー２Ｃ２とつなぎ、水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷
コンデンサー２Ｃ２を出た水パイプと合流させるか、複
数にしてクーリングタワー、ラジエーター等の水冷却器
８に戻すようにする。次に、ＨＦＣ系の冷媒ガスを投入
するのであるが、コンデンサーを増設しているのと、冷
媒ガスが完全液化していて体積が縮小するので、従来の
フロンガスの注入量の約１、３〜２倍の量を注入する。

【００５６】このように変更してヒートポンプ装置を運
転するのであるが、コンプレッサー１で圧縮されて高
圧、高温で吐きだされたＨＦＣ系の冷媒ガスは、水冷コ
ンデンサー２Ｃ１に送られて冷却水と熱交換して放熱
し、半ば液化した泡状態となる。このとき、水冷コンデ
ンサー２Ｃ１を出た冷媒ガス温度は、水冷コンデンサー
２Ｃ１に入る冷却水温度プラス１０゜Ｃ位である。水冷
コンデンサー２Ｃ１で冷却水と熱交換して出た冷媒ガス
は、水冷コンデンサー２Ｃ２に送られて水冷コンデンサ
ー２Ｃ１に送られる同温の冷却水と再度熱交換して、冷
媒ガスの放熱カロリーをすべて放熱して完全液化し、水
冷コンデンサー２Ｃ２の後に取り付けた液面計で観察す
ると、泡一つない液体状態となっている。このように完
全液化すると冷媒ガスは体積が減少して、真空パイプの
中で隙間ができてガスパイプ表面の温度は低下し、ガス
パイプの表面で計測する冷媒ガス凝縮温度は、水冷コン
デンサーに送られる冷却水の温度より、１°Ｃ以上低温
になるという現象が起こるのである。従来、通常運転で
はオイルとの相溶性がない、といわれているＨＦＣ系の
冷媒ガスでも、凝縮温度を低くして完全液化させると充
分にオイルと相溶し、ＨＦＣ系の冷媒ガスでもヒートポ
ンプ装置の運転は可能となる。

【００５７】なお、追加コンデンサーは、空冷コンデン
サーより水冷コンデンサーの方が泡のない完全液化した
状態になりやすいようである。冷却水源のない車両用、
移動用のクーラー等の場合は、水冷コンデンサーを使用
し、この水冷コンデンサーの冷却水をラジエーター等の
放熱器で放熱する。このようにすると実質的には空冷と
いうことになるが、この方が容積的にも効率的にも好適
であったが、この理由も詳らかではない。したがって、
追加コンデンサーとして水冷コンデンサーにラジエータ
ー等の放熱器を配して大気と熱交換させる形式の追加コ
ンデンサーをレトロフィットすることによって、特定フ
ロンＣＦＣ１２、代替フロンＨＣＦＣ２２等の冷媒ガス
を使用している自動車、鉄道車両、コンテナ等の冷房も
新代替冷媒ガス１３４ａへの変換ができ、現在使用され
ているオゾン層への影響が懸念される特定フロンＣＦ
Ｃ、代替フロンＨＣＦＣ等の使用を廃止することが可能
となる。

【００５８】ＨＦＣ系の冷媒ガスは、一般に低温時に問
題が生じやすいといわれている。また、ＨＦＣ系の冷媒
ガスは、水分を吸収しやすく、低温時に凍結するようで
ある。そのために、冷媒ガス凝縮温度を極限まで低下さ
せる必要がある。空冷コンデンサーで大気温度とプラス
５°Ｃ以内、水冷コンデンサーで冷却水温度より１°Ｃ
以上低温というように、冷媒ガスの凝縮温度を低くする
のは、通常の冷房運転でも効果はあるが、庫内をプラス
５°Ｃ以下に冷却する冷蔵庫の運転、特に庫内をマイナ
ス２０°Ｃ以下に冷却する冷凍庫の運転では重大な要件
である。

【００５９】このように、冷媒ガスを完全液化して泡を
なくすると、キャピラリチューブの細径孔の冷媒ガス流
量が多くなるので、蒸発器での蒸発密度が高くなり、蒸
発圧力、蒸発温度が高くなる。冷却する大気温度の高い
冷房運転では、蒸発温度が高くなるとクーラーの性能は
向上するが、冷蔵運転では従来のフロンガスで泡状態の
凝縮で運転していたものに対して冷媒ガスの流量が多く
なり、蒸発温度が約５°Ｃ上昇して、冷蔵庫内を所要温
度に冷却できないことがある。このような場合には、キ
ャピラリチューブの内径が０．１ｍｍ以上小さいものと
取り替えるか、内径が０．１ｍｍ以上小さいものを接続
し、必要に応じて長さを増加して抵抗を多くし、冷媒ガ
スの流量を少なくして蒸発温度を低くする。特に、高温
の部屋で冷蔵庫を使用する場合は、運転圧力が高くなっ
て、冷媒ガス流量が増加するので、流量調節弁を追設し
て冷媒ガス流量を調節する必要がある。前述の可燃性ガ
スを含む３種混合ガスに替えて、不燃性のＨＦＣ１２
５、ＨＦＣ１３４ａを所望の運転圧力になるように混合
して使用することができる。

【００６０】冷媒ガス凝縮温度を低くして完全液化する
と冷媒ガスが飽和せず、運転圧力が高くならないので、
冷房、冷蔵運転に沸点の低い冷媒ガスを使用することが
できる。例えば、沸点がマイナス４８．５°ＣのＨＦＣ
１２５を使用した場合、冷媒ガスを蒸発器に大量に送っ
て蒸発圧力が高くなっても、蒸発温度は高くならないの
で、ヒートポンプ装置の吸熱効率は向上することにな
る。

【００６１】前述のように、コンデンサーの放熱量は、
冷凍量の１．２倍〜１．３倍に取れば充分である、とさ
れているが、新代替冷媒ガス１３４ａを完全液化させる
ためには、この程度の余裕では不充分で、さらに１０〜
３０％の追加を必要とするようである。コンデンサーの
増加放熱量は、機種、運転条件等によって異なり、空冷
コンデンサーの場合、騒音が問題とならない場合には、
送風量を２倍以上とすることで使用できるようになった
こともあるので、このような変更もレトロフィットには
有用であり、外形寸法が同一で、放熱量の多いコンデン
サーがある場合は、追設するよりも取り替えるほうが好
ましい場合もあることを考慮して変更工程を行う。いず
れの場合も、レトロフィットは、液面計によって冷媒ガ
スの状態を泡のない液体状態であることを視認すること
が重要である。特定の機種の特定の型式のものをレトロ
フィットする場合には、所要の放熱量のコンデンサー、
膨張弁又はキャピラリチューブ、冷媒ガスをセットした
レトロフィットキットを使用すれば、それぞれの取り替
え又は入れ替えの工程のみによってレトロフィットする
ことができる。しかし、最低限レトロフィット後に、コ
ンデンサーを出て膨張弁（キャピラリチューブを含む）
に入るＨＦＣ冷媒の凝縮温度を測定し、所定の温度であ
ることを確認することがレトロフィットを確実にするた
めに必要であろう。また、このコンデンサーを出て膨張
弁（キャピラリチューブを含む）に入るＨＦＣ冷媒の凝
縮温度が所定の範囲でないときは、膨張弁を調整した
り、キャピラリチューブを変更したりする工程を要す
る。この場合も液面計を取り付けて、冷媒ガスの状態を
視認しながら作業することが望ましい。作業後、液面計
を残しておけるスペースがあれば、運転中の管理に有用
であるが、小型のヒートポンプ装置の場合等でスペース
がない場合や、安価にレトロフィットしたい場合などに
は、さらに液面計を取り外す工程を要することになる。

【００６２】

【実施例】

〔実施例１〕ケース内温度をマイナス２５°Ｃ以下の
低温に設定して使用する冷凍庫の運転状態を示す。空冷
コンデンサー２Ａの後に５０％の放熱量の空冷コンデン
サー２Ｂを設置して、冷媒ガスは空冷コンデンサー２Ａ
で大気と熱交換した後、空冷コンデンサー２Ｂに送り、
再度大気と熱交換して、凝縮温度を低くして冷凍機の運
転を行なった。冷媒ガスは、ＨＦＣ１２５４４％、Ｈ
ＦＣ１４３ａ５２％、ＨＦＣ１３４ａ４％の３種混
合ガスである。冷凍機の運転状態を示す。（１）冷媒ガス高圧１１．２ｋｇ／ｃｍ^２（２）冷媒ガス低圧０．４ｋｇ／ｃｍ^２（３）コンプレッサー吐出ガス温度２９．８°Ｃ（４）空冷コンデンサー２Ｂ出ガス温度（凝縮温度）１５．９°Ｃ（５）空冷コンデンサー入り大気温度（大気温度）１３．２°Ｃ（６）コンプレッサー入りガス温度０．５°Ｃ（７）冷凍庫内温度マイナス２７．５°Ｃ空冷コンデンサー２Ｂ出の冷媒ガス凝縮温度は、大気温
度プラス２．７°Ｃである。冷凍庫内は、マイナス２
７．５°Ｃに保たれており、マイナス３５°Ｃまで冷却
することができた。この冷凍機は、夏、冬を問わず、長
時間運転されているが、正常に作動している。

【００６３】〔実施例２〕冷媒ガスとしてＨＦＣ１３
４ａを使用した業務用冷蔵庫の運転状態を示す。現在使
用されているフロンガスＲ１２を回収し、既設の空冷コ
ンデンサー２Ａにその放熱量の５０％の放熱量の空冷コ
ンデンサー２Ｂを追設して、注入されていたフロンガス
Ｒ１２の２倍量の冷媒ガスＨＦＣ１３４ａを投入し、空
冷コンデンサー２Ａで大気と熱交換した後、空冷コンデ
ンサー２Ｂに送って再度大気と熱交換して凝縮温度を低
くして運転した。コンプレッサーの能力が１８０Ｗの業
務用冷蔵庫の運転状態を示す。（１）冷媒ガス高圧５．８ｋｇ／ｃｍ^２（２）冷媒ガス低圧０．４ｋｇ／ｃｍ^２（３）コンプレッサー吐出ガス温度３４．２°Ｃ（４）空冷コンデンサー２Ｂ出ガス温度（凝縮温度）１７．２°Ｃ（５）空冷コンデンサー入り大気温度（大気温度）１４．９°Ｃ（６）コンプレッサー入りガス温度３．２°Ｃ（７）冷蔵庫内温度マイナス１２．５°Ｃ空冷コンデンサー２Ｂ出の冷媒ガス凝縮温度は、大気温
度プラス２．３°Ｃと低温である。冷蔵庫内は、マイナ
ス１２．５°Ｃに冷却されており、冷蔵庫として充分機
能している。この冷蔵庫では、マイナス１８°Ｃまで冷
却することができたのである。

【００６４】〔実施例３〕冷媒ガスとしてＨＦＣ１３
４ａを使用した、水冷コンデンサー使用のクーラーの運
転状態を示す。冷媒ガスＨＣＦＣ２２で運転されている
水冷コンデンサー使用の従来のクーラーから、冷媒ガス
ＨＣＦＣ２２を回収し、既設の水冷コンデンサー２Ｃ１
の後にその放熱量の５０％の放熱量の水冷コンデンサー
２Ｃ２を追設し、冷却水回路はクーリングタワー、ラジ
エーター等の水冷却器８につながる。水ポンプ９を出た
水パイプ１０を２分割して水冷コンデンサー２Ｃ１、水
冷コンデンサー２Ｃ２に同量程度送り、水冷コンデンサ
ー２Ｃ１、水冷コンデンサー２Ｃ２を出た冷却水は合流
させてクーリングタワー、ラジエーター等の水冷却器８
に戻し、水冷却器８と水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コ
ンデンサー２Ｃ２との間を冷却水が循環するようにし
た。水冷コンデンサー２Ｃ１で冷却水と熱交換した冷媒
ガスは、水冷コンデンサー２Ｃ２に送られ、水冷コンデ
ンサー２Ｃ１に送られるのとほぼ同温の冷却水と再度熱
交換するようにした。クーラーは５ＨＰのもので、水冷
コンデンサーで昇温した冷却水は、クーリングタワーで
大気温度とほぼ同温に冷却するようにした。冷媒ガスＨ
ＦＣ１３４ａは、従来の冷媒ガスＨＣＦＣ２２の約２倍
量（重量比）を注入してクーラーを運転を行った。この
５ＨＰの水冷コンデンサーを使用したクーラーの運転状
態を示す。（１）大気温度３０．５°Ｃ（２）冷媒ガス高圧９．１ｋｇ／ｃｍ^２（３）冷媒ガス低圧２．０ｋｇ／ｃｍ^２（４）コンプレッサー吐出ガス温度７２．５°Ｃ（５）水冷コンデンサー２Ｃ１出ガス温度３６．２°Ｃ（６）水冷コンデンサー２Ｃ２出ガス温度（凝縮温度）２８．５°Ｃ（７）水冷コンデンサー入り冷却水温度３０．５°Ｃ（８）水冷コンデンサー２Ｃ１、水冷コンデンサー２Ｃ２出の冷却水の合流温度３４．７°Ｃ（９）蒸発器入り大気温度（大気温度）２５．６°Ｃ（１０）蒸発器出の大気温度１５．１°Ｃ（１１）蒸発器吸い込み、吹き出し大気温度差１０．５°Ｃ水冷コンデンサー入りの水温より、追設水冷コンデンサ
ー２Ｃ２出の冷媒ガスの凝縮温度が、２°Ｃ低いという
逆転現象が起きている。蒸発器の吸い込み、吹き出し大
気温度差は１０．５°Ｃであり、冷媒ガスとしてＨＣＦ
Ｃ２２を使用した場合とほとんど変わらないのである。
冷媒ガスＨＦＣ１３４ａは、ＨＣＦＣ２２に比べて凝縮
圧力は６８％であり、ＨＣＦＣ２２の運転圧力に合わせ
た膨張弁、キャピラリチューブでは冷媒ガスは充分に通
過せず、必要量の冷媒ガスを蒸発器に送れないのであ
る。また、冷媒ガスＨＦＣ１３４ａは、冷媒ガスＨＣＦ
Ｃ２２と比較して分子量が小さいので、同じ冷媒量では
６１％の能力であるため、一般に冷媒ガスＨＦＣ１３４
ａは冷媒ガスＨＣＦＣ２２の代替として使用できないも
のとされていたのである。しかしながら、このクーラー
の運転では、冷媒ガスの凝縮温度を低くして、完全液化
して泡をなくしているので、膨張弁、キャピラリチュー
ブの冷媒ガスの通過量が約１．６倍と多く、コンデンサ
ーで完全に放熱し、泡の全くない状態に液化した冷媒ガ
スは、蒸発器での蒸発状態がよくなるので、クーラーの
性能は低下しなかったのである。

【００６５】〔実施例４〕コンプレッサー能力１８０
Ｗの業務用冷蔵庫の実施例について述べる。この冷蔵庫
に封入されていたフロンガスＣＦＣ１２を回収し、空冷
コンデンサー２Ａに空冷コンデンサー２Ｂを追設し、冷
媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａをＣＦＣ１２が注入されて
いた量の約２倍量を注入し、キャピラリチューブの内径
０．８ｍｍの既設の状態のものを室温２５°Ｃで運転す
ると、冷媒ガスの蒸発圧力は１．１ｋｇ／ｃｍ^２より下
がらず、庫内はプラス３°Ｃ以下には低下させることが
できなかった。これは、冷媒ガスが完全液化して泡がな
くなり、キャピラリチューブの冷媒ガスの通過量が多
く、蒸発圧力、蒸発温度が高くなるためであると思われ
る。そこで、キャピラリチューブの内径を０．１ｍｍ小
径の０．７ｍｍのものを使用すると、蒸発圧力は０．４
ｋｇ／ｃｍ^２に下がり、冷蔵庫内はマイナス１２．５゜
Ｃに低下して、冷蔵庫として作動し、製氷も可能となっ
た。この冷蔵庫を、室温４３゜Ｃ、湿度８０％の環境で
運転すると、蒸発圧力は０．９ｋｇ／ｃｍ^２に上昇し、
庫内はマイナス３゜Ｃより下がらないのである。そこ
で、キャピラリチューブの長さを倍増して３００ｍｍに
すると、蒸発圧力は０．６ｋｇ／ｃｍ^２、冷蔵庫内はマ
イナス８゜Ｃとなった。この冷蔵庫に流量調節弁を取り
付け、蒸発圧力を０．４ｋｇ／ｃｍ^２にすると、冷蔵庫
内はマイナス１２．５゜Ｃに低下させることができた。

【００６６】〔実施例５〕この実施例は、コンプレッ
サー能力１８０Ｗの業務用冷凍庫に冷媒ガスとしてＨＦ
Ｃ１２５を使用したものである。この冷蔵庫に封入され
ていたフロンガスＣＦＣ１２を回収し、空冷コンデンサ
ー２Ｂとして空冷コンデンサー２Ａの放熱能力に等しい
空冷コンデンサーを追設し、冷媒ガスとしてＨＦＣ１２
５をＣＦＣ１２の２倍量（重量比）を注入して運転し
た。（１）冷媒ガス高圧１９．３ｋｇ／ｃｍ^２（２）冷媒ガス低圧０．８ｋｇ／ｃｍ^２（３）コンプレッサー吐出ガス温度５４．４°Ｃ（４）空冷コンデンサー２Ｂ出ガス温度（凝縮温度）２９．２゜Ｃ（５）空冷コンデンサー入り大気温度（大気温度）２８．４°Ｃ（６）コンプレッサー入りガス温度２６．２°Ｃ（７）コンプレッサー表面温度７１．０°Ｃ（８）冷蔵庫内温度マイナス２９．７°ＣＣＦＣ１２を使用した場合の冷蔵庫内温度はマイナス１
０゜Ｃであったが、上記のようにマイナス２９．７Ｃ
で、極めて良好な結果が得られた。なお、この場合の蒸
発温度はマイナス３５°Ｃであった。また、この冷蔵庫
は、２ヵ月以上連続運転しているが、異状は認められな
い。

【００６７】〔実施例６〕この実施例は、コンプレッ
サー出力４００Ｗの業務用冷蔵庫に冷媒ガスとしてＨＦ
Ｃ１２５を５５％、ＨＦＣ１３４ａを４５％の混合ガス
を使用したものである。この冷蔵庫に封入されていたフ
ロンガスＣＦＣ１２を回収し、空冷コンデンサー２Ａに
その放熱能力の４０％の空冷コンデンサー２Ｂと空冷コ
ンデンサー２Ａの放熱能力の６０％の空冷コンデンサー
２Ｃを追設し、冷媒ガスとしてＨＦＣ１２５を５５％、
ＨＦＣ１３４ａを４５％の混合ガスをＣＦＣ１２の２倍
量（重量比）を注入して運転した。（１）冷媒ガス高圧１８．２ｋｇ／ｃｍ^２（２）冷媒ガス低圧２．５ｋｇ／ｃｍ^２（３）コンプレッサー吐出ガス温度６０．９゜Ｃ（４）空冷コンデンサー２Ａ出ガス温度４２．７゜Ｃ（５）空冷コンデンサー２Ｂ出ガス温度４１．５°Ｃ（６）空冷コンデンサー２Ｃ出ガス温度（凝縮温度）３６．１°Ｃ（７）空冷コンデンサー位置大気温度（大気温度）３５．０゜Ｃ（８）冷蔵庫内蒸発器吸い込み大気温度マイナス２．７°Ｃ（９）冷蔵庫内蒸発器吹き出し大気温度マイナス４．０゜Ｃこの実施例のものは、空冷コンデンサー２Ｂのみを追設
して冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａを使用し、庫内温度
５゜Ｃで運転していたものである。冷媒ガスＨＦＣ１３
４ａを抜き取り、冷媒ガスをＨＦＣ１２５を５５％、Ｈ
ＦＣ１３４ａを４５％の混合ガスを注入して運転したと
ころ、冷媒ガスが完全液化しないので、さらに上記の放
熱能力を有する空冷コンデンサー２Ｃを追設して、図３
にしめす構成として、漸く冷媒ガスが完全液化し上記の
運転状態となったものである。庫内温度は著しく低下し
たが運転圧力は９．０ｋｇ／ｃｍ^２から１８．２ｋｇ／
ｃｍ^２に上昇した。なお、この状態で、１６８時間連続
運転したが、異状は認められなかった。

【００６８】〔実施例７〕この実施例は実施例６とし
て示した冷蔵庫の扉を開放して、クーラーとして使用し
たものである。（１）冷媒ガス高圧１９．２ｋｇ／ｃｍ^２（２）冷媒ガス低圧２．６ｋｇ／ｃｍ^２（３）コンプレッサー吐出ガス温度８４．６゜Ｃ（４）空冷コンデンサー２Ａ出ガス温度４１．０゜Ｃ（５）空冷コンデンサー２Ｂ出ガス温度３８．５°Ｃ（６）空冷コンデンサー２Ｃ出ガス温度（凝縮温度）３３．８°Ｃ（７）空冷コンデンサー位置大気温度（大気温度）３３．８°Ｃ（８）蒸発器吸い込み大気温度２７．６°Ｃ（９）蒸発器吹き出し大気温度２１．２°Ｃ蒸発器の吸い込み、吹き出し温度差はマイナス６．４°
Ｃで、クーラーとして使用できることを示している。ま
た、この状態で１６８時間連続運転したが、異状は認め
られなかった。

【００６９】追加コンデンサーによるガス温度の低下
は、ＨＦＣ１３４ａを使用した場合、〔実施例３〕の
ものでは２・３゜であるが、１．１゜〜３．６゜の範囲
であった。ＨＦＣ１２５を使用して〔実施例６〕のも
のでは６．６°Ｃ、ＨＦＣ１２５とＨＦＣ１３４ａの混
合ガスを使用した〔実施例７〕のものでは実に８°Ｃ
に達しており、しかも凝縮温度は大気温度と等しい場合
があるという結果が得られている。この理由も説明が困
難であるが、追設水冷コンデンサーにおける温度逆転現
象と同様の理由によるものと考えている。

【００７０】実施例の凝縮温度と大気温度の差は、冷媒
ガスとしてＨＦＣ１３４ａを使用したた〔実施例１〜
３〕のものでは、２．３゜〜２．７°であって大気温度
プラス３°以内となっているが、大気温度プラス８°で
運転できた場合もあったが、このような凝縮温度に設定
すると、運転条件の変動によって、不安定となることが
あるので、１°〜３°の余裕を持たせると、長期にわた
って安定に、正常に運転することができるようになっ
た。また、冷媒ガスしてＨＦＣ１２５を使用したもので
は温度差は０．８°、ＨＦＣ１３４ａとの混合ガスを冷
媒ガスとして使用した〔実施例６〜７〕のものでは、
１．１°〜０゜となっている。

【００７１】以上に述べた実施例の計測結果から、すべ
てのクーラーに実施して性能を低下させず、正常に運転
できる、と速断することはできないであろうが、特定メ
ーカーの特定機種については、そのレトロフィット条件
を明らかにすれば、レトロフィットキットとして提供
し、レトロフィットの際には前述のように各部の温度の
確認のみで適切なレトロフィットが行え、かつ潤滑油も
従来のもの（鉱物油系のものにかぎらず）で運転できる
ことは明らかである。

【００７２】また、発明の実施の形態及び実施例に記載
した事項は、新代替冷媒ガス１３４ａ、ＨＦＣ１２５及
びこれらの混合ガスを使用するヒートポンプ装置の設計
及び最適化に有用な示唆を与えるであろう。

【００７３】

【発明の効果】本発明によって現用クーラーをレトロフ
ィットして本発明のヒートポンプ装置とし、本発明の運
転方法を採ることにより、新代替冷媒ガス１３４ａ、Ｈ
ＦＣ１２５及びこれらの混合ガスと入れ換えてクーラー
の使用継続が可能となるので、オゾン層に影響を及ぼす
ことなしに現用ヒートポンプ装置を引き続き使用できる
ことになり、地球環境を守るとともに経済的である。し
かも、理由は詳らかでないが、新代替冷媒ガス１３４
ａ、ＨＦＣ１２５及びこれらの混合ガスを完全液化して
泡のない液体状態とすると、従来使用されていた鉱物油
系等の潤滑油との馴染みがよく、冷房能力が低下するこ
となく、むしろ最適化することによっては２０％程度の
性能の向上が得られた場合もあった。

【００７４】このように、本発明によれば鉱物油系の潤
滑油を使用して運転できるので、コンプレッサーが電動
機と一体となっている家庭用クーラー、自動販売機、シ
ョーケース等にも冷媒ガスの含水による絶縁低下やパッ
キングの劣化等のおそれなく、本発明を実施することが
できるものである。この場合、電動機等に損傷を与えな
い合成油系の潤滑油を使用できることは勿論であり、
又、自動車用クーラー等をレトロフィットする場合に
も、必要に応じて、合成油系、あるいはエステル系等の
潤滑油を使用することができることも当然である。

【００７５】ＨＦＣ系の冷媒ガスで不燃性のものを使用
しても、空冷コンデンサーで冷媒ガス凝縮温度を大気温
度プラス５°Ｃ以内、水冷コンデンサー使用の場合では
凝縮温度を水冷コンデンサーに送られる冷却水温度より
１°Ｃ以上低温し、コンデンサーで冷媒ガス凝縮温度を
大気温度プラス５°Ｃ以内とすると、冷媒ガスは泡のな
い液体状態となりオイルとの相溶性がよくなり、蒸発器
へ送る冷媒ガス流量を少なくして低温蒸発し、ヒートポ
ンプ装置は正常に作動して、冷蔵、冷凍運転が可能とな
る。上述のように本発明によれば、冷媒ガスにオイルと
の相溶性がよいが可燃性のあるガスを混合しないで、不
燃性の冷媒ガス、例えばＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５
等を単独で使用することができたのである。また、ＨＦ
Ｃ１３４ａとＨＦＣ１２５を混合して、所望の運転圧力
でのヒートポンプ装置の運転することもできる。

【００７６】特に、本発明によれば、ＨＦＣ系の冷媒ガ
スを使用して、庫内をマイナス２０゜Ｃ以下に冷却する
冷凍運転が可能となる。また、新代替冷媒ガス１３４
ａ、ＨＦＣ１２５及びこれらの混合ガスを使用して、冷
媒ガスとしてＨＣＦＣ２２、ＣＦＣ１２等を使用してい
る現用機器、現用のオイルで冷房、冷蔵、冷凍運転がで
きるようになる。さらに、オイルとの相溶性はよいが可
燃性の冷媒ガスを使用せず、不燃性のＨＦＣ系の冷媒ガ
スを単独で、又は混合して使用し、現用のヒートポンプ
装置のレトロフィットができ、そのヒートポンプ装置の
運転を可能としたものである。

【００７７】出願人は、冷媒ガスとしてフロンガスを使
用するクーラーの冷房能力等を向上する手段として、コ
ンデンサーや蒸発器を追加したり、特定の運転条件とし
たりすることを提案したが、その実験中、要所に液面計
を取り付け、冷媒ガスの状態を観察したところ、冷媒ガ
スが完全に液化した状態、すなわち液面計を通して泡の
見えない状態又はほとんど泡の見えない状態とすること
によって、１０〜３０％程度の冷房能力が向上すること
を発見した。冷媒ガスが泡のない液体状態となる運転条
件を求めるために、コンプレッサー、コンデンサー、膨
張弁、蒸発器の能力、これらの部分に出入りするガス圧
力、ガス温度、水温、風温等との関連を探索していた。
これらの試行錯誤を重ねているうちに新代替冷媒ガスＨ
ＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５及びＨＦＣ１３４ａとＨＦ
Ｃ１２５ａの混合ガスも泡のない液体状態とすることに
よって現用のヒートポンプ装置の運転が可能であるこ
と、しかも潤滑油を変更しないでも運転ができることを
発見したのである。

【００７８】本明細書の説明は、あるいは誤っているか
も知れないが、ＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５及びＨＦ
Ｃ１２５とＨＦＣ１３４ａとの混合ガスを使用し、潤滑
油を変更しないでヒートポンプ装置が正常に運転できる
ことは事実であり、公的機関の証明書又は第三者機関の
証明書等を得たものもあり、現に、本発明によりレトロ
フィットした相当数のヒートポンプ装置が正常に運転中
であることも事実である。

【図面の簡単な説明】

【図１】空冷コンデンサー２Ａに空冷コンデンサー２Ｂ
を追設し、冷媒ガスの凝縮温度を大気温度プラス５゜Ｃ
以内の低温に設定し、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使用して運
転するヒートポンプ装置の構成略図である。

【図２】水冷コンデンサー２Ｃ１に水冷コンデンサー２
Ｃ２を追設し、冷媒ガスの凝縮温度を水冷コンデンサー
に送られる水温より１゜Ｃ以上低温に設定し、ＨＦＣ系
の冷媒ガスを使用して運転するヒートポンプ装置の構成
略図である。

【図３】空冷コンデンサー２Ａに空冷コンデンサー２Ｂ
及び２Ｃを追設し、冷媒ガスの凝縮温度を大気温度プラ
ス５°Ｃ以内の低温に設定し、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使
用して運転するヒートポンプ装置の構成略図である。

【符号の説明】

１‥‥‥‥コンプレッサー２Ａ‥‥‥既設空冷コンデンサー２Ｂ‥‥‥追設空冷コンデンサー２Ｂ２‥‥第２追設空冷コンデンサー２Ｃ１‥‥既設水冷コンデンサー２Ｃ２‥‥追設水冷コンデンサー３‥‥‥‥膨張弁４‥‥‥‥蒸発器５‥‥‥‥既設高圧ガスパイプ６‥‥‥‥低圧ガスパイプ７‥‥‥‥追設高圧ガスパイプ８‥‥‥‥クーリングタワー、ラジエーター等の水冷却
器９‥‥‥‥水ポンプ１０‥‥‥‥水パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス状態のＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ
カーボン）冷媒を所定圧力に圧縮するコンプレッサー
と、前記ＨＦＣ冷媒を所定の凝縮温度において泡のない
液体状態に達するまで凝縮する冷凍量の１．５倍以上の
放熱量を有する前記コンプレッサーに接続されたコンデ
ンサーと、前記コンデンサーに接続された膨張弁（キャ
ピラリチューブを含む）と、前記膨張弁に接続され膨張
弁を出たＨＦＣ冷媒を前記ガス状態に戻すコンプレッサ
ーに接続された蒸発器と、を含む新代替冷媒ガスＨＦＣ
を使用する、ヒートポンプ装置。
【請求項２】コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ
冷媒の凝縮温度を大気温度プラス５°以内とする、請求
項１記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用するヒートポン
プ装置。
【請求項３】コンプレッサー、コンデンサー、膨張弁
（キャピラリチューブを含む）、蒸発器を有するヒート
ポンプにおいて、冷媒としてＨＦＣ（ハイドロ・フルオ
ロカーボン）を選択する段階と、蒸発器にあるガス状態
の前記ＨＦＣ冷媒を所定圧力にコンプレッサーによって
圧縮する段階と、冷凍量の１．５倍以上の放熱量を有す
るコンデンサーで前記圧縮されたＨＦＣ冷媒を所定の凝
縮温度において泡のない液体状態に達するまで凝縮する
段階と、膨張弁（キャピラリチューブを含む）とこの膨
張弁に接続された蒸発器とによって前記液体状態のＨＦ
Ｃ冷媒を前記液体状態から前記ガス状態にする段階と、
を含むことを特徴とする新代替冷媒ガスＨＦＣを使用す
る、ヒートポンプ装置の運転方法。
【請求項４】コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ
冷媒の凝縮温度を大気温度プラス５°以内とする段階を
含む、請求項３記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用す
る、ヒートポンプ装置の運転方法。
【請求項５】コンプレッサー、コンデンサー、膨張弁
（キャピラリチューブを含む）、蒸発器を有する現用の
ヒートポンプにおいて、現用の冷媒ガスを抜き取る工程
と、コンデンサーの放熱量を冷凍量の１．５倍以上に変
更する工程と、ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロカーボン）
冷媒を封入する工程と、を有することを特徴とする、新
代替冷媒ガスＨＦＣを使用するヒートポンプのレトロフ
ィット方法。
【請求項６】コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ
冷媒の凝縮温度を測定し、その凝縮温度が大気温度プラ
ス５°以内であることを確認する工程を加えた、請求項
５記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用するヒートポンプ
装置のレトロフィット方法。
【請求項７】コンデンサーを出て膨張弁に入るＨＦＣ
冷媒の凝縮温度を測定し、その凝縮温度を大気温度プラ
ス５°以内に調整する工程を加えた、請求項５記載の新
代替冷媒ガスＨＦＣを使用するヒートポンプ装置のレト
ロフィット方法。
【請求項８】コンデンサーと膨張弁の間に液面計を取
り付け、ＨＦＣ冷媒が所定の凝縮温度において泡のない
液体状態であることを視認する工程を加えた、請求項５
から７、いずれか記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用す
る、ヒートポンプ装置のレトロフィット方法。
【請求項９】コンデンサーと膨張弁の間に液面計を取
り付けた液面計を取り去りその間を接続する工程を加え
た、請求項８記載の新代替冷媒ガスＨＦＣを使用する、
ヒートポンプ装置のレトロフィット方法。