JPS61259058A - 容積形圧縮式ヒ−トポンプ用の混合冷媒 - Google Patents
容積形圧縮式ヒ−トポンプ用の混合冷媒Info
- Publication number
- JPS61259058A JPS61259058A JP60101725A JP10172585A JPS61259058A JP S61259058 A JPS61259058 A JP S61259058A JP 60101725 A JP60101725 A JP 60101725A JP 10172585 A JP10172585 A JP 10172585A JP S61259058 A JPS61259058 A JP S61259058A
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- Japan
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- mixed refrigerant
- temperature
- heat pump
- cop
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- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、異なった種類の冷媒を混合して形成した容積
形圧縮式ヒートポンプ用の混合冷媒に関するものである
。
形圧縮式ヒートポンプ用の混合冷媒に関するものである
。
(従来技術)
従来、例えばスクリュ式圧縮機の様な容積膨圧縮磯を用
いた、容積形圧縮式ヒートポンプにおいては、圧縮機の
吸込容積の関係が呟能力当りの容積が小さいものが要求
され、低沸点冷媒であるR(フロン)12.R22等が
単一冷媒として多く用いられている。
いた、容積形圧縮式ヒートポンプにおいては、圧縮機の
吸込容積の関係が呟能力当りの容積が小さいものが要求
され、低沸点冷媒であるR(フロン)12.R22等が
単一冷媒として多く用いられている。
ところが、近年、ヒートポンプが広範囲に普及するにつ
れて、特に大規模な熱利用系への適用のため省エネルギ
ーに寄与するヒートポンプの必要性が増し、成績係数c
op(=蒸発能力/動力)の良好なヒートポンプの開発
が強く要請されていた。
れて、特に大規模な熱利用系への適用のため省エネルギ
ーに寄与するヒートポンプの必要性が増し、成績係数c
op(=蒸発能力/動力)の良好なヒートポンプの開発
が強く要請されていた。
そこで、本発明者らは高沸点冷媒(R11,R114な
ど)と低沸点冷媒(R12,R22など)とを組合せれ
ば非共沸となり、これを圧カ一定で蒸発(または凝縮)
させた場合、蒸発開始時と終了時で温度が変化する点に
着目し、非共沸混合冷媒(以下、混合冷媒という。)に
ついての研究を種々行った。
ど)と低沸点冷媒(R12,R22など)とを組合せれ
ば非共沸となり、これを圧カ一定で蒸発(または凝縮)
させた場合、蒸発開始時と終了時で温度が変化する点に
着目し、非共沸混合冷媒(以下、混合冷媒という。)に
ついての研究を種々行った。
次に、この研究の分析結果として単一冷媒および混合冷
媒を使った場合のヒートポンプのCOPについて説明す
る。
媒を使った場合のヒートポンプのCOPについて説明す
る。
第2図はスクリュ式ヒートポンプの基本的な構成を示し
、スクリュ圧縮機本体(以下、本体という。)1と凝縮
器2と膨張弁3と蒸発器4とを含むクローズトループで
構成されている。
、スクリュ圧縮機本体(以下、本体という。)1と凝縮
器2と膨張弁3と蒸発器4とを含むクローズトループで
構成されている。
そして、本体1により冷媒を断熱圧縮して、高圧、高温
が入状態で吐出しく状態a)、凝縮器(向流型)2に五
〇管5内の水との間で熱交換を行わせている。すなわち
、冷房運転時には管S内の冷却水により冷媒を冷却し、
暖房運転時には冷媒により管5内の水を昇温させ、いず
れの運転時においても冷媒自身は熱を奪われ、凝m<液
化)して(状!f5b)、冷却された後(状態C)、高
圧状態で膨張弁3に至る。
が入状態で吐出しく状態a)、凝縮器(向流型)2に五
〇管5内の水との間で熱交換を行わせている。すなわち
、冷房運転時には管S内の冷却水により冷媒を冷却し、
暖房運転時には冷媒により管5内の水を昇温させ、いず
れの運転時においても冷媒自身は熱を奪われ、凝m<液
化)して(状!f5b)、冷却された後(状態C)、高
圧状態で膨張弁3に至る。
さらに、この高圧液体状態の冷媒を膨張弁3にて絞り膨
張により降圧させて、低温ガス、液状態としく状1!E
d)、これを蒸発器(向流型)4内で、管6内の水との
間で熱交換させる。この場合は、上記とは逆に冷房運転
時には管6内の水を冷媒により冷却し、1房運転時には
管6内の熱源水により冷媒を気化させ(状1!e)、こ
の気化した冷媒を本体1に吸込ませ、以下、冷媒を循環
させて上記同様の動作を繰返すようになっている。
張により降圧させて、低温ガス、液状態としく状1!E
d)、これを蒸発器(向流型)4内で、管6内の水との
間で熱交換させる。この場合は、上記とは逆に冷房運転
時には管6内の水を冷媒により冷却し、1房運転時には
管6内の熱源水により冷媒を気化させ(状1!e)、こ
の気化した冷媒を本体1に吸込ませ、以下、冷媒を循環
させて上記同様の動作を繰返すようになっている。
以上の冷媒の循環過程における谷状fi(a、 b、・
・・。
・・。
e)はT−8線図上では第3図に示すように、混合冷媒
の場合は同記号の点at bl・・・、eで、単一冷媒
の場合は同記号にダッシュを付した点aI、 b’。
の場合は同記号の点at bl・・・、eで、単一冷媒
の場合は同記号にダッシュを付した点aI、 b’。
・・・、e゛(但し、点すは共通)で表わされる。
なお、厳密には単一冷媒と混合冷媒の飽和液線は同一で
はないが、両者の差は小さく説明を簡単にするために同
じ曲線を用いである。また、状態すと状態d、 d’の
温度は負荷側の使用条件によっで決まるため、上記のよ
うに第3図中、点しは共通で、点dとd゛とは同温であ
る。さらに、温度差ΔTcは凝縮(または蒸発の場合は
ΔTe)開始温度と終了温度との差を表わしている。
はないが、両者の差は小さく説明を簡単にするために同
じ曲線を用いである。また、状態すと状態d、 d’の
温度は負荷側の使用条件によっで決まるため、上記のよ
うに第3図中、点しは共通で、点dとd゛とは同温であ
る。さらに、温度差ΔTcは凝縮(または蒸発の場合は
ΔTe)開始温度と終了温度との差を表わしている。
このT−8線図より、上記ヒートポンプにおいて冷媒を
1サイクルさせるための所要動力は、単一冷媒の場合に
は、破線で結ばれた点al、 t、I、 cl。
1サイクルさせるための所要動力は、単一冷媒の場合に
は、破線で結ばれた点al、 t、I、 cl。
f’s g’s d’g e’で囲まれた部分の面積(
面積、I、t、I。
面積、I、t、I。
c”* f’s g’+ dl、eIという、以下同様
)で、混合冷媒の場合には実線で囲まれた面積as b
s C1rf g+ ’d、
eで表わされる。そして、C0P(暖房)は単一冷媒
の場合には、(面積aI、 bZ cI、 fZ h”
/面積a″* b’* C’@ f’@ gZ d”@
e’)で、混合冷媒の場合には、(面積at b、
c、 f、 h/面積at bs atL g* dt
e)で表わされ、cop(冷房)はC0P(暖房)−
1となる。
)で、混合冷媒の場合には実線で囲まれた面積as b
s C1rf g+ ’d、
eで表わされる。そして、C0P(暖房)は単一冷媒
の場合には、(面積aI、 bZ cI、 fZ h”
/面積a″* b’* C’@ f’@ gZ d”@
e’)で、混合冷媒の場合には、(面積at b、
c、 f、 h/面積at bs atL g* dt
e)で表わされ、cop(冷房)はC0P(暖房)−
1となる。
また所要動力は単一冷媒の場合には面積aI、 bl。
c”、 i″ dl、 eI、混合冷媒の場合には面積
as bfc、 i、 d、 eで表わすこともできる
ため、上記所要動力は、混合冷媒の場合には、単一冷媒
の場合に比べて、第3図中ハツチング部分I 、 II
、 IIIの合計面積だけ小さくなっており、この結果
、COPについても混合冷媒の方がより向上している。
as bfc、 i、 d、 eで表わすこともできる
ため、上記所要動力は、混合冷媒の場合には、単一冷媒
の場合に比べて、第3図中ハツチング部分I 、 II
、 IIIの合計面積だけ小さくなっており、この結果
、COPについても混合冷媒の方がより向上している。
−例としてR12とR22との混合冷媒のCOPが既に
理論検討されておI)(JMA ’83新テクノロジシ
ンボPART3.混合冷媒を用いた逆ランキンサイクル
、渡部他)、冷媒中のR12の組成比(重量%)と温度
差ΔTc(ΔTeの場合も同様である)および理論CO
Pどの関係を第4図に示す。なお、凝縮開始点(第3図
中す点)および蒸発開始点く第3図中d、 d’点)の
温度は一定である。
理論検討されておI)(JMA ’83新テクノロジシ
ンボPART3.混合冷媒を用いた逆ランキンサイクル
、渡部他)、冷媒中のR12の組成比(重量%)と温度
差ΔTc(ΔTeの場合も同様である)および理論CO
Pどの関係を第4図に示す。なお、凝縮開始点(第3図
中す点)および蒸発開始点く第3図中d、 d’点)の
温度は一定である。
図中横軸の0%はR12、また100%はR22のみめ
量−冷慮の迅春番示1−でい入一本図より、R12とR
22の組成比R12/R22が約80/20のとき、Δ
Tcおよび理論COPが最大となっており、ΔTcの減
少とともに理論COPも減少することがわかる。しかし
ながら、ΔTc最大3℃は単一冷媒に比して差が少なく
理論COPは最大で6.19であり、R12およびR2
2を単独で使用する場合のCOPの値5゜89および5
.84と比較すると、COPはそれぞれわずか5.1%
および6.0%上昇しているだけである。
量−冷慮の迅春番示1−でい入一本図より、R12とR
22の組成比R12/R22が約80/20のとき、Δ
Tcおよび理論COPが最大となっており、ΔTcの減
少とともに理論COPも減少することがわかる。しかし
ながら、ΔTc最大3℃は単一冷媒に比して差が少なく
理論COPは最大で6.19であり、R12およびR2
2を単独で使用する場合のCOPの値5゜89および5
.84と比較すると、COPはそれぞれわずか5.1%
および6.0%上昇しているだけである。
さらに、第5図は第2図における凝縮器2および蒸発器
4での熱交換の状態を模式的に示すもので、第3図と同
様に温度Tを縦軸に、エントロピSを横軸にとっである
。そして、図中の各点at b。
4での熱交換の状態を模式的に示すもので、第3図と同
様に温度Tを縦軸に、エントロピSを横軸にとっである
。そして、図中の各点at b。
・・・は第3図中の同記号の点at bt・・・が示す
状態に対応し、点すで凝縮が開始し、点d(d’)で蒸
発が開始する。一方、傾斜線11は第2図中の管5内の
水(高温熱りの状態変化を示し、また、傾斜線12は管
6内の水(低温熱源)の状態変化を示すとともに、第5
図中矢印方向が水の流れ方向に対応し、温度Ti1lT
i2は上記水の入側の温度で温度To、、To2は出側
の温度を示している。
状態に対応し、点すで凝縮が開始し、点d(d’)で蒸
発が開始する。一方、傾斜線11は第2図中の管5内の
水(高温熱りの状態変化を示し、また、傾斜線12は管
6内の水(低温熱源)の状態変化を示すとともに、第5
図中矢印方向が水の流れ方向に対応し、温度Ti1lT
i2は上記水の入側の温度で温度To、、To2は出側
の温度を示している。
したがって、単一冷媒の場合には、その状態変化を示す
be’、d″e゛e゛部分すなわち温度一定で、混合冷
媒の場合には、その状態変化を示すbe。
be’、d″e゛e゛部分すなわち温度一定で、混合冷
媒の場合には、その状態変化を示すbe。
de部分は傾斜している。そして、その温度勾配は大き
すぎると凝縮器2、蒸発器4の出側付近で熱交換しなく
なり、また小さいと単一冷媒との差が少なくなるため、
現実には傾斜線11あるいは12の勾配と等しくするの
が、COPを改善するためには最も好ましく、この場合
の単一冷媒と混合冷媒における所要動力の差を第5図中
ハツチングで示しである。
すぎると凝縮器2、蒸発器4の出側付近で熱交換しなく
なり、また小さいと単一冷媒との差が少なくなるため、
現実には傾斜線11あるいは12の勾配と等しくするの
が、COPを改善するためには最も好ましく、この場合
の単一冷媒と混合冷媒における所要動力の差を第5図中
ハツチングで示しである。
ところで、空調用のヒートポンプに用いられる高温、低
温の熱源の出入口の温度差は、過大、過小いずれてあっ
ても、負荷側の熱交換器の容量あるいは熱源の搬送動力
の点において好ましくなく、通常5°C位であり、上述
のように、COPを高くするためには混合冷媒の凝縮、
蒸発の際の温度差も約5℃にすることが必要である。
温の熱源の出入口の温度差は、過大、過小いずれてあっ
ても、負荷側の熱交換器の容量あるいは熱源の搬送動力
の点において好ましくなく、通常5°C位であり、上述
のように、COPを高くするためには混合冷媒の凝縮、
蒸発の際の温度差も約5℃にすることが必要である。
しかしなが呟第4図に示すR12/R22の混合冷媒で
は、ΔTc=S℃で組成割合は存在せず、最大でもΔT
c=約3℃であり、COPの大島な上昇は期待できない
。
は、ΔTc=S℃で組成割合は存在せず、最大でもΔT
c=約3℃であり、COPの大島な上昇は期待できない
。
また、例えばスクリエ式の様な容積形の圧縮機では、吸
込容量の関係から冷媒の組合せおよび組成比が限定され
る等の問題があった。
込容量の関係から冷媒の組合せおよび組成比が限定され
る等の問題があった。
(発明の目的)
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
その目的はCoPの大幅な改善を可能とした容積膨圧縮
式ヒートポンプ用の混合冷媒を提供することにある。
その目的はCoPの大幅な改善を可能とした容積膨圧縮
式ヒートポンプ用の混合冷媒を提供することにある。
(発明の構成)
本発明は、上記目的を達成するために、低沸点冷媒であ
るR22と高沸点冷媒であるR114とを、その組成比
R22/R114が80/20〜9515(重量比)の
範囲内になるよう、に混合して
1容積形圧縮式ヒートポンプ用の混合冷媒を形成した
。
るR22と高沸点冷媒であるR114とを、その組成比
R22/R114が80/20〜9515(重量比)の
範囲内になるよう、に混合して
1容積形圧縮式ヒートポンプ用の混合冷媒を形成した
。
このように、R22とR114の組成比R22/R11
4を80/20〜9515の範囲に限定したのは、組成
比がこの範囲外では、他の混合冷媒(例えばR12/R
22)に比べて大幅なCOPの向上が期待できないこと
、さらに上記組成比があまり小さくなると単一冷媒(例
えばR22)の場合よりもCOPが小さくなり、実用性
に欠けるからである。
4を80/20〜9515の範囲に限定したのは、組成
比がこの範囲外では、他の混合冷媒(例えばR12/R
22)に比べて大幅なCOPの向上が期待できないこと
、さらに上記組成比があまり小さくなると単一冷媒(例
えばR22)の場合よりもCOPが小さくなり、実用性
に欠けるからである。
さらに、この点について、具体的に説明するために、上
記のR22とR114とからなる混合冷媒の温度差ΔT
cおよびこの混合冷媒を用いて、高温、低温熱源の温度
条件を固定して設計したときのヒートポンプの理論CO
Pを第1図に示す。
記のR22とR114とからなる混合冷媒の温度差ΔT
cおよびこの混合冷媒を用いて、高温、低温熱源の温度
条件を固定して設計したときのヒートポンプの理論CO
Pを第1図に示す。
すなわち、高温、低温熱源の出入口で温度差を標準的な
5℃に設定しである。
5℃に設定しである。
本図より、混合冷媒の好ましい使用条件であるΔTc=
5℃となるのは、冷媒中のR22のm成比(重量%)が
約87%のときであり、このとき、冷、暖房時ともCO
Pは最大となり、単一冷媒(R22)の場合のCOPに
比べて約18%の改善となる。また、このピーク値から
外れても、組成比が80%〜95%(すなわちR22/
R114が80/20〜9515)の範囲では、単一冷
媒の場合のCOPに比べて約10%の改善となり、上記
混合冷媒R12/R22の場合に比べても、かなり大き
なCOPとなっている。
5℃となるのは、冷媒中のR22のm成比(重量%)が
約87%のときであり、このとき、冷、暖房時ともCO
Pは最大となり、単一冷媒(R22)の場合のCOPに
比べて約18%の改善となる。また、このピーク値から
外れても、組成比が80%〜95%(すなわちR22/
R114が80/20〜9515)の範囲では、単一冷
媒の場合のCOPに比べて約10%の改善となり、上記
混合冷媒R12/R22の場合に比べても、かなり大き
なCOPとなっている。
(発明の効果)
以上の説明より、本発明によれば、R22とR114と
をその組成比R22/R114が80/20〜9515
(重量比)の範囲内になるように混合して混合冷媒を形
成しである。
をその組成比R22/R114が80/20〜9515
(重量比)の範囲内になるように混合して混合冷媒を形
成しである。
このため、第1図から明らかなように、単−冷゛媒は勿
論、他の非共沸混合冷媒に比べても熱交換器の能力を変
えることなく、大幅にヒートポンプのCOPを改善する
ことができるという効果を有している。
論、他の非共沸混合冷媒に比べても熱交換器の能力を変
えることなく、大幅にヒートポンプのCOPを改善する
ことができるという効果を有している。
第1図は本発明に係る混合冷媒の各成分R22゜R11
4の組成比と温度差ΔTcおよびヒートポンプのCOP
との関係を示す図、第2図はヒートポンプの機器構成図
、第3図は第2図の装置のT−8線図、第4図はR12
とR22とからなる混合冷媒の組成比と温度差ΔTcお
よびヒートポンプのCOPとの関係を示す図、第5図は
第2図中の凝縮器、蒸発器での熱交換の状態を模式的に
示すT−8線図である。 特 許 出 願 人 株式会社神戸製鋼所代 理 人
弁理士 青白 葆 ほか2名第3図
第4図 第5図 ΔTc op 手続補正書(自発) 昭和60年7月2日 昭和60年特許願第 101725 号2、発
明の名称 容積膨圧縮式ヒートポンプ用の混合冷媒3、補正をする
者 事件との関係 特許出願人 代表者 牧 冬 彦 4、代理人 7、補正の内容 ゝ′J 巳(1
)明細書「発明の詳細な説明」の欄を次の通り補正しま
す。 (イ)第10頁第12行目から第13行目「熱交換器の
能力を変えることなく」とあるのを削除する。 (2)第2図から第5図を別紙の通り補正します。 以上 第2図 第3図 11g4g 5晶 鷹 第5図 −一→−5
4の組成比と温度差ΔTcおよびヒートポンプのCOP
との関係を示す図、第2図はヒートポンプの機器構成図
、第3図は第2図の装置のT−8線図、第4図はR12
とR22とからなる混合冷媒の組成比と温度差ΔTcお
よびヒートポンプのCOPとの関係を示す図、第5図は
第2図中の凝縮器、蒸発器での熱交換の状態を模式的に
示すT−8線図である。 特 許 出 願 人 株式会社神戸製鋼所代 理 人
弁理士 青白 葆 ほか2名第3図
第4図 第5図 ΔTc op 手続補正書(自発) 昭和60年7月2日 昭和60年特許願第 101725 号2、発
明の名称 容積膨圧縮式ヒートポンプ用の混合冷媒3、補正をする
者 事件との関係 特許出願人 代表者 牧 冬 彦 4、代理人 7、補正の内容 ゝ′J 巳(1
)明細書「発明の詳細な説明」の欄を次の通り補正しま
す。 (イ)第10頁第12行目から第13行目「熱交換器の
能力を変えることなく」とあるのを削除する。 (2)第2図から第5図を別紙の通り補正します。 以上 第2図 第3図 11g4g 5晶 鷹 第5図 −一→−5
Claims (1)
- (1)低沸点冷媒であるR(フロン)22と高沸点冷媒
であるR114とを、その組成比R22/R114が8
0/20〜95/5(重量比)の範囲内になるように混
合して形成したことを特徴とする容積形圧縮式ヒートポ
ンプ用の混合冷媒。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60101725A JPS61259058A (ja) | 1985-05-13 | 1985-05-13 | 容積形圧縮式ヒ−トポンプ用の混合冷媒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60101725A JPS61259058A (ja) | 1985-05-13 | 1985-05-13 | 容積形圧縮式ヒ−トポンプ用の混合冷媒 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61259058A true JPS61259058A (ja) | 1986-11-17 |
Family
ID=14308264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60101725A Pending JPS61259058A (ja) | 1985-05-13 | 1985-05-13 | 容積形圧縮式ヒ−トポンプ用の混合冷媒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61259058A (ja) |
-
1985
- 1985-05-13 JP JP60101725A patent/JPS61259058A/ja active Pending
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