JPH03168566A - 冷凍サイクル装置の運転方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを用いた冷凍機
、ヒートポンブ等の冷凍サイクル装置の運転方法に関す
る。

（従来の技術） 冷凍機および空気調和機などに代表される冷凍・空気調
和工学においては、貯蔵能力の向上や生活空間における
快適性の向上などを目的として様々な研究・開発が実施
され、飛躍的な発展が見られる。

近年は、その中でも、低温熱源から高温熱源へ熱を汲み
上げる働きを行ない、かつ、エネルギーを有効に利用で
き、快適性に優れる等の特徴を有するヒートボンブへの
関心が増加し、ヒートボンプに関する研究・開発が盛ん
に行われている。特に、この十年間における蒸気圧縮式
の冷凍サイクル装置によるヒートポンブの性能および実
用性の向上は非常に目覚ましく、家庭および民生用の空
気調和システムに、ヒートポンプ方式が盛んに使用され
るようになった。しかも、比較的高温を要求されるシス
テムに関しては、従来、燃焼熱を直接利用する方式ある
いは電熱ヒータが使われていたが、ヒートボンプの性能
の向上に伴いヒートポンブにより得られる利用可能な温
度の上限が“４３０”Ｋ程度まで達したこと、ヒートポ
ンプのサイクル効率（成績係数）が従来のボイラー効率
およびヒータ効率よりも十分高くなってきたことから、
次第にヒートポンプが用いられるようになってきている
。それに加え、ヒートポンプは比較的低温の熱源である
廃熱を回収して再利用する場合に適していることから、
様々な廃熱回収システムにもヒートボンブが利用されて
いる。

ところで、このような冷凍サイクル装置の性能は、従来
のシステムと同様、に、構成要素機器および作動流体の
性能に左右される。

そこで、冷凍サイクル装置の性能を向上させる手段の一
つとして、システムの最適化没計が上げられる。当然、
その際に、冷凍サイクルに関する作動流体の熱物性値情
報は必要不可欠な情報となる。

冷凍サイクル装置の作動流体に使用されている物質、あ
るいは利用可能と考えられている物質としては、フロン
（／”ｉロゲン化炭化水素）系冷媒を始め、炭化水素系
冷媒、フッ素アルコール、無機化合物系冷媒等があるが
、現在は安全性、価格、化学的安定性、サイクル構戊要
素機器材料への影響等の総合的な観点から、フロン系冷
媒が広く使用されている。特にヒートポンプに使用可能
なフロン系冷媒は二十種類以上あるが、その中でもＲ　
１．　２およびＲ２２の二種が冷媒（作動流体）として
多く用いられてきた。

ところが、ヒートポンプの応用範囲が広がり、様々な応
用形態に適用する必要が生じている昨今では、Ｒ１２お
よびＲ２２の臨界温度が“３８５．０１”Ｋ，“３６９
．３２“Ｋであること、それらの臨界点近傍の熱力学性
質より、Ｒ１２およびＲ２２は高温用ヒートボンブのｔ
令媒（作動流体）としては不向きてある。そこで、Ｒ１
１４のような比較的高い臨界点をもつ高沸点冷媒、ある
いは高沸点冷媒とＲ１２又はＲ２２などの比較的沸点が
低い冷媒の組み合わせによる二成分系冷媒を検討してい
る。

この二成分系混合冷媒は、単一冷媒と同様に扱うことが
でき、共沸点をもつ共沸混合冷媒と、成分組成により熱
力学性質が変わり共沸点をもたない非共沸混合冷媒に大
きく分類される。特に、非共沸混合冷媒をヒートボンプ
の作動流体に使用した際の有効性が指摘されている。す
なわち、高温熱源および低温熱源とサイクル間の熱交換
器による伝熱性を考慮した場合には、逆カルノーサイク
ルのサイクル効率（或績係数）を上回る効率が得られる
とされるロレンツサイクルを非共沸混合冷媒により実現
できる。また熱交換器における伝熱特性を考慮しない場
合にも、非共，！１ｉ混合冷媒による作動流体の熱力学
性質のみで論ずることができるサイクル特性から、その
成分物質を作動流体として用いたサイクルと比較して成
績係数が向上する、さらには成分を変化させた際にサイ
クル特性の多様化が向上するなどの非共沸混音冷媒の有
効性が指摘されている。

しかし、近年、こうした特徴をもつ冷媒、さらには運転
条件に合った冷媒までも、フロン規制によって利用でき
なくなるおそれが生じている。

すなわち、近年、従来フロン系冷媒の特徴とされてきた
化学的安定性が起因となって、大気に放出されたフロン
系冷媒による大気圏内のオゾン層破壊および温室効果へ
の影響が問題となっている。

？のため、無遺作に大気に放出されるエアゾールや冷媒
などに用いられたフロン系冷媒によるオゾン層破壊の問
題、いわゆるフロン／オゾン問題を提起したのを口火と
して、フロンが地球環境に及ぼす影響の化学的評価の見
直しが行われるようになり、フロン規制が実施され始め
た。

フロン規制では、Ｒ１２は分子構造に水素をもたないた
めに、クロロフルロオ口カーボン（Ｃ　Ｆ　Ｃ）系冷媒
として分類され、規制の対象となる。またＣＦＣ系冷媒
に属さないＲ２２でさえ、ＣＦＣ系伶媒よりも破壊量は
少ないが、オゾン層を破壊するとされ、現在、主に冷凍
サイクル装置（ヒートポンプおよび冷凍装■等）の作動
流体として用いられているフロン系冷媒の大半は、フロ
ン規制の対象となり、今世紀末には使用できなくなるお
それがある。

しかし、現在の冷凍および空気調和工学分野におけるフ
ロン系冷媒が果たしている役割は大きい。

そこで、これに対応すべく、代替冷媒および非共沸〆昆
合冷媒の開発およびこれら熱物性等の諸性質の体系的な
解明の要望が高まっている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、現状では、代替冷媒のみならず、歴史の浅い
二成分系非共沸混合冷媒の熱物性値情報は、従来の単一
冷媒の情報と比較して非常に限られている。例えば、二
成分系共沸混合冷媒を用いたサイクル設計を行う場合に
は、そのサイクに適した作動流体の選定、混合比、サイ
クル条件等の設定を行う必要があり、使用する作動流体
に関して広い温度・圧力範囲に精度の高い熱物性値情報
を得ることが必要となるが、そういった情報はなく、従
来は単なる推算式による熱物性値情報に立脚している場
合がほとんどである。

このため、たとえ新しい冷媒、代替冷媒、二成分混合冷
媒が開発されても、不十分な熱物性値情報にもとづきサ
イクル設計を行わなけれならず、とても高い成績係数を
得る冷凍サイクルの運転までには至らないものであった
。特に、新しい冷媒、代替冷媒、二成分混合冷媒の熱物
性値情報は乏しく、これら冷媒を用いた最適サイクルを
得ることは不可能で、これを改善するためには莫大な労
力，１１，１間を必要とする実機試験を行なう必要があ
る。

この発明はこのような事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、極僅かな熱物性値情報だけで
、混合冷媒を含むあらゆる種の冷媒を使用した、高い成
績係数をもたらすサイクル運転を実現することができる
冷凍サイクル装置の運転方ｌ去を提供することにある。

［発明の横成］ （課題を解決するための手段およびその作用）上記目的
を達成するために、この発明の冷凍サイクル装置の運転
方法は、臨界温度がわかる冷媒は当該冷媒の臨界温度の
略９割の値、前記臨界温度が未知で沸点がわかる冷媒は
当該冷媒の沸点温度に所定の定数を除じて求まる温度の
略９割の値で、凝縮温度を設定し、この凝縮温度にした
がって前記冷媒が充填される冷凍サイクルを運転する。

試行錯誤を繰り返して検討した結果、冷媒の臨界温度あ
るいは沸点温度が明らかであれば、これに上記処理を施
して凝縮温度の値を設定し、この凝縮温度にもとづき冷
凍サイクルを運転すれば、上記熱物性値情報以外の情報
を必要とせずに、簡！ｎに最も高い成績係数を得ること
ができるものである。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第１０図に示す第１の実
施例にもとづいて説明する。

第１図は、この発明を適用した蒸気圧縮式の冷凍サイク
ル装置（逆ランキンサイクル）を示し、１は例えばモー
タｌａ（駆動部）で駆動される圧縮機、２は凝縮器、３
は例えば膨脹弁から構威される膨脹装置、４は蒸発器、
６は受戒器である。

これら機器が冷媒路５で順に接続され、冷凍サイクルを
構成している。

この冷凍サイクルには、例えば、新しい冷媒、従来の冷
媒に代替する代替冷媒（いずれも単一冷媒を考えている
）が充垣されている。またこの冷凍サイクルは、これら
冷媒の臨海温度あるいは沸点にもとづき設定された凝縮
温度、すなわち臨界温度がわかる冷媒についてはこの冷
媒の臨界温度（絶対温度）の９割の値、臨界温度が未知
な冷媒についてはこの冷媒の沸点温度（絶対温度）にｒ
Ｏ．７　（所定の定数）」を除じて求まる温度の９割の
値で設定された凝縮温度にしたがって運転するように設
計されている。

しかして、こうして運転条件の元で冷凍サイクル装置の
圧縮機１を作動させれば、試行錯誤の検討を繰り返し行
なった結果、以下の理由から、理論上、最も高い威績係
数の冷凍サイクル運転を得ることができることがわかっ
た。

以下、この検討結果について述べれば、検討は、従来の
冷媒を用いた冷凍サイクルを考察することから始まった
。

まず、作動流体の熱力学性質のみに依存して議論できる
理論サイクルの検討から行なった。

ここで、検討を行なった冷凍サイクルは、第１図に示し
た構造の基本的な蒸気圧縮式の逆ランキンサイクルを用
いた。この冷凍サイクルは、熱交換招（凝縮器２，蒸発
器４）の熱交換器の熱伝達率を無限大とし、圧縮機１の
断熱効率を１００％とし、さらに圧力損失によるサイク
ル特性が無いものとした理論サイクルとしてある。

これは、実際の冷凍サイクル装置を作成する際は、この
理論サイクルの成績係数に近い成績係数を得ることを目
的として、システムの構築が行われていることにほかな
らない。つまり、理論サイクルの成績係数は最適なサイ
クル設計を行なう上で、非常に大切なものである。

第２図にこの冷凍サイクルのｒＴ−　ｓ線図」が示され
、第３図に同じ＜　「ｐ−ｈ線図」が示されている。

ここで、この理論サイクルの圧縮機１における圧縮仕事
量をｒＷＪとし、凝縮器２における放熱量をｒＱＪとし
たとき、各圧縮仕事ｆｆｉＷ，放熱瓜Ｑは第１図の記号
をから次式のように求められる。

Ｗ−　（ｈｃ−ｈＢ）　　　　　　　　　−（１）Ｑ＝
　（ｈｃ　−ｈｐ　）　　　　　　　　　−　（２）こ
れらから、ヒートボンブの成績係数ｃｏｐ，冷凍機の成
績係数ＣＯＰｃを求めれば、冷凍サイクル装置のヒート
ポンブの戊精係数ＣＯＰおよび冷凍機の成績係数ＣＰＯ
ｃは、次のようになる。

Ｃ　Ｏ　Ｐ　＝　Ｑ　／　Ｗ　−　１　＋　Ｃ　Ｐ　Ｏ
　ｃ　　　・・・（３）つぎに、従来、用いられている
冷媒を考察する。

ここでは、単一冷媒について注目するものとした。

従来、主に冷媒として用いられているＲ１２およびＲ２
２を始め、高沸点冷媒として注目されているＲ１１４、
臭素を成分元素としていて低温に適しているとされるＲ
１３Ｂ１、二元式冷凍機の低温側作動流体として用いら
れるＲ５０２に注１」シた。また代替冷媒として注目さ
れているＲ１５’２ａ，フロン系冷媒以外として、初期
の冷凍機に用いられたアンモニア、冷熱発電、コンビナ
ートで用いられるプロパンにも注目した。

そして、これら冷媒を用いたヒートポンブのサイクルの
性能を理論サイクルの上式にもとづき計算し、その計算
結果を見ると、第４図に示されるような成績係数の線図
が表れた。

なお、上式（３〉から、基本的にはヒートポンブと冷凍
機の成績係数の挙動はレベルが異なるだけで等しくなる
ので、説明の便宜上、ヒートボンプを例として挙げてい
る。なお、以降の説明もヒートボンブを例に述べること
にする。

上記第４図には、Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ１３Ｂ１，Ｒ５０
２．Ｒ１１４のフロン系単一冷媒の各成績係数ＣＯＰと
凝縮温度Ｔ　ｃｏｎとの関係が示されている。具体的に
は、第４図は膨脹装置３の入口における過冷却度Ｔｓｃ
（第２図に図示）を“５”Ｋとし、圧縮機１の人口にお
ける過加熱度Ｔｓｈ（第２図に図示）を“０”　Ｋとし
、かつヒートボンブのサイクルの凝縮温度（　Ｔ　ｃｏ
ｎ）と蒸発温度（Ｔ　ｅｖａ）との温度差である昇温幅
を一定、例えば“３０”Ｋ，“６０”Ｋ，“９０＃Ｋに
設定して計算し、このときの各昇温幅と沸点圧力に相当
する等圧線を上記５種の冷媒毎に表したものである。

この第４図を見ると、各冷媒を用いたヒートポンプのサ
イクルの成績係数ＣＯＰには規則性は見られない。

しかし、凝縮温度Ｔｓｈを臨界温度（絶対温度）で除す
る換算凝縮温度（Ｔ　ｃｏｎ）　ｒを用いると、現則性
があることがわかった。その結果が第５図に示されてい
る。

すなわち、第５図を見ると、各冷媒の昇温幅を一定とし
た場合の最高戊績係数ＣＯＰは、各冷媒共に、凝縮温度
が換算凝縮温度　（Ｔ　ｃｏｎ）　ｒが「０．９程度」
で得られている。これにより、各冷媒の或績係数ＣＯＰ
についての規則性を見出した。この規則性は第６図に示
されるようにＲ１５２ａ，Ｒ２２，　アンモニア，プロ
パンガスについても、同じ様であった。

このことは、熱物性値情報として、冷媒の臨界温度がわ
かりさえすれば、どのような冷媒であるかに関わらず、
その冷媒の臨界温度の９割の値に凝縮温度を設定して運
転条件を定め、この凝縮君度になるように冷凍サイクル
を運転すれば、最高の戒！ｊ２係数ＣＯＰとなる。

さらに第５図および第６図を見ると、アンモニアは分子
購造の違いから挙動がやや異なるものの、各冷媒の沸点
圧力は「０．７程度」で規則性が見出だされている。同
図の沸点圧力から沸点がｒＯ．７Ｘ臨界温度」にて得ら
れることがわかる。

これは、下記のような原理からでも立証される。

すなわち、統計力学的に２変数対応状態原理と呼ばれる
原理がある。この条件を十分に満足する分子においては
、次式が適用される。

Ｆｏｇ（Ｐ　／　Ｐ　Ｃ　）Ｔｒ−０．７”　ｔ．ｏｏ
但し、Ｐは沸点圧力、Ｐｃは臨界圧力である。

この与式によると、ｒ　Ｐ　／　Ｐ　ｃ　＝　０　．　
　Ｉ　Ｊのときに「Ｔｒ＝０．７Ｊとなる。しかし、２
変数対応状態原理は、Ａｙ　＋　Ｋ’＊　　ＣＨ４など
の単純分子に限られており、それを、より複雑な分子に
適用すると、分子の大きさ、あるいは極性などの影響が
無視できなくなり、２０〜３０％の偏倚が認められる。

そこで、偏心係数ωというパラメータを用いて整理し、
３変数対応原理を用いると、以下のようになる。

ω−　ｊ２ｏｇ（Ｐ　／　Ｐ　Ｃ　）ｒ，．ｏ．７１．
００一般に偏心係数の値は「０〜０．３Ｊ、さらに極性
の強い分子の場合には、それ以上の値となる。

よって、分子構遣が複雑な場合には、ｒＰ／Ｐｃ≦０，
１」のときに「ＴｒｘＱ，７Ｊになる。

例えば、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１１４の各Ｐｃの値は、そ
れぞれｒ４．１２９」、ｒ４．９９０Ｊ、「３．２５２
ＪＭＰａで、ｒＴｒ−０．７ＪとなるのはそれぞれＰｃ
のｒｌ／１　０以下」の沸点（こようになり、大半の冷
媒については換算沸点温度は「０．７前後」となり、こ
れからも「０，７程度」の規則性が見出だせる。

このｒＴｒ−０．７Ｊで表わされる定数により、例えば
臨界状態量が明らかにされていない冷媒、すなわち臨界
温度が未知な冷媒によると、昇温幅を一定した場合の最
高成績係数は、先のｒｏ．９Ｊの規則性から、「沸点温
度Ｘ０．９／０．７Ｊ程度の換算沸点温度で得られるこ
とがわかる。むろん、第５図および第６図は昇温幅を一
定とした曲線が各冷媒共に同じ形をしているから、ある
サイクル設定条件における成績係数を知れば、臨界温度
あるいは沸点温度により、その他の条件における成績係
数を知ることもできる。

一方、こうしたことに対し、昇温幅、圧縮機１の人口の
加熱度に注目して第７図および第８図を見ると、つぎの
ようなことがわかった。

すなわち、第７図はＲ１２の或績係数ＣＯＰと凝縮温度
Ｔ　ｃｏｎとの関係を示したもので、第８図はその圧縮
機１の加熱度を“２０″Ｋと大きく設定したもの・であ
る。

第７図中、一点鎖線は昇温幅を一定とした場合の最高成
績係数を表わしている。この一点鎖線に注目すると、昇
温幅が大きくなると、昇温幅を一定とした場合の戊績係
数ＣＯＰは、“３２５Ｋ“の凝縮Ｒ度，ｒＯ．８５Ｊの
換算凝縮温度において得られている。また第８図に示す
ように圧縮機人口の加熱度を大きくとって、“２０Ｋ”
とすると、昇温輻を一定とした場合の或績係数は、第７
図のときも“１０”Ｋほど高い凝縮温度にて得られる。

しかし、こうした検討を数多く行なった結果、種々の冷
媒を用いた、たいていのサイクルの条件においては、昇
温幅を一定とした場合の最高成績係数ＣＯＰは、換算凝
縮温度がｒＯ．８５〜０．９４Ｊで得られることが確認
され、上記のような換算凝縮温度が「０．９程度」であ
れば、高い成績係数ＣＯＰを堅持できるといえる。

かくして、たとえ熱物性値情報の限られた冷媒でも、最
低の情報として臨界温度あるいは沸点温度さえ明らかに
すれば（あるいは、明らかになっていれば）、「冷媒の
臨界温度の略９割の値」あるいは「冷媒の沸点温度に０
．７を除じて求まる温度の略９割の値」で、その冷媒が
もつ最高の成績係数ＣＯＰか得られる凝縮温度のおおよ
その予想ができることがわかる。

そして、これがそのまま、上記新しい冷媒、代替冷媒の
ような他のほとんどの種類の冷媒について、適用できる
のである。

したがって、その運転条件にしたがって、ヒートポンブ
（あるいは冷凍機）の冷凍サイクルを運転をすれば、新
しい冷媒、代替冷媒に関わらず、簡単に最も高い成績係
数ＣＯＰを示す運転を行なうことができるものである。

また上記以外のこととして、第９図および第１０図から
、臨界温度あるいは沸点の他に、圧縮機人口比容積がわ
かれば、最適なサイクル設計も可能となることも確認さ
れた。

すなわち、第９図には各種単一冷媒を用いたヒートポン
プのサイクルの（Ｑ／Ｖｌ）と凝縮温度との関係が、昇
ａ輻“３０″Ｋ１　“６０″Ｋ１“９０″Ｋと凝縮圧力
に相当する凝縮温度とで示されている。なお、放熱ｆｆ
ｉＱと圧縮機入口比容積ｖ１の比（Ｑ／Ｖｔ）は、圧縮
機１の容積や熱交換器の決定のようなサイクル設計に関
して重要とされているものである。

ここで、この第９図では、各冷媒間の（Ｑ／ｖｌ）の値
には規則性は見られない。しかし、凝縮温度を臨界温度
で除して換算すると、第１０図に示されるように規則性
が出てくる。この規則性はアンモニアような分子構造の
大きく違う物質を除き、ほとんどの冷媒に関して成立す
る。つまり、凝縮器２における放熱量は圧縮機入口比容
積ｖ１と臨界温度で整理される。逆を言えば、圧縮機入
口比容積ｖ１と臨界温度あるいは沸点温度が既知であれ
ば、多くの冷媒の放熱量のおおよその見゛当がつき、そ
れにもとづいて最適なサイクル設計が可能となる。

なお、この発明を上記第１の実施例では、単一冷媒を用
いたヒートポンプ（あるいは冷凍機）の冷凍サイクルに
適用したが、むろん混合冷媒を用いた冷凍サイクルにも
適用できる。

この混合冷媒を用いたサイクルの例が第１１図ないし第
１６図に第２の実施例として示されている。

混合冷媒の凝縮温度を設定することを説明する前に、そ
の前提となる混合冷媒を適用する混合冷媒のサイクルに
ついて説明すれば、混合冷媒のサイクルは上記単一冷媒
の条件とは異なるので、基準サイクルとしては、凝縮器
２および蒸発器４内での相変化が共に一定圧力のもとで
起こるものとすると、第１１図および第１２図に示され
るような「Ｔ−ｓＪ線図となる。

ところで、この混合冷媒のサイクルの温度条件の設定に
は、凝縮器２および蒸発器内の各変化の傾きが略等しい
ことから、２通りの場合が想定される。

１つは、第１１図に示す凝縮器入口温度および蒸発器出
口温度を定めた場合（昇温幅について整理するために便
利な温度条件）で、もう１つは、凝縮器人口温度および
蒸発器入口温度を定めた場合（最も理想的で高い戊績係
数ＣＯＰが得られる温度条件）である。

これらからサイクル設定条件を選択することになる。

実際のヒートポンプを想定すると、単に熱交換器の構造
の面からだけでは、伝熱面積が十分広い熱交換器、例え
ば対向流とした場合、第１２図に相当する条件が近いと
考えられる。具体的には、例えば空気を媒体として用い
るヒートボンプを仮定すると、要求される吹き出し温風
目標温度が、凝縮器から出る空気の温度に相当し、蒸発
器において着霜する温度以上に設定される温度が、蒸発
器より出る空気の温度に相当するからである。

しかしながら、凝縮器が室内に、また蒸発器は室外にあ
るとすると、室内の設定温度は、一般に凝縮器の平均温
度が設定され、外気温度はあまり変化しないから蒸発器
の入口温度が設定される。

すると、サイクル設定条件は、第１２図でなく、第１１
図に近くなる。特に、あくまで凝縮器における吹き出し
温風を設定温度とすると、サイクル設定条件は第１１図
に示すものとなる。

また冷凍機の場合には、例えば冷凍庫を想定し、かつ冷
凍犀は熱交換器を対向流式とし、蒸発器が庫内に、また
凝縮器が庫外にあるとすると、庫内の設定温度は一般に
蒸発器の平均温度が設定される。また庫外の温度の変化
が大きいことから、凝縮器人口温度が設定されることに
なり、上記ヒートポンプと同様、サイクル設定条件は第
１１図に近くなる。

しかるに、空調用ヒートボンブあるいは給湯用ヒートボ
ンプのように無限大の熱源を低温側とし、有限の広さま
たは熱量を有する高温側をもち、かつ凝縮器よりでる媒
体の温度を設定してサイクル特性を定める場合、あるい
はそれとは反対となる冷凍機の場合は、第１１図に示す
サイクル設定条件が適している。むろん、これは作動流
体の熱力学性質をのみを検討するサイクル解析に限られ
る。

そして、混合冷媒の一例として、ｒＲ２２＋Ｒ１１４系
非共沸混合冷媒」を取り上げ、上記第１１図のサイクル
設定条件にしたがってサイクル特性を検討した結果、上
記第１の実施例と同様、効果をもたらすことがわかった
。

すなわち、第１３図には、成分組成が異なるｒＲ１２＋
Ｒ１１４系」の５種の冷媒の成績係数ＣＯＰと凝縮器人
口温度ＴＤとの関係が示されている。具体的には、第１
３図は過冷却度Ｔｓｃを“５″Ｋとし、過加熱度Ｔｓｈ
を“０”Ｋとし、かつヒートボンブのサイクルの昇温幅
を一定、例えば“３０”Ｋ．“６０”Ｋ，“９０″Ｋに
設定して計算し、このときの各昇温幅とＲ１２およびＲ
１１４の沸点圧力に相当する蒸発器出口温度を、それぞ
れ表したものである。

この第１３図を見ると、各冷媒を用いたヒートポンプの
サイクルの成績係数ＣＯＰには規則性は見られない。

しかし、凝縮温度Ｔ　ｃｏｎを臨界温度（絶対温度）で
除する換算凝縮温度（Ｔｏ）ｒを用いると、第１４図に
示されるように規則性があることがわかった。

すなわち、上記第１の実施例と同様、各組或における昇
温幅を一定とした場合の最高成績係数ＣＯＰは、各冷媒
共に、換算凝縮温度（Ｔｏ）ｒが「０．９程度」で得ら
れることがわかる。また第１４図から上記第１の実施例
と同様、沸点がｒｏ．７Ｘ臨界温度」で得られることか
ら、例えば、臨界状態量が明らかにされていない冷媒の
昇温幅を一定とした場合の最高成績係数ＣＯＰは、上記
第１の実施例の単一冷媒のとき同様、「沸点温度Ｘ０．
９／０．７Ｊ程度において得られると考えられる。検討
では、第１０図に示されてぃるｒＲ１２＋Ｒ２２系」の
混合冷媒の成績係数ＣＯＰからも同じ結果が得られた。

ここで、こうした昇温幅を一定とした場合の最適成績係
数による規則性は、アンモニアのように分子構造の大き
く異なる物質はずれるものの、上記第１の実施例の単一
冷媒のときと同様、多くの混合冷媒で或立するといえる
。

かくして、混合冷媒についても、最低の情報として臨界
温度あるいは沸点温度さえ明らかにすれば（あるいは、
明らかになっていれば）、第１の実施例と同様、その混
合冷媒がもつ最高の成績係数ＣＯＰが得られる凝縮温度
のおおよその予想ができることがわかる。

しかるに、混合冷媒のように、或分組成を変えることに
より、サイクル特性を変化させて希望するところのサイ
クルの場合（目標温度を変えるような場合）においても
、どの戊分組戊を用いれば最高の戊績係数が得られるか
がわかる。

かくして、その運転条件に成分組成を設定すれさえすれ
ば、上記第１の実施例と同様、簡単にして、最高の成績
係数をもたらす最適なサイクルを得ることができる。

なお、放熱量Ｑと圧縮機人口比容積Ｖ１の比に関する規
則性も、第１６図に示したｒＲ２２＋Ｒ１１４Ｊに示し
た換算凝縮温度の線図からわかるように、規則性があり
、上記第１の実施例と同様、臨界温度あるいは沸点の他
に、圧縮機人口比容積が既知であれば、最適なサイクル
設計が可能となる。

なお、上述した実施例では一定の昇温幅の場合のサイク
ル設定について述べたが、昇温幅は一定でないＩ場合で
も、同様の効果をもたらすと考える。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明によれば、極僅かな熱物性
値情報だけを用いて、新しい冷媒、代替冷媒、ａ合冷媒
など、あらゆる種の冷媒を使用した、高い成績係数をも
たらす冷凍サイクルの運転を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１０図はこの発明の第１の実施例を示し
、第１図はこの発明を適用した単一冷媒を用いた冷凍サ
イクル装置を示す概略構成図、第２図はその冷凍サイク
ルのｒ”ｒ−ｓＪ線図、第３図は同じ＜　ｒＰ−ｈｊ線
図、第４図はフロン系Ｑｉ一冷媒を用いたヒートボンプ
の冷凍サイクルにおける戊績係数と凝縮温度との関係を
示す線図、第５図はフロン系単一冷媒を用いたヒートポ
ンブの冷凍サイクルにおける成績係数と換算凝縮温度と
の関係を示す線図、第６図は異なる各種の冷媒を用いた
ヒートポンブの冷凍サイクルにおける成績係数と換算凝
縮温度との関係を示す線図、第７図はＲ１２を用いたヒ
ートボンブの冷凍サイクルの成績係数と凝縮温度との関
係を示す線図、第８図は同加熱度を“２０”Ｋとした成
績係数と凝縮温度との関係を示す線図、第９図はフロン
系単一冷媒を用いたヒートポンブの冷凍サイクルの（Ｑ
／■１）と凝縮温度の関係を示す線図、第１０図はフロ
ン系単一冷媒を用いたヒートボンプの冷凍サイクルの（
Ｑ／Ｖ＋）と換算凝縮温度の関係を示す線図、第１１図
はこの発明の第２の実施例の混合冷媒を用いた冷凍サイ
クルのｒＴ−ｓＪ線図、第１２図は同じく異なる温度設
定条件の「Ｔ−ｓＪ線図、第１３図はｒＲ２２＋Ｒ１　
１４系」の混合冷媒を用いたヒートポンプの冷凍サイク
ルの成績係数と凝縮器人口温度との関係を示す線図、第
１４図はｒＲ２２＋Ｒ１　１４系」の混合冷媒を用いた
ヒートボンプの冷凍サイクルの成績係数と換算凝縮器入
口温度との関係を示す線図、第１５図はｒＲ１２＋Ｒ２
２系」の混合冷媒を用いたヒートポンプの冷凍サイクル
の成績係数と換算凝縮器入口温度との関係を示す線図、
第１６図はｒＲ２２＋Ｒ１　１４系」の混合冷媒を用い
たヒートポンプの冷凍サイクルの（Ｑ／Ｖ１）と換算凝
縮ｄ度の関係を示す線図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨脹装置、
４・・・蒸発器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 臨界温度がわかる冷媒は当該冷媒の臨界温度の略９割の
   値、前記臨界温度が未知で沸点温度がわかる冷媒は当該
   冷媒の沸点温度（絶対温度）に所定の定数を除じて求ま
   る温度の略９割の値で、凝縮温度を設定し、この凝縮温
   度にしたがって前記冷媒が充填される冷凍サイクルを運
   転したことを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。