(57)【要約】【課題】Ｒ４０７Ｃ以上の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】本発明に係る冷凍サイクル装置は、少なくともＲ３２とＲ１２５と第３の冷媒を含む混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置であって、前記第３の冷媒は、飽和温度が１０℃のときの飽和ガス密度が２４ｋｇ／ｍ３超、温度が１０℃のときの蒸発潜熱は９０ｋｊ／ｋｇ超、かつ、不燃性を有し、かつ、ＧＷＰが１５以下であり、前記３種混合冷媒は、前記Ｒ３２が２５〜６０重量％、前記Ｒ１２５が１〜１６重量％、前記第３の冷媒が３１〜６９重量％であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＲ３２とＲ１２５と第３の冷媒を含む混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置であって、
前記第３の冷媒は、飽和温度が１０℃のときの飽和ガス密度が２４ｋｇ／ｍ３超、温度が１０℃のときの蒸発潜熱は９０ｋＪ／ｋｇ超、かつ、不燃性を有し、かつ、ＧＷＰが１５以下であり、
前記３種混合冷媒は、前記Ｒ３２が２５〜６０重量％、前記Ｒ１２５が１〜１６重量％、前記第３の冷媒が３１〜６９重量％である、
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷凍サイクル装置は熱交換器を備え、前記熱交換器の伝熱管の肉厚は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記熱交換器の伝熱管の肉厚の１．２５倍〜１．３５倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷凍サイクル装置は熱交換器を備え、前記熱交換器の伝熱管の内径は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記熱交換器の伝熱管の内径の０．７倍〜１．０倍である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度が、所定の運転条件において所定温度になるように前記冷凍サイクル装置が備える絞り装置の開度を制御する制御手段を設ける、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機に封入される潤滑油は、極圧添加材が添加された合成油で構成される、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機に内蔵されるモータは、ＤＣモータであると共に、リラクタンストルクによって駆動され、かつ、前記モータの永久磁石が希土類磁石で構成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記冷凍サイクル装置は制御装置を備え、前記制御装置の最大電流容量は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記制御装置の最大電流容量より大きい、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機の排除容積は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記圧縮機の排除容積より小さい、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機の吸入側に接続された配管には、冷媒の温度を検出する手段が設けられていない、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記冷凍サイクル装置が備える熱源側熱交換器は、風上側流路と風下側流路が空気流通方向に並んで配置されており、
凝縮器として機能する場合において、媒は風下側流路２３ｂを流れてから風上側流路２３ａを流れるようにして、
蒸発器として機能する場合において、冷媒は風上側流路２３ａを流れてから風下側流路２３ｂを流れるようにする、
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和機などの冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアコンなどの冷凍サイクル装置に備わる冷媒回路を流通する冷媒としてＲ４０７Ｃが使用されている（例えば、特許文献１）。Ｒ４０７Ｃは、Ｒ３２，Ｒ１２５，Ｒ１３４ａの３成分からなる非共沸混合冷媒であり、単一冷媒や共沸冷媒と比較して相変化時の伝熱性能が低くなる。また、地球温暖化係数（以下、ＧＷＰともいう。）が１７７０と比較的高いため、ＧＷＰが低い冷媒への転換が求められている。最近では例えばＲ３２のみを使用するエアコンが開発されている。Ｒ３２は、ＧＷＰが６７５でＲ４０７Ｃの４０％程度と比較的低いものであるが、僅かな燃焼性を有する微燃性冷媒に分類される。
【０００３】
Ｒ３２を家庭用エアコンの冷媒として使用する場合、その微燃性に対応した防爆設計が必要となる。また、ビル用大型マルチエアコンでは使用する冷媒量が大量になるため、エアコンの作動中またはメンテナンス作業中に冷媒がエアコン外部に漏洩した際に着火した場合の被害が大きくなるおそれがある。
【０００４】
一方、エアコンに使用可能な冷媒としてＲ４１０Ａが知られている。Ｒ４１０Ａは、不燃性の冷媒であり、かつ、疑似共沸混合冷媒とされ、非共沸混合冷媒と比較して伝熱性能が高い。しかし、Ｒ４１０ＡはＧＷＰが２０９０とＲ４０７Ｃと比較して高いため、地球温暖化の観点では課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４９６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、Ｒ４０７Ｃと同等かそれ以上の冷媒性能でありながら、ＧＷＰがＲ４０７Ｃよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い冷媒の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｒ４０７Ｃ以上の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る冷凍サイクル装置は、少なくともＲ３２とＲ１２５と第３の冷媒を含む混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置であって、前記第３の冷媒は、飽和温度が１０℃のときの飽和ガス密度が２４ｋｇ／ｍ３超、温度が１０℃のときの蒸発潜熱は９０ｋJ／ｋｇ超、かつ、不燃性を有し、かつ、ＧＷＰが１５以下であり、前記３種混合冷媒は、前記Ｒ３２が２５〜６０重量％、前記Ｒ１２５が１〜１６重量％、前記第３の冷媒が３１〜６９重量％であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は熱交換器を備え、前記熱交換器の伝熱管の肉厚は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記熱交換器の伝熱管の肉厚の１．２５倍〜１．３５倍である、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は熱交換器を備え、前記熱交換器の伝熱管の内径は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記熱交換器の伝熱管の内径の０．７倍〜１．０倍である、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度が、所定の運転条件において所定温度になるように前記冷凍サイクル装置が備える絞り装置の開度を制御する制御手段を設ける、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機に封入される潤滑油は、極圧添加材が添加された合成油で構成される、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機に内蔵されるモータは、ＤＣモータであると共に、リラクタンストルクによって駆動され、かつ、前記モータの永久磁石が希土類磁石で構成されている、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は制御装置を備え、前記制御装置の最大電流容量は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記制御装置の最大電流容量より大きい、
ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置は圧縮機を備え、前記圧縮機の排除容積は、前記冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの前記圧縮機の排除容積より小さい、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置が備える圧縮機の吸入側に接続された配管には、冷媒の温度を検出する手段が設けられていない、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述した発明において、前記冷凍サイクル装置が備える熱源側熱交換器は、風上側流路と風下側流路が空気流通方向に並んで配置されており、
凝縮器として機能する場合において、冷媒は風下側流路を流れてから風上側流路を流れるようにして、蒸発器として機能する場合において、冷媒は風上側流路を流れてから風下側流路を流れるようにする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る混合冷媒によれば、Ｒ４０７Ｃ以上の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る冷凍サイクル装置に充填された混合冷媒の実施の形態を示す三角座標による組成図である。
【図２】図２は、本発明に係る冷凍サイクル装置に充填された混合冷媒の組成比による冷媒特性を説明する概略図である。
【図３】図３は、本発明に係る冷凍サイクル装置に充填された混合冷媒の組成比による冷媒特性を説明する概略図である。
【図４】図４は、本発明に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
【図５】図５は、本発明に係る冷凍サイクル装置の熱交換器を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明に係る冷凍サイクル装置の熱交換器の伝熱管を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る冷凍サイクル装置の熱交換器を示す上面図である。
【図８】図８は、本発明に係る冷凍サイクル装置の圧縮機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る混合冷媒およびこれを用いた冷凍サイクル装置（空気調和機）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
（混合冷媒）
まず、本発明に係る混合冷媒について説明する。
図１は、本発明に係る混合冷媒の組成を表す三角座標である。三角座標とは、正三角形の各辺をグラフ化する３項目とし、それらの項目の比率を正三角形内部の点から各辺への垂線の長さで表現したグラフである。この三角座標は正三角形内部の任意の点から各辺への垂線の和が一定値になることを利用しており、この一定値が三項目の比率の和である１００%に相当する。このとき、３つの頂点はそれぞれ、Ｒ３２が１００重量％、Ｒ１２５が１００重量％、第３の冷媒（以下、「α」）が１００重量％であることを指す。本発明に係る混合冷媒は、図１における範囲Ｒに含まれるものであって、詳細には、Ｒ３２を２５〜６０重量％、およびＲ１２５を１〜１６重量％、αを３１〜６９重量％含むものである。
【００２２】
ここで、Ｒ３２と、Ｒ１２５と、αの各冷媒は、それぞれ性質に長所と短所を有している。
【００２３】
Ｒ３２は、ＧＷＰが６７５と比較的低い。また、冷媒性能の指標の一つである蒸発潜熱が２２４．０ｋＪ／ｋｇ（飽和温度＝４５℃のとき）と比較的良好である。一方、燃焼性の指標の一つである燃焼速度は６．７ｃｍ／ｓと高い性質を有している。また、沸点は−５１．７℃である。
【００２４】
Ｒ１２５は、ＧＷＰが３５００と非常に高い。また、冷媒性能の指標の一つである蒸発潜熱が８４．５３ｋＪ／ｋｇ（飽和温度＝４５℃のとき）である。ただし、不燃冷媒（燃焼速度が０ｃｍ／ｓ）であるという性質を有している。また、沸点は−４８．１℃である。
【００２５】
αの冷媒の条件は、ＧＷＰが１５と非常に低い。また、αの冷媒は、飽和温度が１０℃のときの飽和ガス密度が２４ｋｇ／ｍ３超である。また、αの冷媒は、温度が１０℃のときの蒸発潜熱は９０ｋＪ／ｋｇである。さらに、αの冷媒は、不燃冷媒（燃焼速度が０ｃｍ／ｓ）という性質を有しているものとする。例えば、ヨウ化トリフルオロメタン（ＣＦ３Ｉ）が、上記冷媒に該当する。
【００２６】
したがって、Ｒ３２とＲ１２５とαの３種類の冷媒を後述する所定の混合比で混合して得られる本発明の混合冷媒は、各々の冷媒の混合比率に応じて、各冷媒の性質に由来する性質を示す。
【００２７】
なお、図１においては、参考としてＲ４１０Ａの位置を三角座標の右側の辺の中間部に示している。Ｒ４１０Ａは、Ｒ３２とＲ１２５を５０％ずつ含む混合冷媒である。
【００２８】
本発明に係る混合冷媒は、図１のハッチングで示された範囲Ｒに位置するものである。本発明においては、冷媒性能が比較的良いＲ３２をベースとする。ただし、混合冷媒を不燃冷媒にするために、唯一の可燃性冷媒のＲ３２は６０％以下となるようにする。不燃冷媒のＲ１２５とαで残りの４０％以上を構成する。
【００２９】
ここで、Ｒ１２５の組成比率が増加するとＧＷＰが上昇することから、ＧＷＰが非常に低いαを多く含ませる。この場合、３種の混合冷媒のＧＷＰを７５０以下にするには、αの組成比率を３１％以上にする必要がある。ただし、αの組成比率を過剰に多くすると体積能力（単位はｋＪ／ｍ３）が低くなる。体積能力がＲ４０７Ｃ以下とならないようにするため、αの組成比率は６９％以下に制限している。ＧＷＰを７５０以下としているのは、２０１５年４月に施行されたフロン排出抑制法において、店舗・オフィス用エアコンの製造業者に対して定めた目標値（２０２０年度にＧＷＰ７５０以下）に基づいている。
【００３０】
体積能力とは、単位体積（圧縮機の単位吸込量）当たりの冷媒の冷凍能力を指す。体積能力が小さいと、排除容積の大型化に繋がる。また、圧縮機の排除容積は、大きくなるとその分の摺動損失や漏れ損失の増加に繋がる。そのため、冷凍サイクル装置の高性能化のため、体積能力が大きな冷媒を使用することが望ましい。
【００３１】
体積能力は、空気調和装置の冷房運転を想定した凝縮温度５０℃、蒸発温度１０℃、過冷却度５Ｋ、過熱度０Ｋの条件下での冷凍能力（単位はｋＪ／ｋｇ）、と吸込密度（単位はｋｇ／ｍ３）の積により算出される。なお、非共沸混合冷媒の二相域での温度勾配（凝縮圧力における露点と沸点の温度差、蒸発圧力における露点と沸点の温度差）を考慮し、凝縮温度は飽和液が５０℃のときの圧力、蒸発温度は飽和蒸気が１０℃のときの圧力として算出した。
【００３２】
上記の条件で算出したＲ４０７Ｃの体積能力は、４２０８ｋＪ／ｍ３となった。αの組成比率が７０％とした場合、混合冷媒の体積能力は４１９３ｋＪ／ｍ３となり、Ｒ４０７Ｃの体積能力を下回る。
【００３３】
図２は、本発明に係る混合冷媒の組成比による冷媒特性を説明する概略図であり、表を左に９０度回転させている。
【００３４】
図２において、Ｒ３２の組成比率が２５〜６０重量％、Ｒ１２５が１〜１６重量％のものが本発明に係る混合冷媒に対応している。左端の列は、Ｒ３２単体の冷媒特性を表しており、左端から２番目の列は、Ｒ１２５単体の冷媒特性を表しており、左端から３番目の列は、Ｒ４１０Ａの冷媒特性を表している。
【００３５】
不燃冷媒とするためには、可燃性冷媒であるＲ３２の比率を６０％以下にすればよい。
【００３６】
一方、Ｒ４１０ＡのＧＷＰは２０８８であるが、本発明ではＧＷＰを大幅に（７５０以下に）低減することを目標とする。Ｒ１２５の組成比率を１７％以上とするとＧＷＰは７６６となるので、ＧＷＰを７５０以下に低減することはできない。
【００３７】
他方、混合冷媒の冷媒性能の指標の一つである体積能力が小さい場合には、伝熱性能が低下し、その混合冷媒を使用した空気調和機での性能低下が大きくなる。体積能力はＲ４０７Ｃより高くなるようにすることが望ましい。
【００３８】
このように、Ｒ３２を２５〜６０重量％、Ｒ１２５を１〜１６重量％、およびαを３１〜６９重量％含んだ混合冷媒とすれば、Ｒ４０７Ｃと同等以上の冷媒性能を有し、ＧＷＰが７５０以下で、かつ、不燃の混合冷媒を提供することができる。なお、本実施形態では、Ｒ３２と、Ｒ１２５と、αのみからなる３種混合冷媒について説明したが、Ｒ３２を２５〜６０重量％、Ｒ１２５を１〜１６重量％、およびαを３１〜６９重量％含んでいれば、他の冷媒が含まれていても同様の効果を発揮できる。但し、４種目以降の冷媒は、前記３種（Ｒ３２、Ｒ１２５、α）より低い組成比率に限るものとする。また、４種目以降の冷媒は、ＡＳＨＲＡＥ３４冷媒安全性分類規格に相当する毒性、燃焼性の評価を行い、Ａ１（低毒、不燃性）、若しくは、Ａ２Ｌ（低毒、微燃性）相当に区分された冷媒に限るものとする。例えば、ＨＦＯ系冷媒であるＲ１２３４ｙ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１１２３等は、４種目以降の冷媒に該当する。
【００３９】
［冷凍サイクル装置の構成］
次に、本発明に係る冷凍サイクル装置（空気調和機）について説明する。
本発明に係る空気調和機は、冷媒回路を流通する冷媒として、上述した混合冷媒、すなわちＲ３２を２５〜６０重量％、Ｒ１２５を１〜１６重量％、およびαを３１〜６９重量％含んでなる混合冷媒を用いたものである。
【００４０】
図３は、本発明に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。冷凍サイクル装置１は、室内を冷暖房する空気調和機に適用されており、図１に示すように、室外機２と、室内機５とを備えている。室外機２は、ロータリ圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、絞り装置（減圧器）２４及び室外機制御部２００を備えている。
【００４１】
ロータリ圧縮機２１は、吐出部としての吐出口１８と、吸入部としての吸入口１９と、を備えている。ロータリ圧縮機２１は、室外機制御部２００によって制御されることで、吸入口１９から吸入管４２及び四方弁２２を介して供給される冷媒を圧縮し、吐出口１８から、その圧縮された冷媒を吐出管４１を介して四方弁２２へ供給する。
【００４２】
四方弁２２は、吐出管４１及び吸入管４２と接続されると共に、冷媒配管４３を介して室外熱交換器２３に、冷媒配管４４を介して室内機５にそれぞれ接続されている。室内機５と室外熱交換器２３は、冷媒配管４５を介して接続されている。四方弁２２は室外機制御部２００に制御されることにより、冷凍サイクル装置１を暖房モードまたは冷房モードのどちらかに切り替える。冷房モードに切り替えられたとき四方弁２２は、吐出管４１を介してロータリ圧縮機２１から吐出された冷媒を室外熱交換器２３に供給し、室内機５から流出した冷媒をロータリ圧縮機２１に吸入管４２を介して供給する。暖房モードに切り替えられたとき四方弁２２は、吐出管４１を介してロータリ圧縮機２１から吐出された冷媒を室内機５に供給し、室外熱交換器２３から流出した冷媒をロータリ圧縮機２１に吸入管４２を介して供給する。
【００４３】
室外熱交換器２３は、冷媒配管４５を介して絞り装置２４に接続されている。室外熱交換器２３の近傍には、室外ファン２７が配置されている。室外ファン２７は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３によって冷媒と熱交換した外気を室外機２の外部へ放出する。室外熱交換器２３は、冷房モードの場合、四方弁２２から冷媒が供給された冷媒と、室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させ、その熱交換された冷媒を絞り装置２４に供給する。室外熱交換器２３は、暖房モードの場合、絞り装置２４から冷媒が供給された冷媒と、室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させ、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。
【００４４】
絞り装置２４は、冷媒配管４５を介して室内機５に接続されている。絞り装置２４は、冷房モードの場合に、室外熱交換器２３から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室内機５に供給する。絞り装置２４は、暖房モードの場合に、室内機５から供給された冷媒を断熱膨張させることにより減圧し、低温低圧となった二相冷媒を室外熱交換器２３に供給する。さらに、絞り装置２４は、室外機制御部２００に制御されることにより、開度が調節され、暖房モードの場合、室内機５から室外熱交換器２３に供給される冷媒の流量を調節する。冷房モードの場合、室外熱交換器２３から室内機５に供給される冷媒の流量を調節する。
【００４５】
室内機５は、室内熱交換器５１、室内ファン５５及び室内機制御部５００を有する。室内ファン５５は、室内熱交換器５１の近傍に配置されており、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室内機５の内部へ室内空気を取り込み、室内熱交換器５１によって冷媒と熱交換した室内空気を室内へ放出する。室内熱交換器５１は、冷媒配管４４を介して四方弁２２に、冷媒配管４５を介して室外機２の絞り装置２４とそれぞれ接続されている。室内熱交換器５１は、冷凍サイクル装置１が冷房モードに切り替えられたときに蒸発器として機能し、冷凍サイクル装置１が暖房モードに切り替えられたときに凝縮器として機能する。すなわち、室内熱交換器５１は、冷房モードの場合に、絞り装置２４から供給された低温低圧となった二相冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。室内熱交換器５１は、暖房モードの場合に、四方弁２２から供給された冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を絞り装置２４に供給する。
【００４６】
［室外機制御部の構成］
室外機制御部２００は、いわゆるマイクロコンピュータによって構成されており、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、記憶装置及び入出力装置を有する。ＣＰＵは、室外機制御部２００にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、記憶装置及び入出力装置を制御する。さらに、ＣＰＵは、ロータリ圧縮機２１、四方弁２２、絞り装置２４、バイパス弁２６及び室内機制御部５００をそれぞれ制御する。記憶装置には、コンピュータプログラムが記録されている。記憶装置には、ＣＰＵにより利用される情報が記録されている。室外機制御部２００にインストールされるコンピュータプログラムは、室外機制御部２００に複数の機能をそれぞれ実現させるための複数のコンピュータプログラムから構成されている。
【００４７】
以上、本実施例の冷凍サイクル装置１は、１つの室外機２に対応する１つの室内機５を有するシングルタイプとして構成されたが、１つの室外機２に対応する複数の室内機５を有するマルチタイプとして構成されてもよい。また、実施例の熱交換器は、ロータリ圧縮機２１を用いた冷凍サイクル装置１に適用されるが、ロータリ圧縮機２１に限定されるのではなく、スクロール圧縮機に適用されてもよい。
【００４８】
［冷凍サイクル装置の動作］
冷凍サイクル装置１のユーザは、室内機５が配置されている室内を温度調節するときに、リモートコントローラ（不図示）を操作することにより、冷凍サイクル装置１を起動し、室内機制御部５００に運転条件を入力する。室内機制御部５００は、運転条件が入力されると、入力された運転条件と、室内熱交換器５１の温度と、室内温度とを室外機制御部２００に送信する。室外機制御部２００は、室内機制御部５００から受信した運転条件、室内熱交換器５１の温度及び室内温度に基づいて、暖房運転または冷房運転のどちらかを実行する。図１には、暖房運転時における冷媒回路内の冷媒の流れを矢印で示す。
【００４９】
［冷房運転］
室外機制御部２００は、冷房運転を行う場合、四方弁２２を制御することにより、四方弁２２を冷房モードに切り替える。室外機制御部２００によって制御されたロータリ圧縮機２１は、吸入管４２を介して四方弁２２から吸入したガス冷媒を圧縮する。ロータリ圧縮機２１は、圧縮した高温高圧のガス冷媒を四方弁２２に吐出する。四方弁２２は、冷房モードに切り替えられているとき、ロータリ圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器２３に供給する。室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気と、高温高圧のガス冷媒との間で熱交換させることにより、高温高圧のガス冷媒を凝縮させて液化させる。室外熱交換器２３は、その高圧の液冷媒を絞り装置２４に供給する。
【００５０】
絞り装置２４は、室外熱交換器２３から供給された高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の二相冷媒にする。絞り装置２４は、低温低圧の二相冷媒を室内機５の室内熱交換器５１に供給する。室内熱交換器５１は、絞り装置２４から供給された低温低圧の二相冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気との間で熱交換させることにより、低温低圧の二相冷媒を蒸発させてガス化させる。室内熱交換器５１は、低圧のガス冷媒を、四方弁２２に供給する。四方弁２２は、冷房モードに切り替えられているとき、室内熱交換器５１から流出た低圧のガス冷媒をロータリ圧縮機２１に供給する。
【００５１】
［暖房運転］
室外機制御部２００は、暖房運転を行う場合、四方弁２２を制御することにより、四方弁２２を暖房モードに切り替える。室外機制御部２００によって制御されたロータリ圧縮機２１は、吸入管４２を介して四方弁２２から吸入したガス冷媒を圧縮する。ロータリ圧縮機２１は、圧縮された高温高圧のガス冷媒を四方弁２２に吐出する。四方弁２２は、暖房モードに切り替えられているとき、ロータリ圧縮機２１から吐出した高温高圧のガス冷媒を室内機５に供給する。室内機５の室内熱交換器５１は、四方弁２２から室内機５に供給された高温高圧のガス冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気との間で熱交換させることにより、高温高圧のガス冷媒を凝縮させて液化させる。室内熱交換器５１は、高圧の液冷媒を絞り装置２４に供給する。
【００５２】
絞り装置２４は、室内熱交換器５１から供給された高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の二相冷媒にする。絞り装置２４は、低温低圧の二相冷媒を室外熱交換器２３に供給する。室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気と、絞り装置２４から供給された低温低圧の二相冷媒との間で熱交換させることにより、低温低圧の冷媒を蒸発させてガス化させる。室外熱交換器２３は、低圧のガス冷媒を四方弁２２に供給する。四方弁２２は、暖房モードに切り替えられているとき、室外熱交換器２３から流出した低圧のガス冷媒をロータリ圧縮機２１に供給する。
【００５３】
なお、Ｒ４０７Ｃを冷媒として用いる場合、相変化時に生じる温度勾配が大きくなり、絞り装置２４の開度を制御する際に影響がある。絞り装置２４の開度は、ロータリ圧縮機２１へ吸入される冷媒の吸入過熱度が最適な値となるように制御される。吸入過熱度は、蒸発器出口温度（ロータリ圧縮機２１に吸入される冷媒の温度）から蒸発器中間温度（蒸発過程の冷媒の温度）を減じて算出される。単一冷媒や共沸冷媒の場合、蒸発温度とロータリ圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）からロータリ圧縮機２１へ吸入される冷媒の吸入過熱度を推定できる。そのため、四方弁２２からロータリ圧縮機２１の吸入口１９までの間に冷媒の温度を検出する温度センサを設ける必要が無かった。
【００５４】
しかし、Ｒ４０７Ｃのような冷媒だと、蒸発する過程で温度が上昇していくため、ロータリ圧縮機２１へ吸入される冷媒の吸入過熱度が目標値に対して不足（最適な状態ではない）していても、見かけ上、吸入過熱度が適切な値となる。そのため、Ｒ４０７Ｃのような冷媒では、蒸発器出口温度（ロータリ圧縮機２１に吸入される冷媒の温度）を検出する必要があった。一方、本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃと比較して温度勾配が小さくなるため、四方弁２２からロータリ圧縮機２１の吸入口１９までの間に冷媒の温度を検出する温度センサを設ける必要が無い。
【００５５】
さらに、室外機制御部２００は、暖房運転または冷房運転を実行しているときに、室内機制御部５００から受信した運転条件、室内熱交換器５１の温度及び室内温度に基づいて、絞り装置２４の開度を調節する。例えば、室外機２と室内機５が運転されているときに、室外機制御部２００は、室内機制御部５００から受信した運転条件、室内熱交換器５１の温度及び室内温度に基づいて、ロータリ圧縮機２１から吐出された冷媒の温度（吐出温度）が高いと判定したときに、絞り装置２４を制御することにより、絞り装置２４の開度を増加させる。
【００５６】
なお、本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃと比較して冷房時の凝縮温度が高くなる条件（例えば高外気温条件等）において潜熱エンタルピーが減少するため、Ｒ４０７Ｃと同等の冷房能力を維持するためには循環量を増加させる必要がある。循環量を増加させるため、室外機制御部２００の最大電流容量が大きいことが好ましい。したがって、本実施形態の冷凍サイクル装置における室外機制御部２００の最大電流容量は、本実施形態の冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの室外機制御部の最大電流容量より大きくなる。
【００５７】
［熱交換器の構成］
図４は、実施例の室外熱交換器２３を示す斜視図である。実施例の熱交換器は、室外熱交換器２３及び室内熱交換器５１として冷凍サイクル装置１に設けられている。室外熱交換器２３は、図４に示すように、一対の側板２３１−１、２３１−２と、伝熱管２３２と、複数のフィン２３３と、を有する。一対の側板２３１−１、２３１−２は、それぞれ、板状に形成されている。一対の側板２３１−１、２３１−２は、複数のフィン２３３の積層方向の両端にそれぞれ沿うように配置され、室外機２に支持されている。側板２３１−１、２３１−２には、複数の貫通孔が形成されている。
【００５８】
なお、図４には、室外熱交換器２３として適用した場合の熱交換器の形状の一例を示しており、この形状に限定されるものではない。例えば、室内熱交換器５１に適用する場合には、室内機５の形態に合わせた熱交換器の形状に形成される。
【００５９】
伝熱管２３２は、１本の円管となるように形成されている。伝熱管２３２は、一対の側板２３１−１、２３１−２の間を蛇行しており、複数の直線部と複数の屈曲部とを含んでいる。複数の屈曲部の各々には、複数の直線部のうちの２つの直線部が接続されている。伝熱管２３２は、一対の側板２３１−１、２３１−２に形成されている複数の貫通孔に沿って複数の直線部がそれぞれ挿入されることにより、各側板２３１−１、２３１−２に支持されている。伝熱管２３２は、一端が冷媒配管４３を介して四方弁２２に接続されており、他端が冷媒配管４５を介して絞り装置２４に接続されている。
【００６０】
図５は、実施例の室外熱交換器２３が有する伝熱管を示す横断面図である。
【００６１】
図５に示すように、伝熱管２３２の径方向に対する肉厚をＨ［ｍｍ］、そして、伝熱管２３２の内径をφＢ［ｍｍ］とする。なお、伝熱管２３２の製造工程では、伝熱管２３２が所望の外径に拡径されるが、上述の式１は、拡管後の伝熱管２３２の寸法を指している。本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃと比較して同一温度下での冷媒の圧力が高くなる（約３０％上昇）ため、伝熱管の肉厚を厚くすることで耐圧性を向上させる必要がある。そのため、本実施形態の冷凍サイクル装置における伝熱管２３２の肉厚は、本実施形態の冷凍サイクル装置が冷媒としてＲ４０７Ｃを封入したときの伝熱管の肉厚の１．２５〜１．３５倍であることが好ましい。
【００６２】
若しくは、肉厚を厚くしなくても伝熱管２３２の内径を小さくすることで耐圧性を向上させることができる。そのため、本実施形態の冷凍サイクル装置における伝熱管２３２の内径は、本実施形態の冷凍サイク
ル装置に対応する、冷媒としてＲ４０７Ｃを封入した冷凍サイクル装置の伝熱管の内径の０．７〜１．０倍であることが好ましい。また、本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃと比較して冷房時の凝縮温度が高くなる条件（例えば高外気温条件等）において潜熱エンタルピーが減少するため、Ｒ４０７Ｃと比較して冷房能力が低下する。そこで、熱交換器の性能指標となるＫＡ値（熱通過率×表面積）の高いマイクロチャネル熱交換器（例えば、伝熱管として扁平多孔管を用いたパラレルフロー熱交換器）を室外熱交換器２３として用いることで、本発明の冷凍サイクル装置でも、Ｒ４０７Ｃと比較して冷房能力の低下を抑制できる。
【００６３】
図６は、実施例の室外熱交換器２３を示す上面図である。実施例の室外熱交換器２３（熱源側熱交換器）は、図６に示されているように、風上側流路２３ａと風下側流路２３ｂが空気流通方向Ｄに並んで配置されている。凝縮器として機能する場合（冷媒が冷媒配管４３から冷媒配管４５へ流れる場合）において、冷媒は風下側流路２３ｂを流れてから風上側流路２３ａを流れるようにしている。また、蒸発器として機能する場合において、（冷媒が冷媒配管４５から冷媒配管４３へ流れる場合）において、冷媒は風上側流路２３ａを流れてから風下側流路２３ｂを流れるようにしている。
【００６４】
室外熱交換器２３が蒸発器として機能する場合において、風下側流路２３ｂを通過する空気は、既に風上側流路２３ａにおいて冷媒と熱交換されている。同様に、風下側流路２３ｂを通過する冷媒は、既に風上側流路２３ａにおいて空気と熱交換されている。したがって、Ｒ４０７Ｃのように温度勾配が大きい冷媒を使用した場合、伝熱管を流れる過程で当該温度差が縮まりやすい。そのため、冷媒としてＲ４０７Ｃを封入する冷凍サイクル装置では、ブリッジ回路などを形成して、冷房運転時も冷媒の流れを暖房運転時と同じ方向（冷媒が冷媒配管４３から冷媒配管４５へ流れる方向）となるように形成させる必要があった。一方、本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃと比較して温度勾配が小さくなるため、並行流であっても温度差は確保できる。
【００６５】
［ロータリ圧縮機］
図７は、実施形態のロータリ圧縮機２１を示す断面図である。ロータリ圧縮機２１は、図２に示されているように、圧縮機筐体１０とシャフト１５とモータ部１１と圧縮機部１２とを備えた高圧ドーム式圧縮機である。圧縮機筐体１０は、概ね円筒形に形成され、圧縮機２１が設置された環境から密閉された内部空間１６を形成している。内部空間１６は、概ね円柱状に形成されている。圧縮機筐体１０は、圧縮機筐体１０を水平面上に垂直に置いたとき内部空間１６の円柱の軸が鉛直方向に平行になるように、配置されている。圧縮機筐体１０は、内部空間１６の下部に油溜め１７が形成されている。油溜め１７には、圧縮機部１２を潤滑させる潤滑油が貯留される。圧縮機筐体１０は、内部空間１６が吸入管４２と吐出管４１とに接続されている。吸入管４２は、第１吸入管４２１と第２吸入管４２２とを含んでいる。シャフト１５は、棒状に形成され、圧縮機筐体１０の内部空間１６に配置されている。シャフト１５は、内部空間１６が形成する円柱の軸に平行である回転軸を中心に回転可能に圧縮機筐体１０に支持されている。
【００６６】
［モータ部］
モータ部１１は、内部空間１６のうちの上部に配置されている。モータ部１１は、ロータ１１２とステータ１１１とを備えている。ロータ１１２は、概ね円柱状に形成され、シャフト１５に固定されている。ステータ１１１は、概ね円筒形に形成され、ロータ１１２を囲むように配置され、圧縮機筐体１０に固定されている。ステータ１１１は、ステータコア１１３と複数の巻き線１１４を備えている。複数の巻き線１１４は、ステータコア１１３に形成される複数のティース部にそれぞれ巻かれている。
【００６７】
なお、モータ部１１はブラシレスＤＣモータで構成されると共に、リラクタンストルクによって駆動するように構成されている。さらに、ロータ１１２の永久磁石）が希土類磁石で構成されている。本発明の冷凍サイクル装置に充填された混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃよりロータリ圧縮機２１内部の冷媒温度が高くなる。
【００６８】
ＤＣモータの場合は、モータにフェライトや希土類等の永久磁石が使用されている。このため、この永久磁石部分には誘導電流は殆ど発生しないため、モータ温度が上昇し、永久磁石部分の電気抵抗が上昇しても損失は生じない。よって、ＤＣモータは、温度上昇に伴うモータ効率の低下が少ない。そのため、本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒のように吐出温度が高い冷媒を使用する場合はＤＣモータが適している。特に、希土類磁石は温度上昇に対する磁力低下が少ない。このため、希土類を磁石材料として用いたＤＣモータが吐出温度の高い冷媒に適している。また、ＤＣモータの中でも、リラクタンストルクを利用し、効率の向上を図ることが好ましい。つまり、永久磁石のトルクは、温度の上昇に伴って低下するのに対して、このリラクタンストルクは温度上昇に関係せず、一定値を保つ。したがって、本発明の冷凍サイクル装置に充填されている混合冷媒のように吐出温度の高い冷媒を使用する場合、リラクタンストルクを利用したＤＣモータが適している。
【００６９】
モータ部１１は、複数の巻き線１１４に三相電流が印加されることにより、ステータ１１１が回転磁界を発生させる。ロータ１１２は、ステータ１１１により生成された回転磁界により、シャフト１５を回転させる。すなわち、モータ部１１は、複数の巻き線１１４に三相電流が印加されることにより、シャフト１５を回転させる。モータ部１１は、複数の巻き線１１４に三相電流のうち一相又は二相を欠く欠相電流が印加されると、ステータ１１１が回転磁界を発生させず、シャフト１５を回転させない。モータ部１１は、冷凍サイクル装置１の運転停止中、複数の巻き線１１４に欠相電流が印加されることにより、発熱し、圧縮機筐体１０の内部空間１６内の冷媒と潤滑油とを加熱する。なお、潤滑油は極圧添加剤が添加された合成油であることが好ましい。これは、本発明の冷凍サイクル装置に充填された混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃよりロータリ圧縮機２１内部の冷媒温度が高くなるため、高温による熱膨張などでロータリ圧縮機２１の後述する圧縮機部１２等の摺動部における摩耗を低減させるためである。この極圧添加剤としては、リン酸エステル、亜リン酸エステルなどのリン系の他、塩素系や硫黄系などのものが用いられる。
【００７０】
［圧縮機部］
圧縮機部１２は、第１の圧縮部１２Ｓと第２の圧縮部１２Ｔとを備えている。第１の圧縮部１２Ｓは、第１シリンダ１２１Ｓと第１環状ピストン１２５Ｓとを備え、図示されていない第１ベーンを備えている。第１シリンダ１２１Ｓは、第１シリンダ室１３０Ｓを形成している。第１環状ピストン１２５Ｓは、第１シリンダ室１３０Ｓに配置され、シャフト１５に固定されている。第１ベーンは、移動可能に第１シリンダ室１３０Ｓに支持され、第１シリンダ１２１Ｓと第１環状ピストン１２５Ｓとの間に形成される作動室を吸入室と圧縮室とに区画している。吸入室は、圧縮機筐体１０の内部空間１６に接続されず、吸入管４２のうちの第１吸入管４２１に接続されている。吸入室は、シャフト１５が回転することにより、容積が拡張し、所定の容積（排除容積）まで拡張した後に、圧縮室に遷移する。圧縮室は、２つの吸入管４２に接続されていないで、圧縮機筐体１０の内部空間１６に接続されている。圧縮室は、シャフト１５が回転することにより、容積が縮小し、所定の容積まで縮小した後に、吸入室に遷移する。なお、本発明の冷凍サイクル装置に充填された混合冷媒は、Ｒ４０７Ｃよりロータリ圧縮機２１へ吸入される冷媒の密度が高くなるため、同条件でＲ４０７Ｃと同じ循環量を得るために必要な排除容積は小さくて良い。排除容積を小さくすることで、圧縮機の小型化が図れる。
【００７１】
第２の圧縮部１２Ｔは、第１の圧縮部１２Ｓと概ね同様に形成され、第１の圧縮部１２Ｓの上部に配置されている。第２の圧縮部１２Ｔは、第２シリンダ１２１Ｔと第２環状ピストン１２５Ｔとを備え、図示されていない第２ベーンを備えている。第２シリンダ１２１Ｔは、第２シリンダ室１３０Ｔを形成している。第２環状ピストン１２５Ｔは、第２シリンダ室１３０Ｔに配置され、シャフト１５に対して第２環状ピストン１２５Ｔと１８０°の位相差が形成されるように、シャフト１５に固定されている。第２ベーンは、移動可能に第２シリンダ室１３０Ｔに支持され、第２シリンダ１２１Ｔと第２環状ピストン１２５Ｔとの間に形成される作動室を吸入室と圧縮室とに区画している。吸入室は、圧縮機筐体１０の内部空間１６に接続されていないで、２つの吸入管４２のうちの第２吸入管４２２に接続されている。吸入室は、シャフト１５が回転することにより、容積が拡張し、所定の容積まで拡張した後に、圧縮室に遷移する。圧縮室は、２つの吸入管４２に接続されていないで、圧縮機筐体１０の内部空間１６に接続されている。圧縮室は、シャフト１５が回転することにより、容積が縮小し、所定の容積まで縮小した後に、吸入室に遷移する。
【符号の説明】
【００７２】
１  冷凍サイクル装置
１０  圧縮機筐体
１１  モータ部
１１１  ステータ
１１２  ロータ
１１３  ステータコア
１１４  巻き線
（１１５  巻き線温度センサ）
１２  圧縮機部
１２Ｓ  第１の圧縮部
１２１Ｓ  第１シリンダ
１２５Ｓ  第１環状ピストン
１３０Ｓ  第１シリンダ室
１２Ｔ  第２の圧縮部
１２１Ｔ  第２シリンダ
１２５Ｔ  第２環状ピストン
１３０Ｔ  第２シリンダ室
１５  シャフト
１６  内部空間
１７  油溜め
１８  吐出口
１９  吸入口
２  室外機
２００  室外機制御部
２１  ロータリ圧縮機
２２  四方弁
２３  室外熱交換器
２３１−１  側板
２３１−２  側板
２３２  伝熱管
２３３  フィン
２４  絞り装置（減圧器）
２７  室外ファン
４１  吐出管
４２  吸入管
４２１  第１吸入管
４２２  第２吸入管
４３  冷媒配管
４４  冷媒配管
４５  冷媒配管
５  室内機
５００  室内機制御部
５１  室内熱交換器
５５  室内ファン
【図１】
2020003163.tif 000003
【図２】
2020003163.tif 000004
【図３】
2020003163.tif 000005
【図４】
2020003163.tif 000006
【図５】
2020003163.tif 000007
【図６】
2020003163.tif 000008
【図７】
2020003163.tif 000009
【図８】
2020003163.tif 000010