CN104903661A

CN104903661A - 冷冻循环装置

Info

Publication number: CN104903661A
Application number: CN201380068958.8A
Authority: CN
Inventors: 坪江宏明; 横关敦彦; 塚田福治; 中山进; 野中正之
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2015-09-09
Also published as: WO2014118945A1; CN108469126A; JP5964996B2; JPWO2014118945A1

Abstract

冷冻循环装置具有：室外机，其具有压缩机和热源侧热交换器；室内机，其具有利用侧热交换器；以及液体侧连接配管和气体侧连接配管，它们连接所述室外机和所述室内机。使用R32作为用于所述冷冻循环装置的制冷剂，所述冷冻循环装置具有对所述冷冻循环装置进行控制的控制装置，构成为将由该控制装置控制的控制压力的上限值设定为或能够设定为与原本使用制冷剂R22或制冷剂R407C的冷冻循环装置中的控制压力的上限值相等。由此，能够得到一种采用R32作为制冷剂并且能够将已设的制冷剂连接配管和分支管进行再利用的冷冻循环装置。

Description

冷冻循环装置

技术领域

本发明涉及使用冷冻循环的空调机、冷冻机等冷冻循环装置，尤其涉及使用R32(二氟甲烷)作为用于冷冻循环的制冷剂的冷冻循环装置。

背景技术

目前，在空调机、冷冻机等冷冻循环装置中，通常采用制冷剂R410A作为封入冷冻循环内的制冷剂。虽然制冷剂R410A是GWP(全球变暖潜能值)高的制冷剂，但是，通过提高设备效率而降低电力消耗，从而能够减少二氧化碳的产生量，并且利用制冷剂泄露对策等抑制制冷剂泄露，从而为防止地球变暖作出贡献。但是，从进一步防止地球变暖的观点出发，优选将GWP比制冷剂R410A低的制冷剂用于冷冻循环，作为候选制冷剂考虑制冷剂R32。

然而，在制冷剂物理性质方面，在相同运转条件下(相同标准状态的运转条件)，制冷剂R32的压缩机的排出温度比制冷剂R410A上升大约15℃。因此，在高压腔式的压缩机中，即在将马达密闭在压缩机腔室内并且该电机周围的空气利用从压缩机构部排出的气体制冷剂来冷却马达的这种方式的压缩机中，需要将作为所述马达的绝缘材料的有机材料变更为比原本使用R410A作为制冷剂的情况下的材料更能够在高温下使用的材料。此外，在所述马达的转子采用永磁铁的压缩机中，还存在所述永磁铁由于成为高温而容易退磁这样的课题。

因此，在使用制冷剂R32的以往的冷冻循环装置中，公知有例如像专利文献1记载的那样通过将压缩机吸入侧设定为潮湿状态从而降低压缩机排出温度的冷冻循环装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2001-194015号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1记载的以往的技术中，记载有使用压缩机吸入侧的干燥度为0.65～0.85的制冷剂R32的技术方案。但是，存在如下课题：例如在干燥度为0.65的情况下，将压缩室密封的冷冻机油的粘度由于液体制冷剂而降低，产生因压缩室内的制冷剂的泄露或摩擦的增加而导致的机械损失的增加、或伴随因压缩室内的液体制冷剂的蒸发而导致的压缩室的压力上升而发生的过压缩，压缩机的效率降低，电力消耗量增加，由此发电时的二氧化碳产生量增加。

另一方面，在将原本使用制冷剂R22或者制冷剂R407C的以往的空调机(旧机)等更换成使用制冷剂R32的新的空调机(新机)等的情况下，存在将连接旧机的室内机和室外机的已设的制冷剂连接配管(已设配管)进行再利用的情况。此外，在连接有多台室内机的情况下，所述已设配管在中途被分支管分支，与各室内机连接，存在对该分支管也进行再利用的情况。

在原本使用所述制冷剂R22的设备中，其使用时的最大压力(设计压力)是3.0MPa(绝对压力)，原本使用制冷剂R407C的设备的设计压力是3.4MPa(绝对压力)。并且，已设的所述制冷剂连接配管或所述分支管被选定为满足上述设计压力的材质、壁厚。即，关于连接空调机的室内机和室外机的已设的所述制冷剂连接配管，使用设计压力是3.7MPa(绝对压力)以上的连接配管，而关于所述已设的分支管的设计压力，在使用制冷剂R407C的情况下，使用设计压力是3.4MPa(绝对压力)的分支管。

另一方面，还存在如下课题：使用制冷剂R32的空调机的设计压力是4.2～4.3MPa(绝对压力)，无法将原本使用制冷剂R22或R407C的空调机中的已设的所述制冷剂连接配管或分支管进行再利用。

本发明的目的在于，得到一种冷冻循环装置，该冷冻循环装置采用R32作为制冷剂，并且还能够将已设的制冷剂连接配管进行再利用。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明是一种冷冻循环装置，具有：室外机，该室外机具有压缩机和热源侧热交换器；室内机，该室内机具有利用侧热交换器；以及液体侧连接配管和气体侧连接配管，该液体侧连接配管和气体侧连接配管连接所述室外机和所述室内机，所述冷冻循环装置的特征在于，使用R32作为用于所述冷冻循环装置的制冷剂，具有对所述冷冻循环装置进行控制的控制装置，并构成为：将由所述控制装置控制的控制压力的上限值设定为或能够设定为与原本使用制冷剂R22或制冷剂R407C的冷冻循环装置中的控制压力的上限值相等。

发明效果

根据本发明，具有如下效果：能够得到一种冷冻循环装置，该冷冻循环装置采用R32作为制冷剂，并且还能够将已设的制冷剂连接配管进行再利用。

附图说明

图1是表示本发明的冷冻循环装置的实施例1的冷冻循环系统图。

图2是说明热源侧热交换器的传热面积、制冷剂循环量以及排出压力之间的关系的线图。

图3是说明热源侧热交换器的风量、制冷剂循环量以及排出压力之间的关系的线图。

图4是说明相同制冷能力下的、热源侧热交换器的传热面积、风量以及排出压力之间的关系的线图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的冷冻循环装置的具体的实施例进行说明。

实施例1

以下，根据图1～图4对本发明的冷冻循环装置的实施例1进行说明。在本实施例中，作为冷冻循环装置，以使用制冷剂R32的空调机为例进行说明。

首先，根据图1对作为本实施例的冷冻循环装置的空调机的结构进行说明。图1是表示本发明的冷冻循环装置的实施例1的冷冻循环系统图。

如图1所示，本实施例的空调机具有室外机40和室内机20，该室外机40和室内机20由液体侧连接配管7和气体侧连接配管8连接。

在制冷运转的情况下，由设置于室外机40的压缩机(密闭式压缩机)1压缩了的高温高压的气体制冷剂与冷冻机油共同地从压缩机1排出，气体制冷剂经由四通阀2流入热源侧热交换器3，在这里与外部的空气(室外空气)或水等热源侧介质进行热交换而冷凝液化。冷凝液化后的制冷剂(液体制冷剂)通过全开状态的第一膨胀装置4，通过阻止阀6，而从液体侧连接配管7被送向所述室内机20。

流入室内机20的液体制冷剂在第二膨胀装置21中被减压到低压而成为低压两相状态，进入利用侧热交换器22并与室内空气等利用侧介质进行热交换，并蒸发、气化。然后，该气体制冷剂通过气体侧连接配管8，经由阻止阀9、四通阀2进入储液器10，从这里被再次吸入所述压缩机1，从而构成冷冻循环。剩余制冷剂被贮存在所述储液器10中，将冷冻循环的运转压力、温度保持在正常的状态。

在制热运转的情况下，由所述压缩机1压缩了的高温高压的气体制冷剂与冷冻机油共同地从压缩机1排出，经由四通阀2、阻止阀9、气体侧连接配管8而流入室内机20的利用侧热交换器22，在这里与室内空气等利用侧介质进行热交换，在对利用侧介质进行加热的同时，自身进行冷凝液化。冷凝液化后的制冷剂经由液体侧连接配管7、阻止阀6，由所述第一膨胀装置4减压，在所述热源侧热交换器3中与室外空气或水等热源侧介质进行热交换而蒸发、气化。蒸发、气化后的制冷剂经由四通阀2、储液器10而返回所述压缩机1，从而构成冷冻循环。

另外，在本实施例的冷冻循环装置(空调机)中，使用R32作为制冷剂，并具有对所述冷冻循环装置进行控制的控制装置(未图示)。并且，构成为：通过该控制装置，将冷冻循环装置的设计压力(控制压力的上限值)设定为或能够设定为与采用了制冷剂R22或制冷剂R407C的冷冻循环装置的设计压力(控制压力的上限值)相等。由此，构成为使排出压力的最大值降低。

从所述压缩机1排出的气体制冷剂的温度即排出温度能够由在从压缩机1排出的气体制冷剂的压力即排出压力下的制冷剂的冷凝温度、和排出的气体制冷剂的过热度表示。这里，在对所述膨胀装置4、21进行控制以使从压缩机1排出的气体制冷剂的过热度恒定的情况下，所述冷凝温度越低，即所述排出压力越低，能够将所述排出温度设定得越低。

接着，根据图2～图4，对如下的方法进行说明，该方法用于：在当所述排出压力进一步变高且降低了设计压力的情况下似然度变小的制冷运转时，尤其是在制冷过负荷条件下的制冷运转时，也控制在所述设计压力即使用制冷剂R22或制冷剂R407C的情况下的设计压力以下。图2是说明热源侧热交换器的传热面积、制冷剂循环量以及排出压力之间的关系的线图，图3是说明热源侧热交换器的风量、制冷剂循环量以及排出压力之间的关系的线图，图4是说明相同制冷能力下的、热源侧热交换器的传热面积、风量以及排出压力之间的关系的线图。

另外，以下说明的排出压力的研究由对冷冻循环的运转状态进行模拟的循环模拟器(例如，参照第34届空调冷冻联盟演讲会论文集(2000年4月17～19日)的13～16页、2005年度日本冷冻空调学会年度大会演讲论文集(2005年10月23～27日)的B204-1～4)模拟，并使用了其计算值。

在图2～图4中，A表示基准，使室内机侧的条件相同，在使用制冷剂R32的情况下的热源侧热交换器的传热面积和风量、产生能力与使用制冷剂R410A的情况相同的条件下计算排出压力，其结果是，使用R410A的情况与使用R32的情况的排出压力是相同的点。各图的纵轴以该点A的排出压力为基准，利用比值来表示使用R32的情况下的排出压力。另外，图2和图3中的制冷剂循环量比以制冷剂R32的“制冷剂循环量比×1.0”为基准。在制冷剂循环量比相同的曲线上，制冷剂循环量恒定。

图2表示将制冷剂R32封入冷冻循环装置时的、压缩机1的排出压力比相对于热源侧热交换器3的传热面积比的关系。并且，图3表示压缩机1的排出压力比相对于热源侧热交换器3的空气侧的风量比的关系。

图2、图3中的曲线a表示以为了产生14kW的能力所需要的制冷剂循环量(使制冷剂循环量比为1.0)为基准的情况下的传热面积比或风量比与排出压力比之间的关系。并且，一并表示将所述制冷剂循环量比设为0.88的情况(曲线b)与将所述制冷剂循环量比设为0.77的情况(曲线c)的传热面积比或风量比与排出压力比之间的关系。此时的空气条件是在制冷运转时排出压力上升最大的过负荷条件(室内机侧的利用侧热交换器22的入口空气的干球温度32℃、湿球温度23℃、室外机侧的热源侧热交换器3的入口空气的干球温度43℃的条件)。

并且，虽然采用制冷剂R410A和制冷剂R32的室外机40的设计压力是4.2～4.3MPa(绝对压力)，但是在为了充分确保压缩机1的可靠性而使用制冷剂R32的本实施例中，如上所述，设置冷冻循环装置中的控制压力的上限值，将该上限值设定为比制冷剂R32的设计压力低，或者与其相等。具体而言，在本实施例中，表示将控制压力的上限值设为3.8MPa(绝对压力)，图2和图3所示的排出压力比1.0为3.8MPa(绝对压力)情况下的结果。

如图2和图3所示，当热源侧热交换器3的传热面积越大、或者热源侧热交换器3的风量越大、以及制冷剂循环量越少时，则能够降低压缩机1的排出压力，能够将所述控制压力的上限值设定得低。并且，与此相伴随地也能够降低压缩机1的排出温度。

这里，在使用设计压力比制冷剂R410A或R32低的制冷剂R22或R407C的空调机中，所使用的液体侧连接配管7和气体侧连接配管8的使用压力由配管的外径、壁厚、以及作为配管的材料的铜管的材质决定。在一般用于所述液体侧连接配管7和气体侧连接配管8的铜管中，使用压力最低的配管的外径、壁厚、材质的组合是从一般制冷剂配管用铜管(JISB8607)选取φ19.05、壁厚1.0mm、O态材料的情况，最高使用压力是3.72MPa(绝对压力)。

因此，根据图2设定热源侧热交换器3的传热面积，或根据图3设定热源侧热交换器3中的风量(由冷却风扇送风的空气量)，以使使用制冷剂R32的冷冻循环装置中的室外机40的运转压力(控制压力的上限值)在3.7MPa(绝对压力)以下。或者利用所述控制装置，控制压缩机1的运转频率来调整制冷剂循环量，或者控制所述热源侧热交换器3中的冷却风扇的运转频率来控制风量，以使由搭载于使用制冷剂R32的室外机40的所述控制装置所控制的控制压力的上限值在3.7MPa(绝对压力)以下。由此，在引进使用制冷剂R32的空调机(新机)时，能够将原本采用制冷剂R22或R407C的空调机(旧机)中所使用的液体侧连接配管7和气体侧连接配管8进行再利用。并且，还能够降低压缩机1的排出温度。

另外，在多台室内机20与1台室外机40连接的空调机(冷冻循环装置)中，利用分支管在液体侧连接配管7和气体侧连接配管8的中途进行分支，从而进行连接以使制冷剂流向多台室内机20中的各个。所述分支管与所使用的制冷剂的设计压力相应地进行常规设计。

并且，在过去，存在同时销售采用制冷剂R22的空调机与采用制冷剂R407C的空调机的时期，但是，关于当时的分支管的设计压力，采用了设计压力高的制冷剂R407C的设计压力即3.4MPa(绝对压力)，将制冷剂R22用的分支管与制冷剂R407C用的分支管共用。

因此，与所述液体侧连接配管7或气体侧连接配管8的最高使用压力的下限值即3.72MPa(绝对压力)相比，分支管的设计压力(3.4MPa)较低，在连接了多台室内机20的空调机中，需要在分支管的设计压力以下进行运转。

因此，在多台室内机20经由分支管与所述液体侧连接配管7和气体侧连接配管8连接的冷冻循环装置(空调机)与使用制冷剂R32的冷冻循环装置连接的情况下，根据图2设定热源侧热交换器3的传热面积，或者根据图3设定热源侧热交换器3中的风量，以使冷冻循环装置的控制压力的上限值，即所述室外机40的运转压力在3.4MPa(绝对压力)以下。或者，利用所述控制装置，控制压缩机1的运转频率来调整制冷剂循环量，或者控制所述热源侧热交换器3中的冷却风扇的运转频率来控制风量，以使由搭载于使用制冷剂R32的室外机40的所述控制装置所控制的控制压力的上限值在3.4MPa(绝对压力)以下。

由此，在引进使用制冷剂R32的空调机(新机)时，能够将原本采用制冷剂R22或R407C的空调机(旧机)中使用的所述液体侧连接配管7、所述气体侧连接配管8和所述分支管进行再利用。并且，还能够降低压缩机1的排出温度。

此外，使用制冷剂R32的冷冻循环装置中的所述室外机40除了能够将原本采用制冷剂R22或R407C的空调机中所使用的已设的连接配管7、8进行再利用并连接，还能够和与制冷剂R32相对应连接配管即设计压力为4.2～4.3MPa(绝对压力)以上的新设的连接配管7、8连接。即，本实施例的使用制冷剂R32的冷冻循环装置中的所述室外机40也能够与新设配管施工方式和已设配管使用方式中的任意方式对应地使用。

即，在本实施例中，为了形成能够采用新设配管施工方式和已设配管利用方式中的任意方式的所述室外机40，在采用所述新设配管施工方式或已设配管利用方式中的任意方式的情况下都使室外机40的控制压力的上限值相同。例如，将所述室外机40的控制压力的上限值设定为采用制冷剂R22或制冷剂R407C的室外机中的设计压力3.7MPa，或者在将已设的分支管进行再利用的情况下设定为3.4MPa。

并且，所述控制装置被设置于对所述压缩机1或四通阀2等执行元件进行控制的所述室外机40的控制基盘，利用设置在该控制基盘上、且能够设定冷冻循环的功能的触点开关或跨接线等控制压力设定部，能够任意地选择并设定所述控制压力的上限值。

或者，也可以：将所述控制基盘(控制装置)中的控制压力的上限值从遥控器或外部的控制装置(控制压力设定部)经由采用电信号的传输单元而发送到所述控制基盘，由此，来任意地设定室外机40的控制压力的上限值。

这样，通过构成为利用上述触点开关或外部的控制装置等控制压力设定部，能够任意地设定空调机中的室外机40的控制压力的上限值，由此能够与采用了所述新设配管施工方式或已设配管利用方式的情况下所使用的连接配管7、8或分支管的耐压程度相应地，来设定室外机40的控制压力的上限值。

因此，本实施例的冷冻循环装置(空调机)能够应对新设配管施工方式和已设配管利用方式中的任意方式，能够将所述室外机40的控制压力的上限值确定为与所使用的所述连接配管7、8或所述分支管的设计压力相对应的压力。由此，当在采用制冷剂R32的室外机40中采取新设配管施行方式的情况下，还能够进一步增大采用制冷剂R32的室外机40的能力。

通过采用本实施例，不需要分别地研发与新设配管施工方式对应的室外机40和与已设配管利用方式对应的室外机40而制造另外的产品，能够实现研发期间的缩短。由此，由于还能够减少产品研发时产生的电力，所以还能够减少产品研发时产生的二氧化碳量，因此能够得到能够为防止地球变暖作出贡献的冷冻循环装置。

另外，如果使采用所述制冷剂R32的空调机中的室外机40的控制压力的上限值与采用以往的制冷剂R22或R407C的空调机中的室外机的控制压力的上限值相同，则还能够降低在采用制冷剂R32的情况下存在问题的所述压缩机1的排出温度。例如，能够使其与采用当前使用的R410A的室外机中的压缩机的排出温度大致相同。由此，还能够得到如下效果：能够不需要为了R32用而研发采用制冷剂R32的所述室外机40的压缩机1等的情况下，沿用使用制冷剂R410A的室外机的压缩机等。

图4是说明在控制为相同制冷能力的情况下的、热源侧热交换器的传热面积、风量以及排出压力之间的关系的线图。根据该图4，说明在将使用制冷剂R32的空调机(冷冻循环装置)中的所述室外机40的设计压力(控制压力的上限值)设定为3.4MPa(绝对压力)的情况下的、热源侧热交换器3的传热面积比与风量比的下限值的关系。

在图4中，通过以使制冷能力恒定的方式控制压缩机1的运转频率，从而调整制冷剂循环量。在图4中，也与上述图2、图4相同，是将控制上的上限压力设为3.8MPa(绝对压力)的情况下的结果。图4中的曲线d表示热源侧热交换器3的风量比为1.0的情况下的结果，曲线e表示将所述风量比设为1.3的情况下的结果，曲线f表示将所述风量比设为1.6的情况下的结果。

图4中的纵轴的排出压力比1.0相当于3.8MPa(绝对压力)，排出压力比0.9相当于3.4MPa(绝对压力)。关于排出压力为3.4MPa、排出压力比为0.9时的传热面积比与风量比的组合，传热面积比为1.55时风量比为1.6，传热面积比为2.25时，风量比为1.3。

这里，当将热源侧热交换器的传热面积比设为A₀，将风量比设为Q₀时，如果满足

A₀×Q₀ ^1.8≧3.6……(1)

的关系，则能够使压缩机1的排出压力满足排出压力比为0.9以下。即，由于热交换器的性能与传热面积成比例，还与通过热交换器的空气的流速的幂值成比例，因此根据该内容与上述图4所示的结果，导出上述(1)式。

在上述式(1)中，由于传热面积比A₀在运转中无法控制，因此通过控制为使所述风量比Q₀满足上述式(1)，从而能够将排出压力控制在3.4MPa以下。其结果是，还能够降低压缩机1的排出温度。

并且，根据该图4所示的例子，由于能够将使用制冷剂R32的所述室外机40的设计压力控制在已设的分支管的设计压力例如3.4MPa以下，因此还能够进行已设的分支管的再利用。

如上所述，根据本实施例，在采用制冷剂R32的冷冻循环装置中，将其设计压力(控制压力的上限值)设定为原本采用制冷剂R22或制冷剂R407C的冷冻循环装置中的设计压力，降低压缩机的排出压力的最大值即控制压力的上限值，因此，能够得到采用R32作为制冷剂并且还能够再利用已设的制冷剂连接配管和分支管的冷冻循环装置。

并且，由于能够在不降低压缩机效率的情况下，将来自压缩机的制冷剂的排出温度降低到与制冷剂R410A相同的程度，因此，在不需要将采用制冷剂R410A的冷冻循环装置的室外机中使用的马达的绝缘材料或电机转子的永磁铁的材料等变更为应对高温(高温时难以退磁的磁铁)的情况下，可以作为采用R32的冷冻循环装置的压缩机的部件进行沿用。因此，还得到如下效果：能够廉价地制造高效地实现防止地球变暖的、使用制冷剂R32的冷冻循环装置。

附图标记说明

1：压缩机；2：四通阀；3：热源机侧热交换器；4：第一膨胀装置；21：第二膨胀装置；6、9：阻止阀；7：液体侧连接配管；8：气体侧连接配管；10：储液器；20：室内机；22：利用侧热交换器；40：室外机。

Claims

1.一种冷冻循环装置，具有：室外机，该室外机具有压缩机和热源侧热交换器；室内机，该室内机具有利用侧热交换器；以及液体侧连接配管和气体侧连接配管，该液体侧连接配管和气体侧连接配管连接所述室外机和所述室内机，所述冷冻循环装置的特征在于，

使用R32作为用于所述冷冻循环装置的制冷剂，

具有对所述冷冻循环装置进行控制的控制装置，

并构成为：将由所述控制装置控制的控制压力的上限值设定为或能够设定为与原本使用制冷剂R22或制冷剂R407C的冷冻循环装置中的控制压力的上限值相等。

2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

将所述控制压力的上限值设定为3.4～3.7MPa(绝对压力)。

3.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

具有用于设定由所述控制装置控制的控制压力的上限值的控制压力设定部。

4.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其特征在于，

所述室外机和所述室内机按一对一的方式由所述液体侧连接配管和所述气体侧连接配管连接，将由所述控制装置控制的控制压力的上限值设定为3.7MPa(绝对压力)以下。

5.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

设置有多台所述室内机，该多台室内机经由分支管与所述液体侧连接配管和所述气体侧连接配管连接，并进行设定使由所述控制装置控制的控制压力的上限值不超过3.4MPa(绝对压力)。

6.根据权利要求5所述的冷冻循环装置，其特征在于，

在将热源侧热交换器的传热面积比设为A₀，将风量比设为Q₀时，设定所述传热面积比A₀和所述风量比Q₀，以便满足A₀×Q₀ ^1.8≧3.6的关系。