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成果報告書詳細
管理番号20180000000010
タイトル平成28年度ー平成29年度成果報告書 高効率低GWP冷媒を使用した中小型空調機器技術の開発 低温室効果冷媒の性能、安全性評価 中小型空調機器に適合する新規低GWP冷媒の物性評価および基本サイクル性能評価
公開日2018/3/30
報告書年度2016 - 2017
委託先名国立大学法人九州大学
プロジェクト番号P16004
部署名環境部
和文要約1. HFO-1123などを成分物質とする混合冷媒の熱物性評価
・純冷媒 HFO-1123について、
(1) 等容法により77点のPVT性質データを得た。27点の飽和蒸気圧を再測定し、飽和蒸気圧相関式も作成した。
(2) 臨界定数をTc=331.73 K、rhoc=504 kg m-3、Pc=4544 kPaと決定した。
(3) 気相域定圧比熱3点、液相域定圧比熱1点を測定した。
(4) 気相域音速を323Kー333K、400 kPa まで測定し、理想気体比熱を求め、温度相関式を作成した。
(5) 本研究で得られた熱物性情報に基づいて、ヘルムホルツ型状態方程式を開発した。作成した状態式は、REFPROP次期バージョンに組み込まれる。
・混合冷媒 HFO-1123+HFC-32について、
(1) 等容法によるPVTx性質測定を、40mass%HFO-1123および60mass%HFO-1123混合冷媒で行ない、臨界軌跡の相関式を作成した。
(2) 循環式気液平衡測定装置を用い、2研究機関で独立した気液平衡測定を実施した。
(3) 混合冷媒の気相域定圧比熱を1点測定した。
(4) 40mass%HFO-1123混合冷媒の気相域音速を測定した。
(5) 40mass%HFO-1123混合冷媒の熱伝導率を圧縮液および過熱蒸気で測定し、粘度は圧縮液で測定した.
(6) 既公表のHFC-32状態方程式と、作成したHFO-1123状態方程式を、ヘルムホルツ自由エネルギーの混合則に基づいて組み合わせ,混合冷媒の状態方程式を開発した.

2. HFO-1123などを成分物質とする混合冷媒の伝熱特性評価
・40mass%HFO-1123+60mass%HFC-32混合冷媒を主たる対象冷媒として
(1) プレート式熱交換器流路内の蒸発および凝縮における局所熱伝達率の測定を行い、流路両端の熱伝達率が小さいこと、流路出入口側の面の熱伝達率が高いことがわかった。またHFC-32純冷媒の伝熱特性と比較検討を行った結果、混合物の熱伝達率は、HFC-32 純冷媒の熱伝達率と同程度であることが確認された。
(2) アルミニウム製扁平多孔管を用いて,凝縮および蒸発熱伝達率および圧力損失の測定を行い、HFC-32との比較を行った。混合冷媒の凝縮および蒸発熱伝達率は、HFC-32に比べて幾分低い値を示した。また、圧力損失は凝縮および蒸発過程ともにHFC-32よりも低い値を示した。
(3) 銅製らせん溝付管内における混合冷媒の伝熱特性を測定した。凝縮熱伝達率はHFC-32に比して幾分低いが、蒸発熱伝達率はほぼ同等であった。また、圧力損失は凝縮・蒸発課程でともに幾分低かった。

3. 低GWP冷媒候補物質のヒートポンプサイクル性能評価
 GWP値が393および285の2種類のHFO-1123+HFC-32系混合冷媒について、水熱源ヒートポンプサイクル試験装置を用いて、暖房2条件および冷房1条件のサイクル性能の評価試験を行い、GWP=393の混合冷媒のサイクル性能はR410Aと同等、GWP=285の混合冷媒のサイクル性能はR410Aに比して若干低いことを明らかにするとともに、それらサイクル性能と冷媒の熱力学的特性および凝縮・蒸発熱交換特性との関係を検討した。
英文要約1. Thermodynamic property assessments of refrigerant mixtures containing HFO-1123
* As for pure refrigerant HFO-1123,
(1) 77 PVT property data and 27 vapor pressure data were measured. New vapor pressure correlation was formulated.
(2) The critical parameters were determined as Tc=331.73 K, rhoc=504 kg m-3, Pc=4544 kPa.
(3) 3 Cp data in the vapor phase and 1 Cp datum in the liquid phase were measured.
(4) The speed of sound in the vapor phase was measured. Ideal gas heat capacity was determined and its correlation was formulated.
(5) Helmholtz-type equation of state of HFO-1123 was developed. This equation of state is adopted in REFPROP new version 10.
* Binary mixtures of HFO-1123+HFC-32
(1) PVTx property data were obtained for the 40mass%HFO-1123 mixture and 60mass%HFO-1123 mixture. The critical parameters and correlations were determined.
(2) Vapor-liquid equilibrium measurements with the circulation-type apparatus were made.
(3) Cp data of this mixture in the vapor phase were measured.
(4) Speed of sound the 40mass%HFO-1123 mixture was measured.
(5) Thermal conductivities of the 40mass%HFO-1123 were measured at the compressed liquid and superheated vapor. The viscosities were measured at the compressed liquid.
(6) New equation of state for this mixture was developed by combining the previously published HFC-32 EoS and the newly developed HFO-1123 EoS.

2. Heat transfer evaluation for refrigerant mixtures containing HFO-1123
* As for the mixture 40mass%HFO-1123+60mass% HFC-32
(1) The local heat transfer coefficients in a brazed plate heat exchanger at both sides are low; meanwhile, those at inflow and outflow areas are relatively high. The overall heat transfer coefficients are almost comparable to those of HFC-32.
(2) The heat transfers coefficient in a horizontal mini-channels is somewhat lower than that of HFC-32; while the pressure drop is obviously lower, during both processes of evaporation and condensation.
(3) The heat transfer coefficient flowing in a horizontal microfin tube during condensation process is somewhat lower than that of HFC-32; while that during evaporation process is comparable to. The pressure drop is lower than that of HFC-32.

3. Cycle performance evaluation of heat pumps using low GWP candidate refrigerants
For two mixtures of HFO-1123+HFC-32 with GWPs of 383 and 285, cycle performances of a water heat source heat pump were evaluated. The cycle performance of the mixture with a GWP 285 is slightly inferior to R410A. From the evaluation results, the effects of thermophysical properties and condensation and evaporation heat transfer characteristics to the cycle performances were analyzed.
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