CN107076466B - 制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

在使用HFO－1123的制冷循环装置中，得到一种能够抑制歧化反应的制冷循环装置。制冷循环装置(10)具备：制冷剂回路(11a、11b)，在该制冷剂回路(11a、11b)中，高压腔式压缩机(12)、室外换热器(14)、膨胀阀(15)以及室内换热器(16)相连接；混合制冷剂，该混合制冷剂含有1，1，2－三氟乙烯和该1，1，2－三氟乙烯以外的其它制冷剂，并在制冷剂回路(11a、11b)中循环；冷冻机油(60)，该冷冻机油被调整为1，1，2－三氟乙烯比所述其它制冷剂易溶，该冷冻机油被封入制冷剂回路(11a、11b)内。

Description

制冷循环装置

技术领域

本发明涉及制冷循环装置。

背景技术

近年来，从防止全球变暖的观点出发，人们谋求削减温室效应气体。对于在空调等制冷循环装置中使用的制冷剂，也在探讨全球变暖系数(GWP)更低的制冷剂。现在，作为空调用制冷剂而被广泛使用的R410A的GWP为2088，该值非常大。近年来开始采用的二氟甲烷(R32)的GWP为675，该值也很大。

作为GWP低的制冷剂，有二氧化碳(R744：GWP＝1)、氨(R717：GWP＝0)、丙烷(R290：GWP＝6)、2，3，3，3－四氟丙烯(R1234yf：GWP＝4)、1，3，3，3－四氟丙烯(R1234ze：GWP＝6)等。

这些低GWP制冷剂由于存在下述课题，所以难以适用于一般的空调。

·R744：由于工作压力非常高，所以存在确保耐压性方面的课题。另外，由于临界温度低，为31℃，所以存在确保空调用途上的性能的课题。

·R717：由于具有高毒性，所以存在确保安全方面的课题。

·R290：由于具有强燃性，所以存在确保安全方面的课题。

·R1234yf/R1234ze：由于在低工作压力下体积流量大，所以存在因压力损失增大而导致性能下降的课题。

作为解决上述课题的制冷剂，有1，1，2－三氟乙烯(HFO－1123)(例如参照专利文献1)。该制冷剂尤其具有以下的优点。

·由于工作压力高，制冷剂的体积流量小，所以压力损失小，容易确保性能。

·GWP小于1，作为全球变暖的对策，其优势性高。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2012/157764号

非专利文献

非专利文献1:Andrew E.Feiring，Jon D.Hulburt，“Trifluoroethylenedeflagration”，Chemical&Engineering News(22Dec 1997)Vol.75，No.51，pp.6

发明内容

发明要解决的课题

HFO－1123存在下述课题。

(1)在高温高压的状态下，如果施加点燃能量，则会发生爆炸(例如参照非专利文献1)。

为了将HFO－1123应用于制冷循环装置，必须解决上述课题。

关于上述课题，已经查明爆炸是因连锁的歧化反应而发生。该现象发生的条件有下述2点。

(1a)在制冷循环装置(尤其是压缩机)的内部产生点燃能量(高温部)，发生歧化反应。

(1b)在高温高压的状态下，歧化反应连锁地扩散。

本发明的目的在于在使用HFO－1123的制冷循环装置中，得到一种能够抑制歧化反应的制冷循环装置。

用于解决课题的手段

本发明的制冷循环装置具备：制冷剂回路，在所述制冷剂回路中，高压腔式压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器相连接；混合制冷剂，所述混合制冷剂含有1，1，2－三氟乙烯和该1，1，2－三氟乙烯以外的其它制冷剂，并在所述制冷剂回路中循环；以及冷冻机油，所述冷冻机油被调整为所述1，1，2－三氟乙烯比所述其它制冷剂易溶，所述冷冻机油被封入所述制冷剂回路内。

发明效果

本发明的制冷循环装置采用由1，1，2－三氟乙烯和该1，1，2－三氟乙烯以外的其它制冷剂混合而成的混合制冷剂，抑制了制冷剂回路内的1，1，2－三氟乙烯的量。因此，能够抑制1，1，2－三氟乙烯发生歧化反应。此外，本发明的制冷循环装置采用被调整为1，1，2－三氟乙烯比混合制冷剂中的其它制冷剂易溶的冷冻机油。因此，在制冷循环装置的运转过程中，在制冷剂回路内循环的混合制冷剂中的1，1，2－三氟乙烯和所述其它制冷剂的混合比与混合制冷剂被封入制冷剂回路的时刻相比，1，1，2－三氟乙烯的比例不会变大。因此，本发明的制冷循环装置即使在制冷循环装置的运转过程中，也能够抑制1，1，2－三氟乙烯发生歧化反应。

附图说明

图1是本发明的实施方式的制冷循环装置10(制冷时)的回路图。

图2是本发明的实施方式的制冷循环装置10(制热时)的回路图。

图3是本发明的实施方式的压缩机12的纵剖视图。

图4是表示本发明的实施方式的制冷剂相对于冷冻机油60的溶解量的图。

具体实施方式

实施方式.

图1和图2是本发明的实施方式的制冷循环装置10的回路图。图1表示制冷时的制冷剂回路11a。图2表示制热时的制冷剂回路11b。

在本实施方式中，制冷循环装置10是空调。此外，即使制冷循环装置10是空调以外的设备(例如热泵循环装置)，也能够采用本实施方式。

在图1和图2中，制冷循环装置10具备供制冷剂循环的制冷剂回路11a、11b。

在制冷剂回路11a、11b中，连接有高压腔式压缩机(将由压缩机构压缩的制冷剂向密闭容器内排出的压缩机)即压缩机12、四通阀13、室外换热器14、膨胀阀15和室内换热器16。压缩机12对制冷剂进行压缩。四通阀13按照制冷时和制热时来切换制冷剂流动的方向。室外换热器14在制冷时作为冷凝器工作，使由压缩机12压缩的制冷剂散热。室外换热器14在制热时作为蒸发器工作，在室外空气与经过膨胀阀15而膨胀的制冷剂之间进行热交换，加热制冷剂。膨胀阀15是膨胀机构的一例。膨胀阀15使在冷凝器中散热的制冷剂膨胀。室内换热器16在制热时作为冷凝器工作，使由压缩机12压缩的制冷剂散热。室内换热器16在制冷时作为蒸发器工作，在室内空气与经过膨胀阀15而膨胀的制冷剂之间进行热交换，加热制冷剂。此外，在制冷循环装置10只进行制冷或者制热之中的一方的情况下，不需要四通阀13。

制冷循环装置10还具备控制装置17。

控制装置17例如是微型计算机。在图中，虽然只示出了控制装置17与压缩机12的连接，但控制装置17不仅与压缩机12连接，还与连接于制冷剂回路11a、11b的各机构相连接。控制装置17对各机构的状态进行监视和控制。

在本实施方式中，作为在制冷剂回路11a、11b中循环的制冷剂(换言之，是封入制冷剂回路11a、11b中的制冷剂)，使用由1，1，2－三氟乙烯(HFO－1123)和与该HFO－1123不同的其它制冷剂混合而成的混合制冷剂。

作为优选的制冷剂，可以使用HFO－1123与二氟甲烷(R32)的混合制冷剂。此外，作为所述其它制冷剂，除了R32以外，也可以使用2，3，3，3－四氟丙烯(R1234yf)、反式－1，3，3，3－四氟丙烯(R1234ze(E))、顺式－1，3，3，3－四氟丙烯(R1234ze(Z))、1，1，1，2－四氟乙烷(R134a)、1，1，1，2，2－五氟乙烷(R125)。

另外，在本实施方式的制冷循环装置10中，制冷剂回路11a、11b中封入有冷冻机油60。冷冻机油60的大部分如后所述地储存于压缩机12的密闭容器的底部。此外，本实施方式的制冷循环装置10中使用的冷冻机油60被调整成HFO－1123比所述其它制冷剂易溶。

作为本实施方式中使用的冷冻机油60，例如可以使用多元醇酯。多元醇酯是脂肪酸与多价醇(多元醇)酯键结合而成的。通过调整脂肪酸的碳数、脂肪酸的分子结构(使用有支链的脂肪酸或者是使用无支链(直链)的脂肪酸)、多价醇的碳数、和多价醇的分子结构(使用有支链的多价醇或者使用无支链(直链)的多价醇)，从而能够调整制冷剂在多元醇酯中的溶解性(溶解的容易度)。

此外，本实施方式中使用的冷冻机油60不限于多元醇酯，也可以使用聚乙烯醚或者聚烷二醇(polyalkylene glycol)。聚乙烯醚是在直链的碳氢化合物的侧链上通过醚键而结合烷基的化合物。通过使在侧链上进行醚键结合的烷基的成分发生变化，从而能够调整制冷剂在聚乙烯醚中的溶解性(溶解的容易度)。聚烷二醇是环氧丙烷与环氧乙烷通过醚键而结合成链状的化合物。通过使环氧丙烷与环氧乙烷的比例发生变化，从而能够调整制冷剂在聚烷二醇中的溶解性(溶解的容易度)。

当然，也可以将多元醇酯、聚乙烯醚和聚烷二醇中的至少两者混合，来作为冷冻机油60。

另外，作为封入制冷剂回路11a、11b之前的混合制冷剂和冷冻机油60的量，使所述混合制冷剂相对于所述冷冻机油60的重量比在1倍以上且4倍以下。

图3是本发明的实施方式的压缩机12的纵剖视图。此外，在该图中，省略了表示剖面的剖面线。

在本实施方式中，作为高压腔式压缩机(将由压缩机构30压缩的制冷剂向密闭容器20内排出的压缩机)的压缩机12是单气缸的旋转压缩机。此外，即使压缩机12是多气缸的旋转压缩机或涡旋压缩机，也能够使用本实施方式。

在图3中，压缩机12具备密闭容器20、压缩机构30、电动机构40和轴50。

密闭容器20是容器的一例。在密闭容器20安装有用于吸入制冷剂的吸入管21、以及用于排出制冷剂的排出管22。

压缩机构30收纳于密闭容器20中。具体来说，压缩机构30设置于密闭容器20的内侧下部。压缩机构30对被吸入管21吸入的制冷剂进行压缩。

电动机构40也收纳于密闭容器20中。具体来说，电动机构40在密闭容器20中设置于被压缩机构30压缩的制冷剂从排出管22排出之前通过的位置。即，电动机构40在密闭容器20的内侧设置于压缩机构30的上方。电动机构40对压缩机构30进行驱动。电动机构40是集中绕组的马达。

在密闭容器20的底部，储存有对压缩机构30的滑动部进行润滑的冷冻机油60。

以下，说明压缩机构30的详细结构。

压缩机构30具备气缸31、滚动活塞32、叶片(未图示)、主轴承33和副轴承34。

气缸31的外周在俯视时为大致圆形。在气缸31的内部，形成有俯视时大致圆形的空间即气缸室。气缸31的轴向两端开口。

在气缸31设置有与气缸室连通并沿半径方向延伸的叶片槽(未图示)。在叶片槽的外侧，形成有与叶片槽连通且俯视时大致圆形的空间即背压室。

在气缸31设置有供气体制冷剂从制冷剂回路11a、11b被吸入的吸入口(未图示)。吸入口从气缸31的外周面向气缸室贯通。

在气缸31设置有供被压缩的制冷剂从气缸室排出的排出口(未图示)。排出口是将气缸31的上端面切口而形成的。

滚动活塞32为环状。滚动活塞32在气缸室内做偏心运动。滚动活塞32与轴50的偏心轴部51滑动自如地嵌合。

叶片的形状为平坦的大致长方体。叶片设置于气缸31的叶片槽内。叶片被设置于背压室的叶片弹簧始终推抵于滚动活塞32。由于密闭容器20内为高压，所以当压缩机12开始运转时，在叶片的背面(即背压室侧的面)作用有因密闭容器20内的压力与气缸室内的压力之差而产生的力。因此，使用叶片弹簧的目的主要在于，在压缩机12起动时(密闭容器20内与气缸室内的压力不存在差时)，将叶片推抵于滚动活塞32。

主轴承33在侧视时为大致倒T字形。主轴承33与轴50的比偏心轴部51靠上的部分即主轴部52滑动自如地嵌合。主轴承33将气缸31的气缸室及叶片槽的上侧封闭。

副轴承34在侧视时为大致T字形。副轴承34与轴50的比偏心轴部51靠下的部分即副轴部53滑动自如地嵌合。副轴承34将气缸31的气缸室及叶片槽的下侧封闭。

主轴承33具备排出阀(未图示)。在主轴承33的外侧安装有排出消声器35。经由排出阀而排出的高温高压的气体制冷剂暂时进入排出消声器35，然后从排出消声器35向密闭容器20内的空间放出。此外，排出阀及排出消声器35也可以设置于副轴承34，或者是设置于主轴承33和副轴承34这两者。

气缸31、主轴承33、副轴承34的材质是灰口铸铁、烧结钢、碳素钢等。滚动活塞32的材质例如是含有铬等的合金钢。叶片的材质例如是高速工具钢。

在密闭容器20的旁边设置有吸入消声器23。吸入消声器23从制冷剂回路11a、11b吸入低压的气体制冷剂。吸入消声器23在液体制冷剂返回时抑制液体制冷剂直接进入气缸31的气缸室。吸入消声器23经由吸入管21与气缸31的吸入口连接。吸入消声器23的主体通过焊接等固定于密闭容器20的侧面。

以下，说明电动机构40的详细结构。

在本实施方式中，电动机构40是无刷直流(Direct·Current)马达。此外，即使电动机构40是无刷直流马达以外的马达(例如感应电动机)，也能够使用本实施方式。

电动机构40具备定子41和转子42。

定子41与密闭容器20的内周面抵接并固定。转子42隔着0.3～1mm左右的空隙设置于定子41的内侧。

定子41具备定子铁心43和定子绕组44。定子铁心43通过将厚度为0.1～1.5mm的多个电磁钢板冲裁成规定的形状，沿轴向层叠，并通过铆接或焊接等固定而制作的。定子绕组44隔着绝缘部件48以集中绕组的方式卷绕于定子铁心43。绝缘部件48的材质例如是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、FEP(四氟乙烯·六氟丙烯共聚合物)、PFA(四氟乙烯·全氟烷基乙烯基醚共聚合物)、PTFE(聚四氟乙烯)、LCP(液晶聚合物)、PPS(聚苯硫醚)、苯酚树脂。定子绕组44与导线45连接。

在定子铁心43的外周，沿周向大致等间隔地形成有多个切口。各个切口成为从排出消声器35向密闭容器20内的空间放出的气体制冷剂的通路之一。各个切口也是冷冻机油60从电动机构40的上方向密闭容器20的底部返回的通路。

转子42具备转子铁心46和永磁铁(未图示)。转子铁心46与定子铁心43同样地，通过将厚度为0.1～1.5mm的多个电磁钢板冲裁成规定的形状，沿轴向层叠，并通过铆接或焊接等固定而被制作。永磁铁被插入形成于转子铁心46的多个插入孔中。作为永磁铁，例如使用铁氧体磁铁、稀土类磁铁。

转子铁心46形成有沿大致轴向贯通的多个贯通孔。各个贯通孔与定子铁心43的切口同样地，成为气体制冷剂从排出消声器35向密闭容器20内的空间放出的通路之一。

在密闭容器20的顶部安装有与外部电源连接的电源端子24(例如玻璃端子)。电源端子24例如通过焊接而固定于密闭容器20。电源端子24与来自电动机构40的导线45连接。

在密闭容器20的顶部安装有轴向两端开口的排出管22。从压缩机构30排出的气体制冷剂从密闭容器20内的空间通过排出管22向外部的制冷剂回路11a、11b排出。

以下说明压缩机12的动作。

电力从电源端子24经由导线45而向电动机构40的定子41供给。由此，电动机构40的转子42进行旋转。通过转子42的旋转，固定于转子42的轴50进行旋转。伴随着轴50的旋转，压缩机构30的滚动活塞32在压缩机构30的气缸31的气缸室内进行偏心旋转。气缸31与滚动活塞32之间的空间被压缩机构30的叶片分割成两部分。伴随着轴50的旋转，这两个空间的容积发生变化。在一方的空间中，容积逐渐扩大，由此，从吸入消声器23吸入制冷剂。在另一方的空间中，容积逐渐缩小，由此，其中的气体制冷剂被压缩。被压缩的气体制冷剂从排出消声器35向密闭容器20内的空间一次性排出。被排出的气体制冷剂通过电动机构40，从位于密闭容器20顶部的排出管22向密闭容器20外排出。

这里，制冷循环装置10采用高压腔式的压缩机12。即，制冷循环装置10采用密闭容器20内部为高温高压的压缩机12。另外，制冷循环装置10采用HFO－1123作为制冷剂。因此，有可能HFO－1123发生歧化反应，因连锁的歧化反应而发生爆炸。但是，本实施方式的制冷循环装置10采用了由HFO－1123与该HFO－1123以外的其它制冷剂混合而成的混合制冷剂，抑制了制冷剂回路11a、11b内的HFO－1123的量。因此，制冷循环装置10能够抑制HFO－1123发生歧化反应。此外，制冷循环装置10采用了冷冻机油60，该冷冻机油60被调整成HFO－1123比混合制冷剂中的其它制冷剂易溶。因此，在制冷循环装置10的运转过程中，在制冷剂回路11a、11b内循环的混合制冷剂之中的HFO－1123与所述其它制冷剂的混合比与制冷剂回路中封入混合制冷剂的时刻相比，HFO－1123的比例不会变大。因此，即使在制冷循环装置的运转过程中，制冷循环装置10也能够抑制HFO－1123发生歧化反应。即，本实施方式的制冷循环装置10能够防止因HFO－1123的连锁的歧化反应而发生爆炸的情况，即使使用HFO－1123也能够确保高的安全性。

另外，通过在制冷循环装置10中使用R32作为所述其它制冷剂，即通过使用HFO－1123与R32的混合制冷剂，从而能够进一步抑制HFO－1123发生歧化反应。由于HFO－1123与R32的混合制冷剂为拟共沸制冷剂，所以HFO－1123与R32的分离被抑制，能够防止因在制冷剂回路11a、11b内循环的混合制冷剂分离而使HFO－1123的浓度局部变高的情况。

此时，HFO－1123与R32的混合制冷剂在被封入制冷剂回路11a、11b之前的状态下，优选使该混合制冷剂中的HFO－1123的比例为60wt％以下。这是因为，制冷剂温度越低，制冷剂越容易溶入冷冻机油60中。即，在制冷剂温度比制冷时低的制热时，溶入冷冻机油60的制冷剂量比制冷时增加。并且，本实施方式的冷冻机油60被调整成HFO－1123比R32易溶。因此，在HFO－1123与R32的混合制冷剂中，通过使该混合制冷剂中的HFO－1123的比例为60wt％以下，从而在制热运转时，能够增大在制冷剂回路11b中循环的混合制冷剂中的R32的比例，能够提高制冷循环装置10的性能系数(COP)。此外，考虑到使用HFO－1123而带来的全球变暖系数(GWP)降低的效果，优选使混合制冷剂中的HFO－1123的比例为10wt％以上。

另外，在本实施方式中，以混合制冷剂相对于所述冷冻机油60的重量比在1倍以上且4倍以下的方式在制冷剂回路11a、11b中封入混合制冷剂和冷冻机油60。在以混合制冷剂相对于所述冷冻机油60的重量比小于1倍的方式在制冷剂回路11a、11b中封入混合制冷剂和冷冻机油60的情况下，由于混合制冷剂相对于冷冻机油60的比例过小，所以混合制冷剂的组成的变化量(HFO－1123与其它制冷剂的比例的变化量)过大，混合制冷剂的组成变得不稳定，因此，制冷循环装置10的控制变得困难。另一方面，在以混合制冷剂相对于所述冷冻机油60的重量比大于4倍的方式在制冷剂回路11a、11b中封入混合制冷剂和冷冻机油60的情况下，由于混合制冷剂相对于冷冻机油60的比例过大，所以混合制冷剂的组成的变化量(HFO－1123与其它制冷剂的比例的变化量)变小，COP的改善效果小。在本实施方式中，由于以混合制冷剂相对于所述冷冻机油60的重量比在1倍以上且4倍以下的方式在制冷剂回路11a、11b中封入混合制冷剂和冷冻机油60，因此，能够稳定地控制制冷循环装置10，能够充分地获得COP的改善效果。

最后，介绍制冷剂相对于冷冻机油60的溶解量的一例。

图4是表示本发明的实施方式的制冷剂相对于冷冻机油60的溶解量的图。该图4表示构成混合制冷剂的HFO－1123和HFO－1123以外的其它制冷剂相对于冷冻机油60的溶解量，作为其它制冷剂的一例，示出了R32。另外，图4所示的纵轴表示100重量份的冷冻机油60中溶解的HFO－1123和R32的量。

如图4所示，HFO－1123相对于冷冻机油60的溶解量比R32相对于冷冻机油60的溶解量多。着眼于图4中的冷冻机油60的温度为60℃的位置(虚线的位置)时，该位置表示在混合制冷剂的露点温度为40℃、储存于压缩机12内的冷冻机油60的温度为60℃(换言之，压缩机12的排出过热度为20℃)的情况下运转制冷循环装置10的状态。在该运转状态下，HFO－1123的溶解量为33重量份(A点)。另外，R32的溶解量比HFO－1123的溶解量少16重量份，为17重量份。通过以成为这样的制冷剂溶解量的方式调整冷冻机油60，从而能够充分获得上述效果(尤其是COP的改善效果)。此外，在上述运转状态下，通过将冷冻机油60调整成HFO－1123的溶解量为30重量份以上、R32的溶解量比HFO－1123的溶解量少10重量份以上，从而能够充分获得上述效果(尤其是COP的改善效果)。

以上说明了本发明的实施方式，但也可以部分地实施该实施方式。例如，可以省略各图中标有附图标记的机构中的一个或者几个，或者替换成另外的机构。此外，本发明不限定于该实施方式，能根据需要进行各种变更。

附图标记说明

10制冷循环装置、11a、11b制冷剂回路、12压缩机、13四通阀、14室外换热器、15膨胀阀、16室内换热器、17控制装置、20密闭容器、21吸入管、22排出管、23吸入消声器、24电源端子、30压缩机构、31气缸、32滚动活塞、33主轴承、34副轴承、35排出消声器、40电动机构、41定子、42转子、43定子铁心、44定子绕组、45导线、46转子铁心、48绝缘部件、50轴、51偏心轴部、52主轴部、53副轴部、60冷冻机油。

Claims (6)

1.一种制冷循环装置，其特征在于，具备：

制冷剂回路，在所述制冷剂回路中，高压腔式压缩机、冷凝器、膨胀机构以及蒸发器相连接；

混合制冷剂，所述混合制冷剂含有1，1，2－三氟乙烯和该1，1，2－三氟乙烯以外的其它制冷剂，并在所述制冷剂回路中循环；以及

冷冻机油，所述冷冻机油被调整为所述1，1，2－三氟乙烯比所述其它制冷剂易溶，所述冷冻机油被封入所述制冷剂回路内，

在露点温度为40℃、储存于所述高压腔式压缩机内的所述冷冻机油的温度为60℃的运转条件下，

所述1，1，2－三氟乙烯相对于100重量份的所述冷冻机油的溶解量为30重量份以上，

所述其它制冷剂相对于100重量份的所述冷冻机油的溶解量比所述1，1，2－三氟乙烯的溶解量少10重量份以上。

2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，

所述其它制冷剂是二氟甲烷。

3.根据权利要求2所述的制冷循环装置，其特征在于，

所述混合制冷剂中的所述1，1，2－三氟乙烯的比例是60wt％以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，

被封入所述制冷剂回路的所述混合制冷剂相对于所述冷冻机油的重量比为1倍以上且4倍以下。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，

所述冷冻机油是多元醇酯、聚乙烯醚和聚烷二醇之中的至少一方。

6.根据权利要求4所述的制冷循环装置，其特征在于，

所述冷冻机油是多元醇酯、聚乙烯醚和聚烷二醇之中的至少一方。

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