(57)【要約】【課題】ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰが小さい混合冷媒とそれを用いた空気調和機を提供する。【解決手段】本発明に係る混合冷媒は、第一の冷媒であるＲ３２と第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆとの２種の冷媒からなる混合冷媒であって、前記第一の冷媒の混合比を前記第二の冷媒の混合比より大きくしたものである。前記第一の冷媒の混合比は、８０〜９０ｗｔ％とすることが好ましい。このようにすることで、ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰが小さい混合冷媒とそれを用いた空気調和機を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の冷媒であるＲ３２と第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆとの２種の冷媒からなる混合冷媒であって、
前記第一の冷媒の混合比を前記第二の冷媒の混合比より大きくしたことを特徴とする混合冷媒。
【請求項２】
前記第一の冷媒の混合比を８０〜９０ｗｔ％としたことを特徴とする請求項１に記載の混合冷媒。
【請求項３】
請求項１または２に記載の混合冷媒を用いたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合冷媒とそれを用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、最高外気温度５２℃程度の高外気温環境に対応した熱帯地域向けの空気調和機においては、作動冷媒としてＲ２２が使用されている。図１の物性一覧に示すように、このＲ２２は、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）がゼロではないことから、先進国では２０２０年に全廃予定である。このため、ＯＤＰがゼロである代替冷媒への移行が急がれている。ＯＤＰがゼロである代替冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどの混合冷媒やＲ３２などの単一冷媒が一般に知られている。
【０００３】
Ｒ４１０Ａは、外気温度が高くない温帯地域で一般に使用されている。図１に示すように、このＲ４１０Ａは、臨界温度が７１．４℃と比較的低いことから、高外気温（高凝縮温度）での冷房能力や成績係数が極端に低下し、熱帯地域向けの空気調和機で使用する場合には効率が著しく悪化するという問題がある。また近年、地球環境への配慮から、温室効果ガスによる温暖化の影響の程度を比較するための指標である温暖化係数（ＧＷＰ）が小さな冷媒が望まれているが、Ｒ４１０ＡのＧＷＰは２０９０であり、Ｒ２２のＧＷＰ（＝１８１０）よりも大きいという短所がある。
【０００４】
Ｒ４０７Ｃは、図１に示すように、臨界温度が８６．０℃と高く、Ｒ４１０Ａよりも高外気温環境での使用に適するが、約６ｄｅｇという比較的大きい温度勾配を持つ非共沸混合冷媒であることから扱いにくく、ＧＷＰも比較的高いという短所がある。
【０００５】
Ｒ３２は、図１に示すように、Ｒ４１０Ａにも含まれている単一冷媒であり、概ねＲ２２以上の性能を有している。しかし、凝縮圧力および吐出温度が比較的高いことから、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２２などの冷媒を用いる従来型の空気調和機に使用することは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰが従来のＲ２２よりも小さい冷媒の開発が望まれていた。このような冷媒として、比較的冷凍能力が高いＲ３２を主成分とする混合冷媒を考えた場合には、Ｒ３２の短所である凝縮圧力および吐出温度を低減するとともに、温度勾配を少なくとも２．５ｄｅｇ程度以下に抑える必要がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰが小さい混合冷媒とそれを用いた空気調和機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、本発明の請求項１に係る混合冷媒は、第一の冷媒であるＲ３２と第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆとの２種の冷媒からなる混合冷媒であって、前記第一の冷媒の混合比を前記第二の冷媒の混合比より大きくしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る混合冷媒は、上述した請求項１に記載の混合冷媒において、前記第一の冷媒の混合比を８０〜９０ｗｔ％としたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る空気調和機は、上述した請求項１または２に記載の混合冷媒を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る混合冷媒によれば、第一の冷媒であるＲ３２と第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆとの２種の冷媒からなる混合冷媒であって、前記第一の冷媒の混合比を前記第二の冷媒の混合比より大きくしたので、図１に示すように、ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰを従来のＲ２２のＧＷＰ（＝１８１０）よりも小さくすることができるという効果を奏する。
【００１２】
また、本発明に係る空気調和機によれば、上述の混合冷媒を用いたので、Ｒ３２の短所である凝縮圧力および吐出温度を低減するとともに、温度勾配を少なくとも２．５ｄｅｇ程度以下に抑えることができるという効果を奏する。また上述の混合冷媒を使ったときの冷房能力（同一の空調機において同一の凝縮温度、蒸発温度、過熱度、過冷却度の条件で運転させた場合）はＲ２２よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る混合冷媒および従来の冷媒の物性を例示する一覧図である。
【図２】図２は、飽和蒸気圧力と凝縮温度の関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、凝縮温度６８℃を想定した場合の吐出温度の比較図である。
【図４】図４は、凝縮温度６８℃を想定した場合の冷凍能力の比較図である。
【図５】図５は、凝縮温度６８℃を想定した場合の成績係数の比較図である。
【図６】図６は、本発明に係る混合冷媒を用いた空気調和機の実施例を示す冷媒回路図である。
【図７】図７は、図６の回路に関するｐ−ｈ線図である。
【図８】図８は、凝縮温度６８℃を想定した場合の、凝縮器内の二相域における液冷媒の組成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る混合冷媒とそれを用いた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、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
［混合冷媒］
まず、本発明に係る混合冷媒について説明する。
本発明に係る混合冷媒は、第一の冷媒であるＲ３２と第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆとの２種の冷媒からなる混合冷媒であって、前記第一の冷媒の混合比を前記第二の冷媒の混合比より大きくしたものである。以下では、Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒の場合を例にとり説明する。
【００１６】
図１の「Ｒ３２＋Ｒ１３４ａ」の欄には、Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒の物性値をＲ３２の含有比率毎に示してある。Ｒ３２の含有比率は９０、８０、７０ｗｔ％の３種である。図１に示すように、これら３種の混合冷媒のＯＤＰはゼロである。また、ＧＷＰは７５１〜９０２で、Ｒ２２のＧＷＰ（＝１８１０）よりも小さくなることが判る。ここで、図１中のＳＬは標準条件を示し、凝縮温度４８℃を想定したものである。ＯＬは熱帯地域向けを想定した条件を示し、凝縮温度６８℃を想定したものである。
【００１７】
図２は、各冷媒の飽和蒸気圧力と凝縮温度の関係の一例を示す図である。
本発明の混合冷媒を熱帯地域向けのＲ４１０Ａ用の既存の空気調和機で用いることを考えた場合、図２に示すように、凝縮温度６５℃以上の時の圧力を、空気調和機の一般的な設計圧力（４．１５ＭＰａ）以下に抑えるためには、Ｒ３２にＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）を１０ｗｔ％以上混ぜる必要があることが判る。
【００１８】
この場合、例えば、Ｒ３２が８０〜９０ｗｔ％含まれる混合冷媒を用い、凝縮温度６５〜６８℃程度で空気調和機を運転すれば、Ｒ３２を単独で用いる場合に比べて圧力をＲ４１０Ａの設計圧力程度まで下げることが可能である。しかも、図１に示すように、Ｒ３２の弱点である高い凝縮圧力および吐出温度を低減するとともに、蒸発器での温度勾配を少なくとも２．５ｄｅｇ程度以下に抑えることができる。つまり、使用可能な凝縮温度の上限が６８℃程度までであれば、Ｒ３２が８０〜９０ｗｔ％含まれる本発明の混合冷媒を熱帯地域向けの既存の製品に利用することができる。
【００１９】
図３は、高凝縮温度時の吐出温度を比較した図である。図中、Ｒ３２＋Ｒ１３４ａ（９０／１０）等の表記は、Ｒ３２が９０ｗｔ％、Ｒ１３４ａが１０ｗｔ％の混合冷媒であること等を示している。この図３に示すように、Ｒ３２にＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）を混ぜると吐出温度が抑制されることが判る。なお、この図３は、後述の液インジェクション方式を使用しない方式を想定して得たものである。
【００２０】
図４は、高凝縮温度時の冷凍能力（理論値：圧縮機排除容積／回転数を同じとした場合）を比較した図であり、Ｒ２２を１００％としたときの能力で表している。この図４及び図１に示すように、Ｒ２２より冷凍能力が高い冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２およびＲ３２＋Ｒ１３４ａが２０ｗｔ％以下の冷媒）は、Ｒ２２より圧力が高いことが判る。また、Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる本発明の混合冷媒において、Ｒ４１０Ａと同等以上の冷凍能力を得るためには、Ｒ３２の含有比率は少なくとも８０ｗｔ％が必要であることが判る。
【００２１】
図５は、高凝縮温度時の成績係数（理論値）を比較した図である。この図５に示すように、Ｒ２２より冷凍能力が高い冷媒のうち、Ｒ４１０Ａの成績係数が特に低く、運転効率が悪いことが判る。Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる本発明の混合冷媒の成績係数は、Ｒ３２の成績係数とほぼ同じである。
【００２２】
［混合冷媒を用いた空気調和機］
次に、本発明に係る混合冷媒を用いた空気調和機について、冷房運転時を例にとり図６〜図８を参照しながら説明する。
【００２３】
図６は冷房運転時の冷媒回路図である。図６に示すように、本発明に係る空気調和機１０の冷凍サイクル回路は、圧縮機１２と、凝縮器（室外機）１４と、減圧手段１６と、蒸発器（室内機）１８と、四方弁２０とからなる。作動冷媒としては、Ｒ３２とＲ１３４ａのみ、または、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆのみからなる混合冷媒を用いる。
【００２４】
この冷凍サイクル回路は、凝縮器１４の所定位置からＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）リッチな液冷媒を分離して、分離した液冷媒を圧縮機１２の中間圧にインジェクションするようになっている。
【００２５】
具体的には、気液分離器２２が凝縮器１４の容積比Ａ％：（１００−Ａ）％となる位置に取り付けてあり、これにより凝縮器１４は凝縮器全体に対する容積割合がＡ％の第一凝縮器１４ａと（１００−Ａ）％の第二凝縮器１４ｂとで構成されることになる。気液分離器２２の取り付け位置としては、想定される運転条件下で冷媒が二相域にある位置を選定する必要がある。Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒でＲ３２の混合割合が８０ｗｔ％の場合を例とする。凝縮温度６８℃で運転するときに吐出温度が従来冷媒のＲ４１０Ａを使った機器と同じ９０℃になるように液インジェクションを制御し、また凝縮器出口での過冷却度が一般的な冷凍サイクルと同じ５ｄｅｇになるように冷凍サイクル全体を制御すると、図７に示すように、凝縮器で冷媒が放出するエネルギーの割合はガス域：２４％、二相域：６９％、過冷却域：７％となる。凝縮器の単位容積あたりの熱交換量は概ね一様とみなせるので、上述した熱交換器の容積割合よりＡを決めるとＡの値は２４〜９３％の範囲になる。なお混合比によって冷媒の物性（上記放熱量の割合）が変わるため混合比に応じた位置を選定することが望ましい。
【００２６】
なお凝縮器を通過する混合冷媒は、沸点の高い冷媒の方が先に液化する。ここで図８は、図７における二相域の冷媒内の液相冷媒の組成を示すものであり、二相域のうち凝縮器の入口側に近い方が、高沸点冷媒の割合が多くなることを示している。よって、二相域にあるＢ区間（図７参照）の液を取り出す際には、上記Ａを凝縮器の入口側に配置することが望ましい。
【００２７】
上記構成の動作を説明する。
圧縮機１２からの混合冷媒は、配管２６を通って第一凝縮器１４ａに入り、気液分離器２２で気液に分離される。気液分離器２２に溜まったＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）リッチな液冷媒は、流量調整弁２４を通って配管３２で圧縮機１２にインジェクションされる。一方、気液分離器２２で分離された飽和蒸気冷媒は第二凝縮器１４ｂから配管２８および減圧手段１６を通って蒸発器１８に入る。この蒸発器１８に入る冷媒としてはＲ３２の割合が多くなる。蒸発器１８からの冷媒は配管３０を通じて圧縮機１２に送られる。
【００２８】
このように、二相域から先に液化しやすいＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）の液冷媒を予め分離することで、蒸発器１８に回る冷媒のうちＲ３２の割合がより大きくなり、蒸発器１８での温度勾配を小さくすることができる。このため、本発明の空気調和機１０によれば、非共沸混合冷媒の持つ短所の影響を小さくすることができる。
【００２９】
一方、圧縮機１２にインジェクションされた冷媒は液状態のため、それが気化する熱により最終的に吐出される冷媒の温度を抑制することができる。さらにこの液冷媒はＲ３２に比べて吐出温度が低いＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）を多く含むので、Ｒ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）を多く含まない液冷媒をインジェクションするよりも大きな吐出温度抑制効果を持つ。
【００３０】
なお、上記の実施の形態においては、主にＲ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒の場合について説明したが、図１及び図２に示すようなＲ１３４ａに物性が類似しているＲ１２３４ｙｆを用いて、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆのみからなる混合冷媒とした場合であっても、ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰがＲ２２よりも小さくなるなど、Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒の場合と同様の効果を奏する。
【００３１】
以上説明したように、本発明に係る混合冷媒によれば、第一の冷媒であるＲ３２と第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆとの２種の冷媒からなる混合冷媒であって、前記第一の冷媒の混合比を前記第二の冷媒の混合比より大きくしたので、図１に示すように、ＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰを従来のＲ２２のＧＷＰ（＝１８１０）よりも小さくすることができるという効果を奏する。
【００３２】
また、本発明に係る空気調和機によれば、上述の混合冷媒を用いたので、Ｒ３２の短所である凝縮圧力および吐出温度を低減するとともに、温度勾配を少なくとも２．５ｄｅｇ程度以下に抑えることができる。また上述の混合冷媒を使ったときの冷房能力（同一の空調機において同一の凝縮温度、蒸発温度、過熱度、過冷却度の条件で運転させた場合）はＲ２２よりも高い。
【００３３】
また、凝縮圧力及び吐出温度を低減することができるため、外気温が５２℃以上となるような高外気温時であっても、従来使用していた冷媒（Ｒ４１０Ａ）と同等以下の圧力で運転できるため、膨張弁や配管等の設計圧力を変えずにすみ、部品を共用しコストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る混合冷媒とそれを用いた空気調和機は、熱帯地域向けの空気調和機に有用であり、特に、混合冷媒のＯＤＰがゼロで、かつ、ＧＷＰを小さくするのに適している。
【符号の説明】
【００３５】
１０  空気調和機
１２  圧縮機
１４  凝縮器（室外機）
１６  減圧手段
１８  蒸発器（室内機）
２０  四方弁
２２  気液分離器
２４  流量調整弁
２６，２８，３０，３２  配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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