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CN115885139A - 制冷装置 - Google Patents

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CN115885139A
CN115885139A CN202180048552.8A CN202180048552A CN115885139A CN 115885139 A CN115885139 A CN 115885139A CN 202180048552 A CN202180048552 A CN 202180048552A CN 115885139 A CN115885139 A CN 115885139A
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CN
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heat
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side refrigerant
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Application number
CN202180048552.8A
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English (en)
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大久保瞬
土屋立美
仲上翼
山田拓郎
德野敏
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Abstract

本发明的课题在于，提供新的多级制冷装置。该制冷装置具备：利用侧热输送循环，其具有利用侧压缩机、利用侧热交换器、利用侧减压装置和利用侧级联热交换器，使利用侧制冷剂循环；热源侧热输送循环，其具有热源侧压缩机、热源侧热交换器、热源侧减压装置和热源侧级联热交换器，使热源侧制冷剂循环；级联热交换器，其使上述利用侧冷凝器的上述利用侧制冷剂与上述热源侧蒸发器的上述热源侧制冷剂进行热交换；控制装置，上述利用侧制冷剂是沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂，且上述热源侧制冷剂是沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂。将这样的制冷装置作为解决手段。

Description

制冷装置
技术领域
本发明涉及制冷装置。
背景技术
提出有具备利用侧热输送循环和热源侧热输送循环的、二级制冷剂循环的所谓的二级制冷装置(专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第WO2015/140872号
专利文献2：国际公开第WO2015/140873号
发明内容
发明所要解决的问题
本申请的课题在于提供一种新的多级制冷装置。
用于解决问题的技术方案
项1.一种制冷装置，其具备：
利用侧热输送循环，其使利用侧制冷剂循环；
热源侧热输送循环，其使热源侧制冷剂循环；
级联热交换器，其使上述利用侧制冷剂与上述热源侧制冷剂进行热交换，
上述利用侧制冷剂是沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂，且上述热源侧制冷剂是沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂。
项2.如项1所记载的制冷装置，其中，
上述热源侧热输送循环为具有热源侧压缩机、热源侧热交换器、热源侧减压装置和热源侧级联热交换器的蒸汽压缩式制冷循环。
项3.如项1或2所记载的制冷装置，其中，
上述利用侧热输送循环为具有利用侧压缩机、利用侧热交换器、利用侧减压装置和利用侧级联热交换器的蒸汽压缩式制冷循环。
项4.如项1或2所记载的制冷装置，其中，
上述利用侧热输送循环为具有泵、利用侧热交换器和利用侧级联热交换器的热输送循环。
项5.如项1～4中任一项所述的制冷装置，其中，
上述热源侧制冷剂和上述利用侧制冷剂在上述级联热交换器中的流通方向为逆流。
项6.如项1～5中任一项所述的制冷装置，其中，
上述热源侧制冷剂是燃烧速度为10cm/s以下的制冷剂，且上述利用侧制冷剂是燃烧速度为3cm/s以下的制冷剂。
项7.如项1～6中任一项所述的制冷装置，其中，
上述热源侧制冷剂是由ASHRAE分类为2L级的制冷剂，且上述利用侧制冷剂是由ASHRAE分类为A1级的制冷剂。
项8.如项1～5中任一项所述的制冷装置，其中，
上述热源侧制冷剂包含HFO－1123和/或HFO－1132。
项9.如项1～7中任一项所述的制冷装置，其中，
上述热源侧制冷剂为R32、R452B或R454B，且上述利用侧制冷剂为选自R513A、R515A、R515B、R1224、R1234yf、R1234ze、R1233及R1336中的至少一种。
项10.如项1～8中任一项所述的制冷装置，其中，
上述热源侧制冷剂为包含HFO－1132的制冷剂，且上述利用侧制冷剂为选自R513A、R515A、R515B、R471A、R1224、R1234yf、R1234ze、R1233及R1336中的至少一种。
项11.如项1～10中任一项所述的制冷装置，其为空调设备、冰箱、冰柜、冷水机、制冰机、冷蔵陈列柜、冷冻陈列柜、冷冻冷藏机组、冷冻冷藏仓库用制冷机、车载用空调设备、涡轮制冷机或螺杆制冷机。
项12.如项1～10中任一项所述的制冷装置，其为家庭用空调设备、商用空调设备、工业用空调设备、或大楼用多功能空调设备。
发明效果
根据本发明，能够提供能够安全地使用沸点低、高压力且高密度且制冷能力高的制冷剂那样的新的多级制冷装置。
附图说明
图1是用于说明本发明的制冷装置的结构的图。
图2是用于说明本发明的制冷装置的结构的图。
具体实施方式
本发明的制冷装置具备：
利用侧热输送循环，其使利用侧制冷剂循环；
热源侧热输送循环，其使热源侧制冷剂循环；
级联热交换器，其使上述利用侧制冷剂与上述热源侧制冷剂进行热交换，
上述利用侧制冷剂是沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂，且上述热源侧制冷剂是沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂。
热源侧是指室外机侧，也记载为高级侧、高温侧、初级侧。从性能提高的观点来看，优选在热源侧使用具有优异的制冷剂特性的制冷剂。利用侧是指室内机侧，也记载为低级侧、负荷侧、低温侧、次级侧。从直接冷却人或对象物的观点来看，优选在利用侧使用安全性高的制冷剂。
本发明的制冷装置是至少具备利用侧热输送循环(负荷用热介质回路)和热源侧热介质回路的二级热输送循环的所谓的多级制冷装置。本发明的制冷装置也可以具备3级以上的热输送循环。
级联热交换器在后述那样制冷运转的情况下，具有热源侧级联热交换器和利用侧级联热交换器，进行热交换。具体而言，在制冷运转的情况下，制冷剂在利用侧级联热交换器冷凝，制冷剂在热源侧级联热交换器蒸发，因此，热从利用侧向热源侧移动。
利用侧热输送循环使利用侧制冷剂循环。利用侧热输送循环也可以是蒸汽压缩式制冷循环。作为蒸汽压缩式制冷循环的利用侧制冷循环具有利用侧压缩机、利用侧热交换器、利用侧减压装置、以及利用侧级联热交换器。
另外，利用侧热输送循环也可以是泵式热输送循环。作为泵式热输送循环的利用侧热输送循环具有泵、利用侧热交换器和利用侧级联热交换器。
例如，如图1所示，作为利用侧减压装置，能够使用膨胀阀13等。或者，作为利用侧减压装置，也能够使用毛细管等其它的减压装置。另外，利用侧热交换器也能够作为冷热源使用。
例如，在利用侧热输送循环的必要制冷剂量根据运转状况的变化大幅变动的情况等时，例如如图2所示，也可以在将利用侧级联热交换器12和利用侧膨胀阀13之间连通的配管中配设受液器15。
利用侧热输送循环优选具有检测利用侧热输送循环的高压压力的利用侧高压压力检测装置、和检测利用侧热输送循环的低压压力的利用侧低压压力检测装置。另外，利用侧热输送循环优选具有检测从利用侧压缩机喷出的利用侧制冷剂的温度的利用侧喷出温度检测装置。
利用侧高压压力检测装置及利用侧低压压力检测装置只要是实质上检测压力的装置即可。即，利用侧高压压力检测装置及利用侧低压压力检测装置既可以是检测利用侧制冷剂的压力本身，另外，也可以是检测能够换算成利用侧制冷剂的压力的其它的物理量。
利用侧喷出温度检测装置只要是实质上检测温度的装置即可。即，利用侧喷出温度检测装置既可以是检测利用侧制冷剂的喷出温度本身，另外，也可以是检测能够换算成利用侧制冷剂的喷出温度的其它的物理量。
例如，如图1所示，利用侧热输送循环10具有作为利用侧高压压力检测装置的利用侧高压压力传感器21、作为利用侧低压压力检测装置的利用侧低压压力传感器22、以及作为利用侧喷出温度检测装置的利用侧喷出温度传感器23。利用侧高压压力传感器21优选配设于连通利用侧级联热交换器12和利用侧膨胀阀13之间的配管。利用侧低压压力传感器22优选配设于连通利用侧热交换器14和利用侧压缩机11之间的配管。利用侧喷出温度传感器23优选配设于连通利用侧压缩机11和利用侧冷凝器12之间的配管。此外，利用侧热输送循环在不必要的情况下，也可以不具有这些传感器的一部分或全部。
本发明的制冷装置还可以具有控制装置。利用侧高压压力检测装置的检测信号、利用侧低压压力检测装置的检测信号、以及利用侧喷出温度检测装置的检测信号被输入至控制装置。控制装置控制本发明的制冷装置的全部工作。构成控制装置的全部或一部分例如也可以由微电脑或微处理器单元等；可更新固件等的软件；或根据来自CPU等的指令而执行的程序模块等构成。
利用侧制冷剂是沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂。
热源侧热输送循环使热源侧制冷剂循环。热源侧热输送循环优选为蒸汽压缩式制冷循环。作为蒸汽压缩式制冷循环的热源侧制冷循环具有热源侧压缩机、热源侧热交换器、热源侧减压装置、热源侧级联热交换器。
热源侧压缩机为能力可变式。作为热源侧减压装置，能够使用膨胀阀等。或者，作为热源侧减压装置，也能够使用毛细管等其它的减压装置。
热源侧制冷剂是沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂。
在制冷运转的情况下，利用侧冷凝器及热源侧蒸发器内置于级联热交换器。在使用非共沸混合制冷剂时，在级联热交换器中，利用侧冷凝器的利用侧制冷剂与热源侧蒸发器的热源侧制冷剂进行热交换。从防止温度梯度引起的热交换效率降低的观点来看，优选热源侧制冷剂和利用侧制冷剂在级联热交换器中的流通方向为逆流。
在制热运转的情况下，利用侧蒸发器及热源侧冷凝器内置于级联热交换器。在使用非共沸混合制冷剂时，在级联热交换器中，利用侧蒸发器的利用侧制冷剂与热源侧冷凝器的热源侧制冷剂进行热交换。从防止温度梯度引起的热交换效率降低的观点来看，优选热源侧制冷剂和利用侧制冷剂在级联热交换器中的流通方向为逆流。
根据本发明，作为热源侧制冷剂，通过使用沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂这样的、密度较高、性能良好的制冷剂，能够将制冷循环的效率维持在优选的范围内，且作为利用侧制冷剂，能够使用沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂。这样，根据本发明，通过在热源侧使用性能高的制冷剂，即使在利用侧不使用性能与其同程度的制冷剂，也能够将循环整体的性能确保在良好的范围内。此外，在制冷剂中，具有沸点在－30℃以上且25℃以下、但在低GWP及低燃烧性方面优异的制冷剂，因此，在本发明中，也能够适当使用这些制冷剂。
根据本发明，作为利用侧制冷剂，能够使用这种在低GWP方面优异的制冷剂，因此，有时可以在装置整体中维持性能，同时降低使用的制冷剂的GWP的合计。在这一点上，热源侧制冷剂的GWP优选为750以下，更优选为500以下，进一步优选为300以下，最优选为150以下。另外，利用侧制冷剂的GWP优选为750以下，更优选为500以下，进一步优选为300以下，最优选为150以下。
或者，作为利用侧制冷剂，能够使用在上述那样的低燃烧性方面优异的制冷剂，因此，通过将利用侧热输送循环配置于容易造成人员损失的区域，有时在装置整体中维持性能，同时能够进一步降低制冷剂泄漏时的火灾造成的人员损失的风险。在可能导致人员损失的利用侧能够使用安全性更高的制冷剂这一点上，热源侧制冷剂的燃烧速度优选为10cm/s以下，更优选为9cm/s以下，进一步优选为8cm/s以下，最优选为7cm/s以下。另外，利用侧制冷剂的燃烧速度优选为5cm/s以下，更优选为3cm/s以下，进一步优选为2cm/s以下，最优选为1.5cm/s以下。
为了使本发明的制冷装置适于实际使用，作为利用侧制冷剂，通过使用沸点为25℃以下的制冷剂，能够使其饱和蒸汽压为大气压以上，故优选。在这一点上，利用侧制冷剂在25℃的饱和压力优选为0.0MPaG以上，更优选为0.01MPaG以上，进一步优选为0.03MPaG以上，最优选为0.05MPaG以上。另外，利用侧制冷剂在25℃的饱和压力优选为5MPaG以下，更优选为4MPaG以下，进一步优选为3MPaG以下，最优选为2MPaG以下。
为了使本发明的制冷装置适于实际使用，作为利用侧制冷剂，通过使用沸点为－30℃以上的制冷剂，能够将其压力维持在不超过配管的耐压限度的程度的压力。在这一点上，作为利用侧制冷剂，优选使用沸点为－30℃以上的制冷剂，更优选使用沸点为－25℃以上的制冷剂，进一步优选使用沸点为－20℃以上的制冷剂。
另外，在降低使用制冷循环时的耗电量产生的对地球环境的影响的观点上，热源侧制冷剂的COP优选与R410A相比达到95％以上，更优选达到100％以上，进一步优选达到101％以上，更进一步优选达到102％以上。
在缩小设备尺寸并降低设备制造造成的对地球环境的影响的观点上，热源侧制冷剂的制冷能力优选与R410A相比达到60％以上，更优选达到70％以上，进一步优选达到80％以上，更进一步优选达到90％以上，最优选达到100％以上。
在要进一步降低制冷剂泄漏时的火灾造成的人员损失的风险的情况下，作为热源侧制冷剂及利用侧制冷剂的组合的例子，例如，可举出热源侧制冷剂是燃烧速度为10cm/s以下的制冷剂，且利用侧制冷剂是燃烧速度为3cm/s以下的制冷剂的组合。或者，作为上述情况下的热源侧制冷剂及利用侧制冷剂的组合的例子，也可举出热源侧制冷剂是由美国制热制冷空调学会(ASHRAE)分类为2L级的制冷剂，且利用侧制冷剂是由ASHRAE分类为A1级的制冷剂的组合。
作为热源侧制冷剂的例子，在实际上仅由单独的化合物构成的制冷剂的情况下，可举出HFO－1123、HFO－1132及R32等。作为热源侧制冷剂的例子，在为多个化合物的混合物的情况下，可举出选自由HFO－1123、HFO－1132、R1234yf及R32构成的组中的至少两种混合物、以及R452B及R454B等。这里，R452B为R32、R125及R1234yf的混合物(R32：R125：R1234yf(质量比)＝67：7：26)，R454B为R32及R1234yf的混合物(R32：R1234yf(质量比)＝68.9：31.1)。
作为热源侧制冷剂及利用侧制冷剂的具体例，例如，可举出以下的表所示的组合。
[表1]
Figure BDA0004041061250000081
与HFO－1132的混合物也可以含有选自HFC32、HFO1234yf、HFO1234ze(E)和CO2中的至少一种。
上述中，作为HFO－1132，优选为HFO－1132(E)、HFO－1132(z)、HFO－1132a，最优选为HFO－1132(E)。与HFO－1123的混合物也可以含有选自HFC32、HFO1234yf、HFO1234ze(E)和CO2中的至少一种。
作为热源侧制冷剂及利用侧制冷剂的组合的例子，可举出热源侧制冷剂为R32、R452B或R454B，且利用侧制冷剂为选自R513A、R515A、R515B、R1224、R1234yf、R1234ze、R1233及R1336中的至少一种的组合。该组合在热源侧中使用的制冷剂的冷冻能力(Capacity)高这一点上优选。
作为热源侧制冷剂及利用侧制冷剂的组合的例子，可举出热源侧制冷剂为包含HFO－1132的制冷剂，且利用侧制冷剂为选自R513A、R515A、R515B、R471A、R1224、R1234yf、R1234ze、R1233及R1336中的至少一种的组合。该组合在能够降低系统整体的GWP(CO2吨)这一点上优选。
需要说明的是，本说明书中，HFO－1132表示HFO－1132a、HFO－1132(E)及HFO－1132(Z)中的任一种。R1224表示HCFO－1224yd(E)、HCFO－1224yd(Z)、HCFO－1224zb(E)、HCFO－1224zb(Z)、HCFO－1224xe(E)和HCFO－1224xe(Z)中的任一种。R1234表示HFO－1234yf、HFO－1234ze(E)和HFO－1234ze(Z)中的任一种。R1233表示HCFO－1233zd(E)、HCFO－1233zd(Z)和HCFO－1233xf中的任一种。另外，R1336表示HFO－1336mzz(E)、HFO－1336mzz(Z)、HFO－1336mcy、HFO－1336mcz(E)和HFO－1336mez(Z)中的任一种。在将这些HFO或HCFO用于制冷剂时，有时省略HFO－或HCFO－的记载，而如R1234yf那样记载为“R○○”。
本发明的制冷装置优选为空调设备、冰箱、冰柜、冷水机、制冰机、冷蔵陈列柜、冷冻陈列柜、冷冻冷藏机组、冷冻冷藏仓库用制冷机、车载用空调设备、涡轮制冷机或螺杆制冷机。
本发明的制冷装置更优选为家庭用空调设备、商用空调设备、工业用空调设备、或大楼用多功能空调设备。
实施例
以下，举出实施例说明本发明，但本发明不限定于这些实施例等。
关于系统整体的GWP，根据以下的式计算。
系统整体的GWP(CO2吨)＝(热源侧制冷剂的GWP)×(热源侧制冷剂的填充量)+(利用侧制冷剂的GWP)×(利用侧制冷剂的填充量)
这些数值低的一方对全球变暖的影响少。
通过使表2所示的利用侧制冷剂及热源侧制冷剂如图1所示那样分别在利用侧热输送循环及热源侧热输送循环中循环，进行制冷装置的运转。求得热源侧的COP比及冷冻能力比(均为相对于R410A的值的比率(％))、热源侧制冷剂及利用侧制冷剂的燃烧速度(cm/s)、以及利用侧制冷剂的25℃下的饱和蒸汽压(表压)(MPaG)，并记载于表2及3中。
[表2]
Figure BDA0004041061250000111
[表3]
Figure BDA0004041061250000121
比较例及实施例中使用的各制冷剂的沸点如下。
R410A：－51℃
R32：－52℃
R452B：－51℃
R452B：－51℃
R454C：－46℃
R513A：－29℃
R515B：－19℃
R1234ze(E)：－19℃
R1336mcy：+1℃
R1224yd(Z)：+14℃
R1336mzz(E)：+7℃
在图1所示的制冷装置中明确了，通过使用沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂这样的、密度较高、性能良好的制冷剂作为热源侧制冷剂，即使在作为利用侧制冷剂使用了沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂的情况下，制冷循环的效率也成为COP100％以上且制冷能力成为60％以上，能够将制冷循环效率维持在优选的范围内。
另外，明确了通过使用沸点为25℃以下的制冷剂作为利用侧制冷剂，能够使其饱和蒸汽压为大气压以上。另外，明确了通过使用了沸点为－30℃以上的制冷剂作为利用侧制冷剂，能够将其压力维持在不超过配管的耐压限度的程度的压力。
附图标记说明
1：制冷装置
10：利用侧热输送循环
11：利用侧压缩机
12：利用侧级联热交换器
13：利用侧膨胀阀
14：利用侧热交换器
15：利用侧受液器
15a：可溶栓
21：利用侧高压压力传感器
22：利用侧低压压力传感器
23：利用侧喷出温度传感器
30：热源侧热输送循环
31：热源侧压缩机
32：热源侧热交换器
33：热源侧膨胀阀
34：热源侧级联热交换器
35：冷却部
40：级联热交换器
50：控制装置

Claims (12)

1.一种制冷装置，其特征在于具备：
利用侧热输送循环，其使利用侧制冷剂循环；
热源侧热输送循环，其使热源侧制冷剂循环；
级联热交换器，其使所述利用侧制冷剂与所述热源侧制冷剂进行热交换，
所述利用侧制冷剂是沸点为－30℃以上且25℃以下的制冷剂，且所述热源侧制冷剂是沸点为－55℃以上且低于－30℃的制冷剂。
2.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧热输送循环为具有热源侧压缩机、热源侧热交换器、热源侧减压装置和热源侧级联热交换器的蒸汽压缩式制冷循环。
3.如权利要求1或2所述的制冷装置，其特征在于，
所述利用侧热输送循环为具有利用侧压缩机、利用侧热交换器、利用侧减压装置和利用侧级联热交换器的蒸汽压缩式制冷循环。
4.如权利要求1或2所述的制冷装置，其特征在于，
所述利用侧热输送循环为具有泵、利用侧热交换器和利用侧级联热交换器的热输送循环。
5.如权利要求1～4中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧制冷剂和所述利用侧制冷剂在所述级联热交换器中的流通方向为逆流。
6.如权利要求1～5中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧制冷剂是燃烧速度为10cm/s以下的制冷剂，且所述利用侧制冷剂是燃烧速度为3cm/s以下的制冷剂。
7.如权利要求1～6中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧制冷剂是由ASHRAE分类为2L级的制冷剂，且所述利用侧制冷剂是由ASHRAE分类为A1级的制冷剂。
8.如权利要求1～5中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧制冷剂包含HFO－1123和/或HFO－1132。
9.如权利要求1～7中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧制冷剂为R32、R452B或R454B，且所述利用侧制冷剂为选自R513A、R515A、R515B、R1224、R1234yf、R1234ze、R1233及R1336中的至少一种。
10.如权利要求1～8中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
所述热源侧制冷剂为包含HFO－1132的制冷剂，且所述利用侧制冷剂为选自R513A、R515A、R515B、R471A、R1224、R1234yf、R1234ze、R1233及R1336中的至少一种。
11.如权利要求1～10中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
其为空调设备、冰箱、冰柜、冷水机、制冰机、冷蔵陈列柜、冷冻陈列柜、冷冻冷藏机组、冷冻冷藏仓库用制冷机、车载用空调设备、涡轮制冷机或螺杆制冷机。
12.如权利要求1～10中任一项所述的制冷装置，其特征在于，
其为家庭用空调设备、商用空调设备、工业用空调设备、或大楼用多功能空调设备。
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