| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】北 宏一
【氏名】矢嶋 龍三郎
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| 【要約】 |
【課題】Ｒ３２の特性を有効活用し、真に地球温暖化を防止し得る冷凍装置を提供する。
【解決手段】圧縮機(11)、四路切換弁(12)、室外熱交換器(13)、膨張弁(14)及び室内熱交換器(15)を順に接続して冷媒回路(10)を構成する。冷媒回路(10)にＲ３２単一冷媒を充填する。室内熱交換器(15)の伝熱管は、内径が４．７ｍｍ〜５．９ｍｍの伝熱管で形成されている。室外熱交換器(13)の伝熱管は、内径が５．４ｍｍ〜６．７ｍｍの伝熱管で形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が５．９ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項２】 Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が４．７ｍｍ〜５．９ｍｍの伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項３】 請求項１または２のいずれか一つに記載の冷凍装置であって、室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が５．３ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項４】 Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が６．７ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項５】 Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が５．４ｍｍ〜６．７ｍｍの伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項６】 請求項４または５のいずれか一つに記載の冷凍装置であって、室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が６．１ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項７】 Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が６．２ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項８】 Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が４．７ｍｍ〜６．２ｍｍの伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項９】 請求項７または８のいずれか一つに記載の冷凍装置であって、室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が５．５ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項１０】 Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が７．１ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項１１】 Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が５．４ｍｍ〜７．１ｍｍの伝熱管によって形成されている冷凍装置。
【請求項１２】 請求項１０または１１のいずれか一つに記載の冷凍装置であって、室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が６．３ｍｍ以下の伝熱管によって形成されている冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に係り、特に、Ｒ３２またはＲ３２を含む混合冷媒を用いた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで空気調和装置等の冷凍装置に好適な冷媒として、Ｒ２２がよく用いられてきた。しかし、Ｒ２２はオゾン破壊係数が大きいことから、モントリオール議定書により２０２０年に全廃が予定されているものである。そこで、Ｒ２２に代わる代替冷媒として、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４ａなど、各種冷媒の開発が進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０に示すように、上記の各代替冷媒は、オゾン破壊係数は小さいものの地球温暖化係数（ＧＷＰ）はＲ２２と同等であるため、地球温暖化防止の観点からは十分に満足のいく冷媒とは言い難い。また、これら冷媒を用いると、従来よりも装置のＣＯＰが低下するため、冷媒放出による直接的な地球温暖化効果とは別に、電力消費の増大に伴って火力発電所等の負荷が増大し、間接的に地球温暖化を助長することになる。そのため、真に地球温暖化を抑制する代替冷媒の開発が望まれていた。
【０００４】そこで、ＧＷＰの小さな代替冷媒として、Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２を多く含んだ混合冷媒の開発が進められている。しかし、Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２の混合冷媒を単にＲ２２用の冷凍装置に充填しただけでは、Ｒ３２の特性を十分に活かすことはできず、地球温暖化防止効果を十分に得ることはできない。そのため、地球温暖化を防止すべくＲ３２の特性を有効利用した冷凍装置が待ち望まれている。
【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｒ３２の特性を有効活用し、真に地球温暖化を防止し得る冷凍装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、装置の性能を従来と同等に維持したまま冷媒回路の冷媒充填量を低減するよう、熱交換器の伝熱管を従来よりも細径化することとした。
【０００７】具体的には、本発明に係る一の冷凍装置は、Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が５．９ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【０００８】また、本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が４．７ｍｍ〜５．９ｍｍの伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【０００９】なお、従来より冷媒充填量を少なくする観点から、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が５．３ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることがより好ましい。
【００１０】本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が６．７ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【００１１】また、本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が５．４ｍｍ〜６．７ｍｍの伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【００１２】なお、従来より冷媒充填量を少なくする観点から、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が６．１ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることがより好ましい。
【００１３】本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が６．２ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【００１４】また、本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が４．７ｍｍ〜６．２ｍｍの伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【００１５】なお、従来より冷媒充填量を少なくする観点から、上記室内側熱交換器(15)の伝熱管は、内径が５．５ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることがより好ましい。
【００１６】本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が７．１ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【００１７】また、本発明に係る他の冷凍装置は、Ｒ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するように圧縮機(11)、室外側熱交換器(13)、減圧機構(14)及び室内側熱交換器(15)を順に有する冷媒回路(10)を備えた冷凍装置であって、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が５．４ｍｍ〜７．１ｍｍの伝熱管によって形成されていることとしたものである。
【００１８】なお、従来より冷媒充填量を少なくする観点から、上記室外側熱交換器(13)の伝熱管は、内径が６．３ｍｍ以下の伝熱管によって形成されていることがより好ましい。
【００１９】上記各事項により、室外側熱交換器(13)または室内側熱交換器(15)の伝熱管が従来よりも細径化される。しかし、Ｒ３２の単一冷媒またはＲ３２を７５重量％以上且つ１００重量％未満含むＲ３２／１２５混合冷媒は、冷媒の特性としてＲ２２よりも圧力損失が小さいため、伝熱管の内径が小さくなっても、装置の圧力損失は従来と同等のレベルに維持される。一方、伝熱管の内径が小さくなることにより、冷媒回路(10)の冷媒充填量は減少する。従って、従来のＲ２２を用いた装置と同等の性能を維持したまま、冷媒充填量が低減されることになる。そのため、Ｒ３２の地球温暖化係数が低いことに加えて、冷媒回路(10)の冷媒充填量が低減することにより、地球温暖化効果は著しく低減する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】−空気調和装置の構成−図１に示すように、本実施形態に係る冷凍装置は、室内ユニット(17)と室外ユニット(16)とを接続して成る空気調和装置(1)である。空気調和装置(1)の冷媒回路(10)は、Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２を７５重量％以上含むＲ３２／１２５混合冷媒（以下、「Ｒ３２組成リッチの混合冷媒」という）による蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成する冷媒回路であって、圧縮機(11)、四路切換弁(12)、室外熱交換器(13)、膨張弁(14)及び室内熱交換器(15)が冷媒配管(31,32)を介して接続されて構成されている。
【００２２】具体的には、圧縮機(11)の吐出側と四路切換弁(12)の第１ポート(12a)とは第１ガス側配管(21)によって接続され、四路切換弁(12)の第２ポート(12b)と室外熱交換器(13)とは第２ガス側配管(22)によって接続され、室外熱交換器(13)と膨張弁(14)とは第１液側配管(25)によって接続され、膨張弁(14)と室内熱交換器(15)とは第２液側配管(26)によって接続され、室内熱交換器(15)と四路切換弁(12)の第３ポート(12c)とは第３ガス側配管(23)によって接続され、四路切換弁(12)の第４ポート(12d)と圧縮機(11)の吸入側とは第４ガス側配管(24)によって接続されている。
【００２３】圧縮機(11)、第１ガス側配管(21)、四路切換弁(12)、第２ガス側配管(22)、室外熱交換器(13)、第１液側配管(25)、膨張弁(14)、及び第４ガス側配管(24)は、図示しない室外送風機とともに室外ユニット(16)に収容されている。一方、室内熱交換器(15)は、図示しない室内送風機とともに室内ユニット(17)に収容されている。第２液側配管(26)及び第３ガス側配管(23)の一部は、室外ユニット(16)と室内ユニット(17)とを連絡するいわゆる連絡配管を構成している。
【００２４】−熱交換器の構成−Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２組成リッチの混合冷媒は、単位体積あたりの冷凍効果がＲ２２よりも大きいことから、所定能力を発揮するために必要な冷媒循環量はＲ２２に比べて少ない。従って、Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２組成リッチの混合冷媒では、熱交換器の伝熱管の内径を一定とした場合、冷媒循環量が少なくなることから、管内圧力損失はＲ２２に比べると小さくなる。
【００２５】一般に、熱交換器の伝熱管の内径を小さくすると、伝熱面積の減少や冷媒圧力損失の増加により、装置全体の性能は低下する。しかし、Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２組成リッチの混合冷媒を用いた場合、伝熱管内の冷媒側熱伝達率がＲ２２よりも大きいため、管内圧力損失をＲ２２相当程度に大きくしたとしても、全体としてＲ２２と同等またはそれ以上の性能を発揮することが可能である。
【００２６】ところで、冷媒回路(10)において最も冷媒保有量が多い部分は、室外熱交換器(13)である。そのため、室外熱交換器(13)の伝熱管を細径化することにより、冷媒充填量を効果的に低減することができる。また、伝熱管の細径化により熱交換器(13,15)が小型化するため、ひいては各ユニット(16,17)のコンパクト化を促進することも可能となる。
【００２７】そこで、本空気調和装置(1)では、室外熱交換器(13)及び室内熱交換器(15)の伝熱管を、管内圧力損失がＲ２２と同等レベルになるまで細径化することとした。具体的には、伝熱管内における圧力損失分に相当する冷媒飽和温度の変化量を考え、当該温度変化量がＲ２２と同等になるように、各熱交換器(13,15)の伝熱管の内径寸法を設定することとした。
【００２８】−伝熱管の設計方法−次に、熱交換器(13,15)の伝熱管の設計方法を具体的に説明する。ここでは、図２に示すように、蒸発冷媒の圧力損失に相当する飽和温度変化量ΔＴｅが従来の装置におけるＲ２２の飽和温度変化量と同等になるように、室外熱交換器(13)及び室内熱交換器(15)の各伝熱管を設計する。つまり、【００２９】
【数１】
【００３０】とする。ここで、【００３１】
【数２】
【００３２】とし、【００３３】
【数３】
【００３４】と考える。圧力損失ΔＰは、下記の円管の摩擦損失の式、【００３５】
【数４】
【００３６】を用いて算出し、冷房能力Ｑ＝Ｇ×Δｈを一定とすると、【００３７】
【数５】
【００３８】となるため、上記（２）式及び（４）式より、【００３９】
【数６】
【００４０】と表される。従って、上記（１）式及び（５）式と、Ｒ２２及びＲ３２の物性値とから、Ｒ２２用伝熱管に対するＲ３２用伝熱管の内径の比率、つまり伝熱管の細径比を求めることができる。つまり、【００４１】
【数７】
【００４２】図３に、上記（６）式に各物性値を代入した計算結果を示す。なお、本計算では、蒸発温度Ｔｅを２℃、凝縮温度Ｔｃを４９℃と仮定し、蒸発器出口のスーパーヒートＳＨ＝５ｄｅｇ、凝縮器出口のサブクールＳＣ＝５ｄｅｇとした。
【００４３】上記計算結果から、Ｒ３２用伝熱管はＲ２２用伝熱管の０．７６倍程度まで細径化することができ、また、Ｒ３２組成リッチの混合冷媒用の伝熱管は、Ｒ２２用伝熱管の０．７６〜０．８倍程度まで細径化することができることが分かった。なお、参考までに他の代替冷媒についても同様の計算を行ったが、Ｒ３２ほどの細径化効果は得られないことが分かった（図３参照）。
【００４４】本空気調和装置(1)では、このような設計方法に基づいて、Ｒ２２用伝熱管との比較において、以下の内径を有する伝熱管を用いることとした。すなわち、Ｒ３２単一冷媒を用いる場合には、室内熱交換器(15)の伝熱管を内径が４．７ｍｍ〜５．９ｍｍの伝熱管で形成し、室外熱交換器(13)の伝熱管を内径が５．４ｍｍ〜６．７ｍｍの伝熱管で形成する。一方、Ｒ３２組成リッチの混合冷媒を用いる場合には、室内熱交換器(15)の伝熱管を内径が４．７ｍｍ〜６．２ｍｍの伝熱管で形成し、室外熱交換器(13)の伝熱管を内径が５．４ｍｍ〜７．１ｍｍの伝熱管で形成することとした。
【００４５】各伝熱管の内径が上記数値範囲よりも小さい場合には、冷媒充填量は更に低減するものの、冷媒圧力損失が過大となる。一方、各伝熱管の内径が上記数値範囲よりも大きい場合には、冷媒圧力損失が低減し、装置の効率は向上するものの、冷媒充填量の低減効果等のＲ３２の効果を十分に活かすことが難しくなる。そこで、本実施形態では、各熱交換器の伝熱管の内径を上記数値範囲内に設定することとした。
【００４６】なお、装置の使用条件等によっては、Ｒ３２の特性をより顕著に発揮させるために、上記数値範囲をより限定してもよいことは勿論である。例えば、Ｒ３２単一冷媒を用いる場合に、室内熱交換器(15)の伝熱管を内径が４．９ｍｍ〜５．７ｍｍの伝熱管で形成し、室外熱交換器(13)の伝熱管を内径が５．６ｍｍ〜６．５ｍｍの伝熱管で形成してもよく、更には、室内熱交換器(15)の伝熱管を内径が５．１ｍｍ〜５．５ｍｍの伝熱管で形成し、室外熱交換器(13)の伝熱管を内径が５．８ｍｍ〜６．３ｍｍの伝熱管で形成してもよい。また、Ｒ３２組成リッチの混合冷媒を用いる場合に、室内熱交換器(15)の伝熱管を内径が４．９ｍｍ〜６．０ｍｍの伝熱管で形成し、室外熱交換器(13)の伝熱管を内径が５．６ｍｍ〜６．９ｍｍの伝熱管で形成してもよく、更には、室内熱交換器(15)の伝熱管を内径が５．２ｍｍ〜５．７ｍｍの伝熱管で形成し、室外熱交換器(13)の伝熱管を内径が５．９ｍｍ〜６．６ｍｍの伝熱管で形成してもよい。
【００４７】なお、ここで伝熱管の内径とは、内面平滑管の場合には拡管後の管内径をいい、図４に示すように、内面溝付管の場合には、拡管後の外径から底肉厚の２倍を引いた値、つまり内径ｄｉ＝ｄｏ−２ｔをいうものとする。
【００４８】伝熱管としては、銅管やアルミ管等の各種の伝熱管を用いることができるが、本実施形態に係る熱交換器(13,15)は、特に、空気と熱交換を行う空気熱交換器の一種として、銅管とアルミフィンとから成るプレートフィンチューブ熱交換器で構成されているため、伝熱管は銅管によって形成されている。
【００４９】−冷媒配管の構成−また、本空気調和装置(1)では、冷媒充填量の低減を目的として、熱交換器(13,15)の伝熱管だけでなく、冷媒回路(10)の冷媒配管についても細径化を図っている。
【００５０】上述した通り、Ｒ２２用の冷媒配管にＲ３２単一冷媒またはＲ３２混合冷媒をそのまま用いた場合、冷媒の圧力損失は低減する。そのため、冷媒回路(10)の液側配管(32)の内径を小さくして、管内圧力損失をＲ２２使用時と同等のレベルにまで増加させたとしても、装置の性能は従来と同等に維持される。そこで、本空気調和装置(1)においては、液側配管(32)を管内圧力損失がＲ２２相当になるまで細径化することにより、装置の性能を維持したまま冷媒回路(10)の冷媒充填量を低減することとした。
【００５１】これに対し、ガス側配管(31)（特に、圧縮機(11)の吸入配管となる第４ガス側配管(24)）を細径化すると、冷媒充填量の削減量はそれほど多くない反面、吸入圧力損失の増大の影響により、装置の効率は大きく低下する。このような装置の効率低下は、間接的に地球温暖化効果の増大を招くことになる。そこで、本空気調和装置(1)では、ガス側配管(31)は従来のＲ２２用ガス側配管と同様としつつ、液側配管(32)のみを従来のＲ２２用液側配管よりも細径化することとした。
【００５２】−冷媒配管の設計方法−次に、液側配管(32)の設計方法について説明する。ここでは、凝縮器出口から蒸発器入口に至るまでの冷媒の圧力降下量に対する液側配管(32)の圧力損失の占める割合が、Ｒ２２の場合と同等になるように液側配管(32)の設計を行う。つまり、図５に示す符号を用いて、【００５３】
【数８】
【００５４】ここで、【００５５】
【数９】
【００５６】とし、上記（７）式の分子の各項は、下記の円管の摩擦損失の式、【００５７】
【数１０】
【００５８】を用いて算出することとする。ここで、能力Ｑ＝Ｇ×Δｈを一定とし、上記（８）式から、【００５９】
【数１１】
【００６０】従って、【００６１】
【数１２】
【００６２】上記（７）式及び（１０）式より、【００６３】
【数１３】
【００６４】従って、上記（７）式及び（１１）式と、Ｒ２２及びＲ３２の物性値とから、Ｒ２２の液側配管に対するＲ３２の液側配管(32)の細径比を求めることができる。つまり、【００６５】
【数１４】
【００６６】図６に、上記（１２）式に各物性値を代入した計算結果を示す。なお、本計算においても、蒸発温度Ｔｅは２℃、凝縮温度Ｔｃは４９℃とし、スーパーヒートＳＨ＝５ｄｅｇ、サブクールＳＣ＝５ｄｅｇとした。
【００６７】上記計算結果から、Ｒ３２用の液側配管(32)は、Ｒ２２用の液側配管の０．７６倍程度まで細径化できることが分かった。また、Ｒ３２組成リッチの混合冷媒においても、Ｒ３２の組成が７５重量％以上含まれていれば、０．７６〜０．８倍程度まで細径化することが可能であることが分かった。なお、参考までに他の代替冷媒についても同様の計算を行ったが、Ｒ３２ほどの細径化効果は得られないことが分かった（図６参照）。
【００６８】図７は、従来のＲ２２を用いた装置におけるガス側配管と液側配管の管径（外径）を、冷房定格能力毎に示した図である。本空気調和装置(1)では、冷房定格能力に応じて、ガス側配管については上記Ｒ２２用ガス側配管と同径の配管を用いる一方、液側配管については、上記Ｒ２２用液側配管よりも細径化された配管を用いる。
【００６９】図８は、液側配管の内径ｄｌに対するガス側配管の内径ｄｇの比、すなわち（内径比）＝（ガス側配管内径ｄｇ）／（液側配管内径ｄｌ）を示した図である。本空気調和装置(1)では、冷房定格能力に応じて、以下の内径比を有するガス側配管(31)及び液側配管(32)を用いる。すなわち、冷房定格能力が５ｋＷよりも大きく且つ９ｋＷ以下のときには、上記内径比が２．１〜３．５になるような配管(31,32)を用い、冷房定格能力が５ｋＷ以下または９ｋＷよりも大きいときには、上記内径比が２．６〜３．５になるような配管(31,32)を用いることとした。また、冷房定格能力が５ｋＷ以下のときには、液側配管(32)として内径が３．２ｍｍ〜４．２ｍｍの配管を用い、冷房定格能力が５ｋＷよりも大きく且つ２２．４ｋＷ未満のときには、液側配管(32)として内径が５．４ｍｍ〜７．０ｍｍの配管を用い、冷房定格能力が２２．４ｋＷ以上のときには、液側配管(32)として内径が７．５ｍｍ〜９．８ｍｍの配管を用いることとした。
【００７０】上記内径比または液側配管(32)の内径が上記数値範囲よりも小さい場合には、冷媒充填量が更に低減するものの、装置の性能が低下する。一方、上記内径比または液側配管(32)の内径が上記数値範囲よりも大きい場合には、冷媒圧力損失が低減して装置の性能が向上するものの、冷媒充填量低減の効果が小さくなる。そのため、本実施形態では、装置の性能を維持しつつ冷媒充填量を十分に低減できるように、上記数値範囲内でガス側配管(31)及び液側配管(32)を設計することとした。
【００７１】なお、装置の使用条件等によっては、Ｒ３２の特性をより有効に活用するために、上記数値範囲をより限定してもよいことは勿論である。例えば、上記内径比を、冷房定格能力が５ｋＷよりも大きく且つ９ｋＷ以下のときには２．４〜３．２とし、冷房定格能力が５ｋＷ以下または９ｋＷよりも大きいときには２．８〜３．３としてもよい。更に、冷房定格能力が５ｋＷよりも大きく且つ９ｋＷ以下のときには２．６〜３．０とし、冷房定格能力が５ｋＷ以下または９ｋＷよりも大きいときには２．９〜３．１としてもよい。また、液側配管(32)の内径を、冷房定格能力が５ｋＷ以下のときには３．５ｍｍ〜３．９ｍｍとし、冷房定格能力が５ｋＷよりも大きく且つ２２．４ｋＷ未満のときには５．７ｍｍ〜６．７ｍｍとし、冷房定格能力が２２．４ｋＷ以上のときには７．８ｍｍ〜９．５ｍｍとしてもよい。更に、冷房定格能力が５ｋＷ以下のときには３．６ｍｍ〜３．８ｍｍとし、冷房定格能力が５ｋＷよりも大きく且つ２２．４ｋＷ未満のときには６．０ｍｍ〜６．４ｍｍとし、冷房定格能力が２２．４ｋＷ以上のときには８．１ｍｍ〜９．１ｍｍとしてもよい。
【００７２】ところで、従来より冷媒配管として、コストが安く且つ取り扱いが容易なことから、銅管がよく用いられている。銅管には種々の規格品が存在するため、既存の規格品を利用することにより、冷媒配管(31,32)の低コスト化を図ることができる。従って、装置の低コスト化のために、上記内径比を有するように規格品を組み合わせることにより、液側配管(32)及びガス側配管(31)の双方を規格品のみで構成することが好ましい。図９は、Ｒ２２用の銅管（ＪＩＳＢ８６０７）の仕様と、日本冷凍空調工業会提案（日冷工案）のＲ３２用高圧対応配管の仕様とを比較した図である。図９より、上記計算結果から算出された最適内径比０．７６（Ｒ３２単一冷媒の場合），０．８０（Ｒ３２を７５重量％含むＲ３２／１２５混合冷媒の場合）の±１０％の範囲内であれば、規格品を組み合わせることにより、当該内径比を容易に実現することができることが分かった。例えば、Ｒ２２用としてφ９．５ｍｍの規格化配管を用いていた場合、Ｒ３２を使用する際には、これに代わってφ８．０ｍｍの規格化配管を利用することができる。このように、本実施形態は、規格品を組み合わせることにより容易に実現可能な形態である。
【００７３】−空気調和装置(1)の運転動作−空気調和装置(1)の運転動作を、冷媒回路(10)における冷媒循環動作に基づいて説明する。
【００７４】冷房運転時には、四路切換弁(12)は図１に示す実線側に設定される。つまり、四路切換弁(12)は、第１ポート(12a)と第２ポート(12b)とが連通すると共に第３ポート(12c)と第４ポート(12d)とが連通する状態となる。この状態で、圧縮機(11)から吐出されたガス冷媒は、第１ガス側配管(21)、四路切換弁(12)及び第２ガス側配管(22)を流通し、室外熱交換器(13)で凝縮する。室外熱交換器(13)を流出した液冷媒は、第１液側配管(25)を流通し、膨張弁(14)で減圧されて気液二相冷媒となる。膨張弁(14)を流出した二相冷媒は、第２液側配管(26)を流通し、室内熱交換器(15)で室内空気と熱交換を行って蒸発し、室内空気を冷却する。室内熱交換器(15)を流出したガス冷媒は、第３ガス側配管(23)、四路切換弁(12)及び第４ガス側配管(24)を流通し、圧縮機(11)に吸入される。
【００７５】一方、暖房運転時には、四路切換弁(12)は図１に示す破線側に設定される。つまり、四路切換弁(12)は、第１ポート(12a)と第４ポート(12d)とが連通すると共に第２ポート(12b)と第３ポート(12c)とが連通する状態となる。この状態で、圧縮機(11)から吐出されたガス冷媒は、第１ガス側配管(21)、四路切換弁(12)及び第３ガス側配管(23)を流通し、室内熱交換器(15)に流入する。室内熱交換器(15)に流入した冷媒は、室内空気と熱交換を行って凝縮し、室内空気を加熱する。室内熱交換器(15)を流出した液冷媒は、第２液側配管(26)を流通し、膨張弁(14)で減圧されて気液二相冷媒となる。膨張弁(14)を流出した二相冷媒は、第１液側配管(25)を流通し、室外熱交換器(13)で蒸発する。室外熱交換器(13)を流出したガス冷媒は、第２ガス側配管(22)、四路切換弁(12)及び第４ガス側配管(24)を流通し、圧縮機(11)に吸入される。
【００７６】−本実施形態の効果−本実施形態によれば、冷媒としてＲ３２単一冷媒またはＲ３２組成リッチの混合冷媒を用いると共に、室外熱交換器(13)及び室内熱交換器(15)の伝熱管を従来よりも細径化することとしたので、装置の性能を維持したまま冷媒充填量を低減することが可能となり、地球温暖化効果の低減を図ることが可能となった。また、伝熱管の細径化により室外熱交換器(13)及び室内熱交換器(15)の低コスト化及びコンパクト化を達成することができ、室内ユニット(17)及び室外ユニット(16)を小型化することが可能となった。
【００７７】また、比較的小径の配管によって液側配管(32)を形成したことにより、運転効率を従来と同等に維持しつつ、冷媒回路(10)の冷媒充填量を更に低減することが可能となった。
【００７８】従って、地球温暖化係数が小さく且つ管内圧力損失が小さいというＲ３２の特性を十分に有効活用することができ、地球温暖化効果を大幅に減少することが可能となった。
【００７９】＜その他の実施形態＞上記実施形態は冷房運転及び暖房運転を選択的に実行可能ないわゆるヒートポンプ式の空気調和装置であったが、本発明の適用対象はヒートポンプ式空気調和装置に限定されるものではなく、例えば、冷房専用機であってもよい。また、冷房定格能力に対応する暖房定格能力毎に液側配管(32)及びガス側配管(31)の内径またはそれらの内径比を設定することにより、暖房専用機に対し本発明を適用することも可能である。
【００８０】ガス側配管(31)及び液側配管(32)は必ずしも銅管で形成する必要はなく、ＳＵＳ管、アルミ管、鉄管等の他の配管で形成してもよいことは勿論である。
【００８１】熱交換器は、空気熱交換器に限らず、二重管式熱交換器などの液−液熱交換器であってもよい。
【００８２】熱交換器の伝熱管や冷媒配管が細径化されることにより、冷媒回路の内容積（冷媒が通過する部分の内容積）が小さくなる。そのため、冷媒回路内に空気、水分、不純物等が混入する量が従来よりも少なくなり、冷凍機油が水分等と接触する機会が少なくなる。そのため、本実施形態によれば、冷凍機油の劣化が従来よりも起こりにくい。従って、冷凍機油として、エーテル油やエステル油などの合成油を用いた場合に、本実施形態の優位性はより顕著に発揮されることになる。
【００８３】なお、本発明でいうところの冷凍装置は、狭義の冷凍装置に限定されるものではなく、上記のような空気調和装置は勿論、冷蔵装置、除湿機等をも含む広い意味での冷凍装置である。
【００８４】また、上記実施形態でいうところの冷房定格能力とは、蒸発器における能力を意味するものであり、空気調和装置における冷房時の能力に限定されるものではない。なお、この冷房定格能力は、接続配管の長さが５ｍ、室内ユニットと室外ユニットの高低差が０ｍのときに、所定のＪＩＳ条件（室内乾球温度２７℃、室内湿球温度１９℃、室外乾球温度３５℃）のもとで発揮される能力である。
【００８５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Ｒ２２を用いた従来の装置よりも熱交換器の伝熱管が細径化されることにより、従来と同等の性能を維持したまま冷媒回路の冷媒充填量を低減することが可能となる。そのため、Ｒ３２単一冷媒またはＲ３２の混合冷媒を従来よりも有効に活用することができ、冷媒自体の地球温暖化係数の低減と冷媒充填量の低減とにより、地球温暖化効果を大幅に低減することができる。従って、地球環境保全に適した装置を提供することが可能となる。
【００８６】また、伝熱管の細径化により、熱交換器のコンパクト化を達成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月２日（１９９９．３．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９７４（Ｐ２０００−２５７９７４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５４２８９ |
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