CN103782114A

CN103782114A - 冷冻装置

Info

Publication number: CN103782114A
Application number: CN201280043660.7A
Authority: CN
Inventors: 大野龙一; 大八木信吾; 中井启晶; 苅野健; 饭田登; 佐藤成广
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN103782114B; JP6021077B2; WO2013038706A1; JPWO2013038706A1

Abstract

本发明提供一种冷冻装置，其特征在于：将以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂、或者含有制冷剂的混合制冷剂作为工作流体，利用循环路径（5）将压缩机（1）、冷凝单元（2）、膨胀机构（3）和蒸发单元（4）顺次连接成环状，形成使工作流体循环的冷冻循环，压缩机（1）在设置有吸入口（9）和排出口（10）的密闭容器（11）中具有压缩机构（13），该压缩机构（13）吸入来自吸入口（9）的工作流体并进行压缩，在密闭容器（11）的内部封入冷冻机油，压缩机（1）设置有1个以上的异物捕集单元（6），通过捕集聚合物（8），能够防止冷冻装置内的破损和冷冻循环的性能降低，能够长时间稳定地工作。

Description

冷冻装置

技术领域

本发明涉及使用碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃作为制冷剂的冷冻装置。

背景技术

目前，在世界规模上积极地进行防止全球变暖的努力，制冷剂制造商、冷冻机油制造商和空调机器制造商，以安全并且进一步降低和改善全球变暖系数（GWP）为目的，正在进行新制冷剂和新制冷剂用冷冻机油的研究和开发。作为以这样的改善为目的的新制冷剂，目前，希望采用氢氟烯烃（HFO1234yf）、1,3,3,3-四氟丙烯（HFO1234ze）等不饱和氟化烃制冷剂（例如，参照专利文献1）。

图7为专利文献1记载的现有的冷冻装置的循环图，图8为表示图7的冷冻装置所使用的制冷剂的特性的图。

利用循环路径5连接压缩机1、冷凝器2、膨胀机构3、蒸发器4的冷冻循环的工作制冷剂采用作为新制冷剂的HFO1234yf或含有HFO1234yf的混合制冷剂。由此，能够提供一种相比于使用现有的制冷剂的冷冻装置，能够大幅降低GWP且环保的冷冻装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－2074号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，虽然不饱和氟化烃制冷剂的优点之一为低GWP值，但其另一方面，分子内具有不饱和键。因此，与以HFC410A为代表的现有的饱和氟化烃类制冷剂相比，反应性高，热、化学的稳定性差。在如压缩机的滑动部分那样的达到高温的部分中，有可能与产生的自由基反应。

与自由基反应的氢氟烯烃分解放出氟化氢。另外，氢氟烯烃聚合多个，成为低聚物，形成粘稠性的液体或者进一步进行聚合时形成固体。实际上，在空气调节器可靠性试验中，产生被推定为制冷剂的聚合物的固态的生成物。产生这样的生成物时，引起进入装置内的微小间隙等不良影响的可能性高。

本发明是为了解决现有的课题而完成的发明，其目的在于：提供一种通过捕集聚合物，能够防止装置内的破损和冷冻循环的性能降低，能够长时间稳定地工作的冷冻装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述现有的课题，本发明的冷冻装置，将以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂、或者含有上述制冷剂的混合制冷剂作为工作流体，利用循环路径将压缩机、冷凝单元、膨胀机构和蒸发单元顺次连接成环状，形成使上述工作流体循环的冷冻循环，上述压缩机在设置有吸入口和排出口的密闭容器中具有压缩机构，该压缩机构吸入来自上述吸入口的上述工作流体并进行压缩，在上述密闭容器的内部封入冷冻机油，上述压缩机设置有1个以上的异物捕集单元，捕集聚合物。由此，能够防止装置的破损、冷冻循环的性能降低。

发明效果

本发明的冷冻装置在使用容易产生聚合物的性质的低GWP制冷剂的情况下，通过设置异物捕集单元，能够防止装置的破损和冷冻循环的性能降低。由此能够提供实现了高效率、高可靠性的冷冻装置。

附图说明

图1为本发明的实施方式1的冷冻装置的循环图。

图2为图1的冷冻装置的过滤器（strainer）的纵截面图。

图3为本发明的实施方式2中的冷冻装置的压缩机的纵截面图。

图4为本发明的实施方式3中的冷冻装置内的压缩机的纵截面图。

图5为本发明的实施方式4中的压缩机的纵截面图。

图6为本发明的实施方式5中的过滤器内的滤网（filter）的结构图。

图7为现有的冷冻装置的循环图。

图8为表示图7的冷冻装置所使用的制冷剂的特性的图。

符号说明

1 压缩机

2 冷凝器

3 膨胀机构

4 蒸发器

5 循环路径

6 过滤器（异物捕集单元）

7 滤网

8 聚合物

9 吸入口

10 排出口

11 密闭容器

12 电动机部

13 压缩机构

14 油吸入口

具体实施方式

第一发明为，将以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂、或者含有上述制冷剂的混合制冷剂作为工作流体，利用循环路径将压缩机、冷凝单元、膨胀机构和蒸发单元顺次连接成环状，形成使上述工作流体循环的冷冻循环，上述压缩机在设置有吸入口和排出口的密闭容器中具有压缩机构，该压缩机构吸入来自上述吸入口的上述工作流体并进行压缩，在上述密闭容器的内部封入冷冻机油，上述压缩机设置有1个以上的异物捕集单元。根据该结构，能够在作为聚合物的产生源的压缩机内捕集大多数的聚合物，因此能够防止循环路径的堵塞，实现工作稳定性，由此能够防止冷冻循环内的各装置的破损和冷冻循环的性能降低。

第二发明为，特别是将异物捕集单元设置于压缩机的排出口。通过该结构，能够减少聚合物带出到冷冻循环内，因此能够抑制聚合物向冷冻循环内部件的附着，防止部件的劣化。

第三发明为，特别是将异物捕集单元设置在压缩机的吸入口。通过该结构，在即将到压缩机之前捕获循环路径内的聚合物，由此能够抑制聚合物的再循环。另外，因为在制冷剂的压力低的位置设置异物捕集单元，所以通过降低因异物捕集单元产生的压降，能够抑制冷冻循环的性能降低。另外，因为能够使异物捕集单元为具有更微细的孔径的构成，所以能够进一步提高冷冻装置的可靠性。

第四发明为，特别是将异物捕集单元设置在压缩机的润滑油吸入口。通过该结构，抑制聚合物向压缩机构的侵入，能够防止该聚合物的进入等引起的压缩机的破损。

第五发明为，特别是将异物捕集单元制成三维网眼结构。通过该结构，能够更加提高聚合物的捕集率，能够提供确保可靠性的冷冻装置。

第六发明为，特别是利用发泡金属形成异物捕集单元。通过该结构，能够以低压降通过制冷剂，能够提供维持高效率的冷冻装置。

第七发明为，特别是利用玻璃纤维形成异物捕集单元。通过该结构，由制冷剂分解产生的氟化氢与玻璃纤维的表面的SiO₂反应，容易产生玻璃纤维的新生面，因此容易附着聚合物，能够更加提高异物捕集单元的捕获率。

第八发明为，特别是使氢氟烯烃为四氟丙烯或三氟丙烯，以使全球变暖系数为5以上、750以下的方式混合成分，得到混合制冷剂，将该混合制冷剂作为工作流体，由此，能够提供环境负荷小、有效且高可靠性的高效率旋转式压缩机。

第九发明为，特别是使氢氟烯烃以四氟丙烯或三氟丙烯作为主要成分，将二氟甲烷或／和五氟乙烷，以使全球变暖系数为5以上、750以下的方式混合2种成分或混合3种成分，得到混合制冷剂，将该混合制冷剂作为工作流体，由此能够提供有效且高可靠性的高效率旋转式压缩机。

第十发明为，特别是使混合制冷剂的全球变暖系数为350以下，由此能够提供环境负荷小、有效且高可靠性的高效率旋转式压缩机。

第十一发明为，特别是冷冻机油为以聚氧亚烷基二醇类、聚乙烯醚类、聚（氧）亚烷基二醇或其单醚与聚乙烯醚的共聚物、多元醇酯类和聚碳酸酯的含氧化合物作为主要成分的合成油，或者为以烷基苯类、α烯烃类作为主要成分的合成油，由此能够提供有效且高可靠性的高效率旋转式压缩机。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明并不限定于该实施方式。

（实施方式1）

图1为本发明的实施方式1的冷冻装置的循环图，图2为图1的冷冻装置的过滤器的纵截面图。

在图1、2中，本实施方式的冷冻装置利用循环路径5将压缩机1、冷凝单元（冷凝器）2、膨胀机构3、蒸发单元（蒸发器）4顺次连接成环状，构成使工作流体循环的冷冻循环。工作流体使用以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃（HFO1234yf）作为基础成分的制冷剂。另外，工作流体可以使用由氢氟烯烃构成的单一制冷剂、或者含有氢氟烯烃的混合制冷剂。

在运转时，从压缩机1排出的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器2，进行热交换被冷凝而液化。液化的制冷剂通过膨胀机构3被减压，利用蒸发器4进行蒸发成为低温低压的气体，再次返回压缩机1。图2所示的过滤器6设置于压缩机1内的没有图示的油通路或者气体通路。

作为制冷剂使用的氢氟烯烃，有时在高温环境中因氧化而分解，生成氟化氢，同时发生聚合反应，形成聚合物8。

如图2所示，过滤器6在内部具有滤网7，捕集通过箭头所示的制冷剂或冷冻机油的流动而流过来的聚合物8。在压缩机1内设置过滤器6，由此能够在高温下容易成为产生源的压缩机1内，捕集聚合物8，能够防止冷冻循环内的各装置的破损且能够防止冷冻循环的性能降低。

另外，过滤器6的构成不限定于此，只要是能够捕集聚合物8的结构就可以。

（实施方式2）

图3为本发明的实施方式2中的冷冻装置的压缩机的纵截面图。另外，冷冻循环与实施方式1相同，因而省略说明。

如图3所示，在本实施方式的冷冻装置中，在具有吸入口9和排出口10的密闭容器11的内部收容电动机部12和由该电动机部12驱动的压缩机构13，构成压缩机1。

从吸入口9吸入的低温低压的制冷剂气体通过压缩机构13被压缩，达到高温高压，通过密闭容器11内的空间，由排出口10排出到没有图示的循环路径。

另外，在压缩机构13的下部具有油吸入口14，将处于密闭容器11内的底部的冷冻机油送入压缩机构13，使压缩机构13良好地润滑。

压缩机1内的电动机部12和排出口10附近为高温，因此氢氟烯烃有可能发生聚合反应，形成聚合物8。进一步而言，压缩机构13所构成的滑动部中，成为引起构成部件彼此的接触的混合润滑状态或固体润滑状态的可能性高，由此，周围气氛也成为高温、高压，氢氟烯烃制冷剂容易发生聚合反应。

因此，在本实施方式中，过滤器6安装在排出口10，即使在产生聚合物8的情况下，也能够防止向没有图示的循环路径的流出，防止因聚合物8的附着导致的冷冻循环内的部件劣化、冷冻循环的性能降低。

（实施方式3）

图4为本发明的实施方式3中的冷冻装置的压缩机的纵截面图。另外，冷冻循环与实施方式1相同，对于在上述实施方式中说明的构成要素，使用相同的符号，省略说明。

在本实施方式的冷冻装置的压缩机1中，如图4所示，将作为异物捕集单元的过滤器6安装在吸入口9。由此，能够防止从没有图示的循环路径侵入压缩机1内，能够防止压缩机1的破损。另外，因为在制冷剂的压力低的位置设置异物捕集单元，所以降低因异物捕集单元产生的压降，由此能够抑制冷冻循环的性能降低。另外，因为能够使异物捕集单元为具有更微细的孔径的构成，所以能够进一步除去微细的异物。

另外，过滤器6可以设置于排出口10和吸入口9这两者。

（实施方式4）

图5为本发明的实施方式4的冷冻装置的压缩机的纵截面图。另外，冷冻循环与实施方式1相同，对于在上述实施方式中说明的构成要素，使用相同的符号，省略说明。

本实施方式的冷冻装置如图5所示，将过滤器6安装于压缩机1的油吸入口14。由此，能够可靠地抑制聚合物8向压缩机构13内的滑动部位的侵入，能够防止压缩机构13的破损。

另外，过滤器6可以设置于排出口10或吸入口9并且设置于油吸入口14，或者可以设置于排出口10和吸入口9并且设置于油吸入口14。

另外，实施方式1至实施方式4中，在压缩机1中设置了过滤器6，但也可以在压缩机1以外的冷冻循环中设置。

（实施方式5）

图6是表示本发明实施方式5的冷冻装置的过滤器内的滤网的结构的图。另外，冷冻循环和压缩机1与已经说明的实施方式1至4相同，因此省略对其的说明。

本实施方式的冷冻装置的过滤器6内的滤网7的材质为如图6所示的、具有与以海绵为代表的树脂发泡体相同的三维网眼结构的材质。由此，能够增大表面积，因此能够更加提高聚合物8的捕集率，能够提供确保可靠性的冷冻装置。

另外，滤网7的材质为铜、铝等的发泡金属。发泡金属具有连续气孔结构，空隙率大，因此能够将通过制冷剂时所产生的压降抑制得较低，能够提供高效率的冷冻装置。

另外，滤网7的材质适合为在冷冻循环内不易产生不良影响、并且制冷剂的反应生成物的捕集性能高的玻璃纤维。在该玻璃纤维中，将短纤维的玻璃汇集成羊毛状的所谓的玻璃棉，其制冷剂反应物质的捕集性能高，最适合。

玻璃棉是使玻璃纤维形成为棉状而得到的物质，表面为SiO₂。由制冷剂分解产生的氟化氢容易与玻璃纤维表面的SiO₂反应，容易出现玻璃纤维表面的新生面。因此，能够更加促进捕集由制冷剂的反应生成的聚合物8。

本发明不限定于上述实施方式中所示的滤网7的材质，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等金属纤维、玻璃纤维等的任意材质。

另外，使在上述实施方式中使用的氢氟烯烃为四氟丙烯或三氟丙烯，以使全球变暖系数为5以上750以下、优选为300以下的方式混合成分，得到混合制冷剂，能够将该混合制冷剂作为工作流体。

另外，使在上述实施方式中使用的氢氟烯烃以四氟丙烯或三氟丙烯作为主要成分，将二氟甲烷（HFC32）或／和五氟乙烷（HFC125），以使全球变暖系数为5以上、750以下的方式混合2种成分或混合3种成分，得到混合制冷剂，能够将该混合制冷剂作为工作流体。

例如，四氟丙烯通过混合不具有双键的氢氟烃（二氟甲烷（HFC32）、五氟乙烷（HFC125）），由此尽管为非共沸混合制冷剂，也能够减少温度差，与假共沸混合制冷剂（pseudo-azeotrope mixedrefrigerant）的行为接近，因此能够改善冷却循环装置的冷却性能、冷却性能系数（COP）。

其中，需要以使混合制冷剂的GWP为5以上且750以下、优选300以下的方式分别混合2种成分或混合3种成分。为了混合HFO1234yf和HFC32使GWP为300以下，HFO1234yf优选为56wt％以上。另外，为了混合HFO1234yf和HFC125使GWP为750以下，HFO1234yf优选为78.7wt％以上，进一步为了使GWP为300以下，HFO1234yf优选为91.6wt％以上。据此，即使万一没有回收的制冷剂被放入到大气中，也能够确保对全球变暖的影响极小。

另外，在本实施方式中，作为冷冻机油，使用与HFO1234yf具有相溶性的多元醇酯油，但即使使用由同样具有相溶性的聚乙烯醚或聚亚烷基二醇构成的冷冻机油，也能够将从冷冻循环出来的冷冻机油回收到压缩机1中，同样能够得到可靠性高的压缩机1。另外，即使采用与HFC制冷剂的混合制冷剂，由于上述的冷冻机油具有相溶性，所以也能够得到同样的效果。

产业上的可利用性

如上所述，本发明涉及的冷冻装置，即使在使用容易产生聚合物的性质的低GWP制冷剂的情况下，通过在冷冻循环内设置过滤器，也能够抑制冷冻装置的破损、劣化和冷冻循环的性能降低，还适用于空调机、汽车空调、冷冻冷藏库、除湿机、热泵式干燥洗衣机、热泵式供热水器、饮料用自动售货机等的用途。

Claims

1.一种冷冻装置，其特征在于：

将以碳与碳之间具有双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂、或者含有所述制冷剂的混合制冷剂作为工作流体，

利用循环路径将压缩机、冷凝单元、膨胀机构和蒸发单元顺次连接成环状，形成使所述工作流体循环的冷冻循环，

所述压缩机在设置有吸入口和排出口的密闭容器中具有压缩机构，该压缩机构吸入来自所述吸入口的所述工作流体并进行压缩，

在所述密闭容器的内部封入冷冻机油，

所述压缩机设置有1个以上的异物捕集单元。

2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：

将所述异物捕集单元设置于所述排出口。

3.如权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于：

将所述异物捕集单元设置于所述吸入口。

4.如权利要求1～3中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

将所述异物捕集单元设置于所述压缩机的润滑油吸入口。

5.如权利要求1～4中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

将所述异物捕集单元制成三维网眼结构。

6.如权利要求1～4中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

利用发泡金属形成所述异物捕集单元。

7.如权利要求1～4中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

利用玻璃纤维形成所述异物捕集单元。

8.如权利要求1～7中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

使所述氢氟烯烃为四氟丙烯或三氟丙烯，以使全球变暖系数为5以上、750以下的方式混合成分，得到混合制冷剂，将该混合制冷剂作为所述工作流体。

9.如权利要求1～7中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

所述氢氟烯烃以四氟丙烯或三氟丙烯作为主要成分，将二氟甲烷或／和五氟乙烷，以使全球变暖系数为5以上、750以下的方式混合2种成分或混合3种成分，得到混合制冷剂，将该混合制冷剂作为所述工作流体。

10.如权利要求8或9所述的冷冻装置，其特征在于：

使所述混合制冷剂的全球变暖系数为350以下。

11.如权利要求1～10中任一项所述的冷冻装置，其特征在于：

所述冷冻机油为以聚氧亚烷基二醇类、聚乙烯醚类、聚（氧）亚烷基二醇或其单醚与聚乙烯醚的共聚物、多元醇酯类和聚碳酸酯的含氧化合物作为主要成分的合成油，或者为以烷基苯类、α烯烃类作为主要成分的合成油。