CN1306227C - 制冷装置 - Google Patents

Abstract

由压缩机(11)、四路切换阀(12)、室外热交换器(13)、膨胀阀(14)及室内热交换器(15)通过气侧配管(31)和液侧配管(32)依次连接构成制冷剂回路(10)。制冷剂回路(10)中填充了R32单一制冷剂或R32含量在75重量%以上的R32/R125混合制冷剂。此外，使用合成油作为制冷机油。制冷额定功率在5KW以下时，液侧配管(32)由内径小于4.75mm的配管形成。

Description

制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷装置，特别涉及使用了单一的R32制冷剂或R32的混合制冷剂的制冷装置。

背景技术

传统的制冷装置具备包括压缩机、冷凝器、减压装置和蒸发器在内的制冷剂回路，众所周知，这种制冷剂回路是以R22等HCFC系为制冷剂而形成的制冷循环。构成该制冷剂回路的主要机器中，由于压缩机起到使制冷剂升压的重要作用，所以，为使其顺利运作，制冷机油尤为重要。

另一方面，使用了HFC系制冷剂的制冷装置的制冷机油最好使用与制冷剂相溶的醚油或酯油等合成油。

需要解决的问题

但是，合成油与用于传统的使用了R22的制冷装置中的矿物油相比，在制冷剂回路中混合入空气和水分等的情况下，其中的部分容易发生分解和聚合等化学反应。其结果是，部分合成油在膨胀阀和毛细管处作为淤渣析出，有时对堵塞制冷剂回路的流通。

空气和水分是在制冷剂回路的主要机器的制造时和在安装现场安装设备时混入的。所以，为了减少它们的混入量，在制造时需要改进制造方法和制造工艺，或进行质量管理的强化等。此外，在安装时需要提高抽真空度，延长抽真空的时间，以及提高真空泵的性能等。

因此，希望进一步提高使用了合成油的制冷装置的可靠性和操作简便性。

本发明就是鉴于以上问题完成的。其目的是提高制冷装置的可靠性和操作简便性。

发明的揭示

为了达到上述目的，本发明在使用合成油作为制冷机油的同时，还使用了压力损失比R22等制冷剂小的单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂。

本发明是基于以下理由完成的。即，由于单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂的制冷效果优于R22、R407C或R410A，所以，为获得同样的制冷性能而需要的制冷循环量少于R22等制冷剂。因此，单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂在通过相同路径时的压力损失小于R22等制冷剂。

制冷剂配管带有液侧配管。例如，液侧配管是位于冷凝器出口到蒸发器入口间的配管。这种液侧配管即使在压力损失增加的情况下，只要在减压装置(毛细管、膨胀阀等)的控制范围内，也不会引起装置性能的降低。此外，使用了单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂时的制冷剂回路的高低压差最高约为使用了R22的1.6倍左右，这样就使制冷剂压力损失的允许范围扩大。因此，使用了单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂时不会造成装置性能的降低，液侧配管也可以比以前的更细。

另一方面，制冷剂配管带有排出配管和吸入配管。例如，排出配管是位于压缩机出口和冷凝器入口间的配管，而吸入配管是位于蒸发器出口和压缩机入口间的配管。上述排出配管和吸入配管的压力损失虽然对装置性能的影响较大，但如果使用了单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂就可减少以往的压力损失。这样，即使配管直径较小，只要使用了单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂，排出配管和吸入配管就能够维持与以往同等的装置性能。此外，单一的R32制冷剂或R32混合制冷剂除了能够保持优于传统装置的性能之外，还可使配管直径变得更小。

另外，能够左右热交换器性能的重要因素是相当于制冷剂压力损失部分的饱和温度差。由于单一的R32制冷剂和R32混合制冷剂的压力损失较小，所以，即使热交换器的传热管的直径变小，上述饱和温度差也能够与以往持平。而且，由于单一的R32制冷剂和R32混合制冷剂的热传导率高于以往，所以，即使传热管的直径变小，也能够将热交换能力保持在较高水平。

如上所述，本发明者使用了单一的R32制冷剂和R32混合制冷剂，即使制冷剂配管和热交换器的传热管变得更细，制冷剂回路的内容积变得更小，其性能也不会受到影响。另一方面，混合入制冷剂回路内的空气和水分的量随制冷剂回路的内容积按比例增加。本发明中，通过使用单一的R32制冷剂和R32混合制冷剂来减小制冷剂回路的内容积，减少了混合入制冷剂回路的空气和水分量，防止了合成油的劣化。

具体来讲，本发明1是使用了单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂和使用合成油作为制冷机油的制冷装置。

本发明2是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于4.75mm的配管形成。

本发明3是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为3.2mm～4.2mm的配管形成。

本发明4是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为3.5mm～3.9mm的配管形成。

本发明5是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为3.6mm～3.8mm的配管形成。

本发明6是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于18KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于7.92mm的配管形成。

本发明7是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于18KW但小于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于11.1mm的配管形成。

本发明8是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为5.4mm～7.0mm的配管形成。

本发明9是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为5.7mm～6.7mm的配管形成。

本发明10是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为6.0mm～6.4mm的配管形成。

本发明11是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于13.88mm的配管形成。

本发明12是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为7.5mm～9.8mm的配管形成。

本发明13是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为7.8mm～9.5mm的配管形成。

本发明14是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为8.1mm～9.1mm的配管形成。

本发明15是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率小于3.2KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于7.92mm的配管形成。

本发明16是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于3.2KW但小于5KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于11.1mm的配管形成。

本发明17是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于9KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于13.88mm的配管形成。

本发明18是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于9KW但小于18KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于17.05mm的配管形成。

本发明19是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于18KW但小于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于23.4mm的配管形成。

本发明20是具备以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW的制冷装置。上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于26.18mm的配管形成。

本发明21是具备包括使用了合成油作为制冷机油的压缩机(11)和室内热交换器(15)在内，且以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置。上述室内热交换器(15)的传热管由内径小于5.87mm的传热管形成。

本发明22是具备包括使用了合成油作为制冷机油的压缩机(11)和室外热交换器(13)在内，且以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置。上述室外热交换器(13)的传热管由内径小于6.89mm的传热管形成。

本发明23是具备包括使用了合成油作为制冷机油的压缩机(11)和室外热交换器(13)在内，且以单一的R32制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环的制冷剂回路(10)的制冷装置。上述室外热交换器(13)的传热管由内径小于7.99mm的传热管形成。

上述液侧配管(32)也可以是连接室内单元(17)和室外单元(16)的液侧连接配管。

此外，上述气侧配管(31)也可以是连接室内单元(17)和室外单元(16)的气侧连接配管。

上述混合制冷剂最好是R32和R125的混合制冷剂。

上述制冷剂也可以是单一的R32制冷剂。

发明的效果

由于本发明能够减小制冷剂回路(10)的内容积，所以，可减少混入制冷剂回路(10)的空气和水分的量，能够提高使用了合成油的装置的可靠性。

由于混合入上述制冷剂回路(10)的水分等的可能性减小，所以，制造和安装的管理都变得容易，这样就提高了制造和安装的简便性。

对附图的简单说明

图1为空调器的制冷剂回路图。

图2为莫里尔热力学计算图。

图3为表示传热管内径比的计算结果的表格。

图4为带槽管的剖面图。

图5为莫里尔热力学计算图。

图6为表示液侧配管内径比的计算结果的表格。

图7表示相对于制冷额定功率的R22用气侧配管和液侧配管的管径。

图8表示相对于制冷额定功率的气侧配管和液侧配管的直径比。

图9表示R22用铜管和R32用铜管的关系。

图10为表示地球变暖系数的表格。

实施发明的最佳状态

以下，根据附图对本发明的实施状态进行说明。

空调器的构成

如图1所示，本实施状态的制冷装置是室内单元(17)和室外单元(16)相连的空调器(1)。空调器(1)的制冷剂回路(10)可以单一的R32制冷剂(以下称为R32单一制冷剂)为制冷剂，也可以含量大于75重量％但小于100重量％的R32和R125的混合制冷剂(R32含量较高的混合制冷剂，以下，称为R32/R125混合制冷剂)为制冷剂。

上述制冷剂回路(10)是形成了蒸汽压缩式制冷循环的制冷剂回路，由压缩机(11)、四路切换阀(12)、室外热交换器(13)、作为膨胀装置的膨胀阀(14)及室内热交换器(15)通过作为制冷剂配管的气侧配管(31)和液侧配管(32)依次相连而成。

具体来讲，压缩机(11)的排出侧和四路切换阀(12)的接口1(12a)通过气侧配管1(21)相连。四路切换阀(12)的接口2(12b)和室外热交换器(13)通过气侧配管2(22)相连。室外热交换器(13)和膨胀阀(14)通过液侧配管1(25)相连。膨胀阀(14)和室内热交换器(15)通过液侧配管2(26)相连。室内热交换器(15)和四路切换阀(12)的接口3(12c)通过气侧配管3(23)相连。四路切换阀(12)的接口4(12d)和压缩机(11)的吸入侧通过气侧配管4(24)相连。

压缩机(11)、气侧配管1(21)、四路切换阀(12)、气侧配管2(22)、室外热交换器(13)、液侧配管1(25)、膨胀阀(14)和气侧配管4(24)和图中未显示的室外送风机一起被纳入室外单元(16)中。另一方面，室内热交换器(15)和图中未显示的室内送风机一起被纳入室内单元(17)中。液侧配管2(26)和气侧配管3(23)的一部分构成了连接室外单元(16)和室内单元(17)的所谓连接配管。

压缩机(11)中使用了作为制冷机油的合成油(例如，醚油或酯油)。

热交换器的构成

由于R32单一制冷剂或R32/R125混合制冷剂的单位体积制冷效果优于R22，所以，为发挥规定能力而需要的制冷剂循环量比使用R22时的要少。因此，在热交换器的传热管内径一定的情况下下，R32单一制冷剂或R32/R125混合制冷剂的制冷剂循环量较少，这样管内的压力损失就比使用R22时的要少。

一般，如果减小热交换器的传热管内径，由于传热面积减小且制冷剂压力损失增加，所以，整个装置的性能会降低。但是，使用了R32单一制冷剂或R32/R125混合制冷剂的情况下，由于传热管内的制冷剂侧的热传导率大于R22，所以，即使管内压力损失增大至与R22相当，整个装置的性能也能够与R22持平或更好。

但是，制冷剂回路(10)中制冷剂存量最多的部分是室外热交换器(13)。因此，通过减小室外热交换器(13)的传热管管径，可有效减少制冷剂的填充量。此外，减小传热管管径还可减少制冷剂回路(10)的内容积，并可使室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的体积变小，这样就可促进室外单元(16)和室内单元(17)的小型化。

因此，本空调器中的室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的传热管管径都有所减小，其标准是使管内压力损失与R22持平。具体来讲，本空调器(1)考虑了相当于传热管内的压力损失部分的制冷剂饱和温度的变化量，为使该温度变化量与R22持平，对室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的传热管内径尺寸进行了设定。

传热管构成的基本原理

以下，对构成室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的传热管的基本原理进行具体说明。

如图2所示，为使相当于蒸发制冷剂的压力损失的饱和温度变化量ΔTe达到与传统装置的R22的饱和温度变化量相同的水平，对室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的各传热管进行了设定。即，

                ΔTe＝Const.    ……(1)

这里，ΔP：配管压力损失(kPa)，L：配管长度(m)，G：制冷剂循环量(kg/s)，A：流路截面积(m²)，λ：损耗系数，d：配管内径(m)，ρs：压缩机吸入的制冷剂密度(kg/m³)。上述饱和温度变化量ΔTe由下式表示。

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

采用以下的圆管磨擦损耗公式可算出压力损失ΔP。

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

制冷设备的制冷能力Q＝G×Δh

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

Δh：制冷效果(kJ/kg)

利用上述(2)式和(4)式表示压力损失ΔP。

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

因此，由上述(1)式和式(5)以及R22和R32的物理性能值，可按照以下方法求出R32用传热管和R22用传热管的内径比，即传热管的管径比。

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

图3表示将各物性值代入上述式(6)的计算结果。进行上述计算时，蒸发温度Te设定为2℃，冷凝温度Tc设定为49℃，蒸发器出口的过热度SH＝5度，冷凝器出口的过冷度SC＝5度。

从上述计算结果可看出，R32单一制冷剂的传热管管径是R22用传热管的0.76倍左右。R32/R125混合制冷剂用传热管的管径是R22用传热管的0.76～0.8倍左右。另外作为参考，对其他替代制冷剂也进行了同样计算，其结果是，R32用传热管的管径最小(参考图3)。

基于上述原理，与R22用传热管相比，本空调器(1)中使用了具有以下内径的传热管。

即，使用R32单一制冷剂时，室内热交换器(15)的传热管由内径为4.7mm～5.9mm的传热管形成，室外热交换器(13)的传热管由内径为5.4mm～6.7mm的传热管形成。

另一方面，使用R32/R125混合制冷剂时，室内热交换器(15)的传热管由内径为4.7mm～6.2mm的传热管形成，室外热交换器(13)的传热管由内径为5.4mm～7.1mm的传热管形成。

如果各传热管的内径小于上述数值范围，则虽然制冷剂填充量有所减少，但制冷剂的压力损失增大。另一方面，如果各传热管的内径大于上述数值范围，则虽然制冷剂压力损失减小，且装置的效率有所提高，但R32使制冷剂填充量减少的效果便不明显了。

因此，本实施状态中，为平衡上述效果，将室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的传热管内径设定在上述数值范围内。

当然，根据装置的使用条件等，为使R32的特性能够更加显著地发挥，可对上述数值范围进行进一步限定。

例如，使用R32单一制冷剂时，室内热交换器(15)的传热管由内径为4.9mm～5.7mm的传热管形成，室外热交换器(13)的传热管由内径为5.6mm～6.5mm的传热管形成。

再进一步，使用R32单一制冷剂时，室内热交换器(15)的传热管由内径为5.1mm～5.5mm的传热管形成，室外热交换器(13)的传热管由内径为5.8mm～6.3mm的传热管形成。

使用R32/R125混合制冷剂时，室内热交换器(15)的传热管由内径为4.9mm～6.0mm的传热管形成，室外热交换器(13)的传热管由内径为5.6mm～6.9mm的传热管形成。

再进一步，使用R32/R125混合制冷剂时，室内热交换器(15)的传热管由内径为5.2mm～5.7mm的传热管形成，室外热交换器(13)的传热管由内径为5.9mm～6.6mm的传热管形成。

这里的传热管内径是指为内面平滑管时扩管后的管内径。另外，如图4所示，为内面带槽管时的传热管内径是指用扩管后的外径减去底部厚度的2倍的值，即内径di＝do-2t。

作为传热管可使用铜管和铝管等各种传热管。由于本实施状态中的室外热交换器(13)和室内热交换器(15)作为一种与空气进行热交换的空气热交换器，是由铜管和铝翼形成的板翼式热交换器，所以，其中的传热管由铜管构成。

制冷剂配管的构成

本空调器(1)中，为了达到减小制冷剂回路(10)的内容积的目的，不仅缩小了热交换器(13和15)的传热管管径，还缩小了制冷剂回路(10)的制冷剂配管的管径。

如上所述，R22用制冷剂配管中直接使用R32单一制冷剂或R32/R125混合制冷剂时，制冷剂的压力损失有所减少。因此，只要减小制冷剂回路(10)的液侧配管(32)的内径，即使管内压力损失增加到与使用R22时相同的水平，装置性能也与以往的相同。所以，本空调器(1)中，通过将液侧配管(32)的管径缩小到管内压力损失与R22持平的程度，就能维持装置性能，并减少制冷剂回路(10)内的制冷剂填充量。

另外，本实施状态中，气侧配管(31)和以往的R22用气侧配管相同。但是，为了减少制冷剂回路(10)的内容积，最好也使气侧配管(31)的管径变小。

制冷剂配管的构成的基本原理

以下，对构成液侧配管(32)的基本原理进行说明。

为使液侧配管(32)的压力损失占从冷凝器出口到蒸发器入口的制冷剂压力降低量的比例与R22的情况相同，对液侧配管(32)进行了设计。即，使用图5所示符号成立下式。

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

这里，ΔP：配管压力损失(kPa)，L：配管长度(m)，G：制冷剂循环量(kg/s)，A：流路截面积(m²)，λ：损耗系数，d：配管内径(m)，ρs：压缩机吸入的制冷剂密度(kg/m³)。采用以下的圆管磨擦损耗公式可算出上述式(7)的分子的各项。

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

这里，制冷设备的制冷能力Q＝G×Δh，由式(8)可导出下式。

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

Δh：制冷效果(kJ/kg)

然后，可导出下式。

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

由上述式(7)和式(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，由上述(7)式和式(11)以及R22和R32的物性值，可按照以下方法求出R32用传热管和R22用传热管的内径比。

$\left.\begin{array}{c}\frac{{({{\mathrm{\Δh}}_{22}}^2\·\mathrm{\ρ}{s}_{22}\·{d_{22}}^5)}^{-1}}{({\mathrm{HP}}_{22}-{\mathrm{LP}}_{22})}=\frac{{({{\mathrm{\Δh}}_{32}}^2\·\mathrm{\ρ}{s}_{32}\·{d_{32}}^5)}^{-1}}{({\mathrm{HP}}_{32}-{\mathrm{LP}}_{32})}\\ \frac{d_{32}}{d_{22}}={({\left(\frac{{\mathrm{\Δh}}_{32}}{{\mathrm{\Δh}}_{22}}\right)}^2\×\frac{{\mathrm{\ρs}}_{32}}{{\mathrm{\ρs}}_{22}}\×\frac{({\mathrm{HP}}_{32}-{\mathrm{LP}}_{32})}{({\mathrm{HP}}_{22}-{\mathrm{LP}}_{22})})}^{-1/5}\end{array}\right\}---\left(12\right)$

图6表示将各物性值代入上述式(12)的计算结果。进行上述计算时，蒸发温度Te设定为2℃，冷凝温度Tc设定为49℃，过热度SH＝5度，过冷度SC＝5度。

从上述计算结果可看出，R32单一制冷剂的液侧配管(32)的管径可缩小到R22的液侧配管的0.76倍左右。R32/R125混合制冷剂中的R32含量只要在75重量％以上，则液侧配管的管径也可缩小到R22的0.76～0.8倍左右。另外作为参考，对其他替代制冷剂也进行了同样计算，其结果是，R32的液侧配管的管径最小(参考图6)。

图7表示以往的使用了R22的装置中的气侧配管和液侧配管的管径(外径)与制冷额定功率一一对应的情况。

本空调器(1)中，根据制冷额定功率，所用的气侧配管(31)的管径与上述R22用气侧配管相同，而所用的液侧配管(32)的管径比上述R22用液侧配管细。

图8表示气侧配管内径dg和液侧配管内径dl之比，即内径比(＝气侧配管内径dg/液侧配管内径dl)。本空调器(1)中，根据制冷额定功率，使用了具有以下内径比的气侧配管(31)和液侧配管(32)。

即，制冷额定功率大于5KW但小于9KW以下时，使用上述内径比为2.1～3.5的气侧配管(31)和液侧配管(32)。制冷额定功率小于5KW或大于9KW时，使用上述内径比为2.6～3.5的气侧配管(31)和液侧配管(32)。

制冷额定功率在5KW以下时，使用内径为3.2mm～4.2mm的配管作为液侧配管(32)。制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW时，使用内径为5.4mm～7.0mm的配管作为液侧配管(32)。制冷额定功率大于22.4KW时，使用内径为7.5mm～9.8mm的配管作为液侧配管(32)。

如果上述内径比或液侧配管(32)的内径小于上述数值范围，则虽然制冷剂填充量进一步减少，但装置性能降低。如果上述内径比或液侧配管(32)的内径大于上述数值范围，则虽然制冷剂压力损失减少，且装置性能有所提高，但制冷剂填充量的减少不明显。

因此，本实施状态中，为了在保持装置性能的同时还能够充分减少制冷剂的填充量，将气侧配管(31)和液侧配管(32)设定在上述数值范围内。

此外，根据装置的使用条件等，为更有效地利用R32的特性，还可对上述数值范围进行进一步限定。

例如，制冷额定功率大于5KW但小于9KW时，上述内径比可以在2.4～3.2的范围内。制冷额定功率小于5KW或大于9KW时，上述内径比可以在2.8～3.3的范围内。

进一步来讲，制冷额定功率大于5KW但小于9KW时，上述内径比可以在2.6～3.0的范围内。制冷额定功率小于5KW或大于9KW时，上述内径比可以在2.9～3.1的范围内。

此外，制冷额定功率小于5KW时，液侧配管(32)的内径可以在3.5mm～3.9mm的范围内。制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW时，液侧配管(32)的内径可以在5.7mm～6.7mm的范围内。制冷额定功率大于22.4KW时，液侧配管(32)的内径可以在7.8mm～9.5mm的范围内。

进一步来讲，制冷额定功率小于5KW时，液侧配管(32)的内径可以在3.6mm～3.8mm的范围内。制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW时，液侧配管(32)的内径可以在6.0mm～6.4mm的范围内。制冷额定功率大于22.4KW时，液侧配管(32)的内径可以在8.1mm～9.1mm的范围内。

但是，以往的制冷剂配管从成本较低且处理容易的角度考虑，大多使用铜管。由于铜管有多种标准品，所以，利用标准品，可达到制冷剂配管(31和32)的低成本要求。因此，为了降低装置成本，可以通过组合标准品来达到上述内径比的要求，最好液侧配管(32)和气侧配管(31)都由标准品构成。

图9是R22用铜管(JISB607)的规格和日本制冷空调工业会提出的(日冷工案)R32用高压配管的规格的比较图。

由以上计算结果算出的最佳内径比是，使用R32单一制冷剂时为0.76，使用R32含量为75重量％的R32/R125混合制冷剂时为0.80。从上述图9可看出，只要在最佳内径比的±10％的范围内，通过组合标准品，就能够容易地获得最佳内径比。

例如，使用φ9.5mm的标准化配管为R22用配管时，如果使用R32，则可用φ8.0mm的标准化配管代替上述配管。因此，通过组合标准品就能够容易地完成本实施状态。

空调器(1)的运作

以下，根据制冷剂回路(10)中的制冷剂循环运作情况对空调器(1)的运作进行说明。

空调器在进行制冷时，四路切换阀(12)被设定在图1所示的实线侧。即，四路切换阀(12)处于接口1(12a)和接口2(12b)连通，接口3(12c)和接口4(12d)流通的状态。

回路，从压缩机(11)排出的气体制冷剂通入气侧配管1(21)、四路切换阀(12)和气侧配管2(22)，在室外热交换器(13)被冷凝。从室外热交换器(13)流出的液状制冷剂流入液侧配管1(25)，通过膨胀阀减压转变为气液二相制冷剂。从膨胀阀(14)流出的二相制冷剂又通过液侧配管2(26)，在室内热交换器(15)与室内空气进行热交换而蒸发，室内空气被冷却。从室内热交换器(15)流出的气体制冷剂通过气侧配管3(23)、四路切换阀(12)和气侧配管4(24)被吸收入压缩机(11)。

另一方面，空调器在进行制热时，四路切换阀(12)被设定在图1所示的虚线侧。即，四路切换阀(12)处于接口1(12a)和接口4(12d)连通，接口2(12b)和接口3(12c)连通的状态。

这种状态下，从压缩机(11)排出的气体制冷剂通入气侧配管1(21)、四路切换阀(12)和气侧配管3(23)流入室内热交换器(15)。流入室内热交换器(15)的制冷剂与室内空气进行热交换而冷凝，室内空气被加热。从室内热交换器(15)流出的液状制冷剂通过液侧配管2(26)在膨胀阀(14)减压转变为气液二相制冷剂。从膨胀阀(14)流出的二相制冷剂又通过液侧配管1(25)在室外热交换器(13)蒸发。从室外热交换器(13)流出的气体制冷剂通过气侧配管2(22)、四路切换阀(12)和气侧配管4(24)被吸收入压缩机(11)。

本实施状态中，在使用R32单一制冷剂或R32/R125制冷剂作为制冷剂的同时，还使室外热交换器(13)及室内热交换器(15)的传热管和液侧配管(32)比以往更细。所以，通过本实施状态，可在保持装置性能的前提下缩小制冷剂回路(10)的内容积，还能够抑制水分等混入制冷剂回路(10)。因此，尽管使用合成油作为制冷机油，也难以引起因淤渣析出而出现的回路堵塞，装置的可靠性非常高。此外，由于水分等混入制冷剂回路(10)的可靠性较小，所以，制造和安装时的质量管理也较容易。

另外，由于制冷剂回路(10)的内容积变得很小，所以，可以减少制冷剂填充量，还可能抑制地球变暖。由于传热管变得更细，所以，可达到室外热交换器(13)和室内热交换器(15)的低成本和小型化，还可使室内单元(17)和室外单元(16)小型化。

本发明中，除了通过缩小气侧配管(31)和液侧配管(32)可获得减小制冷剂回路(10)的内容积的效果之外，仅仅使气侧配管(31)变细，也可达到这种效果。

作为细径化对象的气侧配管(31)，不用全部(气侧配管1(21)、气侧配管2(22)、气侧配管3(23)和气侧配管4(24))都变得更细，可以只有部分变细。同样，作为细径化对象的液侧配管(32)，也不用全部(液侧配管1(25)和液侧配管2(26))都变得更细，可以只有部分变细。

以与图7记载的值不同的R22用液侧配管的值为基准，液侧配管(32)的管径(外径或内径)可以按照小于该值的标准设定。

具体来讲，制冷额定功率小于5KW时，液侧配管(32)由管径小于4.75mm的配管形成。

制冷额定功率大于5KW但小于18KW时，液侧配管(32)由管径小于7.92mm的配管形成。

制冷额定功率大于18KW但小于22.4KW时，液侧配管(32)由管径小于11.1mm的配管形成。

制冷额定功率大于22.4KW时，液侧配管(32)由管径小于13.88mm的配管形成。

以与图7记载的值不同的R22用气侧配管的值为基准，气侧配管(31)的管径可以按照小于该值的标准设定。

具体来讲，制冷额定功率小于3.2KW时，气侧配管(31)由管径小于7.92mm的配管形成。

制冷额定功率大于3.2KW但小于5KW时，气侧配管(31)由管径小于11.1mm的配管形成。

制冷额定功率大于5KW但小于9KW时，气侧配管(31)由管径小于13.88mm的配管形成。

制冷额定功率大于9KW但小于18KW时，气侧配管(31)由管径小于17.05mm的配管形成。

制冷额定功率大于18KW但小于22.4KW时，气侧配管(31)由管径小于23.4mm的配管形成。

制冷额定功率大于22.4KW时，气侧配管(31)由管径小于26.18mm的配管形成。

以R22用传热管为基准，室内热交换器(15)和室外热交换器(13)的传热管管径可以按照小于该值的标准设定。

具体来讲，室内热交换器(15)的传热管可以由内径小于5.87mm的传热管形成。

室外热交换器(13)的传热管可以由内径小于6.89mm的传热管形成。

室外热交换器(13)的传热管可以由内径小于7.99mm的传热管形成。

上述实施状态是可选择地进行制冷和制热的所谓热泵式空调器，但本发明的适用对象不仅限于热泵式空调器，例如也可用于单冷机。此外，根据对应于制冷额定功率的制热额定功率，设定液侧配管(32)和气侧配管(31)的内径或它们的内径比，本发明还可用于单暖机。

本发明的制冷额定功率是指蒸发器的功率，并不限于空调器在制冷时的功率。此外，制冷额定功率还可以是连接配管长为5m、室内单元和室外单元的高低差为0m时，以规定的JIS条件(室内干球温度为27℃、室内湿球温度为19℃、室外干球温度为35℃)为基准所具有的功率。

气侧配管(31)和液侧配管(32)不一定都要由铜管形成，也可以由SUS管、氧化铝管、铁管等其他配管形成。

室内热交换器(15)及室外热交换器(13)不仅限于空气热交换器，也可以是双重管式热交换器等液-液热交换器。

本发明的制冷装置并不仅限于狭义的制冷装置，除了上述空调器之外，还包括冷藏装置和除湿机等多种制冷装置。

本发明适用于对应于长配管的制冷装置和具备多个室内单元的空调器时，可延长所允许的配管长。此外，本发明还可使室内单元增多。因此，能够提高装置在使用时的方便性，并可提高产品实用性。

本发明用于对应于长配管的机器和室内多个机器时，可延长所允许的配管长，还可使室内机的台数增多。因此，能够提高装置在使用时的方便性，并可提高产品实用性。

产业上利用的可能性

综上所述，本发明的制冷装置在使用了R32单一制冷剂或R32混合制冷剂的场合有用。特别适用于使用合成油作为制冷机油的制冷装置。

Claims (25)

1.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于4.75mm的配管形成。

2.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为3.2mm～4.2mm的配管形成。

3.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为3.5mm～3.9mm的配管形成。

4.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率在5KW以下，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为3.6mm～3.8mm的配管形成。

5.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于18KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于7.92mm的配管形成。

6.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于18KW但小于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于11.1mm的配管形成。

7.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为5.4mm～7.0mm的配管形成。

8.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为5.7mm～6.7mm的配管形成。

9.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为6.0mm～6.4mm的配管形成。

10.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径小于13.88mm的配管形成。

11.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为7.5mm～9.8mm的配管形成。

12.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为7.8mm～9.5mm的配管形成。

13.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的液侧配管(32)由内径为8.1mm～9.1mm的配管形成。

14.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率小于3.2KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于7.92mm的配管形成。

15.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于3.2KW但小于5KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于11.1mm的配管形成。

16.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于5KW但小于9KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于13.88mm的配管形成。

17.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于9KW但小于18KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于17.05mm的配管形成。

18.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于18KW但小于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于23.4mm的配管形成。

19.一种制冷装置，所述装置具备以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环、且包括使用合成油为制冷机油的压缩机(11)在内的制冷剂回路(10)，并且制冷额定功率大于22.4KW，其特征在于，上述制冷剂回路(10)的气侧配管(31)由内径小于26.18mm的配管形成。

20.一种制冷装置，所述装置具备包括使用了合成油作为制冷机油的压缩机(11)和室内热交换器(15)在内，且以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环的制冷剂回路(10)，其特征在于，上述室内热交换器(15)的传热管由内径小于5.87mm的传热管形成。

21.一种制冷装置，所述装置具备包括使用了合成油作为制冷机油的压缩机(11)和室外热交换器(13)在内，且以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环的制冷剂回路(10)，其特征在于，上述室外热交换器(13)的传热管由内径小于6.89mm的传热管形成。

22.一种制冷装置，所述装置具备包括使用了合成油作为制冷机油的压缩机(11)和室外热交换器(13)在内，且以R32单一制冷剂或R32含量在75重量％以上的混合制冷剂为制冷剂形成制冷循环的制冷剂回路(10)，其特征在于，上述室外热交换器(13)的传热管由内径小于7.99mm的传热管形成。

23.如权利要求1～13的任一项所述的制冷装置，其特征还在于，液侧配管(32)是连接室内单元(17)和室外单元(16)的液侧连接配管。

24.如权利要求14～19的任一项所述的制冷装置，其特征还在于，气侧配管(31)是连接室内单元(17)和室外单元(16)的气侧连接配管。

25.如权利要求1～22的任一项所述的制冷装置，其特征还在于，混合制冷剂是R32和R125的混合制冷剂。

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