(57)【要約】【課題】圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機について、非定常時における圧縮機での液圧縮を抑制し、空気調和機の信頼性を向上させること。【解決手段】  圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機は、空気調和機の能力クラスが４ｋＷ未満の場合には、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２００−３００ｇの範囲内であり、空気調和機の能力クラスが４ｋＷ以上の場合には、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２５０−３５０ｇの範囲内である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機であって、
空気調和機の能力クラスが４ｋＷ未満であり、かつ、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２００−３００ｇの範囲内である、空気調和機。
【請求項２】
圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機であって、
空気調和機の能力クラスが４ｋＷ以上であり、かつ、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２５０−３５０ｇの範囲内である、空気調和機。
【請求項３】
冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が室外熱交換器の容積１リットル当たり７５０ｇ−１１００ｇの範囲内である、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が室外熱交換器の容積１リットル当たり７５０ｇ−１２００ｇの範囲内である、請求項２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関し、特に、圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の冷媒としては従来、Ｒ４１０Ａなどが主に用いられていた。一方、近年では、冷媒の温暖化係数を小さくする観点から、温暖化係数の小さいＲ３２の使用が進められている。冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機としては例えば、特許文献１の空気調和機がある。
【０００３】
特許文献１の空気調和機では、地球温暖化対応省エネルギー型の空気調和機を実現すべく、Ｒ３２の充填割合を所望の範囲に設定することで、定常時における成績係数ＣＯＰ（Coeficient of Performance）を向上させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９４０１６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で着目されるような定常時におけるＣＯＰの向上以外にも、Ｒ３２を用いた空気調和機の信頼性をより向上させることが求められている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、信頼性を向上させた空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機であって、
空気調和機の能力クラスが４ｋＷ未満であり、かつ、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２００−３００ｇの範囲内である、空気調和機を提供する。
【０００９】
本発明の一態様によれば、圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機であって、
空気調和機の能力クラスが４ｋＷ以上であり、かつ、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２５０−３５０ｇの範囲内である、空気調和機を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかる空気調和機の冷凍サイクルの構成を示す図
【図２】冷房運転時における冷凍サイクル内の冷媒の流れを説明する図
【図３】暖房運転時における冷凍サイクル内の冷媒の流れを説明する図
【図４】実施形態にかかる空気調和機を用いて行った実験の結果を示す図
【図５】実施形態にかかる空気調和機を用いて行った実験の結果を示す図
【図６】実施形態にかかる空気調和機を用いて行った実験の結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機であって、
空気調和機の能力クラスが４ｋＷ未満であり、かつ、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２００−３００ｇの範囲内である、空気調和機である。このように、Ｒ３２の充填量を所望の範囲内とすることで、非定常時における圧縮機での液圧縮を抑制することができ、空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
第２の発明は、圧縮機、室内熱交換機、膨張手段、室外熱交換器を含んだ冷凍サイクルにおいて、循環させる冷媒としてＲ３２を使用した空気調和機であって、
空気調和機の能力クラスが４ｋＷ以上であり、かつ、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２５０−３５０ｇの範囲内である、空気調和機である。このように、Ｒ３２の充填量を所望の範囲内とすることで、非定常時における圧縮機での液圧縮を抑制することができ、空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が室外熱交換器の容積１リットル当たり７５０ｇ−１１００ｇの範囲内である。このように、Ｒ３２の充填量を所望の範囲内とすることで、非定常時における圧縮機での液圧縮を抑制することができ、空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
第４の発明は、第２の発明において、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量が室外熱交換器の容積１リットル当たり７５０ｇ−１２００ｇの範囲内である。このように、Ｒ３２の充填量を所望の範囲内とすることで、非定常時における圧縮機での液圧縮を抑制することができ、空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る空気調和機１によって構成される冷凍サイクルを示す図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態における空気調和機１は複数の構成部材２−７を備え、これらの構成部材２−７が複数の配管８−１４によって接続されることで、冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成している。本実施形態では、温暖化係数の小さいＲ３２を冷媒として用いている。
【００１８】
図１に示すように、空気調和機１は、圧縮機２と、室内熱交換器３と、膨張手段４と、室外熱交換器５と、切換弁６と、アキュームレータ７とを備える。切換弁６は、冷媒の流路を切り替えるための弁であり、アキュームレータ７は、循環する冷媒の気液分離を行うものである。なお、本実施形態におけるアキュームレータ７には、アキュームレータ７内の冷媒の状態を目視で確認するためのサイトグラス（図示せず）が設けられている。
【００１９】
上記構成部材を接続している複数の配管８−１４は、第１の配管８と、第２の配管９と、第３の配管１０と、第４の配管１１と、第５の配管１２と、第６の配管１３と、第７の配管１４とを備える。第１の配管８は、圧縮機２と切換弁６を接続し、第２の配管９は、切換弁６と室内熱交換器３を接続し、第３の配管１０は、室内熱交換器３と膨張手段４を接続し、第４の配管１１は、膨張手段４と室外熱交換器５を接続し、第５の配管１２は、室外熱交換器５と切換弁６を接続し、第６の配管１３は、切換弁６とアキュームレータ７を接続し、第７の配管１４は、アキュームレータ７と圧縮機２を接続する。
【００２０】
上述した構成部材２−７および複数の配管８−１４を備える空気調和機１の冷凍サイクル内の冷媒の流れについて、冷房運転、暖房運転および除霜運転の３つの運転モードに分けて順に説明する。
【００２１】
（冷房運転）
空気調和機１の冷房運転時における冷凍サイクル内の冷媒の流れを図２に示す。図２に示すように、冷房運転時には、冷媒は、室内熱交換器３、第２の配管９、切換弁６、第６の配管１３、アキュームレータ７、第７の配管１４、圧縮機２、第１の配管８、切換弁６、第５の配管１２、室外熱交換器５、第４の配管１１、膨張手段４、第３の配管１０、室内熱交換器３を順に流れる。
【００２２】
このような冷媒の流れにより、室内熱交換器３に流れた冷媒が気化するとともに、その際の気化熱によって冷却される空気を室内に供給することで、室内への冷房運転が実施される。
【００２３】
（暖房運転）
空気調和機１の暖房運転時における冷凍サイクル内の冷媒の流れを図３に示す。暖房運転時における冷媒の流れは、上述した冷房運転時と逆向きとなる。具体的には、図３に示すように、冷媒は、室内熱交換器３、第３の配管１０、膨張手段４、第４の配管１１、室外熱交換器５、第５の配管１２、切換弁６、第６の配管１３、アキュームレータ７、第７の配管１４、圧縮機２、第１の配管８、切換弁６、第２の配管９、室内熱交換器３を順に流れる。
【００２４】
このような冷媒の流れにより、室内熱交換器３に流れた冷媒が凝縮するとともに、その際の凝縮熱によって加熱される空気を室内に供給することで、室内への暖房運転が実施される。
【００２５】
この暖房運転時において、特に室外の温度が低い場合（例えば、摂氏０℃以下）には、室外と熱交換を行っている室外熱交換器５の表面に霜が付着することがある。この室外熱交換器５に付着した霜を溶かすために、本実施形態における空気調和機１では、暖房運転時から切換弁６を切り替えて除霜運転を実施することができる。
【００２６】
（除霜運転）
本実施形態では、除霜運転時における冷媒の流れは、暖房運転時と逆向き、すなわち冷房運転時と同じ向きである（図２に示す向き）。冷房運転時と異なる点は、冷媒を冷凍サイクルにて循環させるものの、室内熱交換器３で熱交換する空気を室内に吹き出さない点である。このような運転により、室内に対する空調運転を実施せずに、冷房運転時と同じ冷媒の流れにおいて、比較的温度の高い冷媒を室外熱交換器５に流すことで、室外熱交換器５に付着した霜を取り除くことができる。
【００２７】
上述した３つの運転モードを実施することができる空気調和機１について、本発明者らは鋭意検討した結果、特に、運転モードを切り替える際、又は停止していた運転を再開する際の過渡期（非定常時）において、圧縮機２に液状の冷媒が戻り、圧縮機２において液圧縮の現象が生じる可能性があることを見出した。液圧縮とは、圧縮機２において液状の冷媒が圧縮される現象のことであり、圧縮機２の故障の原因となりうる。そこで、本発明者らは液圧縮の発生を抑制すべく、各種実験（実施例）を行った。以下に、その実験の内容について説明する。
【００２８】
（実施例）
具体的には、上述した構成と同じ空気調和機１を用いて、以下の条件１、２の下で運転を行うとともに、その際に、圧縮機２にて液圧縮の現象が生じているかどうかを圧縮機２のサイトグラスから目視にて確認した。
【００２９】
条件１：周囲が高温の際（以下の温度参照）に冷房運転を行うとともに、冷房運転停止後、速やかに冷房運転を再開したとき。
室内乾球温度：３２℃
室内湿球温度：２２．５℃
室外乾球温度：４３℃
室外湿球温度：２５．５℃
【００３０】
条件２：周囲が低温の際（以下の温度参照）に暖房運転を行うとともに、その最中に除霜運転に切り替えたとき、およびその後、暖房運転に復帰したとき。
室内乾球温度：２０℃
室内湿球温度：―℃
室外乾球温度：２℃
室外湿球温度：１℃
【００３１】
条件１、２に加えて、さらに、空気調和機１のそれぞれの能力クラス（２．２ｋＷ、２．８ｋＷ、３．６ｋＷ、４ｋＷ、５ｋＷ、７ｋＷ）の冷凍サイクル全体における冷媒量（ｇ）を適宜変化させながら、実験を行った。なお、空気調和機１の能力クラスとは、空気調和機１の暖房／冷房能力を表すものであり、本実施形態では、単位時間当たりに室内から取り除くあるいは室内に加える熱エネルギーを意味するが、このような定義に限らず各種の定義付けを行ってもよい。
【００３２】
これらの条件を総合して得られた実験結果を図４に示す。図４は、縦軸に冷凍サイクル全体の冷媒量（ｇ）／冷凍サイクル全体の総容積（Ｌ）を、横軸に空気調和機１の能力クラス（ｋＷ）をとっている。図４において、「×１」の表示は、圧縮機２において液圧縮の現象が生じたことを示す。また、「×２」の表示は、圧縮機２において液圧縮の現象が生じなかったが、冷媒量が少ないために、熱交換性能が十分でないことを示す。また、「○」は、圧縮機２において液圧縮の現象が生じず、さらに熱交換性能も十分である好ましいことを示す。
【００３３】
図４に示すように、空気調和機１の能力クラスが２．２、２．８、３．６ｋＷである場合には、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量を冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２００−３００ｇの範囲内にすることで、液圧縮の現象が生じず、かつ熱交換性能も十分であり、好ましいということがわかる。また、空気調和機１の能力クラスが４ｋＷ、５ｋＷ、７ｋＷである場合には、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量を冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２５０−３５０ｇの範囲内にすることで、液圧縮の現象が生じず、かつ熱交換性能も十分であり、好ましいということがわかる。
【００３４】
すなわち、空気調和機１の能力クラスが４ｋＷ未満（例えば、２．２ｋＷ、２．８ｋＷ３．６ｋＷ）の場合には、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量を冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２００−３００ｇの範囲内とし、空気調和機１の能力クラスが４ｋＷ以上（例えば、４ｋＷ、５ｋＷ、７ｋＷ）の場合には、冷凍サイクルに対するＲ３２の充填量を冷凍サイクル全体の総容積１リットル当たり２５０−３５０ｇの範囲内とすれば、液圧縮の抑制および熱交換性能の維持という観点で好ましいことがわかる。
【００３５】
図４で説明した実験に関して、本発明者らはさらに、液圧縮の発生頻度について鋭意検討を行った。その結果、暖房運転を行う条件２よりも、冷房運転を行う条件１の方が液圧縮の現象が起こりやすくなっているということを見出した。
【００３６】
具体的には、室内熱交換器３と室外熱交換器５とでは、室外熱交換器５の方がその内容積が大きいことが通常であり、条件１のような冷房運転時には、その室外熱交器５は、冷媒を凝縮して液状にする凝縮器として機能している。すなわち、条件１のように、冷房運転を行っている際に当該運転を一旦停止し、その後再度、冷房運転に復帰する際には、室外熱交換器５に貯まっていた液状の冷媒が、相対的に容積の小さい室内熱交換器３側に一気に流れることとなる。このように室内熱交換器３側に流れた冷媒のうち、室内熱交換器３にて蒸発されなかった冷媒が圧縮機２に到達することで、圧縮機２にて液圧縮を起こしやすくなる。
【００３７】
本発明者らは、このような液圧縮の起こりやすい条件１であっても液圧縮を起こさないＲ３２の冷媒量の範囲を訴求することで、空気調和機１の信頼性をさらに向上させることができることに着目した。そこで、図４の実験結果の中から特に、条件１に関する代表的な結果を抽出して図５、６のグラフに表した。
【００３８】
図５、６では、横軸に冷凍サイクル全体の冷媒量（ｇ）／冷凍サイクル全体の総容積（Ｌ）をとり、縦軸に冷凍サイクル全体の冷媒量（ｇ）／室外熱交換器５の容積（Ｌ）をとっている。ここで、図５、６の縦軸においては、冷凍サイクル全体の総容積ではなく、室外熱交換器５の容積を抽出している。前述したように、室内熱交換器３よりも室外熱交換器５の方が容積が大きく、液圧縮の発生頻度に大きく関わることから、冷凍サイクルの中でも室外熱交換器５の容積に着目することで、Ｒ３２の冷媒量と液圧縮の発生の関係をより正確に把握することができる。
【００３９】
図５、６を見ると、前述したように、冷凍サイクル全体の冷媒量／総容積は、能力クラスが４ｋＷ未満（図５）の場合には２００−３００ｇ／Ｌの範囲が好ましく、能力クラスが４ｋＷ以上（図６）の場合には２５０−３５０ｇ／Ｌの範囲が好ましいことがわかる。一方で、図５、６の縦軸に着目すると、能力クラスが４ｋＷ未満（図５）の場合には、冷凍サイクル全体の冷媒量／室外熱交換器５の容積の値は、７５０−１１００ｇ／Ｌの範囲が好ましく、能力クラスが４ｋＷ以上（図６）の場合には、冷凍サイクル全体の冷媒量／室外熱交換器５の容積の値は、７５０−１２００ｇ／Ｌの範囲が好ましいということがわかる。すなわち、このような範囲であれば、条件１という厳しい条件下においても液圧縮の現象を抑制することができるため、より確実に液圧縮を抑制し、空気調和機１の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、圧縮機での非定常時における液圧縮の発生を抑制し、空気調和機の信頼性を向上せることができるため、家庭用や業務用を含めた各種の空気調和機に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  空気調和機
２  圧縮機
３  室内熱交換器
４  膨張手段
５  室外熱交換器
６  切換弁
７  アキュームレータ
８  第１の配管
９  第２の配管
１０  第３の配管
１１  第４の配管
１２  第５の配管
１３  第６の配管
１４  第７の配管
【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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