WO2020004125A1 - 冷凍サイクル及び温水ヒートポンプ - Google Patents

冷凍サイクル及び温水ヒートポンプ Download PDF

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cop
less
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毅 金子
潤 宮本
長谷川　泰士
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Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle and a hot water heat pump.
  • Patent Literature 1 describes an air conditioner that uses a mixed refrigerant of R1234yf and R134a or a mixed refrigerant of R32 and R1234yf because there is no single refrigerant that can replace the R410A device.
  • the global warming potential (GWP) of R1234yf is as small as “4”, but the global warming potential (GWP) of R32 is as large as “675”. Further, when only R32 is replaced with a refrigerant having a low global warming potential (GWP), a target energy consumption efficiency (COP) may not be obtained.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a refrigeration cycle and a hot water heat pump that can improve the energy consumption efficiency as compared with a single refrigerant while reducing the global warming potential of a mixed refrigerant. Is what you do.
  • a refrigeration cycle circulates a refrigerant through a refrigerant circuit in which a compressor, an evaporator, a decompression device, and a condenser are connected by refrigerant piping, and the evaporator causes a heat source fluid and the refrigerant And a heat exchange between the refrigerant and the refrigerant to be heated by the condenser, wherein the refrigerant is a mixed refrigerant of R1234ze (E) and R1233zd (E).
  • the global warming potential (GWP) of R1234ze (E) alone is “1”, and the global warming potential (GWP) of R1233zd (E) alone is “1”. Can be reduced. Further, by using a refrigerant mixture of R1234ze (E) and R1233zd (E), it is possible to improve energy consumption efficiency (COP) as compared with a single refrigerant of R1233zd (E).
  • a temperature difference between an inlet temperature and an outlet temperature of the heat source fluid is 7 ° C or more
  • the R1234ze (E) is used as a first refrigerant.
  • the mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be more than 0% by mass and 75% by mass or less.
  • a mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be 20% by mass or more and 60% by mass or less.
  • a mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be 30% by mass or more and 50% by mass or less.
  • a mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be 35% by mass or more and 45% by mass or less.
  • the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the fluid to be heated is 7 ° C. or more while suppressing the global warming potential (GWP) of the mixed refrigerant from increasing.
  • GWP global warming potential
  • COP energy consumption efficiency
  • a temperature difference between an inlet temperature and an outlet temperature of the heat source fluid is 5 ° C or more and less than 7 ° C.
  • a mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be more than 0% by mass and 70% by mass or less.
  • a mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be not less than 20% by mass and not more than 40% by mass.
  • the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the fluid to be heated is 5 ° C. while suppressing the global warming potential (GWP) of the mixed refrigerant from increasing.
  • GWP global warming potential
  • the energy consumption efficiency (COP) can be improved.
  • a temperature difference between an inlet temperature and an outlet temperature of the heat source fluid is 2 ° C or more and less than 5 ° C
  • the R1234ze (E ) As the first refrigerant and R1233zd (E) as the second refrigerant, the mixing ratio of the first refrigerant in the mixed refrigerant may be greater than 0% by mass and 40% by mass or less.
  • the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the fluid to be heated is 2 ° C. or more, while suppressing the global warming potential (GWP) of the mixed refrigerant from increasing.
  • the energy consumption efficiency (COP) can be improved.
  • a hot water heat pump includes the refrigeration cycle according to any one of the first to eighth aspects, wherein the fluid to be heated is water.
  • the effect of improving the energy consumption efficiency (COP) by the mixed refrigerant can be obtained, and the environmental load can be reduced, so that the commerciality of the hot water heat pump can be improved.
  • COP energy consumption efficiency
  • the energy consumption efficiency can be improved as compared with the single refrigerant while reducing the global warming potential of the mixed refrigerant.
  • the vertical axis is a graph in which the energy consumption efficiency (COP) is plotted, and the horizontal axis is the mass ratio (%) of the first refrigerant in the refrigerant, showing a case where the temperature difference between the inlet and outlet of the heat source water is 7 ° C. or more.
  • the vertical axis is a graph in which the energy consumption efficiency (COP) is plotted, and the horizontal axis is the mass ratio (%) of the first refrigerant in the refrigerant, in which the difference between the inlet and outlet temperature of the heat source water is 5 ° C.
  • the vertical axis is a graph in which the energy consumption efficiency (COP) is plotted, and the horizontal axis is the mass ratio (%) of the first refrigerant in the refrigerant, where the temperature difference between the inlet and the outlet of the heat source water is 2 ° C. It is a graph in which the vertical axis represents the temperature slip (° C.) and the horizontal axis represents the mass ratio (%) of the first refrigerant.
  • COP energy consumption efficiency
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a hot water heat pump according to an embodiment of the present invention.
  • the hot water heat pump 1 of the present embodiment includes a refrigeration cycle 10 configured by circulating a refrigerant R through a refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit of the refrigeration cycle 10 is configured by connecting a compressor 21, an evaporator 22, a main expansion valve (decompression device) 23, and a condenser 24 by a refrigerant pipe 25.
  • a so-called economizer cycle 30 is further combined with a refrigerant circuit.
  • the economizer cycle 30 illustrated in this embodiment connects a turbo compressor 21A having two-stage impellers 21a and 21b as a compressor 21, a sub-expansion valve 31, and an intercooler 32 by a refrigerant pipe 25. It is configured.
  • the refrigerant circuit combined with the economizer cycle 30 adiabatically expands a part of the refrigerant R from the condenser 24 by the sub-expansion valve 31, cools the remaining part of the refrigerant R from the condenser 24, and increases the refrigerating effect. ing.
  • the refrigerant R evaporated in the intercooler 32 of the economizer cycle 30 is drawn into the second stage impeller 21b.
  • the refrigerant R evaporated by the intercooler 32 has a lower temperature than the refrigerant R flowing from the first-stage impeller 21a to the second-stage impeller 21b. Therefore, in the economizer cycle 30, it is possible to increase the filling efficiency and improve the energy consumption efficiency (COP; Coefficient Of ⁇ Performance).
  • the hot water heat pump 1 exchanges heat between the heat source water W1 and the refrigerant R in the evaporator 22, and exchanges heat in the condenser 24 between water to be heated (hereinafter simply referred to as hot water W2) and the refrigerant R.
  • the inlet temperature of the heat source water W1 exemplified in this embodiment is 10 to 50 ° C.
  • the outlet temperature of the hot water W2 is 90 ° C. at the maximum.
  • the refrigeration cycle 10 is a so-called Lorentz cycle in which the refrigerant temperature changes (in other words, temperature slips) when the phase of the refrigerant R changes.
  • the refrigerant R flowing through the refrigerant circuit of the refrigeration cycle 10 is a mixed refrigerant (also referred to as a mixed composition refrigerant) in which different types of first refrigerant and second refrigerant are mixed.
  • the refrigerant R in this embodiment is a mixture of R1234ze (E) as the first refrigerant and R1233zd (E) as the second refrigerant.
  • R1234ze (E) is simply referred to as “first refrigerant”
  • R1233zd (E) is simply referred to as “second refrigerant”.
  • At least one of the evaporator 22 and the condenser 24 exemplified in this embodiment has a heat source of a type capable of defining the flow directions of the heat source water W1, the hot water W2, and the refrigerant R, which are fluids, in one direction.
  • An exchanger may be used. Examples of such a heat exchanger include a plate heat exchanger, a plate fin heat exchanger, and a microchannel heat exchanger.
  • the mixing ratio (in other words, the mass ratio) of the first refrigerant in the refrigerant R is, for example, a temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the heat source water W1 of the hot water heat pump 1 described above (hereinafter, simply referred to as an inlet / outlet temperature difference). Is 7 ° C. or more, the content is more than 0% by mass and 75% by mass or less.
  • the mixing ratio of the first refrigerant in the refrigerant R may be 20% by mass or more and 60% by mass or less.
  • the mixing ratio of the first refrigerant in the refrigerant R may be 30% by mass or more and 50% by mass or less.
  • the mixing ratio of the first refrigerant in the refrigerant R may be 35% by mass or more and 45% by mass or less.
  • FIG. 2 is a graph in which the vertical axis represents energy consumption efficiency (COP) and the horizontal axis represents the mass ratio (%) of the first refrigerant in the refrigerant, and shows a case where the difference between the inlet and outlet temperatures of the heat source water is 7 ° C. or more. I have.
  • COP energy consumption efficiency
  • FIG. 2 when the first refrigerant is 0% by mass, it is a single refrigerant of the second refrigerant, and when the first refrigerant is 100% by mass, it is a single refrigerant of the first refrigerant. (Hereinafter the same applies to FIGS. 3 and 4).
  • the energy consumption efficiency (COP) of a single refrigerant composed of only the second refrigerant is simply referred to as “reference COP”.
  • the energy consumption efficiency (COP) of the single refrigerant composed of only the first refrigerant is smaller than the energy consumption efficiency (COP) of the single refrigerant composed of only the second refrigerant.
  • the mass ratio of the first refrigerant to the second refrigerant (in other words, the mixing ratio) is from 0% by mass to 100% by mass. %
  • the energy consumption efficiency (COP) of the refrigerant R changes in a curved shape protruding upward. More specifically, the energy consumption efficiency (COP) of the refrigerant R changes in a curve shape that peaks (maximum) when the mass ratio of the first refrigerant is around 40% by mass.
  • the energy consumption efficiency (COP) shown in FIG. 2 is larger than the reference COP when the mass ratio of the first refrigerant is greater than 0% by mass and 75% by mass or less.
  • the energy consumption efficiency (COP) of the mixed refrigerant gradually decreases from near the peak of 40% by mass to 100% by mass.
  • the energy consumption efficiency (COP) of the mixed refrigerant in the region where the mass ratio of the first refrigerant is greater than 75% by mass (more specifically, in the region greater than 75% by mass and 100% by mass or less). ) Is lower than the reference COP.
  • FIG. 3 is a graph in which the vertical axis represents the energy consumption efficiency (COP) and the horizontal axis represents the mass ratio (%) of the first refrigerant in the refrigerant, and shows a case where the temperature difference between the inlet and the outlet of the heat source water is 5 ° C. .
  • the refrigerant R The energy consumption efficiency (COP) changes in a curved shape protruding upward. More specifically, the energy consumption efficiency (COP) of the refrigerant R changes in a curve shape having a peak (maximum) when the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is around 30% by mass.
  • the energy consumption efficiency (COP) shown in FIG. 3 is larger than the reference COP in a range where the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is more than 0% by mass and 70% by mass or less.
  • the energy consumption efficiency (COP) of the refrigerant R gradually decreases from a peak of around 30% by mass to 100% by mass. In other words, in a region where the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is larger than 70% by mass (more specifically, in a region larger than 70% by mass and 100% by mass or less), the energy consumption of the refrigerant R is reduced.
  • the efficiency (COP) is lower than the reference COP.
  • FIG. 4 is a graph in which the vertical axis represents energy consumption efficiency (COP) and the horizontal axis represents the mass ratio (%) of the first refrigerant in the refrigerant, and shows a case where the difference between the inlet and outlet temperatures of the heat source water is 2 ° C. .
  • COP energy consumption efficiency
  • FIG. 4 when the temperature difference between the inlet and the outlet of the heat source water W1 of the hot water heat pump 1 is 2 ° C., when the mass ratio of the first refrigerant to the second refrigerant is increased from 0% by mass to 100% by mass, the refrigerant R
  • the energy consumption efficiency (COP) changes in a curved shape protruding upward. More specifically, the energy consumption efficiency (COP) of the refrigerant R changes in a curve shape that peaks (maximum) when the mass ratio of the first refrigerant is around 10% by mass.
  • the energy consumption efficiency (COP) shown in FIG. 4 is larger than the reference COP in a range where the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is more than 0% by mass and 40% by mass or less.
  • the energy consumption efficiency (COP) of the refrigerant R gradually decreases from around 10% by mass at the peak to 100% by mass. In other words, in a region where the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is larger than 40% by mass (more specifically, in a region larger than 40% by mass and 100% by mass or less), the energy consumption of the refrigerant R is reduced.
  • the efficiency (COP) is lower than the reference COP.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is as described above.
  • the maximum temperature slip occurs at 40 to 50% by mass, and the energy consumption efficiency (COP) becomes maximum.
  • the peak of the energy consumption efficiency (COP) does not change when the temperature difference between the entrance and the exit is 7 ° C. or more.
  • the peak position of the energy consumption efficiency (COP) is located on the left side of the above graph as the entrance / exit temperature difference is smaller. Furthermore, when the entrance / exit temperature difference is smaller than 7 ° C., the peak value of the energy consumption efficiency (COP) is smaller as the entrance / exit temperature difference is smaller.
  • FIG. 5 is a graph in which the vertical axis represents the temperature slip (° C.) and the horizontal axis represents the mass ratio (%) of the first refrigerant.
  • the solid line indicates the temperature slip of the refrigerant R in the evaporator 22 when the internal pressure (absolute pressure) is 0.35 MPaA.
  • the broken line indicates the temperature slip of the refrigerant R in the condenser 24 when the internal pressure (absolute pressure) is 1.8 MPaA.
  • the temperature slip of the refrigerant R in the evaporator 22 becomes the maximum value of 7 ° C. when the mass ratio of the first refrigerant is 50% by mass, and the temperature slip of the refrigerant R in the condenser 24 is:
  • the maximum value is 9.5 ° C. when the mass ratio of the first refrigerant is 40%.
  • the energy consumption efficiency (COP) due to temperature slip is maximized by setting the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R to about 40% by mass. it can.
  • the temperature difference between the inlet and the outlet of the raw heat water W1 shown in FIG. 3 is 5 ° C.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is set to about 30% by mass
  • the energy consumption efficiency (COP) due to temperature slip is maximized.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is set to about 10% by mass, the energy consumption efficiency (COP) due to temperature slip can be reduced. Can be maximized. That is, in a region where the difference between the inlet and outlet temperatures of the heat source water W1 is smaller than the maximum temperature slip of the refrigerant R, the smaller the difference between the inlet and outlet temperatures of the heat source water W1 is, the lower the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is. (COP) can be maximized.
  • the global warming potential (GWP) of the first refrigerant alone is “1”
  • the global warming potential (GWP) of the second refrigerant alone is “1”. . Therefore, according to the above embodiment, the global warming potential (GWP) of the refrigerant R can be reduced. Furthermore, by using a mixed refrigerant of the first refrigerant and the second refrigerant as the refrigerant R, it is possible to improve energy consumption efficiency (COP) as compared with a single refrigerant of the second refrigerant.
  • COP energy consumption efficiency
  • the difference between the inlet and outlet temperatures of the heat source water W1 is 7 ° C. or more, and the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R1 is more than 0% by mass and 75% by mass or less. Therefore, according to the above embodiment, the energy consumption efficiency (COP) is higher than that of the second refrigerant alone having a higher energy consumption efficiency (COP) than the energy consumption efficiency (COP) of the first refrigerant alone. Can be obtained.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is smaller than 20% by mass or larger than 60% by mass.
  • Higher energy consumption efficiency (COP) can be obtained.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is smaller than 30% by mass or larger than 50% by mass.
  • Higher energy consumption efficiency (COP) can be obtained.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is smaller than 35% by mass or larger than 45% by mass.
  • Higher energy consumption efficiency (COP) can be obtained.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is larger than 0% by mass and 70% by mass. % Or less. Therefore, when the temperature difference between the inlet and the outlet of the heat source water W1 is 5 ° C. or more and less than 7 ° C., a higher global warming potential (GWP) of the refrigerant R is suppressed and a higher energy consumption efficiency (COP) is obtained. be able to.
  • GWP global warming potential
  • COP energy consumption efficiency
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is set to 20% by mass or more and 40% by mass or less.
  • Higher energy consumption efficiency (COP) can be obtained than when the mass ratio of the first refrigerant is smaller than 20% by mass or larger than 40% by mass.
  • the mass ratio of the first refrigerant in the refrigerant R is larger than 0% by mass and 40% by mass. % Or less. Therefore, when the temperature difference between the inlet and the outlet of the heat source water W1 is 2 ° C. or more and less than 5 ° C., a higher energy consumption efficiency (COP) is obtained while suppressing an increase in the global warming potential (GWP) of the mixed refrigerant. be able to.
  • COP energy consumption efficiency
  • the hot water W2 is heated by the refrigeration cycle 10 having the above-described configuration. Accordingly, the effect of improving the energy consumption efficiency (COP) by the refrigerant R can be obtained, and the environmental load can be reduced, so that the commercial value of the hot water heat pump 1 can be improved.
  • COP energy consumption efficiency
  • the present invention is not limited to the configuration of the embodiment described above, and the design can be changed without departing from the gist of the present invention.
  • the refrigeration cycle 10 includes the economizer cycle 30 has been described.
  • the refrigeration cycle 10 is not limited to the one having the economizer cycle 30.
  • the case where the heat source water W1 is used as the heat source fluid has been described as an example, but a fluid other than water may be used as the heat source.
  • the refrigeration cycle 10 is used for the hot water heat pump 1
  • the refrigeration cycle 10 may be used for a cooling / heating device other than the hot water heat pump.
  • the energy consumption efficiency can be improved as compared with the single refrigerant while reducing the global warming potential of the mixed refrigerant.

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Abstract

冷凍サイクルは、圧縮機、蒸発器、減圧装置及び凝縮器を冷媒配管で接続した冷媒回路に冷媒を流通させて、前記蒸発器によって熱源流体と前記冷媒とを熱交換し、前記凝縮器によって加熱対象となる加熱対象流体と前記冷媒とを熱交換する。前記冷媒は、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）とＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）との混合冷媒である。

Description

冷凍サイクル及び温水ヒートポンプ
　この発明は、冷凍サイクル及び温水ヒートポンプに関する。
　本願は、２０１８年６月２７日に日本に出願された特願２０１８－１２１８６０号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　冷凍サイクルを備える冷熱機器においては、熱を輸送する媒質としてフロン系の冷媒を用いる場合が多い。このような冷媒は、オゾン破壊係数（ＯＤＰ；Ozone Depletion Potential）や地球温暖化係数（ＧＷＰ；Global Warming Potential）が小さいことが望まれる。しかし、単一種類の冷媒を用いると、所望のエネルギー消費効率（ＣＯＰ；Coefficient Of Performance）が得られない場合があった。
　特許文献１には、単一冷媒でＲ４１０Ａ機器の置き換えとなり得るものが存在しないため、Ｒ１２３４ｙｆとＲ１３４ａとの混合冷媒や、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆとの混合冷媒を用いる空気調和機が記載されている。
日本国特許第５９９０９７２号公報
　しかしながら、特許文献１の混合冷媒において、Ｒ１２３４ｙｆの地球温暖化係数（ＧＷＰ）は「４」と小さいが、Ｒ３２の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は「６７５」と大きい。
　また、Ｒ３２のみを地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低い冷媒に置き換えた場合に、目標とするエネルギー消費効率（ＣＯＰ；Coefficient Of Performance）を得られない可能性がある。
　この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、混合冷媒の地球温暖化係数を低減しつつ、単一冷媒の場合よりもエネルギー消費効率を向上することができる冷凍サイクル及び温水ヒートポンプを提供するものである。
　上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
　この発明の第一態様によれば、冷凍サイクルは、圧縮機、蒸発器、減圧装置及び凝縮器を冷媒配管で接続した冷媒回路に冷媒を流通させて、前記蒸発器によって熱源流体と前記冷媒とを熱交換し、前記凝縮器によって加熱対象となる加熱対象流体と前記冷媒とを熱交換する冷凍サイクルであって、前記冷媒は、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）とＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）との混合冷媒である。
　Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）単体の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は、「１」であり、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）単体の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は「１」であるため、混合冷媒の地球温暖化係数を低減できる。
　さらに、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）とＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）との混合冷媒を用いることで、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）の単一冷媒よりもエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を向上することが可能となる。
　この発明の第二態様によれば、第一態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記熱源流体の入口温度と出口温度との温度差は、７℃以上であり、前記Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を第一冷媒とし、前記Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を第二冷媒とした場合、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、０質量％よりも大きく７５質量％以下であってもよい。
　この発明の第三態様によれば、第二態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、２０質量％以上、かつ、６０質量％以下であってもよい。
　この発明の第四態様によれば、第二態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、３０質量％以上、かつ、５０質量％以下であってもよい。
　この発明の第五態様によれば、第二態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、３５質量％以上、かつ、４５質量％以下であってもよい。
　第二から第五態様のように構成することで、混合冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きくなることを抑制しつつ、加熱対象流体の入口温度と出口温度との温度差が７℃以上の場合に、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）の向上を図ることが可能となる。
　この発明の第六態様によれば、第一態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記熱源流体の入口温度と出口温度との温度差は、５℃以上、かつ７℃未満、前記Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を第一冷媒とし、前記Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を第二冷媒とした場合、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、０質量％よりも大きく７０質量％以下であってもよい。
　この発明の第七態様によれば、第六態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、２０質量％以上、かつ、４０質量％以下であってもよい。
　第六態様や第七態様のように構成することで、混合冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きくなることを抑制しつつ、加熱対象流体の入口温度と出口温度との温度差が５℃以上、かつ、７℃未満の場合に、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
　この発明の第八態様によれば、第一態様に係る冷凍サイクルにおいて、前記熱源流体の入口温度と出口温度との温度差は、２℃以上、かつ、５℃未満であり、前記Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を第一冷媒とし、前記Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を第二冷媒とした場合、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、０質量％よりも大きく４０質量％以下であってもよい。
　第八態様のように構成することで、混合冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きくなることを抑制しつつ、加熱対象流体の入口温度と出口温度との温度差が２℃以上、かつ、５℃未満の場合に、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
　この発明の第九態様によれば、温水ヒートポンプは、第一から八態様の何れか一つの態様に係る冷凍サイクルを備え、前記加熱対象流体は水である。
　このように構成することで、混合冷媒によるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）の向上効果が得られるとともに、環境負荷を低くできるため、温水ヒートポンプの商品性を向上できる。
　上記冷凍サイクル及び温水ヒートポンプによれば、混合冷媒の地球温暖化係数を低減しつつ、単一冷媒の場合よりもエネルギー消費効率を向上することができる。
この発明の実施形態における温水ヒートポンプの概略構成を示す構成図である。 縦軸をエネルギー消費効率（ＣＯＰ）、横軸を冷媒における第一冷媒の質量割合（％）としたグラフであって、熱源水の出入口温度差が７℃以上の場合を示している。 縦軸をエネルギー消費効率（ＣＯＰ）、横軸を冷媒における第一冷媒の質量割合（％）としたグラフであって、熱源水の出入口温度差が５℃の場合を示している。 縦軸をエネルギー消費効率（ＣＯＰ）、横軸を冷媒における第一冷媒の質量割合（％）としたグラフであって、熱源水の出入口温度差が２℃の場合を示している。 縦軸を温度すべり（℃）横軸を、第一冷媒の質量割合（％）としたグラフである。
　次に、この発明の実施形態における冷凍サイクル及び温水ヒートポンプを図面に基づき説明する。
　図１は、この発明の実施形態における温水ヒートポンプの概略構成を示す構成図である。
　図１に示すように、この実施形態の温水ヒートポンプ１は、冷媒回路に冷媒Ｒを流通させることで構成される冷凍サイクル１０を備えている。この冷凍サイクル１０の冷媒回路は、圧縮機２１、蒸発器２２、主膨張弁（減圧装置）２３、及び凝縮器２４を冷媒配管２５で接続して構成されている。この実施形態における冷凍サイクル１０は、更に、冷媒回路に、いわゆるエコノマイザサイクル３０が組み合わされている。
　この実施形態で例示するエコノマイザサイクル３０は、圧縮機２１として二段の羽根車２１ａ，２１ｂを有するターボ圧縮機２１Ａと、副膨張弁３１と、中間冷却器３２と、を冷媒配管２５で接続して構成されている。このエコノマイザサイクル３０を組み合わせた冷媒回路は、凝縮器２４からの冷媒Ｒの一部を副膨張弁３１によって断熱膨張させて、凝縮器２４からの冷媒Ｒの残部を冷却して冷凍効果を増加させている。
　エコノマイザサイクル３０の中間冷却器３２で蒸発した冷媒Ｒは、二段目の羽根車２１ｂに吸引される。この中間冷却器３２で蒸発した冷媒Ｒは、一段目の羽根車２１ａから二段目の羽根車２１ｂに流入する冷媒Ｒの温度よりも低温となる。そのため、エコノマイザサイクル３０では、充填効率が上がりエネルギー消費効率（ＣＯＰ；Coefficient Of Performance）を向上することが可能となっている。
　温水ヒートポンプ１は、熱源水Ｗ１と冷媒Ｒとを蒸発器２２で熱交換し、加熱対象となる水（以下、単に温水Ｗ２と称する）と冷媒Ｒとを凝縮器２４で熱交換する。この実施形態で例示する熱源水Ｗ１の入口温度は、１０～５０℃であり、温水Ｗ２の出口温度は、最高で９０℃である。
　冷凍サイクル１０は、冷媒Ｒの相変化時に冷媒温度が変化（言い換えれば、温度すべり）する、いわゆるローレンツサイクルである。この冷凍サイクル１０の冷媒回路を流れる冷媒Ｒは、それぞれ種類の異なる第一冷媒と第二冷媒とを混合した混合冷媒（混合組成冷媒ともいう）となっている。この実施形態における冷媒Ｒは、第一冷媒としてのＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）と第二冷媒としてのＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）とを混合してなる。以下の説明において、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を単に「第一冷媒」と称し、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を単に「第二冷媒」と称する。
　この実施形態で例示する蒸発器２２と凝縮器２４との少なくとも一方は、流体である熱源水Ｗ１、温水Ｗ２、及び、冷媒Ｒの流れる方向を、それぞれ一方向に規定することができる形式の熱交換器を使用しても良い。このような熱交換器としては、プレート型熱交換器、プレートフィン型熱交換器、マイクロチャネル式熱交換器を例示できる。このような熱交換器を用いることで、蒸発器２２や凝縮器２４の内部における飽和温度の変化を流れ方向で順次変化させることができる。そして、冷媒Ｒと、熱源水Ｗ１や温水Ｗ２との流れを、いわゆるクロスフロー（対向流）とすることができる。そのため、冷媒Ｒの飽和温度の変化と熱源水Ｗ１や温水Ｗ２の温度変化を同一傾向とすることが可能となり、熱交換効率を向上させることができる。
　冷媒Ｒにおける第一冷媒の混合割合（換言すれば、質量割合）は、例えば、上述した温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の入口温度と出口温度との温度差（以下、単に出入口温度差と称する）が７℃以上の場合、０質量％よりも大きく７５質量％以下とされている。
　さらに、上述した温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の出入口温度差が７℃以上の場合、冷媒Ｒにおける第一冷媒の混合割合は、２０質量％以上、かつ、６０質量％以下としてもよい。
　さらに、上述した温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の出入口温度差が７℃以上の場合、冷媒Ｒにおける第一冷媒の混合割合は、３０質量％以上、かつ、５０質量％以下としてもよい。
　さらに、上述した温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の出入口温度差が７℃以上の場合、冷媒Ｒにおける第一冷媒の混合割合は、３５質量％以上、かつ、４５質量％以下としてもよい。
　図２は、縦軸をエネルギー消費効率（ＣＯＰ）、横軸を冷媒における第一冷媒の質量割合（％）としたグラフであって、熱源水の出入口温度差が７℃以上の場合を示している。
　図２において、第一冷媒が０質量％のときは、第二冷媒の単一冷媒であることを意味し、第一冷媒が１００質量％のときは、第一冷媒の単一冷媒であることを意味している（以下、図３、図４も同様）。また、以下の説明においては、第二冷媒のみからなる単一冷媒のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を単に「基準ＣＯＰ」と称する。第一冷媒のみからなる単一冷媒のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、第二冷媒のみからなる単一冷媒のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）よりも小さい。
　図２に示すように、温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の出入口温度差が７℃以上の場合、第二冷媒に対する第一冷媒の質量割合（換言すれば、混合割合）を０質量％から１００質量％まで増加させると、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、上方に向かって凸となる曲線状に変化する。より具体的には、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、第一冷媒の質量割合が４０質量％付近でピーク（極大）となる曲線状に変化している。
　図２に示すエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、第一冷媒の質量割合が０質量％よりも大きく７５質量％以下の範囲で、基準ＣＯＰよりも大きくなっている。その一方で、混合冷媒のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、ピークとなる４０質量％付近から１００質量％まで、徐々に減少している。言い換えれば、第一冷媒の質量割合が７５質量％よりも大きい領域（より具体的には、７５質量％よりも大きく、かつ、１００質量％以下の領域）において、混合冷媒のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、基準ＣＯＰよりも低くなっている。
　図３は、縦軸をエネルギー消費効率（ＣＯＰ）、横軸を冷媒における第一冷媒の質量割合（％）としたグラフであって、熱源水の出入口温度差が５℃の場合を示している。
　図３に示すように、温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の出入口温度差が５℃の場合、第二冷媒に対する第一冷媒の質量割合を０質量％から１００質量％まで増加させると、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、上方に向かって凸となる曲線状に変化する。より具体的には、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合が３０質量％付近でピーク（極大）となる曲線状に変化している。
　図３に示すエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合が０質量％よりも大きく７０質量％以下の範囲で、基準ＣＯＰよりも大きくなっている。その一方で、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、ピークとなる３０質量％付近から１００質量％まで、徐々に減少している。言い換えれば、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合が７０質量％よりも大きい領域（より具体的には、７０質量％よりも大きく、かつ、１００質量％以下の領域）において、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、基準ＣＯＰよりも低くなっている。
　図４は、縦軸をエネルギー消費効率（ＣＯＰ）、横軸を冷媒における第一冷媒の質量割合（％）としたグラフであって、熱源水の出入口温度差が２℃の場合を示している。
　図４に示すように、温水ヒートポンプ１の熱源水Ｗ１の出入口温度差が２℃の場合、第二冷媒に対する第一冷媒の質量割合を０質量％から１００質量％まで増加させると、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、上方に向かって凸となる曲線状に変化する。より具体的には、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、第一冷媒の質量割合が１０質量％付近でピーク（極大）となる曲線状に変化している。
　図４に示すエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合が０質量％よりも大きく４０質量％以下の範囲で、基準ＣＯＰよりも大きくなっている。その一方で、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、ピークとなる１０質量％付近から１００質量％まで、徐々に減少している。言い換えれば、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合が４０質量％よりも大きい領域（より具体的には、４０質量％よりも大きく、かつ、１００質量％以下の領域）において、冷媒Ｒのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、基準ＣＯＰよりも低くなっている。
　上述した冷媒Ｒは、例えば、蒸発器２２の内部圧力（絶対圧）が０．３５ＭＰａＡ、凝縮器２４の内部圧力（絶対圧）が１．８ＭＰａである場合、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合が４０～５０質量％で最大温度すべりが生じ、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）が最大となる。そして、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）のピークは、出入口温度差が７℃以上において変化しない。
　その一方で、出入口温度差が７℃よりも小さい場合、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）のピークの位置は、出入口温度差が小さいほど、上述したグラフの左側に位置する。さらに、出入口温度差が７℃よりも小さい場合、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）のピーク値は、出入口温度差が小さいほど小さくなっている。
　図５は、縦軸を温度すべり（℃）横軸を、第一冷媒の質量割合（％）としたグラフである。図５のグラフにおいて、実線は、内部圧力（絶対圧）が０．３５ＭＰａＡのときの蒸発器２２における冷媒Ｒの温度すべりを示している。破線は、内部圧力（絶対圧）が１．８ＭＰａＡのときの凝縮器２４における冷媒Ｒの温度すべりを示している。
　図５に示すように、蒸発器２２における冷媒Ｒの温度すべりは、第一冷媒の質量割合が５０質量％のときに最大値である７℃となり、凝縮器２４における冷媒Ｒの温度すべりは、第一冷媒の質量割合が４０％のときに最大値である９．５℃となっている。熱源水Ｗ１の出入口温度差が、蒸発器２２と凝縮器２４を合わせた温度すべりの値を上回ると、温度すべりによるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）の向上がはかられる。
　図２に示す熱原水Ｗ１の出入口温度差が７℃以上の場合には、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を４０質量％程度にすれば、温度すべりによるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を最大化できる。また、図３に示す熱原水Ｗ１の出入口温度差が５℃の場合には、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を３０質量％程度にすれば、温度すべりによるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を最大化できる。同様に、図４に示す熱原水Ｗ１の出入口温度差が２℃の場合には、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を１０質量％程度にすれば、温度すべりによるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を最大化できる。
　つまり、冷媒Ｒの最大温度すべりよりも熱源水Ｗ１の出入口温度差が小さい領域では、熱源水Ｗ１の出入口温度差が小さいほど冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を低下させることで、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）を最大化できる。
　上述した実施形態の冷凍サイクル１０では、第一冷媒の単体の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は、「１」であり、第二冷媒の単体の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は「１」である。したがって、上記実施形態によれば、冷媒Ｒの地球温暖化係数（ＧＷＰ）を低減できる。
　さらに、第一冷媒と第二冷媒との混合冷媒を冷媒Ｒとして用いることで、第二冷媒の単一冷媒よりもエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を向上することが可能となる。
　上述した実施形態の冷凍サイクル１０では、熱源水Ｗ１の出入口温度差は、７℃以上であり、冷媒Ｒ１における第一冷媒の質量割合は、０質量％よりも大きく７５質量％以下である。したがって、上記実施形態によれば、第一冷媒の単体のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）よりも高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を有する第二冷媒の単体の場合よりも、更に高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　さらに、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を２０質量％以上、かつ、６０質量％以下とすることで、第一冷媒の質量割合を２０質量％よりも小さい場合や、６０質量％よりも大きくする場合よりも、高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　さらに、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を３０質量％以上、かつ、５０質量％以下とすることで、第一冷媒の質量割合を３０質量％よりも小さい場合や、５０質量％よりも大きくする場合よりも、高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　さらに、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合を３５質量％以上、かつ、４５質量％以下とすることで、第一冷媒の質量割合を３５質量％よりも小さい場合や、４５質量％よりも大きくする場合よりも、高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　上述した実施形態の冷凍サイクル１０では、熱源水Ｗ１の出入口温度差が５℃以上、かつ、７℃未満の場合に、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合は、０質量％よりも大きく７０質量％以下である。したがって、熱源水Ｗ１の出入口温度差が５℃以上で７℃未満の場合に、冷媒Ｒの地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きくなることを抑制しつつ、より高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　さらに、熱源水Ｗ１の出入口温度差が５℃以上、かつ、７℃未満の場合に、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合は、２０質量％以上、かつ、４０質量％以下とすることで、第一冷媒の質量割合を２０質量％よりも小さい場合や、４０質量％よりも大きくする場合よりも、高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　上述した実施形態の冷凍サイクル１０では、熱源水Ｗ１の出入口温度差が２℃以上、かつ、５℃未満の場合に、冷媒Ｒにおける第一冷媒の質量割合は、０質量％よりも大きく４０質量％以下とした。したがって、熱源水Ｗ１の出入口温度差が２℃以上で５℃未満の場合に、混合冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きくなることを抑制しつつ、より高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
　上述した実施形態の温水ヒートポンプ１では、上述した構成を備える冷凍サイクル１０により温水Ｗ２を加熱している。したがって、冷媒Ｒによるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）の向上効果が得られるとともに、環境負荷を低くできるため、温水ヒートポンプ１の商品性を向上できる。
　この発明は上述した実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
　例えば、上述した実施形態では、冷凍サイクル１０がエコノマイザサイクル３０を有する場合について説明した。しかし、冷凍サイクル１０は、エコノマイザサイクル３０を有するものに限られない。
　さらに、上述した実施形態では、熱源流体として熱源水Ｗ１を用いる場合を一例に説明したが、熱源として水以外の流体を用いても良い。
　また、上述した実施形態では、冷凍サイクル１０を温水ヒートポンプ１に用いる場合について説明したが、温水ヒートポンプ以外の冷熱機器に用いても良い。
　上記冷凍サイクル及び温水ヒートポンプによれば、混合冷媒の地球温暖化係数を低減しつつ、単一冷媒の場合よりもエネルギー消費効率を向上することができる。
１　温水ヒートポンプ
１０　冷凍サイクル
２１　圧縮機
２１ａ　羽根車
２１Ａ　ターボ圧縮機
２１ｂ　羽根車
２２　蒸発器
２３　主膨張弁
２４　凝縮器
２５　冷媒配管
３０　エコノマイザサイクル
３１　副膨張弁
３２　中間冷却器
Ｗ１　熱源水
Ｗ２　温水
Ｒ　冷媒

Claims (9)

  1. 　圧縮機、蒸発器、減圧装置及び凝縮器を冷媒配管で接続した冷媒回路に冷媒を流通させて、前記蒸発器によって熱源流体と前記冷媒とを熱交換し、前記凝縮器によって加熱対象となる加熱対象流体と前記冷媒とを熱交換する冷凍サイクルであって、
    　前記冷媒は、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）とＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）との混合冷媒である冷凍サイクル。
  2. 　前記熱源流体の入口温度と出口温度との温度差は、７℃以上であり、
    　前記Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を第一冷媒とし、前記Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を第二冷媒とした場合、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、０質量％よりも大きく７５質量％以下である請求項１に記載の冷凍サイクル。
  3. 　前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、２０質量％以上、かつ、６０質量％以下である請求項２に記載の冷凍サイクル。
  4. 　前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、３０質量％以上、かつ、５０質量％以下である請求項２に記載の冷凍サイクル。
  5. 　前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、３５質量％以上、かつ、４５質量％以下である請求項２に記載の冷凍サイクル。
  6. 　前記熱源流体の入口温度と出口温度との温度差は、５℃以上、かつ、７℃未満であり、
    　前記Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を第一冷媒とし、前記Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を第二冷媒とした場合、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、０質量％よりも大きく７０質量％以下である請求項１に記載の冷凍サイクル。
  7. 　前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、２０質量％以上、かつ、４０質量％以下である請求項６に記載の冷凍サイクル。
  8. 　前記熱源流体の入口温度と出口温度との温度差は、２℃以上、かつ、５℃未満であり、
    　前記Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）を第一冷媒とし、前記Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）を第二冷媒とした場合、前記混合冷媒における前記第一冷媒の混合割合は、０質量％よりも大きく４０質量％以下である請求項１に記載の冷凍サイクル。
  9. 　請求項１から８の何れか一項に記載の冷凍サイクルを備え、前記加熱対象流体は水である温水ヒートポンプ。
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