JP2009019164A - Refrigerant composition and refrigeration unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒組成物及びそれを用いた冷凍装置に関する。具体的には複数段のカスケード熱交換器を含む冷凍装置において混合冷媒として使用される冷媒組成物に関係する。 The present invention relates to a refrigerant composition and a refrigeration apparatus using the same. Specifically, the present invention relates to a refrigerant composition used as a mixed refrigerant in a refrigeration apparatus including a multi-stage cascade heat exchanger.
例えば特許文献1には、複数段のカスケード熱交換器を含む冷凍装置において使用される非共沸混合冷媒として、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(CF3−CH2−CHF2,HFC245fa)からなる第1成分と、1,1−ジフルオロエタン(CH3−CHF2,HFC152a)からなる第2成分と、トリフルオロメタン(CHF3、HFC23)からなる第3成分と、パーフルオロメタン(CF4、FC14)からなる第4成分と、クリプトン(Kr)からなる第5成分と、アルゴン(Ar)からなる第6成分と、を含有する混合冷媒が開示されている。
しかしながら、前記特許文献1に記載の冷媒組成物は、地球温暖化係数(Global Warming Potential、以下GWPと略す)が比較的高いトリフルオロメタンを必須成分として、比較的多量に含んでいる。このため、冷媒組成物全体としてのGWPが高くなってしまうという問題がある。
However, the refrigerant composition described in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地球温暖化係数を低下させることが可能な冷媒組成物を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to provide the refrigerant | coolant composition which can reduce a global warming potential.
本発明の一側面によると、冷媒組成物は、
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンからなる第1成分、
1,1−ジフルオロエタンからなる第2成分、
ヘキサフロオロエタン(パーフルオロエタン)からなる第3成分、及び、
パーフルオロメタンからなる第4成分を含有する。
According to one aspect of the present invention, the refrigerant composition comprises:
A first component comprising 1,1,1,3,3-pentafluoropropane;
A second component comprising 1,1-difluoroethane;
A third component comprising hexafluoroethane (perfluoroethane), and
Contains a fourth component of perfluoromethane.
この構成によると、前記特許文献1に記載の冷媒組成物においては必須成分(第3成分)であったトリフルオロメタンの代わりに、このトリフルオロメタンよりもGWPの値が低いヘキサフロオロエタンを成分とする。すなわち、トリフルオロメタンのGWPは11,700に対し、ヘキサフルオロエタンのGWPは9,200である(尚、ここでのGWPは、地球温暖化対策の推進に関する法律施工令(平成11年4月7日政令第143号)による)。従って、冷媒組成物全体としてのGWPが抑制される。
According to this configuration, instead of trifluoromethane, which is an essential component (third component) in the refrigerant composition described in
前記第1成分の含有量は、モル百分率で5以上40%以下に設定され、前記第2成分の含有量は、モル百分率で5以上35%以下に設定され、前記第3成分の含有量は、モル百分率で5以上40%以下に設定され、前記第4成分の含有量は、モル百分率で10以上45%以下に設定される、としてもよい。 The content of the first component is set to 5 to 40% by mole percentage, the content of the second component is set to 5 to 35% by mole percentage, and the content of the third component is The molar percentage may be set to 5 or more and 40% or less, and the content of the fourth component may be set to 10 to 45% by mole percentage.
ここで、前記第3成分であるヘキサフロオロエタンは、従来のトリフルオロメタンに比べて凝集(液化)しやすいという性質を有する。従って、ヘキサフルオロエタンの含有量は、トリフルオロメタンを含有するときの、その含有量に比べて少なくすることができる。その結果、第3成分単体でのGWPは、従来に比べて大幅に低下するため、冷媒組成物全体としてのGWPも従来に比べて大幅に低下する。 Here, hexafluoroethane, which is the third component, has a property that it is more easily aggregated (liquefied) than conventional trifluoromethane. Therefore, the content of hexafluoroethane can be reduced compared to the content when trifluoromethane is contained. As a result, the GWP of the third component alone is significantly reduced as compared with the conventional one, so that the GWP as the whole refrigerant composition is also greatly reduced as compared with the conventional one.
前記冷媒組成物は、クリプトンからなる第5成分をさらに含有する、としてもよい。また、前記第5成分の含有量は、モル百分率で0を超え40%以下に設定される、としてもよい。第5成分をさらに含有することで、当該冷媒組成物を使用した冷凍装置の到達温度が、より低温になる。 The refrigerant composition may further include a fifth component made of krypton. Further, the content of the fifth component may be set to be more than 0 and 40% or less in terms of mole percentage. By further containing the fifth component, the ultimate temperature of the refrigeration apparatus using the refrigerant composition becomes lower.
前記冷媒組成物は、トリフルオロメタン及びエタンの内の少なくとも一からなる第1添加剤をさらに含有する、としてもよい。前記第1添加剤の含有量は、モル百分率で0を超え20%以下に設定される、としてもよい。 The refrigerant composition may further include a first additive composed of at least one of trifluoromethane and ethane. The content of the first additive may be set to more than 0 and 20% or less in terms of mole percentage.
前記第3成分であるヘキサフロオロエタンは、融点が比較的高い(−106.3℃)。このため、冷凍装置の到達温度が−100℃以下に設定される場合には、例えば冷媒配管内で凝固して当該配管を閉塞してしまう虞がある。そのため、ヘキサフルオロエタンは多量に加えないことが望ましい。 The third component, hexafluoroethane, has a relatively high melting point (−106.3 ° C.). For this reason, when the ultimate temperature of the refrigeration apparatus is set to −100 ° C. or lower, for example, the refrigerant pipe may solidify and close the pipe. Therefore, it is desirable not to add a large amount of hexafluoroethane.
そこで、第3成分の融点を下げる目的でトリフルオロメタン及びエタンの内の少なくとも一からなる第1添加剤をさらに含有してもよい。こうすることで、ヘキサフロオロエタンの含有量を相対的に減らしつつ、第3成分の融点が実質的に低下する。 Therefore, a first additive composed of at least one of trifluoromethane and ethane may be further contained for the purpose of lowering the melting point of the third component. By carrying out like this, melting | fusing point of a 3rd component falls substantially, reducing the content of hexafluoroethane relatively.
前記冷媒組成物は、実質的にメタンからなる第2添加剤をさらに含有する、としてもよい。前記第2添加剤の含有量は、モル百分率で0を超え10%以下に設定される、としてもよい。 The refrigerant composition may further contain a second additive substantially consisting of methane. The content of the second additive may be set at a molar percentage exceeding 0 and not more than 10%.
前記冷媒組成物は、ヘリウム、ネオン、アルゴン及び窒素の内の少なくとも一からなる第6成分をさらに含有する、としてもよい。前記第6成分の含有量は、モル百分率で0を超え20%以下に設定される、としてもよい。 The refrigerant composition may further include a sixth component made of at least one of helium, neon, argon, and nitrogen. The content of the sixth component may be set at a molar percentage exceeding 0 and not exceeding 20%.
こうすることによって、冷凍装置の到達温度がさらに低下する。 By doing so, the temperature reached by the refrigeration apparatus further decreases.
本発明の他の側面によると、冷凍装置は、前記の冷媒組成物が混合冷媒として循環する冷媒回路を備えた冷凍装置である。前記冷媒回路は、前記混合冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮された混合冷媒のうち、相対的に高沸点の冷媒を冷却して液化する凝縮器、前記液化された混合冷媒を、相対的に高沸点の冷媒から低沸点の冷媒へと順次、液冷媒とガス冷媒とに分離する複数段の気液分離器、前記各気液分離器で分離された1次側のガス冷媒を、該各気液分離器で分離されかつ減圧された2次側の液冷媒との間で熱交換させて冷却する複数段のカスケード熱交換器、前記複数段のうちの最終段のカスケード熱交換器の1次側から流出した、相対的に低沸点の冷媒を減圧する膨張器、及び、前記減圧された冷媒を蒸発させる主冷却器、を冷媒配管により互いに接続して冷凍サイクルを構成している。 According to another aspect of the present invention, the refrigeration apparatus is a refrigeration apparatus including a refrigerant circuit in which the refrigerant composition circulates as a mixed refrigerant. The refrigerant circuit includes a compressor that compresses the mixed refrigerant, a condenser that cools and liquefies a relatively high boiling point refrigerant out of the compressed mixed refrigerant, and a liquefied mixed refrigerant that is relatively A plurality of gas-liquid separators that sequentially separate liquid refrigerants and gas refrigerants from high-boiling refrigerants to low-boiling refrigerants, and primary-side gas refrigerants separated by the gas-liquid separators, A cascade heat exchanger of a plurality of stages that cools by exchanging heat with a liquid refrigerant on the secondary side separated and reduced in pressure by a gas-liquid separator, and one of the cascade heat exchangers of the last stage of the plurality of stages A refrigerating cycle is configured by connecting an expander that decompresses the refrigerant having a relatively low boiling point that flows out from the secondary side and a main cooler that evaporates the decompressed refrigerant to each other through a refrigerant pipe.
すなわち前記の冷媒組成物は、複数段のカスケード熱交換器を有する冷凍装置において使用する混合冷媒に適している。 That is, the refrigerant composition is suitable for a mixed refrigerant used in a refrigeration apparatus having a multi-stage cascade heat exchanger.
以上説明したように、本発明によると、地球温暖化係数(GWP)の値が比較的低いヘキサフロオロエタンを成分とすることによって、冷媒組成物全体のGWPを低減することができる。 As described above, according to the present invention, GWP of the entire refrigerant composition can be reduced by using hexafluoroethane having a relatively low global warming potential (GWP) as a component.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
図1は超低温冷凍装置10の全体構成を示している。この超低温冷凍装置10は、後述する非共沸混合冷媒を用いて−100℃以下の超低温レベルの寒冷を発生させるものである。この超低温冷凍装置10は、図示は省略するが、例えば真空成膜装置に設けられ、この超低温冷凍装置10の後述するクライオコイル52により、真空装置の真空チャンバ内の気体及び水分を直接に超低温レベルまで冷却することにより、その気体等を捕捉して真空チャンバ内の真空レベルを短時間で上げるために用いられる。
FIG. 1 shows the overall configuration of the ultra-low
図1において、符号1は前記混合冷媒が封入された閉サイクルの冷媒回路で、この冷媒回路1は以下に説明する各種の機器を冷媒配管で接続してなる。20はガス冷媒を圧縮する圧縮機で、この圧縮機20の吐出部には第1の油分離器15が接続されている。この第1の油分離器15は、圧縮機20から吐出されたガス冷媒中に混入されている圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離するものであり、この分離された潤滑油は油戻し管18を経て圧縮機20の吸込側に戻される。前記第1の油分離器15の冷媒吐出部には、圧縮機20からの吐出ガス冷媒を冷却水通路11の冷却水との熱交換により冷却して凝縮する水冷コンデンサ21が接続されている。水冷コンデンサ21の吐出部には、冷媒中の水分及びコンタミネーションを除去するドライヤ17を介して補助コンデンサ22の1次側が接続されており、この補助コンデンサ22において、水冷コンデンサ21からのガス冷媒を圧縮機20に吸入される低温度の2次側の還流冷媒と熱交換して冷却し凝縮する。この実施形態では、水冷コンデンサ21と補助コンデンサ22とで凝縮器を構成しており、これら両コンデンサ21,22により、混合冷媒のうち、沸点温度が最高温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようになっている。尚、ここでは、水冷コンデンサ21を用いた水冷システムを示したが、これに代え、空冷コンデンサを用いたシステムに構成してもよい。
In FIG. 1,
前記補助コンデンサ22における1次側の吐出部には第1気液分離器24が接続され、この第1気液分離器24で、前記補助コンデンサ22からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第1気液分離器24のガス冷媒吐出部にはカスケードタイプの第1熱交換器25の1次側が、また液冷媒吐出部には、第1キャピラリチューブ26を介して同じ第1熱交換器25の2次側がそれぞれ接続されており、第1気液分離器24で分離された液冷媒を第1キャピラリチューブ26で減圧させた後に第1熱交換器25の2次側に供給して蒸発させ、この蒸発により1次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が2番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようになっている。
A first gas-
さらに、前記第1熱交換器25における1次側の吐出部には第2気液分離器30が接続されており、この第2気液分離器30において、第1熱交換器25からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第2気液分離器30のガス冷媒吐出部にはカスケードタイプの第2熱交換器31の1次側が、また液冷媒吐出部には、第2キャピラリチューブ32を介して同じ第2熱交換器31の2次側がそれぞれ接続されており、第2気液分離器30で分離された液冷媒を第2キャピラリチューブ32で減圧させた後に第2熱交換器31の2次側に供給して蒸発させ、この蒸発により1次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が3番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようにしている。
Further, a second gas-
さらに、前記接続構造と同様にして、前記第2熱交換器31における1次側の吐出部には、第3気液分離器36、第3熱交換器37及び第3キャピラリチューブ38が、また当該第3熱交換器37における1次側の吐出部には、第4気液分離器42、第4熱交換器43及び第4キャピラリチューブ44がそれぞれ接続されており(これらの接続構造は前記第1気液分離器24、第1熱交換器25及び第1キャピラリチューブ26の接続構造と同じであるので、その詳細な説明は省略する)、第3気液分離器36で分離された液冷媒を第3キャピラリチューブ38で減圧させた後に第3熱交換器37の2次側に供給して蒸発させ、その蒸発により1次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が4番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するとともに、第4気液分離器42で分離された液冷媒を第4キャピラリチューブ44で減圧させた後に第4熱交換器43の2次側に供給して蒸発させ、この蒸発により1次側のガス冷媒を熱交換により冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が5番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようにしている。
Further, in the same manner as the connection structure, a third gas-
そして、前記第4熱交換器43における1次側の吐出部には、熱交換器からなる過冷却器(サブクーラ)47の1次側が接続され、この過冷却器47の1次側の吐出部に接続されている冷媒回路は、その途中で主冷媒回路2aと副冷媒回路2bとに分岐されている。
And the primary side of the subcooler (subcooler) 47 which consists of a heat exchanger is connected to the primary side discharge part in the said
前記副冷媒回路2bの途中には第5キャピラリチューブ48が介設されていると共に、その下流端は同じ過冷却器47の2次側に接続されている。この過冷却器47の2次側は冷媒回路を介して前記第4熱交換器43の2次側に接続されており、第4熱交換器43から吐出された冷媒を、過冷却器47の1次側に通過させた後、その一部を副冷媒回路2bの第5キャピラリチューブ48で減圧させ、その液冷媒を過冷却器47の2次側に供給して蒸発させ、その蒸発熱により1次側のガス冷媒を冷却するようにしている。
A fifth capillary tube 48 is interposed in the middle of the
一方、前記主冷媒回路2aは、その途中において第1及び第2の分岐回路80,81に分岐されている。
On the other hand, the main
前記第1の分岐回路80には、第1の分岐キャピラリチューブ80aが直列に接続されている。また、第2の分岐回路81には、電磁開閉弁81bと第2の分岐キャピラリチューブ81aとがそれぞれ上流側から直列に接続されている。第1及び第2の分岐キャピラリチューブ80a,81aは、本実施形態では、互いに異なる減圧能力を有するキャピラリチューブとしている。しかしながら、第1及び第2の分岐キャピラリチューブ80a,81aは、互いに同じ減圧能力を有するキャピラリチューブを用いてもよい。
A first
前記第1及び第2の両分岐回路80,81の下流端合流部よりも下流側の主冷媒回路2aには、主冷却器を構成するクライオコイル52が直列に接続され、このクライオコイル52の下流端は、前記第4熱交換器43の2次側と過冷却器47の2次側との間の冷媒回路に接続されている。これにより、過冷却器47の1次側から吐出された冷媒の残部を第1の分岐キャピラリチューブ80a、又は第1及び第2の分岐キャピラリチューブ80a,81aで減圧させた後でクライオコイル52に供給して蒸発させ、その蒸発熱により、例えば前記真空チャンバ内の気体や水分を−100℃以下の温度の超低温レベルに冷却し、その気体や水分を捕捉して真空レベルを高めるようにしている。
A
前記過冷却器47の2次側と、第4熱交換器43、第3熱交換器37、第2熱交換器31、第1熱交換器25及び補助コンデンサ22の各2次側とは記載順に直列に冷媒配管により接続され、補助コンデンサ22の2次側は圧縮機20の吸込側に接続されており、混合冷媒において蒸発によってガス化した各冷媒を圧縮機20に吸入させるようにしている。
The secondary side of the
尚、前記コンデンサ21,22、熱交換器25,31,37,43及び過冷却器47は、二重管構造のもの、プレート構造のもの、シェルアンドチューブ構造のもののいずれを用いてもよい。また、キャピラリチューブ26,32,38,44の代わりに他の減圧手段、例えば膨張弁等を用いることもできる。
The
図1において、符号60は圧縮機20から吐出された高温のガス冷媒(ホットガス)をそのままクライオコイル52に供給するデフロスト回路であり、その上流端は、第1の油分離器15及び水冷コンデンサ21の間の冷媒回路に接続されている一方、その下流端は、第1及び第2の分岐回路80,81の合流部とクライオコイル52との間の主冷媒回路2aに接続されている。
In FIG. 1,
尚、符号61はデフロスト回路60の途中に配置された電磁開閉弁、符号62は第1及び第2の分岐回路80,81の合流部とクライオコイル52との間の主冷媒回路2aにおいて前記デフロスト回路60の下流端との接続位置よりも上流側(第1及び第2の分岐回路80,81側)に配置された電磁開閉弁である。
また、前記デフロスト回路60の上流端と電磁開閉弁61との間には、圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離する第2の油分離器16が配設されている。この第2の油分離器16で分離された潤滑油は、前記第1の油分離器15と同様に油戻し管18を経て圧縮機20の吸込側に戻される。
A
尚、符号65はバッファタンクで、超低温冷凍装置10の運転開始時に凝縮が不十分なガス冷媒により圧縮機20の吐出圧の異常上昇を防ぐためのものである。また、デフロスト回路60の電磁開閉弁61近傍と、主冷媒回路2aにおける第1及び第2の分岐回路80,81の分岐位置よりも上流側と、クライオコイル52の出口側と第4熱交換器43の2次側との間の冷媒回路とに、それぞれ第1乃至第3の手動開閉弁71,72,73が配設されている。これら第1乃至第3の手動開閉弁71,72,73は、クライオコイル52の交換やメンテナンス時に各々閉弁することで回路内に残存する混合冷媒が外部に漏れ出さないようにするものである。
さらに、クライオコイル52の出口側と第4熱交換器43の2次側との間の冷媒配管には、超低温冷凍装置10の冷媒回路1内に混合冷媒を供給するための冷媒供給管路70が接続されている。また、この冷媒供給管路70は、冷媒回路1内から混合冷媒を排出するための排出管路を兼ねている。そして、冷媒供給管路70には、冷媒の供給又は排出時に開く供給開閉弁75が設けられている。
Further, a
前記冷媒回路1に封入された混合冷媒は、以下の第1成分〜第6成分の冷媒が互いに混合されて構成されている。すなわち、第1成分の冷媒は、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC245fa、CF3−CH2−CHF2、沸点15.3℃)からなる。第2成分の冷媒は、1,1−ジフルオロエタン(HFC152a,CH3−CHF2、沸点−24.0℃)からなる。第3成分の冷媒は、ヘキサフロオロエタン(FC116、C2F6,沸点−78.3℃)からなる。第4成分の冷媒は、パーフルオロメタン(FC14、CF4、沸点−127.9℃)からなる。第5成分の冷媒は、クリプトン(Kr、沸点−153.4℃)からなる。第6成分の冷媒は、ヘリウム(He、沸点−268.9℃)、アルゴン(R740、Ar、沸点−185.7℃)、ネオン(Ne、沸点−246.1℃)及び窒素(N2、沸点−195.8℃)の内の少なくとも一からなる。
The mixed refrigerant sealed in the
前記混合冷媒ではまた、第1成分の冷媒が、モル百分率で5〜40モル%含有され、前記第2成分の冷媒が5〜35モル%含有され、前記第3成分の冷媒が5〜40モル%含有され、第4成分の冷媒が10〜45モル%含有され、第5成分の冷媒が0〜40モル%含有され、第6成分の冷媒が0〜20モル%含有されている。 In the mixed refrigerant, the first component refrigerant is contained in a molar percentage of 5 to 40 mol%, the second component refrigerant is contained in an amount of 5 to 35 mol%, and the third component refrigerant is contained in an amount of 5 to 40 mol%. The fourth component refrigerant is contained in an amount of 10 to 45 mol%, the fifth component refrigerant is contained in an amount of 0 to 40 mol%, and the sixth component refrigerant is contained in an amount of 0 to 20 mol%.
また、前記混合冷媒には、トリフルオロメタン(HFC23、CHF3、沸点−82.1℃)及びエタン(C2H6、沸点−89℃)の内の少なくとも一からなる第1添加剤が添加されていると共に、実質的にメタン(CH4、沸点−162℃)からなる第2添加剤が添加されている。 In addition, a first additive composed of at least one of trifluoromethane (HFC23, CHF 3 , boiling point −82.1 ° C.) and ethane (C 2 H 6 , boiling point −89 ° C.) is added to the mixed refrigerant. And a second additive substantially consisting of methane (CH 4 , boiling point −162 ° C.) is added.
この内、第1添加剤は、0〜20モル%含有され、第2添加剤は、0〜10モル%含有されている。 Among these, the 1st additive contains 0-20 mol%, and the 2nd additive contains 0-10 mol%.
次に、前記構成の超低温冷凍装置10の動作について説明する。この超低温冷凍装置10の運転時、電磁開閉弁61の閉弁によりデフロスト回路60が閉じられかつ電磁開閉弁62の開弁により主冷媒回路2aが開かれる。さらに、電磁開閉弁81bの開弁により第2の分岐回路81が開かれる。このことで、圧縮機20から吐出された混合冷媒は水冷コンデンサ21により冷却された後に補助コンデンサ22で圧縮機20へ戻る2次側の冷媒により、例えば20℃程度に冷却される。これによって、混合冷媒のうち、第1成分の大部分と第2成分の相当部分が主に凝縮されて液化する。この冷媒は第1気液分離器24においてガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒は第1キャピラリチューブ26で減圧された後に第1熱交換器25の2次側で蒸発し、この蒸発熱により第1気液分離器24からのガス冷媒が、例えば−30℃程度に冷却され、混合冷媒のうち、第2成分の大部分と第3成分の相当部分が主に凝縮されて液化する。以後、同様にして、第2乃至第4熱交換器31,37,43で、それぞれ冷却温度が例えば−60℃、−90℃、及び−100℃程度とされて、混合冷媒のうちの沸点温度が高い温度から順にガス冷媒が凝縮されて液化する。そうして、第4熱交換器43では、混合冷媒のうち、第5成分の相当部分と第6成分の一部分とが凝縮する。
Next, the operation of the ultra-low
そうして、前記第4熱交換器43の1次側から吐出された、第5成分と第6成分とを含む気液混合冷媒は、過冷却器47の1次側を通過した後に主冷媒回路2aと副冷媒回路2bとに分離される。そして、副冷媒回路2bに流れた冷媒は第5キャピラリチューブ48で減圧された後に過冷却器47の2次側に供給されて蒸発し、この蒸発熱により前記第4熱交換器43から過冷却器47の1次側に供給された気液混合状態の冷媒が、例えば−120℃程度までさらに冷却される。
Then, the gas-liquid mixed refrigerant discharged from the primary side of the
また、過冷却器47の1次側から吐出された後に主冷媒回路2aに流れる気液混合状態の冷媒の残部は、電磁開閉弁81bの開弁により第1及び第2の分岐キャピラリチューブ80a,81aにそれぞれ分岐して減圧され、それによって、例えば−150℃程度となる。その減圧後にクライオコイル52において蒸発して、前記真空チャンバ内の気体や水分に、例えば−150℃以下の寒冷を付与する。
The remaining refrigerant in the gas-liquid mixed state that flows into the main
前記クライオコイル52及び過冷却器47を流出した冷媒は、各キャピラリチューブ44,38,32,26で減圧された冷媒が順次合流すると共に、第4熱交換器43から第1熱交換器25に流入し、更には補助コンデンサ22に流入して上述の如くそれぞれ外管を流れる混合冷媒を冷却する。そして、この冷媒は、補助コンデンサ22を流出した後、圧縮機20に帰還する。
The refrigerant that has flowed out of the
以上説明したように、本実施形態に係る冷媒組成物(混合冷媒)によると、トリフルオロメタンよりもGWPの値が低いヘキサフロオロエタンを成分とすることによって、混合冷媒全体としてのGWPが抑制される。しかも、ヘキサフロオロエタンは、比較的凝集しやすいという性質からその含有量は比較的少なくてもよいため、混合冷媒全体としてのGWPはさらに低減される。ここで、ヘキサフロオロエタンの含有量は、前述したように、モル百分率で5以上40モル%以下とされる。より好ましくは5〜30モル%であり、さらに好ましくは5〜20モル%である。 As described above, according to the refrigerant composition (mixed refrigerant) according to the present embodiment, GWP as the entire mixed refrigerant is suppressed by using hexafluoroethane having a lower GWP value than trifluoromethane as a component. The Moreover, since the content of hexafluoroethane may be relatively small due to the property of being relatively easy to aggregate, the GWP as a whole of the mixed refrigerant is further reduced. Here, as described above, the content of hexafluoroethane is 5 to 40 mol% in terms of a mole percentage. More preferably, it is 5-30 mol%, More preferably, it is 5-20 mol%.
また、ヘキサフロオロエタンは融点が比較的高いため、本実施形態の冷凍装置の如く、超低温冷凍装置10に使用した場合、その冷媒配管内で凝固する虞があるが、本実施形態に係る混合冷媒は、トリフルオロメタン及びエタンの内の少なくとも一からなる第1添加剤をさらに含有しているため、ヘキサフルオロエタンの含有量を、さらに少量にすることができる。その結果、混合冷媒の第3成分の実質的な融点が低下することと等価になり、超低温冷凍装置10の混合冷媒として用いることが可能になる。また、ヘキサフロオロエタンとエタンとを組み合わせるようにすればエタンの含有量は相対的に少なくなる。そのため、混合冷媒の安全性を確保することが可能になる。
In addition, since hexafluoroethane has a relatively high melting point, when used in the
尚、本発明に係る冷媒組成物(混合冷媒)が適用可能な冷凍装置は、前記構成に限るものではない。例えば、本実施形態では、第1乃至第4熱交換器25,31,37,43においてクライオコイル52に向かう冷媒を1次側に、またクライオコイル52から圧縮機20に還流する冷媒を2次側に導入する構成としたが、これとは逆にクライオコイル52に向かう冷媒を2次側に、またクライオコイル52から圧縮機20に還流する冷媒を1次側に導入する構成としてもよいのは勿論である。また、これらを個別に組み合わせた構成としてもよい。
The refrigeration apparatus to which the refrigerant composition (mixed refrigerant) according to the present invention can be applied is not limited to the above configuration. For example, in the present embodiment, in the first to
また、本実施形態では気液分離を4段階行うシステムを示したが、これに代え、気液分離を3段階以下又は5段階以上行うシステムにも本発明の冷媒組成物は使用が可能である。その場合、冷媒組成物の成分は適宜調整すればよい。 Moreover, although the system which performs gas-liquid separation 4 steps was shown in this embodiment, it replaces with this and the refrigerant composition of this invention can be used also for the system which performs gas-liquid separation 3 steps or less or 5 steps or more. . In that case, what is necessary is just to adjust the component of a refrigerant | coolant composition suitably.
以上説明したように、本発明は、地球温暖化係数を低減させることができるから、例えば超低温冷凍装置に使用される冷媒組成物について有用である。 As described above, since the present invention can reduce the global warming potential, it is useful for a refrigerant composition used in, for example, an ultra-low temperature refrigeration apparatus.
1 冷媒回路
10 超低温冷凍装置
20 圧縮機
21 水冷コンデンサ(凝縮器)
22 補助コンデンサ(凝縮器)
24 第1気液分離器
25 第1熱交換器
30 第2気液分離器
31 第2熱交換器
36 第3気液分離器
37 第3熱交換器
42 第4気液分離器
43 第4熱交換器
52 クライオコイル(主冷却器)
80a 第1の分岐キャピラリチューブ(膨張器)
81a 第2の分岐キャピラリチューブ(膨張器)
1
22 Auxiliary condenser (condenser)
24 1st gas-
80a First branch capillary tube (expander)
81a Second branch capillary tube (expander)
Claims (11)
1,1−ジフルオロエタンからなる第2成分、
ヘキサフロオロエタンからなる第3成分、及び、
パーフルオロメタンからなる第4成分を含有する冷媒組成物。 A first component comprising 1,1,1,3,3-pentafluoropropane;
A second component comprising 1,1-difluoroethane;
A third component comprising hexafluoroethane, and
A refrigerant composition containing a fourth component made of perfluoromethane.
前記第1成分の含有量は、モル百分率で5以上40%以下に設定され、
前記第2成分の含有量は、モル百分率で5以上35%以下に設定され、
前記第3成分の含有量は、モル百分率で5以上40%以下に設定され、
前記第4成分の含有量は、モル百分率で10以上45%以下に設定される冷媒組成物。 The refrigerant composition according to claim 1,
The content of the first component is set to 5 to 40% by mole percentage,
The content of the second component is set to 5 to 35% by mole percentage,
The content of the third component is set to 5 to 40% by mole percentage,
The content of the fourth component is a refrigerant composition set in a molar percentage of 10 to 45%.
クリプトンからなる第5成分をさらに含有する冷媒組成物。 In the refrigerant composition according to claim 1 or 2,
A refrigerant composition further comprising a fifth component made of krypton.
前記第5成分の含有量は、モル百分率で0を超え40%以下に設定される冷媒組成物。 In the refrigerant composition according to claim 3,
The content of the fifth component is a refrigerant composition that is set at a molar percentage exceeding 0 and not exceeding 40%.
トリフルオロメタン及びエタンの内の少なくとも一からなる第1添加剤をさらに含有する冷媒組成物。 In the refrigerant composition according to any one of claims 1 to 4,
A refrigerant composition further comprising a first additive comprising at least one of trifluoromethane and ethane.
前記第1添加剤の含有量は、モル百分率で0を超え20%以下に設定される冷媒組成物。 The refrigerant composition according to claim 5,
The content of the first additive is a refrigerant composition that is set to be more than 0 and 20% or less in terms of mole percentage.
実質的にメタンからなる第2添加剤をさらに含有する冷媒組成物。 In the refrigerant composition according to any one of claims 1 to 6,
A refrigerant composition further comprising a second additive consisting essentially of methane.
前記第2添加剤の含有量は、モル百分率で0を超え10%以下に設定される冷媒組成物。 The refrigerant composition according to claim 7,
The content of the second additive is a refrigerant composition that is set to be more than 0 and 10% or less in terms of mole percentage.
ヘリウム、ネオン、アルゴン及び窒素の内の少なくとも一からなる第6成分をさらに含有する冷媒組成物。 In the refrigerant composition according to any one of claims 1 to 8,
A refrigerant composition further comprising a sixth component consisting of at least one of helium, neon, argon, and nitrogen.
前記第6成分の含有量は、モル百分率で0を超え20%以下に設定される冷媒組成物。 The refrigerant composition according to claim 9,
The content of the sixth component is a refrigerant composition that is set to be more than 0 and 20% or less in terms of mole percentage.
前記冷媒回路は、
前記混合冷媒を圧縮する圧縮機、
前記圧縮された混合冷媒のうち、相対的に高沸点の冷媒を冷却して液化する凝縮器、
前記液化された混合冷媒を、相対的に高沸点の冷媒から低沸点の冷媒へと順次、液冷媒とガス冷媒とに分離する複数段の気液分離器、
前記各気液分離器で分離された1次側のガス冷媒を、該各気液分離器で分離されかつ減圧された2次側の液冷媒との間で熱交換させて冷却する複数段のカスケード熱交換器、
前記複数段のうちの最終段のカスケード熱交換器の1次側から流出した、相対的に低沸点の冷媒を減圧する膨張器、及び、
前記減圧された冷媒を蒸発させる主冷却器、を冷媒配管により互いに接続して冷凍サイクルを構成している冷凍装置。 A refrigerant apparatus comprising a refrigerant circuit in which the refrigerant composition according to any one of claims 1 to 10 circulates as a mixed refrigerant,
The refrigerant circuit is
A compressor for compressing the mixed refrigerant;
Among the compressed mixed refrigerant, a condenser that cools and liquefies a relatively high boiling point refrigerant,
A multi-stage gas-liquid separator that sequentially separates the liquefied mixed refrigerant from a relatively high boiling point refrigerant into a low boiling point refrigerant into a liquid refrigerant and a gas refrigerant,
A plurality of stages in which the primary-side gas refrigerant separated by each gas-liquid separator is cooled by heat exchange with the secondary-side liquid refrigerant separated and decompressed by each gas-liquid separator. Cascade heat exchanger,
An expander that depressurizes a relatively low boiling point refrigerant that has flowed out from the primary side of the cascade heat exchanger at the final stage of the plurality of stages; and
A refrigerating apparatus in which a main cooler for evaporating the decompressed refrigerant is connected to each other by a refrigerant pipe to constitute a refrigeration cycle.
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