JP5008235B2

JP5008235B2 - Heat pump water heater

Info

Publication number: JP5008235B2
Application number: JP2001258563A
Authority: JP
Inventors: 典穂岡座; 正三船倉; 文俊西脇
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003064352A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば冷凍サイクル装置用冷媒として利用される混合作動流体を用いるヒートポンプ給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、必要に応じて四方弁、放熱器（または凝縮器）、キャピラリーチューブや膨張弁等の減圧器、蒸発器、等を配管接続して冷凍サイクルを構成し、その内部に冷媒を循環させることにより、冷却または加熱作用を行っている。
【０００３】
これらの冷凍サイクル装置における冷媒としては、フロン類（フロン類はＲ○○またはＲ○○○と記すことが、米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格により規定されている。以下、Ｒ○○またはＲ○○○と示す）と呼ばれるメタンまたはエタンから誘導されたハロゲン化炭化水素が知られている。
【０００４】
上記のような冷凍サイクル装置用冷媒としてはＲ２２（クロロジフルオロメタン、ＣＨＣｌＦ₂、沸点−４０．８℃、臨界温度９６．２℃、臨界圧力４．９９ＭＰａ）などが用いられてきた。このＲ２２は塩素と水素を含むフッ化炭化水素類（ＨＣＦＣ冷媒）であり、成層圏オゾン破壊能力があるため、すでにモントリオール議定書によって使用量及び生産量の規制が決定されている。
【０００５】
近年、冷凍サイクルを利用した加熱機器の一つであるヒートポンプ給湯器の分野では、Ｒ２２の代替冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ₂、Ｒ７４４、沸点−７８．４℃、臨界温度３１．１℃、臨界圧力７．３８ＭＰａ）が注目されつつある。例えば、斉川、橋本、ヨハネス著の第３４回日本伝熱シンポジウム講演論文集Ｐ５０５（１９９７）には、ＣＯ₂を用いた冷凍サイクル装置では、凝縮過程を含まない遷臨界サイクルとなりうること、超臨界域を使用することで、低温の水を高温に加熱するヒートポンプ給湯器に適していることが報告されている。
【０００６】
ＣＯ₂は、地球環境問題においても、成層圏オゾンを破壊せず、地球温暖化に対する影響を示す地球温暖化係数（以下ＧＷＰと記す）は１で、Ｒ２２のＧＷＰの１５００と比較すると格段に小さい、優れた冷媒である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＯ₂は、Ｒ２２に比べて動作圧力が２〜５倍も高く、冷凍サイクル装置に用いる場合などには、冷凍サイクル装置を構成する熱交換器や圧縮機の耐圧性確保、および圧縮機のシール性確保が困難である。
【０００８】
また、ＣＯ₂は、Ｒ２２に比べて吐出温度が高く、圧縮機用潤滑油を劣化させる恐れがある。
【０００９】
さらに、ＣＯ₂は、ナフテン系やパラフィン系の鉱油、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ポリアレキレングリコール油、カーボネート油、等の圧縮機用潤滑油と一定の温度範囲では溶解するが、運転状態の広い温度域においては必ずしも完全溶解しないし、圧縮機用潤滑油との任意の混合割合において必ず完全溶解するわけではない。すなわち、ＣＯ₂は、共存する圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンの確保が困難である。
【００１０】
本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、たとえば、ヒートポンプ給湯器などの高温加熱用途に用いられる冷凍サイクル装置により適した混合作動流体を用いるヒートポンプ給湯器を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第一の本発明（請求項１に対応）は、圧縮機、放熱器、減圧器、および蒸発器を接続した冷凍サイクルを備え、
前記冷凍サイクルの内部に、冷媒として、プロピレンとエタンとを含む混合作動流体であって、前記エタンは５０重量％以上６０重量％以下である、前記混合作動流体を循環させることにより、前記放熱器において水を８５℃以上に加熱するヒートポンプ給湯器である。
【００１６】
第二の本発明（請求項２に対応）は、動作時における高圧側圧力は、前記混合作動流体の臨界圧力以上である第一の本発明のヒートポンプ給湯器である。
【００１７】
第三の本発明（請求項３に対応）は、鉱油および／またはアルキルベンゼン油を圧縮機用潤滑油として用いる第一の本発明のヒートポンプ給湯器である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明および本発明に関連する発明にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における混合作動流体は、（１）エタン（ＣＨ₃−ＣＨ₃、Ｒ１７０、沸点−８８．８℃、臨界温度３２．１８℃、臨界圧力４．８７ＭＰａ）と、（２）プロピレン（ＣＨ₃−ＣＨ＝ＣＨ₂、Ｒ１２７０、沸点−４７．７℃、臨界温度９２．４２℃、臨界圧力４．６７ＭＰａ）、または、プロパン（ＣＨ₃−ＣＨ₂−ＣＨ₃、Ｒ２９０、沸点−４２．１℃、臨界温度９６．７℃、臨界圧力４．２５ＭＰａ）の二つの内の何れかからなる２成分系の作動流体である。本実施の形態における混合作動流体を冷凍サイクル装置の冷媒として用いる場合の優れた特性を以下に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
（表１）は、エタン（Ｒ１７０）とプロピレン（Ｒ１２７０）からなる２成分系の、エタン（Ｒ１７０）が３０重量％から１００重量％の混合作動流体（１００重量％はエタン（Ｒ１７０）単一冷媒）の冷凍性能を、ＣＯ₂単一冷媒と比較したものである。
【００２２】
冷凍性能は、放熱器（または凝縮器）において冷媒と熱交換する外部流体（例えば水）側の条件としては、放熱器（または凝縮器）入口温度を５℃、放熱器（または凝縮器）出口温度を８５℃とし、冷媒側の条件としては、蒸発器の蒸発温度を０℃、放熱器（または凝縮器）出口温度を１０℃、放熱器（または凝縮器）における外部流体（例えば水）と冷媒との最小温度差が５ｄｅｇとなるように放熱器（または凝縮器）の高圧側圧力を制御して測定したものである。なお、この条件は、ヒートポンプ給湯器などの冷凍サイクル装置において、５℃の外部流体（例えば水）を８５℃まで加熱する場合を想定したものである。
【００２３】
このような混合作動流体を利用した冷凍サイクル装置において、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）単一冷媒より沸点の高いプロピレン（Ｒ１２７０）を混合することによって、高圧側圧力、低圧側圧力を低減できる。高圧側圧力の低下度合いは低圧側圧力の低下度合いよりも大きく、特に４０重量％以上のプロピレン（Ｒ１２７０）を混合することにより、ＣＯ₂単一冷媒の高圧側圧力と比較して、約１／２以下に圧力を低減できる。
【００２４】
また、４０重量％以上のプロピレン（Ｒ１２７０）を混合することにより、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）単一冷媒と比較して、成績係数が向上できる。
【００２５】
エタンとプロピレン（Ｒ１２７０）の２成分系においては共沸様混合物は構成せず、蒸発温度勾配を有する非共沸混合物となる。しかし、５０重量％以下のプロピレン（Ｒ１２７０）を混合した混合物では、蒸発温度勾配はほぼ１０ｄｅｇ以下であり、非共沸性が小さく、冷凍サイクル装置での使用に際し、蒸発器への霜の付着などの問題が生じにくい、扱いやすい冷媒である。
【００２６】
なお、（表１）の蒸発温度勾配は、蒸発器の配管中の圧力損失を補正したものである。また、ＣＯ₂単一冷媒に対する吐出温度を低減する効果は、４０重量％以上５０重量％以下のプロピレン（Ｒ１２７０）を混合した混合物では、約１０ｄｅｇ程度ある。
【００２７】
エタン（Ｒ１７０）とプロピレン（Ｒ１２７０）の２成分系において、高圧側圧力の低減、成績係数の向上、蒸発器温度勾配、吐出温度の低減の効果を総合的に鑑みると（すなわち、高温加熱用途に適した混合割合を特定すると）、略５０重量％以上のエタン（Ｒ１７０）を含む混合物が望ましく、さらに望ましくは、略６０重量％以下のエタン（Ｒ１７０）を含む混合物が望ましい。
【００２８】
以上の効果は、プロピレン（Ｒ１２７０）と同様にＣＯ₂やエタンより沸点、臨界温度が高く、プロピレン（Ｒ１２７０）と同程度の沸点、臨界温度を有するプロパン（Ｒ２９０）を混合する場合にも同様の効果を奏するものである。
【００２９】
さらに、エタン（Ｒ１７０）、プロピレン（Ｒ１２７０）、プロパン（Ｒ２９０）の炭化水素類は、ＣＯ₂単一冷媒と異なり、鉱油および／またはアルキルベンゼン油等の圧縮機用潤滑油と化学構造が近いために、運転状態の広い温度域において溶解性に優れ、圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンを確保することが容易である。
【００３０】
また、プロピレン（Ｒ１２７０）、プロパン（Ｒ２９０）の臨界温度は、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）単一冷媒の臨界温度よりも高いため、これらの炭化水素類を混合した混合物の臨界温度は、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）単一冷媒の臨界温度以上の臨界温度をもつことになる。したがって、ＣＯ₂やエタン（Ｒ１７０）単一冷媒を用いた冷凍サイクル装置では、凝縮過程を含まない遷臨界サイクルとなりうるのに対して、炭化水素類を混合した混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置では、温度条件によっては凝縮過程を含む亜臨界サイクルを構成することも可能である。
【００３１】
なお、ヒートポンプ給湯器等の高温加熱用途の冷凍サイクル装置で、亜臨界サイクルとなる場合には、凝縮過程での温度勾配がない場合より、ある場合の方が凝縮器での熱交換効率が向上するといったメリットを有する。このため、本実施の形態において特定した高温加熱用途に適した混合割合は、非共沸混合組成となる混合割合を含んでいるものである。
【００３２】
したがって、かかるエタン（Ｒ１７０）とプロピレン（Ｒ１２７０）、または、プロパン（Ｒ２９０）からなる混合物は、高温加熱用途の冷凍サイクル装置の冷媒として用いる場合に優れた特性を示し、実用上の機器課題を解決できるものである。さらにこれらの混合物は、成層圏オゾン層に及ぼす影響がなく、ＧＷＰがほとんどない炭化水素類のみから構成されるため、地球温暖化に対する影響はほとんどないものである。
【００３３】
また、エタン（Ｒ１７０）、プロピレン（Ｒ１２７０）、プロパン（Ｒ２９０）の炭化水素類に、主たる成分となる炭化水素類に対して他の炭化水素類が若干量含有されていても何ら問題ないものである。
【００３４】
また、これらの混合物に対して、漏洩検知用にメチルメルカプタンやテトラヒドロチオフェンを主成分とする着臭剤が微少量含まれていても問題ないものである。
【００３５】
（実施の形態２）
本発明に関連する発明の実施の形態２における混合作動流体は、（１）ジフルオロメタン（ＣＨ₂Ｆ₂、Ｒ３２、沸点−５１．７℃、臨界温度７８．１℃、臨界圧力５．７８ＭＰａ）と、（２）シクロプロパン（Ｃ₃Ｈ₆、ＲＣ２７０、沸点−３２．９℃、臨界温度１２５．２℃、臨界圧力５．５８ＭＰａ）、または、イソブタン（ｉ−Ｃ₄Ｈ₈、Ｒ６００ａ、沸点−１１．６℃、臨界温度１３４．７℃、臨界圧力３．６４ＭＰａ）、または、ブタン（ｎ−Ｃ₄Ｈ₈、Ｒ６００、沸点−０．５℃、臨界温度１５２．０℃、臨界圧力３．８０ＭＰａ）の三つの内の何れかからなる２成分系の作動流体である。本実施の形態における混合作動流体を冷凍サイクル装置の冷媒として用いる場合の優れた特性を以下に示す。
【００３６】
【表２】

【００３７】
（表２）は、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）とからなる２成分系の、ジフルオロメタン（Ｒ３２）が６０重量％から１００重量％の混合作動流体（１００重量％はジフルオロメタン（Ｒ３２）単一冷媒）の冷凍性能を、ＣＯ₂単一冷媒と比較したものである。
【００３８】
冷凍性能は、放熱器（または凝縮器）において冷媒と熱交換する外部流体（例えば水）側の条件としては、放熱器（または凝縮器）入口温度を５℃、放熱器（または凝縮器）出口温度を８５℃とし、冷媒側の条件としては、蒸発器の蒸発温度を０℃、放熱器（または凝縮器）出口温度を１０℃、放熱器（または凝縮器）における外部流体（例えば水）と冷媒との最小温度差が５ｄｅｇとなるように放熱器（または凝縮器）の高圧側圧力を制御して測定したものである。なお、この条件は、ヒートポンプ給湯器などの冷凍サイクル装置において、５℃の外部流体（例えば水）を８５℃まで加熱する場合を想定したものである。
【００３９】
このような混合作動流体を利用した冷凍サイクル装置において、ＣＯ₂単一冷媒より沸点の高いジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）を混合することによって、高圧側圧力、低圧側圧力を低減できる。高圧側圧力の低下度合いは低圧側圧力の低下度合いよりも大きく、ＣＯ₂単一冷媒の高圧側圧力と比較して、約１／３程度に圧力を低減できる。
【００４０】
また、１０重量％以上２０重量％以下のイソブタン（Ｒ６００ａ）を混合することにより、ＣＯ₂やジフルオロメタン（Ｒ３２）の単一冷媒と比較して、成績係数が向上できる。
【００４１】
ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）の２成分系においては、略２０重量％以下のイソブタンの混合において、共沸様混合物を構成することが知られており、蒸発温度勾配がほぼ零となる。さらに、３０重量％以下のイソブタン（Ｒ６００ａ）を混合した混合物では、蒸発温度勾配は１０ｄｅｇ以下であり、非共沸性が小さく、冷凍サイクル装置での使用に際し、蒸発器への霜の付着などの問題が生じにくい、扱いやすい冷媒である。
【００４２】
なお、（表２）の蒸発温度勾配は、蒸発器の配管中の圧力損失を補正したものである。また、ＣＯ₂単一冷媒に対する吐出温度を低減する効果は、認められないものの、Ｒ３２単一冷媒に対しては、吐出温度低減効果がある。
【００４３】
ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）の２成分系において、高圧側圧力、低圧側圧力の低減、成績係数の向上、蒸発温度勾配を総合的に鑑みると（すなわち、高温加熱用途に適した混合割合を特定すると）、略７０重量％以上のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合物が望ましく、さらに望ましくは、略９０重量％以下のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合物が望ましい。
【００４４】
以上の効果は、イソブタン（Ｒ６００ａ）と同様にＣＯ₂単一冷媒より沸点、臨界温度が高く、イソブタン（Ｒ６００ａ）と同程度の沸点、臨界温度を有するシクロプロパン（ＲＣ２７０）、ブタン（Ｒ６００）等の炭化水素類を混合する場合にも同様の効果を奏するものである。
【００４５】
さらに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）に混合したシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類は、ＣＯ₂単一冷媒やジフルオロメタン（Ｒ３２）と異なり、鉱油および／またはアルキルベンゼン油等の圧縮機用潤滑油と化学構造が近いために、運転状態の広い温度域において溶解性に優れ、圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンを確保することが容易である。
【００４６】
また、ジフルオロメタン（Ｒ３２）やシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類の臨界温度は、ＣＯ₂単一冷媒の臨界温度よりも高いため、これらを混合した混合物の臨界温度は、ＣＯ₂単一冷媒の臨界温度以上の臨界温度をもつことになる。したがって、ＣＯ₂単一冷媒を用いた冷凍サイクル装置では、凝縮過程を含まない遷臨界サイクルとなりうるのに対して、炭化水素類を混合した混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置では、温度条件によっては凝縮過程を含む亜臨界サイクルを構成することも可能である。
【００４７】
なお、ヒートポンプ給湯器等の高温加熱用途の冷凍サイクル装置で、亜臨界サイクルとなる場合には、凝縮過程での温度勾配がない場合より、ある場合の方が凝縮器での熱交換効率が向上するといったメリットを有する。このため、本実施の形態において特定した高温加熱用途に適した混合割合は、温度勾配が零となる共沸様混合組成のみならず、非共沸混合組成となる混合割合を含んでいるものである。
【００４８】
したがって、かかるジフルオロメタン（Ｒ３２）とシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）からなる混合物は、高温加熱用途の冷凍サイクル装置の冷媒として用いる場合に優れた特性を示し、実用上の機器課題を解決できるものである。さらにこれらの混合物は、成層圏オゾン層に及ぼす影響がない。また、ＧＷＰが、５８０であるジフルオロメタン（Ｒ３２）とＧＷＰがほとんどない炭化水素類のみから構成されるため、Ｒ２２（ＧＷＰは１５００）の約１／３に地球温暖化に対する影響を低減できる。
【００４９】
また、ジフルオロメタン（Ｒ３２）と混合されるシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類には、主たる成分となる炭化水素類に対して他の炭化水素類が若干量含有されていても何ら問題ないものである。
【００５０】
また、これらの混合物に対して、漏洩検知用にメチルメルカプタンやテトラヒドロチオフェンを主成分とする着臭剤が微少量含まれていても問題ないものである。
【００５１】
本実施の形態においては、さらに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）からなる混合物の可燃性について調査した。
【００５２】
冷媒の可燃性の判定基準としては、米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格に規定されており、毒性のないものはＡ分類として、その中で可燃性の程度に応じて、Ａ１、Ａ２、Ａ３に分類されている。ここで、Ｒ２２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ等は、実質的に不燃性のＡ１、Ｒ３２（ジフルオロメタン）は弱可燃性のＡ２、炭化水素類は強可燃性のＡ３、に分類されている。
【００５３】
ジフルオロメタン（Ｒ３２）と、シクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類を混合した場合について、米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格に基づいた実験を行った結果、炭化水素類が約２７重量％までは、Ａ２冷媒として判定することができることが明らかになった。
【００５４】
したがって、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の２成分系において、略７３重量％以上のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合物がＲ３２単一冷媒と同様の妨爆対策を用いることができてさらに望ましい。
【００５５】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３の空調給湯装置の構成図である図１を参照しながら、本実施の形態の空調給湯装置（冷凍サイクル装置）の構成について説明する。
【００５６】
本発明の実施の形態３における空調給湯装置は、１台の室外機に室内機と給湯器とを接続した空調給湯装置である。
【００５７】
部屋の内部には、部屋１ａ，１ｂの空調用として室内熱交換器２ａ，２ｂが設けられ、前記部屋１ａ，１ｂとは別に給湯用として給湯熱交換器３が設けられている。室内熱交換器２ａ、２ｂにはそれぞれ空調用絞り装置４ａ、４ｂが接続され、給湯熱交換器３には給湯用絞り装置５が接続されている。室内熱交換器２ａ、２ｂ、空調用絞り装置４ａ、４ｂは室内ファン（図示省略）などとともに室内機６ａ、６ｂを構成し、給湯熱交換器３、給湯用絞り装置５は給湯水量を調節可能な給湯水量調節機構７、貯湯槽（図示省略）などとともに給湯器８を構成している。
【００５８】
一方、部屋の外部には、外気と熱交換を行うための室外機９が設けられ、その室外機９には冷媒を圧縮するための圧縮機１０が設けられている。その圧縮機１０の冷媒出口には、給湯用電磁弁１１を介して給湯熱交換器３が接続され、また空調用電磁弁１２を介して冷房時と暖房時とで冷媒の流路を切り換える四方弁１３が接続され、圧縮機１０の冷媒入口側にも、四方弁１３が接続されている。室外熱交換器１４には室外用絞り装置１５が接続され、四方弁１３、室外熱交換器１４、室外ファン（図示省略）などは、圧縮機１０とともに室外機９を構成している。また、四方弁１３は、室内熱交換器２ａ、２ｂ、室外熱交換器１４に接続されている。
【００５９】
また、冷媒としては、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）からなり、略７３重量％以上のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合作動流体が封入されており、圧縮機用潤滑油としては、アルキルベンゼン油が封入されている。
【００６０】
つぎに、本実施の形態の空調給湯装置の動作について説明する。
【００６１】
本実施の形態の空調給湯装置は、冷房運転時あるいは冷房給湯運転時には空調用電磁弁１２と給湯用電磁弁１１を相互に制御して、室外熱交換器１４あるいは給湯熱交換器３を放熱器（または凝縮器）として作用させ、室内熱交換器２ａ、２ｂを蒸発器として作用させる。
【００６２】
すなわち、冷房運転の際、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、空調用電磁弁１２、四方弁１３を経て室外熱交換器１４に導入され（この場合、空調用電磁弁１２は開状態であり、給湯用電磁弁１１は閉状態である）室外の大気に放熱して、比較的温度の低い超臨界状態の冷媒（または液冷媒）となる。
【００６３】
一方、冷房給湯の際には、上記高温高圧となったガス冷媒は、圧縮機１０から給湯用電磁弁１１を経て給湯熱交換器３に導入され（この場合、空調用電磁弁１２は閉状態であり、給湯用電磁弁１１は開状態である）給湯水に放熱して、比較的温度の低い超臨界状態の冷媒（または液冷媒）となる。
【００６４】
このようにして、比較的温度の低い超臨界状態の冷媒（または液冷媒）になった冷媒は、前者の場合には、更に室外用絞り装置１５を経て、あるいは後者の場合は、給湯用絞り装置５を経て、その後、前者後者共に空調用絞り装置４ａ、４ｂで減圧されて低温低圧の二相状態（液体とガスの混合状態）の冷媒となって、室内熱交換器２ａ、２ｂに導入されて部屋１ａ、１ｂの室内の空気から吸熱してガス冷媒に戻り、圧縮機１０に吸入されて再び圧縮される。
【００６５】
このような動作を繰り返すことにより、部屋１ａ、１ｂの室内を冷房したり、あるいは部屋１ａ、１ｂの室内の冷房排熱を利用して給湯を行うことができる。
【００６６】
また、暖房時に関する冷房時との主な相違点は、四方弁１３を切り替えて、室内機６ａ、６ｂ及び室外熱交換器１４における冷媒の流れる方向を逆転させる点と、暖房給湯運転の際に、空調用電磁弁１２と給湯用電磁弁１１が共に開状態である点等であり、その他の動作内容は、基本的には上記の場合とほぼ同様である。
【００６７】
本発明の本実施の形態によれば、冷媒として、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）からなり、略７３重量％以上のジフルオロメタン（Ｒ３２）を含む混合作動流体を用いているために、高温給湯を行う運転時において、冷媒としてＣＯ₂を用いる場合に比較して、高効率な運転が可能である。さらに、８５℃程度の高い出湯温度の給湯運転の際にも、高圧側圧力を約１／３程度に低減できるために、給湯熱交換器３、室内熱交換器２ａ、２ｂ、室外熱交換器１４、圧縮機１０などの冷凍サイクル装置の構成要素の耐圧性確保や、圧縮機１０のシール性確保を困難にしたりするといった機器課題を解決できる。
【００６８】
さらに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）やシクロプロパン（ＲＣ２７０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ブタン（Ｒ６００）の炭化水素類の臨界圧力は、ＣＯ₂単一冷媒の臨界温度よりも低いため、これらを混合した混合物の臨界圧力は、ＣＯ₂単一冷媒の臨界圧力以下の臨界圧力をもつことになる。したがって、ＣＯ₂単一冷媒を用いた場合に比較して、容易に高圧側圧力を臨界圧力以上とし、凝縮過程を含まない遷臨界サイクルを達成できるために、高い加熱能力（たとえば、さらに高い出湯温度）の達成が可能となるといったメリットも有する。
【００６９】
なお、給湯熱交換器３、室内熱交換器２ａ、２ｂ、室外熱交換器１４において、冷媒と外部流体（水や空気）は互いに対向流となる構成とすることが、熱交換効率を向上させるうえで望ましい。
【００７０】
さらに、ＣＯ_２単一冷媒やジフルオロメタン（Ｒ３２）を冷媒に用いた場合には、冷媒がアルキルベンゼン油とほとんど相溶性がないため、特に暖房運転時の蒸発器として作用する室外熱交換器１４の出口から、圧縮機１０の吸入管において、圧縮機用潤滑油の粘度が最高となり、圧縮機用潤滑油が配管中に滞留して圧縮機１０に帰還しなくなるものであった。このことは、暖房運転時の外気温度が低くなるにつれて顕著となったが、本実施の形態のようにイソブタン（Ｒ６００ａ）を混合すると、潤滑油が圧縮機１０に帰還しだし、圧縮機１０の油面が上昇することが確認された。このことは、ジフルオロメタン（Ｒ３２）と共沸様混合物を作るイソブタン（Ｒ６００ａ）がアルキルベンゼン油と相溶し、かつ粘度の低いイソブタン（Ｒ６００ａ）が低温でのアルキルベンゼン油の粘度を低下させたことが影響していると考えられる。
【００７１】
したがって、ＣＯ₂単一冷媒やジフルオロメタン（Ｒ３２）を冷媒に用いた場合に生じる、冷媒と圧縮機用潤滑油の溶解性が劣るために、圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンを確保するという課題を解決できるものである。
【００７２】
また、ジフルオロメタン（Ｒ３２）と混合される炭化水素類は、イソブタン（Ｒ６００ａ）の代わりに、シクロプロパン（ＲＣ２７０）、または、ブタン（Ｒ６００）からなる混合作動流体が封入されている場合にも、同様の効果を期待することができ、さらに、エタン（１７０）にプロパン（Ｒ２９０）、または、プロピレン（Ｒ１２７０）を混合した混合作動流体が封入されている場合にも、同様の効果を期待することができる。また、圧縮機用潤滑油は、アルキルベンゼン油の代わりに、鉱油を用いても、同様の効果を期待することができる。
【００７３】
さらに、可燃性のジフルオロメタン（Ｒ３２）やイソブタン（Ｒ６００ａ）がたとえ装置から漏洩したとしても、循環組成のジフルオロメタン（Ｒ３２）及びイソブタン（Ｒ６００ａ）の２成分からなる混合作動流体は共沸様混合物を作り、漏洩時にジフルオロメタン（Ｒ３２）とイソブタン（Ｒ６００ａ）の混合割合がほとんど変化することがないため、ジフルオロメタン（Ｒ３２）単一冷媒と同様の妨爆対策を用いることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、室内機は２台の構成の場合を示したが、室内機の台数はこれに限定されるものではない。
【００７５】
また、室内機や四方弁１３、空調用電磁弁１２、給湯用電磁弁１１が設けられていない単純なヒートポンプ給湯器の場合でも、同様な効果が得られる。
【００７６】
また、本実施の形態では、室内機や室外機は空気と熱交換するものとして説明したが、これに限定される物ではなく、例えば、水などの外部流体と熱交換させる構成としても良い。
【００７７】
このように、たとえば、エタンとプロパン、または、プロピレンからなり、略５０重量％以上のエタン、かつ望ましくは略６０重量％以下のエタンを含む混合作動流体は、本発明に関連する発明である。
【００７８】
また、たとえば、ジフルオロメタンとシクロプロパン、または、イソブタン、または、ブタンからなり、略７０重量％以上のジフルオロメタン、かつ望ましくは略９０重量％以下のジフルオロメタンを含む混合作動流体は、本発明に関連する発明である。
【００７９】
また、たとえば、上述の混合作動流体を用いる冷凍サイクル装置は、本発明に関連する発明である。
【００８０】
また、たとえば、高圧側圧力が混合作動流体の臨界圧力以上で動作することを特徴とする上述の冷凍サイクル装置は、本発明に関連する発明である。
【００８１】
また、たとえば、上述の混合作動流体と鉱油および／またはアルキルベンゼン油の圧縮機用潤滑油を用いる冷凍サイクル装置は、本発明に関連する発明である。
【００８２】
よって、本実施の形態は、たとえば以下のような効果を有する。すなわち、
（１）エタンとプロパン、または、プロピレンからなり、略５０重量％以上のエタン、かつ望ましくは略６０重量％以下のエタンを含む混合物となすことにより、成層圏オゾン層に及ぼす影響や地球温暖化に対する影響をほとんどなくすことができる。
【００８３】
（２）冷媒を、ジフルオロメタンとシクロプロパン、または、イソブタン、または、ブタンからなり、略７０重量％以上のジフルオロメタン、かつ望ましくは略９０重量％以下のジフルオロメタンを含む混合物となすことにより、成層圏オゾン層に及ぼす影響や地球温暖化に対する影響をほとんどなくし、実質的に微可燃化できる。
【００８４】
（３）冷凍サイクル装置に用いたときに、高圧側圧力を低減できる。
【００８５】
（４）冷凍サイクル装置に用いたときに、圧縮機における吐出温度を低減できる。
【００８６】
（５）冷凍サイクル装置に用いたときに、比較的容易に遷臨界サイクルを構成でき、高温加熱が可能となる。
【００８７】
（６）炭化水素類が主に圧縮機用潤滑油に溶解し、圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターンを確保することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明は、高温加熱用途に用いられる冷凍サイクル装置により適した冷媒を用いるヒートポンプ給湯器を得ることができるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態３の空調給湯装置の構成図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ部屋
２ａ、２ｂ室内熱交換器
３給湯熱交換器
４ａ、４ｂ空調用絞り装置
５給湯用絞り装置
６ａ、６ｂ室内機
７給湯水量調節機構
８給湯器
９室外機
１０圧縮機
１１給湯用電磁弁
１２空調用電磁弁
１３四方弁
１４室外熱交換器
１５室外用絞り装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mixed working fluid used as a refrigerant for a refrigeration cycle apparatus, for example. Heat pump water heater with About.
[0002]
[Prior art]
In general, the refrigeration cycle apparatus comprises a compressor, a four-way valve if necessary, a radiator (or a condenser), a decompressor such as a capillary tube or an expansion valve, an evaporator, etc., and constitutes a refrigeration cycle. Cooling or heating action is performed by circulating a refrigerant inside.
[0003]
As refrigerants in these refrigeration cycle apparatuses, chlorofluorocarbons (fluorocarbons are described as ROO or ROOXX are defined by the US ASHRAE 34 standard. Hereinafter, they are indicated as ROO or RXX. ) Or halogenated hydrocarbons derived from methane or ethane are known.
[0004]
As the refrigerant for the refrigeration cycle apparatus as described above, R22 (chlorodifluoromethane, CHClF ₂ , Boiling point −40.8 ° C., critical temperature 96.2 ° C., critical pressure 4.99 MPa) and the like have been used. R22 is a fluorinated hydrocarbon (HCFC refrigerant) containing chlorine and hydrogen, and has the ability to destroy stratospheric ozone, so the usage and production regulations have already been determined by the Montreal Protocol.
[0005]
In recent years, in the field of heat pump water heaters, which are one of heating devices using a refrigeration cycle, carbon dioxide (CO ₂ , R744, boiling point -78.4 ° C., critical temperature 31.1 ° C., critical pressure 7.38 MPa). For example, the 34th Japan Heat Transfer Symposium P505 (1997) written by Saikawa, Hashimoto, and Johannes contains CO ₂ It has been reported that the refrigeration cycle system that uses the heat pump can be a transcritical cycle that does not include a condensation process, and that it is suitable for a heat pump water heater that heats low-temperature water to a high temperature by using a supercritical region. .
[0006]
CO ₂ In global environmental problems, it does not destroy stratospheric ozone, and has a global warming potential (hereinafter referred to as GWP) of 1 indicating the effect on global warming, which is much smaller than R22 GWP 1500. Refrigerant.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, CO ₂ The operating pressure is 2 to 5 times higher than that of R22. When used in a refrigeration cycle apparatus, the heat exchanger and compressor constituting the refrigeration cycle apparatus are ensured in pressure resistance and the compressor is sealed. Is difficult.
[0008]
CO ₂ Has a higher discharge temperature than R22 and may deteriorate the lubricating oil for the compressor.
[0009]
In addition, CO ₂ Is soluble in a certain temperature range with compressor lubricants such as naphthenic and paraffinic mineral oils, alkylbenzene oils, ether oils, ester oils, polyalkylene glycol oils, carbonate oils, etc. In the region, it does not always completely dissolve, and it does not necessarily completely dissolve at any mixing ratio with the lubricating oil for the compressor. That is, CO ₂ However, it is difficult to ensure an oil return of the coexisting compressor lubricating oil to the compressor.
[0010]
In consideration of the above-described conventional problems, the present invention provides a mixed working fluid that is more suitable for a refrigeration cycle apparatus used for high-temperature heating applications such as a heat pump water heater. Heat pump water heater with Is intended to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention (corresponding to claim 1) includes a refrigeration cycle in which a compressor, a radiator, a decompressor, and an evaporator are connected,
As a refrigerant inside the refrigeration cycle , Lopire And A mixed working fluid comprising Is 5 0% by weight or more 60% by weight or less Is The above By circulating the mixed working fluid, water is discharged in the radiator. Over 85 ℃ Heat pump water heater to be heated.
[0016]
second The present invention (claims) 2 Corresponds to the pressure of the high pressure side during operation is equal to or higher than the critical pressure of the mixed working fluid. One It is a heat pump water heater of the present invention.
[0017]
Third The present invention (claims) 3 ), Which uses mineral oil and / or alkylbenzene oil as a lubricating oil for compressors. One It is a heat pump water heater of the present invention.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, the present invention And inventions related to the present invention Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
(Embodiment 1)
The mixed working fluid in Embodiment 1 of the present invention is (1) ethane (CH _Three -CH _Three , R170, boiling point -88.8 ° C., critical temperature 32.18 ° C., critical pressure 4.87 MPa) and (2) propylene (CH _Three -CH = CH ₂ , R1270, boiling point -47.7 ° C., critical temperature 92.42 ° C., critical pressure 4.67 MPa), or propane (CH _Three -CH ₂ -CH _Three , R290, boiling point −42.1 ° C., critical temperature 96.7 ° C., critical pressure 4.25 MPa). The excellent characteristics when the mixed working fluid in the present embodiment is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus are shown below.
[0020]
[Table 1]

[0021]
(Table 1) is a two-component system composed of ethane (R170) and propylene (R1270), in which ethane (R170) is 30 wt% to 100 wt% mixed working fluid (100 wt% is ethane (R170) single refrigerant) ) Refrigeration performance, CO ₂ Compared to a single refrigerant.
[0022]
As for the refrigeration performance, as the conditions on the side of the external fluid (for example, water) that exchanges heat with the refrigerant in the radiator (or condenser), the inlet temperature of the radiator (or condenser) is 5 ° C., and the outlet of the radiator (or condenser) The temperature is 85 ° C., and the conditions on the refrigerant side are as follows: the evaporator evaporating temperature is 0 ° C., the radiator (or condenser) outlet temperature is 10 ° C., and the external fluid (for example, water) in the radiator (or condenser). It is measured by controlling the high-pressure side pressure of the radiator (or condenser) so that the minimum temperature difference with the refrigerant is 5 deg. In addition, this condition assumes the case where a 5 degreeC external fluid (for example, water) is heated to 85 degreeC in refrigeration cycle apparatuses, such as a heat pump water heater.
[0023]
In a refrigeration cycle apparatus using such a mixed working fluid, CO ₂ By mixing propylene (R1270) having a boiling point higher than that of ethane (R170) or a single refrigerant, the high-pressure side pressure and the low-pressure side pressure can be reduced. The degree of decrease in the high-pressure side pressure is greater than the degree of decrease in the low-pressure side pressure. In particular, by mixing 40% by weight or more of propylene (R1270), CO 2 ₂ Compared to the high-pressure side pressure of a single refrigerant, the pressure can be reduced to about ½ or less.
[0024]
Further, by mixing 40% by weight or more of propylene (R1270), CO 2 ₂ Compared with ethane (R170) single refrigerant, the coefficient of performance can be improved.
[0025]
In the two-component system of ethane and propylene (R1270), an azeotrope-like mixture is not formed, and a non-azeotropic mixture having an evaporation temperature gradient is formed. However, in a mixture in which 50% by weight or less of propylene (R1270) is mixed, the evaporation temperature gradient is approximately 10 deg or less, non-azeotropic property is small, and frost adheres to the evaporator when used in a refrigeration cycle apparatus. This is an easy-to-handle refrigerant that does not easily cause problems.
[0026]
The evaporation temperature gradient in (Table 1) is obtained by correcting the pressure loss in the evaporator piping. CO ₂ The effect of reducing the discharge temperature for a single refrigerant is about 10 deg for a mixture in which 40 wt% or more and 50 wt% or less of propylene (R1270) is mixed.
[0027]
In the two-component system of ethane (R170) and propylene (R1270), considering the effects of reducing the high-pressure side pressure, improving the coefficient of performance, evaporator temperature gradient, and reducing discharge temperature (that is, for high-temperature heating applications) When a suitable mixing ratio is specified, a mixture containing about 50% by weight or more of ethane (R170) is desirable, and a mixture containing about 60% by weight or less of ethane (R170) is more desirable.
[0028]
The above effect is similar to that of propylene (R1270). ₂ When propane (R290) having a boiling point and critical temperature higher than those of ethane and ethane and having a boiling point and critical temperature comparable to that of propylene (R1270) is mixed, the same effect can be obtained.
[0029]
Furthermore, hydrocarbons such as ethane (R170), propylene (R1270), and propane (R290) ₂ Unlike single refrigerants, the chemical structure is close to that of compressor lubricants such as mineral oil and / or alkylbenzene oil, so it has excellent solubility in a wide temperature range of operating conditions, and oil for compressor lubricants to compressors It is easy to secure a return.
[0030]
The critical temperature of propylene (R1270) and propane (R290) is CO 2 ₂ And ethane (R170), which is higher than the critical temperature of a single refrigerant, the critical temperature of a mixture of these hydrocarbons is CO 2 ₂ Or ethane (R170) has a critical temperature higher than that of a single refrigerant. Therefore, CO ₂ In a refrigeration cycle apparatus using a single refrigerant or ethane (R170) single refrigerant, it can be a transcritical cycle that does not include a condensation process, whereas in a refrigeration cycle apparatus using a mixture of hydrocarbons as a refrigerant, temperature conditions Depending on the situation, it is possible to construct a subcritical cycle including a condensation process.
[0031]
In addition, in a refrigeration cycle device for high-temperature heating applications such as heat pump water heaters, when it becomes a subcritical cycle, the heat exchange efficiency in the condenser is better in some cases than in the case where there is no temperature gradient in the condensation process It has the merit of doing. For this reason, the mixing ratio suitable for the high-temperature heating application specified in the present embodiment includes a mixing ratio that becomes a non-azeotropic mixture composition.
[0032]
Therefore, a mixture of ethane (R170) and propylene (R1270) or propane (R290) exhibits excellent characteristics when used as a refrigerant in a refrigeration cycle apparatus for high-temperature heating applications, and solves practical equipment problems. It can be done. Furthermore, these mixtures have no effect on the stratospheric ozone layer and are composed of only hydrocarbons having almost no GWP, and therefore have little effect on global warming.
[0033]
Moreover, even if hydrocarbons such as ethane (R170), propylene (R1270), and propane (R290) contain a small amount of other hydrocarbons relative to the hydrocarbons as the main component, there is no problem. is there.
[0034]
Moreover, even if these mixtures contain a very small amount of an odorant mainly composed of methyl mercaptan or tetrahydrothiophene for leak detection, there is no problem.
[0035]
(Embodiment 2)
The present invention Inventions related to The mixed working fluid in Embodiment 2 of (1) is (1) difluoromethane (CH ₂ F ₂ R32, boiling point -51.7 ° C., critical temperature 78.1 ° C., critical pressure 5.78 MPa), and (2) cyclopropane (C _Three H ₆ , RC270, boiling point-32.9 ° C, critical temperature 125.2 ° C, critical pressure 5.58 MPa), or isobutane (i-C _Four H ₈ , R600a, boiling point −11.6 ° C., critical temperature 134.7 ° C., critical pressure 3.64 MPa), or butane (n-C _Four H ₈ , R600, boiling point -0.5 ° C., critical temperature 152.0 ° C., critical pressure 3.80 MPa). The excellent characteristics when the mixed working fluid in the present embodiment is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus are shown below.
[0036]
[Table 2]

[0037]
(Table 2) shows a two-component mixed working fluid composed of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a) in which difluoromethane (R32) is 60 wt% to 100 wt% (100 wt% is difluoromethane (R32)). ) Refrigeration performance of single refrigerant), CO ₂ Compared to a single refrigerant.
[0038]
As for the refrigeration performance, as the conditions on the side of the external fluid (for example, water) that exchanges heat with the refrigerant in the radiator (or condenser), the inlet temperature of the radiator (or condenser) is 5 ° C., and the outlet of the radiator (or condenser) The temperature is 85 ° C., and the conditions on the refrigerant side are as follows: the evaporator evaporating temperature is 0 ° C., the radiator (or condenser) outlet temperature is 10 ° C., and the external fluid (for example, water) in the radiator (or condenser). It is measured by controlling the high-pressure side pressure of the radiator (or condenser) so that the minimum temperature difference with the refrigerant is 5 deg. In addition, this condition assumes the case where a 5 degreeC external fluid (for example, water) is heated to 85 degreeC in refrigeration cycle apparatuses, such as a heat pump water heater.
[0039]
In a refrigeration cycle apparatus using such a mixed working fluid, CO ₂ By mixing difluoromethane (R32) and isobutane (R600a) having a boiling point higher than that of a single refrigerant, the high pressure side pressure and the low pressure side pressure can be reduced. The decrease in the high-pressure side pressure is greater than the decrease in the low-pressure side pressure. ₂ Compared to the high-pressure side pressure of a single refrigerant, the pressure can be reduced to about 1/3.
[0040]
Further, by mixing 10 wt% or more and 20 wt% or less of isobutane (R600a), CO ₂ The coefficient of performance can be improved as compared with a single refrigerant of difluoromethane (R32).
[0041]
In the two-component system of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a), it is known that an azeotrope-like mixture is formed by mixing approximately 20% by weight or less of isobutane, and the evaporation temperature gradient becomes substantially zero. . Furthermore, in a mixture in which 30% by weight or less of isobutane (R600a) is mixed, the evaporating temperature gradient is 10 deg or less, non-azeotropic property is small, and when used in a refrigeration cycle apparatus, frost adheres to the evaporator, etc. It is an easy-to-handle refrigerant that does not cause problems.
[0042]
The evaporation temperature gradient in (Table 2) is obtained by correcting the pressure loss in the evaporator piping. CO ₂ Although the effect of reducing the discharge temperature for the single refrigerant is not recognized, the R32 single refrigerant has the effect of reducing the discharge temperature.
[0043]
In the two-component system of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a), considering high pressure side pressure, low pressure side pressure reduction, improvement of coefficient of performance, evaporation temperature gradient (ie, mixing suitable for high temperature heating applications) When the ratio is specified, a mixture containing about 70% by weight or more of difluoromethane (R32) is desirable, and a mixture containing about 90% by weight or less of difluoromethane (R32) is more desirable.
[0044]
The above effects are similar to those of isobutane (R600a). ₂ The same effect is obtained when hydrocarbons such as cyclopropane (RC270) and butane (R600) having a boiling point and critical temperature higher than those of a single refrigerant and having a boiling point and critical temperature similar to those of isobutane (R600a) are mixed. It is what you play.
[0045]
Further, hydrocarbons such as cyclopropane (RC270), isobutane (R600a) and butane (R600) mixed with difluoromethane (R32) are CO 2 ₂ Unlike a single refrigerant or difluoromethane (R32), it has a similar chemical structure to a compressor lubricant such as mineral oil and / or alkylbenzene oil, so it has excellent solubility in a wide temperature range of operating conditions, and is a compressor lubricant. It is easy to secure an oil return to the compressor.
[0046]
The critical temperature of hydrocarbons such as difluoromethane (R32), cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), and butane (R600) is ₂ Since it is higher than the critical temperature of a single refrigerant, the critical temperature of the mixture of these is CO 2 ₂ It will have a critical temperature above the critical temperature of a single refrigerant. Therefore, CO ₂ A refrigeration cycle apparatus using a single refrigerant can be a transcritical cycle that does not include a condensation process, whereas a refrigeration cycle apparatus that uses a mixture of hydrocarbons as a refrigerant can reduce the condensation process depending on temperature conditions. It is also possible to construct a subcritical cycle containing.
[0047]
In addition, in a refrigeration cycle device for high-temperature heating applications such as heat pump water heaters, when it becomes a subcritical cycle, the heat exchange efficiency in the condenser is better in some cases than in the case where there is no temperature gradient in the condensation process It has the merit of doing. For this reason, the mixing ratio suitable for the high-temperature heating application specified in the present embodiment includes not only the azeotropic mixture composition in which the temperature gradient becomes zero but also the mixing ratio in which the non-azeotropic mixture composition is obtained. is there.
[0048]
Therefore, such a mixture comprising difluoromethane (R32), cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), and butane (R600) exhibits excellent characteristics when used as a refrigerant in a refrigeration cycle apparatus for high-temperature heating applications. It is possible to solve the equipment problem. Furthermore, these mixtures have no effect on the stratospheric ozone layer. Further, since it is composed of only difluoromethane (R32) having a GWP of 580 and hydrocarbons having almost no GWP, the effect on global warming can be reduced to about 1/3 of R22 (GWP is 1500).
[0049]
In addition, the cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), and butane (R600) hydrocarbons mixed with difluoromethane (R32) have some other hydrocarbons compared to the hydrocarbons that are the main components. Even if it is contained in an amount, there is no problem.
[0050]
Moreover, even if these mixtures contain a very small amount of an odorant mainly composed of methyl mercaptan or tetrahydrothiophene for leak detection, there is no problem.
[0051]
In the present embodiment, the flammability of a mixture of difluoromethane (R32), cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), and butane (R600) was further investigated.
[0052]
The criteria for determining the flammability of the refrigerant are stipulated in the US ASHRAE 34 standard, and those that are not toxic are classified as A, A1, A2, and A3 according to the degree of flammability. Here, R22, R125, R134a and the like are classified as substantially nonflammable A1, R32 (difluoromethane) is weakly flammable A2, and hydrocarbons are classified as strong flammable A3.
[0053]
As a result of an experiment based on the US ASHRAE 34 standard in which difluoromethane (R32) and hydrocarbons of cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), and butane (R600) were mixed, hydrocarbons were about 27 It became clear that up to weight percent can be determined as A2 refrigerant.
[0054]
Therefore, in a two-component system of difluoromethane (R32), cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), and butane (R600), a mixture containing approximately 73% by weight or more of difluoromethane (R32) is the same as the R32 single refrigerant. It is further desirable to be able to use anti-explosion measures.
[0055]
(Embodiment 3)
Next, the configuration of the air conditioning and hot water supply apparatus (refrigeration cycle apparatus) according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0056]
The air conditioning and hot water supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention is an air conditioning and hot water supply apparatus in which an indoor unit and a water heater are connected to one outdoor unit.
[0057]
Inside the room,

indoor heat exchangers

2a and 2b are provided for air conditioning of the rooms 1a and 1b, and a hot water supply heat exchanger 3 is provided for hot water supply separately from the rooms 1a and 1b. The

indoor heat exchangers

2a and 2b are connected to air-

conditioning expansion devices

4a and 4b, respectively, and the hot water supply heat exchanger 3 is connected to a hot water supply expansion device 5. The

indoor heat exchangers

2a and 2b and the air

conditioning throttle devices

4a and 4b together with the indoor fan (not shown) constitute the indoor units 6a and 6b, and the hot water supply heat exchanger 3 and the hot water supply throttle device 5 can adjust the amount of hot water. A hot water heater 8 is configured together with a hot water supply amount adjusting mechanism 7, a hot water storage tank (not shown), and the like.
[0058]
On the other hand, an outdoor unit 9 for exchanging heat with the outside air is provided outside the room, and the outdoor unit 9 is provided with a compressor 10 for compressing the refrigerant. A hot water supply heat exchanger 3 is connected to the refrigerant outlet of the compressor 10 via a hot water supply electromagnetic valve 11, and the refrigerant flow path is switched between cooling and heating via an air conditioning electromagnetic valve 12. A valve 13 is connected, and a four-way valve 13 is also connected to the refrigerant inlet side of the compressor 10. An outdoor expansion device 15 is connected to the outdoor heat exchanger 14, and the four-way valve 13, the outdoor heat exchanger 14, an outdoor fan (not shown) and the like constitute an outdoor unit 9 together with the compressor 10. The four-way valve 13 is connected to the

indoor heat exchangers

2a and 2b and the outdoor heat exchanger 14.
[0059]
The refrigerant is composed of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a), and a mixed working fluid containing approximately 73% by weight or more of difluoromethane (R32) is enclosed. Oil is enclosed.
[0060]
Next, the operation of the air conditioning and hot water supply apparatus of the present embodiment will be described.
[0061]
The air conditioning and hot water supply apparatus of the present embodiment controls the air conditioning solenoid valve 12 and the hot water supply solenoid valve 11 to each other during the cooling operation or the cooling hot water operation, so that the outdoor heat exchanger 14 or the hot water supply heat exchanger 3 is a radiator. (Or a condenser), and the

indoor heat exchangers

2a and 2b function as an evaporator.
[0062]
That is, during the cooling operation, the gas refrigerant compressed to high temperature and high pressure by the compressor 10 is introduced into the outdoor heat exchanger 14 through the air conditioning solenoid valve 12 and the four-way valve 13 (in this case, the air conditioning solenoid valve). 12 is in an open state, and the hot water supply solenoid valve 11 is in a closed state. The heat is dissipated to the atmosphere outside the room and becomes a supercritical refrigerant (or liquid refrigerant) having a relatively low temperature.
[0063]
On the other hand, at the time of cooling hot water supply, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is introduced from the compressor 10 into the hot water supply heat exchanger 3 via the hot water supply electromagnetic valve 11 (in this case, the air conditioning electromagnetic valve 12 is closed). The solenoid valve 11 for hot water supply is in an open state) and dissipates heat to the hot water supply to become a supercritical refrigerant (or liquid refrigerant) having a relatively low temperature.
[0064]
In this way, the refrigerant that has become a supercritical refrigerant (or liquid refrigerant) having a relatively low temperature passes through the outdoor throttle device 15 in the former case, or the hot water supply throttle in the latter case. After passing through the device 5, the former and the latter are both decompressed by the air

conditioning throttle devices

4a and 4b to become a low-temperature and low-pressure refrigerant (mixed state of liquid and gas) and introduced into the

indoor heat exchangers

2a and 2b. Then, it absorbs heat from the air in the rooms 1a and 1b, returns to the gas refrigerant, is sucked into the compressor 10, and is compressed again.
[0065]
By repeating such an operation, the interiors of the rooms 1a and 1b can be cooled, or hot water can be supplied using the cooling exhaust heat in the rooms 1a and 1b.
[0066]
Moreover, the main difference with the time of air_conditioning | cooling regarding the time of a heating is switching the four-way valve 13, indoor unit 6a, 6b, and outdoor Heat exchanger 14 is that the refrigerant flow direction is reversed, and the air conditioning solenoid valve 12 and the hot water solenoid valve 11 are both open during the heating and hot water supply operation. Is almost the same as the above case.
[0067]
According to the present embodiment of the present invention, as the refrigerant, a mixed working fluid composed of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a) and containing approximately 73% by weight or more of difluoromethane (R32) is used. During operation with hot water supply, CO ₂ Compared with the case of using, high-efficiency operation is possible. Furthermore, since the high-pressure side pressure can be reduced to about 1/3 even during hot water supply operation at a high tapping temperature of about 85 ° C., the hot water supply heat exchanger 3, the

indoor heat exchangers

2a and 2b, the outdoor heat exchanger 14. It is possible to solve equipment problems such as ensuring the pressure resistance of the components of the refrigeration cycle apparatus such as the compressor 10 and ensuring the sealing performance of the compressor 10.
[0068]
Furthermore, the critical pressure of hydrocarbons such as difluoromethane (R32), cyclopropane (RC270), isobutane (R600a), butane (R600) is CO 2 ₂ Since it is lower than the critical temperature of a single refrigerant, the critical pressure of the mixture of these is CO 2 ₂ It will have a critical pressure below the critical pressure of a single refrigerant. Therefore, CO ₂ Compared to the case of using a single refrigerant, the high-pressure side pressure can be easily made higher than the critical pressure, and a transcritical cycle that does not include the condensation process can be achieved. Therefore, high heating capacity (for example, higher tapping temperature) is achieved. Has the merit that it is possible.
[0069]
In addition, in the hot water supply heat exchanger 3, the

indoor heat exchangers

2a and 2b, and the outdoor heat exchanger 14, the configuration in which the refrigerant and the external fluid (water and air) are opposed to each other improves heat exchange efficiency. This is desirable.
[0070]
In addition, CO ₂ When a single refrigerant or difluoromethane (R32) is used as the refrigerant, the refrigerant has little compatibility with the alkylbenzene oil, so that the outdoor which acts as an evaporator particularly during heating operation heat From the outlet of the exchanger 14, in the suction pipe of the compressor 10, the viscosity of the lubricating oil for the compressor becomes the highest, and the lubricating oil for the compressor stays in the pipe and does not return to the compressor 10. This became more prominent as the outside air temperature during the heating operation became lower. However, when isobutane (R600a) was mixed as in the present embodiment, the lubricating oil began to return to the compressor 10, and the compressor 10 It was confirmed that the oil level rose. This is because isobutane (R600a), which forms an azeotrope-like mixture with difluoromethane (R32), was compatible with alkylbenzene oil, and low-viscosity isobutane (R600a) reduced the viscosity of alkylbenzene oil at low temperatures. It is thought to have influenced.
[0071]
Therefore, CO ₂ The problem of ensuring the oil return to the compressor of the compressor lubricant because the solubility of the coolant and the compressor lubricant is poor when a single refrigerant or difluoromethane (R32) is used as the refrigerant. Can be solved.
[0072]
Further, the hydrocarbons mixed with difluoromethane (R32) are also filled with a mixed working fluid consisting of cyclopropane (RC270) or butane (R600) instead of isobutane (R600a). The same effect can be expected, and the same effect can also be expected when a mixed working fluid in which ethane (170) is mixed with propane (R290) or propylene (R1270) is sealed. Can do. In addition, the compressor lubricating oil can be expected to have the same effect even when mineral oil is used instead of alkylbenzene oil.
[0073]
Furthermore, even if flammable difluoromethane (R32) or isobutane (R600a) leaks from the apparatus, the mixed working fluid composed of two components of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a) having a circulating composition is an azeotrope-like mixture. Since the mixing ratio of difluoromethane (R32) and isobutane (R600a) hardly changes at the time of leakage, the same anti-explosion measure as that of a single refrigerant of difluoromethane (R32) can be used.
[0074]
In the present embodiment, the case of two indoor units is shown, but the number of indoor units is not limited to this.
[0075]
The same effect can be obtained even in the case of a simple heat pump water heater in which the indoor unit, the four-way valve 13, the air conditioning solenoid valve 12, and the hot water solenoid valve 11 are not provided.
[0076]
In the present embodiment, the indoor unit and the outdoor unit are described as those that exchange heat with air. However, the present invention is not limited to this, and may be configured to exchange heat with an external fluid such as water.
[0077]
in this way, The For example, a mixed working fluid composed of ethane and propane or propylene and containing approximately 50% by weight or more of ethane, and preferably approximately 60% by weight or less of ethane. Is an invention related to the present invention. It is.
[0078]
Also, The For example, a mixed working fluid composed of difluoromethane and cyclopropane, isobutane, or butane and containing approximately 70% by weight or more of difluoromethane and desirably approximately 90% by weight or less of difluoromethane. Is an invention related to the present invention. It is.
[0079]
Also, The For example, a refrigeration cycle apparatus using the above-described mixed working fluid Is an invention related to the present invention. It is.
[0080]
Also, The For example, the above-described refrigeration cycle apparatus, wherein the high-pressure side pressure operates at or above the critical pressure of the mixed working fluid. Is an invention related to the present invention. It is.
[0081]
Also, The For example, a refrigeration cycle apparatus using the above-mentioned mixed working fluid and mineral oil and / or alkylbenzene oil compressor lubricating oil Is an invention related to the present invention. It is.
[0082]
Therefore, this embodiment has the following effects, for example. That is,
(1) It is composed of ethane and propane or propylene, and is made into a mixture containing about 50% by weight or more of ethane, and preferably about 60% by weight or less of ethane. The influence can be almost eliminated.
[0083]
(2) By making the refrigerant a mixture comprising difluoromethane and cyclopropane, isobutane, or butane and containing approximately 70% by weight or more of difluoromethane, and preferably approximately 90% by weight or less of difluoromethane, There is almost no influence on the stratospheric ozone layer and global warming, and it can be made substantially inflammable.
[0084]
(3) When used in a refrigeration cycle apparatus, the high pressure side pressure can be reduced.
[0085]
(4) When used in a refrigeration cycle apparatus, the discharge temperature in the compressor can be reduced.
[0086]
(5) When used in a refrigeration cycle apparatus, a transcritical cycle can be constructed relatively easily, and high-temperature heating is possible.
[0087]
(6) The hydrocarbons are mainly dissolved in the compressor lubricating oil, and the oil return of the compressor lubricating oil to the compressor can be ensured.
[0088]
【Effect of the invention】
As is clear from the above description, the present invention High Refrigerant more suitable for refrigeration cycle equipment used for temperature heating applications Heat pump water heater with It has the advantage that it can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioning and hot water supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b room
2a, 2b Indoor heat exchanger
3 Hot water supply heat exchanger
4a, 4b Air conditioning throttle device
5 Hot water supply throttle device
6a, 6b Indoor unit
7 Hot water supply volume adjustment mechanism
8 Water heater
9 Outdoor unit
10 Compressor
11 Solenoid valve for hot water supply
12 Solenoid valve for air conditioning
13 Four-way valve
14 Outdoor heat exchanger
15 Outdoor throttle device

Claims

It has a refrigeration cycle that connects a compressor, radiator, decompressor, and evaporator,
Inside the refrigeration cycle, as a refrigerant, a mixed working fluid comprising a flop Ropire emissions and Effects Tan, the ethane is 5 0 wt% to 60 wt% or less, by circulating the mixed working fluid A heat pump water heater for heating water to 85 ° C. or higher in the radiator.

The heat pump water heater according to claim 1, wherein a high-pressure side pressure during operation is equal to or higher than a critical pressure of the mixed working fluid.

The heat pump water heater according to claim 1, wherein mineral oil and / or alkylbenzene oil is used as a lubricating oil for a compressor.