JPH08303882A

JPH08303882A - 新代替冷媒ガスｈｆｃを使用したヒートポンプの運転方法

Info

Publication number: JPH08303882A
Application number: JP14103595A
Authority: JP
Inventors: Yoriyuki Oguri; 頼之大栗
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】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
で、冷房、冷蔵、冷凍運転を行なうことを目的とする。【構成】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て運転する。水冷コンデンサー
２Ｃ１に水冷コンデンサー２Ｃ２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冷却水の水温よ
り、１°Ｃ以上低温に設定して運転する。

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、代
替フロンＨＣＦＣ等の冷媒ガスに代えて、新代替冷媒ガ
スＨＦＣ（水素を含んだフルオロカーボン）を使用して
ヒートポンプの運転を可能とする、ヒートポンプの運転
方法に関する。冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａを使用し
てクーラー、冷蔵庫等を運転する方法に関しては、既に
確立されているようであるが、更に効率を向上しようと
する場合、特に冷却する庫内の温度をマイナス２０°Ｃ
以下の低温に冷却する場合に好適な運転方法を提供する
ものである。このような場合、ＨＦＣ系の冷媒ガスを単
独で使用することもできるが、不燃性のＨＦＣ１３４ａ
（ＣＨ_２ＦＣＦ_３）とＨＦＣ１２５（ＣＨＦ_２ＣＦ_３）
を任意に混合して使用し、運転圧力を現在使用されてい
るヒートポンプの運転圧力に合わせ、機器の構造を大き
く変えない、ヒートポンプの運転方法を提供するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】今や、フロンガスは全廃に向かってお
り、新たに開発された新代替冷媒ガスでは、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Ｈ
ＦＣ１３４ａ、沸点がマイナス４８．５°Ｃで冷凍機用
に開発された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た場合、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
のフロンガスと違って、ＨＦＣ系の冷媒ガスには塩素が
含まれていないので、鉱物系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、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、冷媒ガスが高温になって運転が不
可能になることがある、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
性のよい冷媒ガスを加えた、混合冷媒の研究が進められ
ているのである。冷房用に使用されているＨＣＦＣ２２
の代替のＨＦＣ３種混合ガス、冷凍機用に使用されてい
るＲ５０２の代替としてのＨＦＣ３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のである。冷凍
庫内をマイナス２０°Ｃ以下に冷却するためのＨＦＣ１
２５は、単独では運転できず、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１
４３ａ、ＨＦＣ１３４ａの３種混合冷媒ガスも、現在使
用されている冷凍機には、そのまま投入しても正常に作
動しにくいようである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＨＦＣ系の
冷媒ガスを単独、又は混合して使用して冷房、冷凍運転
を行なうと共に、庫内を５°Ｃ以下に冷却する冷蔵運
転、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ものである。また、
ＨＦＣ系の冷媒ガスを混合して、運転圧力を所望の値に
設定する場合も、不燃性の冷媒ガスのみを混合して、ヒ
ートポンプに投入し、運転正常に行なうことを可能とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明を図面に基づいて
説明する。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で結び、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
結んだヒートポンプに、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で結び、空冷コンデンサー２
Ａ、膨張弁３間の高圧ガスパイプ５をなくしたものであ
る。このようにするとき、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を追設しても、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を追設してもよい。現用の空冷コンデン
サー使用のヒートポンプの運転では、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２
Ｂを出て、膨張弁に入る冷媒ガス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５°Ｃ以内に設定す
る。

【０００６】現用のヒートポンプの運転では、空冷コン
デンサーを出た冷媒ガスを液面計で見ると泡状態である
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充分に相溶するのであ
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２Ａ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。このように放出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、冷媒ガスとオ
イルは充分に相溶する。すなわち、空冷コンデンサーで
の放熱量が多いことと、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てヒートポンプを長
時間運転しても、冷媒ガスの温度が高くなって飽和する
ことはないのである。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相溶をよ
くすることは、低温蒸発させて、庫内をマイナス２０°
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。

【０００７】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で結び、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
結んだヒートポンプに、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２Ｃ２、膨張弁３を高圧ガスパイプ７で
結び、水冷コンデンサー２Ｃ１、膨張弁３間の高圧ガス
パイプ５をなくしたものである。このようにするとき、
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２
Ｃ２を追設してもよい。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２Ｃ
１、水冷コンデンサー２Ｃ２とを往復に結び、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２
Ｃ１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である。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。

【０００８】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
である。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
ンプを運転しても、冷媒ガスとオイルの分離は生じない
のである。水冷コンデンサーでの放熱量が多いことと、
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のである。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２０°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。

【０００９】ここに、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
ートポンプを製作する場合、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
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。

【００１０】また、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２Ｃ
１、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２
Ｃ２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。現用の水冷コンデンサー
使用のヒートポンプの冷媒ガス凝縮温度は、大気温度と
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
却水温度は同温程度である。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。

【００１１】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以上低温にしてヒート
ポンプ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、ＨＦＣ系の低温特性のよい冷媒ガスを使
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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】このように冷媒ガスの凝縮温度を低くし
て、冷媒ガスを完全液化させてキャピラルチューブ使用
のヒートポンプを運転すると、冷媒ガスは泡がなくなる
ので、キャピラル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。

【００１５】クーラーが正常に作動しているが、コンプ
レッサー入りの冷媒ガス温度がプラス５°Ｃ以下の場合
は、キャピラルチューブの冷媒ガスの通過量は多くて冷
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、クーラーの吸熱量はさらに増加
することになる。

【００１６】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、キャピラルチューブ細径孔の液化ガスの流
量が多くなる。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。冷媒ガスが通
過する細径孔の径が一定のキャピラルチューブだけを使
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、キャピラルチューブの内径を従来のものよ
り、０．１ｍｍ以上小さくする。この場合、キャピラル
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ルチューブにつないで
もよい。また、キャピラルチューブの長さを倍増させ
て、抵抗を多くして流量を少なくしてもよいのである。
さらに、キャピラルチューブの径を小さくすることと、
長さを倍増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。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
節してもよいのである。

【００１７】このように空冷コンデンサーを出た冷媒ガ
ス凝縮温度を、大気温度とプラス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。

【００１８】上述のように、冷媒ガスの凝縮温度を低く
して完全液化すると、冷媒ガスとオイルの相溶性はよく
なり、ＨＦＣ系の冷媒ガスであるＨＦＣ１３４ａ、ＨＦ
Ｃ１２５等を混合して使用する場合も、単独で使用する
場合もヒートポンプの運転ができるようになる。そし
て、冷房、冷蔵運転では、ＨＦＣ１３４ａ、庫内を２
０。Ｃ以下の低温に冷却する冷凍庫の運転にＨＦＣ１２
５の単独使用が可能となる。

【００１９】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の運転圧力を低くすることができ
ることになる。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と使用可能となる。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。本発明によれば、沸点が
マイナス４８．５°ＣであるＨＦＣ１２５を単独で使用
して、冷房、冷蔵運転が可能となる。

【００２０】ＨＦＣ系の冷媒ガスを各種混合して、ヒー
トポンプ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、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１
４３ａ、ＨＦＣ１３４ａの３種混合ガスを使用して、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。

【００２１】冷媒ガスとオイルの相溶性が充分であれ
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。不燃性のＨＦＣ１３４ａとＨ
ＦＣ１２５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（１）ＨＦＣ１３４ａ３０％以内ＨＦＣ１２５７０％以上（２）ＨＦＣ１３４ａ４０％以内ＨＦＣ１２５６０％以上（３）ＨＦＣ１３４ａ５０％以内ＨＦＣ１２５５０％以上（４）ＨＦＣ１３４ａ６０％以内ＨＦＣ１２５４０％以上（５）ＨＦＣ１３４ａ７０％以内ＨＦＣ１２５３０％以上（６）ＨＦＣ１３４ａ８０％以内ＨＦＣ１２５２０％以上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。ＨＣＦＣ２２の代替には、（３）、
（４）の混合比率が運転圧力、蒸発温度が似た状態にな
る。ＨＦＣ１３４ａとＨＦＣ１２５を２種混合した冷媒
ガスは、ガス漏れが生じたとき、沸点が高く軽いガスの
ＨＦＣ１３４ａから漏れるので、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。

【００２２】

【作用】図１に示す空冷コンデンサーを使用したヒート
ポンプの改善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から、現在使用されているフロン
ガスを回収し、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
ンデンサーの能力の５０％〜１００％程度の追設が必要
である。しかし、この容積の能力は熱交換する大気の温
度、風量によって異なる場合がある。コンプレッサー
１、空冷コンデンサー２Ａ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
プで結ぶ。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２Ｂ、膨張弁３とを高圧ガスパイプで結ぶ
のである。次に、ＨＦＣ系の冷媒ガスを投入するのであ
るが、コンデンサーを倍増しているのと、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２倍の量を注入する。

【００２３】このようにしてヒートポンプを運転する
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。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ことで、冷媒ガ
スは完全液化して、泡のない状態になることで、オイル
とよく相溶し、ＨＦＣ系の冷媒ガスを使用してヒートポ
ンプを運転しても、冷媒ガスとオイルの分離は起きない
のである。

【００２４】図２に示す水冷コンデンサーを使用したヒ
ートポンプの改善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。一般に、現在使用されている空冷
コンデンサーの能力の５０％〜１００％程度の追設が必
要である。この場合にも、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。コンプレッサー１、水冷
コンデンサー２Ｃ１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２Ｃ
２、水冷コンデンサー２Ｃ１、膨張弁３をガスパイプで
結ぶ。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２
Ｃ１、水冷コンデンサー２Ｃ２、膨張弁３とを高圧ガス
パイプで結ぶのである。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２
Ｃ１、水冷コンデンサー２Ｃ２を出た水パイプを合流さ
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、コンデンサーを倍増してい
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２倍の量を注入す
る。

【００２５】このようにしてヒートポンプを運転するの
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
ガスは体積が縮小して、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の運転は可能
となる。

【００２６】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
せる必要があるのである。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。

【００２７】このように、冷媒ガスを完全液化して泡を
なくすると、キャピラル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、冷蔵の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、冷蔵庫内を必要
温度に冷却できないのである。キャピラルチューブの内
径が０．１ｍｍ以上小さいものと取り替えるか、０．１
ｍｍ以上小さいものを接続し、必要に応じて長さを倍増
して抵抗を多くし、冷媒ガスの流量を少なくして蒸発温
度を低くするものである。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、調節弁で冷媒ガス流量を調節する。

【００２８】このように、ＨＦＣ系の冷媒ガスでも凝縮
温度を低くして完全液化すると、冷媒ガスとオイルはよ
く相溶して、ヒートポンプの運転は支障なくできるの
で、オイルとの相溶性はよいが、可燃性の冷媒ガスを混
合しなくてもよいことになる。現用の可燃性のＨＦＣ３
２、不燃性のＨＦＣ１２５、不燃性のＨＦＣ１３４ａの
３種混合ガスが試用されているが、不燃性のＨＦＣ１２
５、不燃性の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可能となる。

【００２９】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、ヒートポンプの吸熱効率は向上するものである。

【００３０】

【実施例】ケース内温度をマイナス２５°Ｃ以下の低温
に設定してしよう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％、ＨＦＣ１４３ａ５
２％、ＨＦＣ１３４ａ４％の３種混合ガスである。

【００３１】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１５．９°Ｃ（５）空冷コンデンサー入り大気温度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

【００３２】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２７．５°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。

【００３３】冷媒ガスＨＦＣ１３４ａ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。

【００３４】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１７．２°Ｃ（５）空冷コンデンサー入り大気温度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

【００３５】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１
８°Ｃまで冷却することができたのである。

【００３６】冷媒ガスとしてＨＦＣ１３４ａ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ＨＣＦＣ２
２を回収し、既設の水冷コンデンサー２Ｃ１の後に水冷
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２
Ｃ１、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同温に冷却するようにした。冷媒ガ
スＨＦＣ１３４ａは、従来の冷媒ガスＨＣＦＣ２２の２
倍量を注入してクーラーを運転を行った。

【００３７】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１０．５°Ｃ

【００３８】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ＨＣＦＣ２２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、ＨＣＦＣ２
２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、キャピラルチューブでは冷媒
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。さらに、冷媒ガスＨＦＣ１３４ａは、
冷媒ガスＨＣＦＣ２２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ＨＦＣ１３４ａ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、
キャピラル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。

【００３９】コンプレッサー能力１８０Ｗ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
るフロンガスＣＦＣ１２を回収し、空冷コンデンサー２
Ａに空冷コンデンサー２Ｂを追設し、冷媒ガスとしてＨ
ＦＣ１３４ａをＣＦＣ１２が注入されていた量の約２倍
量を注入し、キャピラルチューブの内径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いのであ
る。これは、冷媒ガスが完全液化して泡がなくなり、キ
ャピラル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。そこで、キャピラ
ルチューブの内径を０．１ｍｍ小径の０．７ｍｍのもの
を使用すると、蒸発圧力は０．４ｋｇ／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のである。

【００４０】上述の冷蔵庫を、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、キャピラルチューブの長さを倍増して３０
０ｍｍ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。

【００４１】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以上低温にすると、冷媒ガスは完全液化してオイ
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、冷媒ガスとオイル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Ｈ
ＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５等を単独で使用することが
できたのである。また、ＨＦＣ１３４ａとＨＦＣ１２５
を混合して、所望の運転圧力でのヒートポンプの運転す
ることもできる。

【００４２】

【発明の効果】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、ＨＦＣ１３４ａ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の運
転が可能となるものである。

【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】コンプレッサー１、空冷コンデンサー２
Ａ、膨張弁３（キャピラルチューブを含む）、蒸発器４
を有するヒートポンプにおいて、空冷コンデンサー２Ｂ
を追設して冷媒ガスの放熱能力を増大させ、空冷コンデ
ンサーを出て膨張弁３に入る冷媒ガスの凝縮温度を、空
冷コンデンサーに入る大気温度プラス５°Ｃ以内に設定
することを特徴とする、新代替冷媒ガスＨＦＣ（水素を
含んだフルオロカーボン）を使用したヒートポンプの運
転方法。
【請求項２】コンプレッサー１、水冷コンデンサー２
Ｃ１、膨張弁３（キャピラルチューブを含む）、蒸発器
４を有するヒートポンプにおいて、水冷コンデンサー２
Ｃ２を追設して冷媒ガスの放熱能力を増大させ、水冷コ
ンデンサーを出て膨張弁３に入る冷媒ガスの凝縮温度
を、水ポンプ９で送られて水冷コンデンサーに入る冷却
水の温度より、１°Ｃ以上低温に設定することを特徴と
する、新代替冷媒ガスＨＦＣ（水素を含んだフルオロカ
ーボン）を使用したヒートポンプの運転方法。
【請求項３】コンプレッサー、コンデンサー、キャピ
ラルチューブ、蒸発器を有するヒートポンプで、冷却庫
内をプラス５°Ｃ以下の低温に冷却する冷凍機におい
て、キャピラルチューブの内径を、従来の同型機に使用
されているものより、０．１ｍｍ以上小径としたことを
特徴とする、新代替冷媒ガスＨＦＣ（水素を含んだフル
オロカーボン）を使用したヒートポンプの運転方法。
【請求項４】コンプレッサー、コンデンサー、膨張弁
（キャピラルチューブを含む）、蒸発器を有するヒート
ポンプにおいて、ＨＦＣ（水素を含んだフルオロカーボ
ン）１３４ａ（ＣＨ_２ＦＣＦ_３）と、ＨＦＣ（水素を含
んだフルオロカーボン）１２５（ＣＨＦ_２ＣＦ_３）の不
燃性の冷媒ガスを混合して使用することを特徴とする、
新代替冷媒ガスＨＦＣ（水素を含んだフルオロカーボ
ン）を使用したヒートポンプの運転方法。