CN102439381A

CN102439381A - 制冷装置

Info

Publication number: CN102439381A
Application number: CN2010800220482A
Authority: CN
Inventors: 佐藤成广
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2012-05-02
Also published as: EP2433061B1; EP2433061A2; WO2010134646A3; WO2010134646A2; JP2010270957A

Abstract

一种制冷装置，含有具有碳碳双键的氢氟烯烃作为基础组分和不具有双键的氢氟烃的混合物的制冷剂在该制冷装置中循环，该制冷装置包括从压缩机，经冷凝器2或4、膨胀机构3和蒸发器4或2，回到压缩机1延伸的制冷剂循环路径，和安装在制冷剂循环路径上的用于容纳氟化氢清除剂的氟化氢清除单元8，其中制冷剂在制冷剂循环路径中循环。

Description

制冷装置

技术领域

本发明涉及一种制冷装置，包括压缩机、冷凝器、膨胀机构和蒸发器，该制冷装置使用不含氯原子且具有碳碳双键的氢氟烯烃作为制冷剂。

背景技术

例如，含有氟原子和氢原子的氢氟烃(HFCs)已经在空调机或汽车空调中形成的制冷循环中用作制冷剂。此外，基于与制冷剂HFC的相容性的观点，极化冷冻油(polarized refrigerant oil)例如聚(亚烷基)二醇(PAG)、多元醇酯(POE)或聚乙烯醚(PVE)已经用于这样的制冷装置中。

传统上，在这样的制冷循环中使用的材料(例如氟塑料)偶尔产生氟离子。众所周知，酯类的冷冻油随后被分离到冷冻油中的氟离子分解，产生的酸成分导致制冷装置中的金属滑动材料的腐蚀和制冷装置中电动机的绝缘纸的降解。为解决以上问题，存在已知方法，例如通过树脂热处理(参见，例如专利文件1)，使从氟塑料中分离的氟离子的量降低到1ppm或更低，以冷冻油中的浓度表示。

引用列表

·专利文件1：JP-A第2004-204679号

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在常规结构中，制冷剂氢氟烯烃在高温区域比如压缩机的滑动部件中，通过与制冷循环中剩余的氧反应分解而产生氟化氢。难以防止这种方式产生氟化氢，其引起制冷循环中使用的部件可能退化的问题。

因此，本发明的目的是提供一种制冷装置，其通过除去制冷循环中产生的氟化氢并抑制制冷循环中使用的部件降解，允许较长时间的稳定运行。

为实现该目的而作出的本发明涉及一种制冷装置，含有作为基础组分的具有碳碳双键的氢氟烯烃和不具有双键的氢氟烃的混合物的制冷剂在该制冷装置中循环，该制冷装置包括从压缩机，经冷凝器、膨胀机构和蒸发器回到压缩机延伸的制冷剂循环路径，和安装在制冷剂循环路径上的用于容纳氟化氢清除剂的氟化氢清除单元，其中制冷剂在该制冷剂循环路径中循环。

发明的效果

在这种结构中，具有在制冷剂循环路径上用于容纳氟化氢清除剂的氟化氢清除单元的制冷装置，能清除制冷装置中产生的氟化氢，并将其从制冷剂循环路径中除去。从而可以防止制冷装置中(即制冷循环中)使用的部件的降解。因而可以提供允许长期的稳定运行的制冷装置。

附图说明

图1是显示本发明的实施方式1中所显示的制冷装置的制冷循环的图。

图2是说明图1中显示的干燥器/氟化氢清除单元8的纵断面的示意图。

图3是显示制冷剂混合比率与GWP的关系的表。

图4是显示本发明的实施方式2中所显示的制冷装置的制冷循环的图。

图5是说明图3中所显示的储罐(accumulator)17的纵断面的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种制冷装置，含有具有碳碳双键的氢氟烯烃作为基础组分和不具有双键的氢氟烃的混合物的制冷剂在该制冷装置中循环。该制冷装置具有从压缩机，经冷凝器、膨胀机构和蒸发器回到压缩机延伸的制冷剂循环路径，和安装在制冷剂循环路径上的用来容纳氟化氢清除剂的氟化氢清除单元，其中制冷剂在该制冷剂循环路径中循环。通过这种方式可以抑制制冷装置中使用的部件的降解，因为因制冷剂分解而在制冷装置中(制冷循环中)产生的氟化氢被氟化氢清除剂从制冷循环中排出。

更具体地，在制冷剂循环路径上，在被容纳的氟化氢清除剂能与液态的制冷剂接触的位置上安装氯化氢清除单元。当制冷剂以液态接触时，制冷循环中产生的氟化氢与氟化氢清除剂之间的碰撞(collision)可能性比以气态接触时的碰撞可能性高。从而可以通过这样的结构更有效地从制冷循环中除去氟化氢，并且通过这种方式可以进一步抑制制冷装置中使用的部件的降解。

优选地，氟化氢清除单元是容纳氟化氢清除剂的储罐。该储罐是用于容纳气液分离后得到的不蒸发气体即液态制冷剂的单元，因此具有防止将液态制冷剂吸入到压缩机的作用。由于运行期间液态制冷剂留在储罐中，因此氟化氢清除剂可以有效地除去液态制冷剂中的氟化氢。

优选地，将氟化氢清除剂制成颗粒状。这样可以提高制冷装置的可靠性，因为氟化氢清除剂变得更耐粉末化(pulverization)，从而减少产生的粉末在制冷循环中循环并堵塞阀门区域。

氟化氢清除剂优选含有碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的至少一种。通过含有上述组分可以使氟化氢清除剂不太贵。

优选地，制冷剂是以给出5或更大且750或更小的全球变暖潜能值的比率，含有氢氟烯烃四氟丙烯作为基础组分和氢氟烃二氟甲烷或/和五氟乙烷的2元或3元组分的混合物。即使未回收的制冷剂被排放到大气中，也可以使对全球变暖的不利影响最小化。

以下，将参照附图描述本发明的合适的实施方式。

(实施方式1)

图1是显示本发明的实施方式1中制冷装置的制冷循环的图。在图1中，制冷装置具有压缩制冷剂的冷却压缩机1、使制冷剂冷凝或蒸发的室外热交换器2、使制冷剂膨胀的例如具有膨胀阀的膨胀机构3和使制冷剂蒸发或冷凝的室内热交换器4作为制冷剂循环路径。制冷装置另外具有将上述部件互相连接的管道5、四通阀6和储罐7，制冷剂和冷冻油用作运转媒质。

在图1所示的制冷装置中，在膨胀机构3的区域中另外形成旁通线路，且该旁通线路具有用来容纳氟化氢清除剂、也作为干燥器的氟化氢清除单元8(以下称为清除单元)、止回阀(check valve)9和毛细管10。毛细管10通过使流经清除单元8的制冷剂的量少于流经膨胀机构3的制冷剂的量，而具有降低对制冷剂循环路径(制冷循环)运转的影响的作用。

图2是说明图1所显示的清除单元8的纵断面的示意图。在图2显示的清除单元8的实施方式中，弹簧2、冲孔金属(punching metal)13、干燥剂14(用●表示)、氟化氢清除剂15(用○表示)和网16置于铜管11中。

使用的干燥剂14是制冷循环中常用的干燥剂。具体地，最优选是分子筛，但分子筛的微孔直径应根据使用的制冷剂的分子直径适当确定。例如，如果使用含有R32的制冷剂，用作干燥剂的分子筛应具有比水的分子直径(0.28nm)大且比R32的分子直径(0.33nm)小的微孔直径。

如果其与氟化氢反应，那么不特别限定使用的氟化氢清除剂15，但优选选择在氟化氢清除反应中产出对制冷循环具有较小的不利影响的副产物的清除剂。特别优选使用在与氟化氢的反应中不引起逆反应的碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的一种或它们的混合物。碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙按照以下所示的反应式与由制冷剂分解产生的氟化氢进行反应：

2HF+CaCO₃→CaF₂+CO₂+H₂O

2HF+CaO→CaF₂+H₂O

2HF+Ca(OH)₂→CaF₂+2H₂O

如以上反应式所示，当被用作氟化氢清除剂时，碳酸钙产出氟化钙，还产出二氧化碳和水作为副产物。二氧化碳是不凝性气体，如果二氧化碳大量存在于系统中，会导致效率降低。水的产生同样是不利的，因为如果水大量存在，其可能导致例如冷冻油分解。但是如果使用碳酸钙，清除两分子的氟化氢仅产生一分子的二氧化碳和一分子的水，且清除对制冷循环有显著不利作用的氟化氢的有利作用大于不利作用。或者，当使用氧化钙或氢氧化钙作为氟化氢清除剂时，仅产生水作为副产物。因为水可以在干燥器中除去，优选在制冷循环中将干燥器与氟化氢清除剂安装在一起。因为通过氟化氢清除剂将在制冷剂的氧化反应中形成的氟化氢从制冷循环中快速除去，可以抑制制冷循环中使用的部件降解。

硫酸钙在与氟化氢的反应中也产生氟化钙，但同时产生硫酸作为副产物，可能对制冷循环部件产生不利作用，因此，不宜使用硫酸钙。

在图2的实施方式中，干燥剂14和氟化氢清除剂15以混合状态容纳在铜管11中，但可以分别容纳。

此外，期望将干燥剂14和氟化氢清除剂15分别制成具有约1mm或更大且小于10mm的直径的颗粒。干燥剂14和氟化氢清除剂15保持在网16和具有防止颗粒分离的筛孔尺寸(mesh size)的冲孔金属13之间。而且，通过弹簧12推动冲孔金属13，这样即使在制冷剂流动时，干燥剂14和氟化氢清除剂15也被保持而不移动。在这种情况下，如图2中的箭头所示，需要从距弹簧12较近的一侧的入口引入制冷剂。如果从与上述入口相对的入口引入制冷剂，当弹簧12被制冷剂流推动时，干燥剂14和氟化氢清除剂15可能不利地液化和粉化。为防止颗粒粉化，如图1所示，需要例如通过在清除单元8之后安装止回阀9来规定制冷剂进入清除单元8的流向。

图1所示的制冷装置中填充的制冷剂是以给出5或更大且750或更小的、优选300或更小的全球变暖潜能的比率，含有氢氟烯烃四氟丙烯作为基础组分和二氟甲烷或/和五氟乙烷的2元或3元组分的混合物。本文所用的“基础组分”是必然用作本实施方式的制冷剂的至少一种组分。基础组分不限于组分比例最高的组分。

具体如图3所示，当制冷剂是含有二氟甲烷的二元组分混合物时，其以300或更小的全球变暖潜能值、44wt％的量使用，而当制冷剂含有五氟乙烷时，以750或更小、19.8wt％的量和300或更小、8.4wt％的量使用。通过这种方式，即使未被回收的制冷剂被排放到大气中，也可以使其对全球变暖的不利影响最小化。按以上比率混合的制冷剂混合物具有降低的温差，并显示出与假共沸的制冷剂混合物相似的性质，即使它是非共沸的制冷剂混合物，因此，可以提高制冷装置中的冷却性能和冷却性能系数(COP)。

图1所示的冷却压缩机1中填充的冷冻油含有与制冷剂相容的冷冻油。本实施方式中酯类的冷冻油在多元醇与饱和或不饱和的脂肪酸的脱水反应中制备。根据冷冻油的粘度使用多元醇，例如新戊二醇、季戊四醇或二季戊四醇。另一方面，使用直链脂肪酸例如己酸、庚酸、壬酸或癸酸，或支链的脂肪酸例如2-甲基己酸、2-乙基己酸或3，5，5-三甲基己酸作为饱和脂肪酸。应注意，含有直链脂肪酸的酯油的滑动特性优良，但抗水解性差，而含有支链脂肪酸的酯油的滑动特性略差，但抗水解性优良。

按照本实施方式中的冷冻油所需，选择性地添加不同的添加剂，包括例如磷酸三苯酯和磷酸三甲苯酯的极压添加剂，例如长链醇的油，例如二丁基对甲酚(dibutyl para-cresol)和萘胺的抗氧化剂，例如含环氧基化合物的酸清除剂和防沫剂。

在图1所示的具有清除单元8的制冷循环中，从压缩机1排放的高温高压制冷剂气体在冷却运转过程中在流经四通阀6和室外热交换器2的期间冷凝并液化。部分液化的制冷剂通过膨胀机构3降压，并被送至室内热交换器4。当低温低压的液态制冷剂蒸发并与室内空气热交换时，其被转化成低温低压的气态制冷剂，并经过储罐7返至压缩机1。从室外热交换器2排出的部分液态制冷剂随后流进旁通线路(bypass circuit)，经过清除单元8、止回阀9和毛细管10，回到制冷循环通路中。

加温运转过程中通过四通阀6使通路反向，由此，从压缩机1排出的制冷剂流经四通阀6进入室内热交换器4，制冷剂在室内热交换器4中通过与室内空气热交换而冷凝并液化。液化的制冷剂因为被止回阀9阻断，不流经旁通线路，完全流经膨胀机构3进入室外热交换器2，制冷剂在室外热交换器2中蒸发成低温低压的气体，并经过储罐7送到压缩机1中。已经流经膨胀机构3的部分液态制冷剂进入清除单元8。已经进入清除单元8的制冷剂因止回阀9而能留在清除单元8中并缓慢反应，并且即使在加温运转过程中也可以除去系统中的水和氟化氢。

与液态制冷剂接触的位置在，例如冷凝器出口和蒸发器入口之间或在储罐7中。但在本实施方式1中，为吸收制冷循环中的水，在冷凝器(室外热交换器2或室内热交换器4)的出口安装干燥器。在这种情况下，最容易并且期望同时向干燥器单元的分子筛填充区域填入氟化氢清除剂。

(实施方式2)

图4是显示本发明的实施方式2中的制冷装置的制冷循环的图。图4与图1不同之处在于：没有旁通回路，且储罐7被含有氟化氢清除剂的储罐(以下称为储罐)17取代。除上述以外，该制冷装置没有其它区别。因此，为了描述的简易性，对图1和图4中共同的部件指定相同的附图编号。

在图4所示的制冷装置中，在冷却运转中，从冷凝器1中排出的制冷剂流经四通阀6、室外热交换器2、膨胀机构3、室外热交换器4和四通阀6，进入储罐17，然后回到冷凝器1中。可以在液态制冷剂停留在储罐17中的期间，反应中用氟化氢清除剂除去制冷循环中产生的氟化氢。

图5是说明图4中显示的储罐17的纵断面的示意图。在图5中，储罐17具有用于从制冷剂气体中分离液态制冷剂的容器18、用于引入制冷剂的制冷剂引入管19、用于沿着容器18的内壁移动引入制冷剂特别是液态制冷剂的挡板20、用于吸入并向压缩机供应制冷剂气体的制冷剂排放管21、氟化氢清除剂22和网23。

使用的氟化氢清除剂22是类似于上述氟化氢清除剂15的清除剂。此外，不特别限定在容器18中容纳保持氟化氢清除剂22的方法，但最优选将其容纳保持在储罐17中液态制冷剂存留的区域。期望例如通过网23挤压氟化氢清除剂22以防止其从容器18中分离。但是由于容器18中液态制冷剂存留的区域几乎没有流动，不像如上所述的清除单元8中需要通过弹簧12加压。

其它成分例如制冷剂和填充的冷冻油与实施方式1中所述的那些相同。

在本实施方式中，已将本发明描述成用于空气调节的主要是空调机的制冷装置，但不必说，如果该制冷装置是非开放式制冷装置，有利作用是相同的，因此，其是可用于例如冷冻冰箱、冷冻机、除湿器、热泵干衣洗衣机、热泵热水器和饮料贩卖机的用途的技术。

工业适用性

根据本发明的制冷装置可用于例如空调机、汽车空调、热水器、冷冻冰箱、冷冻机、除湿器、热泵干衣洗衣机、热泵热水器和饮料贩卖机的用途，其中所述制冷装置可通过系统中特定的氟化氢清除剂除去制冷装置中产生的氟化氢并防止制冷循环中使用的部件降解。

Claims

1.一种制冷装置，含有具有碳碳双键的氢氟烯烃作为基础组分和不具有双键的氢氟烃的混合物的制冷剂在所述制冷装置中循环，所述制冷装置包括：

从压缩机，经冷凝器、膨胀机构和蒸发器，回到压缩机延伸的制冷剂循环路径，所述制冷剂在所述制冷剂循环路径中循环；和

安装在所述制冷剂循环路径上的用于容纳氟化氢清除剂的氟化氢清除单元。

2.如权利要求1所述的制冷装置，其中在所述制冷剂循环路径上，在被容纳的氟化氢清除剂能与液态的制冷剂接触的位置安装所述氟化氢清除单元。

3.如权利要求1或2所述的制冷装置，其中所述氟化氢清除单元是用于容纳所述氟化氢清除剂的储罐。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的制冷装置，其中所述氟化氢清除剂被制成颗粒状。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的制冷装置，其中所述氟化氢清除剂含有碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的至少一种。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的制冷装置，其中所述制冷剂是以给出5或更大且750或更小的全球变暖潜能值的比率，含有氢氟烯烃四氟丙烯作为基础组分和氢氟烃二氟甲烷或/和五氟乙烷的2元或3元组分的混合物。