蒸気圧縮式ヒートポンプシステムの混合冷媒による高性能化

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06246220
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 小山 繁 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (00153693)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桑原 憲 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (90243964)
• Keywords: 蒸気圧縮式ヒートポンプ / 混合冷媒 / プレートフィン凝縮器 / プレートフィン蒸発器 / HFC134a / HCFC123 / サイクルシミュレーション / 成績係数

Research Abstract

作動培養として地球環境の破壊に関与しない代替冷媒を用いて、従来型に比してエネルギー消費の少ない高性能な蒸気圧縮式でヒートポンプ・冷凍システムを開発することは、昨今の地球環境問題の解決並びに我国の将来のエネルギービジョンの構築の上で極めて重要な課題である。そこで、本研究では、圧縮機、プレートフィン凝縮器、膨張弁、プレートフィン蒸発器からなる蒸気圧縮式ヒートポンプ実験装置を用いてHFC134a/HCFC123系混合冷媒サイクルの実験およびプレートフィン熱交換器の電熱特性に関する実験を行い、以下の成果を得た。
(1)混合冷媒の組成比及び熱源温度条件がサイクルの成績系数に及ぼす影響を検討し、高性能な熱交換器を用い、熱源条件に対して適切に組成比を選択すればロレンツサイクルにより近づけられること(現有装置では、HFC134aの質量分率が0.9で成績係数比の最大値(=0.69)が得られた)を示した。
(2)プレートフィン熱交換器での冷媒蒸気および熱源水の単相熱伝達特性、冷媒の凝縮および蒸発熱伝達特性に関する実験式を作成した。ここに、純冷媒の凝縮および蒸発熱伝達係数はいずれも平滑面の熱伝達係数の約10倍高い値を示した。また、混合冷媒の場合、凝縮熱伝達係数は純冷媒に比して低下したが、蒸発熱伝達係数は純冷媒の値とほぼ一致した。
(3)得られたプレートフィン蒸発器および凝縮器の熱伝達特性に関する実験式を用いて純冷媒の伝達特性の予測計算を試みた。予測計算結果は、実験結果と比較的よく一致した。