蒸気圧縮式ヒートポンプの混合冷媒による高性能化

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本研究では、地球環境破壊に関与しない二種類以上の新作動媒体を混合して得られる多成分作動媒体を従来の単一成分作動媒体に替えて蒸気圧縮式ヒートポンプシステムに使用するための基盤技術の提供を目的として、HFC134a/HCFC123系二成分混合冷媒を作動媒体とした、圧縮機、プレートフィン凝縮器、膨張弁及びプレートフィン蒸発器からなる常規圧縮式ヒートポンプ実験装置を用いて、サイクル実験とプレートフィン熱交換器の伝熱実験を行った。ついで、サイクル性能の予測計算に不可欠な、プレートフィン熱交換器内での二成分混合冷媒の凝縮及び蒸発伝熱特性の予測計算を、昨年度得られた実験式を用いて試みた。(1)与えられた熱源の温度条件に対して、適切な冷媒の組み合せ及び組成比(凝縮器出入口の冷媒のエンタルピー差が大きく、過熱蒸気域での等エントロピー線の傾きが大きい混合冷媒)を選択すればロレンツサイクルに近づけられることを示した。なお、本実験で得られた成績係数比(COP比)の最大値は0.68であった。凝縮器については、蒸気バルクは飽和で、液バルグは過冷であり、気液界面でのみ相平衡の関係が成り立つとして、冷媒側の熱及び物質収支式と熱源水側の熱収支式を組み合せて解き、局所の蒸気バルク、液バルク及び気液界面の状態、熱流束、平衡クオリティ及び凝縮質量流束の分布を示し、二成分混合冷媒の凝縮特性を明らかにした。(3)蒸発器については、平衡クオリティ0.8以下の二相域、平衡クオリティが0.8以上1未満の噴霧域及び蒸気単相域に分けて伝熱モデルを考案し、純冷媒の伝熱特性の予測計算を行った。現在、混合冷媒の蒸発伝熱特性の予測計算法の開発を行っている。今後、システム全体の予測計算法を確立し、それを用いて熱力学第二法則よる混合冷媒サイクルの性能評価を行う予定である。