(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機(１)が、乾き度０.６５以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６５以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機(１)が、乾き度０.７０以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.７０以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機(１)が、乾き度０.７５以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.７５以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
上記圧縮機(１)の吐出管温度を検出し、この吐出管温度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段(８)を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
スーパーヒート(ＳＨ)を検出し、このスーパーヒートに基づいて、圧縮機(１)が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段(８)を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
サブクール度(ＳＣ)を検出し、このサブクール度に基づいて、圧縮機(１)が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段(８)を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
蒸発器(５,２)の出口の過熱度を制御する制御手段(８)を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
圧縮機が高圧ドームタイプであり、
この圧縮機は、乾き度０.６８以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６８以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮し、
この圧縮機の吐出温度を、８０〜９０℃に設定することを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
圧縮機が低圧ドームタイプであり、
この圧縮機は、乾き度０.６５以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６５以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮し、
この圧縮機の吐出温度を、６０〜７０℃に設定することを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低ＧＷＰ(地球温暖化係数)に対応し、かつ、省エネルギーで低コストでオゾン層保護およびリサイクルを達成できる冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば、Ｒ２２を使用した装置では、高圧ドームタイプの圧縮機の吸入側での冷媒乾き度Ｘが０.９７である場合には、吐出温度が９０℃に達し、低圧ドームタイプの圧縮機では、吸入側での冷媒乾き度Ｘが０.９７である場合には、吐出温度が７０℃に達する。
Ｒ３２冷媒は、圧損が小さくＣＯＰ(成績係数)向上を図れる一方、冷媒物性上、Ｒ２２,Ｒ４１０ＡやＲ４０７に比して、吐出温度が理論上は１５℃上昇、実測で１０〜１５℃だけ上昇する。このため、Ｒ２２,Ｒ４１０ＡやＲ４０７を使用している装置について、冷媒をＲ３２に入れ換え、冷凍機油をＲ３２用に変更しただけでは、信頼性や性能が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
信頼性については、圧縮機が高温化すると、材料劣化および油劣化が進み、長期信頼性が低下することが懸念される。特に、圧縮機モータは、温度による劣化(減磁力の低下)が大きいとされており、使用する材料によってはＤＣモータは注意が必要である。
【０００４】
また、性能面については、吐出管温度,各種センサによる冷媒制御および電流制御が従来と同じならば、能力低下や運転エリアが狭まるという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現でき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】
図４のＰ-Ｈ線図に示すように、一般に、冷凍サイクルにおける最高温度は、圧縮機の吐出側の温度である。
【０００７】
本発明者らは、Ｒ３２冷媒を使用した場合には、図５のＰ−Ｈ線図における(Ｔｄ３−Ｔcu３)ラインのように、従来の(Ｔｄ１−Ｔcu１)ラインに比べて、スーパーヒートＳＨを小さくして、湿り度を大きくしても、圧縮機の信頼性を確保できることを実験で確かめることができた。図５に示すように、圧縮機吸込側での湿り度を大きくすれば、圧縮機の吐出側の温度ＴｄがＴｄ１からＴｄ３に低下して、信頼性の低下や能力低下を回避できる。
なお、湿り度をｘとすると、湿り度ｘ＝１.０のときに完全ガス状態であり、湿り度ｘ＝０のときに液状態であり、ｘ＝０.５,０.６,０.９などでは２相域での流動様式になっていることを表す。また、乾き度をｙとすると、ｙ＝１−ｘである。
【０００８】
図３の信頼性試験結果に示すように、従来のＲ２２冷媒を使用した場合では、圧縮機吸入側での乾き度を０.９０以上にしないと、圧縮機の信頼性が使用不可のレベルであったが、Ｒ３２冷媒では、圧縮機吸入側での乾き度が０.６０以上であれば、圧縮機の信頼性が使用可能なレベルとなることを実験で確認できた。
【０００９】
したがって、請求項１の発明の冷凍装置は、圧縮機が、乾き度０.６５以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくはＲ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６５以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮することを特徴としている。
【００１０】
この請求項１の発明では、圧縮機が、乾き度０.６５以上のＲ３２冷媒を吸入して圧縮するようになっているから、図３の試験結果から分かるように、圧縮機の信頼性を低下させることなく、Ｒ３２冷媒の使用が可能になり、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。なお、圧縮機が、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６５以上の混合冷媒を吸入する場合にも、同様の効果が得られる。
【００１１】
また、請求項２の発明の冷凍装置は、圧縮機が、乾き度０.７０以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.７０以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮することを特徴としている。
【００１２】
この請求項２の発明では、圧縮機が、乾き度０.７０以上のＲ３２冷媒を吸入するから、圧縮機の信頼性を一層向上できる。なお、圧縮機が、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.７０以上の混合冷媒を吸入する場合にも、同様の効果が得られる。
すなわち、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含んだ混合冷媒であれば、擬似共沸となり、Ｒ２２冷媒に対するＲ３２冷媒のメリット(省エネルギー,低ＧＷＰ)を発揮できる。
【００１３】
また、請求項３の発明の冷凍装置は、圧縮機が、乾き度０.７５以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.７０以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮することを特徴としている。
【００１４】
この請求項３の発明では、圧縮機が、乾き度０.７５以上のＲ３２冷媒を吸入するから、図３の試験結果から分かるように、圧縮機の信頼性を最高レベルまで高めることができる。なお、圧縮機が、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.７５以上の混合冷媒を吸入する場合にも、同様の効果が得られる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、上記圧縮機の吐出管温度を検出し、この吐出管温度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
この請求項４の発明では、圧縮機の吐出管温度に基づいて、圧縮機吸入冷媒の乾き度を制御するから、簡単な制御手段で乾き度の制御が可能になる。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
スーパーヒートを検出し、このスーパーヒートに基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１８】
この請求項５の発明では、スーパーヒートに基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御するから、より精度良く吸入側の乾き度を制御でき、信頼性の向上を図れる。
【００１９】
また、請求項６の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、サブクール度を検出し、このサブクール度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【００２０】
この請求項６の発明では、サブクール度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御するから、より精度良く吸入側の乾き度を制御でき、信頼性の向上を図れる。
【００２１】
また、請求項７の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、蒸発器の出口の過熱度を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【００２２】
この請求項７の発明では、蒸発器の出口の加熱度を制御して、蒸発器出口での湿り度を増やすことによって、蒸発器(室内機)のファンロータが結露することを防止できる。
また、請求項８の発明は、圧縮機が高圧ドームタイプであり、暖房の低温運転時(例えば、外気(−５℃)以下)に、この圧縮機は、乾き度０.６８以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６８以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮し、
この圧縮機の吐出温度を、８０〜９０℃に設定することを特徴としている。
この請求項８の発明では、高圧ドームタイプの圧縮機の吸入側でのＲ３２冷媒の乾き度を０.６８以上にし、吐出温度を８０〜９０℃にするから、圧縮機の信頼性を低下させることなく、Ｒ３２冷媒の使用が可能になり、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。
また、請求項９の発明は、圧縮機が低圧ドームタイプであり、暖房の低温運転時(例えば、外気(−５℃)以下)に、この圧縮機は、乾き度０.６５以上かつ０.８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６５以上かつ０.８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮し、
この圧縮機の吐出温度を、６０〜７０℃に設定することを特徴としている。
この請求項９の発明では、低圧ドームタイプの圧縮機の吸入側でのＲ３２冷媒の乾き度を０.６５以上にし、吐出温度を６０〜７０℃にするから、圧縮機の信頼性を低下させることなく、Ｒ３２冷媒の使用が可能になり、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２４】
図１に、この発明の冷凍装置の実施形態としての空気調和機の冷媒回路を示す。この実施形態は、Ｒ３２冷媒を使用し、圧縮機１,四路切換弁４,室外熱交換器２,膨張弁３,バルブ２６,室内熱交換器５,バルブ２５,気液分離器６,アキュムレータ７が順に接続された冷媒回路を備える。なお、室外熱交換器２を有する室外ユニット２１は、連絡配管で室内ユニット２２に接続されている。
【００２５】
また、この実施形態は、マイクロコンピュータからなる制御部８を備え、この制御部８は、圧縮機１の吸入側配管に取り付けた温度センサ１３と、吐出側配管に取り付けた温度センサ１２と、室外熱交換器２に取り付けた温度センサ１７と、室内熱交換器５に取り付けた温度センサ１５、および室外の気温を検出する温度センサ１１と室内の温度を検出する温度センサ１６に接続されている。
【００２６】
この実施形態の制御部８の動作を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１で、この空気調和機が、Ｒ３２冷媒を使用しているか否かを判断し、Ｒ３２冷媒を使用していると判断したときには、次のステップＳ２に進む。このＲ３２冷媒を使用しているか否かの判断は、予め入力された情報に基づいて判断するものであってもよい。また、ステップＳ１で否と判断した場合には、ステップＳ５に進み、従来制御を引き続いて実行する。この従来制御とは、例えば、温度センサ１２から得た吐出管温度Ｔdisに基づいて行なう圧縮機１と膨張弁３の制御である。
【００２７】
次に、上記ステップＳ２では、吐出管温度Ｔdisが１３５℃〜１２５℃の内の所定値以上になったか否かを判断し、上記所定値以上になったと判断すれば、ステップＳ３に進み、上記所定値以上になっていないと判断すれば、ステップＳ５に進む。
【００２８】
ステップＳ３では、スーパーヒートＳＨ(図５参照)を検出することで、圧縮機１の吸入側での冷媒の湿り度を検出する。すなわち、温度センサ１３から得た圧縮機１の吸入側の温度Ｔsucと、温度センサ１７あるいは１５から得た蒸発器の温度(冷房時は室内熱交換器５の温度Ｔin)との差であるスーパーヒートＳＨを検出する。そして、圧縮機１の回転数を増加させる操作または膨張弁３を開く操作の少なくとも一方の操作を実行して、スーパーヒートＳＨを減少させて、湿り度を増やす。これにより、圧縮機吐出側の冷媒温度を下げて、信頼性の低下や能力低下を回避する。
【００２９】
次に、ステップＳ４に進み、上記スーパーヒートＳＨが０.８５〜０.７５の内の所定値以上であるか否かを判断し、上記所定値以上であると判断すれば、ステップＳ５に進んで、上記従来制御を引き続いて実行する。
【００３０】
一方、ステップＳ４で、上記スーパーヒートＳＨが０.８５〜０.７５の内の上記所定値以上でない(湿り度が過剰)と判断すれば、ステップＳ６に進んで、圧縮機１の回転数を減少させて、冷媒の循環量を減少させる。これにより、上記スーパーヒートＳＨを所定の値だけ増加させて、湿り度を減少させ、乾き度を適正値(０.８５〜０.７５)に保つ。
【００３１】
次に、ステップＳ７に進んで、再度ステップＳ３,Ｓ４を実行し、スーパーヒートを所定値だけ減少させて、吐出管温度を下げる操作を行ない、スーパーヒートが適正値(０.８５〜０.７５)を下回っている場合には、ステップＳ６に戻って、スーパーヒートを増加させる。一方、ステップＳ７において、スーパーヒートが上記適正値(０.８５〜０.７５)以上になっていると判断すれば、ステップＳ８に進み、膨張弁３を絞って、スーパーヒートを減少させ、湿り度を増加させて吐出温度Ｔdisを下げてから、ステップＳ９に進む。
【００３２】
ステップＳ９では、再び、ステップＳ３とＳ４の動作を行なう。すなわち、スーパーヒートＳＨを減少させる操作を行なって、吐出管温度を下げてから、スーパーヒートＳＨが信頼性が十分になる所定値(０.８５〜０.７５)以上であれば、ステップＳ５に進み、スーパーヒートＳＨが上記所定値に達していなければ、ステップＳ６に戻って、再度、スーパーヒートを増加させる操作を実行する。
【００３３】
このように、この実施形態では、吐出管温度が所定値以上になると、スーパーヒートＳＨを減じて、湿り度を増やし、吐出管温度を下げる(ステップＳ２,Ｓ３)。次に、このスーパーヒートＳＨが不足したと判断すれば、圧縮機１の回転数を減らして、圧縮機１の信頼性を十分に確保できる適正値(０.８５〜０.７５)まで、スーパーヒートを増加させて乾き度を増加させる。
【００３４】
この制御によって、圧縮機１が吸入するＲ３２冷媒の乾き度を、圧縮機１の信頼性を十分に確保できる範囲において、乾き度(スーパーヒート)を低減して、吐出温度を下げることができ、信頼性(圧縮機潤滑性,摩耗など)の低下や能力(暖房低温性能)低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。
【００３５】
尚、上記実施形態では、乾き度(スーパーヒート)の適正値を、０.８５〜０.７５の範囲に設定したが、０.６５以上もしくは、０.７０以上または０.７５以上に設定してもよい。また、上記実施形態では、スーパーヒートに基づいて、圧縮機１と膨張弁３を制御したが、圧縮機の吐出管温度あるいはサブクール度(ＳＣ)に基づいて、圧縮機と膨張弁を制御してもよい。また、上記実施形態では、Ｒ３２冷媒単体を使用したが、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含んだ混合冷媒を使用する場合にも同様の効果が得られる。
すなわち、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含んだ混合冷媒であれば、擬似共沸となり、Ｒ２２冷媒に対するＲ３２冷媒のメリット(省エネルギー,低ＧＷＰ)を発揮できる。
また、圧縮機としては、高圧ドームタイプと低圧ドームタイプとがある。高圧ドームタイプとは、圧縮機のモータが吐出ガスなどの高圧雰囲気にあるものを言い、低圧ドームタイプとは、圧縮機のモータが低圧ガスまたは液などの低圧雰囲気下にある状態の圧縮機形式を言う。低圧ドームタイプの圧縮機を採用した場合には、高圧ドームタイプの圧縮機を採用した場合に比べて、圧縮機の吐出温度が１５℃〜２０℃だけ低い。したがって、Ｒ３２冷媒を採用した空気調和機において、低圧ドームタイプの圧縮機を採用した場合には、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を、０.６５〜０.８５に設定して、圧縮機の吐出温度を、６０〜７０℃に制御する。これにより、圧縮機の信頼性や性能の低下を回避しつつ、低ＧＷＰおよび省エネルギーで低コストな空気調和機を実現できる。
【００３６】
また、上記実施形態において、制御部８は、蒸発器となる室内熱交換器５の出口での冷媒の過熱度を制御して、室内熱交換器５出口での冷媒の湿り度を増やし、室内熱交換器５のファンロータが結露することを防止するようにしてもよい。なお、この結露防止制御は、Ｒ３２とＲ１２５を、５０ｗｔ％ずつ含有した混合冷媒にも適用でき、Ｒ４０７Ｃ(Ｒ３２/Ｒ１２５/Ｒ１３４ａ：２３/２５/５２ｗｔ％)を使用する場合にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の冷凍装置は、圧縮機が、乾き度０.６５以上のＲ３２冷媒(もしくはＲ３２を少なくとも７０重量％以上含む混合冷媒)を吸入して圧縮するから、図３の試験結果から分かるように、圧縮機の信頼性を低下させることなく、Ｒ３２冷媒の使用が可能になり、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。
【００３８】
また、請求項２の発明の冷凍装置は、圧縮機が、乾き度０.７０以上のＲ３２冷媒(もしくはＲ３２を少なくとも７０重量％以上含む混合冷媒)を吸入するから、圧縮機の信頼性を一層向上できる。
【００３９】
また、請求項３の発明の冷凍装置は、圧縮機が、乾き度０.７５以上のＲ３２冷媒(もしくはＲ３２を少なくとも７０重量％以上含む混合冷媒)を吸入するから、図３の試験結果から分かるように、圧縮機の信頼性を最高レベルまで高めることができる。
【００４０】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、上記圧縮機の吐出管温度を検出し、この吐出管温度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段を備えた。この請求項４の発明では、圧縮機の吐出管温度に基づいて、圧縮機吸入冷媒の乾き度を制御するから、簡単な制御手段で乾き度の制御が可能になる。
【００４１】
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、スーパーヒートを検出し、このスーパーヒートに基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段を備えた。この請求項５の発明では、スーパーヒートに基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御するから、より精度良く吸入側の乾き度を制御でき、信頼性の向上を図れる。
【００４２】
また、請求項６の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、サブクール度を検出し、このサブクール度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御する制御手段を備えた。この請求項６の発明では、サブクール度に基づいて、圧縮機が吸入する冷媒の乾き度を制御するから、より精度良く吸入側の乾き度を制御でき、信頼性の向上を図れる。
【００４３】
また、請求項７の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、蒸発器の出口の過熱度を制御する制御手段を備えた。この請求項７の発明では、蒸発器の出口の加熱度を制御して、蒸発器出口での湿り度を増やすことによって、蒸発器(室内機)のファンロータが結露することを防止できる。
また、請求項８の発明は、高圧ドームタイプの圧縮機の吸入側でのＲ３２冷媒の乾き度を０.６８以上にし、吐出温度を８０〜９０℃にするから、圧縮機の信頼性を低下させることなく、Ｒ３２冷媒の使用が可能になり、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。
また、請求項９の発明は、低圧ドームタイプの圧縮機の吸入側でのＲ３２冷媒の乾き度を０.６５以上にし、吐出温度を６０〜７０℃にするから、圧縮機の信頼性を低下させることなく、Ｒ３２冷媒の使用が可能になり、信頼性や性能の低下を回避しつつ、省エネルギーと低ＧＷＰを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の冷凍機の実施の形態としての空気調和機の実施形態の冷媒回路図である。
【図２】  上記実施形態の制御部の動作を説明するフローチャートである。
【図３】  冷媒の乾き度毎の圧縮機の信頼性評価試験結果を示す図表である。
【図４】  実際の冷凍機におけるモリエル線図の一例を示す図である。
【図５】  モリエル線図におけるスーパーヒートＳＨとサブクール度ＳＣを示す図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…室外熱交換器、３…膨張弁、４…四路切換弁、
５…室内熱交換器、８…制御部、
１１,１２,１３,１５,１６,１７…温度センサ。
【図１】
0003956589.tif 000002
【図２】
0003956589.tif 000003
【図３】
0003956589.tif 000004
【図４】
0003956589.tif 000005
【図５】
0003956589.tif 000006