(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉回路を備えるヒートポンプであって、
前記閉回路は、冷媒流体と、前記冷媒流体と混和する潤滑剤とを含むことを意図しており、
前記閉回路は、流体圧縮器（１）と、流体を前記圧縮器に戻すためのリターン回路とを具備し、
前記圧縮器は、前記閉回路内で流体入口と流体出口との間に及んでおり、
前記リターン回路は、前記圧縮器と相補的に、前記閉回路内で流体出口と流体入口との間に及んでおり、
前記リターン回路は、凝縮器（２）と、膨張器（３）と、蒸発器（４）とを備え、
前記リターン回路は、前記流体出口と前記凝縮器との間に延びる第１のラインと、前記凝縮器と前記膨張器との間に延びる第２のラインと、前記膨張器と前記蒸発器との間に延びる第３のラインと、前記蒸発器と前記流体入口との間に延びる第４のラインとを備え、
前記閉回路は、
前記閉回路内で直列して、前記閉回路と平行なパイプを有する、前記リターン回路のラインの第１の拡大部分（５）と、
前記閉回路内で直列して、前記リターン回路のラインの第２の拡大部分（６）とを備え、
前記潤滑剤は、合成油であり、
前記第１の拡大部分および前記第２の拡大部分は、それぞれ前記合成油の油滴に負圧を与え、前記油滴中に気体泡を出現させ、前記気体泡が破裂してより細かい小滴になることにより、前記冷媒流体と前記小滴とを混和させることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記リターン回路は、
前記第１のラインと前記第４のラインとからなり、前記第１の拡大部分（５）を含む第１のラインセットと、
前記第２のラインと前記第３のラインとからなり、前記第２の拡大部分（６）を含む第２のラインセットとを備えることを特徴とするポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のポンプであって、前記第１の拡大部分（５）は、前記第１のラインに位置することを特徴とするポンプ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のポンプであって、前記第２の拡大部分（６）は、前記第２のラインに位置することを特徴とするポンプ。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかに記載のポンプであって、冷媒流体と、前記冷媒流体と混和する潤滑剤とを含むことを特徴とするポンプ。
【請求項６】
請求項５に記載のポンプであって、前記冷媒流体は、フレオン族が起源の流体であることを特徴とするポンプ。
【請求項７】
請求項６に記載のポンプであって、前記冷媒流体は、前記フレオン族が起源の流体は、Ｒ３２フレオンと、Ｒ１２５フレオンと、Ｒ１３４ａフレオンとを含む混合物であることを特徴とするポンプ。
【請求項８】
請求項７に記載のポンプであって、前記混合物は、Ｒ４０７Ｃフレオンであることを特徴とするポンプ。
【請求項９】
請求項７に記載のポンプであって、前記混合物は、Ｒ４０７Ａフレオンであることを特徴とするポンプ。
【請求項１０】
請求項９に記載のポンプであって、前記合成油は、ポリオールエステル油、特にＩＳＯ  ＶＧ  ３２クラスの油であることを特徴とするポンプ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載のポンプであって、前記第１の拡大部分（５）は、垂直に位置することを特徴とするポンプ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のポンプであって、前記第１の拡大部分（１５）は、垂直に位置し、前記流体を上昇させることを特徴とするポンプ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のヒートポンプを使用する方法であって、
―前記閉回路に、潤滑剤を導入するステップと、
―前記閉回路を、前記冷媒流体で満たすステップと、
―前記圧縮器を用いて、前記閉回路内で、前記冷媒流体を循環させるステップとを備えることを特徴とする、エネルギーを節約して、構内を暖房または空調するため方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記冷媒流体は、前記第１の拡大部分で上昇していることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ、特にヒートポンプの熱力学的効率を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術は、国際特許出願ＷＯ２００９／００４１２４から、熱力学的システムにおいて、加圧流体が、ヒートポンプのラインとして広がる複数のパイプを通って循環することにより熱を発生する先行装置を知る。加圧流体は、このパイプ内において、交換器と圧縮器との間で、気体状の形態である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この先行装置は熱を発生する。従って、先行技術においてこの装置を適用して、冬季に住居でボイラーとして使うことができるヒートポンプを作り出すことは、依然として困難である。同様にこの装置を適用して、冬季にはボイラーとして、夏季にはエアコンユニットとして用いることができる可逆ヒートポンプを作り出すことも、依然として困難である。このようなポンプは、熱の発生というより、むしろ熱の伝達を行うものである。
【０００４】
ＷＯ２０１３／１６４４３９、ＵＳ６１８９３２２、およびＦＲ２８６０００１の文献は、上記の先行技術とは異なるものを開示する。
【０００５】
本発明の目的は、これらの先行技術の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明の要旨の一つは、閉回路を備えるヒートポンプであって、前記閉回路は、冷媒流体と、前記冷媒流体と混和する潤滑剤とを含むことを意図しており、前記閉回路は、流体圧縮器と、流体を前記圧縮器に戻すためのリターン回路とを具備し、前記圧縮器は、前記閉回路内で流体入口と流体出口との間に及んでおり、前記リターン回路は、前記圧縮器と相補的に、前記閉回路内で流体出口と流体入口との間に及んでおり、前記リターン回路は、凝縮器と、膨張器と、蒸発器とを備え、前記リターン回路は、前記流体出口と前記凝縮器との間に延びる第１のラインと、前記凝縮器と前記膨張器との間に延びる第２のラインと、前記膨張器と前記蒸発器との間に延びる第３のラインと、前記蒸発器と前記流体入口との間に延びる第４のラインとを備え、前記閉回路は、前記閉回路内で直列して、前記閉回路と平行なパイプを有する、前記リターン回路のラインの第１の拡大部分と、前記閉回路内で直列して、前記リターン回路のラインの第２の拡大部分とを備えることを特徴とするヒートポンプである。
【０００７】
ある実施形態では、
―前記リターン回路は、前記第１のラインと前記第４のラインとからなり、前記第１の拡大部分を含む第１のラインセットと、前記第２のラインと前記第３のラインとからなり、前記第２の拡大部分を含む第２のラインセットとを備える。
―前記第１の拡大部分は、前記第１のラインに位置する。
―前記第２の拡大部分は、前記第２のラインに位置する。
―前記冷媒流体は、フレオン族が起源の流体である。
―前記フレオン族が起源の流体は、Ｒ３２フレオンと、Ｒ１２５フレオンと、Ｒ１３４ａフレオンとを含む混合物である。
―前記混合物は、Ｒ４０７Ｃフレオンである。
―前記混合物は、Ｒ４０７Ａフレオンである。
―前記潤滑剤は、合成油である。
―前記合成油は、ポリオールエステル油である。
―前記ポリオールエステル油は、ＩＳＯ  ＶＧ  ３２クラスの油である。
―前記ＩＳＯ  ＶＧ  ３２クラスのポリオールエステル油は、Ｅｍｋａｒａｔｅ（登録商標）ＲＬ３２−３ＭＡＦの登録商標を有する。
―前記第１の拡大部分は、垂直に位置する。
―前記第１の拡大部分は、垂直に位置し、前記流体を上昇させる。
【０００８】
本発明はまた、上記のヒートポンプの使用方法に関するもので、
エネルギーを節約して、構内を暖房または空調するために、
―前記閉回路に、潤滑剤を導入するステップと、
―前記閉回路を、前記冷媒流体で満たすステップと、
―前記圧縮器を用いて、前記閉回路内で、前記冷媒流体を循環させるステップとを備えることを特徴とする、
エネルギーを節約して、構内を暖房または空調するため方法である。
【０００９】
一つの変形例では、前記冷媒流体は、前記第１の拡大部分で上昇している。
【００１０】
本発明のこれらの特徴、および他の特徴は、以下の詳細な説明で、より明らかで明確となるだろう。以下の説明は、暗黙の限定を与えることなく、添付図面を参照して行う。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一つの有利な実施形態によるヒートポンプを、概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のために、以下の名称を用いる。
【００１３】
「ヒートポンプ」。ポンプにより冷却された源（ヒートシンク）から、ポンプにより加熱された源（ヒートソース）に、熱を移動させる熱力学的装置。ヒートシンクは、ポンプの蒸発器に接触してポンプにより熱を奪われることにより冷却され、ヒートソースは、凝縮器に接してポンプからの熱の排出を受けることにより加熱される。ポンプはまた、外部のエネルギー源から動力を供給される圧縮器を備える。これにより、熱力学第２法則を満たしながら、熱をヒートシンクからヒートソースに移動することができる。ポンプはまた、圧縮器によって流体に加えられた圧力を減圧するための膨張器を備える。凝縮器と蒸発器とは、ポンプの熱交換器であり、２つの冷媒流体輸送ブランチまたはラインに接続している。これらのブランチまたはラインは、閉回路を形成し、回路に連続する片方のブランチにある圧縮器と、回路に連続する他方のブランチにある膨張器と、を備える。この閉流体回路は、漏れのないように冷媒流体を内蔵する。この冷媒流体は、圧縮器によって回路内を流動する。この冷媒流体は、特に、圧縮器を通って蒸発器から凝縮器に循環し、膨張器を通って凝縮器から蒸発器に循環する。ポンプは、蒸発器で流体を気化することでヒートシンクから熱を奪う目的と、圧縮器を通して蒸発器からの熱を凝縮器のヒートソースに移動させる目的と、凝縮器で流体を凝縮することでヒートソースに熱を与える目的とに、適合する。
【００１４】
「可逆ヒートポンプ」。ヒートシンクとヒートソースとの間で動作するヒートポンプ。可逆ヒートポンプでは、既知の付加システムである流体弁により、ヒートソース（第１交換器に接触する）をヒートシンク（第２交換器に接触する）で加熱するモードから、ヒートソースを冷却するモードへ転換することができる。この転換は、回路内の流体の循環方向を逆転するか、または、回路内の流体の循環方向は変えずに交換器の順番を逆転することによって行う。可逆ヒートポンプは、熱の移動を要求するが、熱の生成は要求しない。
【００１５】
「ＣＯＰ」。成績係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）Ｑ／Ｗは、エネルギーＱとエネルギーＷのエネルギー比であり、これによって、ポンプの熱力学的効率を特徴づける。Ｑは、ポンプによってヒートシンクからヒートソースに運ばれた熱の形態である。Ｗは、ポンプを動作させるのに必要な仕事、通常は電気的仕事の形態である。この値が高いことで、効率的なポンプであることを特徴づける。この値は、熱力学第２法則に反することなく、１より高くなり得る。
【００１６】
「フレオン」。通常は、クロロフルオロカーボンまたはＣＦＣの商品名で、「ＡＳＨＲＡＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｔｉｏｎｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ、Ｉｎｃ．：アメリカ暖房冷凍空調学会）などの様々な団体により、分類されている。この分類は、番号付けられたリストにより行われ、フレオンは、数字「ａｂｃ」で識別される。ここで、ａ＝（Ｃの数）−１、ｂ＝（Ｈの数）＋１、ｃ＝Ｆの数、である。ａが０の場合、この表式から除外される。応用上、フレオンは、その化学式か、または分類数字ａｂｃの前に付く「フレオン」名か、または数字ａｂｃの前に付くＦか、または数字ａｂｃの前に付くＲのいずれかによって参照される。
【００１７】
応用上は、特に以下のものが検討される。
−フレオン３２またはＲ３２またはＦ３２、すなわち、ジフルオロメタン。
−フレオン１２５またはＲ１２５またはＦ１２５、すなわち、ペンタフルオロエタン。
−フレオン１３４ａまたはＦ１３４ａまたはＲ１３４ａ、すなわち、１、１、１、２−テトラフルオロエタン
−フレオンＲ４０７Ｃ、すなわち典型的には、２３％のＲ３２、２５％のＲ１２５および５２％のＲ１３４ａの混合物（上記は重量パーセント）。Ｒ４０７Ａ（２０％、４０％、４０％）およびＲ４０７Ｆ（３０％、３０％、４０％）。Ｒ３２、Ｒ１２５、およびＲ１３４の混合物は全て「Ｒ４０７フレオン族」と呼ばれ、冷媒流体または冷却材の集合における全てのフレオン族内の、一つの部分族である。特にＲ４０７Ａは、Ｒ４０７Ｃに比べて、Ｒ１３４ａの比率が低い。
【００１８】
「合成油」または「ＰＯＥ油」。ヒートポンプの圧縮器の潤滑の目的で使われる合成ポリオールエステル油。特に、このポンプで使われる冷媒流体の組成物中の、Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａを用いて住居を暖房または冷房する際に使われる。これらの油は、ポンプの蒸発器および凝縮の温度で、Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａと完全に混和する。その目的は、液相において、上記のフレオンと混和した油が、ポンプの凝縮器から蒸発器に戻ることを可能とすることにある。気相におけるフレオンＲ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａもまた、これらの油に可溶である。その結果、気相において、フレオンが、ポンプの蒸発器から圧縮器に戻ることを確実化する。また、油の輸送、特にフレオンを含む油の霧という形での、ポンプの圧縮器と熱交換器（すなわち、ポンプの蒸発器と凝縮器という２つの要素から構成される部品）との間における油の輸送を、可能な限り促進することを確実化する。
【００１９】
「垂直に位置する」は、通常運転のヒートポンプにおける、ラインの拡大部分またはラインのパイプの方向を示す。すなわち流れの方向が、重力場に対して平行または反並行であるものと定義する。この概念はまた、垂直なパイプの中の２相の流動する領域が、流動方向応じて選択的には、水平の２相流動領域となるようなラインまたはパイプをも示す。さらに一般的には、この概念はまた、流れのための勾配を持つ、すなわち水平でないラインまたはパイプをも示す。従ってこの概念は、本発明の意味においては、重力場に対して厳密に平行なパイプまたはラインの拡大部分に限定されない。
【００２０】
閉回路は、流体圧縮器１と、流体を前記圧縮器に戻すためのリターン回路とを具備する。前記圧縮器は、前記閉回路内で流体入口と流体出口との間に及んでおり、前記リターン回路は、前記圧縮器と相補的に、前記閉回路内で流体出口と流体入口との間に及んでいる。前記リターン回路は、凝縮器２と、膨張器３と、蒸発器４とを備える。前記リターン回路は、前記流体出口と前記凝縮器との間に延びる第１のラインと、前記凝縮器と前記膨張器との間に延びる第２のラインと、前記膨張器と前記蒸発器との間に延びる第３のラインと、前記蒸発器と前記流体入口との間に延びる第４のラインとを備える。
【００２１】
本発明によれば、前記閉回路は、前記閉回路内で直列する前記リターン回路の第１ライン拡大部分５（前記閉回路と平行なパイプ５０を有する）と、前記閉回路内で直列する前記リターン回路の第２ライン拡大部分６とを備える。
【００２２】
本発明を、図１を参照しながら、例を用いて以下に記述する。本例は、２つのライン拡大部分を備えるヒートポンプを表す。第１ライン拡大部分５は、パイプ５０を有し、ポンプの圧縮器１の流体出口と、ポンプの凝縮器２との間に位置する。第２拡大部分６は、パイプを有せず、凝縮器２と、ポンプの膨張器３との間に位置する。ポンプは、さらに蒸発器４を備える。
【００２３】
例えばヒートポンプは、定格能力１２ｋＷを有するＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）ブランドの暖房装置のために使用してもよい。
【００２４】
本発明はまた、参照ヒートポンプで、能力１５ｋＷを有するＡＩＲＭＥＣ（登録商標）モデルＡＮＦ５０において、あるいは能力が３５ｋＷを有するモデルＡＮＦ１００において実施してもよい。従って、本発明は、一つのメーカーや、一つの特定のモデルに限定されない。
【００２５】
ポンプは、閉回路を形成するために、内径１４ミリメートル（１４ｍｍ）の銅のラインの組を用いてもよい。閉回路は外気に晒されるが、気体と液体とに関して漏れのないように形成される。
【００２６】
この回路に、流体入口と流体出口を有する、参照ＺＢ３８ＫＣＥの圧縮器１が挿入される。閉回路内の圧縮器以外の部分を、圧縮器の流体出口（または排出口）から圧縮器の流体入口（または吸入口）まで通過すると、閉回路内では、パイプ５０を有する第１拡大部分５、凝縮器２、パイプを有さない第２拡大部分６、膨張器３、そして蒸発器４が、順に現れる。
【００２７】
パイプを有する第１拡大部分５は、最初の１４ｍｍライン上で、ライン（または第１拡大部分）の内径が局所的に増大する所にある。この第１拡大部分５は、内部パイプ５０を含む。この内部パイプ５０は、例えば、ラインの第１拡大部分で取り囲まれた、内径５ｍｍ外径８．５ｍｍの７本の管である。拡大部分の内径は、管を取り囲むことができるのに適したものである。拡大部分の厚さは、ポンプのこの部分の流体が定める最大圧力に耐えられるのに適したものである。
【００２８】
拡大部分の内径は、７本の管がコンパクトに配備された場合、管の外径の３倍、すなわち約２５．５ｍｍに等しい。より多くの管の場合、これらの管の外径はコンパクトにまとめられるので、拡大部分のこの内径は縮小してもよい。
【００２９】
５ｍｍの管の内部断面の和は、１５ｋＷのポンプの場合、１４ｍｍラインの内部断面に等しくなるよう選ばれるだろう。これは、３５ｋＷのポンプの場合、２倍の内部断面積となる。
【００３０】
より大きな断面積のラインが拡大部分を備える場合、パイプ径とライン径との比率は、この第１実施形態の場合と同じ値、すなわちここでは１４ｍｍ／５ｍｍ（つまり２．８）が選ばれるだろう。
【００３１】
第１拡大部分のパイプの長さは、ＡＥＲＭＥＣ（登録商標）製のポンプの場合約２２ｃｍの値を、ＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）製のポンプの場合約１３ｃｍの値を取るだろう。
【００３２】
既知の部品である凝縮器が、閉回路内で、第１拡大部分の次に現れる。
【００３３】
第２拡大部分は、冷媒流体と油とが液相のとき動作するよう設計されている。第２拡大部分は例えば第１拡大部分と同一であるが、パイプは備えていてもいなくてもよい。第１拡大部分に加えて第２拡大部分があることにより得られる本発明の効果とって、パイプが必須であるとは認識されていない。下流に進むと、第２拡大部分の次に、膨張器が現れる。膨張器は既知の部品であり、その入口では主に液相で動作する。本発明のヒートポンプの通常運転時では、膨張器は、気相と液相の２相の混合物を生成するように設計されている。
【００３４】
下流に進むと、膨張器の次に、既知の部品である蒸発器が現れる。
【００３５】
暖房モード使用時は、ポンプは、蒸発器の部分で、暖めるべき構内を取り囲む外気と接触する。そして構内を暖めるために、凝縮器の部分で回路と接触する。
【００３６】
冷房モード使用時は、ポンプは、蒸発器の部分で、冷やすべき構内と接触する。そして凝縮器の部分で、構内を取り囲む外気と接触する。
【００３７】
本発明のポンプが可逆ポンプの場合、既知の流体弁を用いて、ユーザの操作により暖房モードから冷房モードに切り替えることができる。
【００３８】
すべてのポンプのために選ばれるフレオンは、Ｒ４０７ＣまたはＲ４０７Ａである。また油はＥＭＫＡＲＡＴＥ（登録商標）ＲＬ３２−３ＭＡＦ油が選ばれ、これはあらゆる運転温度で、選択されたフレオンと混和する。
【００３９】
一般には、本発明の実施のためには、冷媒流体（または冷却材）と、これとお互いに混和する油とが使われてよい。
【００４０】
特に、Ｒ４０７指標のフレオンから形成される冷媒流体族と、この冷媒流体族のフレオンと混和する油とが、本発明で使用可能な流体セットを構成する。
【００４１】
本発明の背景となる物理現象が用いられた結果、パイプを有する第１拡大部分と第２拡大部分の付加や、ＥＭＫＡＲＡＴＥ（登録商標）とＲＬ３２−３ＭＡＦ油とＲ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａとの混合物を用いた運転などにより、商用ポンプが改良された。さらに出願人は、数々の実験を通して、以下のような数々の教示を見出した。当業者はこれらの教示を、上記の背景となる物理現象の説明とは別に、次の場合に使うことができる。すなわち、冷媒流体と油とを上記以外のやり方で混合する場合や、この教示を基に熱力学的効率が向上したヒートポンプを設計する目的で、本発明を再現、改良または拡張するような場合である。
【００４２】
本発明の一般原理は、本特許の日の時点における、ポンプの凝縮器と蒸発器における熱交換を向上させるのに適した、ヒートポンプの油の輸送能力であると評価される。この油は、油滴の乳剤の形をしている。従って、本発明の手段、すなわち第１および第２の拡大部分は、この乳剤を、ポンプの熱交換器（凝縮器と蒸発器）の動作を改善するのに適した形で、再生または維持する傾向がある。
【００４３】
油滴は、気体輸送媒体中では泡（気体を含む）と同義であると考えてよく、また液体輸送媒体中では「反泡（ａｎｔｉｂｕｂｂｌｅｓ）」（気体を含む油の泡）と同義であると考えてよい。この油滴の存在は、ポンプの交換器における相変化の過程で、熱交換器にとって都合のよい核形成部位を提供すると考えられる。すなわち、輸送媒体の凝縮または蒸発のための核形成部位である。
【００４４】
この乳剤は、気相においては、「単分散の（ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ）」の油（気相の油）の乳剤（すなわち、径の値が共通値に強く集中しているような油の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔｓ）を有する乳剤）を形成する油小滴の霧であると評価される。これは、凝縮器に到達して、凝縮器における熱交換を改善するのに十分な長さの寿命を持つ。従って、本発明は、第１手段、すなわち、圧縮器と凝縮器との間で油の霧を形成するための手段を使用する。特にある一つの手段は、油滴（輸送冷媒流体気体はこの油に可溶なため、この油滴は当該冷媒気体を予め吸収している）に負圧を与え、油滴中に気体泡（この気体泡は、破裂して、より細かい小滴になることができる）を出現させる手段である。
【００４５】
この乳剤は、液相においては、「単分散の」油（液相の油）の乳剤を形成する油小滴の混合物であると評価される。これは、膨張器に到達し、膨張器を通過し、蒸発器に到達し、蒸発器における熱交換を改善するのに十分な長さの寿命を持つ。その目的は、最後には、油滴径が単一の油の霧の形で圧縮器に戻り（通常はゆっくりと）、商用ポンプと比較して潤滑性を向上させることにより圧縮器の等エントロピー効率を改善することにある。
【００４６】
このように本発明は、ヒートポンプのＣＯＰを改善するために、第１手段（圧縮器と凝縮器との間で、油の霧を形成するための手段）と、第２手段（凝縮器と圧縮器との間で、液相の油滴の分散を形成するための手段。これにより、これらの油滴が破裂して小滴（あるいは泡）となり、膨張器を通り抜けて、蒸発器に到達する）とを使用する。
【００４７】
このように、当業者は、本目的を達成するために、本発明の要素であるパイプを有する第１拡大部分と第２拡大部分とを、改良することができる。
【００４８】
パイプを有する拡大部分について、任意のフレオンが気相であって、二次ヒートソースとなるもののみが、従来から知られている。
【００４９】
従って、１つまたは２つの拡大部分と、ある特定の冷媒流体と、この冷媒流体と混和する油とを使うことにより、ヒートポンプ部品の熱力学的効率またはＣＯＰの改善を行うことは、先行技術からは予想できなかった。得られる効果により、少なくとも１つの拡大部分を持つポンプを備えた暖房あるいは冷房の使用を予期することができる。
【００５０】
この改善は、第１拡大部分の境界だけが温度上昇することなく得られる。従って、第１拡大部分は、二次ヒートソースとして動作しない。
【００５１】
本発明で、Ｒ４０７Ｃと、パイプを有する単一の拡大部分とを使うものの場合、ＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）製ポンプでは、＋７℃において２７％のＣＯＰの改善が見られた。
【００５２】
Ｒ４０７Ａでは、同じ温度で２１％のＣＯＰの改善が見られた。
【００５３】
ＡＩＲＭＥＣ（登録商標）製のＡＮＦ５０またはＡＮＦ１００ポンプでも、ＣＯＰ改善のパーセンテージに関して同等の結果が見られた。
【００５４】
しかしながら、単一の拡大部分を持つもので得られるこのＣＯＰ改善の結果は、単一の拡大部分のみを使う限り、＋７℃より低い温度では悪化した。特に０℃では、ＣＯＰ改善のパーセンテージは１０％を下回り、実用に適さない。
【００５５】
従って、−７℃から＋７℃といったような広い範囲でＣＯＰ改善を得るためには、第１拡大部分に対して第２拡大部分が追加される。
【００５６】
この場合、ＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）ブランドの機器に対して、２つの拡大部分（本発明で「ｋｉｔ」とも呼ぶ）を使ったところ、熱出力における改善特性は以下の通りであった。
Ａ）通常の１２ｋＷのＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）機器―Ｒ４０７ＣおよびＰＯＥ油
Ａ．１）温度７℃：製造時出力  １２．７２ｋＷ；ｋｉｔ使用時出力  １６．１；ＣＯＰの増加  ２７％
Ａ．２）温度０℃：製造時出力  １０．６５ｋＷ；ｋｉｔ使用時出力  １４．２４；ＣＯＰの増加  ３４％
Ａ．３）温度−７℃：製造時出力  ８．５ｋＷ；ｋｉｔ使用時出力  １１．６７；ＣＯＰの増加  ３７％
Ｂ）通常の１２ｋＷのＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）機器―Ｒ４０７ＡおよびＰＯＥ油
Ｂ．１）温度７℃：製造時出力  １２．６７ｋＷ；ｋｉｔ使用時出力  １５．２８；ＣＯＰの増加  ２１％
Ｂ．２）温度０℃：製造時出力  １１．０９ｋＷ；ｋｉｔ使用時出力  １３．６５；ＣＯＰの増加  ２３％
Ｂ．３）温度−７℃：製造時出力  ９．０３ｋＷ；ｋｉｔ使用時出力  １０．３２；ＣＯＰの増加  １４％
【００５７】
ＡＩＲＭＥＣ（登録商標）製のＡＮＦ５０またはＡＮＦ１００ポンプでも、ＣＯＰ改善のパーセンテージに関して同等の結果が見られた。
【００５８】
従って、２つの拡大部分によって、全ての温度領域（特に最低温度）においてＣＯＰ改善を確実化できることが分かる。また、本発明のある望ましいモードにおいて、Ｒ４０７Ｃと、これと混和する油（ＰＯＥ油などのような）とを使用できることも分かる。
【００５９】
従ってこれらの結果は、省エネルギーの観点から見た、ヒートポンプ使用時の本発明の有用性を表す。
【００６０】
この第１モードの構成要素を、以下でさらに詳細に記述する。
【００６１】
第１拡大部分は、その全長で見ると、ラインの内径が増加する第１領域と、ラインの内径が一定である第２領域と、ラインの内径が減少する第３領域とからなる。この第１拡大部分は、閉回路に沿って、圧縮器の流体出口から、第１ラインに及んでいる。この第１ラインは、圧縮器の流体出口と、凝縮器とをつないでいる。
【００６２】
第１領域の径の変化は、第１錐体により、既知のやり方で発生させることができる。ポンプの通常の流体動作状態で、この第１錐体の頂角により、ポンプを通る流体の流路の分割を発生することができる。
【００６３】
第３領域の径の変化は、第２錐体により、既知のやり方で発生させることができる。ポンプの通常の流体動作状態で、この第１錐体の頂角により、ポンプを通る流体の流路の分割を解消することができる。
【００６４】
いずれにしても、冷媒流体がフレオンと油との混合物であるときは、第１拡大部分の第２領域は、有利には、垂直に位置するだろう。従ってこの領域は、煙突型配置を取るか、あるいは第１拡大部分の垂直輸送管としての機能を持ち、通常は、気体状冷媒流体と油滴とともに動作する。
【００６５】
この配置により、凝縮器への熱移動が可能となるだろう。さらに、流体が第１拡大部分を通過した後のフレオンと油滴の乳剤の寿命を延ばし、これらが混和しているにも関わらず凝縮器に到達できるようにすることにより、凝縮器に到達できない熱を発生させないようにすることができるだろう。
【００６６】
このような垂直構造により、気体と一緒に輸送される油滴の形で存在する油に可溶なフレオンまたはフレオン混合物に関して、数々の同時的効果を引き起こすことができる。これらの同時的効果は、結果として、気体と油とからなる長時間安定な乳剤を生成または再生することとなる。たとえば、圧縮器の排気口で通常生成され、その中の油滴は、通常、径に関して「多分散（ｐｏｌｙｄｅｓｐｅｒｓｅ）」である（すなわち、中心値に対して、かなり様々な値を取る）。
【００６７】
これらの効果については、以下のことに言及することができる。
―第１錐体におけるジュールトムソン膨張。これにより、気体の油滴に可溶な部分が、泡を形成することができる。この泡は破裂して、元の油滴より小さく丁度よい大きさの小滴になる。
―流路の分割。これにより、第１錐体においてデッドボリュームが生まれる。そこでは乱流が生成され、この乱流が、輸送されてくる油滴を分裂させる。
―垂直管による油滴の選択。これにより、膜状の油が凝縮器に循環することが回避または抑制される。これは、管に沿っての波の発生と、管壁面上の油膜からの小滴の泡の形成とによる。
―垂直管による油滴の選択。これは、油滴の方向および大きさのためのコリメータとして機能する。これは、油滴ではなく小滴を選択すること、管に沿ってのトラップに適した油滴の大きさ、および垂直管の２相流体力学において既知のやり方で油滴が小滴の泡に転換すること、などによるものである。
―垂直管と第２錐体による、流れの安定化。これにより、垂直な第１拡大部分が生成した小滴を、これらが合体せずかつ低圧で、凝縮器（この凝縮器は、回路内で第１拡大部分に続いて現れる）まで輸送することが可能となる。
【００６８】
ポンプの熱力学的効率の改善、および先行技術を用いて測定される効率やＣＯＰの改善に適した油の分裂効果を目的として、当業者は、冷媒流体と油の混合に関して、管の長さと径を改良することができるだろう。
【００６９】
特に混合物の組成変化（すわなち、この混合物が最初の流体回路内への導入された時からの、循環組成の変化）は、本発明の効果の指標となる。最初に導入されたＲ４０７Ｃの混合物に関し、圧縮器の出口における混合物組成の時間的変化を、動作条件（外気温度、流体回路温度、蒸発器の調整）の関数として見出すことができるだろう。Ｒ４０７Ｃの成分の油に対する溶解度の違いは様々であるため、第１拡大部分の管で油をトラップすることによっても、この循環組成の変化を説明できる。しかしながら、このような組成変化は循環混合物の密度変化でもあるため、それだけではＣＯＰの増加を説明できない。このような、より重い混合物を移動させるためには、必要な電力増加を同時に与えなければならないからである。従って、本発明のポンプの複数の実際的なケースにおいて（本ポンプは、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ａなど標準のＲ４０７族、あるいは非標準比率のＲ３２，Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物で動作する）、垂直な第１拡大部分の改良のためには、油とフレオンの相互溶解度の影響は有用な指標であると考えられる。
【００７０】
Ｒ３２，Ｒ１２５およびＲ１３４ａ以外の特定のフレオンについても、これらのフレオンで動作するポンプの流体回路に第１拡大部分を導入することにより、凝縮器の熱パワー増加が見出されれば、これら特定のフレオンも除外せず使われる。
【００７１】
より一般的には、上記に示したように、任意の（フレオンまたは非フレオンの）冷却媒体と油との特定の混合物であって、ヒートポンプ閉回路の動作温度において、任意の気体冷媒流体と溶け合い、任意の液体冷媒流体と混和するものは、本発明の教示に従うだろう。同様に、特定の混合物であって、この特定の混合物で動作するヒートポンプの圧縮器と凝縮器との間に、垂直なパイプを持つ第１拡大部分を導入することで、凝縮器の熱パワー増加を見出すことができるものも、本発明の教示に従うだろう。
【００７２】
このような増加が存在するときは、当業者は、凝縮器で見出される出力増加を最適化するために、管の長さや径、あるいは流体回路内で凝縮器と第１拡大部分とを隔てる距離を調整できるだろう。これは、例えば、凝縮器と熱的接触をしている加熱回路からの排出熱水の温度を測定することでできる。厳密な垂直に対して、凝縮器の熱パワーの効果を維持できるなら、当業者はまた、油が下流に向けて流れるような角度の勾配を管に与えて、垂直度を変えることもできる。
【００７３】
本発明に係る冷媒流体と油とのペアに関し、Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物を使ったとき、Ｒ４０７Ｃ，Ｒ４０７ＡおよびＲ４０７ＦについてのＣＯＰ増加のパーセンテージは下記の通りである。
【表１】
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【００７４】
一般的な冷媒流体、すなわち、油滴状油と気体（気相のフレオンのような）との混合物で第１拡大部分を通り抜けるものに関し、この構造は通常、油滴を分裂させ、その結果、十分安定な油滴と気体との乳剤を形成する手段を持つように設計される。ここでいう十分安定とは、油滴の寿命に関し、この油滴が凝縮器に到達することができ、凝縮器における熱交換とポンプの熱力学的効率を改善する核形成部位を形成することができるようなものをいう。油と気体との泡状混合物について、乳剤形成手段に関する同様の一般的な発明アイデアが、パイプを持つ第１拡大部分の設計にも当てはまるだろう。しかしこの場合、第１拡大部分は、１つまたは複数の気体中の油滴の乳剤ではなく、１つまたは複数の気体中の泡の乳剤を形成するよう設計される。
【００７５】
次のような混合モードも、第１ライン中の流体の運転温度と圧力における、油とフレオンとの相対表面張力特性の機能として除外されない。この混合モードは、当該モードにおいて第１拡大部分が、第１ラインに存在する油とフレオンとの間に、油滴の乳剤だけでなく油の泡の乳剤をも形成するようなモードである。
【００７６】
本発明は、導入Ｒ４０７Ｃから誘導されたフレオンＲ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物と、ある特定のＥＭＫＡＲＡＴＥ（登録商標）Ｒ３２−３ＭＡＦ油とを使用して、垂直に位置する第１拡大部を用いて改良され、第２拡大部分を有するポンプの回路において、テストされた。
【００７７】
任意の冷媒流体、およびこの流体に可溶かつ混和な油は、同回路内の凝縮器の熱パワーの増加を生むので、本発明の教示に合致するだろう。この増加は、本発明の基準である。しかしながら、本発明の結果は、このパワー増加がＣＯＰ増加と同時に得られたとき有効である。従って、当業者は、熱パワーを増加させる冷媒流体と油のペアの中から、第２拡大部分を導入することによってＣＯＰを増加させるペアを決定することができる。
【００７８】
特に、フレオンに関しては、合成ポリオールエステル油または「ＰＯＥ」（すなわち、液相のフレオンと混和し、気相のフレオンはこれに可溶であることが知られている油類を構成する族）は、本発明のフレオンについての教示に合致するだろう。
【００７９】
本発明の第２実施形態では、本発明により改良した商用ＡＥＲＭＡＣ（登録商標）５０ヒートポンプの運転が、ポンプの圧力と温度を用いて詳細に説明される。
【００８０】
圧縮器（ＺＢ３８ＫＣＥで参照される）が使われる。この圧縮器は「スクロール」技術が採用され、ＥＭＫＡＲＡＴＥ（登録商標）Ｒ３２−３ＭＡＦ合成油と、気体のＲ３２、気体のＲ１２５およびＲ１３４ａとの混合物を、温度Ｔ＝８７℃、圧力Ｐ＝１８バールで排出する。
【００８１】
上記温度と圧力において、油は閉回路内を通して液体状であると考えられる。
【００８２】
第１拡大部分は垂直で、流体はここを上昇する。第１拡大部分は、入口でＰ＝１８バールとＴ＝８４℃の値を、出口でＰ＝１８バールとＴ＝８４℃の値を取る。Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物は、出口で気体状である。従って、この実施形態の通常運転時は、第１拡大部分の出口は、入口に対して温度上昇はない。従って、この拡大部分は、ヒートソースとして動作しない。
【００８３】
凝縮器は、入口でＰ＝１８バールとＴ＝８４℃の値を、出口でＰ＝１８バールとＴ＝４５℃の値を取る。Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物は、出口で液体である。
【００８４】
第２拡大部分は下向きの垂直で、入口でＰ＝１８バールとＴ＝４５℃の値を、出口でＰ＝１８バールとＴ＝４５℃の値を取る。Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物は、出口で液体で、泡が現れるところでは液体―気体の２相の段階にある。従って、この実施形態の通常動作時は、第２拡大部分の出口は、入口に対して温度上昇はない。従って、この拡大部分は、ヒートソースとして動作しない。
【００８５】
膨張器は、出口でＰ＝７バールとＴ＝１３℃の値を取る。Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物は、出口で液体―気体の２相の混合である。
【００８６】
蒸発器は、入口でＰ＝７バールとＴ＝１３℃の値を取る。Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物は、出口で気体状である。
【００８７】
圧縮器は、ＥＭＫＡＲＡＴＥ（登録商標）Ｒ３２−３ＭＡＦ油、Ｒ３２、Ｒ１２５およびＲ１３４ａの混合物を、Ｐ＝４バールとＴ＝５℃において吸い上げる。
【００８８】
この配置において、ＣＯＰの増加は、上記の第１実施形態においてＡＩＲＷＥＬＬ（登録商標）ブランドの機器を用いたときと同等であり、温度範囲は−７℃から＋７℃に及んでいる。
【００８９】
本発明は、ヒートポンプとエアコンユニットの分野において、産業上利用可能である。
【００９０】
当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更をすることが可能である。
【図１】
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