KR20030009442A - 냉동장치 - Google Patents

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Abstract

압축기(11), 4로 절환 밸브(12), 실외 열교환기(13), 팽창밸브(14) 및 실내 열교환기(15)를, 가스측 배관(31) 및 액측 배관(32)에 의해 차례로 접속시켜 냉매 회로(10)를 구성한다. 냉매 회로(10)에는, R32 단일 냉매 또는 R32를 75중량% 이상 함유하는 R32/R125 혼합 냉매를 충전한다. 냉동기 오일로는 합성 오일을 사용함과 동시에, 극압 첨가제를 첨가한다. 냉방 정격능력이 5kW 이하인 경우에는, 액측 배관(32)을 내경이 4.75mm 미만인 배관으로 형성한다.

Description

냉동장치{REFRIGERATOR}
종래, 냉동장치에는 압축기, 응축기, 감압기구 및 증발기를 갖는 냉매 회로를 구비하고, 이 냉매 회로가 R22 등의 HCFC계를 냉매로 냉동 주기를 형성하는 것이 알려져 있다. 이 냉매 회로를 구성하는 요소기기 중 특히, 압축기는 냉매를 승압시키는 중요한 역할을 하므로, 그 동작을 원활하게 하기 위해서는 냉동기 오일이 필요하다.
한편, HFC계 냉매를 사용하는 냉동장치에 대해서는 냉동기 오일로서 합성 오일이 사용된다.
상술한 냉동장치에 있어서, 냉동기 오일에는 극압 첨가제가 첨가되어 있는 경우가 많다. 이 극압 첨가제는 압축기의 슬라이드 면이 고온상태이고, 또한, 수분이 공존하면 가수분해되어 윤활성이 저하된다. 또한, 가수분해된 열화물은 냉매에 용해되지 않고, 팽창밸브나 모세관에서 슬러지로서 석출되어, 냉매 회로 유로의 폐색을 초래하는 경우가 있다.
또한, 염소계의 극압 첨가제는, 가수분해에 의해 염산 등의 부식성 물질이발생하는 경우가 있었다.
공기나 수분은, 냉매 회로의 요소기기의 제조 시나 설치현장에서의 장치 설치 시에 혼입된다. 따라서, 이들 혼입량을 적게 하기 위해서는, 제조 시에 있어서 제조 방법이나 제조 공정의 변경, 품질 관리 강화 등을 실시할 필요가 있다. 또한, 설치 시에는 진공처리의 도달 진공도 향상, 진공처리 시간의 연장, 및 진공펌프의 성능 향상 등의 대응이 필요하다.
이 때문에, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 냉동장치에 있어서, 신뢰성이나 취급 용이성 향상의 가일층화가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 장치의 신뢰성이나 취급 용이성의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉동장치에 관한 것으로, 특히 R32 단일 냉매 또는 R32의 혼합 냉매를 사용한 냉동장치에 관한 것이다.
도 1은 공기조화장치의 냉매 회로도,
도 2는 몰리에르 선도,
도 3은 전열관 내경 비의 계산결과표,
도 4는 홈 딸린 관의 단면도,
도 5는 몰리에르 선도,
도 6은 액측 배관의 내경비 계산결과표,
도 7은 냉방 정격능력에 대한 R22용 가스측 배관 및 액측 배관 관경을 나타내는 도,
도 8은 냉방 정격능력에 대한 가스측 배관 및 액측 배관 세경비(細徑比)를 나타내는 도,
도 9는 R22용 동관과 R32용 동관의 관계를 나타내는 도,
도 10은 지구온난화 계수를 나타내는 표이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 압축기에 있어서 전동기의 절연재료로 수지재료를 이용함과 동시에, R22 등보다 압력 손실이 작은 냉매인 R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 이용하기로 하였다.
본 발명은, 하기의 이유에 기초하여 이루어진 것이다. 즉, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매는, R22, R407C 또는 R410A보다도 냉동 효과가 큰 점에서, 동일 능력을 얻기 위해 필요한 냉매 순환량이 R22 등의 냉매와 비교하면 적어도 좋다. 따라서, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매에서는, 동일 직경의 유로를 흐를 때의 압력 손실이 R22 등의 냉매에 비해 작아진다.
냉매 배관에는 액측 배관이 있다. 액측 배관은, 예를 들어 응축기 출구로부터 증발기 입구에 이르는 사이의 배관이다. 이 액측 배관은, 설령 압력 손실이 증가하더라도, 감압기구(모세관 또는 팽창밸브 등)의 제어 범위 내라면 장치 성능의 저하를 초래하는 일은 없다. 또한, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용할 경우에는, 냉매 회로의 고저차압이 R22의 사용 시에 비해 최고 약 1.6배 정도가 된다. 이에 따라 냉매 압력 손실의 허용 범위가 커진다. 이 때문에, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용할 경우는, 장치 성능을 저하시키는 일없이 액측 배관이 종래보다 직경이 가늘게 되는 것이 가능해진다.
한편, 냉매 배관에는 토출 배관이나 흡입 배관이 있다. 토출 배관은 예를 들어 압축기 토출 측과 응축기 입구 사이의 배관이며, 흡입 배관은 예를 들어 증발기 출구와 압축기 흡입 측 사이의 배관이다. 이 토출 배관이나 흡입 배관의 압력 손실은, 장치 성능에 상당한 영향을 미치는 것이기는 하지만, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용하면, 종래보다 압력 손실이 저하된다. 이 점에서 토출 배관이나 흡입 배관은, 설령 배관 직경을 작게 한다 하더라도, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용하면, 장치 성능을 종래와 동등하게 유지할 수 있다. 또한, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매는, 종래 장치보다 성능면에서의 우위성을 유지하면서 배관 직경을 약간 가늘게 하는 것도 가능하다.
또한, 열교환기에 관해서는 그 성능을 좌우하는 요소로서, 냉매 압력 손실분에 상당하는 포화 온도차가 중요해진다. R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매에서는 압력 손실이 작은 점에서, 열교환기의 전열관의 직경이 가늘게 되어도 상기 포화 온도차를 종래와 동등하게 할 수 있다. 그리고, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매에서는 종래보다 열전달률이 높기 때문에, 전열관의 직경을 가늘게 하여도 열교환 능력을 높게 유지할 수 있다.
이상의 점들로부터, 본 발명자는 R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용하여, 냉매 배관이나 열교환기의 전열관의 직경을 가늘게 하여도 냉매 회로의 내부용적을 작게 해도 성능면에서 문제가 없다는 점을 발견했다. 한편, 냉매 회로 내에 혼입되는 공기나 수분의 양은, 냉매 회로의 내부용적에 비례하여 많아진다. 그래서, 본 발명에서는, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용하여 냉매 회로의 내부용적을 작게 함으로써, 냉매 회로에 혼입되는 공기나 수분의 양을 저감하고, 극압 첨가제의 열화를 방지하기로 한다.
상술하자면, 냉동장치에 있어서는, 냉동기 오일에 극압 첨가제가 첨가되는 경우가 많다. 즉, 압축기의 슬라이드부가 고온이고 또한, 고압상태가 됐을 때, 마모 및 열 손상을 방지하기 위해 냉동기 오일에 극압 첨가제가 첨가된다.
특히, HFC계 냉매는 염소원자를 함유하지 않으므로, CFC계 냉매나 HCFC계 냉매로는 효과적으로 발휘되는 극압 작용이 없다. 이 극압 작용이란, 냉매 중의 염소원자가 압축기 슬라이드부에서의 철과 반응함으로써, 극압 피막을 형성하는 것을 말한다. 상기 HFC계 냉매로는 이 극압 피막이 형성되지 않는다.
따라서, HFC계 냉매에 있어서 극압 첨가제의 필요성이 높다. 또한, 이 극압 첨가제로서는 인산에스테르, 아인산에스테르 등의 인계 외에 염소계나 유황계 등의 것이 사용된다.
한편, 냉매 회로에는, 공기나 수분이 냉매 회로의 요소기기의 제조 시나, 설치 현장에서의 장치 설치 시에 혼입된다.
상기 극압 첨가제는, 압축기의 슬라이드 면이 고온상태이고 또한, 수분이 공존하면, 가수분해되어 윤활성이 저하된다. 또한, 가수분해된 열화물은 냉매에 용해되지 않고, 팽창기구인 팽창밸브나 모세관에서 슬러지로서 석출되어 냉매 회로 의 유로의 폐색을 초래할 경우가 있다.
또한, 염소계 극압 첨가제는, 가수분해로써 염소 등의 부식성 물질이 발생하는 일이 있었다.
그래서, 상술한 바와 같이, 본 발명은 R32 단일 냉매나 R32 혼합 냉매를 사용하여 냉매 회로의 내부용적을 작게 한다. 이로써, 냉매 회로에 혼입하는 공기나 수분의 양을 저감한다. 이 공기나 수분의 양의 저감에 의해, 극압 첨가제의 가수분해를 방지하고 열화를 방지하는 것으로 한다.
구체적으로 제1 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 사용하는 한편, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 4.75㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 3.2㎜~4.2㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 3.5㎜~3.9㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 3.6㎜~3.8㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 18kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 7.92㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 18kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 11.1㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 5.4㎜~7.0㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 5.7㎜~6.7㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 6.0㎜~6.4㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 13.88㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 7.5㎜~9.8㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 7.8㎜~9.5㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 8.1㎜~9.1㎜인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 3.2kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 7.92㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 3.2kW보다 크고 또한, 5kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 11.1㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 또한, 9kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 13.88㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 9kW보다 크고 또한, 18kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 17.05㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 18kW보다 크고 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 23.4㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 26.18㎜ 미만인 배관에 의해 형성된다.
또한, 다른 발명은, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)와 실내 열교환기(15)를 가지며, 또한, R32의 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 실내 열교환기(15)의 전열관은 내경이 5.87㎜ 미만의 전열관으로 형성된다.
또한, 다른 발명은, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)와 실외 열교환기(13)를 가지며, 또한, R32의 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 실외 열교환기(13)의 전열관은 내경이 6.89㎜ 미만의 전열관으로 형성된다.
또한, 다른 발명은, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가한 압축기(11)와 실외 열교환기(13)를 가지며, 또한, R32의 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고, 상기 실외 열교환기(13)의 전열관은 내경이 7.99㎜ 미만의 전열관으로 형성된다.
또한, 상기 압축기(11)에는, 냉동기 오일로서 합성 오일이 사용되어도 된다.
또한, 상기 액측 배관(32)은, 실내 유닛(17)과 실외 유닛(16)을 접속하는 액측 접속배관이어도 된다.
또한, 상기 가스측 배관(31)은 실내 유닛(17)과 실외 유닛(16)을 접속하는 가스측 접속배관이어도 된다.
상기 혼합 냉매는 R32와 R125의 혼합 냉매인 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉매는 R32 단일 냉매라도 된다.
따라서, 본 발명에 의하면 냉매 회로(10)의 내부용적을 작게 할 수 있으므로, 냉매 회로(10)로의 공기나 수분 등의 혼입량을 저감할 수 있다. 그 결과, 냉동기 오일에 첨가되는 극압 첨가제가 가수분해되거나 윤활성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 특히 가수분해된 열화물이 팽창밸브나 모세관에서 슬러지로서 석출되는 일이 없어, 냉매 회로(10)의 유로의 폐색을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 염소계 극압 첨가제에서 염산 등의 부식성 물질의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 압축기(11)에서 전동기 절연재료의 열화를 방지할 수 있다. 따라서, 상기 전동기의 소손을 방지할 수 있음과 동시에, 압축기(11) 슬라이드부에서의 마모나 열 손상을 방지할 수 있다. 또한, 모세관 등의 팽창밸브(14)에서의 막힘 등을 방지할 수 있다. 따라서, 불량률 저감을 도모할 수 있다.
또한, 상기 냉매 회로(10)로의 수분 등의 혼입 우려가 적음으로써, 제조나 설치 관리가 쉬워, 제조 용이성 및 설치 용이성을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉동기 오일로 합성 오일을 사용할 때, 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명하기로 한다.
-공기조화장치의 구성-
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 관한 냉동장치는 열원유닛인 실외 유닛(16)과 이용유닛인 실내 유닛(17)을 접속시켜 이루어지는 공기조화장치(1)이다. 공기조화장치(1)의 냉매 회로(10)는, R32의 단일 냉매(이하 R32 단일 냉매로 함)를 냉매로 하거나, 또는 75중량% 이상이고 100중량% 미만의 R32와 R125의 혼합 냉매(R32 조성리치의 혼합 냉매, 이하 R32/R125 혼합 냉매로 함)를 냉매로 한다.
그리고, 상기 냉매 회로(10)는, 증기압축식 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로이며, 압축기(11), 4로 절환 밸브(12), 열원측 열교환기인 실외 열교환기(13), 팽창기구인 팽창밸브(14) 및 이용측 열교환기인 실내 열교환기(15)가 차례로, 냉매 배관인 가스측 배관(31)과 액측 배관(32)을 통하여 접속되어 구성된다.
구체적으로는, 압축기(11)의 토출측과 4로 절환 밸브(12)의 제1 포트(12a)는 제1 가스측 배관(21)에 의해 접속된다. 4로 절환 밸브(12)의 제2 포트(12b)와 실외 열교환기(13)는 제2 가스측 배관(22)에 의해 접속된다. 실외 열교환기(13)와 팽창밸브(14)는 제1 액측 배관(25)에 의해 접속된다. 팽창밸브(14)와 실내 열교환기(15)는 제2 액측 배관(26)에 의해 접속된다. 실내 열교환기(15)와 4로 절환 밸브(12)의 제3 포트(12c)는 제3 가스측 배관(23)에 의해 접속된다. 4로 절환 밸브(12)의 제4 포트(12d)와 압축기(11)의 흡입측과는 제4 가스측 배관(24)에 의해 접속된다.
상기 압축기(11), 제1 가스측 배관(21), 4로 절환 밸브(12), 제2 가스측 배관(22), 실외 열교환기(13), 제1 액측 배관(25), 팽창밸브(14), 및 제4 가스측 배관(24)은, 도시하지 않은 실외 송풍기와 함께 실외 유닛(16)에 수용된다. 한편 실외 열교환기(15)는 도시하지 않은 실내 송풍기와 함께 실내 유닛(17)에 수용된다. 제2 액측 배관(26) 및 제3 가스측 배관(23)의 일부는, 실외 유닛(16)과 실내 유닛(17)을 연락하는 이른바 연락 배관을 구성한다.
상기 압축기(11)에는 냉동기 오일로서 합성 오일이 사용된다. 이 합성 오일에는, 예를 들어 에테르유나 에스테르유 외에 알킬벤젠유가 사용된다.
또한, 상기 냉동기 오일에는 극압 첨가제가 첨가된다. 이 극압 첨가제로는 인산에스테르, 아인산에스테르 등의 인계 외에, 염소계나 유황계 등의 것이 사용된다.
한편, 상기 압축기(11)에는 도시하지 않지만, 전동기가 케이싱 내에 수납된다. 이 전동기에는, 절연지, 리드선 및 묶음 끈 등의 절연재료가 사용된다. 이 절연재료에는 수지재료가 사용된다. 그리고, 상기 절연재료에는, 예를 들어 폴리에틸렌 텔레프타레이트(PET), 폴리에틸렌 나프타레이트(PEN), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리부틸렌 텔레프타레이트(PBT), 폴리에테르에테르 켄트(PEEK), 폴리아미드이미드(PAI), 또는 폴리이미드 등을 들 수 있다.
즉, 상기 절연지, 리드선 및 묶음 끈 등에는, 상술한 수지재료가 사용된다. 또한, 예를 들어 상기 절연지에는 PET가 이용되고, 리드선에는 PPS가 이용되며, 전동기에는 복수 종류의 수지재료가 이용된다.
상기 에테르유나 알킬벤젠유는 공기에 의해 산화 열화된다. 상기 에스테르유는 수분 혼입에 의해 가수분해된다. 공기 또는 수분에 의해 어느 합성 오일도전산가 상승을 일으킨다.
또한, 상기 전동기의 수지재료는, 모두 전산가 상승 시에 인장강도 등의 강도가 저하된다. 최악의 경우 전동기의 소손을 초래할 우려가 있다.
또한, PET, PEN, PBT의 경우, 분자 중에 에스테르 결합을 포함하므로, 수분이 공존하면 운전에 의한 온도 상승에 의해 가수분해를 일으켜 열화가 조장된다.
한편, 압축기(11) 슬라이드부의 마모 및 열 손상을 방지하기 위해, 냉동기 오일에 극압 첨가제가 첨가된다. 특히 R32 등의 HFC계 냉매는 염소원자를 함유하지 않기 때문에, 극압 작용이 없으므로, 극압 첨가제가 냉동기 오일에 첨가된다.
이 극압 첨가제는, 압축기(11)의 슬라이드 면이 고온상태이고 또한, 수분이 공존하면 가수분해되어 윤활성이 저하되고 팽창밸브(14)에 슬러지로서 석출되거나, 염소계 극압 첨가제는 부식성 물질이 발생하는 일이 있다.
그래서, 후술하는 바와 같이, R32 단일 냉매 또는 R32/R125 혼합 냉매를 이용하여 냉매 회로(10)의 내부용적을 작게 하고, 공기나 수분의 혼입량을 저감한다.
-열교환기의 구성-
R32 단일 냉매 또는 R32/R125 혼합 냉매는, 단위체적당 냉동 효과가 R22보다 큰 점에서, 소정 능력을 발휘하기 위해 필요한 냉매 순환량은 R22에 비해 적다. 따라서, R32 단일 냉매 또는 R32/R125 혼합 냉매에서는, 열교환기의 전열관 내경을 일정하게 했을 경우, 냉매 순환량이 적어지기 때문에, 관내 압력 손실은 R22에 비해 작아진다.
일반적으로 열교환기의 전열관 내경을 작게 하면, 전열 면적의 감소나 냉매압력 손실의 증가에 의해, 장치 전체의 성능은 저하된다. 그러나 R32 단일 냉매 또는 R32/R125 혼합 냉매를 이용할 경우, 전열관 내의 냉매측 열전달률이 R22보다 크므로, 관내 압력 손실을 R22 상당의 정도로 크게 했다 하더라도, 전체적으로 R22와 동등 또는 그 이상의 성능 발휘가 가능하다.
그런데, 냉매 회로(10)에 있어서 가장 냉매 보유량이 많은 부분은, 실외 열교환기(13)이다. 이 때문에, 실외 열교환기(13)의 전열관의 직경이 가늘게 됨으로써, 냉매 충전량을 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 전열관의 직경이 가늘게 됨으로써 냉매 회로(10)의 내부용적이 저감된다. 또한, 전열관의 직경이 가늘게 됨으로써 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)가 소형화되므로, 실외 유닛(16) 및 실내 유닛(17)의 소형화의 촉진도 가능해진다.
그래서, 본 발명의 공기조화장치(1)에서는, 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 전열관을 관내 압력 손실이 R22와 동등 레벨로 될 때까지 직경이 가늘게 되도록 한다. 구체적으로 본 발명의 공기조화장치(1)에서는 전열관 내에서의 압력 손실분에 상당하는 냉매 포화온도의 변화량을 고려하여, 당해 온도 변화량이 R22와 동등해지도록 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 전열관 내경 크기를 설정하기로 한다.
-전열관 구성의 기본적 원리-
다음으로 상기 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 전열관을 구성하는 기본적 원리를 구체적으로 설명한다.
여기서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 증발냉매의 압력 손실에 상당하는 포화온도 변화량(△Te)이 종래 장치에서 R22의 포화온도 변화량과 동등해지도록, 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 각 전열관을 설정한다. 즉,
△Te＝Const. ...(1)로 한다.
여기서,
△P : 배관 압력 손실(kPa)
L : 배관 길이(m)
G : 냉매 순환량(kg/s)
A : 유로 단면적(㎡)
λ: 손실계수
d : 배관 내경(m)
ρs : 압축기의 흡입 냉매 밀도(㎏/㎥)로 한다. 그리고, 상기 포화온도 변화량(△Te)은 다음의 식(2)과 같이 나타난다.
...(2)
압력 손실(△P)은, 다음의 식(3)의 원관(圓管) 마찰 손실의 식을 이용하여 산출한다.
...(3)
냉방 능력 Q＝G ×△h가 일정하다고 하면,
...(4)
△h : 냉동 효과(kJ/kg)가 된다. 이로써 상기 (2)식 및 (4)식으로부터 다음의 식(5)을 유도할 수 있다.
...(5)
따라서, 상기 (1)식 및 (5)식과, R22 및 R32의 물성값으로부터, R22용 전열관에 대한 R32용 전열관의 내경 비율 즉, 전열관의 세경비를 다음의 식(6)과 같이 구할 수 있다.
...(6)
도 3은, 상기 (6)식에 각 물성값을 대입시킨 계산결과를 나타낸다. 또한, 본 계산에서는 증발 온도(Te)를 2℃, 응축 온도(Tc)를 49℃로 가정하고, 증발기 출구의 수퍼히트(SH)를 5℃, 응출기 출구의 서브쿨(SC)을 5℃로 한다.
상기 계산결과로부터, R32 단일 냉매의 전열관은 R22용 전열관의 0.76 배 정도까지 직경이 가늘게 됨을 알았다. 또한, R32/R125 혼합 냉매용 전열관은 R22용 전열관의 0.76~0.8 배 정도까지 직경이 가늘게 될 수 있음을 알았다. 그리고,, 참고로 다른 대체냉매에 대해서도 마찬가지 계산을 실시했지만, R32 정도의 직경이 가늘게 되는 효과를 얻을 수 없음을 알았다(도 3 참조).
본 실시형태의 공기조화장치(1)에서는 이와 같은 원리에 기초하여, R22용 전열관과의 비교에 있어서, 다음과 같은 내경을 갖는 전열관을 사용하기로 한다.
즉, R32 단일 냉매를 이용할 경우에는, 실내 열교환기(15)의 전열관을 내경이 4.7㎜~5.9㎜의 전열관으로 형성하고, 실외 열교환기(13)의 전열관을 내경이 5.4㎜~6.7㎜의 전열관으로 형성한다.
한편, R32/R125 혼합 냉매를 이용할 경우에는, 실내 열교환기(15)의 전열관을 내경이 4.7㎜~6.2㎜의 전열관으로 형성하고, 실외 열교환기(13)의 전열관을 내경이 5.4㎜~7.1㎜의 전열관으로 형성하기로 한다.
각 전열관의 내경이 상기 수치 범위보다 작을 경우에, 냉매 충전량이 더욱 저감되기는 하지만 냉매 압력 손실이 과대해진다. 한편 각 전열관 내경이 상기 수치 범위보다 클 경우는, 냉매 압력 손실이 저감되고 장치 효율은 향상되지만, 냉매 충전량의 저감효과 등의 R32 효과는 작아진다.
그래서, 본 실시형태에서는 이들의 균형을 맞추기 위해, 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 전열관 내경을 상기 수치 범위 내로 설정하기로 한다.
또한, 장치의 사용조건 등에 따라서는 R32의 특성을 보다 현저하게 발휘시키기 위해, 상기 수치 범위를 더욱 한정시켜도 좋음은 물론이다.
예를 들어 R32 단일 냉매를 이용할 경우에는, 실내 열교환기(15)의 전열관을 내경이 4.9㎜~5.7㎜의 전열관으로 형성하고, 실외 열교환기(13)의 전열관을 내경이 5.6㎜~6.5㎜의 전열관으로 형성해도 된다.
또한, R32 단일 냉매를 이용할 경우에는, 실내 열교환기(15)의 전열관을 내경이 5.1㎜~5.5㎜의 전열관으로 형성하고, 실외 열교환기(13)의 전열관을 내경이 5.8㎜~6.3㎜의 전열관으로 형성해도 된다.
또한, R32/R125 혼합 냉매를 이용할 경우에는, 실내 열교환기(15)의 전열관을 내경이 4.9㎜~6.0㎜의 전열관으로 형성하고, 실외 열교환기(13)의 전열관을 내경이 5.6㎜~6.9㎜의 전열관으로 형성해도 된다.
그리고, R32/R125 혼합 냉매를 이용할 경우에는, 실내 열교환기(15)의 전열관을 내경이 5.2㎜~5.7㎜의 전열관으로 형성하고, 실외 열교환기(13)의 전열관을 내경이 5.9㎜~6.6㎜의 전열관으로 형성해도 된다.
여기서 전열관의 내경이란, 내면 평활관의 경우에는 확관(擴管) 후의 관 내경을 말한다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 내면 홈이 있는 관의 경우, 전열관의 내경이란 확관 후의 외경으로부터 홈 저부 두께의 2배를 뺀 값 즉, 내경(di)＝do-2t를 말하는 것으로 한다.
전열관으로는, 동관이나 알루미늄관 등 각종 전열관을 이용할 수 있다. 본 실시형태에 관한 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)는, 공기와 열교환을 실행하는 공기 열교환기의 일종으로서, 동관과 알루미늄 핀(fin)으로 구성되는 플레이트 핀 튜브(plate-fin tube) 열교환기로 구성되므로, 전열관은 동관으로 형성된다.
-냉매 배관의 구성-
또한, 상기 공기조화장치(1)에서는 냉매 회로(10)의 내부용적을 작게 하는 것을 목적으로, 열교환기(13, 15)의 전열관만이 아닌 냉매 회로(10)의 냉매 배관에 대해서도 직경이 가늘게 되는 것을 도모한다.
상술한 바와 같이, R22용 냉매 배관에 R32 단일 냉매 또는 R32/R125 혼합 냉매를 그대로 이용할 경우, 냉매의 압력 손실은 저감된다. 이 때문에, 냉매 회로(10)의 액측 배관(32) 내경을 작게 하여, 관내압력 손실을 R22 사용 시와 동등레벨까지 증가시켰다 하더라도, 장치 성능은 종래와 동등하게 유지된다. 그래서, 상기 공기조화장치(1)에 있어서는, 액측 배관(32)을 관내압력 손실이 R22에 상당해질 때까지 직경이 가늘게 됨으로써, 장치 성능을 유지한 채 냉매 회로(10)의 내부용적을 저감시키기로 한다.
한편 본 실시형태에서, 가스측 배관(31)은 종래의 R22용 가스측 배관과 동등하게 한다. 단 냉매 회로(10)의 내부용적을 저감시키기 위해서는, 가스측 배관(31)에 대해서도 직경이 가늘게 되는 것이 보다 바람직하다.
-냉매 배관 구성의 기본적 원리-
다음으로, 상기 액측 배관(32)을 구성하는 기본적 원리에 대하여 설명하기로 한다.
여기서는 응축기 출구로부터 증발기 입구에 이르기까지의 냉매의 압력강하량에 대한 액측 배관(32)의 압력 손실이 차지하는 비율이, R22의 경우와 동등해지도록 액측 배관(32) 설계를 실행한다. 즉, 도 5에 나타내는 부호를 이용하여 다음의 식(7)이 성립된다.
.....(7)
여기서,
△P : 배관 압력 손실(kPa)
L : 배관 길이(m)
G : 냉매 순환량(kg/s)
A : 유로 단면적(㎡)
λ: 손실계수
d : 배관 내경(m)
ρs : 압축기의 흡입 냉매 밀도(kg/㎥)로 하고, 상기 (7)식의 분자 각 항은, 다음 식(8)의 원관 마찰 손실의 식을 이용하여 산출한다.
.....(8)
여기서, 능력(Q)＝G ×△h가 일정하다고 하고, 상기 (8)식으로부터 다음의 식(9)이 유도된다.
.....(9)
△h : 냉동 효과(kJ/kg)
따라서, 다음의 식(10)이 유도된다.
(Pco-Pvi)+(Pvo-Pbi)∝(△h2ㆍρsㆍd5)-1.....(10)
그리고, 상기 (7)식 및 (10)식으로부터 다음의 식(11)이 유도된다.
.....(11)
따라서, 상기 (7)식 및 (11)식과, R22 및 R32의 물성값으로부터, R22의 액측 배관에 대한 R32 액측 배관(32)의 세경비를 다음의 식(12)과 같이 구할 수 있다.
.....(12)
도 6은 상기 (12)식에 각 물성값을 대입한 계산결과를 나타낸다. 또한, 본 계산에 있어서도, 증발 온도(Te)는 2℃, 응축 온도(Tc)는 49℃로 하고, 수퍼히트(SH)＝5℃, 서브쿨(SC)＝5℃로 한다.
상기 계산결과로부터 R32 단일 냉매의 액측 배관(32)은, R22용 액측 배관의 0.76배 정도까지 직경이 가늘게 될 수 있음을 알았다. 또한, R32/R125 혼합 냉매에 있어서도, R32 조성이 75중량% 이상 포함되어 있으면, 0.76~0.8배 정도까지 직경이 가늘게 되는 것이 가능함을 알았다. 여기서, 참고로 다른 대체냉매에 대해서도 마찬가지 계산을 했지만, R32 정도의 직경이 가늘게 되는 효과를 얻을 수 없음을 알았다(도 6 참조).
도 7은 종래의 R22를 이용한 장치에서의 가스측 배관과 액측 배관의 관경(외경)을, 냉방 정격능력 별로 나타낸 도이다.
상기 공기조화장치(1)에서는 냉방 정격능력에 따라, 가스측 배관(31)에 대해서는 상기 R22용 가스측 배관과 같은 직경의 배관을 사용하는 한편, 액측 배관(32)에 대해서는 상기 R22용 액측 배관보다 직경이 가늘게 된 배관을 사용한다.
도 8은 액측 배관 내경(dl)에 대한 가스측 배관 내경(dg)의 비 즉, 내경비(＝가스측 배관 내경(dg)/액측 배관 내경(dl))를 나타낸 도이다. 본 공기조화장치(1)에서는 냉방 정격능력에 따라, 다음의 내경비를 갖는 가스측 배관(31) 및 액측 배관(32)을 사용한다.
즉, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 또한, 9kW 이하일 때는, 상기 내경비가 2.1~3.5가 되는 가스측 배관(31) 및 액측 배관(32)을 사용한다. 냉방 정격능력이5kW 이하 또는 9kW보다 클 때는, 상기 내경비가 2.6~3.5가 되는 가스측 배관(31) 및 액측 배관(32)을 사용한다.
또한, 냉방 정격능력이 5kW 이하일 때는, 액측 배관(32)으로서 내경이 3.2㎜~4.2㎜의 배관을 사용한다. 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 또한, 22.4kW 미만일 때는, 액측 배관(32)으로서 내경이 5.4㎜~7.0㎜의 배관을 사용한다. 냉방 정격능력이 22.4kW 이상일 때는, 액측 배관(32)으로서 내경이 7.5㎜~9.8㎜의 배관을 사용한다.
상기 내경비 또는 액측 배관(32)의 내경이 상기 수치 범위보다 작을 경우에는, 냉매 충전량이 더욱 저감하기는 하지만, 장치 성능이 저하된다. 한편, 상기 내경비 또는 액측 배관(32)의 내경이 상기 수치 범위보다 클 경우에는, 냉매 압력 손실이 저감하여 장치 성능이 향상되기는 하지만, 냉매 충전량 저감 효과가 작아진다.
이 때문에, 본 실시형태에서는, 장치의 성능을 유지하면서 냉매 충전량을 충분히 저감할 수 있도록 상기 수치 범위 내에서 가스측 배관(31) 및 액측 배관(32)을 설정하기로 한다.
여기서, 장치의 사용조건 등에 따라서는 R32의 특성을 보다 유효하게 활용하기 위해 상기 수치 범위를 더욱 한정시켜도 됨은 물론이다.
예를 들어, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 9kW 이하일 때는 상기 내경비를 2.4~3.2로 해도 된다. 냉방 정격능력이 5kW 이하 또는 9kW보다 클 때는 상기 내경비를 2.8~3.3으로 해도 된다.
또한, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 9kW 이하일 때는, 상기 내경비를 2.6~3.0으로 해도 된다. 냉방 정격능력이 5kW 이하 또는 9kW보다 클 때는, 상기 내경비를 2.9~3.1로 해도 된다.
또한, 액측 배관(32)의 내경은, 냉방 정격능력이 5kW 이하일 때는 3.5㎜~3.9㎜로 하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 또한, 22.4kW 미만일 때는, 5.7㎜~6.7㎜로 하며, 냉방 정격능력이 22.4kW 이상일 때는 7.8㎜~9.5㎜로 해도 된다.
또한, 액측 배관(32)의 내경은 냉방 정격능력이 5kW 이하일 때는, 3.6㎜~3.8㎜로 하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 또한, 22.4kW 미만일 때는, 6.0㎜~6.4㎜로 하며, 냉방 정격능력이 22.4kW 이상일 때는, 8.1㎜~9.1㎜로 해도 된다.
그런데, 종래 냉매 배관으로서 원가가 싸고 취급이 용이한 점에서, 동관이 잘 사용되고 있다. 동관에는 여러 가지 규격품이 존재하기 때문에, 기존의 규격품을 이용함으로써 냉매 배관(31, 32)의 저원가화를 도모할 수 있다. 따라서, 장치 저원가화를 위해, 상기 내경비를 갖도록 규격품을 조합시킴으로써, 액측 배관(32) 및 가스배관(31) 쌍방을 규격품만으로 구성하는 것이 바람직하다.
도 9는 R22용 동관(JISB8607)의 사양과, 일본 냉동공조 공업회 제안(日冷工案)의 R32용 고압 대응배관의 사양을 비교한 도이다.
그리고, 상기 계산결과로 산출된 최적 내경비는, R32 단일 냉매의 경우에 0.76이고, R32를 75중량% 포함하는 R32/R125 혼합 냉매의 경우에 0.80이다. 상기 도 9로부터, 최적 내경비의 ±10% 범위 내라면, 규격품을 조합시킴으로써 해당 내경비를 용이하게 실현할 수 있음을 알았다.
예를 들어 R22용으로서 φ9.5mm의 규격화 배관을 이용했을 경우, R32를 사용할 때는 이 대신 φ8.0mm의 규격화 배관을 이용할 수 있다. 이와 같이 본 실시형태는 규격품을 조합시킴으로써 용이하게 실현 가능한 형태이다.
-공기조화장치의 운전동작-
다음으로 상술한 공기조화장치(1)의 운전동작을, 냉매 회로(10)에서의 냉매순환동작에 기초하여 설명한다.
냉방운전 시에는, 4로 절환 밸브(12)가 도 1에 나타내는 실선 측에 설정된다. 즉, 4로 절환 밸브(12)는, 제1 포트(12a)와 제2 포트(12b)가 연통되는 동시에 제3 포트(12c)와 제4 포트(12d)가 연통되는 상태로 된다.
이 상태에서, 압축기(11)로부터 토출된 가스냉매는, 제1 가스측 배관(21), 4로 절환 밸브(12) 및 제2 가스측 배관(22)을 유통하여 실외 열교환기(13)에서 응축된다. 실외 열교환기(13)를 흘러나온 액냉매는, 제1 액측 배관(25)을 유통하여, 팽창밸브(14)로 감압되어 기액2상 냉매로 된다. 팽창밸브(14)를 흘러나온 2상냉매는 제2 액측 배관(26)을 유통하여, 실내 열교환기(15)에서 실내공기와 열교환을 하여 증발하고 실내공기를 냉각시킨다. 실내 열교환기(15)를 흘러나온 가스냉매는 제3 가스측 배관(23), 4로 절환 밸브(12), 및 제4 가스측 배관(24)을 유통하여 압축기(11)로 흡입된다.
한편, 난방운전 시에는, 4로 절환 밸브(12)가 도 1에 나타내는 점선측에 설정된다. 즉, 4로 절환 밸브(12)는, 제1 포트(12a)와 제4 포트(12d)가 연통되는 동시에 제2 포트(12b)와 제3 포트(12c)가 연통되는 상태로 된다.
이 상태에서, 압축기(11)로부터 토출된 가스냉매는, 제1 가스측 배관(21), 4로 절환 밸브(12) 및 제3 가스측 배관(23)을 유통하여 실내 열교환기(15)로 유입된다. 실내 열교환기(15)로 유입된 냉매는, 실내공기와 열교환을 하여 응축되고 실내공기를 가열시킨다. 실내 열교환기(15)를 흘러나온 액냉매는, 제2 액측 배관(26)을 유통하여, 팽창밸브(14)로 감압되어 기액2상 냉매로 된다. 팽창밸브(14)를 흘러나온 2상냉매는 제1 액측 배관(25)을 유통하여, 실외 열교환기(13)에서 증발한다. 실외 열교환기(13)를 흘러나온 가스냉매는 제2 가스측 배관(22), 4로 절환 밸브(12), 및 제4 가스측 배관(24)을 유통하여 압축기(11)로 흡입된다.
이상과 같이 본 실시형태는, 냉매로서 R32 단일 냉매 또는 R32/R125냉매를 이용함과 동시에, 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 전열관과 액측 배관(32)을 종래보다 직경이 가늘게 되는 것으로 했다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 장치 성능을 유지한 채 냉매 회로(10)의 내부용적을 작게 할 수 있어, 냉매 회로(10)로의 수분 등 혼입을 억제할 수 있다.
그 결과, 냉동기 오일에 첨가되는 극압 첨가제가 가수분해되거나, 윤활성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 특히 가수분해된 열화물이 팽창밸브(14)에서 슬러지로 석출되는 일이 없어, 냉매 회로(10) 유로의 폐색을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 염소계 극압 첨가제에서 염산 등의 부식성 물질 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 냉매 회로(10)에의 수분 등의 혼입 우려가 적은 점에서, 제조나설치 관리가 용이하여, 제조 용이성 및 설치 용이성을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉동기 오일로 합성 오일을 이용할 때, 장치 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 냉동기 오일로서 합성 오일을 사용함에도 불구하고, 슬러지 석출에 의한 회로의 폐색이 일어나기 어려워져 장치 신뢰성이 높아진다. 또한, 냉매 회로(10)에 수분 등이 혼입될 가능성이 낮으므로, 제조나 설치에 있어서의 품질 관리를 완화할 수 있다.
또한, 냉매 회로(10)의 내부용적이 작아지는 점에서, 냉매 충전량의 저감이 가능해져, 지구온난화 효과의 저감을 도모할 수 있게 된다. 또한, 전열관의 직경이 가늘게 됨에 의해 실외 열교환기(13) 및 실내 열교환기(15)의 저 원가화 및 소형화를 달성할 수 있어, 실내 유닛(17) 및 실외 유닛(16)을 소형화하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 압축기(11)에서의 전동기 절연재료의 열화를 방지할 수 있다. 그 결과 상기 전동기의 소손을 방지할 수 있음과 동시에, 압축기(11) 슬라이드부에서의 마모나 열 손상을 방지할 수 있다. 또한, 팽창밸브(14)에서의 막힘 등을 방지할 수 있다. 따라서, 불량률 저감을 도모할 수 있다.
-발명의 다른 실시형태-
본 발명은, 가스측 배관(31) 및 액측 배관(32) 쌍방의 직경을 가늘게 해도 됨은 물론이지만, 가스측 배관(31)만의 직경을 가늘게 해도 냉매 회로(10)의 내부용적을 저감하는 효과를 얻을 수 있다.
직경이 가늘게 되는 것의 대상이 되는 가스측 배관(31)은 제1 가스측배관(21), 제2 가스측 배관(22), 제3 가스측 배관(23), 및 제4 가스측 배관(24) 모두가 아니라도 되며, 그 일부라도 된다. 마찬가지로 직경이 가늘게 되는 것의 대상이 되는 액측 배관(32)은 제1 액측 배관(25) 및 제2 액측 배관(26) 모두가 아니라도 되며, 그 일부라도 된다.
액측 배관(32)의 직경(외경 또는 내경)은, 도 7에 기재된 값과 다른 R22용 액측 배관의 값을 기준으로 하며, 이들보다 작아지도록 설정해도 된다.
구체적으로 액측 배관(32)은, 냉방 정격능력이 5kW 이하일 때는 4.75mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 액측 배관(32)은, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 18kW 이하일 때는, 7.92mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 액측 배관(32)은, 냉방 정격능력이 18kW보다 크고 22.4kW 이하일 때는, 11.1mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 액측 배관(32)은, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 클 때는 13.88mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 가스측 배관(31)의 직경에 대해서도, 도 7에 기재된 값과 다른 R22용 가스측 배관의 값을 기준으로 하여, 이들보다 작아지도록 설정해도 된다.
구체적으로, 가스측 배관(31)은, 냉방 정격능력이 3.2kW 이하일 때는 7.92mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 가스측 배관(31)은, 냉방 정격능력이 3.2kW보다 크고 5kW 이하일 때는 11.1mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 가스측 배관(31)은, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 9kW 이하일 때는 13.88mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 가스측 배관(31)은, 냉방 정격능력이 9kW보다 크고 18kW 이하일 때는 17.05mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 가스측 배관(31)은, 냉방 정격능력이 18kW보다 크고 22.4kW 이하일 때는 23.4mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
또한, 가스측 배관(31)은, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 클 때는 26.18mm 미만의 배관으로 형성해도 된다.
실내 열교환기(15) 및 실외 열교환기(13)의 전열관 직경에 대해서도, R22용 전열관을 기준으로 하여, 이들보다 작아지도록 설정해도 된다.
구체적으로 실내 열교환기(15)의 전열관은, 내경이 5.87mm 미만의 전열관으로 형성해도 된다.
또한, 실외 열교환기(13)의 전열관은, 내경이 6.89mm 미만의 전열관으로 형성해도 된다.
또한, 실외 열교환기(13)의 전열관은, 내경이 7.99mm 미만의 전열관으로 형성해도 된다.
상기 실시형태는, 냉방운전 및 난방운전이 선택적으로 실행 가능한, 이른바 히트 펌프식의 공기조화장치이지만, 본 발명의 적용 대상은 히트 펌프식 공기조화장치에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 냉방전용기라도 된다. 또한, 냉방 정격능력에 대응하는 난방 정격능력별로 액측 배관(32) 및 가스측 배관(31)의 내경 또는 이들의 내경비를 설정함으로써, 난방전용기에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 냉방 정격능력이란, 증발기에서의 능력을 의미하는 것이며 공기조화장치에서 냉방 시의 능력에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 이 냉방 정격능력은, 접속배관 길이가 5m, 실내 유닛과 실외 유닛의 고저 차가 0m일 때, 소정의 JIS조건(실내 건구온도 27℃, 실내 습구온도 19℃, 실외 건구온도 35℃)을 기본으로 발휘되는 능력이다.
가스측 배관(31) 및 액측 배관(32)은 반드시 동관으로 형성할 필요는 없으며, SUS관, 알루미늄관, 철관 등 다른 배관으로 형성해도 됨은 물론이다.
실내 열교환기(15) 및 실외 열교환기(13)는, 공기 열교환기에 한정됨 없이 이중관식 열교환기 등의 액-액 열교환기라도 된다.
또한, 본 발명의 냉동장치는 협의의 냉동장치에 한정되는 것이 아니며, 상기 공기조화장치는 물론, 냉장장치, 제습기 등을 포함하는 넓은 의미에서의 냉동장치이다.
본 발명을 장배관에 대응한 냉동장치나 복수의 실내 유닛을 구비한 공기조화장치에 적용한 경우에는, 허용 배관 길이를 길게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 실내 유닛의 대수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 장치 취급의 용이성이 향상되어, 상품성 향상을 도모할 수 있다.
본 발명을, 장배관 대응기나 실내 멀티 대응기에 적용한 경우에는, 허용 배관 길이를 길게 할 수 있으며 또한, 실내 유닛 대수의 증가가 가능해진다. 따라서, 장치의 취급 용이성이 향상되어 상품성 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 관한 냉동장치는, R32 단일 냉매 또는 R32 혼합 냉매를 사용할 경우에 유용하며, 특히 극압 첨가제를 이용하는 냉동장치에 적합하다.

Claims (28)

  1. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 사용하는 한편, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 4.75㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  3. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 3.2㎜~4.2㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  4. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 3.5㎜~3.9㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 3.6㎜~3.8㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  6. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 18kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 7.92㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  7. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 18kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 11.1㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  8. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 5.4㎜~7.0㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  9. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 5.7㎜~6.7㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  10. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크며 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 6.0㎜~6.4㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  11. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 13.88㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  12. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 7.5㎜~9.8㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  13. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 7.8㎜~9.5㎜인 배관에 의해형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  14. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 액측 배관(32)은 내경이 8.1㎜~9.1㎜인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  15. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 3.2kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 7.92㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  16. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 3.2kW보다 크고 또한, 5kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 11.1㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  17. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 5kW보다 크고 또한, 9kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 13.88㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  18. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 9kW보다 크고 또한, 18kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 17.05㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  19. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 18kW보다 크고 또한, 22.4kW 이하인 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 23.4㎜ 미만인 배관에 의해형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  20. R32 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하며 또한, 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)를 갖는 냉매 회로(10)를 구비하고, 냉방 정격능력이 22.4kW보다 크게 설계된 냉동장치이며,
    상기 냉매 회로(10)의 가스측 배관(31)은 내경이 26.18㎜ 미만인 배관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  21. 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)와 실내 열교환기(15)를 가지며 또한, R32의 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동장치이며,
    상기 실내 열교환기(15)의 전열관은 내경이 5.87㎜ 미만의 전열관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  22. 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)와 실외 열교환기(13)를 가지며 또한, R32의 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동장치이며,
    상기 실외 열교환기(13)의 전열관은 내경이 6.89㎜ 미만의 전열관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  23. 냉동기 오일에 극압 첨가제를 첨가하는 압축기(11)와 실외 열교환기(13)를 가지며 또한, R32의 단일 냉매 또는 R32를 75% 이상 함유하는 혼합 냉매를 냉매로서 냉동 주기를 형성하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동장치이며,
    상기 실외 열교환기(13)의 전열관은 내경이 7.99㎜ 미만의 전열관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축기(11)는 냉동기 오일로서 합성 오일이 사용되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  25. 제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    액측 배관(32)은 실내 유닛(17)과 실외 유닛(16)을 접속하는 액측 접속배관인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  26. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스측 배관(31)은 실내 유닛(17)과 실외 유닛(16)을 접속하는 가스측 접속배관인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  27. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 냉매는 R32/R125의 혼합 냉매인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  28. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉매는 R32 단일 냉매인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
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