CN102859300A

CN102859300A - 制冷装置

Info

Publication number: CN102859300A
Application number: CN2011800201293A
Authority: CN
Inventors: 佐藤成广
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2013-01-02
Also published as: EP2562490A4; WO2011132362A1; EP2562490B1; EP2562490A1; JP2011226729A

Abstract

本发明提供一种制冷装置，具有使从压缩机（1）排出的制冷剂经过冷凝器、膨胀机构（3）和蒸发器被吸入到压缩机（1）的制冷剂循环路径，在制冷剂循环路径内，将在以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃为基本成分的制冷剂中混合有不具有双键的氢氟烃而成的制冷剂封入，在制冷剂循环路径内具有捕捉制冷剂反应物的纤维状过滤器（10），通过效率良好地捕捉作为制冷剂的氢氟烯烃聚合生成的低聚物，能够抑制制冷剂循环路径内的使用部件的劣化，能够长期稳定地工作。

Description

制冷装置

技术领域

本发明涉及使用氢氟烯烃作为制冷剂、封入有冷冻机油的制冷装置。

背景技术

目前，在屋内用或车辆用的空调器中使用的制冷装置中，作为制冷剂使用含有氟和氢的氟代烃（HFC）。此外，从与HFC的相溶性的观点出发，在制冷装置中使用例如聚亚烷基二醇（PAG）、多元醇酯（POE）或聚乙烯醚（PVE）这样具有极性的冷冻机油。

在该制冷装置中，存在在压缩机的滑动部发生剧烈的磨耗时产生起因于磨耗粉的固体异物的情况。

此外，存在在设置制冷装置时切断连接配管时产生铜粉等金属异物的情况。

此外，在使用用过的已设配管的情况下，在配管内残存已使用过的矿物油或其氧化劣化反应物等矿物油由来物质（即不溶于HFC制冷剂的物质）。

在这样的存在金属异物、矿物油由来物质等残存杂质的状态下运转制冷装置时，因残存杂质引起冷冻机油的劣化和压缩机的滑动部的磨耗。

于是，提案有在制冷剂循环路径内设置有过滤器的制冷装置（例如参照专利文献1）。

在专利文献1中，在过滤器的内部设置有穿孔金属板或金属丝网，目的在于用过滤器捕捉粒径为20μm以上的固体异物。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4370478号公报

发明内容

发明要解决的课题

氢氟烯烃由于在分子中具有双键而反应性高。因此，存在与在如压缩机的滑动部分那样成为高温的部分产生的自由基反应的可能性。与自由基反应后的氢氟烯烃分解释放氟化氢。此外，氢氟烯烃通过聚合多个而低聚化，成为粘稠性的液体，进一步进行聚合而形成固体。低聚化的粘稠性液体、分子量小的有机固体聚合物透过专利文献1中所示的过滤器。因此，存在粘稠性液体、有机固体聚合物到达压缩机后磨耗滑动部、损害制冷装置的可靠性的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种制冷装置，其通过高效地捕捉作为氢氟烯烃聚合而生成的反应生成物的氟化氢、低聚物、有机固体聚合物，能够抑制制冷剂循环路径内的使用部件的劣化，从而长期稳定地工作。

用于解决课题的方法

为了实现上述目的，提供一种制冷装置，其特征在于：具有使从压缩机排出的制冷剂经过冷凝器、膨胀机构和蒸发器被吸入到压缩机的制冷剂循环路径，在制冷剂循环路径内，将在以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃为基本成分的制冷剂中混合有不具有双键的氢氟烃而成的制冷剂封入，在制冷剂循环路径内具有捕捉制冷剂反应物的纤维状过滤器，捕捉氟化氢和聚合物。

发明的效果

根据上述结构，通过在制冷装置的制冷剂循环路径内具有纤维状过滤器，基于氢氟烯烃类制冷剂的氧化反应产生的氟化氢与纤维状过滤器反应，并且有机固体聚合物容易附着在因作为强酸的氟化氢而出现了新表面的纤维状过滤器纤维表面。因此，能够抑制制冷装置内（即制冷剂循环路径内）的使用部件劣化。由此，提供能够长期稳定工作的制冷装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的制冷装置的制冷剂循环路径图。

图2是本发明的实施方式的过滤器的截面图。

图3是本发明的实施方式2的制冷装置的制冷剂循环路径图。

图4是表示混合有2种成分的制冷剂的混合比率决定的全球变暖系数的特性图。

具体实施方式

本发明的第一方面的制冷装置，具有使从压缩机排出的制冷剂经过冷凝器、膨胀机构和蒸发器被吸入到压缩机的制冷剂循环路径，在上述制冷剂循环路径内，将在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃的单一制冷剂或者以上述氢氟烯烃为基本成分的制冷剂中混合有不具有双键的氢氟烃而成的制冷剂封入，在制冷剂循环路径内具有捕捉制冷剂反应物的纤维状过滤器。由此，氢氟烯烃氧化分解产生的强酸的氟化氢与纤维状过滤器表面反应而出现新表面。此外，从氢氟烯烃生成的低聚物或有机固体聚合物附着于表面积较大的纤维状过滤器的新表面，所以能够在纤维状过滤器表面捕捉作为制冷剂的反应生成物的氟化氢、低聚物、有机固体聚合物。因此，构成制冷剂循环路径的使用部件不会因低聚物或有机固体聚合物而劣化。

本发明的第二方面的制冷装置，特别是在膨胀机构的入口和/或出口配置有第一方面的纤维状过滤器。由于制冷剂在膨胀机构的入口或出口以液体状态循环，所以纤维状过滤器能够效率最佳地捕捉制冷剂的反应生成物。

本发明的第三方面的制冷装置，特别是在第一或第二方面的制冷装置中，在制冷剂循环路径具有将纤维状过滤器旁通的旁通回路。由此，即使假设纤维状过滤器被制冷剂的反应生成物堵塞，也能够使纤维状过滤器旁通而流过制冷剂，不会使制冷剂循环路径的制冷剂的流速降低，能够防止制冷装置的消耗电力上升。

本发明的第四方面的制冷装置，特别是第一方面的纤维状过滤器含有玻璃棉。由此，通过制冷剂分解而产生的氟化氢容易与玻璃棉表面的SiO₂反应，容易产生玻璃棉的新表面。因此，基于制冷剂的反应生成的低聚物或有机固体聚合物容易附着于玻璃棉。

本发明的第五方面的制冷装置，特别是第一方面的氢氟烯烃以四氟丙烯为基本成分，作为氢氟烃使用二氟甲烷和/或五氟乙烷，分别进行2成分混合或3成分混合，使得全球变暖系数为5以上750以下，优选为300以下。由此，即使没有被回收的制冷剂释放到大气中，也能够确保其对地球温暖化的影响极少。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

（实施方式1）

图1是本发明的实施方式1的制冷装置的制冷剂循环路径图。

在图1中，制冷装置作为制冷剂循环路径包括：压缩制冷剂的压缩机1；使制冷剂冷凝或蒸发的室外热交换器2（冷凝器或蒸发器）；如膨胀阀等那样使制冷剂膨胀的膨胀机构3；和使制冷剂蒸发或冷凝的室内热交换器4（蒸发器或冷凝器）。制冷剂循环路径包括将压缩机1、室外热交换器2、膨胀机构3和室内热交换器4连结的配管5，还具有四通阀6和蓄能器7。将制冷剂和冷冻机油作为工作介质。冷冻机油通常被封入压缩机1内，在制冷装置运转时一小部分与制冷剂一起在制冷剂循环路径内循环。

在图1的制冷剂循环路径内，在膨胀机构3的前后具有过滤器8a、8b。过滤器8a、8b在内部包含纤维状过滤器。

对过滤器8a、8b的优选具体例进行说明。

图2是表示图1所示的过滤器8a、8b中任一过滤器的截面图的示意图。在过滤器8以从两侧夹着纤维状过滤器10的方式设置有穿孔金属板11。也可以使用SUS等网状物代替穿孔金属板11。通过设置穿孔金属板11，能够防止由纤维状过滤器10的振动引起的破碎粉末化等。穿孔金属板11的孔径没有特别指定，但是数mm左右足够。

此外，也可以以除去制冷剂循环路径内的微量水分为目的，与纤维状过滤器10相邻地设置分子筛。纤维状过滤器10的大小没有限制，但是如果长度过短则与制冷剂的接触面积减小，制冷剂分解物质的捕捉性能降低。此外，根据需要能够追加重新加热除湿运转使用的室内器侧的电磁阀等公知部件。

作为纤维状过滤器10，也可以使用聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等树脂、SUS、铜等金属纤维、玻璃纤维等，使用哪种都可以。在制冷剂循环路径内难以造成不好影响、并且制冷剂的反应生成物的捕捉性能高的玻璃纤维优选。该玻璃纤维中短纤维整理为毛（wool）状而成的所谓玻璃棉因制冷剂反应物质的捕捉性能高而最优选。

玻璃棉形是将玻璃纤维成形为棉状而得到的，表面为SiO₂。通过制冷剂分解而产生的氟化氢容易与玻璃纤维表面的SiO₂反应，容易产生玻璃纤维表面的新表面。因此，基于制冷剂的反应生成的低聚物容易附着于玻璃纤维表面。

进而，在图1中，被封入压缩机1的冷冻机油与制冷剂具有相溶性。本实施方式的酯类冷冻机油通过多元醇与饱和或不饱和脂肪酸的脱水反应合成。作为多元醇，与冷冻机油的粘度匹配地使用新戊二醇、季戊四醇、双季戊四醇等。此外，作为一种饱和脂肪酸，使用己酸、庚酸、壬酸、癸酸等直链脂肪酸和2-甲基己酸、2-乙基己酸、3,5,5-三甲基己酸等支链脂肪酸。含有直链脂肪酸的酯油的滑动特性良好，但是水分解性差，含有支链脂肪酸的酯油的滑动特性虽然差一些，但是难以加水分解。

此外，根据需要在本实施方式的冷冻机油中有选择地添加磷酸三苯脂、磷酸三甲苯酯等极压剂、含环氧化合物等酸捕捉剂和消泡剂等各种添加剂。

在系统内包含图1所示的纤维状过滤器的制冷剂循环路径中，当供冷运转时，从压缩机1排出的高温高压的制冷剂气体通过四通阀6、室外热交换器2被冷凝而液化。液化后的制冷剂通过过滤器8a后，通过膨胀机构3而减压，进一步通过过滤器8b进入室内热交换器4。进而低温低压的液态制冷剂蒸发后与室内空气热交换，并且成为低温低压的气态制冷剂，通过蓄能器7返回压缩机1。

此外，在供热运转时，由于利用四通阀6将流路反转，所以离开压缩机1的制冷剂通过四通阀6，由室内热交换器4与室内空气热交换后冷凝而液化。液化后的制冷剂通过过滤器8b后，通过膨胀机构3而减压，进一步通过过滤器8a，由室外热交换器2蒸发而成为低温低压的气体，通过蓄能器7返回压缩机1。

在制冷装置中，压缩机1内的电动机部分和排出部分成为最高温度，或者滑动部进一步成为高温。在这样的成为高温的部分，氢氟烯烃制冷剂通过氧化而分解，产生氟化氢。此外，氢氟烯烃制冷剂同时发生聚合反应生成低聚物或有机固体聚合物。

这里产生的氟化氢是强酸，与制冷剂循环路径内的纤维状过滤器10表面反应产生新表面。此外，从氢氟烯烃生成的低聚物附着于表面积大的纤维状过滤器10的新表面。因此，通过在纤维状过滤器10表面捕捉作为制冷剂的反应生成物的氟化氢、低聚物、有机固体聚合物，能够抑制制冷剂循环路径内使用部件的劣化。

纤维状过滤器10配置于膨胀机构3的入口和出口。通过在液态制冷剂循环的部位设置纤维状过滤器10，能够效率最高地捕捉制冷剂的反应生成物。此外，在供冷运转和供热运转中的任一方时，由于液态制冷剂循环，所以纤维状过滤器10可以配置于膨胀机构3的入口和出口中的任一方。

（实施方式2）

图3是本发明的实施方式2的制冷装置的制冷剂循环路径图。

对与实施方式1相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。

在实施方式2中，与过滤器8串联有毛细管9，与过滤器8和毛细管9并联地设置有旁通回路12。在旁通回路12配置有膨胀机构3。在过滤器8包含纤维状过滤器。

毛细管9调整通过滤器8的制冷剂量，与通过膨胀机构3的制冷剂通路取得平衡，由此确保对制冷剂循环路径的影响最小。

通过设置使像这样包含纤维状过滤器的过滤器8旁通的旁通回路12，具有下述的特别效果。

通过用过滤器8捕捉制冷剂反应物质，即使通过过滤器8的制冷剂的流量减少，也由于制冷剂通过旁通回路12，所以不会造成因过滤器8堵塞引起的制冷装置的性能降低。因此，能够防止制冷装置的消耗电力上升，并且效率良好地捕捉制冷剂反应物质在制冷剂流路内循环的情况。此外，通过设置这样的旁通回路12，能够将包含在膨胀机构3的前后逐个设置的纤维状过滤器的过滤器8a、8b集中为1个，能够降低包含纤维状过滤器的过滤器8的成本。

此外，在实施方式1中，也可以设置使过滤器8a、过滤器8b旁通的旁通回路。

在以上的实施方式中，被封入制冷装置中的制冷剂是在氢氟烯烃的单一制冷剂中混合氢氟烃而成的。或者，被封入制冷装置中的制冷剂是在以氢氟烯烃为基本成分的制冷剂中混合氢氟烃而成的。

氢氟烯烃例如以四氟丙烯（HFO1234yf）为基本成分。

作为氢氟烃，使用二氟甲烷（HFC32）和/或五氟乙烷（HFC125）。

而且，在氢氟烯烃的单一制冷剂（GWP=4）或以氢氟烯烃为基本成分的制冷剂中混合氢氟烃，使得全球变暖系数（GWP）为5以上750以下，优选全球变暖系数为5以上300以下。

图4是表示在四氟丙烯中混合有二氟甲烷或五氟乙烷的2成分制冷剂的混合比率决定的全球变暖系数的特性图。具体而言，如图4所示，在2成分混合的情况下混合四氟丙烯和二氟甲烷，为了使GWP为300以下，将二氟甲烷设为44wt%以下。混合四氟丙烯和五氟乙烷，为了使GWP为750以下，将五氟乙烷设为21.3wt%以下，进而为了使GWP为300以下，将五氟乙烷设为8.4wt%以下。

此外，在使制冷剂为四氟丙烯单一制冷剂的情况下为GWP4表示极其良好的值。然而，由于与和氢氟烃混合而成的制冷剂相比因比容积较大而制冷能力变低，所以需要更大的冷却循环装置。换言之，如果使用以在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃作为基本成分且混合了不具有双键的氢氟烃的制冷剂，则与使用氢氟烯烃单一制冷剂相比，能够改善制冷能力等规定的特性，能够容易作为制冷剂使用。因此，在封入的制冷剂中，包含单一制冷剂在内设四氟丙烯的比例为多少，根据组装有压缩机的冷却循环装置等的目的和上述GWP的限制等条件适当选择即可。

由此，即使没有被回收的制冷剂释放到大气中，也能够确保其对地球温暖化的影响极少。此外，以上述比率混合而成的混合制冷剂与非共沸混合制冷剂无关，仍能够缩小温度差，行为接近近共沸混合制冷剂，所以能够改善制冷装置的冷却性能和冷却性能系数（COP）。

此外，在本实施方式中，对以供冷供热用的空调机为主体的制冷装置进行了说明，但只要是非开放式的制冷装置，则其效果相同，不用说是能够应用于冷冻冷藏柜、冷冻柜、除湿机、热泵式干燥洗衣机、热泵式热水器、饮料用自动贩卖机等的技术。

产业上的可利用性

本发明的制冷装置除了屋内用或车辆用的空调机以外，还能够应用于热水器、冷冻冷藏柜、冷冻柜、除湿机、热泵式干燥洗衣机、热泵式热水器、饮料用自动贩卖机。

符号的说明

1压缩机

2室外热交换器

3膨胀机构

4室内热交换器

5配管

6四通阀

7蓄能器

8、8a、8b过滤器

9毛细管

10纤维状过滤器

11穿孔金属板

12旁通回路

Claims

1.一种制冷装置，其特征在于：

具有使从压缩机排出的制冷剂经过冷凝器、膨胀机构和蒸发器被吸入到所述压缩机的制冷剂循环路径，

在所述制冷剂循环路径内，将在碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃的单一制冷剂或者以所述氢氟烯烃为基本成分的制冷剂中混合有不具有双键的氢氟烃而成的制冷剂封入，

在所述制冷剂循环路径内具有捕捉制冷剂反应物的纤维状过滤器。

2.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：

在所述膨胀机构的入口和/或出口配置有所述纤维状过滤器。

3.如权利要求1或2所述的制冷装置，其特征在于：

在所述制冷剂循环路径具有将所述纤维状过滤器旁通的旁通回路。

4.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：

所述纤维状过滤器含有玻璃棉。

5.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：

所述氢氟烯烃以四氟丙烯为基本成分，

作为所述氢氟烃使用二氟甲烷和/或五氟乙烷，

在所述氢氟烯烃中混合有所述二氟甲烷和/或所述五氟乙烷，使得全球变暖系数为5以上750以下，优选为300以下。