专利名称：冷冻设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷冻设备，更详细地说，涉及用R32(化学式CH2F2)或至少含有70重量％R32的混合制冷剂作为代替R22(化学式CHCIF2)的替代制冷剂的冷冻设备。
背景技术：
作为使用制冷剂进行制冷循环的冷冻设备或空调机的与地球环境有关的课题，有(1)臭氧层的保护，(2)节能，(3)对付全球气候变暖(抑制CO2等排放)，(4)资源再利用(回收)。此一地球环境课题当中，特别是从臭氧层保护的观点来说，R22(HFC22)的臭氧耗损潜值ODP(Ozone Depletion Potential)高，不能说是合适的制冷剂。因此，作为代替臭氧耗损潜值高的R22的替代制冷剂，R410A(具有重量比HFC32∶HFC125＝50∶50的组成)、R407C(具有重量比HFC32∶HFC125∶HFC134a＝23∶25∶52的组成)、R32(HFC32)等可以作为候补举出。而且，在用R410A或R407C进行制冷循环的冷冻设备中，能得到与R22同等的制冷系数COP(Coefficient ofPerformance)者已经产品化了。
可是，在用R410A或R407C的场合，从节能的观点来说，与用R22的场合相比，不得不加大作为冷凝器发挥功能的热交换器的尺寸。特别是，在用R410A者中，因为有必要加大冷凝器中的过冷却度(过冷(deg))，所以该倾向很强。因此，现有技术中把作为冷凝器发挥功能的热交换器的内体积Vout与作为蒸发器发挥功能的热交换器的内体积Vin之比m(＝Vout/Vin)设定成m＞1.5以上。结果，存在着成本方面或产品尺寸方面不利这样的问题。特别是像空调机那样，也使制冷剂进行与制冷循环反向循环地热泵循环的场合，因为在冷气时和暖气时之间成为对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量大不相同的状态，故不得不在制冷剂回路中设置尺寸大的受液器(接收器)和气液分离器(分液贮存器)。因此在成本方面或产品尺寸方面变得更加不利。
因此，考虑使用R32(HFC32)代替R410A或R407C。R32的全球变暖潜值GWP为R22或R410A或R407C的大约1/3，对于防止全球气候变暖是极其有效的。可是，就COP来说，R407C和R410A的COP与R22的COP大体同等，而R32的COP不能得到比R22大的值。也就是说，在用R32进行制冷循环的冷冻设备中，不仅从R32的特性期待理论上高的COP，实际上就连大大超过迄今R22的COP者也不能得到。此外，与用R22的场合相比存在着压力升高，输出温度升高等现象。除此之外，因为R32具有微燃性故存在着难以得到安全性的一致性这样的问题。因此在行业上，尚未在实际产品上采用作为替代制冷剂的R32。
发明的公开因此，本发明的目的在于提供一种用全球变暖潜值GWP小的R32作为制冷剂，得到超过现有技术的制冷系数COP，能够比现有技术减小热交换器尺寸的对付全球气候变暖的节能型冷冻设备。
本发明是基于本发明者的以下发现而创造的，冷冻设备的COP随着制冷剂量(对制冷剂回路的总加入量)而变化的倾向，在R32与R410A等其他制冷剂之间，因制冷剂的种类而大不相同。也就是说，如图5A中所示，在例如用R410A的场合，在图示的范围内随着制冷剂量的增多COP渐渐提高，有渐趋饱和的倾向。与此成对照，在用R32的场合，对于制冷剂量的变化COP显示出峰值，有如果制冷剂量离开给出该峰值的范围则COP急剧降低的倾向。现有技术中，在用R32的场合与用R410A的场合相比不能得到高的COP的理由是因为在制冷剂量比较多的范围(在图5A的例子中1200g～1300g)内使用的缘故。这里值得注意的是，用R32使制冷剂量变化的场合的COP的峰值远高于按最佳的制冷剂量(在图5A的例子中1300g)使用R410A的场合的COP这一事实。借此，虽然用R32，但是在得到与用R22的场合的现有技术的COP同等或其以上的COP的范围内，存在着能够把作为冷凝器发挥功能的热交换器的尺寸与现有技术相比减小的可能性。
因此，本发明的冷冻设备是使R32作为制冷剂在制冷剂回路中循环而进行制冷循环的冷冻设备，其特征在于，在上述制冷剂回路中备有压缩机、作为冷凝器发挥功能的第1热交换器、膨胀机构、以及作为蒸发器发挥功能的第2热交换器，上述第1热交换器的内体积(Vout)与第2热交换器的内体积(Vin)之比m＝Vout/Vin在0.7≤m≤1.5的范围内设定。
在本发明的冷冻设备中，由于用R32作为制冷剂，而且作为冷凝器发挥功能的第1热交换器的内体积(Vout)与作为蒸发器发挥功能的第2热交换器的内体积(Vin)之比m(＝Vout/Vin)在0.7≤m≤1.5的范围内设定，所以作为冷凝器发挥功能的第1热交换器的内体积，从而第1热交换器的尺寸与现有技术相比，特别是与用R410A的场合相比减小了。因而，在成本方面或产品尺寸方面变得有利。而且，如后所述，可以得到与用R22的场合的现有技术的水平的COP同等或其以上的COP。此外，即使在像空调机那样，也使制冷剂进行与制冷循环反向循环地热泵循环的场合，在用R32的场合，如后所述，在冷气和暖气之间对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量与现有技术(用R22或R410A的场合)相比接近。因而，没有必要在制冷剂回路中设置尺寸大的受液器(接收器)和气液分离器(分液贮存器)，在成本方面或产品尺寸方面变得有利。
此外，在本发明的一个实施例中，其特征在于，用至少含有70重量％R32的混合制冷剂作为上述制冷剂。
本发明的原理不仅适用于R32单一制冷剂，而且也可以扩展运用于至少含有70重量％R32的混合制冷剂，可以得到与上述同样的作用效果。
附图的简要说明
图1是比较地表示根据本发明用R32并取为0.7≤m≤1.5的范围内的场合，和用R22或R410A并在1.5≤m≤2.6内设定的场合之间，室外热交换器的内体积Vout与室内热交换器的内体积Vin之比m(＝Vout/Vin)与理论COP的关系的图。
图2是比较地表示根据本发明用R32并取为0.7≤m≤1.5的范围内的场合，和用R22或R410A并在1.5≤m≤2.6内设定的场合之间，制冷能力与室内热交换器体积比率的关系的图。
图3A、3B分别是在根据本发明用R32并取为0.7≤m≤1.5的范围内的场合，和用R22或R410A并在1.5≤m≤2.6内设定的场合之间对各种数据进行比较的图。
图4是按同一冷气能力比较地表示使冷气运行时室外热交换器中的过冷却度(过冷)变化时的，用R32的场合的COP与用R22或R410A的场合的COP的图。
图5A、5B是表示使制冷剂量(对制冷剂回路的总加入量)变化而测定冷气能力为5.0kw，用R32作为制冷剂的场合的COP，和用R410A作为制冷剂的场合的COP的结果的图。再者，图5A是冷气运行时的结果，图5B是暖气运行时的结果。
图6是表示用来说明本发明的空调机的概略构成的图。
图7A、7B是冷气能力为2.8kw，按R410A尖峰基准来表示针对R32制冷剂和R410A制冷剂的制冷剂量(对制冷剂回路的总加入量)的COP的图。再者，图7A是冷气运行时的结果，图7B是暖气运行时的结果。
图8A、8B是冷气能力为2.5kw，按R410A尖峰基准来表示针对R32制冷剂的制冷剂量(对制冷剂回路的总加入量)的COP的图。再者，图8A是冷气运行时的结果，图8B是暖气运行时的结果。
图9是表示R32和R125的混合制冷剂中的R32的含量与能量效率的图。
实施发明的优选方式下面用图示的实施例详细地说明本发明的冷冻设备。
图6示出用来说明本发明的空调机的概略构成。此一空调机靠制冷剂配管41、42连接室外单元20和室内单元1而构成制冷剂回路，使R32作为制冷剂在该制冷剂回路中循环。在室内单元1中收容着作为第2热交换器的室内热交换器2。另一方面，在室外单元20中收容着压缩并排出制冷剂(R32)的压缩机23，切换制冷剂流路用的四通切换阀25，作为第1热交换器的室外热交换器22，电动膨胀阀26，进行回流的制冷剂的气液分离的分液贮存器24，冷气时和暖气时之间的制冷剂量调整用的接收器29，以及控制此一空调机的动作的微计算机60。
在进行制冷循环的冷气运行时，通过四通切换阀25的切换设定，如图6中实线所示，把由压缩机23所排出的制冷剂经由配管31、四通切换阀25、配管33送往作为冷凝器发挥功能的室外热交换器22。把在此一室外热交换器22中所冷凝的制冷剂经由配管36、节制流路而使制冷剂膨胀的的电动膨胀阀26、节流阀27、配管42送往作为蒸发器发挥功能的室内热交换器2。进而，把在此一室内热交换器2中所气化的制冷剂经由配管41、针阀28、配管34、四通切换阀25、配管32、接收器29、配管37、分液贮存器24、配管35送回压缩机23。另一方面，在进行热泵循环的暖气运行时，切换四通切换阀25，如图6中虚线所示，把由压缩机23所排出的制冷剂经由配管31、四通切换阀25、配管34、针阀28、配管41送往作为冷凝器发挥功能的室内热交换器2。把在此一室内热交换器2中所冷凝的制冷剂经由配管42、节流阀27、全开状态的电动膨胀阀26、配管36送往作为蒸发器发挥功能的室外热交换器22。进而，把在此一室外热交换器22中所气化的制冷剂经由配管33、四通切换阀25、配管32、接收器29、配管37、分液贮存器24、配管35送回压缩机23。
再者，在室内单元1中，设有检测室内气氛温度Troom的温度传感器51，和检测室内热交换器温度Tin的温度传感器52。此外，在室外单元20中，设有检测室外气氛温度Tatm的温度传感器53，检测室外热交换器温度Tout的温度传感器54，检测压缩机排气温度Tdis的温度传感器55，以及检测压缩机吸气温度Tsuc的温度传感器56。微计算机60基于这些温度传感器的输出或用户的设定来控制制冷剂回路的动作。
在此一空调机中，根据本发明，用R32作为制冷剂，而且在0.7≤m≤1.5的范围内设定室外热交换器22的内体积Vout与室内热交换器2的内体积Vin之比m(＝Vout/Vin)。再者，为了使热交换器的内体积变化，使贯通热交换器的散热翅片的传热管(制冷剂通过其内部)的内径变化就可以了。在这样做的场合，与现有技术相比，特别是与用R410A的场合相比，可以减小室外热交换器22的内体积，从而减小室外热交换器22的尺寸。因而，在成本方面或产品尺寸方面变得有利。
而且，如图1中所示，用R32并取为0.7≤m≤1.5的范围内的场合，可以得到与用R22或R410A并在1.5≤m≤2.6内设定的场合同等或其以上的COP。详细地说，如图3A、3B中所示，如果按冷气能力2.5kW、2.8kW、5.0kW分别比较用R32的场合的COP和用R22或R410A的场合的COP，则虽然随着m的加大COP变大的倾向两者是相同的，但是在前者中m＝0.912、0.954、1.335时的理论COP与在后者中m＝1.676、1.763、2.269时的理论COP相同。其中，在图3A、3B中，对用R32的场合的制冷剂回路的制冷剂加入量设定成对用R410A的场合的制冷剂回路的制冷剂加入量的70wt％。这里，用理论COP来进行比较的理由是因为把压缩机效率取为相同而进行评价的缘故(在本说明书中，除非特别指出，单单说到COP时是指实际机器中的COP)。此外，制冷能力(kW)的测定法依据日本工业标准(JIS)C9612的规定。
像这样在用R32的场合即使在0.7≤m≤1.5的范围内把m设定得小些，也可以得到与用R22或R410A并设定成1.5＜m的场合同等或其以上的COP的理由可以认为是因为R32与R22、R410A或R407C相比具有热容量大而低压力损失的特性的缘故。因而，如图4中所示，在用R32的场合与用R410A等的场合相比，即使把过冷却度设定得小些COP也不会降低太多。
图2基于图3A、3B的数据示出按冷气能力2.5kW、2.8kW、5.0kW分别比较用R32的场合与用R22或R410A的场合时的室内热交换器体积比率。这里，所谓室内热交换器体积比率用室内热交换器的内体积/(室内热交换器的内体积+室外热交换器的内体积)来定义。从图2可以看出，在用R32并取为0.7≤m≤1.5的范围内的场合，室内热交换器体积比率为39％～54％，与此成对照，在用R22或R410A并设定成1.5＜m≤2.6的场合，室内热交换器体积比率为30％～38％。
图5A、5B示出分别用R410A和R32作为制冷剂，冷气能力为5.0kW的场合的冷气时和暖气时的制冷剂量(g)与COP的关系。
在用R32的场合，从图5A、5B可以看出，在冷气时与暖气时之间对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量，与现有技术(用R22或R410A的场合)相比接近。详细地说，给出用R32的场合的COP峰值的最佳制冷剂量可以求出冷气运行时960g，暖气运行时840g。另一方面，用R410A的场合的最佳制冷剂量可以求出冷气运行时1300g，暖气运行时1100g。根据此一结果可以看出，用R32的场合与用R410A的场合相比，冷气时中的对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量与暖气时中的对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量的比率接近于1。因而，可以在制冷剂回路中省略接收器29并把分液贮存器24小型化，在成本方面或产品尺寸方面变得有利。
图7A、7B分别示出用R410A和R32作为制冷剂，冷气能力为2.8kw的场合中的冷气时和暖气时的制冷剂量(g)与系统COP(％)的关系。如图7A、7B中所示，冷气能力为2.8kw的场合也与冷气能力为5.0kw的场合同样，R32的COP加大，此外，在冷气时与暖气时之间对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量，与用R410A的场合相比接近。详细地说，用R32的场合的给出COP峰值的最佳制冷剂量可以求出冷气运行时1100g，暖气运行时1000g。另一方面，用R410A的场合的最佳制冷剂量可以求出冷气运行时1340g，暖气运行时1180g。从此一结果可以看出，用R32的场合与用R410A的场合相比，冷气时中的对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量与暖气时中的对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量的比率接近于1。
进而，图8A、8B分别示出用R410A和R32作为制冷剂，冷气能力为2.5kw的场合中的冷气时和暖气时的制冷剂量(g)与系统COP(％)的关系。可以确认冷气能力为2.5kw的场合也与2.8kw或5.0kW的场合同样，在冷气时与暖气时之间对制冷剂回路的最佳制冷剂加入量，与用R410A的场合相比接近(未画出)。
因而，冷气能力为2.5kw或者2.8kw的场合也与5.0kW的场合同样，可以在制冷剂回路中省略接收器29并把分液贮存器24小型化，在成本方面或产品尺寸方面变得有利。
再者，虽然在本实施例中就空调机进行了描述，但是当然不限于此。本发明可以广泛地运用于用R32作为制冷剂进行制冷循环的冷冻设备。
此外，本发明的原理当然不仅适用于R32单一制冷剂，也可以扩展运用于至少含有70重量％R32的混合制冷剂，实现同样的作用效果。作为R32以外的制冷剂，可以是含氟制冷剂，也可以是自然制冷剂。在自然制冷剂中含有丙烷、丁烷、CO2、氨等。作为这种混合制冷剂可以举出含有70～90wt％R32，其余成分为CO2者。此外，在把R32作为替代制冷剂加入老式冷冻设备的所谓改装或R22机的保养时等中，可以用含有70～90wt％R32，其余成分为R22者作为混合制冷剂。
此外，作为混合制冷剂可以考虑R32与R125的混合物。在R32与R125的混合制冷剂中，R32直到70重量％的区域成为液体的组成与发生蒸气的组成相同的共沸区，在它以上为非共沸区。而且，随着R32的含量增大R32的特性明确地表现出来，在非共沸区R32的特性更加明显地表现出来。
图9示出与R125的混合制冷剂中的R32的含量与能量效率的关系。R32的含量在70重量％以上时能量效率的上升显著，如果R32的含量超过大约80重量％则凌驾R22的能量效率。也就是说，R32的含量在70重量％以上时可以得到高的COP。
这样一来，R32单一制冷剂和至少含有70重量％R32的混合制冷剂如图1和图5A、5B中所示，与现有技术的R22等制冷剂相比，COP为大体上同等或其以上。此外，R32的全球变暖潜值GWP如上所述与现有技术的R22等相比大约为1/3，是极低的。因此，在R32的场合，可以用包含COP的倒数和GWP的公式表达的变暖影响总当量TEWI低于R22或R410A的TEWI(降低率10～20％)，表现出优良的全球变暖特性。
这样一来，R32制冷剂和至少含有70重量％的混合制冷剂，因为除了不引起臭氧层的破坏外，全球变暖潜值GWP或变暖影响总当量TEWI也很小，制冷系数COP很大，所以是对付全球气候变暖的节能型制冷剂。
根据以上可以明白，本发明的冷冻设备，由于用R32作为制冷剂，取为对付全球气候变暖的节能型，而且作为冷凝器发挥功能的第1热交换器的内体积(Vout)与作为蒸发器发挥功能的第2热交换器的内体积(Vin)之比m(＝Vout/Vin)在0.7≤m≤1.5的范围内设定，所以可以得到与现有技术水平的COP等同或其以上的COP，并且与现有技术相比可以减小第1热交换器的尺寸。
此外，本发明的冷冻设备，由于用至少含有70重量％R32的混合制冷剂作为上述制冷剂，所以可以得到与上述同样的作用效果。
权利要求
1.一种冷冻设备，是使R32作为制冷剂在制冷剂回路中循环而进行制冷循环的冷冻设备，其特征在于，在上述制冷剂回路中备有压缩机(23)、作为冷凝器发挥功能的第1热交换器(22)、膨胀机构(26)、以及作为蒸发器发挥功能的第2热交换器(2)，上述第1热交换器(22)的内体积(Vout)与第2热交换器(2)的内体积(Vin)之比m在0.7≤m≤1.5的范围内设定。
2.根据权利要求1所述的冷冻设备，其特征在于，用至少含有70重量％R32的混合制冷剂作为上述制冷剂。
全文摘要
本发明提供一种能防止全球气候变暖的节能型冷冻设备，使用全球变暖潜值(GWP)小的R32作为制冷剂，得到比以前更高的制冷系数COP，同时与现有技术相比可减小热交换器的尺寸，该装置在制冷回路中包括压缩机(23)，作为冷凝器发挥功能的第1热交换器(22)，膨胀机构(26)，以及作为蒸发器发挥功能的第2热交换器(2)。其中第1热交换器(22)的内体积Vout对第2热交换器(2)的内体积Vin之比m＝Vout/Vin在0.7≤m≤1.5的范围内设定。
文档编号F25B39/00GK1415062SQ00817864
公开日2003年4月30日 申请日期2000年12月18日 优先权日1999年12月28日
发明者平良繁治 申请人:大金工业株式会社