JP2011247482A - 冷凍装置および冷暖房装置 - Google Patents

冷凍装置および冷暖房装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2011247482A
JP2011247482A JP2010121096A JP2010121096A JP2011247482A JP 2011247482 A JP2011247482 A JP 2011247482A JP 2010121096 A JP2010121096 A JP 2010121096A JP 2010121096 A JP2010121096 A JP 2010121096A JP 2011247482 A JP2011247482 A JP 2011247482A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
less
indoor heat
refrigeration apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010121096A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Marumoto
一彦 丸本
Akira Fujitaka
章 藤高
Yoshikazu Kawabe
義和 川邉
Shoichi Yokoyama
昭一 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2010121096A priority Critical patent/JP2011247482A/ja
Priority to CN2011800261631A priority patent/CN102918338A/zh
Priority to KR20127030867A priority patent/KR20130088020A/ko
Priority to BR112012029878A priority patent/BR112012029878A2/pt
Priority to PCT/JP2011/002369 priority patent/WO2011148567A1/ja
Priority to EP11786271.4A priority patent/EP2578966B1/en
Publication of JP2011247482A publication Critical patent/JP2011247482A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0417—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with particular circuits for the same heat exchange medium, e.g. with the heat exchange medium flowing through sections having different heat exchange capacities or for heating/cooling the heat exchange medium at different temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも、室内熱交換器の圧力損失を低減して冷房能力を確保すると共に効率の高い冷凍装置を提供する。
【解決手段】室内熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒の流れに沿って入口部位、中間部位、出口部位として構成し、各部位に流れる単位能力当たりの冷媒の配管内質量流速がそれぞれ ０．４４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．５０ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１６ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１３ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１５ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となる様に構成した。
【選択図】図６

Description

本発明は、冷媒を用いた冷凍装置および冷暖房装置に関する。
冷凍装置に用いられている冷媒はフロンの使用によるオゾン層破壊が問題化した後は、代替冷媒としてＨＣＦＣが用いられ、図１１に示すように現在ではＨＦＣ（Ｒ４１０Ａ）が多く用いられている（特許文献１）。
特開２０００−８１２２３号公報
しかし、Ｒ４１０Ａ冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は２０８８と大きく、地球温暖化防止の観点から問題であった。
地球温暖化防止の観点からは、ＧＷＰの小さな冷媒として、例えばＧＷＰ４のＨＦＯ１２３４ｙｆが提案されているが、本冷媒はＲ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒である。
従って、この冷媒を従来の装置のまま適用してＲ４１０Ａ冷媒と同一の能力を得ようとすると、圧縮機の回転数を上昇させて冷媒の体積循環量を増加させる必要がある。
特に冷房運転時にはＲ４１０Ａ冷媒と同一の能力となるよう冷媒循環量を増加すべく圧縮機の気筒容積を大きくすると熱交換器での圧力損失が大きくなり、所定の冷房能力を確保できない。
そこで、本発明は、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも、熱交換器の圧力損失を低減して冷房能力を確保すると共に効率の高い冷凍装置および冷暖房装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するため、少なくとも圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて比体積の大きな冷媒を用いた冷凍装置であって、前記室内熱交換器は所定の間隔で並べられた複数のフィンと、前記フィンに略直角に貫通して冷媒が内部を流通する伝熱管を備え、前記伝熱管内部を流れる冷媒の質量流速が三つ以上の異なる部位を備えた構成としてある。
これによって、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも熱交換器の圧力損失を低減することができる。
本発明によれば、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも熱交換器の圧力損失を低減することができるので、冷凍装置の冷房能力を確保できるとともに高効率にできる。
本発明の実施の形態１における冷暖房装置の構成図 Ｒ４１０Ａ冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の単位体積当たりの冷凍能力図 Ｒ４１０Ａ冷媒用の室内熱交換器配管図 Ｒ４１０Ａ冷媒用の室内熱交換器を用いた場合の質量流速、乾き度、飽和温度差及び冷房能力図 Ｒ４１０Ａ冷媒用の室内熱交換器を用いた場合のＰＨ線図 本発明の実施の形態１における室内熱交換器配管図 同室内熱交換器を用いた場合の質量流速、乾き度、飽和温度差及び冷房能力図 同室内熱交換器配管を用いた場合のＰＨ線図 （ａ）、（ｂ）同室内熱交換器の部位配置図 単位能力当たりの質量流速を変化させた場合の計算結果を示す図 従来の冷暖房装置の構成図
本発明の第１の実施の形態による冷暖房装置は、冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用い、前記室内熱交換器は所定の間隔で並べられた複数のフィンと、前記フィンに略直角に貫通して冷媒が内部を流通する伝熱管を備え、前記伝熱管内部を流れる冷媒の質量流速が三つ以上の異なる部位を備え通過面積を適正化したものである。本実施の形態によれば、冷房運転時において質量流速を適正化して圧力損失を抑制し適切な空気と冷媒の温度差を得ることができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による冷暖房装置において、前記部位は前記室内熱交換器が蒸発器として機能する場合冷媒の流れに沿って入口部位、中間部位、出口部位として構成され、前記入口部位、前記中間部位、前記出口部位に流れる単位能力当たりの冷媒の配管内質量流速がそれぞれ ０．４４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．５０ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１６ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１３ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１５ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となる様に構成したものである。本実施の形態によれば、冷房運転時において質量流速を適正化して圧力損失を抑制し適切な空気と冷媒の温度差を得ることができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による冷暖房装置において、冷房の標準能力時には前記入口部位、前記中間部位、前記出口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．２１５以上０．４３７未満、０．４３７以上０．８未満、０．８以上１．０以下となる様に構成した。本実施の形態によれば、冷房運転時において質量流速を適正化して圧力損失を抑制し適切な空気と冷媒の温度差を得ることができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１〜第３の何れかの実施の形態による冷凍装置において、前記室内熱交換器が冷房の中間能力時には前記入口部位、前記中間部位、前記出口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．２３以上０．４０８未満、０．４０８以上０．６４５未満、０．６４５以上１．０以下となる様に構成した。本実施の形態によれば、冷房運転時において質量流速を適正化して圧力損失を抑制し適切な空気と冷媒の温度差を得ることができる。
本発明の第５の実施の形態は、第１〜第４の何れかの実施の形態による冷凍装置において、前記部位は前記室内熱交換器が凝縮器として機能する場合、前記出口部位、前記中間部位、前記入口部位に流れる単位能力当たりの冷媒の配管内質量流速がそれぞれ ０．１２０ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１２１ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１２７ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上
０．１２９ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．４４６ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．４５１ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となる様に構成した。本実施の形態によれば、暖房運転時においても性能低下を抑制でき冷房性能とのバランスが良く最適な年間効率を得ることができる。
本発明の第６の実施の形態は、第１〜第５の何れかの実施の形態による冷凍装置において、前記室内熱交換器が暖房の標準能力時には前記出口部位、前記中間部位、前記入口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．４０８以上１．００未満、０以上０．４０８未満、０．００となる様に構成した。本実施の形態によれば、暖房運転時においても性能低下を抑制でき冷房性能とのバランスが良く最適な年間効率を得ることができる。
本発明の第７の実施の形態は、第１〜第６の何れかの実施の形態による冷凍装置において、前記室内熱交換器が暖房の中間能力時には前記出口部位、前記中間部位、前記入口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．６８１以上１．００未満、０．１６３以上０．６８１未満、０．００以上０．６８１以下となる様に構成した。
本発明の第８の実施の形態は、第１〜第７の何れかの実施の形態による冷暖房装置において、冷凍装置に四方弁を設けて、前記室外熱交換器、前記室内熱交換器に流れる冷媒の向きを変え冷・暖房を可能とした。本実施の形態によれば、冷房運転と暖房運転の切り替えが可能となる。
本発明の第９の実施の形態は、第１〜第８の何れかの実施の形態による冷暖房装置または冷暖房装置において、請求項１〜４の何れかに記載の冷凍装置または冷暖房装置において、前記室内熱交換器に供給する室内送風機構を備え、前記室内熱交換器が凝縮器として機能する場合、前記室内熱交換器内の冷媒の流れ方向の下流が、前記室内送風機構が形成する空気流れの上流とした。本実施の形態によれば、暖房運転時の効率を向上できる。
本発明の第１０の実施の形態は、第１から第９の何れかの実施の形態による冷房装置または冷暖房装置において、冷媒として、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒を充填する。本実施の形態によれば、地球温暖化係数の小さな冷媒を用いることで、回収されない冷媒が大気に放出されても、地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
以下、本発明を冷暖房装置の場合を例にして説明する。なお、この実施例によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本実施例による冷暖房装置の構成図である。
本実施の形態１による冷暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３、冷媒を減圧する絞り装置４、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５で構成される。圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、絞り装置４、及び室内熱交換器５は接続管で環状に接続されている。室外ユニット１０には、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、絞り装置４を有し、室内ユニット１１には室内熱交換器５を有している。そして室外ユニット１０と室内ユニット１１とは、接続管Ａ１２と接続管Ｂ１３とで接続されている。
冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って室外熱交換器３に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置４に送られる。絞り装置４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、接続
管Ｂ１３を通って、室内熱交換器５に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒は接続管Ａ１２を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
暖房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って接続管Ａ１２に送られる。そして、室内熱交換器５に入り室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は接続管Ｂ１３を通って絞り装置４に送られ、絞り装置４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。このようにして冷暖房運転がなされる。
本実施例による冷暖房装置を構成する冷媒回路には、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を封入している。この冷媒は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの中のテトラフルオロプロペンをベース成分とした冷媒であり、この実施の形態ではＨＦＯ１２３４ｙｆを例にして説明する。
次に、室内熱交換器５が蒸発器となる場合について詳しく説明する。
図２は、Ｒ４１０Ａ冷媒と、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との単位体積当たりの冷凍能力を計算して比較したものである。
図２では、蒸発器の蒸発温度５℃と１０℃の場合、Ｒ４１０Ａ冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒について飽和ガス密度と蒸発潜熱と蒸発器の単位体積当たりの冷凍能力（飽和ガス密度×蒸発潜熱）を示している。
図２に示すように、冷房運転時における単位体積当たりの冷凍能力は、蒸発温度５℃の時、Ｒ４１０Ａでは７７１５．１ｋＪ／ｍ３、ＨＦＯ１２３４ｙｆでは３３１０．５ｋＪ／ｍ３であり、また蒸発温度１０℃の時Ｒ４１０Ａでは８７４２．６ｋＪ／ｍ３、ＨＦＯ１２３４ｙｆでは３７９１．７ｋＪ／ｍ３であり、ＨＦＯ１２３４ｙｆはＲ４１０Ａの約１／２．３倍となる。よって、ＨＦＯ１２３４ｙｆの冷凍能力をＲ４１０Ａと同程度にするためには単位時間当たりの冷媒の体積流量（以下、冷媒循環量と言う）を約Ｒ４１０Ａの約２．３倍にする必要がある。
図３はＲ４１０Ａ冷媒用の室内熱交換器５の一例である。
室内熱交換器５は所定の間隔で並べられた複数のフィン１９と前記フィン１９に略直角に貫通して冷媒が内部を流れる伝熱管よりなる。また、送風装置１８により空気と冷媒が熱交換する。さらに冷媒の流れに沿って入口部位８０、中間部位８１、出口部位８２で構成され各部位ごとに異なる質量流速となる。
冷媒の流れは、絞り装置４より送られ、伝熱管５０より流入して伝熱管５１を経て伝熱管５２に入り伝熱管５３に至る。伝熱管５３より伝熱管６０、６１、６２及び６３に４分岐した後冷媒はそれぞれ伝熱管６０‘、６１’、６２‘及び６３’に至る。伝熱管６０‘、６１’、６２‘及び６３’の冷媒は例えばヘッダー（図示しない）を経て伝熱管７０、７１に略等分の流量に分岐して伝熱管７０‘、７１’に至り、冷媒は接続管Ｂ１３を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
図４に図３におけるＲ４１０Ａ冷媒用の室内熱交換器５を用い、冷媒としてＲ４１０Ａ及びＨＦＯ１２３４ｙｆを用いた場合の各冷媒の各部位毎の質量流速、乾き度、飽和温度差及び冷房能力を示している。
尚、圧力損失の指標として飽和温度差を用いた。飽和温度差は室内熱交換器５入口と出口の冷媒圧力から冷媒毎の飽和温度を求めてその差とした。これは冷媒により圧力と温度の関係が異なるため性能に関わる圧力損失を単純に圧力差として比較できない。異なる冷媒の圧力損失を比較する場合には飽和温度差見合いとするのが通例であり、飽和温度差が大きい程圧力損失も大きいと判断できる。
また図４に、ＨＦＯ１２３４ｙｆを用いた場合に冷媒循環量を増加して冷房能力が最大となる条件でのデータを示している。図４より判る様に、ＨＦＯ１２３４ｙｆの能力はＲ４１０Ａの約７４％（＝２８９０÷３９０３×１００）となる。これは飽和温度差から判るようにＨＦＯ１２３４ｙｆの圧力損失が大きいことに起因している。さらに、図５を用いて説明する。
図５は図３におけるＲ４１０Ａ冷媒用の室内熱交換器５を用い、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒を使用した図４の条件でのＰＨ線図を示している。
Ａ点は圧縮機入口部、Ｂ点は圧縮機吐出部、Ｃ点は凝縮器入口部、Ｄ点は凝縮器出口部、Ｅ点は蒸発器入口部そしてＦ点は蒸発器出口部をそれぞれ示している。
図５から蒸発器の出入口部のＥ点からＦ点の線の傾きが大きくなっており、冷媒循環量が増加しているため圧力損失が大きいことが判る。また、Ｆ点からＥ点に向かって冷媒の温度が上昇するため、冷媒と被熱交換流体である空気との温度差が徐々に小さくなり室内熱交換器５の入口であるＥ点では温度差は僅少となる。この様に冷媒と空気温度の差が小さくなることにより熱交換量が小さくなるため所定の冷房能力を確保できない。
即ち、冷媒循環量を増加したため、圧力損失が増加し冷媒と空気の温度差が小さくなるため能力が確保できないと言える。
図６は本発明の室内熱交換器５の一例である。
室内熱交換器５は所定の間隔で並べられた複数のフィン１９と前記フィン１９に略直角に貫通して冷媒が内部を流れる伝熱管よりなる。また、送風装置１８により空気と冷媒が熱交換する。またこのとき冷媒の流れと空気の流れ方向は同方向となっている。さらに冷媒の流れに沿って入口部位１５、中間部位１６、出口部位１７で構成され各部位ごとに異なる単位能力当たりの質量流速となる。
冷媒の流れは、絞り装置４より送られ、伝熱管２０及び２１に分岐して流入してそれぞれ伝熱管２０‘、２１’に至る。伝熱管２０‘、２１’の冷媒は例えばヘッダー（図示しない）を経て、伝熱管３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６に略均等分岐してそれぞれ伝熱管３０‘、３１’、３２‘、３３’、３４‘、３５’、３６‘に至り、さらに例えばヘッダー（図示しない）を経て伝熱管４０、４１、４２、４３、４４、４５を経て、それぞれ伝熱管４０’、４１‘、４２’、４３‘、４４’、４５‘に至り、冷媒は例えばヘッダー（図示しない）を経て接続管Ｂ１３を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
さらに、配管径の一例としては入口部位１５と中間部位１６でφ６．３５ｍｍ、出口部位１７でφ７ｍｍを使用しても良い。また、入口部位１５は２パス、中間部位１６は７パス、出口部位１７は６パスとしても良い。
図７は図６における本発明の室内熱交換器５を用い、冷媒としてＨＦＯ１２３４ｙｆを
用いた場合の冷房標準能力でのシミュレーションにより算出した各冷媒の各部位毎の質量流速、乾き度、飽和温度差及び冷房能力を示している。
図７より入口部位１５、中間部位１６、出口部位１７に流れる単位能力当たりの冷媒の配管内質量流速がそれぞれ ０．４４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．５０ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１６ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１３ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１５ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となり、冷房標準能力時の乾き度がそれぞれ０．２１５以上０．４３７未満、０．４３７以上０．８未満、０．８以上１．０以下である。
また、冷房中間期能力時の乾き度がそれぞれ０．２３以上０．４０８未満、０．４０８以上０．６４５未満、０．６４５以上１．０以下である。
飽和温度差は約９．５Ｋ、冷房能力は３９１２Ｗと図４で示したＲ４１０Ａ冷媒を使用した場合とほぼ同等となって、冷房能力を確保可能である。
図８は図６における本発明の室内熱交換器５を用い、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒を使用した図７の条件でのＰＨ線図を示している。
Ａ点は圧縮機入口部、Ｂ点は圧縮機吐出部、Ｃ点は凝縮器入口部、Ｄ点は凝縮器出口部、Ｅ‘点は蒸発器入口部そしてＦ点は蒸発器出口部をそれぞれ示している。
また、Ｅ点はＲ４１０Ａ用の室内熱交換器５を使用した場合の室内熱交換器入口部を示している。
図８から、Ｒ４１０Ａ用の室内熱交換器５を使用した場合には圧力損失が大きくＦ点からＥ点の線の傾きが大きくなっているのに対して、本発明の室内熱交換器５を用いた場合にはＦ点からＥ‘点の傾きは緩やかになっていることがわかる。従って、適切な冷媒と空気温度が確保できており即ち熱交換量が確保でき所定の冷房能力を確保できるようになっている。
一方、室内熱交換器５が凝縮器となる場合について説明する。
図６における本発明の室内熱交換器５を用いた場合を説明する。暖房運転時には冷房運転時と冷媒の流れが逆になる。
即ち、接続管Ｂ１３を経たガス冷媒はそれぞれ伝熱管４０’、４１‘、４２’、４３‘、４４’、４５‘に至り、伝熱管４０、４１、４２、４３、４４、４５を経て、さらに例えばヘッダー（図示しない）を通って略均等分岐してそれぞれ伝熱管３０‘、３１’、３２‘、３３’、３４‘、３５’、３６‘に至る。さらにそれぞれ伝熱管３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６を経て例えばヘッダー（図示しない）を通り略均等分岐して伝熱管２０‘、２１’に流入してそれぞれ伝熱管２０及び２１に至り接続管Ａ１３に送られる。
このとき、冷媒は流れに沿って出口部位１７、中間部位１６、入口部位１５で構成され各部位ごとに異なる単位能力当たりの質量流速となる。シミュレーションにより算出した各部位ごとの単位能力当たりの質量流速は０．１２０ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１２１ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１２７ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１２９ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．４４６ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．４５１ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となる。
また、シミュレーションによりそれぞれの乾き度は暖房標準能力時には０．４０８以上１．００未満、０以上０．４０８未満、０．００となり、暖房中間能力時には０．６８１以上１．００未満、０．１６３以上０．６８１未満、０．００以上０．６８１以下となる
。
さらにまた、このとき送風装置１８により空気と冷媒が熱交換する。またこのとき冷媒の流れと空気の流れ方向は同方向となっている。室内熱交換器５内の冷媒の流れ方向の下流が、送風装置１８が形成する空気流れの上流となり即ち、送風装置１８により送られた空気の流れ方向と、冷媒の流れ方向は逆方向となるため、同方向に流れるより平均温度差が大きく取れるため効率が向上する。
図９には部位の配置図を示す。室内熱交換器５を構成する場合、入口部位１５、中間部位１６及び出口部位１７を図９に構成する一例を示す。図９の（ａ）に示すように、各部位を分割して配置しても構わないし、（ｂ）に様に３つの部位が重なるような配置でも良く
各部位の配置は本図にとらわれない。
さらに、図１０には本発明の室内熱交換器５を使用した場合と入口部位１５、中間部位１６、出口部位１７それぞれで単位能力当たりの質量流速を変化させた場合の計算結果を示す。図１０で本発明の室内熱交換器５を使用した場合を表の中央に太字で、冷房標準、冷房中間、暖房標準および暖房中間の能力を１００％とし、また期間効率を１００％として比率で表示している。
図１０から判るように、本発明の室内熱交換器５を使用した場合の期間効率１００％を超えるものは無いことがわかる。
しかしながら、特に、図１０の（３）出口部位において暖房能力は単位能力当たりの質量流速０．１１７ｇ／ｍｍ２ｈＷの方が高いことが判るが本冷媒の特性として暖房性能がやや低下しても、冷房性能を向上させることがポイントとなることが判る。
尚、配管径は規格として決められているため任意の管径を選択できない。従って、実施例示した冷媒の質量速度や乾き度に可能な限り近くなる様に配管径やパス数を適切に選択することになる。
上記実施の形態ではＨＦＯ１２３４ｙｆを例にして説明したが、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒でもよく、ハイドロフルオロオレフィンもＨＦＯ１２３４ｙｆが属するテトラフルオロプロペンであれば例えばＨＦＯ１２３４ｚｅでもよく、また、このような冷媒は単体あるいは当該冷媒を含む混合冷媒、例えば２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用してもよい。
具体的には、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）とし、ハイドロフルオロカーボンをジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とした、混合冷媒を作動冷媒としてもよい。
また、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とした、混合冷媒を作動冷媒としてもよい。
また、ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）とし、ハイドロフルオロカーボンをペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とした、３成分からなる混合冷媒を作動冷媒としてもよい。
また、上記実施の形態では冷暖房装置として説明したが、四方弁を有しない加熱専用、例えば給湯機等や、冷却専用、例えばクーラーや冷凍庫等の冷凍装置としても応用できるものであり、その場合室内熱交換器、室外熱交換器は凝縮器と蒸発器ということになる。
本発明によれば、例えばＧＷＰ４のＨＦＯ１２３４ｙｆをはじめとする、ＧＷＰの小さな冷媒を利用することができる。
１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 絞り装置
５ 室内熱交換器
６ 単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒
１５ 入口部位
１６ 中間部位
１７ 出口部位
１８ 送風装置
１９ フィン
２０、２１、２０‘、２１’、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３０‘、３１’、３２‘、３３’、３４‘、３５’、３６‘、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４０’、４１‘、４２’、４３‘、４４’、４５‘ 伝熱管

Claims (10)

  1. 少なくとも圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力小さな冷媒を用いた冷凍装置であって、前記室内熱交換器は所定の間隔に並べられた複数のフィンと、前記フィンに略直角に貫通して冷媒が内部を流通する伝熱管を備え、前記伝熱管内部を流れる冷媒の質量流速が三つ以上の異なる部位を備えた事を特徴とする冷凍装置。
  2. 請求項１記載の冷凍装置において、前記部位は前記室内熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒の流れに沿って入口部位、中間部位、出口部位として構成され、前記入口部位、前記中間部位、前記出口部位に流れる単位能力当たりの冷媒の配管内質量流速がそれぞれ ０．４４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．５０ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１４ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１６ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１３ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１５ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となる様に構成したことを特徴とする冷凍装置。
  3. 請求項１または請求項２記載の前記室内熱交換器において、冷房の標準能力時には前記入口部位、前記中間部位、前記出口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．２１５以上０．４３７未満、０．４３７以上０．８未満、０．８以上１．０以下となる様に構成したことを特徴とする冷凍装置。
  4. 請求項１〜３記載の何れかの冷凍装置において、前記室内熱交換器が冷房の中間能力時には前記入口部位、前記中間部位、前記出口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．２３以上０．４０８未満、０．４０８以上０．６４５未満、０．６４５以上１．０以下となる様に構成したことを特徴とする冷凍装置。
  5. 請求項１〜４の何れかに記載の冷凍装置において、前記部位は前記室内熱交換器が凝縮器として機能する場合、前記出口部位、前記中間部位、前記入口部位に流れる単位能力当たりの冷媒の配管内質量流速がそれぞれ ０．１２０ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１２１ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．１２７ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．１２９ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満、０．４４６ｇ／ｍｍ２ｈＷ以上０．４５１ｇ／ｍｍ２ｈＷ未満となる様に構成したことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
  6. 請求項１〜５の何れかに記載の冷凍装置において、前記室内熱交換器が暖房の標準能力時には前記出口部位、前記中間部位、前記入口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．４０８以上１．００未満、０以上０．４０８未満、０．００となる様に構成したことを特徴とする冷凍装置。
  7. 請求項１〜６の何れかに記載の冷凍装置において、前記室内熱交換器が暖房の中間能力時には前記出口部位、前記中間部位、前記入口部位に流れる冷媒の乾き度がそれぞれ０．６８１以上１．００未満、０．１６３以上０．６８１未満、０．００以上０．６８１以下となる様に構成したことを特徴とする冷凍装置。
  8. 請求項１〜請求項７何れかに記載の冷凍装置に四方弁を設けて、前記室外熱交換器、前記室内熱交換器に流れる冷媒の向きを変え冷・暖房を可能とした冷暖房装置。
  9. 請求項１〜８の何れかに記載の冷凍装置または冷暖房装置において、前記室内熱交換器に供給する送風装置を備え、前記室内熱交換器が凝縮器として機能する場合、前記室内熱交換器内の冷媒の流れ方向の下流が、前記送風装置が形成する空気流れの上流となっていることを特徴とする冷凍装置または冷暖房装置。
  10. 前記冷媒として、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒からなる単一冷媒または前記冷媒を含む混合冷媒が充填されたことを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の冷凍装置または冷暖房装置。
JP2010121096A 2010-05-27 2010-05-27 冷凍装置および冷暖房装置 Pending JP2011247482A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010121096A JP2011247482A (ja) 2010-05-27 2010-05-27 冷凍装置および冷暖房装置
CN2011800261631A CN102918338A (zh) 2010-05-27 2011-04-22 制冷装置和供冷供暖装置
KR20127030867A KR20130088020A (ko) 2010-05-27 2011-04-22 냉동 장치 및 냉난방 장치
BR112012029878A BR112012029878A2 (pt) 2010-05-27 2011-04-22 aparelhagem de refrigeração e condicionador de ar
PCT/JP2011/002369 WO2011148567A1 (ja) 2010-05-27 2011-04-22 冷凍装置および冷暖房装置
EP11786271.4A EP2578966B1 (en) 2010-05-27 2011-04-22 Refrigeration device and cooling and heating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010121096A JP2011247482A (ja) 2010-05-27 2010-05-27 冷凍装置および冷暖房装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011247482A true JP2011247482A (ja) 2011-12-08

Family

ID=45003568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010121096A Pending JP2011247482A (ja) 2010-05-27 2010-05-27 冷凍装置および冷暖房装置

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP2578966B1 (ja)
JP (1) JP2011247482A (ja)
KR (1) KR20130088020A (ja)
CN (1) CN102918338A (ja)
BR (1) BR112012029878A2 (ja)
WO (1) WO2011148567A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015169387A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 三菱重工業株式会社 熱交換器およびそれを用いた空気調和機

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140103249A (ko) * 2011-12-08 2014-08-26 파나소닉 주식회사 열교환기 및 그것을 구비하는 공기 조화기
JP6180338B2 (ja) 2014-01-29 2017-08-16 ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー（ホンコン）リミテッド 空気調和機
FR3019637A1 (fr) * 2014-04-02 2015-10-09 Bosch Gmbh Robert Evaporateur air/fluide compose d'un echangeur de chaleur a ailettes
FR3028930B1 (fr) * 2014-11-20 2016-12-02 Air Liquide Echangeur compact pour le transport cryogenique en injection indirecte
CN106091486A (zh) * 2016-07-15 2016-11-09 珠海格力电器股份有限公司 换热器及具有其的空调器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3918455A1 (de) * 1989-06-06 1990-12-20 Thermal Waerme Kaelte Klima Verfluessiger fuer ein kaeltemittel einer fahrzeugklimaanlage
JPH04186079A (ja) * 1990-11-16 1992-07-02 Hitachi Ltd 冷蔵庫
JP3979118B2 (ja) * 2002-02-20 2007-09-19 ダイキン工業株式会社 熱交換器、熱交換器の製造方法及び空気調和機
JP2009257744A (ja) * 2008-03-25 2009-11-05 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
JP2009270775A (ja) * 2008-05-08 2009-11-19 Sanden Corp 冷凍サイクル
JP5180680B2 (ja) * 2008-05-20 2013-04-10 サンデン株式会社 冷凍サイクル

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015169387A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 三菱重工業株式会社 熱交換器およびそれを用いた空気調和機

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130088020A (ko) 2013-08-07
CN102918338A (zh) 2013-02-06
EP2578966B1 (en) 2020-08-26
EP2578966A4 (en) 2015-12-09
EP2578966A1 (en) 2013-04-10
WO2011148567A1 (ja) 2011-12-01
BR112012029878A2 (pt) 2016-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6065429B2 (ja) 空気調和機
CN101268312B (zh) 空调装置
JP6042026B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP4832355B2 (ja) 冷凍空調装置
US6571575B1 (en) Air conditioner using inflammable refrigerant
WO2011148567A1 (ja) 冷凍装置および冷暖房装置
WO2015111175A1 (ja) ヒートポンプ装置
WO2011105270A1 (ja) 冷凍サイクル装置
JP2017145975A (ja) 冷凍サイクル装置、冷凍サイクル装置の製造方法、冷凍サイクル装置のドロップイン方法、及び、冷凍サイクル装置のリプレース方法
JP5936785B1 (ja) 空気調和装置
JPWO2018029784A1 (ja) 熱交換器及びこの熱交換器を備えた冷凍サイクル装置
JP2011106770A (ja) 熱交換器および冷凍サイクル装置
JP2014102030A (ja) ヒートポンプ給湯装置
JP2012237518A (ja) 空気調和機
JP2012057849A (ja) 伝熱管、熱交換器及び冷凍サイクル装置
JP2015218954A (ja) 冷凍サイクル装置
JPWO2017149642A1 (ja) 冷凍サイクル装置
JP2017161164A (ja) 空調給湯システム
JP2010112698A (ja) 冷凍装置
JP6469489B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP2010216778A (ja) 冷凍サイクル装置
JP2012193919A (ja) 速度−熱変換器及びこれを利用した加熱又は冷却システム
JP2011252638A (ja) 空気調和機
JPWO2019176122A1 (ja) 冷暖房システム
JP2021042871A (ja) フィンアンドチューブ型熱交換器、および冷凍サイクル装置