CN1379853A

CN1379853A - 制冷装置

Info

Publication number: CN1379853A
Application number: CN00814501A
Authority: CN
Inventors: 平良繁治
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-11-13
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: ES2607777T3; JP2001194016A; EP1223389A1; EP1223389B1; KR20020070969A; US6591631B1; KR100498073B1; WO2001029490A1; AU7684200A; EP1223389A4; CN1161572C

Abstract

一种在具备压缩机(23)、冷凝器(22)、膨胀机构(26)以及蒸发器(2)的冷媒回路中,作为冷媒使R32进行循环而实施制冷循环的制冷装置。将上述冷媒回路中R32的填充量设定在相应于每kW制冷能力为120g～450g的范围内。或者将上述冷媒回路中R32的填充量,设定在相应于每升上述冷凝器(22)的内容积为400g～750g的范围内。作为冷媒使用地球变暖系数GWP小的R32,以提供一种具有高的成绩系数的能够适应防地球变暖要求的节能型制冷装置。

Description

制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷装置，更具体地说，涉及一种作为替代R22(化学式CHC1F2)的冷媒而使用R32(化学式CH2F2)或使用至少含有70重量百分比的R32的混合冷媒的制冷装置。

背景技术

作为使用冷媒实施制冷循环的制冷装置和空调机，在保护地球环境方面需要解决的问题有，①臭氧层保护，②节能化，③防止地球变暖(限制CO2等的排放)，④资源的再利用(重复使用)等。

上述保护地球环境的问题中，特别是从保护臭氧层考虑，R22(HFC22)的臭氧破坏系数ODP(Ozone Depletion Potential)高，因而不能认为是适宜的冷媒。为此，作为该R22的替代冷媒，可列举出候补的R410A(HFC32∶HFC125＝50∶50(重量比))和R407C(HFC32∶HFC125∶HFC134a＝23∶25∶52(重量比))等。并且，作为使用R410A或R407C实施制冷循环的制冷装置，可获得与R22同等成绩系数COP(Coefficient of Performance)的装置已经产品化。

另一方面，在节能化方面，要求既定的空调机在阳历2004年9月之前必须将COP提高大约4％的公告〔通商产业省根据《关于能源使用合理化的法律》发布的第190号公告)已经公布。因此，从节能考虑，也有必要使用COP值大的冷媒。

另外，防止地球变暖的要求也日益严格。对于制冷装置或空调机，要以被称作综合等价变暖影响TEWI(Total Equivalent WarmingImpact)的地球变暖指标，进行制冷装置和空调机的评价。该TEWI，是以冷媒向大气中排放造成的影响(直接影响)和装置的能量消耗(间接影响)之和表示的。所说直接影响包括地球变暖系数GWP(GlobalWarming Potential)，所说间接影响包括COP的倒数。因此，为防止地球变暖，必须减小TEWI的值，选用具有小的GWP值和大的COP值的冷媒。

就上述GWP而言，R407C和R410A的GWP分别为1980和2340，比R22的GWP值1900大一些。因此，要防止地球变暖，可以列举出GWP值小的R32(HFC32)。该R32的GWP值为650，与R22、R407C、R410A的GWP值1900、1980、2340相比，大约为1/3，具有极小的值。

而就COP而言，R407C和R410A的COP值与R22的COP值大约相同，与之相比，R32未能得到比R22大的COP值。即，对于使用R32实施制冷循环的制冷装置，尽管从R32的性能来说从理论上可期望获得高COP，但迄今为止未能够在实际上大大超过R22的COP。另外，还存在着比使用R22时压力高、输出时温度高等现象。加之，R32具有微燃性，在安全性上难以获得通过。因此，在产业界，尚未将R32作为替代冷媒应用于实际产品中。

发明的公开

为此，本发明的目的是，作为冷媒使用地球变暖系数GWP小的R32，从而能够提供一种，可使成绩系数COP高的、适应防地球变暖要求的节能型制冷装置。

本发明，是本发明人基于如下发现而创造出来的，即，制冷装置的COP随冷媒量(冷媒回路中的总填充量)的不同而改变的趋势是，在R32和R410A等其它冷媒之间，因冷媒种类的不同而相差很大。即，如图1a所示，例如在使用R410A的场合，在图示的范围内，随着冷媒量的增加，COP逐渐变高，有达到饱和的倾向。与之相比，使用R32的场合，相对于冷媒量的改变，COP呈现出峰值，当冷媒量在可产生该峰值的范围之外时，COP将急剧降低。过去，之所以使用R32的场合与使用R410A相比未得到高的COP，是由于冷媒在用量较多的范围(图1a的例子中1200g～1300g)使用的缘故。在这里，应予以关注的事实是，使用R32并改变冷媒量时，其COP的峰值比R410A以最佳冷媒量(图1a的例子中为1300g)使用时的COP要高得多。由此可知，使用R32并将冷媒量设定在适当范围内时，能够得到高的COP。

如上所述，R32具有比现有的R22和R410A低得多的GWP(约为1/3)，并且若适当设定冷媒量，还能够得到比R410A和R22高的COP。因此，R32的TEWI(综合等价变暖影响)，比R22和R410A的TEWI低，R32同R22和R410A相比，显示出优异的防地球变暖特性。

为此，权利要求1所记载的制冷装置，属于一种在具备压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器的冷媒回路中，作为冷媒使R32进行循环而实施制冷循环的制冷装置，其特征是，上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每kW制冷能力，在120g～450g范围内。

当如上所述，冷媒回路中R32的填充量相应于每kW制冷能力在120g～450g范围内时，可得到高的COP。

其中，制冷能力(kW)是按照日本工业标准(JIS)C9612所规定的方法进行测定的。

由于“相应于每kW制冷能力在120g～450g范围内”，因此，例如制冷能力为5kW时，冷媒回路中的R32的总填充量将为600g～2250g。

此外，权利要求2所记载的制冷装置，属于一种在具备压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器的冷媒回路中，作为冷媒使R32进行循环而实施制冷循环的制冷装置，其特征是，上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每升上述冷凝器的内容积，在400g～750g的范围内。

当如上所述，冷媒回路中R32的填充量相应于每升冷凝器的内容积在400g～750g的范围内时，可得到高的COP。

之所以将冷媒回路中R32的填充量以“相应于每升冷凝器的内容积”进行规定，是由于作为制冷装置，冷凝器的内容积对冷媒的填充量具有决定性。

由于“相应于每升冷凝器的内容积在400g～750g的范围内”，因此，例如冷凝器的内容积为1.5升时，冷媒回路中的R32的总填充量将在600g～1125g的范围内。

本发明的原理，不仅对单一的R32适用，还能够扩展应用于至少含有70重量百分比的R32的混合冷媒。

为此，权利要求3所记载的制冷装置，属于一种在具备压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器的冷媒回路中，使至少含有70重量百分比R32的混合冷媒进行循环而实施制冷循环的制冷装置，其特征是，上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每kW制冷能力，在84g～450g范围内。

在如上所述使用至少含有70重量百分比的R32的混合冷媒的场合，当冷媒回路中R32的填充量相应于每kW制冷能力在84g～450g范围内时，可得到高的COP。

此外，权利要求4所记载的制冷装置，属于一种在具备压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器的冷媒回路中，使至少含有70重量百分比R32的混合冷媒进行循环而实施制冷循环的制冷装置，其特征是，上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每升上述冷凝器的内容积，在280g～750g的范围内。

在如上所述使用至少含有70重量百分比的R32的混合冷媒的场合，当冷媒回路中R32的填充量相应于每升冷凝器的内容积在280g～750g的范围内时，可得到高的COP。

附图的简单说明

图1A、1B是，对作为冷媒使用R32时的COP和使用R410A时的COP，通过改变冷媒量(冷媒回路中的总填充量)而测定的制冷运行时的结果加以展示的附图。图1A示出制冷运行时的结果，图1B示出制热运行时的结果。

图2示出对本发明加以应用的一个实施形式的热泵式空调机的概略结构。

图3A、图3B是对相同能力(同等压缩机效率)的情况下，使用R32时的COP和使用R410A时的COP进行比较的附图。图3A是对R32和R410A的COP以百分率进行比较的附图，图3B是以测定值进行比较的附图。

图4A、图4B、图4C分别示出上述空调机的室内热交换器的内容积和室外热交换器的内容积的设定值。

图5示出R32和R125的混合冷媒中R32的含有量与能量转换效率。

图6示出R32和R410A在制冷时和制热时相对于冷媒填充量的COP。

图7示出与R32、R410A、R22各冷媒的制冷能力相对应的储液罐以及储气罐的容积。

发明的最佳实施形式

下面，对本发明的制冷装置结合图示的实施形式进行详细说明。

图2示出对本发明加以应用的一个实施形式的热泵式空调机的概略结构。该空调机中，室外机20和室内机1通过冷媒配管41、42相连接而构成冷媒回路，该冷媒回路中，作为冷媒使R32在其中循环。室内机1中容纳有室内热交换器2。而室外机20中，容纳有将冷媒(R32)压缩后输出的压缩机23、用来转换冷媒流通路径的四通转换阀25、室外热交换器22、电动膨胀阀26、对流回的冷媒进行气液分离的储液罐24。

在进行实施制冷循环的制冷运行时，通过转换四通转换阀25，使得如图2的实线所示，压缩机23输出的冷媒经由配管31、四通转换阀25、配管33，进入作为冷凝器进行工作的室外热交换器22中。在该室外热交换器22内冷凝的冷媒，经由配管36、流通路径截面变小以使冷媒膨胀的膨胀阀26、配管42，进入作为蒸发器进行工作的室内热交换器2中。进而，在该室内热交换器2内气化的冷媒，经由配管41、配管34、四通转换阀25、配管32、储液罐24、配管35返回压缩机23。而进行制热运行时，通过转换四通转换阀25，使得如图2中的虚线所示，压缩机23输出的冷媒经由配管31、四通转换阀25、配管34、配管41，进入作为冷凝器进行工作的室内热交换器2中。在该室内热交换器2内冷凝的冷媒，经由配管42、呈全开状态的膨胀阀26、配管36，进入作为蒸发器进行工作的室外热交换器22中。进而，在该室外热交换器22内气化的冷媒，经由配管33、四通转换阀25、配管32、储液罐24、配管35返回压缩机23。

本发明人为对该空调机的成绩系数COP进行评价，如图4A、图4B所示，对从2.2kW至5.0kW不同能力等级的空调机，改变室内热交换器2的内容积、室外热交换器22的内容积而进行各种不同的设定。图4C示出此时室外热交换器22的内容积与室内热交换器2的内容积之比。与该室内热交换器2的内容积、室外热交换器22的内容积的设定相对应地，冷媒回路的总内容积也各不相同。

例如对于5.0kW级的空调机，将室外热交换器22的内容积设定为1.45升，室内热交换器2的内容积设定为0.47升。对该5.0kW级的空调机，通过改变冷媒量(冷媒回路中的总填充量)测定COP，得到了图1A、图1B所示的结果。图1A示出制冷运行时的COP，图1B示出制热运行时的COP。由图1A可知，制冷运行时，冷媒量为960g时COP出现2.7～2.8这一相对高的峰值。与之相比，使用R410A的相同能力的5kW空调机，COP最高为2.2(冷媒量为1300g时)。

如上所述，对使用R32的空调机，在各种条件下求取能够出现COP峰值的冷媒量的范围，结果得知，当冷媒回路中的R32的填充量相应于每kW制冷能力在120g～450g的范围内时，或者冷媒回路中的R32的填充量相应于每升室外热交换器22的内容积在400g～750g范围内时，可得到COP的峰值。

此外，在从2.2kW至5.0kW范围内能力相同(同等压缩机效率)的情况下，对使用R32时的COP和使用R410A时的COP进行比较，得到图3A、图3B所示的结果。而使用R32时的冷媒量，相对于使用R410A时的冷媒量，为60wt％～80wt％的范围内时达到最佳。图3A示出，当以使用R410A时的COP作为基准(100％)时，使用R32时的COP为108.1(％)。图3B示出，相对于使用R410A时的COP4.00，使用R32时的COP为4.33。由以上结果可知，使用R32并将冷媒量设定在适当范围内时，能够得到比使用R410A时高得多的COP。COP之所以能够如上所述得到改善，除了冷媒的物理性能可使之改善之外，还可列举出，压力损失小、冷媒的热传递提高等使之改善的原因。

另外，从图1A、图1B可求出，使用R32时COP出现峰值时的最佳冷媒量，在进行制冷运行时为960g、制热运行时为840g。另一方面，可求出使用R410A时的最佳冷媒量，在进行制冷运行时为1300g、制热运行时为1100g。由此结果可知，使用R32时，与使用410A时相比，冷/暖运行时的最佳冷媒量的比率接近于1。因此，可以不需要冷/暖运行时的冷媒调整用容器，或者减小储液罐的容量。

另外，该实施形式中，就热泵式空调机进行了说明，但显然并不限定于此。本发明能够广泛应用于作为冷媒使用R32实施制冷循环的装置中。

而且显然，本发明的原理，不仅适用于单一的R32冷媒，而且能够扩展应用于至少含有70重量百分比的R32的混合冷媒。例如，可以考虑使用R32与R125的混合物作为混合冷媒。作为R32与R125的混合冷媒，R32小于70重量百分比的区域，是液体的组成和所产生蒸气的组成相同的共沸区，再增加则为非共沸区。并且，随着R32含有量的增加，明显显现R32的特性，在非共沸区，R32的特性更为显著地显现出来。

通过本发明者的实验，可以确认，在使用至少含有70重量百分比的R32的混合冷媒的情况下，冷媒回路中R32的填充量相应于每kW制冷能力在84g～450g范围内时，或者冷媒回路中R32的填充量相应于每升冷凝器的内容积在280g～750g时，可得到高的COP。

图5示出与R125混合的混合冷媒中R32的含有量与能量转换效率的关系。R32的含有量在70重量百分比以上时，能量转换效率显著提高，而当R32超过大约80重量百分比时，将高于R22的能量转换效率。即，在R32的含有量在70重量百分比以上时，可得到高的COP。

如上所述，R32单一冷媒以及至少含有70重量百分比R32的混合冷媒，如图1以及图5所示，与现有的R22等冷媒相比，具有同等以上的COP。此外，R32的地球变暖系数GWP如上所述，与现有的R22等的GWP相比低得多，仅为约1/3。因此，R32的综合等价变暖影响TEWI，比R22和R410A的TEWI低(降低率为10～20％)，R32同R22和R410A相比，显示出优异的防地球变暖特性。

如上所述，R32冷媒以及至少含有70重量百分比R32的混合冷媒，不仅不会引起臭氧层的破坏，而且地球变暖系数GWP和综合等价变暖影响TEWI小、成绩系数COP大，因此，可以说是一种能够适应防地球变暖要求的节能型冷媒。

此外，作为使用R32冷媒的制冷装置，如图6所示，R32冷媒能够以比R410A冷媒少的冷媒填充量得到高的COP，并且，制冷时的最佳冷媒量和制热时的最佳冷媒量二者的差也小。即，作为R32冷媒，热传输能力比R410A冷媒高，能够以较少的冷媒填充量得到足够的能力，而且，与R410A相比，制冷时的最佳冷媒量和制热时的最佳冷媒量二者之差小，因此，制冷装置中所使用的冷媒量可以减少。

图7示出与R32、R410A、R22等各冷媒的制冷能力相对应的储液罐(accumulator)及储气罐(receiver)的容积。如图7所示，制冷能力在4kW以下的制冷装置，可以不需要储液罐和储气罐等。因此，对于使用R32的制冷装置，可以不需要储液罐和储气罐，因此，制冷装置的制造成本能够降低，而且能够实现制冷装置的小型化。

Claims

1.一种制冷装置，在具备压缩机(23)、冷凝器(22)、膨胀机构(26)以及蒸发器(2)的冷媒回路中，作为冷媒使R32进行循环而实施制冷循环，其特征是，

上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每kW制冷能力，在120g～450g的范围内。

2.一种制冷装置，在具备压缩机(23)、冷凝器(22)、膨胀机构(26)以及蒸发器(2)的冷媒回路中，作为冷媒使R32进行循环而实施制冷循环，其特征是，

上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每升上述冷凝器的内容积，在400g～750g的范围内。

3.一种制冷装置，在具备压缩机(23)、冷凝器(22)、膨胀机构(26)以及蒸发器(2)的冷媒回路中，使至少含有70重量百分比R32的混合冷媒进行循环而实施制冷循环，其特征是，

上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每kW制冷能力，在84g～450g范围内。

4.一种制冷装置，在具备压缩机(23)、冷凝器(22)、膨胀机构(26)以及蒸发器(2)的冷媒回路中，使至少含有70重量百分比R32的混合冷媒进行循环而实施制冷循环，其特征是，

上述冷媒回路中上述R32的填充量，相应于每升上述冷凝器的内容积，在280g～750g的范围内。