CN1233969C - 制冷装置 - Google Patents

Abstract

由压缩机(11)、四通切换阀(12)、室外热交换器(13)、作为热膨胀结构的膨胀阀(14)及室内热交换器(15)通过气化侧管道(31)和液化侧管道(32)顺序连接而构成制冷剂回路(10)。所述制冷剂回路(10)上填充有单一的R32制冷剂或含有75%(重量)以上、但不到100%(重量)的R32的R32和R125的混合制冷剂。所述气化侧管道(31)内径dg与液化侧管道(32)的内径dl之比dg/dl在制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW时，设定为2.1-3.5，在制冷设备的额定功率小于5kW，大于9kW时，设定为2.6-3.5。

Description

制冷装置

发明领域

本发明涉及一种制冷装置，特别是，涉及一种使用单一的R32制冷剂或含有R32的混合制冷剂的制冷装置。

背景技术

迄今为止，作为适用于空调装置等制冷装置中的制冷剂，较多地是使用R22制冷剂。然而，制冷剂R22的臭氧破坏系数较大，根据蒙特利尔协议书规定，该制冷剂将于2020年前全面停止使用。为此，作为取代R22制冷剂的制冷剂，进行了R407、R410及R134a等各种制冷剂的开发。

然而，如图10所示，尽管上述各种替代的制冷剂的臭氧破坏系数较小，但其地球变暖系数(GWP)与R22相同。因此，所述替代的制冷剂从防止地球变暖的观点来说，并不是令人充分满意的制冷剂。

又，使用所述替代的制冷剂时，由于制冷装置的COP较以往低，所以，与因制冷剂的放出而直接导致的地球变暖效应不同，随着电力消耗的增大，火力发电厂等的负荷也增加，这样，又间接地助长了地球变暖倾向。为此，人们期望能开发出一种可以真正地抑止地球变暖倾向的替代制冷剂。

为此，人们正在进行单一的R32制冷剂或R32含量较高的混合制冷剂的开发，以用作GWP较小的替代制冷剂。

但是，如果仅是将单一的R32制冷剂或含有R32的混合制冷剂填充于使用R22的制冷装置中，则无法充分利用R32的特性，不能得到充分的防止地球变暖效应。为此，为防止地球变暖效应的产生，人们又期待一种可以有效地利用R32特性的制冷装置。

发明揭示

本发明系鉴于所述问题而作。本发明的目的在于：提供一种可有效利用R32的特性，真正防止地球变暖倾向的制冷装置。

为达成上述目的，本发明在如同以往那样，设定制冷剂回路的气化侧管道管径的同时，将液化侧管道的管径设定成小于以往的尺寸，以便在如同以往那样维持所述制冷装置性能不变的同时，降低制冷剂回路中的制冷剂填充量。

具体地说，本发明的一个方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置为对象。而且，将所述制冷剂回路(10)的(制冷剂)气化侧管道(31)的管道直径dg与上所冷剂回路(10)的(制冷剂)液化侧管道(32)的管道直径dl之比dg/dl设定为2.6以上。

又，本发明的另一个方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl达2.6以上。

另外，在上述本发明的各个方面中，所述管径意指管道外径或内径。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl达2.1以上。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比-dg/dl在2.1-3.5的范围。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.4-3.2的范围。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.6-3.0的范围。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl达2.6以上。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2..6-3.5的范围。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.8-3.3的范围。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。而且，如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl达2.9-3.1的范围。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径3.2-4.2mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径为3.5-3.9mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率小于5kW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径为3.6-3.8mm的管子形成。

另外，从将其制冷剂的填充量比以往减少的观点来看，所述液化侧管道(32)的内径以不大于3.7为宜。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于5kW，但小于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径为5.4-7.0mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大5kW，但小于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径为5.7-6.7mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于5kW，但小于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径为6.0-6.4mm的管子形成。

另外，从将其制冷剂填充量比以往减少的观点来看，所述液化侧管道(32)的内径以不大于6.2为宜。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径小于9.8mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径为7.5-9.8mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是，以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径7.8-9.5mm的管子形成。

又，本发明的其它方面是以装备有形成了制冷循环的制冷剂回路(10)、其制冷设备的额定功率大于22.4KW的制冷装置为对象，所述制冷装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂。且，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径8.1-9.1mm的管子形成。

另外，从将其制冷剂的填充量比以往减少的观点来看，所述液化侧管道(32)的内径以不大于8.7为宜。

又，在所述本发明的各个方面中，所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的内径较以往为小。且，单一的R32制冷剂或其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合液制冷剂，作为制冷剂的特性来说，其压力损失较R22要小。因此，所述液化侧管道(32)的内径既使减小，也可将管道内的压力损失维持于相同于以往的水平。

另一方面，藉由减小液化侧管道(32)的内径，可以减少制冷剂回路(10)的制冷剂填充量。因此，可以在维持与以往使用R22场合相同的性能的同时，降低制冷剂填充量。由此，一方面由于R32的地球变暖系数较低，另一方面，由于制冷剂回路(10)的制冷剂填充量的减少，因而，可以显著地降低地球变暖效应。

又，在上述本发明的各个方面中，所谓液化侧管道(32)，既可以包括位于冷凝器出口和蒸发器通孔之间的所有管道，也可以是其中的一部分。同样，所谓气化侧管道(31)，既可以包括位于蒸发器出口和冷凝器通孔之间的所有管道，也可以是其中的一部分。

所述气化侧管道(31)及液化侧管道(32)可以是连接室内机组(17)和室外机组(16)的连接管道。

所述液化侧管道(32)也可以是连接室内机组(17)和室外机组(16)的连接管道。

在上述本发明中，连接管容易形成较长的管道，由此，可以更显著地发挥降低制冷剂填充量的效果。

又，所述制冷剂较好的是使用单一的R32制冷剂。

如上所述，根据本发明，液化侧管道(32)的管道内径可以作得小于以往的使用R22的制冷装置的管道内径，藉此，可以在维持与以往制冷装置相同的性能的同时，降低制冷剂回路(10)中的制冷剂填充量。为此，可以比较以往更有效地利用单一的R32制冷剂或R32的混合制冷剂，降低制冷剂自身的地球变暖系数和制冷剂填充量，并藉此大幅度地降低地球变暖效应。从而，可以提供一种适用于地球环保的制冷装置。

附图的简单说明

图1为空调装置的制冷剂回路图。

图2为莫利尔焓墒图。

图3为表示传热管的内径比的计算结果的图表。

图4为带槽管道的剖视图。

图5为莫利尔焓墒图。

图6为表示液化侧管道的内径比的计算结果的图表。

图7所示为相对于制冷设备的额定功率的、R22用气化侧管道及液化侧管道的管径。

图8所示为相对于制冷设备的额定功率的、气化侧管道及液化侧管道的细管径之比的图表。

图9所示为R22用铜管和R32用铜管的关系图

图10所示为地球变暖系数表。

实施本发明的最佳方式

以下，参照附图，就本发明的实施方式作一说明。

空调装置的构成

如图1所示，本实施方式中的制冷装置为连接室内机组(17)和室外机组(16)而成的空调装置(1)。空调装置(1)的制冷剂回路(10)以单一的R32制冷剂(以下，简称“单一R32制冷剂”)作为制冷剂，或以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂(富集R32成份的混合制冷剂，以下，简称“R32/R125混合制冷剂”)作为制冷剂。

此处，所述制冷剂回路(10)为一形成蒸气压缩式制冷循环的制冷剂回路，该回路系由压缩机(11)、四通切换阀(12)、室外热交换器(13)、作为热膨胀结构的膨胀阀(14)及室内热交换器(15)通过作为制冷剂管道的气化侧管道(31)和液化侧管道(32)顺序连接而构成。

具体地说，压缩机(11)的排出腔和四通切换阀(12)的第一通孔(12a)用第一气化侧管道(21)连接。四通切换阀(12)的第二通孔(12b)及室外热交换器(13)用第二气化侧管道(22)连接。室外热交换器(13)和膨胀阀(14)用第一液化侧管道(25)连接。膨胀阀(14)和室内热交换器(15)用第二液化侧管道(26)连接。室内热交换器(15)和四通切换阀(12)的第三通孔(12c)用第三气化侧管道(23)连接。四通切换阀(12)的第四通孔(12d)和压缩机(11)的吸气口一侧用第四气化侧管道(24)连接而成。

压缩机(11)、第一气化侧管道(21)、四通切换阀(12)、第二气化侧管道(22)、室外热交换器(13)、第一液化侧管道(25)、膨胀阀(14)及第四气化侧管道(24)和图中未示的室外送风机共同收纳置于室外机组(16)中。另一方面，室内热交换器(15)和图中未示的室内送风机共同收纳置于室内机组(17)中。第二液化侧管道(26)及第三气化侧管道(23)的一部分构成连接室外机组(16)和室内机组(17)的所谓的连接管道。

热交换器的结构

由于单一R32制冷剂或R32/R125混合制冷剂的单位体积的制冷效果较R22地大，所以，为发挥其设定的制冷能力所须的制冷剂循环量比使用R22时的要少。因此，在使用单一R32制冷剂或R32/R125混合制冷剂的场合，在设定热交换器的传热管的内径一定时，制冷剂循环量减少，从而，使其管内压力损失比较使用R22时的要少。

通常，减小热交换器的内径，则由于传热面积的减少及制冷剂压力损失的增加，整个制冷装置的性能低下。然而，在使用单一的R32制冷剂或R32/R125混合制冷剂的场合，由于传热管内制冷剂一侧的传热率比较使用R22时的要大，是以，既使将管内压力损失增大至与R22相当的程度，从整体上来说，仍可以发挥与使用R22时相当、或大于使用R22时的制冷装置性能。

但是，在制冷回路(10)中，制冷剂保存量最多的部分为室外热交换器(13)。因此，藉由将室外热交换器(13)的传热管道管径的细化，可以有效地降低制冷剂的填充量。又，藉由传热管管径的细化，也使得室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的体积小型化。据此，可以促进室外机组(16)及室内机组(17)的紧凑化。

由此，在本发明的空调装置中，使室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的传热管管径细化，以使其管内的压力损失与使用R22制冷剂时的压力损失处于同等水平。具体地说，在本发明的空调装置中，考虑到与传热管道内的压力损失相当的制冷剂的饱和温度的变化量，设定室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的传热管道内径尺寸，以使所述温度变化量与使用R22时的相同。

传热管结构的基本原理

其次，如图2所示，设定室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的各个传热管道，以使与蒸发制冷剂的压力损失相当的饱和温度变化量ΔTe与以往装置中使用R22制冷剂时的饱和温度变化量相同。即，设

ΔTe＝Const          ……(1)

其中，

ΔP：管道压力损失(kPa)

L：管道长度(m)

G：制冷剂循环量(kg/s)

A：流道截面积(m²)

λ：损耗系数

d：管道内径(m)

ρs：压缩机吸入的制冷剂密度(kg/m²)

另外，所述饱和温度变化量ΔTe可以表为下式。

$\mathrm{\ΔTe}=\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}\×\mathrm{\ΔPe}...\left(2\right)$

压力损失ΔP可用下式计算图管道中的磨擦损失的公式算出。

$\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\λ}\·\frac{L}{d}\·\frac{G^2}{2\·\mathrm{\ρs}\·A^2}...\left(3\right)$

设制冷能力Q＝G×Δh为一定，则，

$\mathrm{\ΔP}\∝\frac{G^2}{\mathrm{\ρs}\·d^5}\∝{(\mathrm{\Δ}{h}^2\·\mathrm{\ρs}\·d^5)}^{-1}...\left(4\right)$

Δh：制冷效果(KJ/Kg)

因此，从上式(2)及式(4)，压力损失ΔP可表示如下：

$\mathrm{\ΔTe}\∝\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}\×{(\mathrm{\Δ}{h}^2\·\mathrm{\ρs}\·d^5)}^{-1}...\left(5\right)$

因此，从所述式(1)及式(5)，和制冷剂R22及R32的物理性能值，可以求得使用R32的传热管管道内径和使用R22的传热管管道内径的内径之比，即，可以通过下式求得传热管的细径比。

$\left.\begin{array}{c}{\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{22}\×{(\mathrm{\Δ}{h_{22}}^2\·\mathrm{\ρ}{s}_{22}\·{d_{22}}^5)}^{-1}={\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{32}\×{(\mathrm{\Δ}{h_{32}}^2\·\mathrm{\ρ}{s}_{32}\·{d_{32}}^5)}^{-1}\\ \frac{d_{32}}{d_{22}}={({\left(\frac{\mathrm{\Δ}{h}_{32}}{\mathrm{\Δ}{h}_{22}}\right)}^2\×\frac{\mathrm{\ρ}{s}_{32}}{\mathrm{\ρ}{s}_{22}}\×{\left(\frac{{\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{32}}{{\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{22}}\right)}^{-1})}^{-1/5}\end{array}\right\}...\left(6\right)$

图3所示为将各个物性值代入所述式(6)中后的计算结果。又，根据本计算，假定蒸发温度Te为2℃，冷凝温度Tc为49℃，则，蒸发器出口处的超热TH＝5度，冷凝器出口处的低冷温度SC＝5度。

从所述计算结果可以明白，单一R32制冷剂的传热管管径细化至使用R22的传热管管径的0.76倍。又，R32/R125的混合制冷剂用的传热管道，其管径可以细化至使用R22的传热管管径的0.76-0.8倍。另外，作为参考，对其它的替代制冷剂，也进行了同样的计算，但，可以明白，不能获得如同R32同样程度的管径细化的效果(见图3)。

在本发明的空调装置(1)中，根据上述原理，与使用R22的传热管相比，使用了具有如下内径的传热管。

即，在使用单一R32制冷剂的场合，用其内径为4.7m-m5.9mm的传热管形成室内热交换器(15)，用其内径为5.4mm-6.7mm的传热管形成室外热交换器(13)。

另一方面，在使用R32/R125混合制冷剂的场合，用其内径为4.7mm-6.2mm的传热管形成室内热交换器(15)，用其内径为5.4mm-7.1mm的传热管形成室外热交换器(13)。

各个传热管的内径小于所述数值范围时，尽管制冷剂填充量更加降低，但制冷剂的压力损失也过大。另一方面，各个传热管的内径大于所述数值范围时，则尽管制冷剂的压力损失低减，制冷装置的效率提高，但仍难以充分利用R32的降低制冷剂填充量的效果。

从而，在本实施方式中，将室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的传热管的管道内径设定于所述数值范围之内。

又，无庸置言，根据装置使用条件的不同，为了充分发挥R32制冷剂的特性，月也可进一步限定所述数字范围。

例如，在使用单一R32制冷剂的场合，可以用其内径为4.9mm-5.7mm的传热管形成室内热交换器(15)的传热管道，用其内径为5.6mm-6.5mm的传热管子形成室外热交换器(13)的传热管道。

再有，在使用单一R32制冷剂的场合，用其内径为5.1mm-5.5mm的传热管形成室内热交换器(15)的传热管道，用其内径为5.8mm-6.3mm的传热管形成室外热交换器(13)的传热管道。

又，在使用R32/R125混合制冷剂的场合，用其内径为4.9mm-6.0mm的传热管形成室内热交换器(15)的传热管道，用其内径为5.6mm-6.9mm的传热管形成室外热交换器(13)的传热管道。

再有，在使用R32/R125混合制冷剂的场合，也可以用其内径为5.2mm-5.7mm的传热管形成室内热交换器(15)的传热管道，用其内径为5.9mm-6.6mm的传热管形成室外热交换器(13)的传热管道。

又，作为这里的传热管的管道内径，系指管道内壁面为平滑壁面时进行扩管后的管道内径。另外，如图4所示，在所示管道内壁面为带槽的壁面时，所示传热管道的内径指从扩管后的外径除去底壁厚二倍的数值，即，内径di＝do-2t。

作为传热管道，可以使用铜管及铝管等的各种传热管道。本实施方式有关的室外热交换器(13)及室内热交换器(15)，作为进行空气和热的交换的空气热交换器之一种系由以铜管和铝翅片组成的板翅式热交换器所构成，所以，传热管道由铜管组成。

制冷剂管道的构成

又，在本发明的空调装置中，作为降低制冷剂填充量的目的，不光是热交换器(13，15)，也试图对制冷剂回路(10)的制冷剂管管径进行细化。

如上所述，直接将单一R32制冷剂或R32/R125混合制冷剂用于使用R22的制冷剂管道中时，制冷剂的压力损失降低。为此，既使缩小制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的内径，使其管内压力损失增加至如同使用R22时相同的水平，所述制冷装置的性能也仍可以保持在与以往相同的程度。因此，在本发明的空调装置(1)中，藉由将液化侧管道(32)的管道内径细化，使其管内压力损失增加至如同使用R22时相同的水平，藉此，可以在保持制冷装置性能的同时，降低制冷剂回路(10)的制冷剂填充量。

此外，将气化侧管道(31)，特别是，将压缩机(11)的吸入管道的第四气化侧管道(24)的管道内径细化，则制冷剂填充量的消减量并不因此增多，相反，藉由吸入压力损失增大的影响，使制冷装置的效率大大降低。如此的装置效率低下的问题，将间接地导致地球变暖效应的增大。

因此，在本发明的空调装置(1)中，将气化侧管道(31)一作成与以往的使用R22制冷剂的气化侧管道同样的管道，同时，仅将液化侧管道(32)的管道内径作成小于以往使用R22制冷剂时的液化侧管道的管径。

制冷剂管道结构的基本原理

下面，就构成液化侧管道(32)的基本原理作一说明。

这里，设计液化侧管道(32)的管道内径，使所述液化侧管道(32)的压力损失相对于从冷凝器出口处至蒸发器通孔处的制冷剂的压力下降量所占比例，与R22的场合相同。即，使用图5所示符号，下式成立。

$\frac{(\mathrm{Pco}-\mathrm{Pvi})+(\mathrm{Pvo}-\mathrm{Pbi})}{(\mathrm{Pco}-\mathrm{Pei})}=\mathrm{Const}....\left(7\right)$

其中，

ΔP：管道压力损失(kPa)

L：管道长度(m)

G：制冷剂循环量(kg/s)

A：流道截面积(m²)

λ：损耗系数

d：管道内径(m)

ρs：压缩机吸入的制冷剂密度(kg/m²)

另外，所述式(7)的分子中的各项可以用下式的圆管摩擦损耗公式算出。

$\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\λ}\·\frac{L}{d}\·\frac{G^2}{2\·\mathrm{\ρs}\·A^2}...\left(8\right)$

这里，设功率Q＝G×Δh为一定，则可从上式(8)导出下式：

$\mathrm{\ΔP}\∝\frac{G^2}{\mathrm{\ρs}\·d^5}\∝{(\mathrm{\Δ}{h}^2\·\mathrm{\ρs}\·d^5)}^{-1}...\left(9\right)$

Δh：制冷效果(KJ/Kg)

从而，可以导出下式：

(Pco-Pvi)+(Pvo-Pbi)∝(Δh²·ρs·d⁵)^-1     …(10)

又，从上式(7)及式(10)可导出下式：

$\frac{(\mathrm{Pco}-\mathrm{Pvi})+(\mathrm{Pvo}-\mathrm{Pbi})}{(\mathrm{Pco}-\mathrm{Pei})}\∝\frac{{({\mathrm{\Δh}}^2\·\mathrm{\ρs}\·d^5)}^{-1}}{(\mathrm{HP}-\mathrm{LP})}...\left(11\right)$

因此，从上述式(7)和式(11)及制冷剂R22和R32的物性值，从下式可以求得使用R32制冷剂时的液体一侧传热管道(32)的管道内径和使用R22制冷剂时的液体一侧传热管管道内径的细径之比。

$\left.\begin{array}{c}{\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{22}\×{(\mathrm{\Δ}{h_{22}}^2\·\mathrm{\ρ}{s}_{22}\·{d_{22}}^5)}^{-1}={\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{32}\×{(\mathrm{\Δ}{h_{32}}^2\·\mathrm{\ρ}{s}_{32}\·{d_{32}}^5)}^{-1}\\ \frac{d_{32}}{d_{22}}={({\left(\frac{\mathrm{\Δ}{h}_{32}}{\mathrm{\Δ}{h}_{22}}\right)}^2\×\frac{\mathrm{\ρ}{s}_{32}}{\mathrm{\ρ}{s}_{22}}\×{\left(\frac{{\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{32}}{{\left\{\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔP}}\right\}}_{22}}\right)}^{-1})}^{-1/5}\end{array}\right\}...\left(12\right)$

图6所示为将各个物性值代入所述式(12)中后的计算结果。又，根据本计算，假定蒸发温度Te为2℃，冷凝温度Tc为49℃，则，蒸发器出口处的超热TH＝5度(deg)，冷凝器出口处的低冷温度SC＝5度。

从上述计算结果可以明白，单一R32制冷剂的液化侧管道(32)的管道内径细化至使用R22时的液化侧管道内径的0.76倍。又，在R32/R125混合制冷剂中，如果R32成份含量在75％(重量)以上，则可将管道内径细化至R22的液化侧管道内径的0.76-0.88倍。此外，就其它的替代制冷剂也进行同样的计算，以作为参考，但可以明白，无法得到如同使用制冷剂R32时的管径细化效果。(参照图6)。

图7所示为在使用以往的R22制冷剂的装置中，就各自的制冷设备的额定功率下的气化侧管道及液化侧管道的管径(外径)图。

在本发明的空调装置中，根据制冷设备的额定功率，在气化侧管道(31)上使用了其管径与所述R22用的气化侧管道相同的管道，另一方面，液化侧管道(32)上使用了其管径比上述使用R22时的液化侧管道小的管道。

图8所示为显示气化侧管道内径dg与液化侧管道内径dl之比，即，它们的径之比的图表。在本发明的空调装置中，根据制冷设备的额定功率，使用了其具有如下所述内径比的气化侧管道(31)及液化侧管道(32)。

即，当制冷设备的额定功率在大于5kW，但小于9KW之时，使用所述内径比在2.1-3.5的气化侧管道(31)及液化侧管道(32)。当制冷设备的额定功率在小于5kW，或大于9KW之时，使用所述内径比在2.6-3.5的气化侧管道(31)及液化侧管道(32)。

又，当制冷设备的额定功率小于5kW时，作为液化侧管道(32)，使用其内径在3.2mm-4.2mm的管子。当制冷设备的额定功率大于5kW，但小于22.4KW之时，作为液化侧管道(32)，使用其内径在5.4mm-7.0mm的管子。当制冷设备的额定功率在大于22.4kW时，作为液化侧管道(32)，使用其内径在7.5mm-9.8mm的管子。

所述内径比或液化侧管道(32)的内径在小于所述数值范围时，则尽管制冷剂填充量的更加低减，但装置的性能下降。另一方面，当所述内径比或液化侧管道(32)的内径大于所述数值范围时，则尽管制冷剂压力损失下降，装置性能得以提高，但制冷剂填充量降低的效果低下。

为此，设定气化侧管道(31)及液化侧管道(32)的管径在所述数字范围之内，以在保持制冷装置性能的同时，充分降低制冷剂填充量。

又，无庸置言，根据装置使用条件等的不同，为有效地利用R32的特性，也可对所述数字范围作出进一步的限定。

例如，当制冷设备的额定功率在大于5kW、但小于9KW之时，可将所述内径比作成2.4-3.2；而当制冷设备的额定功率在小于5kW、或大于9KW之时，可将所述内径比设定为2.8-3.3。

进一步，当制冷设备的额定功率在大于5kW、但小于9KW之时，也可将所述内径比作成2.6-3.0；而当制冷设备的额定功率在小于5kW，或大于9KW之时，可将所述内径比设定为2.9-3.1。

又，当制冷设备的额定功率在小于5kW时，液化侧管道(32)的内径可作成3.5mm-3.9mm的范围；当制冷设备的额定功率在大于5kW、但小于22.4KW之时，液化侧管道的内径可设定为5.7mm-6.7mm。当制冷设备的额定功率在大于22.4kW对，所述管道内径可以设定为7.8mm-9.5mm。

进一步，当制冷设备的额定功率在小于5kW时，液化侧管道(32)的内径可作成3.6mm-3.8mm的范围：当制冷设备的额定功率在大于5kW、但小于22.4KW之时，液化侧管道的内径可设定为6.0mm-6.4mm。当制冷设备的额定功率在大于22.4kW时，所述管道内径可以设定为8.1mm-9.1mm。

另外，迄今为止，作为制冷剂管道，因其成本低廉，且加工容易的原因，通常是使用铜管。由于铜管存在各种各样的尺寸，藉由对已有的规格产品的利用，可以使得制冷剂管道(31、32)的制造成本更加低廉。因此，为了降低装置的成本，较好的是，组装利用现有规格化的管道产品，以使其具有所述内径比，藉此，使液化侧管道(32)及气化侧管道(31)都仅仅由规格管道产品构成。

图9为将R22使用的铜管(JISB 8607)的规格和日本制冷空调工业会推荐(日冷工案)的R32用高压相应管道规格作一比较的比较图表。

根据上述计算结果，可得出的最佳内径比，在使用单一的R32制冷剂的场合，为0.76，在使用其中R32的含量为75％(重量)的R32/R125混合制冷剂的场合，为0.80。由所述图9可以明白，如果所使用的管道内径比在所述最佳内径比的±10％的范围内，则可组装规格管道产品，并藉此容易实现所述内径比。

例如，在使用φ9.5mm的规格化管道产品作为使用R22时的管道时，则在使用R32的场合，可以使用φ8.0mm的规格化管道产品，以取代所述管径的管道。如此，本实施方式为一种可藉由规格化管道产品的组装而容易地实现本发明的一种可实施的方式。

空调装置(1)的运作

下面，根据制冷剂回路(10)中的制冷剂循环运作，说明空调装置(1)的运作情况。

在制冷运转时，将四通切换阀(12)设定于如图1所示的实线一侧。即，四通切换阀(12)在连接、接通第一通孔(12a)和第二通孔(12b)的同时，也使第三通孔(12c)和第四通孔(12d)处于连接接通状态。

在此状态下，从压缩机(11)排出的气体制冷剂流经第一气化侧管道(21)、四通切换阀(12)及第二气化侧管道(22)，在室外热交换器(13)中冷凝。然后，自室外热交换器(13)流出的液体制冷剂流经第一液化侧管道(25)，在膨胀阀(14)处被减压后，成为气液二相制冷剂。自膨胀阀(14)流出的二相制冷剂流经第二气化侧管道(26)后，在室内热交换器(15)处与室内空气进行热交换后，蒸发，冷却室内空气。自室内热交换器(15)流出的气体制冷剂，流经第三气化侧管道(23)、四通切换阀(12)及第四气化侧管道(24)之后，被压缩机(11)吸入。

另一方面，在制暖运转时，将四通切换阀(12)设定于如图1所示的破折线一侧。即，四通切换阀(12)在连接、接通第一通孔(12a)和第四通孔(12d)的同时，也使第二通孔(12b)和第四通孔(12c)处于连接接通状态。

在此状态下，从压缩机(11)排出的气体制冷剂流经第一气化侧管道(21)、四通切换阀(12)及第三气化侧管道(23)，流入室内热交换器(15)。流入该室内热交换器(15)的制冷剂与室内空气进行热交换后，冷凝，加热室内空气。自室内热交换器(15)流出的液体制冷剂流经第二液化侧管道(26)，在膨胀阀(14)处被减压后，成为气液二相制冷剂。自膨胀阀(14)流出的二相制冷剂流经第一气化侧管道(25)后，在室外热交换器(13)处蒸发。自室外热交换器(13)流出的气体制冷剂，流经第二气化侧管道(22)、四通切换阀(12)及第四气化侧管道(24)之后，被压缩机(11)吸入。

根据本实施方式，在使用单一R32制冷剂或R32/R125混合制冷剂作为制冷剂的同时，由其管径较小的管子形成液化侧管道(32)，藉此可在将运转效率维持与以往相同的同时，降低制冷剂回路(10)的制冷剂填充量。从而，可以充分有效地利用R32的地球变暖系数小、且其管内压力损失也小的特性，可以大幅度地降低地球变暖效应。

又，由于室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的传热管道管径更加细化，所以，可以进一步降低制冷剂填充量，更加降低地球变暖效应。

另外，藉由传热管道管径的细化，可以达到室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的低成本化及小型化，使室内机组(17)及室外机组(16)也小型化。

所述实施方式系一种可有选择地实行制冷运转和制暖运转的所谓的热泵式的空调装置，但是，本发明的适用对象并不限于该热泵式空调装置，例如，本发明也可以使一种制冷专用机器。又，通过相对于每一相应的制暖额定功率，设定液化侧管道(32)及气化侧管道(31)的内径或其内径比，藉此，使本发明适用于制暖专用机器。

无庸置言，气化侧管道(31)及液化侧管道(32)并不一定须由铜管形成，也可以由SUS管、铝管、铁管等其它的管子形成。

室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的传热管也可并不限于空气热交换器，也可以是套管式热交换器等的液—液热交换器。

藉由室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的传热管及气化侧管道(31)及液化侧管道(32)管径的细化，使制冷剂回路(10)的管内容积(制冷剂铁管部分的容积)减少。为此，混入制冷剂回路(10)内的空气、水分、杂质等较以往减少，冷冻机油与水分等接触的机会也减少。由此，根据本发明实施方式，冷冻机油的劣化比较以往，更不宜发生。因此，在适用醚油及酯油等的合成油作为冷冻机油的场合，可以更加显著地发挥本实施方式的优越性。

另外，本发明的制冷装置并不限于狭义上的制冷装置，除了所述的空调装置之外，也可以是包括冷藏设备、除湿机在内的广义上的制冷装置。

又，所述实施方式中所说的制冷额定功率，意指蒸发器的功率，并不限于空调装置中的制冷时的功率。且，所说制冷设备的额定功率系在连接管道的长度为5m、室内机组和室外机组的高低差为0m时，在设定的JIS条件(室内干球温度27℃，室内湿球温度19℃，室外干球温度为35℃)条件下所能发挥的功率。

如上所述，本发明的制冷装置可用于使用其臭氧破坏系数较小的制冷剂的场合，而且，适用于可真正防止地球变暖倾向的制冷装置。

Claims (20)

1.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW，其特征在于，

如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.1-3.5的范围。

2.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW，其特征在于，

如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.4-3.2的范围。

3.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于5kW，小于9kW，其特征在于，

如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.6-3.0的范围。

4.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW，其特征在于，

如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.6-3.5的范围。

5.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW，其特征在于，

如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.8-3.3的范围。

6.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，或大于9kW，其特征在于，

如此形成所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)和气化侧管道(31)，使所述气化侧管道(31)的直径dg与所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)的直径dl之比dg/dl在2.9-3.1的范围。

7.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径小于4.2mm的管子形成。

8.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径3.2-4.2mm的管子形成。

9.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径3.5-3.9mm的管子形成。

10.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率小于5kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径3.6-3.8mm的管子形成。

11.如权利要求8-10之任一项所述的制冷装置，其特征在于，

所述液化侧管道(32)的管道内径为3.7mm。

12.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于5kW，但不到22.4kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径在5.4mm-7.0mm的管子形成。

13.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于5kW，但不到22.4kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径在5.7mm-6.7mm的管子形成。

14.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的、R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于5kW，但不到22.4kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径在6.0mm-6.4mm的管子形成。

15.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于22.4kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径在7.5mm-9.8mm的管子形成。

16.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于22.4kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径在7.8mm-9.5mm的管子形成。

17.一种制冷装置，所述制冷装置系装备有形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置，所述装置以其中R32的含量在75％(重量)以上、但不到100％(重量)的R32和R125的混合制冷剂或单一的R32制冷剂为制冷剂，其制冷设备的额定功率大于22.4kW，其特征在于，

所述制冷剂回路(10)的液化侧管道(32)由内径在8.1mm-9.1mm的管子形成。

18.如权利要求1-6之任一项所述的制冷装置，其特征在于，

所述气化侧管道(31)及液化侧管道(32)为连接室内机组(17)和室外机组(16)的连接管道。

19.如权利要求7-10、权利要求12-17之任一项所述的制冷装置，其特征在于，

所述液化侧管道(32)为连接室内机组(17)和室外机组(16)的液体一侧连接管道。

20.如权利要求1-10、权利要求12-17之任一项所述的制冷装置，其特征在于，

所述制冷剂为单一的R32制冷剂。

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