JP2009102567A - Non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature service - Google Patents

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JP2009102567A JP2007277413A JP2007277413A JP2009102567A JP 2009102567 A JP2009102567 A JP 2009102567A JP 2007277413 A JP2007277413 A JP 2007277413A JP 2007277413 A JP2007277413 A JP 2007277413A JP 2009102567 A JP2009102567 A JP 2009102567A
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Yoshiaki Hirayama
義明 平山
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KANOU REIKI KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ternary non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature service capable of offering service smoothly and stably without reconstructing the refrigerant circulation line of a conventional single-step type refrigerating system for ultra-low temperature service (unitary refrigeration circuit). <P>SOLUTION: The non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature service for use in a single-step type refrigerating system contains a high boiling point gas (boiling point at Tb1), a low boiling point gas (boiling point at Tb2), and an ultra-low boiling point gas (boiling point at Tb3), wherein the boiling points of three sorts of gases meet the condition -273°C≤Tb3≤-130°C<Tb2<-20°C≤Tb1≤+60°C, characterized by that the gas mixing by-weight composition proportion is set so that the dew point in the high pressure environment is at the room temperature or above and the boiling point is higher than the dew point in the low pressure environment. The invention allows enhancing the refrigerating ability effectively while the amount of fluorocarbon being used as refrigerant is made zero, and also assures an extraordinary small ill influence on the environment such as the green house effect. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、非共沸混合冷媒を用いて、その非共沸冷媒の特性を利用して室温(即、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度)環境下において単一の圧縮機、凝縮機を含んで構成される単段式冷凍機システムの運転を可能とし、−40℃以下の低温度、特に−60℃以下の超低温度の達成を可能とするシステムを実現し、さらには、前記システムにおいて炭化水素系冷媒ガス又は塩素を含まないフルオロカーボンを使用することにより超低温度を達成を可能とするための超低温用非共沸冷媒に関する。 The present invention uses a non-azeotropic refrigerant mixture and utilizes the characteristics of the non-azeotropic refrigerant, at a room temperature (immediately, ambient temperature in a single-stage refrigeration system operation state) environment, a single compressor, condenser And a system capable of operating a low temperature of -40 ° C or lower, particularly an ultralow temperature of -60 ° C or lower. The present invention relates to a non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature, which makes it possible to achieve an ultra-low temperature by using a hydrocarbon-based refrigerant gas or a fluorocarbon containing no chlorine.

冷凍庫、冷凍機用冷媒として、従来から、フルオロカーボン、所謂フロンが広く用いられて来た。
しかしながら、化学構造式に塩素を有するフロン(特定フロン)が大気層上層部のオゾン層を破壊してオゾンホールを形成するとの懸念・危惧から、条約上は所謂モントリオール議定書(オゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書)が1987年に採択され、国内法制上は所謂オゾン層保護法(特定物質の規制等によるオゾン層の保護に関する法律)が1988年に制定された。
Conventionally, fluorocarbons, so-called chlorofluorocarbons, have been widely used as refrigerants for freezers and refrigerators.
However, because of concerns and concerns that chlorofluorocarbons (specific chlorofluorocarbons) in the chemical structural formula will destroy the ozone layer in the upper atmosphere layer and form ozone holes, the so-called Montreal Protocol (substance that destroys the ozone layer) The Montreal Protocol) was adopted in 1987, and the so-called ozone layer protection law (the law concerning the protection of the ozone layer by the regulation of specific substances) was enacted in 1988 under the domestic legislation.

このような法律的背景から、法制が整備された後、化学構造式に塩素を有さないフロン系冷媒又はフロン系冷媒の代替物質としての炭化水素系冷媒の開発が推進されてきた。
但し、化学構造式に塩素を有さないフロンであってさえ、その多くが長波長の赤外線(熱線)の吸収能が高く、所謂温室効果(地球環境を温暖化する効果)を有するという問題を内在している。
From such a legal background, after the legislation has been established, the development of a hydrocarbon-based refrigerant that does not have chlorine in its chemical structural formula or as an alternative to a fluorocarbon-based refrigerant has been promoted.
However, even chlorofluorocarbons that do not contain chlorine in their chemical structural formulas have a high absorption capacity for long-wavelength infrared rays (heat rays) and have a so-called greenhouse effect (an effect of warming the global environment). Is inherent.

このような技術的背景から、温室効果が小さい物質を選択したり、温室効果が大きい物質の使用量を低減するような技術を開発することが希求されてきたため、低沸点炭化水素を主成分として所定の冷媒の特性を満たすガスの探索が行われている。
然るに、単独の低沸点炭化水素ガスのみで、従来の特定フロンが有している冷媒としての優れた諸性能と同等の性能を満足することは困難であった。
From such a technical background, it has been desired to select a material with a small greenhouse effect or to develop a technology that reduces the amount of a material with a large greenhouse effect. Searching for a gas that satisfies the characteristics of a predetermined refrigerant is being conducted.
However, it has been difficult to satisfy performances equivalent to various performances as a refrigerant possessed by conventional specific chlorofluorocarbons using only a single low-boiling hydrocarbon gas.

そこで、2種類以上の低沸点炭化水素ガスを混合することにより、従来の特定フロンが有している冷媒としての優れた諸性能に近づけようとする研究・開発が鋭意推進されてきた。
このような2種以上の低沸点炭化水素ガスからなる混合冷媒としては、従来の常用されてきた単一成分の冷媒ガスと同様に一定の沸点を示す共沸冷媒が望ましい。
しかしながら、共沸冷媒を実現するための低沸点炭化水素ガスの種類の組合せと組成比率の条件は、極めて狭隘な条件に限定されてしまっており、このような条件を外れる殆どの条件においては、2種類以上の低沸点炭化水素ガスを混合しても、非共沸特性を示してしまう。
In view of this, research and development have been eagerly promoted to bring close to various performances as refrigerants possessed by conventional specific chlorofluorocarbons by mixing two or more kinds of low-boiling hydrocarbon gases.
As such a mixed refrigerant composed of two or more kinds of low-boiling hydrocarbon gases, an azeotropic refrigerant having a constant boiling point is desirable as in the conventional single component refrigerant gas.
However, the combination of the types of low-boiling hydrocarbon gases and the composition ratio conditions for realizing an azeotropic refrigerant are limited to extremely narrow conditions, and in most conditions outside these conditions, Even when two or more kinds of low boiling hydrocarbon gases are mixed, non-azeotropic characteristics are exhibited.

これらの非共沸冷媒(非共沸特性を示してしまう2種類以上の低沸点炭化水素ガスを混合してなる冷媒)は、単一成分からなる冷媒や、共沸冷媒とは異なり、成分となるガス組成を適宜選択することにより単独のガスの性質を組合せた中間的な望ましい特性を持たせることができるという利点がある反面において、沸点と露点とが不一致であるために、液相と気相とが共存する条件下では、ガス相と液化した凝縮相との組成が異なり、凝縮過程においては、一定温度下・一定圧力下では凝縮しないという現象が生じ、冷凍システムの安定した運転に支障を来すという問題点があった。 These non-azeotropic refrigerants (refrigerants made by mixing two or more low-boiling hydrocarbon gases that exhibit non-azeotropic characteristics) are different from single-component refrigerants and azeotropic refrigerants. However, since the boiling point and the dew point are inconsistent, the liquid phase and the gas phase can be obtained. Under the conditions where the phases coexist, the composition of the gas phase and the liquefied condensed phase differ, and in the condensation process, there is a phenomenon that condensation does not occur at a constant temperature and pressure, which hinders stable operation of the refrigeration system. There was a problem of coming.

非共沸冷媒(非共沸特性を示してしまう2種類以上の低沸点炭化水素ガスを混合してなる冷媒)における沸点と露点とが不一致であるという問題点、即ち、液相(凝縮相)と気相(ガス相)とが共存する条件下では、両相の組成が異なるが故に凝縮過程においてピンポイントの温度と圧力で一気に凝縮しないという現象が生じ、冷凍システムの安定した運転に支障を来すという問題点を解決課題とした従来の技術を以下に示す。 The problem that the boiling point and dew point of non-azeotropic refrigerants (refrigerants made by mixing two or more low-boiling hydrocarbon gases that exhibit non-azeotropic characteristics) are inconsistent, that is, the liquid phase (condensed phase). Under the conditions where the gas phase and the gas phase (gas phase) coexist, the composition of the two phases is different, so the phenomenon of condensation at a pinpoint temperature and pressure during the condensation process occurs, which hinders stable operation of the refrigeration system. The conventional technology that makes the problem of coming the solution is shown below.

[特許文献1]
特開昭61−83258号公報 (特公平5−025912号公報)では、非共沸冷媒を用いた冷凍システムにおいて、非共沸混合冷媒の蒸発圧力とこれに対応する飽和温度との関係に基づき、膨張弁を介して冷凍システム内の温度・圧力を制御すると共に、これらの制御条件が一定範囲を外れると警告手段を作動するようにし、特に後者においては、蒸発器から圧縮機に至る過程の低温の吸入冷媒と圧縮機から蒸発器にいたる高圧の冷媒との間で熱交換を行ことが開示されている。
すなわち、使用する成分冷媒の組合せが、低沸点のR−22と高沸点の冷媒R−114であって、それぞれ標準沸点が−40.8℃及び3.85℃であるため非共沸冷媒の特有の露点と沸点の差が大きく、このため圧縮機に於ける液相状態の冷媒吸入などの問題を生じるのであって、冷凍機システムの制御によってこのような状態となることを回避している。
[Patent Document 1]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-83258 (Japanese Patent Publication No. 5-025912), in a refrigeration system using a non-azeotropic refrigerant, based on the relationship between the evaporation pressure of the non-azeotropic refrigerant mixture and the corresponding saturation temperature. In addition to controlling the temperature and pressure in the refrigeration system via the expansion valve, the warning means is activated when these control conditions fall outside a certain range. Especially in the latter, the process from the evaporator to the compressor is performed. It is disclosed that heat exchange is performed between a low-temperature suction refrigerant and a high-pressure refrigerant from a compressor to an evaporator.
That is, the combination of the component refrigerants used is a low boiling point R-22 and a high boiling point refrigerant R-114, and the normal boiling points are −40.8 ° C. and 3.85 ° C., respectively. The difference between the specific dew point and boiling point is large, which causes problems such as refrigerant suction in the liquid phase in the compressor, and avoids such a state by controlling the refrigerator system. .

[特許文献2]
特開平8−166172号公報記載では、実施例に開示されている冷媒成分は、フルオロカーボンからなる非共沸混合冷媒、即ち、R−32(標準沸点:−51.7℃)、R−125(標準沸点:−48.5℃)、及び、R−134a(標準沸点:−26.5℃F)である。この非共沸混合冷媒を構成するフルオロカーボンの標準沸点は、何れも、標準大気圧下における常温(0〜40℃)よりも著しく低温度であり、標準大気圧下では標準沸点以下の温度でなければ液化しない。
そのため、圧縮機、凝縮器、受液器、減圧器、蒸発器から構成し、凝縮器から受液器に流れる冷媒と蒸発器から圧縮機に流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器を備えた冷凍システムを採用することが開示されている。
冷媒に関しては、沸点の差(混合冷媒としての露点と沸点の差)を小さくすることにより、問題点の課題の解決を図っている。
冷凍システムに関しては、気相と液相との共存する状態において、液化した非共沸冷媒のみを受液器によって分離して蒸発器に送り、また、圧縮機に入る冷媒ガスに液体状態の冷媒が混入して液圧縮を生じるのを防止するため、サクション配管においても気液分離を行なうというメカニズムを採用することが開示されている。
然るに、折角採用したシステムも、却って、その構成が複雑であるが故にメンテナンス・保全・修理に時間・手間・費用を要するのみならず、日常的な運転においても、気液共存状態で気相と液相の組成が異なる特性を有する非共沸溶媒を安定した定常状態に戻すための制御を困難にしている。
[Patent Document 2]
In JP-A-8-166172, the refrigerant component disclosed in the examples is a non-azeotropic refrigerant mixture composed of fluorocarbon, that is, R-32 (standard boiling point: −51.7 ° C.), R-125 ( Standard boiling point: −48.5 ° C.) and R-134a (standard boiling point: −26.5 ° C. F). The standard boiling points of the fluorocarbons constituting this non-azeotropic refrigerant mixture are all significantly lower than the normal temperature (0 to 40 ° C.) under normal atmospheric pressure, and must be below the normal boiling point under standard atmospheric pressure. It will not liquefy.
Therefore, a compressor, a condenser, a receiver, a decompressor, and an evaporator are provided, and a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant that flows from the condenser to the receiver and the refrigerant that flows from the evaporator to the compressor is provided. Employing a refrigeration system is disclosed.
Regarding refrigerants, the problem of the problem is solved by reducing the difference in boiling point (difference between dew point and boiling point as a mixed refrigerant).
Regarding the refrigeration system, in the state where the gas phase and the liquid phase coexist, only the liquefied non-azeotropic refrigerant is separated by the receiver and sent to the evaporator, and the refrigerant gas entering the compressor is in the liquid state refrigerant In order to prevent liquid from being compressed due to the mixing of gas, it is disclosed that a mechanism of performing gas-liquid separation also in the suction pipe is disclosed.
However, the system that adopts the corner also has a complicated configuration, so that not only maintenance, maintenance, and repair require time, labor, and expense, but also in daily operation, the gas and liquid can coexist in the gas phase. This makes it difficult to control a non-azeotropic solvent having different characteristics of the liquid phase composition to return to a stable steady state.

[特許文献3]
特許3571296号公報には、トリフルオロメタン(CHF3:R−23)及びパーフルオロエタン(C2:F6:R−116)と、プロパン、ブタンの1種以上とを含み、前記R−23とR−116との混合比率を、R−23を70〜15wt%、R−116を30〜85wt%としてなることを特徴とする超低温用混合冷媒が開示されている。
当該混合系冷媒は、オゾン破壊能が0で、温暖化効果も低いため環境に悪影響を与えることなく利用できる。R−23及びR−116並びにプロパン及びブタンガスから安価に製造することができ、安全且つ取扱が容易である。
当該混合冷媒の特性により、格別複雑・高度な冷凍機ユニットを新たに構築することが不要であり、既存の冷凍庫の特定フロン冷媒を当該混合冷媒に置換して、そのまま使用継続することが可能であり、超低温、特に−60℃以下の庫内温度を実現することができる。
設備上も極めて安価且つ保守管理が容易である。
超低温を実現できることから、今後発展の予想されるバイオテクノロジーを始め食品その他の分野への展開が期待される。
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3571296 includes trifluoromethane (CHF3: R-23) and perfluoroethane (C2: F6: R-116), and at least one of propane and butane. The ultra-low temperature mixed refrigerant is disclosed in which the mixing ratio of R-23 is 70 to 15 wt% and R-116 is 30 to 85 wt%.
The mixed refrigerant can be used without adversely affecting the environment because the ozone depletion ability is zero and the warming effect is low. It can be produced at low cost from R-23 and R-116, propane and butane gas, and is safe and easy to handle.
Due to the characteristics of the mixed refrigerant, it is not necessary to build a new complex and advanced refrigerator unit, and it is possible to replace the specified CFC refrigerant in the existing freezer with the mixed refrigerant and continue to use it as it is. Yes, it is possible to realize an ultra-low temperature, in particular, an internal temperature of −60 ° C. or lower.
The equipment is extremely inexpensive and easy to maintain.
Since ultra-low temperature can be realized, it is expected to expand into biotechnology, which is expected to develop in the future, as well as food and other fields.

[特許文献4]
特許3934140号公報(国際公開WO2004/051155A1号パンフレット)には、凝縮器、蒸発器、及び、蒸発器から圧縮機に至る冷媒と凝縮器から蒸発器に至る過程の冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器により構成される単段式冷凍機システム、並びに、そのシステムに使用する非共沸冷媒であって、常温近傍の標準沸点を有する冷媒と−60℃以下の低い標準沸点を有する冷媒との組合せからなり、圧縮後の凝縮過程の圧力に於ける冷媒の露点が常温以上であり、且つ、その圧力に於ける沸点が蒸発器から圧縮機に至る過程の低圧圧力における露点以上であることを特徴とす超低温用非共沸冷媒が開示されている。当該冷媒成分の組合せとして、室温近傍の高沸点を有し、蒸気圧の低い冷媒にブタン、イソブタン、超低温用に適した低沸点の冷媒としてエタン、エチレンなどが利用できることが開示されている。
[Patent Document 4]
In Japanese Patent No. 3934140 (International Publication WO2004 / 051155A1 Pamphlet), heat exchange is performed between the condenser, the evaporator, and the refrigerant from the evaporator to the compressor and the refrigerant in the process from the condenser to the evaporator. A single-stage refrigerator system constituted by a heat exchanger to be performed, and a non-azeotropic refrigerant used in the system, a refrigerant having a normal boiling point near normal temperature and a refrigerant having a low standard boiling point of -60 ° C or lower The dew point of the refrigerant at the pressure of the condensation process after compression is not less than the normal temperature, and the boiling point at that pressure is not less than the dew point at the low pressure of the process from the evaporator to the compressor. A non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature characterized by this is disclosed. As a combination of the refrigerant components, it is disclosed that butane, isobutane can be used as a refrigerant having a high boiling point near room temperature and low in vapor pressure, and ethane, ethylene, or the like can be used as a low boiling point refrigerant suitable for ultra-low temperatures.

[特許文献5]
特開2007−169331号公報には、単段式冷凍システム(一元冷媒用冷凍回路)に使用することができる他成分系(多元)非共沸混合溶媒であって、−50〜−80℃の超低温状態を実現することができる2成分を混合したのみの非共沸冷媒で超低温を達成することが可能であって、さらに地球環境の保護の観点からオゾン層破壊係数がゼロで、地球温暖化係数(GWP)が極めて小さい非共沸混合冷媒が開示されている。
ここで、単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)とは、特定フロンのような従来技術による一元冷媒に使用されてきた一般的な在来型の冷凍回路であって、圧縮機、凝縮器、キャピラリチューブ、液ガス熱交換器、蒸発器を含んで構成される。
イソブタン(i−C4H10)にエチレン(C2H4)又はエタン(C2H6)を添加した他成分系(多元)非共沸混合溶媒を採用することにより、特殊な多元冷媒用冷凍回路を使用することなく、従来技術の一般的な在来型単段式冷凍システム(一元冷媒用冷凍回路)に使用することができることが開示されている。
当該在来型単段式冷凍システム(一元冷媒用冷凍回路)においては、好ましい態様において、熱交換器として巻き込み型熱交換器を使用することにより、既製の冷凍庫を簡単に超低温用冷凍庫にすることが可能であることが開示されている。
[Patent Document 5]
JP-A 2007-169331 discloses another component (multi-component) non-azeotropic mixed solvent that can be used in a single-stage refrigeration system (one-component refrigerant refrigeration circuit), and has a temperature of -50 to -80 ° C. It is possible to achieve ultra-low temperatures with a non-azeotropic refrigerant that is only a mixture of two components that can achieve ultra-low temperatures, and from the viewpoint of protecting the global environment, the ozone depletion coefficient is zero, and global warming Non-azeotropic refrigerant mixtures having a very small coefficient (GWP) are disclosed.
Here, the single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit) is a general conventional refrigeration circuit that has been used for a one-way refrigerant according to the prior art, such as specified CFCs, and includes a compressor and a condenser. A capillary tube, a liquid gas heat exchanger, and an evaporator.
By adopting another component (multi-component) non-azeotropic mixed solvent in which ethylene (C2H4) or ethane (C2H6) is added to isobutane (i-C4H10), a conventional multi-component refrigerant refrigeration circuit is not used. It is disclosed that it can be used for a general conventional single-stage refrigeration system (refrigeration circuit for one-way refrigerant) of the technology.
In the conventional single-stage refrigeration system (one-way refrigerant refrigeration circuit), in a preferred embodiment, an off-the-shelf freezer can be easily made into an ultra-low temperature freezer by using an entrainment type heat exchanger as a heat exchanger. Is disclosed to be possible.

特開昭61−83258号公報JP-A-61-83258 特開平8−166172号公報JP-A-8-166172 特許3571296号公報Japanese Patent No. 3571296 特許3934140号公報Japanese Patent No. 3934140 特開2007−169331号公報JP 2007-169331 A

上記した従来技術における問題点に鑑みて、本願発明完成に至る過程において設定した発明が解決しようとする課題を以下に列挙する。 In view of the above problems in the prior art, problems to be solved by the invention set in the process of completing the present invention are listed below.

発明が解決しようとする課題の第1の事項は、超低温用単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)で使用することができる超低温用3元非共沸冷媒を提供することである。 The first matter of the problem to be solved by the invention is to provide an ultra-low temperature ternary non-azeotropic refrigerant that can be used in an ultra-low temperature single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit).

発明が解決しようとする課題の第2の事項は、在来型の超低温用単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)の冷媒循環系を改造することなく、円滑に安定して使用することができる超低温用3元非共沸冷媒を提供することである。 The second problem to be solved by the invention is that it can be used smoothly and stably without remodeling the refrigerant circulation system of a conventional ultra-low temperature single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit). It is to provide an ultra-low temperature ternary non-azeotropic refrigerant.

発明が解決しようとする課題の第3の事項は、在来型の超低温用単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)の冷媒循環系において、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒を、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒により冷却する機能を有する熱交換器(3)を付加する簡単な改造をして、円滑に安定して使用することができる超低温用3元非共沸冷媒を提供することである。 The third problem to be solved by the invention is that the high-pressure system [evaporation for cooling the freezer (8) is performed in the refrigerant circulation system of a conventional ultra-low temperature single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit). The high-temperature refrigerant in the return path returning from the condenser (5) to the compressor (1)] in the low-pressure system [the forward path toward the evaporator (5) for cooling the freezer (8) from the condenser (2)] It is to provide an ultra-low temperature ternary non-azeotropic refrigerant that can be used smoothly and stably by adding a heat exchanger (3) having a function of cooling with a low-temperature refrigerant.

発明が解決しようとする課題の第4の事項は、オゾン層破壊係数(ODP)が、0のみのガスからなる超低温用3元非共沸冷媒を提供することである。 The fourth matter of the problem to be solved by the invention is to provide an ultra-low temperature ternary non-azeotropic refrigerant consisting of a gas having an ozone layer depletion coefficient (ODP) of only zero.

発明が解決しようとする課題の第5の事項は、地球温暖化係数(GWP)が、0〜21のガスのみからなる超低温用3元非共沸冷媒を提供することである。 The fifth matter of the problem to be solved by the invention is to provide an ultra-low temperature ternary non-azeotropic refrigerant consisting only of a gas having a global warming potential (GWP) of 0 to 21.

課題を解決するための手段を以下に詳述する。 Means for solving the problems will be described in detail below.

[第1発明] 単段式冷凍システムに使用するための非共沸冷媒であって、
前記単段式冷凍システムは、圧縮機(1)、凝縮器(2)、蒸発器、及び、熱交換器(3)を含んで構成され、
前記熱交換器(3)は、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒と、
低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒との間で熱交換をする機能を有し、
前記非共沸冷媒は、
高沸点ガス(G1)群から選択された少なくとも1種類のガス、
低沸点ガス(G2)群から選択された少なくとも1種類のガス、
及び、
極低沸点ガス(G3)群から選択された少なくとも1種類のガス
の少なくとも3種類のガスを必須構成要件とし、
前記高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、
前記低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3が、
−273℃≦Tb3≦−130℃<Tb2<−20℃≦Tb1≦+60℃
という数値範囲にあり、
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
60重量部≦W1≦90重量部、
10重量部≦W2≦30重量部、
0.1重量部≦W3≦20重量部、且つ、
W1+W2+W3=100重量部
という数値範囲にあり、
さらに、
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
圧縮機(1)から熱交換器(3)を経由して冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に到達するまでの高圧環境下における露点が室温(即、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度)以上となるように、且つ、その沸点が冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から熱交換器(3)を経由して圧縮機(1)に到達するまでの低圧環境下における露点よりも高くなるように設定されたものであることを特徴とする超低温用非共沸冷媒。
[First Invention] A non-azeotropic refrigerant for use in a single-stage refrigeration system,
The single-stage refrigeration system includes a compressor (1), a condenser (2), an evaporator, and a heat exchanger (3).
The heat exchanger (3) includes a high-temperature refrigerant in a high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)),
Having a function of exchanging heat with the low-temperature refrigerant in the low-pressure system [the forward path from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)],
The non-azeotropic refrigerant is
At least one gas selected from the high boiling point gas (G1) group,
At least one gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
As at least three kinds of gas of at least one kind of gas selected from the group of extremely low boiling point gases (G3) as essential constituent requirements,
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group,
Boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
The boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group is
−273 ° C. ≦ Tb3 ≦ −130 ° C. <Tb2 <−20 ° C ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C.
In the numerical range
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
60 parts by weight ≦ W1 ≦ 90 parts by weight,
10 parts by weight ≦ W2 ≦ 30 parts by weight,
0.1 parts by weight ≦ W3 ≦ 20 parts by weight, and
W1 + W2 + W3 = 100 parts by weight
further,
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
The dew point in the high pressure environment from the compressor (1) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3) is room temperature (immediately, a single-stage refrigeration system) The atmospheric temperature in the operating state) and the boiling point reaches the compressor (1) from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3). A non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature, which is set to be higher than the dew point in a low-pressure environment up to.

[第2発明] 高沸点ガス(G1)群、低沸点ガス(G2)群、及び、極低沸点ガス(G3)群のうちの少なくとも一つの群が、フルオロカーボンガス群を除外した非フルオロカーボンガス群であることを特徴とした第1発明に記載した超低温用非共沸冷媒。 [Second Invention] A non-fluorocarbon gas group in which at least one of the high boiling point gas (G1) group, the low boiling point gas (G2) group, and the extremely low boiling point gas (G3) group is excluded from the fluorocarbon gas group The non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperatures described in the first aspect of the invention.

[第3発明] 高沸点ガス(G1)が、ブタン(沸点−0.5℃)、イソブタン(沸点−12℃)、ブテン(沸点−6.9℃)、及び、エチルアセチレン(沸点+8.1℃)からなる群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
前記低沸点ガス(G2)が、エタン(沸点−88.68℃)、エチレン(沸点−104.2℃)及びR−14(沸点−128℃)からなる群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
極低沸点ガス(G3)が、メタン(沸点−161.52℃)であることを特徴とする、第1発明又は第2発明に記載した超低温用非共沸混合冷媒。
[Third Invention] The high boiling point gas (G1) contains butane (boiling point−0.5 ° C.), isobutane (boiling point−12 ° C.), butene (boiling point−6.9 ° C.), and ethylacetylene (boiling point + 8.1). At least one gas selected from the group consisting of:
The low boiling point gas (G2) is at least one gas selected from the group consisting of ethane (boiling point −88.68 ° C.), ethylene (boiling point −104.2 ° C.) and R-14 (boiling point −128 ° C.). And
The extremely low boiling point gas (G3) is methane (boiling point: −161.52 ° C.), the non-azeotropic refrigerant mixture for ultra-low temperature according to the first or second aspect of the invention.

[第4発明] 高沸点ガス(G1)、低沸点ガス(G2)、及び、極低沸点ガス(G3)の3種類のガスの重量組成比が、
高沸点ガス(G1)が、50乃至99.9重量部、
低沸点ガス(G2)が、5乃至50重量部、
極低沸点ガス(G3)が、0.01乃至10重量部、
且つ、高沸点ガス(G1)、低沸点ガス(G2)、及び、極低沸点ガス(G3)の合計重量部が100重量部であることを特徴とする第1発明乃至第3発明の何れかに記載した超低温用非共沸冷媒。
[Fourth Invention] The weight composition ratio of three kinds of gases, a high boiling point gas (G1), a low boiling point gas (G2), and an extremely low boiling point gas (G3),
The high boiling point gas (G1) is 50 to 99.9 parts by weight,
Low boiling point gas (G2) is 5 to 50 parts by weight,
Extremely low boiling point gas (G3) is 0.01 to 10 parts by weight,
In addition, any one of the first to third inventions, wherein a total part by weight of the high boiling point gas (G1), the low boiling point gas (G2), and the extremely low boiling point gas (G3) is 100 parts by weight. Non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature described in 1.

[第5発明] 前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
70重量部≦W1≦80重量部、
15重量部≦W2≦25重量部、
0.1重量部≦W3≦10重量部、且つ、
W1+W2+W3=100重量部
という数値範囲にあることを特徴とする第1発明乃至第4発明の何れかに記載した超低温用非共沸冷媒。
[Fifth Invention] A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group,
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
70 parts by weight ≦ W1 ≦ 80 parts by weight,
15 parts by weight ≦ W2 ≦ 25 parts by weight,
0.1 parts by weight ≦ W3 ≦ 10 parts by weight, and
The ultra-low temperature non-azeotropic refrigerant according to any one of the first to fourth inventions, which is in a numerical range of W1 + W2 + W3 = 100 parts by weight.

[第6発明] 単段式冷凍システムに使用するための非共沸冷媒であって、
前記単段式冷凍システムは、圧縮機(1)、凝縮器(2)、蒸発器、及び、熱交換器(3)を含んで構成され、
前記熱交換器(3)は、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒と、
低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒との間で熱交換をする機能を有し、
前記非共沸冷媒は、
高沸点ガス(G1)群から選択された少なくとも1種類のガス、
低沸点ガス(G2)群から選択された少なくとも1種類のガス、
及び、
極低沸点ガス(G3)群から選択された少なくとも1種類のガス
の少なくとも3種類のガスを必須構成要件とし、
前記高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、
前記低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3が、
−273℃≦Tb3≦−130℃<Tb2<−20℃≦Tb1≦+60℃
という数値範囲にあり、
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
60重量部≦W1≦90重量部、
10重量部≦W2≦30重量部、
0.1重量部≦W3≦20重量部、且つ、
W1+W2+W3=100重量部
という数値範囲にあり、
さらに、
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
圧縮機(1)から熱交換器(3)を経由して冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に到達するまでの高圧環境下における露点が室温(即、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度)以上となるように、且つ、その沸点が冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から熱交換器(3)を経由して圧縮機(1)に到達するまでの低圧環境下における露点よりも高くなるように設定されたものであることを特徴とする超低温用非共沸冷媒。
[Sixth Invention] A non-azeotropic refrigerant for use in a single-stage refrigeration system,
The single-stage refrigeration system includes a compressor (1), a condenser (2), an evaporator, and a heat exchanger (3).
The heat exchanger (3) includes a high-temperature refrigerant in a high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)),
Having a function of exchanging heat with the low-temperature refrigerant in the low-pressure system [the forward path from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)],
The non-azeotropic refrigerant is
At least one gas selected from the high boiling point gas (G1) group,
At least one gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
As at least three kinds of gas of at least one kind of gas selected from the group of extremely low boiling point gases (G3) as essential constituent requirements,
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group,
Boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
The boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group is
−273 ° C. ≦ Tb3 ≦ −130 ° C. <Tb2 <−20 ° C ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C.
In the numerical range
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
60 parts by weight ≦ W1 ≦ 90 parts by weight,
10 parts by weight ≦ W2 ≦ 30 parts by weight,
0.1 parts by weight ≦ W3 ≦ 20 parts by weight, and
W1 + W2 + W3 = 100 parts by weight
further,
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
The dew point in the high pressure environment from the compressor (1) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3) is room temperature (immediately, a single-stage refrigeration system) The atmospheric temperature in the operating state) and the boiling point reaches the compressor (1) from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3). A non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature, which is set to be higher than the dew point in a low-pressure environment up to.

[第7発明] 単段式冷凍システムに使用するための非共沸冷媒であって、
前記単段式冷凍システムは、圧縮機(1)、凝縮器(2)、蒸発器、及び、熱交換器(3)を含んで構成され、
前記熱交換器(3)は、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒と、
低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒との間で熱交換をする機能を有し、
前記非共沸冷媒は、高沸点ガス(G1)、低沸点ガス(G2)、及び、極低沸点ガス(G3)の3種類のガスを必須構成要件とし、
前記高沸点ガス(G1)は、−20℃以上+60℃以下の沸点を有するガス群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
前記低沸点ガス(G2)は、−130℃超−20未満の沸点を有するガス群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
前記極低沸点ガス(G3)は、−273℃以上−130℃以下の沸点を有するガス群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
高沸点ガス(G1)、低沸点ガス(G2)、及び、極低沸点ガス(G3)の3種類のガスの重量組成比が、
圧縮機(1)から熱交換器(3)を経由して冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に到達するまでの高圧環境下における露点が室温(即、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度)以上となるように、且つ、その沸点が冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から熱交換器(3)を経由して圧縮機(1)に到達するまでの低圧環境下における露点よりも高くなるように設定されたものであることを特徴とする超低温用非共沸冷媒。
[Seventh Invention] A non-azeotropic refrigerant for use in a single-stage refrigeration system,
The single-stage refrigeration system includes a compressor (1), a condenser (2), an evaporator, and a heat exchanger (3).
The heat exchanger (3) includes a high-temperature refrigerant in a high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)),
Having a function of exchanging heat with the low-temperature refrigerant in the low-pressure system [the forward path from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)],
The non-azeotropic refrigerant has three kinds of gas, high boiling point gas (G1), low boiling point gas (G2), and extremely low boiling point gas (G3) as essential constituent requirements.
The high boiling point gas (G1) is at least one gas selected from a gas group having a boiling point of −20 ° C. or higher and + 60 ° C. or lower,
The low boiling point gas (G2) is at least one gas selected from a gas group having a boiling point of more than −130 ° C. and less than −20,
The extremely low boiling point gas (G3) is at least one gas selected from a gas group having a boiling point of −273 ° C. or higher and −130 ° C. or lower,
The weight composition ratio of the three kinds of gases, the high boiling point gas (G1), the low boiling point gas (G2), and the extremely low boiling point gas (G3),
The dew point in the high pressure environment from the compressor (1) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3) is room temperature (immediately, a single-stage refrigeration system) The atmospheric temperature in the operating state) and the boiling point reaches the compressor (1) from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3). A non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature, which is set to be higher than the dew point in a low-pressure environment up to.

[第8発明] 高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、及び、極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3が、
−180℃≦Tb3≦−140℃、
−130℃<Tb2≦ −80℃、
−20℃≦Tb1≦ +10℃
という数値範囲にあることを特徴とする第1発明乃至第7発明の何れかに記載した超低温用非共沸冷媒。
[Eighth Invention] The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group, the boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group, and the boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group are:
−180 ° C. ≦ Tb3 ≦ −140 ° C.
−130 ° C. <Tb2 ≦ −80 ° C.,
−20 ° C. ≦ Tb1 ≦ + 10 ° C.
The ultra-low temperature non-azeotropic refrigerant according to any one of the first to seventh inventions, wherein the non-azeotropic refrigerant is in a numerical range.

本願発明の効果を以下に列挙する。 The effects of the present invention are listed below.

発明の効果の第1の事項は、超低温用単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)で使用することができる超低温用3元非共沸冷媒を提供できることである。 The first matter of the effect of the invention is that it is possible to provide an ultra-low temperature ternary non-azeotropic refrigerant that can be used in an ultra-low temperature single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit).

発明の効果の第2の事項は、在来型の超低温用単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)の冷媒循環系を改造することなく、円滑に安定して使用することができる超低温用3元非共沸冷媒を提供できることである。 The second effect of the invention is that it can be used smoothly and stably without modifying the refrigerant circulation system of a conventional ultra-low temperature single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit) 3 The original non-azeotropic refrigerant can be provided.

発明の効果の第3の事項は、在来型の超低温用単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)の冷媒循環系において、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒を、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒により冷却する機能を有する熱交換器(3)を付加する簡単な改造をして、円滑に安定して使用することができる超低温用3元非共沸冷媒を提供できることである。 A third matter of the effect of the invention is that in a refrigerant circulation system of a conventional ultra-low temperature single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit), a high-pressure system [an evaporator (5) for cooling a freezer (8) The high-temperature refrigerant in the return system returning from the compressor (1) to the compressor (1) is cooled by the low-temperature refrigerant in the low-pressure system [the outward system going from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)]. It is possible to provide a ternary non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature that can be used smoothly and stably by adding a heat exchanger (3) having a cooling function.

発明の効果の第4の事項は、オゾン層破壊係数(ODP)が、0のみのガスからなる超低温用3元非共沸冷媒を提供できることである。 The fourth matter of the effect of the invention is that it can provide a ternary non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature composed of a gas whose ozone depletion coefficient (ODP) is only zero.

発明の効果の第5の事項は、地球温暖化係数(GWP)が、3〜21のガスのみからなる超低温用3元非共沸冷媒を提供できることである。 The fifth matter of the effect of the invention is that it can provide a ternary non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature consisting of only a gas having a global warming potential (GWP) of 3 to 21.

本願の発明者は、上記した従来技術における問題点に鑑み、化学構造にハロゲン(塩素、フッ素等)を有さない炭化水素系超低温度用共沸冷媒を探索する過程において、高沸点ガス(−20℃≦沸点Tb1≦+60℃)、低沸点ガス(−130℃<沸点Tb2<−20℃)、及び、極低沸点ガス(−273℃≦沸点Tb3≦−130℃)を組合せてなる3元非共沸冷媒につき、常温付近での圧縮過程によって凝縮可能、且つ、蒸発器における冷媒との熱交換による冷却により凝縮可能であるような特殊な条件が存在するのではないかという実験仮説、即ち、在来型の単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)で安定して使用することできる特殊な条件が存在するのではないかという実験仮説を想定した。
もし、このような特殊な条件が存在すれば、このような特殊な条件下では、たとえ非共沸冷媒であったとしても、気液分離等の複雑な機構を不要なものとし、機構を簡素化することが可能となり、沸点と露点とが不一致である非共沸冷媒固有の特性に起因する冷凍機運転における不安定性を解消することができると想到した。
そこで、このような特殊な条件を見出すことができれば、極めて有益であることから、この実験仮説の妥当性につき、鋭意検討を推進した。
In view of the problems in the prior art described above, the inventor of the present application searches for a hydrocarbon-based ultra-low temperature azeotropic refrigerant having no halogen (chlorine, fluorine, etc.) in the chemical structure. Ternary comprising a combination of 20 ° C. ≦ boiling point Tb1 ≦ + 60 ° C.), low boiling point gas (−130 ° C. <boiling point Tb2 <−20 ° C.), and extremely low boiling point gas (−273 ° C. ≦ boiling point Tb3 ≦ −130 ° C.) An experimental hypothesis that there may be special conditions for non-azeotropic refrigerants that can be condensed by a compression process near room temperature and can be condensed by cooling by heat exchange with the refrigerant in the evaporator, that is, We assumed an experimental hypothesis that there may be special conditions that can be used stably in a conventional single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit).
If such a special condition exists, even if it is a non-azeotropic refrigerant under such special condition, a complicated mechanism such as gas-liquid separation is unnecessary, and the mechanism is simplified. The instability in the refrigerator operation due to the characteristic characteristic of the non-azeotropic refrigerant in which the boiling point and the dew point are inconsistent can be solved.
Therefore, since it would be extremely beneficial if such special conditions could be found, we intensively investigated the validity of this experimental hypothesis.

即ち、本願発明の技術的思想の基本には、従来技術による冷媒である特定フロンを使用してきた在来型の単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)で使用しても、支障なく、従来技術による冷媒である特定フロンと同等又はそれ以上の冷却性能を発揮することができる炭化水素系超低温度用共沸冷媒を開発するといる視点に立脚している。
特定フロンを使用してきた在来型の単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)設備を廃棄することなく、使用の継続を可能とすることは、廃棄物を低減し、環境を保護する観点からも、意義深い。
That is, the basic concept of the technical idea of the present invention is that there is no problem even if it is used in a conventional single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit) that uses a specific chlorofluorocarbon, which is a refrigerant according to the prior art. It is based on the viewpoint of developing a hydrocarbon ultra-low temperature azeotropic refrigerant capable of exhibiting cooling performance equivalent to or higher than that of specific chlorofluorocarbon, which is a refrigerant based on technology.
From the viewpoint of reducing waste and protecting the environment, it is possible to continue to use conventional single-stage refrigeration systems (single-type refrigeration circuits) without discarding facilities that have used specific chlorofluorocarbons. Is also significant.

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、『超低温用単段式冷凍システム』なる用語における『超低温』とは、『−50〜−70℃』を意味し、好ましくは『−50〜−80℃』を意味し、さらに好ましくは『−50〜−100℃』を意味し、冷凍庫々内温度として『超低温』を実現することが可能であることを意味する。 In the claims, specification and drawings of the present application, the term “ultra low temperature” in the term “single stage refrigeration system for ultra low temperature” means “−50 to −70 ° C.”, preferably “− “50 to −80 ° C.”, more preferably “−50 to −100 ° C.”, which means that it is possible to realize “ultra low temperature” as the freezer temperature.

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、『単段式冷凍システム』なる用語は、『一元冷媒用冷凍回路』、又は、『一元式冷凍回路』なる用語と等価であり、一台の圧縮機で冷媒を循環させるものシステムを意味する。
単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)の典型的な態様を、図1に示す。
In the claims, specification and drawings of the present application, the term “single-stage refrigeration system” is equivalent to the term “one-unit refrigerant refrigeration circuit” or “one-unit refrigeration circuit”. It means a system that circulates refrigerant with a single compressor.
A typical embodiment of a single stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit) is shown in FIG.

単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)が一台の圧縮機で冷媒を循環させるものであるのに対し、2段式冷凍システム(二元式冷凍回路)は、特許文献5(特開2007−169331号公報)の図2、及び、段落番号[0032]〜[0036]に示されているように、二台の圧縮機で各々異なった冷媒を循環させ熱交換器を介在させて低温を得るものであり、二系統の冷凍回路、即ち、高温側圧縮機を含んで構成される第1回路(高温側冷凍回路)と、低温側圧縮機を含んで構成される第2回路(低温側冷凍回路)からなる二系統の冷凍回路を有し、カスケード熱交換器を介して所定の冷熱を得る装置である。 A single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit) circulates refrigerant using a single compressor, whereas a two-stage refrigeration system (two-way refrigeration circuit) is disclosed in Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2007-200759 As shown in FIG. 2 and paragraph numbers [0032] to [0036] of Japanese Patent No. 169331), different refrigerants are circulated in two compressors, and a low temperature is achieved by interposing a heat exchanger. A two-stage refrigeration circuit, that is, a first circuit (high temperature side refrigeration circuit) configured to include a high temperature side compressor and a second circuit (low temperature side) configured to include a low temperature side compressor This is a device that has two refrigeration circuits comprising a refrigeration circuit and obtains predetermined cold heat via a cascade heat exchanger.

図7に2段式冷凍システム(二元式冷凍回路)を図示した。
第1回路(高温側冷凍回路)では、高温側圧縮機(コンプレッサー)1aと凝縮器(コンデンサー、空冷式又は水冷式)2で凝縮させた第1回路冷媒を、カスケード熱交換器3aで蒸発(低温)させて、高温側圧縮機(コンプレッサー)1aに帰還させる。
第1回路冷媒(高圧側回路冷媒、高温側回路冷媒)は、常温で凝縮し、且つ、その蒸発温度は−30℃〜−40℃程度である。
FIG. 7 illustrates a two-stage refrigeration system (two-way refrigeration circuit).
In the first circuit (high temperature side refrigeration circuit), the first circuit refrigerant condensed in the high temperature side compressor (compressor) 1a and the condenser (condenser, air-cooled type or water-cooled type) 2 is evaporated in the cascade heat exchanger 3a ( And return to the high temperature side compressor (compressor) 1a.
The first circuit refrigerant (high-pressure circuit refrigerant, high-temperature circuit refrigerant) condenses at room temperature, and its evaporation temperature is about −30 ° C. to −40 ° C.

第2回路(低温側冷凍回路)は、低温側圧縮機(コンプレッサー)1bとカスケード熱交換器3aで凝縮(凝縮温度−15〜−20℃)させた第2回路冷媒を、低温側キャピラリーチューブ(減圧器)4aを介して蒸発器5aで噴射蒸発させることにより、本来の冷却対象である冷凍庫々内を冷却し、蒸発器で噴射蒸発された第2回路冷媒は、低温側圧縮機(コンプレッサー)1bを経由してカスケード熱交換器3aに、再度、帰還する。
第2回路冷媒(低圧側回路冷媒、低温側回路冷媒)は、−15〜−20℃常温で凝縮し、且つ、その蒸発温度は−50〜−80℃程度である。
The second circuit (low temperature side refrigeration circuit) is a low temperature side capillary tube (condensation temperature of −15 to −20 ° C.) condensed by the low temperature side compressor (compressor) 1b and the cascade heat exchanger 3a. The second circuit refrigerant jetted and evaporated by the evaporator is cooled at the low temperature side compressor (compressor) by spraying and evaporating in the evaporator 5a via the decompressor 4a and cooling the inside of the freezers that are originally cooled. Return to the cascade heat exchanger 3a again via 1b.
The second circuit refrigerant (low-pressure circuit refrigerant, low-temperature circuit refrigerant) condenses at -15 to -20 ° C normal temperature, and the evaporation temperature is about -50 to -80 ° C.

カスケード熱交換器3aでは、第1回路側入口から、冷却・凝縮された低温の第1回路冷媒を送り込み、第2回路側入口から、蒸発器で噴射蒸発された後に低温側圧縮機(コンプレッサー)で圧縮された高温の第2回路冷媒を送り込み、両冷媒の熱交換を行なうことにより、高温の第2回路冷媒を冷却・凝縮させる。 In the cascade heat exchanger 3a, the cooled and condensed low-temperature first circuit refrigerant is fed from the first circuit side inlet, and after being injected and evaporated by the evaporator from the second circuit side inlet, the low-temperature side compressor (compressor) The high-temperature second circuit refrigerant compressed in step S3 is fed and heat exchange is performed between the two refrigerants to cool and condense the high-temperature second circuit refrigerant.

第2回路には、保護装置である膨張タンク7が設置され、回路の停止時に装置内のガス圧力が高くなったときに、過剰なガスを受容することにより装置内の圧力が高くなるのを防ぐ機能を発揮する。 The second circuit is provided with an expansion tank 7 as a protective device, and when the gas pressure in the device becomes high when the circuit is stopped, the pressure in the device is increased by receiving excessive gas. Demonstrate the function to prevent.

第2回路には、低温側キャピラリチューブ(減圧器)4bが設置され、凝縮器によって凝縮液化された冷媒ガスを減圧し蒸発させるために減圧させる機能を発揮する。 The second circuit is provided with a low temperature side capillary tube (decompressor) 4b, and exhibits a function of depressurizing and evaporating the refrigerant gas condensed and liquefied by the condenser.

従来の技術においては、第1回路冷媒(高圧側回路冷媒)としては、例えば、R−22(CHClF2、沸点−40.8℃)、R−404a(R−143a/R−125/R−134a=52/44/4重量%、沸点−46.6)等が使用され、第2回路冷媒(低圧側回路冷媒)としては、例えば、R−23(CHF3、沸点−82℃)が使用されて来た。 In the prior art, as the first circuit refrigerant (high-pressure circuit refrigerant), for example, R-22 (CHClF2, boiling point −40.8 ° C.), R-404a (R-143a / R-125 / R-134a). = 52/44/4 wt%, boiling point -46.6), etc., and as the second circuit refrigerant (low pressure side circuit refrigerant), for example, R-23 (CHF3, boiling point -82 ° C.) is used. I came.

蒸発器(冷凍庫々内)において所定の低温(−80℃)を達成するためには、R−23の冷媒を凝縮させることが必要であり、単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)ではなく、2段式冷凍システム(二元式冷凍回路)を採用することが不可避であった。 In order to achieve a predetermined low temperature (−80 ° C.) in the evaporators (in the freezers), it is necessary to condense the refrigerant of R-23, not a single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit). It was inevitable to adopt a two-stage refrigeration system (two-way refrigeration circuit).

2段式冷凍システム(二元式冷凍回路)は、単純に比較しても、単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)の概ね二倍の部品が必要であり、メカニズムも複雑となることから、小型冷凍庫に適用することは困難である。
本願発明に係る非共沸混合冷媒は、機構が複雑で製造コストが高価な2段式冷凍システム(二元式冷凍回路)ではなく、機構が単純で製造コストが安価な単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)で使用することができる。
A two-stage refrigeration system (two-way refrigeration circuit) requires almost twice as many parts as a single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit), and the mechanism is complicated. It is difficult to apply to a small freezer.
The non-azeotropic refrigerant mixture according to the present invention is not a two-stage refrigeration system (binary refrigeration circuit) with a complicated mechanism and expensive manufacturing cost, but a single-stage refrigeration system with a simple mechanism and low manufacturing cost ( It can be used in a one-way refrigeration circuit).

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、『室温』なる用語は、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度を意味し、例えば、日本国内においては、温帯地域の気候変動又は季節変化に伴い気象庁が発表する一般的な気温範囲である−10〜+45℃を包含するが、通常は、典型的には30±10℃を包含する。 In the claims, specification and drawings of the present application, the term “room temperature” means the ambient temperature in the operating state of the single-stage refrigeration system. For example, in Japan, It includes -10 to + 45 ° C, which is a general temperature range announced by the Japan Meteorological Agency with seasonal changes, but typically includes 30 ± 10 ° C.

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、『3元非共沸混合冷媒』なる用語は、高沸点ガス(G1)群から選択された少なくとも1種類のガス、低沸点ガス(G2)群から選択された少なくとも1種類のガス、及び、極低沸点ガス(G3)群から選択された少なくとも1種類のガスの3元のガスを含んでなる非共沸混合冷媒を意味する。 In the claims, specification and drawings of the present application, the term “ternary non-azeotropic refrigerant mixture” means at least one kind of gas selected from the high boiling point gas (G1) group, a low boiling point gas ( It means a non-azeotropic refrigerant mixture comprising at least one kind of gas selected from the G2) group and at least one kind of gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group.

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1は、
−20℃≦Tb1≦+60℃
という数値関係にある。
In the claims, specification and drawings of the present application, the boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group is:
−20 ° C. ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C.
There is a numerical relationship.

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2は、
−130℃<Tb2<−20℃
という数値関係にある。
In the claims, specification and drawings of the present application, the boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group is:
-130 ° C <Tb2 <-20 ° C
There is a numerical relationship.

本願の特許請求の範囲、明細書、及び、図面においては、極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3は、
−273℃≦Tb3≦−130℃
という数値関係にある。
In the claims, specification and drawings of the present application, the boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group is:
−273 ° C. ≦ Tb3 ≦ −130 ° C.
There is a numerical relationship.

単段式冷凍システムは、圧縮機(1)、凝縮器(2)、蒸発器、及び、熱交換器(3)を含んで構成される。 The single-stage refrigeration system includes a compressor (1), a condenser (2), an evaporator, and a heat exchanger (3).

熱交換器(3)は、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒と、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒との間で熱交換をする機能を有する。 The heat exchanger (3) includes a high-temperature refrigerant in a high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)) and a low-pressure system (condenser (2) To the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to have a function of exchanging heat with the low-temperature refrigerant in the refrigerant.

高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒を、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒により、熱交換器(3)において熱交換をして凝縮させることができれば、非共沸冷媒であっても、気液分離のための複雑なメカニズムを採用することなく、システム全体の構成を簡素化することができ、特定フロンを使用してきた在来型の単段式冷凍システム(一元冷媒用冷凍回路)の使用継続が可能となり、冷凍機の安定した運転が可能となる。 The high-temperature refrigerant in the high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)) is cooled, and the low-pressure system [cools the freezer (8) from the condenser (2). For the gas-liquid separation, even if it is a non-azeotropic refrigerant, it can be condensed by the heat exchange in the heat exchanger (3) by the low-temperature refrigerant in the outbound system toward the evaporator (5) for It is possible to simplify the configuration of the entire system without adopting the complicated mechanism, and it is possible to continue to use the conventional single-stage refrigeration system (refrigeration circuit for one-way refrigerant) that uses specific chlorofluorocarbons. The refrigerator can be operated stably.

したがって、非共沸冷媒の組成を、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒を、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒により、熱交換器(3)において熱交換をする際に、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒が凝縮することを実現できるように設定することが必要となる。
すなわち、非共沸冷媒の組成を、上述した特許文献4(特許3934140号公報)の表−2にも記載があるが、例えば、表−1に掲載した態様No.1及び態様No.2におけるような数値を実現できるように設定することが必要となる。
Therefore, the composition of the non-azeotropic refrigerant is changed from the high-temperature refrigerant in the high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)) with the low-pressure system [condenser ( 2) When the heat exchanger (3) performs heat exchange with the low-temperature refrigerant in the forward path toward the evaporator (5) for cooling the freezer (8), the high-pressure system [freezer (8) It is necessary to set so that the high-temperature refrigerant in the return path system from the evaporator (5) for cooling back to the compressor (1) can be condensed.
That is, although the composition of the non-azeotropic refrigerant is also described in Table-2 of Patent Document 4 (Patent No. 3934140) described above, for example, in Mode No. 1 and Mode No. 2 listed in Table-1 It is necessary to set so that such numerical values can be realized.

[表−1] 熱交換器の入口と出口の温度 (室温 30℃)
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No. 庫内 高圧系圧力 低圧系圧力 低圧系入口 低圧系出口 高圧系入口 高圧系出口
温度℃ (MPa) (MPa) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)
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1 −75 0.9 0.02 −50 → +9 +29 → −39
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2 −82 1.5 0.02 −38 → +12 +28 → −32
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[Table-1] Heat exchanger inlet and outlet temperatures (room temperature 30 ° C)
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No. Inside chamber High pressure system pressure Low pressure system pressure Low pressure system inlet Low pressure system outlet High pressure system inlet High pressure system outlet Temperature ° C (MPa) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C)
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1 -75 0.9 0.02 -50 → +9 +29 → -39
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
2 -82 1.5 0.02 -38 → +12 +28 → −32
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表−1において、測定点は、図2に示したとおり、低圧系入口(A)、低圧系出口(E)、高圧系入口(F)、及び、高圧系出口(B)である。
測定項目の温度は、配管内温度(℃)と、配管内ゲージ圧(MPa)である。
In Table 1, the measurement points are the low pressure system inlet (A), the low pressure system outlet (E), the high pressure system inlet (F), and the high pressure system outlet (B) as shown in FIG.
The temperature of the measurement item is the temperature in the pipe (° C.) and the gauge pressure in the pipe (MPa).

表−1において、『No.』は、実施態様の便宜的な連続番号であり、『庫内温度℃』とは、蒸発器(5)によって冷却された冷凍庫の庫内温度(℃)であり、『高圧系圧力(MPa)』とは、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の圧力(MPa)であり、『低圧系圧力(MPa)』とは、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の圧力(MPa)であり、『低圧系入口温度(℃)』とは、低圧系(蒸発器(5)に冷媒を送る側の系)の熱交換器(3)の入口での温度(℃)であり、『低圧系出口温度(℃)』とは、低圧系(蒸発器(5)に冷媒を送る往路側の系)の熱交換器(3)の出口での温度(℃)であり、『高圧系入口温度(℃)』とは、高圧系(蒸発器(5)から冷媒が戻る側の系)の熱交換器(3)の入口での温度(℃)であり、『高圧系出口温度(℃)』とは、高圧系(蒸発器(5)から冷媒が戻る復路側の系)の熱交換器(3)の出口での温度(℃)である。 In Table 1, “No.” is a convenient serial number of the embodiment, and “internal temperature ° C.” is the internal temperature (° C.) of the freezer cooled by the evaporator (5). The “high pressure system pressure (MPa)” is the pressure (MPa) in the high pressure system [return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)]. The “low pressure system pressure (MPa)” is the pressure (MPa) in the low pressure system [the outward system from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)]. The “inlet temperature (° C.)” is the temperature (° C.) at the inlet of the heat exchanger (3) of the low pressure system (the system that sends the refrigerant to the evaporator (5)). ) ”Is the temperature (° C.) at the outlet of the heat exchanger (3) of the low-pressure system (the system on the forward path that sends the refrigerant to the evaporator (5)), and the“ high-pressure system inlet temperature (° C.) ” Is the temperature (° C.) at the inlet of the heat exchanger (3) of the high pressure system (the system where the refrigerant returns from the evaporator (5)), and the “high pressure system outlet temperature (° C.)” This is the temperature (° C.) at the outlet of the heat exchanger (3) of the (return side system where the refrigerant returns from the evaporator (5)).

本願発明に係る超低温用非共沸冷媒については、非共沸溶媒の高圧系(蒸発器(5)から冷媒が戻る側の系)における露点(℃)をTd(H)及び沸点をTb(H)、非共沸溶媒の低圧系(蒸発器(5)に冷媒を送る側の系)における露点(℃)をTd(L)及び沸点をTb(L)とすると、表−1に掲載した態様No.1及び態様No.2においては、これらの数値が、表−2に示した関係を満足するように、非共沸冷媒の組成を設定することが必要となる。 For the non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature according to the present invention, the dew point (° C.) and Tb (H) of the dew point (° C.) in the high-pressure system of non-azeotropic solvent (the system on the side where the refrigerant returns from the evaporator (5)) ), And the dew point (° C.) in the low-pressure system of the non-azeotropic solvent (the system on the side sending the refrigerant to the evaporator (5)) is Td (L) and the boiling point is Tb (L), the modes listed in Table 1 In No. 1 and Aspect No. 2, it is necessary to set the composition of the non-azeotropic refrigerant so that these numerical values satisfy the relationship shown in Table-2.

[表−2] 熱交換器の入口と出口の温度 (室温 30℃)
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No. 庫内 高圧系圧力 低圧系圧力 室 温 高圧系冷媒 低圧系冷媒 高圧系冷媒
温度℃ (MPa) (MPa) (℃) 露点(℃) 露点(℃) 沸点(℃)
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1 −75 0.9 0.02 +30 ≦ Td(H) Td(L)< Tb(H)
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2 −82 1.5 0.02 +30 ≦ Td(H) Td(L)< Tb(H)
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[Table-2] Heat exchanger inlet and outlet temperatures (room temperature 30 ° C)
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No. Inside the chamber High pressure system pressure Low pressure system pressure Chamber temperature High pressure system refrigerant Low pressure system refrigerant High pressure system refrigerant Temperature ° C (MPa) (MPa) (° C) Dew point (° C) Dew point (° C) Boiling point (° C)
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1−75 0.9 0.02 + 30 ≦ Td (H) Td (L) <Tb (H)
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2−82 1.5 0.02 + 30 ≦ Td (H) Td (L) <Tb (H)
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即ち、本願発明に係る超低温用非共沸冷媒については、表−2に示すとおり、圧縮機(1)から熱交換器(3)を経由して冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に到達するまでの高圧環境下における露点が室温(即、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度)以上となるように、且つ、その沸点が冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から熱交換器(3)を経由して圧縮機(1)に到達するまでの低圧環境下における露点よりも高くなるよう非共沸冷媒の組成を設定することが必要となる。 That is, for the non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature according to the present invention, as shown in Table 2, an evaporator for cooling the freezer (8) from the compressor (1) via the heat exchanger (3) ( 5) An evaporator for cooling the freezer (8) so that the dew point in a high-pressure environment until reaching 5) is equal to or higher than room temperature (immediately, the ambient temperature in the single-stage refrigeration system operation state). It is necessary to set the composition of the non-azeotropic refrigerant so as to be higher than the dew point in a low pressure environment from (5) to the compressor (1) via the heat exchanger (3).

本願発明の技術的背景を理解するために必要な非共沸冷媒の特性、その特性を利用したシステム、並びに、実験条件についての予備知識については、特許第3934140号特許公報の第4頁第13行乃至第6頁第44頁、第6頁第48行乃至第7頁第1頁、図20、表−1、図1及び図2に包括的かつ漏れなく詳述されている。 Regarding the characteristics of the non-azeotropic refrigerant necessary for understanding the technical background of the present invention, the system using the characteristics, and the preliminary knowledge about the experimental conditions, the third page of the Japanese Patent No. 3934140, page 13 Line 6 to page 44, page 6 line 48 to page 7 page 1, page 1, FIG. 20, Table 1, FIG. 1 and FIG.

本願発明は、特許第3934140号特許公報の記載内容を背景技術のうちの一つとして完成された経緯があることから、本願の特許請求の範囲、明細書及び図面を理解するに当たり、特許第3934140号特許公報の記載内容は、本願の特許請求の範囲、明細書及び図面から、直接的かつ一義的に導き出すことができる事項とする。 Since the invention of the present application has been completed with the description in Japanese Patent No. 3934140 as one of the background arts, Japanese Patent No. 3934140 can be used for understanding the claims, specification and drawings of the present application. The contents described in the Japanese Patent Publication are matters that can be directly and uniquely derived from the claims, the specification, and the drawings of the present application.

高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、及び、極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3は、
−273℃≦Tb3≦−130℃<Tb2<−20℃≦Tb1≦+60℃
という数値関係にある。
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group, the boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group, and the boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group are:
−273 ° C. ≦ Tb3 ≦ −130 ° C. <Tb2 <−20 ° C ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C.
There is a numerical relationship.

高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、及び、極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3は、好ましくは、
−180℃≦Tb3≦−140℃、
−130℃<Tb2≦ −80℃、
−20℃≦Tb1≦ +10℃
という数値関係にある。
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group, the boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group, and the boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group are preferably
−180 ° C. ≦ Tb3 ≦ −140 ° C.
−130 ° C. <Tb2 ≦ −80 ° C.,
−20 ° C. ≦ Tb1 ≦ + 10 ° C.
There is a numerical relationship.

高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、及び、極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3は、より好ましくは、
−165℃≦Tb3≦−155℃、
−110℃≦Tb2≦ −80℃、
−15℃≦Tb1≦ +10℃
という数値関係にある。
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group, the boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group, and the boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group are more preferably,
−165 ° C. ≦ Tb3 ≦ −155 ° C.
−110 ° C. ≦ Tb2 ≦ −80 ° C.
−15 ° C. ≦ Tb1 ≦ + 10 ° C.
There is a numerical relationship.

高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、及び、極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3は、さらに好ましくは、
−165℃≦Tb3≦−155℃、
−110℃≦Tb2≦ −80℃、
−15℃≦Tb1≦ +10℃
という数値関係にある。
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group, the boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group, and the boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group are more preferably,
−165 ° C. ≦ Tb3 ≦ −155 ° C.
−110 ° C. ≦ Tb2 ≦ −80 ° C.
−15 ° C. ≦ Tb1 ≦ + 10 ° C.
There is a numerical relationship.

高沸点ガス(G1)の好ましい態様は、ブタン(沸点−0.5℃)、イソブタン(沸点−12℃)、ブテン(沸点−6.9℃)、及び、エチルアセチレン(沸点+8.1℃)からなる群から選択された少なくとも1種類のガスである。 Preferred embodiments of the high boiling point gas (G1) are butane (boiling point -0.5 ° C), isobutane (boiling point -12 ° C), butene (boiling point -6.9 ° C), and ethylacetylene (boiling point + 8.1 ° C). At least one gas selected from the group consisting of:

低沸点ガス(G2)の好ましい態様は、エタン(沸点−88.68℃)、エチレン(沸点−104.2℃)及びR−14(沸点−128℃)からなる群から選択された少なくとも1種類のガスである。 A preferred embodiment of the low boiling point gas (G2) is at least one selected from the group consisting of ethane (boiling point−88.68 ° C.), ethylene (boiling point−104.2 ° C.) and R-14 (boiling point−128 ° C.). Gas.

極低沸点ガス(G3)の好ましい態様は、メタン(沸点−161.52℃)である。
極低沸点ガス(G3)は、通常、単独では単段式冷凍システムで使用することは困難であるが、蒸気圧の低い高沸点ガス(G1)及び低沸点ガス(G2)と組合せることにより、液化凝縮温度を上げると共に蒸気圧を低下させ、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒を、低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒により、熱交換器(3)で熱交換して冷却させて凝縮・液化させることにより、永年広く使用されてきた在来型の特定フロンを冷媒とする冷凍システム〔圧縮機能力15〜20気圧(1.5〜2.0MPa)〕の円滑で安定した稼動を実現することができる。
A preferred embodiment of the extremely low boiling point gas (G3) is methane (boiling point−161.52 ° C.).
Extremely low boiling point gas (G3) is usually difficult to use alone in a single-stage refrigeration system, but by combining with high boiling point gas (G1) and low boiling point gas (G2) with low vapor pressure The high-temperature refrigerant in the high-pressure system [return system returning to the compressor (1) from the evaporator (5) for cooling the freezer (8)] is reduced by raising the liquefaction condensation temperature and lowering the vapor pressure. The low-temperature refrigerant in the forward path from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)] is cooled by heat exchange in the heat exchanger (3) and condensed and liquefied. By this, it is possible to realize a smooth and stable operation of a refrigeration system [compression function force 15 to 20 atm (1.5 to 2.0 MPa)] that uses conventional specific chlorofluorocarbon widely used for many years as a refrigerant. .

高沸点ガス(G1)群から選択されたガス、低沸点ガス(G2)群から選択されたガス、及び、極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスを含んで構成される本願発明に係る非共沸冷媒の好ましい重量組成比は、高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部をW1、低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部をW2、及び、極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部をW3とすると、
70重量部≦W1≦80重量部、
15重量部≦W2≦25重量部、
0.1重量部≦W3≦10重量部、且つ、
W1+W2+W3=100重量部
という数値範囲にある。
The present invention comprising a gas selected from the high boiling point gas (G1) group, a gas selected from the low boiling point gas (G2) group, and a gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group. The preferred weight composition ratio of the non-azeotropic refrigerant is such that the total weight part of the gas selected from the high boiling point gas (G1) group is W1, the total weight part of the gas selected from the low boiling point gas (G2) group is W2, And when the total weight part of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group is W3,
70 parts by weight ≦ W1 ≦ 80 parts by weight,
15 parts by weight ≦ W2 ≦ 25 parts by weight,
0.1 parts by weight ≦ W3 ≦ 10 parts by weight, and
W1 + W2 + W3 = 100 parts by weight.

高沸点ガス(G1)としてイソブタン(沸点−12℃)、低沸点ガス(G2)としてエチレン(沸点−104.2℃)、及び、極低沸点ガス(G3)としてメタン(沸点−161.52℃)を選択した場合、好ましい組成重量比は、高沸点ガス(G1)の重量部をW1、低沸点ガス(G2)の重量部をW2、及び、極低沸点ガス(G3)の重量部W3とすると、
W1が72〜80重量部、
W2が19〜21重量部、
W3が1〜7重量部、
W1とW2とW3の合計が100重量部
である。
Isobutane (boiling point −12 ° C.) as high boiling point gas (G1), ethylene (boiling point −104.2 ° C.) as low boiling point gas (G2), and methane (boiling point −161.52 ° C.) as extremely low boiling point gas (G3) ) Is selected, the preferred composition weight ratio is W1 for the high boiling point gas (G1), W2 for the low boiling point gas (G2), and W3 for the very low boiling point gas (G3). Then
72 to 80 parts by weight of W1,
19 to 21 parts by weight of W2,
1 to 7 parts by weight of W3,
The total of W1, W2 and W3 is 100 parts by weight.

表−3に高沸点ガス(G1)群の具体例(−20℃≦Tb1≦+60℃)、表−4に低沸点ガス(G2)群の具体例(−130℃≦Tb2<−20℃)、表−6に極低沸点ガス(G3)群の具体例(−273℃≦Tb3<−60℃)を示す。
沸点は、標準大気圧(1[atm])における沸点である。
Table 3 shows specific examples of high boiling point gas (G1) group (−20 ° C. ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C.), and Table 4 shows specific examples of low boiling point gas (G2) group (−130 ° C. ≦ Tb2 <−20 ° C.). Table 6 shows specific examples of the extremely low boiling point gas (G3) group (−273 ° C. ≦ Tb3 <−60 ° C.).
The boiling point is a boiling point at standard atmospheric pressure (1 [atm]).

[表−3] 高沸点ガス(G1)群の具体例 (−20℃≦Tb1≦+60℃)
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No. 化合物名 化学式 沸点(℃) 臨界温度(℃) 蒸気圧(MPa)
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四塩化ケイ素 SiCl4 57.6
二硫化イオウ CS2 46.3
三塩化リン SiHCl3 31.8
シアン化水素 HCN 25.7
二酸化窒素 NO2 21.3
フッ化水素 HF 19.51
六フッ化タングステン WF6 17.1
臭化ビニル C2H3Br 15.7
三塩化ホウ素 BCl3 12.4
塩化エチル C2H5Cl 12.3
酸化エチレン C2H4O 10.7
ジメチルプロパン C5H12 9.5
ジクロロシラン SiH2Cl2 8.4
エチルアセチレン C4H6 8.1 191 0.05(21℃)
ホスゲン COCl2 7.55
メチルメルカプタン CH4SH 5.96
シス−2−ブテン C4H8 3.73 155 0.1(21℃)
臭化メチル CH3Br 3.56
トリメチルアミン N(CH3)3 2.87
トランス−2−ブテン C4H8 0.88 155 0.1(21℃)
ノルマルブタン C4H10 −0.5 153.2 0.11(21℃)
1,3ブタジエン C4H6 −4.5
1−ブテン C4H8 −6.3 146 0.17(21℃)
イソブテン C4H8 −6.9 145.0 0.17(21℃)
亜硫酸ガス SO2 −10
イソブタン C4H10 −11.7 135.0 0.22(21℃)
塩化ビニル C2H3Cl −13.8
四フッ化ケイ素 SiF4 −14.2
ジシラン Si2H6 −14.3
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[Table-3] Specific examples of high boiling point gas (G1) group (-20 ° C ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C)
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No. Compound name Chemical formula Boiling point (° C) Critical temperature (° C) Vapor pressure (MPa)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
Silicon tetrachloride SiCl4 57.6
Sulfur disulfide CS2 46.3
Phosphorus trichloride SiHCl3 31.8
Hydrogen cyanide HCN 25.7
Nitrogen dioxide NO2 21.3
Hydrogen fluoride HF 19.51
Tungsten hexafluoride WF6 17.1
Vinyl bromide C2H3Br 15.7
Boron trichloride BCl3 12.4
Ethyl chloride C2H5Cl 12.3
Ethylene oxide C2H4O 10.7
Dimethylpropane C5H12 9.5
Dichlorosilane SiH2Cl2 8.4
Ethylacetylene C4H6 8.1 191 0.05 (21 ° C.)
Phosgene COCl2 7.55
Methyl mercaptan CH4SH 5.96
Cis-2-butene C4H8 3.73 155 0.1 (21 ° C.)
Methyl bromide CH3Br 3.56
Trimethylamine N (CH3) 3 2.87
Trans-2-butene C4H8 0.88 155 0.1 (21 ° C.)
Normal butane C4H10 −0.5 153.2 0.11 (21 ° C.)
1,3 Butadiene C4H6-4.5
1-butene C4H8-6.3 146 0.17 (21 ° C.)
Isobutene C4H8-6.9 145.0 0.17 (21 ° C.)
Sulfurous acid gas SO2-10
Isobutane C4H10-11.7 135.0 0.22 (21 ° C.)
Vinyl chloride C2H3Cl-13.8
Silicon tetrafluoride SiF4 -14.2
Disilane Si2H6-14.3
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[表−4] 低沸点ガス(G2)群の具体例 (−130℃<Tb2<−20℃)
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No. 化合物名 化学式 沸点(℃) 臨界温度(℃) 蒸気圧(MPa)
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メチルアセチレン C3H4 −23.21
塩化メチル CH3Cl −24.2
ジメチルエーテル C2H6O −24.82
R−134a CH2FCF3 −26.1 101.2 0.58(21℃)
シクロプロパン C3H6 −32.8
アンモニア NH3 −33.4
塩素 Cl2 −34.1
アレン C3H4 −34.4
四フッ化イオウ SF4 −40.4
セレン化水素 H2Se −41.4
プロパン C3H8 −42.1
プロピレン C3H6 −47.72
硫化カルボニル COS −50.23
五フッ化ヒ素 AsF5 −52.8
アルシン AsH3 −55.2
フッ化スルフリル SO2F2 −55.4
硫化水素 H2S −60.3
六フッ化イオウ SF6 −63.8
臭化水素 HBr −66.72
フッ化ビニル C2H3F −72.2
炭酸ガス CO2 −75.8
フッ化メチル CH3F −78.41
R−23 CHF3 −80
五フッ化リン PH5 −84.5
塩化水素 HCl −85
ホスフィン PH3 −87.77
亜酸化窒素 N2O −88.5
ゲルマン Ge −88.5
エタン C2H6 −88.68 32.2 3.8(21℃)
ジボラン B2H6 −92
三フッ化ホウ素 BF3 −100.3
三フッ化リン PF3 −101.5
エチレン C2H4 −104.2
キセノン Xe −108.1
シラン SiH4 −111.4
三フッ化窒素 NF3 −129
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[Table-4] Specific examples of low boiling point gas (G2) group (-130 ° C <Tb2 <-20 ° C)
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No. Compound name Chemical formula Boiling point (° C) Critical temperature (° C) Vapor pressure (MPa)
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Methylacetylene C3H4-23.21
Methyl chloride CH3Cl-24.2
Dimethyl ether C2H6O-24.82
R-134a CH2FCF3-26.1 101.2 0.58 (21 ° C.)
Cyclopropane C3H6-32.8
Ammonia NH3-33.4
Chlorine Cl2-34.1
Allen C3H4-34.4
Sulfur tetrafluoride SF4 -40.4
Hydrogen selenide H2Se -41.4
Propane C3H8 -42.1
Propylene C3H6 -47.72
Carbonyl sulfide COS-50.23
Arsenic pentafluoride AsF5 -52.8
Arsine AsH3-55.2
Sulfuryl fluoride SO2F2-55.4
Hydrogen sulfide H2S-60.3
Sulfur hexafluoride SF6-63.8
Hydrogen bromide HBr -66.72
Vinyl fluoride C2H3F-72.2
Carbon dioxide CO2-75.8
Methyl fluoride CH3F -78.41
R-23 CHF3-80
Phosphorus pentafluoride PH5 -84.5
Hydrogen chloride HCl -85
Phosphine PH3-87.77
Nitrous oxide N2O-88.5
GERMANY Ge-88.5
Ethane C2H6-88.68 32.2 3.8 (21 ° C)
Diborane B2H6-92
Boron trifluoride BF3-100.3
Phosphorus trifluoride PF3-101.5
Ethylene C2H4-104.2
Xenon Xe-108.1
Silane SiH4-111.4
Nitrogen trifluoride NF3-129
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[表−5] 極低沸点ガス(G3)群の具体例 (−273℃≦Tb3≦−130℃)
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No. 化合物名 化学式 沸点(℃) 臨界温度(℃) 蒸気圧(MPa)
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一酸化窒素 NO −151.7
クリプトン Kr −153.35
メタン CH4 −161.52
酸素 O2 −183
アルゴン Ar −186
フッ素 F2 −188.2
一酸化炭素 CO −192
窒素 N2 −195.803
ネオン Ne −246.05
水素 H2 −252.766
ヘリウム He −268.9
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[Table-5] Specific examples of extremely low boiling point gas (G3) group (−273 ° C. ≦ Tb3 ≦ −130 ° C.)
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No. Compound name Chemical formula Boiling point (° C) Critical temperature (° C) Vapor pressure (MPa)
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Nitric oxide NO-151.7
Krypton Kr-153.35
Methane CH4-161.52
Oxygen O2 -183
Argon Ar-186
Fluorine F2-188.2
Carbon monoxide CO-192
Nitrogen N2 -195.803
Neon Ne -246.05
Hydrogen H2 -252.766
Helium He -268.9
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[実施例1]
〈非共沸冷媒を構成するガスの種類〉
非共沸冷媒を構成するガスの種類として、高沸点ガス(G1)群の中からイソブタン(沸点Tb1=−11.7℃)を、低沸点ガス(G2)群の中からエチレン(沸点Tb2=−104.2℃)を、極低沸点ガス(G3)群の中からメタン(沸点Tb3=−161.52℃)を選択した。
[Example 1]
<Types of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
As the types of gases constituting the non-azeotropic refrigerant, isobutane (boiling point Tb1 = −11.7 ° C.) from the high boiling point gas (G1) group, and ethylene (boiling point Tb2 == from the low boiling point gas (G2) group. -104.2 ° C.) was selected from the extremely low boiling point gas (G3) group, methane (boiling point Tb3 = −161.52 ° C.).

〈非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比〉
非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比を、イソブタン(高沸点ガス、G1)、エチレン(低沸点ガス、G2)、及び、メタン(極低沸点ガス、G3)の合計重量を基準(100重量部)として、イソブタンを72重量部、エチレンを21重量部、メタン7重量部とした。
<Weight composition ratio of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
The weight composition ratio of the gas constituting the non-azeotropic refrigerant is based on the total weight of isobutane (high boiling point gas, G1), ethylene (low boiling point gas, G2), and methane (very low boiling point gas, G3) (100 Parts by weight) were 72 parts by weight of isobutane, 21 parts by weight of ethylene, and 7 parts by weight of methane.

〈冷凍装置〉
冷凍装置として、図1に示した単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)を使用し、非共沸冷媒を250gを充填して、運転した。
運転を開始し、定常状態で、熱交換器(3)で測定を行なった。
<Refrigeration equipment>
As the refrigeration apparatus, the single-stage refrigeration system (single unit refrigeration circuit) shown in FIG. 1 was used, and 250 g of non-azeotropic refrigerant was charged for operation.
The operation was started, and measurement was performed with the heat exchanger (3) in a steady state.

[表−6] 熱交換器の入口と出口の温度 (室温 30℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. 庫内 高圧系圧力 低圧系圧力 低圧系入口 低圧系出口 高圧系入口 高圧系出口
温度℃ (MPa) (MPa) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
1 −90 1.7 0.09 −45 → +2 +30 → −40
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
[Table-6] Heat exchanger inlet and outlet temperatures (room temperature 30 ° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. Inside chamber High pressure system pressure Low pressure system pressure Low pressure system inlet Low pressure system outlet High pressure system inlet High pressure system outlet Temperature ° C (MPa) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
1 −90 1.7 0.09 −45 → +2 +30 → −40
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

表−6において、測定点は、図2に示したとおり、低圧系入口(A)、低圧系出口(E)、高圧系入口(F)、及び、高圧系出口(B)であり、測定項目は、配管内温度(℃)と配管内ゲージ圧(MPa)である。
表−6において、『No.』は、実施例番号であり、『庫内温度℃』は、蒸発器(5)によって冷却された冷凍庫の庫内温度(℃)である。
In Table-6, the measurement points are the low pressure system inlet (A), the low pressure system outlet (E), the high pressure system inlet (F), and the high pressure system outlet (B) as shown in FIG. Are the pipe internal temperature (° C.) and the pipe internal gauge pressure (MPa).
In Table-6, “No.” is an example number, and “internal temperature ° C.” is the internal temperature (° C.) of the freezer cooled by the evaporator (5).

[実施例2]
〈非共沸冷媒を構成するガスの種類〉
非共沸冷媒を構成するガスの種類として、高沸点ガス(G1)群の中からイソブタン(沸点Tb1=−11.7℃)を、低沸点ガス(G2)群の中からエチレン(沸点Tb2=−104.2℃)を、極低沸点ガス(G3)群の中からメタン(沸点Tb3=−161.52℃)を選択した。
[Example 2]
<Types of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
As the types of gases constituting the non-azeotropic refrigerant, isobutane (boiling point Tb1 = −11.7 ° C.) from the high boiling point gas (G1) group, and ethylene (boiling point Tb2 == from the low boiling point gas (G2) group. -104.2 ° C.) was selected from the extremely low boiling point gas (G3) group, methane (boiling point Tb3 = −161.52 ° C.).

〈非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比〉
非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比を、イソブタン(高沸点ガス、G1)、エチレン(低沸点ガス、G2)、及び、メタン(極低沸点ガス、G3)の合計重量を基準(100重量部)として、イソブタンを80重量部、エチレンを19重量部、メタン1重量部とした。
<Weight composition ratio of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
The weight composition ratio of the gas constituting the non-azeotropic refrigerant is based on the total weight of isobutane (high boiling point gas, G1), ethylene (low boiling point gas, G2), and methane (very low boiling point gas, G3) (100 Parts by weight) was 80 parts by weight of isobutane, 19 parts by weight of ethylene, and 1 part by weight of methane.

〈冷凍装置〉
冷凍装置として、図1に示した単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)を使用し、非共沸冷媒を250gを充填して、運転した。
運転を開始し、定常状態で、熱交換器(3)で測定を行なった。
<Refrigeration equipment>
As the refrigeration apparatus, the single-stage refrigeration system (single unit refrigeration circuit) shown in FIG. 1 was used, and 250 g of non-azeotropic refrigerant was charged for operation.
The operation was started, and measurement was performed with the heat exchanger (3) in a steady state.

[表−7] 熱交換器の入口と出口の温度 (室温 30℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. 庫内 高圧系圧力 低圧系圧力 低圧系入口 低圧系出口 高圧系入口 高圧系出口
温度℃ (MPa) (MPa) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
2 −82 1.2 0.05 −40 → +10 +30 → −31
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
[Table-7] Heat exchanger inlet and outlet temperatures (room temperature 30 ° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. Inside chamber High pressure system pressure Low pressure system pressure Low pressure system inlet Low pressure system outlet High pressure system inlet High pressure system outlet Temperature ° C (MPa) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
2 −82 1.2 0.05 −40 → +10 +30 → −31
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

表−7において、測定点は、図2に示したとおり、低圧系入口(A)、低圧系出口(E)、高圧系入口(F)、及び、高圧系出口(B)であり、測定項目は、配管内温度(℃)と配管内ゲージ圧(MPa)である。
表−6において、『No.』は、実施例番号であり、『庫内温度℃』は、蒸発器(5)によって冷却された冷凍庫の庫内温度(℃)である。
In Table 7, the measurement points are the low pressure system inlet (A), the low pressure system outlet (E), the high pressure system inlet (F), and the high pressure system outlet (B) as shown in FIG. Are the pipe internal temperature (° C.) and the pipe internal gauge pressure (MPa).
In Table-6, “No.” is an example number, and “internal temperature ° C.” is the internal temperature (° C.) of the freezer cooled by the evaporator (5).

[比較例1]
〈非共沸冷媒を構成するガスの種類〉
非共沸冷媒を構成するガスの種類として、高沸点ガス(G1)群の中からイソブタン(沸点Tb1=−11.7℃)を、低沸点ガス(G2)群の中からエチレン(沸点Tb2=−104.2℃)を、極低沸点ガス(G3)群の中からメタン(沸点Tb3=−161.52℃)を選択した。
[Comparative Example 1]
<Types of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
As the types of gases constituting the non-azeotropic refrigerant, isobutane (boiling point Tb1 = −11.7 ° C.) from the high boiling point gas (G1) group, and ethylene (boiling point Tb2 == from the low boiling point gas (G2) group. -104.2 ° C.) was selected from the extremely low boiling point gas (G3) group, methane (boiling point Tb3 = −161.52 ° C.).

〈非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比〉
非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比を、ブタン85重量%/エチレン15重量%としたブタン−エチレン混合非共沸冷媒を調製した。
<Weight composition ratio of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
A butane-ethylene mixed non-azeotropic refrigerant in which the weight composition ratio of the gas constituting the non-azeotropic refrigerant was 85% by weight of butane / 15% by weight of ethylene was prepared.

〈冷凍装置〉
冷凍装置として、図1に示した単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)を使用し、非共沸冷媒を250gを充填して、運転した。
運転を開始し、定常状態で、熱交換器(3)で測定を行なった。
<Refrigeration equipment>
As the refrigeration apparatus, the single-stage refrigeration system (single unit refrigeration circuit) shown in FIG. 1 was used, and 250 g of non-azeotropic refrigerant was charged for operation.
The operation was started, and measurement was performed with the heat exchanger (3) in a steady state.

[表−8] 熱交換器の入口と出口の温度 (室温 30℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. 庫内 高圧系圧力 低圧系圧力 低圧系入口 低圧系出口 高圧系入口 高圧系出口
温度℃ (MPa) (MPa) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)
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1 −75 0.9 0.02 −50 → +9 +29 → −39
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[Table-8] Heat exchanger inlet and outlet temperatures (room temperature 30 ° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. Inside chamber High pressure system pressure Low pressure system pressure Low pressure system inlet Low pressure system outlet High pressure system inlet High pressure system outlet Temperature ° C (MPa) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
1 -75 0.9 0.02 -50 → +9 +29 → -39
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

表−8において、測定点は、図2に示したとおり、低圧系入口(A)、低圧系出口(E)、高圧系入口(F)、及び、高圧系出口(B)であり、測定項目は、配管内温度(℃)と配管内ゲージ圧(MPa)である。
表−8において、『No.』は、比較例番号であり、『庫内温度℃』は、蒸発器(5)によって冷却された冷凍庫の庫内温度(℃)である。
In Table-8, the measurement points are the low pressure system inlet (A), the low pressure system outlet (E), the high pressure system inlet (F), and the high pressure system outlet (B) as shown in FIG. Are the pipe internal temperature (° C.) and the pipe internal gauge pressure (MPa).
In Table-8, “No.” is a comparative example number, and “internal temperature ° C.” is the internal temperature (° C.) of the freezer cooled by the evaporator (5).

[比較例2]
〈非共沸冷媒を構成するガスの種類〉
非共沸冷媒を構成するガスの種類として、高沸点ガス(G1)群の中からイソブタン(沸点Tb1=−11.7℃)を、低沸点ガス(G2)群の中からエチレン(沸点Tb2=−104.2℃)を、極低沸点ガス(G3)群の中からメタン(沸点Tb3=−161.52℃)を選択した。
[Comparative Example 2]
<Types of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
As the types of gases constituting the non-azeotropic refrigerant, isobutane (boiling point Tb1 = −11.7 ° C.) from the high boiling point gas (G1) group, and ethylene (boiling point Tb2 == from the low boiling point gas (G2) group. -104.2 ° C.) was selected from the extremely low boiling point gas (G3) group, methane (boiling point Tb3 = −161.52 ° C.).

〈非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比〉
非共沸冷媒を構成するガスの重量組成比を、ブタン212.5重量部、エチレン37.5重量部、R−14(フルオロメタン)10重量部、合計260重量部としたブタン−エチレン−R14(フルオロメタン)混合非共沸冷媒を調製した。
この非共沸冷媒の重量組成比は、ブタンが81.7重量%、エチレンが14.4重量%、R−14(フルオロメタン)が3.8重量%である。
<Weight composition ratio of gas constituting non-azeotropic refrigerant>
Butane-ethylene-R14 in which the weight composition ratio of the gas constituting the non-azeotropic refrigerant was 260 parts by weight in total of butane 212.5 parts by weight, ethylene 37.5 parts by weight, R-14 (fluoromethane) 10 parts by weight. A (fluoromethane) mixed non-azeotropic refrigerant was prepared.
The weight composition ratio of the non-azeotropic refrigerant is 81.7% by weight for butane, 14.4% by weight for ethylene, and 3.8% by weight for R-14 (fluoromethane).

〈冷凍装置〉
冷凍装置として、図1に示した単段式冷凍システム(一元式冷凍回路)を使用し、非共沸冷媒を260gを充填して、運転した。
運転を開始し、定常状態で、熱交換器(3)で測定を行なった。
<Refrigeration equipment>
The single-stage refrigeration system (one-way refrigeration circuit) shown in FIG. 1 was used as the refrigeration apparatus, and 260 g of non-azeotropic refrigerant was charged for operation.
The operation was started, and measurement was performed with the heat exchanger (3) in a steady state.

[表−9] 熱交換器の入口と出口の温度 (室温 30℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. 庫内 高圧系圧力 低圧系圧力 低圧系入口 低圧系出口 高圧系入口 高圧系出口
温度℃ (MPa) (MPa) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
2 −82 1.5 0.02 −38 → +12 +28 → −32
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[Table-9] Heat exchanger inlet and outlet temperatures (room temperature 30 ° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
No. Inside chamber High pressure system pressure Low pressure system pressure Low pressure system inlet Low pressure system outlet High pressure system inlet High pressure system outlet Temperature ° C (MPa) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C) Temperature (° C)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
2 -82 1.5 0.02 -38 → +12 +28 → −32
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

表−9において、測定点は、図2に示したとおり、低圧系入口(A)、低圧系出口(E)、高圧系入口(F)、及び、高圧系出口(B)であり、測定項目は、配管内温度(℃)と配管内ゲージ圧(MPa)である。
表−9において、『No.』は、比較例番号であり、『庫内温度℃』は、蒸発器(5)によって冷却された冷凍庫の庫内温度(℃)である。
In Table-9, the measurement points are the low pressure system inlet (A), the low pressure system outlet (E), the high pressure system inlet (F), and the high pressure system outlet (B) as shown in FIG. Are the pipe internal temperature (° C.) and the pipe internal gauge pressure (MPa).
In Table-9, “No.” is a comparative example number, and “internal temperature ° C.” is the internal temperature (° C.) of the freezer cooled by the evaporator (5).

メタン(沸点−162℃)を使用した実施例1及び2と、R−14(パーフルオロメタン、沸点−128℃)を使用した比較例2とを比較すると、メタンを使用した実施例1及び2の場合の方が、冷却温度が低かった。
さらに、比較例2で使用したR−14の地球温暖化係数(GWP)が6500であるのに対し、実施例1及び2で使用したメタンの地球温暖化係数(GWP)が21と極端に小さかった。
Comparing Examples 1 and 2 using methane (boiling point -162 ° C) with Comparative Example 2 using R-14 (perfluoromethane, boiling point -128 ° C), Examples 1 and 2 using methane In the case of, the cooling temperature was lower.
Furthermore, the global warming potential (GWP) of R-14 used in Comparative Example 2 was 6500, whereas the global warming potential (GWP) of methane used in Examples 1 and 2 was 21, which was extremely small. It was.

次に、図3〜図6により、本願発明に係る超低温用非共沸混合冷媒を使用する典型的な超低温用冷凍システム(一元式冷凍回路)、及び、当該システムで使用する熱交換器(巻き込み型熱交換器等)について説明する。 Next, referring to FIGS. 3 to 6, a typical cryogenic refrigeration system (one-way refrigeration circuit) that uses the cryogenic non-azeotropic refrigerant mixture according to the present invention, and a heat exchanger (entrainment) used in the system. Mold heat exchanger, etc.) will be described.

4図(A)に、巻き込み型熱交換器3bの基本構成は、1本の第1熱交換パイプ31の周壁に軸方向に沿って延びる3条の窪み部31a,31a,31aを有し、当該3条の窪み部31a,31a,31aの内部に3本の第2熱交換パイプ32,32,32を第1熱交換パイプ31と熱交換関係に圧着固定されている。
また、当該3本の第2熱交換パイプ32,32,32は、夫々の両端を分岐収合管(図示せず)により接続されている。換言すると、3本の第2熱交換パイプ32,32,32は各々の両端を束ねて分岐収合管にて接続され1本のパイプとなっている。
In FIG. 4 (A), the basic configuration of the entrainment type heat exchanger 3b has three recesses 31a, 31a, 31a extending along the axial direction on the peripheral wall of one first heat exchange pipe 31. Three second heat exchange pipes 32, 32, 32 are crimped and fixed in a heat exchange relationship with the first heat exchange pipe 31 inside the three recesses 31 a, 31 a, 31 a.
Further, the three second heat exchange pipes 32, 32, 32 are connected at both ends by branching / combining tubes (not shown). In other words, the three second heat exchange pipes 32, 32, 32 are bundled at both ends and connected by a branching / merging pipe to form one pipe.

そして、図4(A)(B)に示す巻き込み型熱交換器の基本構成は、冷凍装置の冷凍能力、装置の大きさの制約等により、図5及び図6に示すように、U型、トラック型等に形成されて使用されている。 The basic configuration of the entrainment type heat exchanger shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B) is, as shown in FIGS. 5 and 6, due to the refrigeration capacity of the refrigeration apparatus, the size of the apparatus, etc. Used in the form of a track or the like.

図5は、巻き込み型熱交換器の基本構成をU型に形成したU型の巻き込み型熱交換器3cである。
図6は、巻き込み型熱交換器をトラック型に形成したトラック型の巻き込み型熱交換器3dであり、図6(a)の平面図に示すように、両端を半円とし中央部分を直線状としたトラック型に形成したものであり、図6(b)の正面図に示すように、重ね合わせて使用されている。
FIG. 5 shows a U-shaped wrap-around heat exchanger 3c in which the basic configuration of the wrap-around heat exchanger is formed in a U-shape.
FIG. 6 shows a track-type heat exchanger 3d in which the heat exchanger is formed into a track shape. As shown in the plan view of FIG. 6 (a), both ends are semicircular and the central portion is linear. As shown in the front view of FIG. 6B, they are used in an overlapping manner.

図6(b)では3重に重ね合わせて使用している。尚、U型、トラック型の形状に制限されるものでは無く、直線状、円形、楕円形等、自由な形状を選択できるものである。
尚、図5及び図6では、図面の煩雑さを避けるために、第2熱交換パイプ32は、2本のみを表示しているが、実際は、図4(A)(B)に示すように、3本の第2熱交換パイプ32,32,32が第1熱交換パイプ31に圧着固定されている。
In FIG. 6 (b), they are used in a three-layered manner. The shape is not limited to the U shape or the track shape, and a free shape such as a straight shape, a circular shape, an elliptical shape or the like can be selected.
In FIGS. 5 and 6, only two of the second heat exchange pipes 32 are shown in order to avoid complexity of the drawings, but actually, as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). Three second heat exchange pipes 32, 32, 32 are crimped and fixed to the first heat exchange pipe 31.

図4(A)に示すように、例えば、第1熱交換パイプ31の左端は、低圧側熱交換出口16へ連通し、第2熱交換パイプ32、32、32の左端は分岐収合管に束ねられて、高圧側熱交換器入り口18へ連通している。そして、第1熱交換パイプ31の右端は、低圧側アキュームレーター出口15へ連通し、第2熱交換パイプ32、32、32の右端は分岐収合管に束ねられて、高圧側過冷却熱交換器出口13へ連通している。
As shown in FIG. 4A, for example, the left end of the first heat exchange pipe 31 communicates with the low-pressure side heat exchange outlet 16, and the left ends of the second heat exchange pipes 32, 32, and 32 are connected to the branching / combining tubes. They are bundled and communicated with the high-pressure side heat exchanger inlet 18. The right end of the first heat exchange pipe 31 communicates with the low-pressure side accumulator outlet 15, and the right ends of the second heat exchange pipes 32, 32, and 32 are bundled with a branching / combining tube, and the high-pressure side subcooling heat exchange is performed. It communicates with the vessel outlet 13.

[産業上の利用性]
本発明に係る超低温用非共沸冷媒は、単純な構成からなる冷凍システム、即ち、単段式冷凍システムにおいて使用しても、長期間に亘って安定した運転が可能である。
単段式冷凍システムは、その構成が単純なことから、製造コストも、整備・維持・メンテナンス・修理コストも、相対的に安価である。
[Industrial utility]
The ultra-low temperature non-azeotropic refrigerant according to the present invention can be stably operated over a long period of time even when used in a refrigeration system having a simple configuration, that is, a single-stage refrigeration system.
Since the single-stage refrigeration system has a simple configuration, the manufacturing cost and the maintenance / maintenance / maintenance / repair costs are relatively low.

本発明に係る超低温度用非共沸冷媒は、安価なガス成分により−60℃以下の超低温度を容易に達成することができ、特に−80℃以下の超低温度を安定して維持できることから従来からの食品類はもとより、生体組織、特に移植用や組織培養に用いる貴重な生体組織の長期保存にも広く用いることができるものであり、これらバイオ産業の要請に応えてこれらの産業の発展に寄与するものである。 The ultra-low temperature non-azeotropic refrigerant according to the present invention can easily achieve an ultra-low temperature of −60 ° C. or less with an inexpensive gas component, and in particular, can stably maintain an ultra-low temperature of −80 ° C. or less. Can be widely used for long-term preservation of biological tissues, especially valuable biological tissues used for transplantation and tissue culture, in response to the demands of these bio industries. It contributes.

本発明に係る超低温度用非共沸冷媒は、炭化水素系冷媒と組合わせてフルオロカーボンを冷媒として使用することなく、効果的に冷凍能力を向上できるので、フロン使用量を完全にゼロとすることが可能となり、温室効果等の環境に対する悪影響が極めて少ない。
The non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature according to the present invention can effectively improve the refrigerating capacity without using fluorocarbon as a refrigerant in combination with a hydrocarbon refrigerant, so that the amount of CFCs used is completely zero. The environmental impact such as the greenhouse effect is extremely small.

図1は、本願発明に係る超低温用非共沸混合冷媒を使用する態様、及び、実施例で使用した冷凍システム(一元式冷凍回路)の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an embodiment using a non-azeotropic refrigerant mixture for ultra-low temperature according to the present invention and a refrigeration system (one-way refrigeration circuit) used in the examples. 図2は、本願発明に係る超低温用非共沸混合冷媒を使用する典型的な超低温用冷凍システム(一元式冷凍回路)である。FIG. 2 shows a typical ultra-low temperature refrigeration system (one-way refrigeration circuit) using the ultra-low temperature non-azeotropic refrigerant mixture according to the present invention. 図3は、本発明の実施例で使用した冷凍システムの熱交換器の概念図である。(A)は俯瞰図であり、(B)は(A)の断面図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of the heat exchanger of the refrigeration system used in the embodiment of the present invention. (A) is a bird's-eye view, and (B) is a cross-sectional view of (A). 図4は、巻き込み型熱交換器の典型的態様である。(A)は俯瞰図であり、(B)は(A)のA−A部位断面図である。FIG. 4 is a typical embodiment of a wrap-around heat exchanger. (A) is a bird's-eye view, (B) is an AA site | part sectional view of (A). 図5は、U型の巻き込み型熱交換器である。FIG. 5 shows a U-shaped entrainment heat exchanger. 図6は、トラック型の巻き込み型熱交換器であり、(A)は平面図であり、(B)は正面図である。FIG. 6 is a track-type entrainment heat exchanger, (A) is a plan view, and (B) is a front view. 図7は、二元式冷凍回路の典型的態様である。FIG. 7 is a typical embodiment of a binary refrigeration circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
1a 高圧側圧縮機(高温側圧縮機)
1b 低圧側圧縮機(低温側圧縮機)
2 凝縮器(コンデンサー)
2a ワイヤーコンデンサー
2b スキンコンデンサー
3 熱交換器
3a カスケード熱交換器
3b 巻き込み型熱交換器
3c U型の巻き込み型熱交換器
3d トラック型の巻き込み型熱交換器
4 絞り弁(キャピラリーチューブ、減圧器)
4a 高温側(高圧側)キャピラリーチューブ(減圧器)
4b 低温側(低高圧側)キャピラリーチューブ(減圧器)
5 蒸発器(エバポレータ)
6 アキュムレータ(液吸入防止器)
7 膨張タンク
8 冷凍庫
9 アキュームレータ
11 圧縮ガス往路管
12 圧縮ガス復路管
X 接合部(ロウ付け、溶接等により接合)
G1 熱交換器・高圧系(高圧側、高温側、往路系)入口
G2 熱交換器・高圧系(高圧側、高温側、往路系)出口
B1 熱交換器・低圧系(低圧側、低温側、復路系)入口
B2 熱交換器・低圧系(低圧側、低温側、復路系)出口
1 Compressor 1a High pressure side compressor (high temperature side compressor)
1b Low pressure side compressor (low temperature side compressor)
2 Condenser
2a Wire condenser 2b Skin condenser 3 Heat exchanger 3a Cascade heat exchanger 3b Entrainment type heat exchanger 3c U type entrainment type heat exchanger 3d Track type entrainment type heat exchanger 4 Throttle valve (capillary tube, decompressor)
4a High temperature side (high pressure side) capillary tube (decompressor)
4b Low temperature side (low pressure side) capillary tube (decompressor)
5 Evaporator (Evaporator)
6 Accumulator (Liquid inhaler)
7 Expansion Tank 8 Freezer 9 Accumulator 11 Compressed Gas Outward Pipe 12 Compressed Gas Return Pipe X Joint (joined by brazing, welding, etc.)
G1 Heat exchanger / high pressure system (high pressure side, high temperature side, forward path system) inlet G2 Heat exchanger / high pressure system (high pressure side, high temperature side, forward path system) outlet B1 Heat exchanger / low pressure system (low pressure side, low temperature side, Return system) Inlet B2 Heat exchanger, low pressure system (low pressure side, low temperature side, return system) outlet

13 高圧側過冷却熱交換器出口 温度計測点
14 低圧側 エバポレーター出口 温度計測点
15 低圧側 アキュームレーター出口 温度計測点
16 低圧側 熱交換器出口 温度計測点
17 低圧側 エバポレーター入り口 温度計測点
18 高圧側 熱交換器入り口 温度計測点
31 第1熱交換パイプ 31a 窪み部
32 第2熱交換パイプ
13 High pressure side subcooling heat exchanger outlet temperature measurement point 14 Low pressure side evaporator outlet Temperature measurement point 15 Low pressure side accumulator outlet Temperature measurement point 16 Low pressure side heat exchanger outlet temperature measurement point 17 Low pressure side evaporator inlet temperature measurement point 18 High pressure side Heat exchanger entrance temperature measurement point 31 first heat exchange pipe 31a hollow portion 32 second heat exchange pipe

Claims (5)

単段式冷凍システムに使用するための非共沸冷媒であって、
前記単段式冷凍システムは、圧縮機(1)、凝縮器(2)、蒸発器、及び、熱交換器(3)を含んで構成され、
前記熱交換器(3)は、高圧系〔冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から圧縮機(1)に戻る復路系〕内の高温冷媒と、
低圧系〔凝縮器(2)から冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に向かう往路系〕内の低温冷媒との間で熱交換をする機能を有し、
前記非共沸冷媒は、
高沸点ガス(G1)群から選択された少なくとも1種類のガス、
低沸点ガス(G2)群から選択された少なくとも1種類のガス、
及び、
極低沸点ガス(G3)群から選択された少なくとも1種類のガス
の少なくとも3種類のガスを必須構成要件とし、
前記高沸点ガス(G1)群の沸点Tb1、
前記低沸点ガス(G2)群の沸点Tb2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群の沸点Tb3が、
−273℃≦Tb3≦−130℃<Tb2<−20℃≦Tb1≦+60℃
という数値範囲にあり、
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
60重量部≦W1≦90重量部、
10重量部≦W2≦30重量部、
0.1重量部≦W3≦20重量部、且つ、
W1+W2+W3=100重量部
という数値範囲にあり、
さらに、
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
圧縮機(1)から熱交換器(3)を経由して冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)に到達するまでの高圧環境下における露点が室温(即、単段式冷凍システム運転状態における雰囲気温度)以上となるように、且つ、その沸点が冷凍庫(8)を冷却するための蒸発器(5)から熱交換器(3)を経由して圧縮機(1)に到達するまでの低圧環境下における露点よりも高くなるように設定されたものであることを特徴とする超低温用非共沸冷媒。
A non-azeotropic refrigerant for use in a single stage refrigeration system,
The single-stage refrigeration system includes a compressor (1), a condenser (2), an evaporator, and a heat exchanger (3).
The heat exchanger (3) includes a high-temperature refrigerant in a high-pressure system (return system returning from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) to the compressor (1)),
Having a function of exchanging heat with the low-temperature refrigerant in the low-pressure system [the forward path from the condenser (2) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8)],
The non-azeotropic refrigerant is
At least one gas selected from the high boiling point gas (G1) group,
At least one gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
As at least three kinds of gas of at least one kind of gas selected from the group of extremely low boiling point gases (G3) as essential constituent requirements,
The boiling point Tb1 of the high boiling point gas (G1) group,
Boiling point Tb2 of the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
The boiling point Tb3 of the extremely low boiling point gas (G3) group is
−273 ° C. ≦ Tb3 ≦ −130 ° C. <Tb2 <−20 ° C ≦ Tb1 ≦ + 60 ° C.
In the numerical range
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
60 parts by weight ≦ W1 ≦ 90 parts by weight,
10 parts by weight ≦ W2 ≦ 30 parts by weight,
0.1 parts by weight ≦ W3 ≦ 20 parts by weight, and
W1 + W2 + W3 = 100 parts by weight
further,
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
The dew point in the high pressure environment from the compressor (1) to the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3) is room temperature (immediately, a single-stage refrigeration system) The atmospheric temperature in the operating state) and the boiling point reaches the compressor (1) from the evaporator (5) for cooling the freezer (8) via the heat exchanger (3). A non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature, which is set to be higher than the dew point in a low-pressure environment up to.
高沸点ガス(G1)群、低沸点ガス(G2)群、及び、極低沸点ガス(G3)群のうちの少なくとも一つの群が、フルオロカーボンガス群を除外した非フルオロカーボンガス群であることを特徴とした請求項1に記載した超低温用非共沸冷媒。 At least one of the high boiling point gas (G1) group, the low boiling point gas (G2) group, and the extremely low boiling point gas (G3) group is a non-fluorocarbon gas group excluding the fluorocarbon gas group The non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature according to claim 1. 高沸点ガス(G1)が、ブタン(沸点−0.5℃)、イソブタン(沸点−12℃)、ブテン(沸点−6.9℃)、及び、エチルアセチレン(沸点+8.1℃)からなる群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
前記低沸点ガス(G2)が、エタン(沸点−88.68℃)、エチレン(沸点−104.2℃)及びR−14(沸点−128℃)からなる群から選択された少なくとも1種類のガスであり、
極低沸点ガス(G3)が、メタン(沸点−161.52℃)であることを特徴とする、請求項1又は2に記載した超低温用非共沸混合冷媒。
High boiling point gas (G1) is a group consisting of butane (boiling point -0.5 ° C), isobutane (boiling point-12 ° C), butene (boiling point -6.9 ° C), and ethylacetylene (boiling point + 8.1 ° C). At least one gas selected from
The low boiling point gas (G2) is at least one gas selected from the group consisting of ethane (boiling point −88.68 ° C.), ethylene (boiling point −104.2 ° C.) and R-14 (boiling point −128 ° C.). And
The ultra-low temperature non-azeotropic refrigerant mixture according to claim 1 or 2, wherein the extremely low boiling point gas (G3) is methane (boiling point -161.52 ° C).
高沸点ガス(G1)、低沸点ガス(G2)、及び、極低沸点ガス(G3)の3種類のガスの重量組成比が、
高沸点ガス(G1)が、50乃至99.9重量部、
低沸点ガス(G2)が、5乃至50重量部、
極低沸点ガス(G3)が、0.01乃至10重量部、
且つ、高沸点ガス(G1)、低沸点ガス(G2)、及び、極低沸点ガス(G3)の合計重量部が100重量部であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載した超低温用非共沸冷媒。
The weight composition ratio of the three kinds of gases, the high boiling point gas (G1), the low boiling point gas (G2), and the extremely low boiling point gas (G3),
The high boiling point gas (G1) is 50 to 99.9 parts by weight,
Low boiling point gas (G2) is 5 to 50 parts by weight,
Extremely low boiling point gas (G3) is 0.01 to 10 parts by weight,
The total weight part of the high boiling point gas (G1), the low boiling point gas (G2), and the extremely low boiling point gas (G3) is 100 parts by weight. Non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature.
前記高沸点ガス(G1)群から選択されたガスの合計重量部W1、
前記低沸点ガス(G2)群から選択されたガスの合計重量部W2、
及び、
前記極低沸点ガス(G3)群から選択されたガスの合計重量部W3
の重量組成比が、
70重量部≦W1≦80重量部、
15重量部≦W2≦25重量部、
0.1重量部≦W3≦10重量部、且つ、
W1+W2+W3=100重量部
という数値範囲にあることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載した超低温用非共沸冷媒。
A total weight part W1 of a gas selected from the high boiling point gas (G1) group;
A total weight part W2 of a gas selected from the low boiling point gas (G2) group,
as well as,
Total weight part W3 of the gas selected from the extremely low boiling point gas (G3) group
The weight composition ratio of
70 parts by weight ≦ W1 ≦ 80 parts by weight,
15 parts by weight ≦ W2 ≦ 25 parts by weight,
0.1 parts by weight ≦ W3 ≦ 10 parts by weight, and
The non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature according to any one of claims 1 to 4, wherein W1 + W2 + W3 = 100 parts by weight.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011150940A1 (en) * 2010-06-03 2011-12-08 Arctiko A/S A cooling system and a non-azeotropic refrigerant mixture of environmentally friendly refrigerants
CN103890501A (en) * 2011-12-22 2014-06-25 三菱电机株式会社 Air conditioning device
JP5844505B1 (en) * 2015-05-18 2016-01-20 日本フリーザー株式会社 Non-azeotropic refrigerant for ultra low temperature
JP2016070571A (en) * 2014-09-29 2016-05-09 パナソニックヘルスケア株式会社 Refrigeration device
WO2021069041A1 (en) 2019-10-07 2021-04-15 Arctiko A/S Refrigerant comprising methane, and refrigeration system and cabinet with such refrigerant
CN115528518A (en) * 2022-11-29 2022-12-27 中国航天三江集团有限公司 Consumption type cold accumulation system for laser system
WO2023127459A1 (en) * 2021-12-27 2023-07-06 Phc株式会社 Refrigeration device
CN116606632A (en) * 2023-07-19 2023-08-18 中科美菱低温科技股份有限公司 Refrigerant and method for producing the same
WO2023188789A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 Phcホールディングス株式会社 Refrigerant charge method

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011150940A1 (en) * 2010-06-03 2011-12-08 Arctiko A/S A cooling system and a non-azeotropic refrigerant mixture of environmentally friendly refrigerants
CN103890501B (en) * 2011-12-22 2016-06-29 三菱电机株式会社 Conditioner
CN103890501A (en) * 2011-12-22 2014-06-25 三菱电机株式会社 Air conditioning device
JP2016070571A (en) * 2014-09-29 2016-05-09 パナソニックヘルスケア株式会社 Refrigeration device
US10005939B2 (en) 2015-05-18 2018-06-26 Nihon Freezer Co., Ltd. Non-azeotropic refrigerant for extremely low temperature
WO2016185539A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 日本フリーザー株式会社 Non-azeotropic refrigerant for ultra-low temperature
JP5844505B1 (en) * 2015-05-18 2016-01-20 日本フリーザー株式会社 Non-azeotropic refrigerant for ultra low temperature
WO2021069041A1 (en) 2019-10-07 2021-04-15 Arctiko A/S Refrigerant comprising methane, and refrigeration system and cabinet with such refrigerant
WO2023127459A1 (en) * 2021-12-27 2023-07-06 Phc株式会社 Refrigeration device
WO2023188789A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 Phcホールディングス株式会社 Refrigerant charge method
CN115528518A (en) * 2022-11-29 2022-12-27 中国航天三江集团有限公司 Consumption type cold accumulation system for laser system
CN115528518B (en) * 2022-11-29 2023-02-03 中国航天三江集团有限公司 A consumption formula cold-storage system for laser system
CN116606632A (en) * 2023-07-19 2023-08-18 中科美菱低温科技股份有限公司 Refrigerant and method for producing the same
CN116606632B (en) * 2023-07-19 2023-10-20 中科美菱低温科技股份有限公司 Refrigerant and method for producing the same

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