ヒートポンプ - 目指せ！電気主任技術者～解説ノート～

ヒートポンプは，外部から機械的な仕事を加えることによって低温熱源から熱を吸収し，高温熱源へ放出する熱機関である。

冷暖房，冷凍，給湯などの熱源機として広く用いられている。

ヒートポンプの熱サイクルにおいて，熱の輸送を担う物質は冷媒と呼ばれ，ハイドロフルオロカーボン，二酸化炭素，アンモニアなどが用いられている。

冷媒にはヒートポンプにおける良好な熱輸送特性のほか，環境問題から地球温暖化係数やオゾン破壊係数が小さいことが求められている。

ヒートポンプの熱サイクルの基本サイクルは逆カルノーサイクルと呼ばれる。

冷媒は，低温熱源側に設置した蒸発器において，低温熱源から熱を吸収して蒸発する。

その後，外部動力によって駆動する圧縮機において高温，高圧となり，高温熱源側に設置した凝縮器に送り込まれる。

そこで冷媒は熱を高温熱源に放出する。

その後，膨張弁によって低温，低圧となり，再び蒸発器に戻される。

ヒートポンプの性能を示す指標の一つに COP（成績係数）がある。

低温熱源の温度を $T_1$ [K]，高温熱源の温度を $T_2$ [K]，とすると，加熱の場合の COP の理論上の最高値は $\frac{T_2}{T_2 - T_1}$ となる。

また，蒸発器で吸収した熱量を $Q_\text{L}$ [J]，ヒートポンプを動かすために使った仕事を $W$ [J] として，熱損失などを無視すると加熱の場合の COP は $\displaystyle \frac{Q_\text{L}+W}{W}$ で与えられる。