報告書番号

W98004

タイトル（和文）

CO2ヒートポンプサイクルの効率把握と挙動・制御に関する検討

タイトル（英文）

Study on Efficiency and Control Method of CO2 Heat Pump

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

オゾン層保護・地球温暖化防止の観点から、代替冷媒の探索・開発が必要となっており、自然冷媒が注目されている。当研究所では、自然冷媒の中でも、毒性・可燃性がない二酸化炭素（CO2）に着目した。CO2は臨界温度が低いため、冷暖房や給湯ヒートポンプの冷媒として利用すると、高圧側が超臨界状態になる。このため、CO2の冷媒としての可能性を評価するために、計算によるサイクル効率（成績係数）の把握と実験装置によるサイクルの挙動把握や制御方法の検討を行った。その結果、サイクル計算から、給湯用では従来冷媒より高い成績係数が得られること、空調用ではCO2の特徴を生かして設計することで、従来冷媒とほぼ同等の効率が得られることが分かった。また、実験から、負荷変化時等のCO2サイクルの挙動は従来冷媒とほぼ同様であること、電子式膨張弁と可変速圧縮機の組み合わせによりサイクル制御が可能であることが分かった。

概要 （英文）

Environmental protection is becoming more and more important and heat pumps with natural working fluids are being developed eagerly. After surveying the current R&D of heat pumps with natural working fluids, CRIEPI focused on CO2 as a working fluid. CO2 is neither toxicity nor flammability and is said to have unique characteristics.Because the critical temperature of CO2 is very low, using CO2 as a working fluid in a heat pump for space conditioning or hot tap water results in trans-critical cycle (i.e. the high side pressure is super critical). To evaluate CO2 as a working fluid, COP of CO2 cycle was calculated and the experiments for studying the behavior and control of CO2 cycle were done with the CO2 heat pump experimental loop.Throughout the cycle calculation, it was understood that CO2 cycle had unique characteristics and could achieve a higher COP than conventional working fluids for hot tap water, and almost the same COP for space conditioning if the characteristics of CO2 are taken into account during the design process. From the experiment of the loop, it is clarified that the CO2 cycle had almost the same behavior as the conventional working fluids and could be controlled by the combination of an automatic expansion valve and a variable speed compressor.

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