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JP2016014100A - 混合冷媒およびこれを用いた空気調和機 - Google Patents

混合冷媒およびこれを用いた空気調和機 Download PDF

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俊二 板倉
和也 船田
Kazuya Funada
和也 船田
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祐二 土屋
Yuji Tsuchiya
祐二 土屋
将弘 近藤
Masahiro Kondo
将弘 近藤
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Abstract

【課題】Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒およびこれを用いた空気調和機を提供する。
【解決手段】本発明に係る混合冷媒は、Ｒ３２を５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％、およびＲ１２５を１０〜２０重量％含んでなるものである。また、本発明に係る空気調和機は、上記の混合冷媒を用いたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気調和機に備わる冷媒回路を流通する混合冷媒およびこれを用いた空気調和機に関するものである。
近年、エアコンなどの空気調和機に備わる冷媒回路を流通する冷媒としてＲ４１０Ａが使用されている。Ｒ４１０Ａは、Ｒ３２とＲ１２５を５０％ずつ含む混合冷媒であり、地球温暖化係数（以下、ＧＷＰともいう。）が２０８８と比較的高いため、ＧＷＰが低い冷媒への転換が求められている。最近では例えばＲ３２のみを使用するエアコンが開発されている。Ｒ３２は、ＧＷＰが６７５でＲ４１０Ａの３分の１程度と比較的低いものであるが、僅かな燃焼性を有する微燃性冷媒に分類される。
Ｒ３２を家庭用エアコンの冷媒として使用する場合、その微燃性に対応した防爆設計が必要となる。また、ビル用大型マルチエアコンでは使用する冷媒量が大量になるため、エアコンの作動中またはメンテナンス作業中に冷媒がエアコン外部に漏洩した際に着火した場合の被害が大きくなるおそれがある。
一方、エアコンに使用可能な冷媒としてＲ１２３４ｚｅが知られている（例えば、特許文献１を参照）。Ｒ１２３４ｚｅは、ＧＷＰが６と非常に低いものであるが、Ｒ１２３４ｚｅの潜熱などの冷媒性能はＲ４１０ＡやＲ３２よりもかなり低く、電力消費を含めた機器トータルでの温暖化防止に課題がある。
特許第５０２１０７９号公報
このため、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能でありながら、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い冷媒の開発が望まれていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒およびこれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る混合冷媒は、Ｒ３２とＲ１２３４ｚｅとＲ１２５を含む混合冷媒であって、前記Ｒ３２を５０〜７０重量％含んでなることを特徴とする。
また、本発明に係る混合冷媒は、上述した発明において、前記Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％含んでなることを特徴とする。
また、本発明に係る混合冷媒は、上述した発明において、前記Ｒ１２５を１０〜２０重量％含んでなることを特徴とする。
また、本発明に係る混合冷媒は、上述した発明において、温度勾配が５Ｋ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る混合冷媒は、上述した発明において、ＧＷＰがＲ４１０ＡのＧＷＰの半分以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る混合冷媒は、上述した発明において、燃焼速度が５ｃｍ／ｓ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る空気調和機は、上述した混合冷媒を用いたことを特徴とする。
また、本発明に係る他の空気調和機は、上述した発明において、冷媒量４ｋｇ以上の前記混合冷媒を流通する冷媒回路を備えることを特徴とする。
本発明に係る混合冷媒によれば、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒を提供することができる。
また、本発明に係る空気調和機によれば、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有した混合冷媒を使用しているので、既存のＲ４１０Ａを用いた空気調和機に備わる冷媒回路と同等の冷媒回路を適用できる。また、燃焼性がＲ３２よりも低いので、空気調和機としての安全性を向上させることができる。
図１は、本発明に係る混合冷媒の実施の形態を示す三角座標による組成図である。 図２は、本発明に係る混合冷媒の組成比による冷媒特性を説明する概略図である。 図３は、組成比による冷媒特性を説明する詳細図である。 図４は、組成比による冷媒特性を説明する詳細図である。 図５は、組成比による冷媒特性を説明する詳細図である。 図６は、組成比による冷媒特性を説明する詳細図である。 図７は、組成比による冷媒特性を説明する詳細図である。
以下に、本発明に係る混合冷媒およびこれを用いた空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（混合冷媒）
まず、本発明に係る混合冷媒について説明する。
図１は、本発明に係る混合冷媒の組成を表す三角座標である。三角座標とは、正三角形の各辺をグラフ化する３項目とし、それらの項目の比率を正三角形内部の点から各辺への垂線の長さで表現したグラフである。この三角座標は正三角形内部の任意の点から各辺への垂線の和が一定値になることを利用しており、この一定値が三項目の比率の和である１００%に相当する。このとき、３つの頂点はそれぞれ、Ｒ３２が１００重量％、Ｒ１２３４が１００重量％、Ｒ１２５が１００重量％であることを指す。本発明に係る混合冷媒は、図１における範囲Ｒに含まれるものであって、詳細には、Ｒ３２を５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％、およびＲ１２５を１０〜２０重量％含んでなるものである。
ここで、Ｒ３２と、Ｒ１２３４ｚｅと、Ｒ１２５の各冷媒は、それぞれ性質に長所と短所を有している。
Ｒ１２３４ｚｅは、ＧＷＰが６と非常に低い。また、冷媒性能の指標の一つである潜熱が１５０．２２ｋｊ／ｋｇ（飽和温度＝４５℃のとき）と低い。さらに、燃焼性の指標の一つである燃焼速度が５．２ｃｍ／ｓという性質を有している。
Ｒ１２５は、ＧＷＰが３５００と非常に高い。また、冷媒性能の指標の一つである潜熱が８４．５３ｋｊ／ｋｇ（飽和温度＝４５℃のとき）である。ただし、不燃冷媒（燃焼速度が０ｃｍ／ｓ）であるという性質を有している。
Ｒ３２は、ＧＷＰが６７５と比較的低い。また、冷媒性能の指標の一つである潜熱が２２４．０ｋｊ／ｋｇ（飽和温度＝４５℃のとき）と比較的良好である。一方、燃焼性の指標の一つである燃焼速度は６．７ｃｍ／ｓと高い性質を有している。
したがって、Ｒ１２３４ｚｅとＲ１２５とＲ３２の３種類の冷媒を後述する所定の混合比で混合して得られる本発明の混合冷媒は、各々の冷媒の混合比率に応じて、各冷媒の性質に由来する性質を示す。
なお、図１においては、参考としてＲ４１０Ａの位置を三角座標の右側の辺の中間部に示している。Ｒ４１０Ａは、Ｒ３２とＲ１２５を５０％ずつ含む混合冷媒である。
本発明に係る混合冷媒は、図１のハッチングで示された範囲Ｒに位置するものである。本発明においては、冷媒性能が比較的良いＲ３２をベースとして、これに不燃冷媒のＲ１２５を含ませている。ただし、着火した場合の燃触速度をＲ３２（Ｒ３２の燃焼速度は６．７ｃｍ／ｓ）よりも低下させるために、Ｒ１２５の組成比率を１０％以上に設定している。
ここで、Ｒ１２５の組成比率が増加するとＧＷＰが上昇することから、ＧＷＰが非常に低いＲ１２３４ｚｅを含ませる。この場合、３種の混合冷媒のＧＷＰをＲ４１０Ａの半分程度に抑制するには、Ｒ１２３４ｚｅの組成比率を２０％以上にする必要がある。ただし、Ｒ１２３４ｚｅの組成比率を過剰に多くすると冷媒性能が低下してしまうことから、沸点の高いＲ１２３４ｚｅの組成比率は３０％以下に制限している。
図２は、本発明に係る混合冷媒の組成比による冷媒特性を説明する概略図である。
図２において、Ｒ３２の組成比率が５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅが２０〜３０重量％のものが本発明に係る混合冷媒に対応している。右端の列は、Ｒ４１０Ａの冷媒特性を表しており、右端から２番目の列は、Ｒ３２単体の冷媒特性を表している。
Ｒ３２単体の燃焼速度６．７ｃｍ／ｓが本発明に係る混合冷媒の燃焼性の指標となり、燃焼性がＲ３２よりも低いとは、燃焼速度がＲ３２単体の燃焼速度６．７ｃｍ／ｓよりも低いものとなることを意味している。ここで、冷媒の燃焼速度は、ＩＳＯ８１７に準拠した測定方法により測定する。
Ｒ３２が７０％の場合の燃焼速度は５．０ｃｍ／ｓであり、６．７ｃｍ／ｓよりも大幅に低く（２５％以上低下）なる。このように、Ｒ３２の組成比率を７０％まで抑制すれば、燃焼速度の大幅な低下が可能である。このように、燃焼速度をＲ３２よりも低くすることで、着火した場合の被害をＲ３２よりも低減できる。
なお、図２の燃焼速度の項目において、「５〜６．７」と表記されているものは、燃焼速度が５〜６．７ｃｍ／ｓの間にあることを意味し、また「測定不能」と表記されているものは、計測器の測定限界以下を意味している。
一方、右端の列のＲ４１０ＡのＧＷＰは２０８８であるが、本発明ではＧＷＰを大幅に（Ｒ４１０ＡのＧＷＰの半分以下に）低減することを目標とする。Ｒ３２の組成比率を５０％以上とすればＧＷＰは１０３９以下となるので、ＧＷＰをＲ４１０Ａの半分以下に低減することが可能である。なお、Ｒ３２の組成比率を４５％以下とするとＧＷＰは１０９３以上となるので、ＧＷＰをＲ４１０Ａの半分以下に低減することはできない。
他方、混合冷媒の冷媒性能の指標の一つである温度勾配（同圧力での飽和ガスと飽和液との温度差）が大きい場合には、伝熱性能が低下し、その混合冷媒を使用した空気調和機での性能低下が大きくなる。したがって、温度勾配は５Ｋ以下となるようにすることが望ましい。なお、冷媒の特性である潜熱も冷媒性能の指標の一つであり、Ｒ４１０Ａと比較して潜熱が高くなっていれば、５Ｋ程度の温度勾配による伝熱性能の低下があったとしても、混合冷媒の冷媒性能としてはＲ４１０Ａと同等となる。図２に示すとおり、このため、Ｒ３２の組成比率を、温度勾配が５Ｋ程度以下に留まる５０％以上に設定することができる。
このように、Ｒ３２を５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％、およびＲ１２５を１０〜２０重量％含んでなるもので混合冷媒を構成すれば、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａの半分以下で、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒を提供することができる。
また、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能（温度勾配５Ｋ以下）にすることで、本発明に係る混合冷媒を既存の空気調和機に備わる冷媒回路と同等の冷媒回路を適用できる。このため、既存の空気調和機を改造することなく、そのまま使用することができる。
なお、図３〜図７は、本発明に係る混合冷媒の組成比による冷媒特性を説明する詳細図であり、Ｒ３２を５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％、およびＲ１２５を１０〜２０重量％の条件を満たす組成比は網掛けをしている。
（空気調和機）
次に、本発明に係る空気調和機について説明する。
本発明に係る空気調和機は、冷媒回路を流通する冷媒として、上述した混合冷媒、すなわちＲ３２を５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％、およびＲ１２５を１０〜２０重量％含んでなる混合冷媒を用いたものである。
ここで、空気調和機が、冷媒量４ｋｇ以上の大量の冷媒が流通する冷媒回路を備える場合でも、使用する混合冷媒の燃焼速度が低いものとなるので、空気調和機としての安全性を向上させることができる。また、ビル用大型マルチエアコンなどの冷媒を大量（例えば冷媒量４ｋｇ以上）に使用するエアコンに本発明の混合冷媒を適用した場合に、エアコンの作動中またはメンテナンス作業中において混合冷媒がエアコン外部に漏洩しても、この混合冷媒の燃焼速度は低いので、着火による被害をＲ３２よりも抑えることができる。
以上説明したように、本発明に係る混合冷媒によれば、Ｒ３２を５０〜７０重量％、Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％、およびＲ１２５を１０〜２０重量％含んでなるので、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有し、ＧＷＰがＲ４１０Ａよりも低く、かつ、燃焼性がＲ３２よりも低い混合冷媒を提供することができる。
また、本発明に係る空気調和機によれば、Ｒ４１０Ａと同等の冷媒性能を有した混合冷媒を使用しているので、既存のＲ４１０Ａを用いた空気調和機に備わる冷媒回路をそのまま適用できる。また、燃焼性がＲ３２よりも低いので、空気調和機としての安全性を向上させることができる。

Claims (8)

  1. Ｒ３２とＲ１２３４ｚｅとＲ１２５を含む混合冷媒であって、前記Ｒ３２を５０〜７０重量％含んでなることを特徴とする混合冷媒。
  2. 前記Ｒ１２３４ｚｅを２０〜３０重量％含んでなることを特徴とする請求項１に記載の混合冷媒。
  3. 前記Ｒ１２５を１０〜２０重量％含んでなることを特徴とする請求項１又は２に記載の混合冷媒。
  4. 温度勾配が５Ｋ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の混合冷媒。
  5. ＧＷＰがＲ４１０ＡのＧＷＰの半分以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の混合冷媒。
  6. 燃焼速度が５ｃｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の混合冷媒。
  7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の混合冷媒を用いたことを特徴とする空気調和機。
  8. 冷媒量４ｋｇ以上の前記混合冷媒を流通する冷媒回路を備えることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。
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