KR20140103262A - 공기 조화기 - Google Patents

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KR20140103262A
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아키라 후지타카
요시카즈 가와베
가즈히코 마루모토
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파나소닉 주식회사
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Abstract

공기 조화기는, 압축기, 응축기, 감압기, 증발기를 접속하여 구성한 냉동 사이클을 갖고, 냉동 사이클 내에, 다이플루오로메테인(R32)과 테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf 또는 HFO-1234ze)을 주성분으로 하는 혼합 냉매로서, R32의 농도가 70% 이하인 혼합 냉매를 봉입하여, 혼합 냉매가 냉동 사이클 내를 순환하고, 또한 냉동 사이클은, 50℃를 초과하는 분위기 온도에서 냉매가 응축된다. 이것에 의해, 분위기 온도가 50℃ 이상인 경우에도, 고효율로 압축기의 토출 온도가 현재 사용하고 있는 R-410A와 동등해져, 냉동 사이클의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 냉매의 온난화 계수가 낮기 때문에, 냉매가 대기 중으로 새어 나온 경우에도 온난화 영향을 적게 할 수 있다.

Description

공기 조화기{AIR CONDITIONER}
본 발명은 온난화 계수가 낮은 냉매를 이용한 공기 조화기에 관한 것이다.
현재, 개발 도상국의 공기 조화기 등의 냉매로는 R-22가 사용되고 있지만, 오존층을 파괴하는 HCFC이기 때문에, 몬트리올 의정서에 의해 삭감 대상으로 되어 있다.
그 때문에, HCFC의 대체로, 오존층을 파괴하지 않는 냉매로서 선진국에서 사용되고 있는 HFC 냉매 R-410A의 사용이 검토되고 있다. 이 R-410A를 사용하는 공기 조절기에 있어서, 분위기 온도가 40℃ 이상으로 되는 운전 조건에서는 운전 효율이 저하되기 때문에, 송풍 팬의 풍속을 올려, 응축 온도를 저하시켜서 효율 저하를 방지하고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
도 3은 특허문헌 1의 냉동 사이클도이다. 이 냉동 사이클에서는, 압축기(101), 실외 열교환기(102), 감압기(103), 실내 열교환기(104), 실외 팬(105)으로 냉동 사이클을 구성한다. 분위기 온도가 40℃ 이상으로 되는 운전 조건에서는 제어부(106)가 실외 팬(105)의 풍속을 올리도록 제어한다.
일본 특허 제3601134호 공보
그러나, 상기 종래의 공기 조화기에는, 분위기 온도가 50℃를 초과하는 운전 조건에서는, 송풍 팬의 풍속을 올려도, 응축 온도 저감에 의한 운전 효율 개선과 송풍 팬의 소비 전력 증가 등에 의한 효율 저하가 상쇄되어, 운전 효율의 개선으로 이어지지 않는다는 과제가 있었다. 또한, R-410A의 임계 온도는 71.3℃로, R22의 임계 온도와 비교하여 상당히 낮아, 분위기 온도가 50℃를 초과하는 운전 조건에서는, 응축기에 있어서의 R-410A의 응축 온도가 R-410A의 임계 온도(71.3℃) 근방까지 상승하여, 응축 잠열이 작은 상태로 응축되기 때문에, 응축기의 효율이 저하된다. 그 결과, 공기 조화기의 성능이 저하된다는 냉매의 열 물성에 기인하는 과제가 있었다.
또한, R-410A는 온난화 계수(GWP)가 2088로 높아, 냉매가 대기 중으로 새어 나온 경우의 온난화 영향이 크다는 과제가 있었다.
그래서, 본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 온난화 계수가 낮은 냉매를 사용하고, 분위기 온도가 50℃를 초과하는 운전 조건에서도 운전 효율이 높은 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 공기 조화기는, 압축기, 응축기, 감압기, 증발기를 접속하여 구성한 냉동 사이클을 갖고,
상기 냉동 사이클 내에, 다이플루오로메테인(R32)과 테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf 또는 HFO-1234ze)을 주성분으로 하는 혼합 냉매로서, R-32의 농도가 70% 이하인 혼합 냉매를 봉입하여, 상기 혼합 냉매가 상기 냉동 사이클 내를 순환하고, 또한
상기 냉동 사이클은, 50℃를 초과하는 분위기 온도에서 냉매가 응축된다.
이것에 의해서, 50℃를 초과하는 분위기 온도인 경우에도, 송풍 팬의 풍속을 올리는 등으로 그의 응축 온도를 저하시키는 효율 저하 동작을 할 필요가 없어진다. 그 결과, R-410A와 비교하여 에너지 효율이 높고, 더욱이 압축기의 토출 온도는 R-410A와 동등한 토출 온도가 되어, 신뢰성의 향상에 공헌할 수 있다.
본 발명에 의하면, 분위기 온도가 50℃ 이상인 경우에도, 고효율로 압축기의 토출 온도가 현재 사용하고 있는 R-410A와 동등해져, 냉동 사이클의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 온난화 계수가 낮은 냉매를 사용하기 때문에, 냉매가 대기 중으로 새어 나온 경우에도 온난화에 대한 영향을 적게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 공기 조화기의 냉동 사이클도이다.
도 2는 동 실시형태 1에 있어서의 냉매의 토출 온도와 효율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 공기 조화기의 냉동 사이클도이다.
제 1 태양은, 압축기, 응축기, 감압기, 증발기를 접속하여 구성한 냉동 사이클을 갖고,
상기 냉동 사이클 내에, 다이플루오로메테인(R32)과 테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf 또는 HFO-1234ze)을 주성분으로 하는 혼합 냉매로서, R32의 농도가 70% 이하인 혼합 냉매를 봉입하여, 상기 혼합 냉매가 상기 냉동 사이클 내를 순환하고, 또한
상기 냉동 사이클은, 50℃를 초과하는 분위기 온도에서 냉매가 응축된다.
이것에 의해서, 50℃를 초과하는 분위기 온도인 경우에도, 송풍 팬의 풍속을 올리는 등으로 그의 응축 온도를 저하시키는 효율 저하 동작을 할 필요가 없다. 그 결과, R-410A와 비교하여 에너지 효율이 높고, 더욱이 동등한 토출 온도가 되어, 신뢰성이 향상된다.
제 2 태양은, 상기 제 1 태양에 있어서, 상기 응축기에 있어서의 응축 냉매의 포화 온도가 60℃를 초과하는 상태에서 사용되는 구성으로 하고 있다.
이것에 의해서, 응축 냉매의 포화 온도가 60℃를 초과해도, R-410A와 비교하여 에너지 효율이 높고, 더욱이 동등한 토출 온도가 되어, 신뢰성이 향상된다.
제 3 태양은, 상기 제 1 또는 제 2 태양에 있어서, 지구 온난화 계수가 3 이상 500 이하로 되도록, 바람직하게는 350 이하, 더욱 바람직하게는 150 이하가 되는 냉매를 이용한 것이다.
이것에 의해서, 저GWP 냉매로 에너지 효율이 높은 운전이 가능하기 때문에, 지구 온난화 방지에 공헌할 수 있다.
제 4 태양은, 상기 제 1 내지 제 3 중 어느 태양에 있어서, 압축기에 이용하는 냉동기유로서, 폴리옥시알킬렌 글리콜류, 폴리바이닐 에터류, 폴리(옥시)알킬렌 글리콜 또는 그의 모노에터와 폴리바이닐 에터의 공중합체, 폴리올 에스터류, 및 폴리카보네이트류 중 어느 함산소 화합물을 주성분으로 하는 합성유, 알킬벤젠류나 α올레핀류를 주성분으로 하는 합성유, 또는 광유를 이용한 것이다.
이것에 의해서, 공기 조화기의 신뢰성의 향상에 공헌할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 이용하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 한편, 이 실시형태에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 공기 조화기의 냉동 사이클도이다.
도 1에 있어서, 이 공기 조화기는 실외기(5)와 실내기(7)를 구비한다. 실외기(5)는, 냉매를 압축하는 압축기(1)와, 냉난방 운전 시의 냉매 회로를 전환하는 사방 밸브(2)와, 냉매와 외부 공기의 열을 교환하는 실외 열교환기(3)와, 냉매를 감압하는 감압기(4)로 구성된다. 실내기(7)는, 냉매와 실내 공기의 열을 교환하는 실내 열교환기(6)를 갖는다. 또한, 실내기(7)와 실외기(5)를 액측 접속 냉매 배관(8), 가스측 접속 냉매 배관(9)으로 환상으로 접속하여 구성하고 있다.
본 실시형태에 의한 공기 조화기를 구성하는 냉동 사이클에는, 다이플루오로메테인(R-32)을 베이스 성분으로 하여, R-32의 농도가 70% 이하이고, 테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf 또는 HFO-1234ze)을 혼합한 혼합 냉매를 봉입하여, 순환시키고 있다. 또한, 지구 온난화 계수가 3 이상 500 이하로 되도록, 바람직하게는 350 이하, 더욱 바람직하게는 150 이하로 되도록 각각 2성분 혼합 또는 3성분 혼합한 냉매를 사용하는 것이 바람직하다.
공기 조화기의 운전 시(냉방)에는, 압축기(1)에 의해서 압축된 냉매는 고온 고압의 냉매가 되어 실외 열교환기(3)에 보내진다. 그리고, 외부 공기와 열교환하여 방열하고, 고압의 액 냉매가 되어, 감압기(4)에 보내진다. 감압기(4)에서는 감압되어 저온 저압의 2상 냉매가 되고, 액측 접속 냉매 배관(8)을 통해서 실내기(7)에 보내진다. 실내기(7)에서는, 냉매는 실내 열교환기(6)로 들어가 실내 공기와 열교환하여 흡열하고, 증발 기화되어 저온의 가스 냉매가 된다. 이 때, 실내 공기는 냉각되어 실내를 냉방한다. 나아가, 냉매는 가스측 접속 냉매 배관(9)을 통해서 실외기(5)로 되돌아가, 압축기(1)로 되돌려진다.
다음으로, 본 실시형태에 의한 공기 조화기의 분위기 온도가 50℃ 이상일 때의 동작에 대하여 설명한다.
표 1 및 도 2는, 실내 건구(乾球) 온도 32℃, 습구(濕球) 온도 23℃, 실외 건구 온도 55℃인 조건에서, 냉매를 R-410A, R-32, R-32/HFO-1234yf = 70/30wt%, 50/50wt%로 한 경우의 냉동 사이클 특성(지구 온난화 계수(GWP), 토출 온도, 효율(COP))을 나타낸 것이다. 효율(COP)은, R-410A의 실측 데이터를 기초로, 이 경우를 100%로 하고, 압축기의 압축기 효율을 동일로 하여 산출했다.
Figure pct00001
이 결과로부터, 효율(COP)은 R-32가 가장 높지만, 토출 온도가 R-410A와 비교하여 23deg나 높아진다. 혼합 냉매(R32/HFO-1234yf = 70/30wt%)는, 토출 온도는 R-410A보다 8deg 높아지지만, 효율은 17% 높아진다. 또한, 토출 온도가 114℃이기 때문에, R-22나 R-410A 기기에서 사용하고 있던 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 필름이나 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 필름 등의 압축기의 모터용 내열 절연 재료나, 폴리아마이드이미드(PAI) 또는 폴리이미드 등의 모터 코일의 내열 절연 피복 재료, 밸브 등에 사용되고 있는 수지 재료나 엘라스토머 등을 그대로 사용할 수 있다. 또한, 혼합 냉매(R32/HFO-1234yf = 50/50wt%)는, 토출 온도에 대하여, R-410A와 동등하고, 효율은 13% 높아져, 수지 재료나 엘라스토머에 대한 신뢰성은 R-410A와 동등해져, 효율도 개선된다.
따라서, 분위기 온도가 50℃를 초과하는 운전 조건에서도, 신뢰성이 높고, 운전 효율이 높은 공기 조화기를 제공할 수 있다. 즉, 50℃를 초과하는 분위기 온도인 경우에도, 송풍 팬의 풍속을 올리는 등으로 그의 응축 온도를 저하시키는 효율 저하 동작을 할 필요가 없다. 그 때문에, R-410A와 동등한 레벨의 운전 효율과 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 압축기에 이용하는 냉동기유로서, 폴리옥시알킬렌 글리콜류, 폴리바이닐 에터류, 폴리(옥시)알킬렌 글리콜 또는 그의 모노에터와 폴리바이닐 에터의 공중합체, 폴리올 에스터류, 및 폴리카보네이트류 중 어느 함산소 화합물을 주성분으로 하는 합성유, 알킬벤젠류나 α올레핀류를 주성분으로 하는 합성유, 또는 광유를 이용한다. 이것에 의해서, 공기 조화기의 신뢰성에 대한 더한층의 향상에 공헌할 수 있다.
본 발명에 따른 공기 조화기에 의하면, 응축 온도가 높은 과부하 운전 조건에서, 에너지 효율의 향상과 신뢰성의 향상을 도모할 수 있고, 저GWP 냉매를 사용하는 냉동 사이클을 갖는 히트 펌프 온수 난방기 등 다양한 기기에 탑재 가능하며, 온난화 방지에 공헌할 수 있다.
1: 압축기
2: 사방 밸브
3: 실외 열교환기(응축기)
4: 감압기
5: 실외기
6: 실내 열교환기(증발기)
7: 실내기
8: 액측 접속 냉매 배관
9: 가스측 접속 냉매 배관

Claims (4)

  1. 압축기, 응축기, 감압기, 증발기를 접속하여 구성한 냉동 사이클을 갖고,
    상기 냉동 사이클 내에, 다이플루오로메테인(R32)과 테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf 또는 HFO-1234ze)을 주성분으로 하는 혼합 냉매로서, R32의 농도가 70% 이하인 혼합 냉매를 봉입하여, 상기 혼합 냉매가 상기 냉동 사이클 내를 순환하고, 또한
    상기 냉동 사이클은, 50℃를 초과하는 분위기 온도에서 냉매가 응축되는
    공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축기에 있어서의 응축 냉매의 포화 온도가 60℃를 초과하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매로서, 지구 온난화 계수가 3 이상 500 이하로 되는 냉매를 이용한 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기에 이용하는 냉동기유로서, 폴리옥시알킬렌 글리콜류, 폴리바이닐 에터류, 폴리(옥시)알킬렌 글리콜 또는 그의 모노에터와 폴리바이닐 에터의 공중합체, 폴리올 에스터류, 및 폴리카보네이트류 중 어느 함산소 화합물을 주성분으로 하는 합성유, 알킬벤젠류나 α올레핀류를 주성분으로 하는 합성유, 또는 광유를 이용하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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