JP2001019944A - Low-temperature working fluid and refrigerating cycle apparatus using the same - Google Patents
Low-temperature working fluid and refrigerating cycle apparatus using the sameInfo
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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/006—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant containing more than one component
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素とエタ
ンからなる低温作動流体と、それを用いた冷凍サイクル
装置に関する。The present invention relates to a low-temperature working fluid composed of carbon dioxide and ethane, and a refrigeration cycle apparatus using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、マイナス数十度という非常に低い
温度への冷却を行うための一方法として、高温側の高段
サイクルと低温側の低段サイクルを組み合わせた２元の
冷凍サイクル装置がある。すなわち、カスケードコンデ
ンサを構成する高段サイクルの蒸発器により、同じくカ
スケードコンデンサを構成する低段サイクルの凝縮器を
冷却することによって、非常に低い温度への冷却を行う
ものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as one method for cooling to a very low temperature of minus several tens of degrees, a binary refrigeration cycle device combining a high stage cycle on a high temperature side and a low stage cycle on a low temperature side is known. is there. In other words, cooling to a very low temperature is performed by cooling a condenser in a low-stage cycle also forming a cascade condenser by a high-stage cycle evaporator forming a cascade condenser.
【０００３】一般に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、必
要に応じて四方弁、凝縮器、キャピラリーチューブや膨
張弁等の絞り装置、蒸発器、アキュームレータ等を配管
接続して冷凍サイクルを構成し、その内部に冷媒を循環
させることにより、冷却または加熱作用を行っている。
これらの冷凍サイクル装置における冷媒としては、フロ
ン類（以下Ｒ○○またはＲ○○○と記すことが、米国Ａ
ＳＨＲＡＥ３４規格により規定されている）と呼ばれる
メタンまたはエタンから誘導されたハロゲン化炭化水素
が知られている。In general, a refrigeration cycle apparatus comprises a refrigeration cycle constructed by connecting a compressor, a four-way valve as required, a condenser, a throttle device such as a capillary tube and an expansion valve, an evaporator, an accumulator, and the like. The cooling or heating action is performed by circulating the refrigerant inside.
As a refrigerant in these refrigeration cycle devices, chlorofluorocarbons (hereinafter referred to as ROO or ROO) are used in US
Halogenated hydrocarbons derived from methane or ethane, referred to as (SHRAE34 standard) are known.
【０００４】上記のような２元の冷凍サイクル装置にお
いては、低段サイクル用冷媒としてはＲ１３（クロロト
リフルオロメタン、CClF3、沸点−８１．３℃）、高段
サイクル用冷媒としてはＲ２２（クロロジフルオロメタ
ン、CHClF2、沸点−４０．８℃）などが用いられてき
た。[0004] In binary refrigeration cycle apparatus as described above, as a refrigerant for low-stage cycle R13 (chlorotrifluoromethane, CClF 3, boiling point -81.3 ℃), as the refrigerant high-stage cycle R22 (chloro Difluoromethane, CHClF 2 , boiling point −40.8 ° C.) and the like.
【０００５】このＲ１３は塩素を含むフッ化炭化水素類
（ＣＦＣ冷媒）、Ｒ２２は塩素と水素を含むフッ化炭化
水素類（ＨＣＦＣ冷媒）であり、いづれも成層圏オゾン
破壊能力があるため、すでにモントリオール議定書によ
って使用量及び生産量の規制が決定されている。例え
ば、Ｒ２２の代替冷媒としては、分子構造中に塩素を含
まず、水素を含むフッ化炭化水素類（ＨＦＣ冷媒）や、
フッ素も含まない炭化水素類（ＨＣ冷媒）の代替冷媒が
提案されている。R13 is a fluorinated hydrocarbon containing chlorine (CFC refrigerant), and R22 is a fluorinated hydrocarbon containing chlorine and hydrogen (HCFC refrigerant). Regulations on usage and production are determined by the Protocol. For example, as a substitute refrigerant for R22, fluorocarbons containing hydrogen without containing chlorine in the molecular structure (HFC refrigerant),
Alternative refrigerants for hydrocarbons (HC refrigerants) that do not contain fluorine have been proposed.
【０００６】一方、Ｒ１３の代替冷媒としても、分子構
造中に塩素を含まないフッ化炭化水素類を用いた代替冷
媒が提案されている。例えば、Ｒ５０８Ａは、Ｒ２３
（トリフルオロメタン、CHF3、沸点−８２．１℃）とＲ
１１６（ヘキサフルオロエタン、CF3CF3、沸点−７８．
２℃）がそれぞれ、３９重量％と６１重量％からなる共
沸様混合冷媒であり、Ｒ５０８Ｂは、Ｒ２３とＲ１１６
がそれぞれ、４６重量％と５４重量％からなる共沸様混
合冷媒である。すなわち、Ｒ５０８ＡとＲ５０８Ｂは、
同じＲ２３とＲ１１６を構成成分とし、混合割合が若干
異なるだけであるので、冷凍性能としてはほとんど同じ
である。On the other hand, as an alternative refrigerant for R13, an alternative refrigerant using a fluorinated hydrocarbon containing no chlorine in its molecular structure has been proposed. For example, R508A is R23
(Trifluoromethane, CHF 3 , boiling point -82.1 ° C) and R
116 (hexafluoroethane, CF 3 CF 3, boiling point -78.
2 ° C.) are azeotropic-like refrigerant mixtures consisting of 39% by weight and 61% by weight, respectively.
Are azeotropic-like refrigerant mixtures consisting of 46% by weight and 54% by weight, respectively. That is, R508A and R508B are:
Since the same R23 and R116 are used as constituents and the mixing ratio is slightly different, the refrigerating performances are almost the same.
【０００７】ここで、Ｒ２３はメタンの３つの水素がフ
ッ素で置換されたフッ化炭化水素類（ＨＦＣ冷媒）、Ｒ
１１６はエタンのすべての水素がフッ素で置換されたフ
ッ化炭化水素類（ＰＦＣ冷媒）であり、地球環境問題の
もう一つの課題である地球温暖化に対する影響を示す地
球温暖化係数（以下ＧＷＰと記す）が、従来のＨＣＦＣ
冷媒のＲ２２と比べても格段に高い、という課題があ
る。１９９５年のＩＰＣＣ（Intergovermental Panel
on Climate Change、気候変動政府間パネル）報告に
よれば、ＣＯ２（二酸化炭素）のＧＷＰを１としたとき
の積算時水平軸１００年の比較値は、Ｒ２２のＧＷＰは
１５００、Ｒ２３のＧＷＰは１１７００、Ｒ１１６のＧ
ＷＰは９２００であり、これらを混合したＲ５０８Ａの
ＧＷＰは１０２００、Ｒ５０８ＢのＧＷＰは１０４００
と試算される。Here, R23 is a fluorinated hydrocarbon (HFC refrigerant) in which three hydrogens of methane are replaced by fluorine,
Reference numeral 116 denotes fluorocarbons (PFC refrigerants) in which all the hydrogens of ethane have been replaced with fluorine, and has a global warming potential (hereinafter referred to as GWP) indicating the effect on global warming which is another global environmental problem. Described), but the conventional HCFC
There is a problem that it is significantly higher than R22 of the refrigerant. IPCC (Intergovermental Panel) in 1995
On Climate Change, the Intergovernmental Panel on Climate Change) reports that the GWP of R22 is 1500 and the GWP of R23 is 11700, assuming that the GWP of CO2 (carbon dioxide) is 1 and the horizontal axis at the time of integration is 100 years. G of R116
The WP is 9200, the GWP of R508A obtained by mixing these is 10200, and the GWP of R508B is 10400.
Is estimated.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらのＧ
ＷＰの高い低温作動流体の代替として、ＣＯ２（二酸化
炭素）を冷凍サイクル装置に用いる場合の機器課題を解
決し、優れた特性をもった別の代替冷媒を提案しようと
するものである。The present invention relates to these G
As an alternative to a low-temperature working fluid having a high WP, it is an object of the present invention to solve a device problem when CO2 (carbon dioxide) is used in a refrigeration cycle device and to propose another alternative refrigerant having excellent characteristics.
【０００９】具体的には、ＣＯ２（二酸化炭素）を冷凍
サイクル装置に用いる場合の一つの機器課題は、ＣＯ２
単一冷媒を用いると、冷凍サイクル装置の圧縮機におけ
る吐出温度が上昇しやすいことであり、使用する圧縮機
用潤滑油の信頼性に細心の注意をしなければならないと
いう課題がある。[0009] Specifically, when using CO2 (carbon dioxide) in a refrigeration cycle device, one of the equipment issues is CO2 (carbon dioxide).
If a single refrigerant is used, the discharge temperature of the compressor of the refrigeration cycle device tends to increase, and there is a problem that the reliability of the lubricating oil for the compressor to be used must be paid close attention.
【００１０】ＣＯ２（二酸化炭素）を冷凍サイクル装置
に用いる場合のもう一つの機器課題は、ＣＯ２は、ナフ
テン系やパラフィン系の鉱油、アルキルベンゼン油、エ
ーテル油、エステル油、ポリアレキレングリコール油、
カーボネート油、等の圧縮機用潤滑油と一定の温度範囲
では溶解するが、ＣＯ２を冷媒とする冷凍サイクル装置
の運転開始から、実際の低温を得るまでの運転状態の広
い温度域において、必ずしも完全溶解しない。またＣＯ
２（二酸化炭素）と圧縮機用潤滑油の任意の混合割合に
おいても、必ずしも完全溶解しない。すなわち、ＣＯ２
と共存する圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオイルリターン
を確保するという課題がある。Another equipment problem when CO2 (carbon dioxide) is used in a refrigeration cycle device is that CO2 is a naphthenic or paraffinic mineral oil, an alkylbenzene oil, an ether oil, an ester oil, a polyalkylene glycol oil,
Although it dissolves in a certain temperature range with compressor lubricating oil such as carbonate oil, it is not always complete in a wide temperature range of operating conditions from the start of operation of a refrigeration cycle device using CO2 as a refrigerant until an actual low temperature is obtained. Does not dissolve. Also CO
Even at an arbitrary mixing ratio of 2 (carbon dioxide) and the lubricating oil for a compressor, it does not always completely dissolve. That is, CO2
There is a problem of ensuring oil return of the compressor lubricating oil that coexists with the compressor.
【００１１】本発明は、ＣＯ２を使用する場合の圧縮機
吐出温度の低減と共存する圧縮機用潤滑油の圧縮機への
オイルリターンを確保するために、化学構造的に圧縮機
用潤滑油と近く、ＣＯ２と共沸性の高い炭化水素類であ
るエタン（CH3-CH3、Ｒ１７０、沸点−８８．８℃）を
少量の範囲で混合する低温作動流体であり、他にも優れ
た特性をもつこのＣＯ２とＲ１７０からなる低温作動流
体を用いる冷凍サイクル装置に関するものである。[0011] The present invention is to reduce the compressor discharge temperature when using CO2 and to ensure the oil return of the compressor lubricating oil that coexists with the compressor lubricating oil to the compressor. It is a low-temperature working fluid in which ethane (CH 3 —CH 3 , R170, boiling point -88.8 ° C.), which is a hydrocarbon with a high azeotropic property, is mixed in a small amount. The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus using a low-temperature working fluid composed of CO2 and R170 having the following formula.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明になる請求項１
は、二酸化炭素とエタンからなり、６０重量％以上の二
酸化炭素を含む、冷凍サイクル装置に用いる低温作動流
体である。According to the present invention, there is provided the present invention.
Is a low-temperature working fluid used for a refrigeration cycle apparatus, which is composed of carbon dioxide and ethane and contains 60% by weight or more of carbon dioxide.
【００１３】本発明になる請求項２は、二酸化炭素とエ
タンからなり、８０重量％以上の二酸化炭素を含む請求
項１記載の低温作動流体である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a low-temperature working fluid according to the first aspect, comprising carbon dioxide and ethane and containing 80% by weight or more of carbon dioxide.
【００１４】本発明になる請求項３は、請求項１記載の
二酸化炭素とエタンからなる低温作動流体を用いる冷凍
サイクル装置である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a refrigeration cycle apparatus using a low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to the first aspect.
【００１５】本発明になる請求項４は、請求項１記載の
二酸化炭素とエタンからなる低温作動流体を用い、凝縮
温度が１８℃以下で動作する冷凍サイクル装置である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a refrigeration cycle apparatus using the low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to the first aspect and operating at a condensation temperature of 18 ° C. or lower.
【００１６】本発明になる請求項５は、請求項１記載の
二酸化炭素とエタンからなる低温作動流体を用い、凝縮
温度が１８℃以下で、蒸発温度が二酸化炭素の３重点で
ある−５６．６℃以上で動作する冷凍サイクル装置であ
る。A fifth aspect of the present invention uses the low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to the first aspect, wherein the condensation temperature is 18 ° C. or less and the evaporation temperature is the triple point of carbon dioxide. This is a refrigeration cycle device that operates at 6 ° C. or higher.
【００１７】本発明になる請求項６は、請求項１記載の
二酸化炭素とエタンからなる低温作動流体を、凝縮温度
が１８℃以下で動作する低段の冷凍サイクル用冷媒とし
て用いる２元の冷凍サイクル装置である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a binary refrigeration using the low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to the first aspect as a refrigerant for a low-stage refrigeration cycle operating at a condensation temperature of 18 ° C. or less. It is a cycle device.
【００１８】本発明になる請求項７は、請求項３記載の
冷凍サイクル装置で、高圧タイプの圧縮機を使用する冷
凍サイクル装置である。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a refrigeration cycle apparatus according to the third aspect, wherein a high-pressure type compressor is used.
【００１９】本発明になる請求項８は、請求項７記載の
冷凍サイクル装置で、１００℃で５センチストークス以
上の粘度グレードをもつ圧縮機用潤滑油を使用する冷凍
サイクル装置である。An eighth aspect of the present invention is the refrigeration cycle apparatus according to the seventh aspect, wherein a lubricating oil for a compressor having a viscosity grade of 5 centistokes or more at 100 ° C. is used.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】低温作動流体である二酸化炭素
（ＣＯ２）は、炭化水素類であるプロパン（Ｒ２９
０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、ｎ−ブタン（Ｒ６０
０）等とは共沸様混合物を構成しない。しかし、炭化水
素類の一種であるエタン（CH3-CH3、Ｒ１７０、沸点−
８８．８℃）と共沸様混合物を作ることは、従来より知
られていた。例えば、Aage Fredenslund and Jorgen Mo
llerup:"Measurement and Predictionof Equilibrium R
atios for the C2H6+CO2 System", J.Chem.Soc.Farady
Trans., vol.1, no.70, p.1653-1660 (1974)や、Kazuak
i Ohgaki and Takashi Katayama:"Isothermal Vapor-Li
quid Equilibrium for the Ethane-Carbon Dioxide Sys
tem at High Temperatue", Fluid Phase Equilibria, v
ol.1, p.27-32 (1977)では、二酸化炭素（ＣＯ２）とエ
タン（Ｒ１７０）の気液平衡特性が測定されている。こ
れらの文献では、ＣＯ２が約６０〜７０モル％（すなわ
ち、ＣＯ２が約６９〜７７重量％）で、ＣＯ２とＲ１７
０が共沸様混合物を作ることが明らかにされている。ま
た、凝縮域が存在する最高の臨界温度と混合組成の関係
が明らかにされており、約１８℃以下ではＣＯ２とＲ１
７０の任意の混合組成で凝縮域が存在することが報告さ
れている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Carbon dioxide (CO2) as a low-temperature working fluid is a hydrocarbon such as propane (R29).
0), isobutane (R600a), n-butane (R60
0) etc. do not constitute an azeotropic mixture. However, ethane is a type of hydrocarbon (CH 3 -CH 3, R170, boiling point -
88.8 ° C.) to form an azeotropic mixture. For example, Aage Fredenslund and Jorgen Mo
llerup: "Measurement and Predictionof Equilibrium R
atios for the C2H6 + CO2 System ", J.Chem.Soc.Farady
Trans., Vol.1, no.70, p.1653-1660 (1974), Kazuak
i Ohgaki and Takashi Katayama: "Isothermal Vapor-Li
quid Equilibrium for the Ethane-Carbon Dioxide Sys
tem at High Temperatue ", Fluid Phase Equilibria, v
ol.1, p.27-32 (1977), the vapor-liquid equilibrium characteristics of carbon dioxide (CO2) and ethane (R170) are measured. In these references, CO2 is about 60-70 mole% (i.e., about 69-77% by weight CO2) and CO2 and R17
0 has been shown to form an azeotropic mixture. Further, the relationship between the highest critical temperature at which the condensed zone exists and the mixed composition has been clarified.
It has been reported that a condensed zone exists for any 70 mixed compositions.
【００２１】しかしながら従来、かかる二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）とエタン（Ｒ１７０）からなる共沸様混合物を、
冷凍サイクル装置の低温作動流体として用いるに当たっ
ての冷媒としての特性は未知のものであった。本発明
は、二酸化炭素（ＣＯ２）とエタン（Ｒ１７０）からな
る低温作動流体を、冷凍サイクル装置の冷媒として用い
る場合の優れた特性を発見し、実用上の機器課題を解決
できることを見い出したものである。However, conventionally, such carbon dioxide (C
An azeotropic mixture consisting of O2) and ethane (R170)
The characteristics as a refrigerant when used as a low-temperature working fluid in a refrigeration cycle apparatus were unknown. The present invention has discovered excellent characteristics when a low-temperature working fluid composed of carbon dioxide (CO2) and ethane (R170) is used as a refrigerant of a refrigeration cycle device, and has found that practical equipment problems can be solved. is there.
【００２２】本発明は、ＣＯ２（二酸化炭素）と、共沸
様混合物を作る炭化水素類から選ばれたＲ１７０（エタ
ン）を、６０重量％以上のＣＯ２を含むように混合し
た、冷凍サイクル装置に用いる低温作動流体である。上
述の組合せによって、冷凍サイクル装置としての冷媒
を、自然冷媒であるＣＯ２と、炭化水素類であるＲ１７
０を含む混合物となすことにより、成層圏オゾン層に及
ぼす影響をなくすることを可能とするものである。さら
にかかる混合物は、ＧＷＰが１のＣＯ２と、ＧＷＰがほ
とんどない炭化水素類のＲ１７０のみから構成されるた
め、これらを混合した冷媒も、地球温暖化に対する影響
はほとんどないものである。ここでエタン（Ｒ１７０）
は、精製時において、多少のプロパン（Ｒ２９０）、イ
ソブタン（Ｒ６００ａ）、ｎ−ブタン（Ｒ６００）が含
まれていても、地球環境問題には何ら差異はないもので
ある。また、ＣＯ２とＲ１７０を、６０重量％以上のＣ
Ｏ２を含むように混合すれば、冷凍サイクル装置の凝縮
器や蒸発器の両方において、温度勾配をほとんどゼロに
近くすることができ、凝縮過程を含まない冷凍サイクル
装置においても、ほとんど共沸様混合組成として扱える
ことがわかった。さらに、ＣＯ２とＲ１７０を、６０重
量％以上のＣＯ２を含むように混合したため、Ｒ１７０
の吐出温度低減効果により、この低温作動流体を冷凍サ
イクル装置の冷媒として用いたときに、ＣＯ２単一冷媒
を用いるときの圧縮機における吐出温度を大きく低減で
きるという作用を奏する。さらに、ＣＯ２とＲ１７０
を、６０重量％以上のＣＯ２を含むように混合すれば、
代替冷媒として提案されているＲ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂ
のＨＦＣ系混合冷媒よりも冷凍能力や成績係数が優れ
る。The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus in which CO2 (carbon dioxide) and R170 (ethane) selected from hydrocarbons forming an azeotropic mixture are mixed so as to contain 60% by weight or more of CO2. The low-temperature working fluid used. By the above-described combination, the refrigerant as the refrigeration cycle device is converted into CO2 which is a natural refrigerant and R17 which is a hydrocarbon.
By forming a mixture containing 0, it is possible to eliminate the influence on the stratospheric ozone layer. Furthermore, since such a mixture is composed of only CO2 having a GWP of 1 and R170, which is a hydrocarbon having substantially no GWP, a refrigerant obtained by mixing these has almost no effect on global warming. Where ethane (R170)
Has no difference in global environmental problems even if it contains some propane (R290), isobutane (R600a) and n-butane (R600) at the time of purification. In addition, CO2 and R170 are converted to C by 60% by weight or more.
By mixing so as to contain O2, the temperature gradient can be made almost zero in both the condenser and the evaporator of the refrigeration cycle device, and even in the refrigeration cycle device not including the condensation process, almost azeotropic-like mixing can be performed. It turned out that it can be treated as a composition. Further, since CO2 and R170 were mixed so as to contain 60% by weight or more of CO2, R170 was mixed.
When the low-temperature working fluid is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus, the discharge temperature of the compressor when a single CO2 refrigerant is used can be greatly reduced. In addition, CO2 and R170
Is mixed so as to contain 60% by weight or more of CO2,
R508A and R508B proposed as alternative refrigerants
Refrigeration capacity and coefficient of performance are superior to HFC-based mixed refrigerants.
【００２３】さらに本発明は、ＣＯ２とＲ１７０を、８
０重量％以上のＣＯ２を含むように限定したものであ
り、この場合には、ＣＯ２単一冷媒よりも、冷凍能力や
成績係数が優れると期待できる。このような効果は、従
来の気液平衡測定からだけでは、未知のものである。ま
た、８０重量％以上のＣＯ２を含むように混合すれば、
ほとんど万一の漏洩においても、可燃性の危険を防止す
ることができる。すなわち、冷凍サイクル装置中のＣＯ
２とＲ１７０からなる低温作動流体は、運転状態におい
てはＲ１７０が圧縮機用潤滑油に選択的に溶解するた
め、ほとんど８５重量％以上のＣＯ２を含む循環組成と
なり、このような組成範囲においては、ＣＯ２の不燃化
効果により、低温作動流体を実質的に不燃化できるもの
である。Further, the present invention relates to a method for converting CO2 and R170 into 8
It is limited to contain 0% by weight or more of CO2, and in this case, it can be expected that the refrigeration capacity and the coefficient of performance are superior to the CO2 single refrigerant. Such an effect is unknown only from the conventional gas-liquid equilibrium measurement. Also, if mixed so as to contain 80% by weight or more of CO2,
Even in the unlikely event of a leak, the danger of flammability can be prevented. That is, CO in the refrigeration cycle device
The low-temperature working fluid composed of R2 and R170 has a circulating composition containing almost 85% by weight or more of CO2 because R170 is selectively dissolved in the lubricating oil for a compressor in an operating state, and in such a composition range, The low-temperature working fluid can be made substantially non-combustible by the non-combustible effect of CO2.
【００２４】本発明は、ＣＯ２とＲ１７０からなり、６
０重量％以上のＣＯ２を含む低温作動流体を、冷凍サイ
クル装置に充填するものである。このとき、共沸性の高
いＲ１７０を弱可燃性を示す少量の範囲で混合するた
め、運転開始から実際の低温を得るまでの運転状態の広
い温度域やＣＯ２と圧縮機用潤滑油の任意の混合割合に
おいて、化学構造的に近い潤滑油との溶解性を改善で
き、ＣＯ２と共存する潤滑油の圧縮機へのオイルリター
ンを確保することができる。さらには、ＣＯ２よりも多
くＲ１７０が潤滑油へ溶解するために、充填した混合組
成よりもＲ１７０の少ない循環組成、すなわち６０重量
％よりも多いＣＯ２を含む循環組成となるが、このよう
な組成範囲では、ＣＯ２とＲ１７０はより共沸性が高く
なるため、もし冷凍サイクル装置からの漏洩が起こった
としても、漏洩時にＣＯ２とＲ１７０の混合割合がほと
んど変化することがないため、炭化水素類の強可燃性の
性質が表れる可能性を低減できる。The present invention comprises CO2 and R170,
A refrigeration cycle device is filled with a low-temperature working fluid containing 0% by weight or more of CO2. At this time, since R170 having a high azeotropic property is mixed in a small range showing a low flammability, a wide temperature range of an operating state from the start of operation to obtaining an actual low temperature, or an arbitrary temperature range of CO2 and lubricating oil for a compressor. In the mixing ratio, it is possible to improve the solubility of the lubricating oil having a chemical structure close to that of the lubricating oil, and to ensure the oil return of the lubricating oil coexisting with CO2 to the compressor. Further, since R170 dissolves in the lubricating oil more than CO2, a circulation composition having less R170 than the mixed composition filled, that is, a circulation composition containing more than 60% by weight of CO2 is obtained. In this case, since CO2 and R170 have higher azeotropic properties, even if leakage from the refrigeration cycle device occurs, the mixing ratio of CO2 and R170 hardly changes at the time of leakage. It is possible to reduce the possibility that flammable properties appear.
【００２５】本発明は、ＣＯ２とＲ１７０からなり、６
０重量％以上のＣＯ２を含む低温作動流体を、凝縮温度
が１８℃以下で動作する冷凍サイクル装置に充填するも
のである。凝縮温度が１８℃以下で動作するため、ＣＯ
２とＲ１７０からなる低温作動流体は、必ず凝縮過程を
もち、冷媒としての高い凝縮伝熱性能をもつことから、
熱交換器を含む機器を小型化することが可能である。本
発明においては蒸発温度は規定していないが、二酸化炭
素の３重点である−５６．６℃以下の蒸発温度において
は、ＣＯ２が一部ドライアイスとして氷結するため、蓄
冷熱装置として利用することも可能である。The present invention comprises CO2 and R170,
A low-temperature working fluid containing 0% by weight or more of CO2 is charged into a refrigeration cycle device that operates at a condensation temperature of 18 ° C or less. Since it operates at a condensation temperature of 18 ° C or less, CO 2
Since the low-temperature working fluid composed of R2 and R170 always has a condensation process and has high condensation heat transfer performance as a refrigerant,
It is possible to reduce the size of the equipment including the heat exchanger. In the present invention, the evaporating temperature is not specified, but at the evaporating temperature of -56.6 ° C or lower, which is the triple point of carbon dioxide, CO2 partially freezes as dry ice, so that it is used as a cold storage device. Is also possible.
【００２６】さらに本発明は、ＣＯ２とＲ１７０からな
る低温作動流体を、凝縮温度が１８℃以下で、蒸発温度
が二酸化炭素の３重点である−５６．６℃以上で動作す
る冷凍サイクル装置に充填するものである。これによ
り、凝縮側での高い凝縮伝熱性能とともに、蒸発側でＣ
Ｏ２が凝固する危険を防止して、高い蒸発伝熱性能をも
つため、熱交換器を含む機器を小型化して、安定した低
温を得ることが可能となる。Further, the present invention fills a low-temperature working fluid composed of CO2 and R170 into a refrigeration cycle apparatus operating at a condensation temperature of 18 ° C. or lower and an evaporation temperature of -56.6 ° C. or higher, which is the triple point of carbon dioxide. Is what you do. As a result, high condensation heat transfer performance on the condensation side and C
Since the danger of O2 solidification is prevented and high evaporation heat transfer performance is achieved, it is possible to downsize equipment including the heat exchanger and obtain a stable low temperature.
【００２７】さらに本発明は、ＣＯ２とＲ１７０からな
る低温作動流体を、凝縮温度が１８℃以下で動作する低
段の冷凍サイクル用冷媒として用いる２元の冷凍サイク
ル装置である。マイナス数十度という非常に低い温度へ
の冷却を行うためには、高温側の高段サイクルと低温側
の低段サイクルを組み合わせた２元の冷凍サイクル装置
が便利であり、カスケードコンデンサを構成する高段サ
イクルの蒸発器により、同じくカスケードコンデンサを
構成する低段サイクルの凝縮器を冷却することによっ
て、非常に低い温度への冷却を行うことが可能となる。
ＣＯ２とＲ１７０からなる低温作動流体を、凝縮温度が
１８℃以下で動作する低段の冷凍サイクル用冷媒として
用いることによって、カスケードコンデンサの高い凝縮
伝熱性能をもつことから、熱交換器を含む機器を小型化
することが可能である。Further, the present invention is a binary refrigeration cycle apparatus using a low-temperature working fluid composed of CO2 and R170 as a refrigerant for a low-stage refrigeration cycle operating at a condensation temperature of 18 ° C. or less. In order to perform cooling to a very low temperature of minus several tens of degrees, a binary refrigeration cycle device combining a high stage cycle on the high temperature side and a low stage cycle on the low temperature side is convenient, and constitutes a cascade condenser The high cycle evaporator allows cooling to a very low temperature by cooling the low cycle condenser, which also forms a cascade condenser.
By using a low-temperature working fluid consisting of CO2 and R170 as a refrigerant for a low-stage refrigeration cycle that operates at a condensing temperature of 18 ° C. or less, the cascade condenser has high condensation heat transfer performance. Can be reduced in size.
【００２８】さらに本発明は、ＣＯ２とＲ１７０からな
る低温作動流体を充填する冷凍サイクル装置で、高圧タ
イプの圧縮機を使用するものである。マイナス数十度と
いう非常に低い温度への冷却を行う冷凍サイクル装置に
おいては、運転開始から実際の低温を得るまでの運転状
態において、蒸発温度は徐々に低温化する。このとき低
圧タイプの圧縮機を用いていると、その中に滞留する圧
縮機用潤滑油の粘度は、低温になるにつれて極端に上昇
し、圧縮機の消費電力を増大させるものとなる。したが
って、高圧タイプの圧縮機を使用することによって、潤
滑油の滞留する高圧シェル内は圧縮時の高温高圧の吐出
ガスに常にさらされるため、潤滑油の選定や粘度管理が
容易となる。また停止時の圧縮機中で、比重の重いＣＯ
２やＲ１７０の液冷媒が一部非溶解となって潤滑油の下
部に滞留していたとしても、圧縮機起動時にＣＯ２やＲ
１７０が速やかに気化し、適度の粘度をもった潤滑油が
圧縮機中の圧縮機構に給油されるため、信頼性の課題を
多いに低減することが可能性となる。さらに本発明にな
る冷凍サイクル装置は、圧縮機吐出側の油分離器や、凝
縮器（または冷却器）出口から圧縮機に到る分岐回路を
設ければ、冷媒と一緒に吐出される圧縮機用潤滑油が、
マイナス数十度という非常に低い温度の蒸発器において
滞留することを防止できて、より安全である。Further, the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus for charging a low-temperature working fluid composed of CO2 and R170, wherein a high-pressure type compressor is used. In a refrigeration cycle apparatus that cools to a very low temperature of minus several tens of degrees, the evaporating temperature gradually lowers in an operation state from the start of operation until an actual low temperature is obtained. At this time, if a low-pressure type compressor is used, the viscosity of the compressor lubricating oil staying therein rises extremely as the temperature becomes lower, and the power consumption of the compressor increases. Therefore, by using the high-pressure type compressor, the inside of the high-pressure shell in which the lubricating oil stays is always exposed to the high-temperature and high-pressure discharge gas at the time of compression, which facilitates selection of the lubricating oil and viscosity management. Also, in the compressor at the time of stoppage, CO with a large specific gravity
Even if the liquid refrigerant of R2 and R170 is partially undissolved and stays in the lower part of the lubricating oil, CO2 or R170 is
Since 170 is quickly vaporized and lubricating oil having an appropriate viscosity is supplied to a compression mechanism in the compressor, it is possible to greatly reduce reliability issues. Further, the refrigeration cycle apparatus according to the present invention is provided with an oil separator on the compressor discharge side or a branch circuit from the outlet of the condenser (or cooler) to the compressor. Lubricating oil
It is safer to prevent stagnation in an evaporator at a very low temperature of minus several tens degrees.
【００２９】さらに本発明は、ＣＯ２とＲ１７０からな
る低温作動流体を充填し、高圧タイプの圧縮機を使用
し、１００℃で５センチストークス以上の粘度グレード
をもつ圧縮機用潤滑油を使用する冷凍サイクル装置であ
る。ここで、１００℃で５センチストークス以上の粘度
グレードをもつ潤滑油は、潤滑油の種類によって粘度指
数も異なるため一概に言えないが、４０℃ではほぼ５０
センチストークス以上の粘度グレードをもつ。このよう
な１００℃で５センチストークス以上の粘度グレードを
もつ潤滑油と、ＣＯ２とＲ１７０からなる低温作動流体
を共存させると、運転状態においては、Ｒ１７０が潤滑
油に選択的に溶解して潤滑油の粘度は低下する。すなわ
ち、常温でＲ１７０が潤滑油に選択的に溶解して潤滑油
の粘度が低下した状態から圧縮機が起動され、高圧シェ
ル内で圧縮時に高温高圧の吐出ガスに常にさらされる潤
滑油の温度もほぼ同一となり、さらに潤滑油の粘度が低
下するが、１００℃で５センチストークス以上の粘度グ
レードをもつ潤滑油を選定しておけば信頼性上の保証が
得られるものである。粘度グレードの上限については特
に規定しないが、１００℃で２０センチストークス以下
程度が、摺動摩擦による消費電力の増大を防止するのに
適当である。また圧縮機用潤滑油としては、ナフテン系
やパラフィン系の鉱油、アルキルベンゼン油、エーテル
油、エステル油、ポリアレキレングリコール油、カーボ
ネート油、等の単独の基油でもよいし、これらの混合油
でもよいことはもちろんのことである。Further, the present invention provides a refrigerating method using a low-pressure working fluid composed of CO2 and R170, using a high-pressure type compressor, and using a lubricating oil for a compressor having a viscosity grade of 5 centistokes or more at 100 ° C. It is a cycle device. Here, a lubricating oil having a viscosity grade of 5 centistokes or more at 100 ° C. cannot be said unconditionally because the viscosity index varies depending on the type of lubricating oil.
It has a viscosity grade of centistokes or higher. When such a lubricating oil having a viscosity grade of 5 centistokes or more at 100 ° C. and a low-temperature working fluid composed of CO2 and R170 coexist, R170 is selectively dissolved in the lubricating oil in an operating state, and Decrease in viscosity. That is, the compressor is started from a state in which R170 is selectively dissolved in the lubricating oil at normal temperature and the viscosity of the lubricating oil is reduced, and the temperature of the lubricating oil constantly exposed to high-temperature and high-pressure discharge gas during compression in the high-pressure shell is also increased. The lubricating oil becomes almost the same, and the viscosity of the lubricating oil further decreases. However, if a lubricating oil having a viscosity grade of 5 centistokes or more at 100 ° C. is selected, reliability can be guaranteed. The upper limit of the viscosity grade is not particularly limited, but about 20 centistokes or less at 100 ° C. is suitable for preventing an increase in power consumption due to sliding friction. The lubricating oil for a compressor may be a single base oil such as a naphthenic or paraffinic mineral oil, an alkylbenzene oil, an ether oil, an ester oil, a polyalkylene glycol oil, a carbonate oil, or a mixture thereof. The good thing is, of course.
【００３０】（実施の形態１）本実施の形態は、二酸化
炭素（ＣＯ２）とエタン（Ｒ１７０）からなる２成分系
の低温作動流体の冷凍性能を示し、冷凍サイクル装置の
冷媒として用いる場合の優れた特性を示すものである。(Embodiment 1) This embodiment shows the refrigerating performance of a two-component low-temperature working fluid composed of carbon dioxide (CO2) and ethane (R170), and is excellent when used as a refrigerant in a refrigeration cycle apparatus. This shows the characteristics.
【００３１】図１は、二酸化炭素（ＣＯ２）とエタン
（Ｒ１７０）からなる２成分系の冷媒としての特性を調
べるために用いた、高温側の高段サイクルと低温側の低
段サイクルを組み合わせた２元の冷凍サイクル装置であ
る。すなわち、カスケードコンデンサを構成する高段サ
イクルの蒸発器により、同じくカスケードコンデンサを
構成する低段サイクルの凝縮器を冷却することによっ
て、非常に低い温度への冷却を行うものである。FIG. 1 shows a combination of a high-temperature high-stage cycle and a low-temperature low-stage cycle used for examining the characteristics of a two-component refrigerant composed of carbon dioxide (CO2) and ethane (R170). It is a binary refrigeration cycle device. In other words, cooling to a very low temperature is performed by cooling a condenser in a low-stage cycle also forming a cascade condenser by a high-stage cycle evaporator forming a cascade condenser.
【００３２】この２元の冷凍サイクル装置を構成する２
つの高段サイクル１と低段サイクル２のうち、低段サイ
クル２についてのみ説明すると、高圧タイプの圧縮機
３、凝縮器や冷却器として作用するカスケードコンデン
サ４、膨張弁５、蒸発器６、アキュームレータ７、等を
配管接続している。また圧縮機３の吐出側には、油分離
器８を設け、冷媒と一緒に吐出する一部の潤滑油を圧縮
機３に回収するように、配管接続している。高段サイク
ル１についても基本的な構成要素は、低段サイクル２と
同じであるが、高段サイクル１においては、カスケード
コンデンサ４は蒸発器として作用する。The two components constituting the binary refrigeration cycle apparatus 2
Of the high-stage cycle 1 and the low-stage cycle 2, only the low-stage cycle 2 will be described. A high-pressure type compressor 3, a cascade condenser 4 acting as a condenser or a cooler, an expansion valve 5, an evaporator 6, an accumulator 7, etc. are connected by piping. An oil separator 8 is provided on the discharge side of the compressor 3, and is connected to a pipe so that a part of the lubricating oil discharged together with the refrigerant is collected in the compressor 3. The basic components of the high-stage cycle 1 are the same as those of the low-stage cycle 2, but in the high-stage cycle 1, the cascade condenser 4 acts as an evaporator.
【００３３】この低段サイクル２には、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）とエタン（Ｒ１７０）からなる２成分系の混合冷
媒を、混合割合を変化させて充填するようにしている。
また冷凍性能は、低段サイクル２における凝縮器として
作用するカスケードコンデンサ４の凝縮開始温度が０
℃、蒸発器６の蒸発開始温度が−５０℃となるように、
高段サイクル１と低段サイクル２を制御して測定するよ
うにしたものである。In this low-stage cycle 2, carbon dioxide (C
A two-component mixed refrigerant composed of O2) and ethane (R170) is charged while changing the mixing ratio.
The refrigeration performance is such that the condensation start temperature of the cascade condenser 4 acting as a condenser in the low-stage cycle 2 is zero.
° C, so that the evaporation start temperature of the evaporator 6 becomes -50 ° C.
The high cycle 1 and the low cycle 2 are controlled and measured.
【００３４】（表１）は、二酸化炭素（ＣＯ２）とエタ
ン（Ｒ１７０）からなる２成分系の、ＣＯ２が６０重量
％から１００重量％の混合冷媒（１００重量％はＣＯ２
単一冷媒）の冷凍性能を、代替冷媒として提案されてい
るＲ５０８Ａの冷凍性能と比較したものである。Table 1 shows a two-component mixed refrigerant of carbon dioxide (CO 2) and ethane (R170) containing 60 to 100% by weight of CO 2 (100% by weight is CO 2).
It is a comparison of the refrigeration performance of a single refrigerant) with that of R508A, which has been proposed as an alternative refrigerant.
【００３５】[0035]
【表１】 [Table 1]
【００３６】（表１）の冷凍サイクル装置の冷凍能力と
成績係数は、両方ともに、代替冷媒として提案されてい
るＨＦＣ系混合冷媒であるＲ５０８Ａよりも、大幅に上
回る。冷凍能力は、ＣＯ２／Ｒ１７０が９０／１０重量
％において最大となり、８０／２０重量％まではほぼ同
等であるが、さらにＲ１７０を混合するにつれて減少す
る。成績係数は、Ｒ１７０を混合するにつれてほぼ減少
しているが、これは凝縮開始温度と蒸発開始温度を固定
して測定したためであり、ＣＯ２単一冷媒と同等の冷凍
能力で比較すれば、８０／２０重量％までは、ＣＯ２単
一冷媒を上回る成績係数を期待できる。The refrigeration capacity and coefficient of performance of the refrigeration cycle apparatus shown in Table 1 are both significantly higher than R508A, which is an HFC-based mixed refrigerant proposed as an alternative refrigerant. The refrigeration capacity is maximized at 90/10 wt% CO2 / R170, is approximately equivalent up to 80/20 wt%, but decreases with further mixing of R170. The coefficient of performance almost decreased as R170 was mixed. This was because the measurement was performed while fixing the condensation start temperature and the evaporation start temperature. Up to 20% by weight, a coefficient of performance exceeding that of a single CO2 refrigerant can be expected.
【００３７】（表１）の凝縮過程と蒸発過程における温
度勾配は、凝縮器として作用するカスケードコンデンサ
４および蒸発器６の配管中の圧力損失を補正したもので
ある。ＣＯ２とＲ１７０の２成分系において、６０重量
％以上のＣＯ２では、凝縮過程と蒸発過程の両方ともに
ほぼ１ｄｅｇ以下であり、ほとんど共沸様混合組成とし
て扱えることがわかる。従って、冷媒が圧縮機３へ液バ
ックするとしても、アキュームレータ７内において気相
と液相の組成分離がほとんど起こらない。なお、ＣＯ２
が６０重量％以下では、凝縮過程と蒸発過程における温
度勾配が大きくなり、共沸様混合組成として扱えないも
のである。The temperature gradients in the condensing process and the evaporating process shown in Table 1 are obtained by correcting the pressure loss in the piping of the cascade condenser 4 and the evaporator 6 acting as a condenser. In the two-component system of CO2 and R170, when CO2 is 60% by weight or more, both the condensation process and the evaporation process are almost 1 deg or less, and it can be understood that the composition can be almost treated as an azeotropic mixture. Therefore, even if the refrigerant liquid backs into the compressor 3, the composition separation between the gas phase and the liquid phase hardly occurs in the accumulator 7. In addition, CO2
If it is less than 60% by weight, the temperature gradient in the condensation process and the evaporation process becomes large, and it cannot be handled as an azeotropic mixture composition.
【００３８】（表１）の吐出温度からは、ＣＯ２にＲ１
７０を混合するにつれて、圧縮機３の吐出温度が飛躍的
に減少できることがわかる。すなわち本発明は、ＣＯ２
とＲ１７０を、６０重量％以上のＣＯ２を含むように混
合したため、Ｒ１７０の吐出温度低減効果により、この
低温作動流体を冷凍サイクル装置に用いたときに、ＣＯ
２単一冷媒を用いるときの圧縮機３における吐出温度を
大きく低減できるという作用を奏する。このＲ１７０の
吐出温度低減効果は、Ｒ１７０を混合するにつれて、徐
々に小さくなるが、８０／２０重量％では、約１５ｄｅ
ｇの吐出温度低減効果があることがわかる。From the discharge temperatures shown in Table 1, R1
It is understood that the discharge temperature of the compressor 3 can be drastically reduced as 70 is mixed. That is, the present invention relates to CO2
And R170 were mixed so as to contain 60% by weight or more of CO2. Therefore, due to the effect of reducing the discharge temperature of R170, when this low-temperature working fluid was used in a refrigeration cycle device,
2. There is an effect that the discharge temperature in the compressor 3 when using a single refrigerant can be greatly reduced. The effect of lowering the discharge temperature of R170 gradually decreases as R170 is mixed.
It can be seen that there is an effect of reducing the discharge temperature of g.
【００３９】また、ＣＯ２とＲ１７０からなる混合冷媒
が冷凍サイクル装置内に充填される際には、潤滑油内に
Ｒ１７０がよく溶解し、これが運転時の圧縮機３へのオ
イルリターンを確保する要因となる。Ｒ１７０と潤滑油
との溶解性を利用して、圧縮機３から冷媒と一緒に吐出
された潤滑油が、油分離器８で捕捉できなくとも、低温
の蒸発器６やアキュームレータ７から圧縮機３に帰還す
ることを保証することができる。この望ましい組成は、
冷凍サイクル装置に用いる冷媒量と、圧縮機３に用いる
潤滑油量によって異なるが、一般にはＣＯ２が８０重量
％以上、Ｒ１７０が２０重量％以下でよいものである。
従って冷凍サイクル装置を運転する際には、潤滑油内に
Ｒ１７０が溶解した分だけ、Ｒ１７０の循環量が減少
し、循環組成は最大でも２０重量％よりも少なくなるも
のである。When the mixed refrigerant consisting of CO2 and R170 is charged into the refrigeration cycle apparatus, R170 is well dissolved in the lubricating oil, and this is a factor for ensuring oil return to the compressor 3 during operation. Becomes Utilizing the solubility of R170 and the lubricating oil, even if the lubricating oil discharged together with the refrigerant from the compressor 3 cannot be captured by the oil separator 8, the lubricating oil from the low-temperature evaporator 6 or the accumulator 7 cannot be used. Can be guaranteed to return to. This desirable composition is
Although it differs depending on the amount of refrigerant used in the refrigeration cycle device and the amount of lubricating oil used in the compressor 3, generally, CO2 may be 80% by weight or more and R170 may be 20% by weight or less.
Therefore, when the refrigeration cycle device is operated, the amount of R170 circulated is reduced by the amount of R170 dissolved in the lubricating oil, and the circulating composition is less than 20% by weight at the maximum.
【００４０】本実施の形態では、二酸化炭素（ＣＯ２）
とエタン（Ｒ１７０）からなる低温作動流体を、２元の
冷凍サイクル装置の低段サイクルに適用した場合につい
て説明したが、凝縮過程の存在しない一つの冷凍サイク
ル装置に適用する場合には、凝縮器の代わりに冷却器を
用いることができる。このときは、冷却器中では冷媒の
凝縮は起こらず同一組成で冷却され、圧縮機吐出温度の
低減効果や、共沸様混合組成としての扱いや、圧縮機へ
のオイルリターンは、同様に期待ができる。In this embodiment, carbon dioxide (CO2)
The case where the low-temperature working fluid consisting of ethane and ethane (R170) is applied to a low-stage cycle of a binary refrigeration cycle apparatus, but when applied to one refrigeration cycle apparatus having no condensation process, a condenser is used. A cooler can be used instead of At this time, the refrigerant is cooled with the same composition without condensation of the refrigerant in the cooler, and the effect of reducing the compressor discharge temperature, the treatment as an azeotropic mixture composition, and the oil return to the compressor are also expected. Can be.
【００４１】（実施の形態２）本実施の形態は、二酸化
炭素（ＣＯ２）とエタン（Ｒ１７０）の２成分系混合物
の可燃性について調査したものである。エタン（Ｒ１７
０）の燃焼下限界については、３．２ｖｏｌ％と強可燃
性であることが知られている。一方、二酸化炭素（ＣＯ
２）は、消火剤としても用いられることも知られてい
る。(Embodiment 2) In this embodiment, the flammability of a binary mixture of carbon dioxide (CO2) and ethane (R170) was investigated. Ethane (R17
It is known that the lower limit of combustion of 0) is 3.2% by volume and is highly flammable. On the other hand, carbon dioxide (CO
It is also known that 2) is used as a fire extinguisher.
【００４２】ここでＣＯ２とＲ１７０の混合物に関する
燃焼性の試験は、簡易の燃焼実験方法として次のように
行った。方法としては、容積７５．６ｍｌの試験管、ま
たは容積３２５ｍｌのメスシリンダを用い、その開口部
を下に設置して、容器中に所定の濃度の混合ガスを充填
して充分に拡散した後に、開口部を開封直後にマッチに
よって着火した。燃焼の判定は、火炎が下部の開口部か
ら容器全体に、すなわち容器上部にまで到達した時を燃
焼濃度とした。この方法によって燃焼濃度がない混合ガ
ス組成を不燃性とした。The flammability test for the mixture of CO2 and R170 was conducted as follows as a simple combustion test method. As a method, a test tube with a capacity of 75.6 ml or a graduated cylinder with a capacity of 325 ml is used, its opening is installed below, and after a mixed gas of a predetermined concentration is filled in a container and sufficiently diffused, The opening ignited by a match immediately after opening. The combustion concentration was determined when the flame reached the entire container from the lower opening, that is, the upper portion of the container. By this method, a mixed gas composition having no combustion concentration was made nonflammable.
【００４３】不燃性のＣＯ２と、可燃性のＲ１７０のガ
スとを混合した場合には、ＣＯ２の混合量を増やして行
くとＲ１７０の濃度が約８５重量％から不燃性となるこ
とがわかった。これはＣＯ２の不燃化効果によるもので
あり、約１５重量％以下のＲ１７０と約８５重量％以上
のＣＯ２の混合作動流体は不燃性であるといえる。When non-flammable CO2 and flammable R170 gas were mixed, it was found that the concentration of R170 became nonflammable from about 85% by weight as the amount of CO2 was increased. This is due to the non-combustible effect of CO2, and it can be said that a mixed working fluid of about 170% by weight or less of R170 and about 85% by weight or more of CO2 is nonflammable.
【００４４】従って、ＣＯ２とＲ１７０を、８０重量％
以上のＣＯ２を含むように混合すれば、冷凍サイクル装
置の運転状態においては、Ｒ１７０が圧縮機用潤滑油に
選択的に溶解するため、ほとんど８５重量％以上のＣＯ
２を含む循環組成となり、このような組成範囲において
は、ＣＯ２の不燃化効果により、低温作動流体を実質的
に不燃化できるものである。Therefore, CO2 and R170 were added in an amount of 80% by weight.
When mixed so as to contain the above-mentioned CO2, in the operating state of the refrigeration cycle apparatus, R170 is selectively dissolved in the lubricating oil for the compressor, so that almost 85% by weight or more of CO2 is contained.
In this composition range, the low-temperature working fluid can be substantially made nonflammable by the nonflammability effect of CO2.
【００４５】また可燃性のＲ１７０がたとえ冷凍サイク
ル装置から漏洩したとしても、循環組成のＣＯ２及びＲ
１７０の２成分からなる混合作動流体は共沸様混合物を
作り、漏洩時にＣＯ２とＲ１７０の混合割合がほとんど
変化することがない。Even if the flammable R170 leaks from the refrigeration cycle apparatus, the circulating composition of CO2 and R
The mixed working fluid composed of two components 170 forms an azeotropic mixture, and the mixing ratio of CO2 and R170 hardly changes at the time of leakage.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては以下の効果を有する。すなわち、 （１）冷媒を、自然冷媒であるＣＯ２と、炭化水素類で
あるＲ１７０を含む混合物となすことにより、成層圏オ
ゾン層に及ぼす影響や地球温暖化に対する影響はほとん
どないものである。As is apparent from the above description, the present invention has the following effects. That is, (1) By forming the refrigerant as a mixture containing CO2 which is a natural refrigerant and R170 which is a hydrocarbon, there is almost no effect on the stratospheric ozone layer and no effect on global warming.
【００４７】（２）冷凍サイクル装置の凝縮器や蒸発器
の両方において、温度勾配をほとんどゼロに近くするこ
とができ、凝縮過程を含まない冷凍サイクル装置におい
ても、ほとんど共沸様混合組成として扱え、可燃性のＲ
１７０がたとえ装置から漏洩したとしても、ほとんど不
燃化できる。(2) In both the condenser and the evaporator of the refrigeration cycle apparatus, the temperature gradient can be almost zero, and even in the refrigeration cycle apparatus not including the condensation process, it can be treated as an almost azeotropic mixture composition. , Flammable R
Even if 170 leaks from the device, it can be almost non-combustible.
【００４８】（３）冷凍サイクル装置に用いたときに、
ＣＯ２単一冷媒を用いるときの圧縮機における吐出温度
を大きく低減できる。(3) When used in a refrigeration cycle device,
The discharge temperature in the compressor when using a single CO2 refrigerant can be greatly reduced.
【００４９】（４）代替冷媒として提案されているＲ５
０８ＡやＲ５０８ＢのＨＦＣ系混合冷媒よりも、冷凍能
力や成績係数が優れる。(4) R5 proposed as an alternative refrigerant
It is superior in refrigeration capacity and coefficient of performance to HFC-based mixed refrigerants of 08A and R508B.
【００５０】（５）８０重量％以上のＣＯ２を含むよう
に混合すれば、ＣＯ２単一冷媒よりも優れた成績係数が
期待できる。(5) If mixed so as to contain 80% by weight or more of CO2, a coefficient of performance superior to that of a single CO2 refrigerant can be expected.
【００５１】（６）Ｒ１７０が主に圧縮機用潤滑油に溶
解し、ＣＯ２と共存する圧縮機用潤滑油の圧縮機へのオ
イルリターンを確保することができる。(6) R170 is mainly dissolved in the compressor lubricating oil, and the oil return of the compressor lubricating oil coexisting with CO2 to the compressor can be ensured.
【００５２】（７）特定された温度範囲で動作する冷凍
サイクル装置に充填することによって、熱交換器を含む
機器を小型化することが可能である。(7) By filling the refrigeration cycle apparatus operating in the specified temperature range, it is possible to reduce the size of equipment including the heat exchanger.
【００５３】（８）本発明になる冷凍サイクル装置は、
ドライアイスによる蓄冷熱装置として利用することも可
能である。(8) The refrigeration cycle apparatus according to the present invention comprises:
It can also be used as a cold storage device using dry ice.
【００５４】（９）本発明になる冷凍サイクル装置は、
２元の冷凍サイクル装置の一部として構成することによ
って、マイナス数十度という非常に低い温度への冷却を
行うことが可能である。(9) The refrigeration cycle apparatus according to the present invention
By configuring as a part of the binary refrigeration cycle device, it is possible to perform cooling to a very low temperature of minus several tens degrees.
【００５５】（１０）高圧タイプの圧縮機を使用する冷
凍サイクル装置において、潤滑油の選定や粘度管理が容
易となる。(10) In a refrigeration cycle apparatus using a high-pressure type compressor, selection of lubricating oil and viscosity management are facilitated.
【００５６】（１１）圧縮機用潤滑油の粘度グレードを
指定することによって、信頼性上の保証が得られ、圧縮
機用潤滑油としては、基油や混合油でもよい。(11) By designating the viscosity grade of the lubricating oil for the compressor, reliability is assured. The lubricating oil for the compressor may be a base oil or a mixed oil.
【図１】本発明になる低温作動流体を適用した冷凍サイ
クル装置の一実施の形態を示す図FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a refrigeration cycle apparatus to which a low-temperature working fluid according to the present invention is applied.
１ 高段サイクル ２ 低段サイクル ３ 圧縮機 ４ カスケードコンデンサ ５ 膨張弁 ６ 蒸発器 ７ アキュームレータ ８ 油分離器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High stage cycle 2 Low stage cycle 3 Compressor 4 Cascade condenser 5 Expansion valve 6 Evaporator 7 Accumulator 8 Oil separator
フロントページの続き (72)発明者 船倉 正三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松尾 光晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西脇 文俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4H104 BA03A BB08A BB31A BB37A CB14A DA02A EA02A PA20Continuing on the front page (72) Inventor Shozo Funakura 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Mitsuharu Matsuo 1006 Okadoma Kadoma, Kadoma City Osaka Pref. Person Fumitoshi Nishiwaki 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 4H104 BA03A BB08A BB31A BB37A CB14A DA02A EA02A PA20
Claims (8)
％以上の二酸化炭素を含む、冷凍サイクル装置に用いる
低温作動流体。1. A low-temperature working fluid for use in a refrigeration cycle apparatus, comprising carbon dioxide and ethane and containing 60% by weight or more of carbon dioxide.
％以上の二酸化炭素を含む請求項１記載の低温作動流
体。2. The low-temperature working fluid according to claim 1, which is composed of carbon dioxide and ethane, and contains 80% by weight or more of carbon dioxide.
なる低温作動流体を用いる冷凍サイクル装置。3. A refrigeration cycle apparatus using a low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to claim 1.
なる低温作動流体を用い、凝縮温度が１８℃以下で動作
する冷凍サイクル装置。4. A refrigeration cycle apparatus using the low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to claim 1 and operating at a condensation temperature of 18 ° C. or lower.
なる低温作動流体を用い、凝縮温度が１８℃以下で、蒸
発温度が二酸化炭素の３重点である−５６．６℃以上で
動作する冷凍サイクル装置。5. A refrigeration system using the low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to claim 1, which operates at a condensation temperature of 18 ° C. or lower and an evaporation temperature of -56.6 ° C. or higher, which is the triple point of carbon dioxide. Cycle equipment.
なる低温作動流体を、凝縮温度が１８℃以下で動作する
低段の冷凍サイクル用冷媒として用いる２元の冷凍サイ
クル装置。6. A binary refrigeration cycle apparatus using the low-temperature working fluid comprising carbon dioxide and ethane according to claim 1 as a refrigerant for a low-stage refrigeration cycle operating at a condensation temperature of 18 ° C. or lower.
圧タイプの圧縮機を使用する冷凍サイクル装置。7. The refrigeration cycle apparatus according to claim 3, wherein a high-pressure type compressor is used.
００℃で５センチストークス以上の粘度グレードをもつ
圧縮機用潤滑油を使用する冷凍サイクル装置。8. The refrigeration cycle apparatus according to claim 7, wherein
A refrigeration cycle apparatus using a compressor lubricating oil having a viscosity grade of 5 centistokes or more at 00 ° C.
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