JPH06103126B2 - 熱ポンプ装置の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、最近、特に注目を浴びるようになった非共沸
混合冷媒および回転数可変型圧縮機を用いた空調装置等
の熱ポンプ装置に関し、特に、その回転数可変型圧縮機
の運転方法に関する。

従来の技術 従来、空調装置や給湯装置等に利用されている回転数可
変型圧縮機を用いた熱ポンプ装置は、その内部を流れる
冷媒として、いわゆるフロンガスのR22やR12と呼ばれる
ような単一冷媒が広く用いられてきており、その冷凍サ
イクルの構成は、従来からよく知られた図３に示すよう
なものであった。図３において、１は回転数可変型圧縮
機、２は凝縮器、３は絞り装置、４は蒸発器で順に配管
接続されて構成されている。また、回転数可変型圧縮機
１を駆動するために、交流電源５および周波数変換器６
が電気回路として接続されている。従来、図３に示した
ような熱ポンプ装置を運転する場合の周波数変換器６か
ら出力されて、回転数可変型圧縮機１に入力される周波
数および電圧の関係は第２図に示すようであった。すな
わち、第２図において、横軸に周波数、縦軸に電圧をと
ると、低周波数領域では、およそ直線の関係で、また、
高周波数領域では、電圧一定の関係で運転されており、
すなわち、周波数が決まれば電圧は一義的に定まるよう
な運転方法であり、単一冷媒の場合、空調装置等の年間
消費電力を最少にするためにも、この電圧−周波数の関
係で運転するのが最良となっていた。

一方、近年、空調装置の年間消費電力をさらに減少させ
る動きの中で、回転数可変型圧縮機を用い冷凍サイクル
中に過半以上の主成分冷媒（たとえばR22）を封入する
とともに、該主成分冷媒に比して沸点の高い（たとえば
R12）または、沸点の低い（たとえばR13B1）副成分冷媒
を若干量添加した、いわゆる非共沸混合冷媒を用いた熱
ポンプ装置が提案されている。ここにおいて、過半以上
の主成分冷媒（たとえばR22）に、それより沸点の高い
副成分冷媒（たとえばR12）を添加して冷凍サイクルを
運転した場合には、暖房能力等の空調装置出力が減少す
る一方、回転数可変型圧縮機への入力が、それにも増し
て減少するため、いわゆるEERが向上し、負荷の小さい
所で使用する場合には、主成分冷媒のみで運転する時に
比べて、特に年間消費電力を低減できるものであった。
また、過半以上の主成分冷媒（たとえばR22）に、それ
により沸点の低い副成分冷媒（たとえばR13B1）を添加
して冷凍サイクルを運転した場合には、回転数可変型圧
縮機への入力は増大するものの、それにも増して、空調
装置出力が増大するため、特に負荷の大きい所で使用す
る場合のEERを向上させることに貢献していた。

発明が解決しようとする問題点 このような過半以上の主成分冷媒と、それより沸点の高
いまたは、低い副成分冷媒とを若干量添加した非共沸混
合冷媒を用いた熱ポンプ装置において、周波数変換器か
ら出力される周波数および電圧の関係は、第２図に示し
たような、単一冷媒、すなわち、主成分冷媒のみで運転
した場合と全く同様な周波数一電圧特性をもったもので
あった。

一方、冷媒の持つ特性として過半以上の主成分冷媒によ
りそれより沸点の低い副成分冷媒を添加した場合には、
主成分冷媒のみより、高低圧ともに上昇し、また、回転
数可変型圧縮機が同一回転数の時には、冷媒循環量も増
大するため、回転数可変型圧縮機を駆動するモータトル
クも増大する。逆に、沸点の高い副成分冷媒を添加した
場合には、高低圧が低下し、冷媒循環量も減少するため
モータトルクは減少する。このように、モータトルク
は、非共沸混合冷媒の組成によって大きく変化するにも
かかわらず、前述の如き単一冷媒と同様の周波数−電圧
特性をもったもので運転していたため、モータ効率の最
適となる所で運転できず非共沸混合冷媒の長所を大きく
引き出すことが困難であった。

そこで本発明は、非共沸混合冷媒を使用した熱ポンプ装
置のEERを常に最適に保ち得る運転方法を提案すること
を目的とする。

問題点を解決するための手段 そして、上記問題点を解決する本発明の技術的手段は過
半以上の主成分冷媒と、これに比べて沸点の高いまたは
低い副成分冷媒とからなる非共沸混合冷媒を熱ポンプ装
置に封入し、副成分冷媒として主成分冷媒よりも沸点の
高い冷媒を添加した時には、熱ポンプ装置の構成要素で
ある回転数可変型圧縮機への入力電圧を、若干下げ、逆
に、沸点の低い冷媒を添加した時には、若干上げるよう
にすることである。

作用 上記構成にすることにより、回転数可変型圧縮機を用い
た熱ポンプ装置内を主成分冷媒とそれより低沸点な副成
分冷媒とした時には、高低圧，冷媒循環量ともに上昇
し、モータ負荷トルクが増大するが、若干、入力電圧を
上げることにより、モータ効率の最適となる所で運転す
ることができる。また、主成分冷媒とそれより高沸点な
副成分冷媒とした時には、逆に、高低圧，冷媒循環量と
もに低下し、モータ負荷トルクが減少するが、若干、入
力電圧を下げることにより、同じくモータ効率の最適と
なる所で運転が可能となるため、EERを向上させること
ができ、非共沸混合冷媒を使用した時の長所をさらに出
すことができるものである。

実施例 本発明になる熱ポンプ装置の運転方法を第１図を用いて
説明する。第１図は、周波数変換器から出力され回転数
可変型圧縮機に入力される周波数および電圧の関係であ
って、主成分冷媒のみの運転時には、実線で示す周波数
−電圧の関係で周波数変換器より出力されている。一
方、主成分冷媒とそれより沸点の高い副成分冷媒とを封
入した非共沸混合冷媒の運転時には、破線で示したよう
な、主成分冷媒のみ時よりも、同一周波数で電圧を若
干、下げる。逆に、主成分冷媒とそれより沸点の低い副
成分冷媒を封入した非共沸混合冷媒の時には、一点鎖線
で示したように主成分冷媒のみ時よりも同一周波数で電
圧を若干上げるような運転方法を行なうことが本発明の
主たる特徴である。

一般に周波数変換器によってモータを駆動する場合、モ
ータの負荷トルクに応じてモータ効率の最大となる電圧
が存在することは、よく知られている（たとえば、羽賀
泰男著、長岡工専研究紀要vol.19No.4 PP11〜16 198
5）。

また、前述の如く過半以上の主成分冷媒とそれより沸点
の高い副成分冷媒の非共沸混合冷媒を封入して熱ポンプ
装置を運転した場合には、高低圧が下がり冷媒循環量が
減少するため、モータ負荷トルクが減少し、逆に、沸点
の低い副成分冷媒との非共沸混合冷媒を封入した場合に
は、高低圧が上がり冷媒循環量が増加するためモータ負
荷トルクが増大する。したがって、主成分冷媒とそれよ
り沸点の高いまたは、低い副成分冷媒とからなる非共沸
混合冷媒を用いた場合には、主成分冷媒のみを用いた場
合とモータ負荷トルクがずれてくるために、ある周波数
運転時にモータ効率の最大となる電圧が異なることが予
想された。そこで、第３図の如く構成した熱ポンプ装置
で、回転数可変型圧縮機として１馬力相当のもの、空冷
熱交換器をそれぞれ使用し、また、主成分冷媒として
は、R22を、副成分冷媒としてはR12を用いR22/R12（R22
を60重量％）の非共沸混合冷媒で、どの程度の効果があ
るか実験した。

下表は、その実験結果を示すものであり、代表例とし
て、30Hz運転時のデータを示す。下表の結果より明らか
なように、従来例である主成分冷媒のみの時と同様な周
波数−電圧特性で非共沸混合冷媒を運転した場合に比
べ、本発明である高沸点冷媒を副成分とした非共沸混合
冷媒の場合に若干電圧を下げる（表１の場合には70V→5
8V）運転をした時の方がEERで４％向上することが確認
された。

また、本実施例は、主成分冷媒により高沸点な副成分冷
媒を封入した場合の例であるが、低沸点な副成分冷媒を
封入した場合にも効果のあることを確認している。

さらには、本実施例のようにR22とR12という沸点の近い
冷媒同志を混合した時よりも、たとえばR22とR114,R22
とR13といったような、沸点差の大きい冷媒を混合し
て、同様な組成で運転する場合には、EERに上昇率がさ
らに大きくなることも確認している。

発明の効果 以上述べた如く、本発明は、過半以上の主成分冷媒とそ
れよりも沸点の高い、または、沸点の低い副成分冷媒と
からなる非共沸混合冷媒を用い、回転数可変型圧縮機へ
の入力電圧を非共沸混合冷媒の沸点が高い場合には低め
に、沸点が低い場合には高めに設定して運転することに
より、モータ効率を常に最適に保ち得るため非共沸混合
冷媒使用時のEERをさらに増大させる効果がある。

また、本運転方法を用いることにより、モータ効率を常
に高く保ち得るため、モータの発熱の低下、振動の減少
等、熱ポンプ装置の信頼性を向上させる効果も大とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱ポンプ装置の運転方法を説明するた
めの回転数可変型圧縮機への入力電圧を、周波数および
封入した非共沸混合冷媒の沸点に対して示した特性図、
第２図は従来の回転数可変型圧縮機への入力電圧を示し
た特性図、第３図は従来の回転数可変型圧縮機を用いた
熱ポンプ装置の原理図である。 １……回転数可変型圧縮機、６……周波数変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過半以上の主成分冷媒と、この主成分冷媒
   に比べて沸点の高い、または、低い副成分とからなる非
   共沸混合冷媒を用い、回転数可変型圧縮機、凝縮器、絞
   り装置、蒸発器等を配管接続して冷凍サイクルを構成
   し、前記回転数可変型圧縮機への入力電圧を、前記副成
   分の沸点が前記主成分冷媒の沸点より高い場合には低め
   に、低い場合には高めに設定して運転することを特徴と
   する熱ポンプ装置の運転方法。