非共沸混合冷媒を用いた蒸気圧縮式空調システムの性能分析冷媒混合比率の影響分析

摘要

民生部門および家庭部門での空調には蒸気圧縮式空調システムが多く導入されている．これまではHFC（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒が使用されてきたが，モントリオール議定書のキガリ改正を受けて，地球温暖化係数の低い新冷媒への転換が不可欠となってきている．新冷媒の一つであるオレフィン系冷媒は単一冷媒で用いると体積能力が低くなるために，他の冷媒と混合させて使用する必要がある．混合冷媒は非共沸冷媒になることが多く，凝縮器や蒸発器などの熱交換器内で非等温蒸発および凝縮が生じて空調性能に影響を及ぼしうる．これまでに，オレフィン系冷媒を用いた混合冷媒の一つであるR452B[1,2]やR1234ze（E）とR32を用いた蒸気圧縮式空調システムのドロップイン試験に基づく性能評価が報告されている．筆者らは，単一冷媒を対象とした蒸気圧縮式空調システムの定常サイクルシミュレーションモデルを構築し，環境条件，制御条件，ならびに機器の性能低下が空調性能に与える影響を分析してきた．このシミュレーションモデルでは，熱交換器内の各相領域を集中系とする移動境界モデルを用いているため，冷媒の非等温凝縮および蒸発を十分に考慮することができない．また，文献では非共沸混合冷媒を用いた蒸気圧縮式空調システムの定常サイクルシミュレーションモデルが構築されており，熱交換器は分布系でモデル化している．しかし，冷媒がサイクル条件を満たすまで構成機器ごとに性能計算を繰り返すため，機器の接続形態に応じて逐次計算の手順を適切に設定する必要がある．