KR100481798B1 - 냉동장치 - Google Patents

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동매체를 사용한다. 이것에 의하여, GWP(지구온난화계수)가 낮은 R32 냉매를 함유하는 작동매체를 사용하여, 충분한 신뢰성을 확보하면서 COP를 향상시킬 수 있는 냉동장치를 제공한다.

Description

냉동장치 {REFRIGERATING APPARATUS}
이 발명은, R32(화학식 CH2F2) 냉매를 함유하는 작동매체를 사용한 냉동장치에 관한 것이다.
냉매를 사용한 히트펌프 방식의 냉동장치에 있어서, 오존층 파괴계수가 큰 HCFC계 냉매가 프레온 규제의 대상으로 된 일로부터, 그 대체냉매로서, 오존층 파괴계수 제로인 HFC계 냉매인 R410A(R32:R125=50:50) 냉매가 사용되고 있다. 이 R410A 냉매를 사용한 냉동장치에서는, R22 냉매와 동등의 COP(성적계수)가 얻어지는 것이 제품화되어 있으나, 근년의 에너지 절약화의 요구로부터 더욱 COP를 향상하는 것이 요구되고 있다. 그러나, R410A 냉매에서는, 열교환기사이즈를 크게 하고, 냉매충전량을 증가시켜서, 원가절상하지 않으면, R22 냉매이상으로 COP를 향상시킬 수 없다고 하는 문제가 있다.
도 1은 이 발명의 일실시예의 냉동장치로서의 공기조화기의 개략 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2A, 도 2B는 상기 공기조화기에서의 폴리비닐에테르유의 점도 등급에 대한 압축기의 신뢰성 및 시스템 COP를 나타내는 도면이다.
도 3A, 도 3B, 도 3C는 R410A, R22 및 R32 냉매에 대하여 냉동기유의 점도 등급에 대한 고저차, 연락배관 길이, 가스연락관의 직경을 나타내는 도면이다.
그래서, 이 발명의 목적은, R32 냉매를 함유하는 작동매체를 사용하여, 충분한 신뢰성을 확보하면서 COP를 향상시킬 수 있는 냉동장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 이 발명의 냉동장치는, R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동매체를 사용한 것을 특징으로 하고 있다.
본 출원인은, 오존층을 파괴하지 않는 저GWP(지구온난화계수)의 R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동매체를 냉동장치에 사용함으로써, 지구환경문제에 대응하면서, 압축기의 윤활성이 좋고 충분한 신뢰성과 높은 COP가 얻어지는 것을 실험에 의하여 찾아냈다. 따라서, 상기 구성의 냉동장치에 의하면, R32 냉매에 냉동기유로서 사용되는 폴리비닐에테르유의 40℃에서의 점도를 충분한 신뢰성이 얻어지는 46∼82cst내에서 저점도화하여, 압축기의 기계효율을 좋게 함으로써, 시스템의 COP를 향상시킬 수 있다. 또한, 40℃에서의 점도를 46∼82cst의 범위내에 있어서 저점도의 폴리비닐에테르유를 냉동기유로서 선택함으로써, 실내유닛과 실외유닛과가 분리된 스플릿타입의 공기조화기 등의 냉동장치에서는 R410A, R22를 사용한 것보다도, 실내유닛과 실외유닛과의 고저차를 높게 할 수 있음과 함께, 실내유닛과 실외유닛과를 접속하는 연락배관 길이를 길게 할 수 있으며, 더욱이, 가스연락배관의 직경을 보다 가늘게 할 수 있다.
또한, 일실시예의 냉동장치는, 상기 폴리비닐에테르유의 40℃에서의 점도가 46∼68cst인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 실시예에 의하면, 시스템의 COP를 보다 확실하게 향상시킬 수 있다.
또한, 일실시예의 냉동장치는, 압축기용 전동기의 고정자의 권선이, 가교폴리에틸렌, 폴리비닐포름알, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드 중의 적어도 하나의 절연층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 실시예의 냉동장치에 의하면, 상기 압축기용 전동기의 고정자의 권선을, 가교폴리에틸렌, 폴리비닐포름알, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드 중의 적어도 하나의 절연층으로 피복함으로써, 절연층의 내후성이 향상되며, 높은 신뢰성이 얻어져서, 장기 사용이 가능하다.
또한, 일실시예의 냉동장치는, 상기 폴리비닐에테르유에, 소포제, 수분보충제 및 극압첨가제 중의 적어도 하나를 첨가한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 실시예의 냉동장치에 의하면, 상기 폴리비닐에테르유에 소포제를 첨가함으로써, 포립성을 억제하고, 발포현상에 의한 냉매흡입에 의한 압축기의 소착을 방지할 수 있다. 또한, 상기 폴리비닐에테르유에 수분보충제를 첨가함으로써, 수분의 영향에 의한 화학반응 열화나 온도가 낮은 부분에서의 빙결을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 폴리비닐에테르유에 극압첨가제를 첨가함으로써, 압축기의 미끄럼 동작면에 화학흡착막이 형성되기 때문에, 미끄럼 동작부의 윤활성을 향상시킬 수 있다.
또한, 일실시예의 냉동장치는, 압축기, 응축기, 감압수단 및 증발기가 고리형상으로 접속된 냉매회로를 구비하며, 상기 냉매회로에 냉매중의 수분을 제거하는 드라이어를 갖지 않는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 실시예의 냉동장치에 의하면, 수분에 강하고 열화가 적은 폴리비닐에테르유를 냉동기유로 사용함으로써, 드라이어를 없애는 것이 가능하게 되며, 원가절감과 소형화가 가능하다.
또한, 이 발명의 공기조화기는, R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동매체를 사용한 공기조화기로서, 실내유닛과 실외유닛과를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성의 공기조화기에 의하면, R410A, R22 냉매를 사용한 것보다도, 실내유닛과 실외유닛과의 고저차를 높게 할 수 있음과 함께, 연락배관 길이를 길게 할 수 있고, 더욱이, 가스연락배관의 직경을 보다 가늘게 할 수 있다.
이하, 이 발명의 냉동장치를 도시의 실시예에 의하여 상세하게 설명한다.
도 1은 이 발명의 일실시예의 냉동장치로서의 히트펌프식 공기조화기의 개략 구성을 나타내는 회로도이며, (1)은 압축기, (2)는 상기 압축기(1)의 토출측에 일단이 접속된 4방향 절환밸브, (3)은 상기 4방향 절환밸브(2)의 타단에 일단이 접속된 실외열교환기, (4)는 상기 실외열교환기(3)의 타단에 일단이 접속된 전동팽창밸브, (5)는 상기 전동팽창밸브(4)의 타단에 일단이 접속된 실내열교환기, (6)은 상기 실내열교환기(5)의 타단에 4방향 절환밸브(2)를 개재하여 일단이 접속되며 타단이 압축기(1)의 흡입측에 접속된 어큐뮬레이터이다. 상기 공기조화기는 압축기(1)의 토출관온도를 검출하는 온도센서(11)와, 실외열교환기(3)의 냉매온도를 검출하는 온도센서(12)와, 외기온도를 검출하는 온도센서(13)와, 실내열교환기(5)의 냉매온도를 검출하는 온도센서(14)와, 실내온도를 검출하는 온도센서(15)와, 상기 압축기(1)의 흡입측의 냉매온도를 검출하는 온도센서(16)와, 상기 온도센서(11) 내지 (16)로부터의 신호를 받아, 압축기(1), 전동팽창밸브(4) 등을 제어하는 제어장치(7)와를 구비하고 있다. 또한, 상기 전동팽창밸브(4)와 실내열교환기(5)와의 사이에 폐쇄밸브(21)를 배치설치함과 함께, 실내열교환기(5)와 4방향 절환밸브(2)와의 사이에 폐쇄밸브(24)를 배치설치하고 있다.
상기 압축기(1), 4방향 절환밸브(2), 실외열교환기(3), 전동팽창밸브(4), 어큐뮬레이터(6), 제어장치(7), 폐쇄밸브(21), 패쇄밸브(24), 온도센서(11) 내지 (13), 온도센서(16) 및 실외팬(도시되지 않음)으로 실외유닛(10)을 구성함과 함께, 실내열교환기(5), 온도센서(14), 온도센서(15) 및 실내팬(도시되지 않음)으로 실내유닛(20)을 구성하고 있다.
또한, 상기 공기조화기에는, R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유(출광흥산제, 상품형번 FV46∼FV82)와로 되는 작동매체를 사용하고 있다. 한편, 센티스톡스[cst]는, 동점도의 단위이며, [mm2/초]로도 표시된다. 또한, 동점도는, JIS K2283-1983의 동점도 시험방법에 준하여, 글라스제 모관식 점도계를 사용하여 측정한다.
상기 구성의 공기조화기에 있어서, 냉방운전시, 4방향 절환밸브(2)를 실선의 절환위치로 절환하여, 압축기(1)를 기동하면, 압축기(1)로부터 토출된 고압냉매가 4방향 절환밸브(2)를 통하여 실외열교환기(3)로 들어간다. 그리고, 상기 실외열교환기(3)에서 응축된 냉매가 전동팽창밸브(4)에서 감압된 후, 연락배관(22)을 통하여 실내열교환기(5)로 들어간다. 상기 실내열교환기(5)에서 증발된 냉매가 연락배관(23), 4방향 절환밸브(2) 및 어큐뮬레이터(6)을 개재하여 압축기(1)의 흡입측으로 되돌아간다. 이렇게 하여, 상기 압축기(1), 실외열교환기(3), 전동팽창밸브(4), 실내열교환기(5) 및 어큐뮬레이터(6)로 구성된 냉매회로를 R32 냉매를 함유하는 작동매체가 순환하여, 냉동사이클을 실행한다. 그리고, 실내팬(도시되지 않음)에 의하여 실내열교환기(5)를 개재하여 실내공기를 순환시킴으로써 실내를 냉방시킨다.
본 출원인은, R32 냉매에 가해진 폴리비닐에테르유의 점도 등급을 바꾸어서, 압축기의 신뢰성과 시스템의 COP(성적계수)에 대하여 조사한 결과, 도 2A, 도 2B에 나타내는 바와 같이, 40℃에서의 점도가 46∼82cst의 범위에서 양호한 특성이 얻어지는 것을 알았다. 즉, 도 2A는 점도 등급에 대한 압축기 신뢰성을 나타내고, 도 2B는 점도 등급에 대한 R410A 냉매의 COP와의 비율을 나타내고 있고, 도 2A, 도 2B에 나타내는 바와 같이, 40℃에서의 점도가 46∼82cst에서는, 압축기의 신뢰성이 좋아짐과 함께, 시스템의 COP도 R410A 냉매에 비하여 향상되고 있다. 보다 바람직하기로는, 폴리비닐에테르유의 40℃에서의 점도를 46∼68cst로 함으로써, 시스템의 COP를 확실하게 향상시킬 수 있다. 한편, R32 냉매를 적어도 70중량% 이상을 함유하는 혼합냉매라면, 압축기의 신뢰성 향상 및 시스템의 COP 향상이라고 하는 효과에 거의 차이는 없다.
또한, R410A, R22 냉매와 R32 냉매와를 비교하기 위하여, 각각 냉동기유의 점도 등급을 바꾸어서, 실내유닛과 실외유닛과의 고저차와, 연락배관 길이와, 가스연락배관의 직경에 대하여 실험에 의하여 조사했다. 이 경우, R410A 냉매에는 냉동기유로서 폴리비닐에테르유(출광흥산제, 상품형번 FVC), R22 냉매에는 냉동기유로서 스니소유, R32 냉매에는 냉동기유로서 폴리비닐에테르유(FV)를 사용하여서, 냉동능력 4∼5kW의 공기조화기로 실험을 행하였다. 그 실험의 결과, 도 3A에 나타내는 바와 같이, R410A, R22 및 R32 냉매는, 냉동기유의 점도 등급이 높아지는 만큼, 실내유닛과 실외유닛과의 최대 고저차가 낮아지지만, R32 냉매가 어느 점도 등급에 있어서도, R410A, R22 냉매보다도 실외와 실내의 최대 고저차가 크게 되었다. 또한, 도 3B에 나타내는 바와 같이, R410A, R22 및 R32 냉매는, 냉동기유의 점도 등급이 높아지는 만큼, 연락배관의 최대 길이가 길어지지만, R32 냉매가 어느 점도 등급에 있어서도, R410A, R22보다도 최대 연락배관 길이가 길어졌다. 또한, 도 3C에 나타내는 바와 같이, R410A, R22 및 R32 냉매는, 냉동기유의 점도 등급이 높아지는 만큼, 가스연락배관의 최소 직경이 두꺼워지지만, R32 냉매가 어느 점도 등급에 있어서도, R410A, R22 냉매보다도 가스연락배관의 최소 직경이 가늘어졌다.
이와 같이, GWP(지구온난화계수)가 낮은 R32 냉매를 함유하는 작동매체를 사용하여서, 지구환경문제에 대응하면서 충분한 신뢰성과 높은 COP가 얻어지는 공기조화기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 압축기(1)용 전동기의 고정자의 권선을, 가교폴리에틸렌, 폴리비닐포름알, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드 등의 적어도 하나의 절연층으로 피복함으로써, 절연층의 내후성이 향상되며, 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 폴리비닐에테르유에 소포제를 첨가함으로써, 포립성을 억제하여 발포현상에 의한 냉매흡입에 의한 압축기의 소착을 방지할 수 있음과 함께, 폴리비닐에테르유에 수분보충제를 첨가함으로써, 수분의 영향에 의한 화학반응 열화나 온도가 낮은 부분에서의 빙결을 방지할 수 있고, 더욱이 폴리비닐에테르유에 극압첨가제를 첨가함으로써, 극압첨가제에 의하여 압축기(1)의 미끄럼 동작면에 화학흡착막이 형성되어서, 미끄럼 동작부의 윤활성을 향상시킬 수 있다.
또한, R32는 분자량이 작기 때문에, 수분의 제거를 목적으로 한 드라이어를 사용하는 것이 매우 곤란하지만, 에스테르유등의 다른 합성유에 비하여 수분에 대하여 강한 특성을 가지는 폴리비닐에테르유를 냉동기유로 사용함으로써, 드라이어가 없는 공기조화기나 드라이어가 작은 공기조화기를 실현할 수 있다.
또한, 40℃에서의 점도 46∼82cst의 범위내에서 저점도의 폴리비닐에테르유를 냉동기유로서 선택함으로써, R410A, R22 냉매를 사용한 것보다도, 실내유닛(20)과 실외유닛(10)과의 고저차를 보다 높게 할 수 있음과 함께, 실내유닛(20)과 실외유닛(10)과를 접속하는 연락배관(22),(23)을 보다 길게 할 수 있으며, 더욱이, 가스연락배관의 직경을 보다 가늘게 할 수가 있다.
상기 실시예에서는, 냉동장치로서 공기조화기에 대하여 설명하였으나, 다른 냉동장치에 이 발명을 적용하여도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 냉동장치로서 R32 냉매를 사용한 공기조화기에 대하여 설명하였으나, 냉동장치에 사용되는 냉매는 이것에 한정되지 않고, R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매이어도 좋다. 예를 들어, R32 냉매와 CO2와의 혼합냉매이며, CO2에 대하여 R32 냉매가 70중량% 이상이거나 90중량% 이하인 혼합냉매이어도 좋고, R32 냉매와 R22 냉매와의 혼합냉매이며, R22 냉매에 대하여 R32 냉매가 70중량% 이상이며 90중량% 이하인 혼합냉매이어도 좋다.

Claims (9)

  1. R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동매체를 사용한 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리비닐에테르유의 40℃에서의 점도가 46∼68cst인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    압축기용 전동기의 고정자의 권선이, 가교폴리에틸렌, 폴리비닐포름알, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드 중의 적어도 하나의 절연층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리비닐에테르유에, 소포제, 수분보충제 및 극압첨가제 중의 적어도 하나를 첨가한 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    압축기(1), 응축기(3), 감압수단(4) 및 증발기(5)가 고리형상으로 접속된 냉매회로를 구비하며, 상기 냉매회로에 냉매중의 수분을 제거하는 드라이어를 갖지않는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  6. R32 냉매 또는 R32를 적어도 70중량% 이상 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46∼82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동매체를 사용한 공기조화기로서,
    실내유닛과 실외유닛과를 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. R32 냉매와 이산화탄소로와로 되며 이산화탄소에 대하여 R32 냉매를 70중량%이상, 90중량%이하 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46~82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동 유체를 사용하는 냉동장치.
  8. R32 냉매와 R22 냉매와로 되며 R22 냉매에 대하여 R32 냉매를 70중량%이상, 90중량%이하 함유하는 혼합냉매와, 40℃에서의 점도가 46~82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동유체를 사용하는 냉동장치.
  9. 4~5KW의 냉동능력을 가지며, R32 냉매와 40℃에서의 점도가 46~82cst인 폴리비닐에테르유와로 되는 작동유체를 사용하는 공기조화기로서,
    실내기를 포함하며,
    가스연락배관의 최소직경이 R410A 냉매 또는 R22 냉매를 사용한 경우보다도 가늘어지는 공기조화기.
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