JP2020073640A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性と性能を有する冷凍サイクル装置の提供。【解決手段】圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備え、回路内に封入されている冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、質量比率の三角座標組成図において、三成分の質量比率を（Ｒ３２の質量％、Ｒ１２３４ｙｆの質量％、ＨＦＯ１１２３の質量％）で表したとき、点Ｂ（０、１００、０）と点Ｃ（０、５７、４３）とを結ぶ第１直線、点Ｂと点Ａ（３１、６９、０）とを結ぶ第２直線、点Ｃと点Ａとを結び、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに「ｙ＝−0.0002ｘ３＋0.0284ｘ２−1.9477ｘ＋50.834」［境界条件ｙ≧０，ｙ≦２６．７］で表される曲線によって囲まれる範囲内にあり、三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい、冷凍サイクル装置。【選択図】図１０

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、空気調和機、冷凍機などに用いられる冷媒としては、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）などが用いられていた。しかし、ＣＦＣ、ＨＣＦＣなどの塩素を含む冷媒は、成層圏のオゾン層への影響（地球温暖化への影響）が大きいため、現在、使用が規制されている。

このため、冷媒として、塩素を含まずオゾン層への影響が少ないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を用いるようになっている。このようなＨＦＣとしては、例えば、ジフルオロメタン（フッ化メチレン、フロン３２、ＨＦＣ−３２、Ｒ３２などとも呼ばれる。以下、「Ｒ３２」と呼ぶ。）などが知られている（例えば、特許文献１：特許第３９５６５８９号公報参照）。他のＨＦＣとしては、テトラフルオロエタン、Ｒ１２５（１，１，１，２，２−ペンタフルオロエタン）なども知られている。特に、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２とＲ１２５の擬似共沸混合冷媒）は、冷凍能力が高いため広く使用されている。

しかし、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が６７５であるＲ３２などの冷媒も地球温暖化の原因となる可能性が指摘されている。このため、さらにＧＷＰが小さく、オゾン層への影響が少ない冷媒の開発が望まれている。

地球温暖化への影響が少なく、かつ熱サイクルシステムの充分なサイクル性能を得ることのできる冷媒（熱サイクル用作動媒体）として、ＧＷＰが約０．３であるトリフルオロエチレン（１，１，２−トリフルオロエテン、ＨＦＯ１１２３などとも呼ばれる。以下、「ＨＦＯ１１２３」と呼ぶ。）を含有する冷媒が知られている（例えば、特許文献２：国際公開第２０１２／１５７７６４号参照）。なお、ＨＦＯ１１２３は、大気中のＯＨラジカルによって分解されやすい炭素−炭素二重結合を有しているため、オゾン層への影響が少ないと考えられている。

また、ＨＦＯ１１２３、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｙｆなどとも呼ばれる。以下、「Ｒ１２３４ｙｆ」と呼ぶ。）、および、Ｒ３２を含有する冷媒も知られており、また、１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、Ｒ１２３４ｚｅなどとも呼ばれる。以下、「Ｒ１２３４ｚｅ」と呼ぶ。）も知られている（例えば、特許文献３：国際公開第２０１５／１１５５５０号参照）。

特許第３９５６５８９号公報 国際公開第２０１２／１５７７６４号 国際公開第２０１５／１１５５５０号

特許文献２および３に記載の冷媒に用いられるＨＦＯ１１２３は、従来用いられていたＲ４１０Ａ、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃなどと比べて作動圧力が高くなる。なお、「作動圧力」とは、冷凍サイクル（装置）を作動させるために必要な圧力である。また、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃなどの従来の冷媒のうちでは、Ｒ４１０Ａは作動圧力が最も高い冷媒に属する。

このため、従来の冷媒を使用している既存の冷凍サイクル装置において、冷媒をＨＦＯ１１２３を多く含む冷媒に入れ替えると、作動時の圧力を高くする必要がある。しかし、既存の冷凍サイクル装置は、Ｒ４１０Ａの作動圧力程度までは耐圧性を備えているが、Ｒ４１０Ａの作動圧力よりも高い圧力に対する耐圧性を有していない可能性があるため、特に耐圧の面で冷凍サイクル装置の信頼性が低下してしまうという問題がある。

なお、特許文献３に記載の冷媒の組成比率範囲は、成績係数および冷凍能力（共に、４１０Ａに対する相対性能）を考慮して設定されたものである。このため、作動圧力については考慮されておらず、特許文献３に記載の組成比率範囲は作動圧力が従来の冷媒よりも高くなる範囲を含んでいる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能を有する冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備える。冷凍回路内に冷媒が封入されており、冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、三成分の質量比率を三角座標で表した組成図において、三成分の質量比率が、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ８９質量％、１１質量％および０質量％であることを示す点Ａと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ５１質量％、４９質量％および０質量％であることを示す点Ｂとを結ぶ第１直線、点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ５１質量％、２７質量％および２２質量％であることを示す点Ｃとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結び、Ｒ１２３４ｙｆの成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに下記式（１）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦１９．１］で表される第１曲線によって囲まれる範囲内にあり、三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい。

ｙ＝0.0000268168ｘ^４−0.0021756190ｘ^３＋0.0709089095ｘ^２−0.5115229095ｘ−0.4473576993 ・・・（１）

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備える。冷凍回路内に冷媒が封入されており、冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、三成分の質量比率を三角座標で表した組成図において、三成分の質量比率が、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ９４質量％、６質量％および０質量％であることを示す点Ａと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ８０質量％、２０質量％および０質量％であることを示す点Ｂとを結ぶ第１直線、点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ８０質量％、１２質量％および８質量％であることを示す点Ｃとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結び、Ｒ１２３４ｚｅの成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに下記式（２）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦６．９３］で表される第１曲線によって囲まれる範囲内にあり、三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい。

ｙ＝0.0076ｘ^２＋0.5253ｘ−3.4259 ・・・（２）

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備える。冷凍回路内に冷媒が封入されており、冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、三成分の質量比率を三角座標で表した組成図において、三成分の質量比率が、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、１００質量％および０質量％であることを示す点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、５７質量％および４３質量％であることを示す点Ｃとを結ぶ第１直線、点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ３１質量％、６９質量％および０質量％であることを示す点Ａとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結び、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに下記式（３）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦２６．７］で表される曲線によって囲まれる範囲内にあり、三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい。

ｙ＝−0.0002ｘ^３＋0.0284ｘ^２−1.9477ｘ＋50.834 ・・・（３）

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備える。冷凍回路内に冷媒が封入されており、冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、三成分の質量比率を三角座標で表した組成図において、三成分の質量比率が、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、１００質量％および０質量％であることを示す点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、５２質量％および４８質量％であることを示す点Ｃとを結ぶ第１直線、点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ４１質量％、５９質量％および０質量％であることを示す点Ａとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結び、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに下記式（４）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦３５．３］で表される曲線によって囲まれる範囲内にあり、三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい。

ｙ＝2.16319Ｅ^−０５ｘ^４−3.47400Ｅ^−０３ｘ^３＋2.21550Ｅ^−０１ｘ^２−7.61233Ｅ^＋００ｘ＋1.24171Ｅ^＋０２ ・・・（４）

本発明によれば、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能を有する冷凍サイクル装置を提供することができる。

実施形態１に係る冷凍サイクル装置を示す概略構成図である。 実施形態１に係る（Ｒ３２／ＨＦＯ１１２３／Ｒ１２３４ｙｆ）を示す三角組成図である。 実施形態１に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。 実施形態１の変形例に係る冷媒の組成範囲（Ｒ３２／ＨＦＯ１１２３／Ｒ１２３４ｙｆ）を示す三角組成図である。 実施形態１の変形例に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。 実施形態２に係る冷媒の組成範囲（Ｒ３２／ＨＦＯ１１２３／Ｒ１２３４ｚｅ）を示す三角組成図である。 実施形態２に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。 実施形態２の変形例に係る冷媒の組成範囲（Ｒ３２／ＨＦＯ１１２３／Ｒ１２３４ｚｅ）を示す三角組成図である。 実施形態２の変形例に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。 実施形態３に係る冷媒の組成範囲（Ｒ３２／ＨＦＯ１１２３／Ｒ１２３４ｙｆ）を示す三角組成図である。 実施形態３に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。 実施形態４に係る冷媒の組成範囲（Ｒ３２／ＨＦＯ１１２３／Ｒ１２３４ｚｅ）を示す三角組成図である。 実施形態４に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［実施形態１］
まず、本実施形態の冷凍サイクル装置の概要について簡単に説明する。図１は、実施形態１に係る冷凍サイクル装置を示す概略構成図である。冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、冷房時と暖房時の流れ方向を切替える流路切替弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁４と、室内熱交換器５とを含む冷凍回路を備える。なお、冷房と暖房を切替える必要のない冷凍サイクル装置においては、流路切替弁２は必要ない。

冷房時において、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替弁２（実線で示す流路）を経由して室外熱交換器３へと流入し、そこで凝縮する。室外熱交換器３で凝縮した液状冷媒は、膨張弁４を経由して室内熱交換器５に流入し、そこで蒸発（気化）する。最後に、室内熱交換器５にて蒸発したガス状冷媒は、流路切替弁２（実線で示す流路）を経由して圧縮機１へ戻る。このように、冷房時において、冷媒は、冷凍サイクル装置の冷凍回路内を図１に示す実線矢印の方向に循環する。

一方、暖房時においては、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替弁２（点線で示す流路）を経由して室内熱交換器５へと流入し、そこで凝縮する。室内熱交換器５で凝縮した液状冷媒は、膨張弁４を経由して室外熱交換器３へと流入し、そこで蒸発（気化）する。室外熱交換器３で蒸発した冷媒は、流路切替弁２（点線で示す流路）を経由して圧縮機１へ戻る。このように、暖房時において、冷媒は、冷凍サイクル装置の冷凍回路内を図１に示す破線矢印の方向に循環する。

なお、上記構成は、冷房および暖房運転を実施可能な冷凍サイクル装置の最小構成要素である。本実施形態の冷凍サイクル装置は、さらに、気液分岐器、レシーバー、アキュームレータ、高低圧熱交換器等の他の機器を備えていてもよい。

（冷媒）
次に、本実施形態において、冷凍回路内に封入される冷媒について説明する。該冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆの三成分を本発明に規定される組成範囲内で含んでいる。

図２は、冷媒中に含まれる三成分（Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆ）の組成比率（質量比率）を示す三角座標で表された組成図（三角組成図）である。該三成分の質量比率は、図２において、点Ａと点Ｂを結ぶ第１直線、点Ｂと点Ａとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線によって囲まれる範囲（図２の斜線部）内にある。なお、上記範囲は、第２直線および第１曲線上の組成比率を含み、第１直線上の組成比率は含まない。

点Ａは、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ８９質量％、１１質量％および０質量％であること（以下、このような組成比率を「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝８９／１１／０質量％」と記載する）を示す。点Ｂは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝５１／４９／０質量％」であることを示す。点Ｃは、組成比率が、「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝５１／２７／２２質量％」であることを示す。

点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線は、点Ｃと点Ａとを結び、Ｒ１２３４ｙｆの成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに上記式（１）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦１９．１］で表される。なお、第１曲線は、作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａと同等になる線（境界線）である。

図３は、実施形態１に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。図３では、三成分中のＲ３２の比率が一定のときにおいて、三成分中のＲ１２３４ｙｆの比率と冷凍サイクル装置のＡＰＦ比率（冷媒としてＲ４１０Ａを用いたときのＡＰＦ値に対するＡＰＦ値の比率）との関係を示すグラフを描いている。ＡＰＦ（通年エネルギー消費効率：Annual Performance Factor）は、ＪＩＳ Ｃ９６１２−２０１３に基づき測定した評価結果から、式：ＡＰＦ＝（冷房期間総合空調負荷＋暖房期間総合空調負荷）／（冷房期間消費電力量＋暖房期間消費電力量）に基づいて算出した。

また、図３では、冷媒の作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａと等しくなる境界線（ＡとＢを結ぶ曲線、および、ＡとＣを結ぶ曲線）を併せて示している。冷媒の６５℃での飽和圧力は、圧力計によって測定した。２つの境界線の間（ＡとＢを結ぶ曲線とＡとＣを結ぶ曲線との間）の領域が、冷媒の作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａ低くなる領域である。なお、その領域外では、冷媒の作動圧力がＲ４１０Ａより高くなってしまう。

図３では、Ｒ３２の比率が、４５質量％、５１質量％、６６質量％、７０質量％および８９質量％のときのグラフを例示しているが、実際には４５〜８９質量％の間の多数の冷媒についてグラフを作成し、各々のグラフについての作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａと等しくなる境界点をフィッティングすることで、上記境界線を作成した。

なお、図３において、ＨＦＯ１１２３の比率は、１００質量％からＲ３２とＲ１２３４ｙｆの合計比率を差し引いた値になる。したがって、図３における二軸座標上の点は図２の三軸座標上の点と一対一で対応している。そして、図３における点Ａ〜点Ｃは、それぞれ図２における点Ａ〜点Ｃに対応する。また、図３において点Ａと点Ｂを結ぶ曲線は、図２において点Ａと点Ｂを結ぶ第１直線に対応し、図３において点Ｂと点Ｃを結ぶ曲線は、図２において点Ｂと点Ｃを結ぶ第２直線に対応する。さらに、図３において点Ｃと点Ａを結ぶ曲線は、図２において点Ｃと点Ａを結ぶ第１曲線に対応する。したがって、図３の斜線部は図２の斜線部に対応している。

図３から、冷媒の作動圧力がＲ４１０Ａより低くなる領域において、三成分中のＲ３２の比率が５１質量％〜８９質量％の範囲にある場合は、冷媒のＡＦＰ比がＲ１２３４ｙｆが０質量％であるとき（Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との２種混合冷媒）のＡＰＦ比と同等以上になっていることが分かる。これに対して、Ｒ３２の組成比率が５１質量％未満の場合（例えば、図３に示す一番下のグラフに示されるＲ３２の比率が４５質量％である場合）は、冷媒のＡＰＦ比がＲ１２３４ｙｆが０質量％であるときのＡＰＦ比よりも小さくなっている。

このことから、冷媒の組成比率が図３の斜線部（すなわち、図２の斜線部）内にある場合、冷媒の作動圧力が従来の冷媒（Ｒ４１０Ａ）より低く、かつＲ３２とＨＦＯ１１２３の２種混合冷媒と同等以上の性能が得られることが分かる。

このように、冷媒の作動圧力をＲ４１０Ａの作動圧力より低くすることで、冷凍サイクル装置の耐圧面での信頼性を維持または向上させることができる。例えば、Ｒ４１０Ａが使用されていた既存の空気調和用の冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷凍サイクル装置）に対して、Ｒ４１０Ａの代わりに上記冷媒を用いた場合でも、冷凍サイクル装置の耐圧面での信頼性を維持することができる。

また、冷媒の組成が図２の斜線部の範囲内であるとき、該冷媒のＧＷＰは、Ｒ４１０ＡのＧＷＰ（２０９０）に対して７１％〜８３％低減される。なお、Ｒ１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。したがって、本実施形態の冷凍サイクル装置は、地球温暖化への影響が少ない。

以上のことから、本実施形態の冷凍サイクル装置は、本発明に規定される組成を有する冷媒を用いているため、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能（Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との２種混合冷媒の性能以上）を有するものであることが分かる。

なお、作動圧力が比較的低いＲ１２３４ｙｆの組成比率を増やすことで、Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との混合冷媒よりも圧縮機からの吐出される冷媒の温度を低下させることができる。これにより、耐熱性についての圧縮機の信頼性を向上することができる。

また、冷媒の作動圧力が低いため、高外気温下において凝縮温度を高くすることができ、出力可能な能力を向上させることができる。すなわち、信頼性を確保可能な圧力を上限とした場合、冷媒の作動圧力が低くなると、凝縮温度が上昇する。凝縮温度が上昇して、高外気温下での空気との温度差が大きくなると、能力が向上する。

なお、本実施形態において用いられる冷媒は、上記三成分のみからなる三成分混合冷媒であってもよく、さらに他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、Ｒ２９０、Ｒ１２７０、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２５等または他のＨＦＣが挙げられる。他の成分の配合比率等は、本実施形態の主要な効果を妨げない範囲内において設定される。

また、冷媒は、さらに冷凍機油を含有してもよい。冷凍機油としては、例えば、一般に用いられる冷凍機油（エステル系潤滑油、エーテル系潤滑油、フッ素系潤滑油、鉱物系潤滑油、炭化水素系潤滑油等）が挙げられる。その場合、冷媒との相溶性および安定性等の面で優れている冷凍機油を選択することが好ましい。

また、冷媒は、例えば過酷な使用条件において高度の安定性を要求される場合などには、必要に応じて安定剤をさらに含有してもよい。安定剤は熱および酸化に対する冷媒の安定性を向上させる成分である。安定剤としては、従来から冷凍サイクル装置に用いられる公知の安定剤、例えば、耐酸化性向上剤、耐熱性向上剤、金属不活性剤等が挙げられる。

また、冷媒は、さらに重合禁止剤を含んでいてもよい。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンメチルエーテル、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。

（冷凍サイクル装置）
本実施形態の冷凍サイクル装置は、空気調和用の冷凍サイクル装置（空気調和機）であることが好ましい。Ｒ４１０Ａは、従来、主に空気調和機に用いられていた冷媒であり、本実施形態の冷凍サイクル装置に用いられる冷媒は、Ｒ４１０Ａの作動圧力より低い作動圧力を有するものである。このため、特に空気調和用の冷凍サイクル装置について、耐圧性の面で信頼性を維持できるからである。

空気調和用の冷凍サイクル装置（空気調和機）としては、例えば、ルームエアコン、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコン、ウィンドウ型エアコンおよびモバイルエアコン等が挙げられる。

空気調和用の冷凍サイクル装置においては、ＡＦＰ（通年エネルギー消費効率）などの一定期間における総合的なエネルギー効率を考慮した期間効率が最大となるように、空気の流れ方向に対する冷媒の流れ方向が設定されることが好ましい。これにより、空気調和用に用いられる冷凍サイクル装置の実際の消費エネルギー効率（性能）を向上させることができる。具体的に、期間効率が最大となるように、空気の流れ方向に対する冷媒の流れ方向を設定する方法について、以下に説明する。

まず、空気の流れ方向に対する冷媒の流れ方向が反対方向である場合（以下、このような流れ方向を「対向流」と呼ぶ。）は、空気の流れ方向に対する冷媒の流れ方向が同じ方向である場合（以下、このような流れ方向を「並行流」と呼ぶ。）に比べて、性能が高くなる。したがって、一定期間のうち使用比率が高く、熱交換量が最も多い部分が対向流となるように、空気の流れ方向に対する冷媒の流れ方向を設定すれば、冷凍サイクル装置の期間効率を高めることができる。

したがって、冷房が主体である空気調和機（ビル用マルチエアコン等）の場合、室外熱交換器（蒸発器）での熱交換量が最も多くなる。このため、期間効率が最大となるようにするためには、室外熱交換器（蒸発器）側が対向流、室内熱交換器（凝縮器）側が並行流となるよう設計されていることが好ましい。

また、暖房主体の空気調和機（ルームエアコン、パッケージエアコン等）の場合、室内熱交換器（凝縮時）での熱交換量が最も多くなる。このため、期間効率が最大となるようにするためには、室外熱交換器（蒸発時）側が並行流、室内熱交換器（凝縮時）側が対向流となるよう設計されていることが好ましい。

また、冷房および暖房の可逆運転が可能な空気調和機（ルームエアコン等）の場合は、例えば、一般に年間を通して暖房の消費エネルギーは冷房より多いと考えられている。なお、このため、ＡＦＰの係数は、年間を通して使用エネルギー量が多い暖房について大きい値に設定されている。このように、暖房の消費エネルギーは冷房より多い場合は、期間効率が最大となるようにするためには、暖房主体の空気調和機と同様に、室外熱交換器（蒸発時）側が並行流、室内熱交換器（凝縮時）側が対向流となるよう設計されていることが好ましい。

一方、ある期間を通じて冷房の消費エネルギーが暖房より多い場合は、冷房主体の空気調和機と同様に、室外熱交換器（蒸発器）側が対向流、室内熱交換器（凝縮器）側が並行流となるよう設計されていることが好ましい。

なお、特許文献３（国際公開第２０１５／１１５５５０号）では、冷暖房を切替える用途の冷凍サイクル装置（例えばルームエアコン等）についての具体的な記載はなく、期間効率は考慮されていない。

なお、上記の設計は、ローレンツサイクルまたは六方弁等を組み合わせることで、冷房時および暖房時の両方の場合に、室外熱交換器または室内熱交換器のいずれか一方において対向流となるようにする場合（室内外片方対向流化サイクル）の設計である。

また、ローレンツサイクルと六方以上の多方弁等とを組み合わせることで、冷房時および暖房時の両方の場合に、室外熱交換器または室内熱交換器の両方において対向流となるよう設計してもよい（室内外両方対向流化サイクル）。この場合、最もエネルギー効率の高い設計となる。

なお、逆止弁や三方弁等を組み合わせることで、例えば、冷暖時に、室外熱交換器および室内熱交換器のいずれか一方または両方において、熱交換器の一部または全部で常に対向流となるよう設計してもよい（一部対向流時：部分対向流化サイクル、全部対向流時：完全対向流化サイクル）。

［実施形態１の変形例］
本変形例は、冷媒の組成が実施形態１の範囲内でさらに限定されている点で、実施形態１とは異なる。それ以外の基本構成は実施形態１と同じであるため、重複する説明については省略する。本変形例では、冷媒の作動圧力が従来の冷媒よりも低くなることに加え、Ｒ４１０Ａの性能以上の性能（実施形態１よりも高い性能）を得ることができる。

図４は、本変形例に係る冷媒中の三成分（Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆ）の組成比率を示す三角組成図である。該三成分の質量比率は、図４において、点Ａと点Ｄを結ぶ第３直線、点Ｄと点Ｅとを結ぶ第４直線、および、点Ｅと点Ａとを結ぶ第２曲線によって囲まれる範囲（図４の斜線部）内にある。なお、上記範囲は、第４直線および第２曲線上の組成比率を含み、第３直線上の組成比率は含まない。

点Ａは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝８９／１１／０質量％」であることを示す（図２と同様）。点Ｄは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝６６／３４／０質量％」であることを示す。点Ｅは、組成比率が、「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝７０／２１／９質量％」であることを示す。

点Ｅと点Ａとを結ぶ第２曲線は、点Ｃと点Ａとを結び、Ｒ１２３４ｙｆの成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに上記式（１）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦７．８］で表される。なお、第２曲線は、作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａと同等になる線（境界線）である。

図５は、本変形例に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。グラフの説明については、図３と同様であるため、ここでは繰り返さない。

図５から、冷媒の組成比率が図５の斜線部（すなわち、図４の斜線部）内にある場合、実施形態１と同様に、冷媒の作動圧力が従来の冷媒（Ｒ４１０Ａ）より低くなることがわかる。また、ＡＰＦ比（対Ｒ４１０Ａ）が１００％以上であることから、Ｒ４１０Ａの性能以上の性能が得られることが分かる。

なお、冷媒の組成が図４の斜線部の範囲内であるとき、該冷媒のＧＷＰは、Ｒ４１０ＡのＧＷＰに対して７１％〜７９％低減される。

したがって、本変形例の冷凍サイクル装置は、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能（Ｒ４１０Ａの性能以上）を有するものである。

［実施形態２］
本実施形態は、冷媒中の三成分のうちＲ１２３４ｙｆの代わりにＲ１２３４ｚｅを用いる点で、実施形態１とは異なる。それ以外の基本構成は実施形態１と同じであるため、重複する説明については省略する。

図６は、本実施形態に係る冷媒中の三成分（Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｚｅ）の組成比率を示す三角組成図である。該三成分の質量比率は、図６において、点Ａと点Ｂを結ぶ第１直線、点Ｂと点Ｃとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線によって囲まれる範囲（図６の斜線部）内にある。なお、上記範囲は、第２直線および第１曲線上の組成比率を含み、第１直線上の組成比率は含まない。

点Ａは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝９４／６／０質量％」であることを示す。点Ｂは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝８０／２０／０質量％」であることを示す。点Ｃは、組成比率が、「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝８０／１２／８質量％」であることを示す。

点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線は、Ｒ１２３４ｚｅの成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに上記式（２）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦６．９３］で表される。なお、第１曲線は、作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａと同等になる線（境界線）である。

図７は、本実施形態に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。グラフの説明については、図３と同様であるため、ここでは繰り返さない。

図７から、冷媒の組成比率が図７の斜線部（すなわち、図６の斜線部）内にある場合、冷媒の作動圧力が従来の冷媒（Ｒ４１０Ａ）より低く、かつＲ３２とＨＦＯ１１２３の２種混合冷媒と同等以上の性能が得られることが分かる。

また、冷媒の組成が図６の斜線部の範囲内であるとき、該冷媒のＧＷＰは、Ｒ４１０ＡのＧＷＰに対して７０％〜７４％低減される。なお、Ｒ１２３４ｚｅのＧＷＰは６である。

以上のことから、本実施形態の冷凍サイクル装置は、本発明に規定される組成を有する冷媒を用いているため、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能（Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との２種混合冷媒の性能以上）を有するものであることが分かる。

なお、作動圧力が比較的低いＲ１２３４ｚｅの組成比率を増やすことで、Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との混合冷媒よりも圧縮機からの吐出される冷媒の温度を低下させることができる。これにより、圧縮機の信頼性を向上することができる。

また、作動圧力が比較的低いＲ１２３４ｚｅの組成比率を増やすことで冷媒の作動圧力が低下する。このため、高外気温下において凝縮温度を高くすることができ、出力可能な能力を向上させることができる。すなわち、信頼性を確保可能な圧力を上限とした場合、冷媒の作動圧力が低くなると、凝縮温度が上昇する。凝縮温度が上昇して、高外気温下での空気との温度差が大きくなると、能力が向上する。

［実施形態２の変形例］
本変形例は、冷媒の組成が実施形態２の範囲内でさらに限定されている点で、実施形態２とは異なる。それ以外の基本構成は実施形態２と同じであるため、重複する説明については省略する。本変形例では、冷媒の作動圧力が従来の冷媒よりも低くなることに加え、Ｒ４１０Ａの性能以上の性能（実施形態２よりも高い性能）を得ることができる。

図８は、本変形例に係る冷媒中の三成分（Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｚｅ）の組成比率を示す三角組成図である。該三成分の質量比率は、図８において、点Ａと点Ｄを結ぶ第３直線、点Ｄと点Ｅとを結ぶ第４直線、および、点Ｅと点Ａとを結ぶ第２曲線によって囲まれる範囲（図８の斜線部）内にある。なお、上記範囲は、第４直線および第２曲線上の組成比率は含み、第３直線上の組成範囲は含まない。

点Ａは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝９４／６／０質量％」であることを示す（図６と同様）。点Ｄは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝８３／１７／０質量％」であることを示す。点Ｅは、組成比率が、「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝８４／１１／５質量％」であることを示す。

点Ｅと点Ａとを結ぶ第２曲線は、Ｒ１２３４ｚｅの成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに上記式（２）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦４．３３］で表される。なお、第２曲線は、作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４１０Ａと同等になる線（境界線）である。

図９は、本変形例に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。グラフの説明については、図３と同様であるため、ここでは繰り返さない。

図９から、冷媒の組成比率が図９の斜線部（すなわち、図８の斜線部）内にある場合、実施形態２と同様に、冷媒の作動圧力が従来の冷媒（Ｒ４１０Ａ）よりも低くなることがわかる。また、ＡＰＦ比が１００％以上であることから、Ｒ４１０Ａの性能以上の性能が得られることが分かる。

なお、冷媒の組成が図８の斜線部の範囲内であるとき、該冷媒のＧＷＰは、Ｒ４１０ＡのＧＷＰに対して７０％〜７３％低減される。

したがって、本変形例の冷凍サイクル装置は、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能（Ｒ４１０Ａの性能以上）を有するものである。

［実施形態３］
（冷媒）
本実施形態に係る冷凍サイクル装置は、冷媒の作動圧力が実施形態１とは別の従来の冷媒（Ｒ４０４Ａ）よりも低くなるように、冷媒中の三成分の組成比率が設定されている点で、実施形態１とは異なる。それ以外の基本構成は実施形態１と同じであるため、重複する説明については省略する。

なお、Ｒ４０４Ａは、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）、１，１，１−トリフルオロエタン（Ｒ１４３ａ）および１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）の擬似共沸混合冷媒である。

図１０は、本実施形態に係る冷媒中の三成分（Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆ）の組成比率を示す三角組成図である。該三成分の質量比率は、図１０において、点Ａと点Ｂを結ぶ第１直線、点Ｂと点Ｃとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線によって囲まれる範囲（図１０の斜線部）内にある。なお、上記範囲は、第１曲線上の組成比率を含み、第１直線および第２直線上の組成比率は含まない。

点Ｂは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝０／１００／０質量％」であることを示す。点Ｃは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝０／５７／４３質量％」であることを示す。点Ａは、組成比率が、「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｙｆ／ＨＦＯ１１２３＝３１／６９／０質量％」であることを示す。

点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線は、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに上記式（３）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦２６．７］で表される。なお、第１曲線は、作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４０４Ａと同等になる線（境界線）である。

図１１は、本実施形態に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。なお、図１１は、冷凍機についてのグラフである。冷凍機は冷房と暖房の切替がないため、性能は期間効率（ＡＰＦなど）ではなく、エネルギー消費効率（Coefficient of Performance：ＣＯＰ）を測定した。

なお、ＣＯＰは、蒸発能力および消費電力の値から、式：冷房ＣＯＰ＝蒸発能力（ｋＷ）／消費電力（ｋＷ）により求めることができる。それ以外のグラフの説明については、図３と同様であるため、ここでは繰り返さない。

図１１から、冷媒の組成比率が図１１の斜線部（すなわち、図１０の斜線部）内にある場合、冷媒の作動圧力が従来の冷媒（Ｒ４０４Ａ）よりも低く、かつＲ３２とＨＦＯ１１２３の２種混合冷媒（およびＲ４０４Ａ）と同等以上の性能が得られることが分かる。

また、冷媒の組成が図１０の斜線部の範囲内であるとき、該冷媒のＧＷＰは、Ｒ４０４ＡのＧＷＰ（３９２０）に対して９０％〜１００％低減される。なお、Ｒ１２３４ｙｆのＧＷＰは６である。

以上のことから、本実施形態の冷凍サイクル装置は、本発明に規定される組成を有する冷媒を用いているため、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能（Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との２種混合冷媒の性能以上）を有するものであることが分かる。

（冷凍サイクル装置）
本実施形態の冷凍サイクル装置は、冷凍用の冷凍サイクル装置（冷凍機）であることが好ましい。Ｒ４０４Ａは、従来、主に冷凍機に主に使用されていた冷媒であり、本実施形態の冷凍サイクル装置に用いられる冷媒は、Ｒ４０４Ａの作動圧力より低い作動圧力を有するものである。このため、特に冷凍機用の冷凍サイクル装置について、耐圧性の面で信頼性を維持できるからである。

冷凍用の冷凍サイクル装置（冷凍機）としては、例えば、冷蔵庫、冷水機、製氷機、ターボ冷凍機、チラー（チリングユニット）、スクリュー冷凍機、冷凍冷蔵ユニット、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、自動販売機等が挙げられる。

本実施形態の冷凍サイクル装置の動作の一例について、説明する。なお、本実施形態の冷凍サイクル装置（冷凍機）は、冷房と暖房の切替がないため、流路切替弁２が不要である。このため、図１に示す冷凍サイクル装置に対して、冷媒の循環方向を変更するための流路切替弁２がなく、図１に実線で示す流路を冷媒が循環する点で、実施形態１の冷凍サイクル装置と異なる。

図１（流路切替弁２以外の部分）を参照して、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、室外熱交換器（凝縮器）３へ流入し、そこで凝縮する。室外熱交換器３で凝縮した液状冷媒は、膨張弁４を経由して室内熱交換器（蒸発器）５に流入し、そこで液状冷媒が蒸発（気化）する。最後に、室内熱交換器５にて蒸発したガス状冷媒は、圧縮機１へ戻る。

なお、冷凍機は、冷房と暖房の切替がないため、室内熱交換器および室外熱交換器（凝縮器および蒸発器）の両方において、空気の流れ方向に対する冷媒の流れ方向の関係が対向流となるように設計されることが好ましい。

［実施形態４］
本実施形態は、冷媒中の三成分のうちＲ１２３４ｙｆの代わりにＲ１２３４ｚｅを用いる点で、実施形態３とは異なる。それ以外の基本構成は実施形態３と同じであるため、重複する説明については省略する。

図１２は、本実施形態に係る冷媒中の三成分（Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｚｅ）の組成比率を示す三角組成図である。該三成分の質量比率は、図１２において、点Ａと点Ｂを結ぶ第１直線、点Ｂと点Ｃとを結ぶ第２直線、および、点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線によって囲まれる範囲（図１２の斜線部）内にある。なお、上記範囲は、第１曲線上の組成比率を含み、第１直線および第２直線上の組成比率は含まない。

点Ａは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝０／５２／４８質量％」であることを示す。点Ｂは、組成比率が「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝０／１００／０質量％」であることを示す。点Ｃは、組成比率が、「Ｒ３２／Ｒ１２３４ｚｅ／ＨＦＯ１１２３＝４１／５９／０質量％」であることを示す。

点Ｃと点Ａとを結ぶ第１曲線は、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに上記式（４）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦３５．３］で表される。なお、第１曲線は、作動圧力（６５℃での飽和圧力）がＲ４０４Ａと同等になる線（境界線）である。

図１３は、本実施形態に係る冷媒の組成範囲での性能を示すグラフである。グラフの説明については、図１１と同様であるため、ここでは繰り返さない。

図１３から、冷媒の組成比率が図１３の斜線部（すなわち、図１２の斜線部）内にある場合、冷媒の作動圧力が従来の冷媒（Ｒ４０４Ａ）より低く、かつＲ３２とＨＦＯ１１２３の２種混合冷媒（およびＲ４０４Ａ）と同等以上の性能が得られることが分かる。

また、冷媒の組成が図１２の斜線部の範囲内であるとき、該冷媒のＧＷＰは、Ｒ４０４ＡのＧＷＰに対して８６％〜１００％低減される。

以上のことから、本実施形態の冷凍サイクル装置は、本発明に規定される組成を有する冷媒を用いているため、地球温暖化の影響が少なく、十分な信頼性を有し、かつ十分な性能（Ｒ３２とＨＦＯ１１２３との２種混合冷媒の性能以上）を有するものであることが分かる。

１ 圧縮機、２ 流路切替弁、３ 室外熱交換器、４ 膨張弁、５ 室内熱交換器。

Claims (3)

1. 圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備え、
   前記冷凍回路内に冷媒が封入されており、
   前記冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、
   前記三成分の質量比率を三角座標で表した組成図において、
   前記三成分の質量比率が、
   Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、１００質量％および０質量％であることを示す点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、５７質量％および４３質量％であることを示す点Ｃとを結ぶ第１直線、
   前記点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ３１質量％、６９質量％および０質量％であることを示す点Ａとを結ぶ第２直線、および、
   前記点Ｃと前記点Ａとを結び、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに下記式（３）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦２６．７］で表される曲線
   によって囲まれる範囲内にあり、
   前記三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい、冷凍サイクル装置。
   
   ｙ＝−0.0002ｘ^３＋0.0284ｘ^２−1.9477ｘ＋50.834 ・・・（３）
   
2. 圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器および膨張弁を含む冷凍回路を備え、
   前記冷凍回路内に冷媒が封入されており、
   前記冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３の三成分を含有し、
   前記三成分の質量比率を三角座標で表した組成図において、
   前記三成分の質量比率が、
   Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、１００質量％および０質量％であることを示す点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ０質量％、５２質量％および４８質量％であることを示す点Ｃとを結ぶ第１直線、
   前記点Ｂと、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｚｅおよびＨＦＯ１１２３がそれぞれ４１質量％、５９質量％および０質量％であることを示す点Ａとを結ぶ第２直線、および、
   前記点Ｃと前記点Ａとを結び、ＨＦＯ１１２３の成分をＸ軸とし、該Ｘ軸に対して垂直方向をｙ軸としたときに下記式（４）［境界条件ｙ≧０，ｙ≦３５．３］で表される曲線
   によって囲まれる範囲内にあり、
   前記三成分の全ての質量比率が０質量％より大きい、冷凍サイクル装置。
   
   ｙ＝2.16319Ｅ^−０５ｘ^４−3.47400Ｅ^−０３ｘ^３＋2.21550Ｅ^−０１ｘ^２−7.61233Ｅ^＋００ｘ＋1.24171Ｅ^＋０２ ・・・（４）
   
3. 冷凍用である、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
   

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