JP7105903B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置に関する。

従来、非共沸混合冷媒が使用される冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特開平７－１３９８３３号公報（特許文献１）には、低沸点冷媒としてＲ３２、および高沸点冷媒としてＨＦＣ１３４ａを含む非共沸混合冷媒が充填される空気調和装置が開示されている。当該空気調和装置においては、熱源側熱交換器と膨脹機構との間に冷媒調節器が設けられている。冷媒調節器は、暖房運転サイクル時に液体の非共沸混合冷媒の貯溜量に対応した冷媒量を熱源側熱交換器に供給し、循環冷媒量を調節する。暖房運転サイクル時において冷媒調節器にＨＦＣ１３４ａが多量に貯留されることにより、循環冷媒量におけるＲ３２の割合が高くなる。その結果、空気調和装置の能力を向上させることができる。

特開平７－１３９８３３号公報

特許文献１に開示されている空気調和装置の冷媒調節器は、冷房運転サイクル時に余剰な非共沸混合冷媒を貯溜する。空気調和装置に予め充填する非共沸混合冷媒の量を一定のまま、冷媒調節器の容量を大きくすると、冷媒調節器内における気体の低沸点冷媒の量が増加し、循環冷媒量における低沸点冷媒の量が減少する。その結果、利用側熱交換器の冷却能力が低下し得る。しかし、特許文献１においては、冷媒調節器の容量と予め充填された非共沸混合冷媒の量との関係によっては利用側熱交換器の冷却能力が低下し、所望の冷却能力を下回り得ることについて考慮されていない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷凍サイクル装置の所望の冷却能力を確保することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置には、Ｒ４６３Ａを含む特定量の非共沸混合冷媒が予め充填される。冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、冷媒容器と、減圧装置と、第２熱交換器とを備える。非共沸混合冷媒は、圧縮機、第１熱交換器、冷媒容器、減圧装置、および第２熱交換器の順に循環する。特定量の非共沸混合冷媒に対する冷媒容器の容積の比は、０Ｌ／ｋｇより大きく１１Ｌ／ｋｇ以下である。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置に予め充填される非共沸混合冷媒の量に対する冷媒容器の容量の比が０Ｌ／ｋｇより大きく１１Ｌ／ｋｇ以下であることにより、所望の冷却能力を確保することができる。

実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 冷凍サイクル装置に予め充填されたＲ４６３Ａの特定量に対するレシーバの容積の比（レシーバ容積比）、および循環組成比の関係を示す図である。 レシーバ容積比と冷凍サイクル装置の冷却能力比との関係を示す図である。 レシーバ容積比と不燃冷媒に対する微燃冷媒の重量組成比との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２（第１熱交換器）と、レシーバ３（冷媒容器）と、膨張弁４（減圧装置）と、蒸発器５（第２熱交換器）と、制御装置６とを備える。

冷凍サイクル装置１００には、冷凍サイクル装置１００の仕様上定められた特定量のＲ４６３Ａが予め充填される。非共沸混合冷媒であるＲ４６３Ａは、圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３、膨張弁４、および蒸発器５の順に循環する。

配管７は、凝縮器２とレシーバ３とを連通している。配管７の端部７１は、レシーバ３内に配置されている。Ｒ４６３Ａは、端部７１からレシーバ３に流入する。配管８は、レシーバ３と膨張弁４とを連通している。配管８の端部８１は、レシーバ３内に配置されている。レシーバ３内のＲ４６３Ａは、端部８１から流出する。レシーバ３は、たとえば、平板の両端を溶接することによって成形された筒状構造を有する。

制御装置６は、圧縮機１の駆動周波数ｆｃを制御することにより、圧縮機１が単位時間当たりに吐出する非共沸混合冷媒の量を制御する。制御装置６は、記憶部１１を含む。記憶部１１には、たとえばＲ４６３Ａの物性値、レシーバ３の容積、および特定パラメータ（たとえば蒸発温度あるいは凝縮温度）の制御目標値が予め保存されている。

レシーバ３には、液体のＲ４６３Ａが貯留されるとともに、Ｒ４６３Ａに含まれる冷媒のうち他の冷媒よりも比較的沸点が低い冷媒（低沸点冷媒）が気化する。Ｒ４６３Ａが冷凍サイクル装置１００を循環することに伴い、レシーバ３に含まれる気体の冷媒（ガス冷媒）が増加する。冷凍サイクル装置１００を循環するＲ４６３Ａに含まれる低沸点冷媒が減少するため、冷凍サイクル装置１００を循環するＲ４６３Ａの組成比（循環組成比）が変化する。

Ｒ４６３Ａは、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１３４ａ、およびＣＯ２を、３６：３０：１４：１４：６の重量パーセント（ｗｔ％）比（純組成比）で含む。Ｒ４６３Ａには、冷媒圧力を確保するためにＣＯ２が含まれる。Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１３４ａ、およびＣＯ２の１気圧での沸点は、それぞれ、－５１．７℃、－４８．１℃、－２９．４℃、－２６．１℃、および－７８．５℃である。ＣＯ２は、Ｒ４６３Ａに含まれる冷媒の中で沸点が最も低く、Ｒ３２がＣＯ２に次いで沸点が低い。Ｒ４６３Ａの低沸点冷媒には、Ｒ３２およびＣＯ２が含まれる。

図２は、冷凍サイクル装置１００に予め充填されたＲ４６３Ａの特定量に対するレシーバ３の容積の比（レシーバ容積比）、および循環組成比の関係を示す図である。レシーバ容積比が増加するにつれて、レシーバ３の容積に占めるレシーバ３に貯留される液冷媒の体積の割合が減少する。そのため、レシーバ３の容積に占めるガス冷媒の体積の割合が増加する。その結果、図２に示されるように、レシーバ容積比の増加に伴い、冷凍サイクル装置１００を循環するＲ４６３Ａにおける低沸点冷媒の割合が減少する。その結果、冷凍サイクル装置１００の冷却能力が低下し、所望の冷却能力を下回り得る。

一般に、冷凍サイクル装置の冷却能力比は、２０％程度の余裕をもって設計されることが多い。この場合、冷凍サイクル装置の所望の冷却能力は、８０％以上の冷却能力比である。

図３は、レシーバ容積比と冷凍サイクル装置１００の冷却能力比との関係を示す図である。図３において、縦軸の冷却能力比は、Ｒ４６３Ａの循環組成比が純組成比である場合の冷却能力を１００％としている。図３に示されるように、レシーバ容積比が増加するにつれて冷却能力比は減少し、レシーバ容積比が１１の場合に冷却能力比が８０％となる。レシーバ容積比が１１より大きい場合、冷却能力比は８０％を下回る。

そこで、冷凍サイクル装置１００においては、レシーバ容積比を０Ｌ／ｋｇより大きく、かつ１１Ｌ／ｋｇとする。レシーバ容積比の範囲を当該範囲に限定することにより、８０％以上の冷却能力比を確保することができる。

次に、Ｒ４６３Ａの燃焼性について説明する。Ｒ４６３Ａに含まれる冷媒のうち、たとえばＡＳＨＲＡＥ（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）の分類によると、Ｒ３２，Ｒ１２３４ｙｆは微燃冷媒に分類され、Ｒ１２５，Ｒ１３４ａ，ＣＯ２は不燃冷媒に分類される。Ｒ４６３Ａの純組成比においては、不燃冷媒に対する微燃冷媒の重量組成比は１である。Ｒ４６３Ａがスローリーク等により冷凍サイクル装置１００から漏洩した冷媒の燃焼性を抑制するため、不燃冷媒に対する微燃冷媒の重量組成比は、１以下であることが望ましい。なお、溶接部分は強度が比較的低く、壊れ易い部分であるため、冷媒の漏洩箇所としては、たとえば筒状のレシーバ３の溶接部分を挙げることができる。

図４は、レシーバ容積比と不燃冷媒に対する微燃冷媒の重量組成比との関係を示す図である。図４に示されるように、不燃冷媒に対する微燃冷媒の重量組成比は、レシーバ容積比が０Ｌ／ｋｇより大きく２．４Ｌ／ｋｇ以下であるか、または９．８Ｌ／ｋｇ以上である場合に、不燃冷媒に対する微燃冷媒の重量組成比は１以下となる。そこで、冷凍サイクル装置１００においては、レシーバ容積比が０Ｌ／ｋｇより大きく２．４Ｌ／ｋｇ以下であるか、または９．８Ｌ／ｋｇ以上１１Ｌ／ｋｇ以下とする。レシーバ容積比を当該範囲に限定することにより、所望の冷却能力を確保することができるとともに、冷凍サイクル装置１００から漏洩した冷媒の燃焼性を抑制することができる。

以上、実施の形態に係る冷凍サイクル装置によれば、所望の冷却能力を確保することができる。また、実施の形態に係る冷凍サイクル装置によれば、漏洩した冷媒の燃焼性を抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ レシーバ、４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ 制御装置、７，８ 配管、１１ 記憶部、１００ 冷凍サイクル装置。

Claims (4)

1. Ｒ４６３Ａである特定量の非共沸混合冷媒が予め充填される冷凍サイクル装置であって、
   圧縮機と、
   第１熱交換器と、
   冷媒容器と、
   減圧装置と、
   第２熱交換器とを備え、
   前記非共沸混合冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記冷媒容器、前記減圧装置、および前記第２熱交換器の順に循環し、
   前記冷媒容器において、液体の前記非共沸混合冷媒が貯留されるとともに、前記非共沸混合冷媒に含まれる冷媒のうち他の冷媒よりも沸点が低い冷媒が気化し、
   前記特定量の非共沸混合冷媒に対する前記冷媒容器の容積の比は、０Ｌ／ｋｇより大きく、かつ１１Ｌ／ｋｇ以下である、冷凍サイクル装置。
2. 前記比は、０Ｌ／ｋｇより大きく２．４Ｌ／ｋｇ以下であるか、または９．８Ｌ／ｋｇ以上１１Ｌ／ｋｇ以下である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１熱交換器と前記冷媒容器とを連通する第１配管の一方の端部は、前記冷媒容器内に配置され、
   前記冷媒容器と前記減圧装置とを連通する第２配管の一方の端部は、前記冷媒容器内に配置されている、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒容器は、平板の両端を溶接することによって成形された筒状構造を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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