JPS6166053A - 熱ポンプ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、周波数可変によって能力制御する圧、縮機を
搭載した熱ポンプ装置に関する。

従来例の構成とその問題点 近年インバータ方式と呼は扛、電動機の周波数を可変に
して圧縮機による冷媒循環量を制御し、冷暖房等の冷凍
能力を調整制御する熱ポンプ装置が採用さｎている。こ
の方式は第１図に示す如く、圧縮機１．四方弁２．負荷
側熱交換器３．絞り装置４．熱源側熱交換器５等を配管
接続して冷凍サイクルを構成すると共に、圧縮機１用の
電動機６を周波数変換装置７を介して商用電源８に接続
したものである。かかる装置においては、必要冷凍能力
の大小に応じて周波数変換装置７により電動機６の周波
数を増減するものであるが、従来次の様な欠点をもって
いた。

すなわち、かかる装置は内部を流ｎる冷媒としてＲ２２
等の単一冷媒を用いているためより大きな冷凍能力を必
要とする場合には電動機６の周波数を増大し、冷媒循環
量もそれに応じて増大するものの、負荷側及び熱源側熱
交換器３．５の熱交換面積は一定のため、凝縮温度は上
昇し蒸発温度は低下するものである。この特性を第２図
の冷媒の圧力対エンタルピ線図をもって説明すると、周
波数が小の場合には実線の如きサイクル特性金示すもの
の、周波数が犬の場合には高圧（凝縮温度）は上昇し低
圧（蒸発温度）は低下して破線の如きサイクル特性とな
る。このとき特に問題となるのは、線ａ−ｂで示さｎる
圧縮機１の圧縮過程が線ａ　／　　５　／に変化して勾
配が減少すると共に凝縮温度が上昇することによる相乗
効果で点す又はｂ′で示さｎる圧縮機１の吐出温度が犬
きく上昇してしまい、冷媒の分解劣化等の問題を誘発す
る可能性があることである。また他の問題は、圧縮比の
増大や断熱効率の低下による圧縮仕事の増大ばかりでな
く吐出温度の上昇による発熱により、周波数変換装置７
に大きな負荷がかかることである。さらに他の問題は、
周波数が増大しているにもかかわらず低圧が低下するた
め、点ａ又はａ′で示される圧縮機１の吸入比容積が増
大して、周波数の増大割合程には冷凍能力は増大しない
ことである。

従って、従来のかかる熱ポンプ装置においては、機器の
信頼性の観点から可変周波数の上限を設定したり、最高
周波数の使用条件全機器の立上り時等に限定したりして
いるのが実情であり、冷凍能力の可変幅は周波数の可変
幅に比べ犬きく低下するものであった。

発明の目的 本発明は、周波数可変な圧縮機を搭載した熱ポンプ装置
において、特に周波数増大時の吐出温度上昇の問題を改
善すると共に、冷凍能力の可変幅を拡大して、かかる装
置の適用範囲全拡大させることを目的とするもので６６
゜ 発明の構成 本発明になる熱ポンプ装置は、周波数可変な圧縮機を構
成要素とする冷凍サイクル内部に封入した過半以上の主
成分冷媒に比して、臨界圧力が低く且つ臨界温度も低い
副成分冷媒を若干量添加することにより構成されるもの
である。

実施例の説明 本発明になる熱ポンプ装置について、第１図になる熱ポ
ンプ装置の構成を用いて特に冷媒の作用様態を中心に説
明する。

まず冷媒は、同一凝縮温度、同一蒸発温度、同一周波数
圧縮機で比較すると、臨界温度の低い冷媒程冷凍能力は
犬きく、臨界温度の高い冷媒程冷凍能力は小さい。この
関係は冷凍空調便覧基礎編１９７２年版（図２・２１）
にも示されている通りであり、同図では標準沸点との関
係で整理されているが、臨界温度と標準沸点が比例関係
にあることは、同文献の２・３・６節にも述べられてい
ることである。従ってインバータ方式においても周波数
の増大割合が同じで、同一凝縮温度、同一蒸発温度なら
ば、この関係は維持さｎるものであり、その傾向は第３
図に示さ几たものとなる。逆に必要冷凍能力を同一とす
るためには、インバータ方式では磁界温度の低い冷媒程
周波数は小さくて済み、このとき臨界温度の高い冷媒に
比べて凝縮温度は低く、蒸発温度は高いものとなる。

次に冷媒の特質で注目すべきことは、我々の先行出願で
ある特願昭５８−２７９６２で述べた通り、圧縮機１の
吐出温度が各冷媒個有の臨界圧力又は分子量と密接な関
係をもつことである。すなわち、同一凝縮温度、同一蒸
発温度、同一周波数圧縮機で比較すると、一般に臨界圧
力の低い冷媒（分子量の大きい冷媒）程吐出温度は低く
、臨界圧力の高い冷媒（分子量の小さい冷媒）程吐出温
度は高くなるものである。この傾向は第４図に示すもの
であるが、ここで各冷媒について１凝縮温度の低下割合
が同じならば、吐出温度もそれにほぼ比例して低下した
ものとなる。

従って第１図に示した゛如き構成のインバータ方式の熱
ポンプ装置において、ある基準冷媒に比して臨界圧力が
低く且つ臨界温度も低い冷媒を封入するならば、必要冷
凍能力を同一とすると、前記した如く周波数が小さくて
済み凝縮温度の低下する効果と、臨界圧力の低い冷媒を
使用することによる吐出温度の低下する効果が相まって
、より一層吐出温度の低下度合は大きなものとなるもの
である。

なお、ただ単にある基準冷媒を、臨界圧力が低く且つ臨
界温度も低い冷媒に置換することも考えられるが、各冷
媒の臨界圧力や臨界温度は冷媒固有の物性値であり、吐
出温度の任意の調節は不可能であるばかりでなく、臨界
温度の低い冷媒は蒸気圧が高く、冷凍サイクルを構成し
たときの高圧が非常に上昇するという欠点をもつため、
熱ポンプ装置の利用目的に応じて選択された基準冷媒を
過半以上の主成分冷媒とし、臨界圧力が低く且つ臨界温
度も低い副成分冷媒を若干量添加することが好適で実用
的となるものである。

すなわち、かかる構成を採用することによって、従来の
基準冷媒のみを用いた熱ポンプ装置に比べ、同一冷凍能
力を得るのに、周波数が小さくてすみ吐出温度が犬きく
低減されるばかりでなく、高圧の過度な上昇を抑制でき
るものであり、逆に周波数変換装置７によるモータ８の
周波数増大割合を従来と同一とすることにより冷凍能力
を従来以上に増大することが可能となり、かかる熱ポン
プ装置そのものの適用範囲を拡大することが可能となる
ものである。

さて、かかる冷媒の選択について以下に例示すると従来
Ｒ２２がもっばら用いられている冷暖房用の熱ポンプ装
置においては、第１表に示す冷媒を副成分冷媒として添
加するのが好適となり、その臨界圧力や臨界温度は第１
表に示す通シである。

また従来Ｒ１２がもっばら用いられている冷蔵用や給湯
用の熱ポンプ装置においては、第２表に示す冷媒・を副
成分冷媒として添加するのが好適となり、その臨界圧力
や臨界温度は第２表て示す通りである。

第１表 第　　　２　　表 なお、副成分冷媒としての選択基準は、本実施例の説明
の中でも述べた如く、臨界圧力は分子量に、臨界温度は
標準沸点に密接な関係をもつため、以下の用語のいづれ
で表現しても同義語となる。

■　臨界圧力が低く臨界温度が低い冷媒■　臨界圧力が
低く標準沸点が低い冷媒■　分子量が大きく臨界温度が
低い冷媒■　　　　　　　　標準沸点が低い冷媒またか
かる副成分冷媒以外に、第３成分を効率等の改善を目的
に添加する場合も本発明に含まれるものであり、さらに
電動機以外で圧縮機の周波数（回転数）を可変としたも
のや、必要冷凍能力が大きい場合に特にかかる副成分冷
媒がよ）多く循環する如く冷凍サイクルを工夫したもの
も本発明に含まれるものである。

発明の詳細 な説明した如く本発明になる熱ポンプ装置は、周波数可
変な圧縮機を構成要素とする冷凍サイクル内部に封入し
た過半以上の主成分冷媒に比して、臨界圧力が低く且つ
臨界温度も低い副成分冷媒を若干量添加したものである
から、特に必要冷凍能力が大きい場合に、圧縮機の吐出
温度を大きく低減することが可能となるばかりでなく、
周波数の上限では従来以上に冷凍能力を増大して、該熱
ポング装置の適用範囲を拡大することが可能となるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は周波数可変な圧縮機を構成要素とする熱ポンプ
装置の構成図、第２図は第１図の熱ポンプ装置において
単一冷媒を用いた場合のサイクル特性の説明図、第３図
及び第４図は本発明になる熱ポンプ装置に用いる冷媒の
傾向を示す説明図である。 １・・・・・・圧縮機、３・・・・・・負荷側熱交換器
、４・川・絞り装置、５・・・・・・熱源側熱交換器、
６・・・・・・電動機、７・・・・・・周波数変換装置
。 代理人の氏名゛弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 エングルこ０ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数制御される圧縮機、負荷側熱交換器、絞り装置、
   熱源側熱交換器等を構成要素とする冷凍サイクルに過半
   以上の主成分冷媒を封入すると共に、該主成分冷媒に比
   して臨界圧力が低く且つ臨界温度も低い副成分冷媒を若
   干量添加したことを特徴とする熱ポンプ装置。