(57)【要約】  空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、配管は、蒸発器の出口側から圧縮機を経由して凝縮器の入口側に至るまでに存在し、起立している立ち上がりガス配管を含み、立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下である。
2019138594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、
前記配管は、前記蒸発器の出口側から前記圧縮機を経由して前記凝縮器の入口側に至るまでに存在し、起立している立ち上がりガス配管を含み、
前記立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下である
空気調和装置。
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１×（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【請求項２】
前記立ち上がりガス配管の内径が、下記式（３．１）、式（３．２）、式（３．３）から求められる下限閾値Ｄ２以上である
請求項１記載の空気調和装置。
［数３］
Ｐｅ−ΔＰ＝Ｐａｔｍ・・・・・・・（３．１）
ΔＰ＝ｆ×Ｌ／Ｄ２×ｒｇ×Ｕｇ２／２・・・・（３．２）
ｆ＝０．３１６４Ｒｅ−０．２５・・・（３．３）
Ｐｅ：蒸発圧力［Ｐａ］
ΔＰ：圧力損失［Ｐａ］
Ｐａｔｍ：大気圧［Ｐａ］
ｆ：管摩擦係数［−］
Ｌ：配管長［ｍ］
Ｄ２：配管内径［ｍ］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｒｅ：レイノルズ数［−］
【請求項３】
前記上限閾値Ｄ１は、
前記蒸発器の出口側から前記圧縮機の入口側までの配管では２４ｍｍであり、
前記圧縮機の出口側から前記凝縮器の入口側までの配管では１９ｍｍである
請求項１又は２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記凝縮器の出口側から分岐して前記圧縮機の入口側に接続されるインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられ前記インジェクション配管に流れる前記作動流体の量を調整するインジェクション弁と、
前記圧縮機の駆動周波数が周波数閾値未満の場合、前記インジェクション弁を開くように制御する制御部と、を更に備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記混合冷媒は、
混合比率が３１質量％以上のＲ３２と、１５質量％以下のＲ１２５と、２０質量％以上のＣＦ３Ｉとを含み、ＧＷＰが７５０以下且つＲ１２５以上の動作圧力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記混合冷媒は、
混合比率が４４質量％以下のＲ３２と、１００質量％以下のＲ１２３４ｙｆと、２０質量％以上のＣＦ３Ｉとを含み、ＧＷＰが３００以下且つＲ１２３４ｙｆ以上の動作圧力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記安定剤は、ＣＦ３Ｉが分解、化合又は一部の原子が置換されて他の物質に変化する反応を抑制する機能を有し、内部の温度及び圧力の範囲内で常に液体であるジエン又はジエンベースの化合物である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的安定性を向上させる安定剤が添加された冷媒が用いられた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を抑制することを目的として、モントリオール議定書及び欧州のＦ−ｇａｓ規制等によって冷媒のＧＷＰが規制されている。Ｒ４１０Ａと同等の動作圧力を有するＧＷＰが低い冷媒は概して燃焼性を有するものが多いが、ＣＦ３Ｉ（トリフルオロヨードメタン）を含む混合冷媒は、Ｒ４１０Ａと同程度の動作圧力を有し、ＧＷＰが低く、且つ不燃性という特徴を有している。従来、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒が用いられる空気調和装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、４０質量％以下のＲ３２と、６５質量％以下の１２５との少なくとも一方と、３５質量％〜８０質量％のＣＦ３Ｉとを含む混合冷媒が用いられており、これにより、空気調和装置のＧＷＰを低下させている。【０００３】
ここで、ＣＦ３Ｉは化学的に不安定であり、ＧＷＰが高いＣＨＦ３（トリフルオロメタン）等に変化し易いことが知られているため、変化を抑えるための安定剤の開発が行われている。ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤が添加された冷媒が用いられる空気調和装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２には、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒にジエン又はジエンベースの安定剤が添加された冷媒が用いられており、これにより、ＣＦ３Ｉを安定化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２７７３８９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７６０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された空気調和システムは、ＣＦ３Ｉに安定剤が添加されていないため、ＣＦ３ＩがＣＨＦ３等に変化してＧＷＰが徐々に高くなる。ＣＦ３Ｉが他の物質に変化する反応は、運転中において圧縮機の出口側といった高温部分で顕著に発生する。また、特許文献２では、ジエン又はジエンベースの安定剤は、高沸点で常に液体の状態で存在するため、重力の影響を受け易い。このため、例えば配管が起立した立ち上がりガス配管が存在する場合、安定材が、立ち上がりガス配管内に滞留して、冷媒回路全体に安定剤を循環させることができない。【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、重力の影響があっても、冷媒回路全体に安定剤を循環させる空気調和装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、配管は、蒸発器の出口側から圧縮機を経由して凝縮器の入口側に至るまでに存在し、起立している立ち上がりガス配管を含み、立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下である。
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、立ち上がりガス配管の内径が上限閾値Ｄ１以下であるため、安定剤が滞留しない冷媒の流速を得る。このため、冷媒が重力に逆らって立ち上がりガス配管を昇る。従って、重力の影響があっても冷媒回路全体に安定剤を循環させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の冷房運転時の冷媒の流れを示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１の暖房運転時の冷媒の流れを示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る立ち上がりガス配管５０を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例に係る空気調和装置１００ａを示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置２００を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態２の変形例に係る空気調和装置２００ａを示す回路図である。
【図８】本発明の実施の形態３の冷媒の組成を示す三角グラフである。
【図９】本発明の実施の形態４の冷媒の組成を示す三角グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明に係る空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００を示す回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、１台の室外機１と２台の室内機２とが、液主管３、ガス主管４、液枝管５ａ、５ｂ及びガス枝管６ａ、６ｂで接続された冷媒回路７を備えている。空気調和装置１００は、２台の室内機２ａ、２ｂのいずれもが冷房運転を行う全冷房運転と、２台の室内機２ａ、２ｂのいずれもが暖房運転を行う全暖房運転とが実施される。なお、室外機１は、１台である場合について例示しているが、２台以上でもよい。また、室内機２ａ、２ｂは、２台である場合について例示しているが、１台でもよいし３台以上でもよい。
【００１１】
（室外機１）
室外機１は、例えば部屋の外部である室外に設置され、空気調和によって生じる熱を廃棄又は供給する熱源機として機能する。室外機１は、圧縮機１０、流路切替装置１１、第１の熱交換器１２、熱源側送風機１５及び制御部９０を有している。
【００１２】
（圧縮機１０、流路切替装置１１）
圧縮機１０は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧縮機１０は、例えば容量を制御することができるインバータ圧縮機である。なお、圧縮機１０が２台設けられてもよい。流路切替装置１１は、圧縮機１０の吐出側に接続された吐出配管４０及び圧縮機１０の吸入側に接続された吸入配管４３を接続する。流路切替装置１１は、第１の熱交換器１２に接続された第１の配管４１及び第２の熱交換器２１ａ、２１ｂに接続された液主管３と接続する第２の配管４２を接続する。流路切替装置１１は、冷媒回路７において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。流路切替装置１１は、圧縮機１０から吐出された冷媒が第１の熱交換器１２に流れる（図１の実線）か室内機２に流れる（図１の破線）かを切り替えるものであり、これにより、冷房運転及び暖房運転のいずれもが行われる。なお、流路切替装置１１が省略されてもよい。この場合、空気調和装置１００は、冷房又は冷凍専用機等となる。
【００１３】
（第１の熱交換器１２、熱源側送風機１５）
第１の熱交換器１２は、流路切替装置１１と室内機２ａ、２ｂとの間の第３の配管４４に接続されており、室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器である。第１の熱交換器１２は、冷房運転時には凝縮器又はガスクーラとして作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。熱源側送風機１５は、第１の熱交換器１２の近傍に設けられ、第１の熱交換器１２に室外空気を送るファンである。
【００１４】
（室内機２ａ、２ｂ）
２台の室内機２ａ、２ｂは、例えば部屋の内部である室内に設置され、室内に空調空気を供給する。室内機２ａ、２ｂは、それぞれ膨張部２０ａ、２０ｂ、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂ及び負荷側送風機２２ａ、２２ｂを有している。
【００１５】
（膨張部２０ａ、２０ｂ）
膨張部２０ａ、２０ｂは、第１の熱交換器１２と第２の熱交換器２１ａ、２１ｂとの間の液枝管５ａ、５ｂに接続されており、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。膨張部２０ａ、２０ｂは、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。
【００１６】
（第２の熱交換器２１ａ、２１ｂ、負荷側送風機２２ａ、２２ｂ）
第２の熱交換器２１ａ、２１ｂは、膨張部２０ａ、２０ｂと流路切替装置１１との間のガス枝管６ａ、６ｂに接続されており、室内空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器である。第２の熱交換器２１ａ、２１ｂは、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器又はガスクーラとして作用する。負荷側送風機２２ａ、２２ｂは、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂの近傍に設けられ、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂに室内空気を送るファンである。
【００１７】
ここで、圧縮機１０、流路切替装置１１、第１の熱交換器１２、膨張部２０ａ、２０ｂ及び第２の熱交換器２１ａ、２１ｂが各配管により接続されて冷媒回路７が構成されている。なお、本実施の形態１では、第１の熱交換器１２を室外熱交換器とし、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂを室内熱交換器として説明しているが、番号は逆でもよい。即ち、第１の熱交換器を室内熱交換器とし、第２の熱交換器を室外熱交換器としてもよい。
【００１８】
（作動流体）
冷媒回路７に流れる作動流体は、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒にＣＦ３Ｉの反応を抑制する安定剤が添加されたものである。ＣＦ３Ｉは、ＧＷＰが０．４と非常に小さい。ＣＦ３Ｉは、燃焼反応を抑制する作用を有しており、消火剤等に用いられている。従って、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒は、ＧＷＰが低く燃焼性も低いという性質を有する。ここで、ＣＦ３Ｉは化学的に不安定であり、ＧＷＰが高いＣＨＦ３等に変化する場合があるため、安定剤が添加されている。
【００１９】
（安定剤）
安定剤は、ＣＦ３Ｉが分解、化合又は一部の原子が置換されて他の物質に変化する反応を抑制する。安定剤は、冷媒回路７内の温度及び圧力の範囲内で常に液体である。安定剤は、例えばジエン又はジエンベースの化合物であるブタジエン又はイソプレン等がある。冷媒回路７の温度及び圧力の範囲は、例えばＲ４１０Ａを作動流体とする冷媒回路７では、蒸発温度が０℃で蒸発圧力が０．８ＭＰａ、凝縮温度が５０℃で凝縮圧力が３．１ＭＰａである。ブタジエンは、大気圧で沸点（飽和温度）が−４℃、０．２４ＭＰａで沸点が２０℃であるため、下記式（２）のクラウジウス・クラペイロンの式により０．８ＭＰａ及び３．１ＭＰａでの沸点が推定される。
【００２０】
［数２］
Ｐ１＝Ｐ０×ｅｘｐ［ΔＨ／Ｒ×（１／Ｔ０−１／Ｔ１）］・・・・・（２）
Ｐ１：飽和圧力［ＭＰａ］
Ｐ０：大気圧［ＭＰａ］
ΔＨ：モル蒸発潜熱［Ｊ／ｍｏｌ］
Ｒ：気体定数［Ｊ／（Ｋ  ｍｏｌ）］
Ｔ０：大気圧での沸点［Ｋ］
Ｔ１：Ｐ１での沸点（飽和温度）［Ｋ］
【００２１】
ブタジエンの沸点は、０．８ＭＰａで６３℃、３．１ＭＰａで１２８℃と推定される。即ち、同じ圧力ではＲ４１０Ａの飽和温度よりもブタジエンの沸点が高い。またイソプレンは大気圧で沸点が３４℃であり、ブタジエンよりも沸点が高い。このように、安定剤として用いられる物質は、冷媒の飽和温度よりも沸点が高く、冷媒回路７内で常に液体の状態で存在すると考えられる。安定剤が常に液体で存在するため、高低差がある立ち上がりガス配管５０では、冷媒がガスで流れ、安定剤が液膜として流れる。この場合、ガスの流速が小さいと、液膜が低所から高所に移動することができず、液体の滞留が生じ得る。
【００２２】
（制御部９０）
制御部９０は、空気調和装置１００の全体の制御を行うものであり、例えばアナログ回路、デジタル回路、ＣＰＵ又はこれらのうちの２つ以上が組み合わされたもので構成されている。制御部９０は、各センサの検出結果に基づいて、圧縮機１０の周波数、熱源側送風機１５の回転数、流路切替装置１１の切り替え及び膨張部２０ａ、２０ｂの開度等を制御する。各センサとは、例えば吐出圧力検出部、吸入圧力検出部、吐出温度検出部、第１の熱交換器１２に流れる冷媒の温度検出部、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂに流れる冷媒の温度検出部及び室内温度検出部等である。
【００２３】
また、制御部９０は、リモートコントローラ（図示せず）からの指示に基づいて、圧縮機１０の周波数、熱源側送風機１５の回転数、流路切替装置１１の切り替え及び膨張部２０ａ、２０ｂの開度等を制御する。これにより、全冷房運転モード又は全暖房運転モードが実施される。なお、本実施の形態１では、制御部９０が室外機１に設けられている場合について例示しているが、制御部９０が室内機２ａ、２ｂに設けられていてもよい。また、制御部９０は、室外機１及び室内機２ａ、２ｂのいずれにも設けられてもよいし、室外機１及び室内機２ａ、２ｂとは別のユニットに設けられてもよい。
【００２４】
（運転モード）
次に、空気調和装置１００の運転モードについて説明する。前述の如く、空気調和装置１００は、運転モードとして、全冷房運転及び全暖房運転を有している。全冷房運転は、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂで冷熱負荷が発生して、駆動している室内機２の全てが冷房運転を行うものであり、全暖房運転は、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂで温熱負荷が発生して、駆動している室内の全てが暖房運転を行うものである。
【００２５】
（全冷房運転）
図２は、本発明の実施の形態１の冷房運転時の冷媒の流れを示す回路図である。次に、空気調和装置１００の各運転モードの動作について説明する。先ず、全冷房運転について説明する。全冷房運転では、流路切替装置１１によって、圧縮機１０の吐出側と第１の熱交換器１２とが接続されている。なお、第１の熱交換器１２及び第２の熱交換器２１ａ、２１ｂにおいて、内部に流れる液冷媒の比率を、図２にハッチングで示す。図２の実線矢印で示すように、全冷房運転において、圧縮機１０に吸入された冷媒は、圧縮機１０によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１０から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置１１を通過して、凝縮器として作用する第１の熱交換器１２に流入する。冷媒は、第１の熱交換器１２において、熱源側送風機１５によって送風された室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、液主管３及び液枝管５ａ、５ｂを通って各室内機２ａ、２ｂに流入する。
【００２６】
各室内機２ａ、２ｂにおいて冷媒は、それぞれの膨張部２０ａ、２０ｂに流入し、それぞれの膨張部２０ａ、２０ｂにおいて膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用するそれぞれの第２の熱交換器２１ａ、２１ｂに流入し、それぞれの第２の熱交換器２１ａ、２１ｂにおいて、負荷側送風機２２ａ、２２ｂによって送風された室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、各室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、ガス枝管６ａ、６ｂ及びガス主管４を通って、流路切替装置１１を通過して、圧縮機１０に吸入される。
【００２７】
（全暖房運転）
図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の全暖房運転時の冷媒の流れを示す回路図である。次に、全暖房運転について説明する。全暖房運転では、流路切替装置１１によって、圧縮機１０の吐出側と第２の熱交換器２１ａ、２１ｂとが接続されている。なお、第１の熱交換器１２及び第２の熱交換器２１ａ、２１ｂにおいて、内部に流れる液冷媒の比率を、図３にハッチングで示す。図３の実線矢印で示すように、全暖房運転において、圧縮機１０に吸入された冷媒は、圧縮機１０によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１０から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置１１を通過して、ガス枝管６ａ、６ｂ及びガス主管４を通って、各室内機２ａ、２ｂに流入する。各室内機２ａ、２ｂにおいて冷媒は、凝縮器として作用するそれぞれの第２の熱交換器２１ａ、２１ｂに流入し、それぞれの第２の熱交換器２１ａ、２１ｂにおいて、負荷側送風機２２ａ、２２ｂによって送風された室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、各室内において暖房が実施される。
【００２８】
凝縮された液状態の冷媒は、それぞれの膨張部２０ａ、２０ｂにおいて膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、液主管３及び液枝管５ａ、５ｂを通って蒸発器として作用する第１の熱交換器１２に流入し、第１の熱交換器１２において、熱源側送風機１５によって送風された室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置１１を通過して、圧縮機１０に吸入される。
【００２９】
（立ち上がりガス配管５０）
次に、立ち上がりガス配管５０について説明する。冷房運転時は、第１の熱交換器１２が凝縮器として作用し、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂが蒸発器として作用する。このとき、凝縮器として作用する第１の熱交換器１２の出口側から、蒸発器として作用する第２の熱交換器２１ａ、２１ｂの入口側までの間の配管では、液冷媒が多く存在する。このため、液体である安定剤は、液冷媒に溶解するか同伴して、滞留することなく流れる。一方、蒸発器として作用する第２の熱交換器２１ａ、２１ｂの出口側から、凝縮器として作用する第１の熱交換器１２の入口側までの間の配管では、ガス冷媒が多く存在する。このため、液体である安定剤は、ガス冷媒との間に生じるせん断力によって流れる。配管が低所から高所に延びている場合、ガス冷媒との間に生じるせん断力が重力よりも小さいと、安定剤が配管内を上昇することができずに滞留する。
【００３０】
暖房運転時は、第２の熱交換器２１ａ、２１ｂが凝縮器として作用し、第１の熱交換器１２が蒸発器として作用する。このとき、凝縮器として作用する第２の熱交換器２１ａ、２１ｂの出口側から、蒸発器として作用する第１の熱交換器１２の入口側までの間の配管では、液冷媒が多く存在する。このため、液体である安定剤は、液冷媒に溶解するか同伴して、滞留することなく流れる。一方、蒸発器として作用する第１の熱交換器１２の出口側から、凝縮器として作用する第２の熱交換器２１ａ、２１ｂの入口側までの間の配管では、ガス冷媒が多く存在する。このため、液体である安定剤は、ガス冷媒との間に生じるせん断力によって流れる。配管が低所から高所に延びている場合、ガス冷媒との間に生じるせん断力が重力よりも小さいと、安定剤が配管内を上昇することができずに滞留する。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態１に係る立ち上がりガス配管５０を示す模式図である。図４に示すように、蒸発器の出口側から蒸発器の入口側までの間に存在する低所から高所に延びる配管を立ち上がりガス配管５０と呼称する。ここで、立ち上がりガス配管５０は、地面に対して垂直に起立していてもよいし、地面に対し０°より大きく９０°より小さい角度で傾斜していてもよい。また、立ち上がりガス配管５０の長さは、室外機１と室内機２とを接続する数メートル以上のものでもよいし、室内機２内の数十センチメートルのものでもよい。図１において、圧縮機１０の吐出側と流路切替装置１１とを接続する配管、ガス枝管６ａ、６ｂ、ガス主管４、ガス主管４と流路切替装置１１とを接続する配管及び流路切替装置１１と圧縮機１０の吸入側とを接続する配管が、立ち上がりガス配管５０となり得る。
【００３２】
立ち上がりガス配管５０が地面に対して垂直であるとき、冷媒の流れと逆向きにはたらく重力の作用がもっとも大きくなるため、滞留が起こりやすい。地面に垂直な立ち上がりガス配管５０において、液体の安定剤が環状に流れるとき、滞留が生じる条件は以下のＷａｌｌｉｓの式（１）で推定することができる。
【００３３】
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【００３４】
従って、空気調和装置１００の冷媒流量と式（１）から滞留が生じる配管内径の上限閾値Ｄ１を求め、立ち上がりガス配管５０の内径を上限閾値Ｄ１以下にすることで、液体の安定剤の滞留を生じないようにすることができる。空気調和装置１００の冷媒流量は、運転中の冷暖房負荷に応じて変化するため、上限閾値Ｄ１は、冷媒流量が最小値Ｇｒｍｉｎとなるときでも安定剤の滞留を生じない上限閾値Ｄ１ｍｉｎにするのが望ましい。上限閾値Ｄ１をＤ１ｍｉｎより大きな値にする場合、Ｇｒｍｉｎで運転を続けると安定剤の滞留が生じるため、定期的に冷媒流量を増加させる必要がある。冷媒流量が増減すると、冷暖房能力が増減するため、室温が安定せず、快適性が損なわれる。
【００３５】
ここで、安定剤の滞留を防止するためには冷媒流量の最小値に合わせて配管内径を小さくして流速を大きくすることが有効である。ただ、冷媒流量が大きい運転条件での圧力損失が過剰になる可能性がある。蒸発器の出口側から圧縮機１０の入口側までの間の配管の圧力損失が大きくなると、圧縮機１０の吸入密度が低下し、冷暖房能力の低下が生じると共に、圧縮機１０の入力が増加し、ＣＯＰが低下する。また、圧力損失が著しく大きい場合には、吸入圧力が大気圧を下回り、冷媒回路７内に空気が混入する可能性がある。
【００３６】
圧力損失により吸入圧力が大気圧以下の低圧になることを防止するためには、下記のＤａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈの式（３．１）、式（３．２）、式（３．３）から求められる圧力損失ΔＰが蒸発圧力Ｐｅと大気圧Ｐａｔｍとの差と等しくなる必要がある。即ち、ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐａｔｍとなる配管内径の下限閾値Ｄ２を求め、配管内径を下限閾値Ｄ２以上にする必要がある。
【００３７】
［数３］
Ｐｅ−ΔＰ＝Ｐａｔｍ・・・・・・・（３．１）
ΔＰ＝ｆ×Ｌ／Ｄ２×ｒｇ×Ｕｇ２／２・・・・（３．２）
ｆ＝０．３１６４Ｒｅ−０．２５・・・（３．３）
Ｐｅ：蒸発圧力［Ｐａ］
ΔＰ：圧力損失［Ｐａ］
Ｐａｔｍ：大気圧［Ｐａ］
ｆ：管摩擦係数［−］
Ｌ：配管長［ｍ］
Ｄ２：配管内径［ｍ］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｒｅ：レイノルズ数［−］
【００３８】
ここで、下限閾値Ｄ２は、冷媒流量が最大値となるときでも吸入圧力が大気圧以下にならないような値にするのが望ましい。また、圧縮機１０の出口側から凝縮器の入口側までの間の配管の圧力損失が大きくなると、吐出圧力の増加により圧縮機１０の入力が増加し、ＣＯＰが低下する。ＣＯＰの低下を小さくするためには、圧縮機１０の出口側から凝縮器の入口側までの間の配管についても、下限閾値Ｄ２以上の配管内径とするのが望ましい。
【００３９】
（上限閾値Ｄ１及び下限閾値Ｄ２）
次に、上限閾値Ｄ１及び下限閾値Ｄ２の算出例について説明する。冷媒の流量Ｇｒは冷暖房能力Ｑと冷媒の潜熱ΔＨによってＧｒ＝Ｑ／ΔＨで表される。また、流量とガス流速の間には、円周率をπとしてＧｒ＝Ｕｇ×ｒｇ×πＤ２／４の関係がある。これらを式（１）に代入して上限閾値Ｄ１について整理すると以下の式（４）が導かれる。
【００４０】
［数４］
Ｄ１＝（１６×Ｑ２／（ΔＨ２×０．８２×ｇ×ｒｇ×（ｒｌ−ｒｇ）×π２））０．２・・・・・・・・（４）
Ｑ：冷暖房能力［ｋＷ］
ΔＨ：冷媒の潜熱［ｋＪ／ｋｇ］
【００４１】
また、下限閾値Ｄ２についての関係式を整理すると、以下の式（５）が導かれる。
【００４２】
［数５］
Ｄ２＝２２．５×０．３１６４×μ０．２５×Ｇｒ１．７５×Ｌ／（π１．７５×（Ｐｅ−Ｐａｔｍ）×ｒｇ）１／４．７５・・・・・・（５）
μ：粘性係数［Ｐａ・ｓ］
【００４３】
例えば、Ｒ３２：ＣＦ３Ｉ＝５０：５０の混合冷媒に、安定剤として液密度６４０ｋｇ／ｍ３のイソプレンを添加したものについて考える。夏季の冷房を想定して凝縮温度５０℃、凝縮器出口温度４０℃、蒸発温度１０℃の条件において上限閾値Ｄ１を求めると、冷暖房能力Ｑに応じて表１のようになる。
【００４４】
【表１】
2019138594.tif 000003
【００４５】
表１に示すように、運転範囲に冷房能力５ｋＷを含む空気調和装置１００は、吸入側を２６ｍｍ以下、吐出側を２１ｍｍ以下の内径にすることが望ましい。また、運転範囲に冷房能力４ｋＷを含む空気調和装置１００は、吸入側を２４ｍｍ以下、吐出側を１９ｍｍ以下の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力３ｋＷを含む空気調和装置１００は、吸入側を２１ｍｍ以下、吐出側を１７ｍｍ以下の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力２ｋＷを含む空気調和装置１００は、吸入側を１８ｍｍ以下、吐出側を１５ｍｍ以下の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力１ｋＷを含む空気調和装置１００は、吸入側を１４ｍｍ以下、吐出側を１１ｍｍ以下の内径にすることが望ましい。なお、表１に示す以外の条件においても、同様に算出することができる。
【００４６】
また、Ｒ３２：ＣＦ３Ｉ＝５０：５０の混合冷媒に、安定剤として液密度６４０ｋｇ／ｍ３のイソプレンを添加したものについて考える。夏季の冷房を想定して凝縮温度５０℃、凝縮器出口温度４０℃、蒸発温度１０℃の条件において下限閾値Ｄ２を求めると、冷暖房能力Ｑと配管長さＬに応じて表２のようになる。表２において、長さＬ＝１ｍ程度の立ち上がり配管とは、例えば室外機１内部の配管や、室内機２内部の配管、及びルームエアコンの室外機１と室内機２ａ、２ｂとを接続する配管などがある。長さＬ＝１００ｍ程度の立ち上がり配管とは、例えばビル用マルチエアコンの室外機１と室内機２とを接続する配管がある。
【００４７】
【表２】
2019138594.tif 000004
【００４８】
表２に示すように、運転範囲に冷房能力４ｋＷを含む空気調和装置１００において、長さ１ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は３ｍｍ以上の内径にし、長さ１００ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は８ｍｍ以上の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力８ｋＷを含む空気調和装置１００において、長さ１ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は４ｍｍ以上の内径にし、長さ１００ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は１０ｍｍ以上の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力１２ｋＷを含む空気調和装置１００において、長さ１ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は４ｍｍ以上の内径にし、長さ１００ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は１１ｍｍ以上の内径にすることが望ましい。
【００４９】
運転範囲に冷房能力１６ｋＷを含む空気調和装置１００において、長さ１ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は５ｍｍ以上の内径にし、長さ１００ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は１３ｍｍ以上の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力２０ｋＷを含む空気調和装置１００において、長さ１ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は５ｍｍ以上の内径にし、長さ１００ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は１４ｍｍ以上の内径にすることが望ましい。運転範囲に冷房能力２４ｋＷを含む空気調和装置１００において、長さ１ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は６ｍｍ以上の内径にし、長さ１００ｍ程度の立ち上がりガス配管５０は１５ｍｍ以上の内径にすることが望ましい。なお、表２に示す以外の条件においても同様に算出することができる。
【００５０】
空気調和装置１００の例として、限定されるものではないが、定格能力８馬力のビル用マルチエアコンでは、冷房能力が小さくなる運転条件は、複数接続された室内機２のうち１台のみが運転していることである。小容量の室内機２は、例えば１．５馬力程度の定格能力であるため、１．５馬力＝４．２ｋＷの冷房能力となる。表１の条件で計算すると、吸入側のＤ１が２４ｍｍ、吐出側のＤ１が１９ｍｍとなる。また、定格冷房能力２２．４ｋＷについて表２の条件で計算すると、Ｌ＝１００ｍのとき、Ｄ２は１５ｍｍとなる。
【００５１】
本実施の形態１によれば、立ち上がりガス配管５０の内径が上限閾値Ｄ１以下であるため、安定剤が滞留しない冷媒の流速を得る。このため、冷媒が重力に逆らって立ち上がりガス配管５０を昇る。従って、重力の影響があっても冷媒回路７全体に安定剤を循環させることができる。また、立ち上がりガス配管５０の内径が下限閾値Ｄ２以上であるため、圧力損失が大気圧以下の低圧になることが抑制される。このように、本実施の形態１は、過度な圧力損失による冷暖房能力及びＣＯＰの低下を生じることなく、安定剤を冷媒回路７全体に循環させる。これにより、ＣＦ３Ｉが常に安定した状態で循環するため、低ＧＷＰ且つ不燃の冷媒を作動流体とする空気調和装置１００が実現される。
【００５２】
（変形例）
図５は、本発明の実施の形態１の変形例に係る空気調和装置１００ａを示す回路図である。図５に示すように、変形例では、室内機２の台数が１台のみであり、膨張部２０が室外機１に設けられている点で、実施の形態１と相違する。膨張部２０は、暖房運転時において、第１の熱交換器１２の上流側の配管に設けられている。膨張部２０は、室外機１に設けられていること以外、実施の形態１の膨張部２０ａ、２０ｂと同様の機能を有する。変形例は、例えばルームエアコン等において採用される構成である。変形例においても、実施の形態１と同様に立ち上がりガス配管５０を構成することによって、安定剤の滞留を解消することができる。
【００５３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置２００を示す回路図である。本実施の形態２は、インジェクション配管３０及びインジェクション弁３１を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００５４】
図６に示すように、インジェクション配管３０は、冷房運転時に凝縮器として作用する第１の熱交換器１２の出口側から分岐して圧縮機１０の入口側に接続される。インジェクション弁３１は、インジェクション配管３０に設けられインジェクション配管３０に流れる作動流体の量を調整する。制御部９０は、圧縮機１０の駆動周波数ｆが周波数閾値ｆ０未満の場合、インジェクション弁３１を開くように制御する。なお、制御部９０は、圧縮機１０の駆動周波数ｆが周波数閾値ｆ０以上の場合、インジェクション弁３１を開くように制御する。制御部９０は、冷房運転時に、凝縮器として作用する第１の熱交換器１２から流出した低温の冷媒を圧縮機１０の吸入側にインジェクションし、圧縮機１０を冷却する。
【００５５】
空気調和装置２００の起動直後は、冷媒及び安定剤の流れが定常状態に至っておらず、安定剤が回路を循環して圧縮機１０に戻るまでに時間を要する。また、空気調和装置１００の起動直後は、低圧の急激な低下を防ぐために冷媒の流量を減らすこともあるため、立ち上がりガス配管５０において安定剤の滞留が生じやすい。圧縮機１０の吐出側は空気調和装置２００の中で最も高温となり易く、ＣＦ３Ｉが不安定になり易い箇所であるため、起動直後であっても常に安定剤を供給することが望ましい。本実施の形態の２では、インジェクション弁３１を制御して、インジェクション配管３０を通して液冷媒と安定剤との混合物を圧縮機１０の吸入側に流すことによって、凝縮器を流れる安定剤の一部を、蒸発器を通過せずに圧縮機１０に戻す。これにより、凝縮器内に存在する安定剤が枯渇するまで、圧縮機１０の吐出側に安定剤を流し続けることができる。
【００５６】
（変形例）
図７は、本発明の実施の形態２の変形例に係る空気調和装置２００ａを示す回路図である。図７に示すように、変形例では、室内機２の台数が１台のみであり、膨張部２０が室外機１に設けられている点で、実施の形態２と相違する。膨張部２０は、暖房運転時において、第１の熱交換器１２の上流側の配管に設けられている。なお、インジェクション配管３０は、暖房運転時の流れ方向において膨張部２０の上流側に接続されているが、暖房運転時の流れ方向において膨張部２０の下流側に接続されてもよい。制御部９０は、圧縮機１０の駆動周波数ｆが周波数閾値ｆ０未満の場合、インジェクション弁３１を開くように制御する。なお、制御部９０は、圧縮機１０の駆動周波数ｆが周波数閾値ｆ０以上の場合、インジェクション弁３１を開くように制御する。変形例においても、インジェクション弁３１を制御して、インジェクション配管３０を通して液冷媒と安定剤との混合物を圧縮機１０の吸入側に流すことによって、凝縮器を流れる安定剤の一部を、蒸発器を通過せずに圧縮機１０に戻す。これにより、凝縮器内に存在する安定剤が枯渇するまで、圧縮機１０の吐出側に安定剤を流し続けることができる。
【００５７】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３の冷媒の組成を示す三角グラフである。本実施の形態３は、実施の形態１又は２の空気調和装置１００、２００が用いられており、冷媒の組成を規定するものである。図８の混合比率において、Ａ〜Ｈの記号で示す点におけるＲ３２、Ｒ１２５、ＣＦ３Ｉの質量比率を、（Ｒ３２質量比率、Ｒ１２５質量比率、ＣＦ３Ｉ質量比率）として表している。使用される混合冷媒は、Ｒ３２（ジフルオロメタン）、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン）及びＣＦ３Ｉ（トリフルオロヨードメタン）を含み、Ｒ４１０Ａと同程度の動作圧力であって、ＧＷＰが７５０以下であることが望ましい。
【００５８】
ここで、Ｒ４１０Ａと同等程度の動作圧力とは、例えばＲ４１０Ａの低圧成分であるＲ１２５と同等以上の動作圧力を有するもの等をいう。動作圧力がＲ１２５と同等以上であることによって、圧力損失による性能低下を抑制することができる。Ｒ４１０Ａの動作圧力は５０℃で３．１ＭＰａ、Ｒ１２５の動作圧力は５０℃で２．５ＭＰａであり、圧力損失は密度に反比例するため、同一流量ではＲ１２５の圧力損失はＲ４１０Ａの圧力損失に対して、３．１ＭＰａ／２．５ＭＰａ＝１．２倍程度となる。
【００５９】
フロン排出抑制法において、シングルスプリットエアコンに適用することができる冷媒のＧＷＰの許容値は７５０である。このため、ＧＷＰが７５０以下であると望ましい。なお、ＧＷＰはＩＰＣＣ４次報告書の値に基づいて記載している。ＧＷＰの単位は、全て［ｋｇ／ｋｇ−ＣＯ２（１００ｙｅａｒ）］である。Ｒ４１０Ａの代替冷媒としてルームエアコン等に適用されているＲ３２は、ＧＷＰが６７５であるため、Ｒ３２の代替として使用される冷媒は、ＧＷＰが６７５以下であるとより望ましい。図８において、線分ＡＢは、５０℃における動作圧力がＲ１２５と同じ２．５ＭＰａとなる等値線を示す。線分ＢＣはＧＷＰが７５０となる等値線を示す。線分ＣＤはＣＦ３Ｉの濃度が０質量％となる等値線を示す。従って、四角形ＡＢＣＤで囲まれる領域が、Ｒ１２５以上の動作圧力であって、ＧＷＰが７５０以下となる組成範囲である。
【００６０】
また、四角形ＡＢＣＤで囲まれる組成範囲の中でも燃焼性が低く不燃相当の燃焼性となる組成範囲は、冷媒漏えい時の安全性が高いため、より望ましい。燃焼性は、爆発限界濃度、燃焼速度及び燃焼エネルギに応じて区分され、ＡＳＨＲＡＥではＲ３２が微燃性、Ｒ１２５が不燃性に分類される。ＣＦ３Ｉは冷媒としては登録されていないが、一般的に消火剤として用いられる物質であり、ＮＥＤＯ（Ｎｅｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  ａｎｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）によると空気に対して３質量％以上の割合で存在することによって、燃焼反応を抑制する効果がある。Ｒ３２の爆発下限濃度は１４．４質量％であるため、混合冷媒が漏えいしてＲ３２が空気に対して１４．４質量％存在するときに、ＣＦ３Ｉが３質量％存在する比率で混合すればよい。すなわち、前記混合冷媒に３質量％／１４．４質量％＝２０質量％以上のＣＦ３Ｉが含まれると不燃相当の燃焼性になると予想される。
【００６１】
線分ＥＦはＣＦ３Ｉの濃度が２０質量％となる等値線を示す。従って、四角形ＡＢＥＦで囲まれる領域が、Ｒ１２５以上の動作圧力であって、不燃且つＧＷＰが７５０以下となる組成範囲である。四角形ＡＢＥＦの組成範囲において、混合冷媒の露点と沸点との差である温度勾配は５℃以下である。温度勾配が５℃程度ある場合には、冷媒と熱源流体との温度差が十分に確保できず、熱交換器の性能が低下する可能性がある。これを解決するためには、冷媒と熱源流体とを対向する方向に流すローレンツサイクルを用いるか、温度勾配が０℃〜２°程度の冷媒を用いるのが望ましい。線分ＧＨは温度勾配が２℃となる等値線を示す。従って、四角形ＥＦＧＨで囲まれる領域が、温度勾配が２℃以下で、Ｒ１２５以上の動作圧力であって、不燃且つＧＷＰが７５０以下となる組成範囲である。このように、四角形ＥＦＧＨで囲まれる領域の冷媒を用いることによって、熱交換器の性能を維持しつつ、Ｒ１２５以上の動作圧力であって、不燃且つＧＷＰが７５０以下とすることができる。
【００６２】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４の冷媒の組成を示す三角グラフである。本実施の形態４は、実施の形態１又は２の空気調和装置１００、２００が用いられており、冷媒の組成を規定するものである。図９の混合比率において、Ａ〜Ｆの記号で示す点におけるＲ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、ＣＦ３Ｉの質量比率を、（Ｒ３２質量比率、Ｒ１２３４ｙｆ質量比率、ＣＦ３Ｉ質量比率）として表している。使用される混合冷媒は、Ｒ３２（ジフルオロメタン）、Ｒ１２３４ｙｆ（２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン）及びＣＦ３Ｉ（トリフルオロヨードメタン）を含み、Ｒ１２３４ｙｆと同等以上の動作圧力であって、ＧＷＰが３００以下であることが望ましい。
【００６３】
モントリオール議定書キガリ改正により、先進国はＧＷＰ総量（空調機の冷媒封入量×ＧＷＰ）を２０３６年に現行の１５％まで低減する必要がある。この規制に対応するためには、ＧＷＰがＲ４１０Ａの１５％、即ち３００以下の冷媒を使用することが望ましい。ＧＷＰが３００以下の冷媒として、例えばＲ１２３４ｙｆ（ＧＷＰ＜１）及びＲ２９０（ＧＷＰ＝３）等が挙げられる。但し、Ｒ１２３４ｙｆ及びＲ２９０はいずれも不燃性ではない。動作圧力がＲ１２３４ｙｆと同等以上の範囲において、不燃且つＧＷＰが３００以下となる冷媒の組成を図９に示す。
【００６４】
図９において、線分ＡＢは、５０℃における動作圧力がＲ１２３４ｙｆと同じ１．３ＭＰａとなる等値線を示す。線分ＢＣはＣＦ３Ｉの濃度が０質量％となる等値線を示す。線分ＣＤはＧＷＰが３００となる等値線を示す。線分ＡＤはＲ１２３４ｙｆの濃度が０質量％となる等値線を示す。従って、四角形ＡＢＣＤで囲まれる領域が、Ｒ１２３４ｙｆ以上の動作圧力であって、ＧＷＰが３００以下となる組成範囲である。線分ＥＦはＣＦ３Ｉの濃度が２０質量％となる等値線を示す。従って、四角形ＡＤＥＦで囲まれる領域が、Ｒ１２３４ｙｆ以上の動作圧力であって、不燃且つＧＷＰが３００以下となる組成範囲である。なお、Ｒ４１０Ａの動作圧力は５０℃で３．１ＭＰａであり、Ｒ１２３４ｙｆの動作圧力は５０℃で１．３ＭＰａである。ここで、圧力損失は密度に反比例するため、同一流量ではＲ１２３４ｙｆの圧力損失は、Ｒ４１０Ａの圧力損失に対して、３．１ＭＰａ／１．３ＭＰａ＝２．４倍程度となる。
【符号の説明】
【００６５】
１  室外機、２、２ａ、２ｂ  室内機、３  液主管、４  ガス配管、５ａ、５ｂ  液枝管、６ａ、６ｂ  ガス枝管、１０  圧縮機、１１  流路切替装置、１２  第１の熱交換器、１５  熱源側送風機、２０、２０ａ、２０ｂ  膨張部、２０、２１ａ、２１ｂ  第２の熱交換器、２２、２２ａ、２２ｂ  負荷側送風機、３０  インジェクション配管、３１  インジェクション弁、４０  吐出配管、４１  第１の配管、４２  第２の配管、４３  吸入配管、４４  第３の配管、５０  立ち上がりガス配管、９０  制御部、１００、１００ａ、２００、２００ａ  空気調和装置。
【図１】
2019138594.tif 000005
【図２】
2019138594.tif 000006
【図３】
2019138594.tif 000007
【図４】
2019138594.tif 000008
【図５】
2019138594.tif 000009
【図６】
2019138594.tif 000010
【図７】
2019138594.tif 000011
【図８】
2019138594.tif 000012
【図９】
2019138594.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月6日(2018.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、配管は、蒸発器の出口側から圧縮機を経由して凝縮器の入口側に至るまでに存在し、起立している立ち上がりガス配管を含み、安定剤は、冷媒回路の内部の温度及び圧力の範囲内で常に液体であり、立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下であって、安定剤が冷媒回路を循環する。
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、
前記配管は、前記蒸発器の出口側から前記圧縮機を経由して前記凝縮器の入口側に至るまでに存在し、起立している立ち上がりガス配管を含み、
前記安定剤は、前記冷媒回路の内部の温度及び圧力の範囲内で常に液体であり、
前記立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下であって、前記安定剤が前記冷媒回路を循環する
空気調和装置。
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１×（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【請求項２】
前記立ち上がりガス配管の内径が、下記式（３．１）、式（３．２）、式（３．３）から求められる下限閾値Ｄ２以上である
請求項１記載の空気調和装置。
［数３］
Ｐｅ−ΔＰ＝Ｐａｔｍ・・・・・・・（３．１）
ΔＰ＝ｆ×Ｌ／Ｄ２×ｒｇ×Ｕｇ２／２・・・・（３．２）
ｆ＝０．３１６４Ｒｅ−０．２５・・・（３．３）
Ｐｅ：蒸発圧力［Ｐａ］
ΔＰ：圧力損失［Ｐａ］
Ｐａｔｍ：大気圧［Ｐａ］
ｆ：管摩擦係数［−］
Ｌ：配管長［ｍ］
Ｄ２：配管内径［ｍ］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｒｅ：レイノルズ数［−］
【請求項３】
前記上限閾値Ｄ１は、
前記蒸発器の出口側から前記圧縮機の入口側までの配管では２４ｍｍであり、
前記圧縮機の出口側から前記凝縮器の入口側までの配管では１９ｍｍである
請求項１又は２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記凝縮器の出口側から分岐して前記圧縮機の入口側に接続されるインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられ前記インジェクション配管に流れる前記作動流体の量を調整するインジェクション弁と、
前記圧縮機の駆動周波数が周波数閾値未満の場合、前記インジェクション弁を開くように制御する制御部と、を更に備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記混合冷媒は、
混合比率が３１質量％以上のＲ３２と、１５質量％以下のＲ１２５と、２０質量％以上のＣＦ３Ｉとを含み、ＧＷＰが７５０以下且つＲ１２５以上の動作圧力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記混合冷媒は、
混合比率が４４質量％以下のＲ３２と、１００質量％以下のＲ１２３４ｙｆと、２０質量％以上のＣＦ３Ｉとを含み、ＧＷＰが３００以下且つＲ１２３４ｙｆ以上の動作圧力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記安定剤は、ＣＦ３Ｉが分解、化合又は一部の原子が置換されて他の物質に変化する反応を抑制する機能を有するジエン又はジエンベースの化合物である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月12日(2019.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、配管は、蒸発器の出口側から圧縮機を経由して凝縮器の入口側に至るまでに存在し、圧縮機の吐出側に起立している立ち上がりガス配管を含み、安定剤は、冷媒回路の内部の温度及び圧力の範囲内で常に液体であり、立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下であって、圧縮機の吐出側の立ち上がりガス配管において、安定剤が低所から高所に液膜として流れており、安定剤が冷媒回路を循環する。
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、ＣＦ３Ｉを含む混合冷媒に安定剤を添加した作動流体が流れる冷媒回路を備える空気調和装置であって、
前記配管は、前記蒸発器の出口側から前記圧縮機を経由して前記凝縮器の入口側に至るまでに存在し、前記圧縮機の吐出側に起立している立ち上がりガス配管を含み、
前記安定剤は、前記冷媒回路の内部の温度及び圧力の範囲内で常に液体であり、
前記立ち上がりガス配管の内径が、下記式（１）から求められる上限閾値Ｄ１以下であって、前記圧縮機の吐出側の前記立ち上がりガス配管において、前記安定剤が低所から高所に液膜として流れており、前記安定剤が前記冷媒回路を循環する
空気調和装置。
［数１］
Ｕｇ＝０．８×（ｇ×Ｄ１×（ｒｌ−ｒｇ）／ｒｇ）０．５・・・・・・（１）
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｄ１：配管内径［ｍ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ３］
ｒｌ：安定剤液密度［ｋｇ／ｍ３］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
【請求項２】
前記立ち上がりガス配管の内径が、下記式（３．１）、式（３．２）、式（３．３）から求められる下限閾値Ｄ２以上である
請求項１記載の空気調和装置。
［数３］
Ｐｅ−ΔＰ＝Ｐａｔｍ・・・・・・・（３．１）
ΔＰ＝ｆ×Ｌ／Ｄ２×ｒｇ×Ｕｇ２／２・・・・（３．２）
ｆ＝０．３１６４Ｒｅ−０．２５・・・（３．３）
Ｐｅ：蒸発圧力［Ｐａ］
ΔＰ：圧力損失［Ｐａ］
Ｐａｔｍ：大気圧［Ｐａ］
ｆ：管摩擦係数［−］
Ｌ：配管長［ｍ］
Ｄ２：配管内径［ｍ］
ｒｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｕｇ：ガス流速［ｍ／ｓ］
Ｒｅ：レイノルズ数［−］
【請求項３】
前記上限閾値Ｄ１は、
前記蒸発器の出口側から前記圧縮機の入口側までの配管では２４ｍｍであり、
前記圧縮機の出口側から前記凝縮器の入口側までの配管では１９ｍｍである
請求項１又は２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記凝縮器の出口側から分岐して前記圧縮機の入口側に接続されるインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられ前記インジェクション配管に流れる前記作動流体の量を調整するインジェクション弁と、
前記圧縮機の駆動周波数が周波数閾値未満の場合、前記インジェクション弁を開くように制御する制御部と、を更に備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記混合冷媒は、
混合比率が３１質量％以上のＲ３２と、１５質量％以下のＲ１２５と、２０質量％以上のＣＦ３Ｉとを含み、ＧＷＰが７５０以下且つＲ１２５以上の動作圧力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記混合冷媒は、
混合比率が４４質量％以下のＲ３２と、１００質量％以下のＲ１２３４ｙｆと、２０質量％以上のＣＦ３Ｉとを含み、ＧＷＰが３００以下且つＲ１２３４ｙｆ以上の動作圧力を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記安定剤は、ＣＦ３Ｉが分解、化合又は一部の原子が置換されて他の物質に変化する反応を抑制する機能を有するジエン又はジエンベースの化合物である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【国際調査報告】
2019138594.tif 000014
2019138594.tif 000015
2019138594.tif 000016
2019138594.tif 000017