JP2014196869A

JP2014196869A - 二元冷凍装置

Info

Publication number: JP2014196869A
Application number: JP2013072806A
Authority: JP
Inventors: 峻豊岡; Shun Toyooka; 治郎湯澤; Jiro Yuzawa
Original assignee: Panasonic Healthcare Co Ltd
Current assignee: PHC Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16

Abstract

【課題】オゾン層破壊の問題がなく、電力値が低く、−８０℃という低温を達成でき、消エネ運転が可能で、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する冷媒組成物を使用した二元冷凍装置の提供。【解決手段】高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、前記低温側冷凍回路中の冷媒が、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)又はトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)のいずれか１つと、前記Ｒ５０８Ａ又は前記Ｒ５０８Ｂのいずれか１つの総質量に対して２０質量％以下の二酸化炭素（Ｒ７４４）を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置によって課題を解決できる。【選択図】図１

Description

本発明は、二元冷凍装置に関するものであり、さらに、詳しくは、オゾン層破壊の問題がなく、電力値が低く、かつ−８０℃という低温を達成でき、消エネ運転が可能で、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する冷媒として使用できる冷媒組成物を使用した、実際に低温を達成できる二元冷凍装置に関するものである。

従来、冷凍機の冷媒として用いられているものには−８０℃以下というより低い温度帯を得るために、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)あるいはトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)が使用される。
しかし、地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ：以下、ＧＷＰと称す)が大きいこと、冷凍能力や他の性能面で改良が求められている。

二酸化炭素に、プロパン、シクロプロパン、イソブタン、ブタンなどの炭化水素類を全体の３０から７０％程度混合した混合冷媒およびそれを用いた冷凍サイクル装置（特許文献１参照）が提案されている。
また、イソブタン４０〜６０％、残部がトリフロロメタン(Ｒ２３)である混合冷媒（特許文献２参照）、ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンとの混合物にプロパンを６５％以上混合した混合冷媒（特許文献３参照）などが提案されている。

特開２００５−１５６３３号公報特許第５００９５３０号公報特許第４０８５８９７号公報

前記従来技術は、プロパンなどの炭化水素類は可燃性であり、かつ冷媒全体の３０から７０％程度混合しているので、爆発の危険性がある。
本発明の目的は、従来の問題を解決し、オゾン層破壊の問題がなく、Ｒ５０８ＡやＲ５０８ＢよりＧＷＰが低く、電力値が低く、かつ−８０℃という低温を達成でき、消エネ運転が可能で、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有し、ＣＯＰが高く、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、ｎ−ペンタンまたはプロパンをオイルキャリアとして使用すればオイルセパレータを使用するまでもなく圧縮機にオイルを戻すことができ、爆発の危険性がなく、−８０℃という低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する冷媒として使用できる冷媒組成物を使用した、実際に低温を達成できる二元冷凍装置を提供することである。

前記課題を解決するために発明者は鋭意研究した結果、例えば、低温側冷媒回路に封入される冷媒として、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)あるいはトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)の総質量に対して二酸化炭素（Ｒ７４４）（ＧＷＰが１）を前記共沸混合物の総質量に対して２０質量％以下混合した冷媒組成物と、所定量以下のｎ−ペンタンまたはプロパンとの混合物を使用し、高温側冷媒回路に封入される冷媒として、ジフロロメタン（Ｒ３２）／ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）混合物（Ｒ４０７Ｄ）あるいはペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１−トリフロロエタン（Ｒ１４３ａ）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）混合物（Ｒ４０４Ａ）、あるいは、地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ)が１５００以下である冷媒組成物として、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群に、１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えた冷媒組成物を使用することにより課題を解決できることを見いだし、本発明を成すに至った。

前記課題を解決するための請求項１記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記低温側冷凍回路中の冷媒が、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)又はトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)のいずれか１つと、前記Ｒ５０８Ａ又は前記Ｒ５０８Ｂのいずれか１つの総質量に対して２０質量％以下の二酸化炭素（Ｒ７４４）を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の二元冷凍装置において、前記低温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で加えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記高温側冷凍回路中の冷媒が、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群からなる非共沸混合物あるいは、それらの冷媒群に１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置である。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の二元冷凍装置において、高温側冷凍回路中の冷媒として、前記１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の替わりに１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含む前記フッ化炭化水素混合冷媒を使用し地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ)が１５００以下であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の二元冷凍装置において、前記高温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンを、前記冷媒組成物の総質量に対して６質量％以下の割合で加えることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記低温側冷凍回路中の冷媒が、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)又はトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)のいずれか１つと、前記Ｒ５０８Ａ又は前記Ｒ５０８Ｂのいずれか１つの総質量に対して２０質量％以下の二酸化炭素（Ｒ７４４）を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置であり、
トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)あるいはトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)の総質量に対してＧＷＰが１の二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記共沸混合物の総質量に対して１５質量％以下混合した冷媒組成物を用いるので、Ｒ５０８ＡやＲ５０８ＢよりＧＷＰが低く、オゾン層破壊の問題がなく、電力値が低く、かつ−８０℃という低温を達成でき、消エネ運転が可能で、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有し、ＣＯＰが高く、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、−８０℃という低温を達成できる、という顕著な効果を奏する。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の二元冷凍装置において、前記低温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で加えることを特徴とするものであり、
オゾン層破壊の問題がなく、Ｒ５０８ＡやＲ５０８ＢよりＧＷＰが低く、電力値が低く、かつ−８０℃という低温を達成でき、消エネ運転が可能で、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有し、ＣＯＰが高く、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する上、ｎ−ペンタンまたはプロパンがオイルキャリアとして作用するためオイルセパレータを使用するまでもなく圧縮機にオイルを戻すことができ、ｎ−ペンタンまたはプロパンの添加量が１４質量％以下と少ないので、爆発の危険性がない、というさらなる顕著な効果を奏する。

請求項３記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記高温側冷凍回路中の冷媒が、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群からなる非共沸混合物あるいは、それらの冷媒群に１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置であり、
地球温暖化係数(ＧＷＰ)が６の１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）とジフロロメタン（Ｒ３２）、ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）、１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）などのフッ化炭化水素を含む混合冷媒は、ＧＷＰが１５００以下であるので、ＧＷＰが小さく地球に優しく、吐出圧力や吐出温度が高くならず、ＣＯＰが低下せず、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、爆発の危険性がない、という顕著な効果を奏する。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の二元冷凍装置において、高温側冷凍回路中の冷媒として、前記１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の替わりに１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含む前記フッ化炭化水素混合冷媒を使用し地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ)が１５００以下であることを特徴とするものであり、
ＨＦＯ−１２３４ｚｅの替わりにＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いても請求項３記載の冷媒組成物と同じ作用効果を得ることができる、というさらなる顕著な効果を奏する。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の二元冷凍装置において、前記高温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンを、前記冷媒組成物の総質量に対して６質量％以下の割合で加えることを特徴とするものであり、
ｎ−ペンタンがオイルキャリアとして作用するためオイルセパレータを使用するまでもなく圧縮機にオイルを戻すことができ、ｎ−ペンタンの添加量が６質量％以下と少ないので、爆発の危険性がない、というさらなる顕著な効果を奏する。

図１は本発明の冷媒組成物を封入してなる二元冷凍装置の冷媒回路図である。

以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
図１は本発明の冷媒組成物を封入してなる二元冷凍装置の冷媒回路図である。Ｓ１は高温側冷媒サイクルを、また、Ｓ２は低温側冷媒サイクルを示している。

高温側冷媒サイクルＳ１を構成する圧縮機１の吐出側配管２は補助凝縮器３に接続され、補助凝縮器３は圧縮機１のオイルクーラー４、補助凝縮器５、低温側冷媒サイクルＳ２を構成する圧縮機６のオイルクーラー７、凝縮機８、乾燥器９、キャピラリーチューブ１０を順次経て、カスケードコンデンサ１１に接続され、受液器１２を経て吸込側配管１３により圧縮機１に接続されている。１４は各凝縮器３，５及び８の冷却用ファンである。

低温側冷媒サイクルＳ２の圧縮機６の吐出側配管１５は、オイルセパレータ１６に接続され、そこで分離された圧縮機オイルは、リターン配管１７にて圧縮機６に戻される。一方、冷媒は、配管１８に流入して吸込側熱交換器１９と熱交換した後、カスケードコンデンサ１１内の配管２０内を通過して凝縮し、乾燥器２１、キャピラリーチューブ２２を経て入口管２３より蒸発器２４に流入し、出口管２５より出て吸込側熱交換器１９を経て圧縮機６の吸込側配管２６より圧縮機６に戻る構成である。２７は膨張タンクであり、キャピラリーチューブ２８を介して吸込側配管２６に接続されている。

高温側冷媒サイクルＳ１には、ジフロロメタン（Ｒ３２）／ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０７Ｄ）あるいはペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１−トリフロロエタン（Ｒ１４３ａ）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０４Ａ）、あるいは、地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ)が１５００以下である冷媒組成物として、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群に、１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＧＷＰ６、沸点−１９℃）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を含む混合冷媒が封入される。沸点は大気圧で−４０℃であり、この混合冷媒が各凝縮器３，５及び８にて凝縮し、キャピラリーチューブ１０にて減圧されてカスケードコンデンサ１１に流入して蒸発する。ここで、カスケードコンデンサ１１は−３６℃となる。

低温側冷媒サイクルＳ２には、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)の総質量に対して二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記共沸混合物の総質量に対して２０質量％以下混合した冷媒組成物と、ｎ−ペンタンを混合した冷媒組成物が封入される。ここで、ｎ−ペンタンは、共沸混合物の総質量に対して１４質量％以下（この例では、１２．２４質量％）の割合で混合して組成される。この結果、共沸点が−８６．９℃というかなり低温の冷媒組成物を封入することとなる。そして、圧縮機６から吐出された冷媒及び圧縮機オイルは、オイルセパレータ１６に流入する。そこで、気相部分と液相部分とに分離され、オイルの大部分は液相であるため、リターン配管１７より圧縮機６に戻れる。気相の冷媒とオイルは、配管１８を通り吸込側熱交換器１９と熱交換し、更に、カスケードコンデンサ１１にて高温側冷媒サイクルＳ１内の冷媒の蒸発によって冷却されて凝縮する。その後、キャピラリーチューブ２２にて減圧された後、蒸発器２４に流入して蒸発する。この蒸発器２４は、図示しない冷凍庫の壁面に熱交換関係に取り付けられて庫内を冷却する。ここで、蒸発器２４での蒸発温度は−８６℃に達する。

このように構成された二元冷凍装置において、低温側冷媒サイクルＳ２に封入される前記冷媒組成物は、共沸点は−８６．９℃程度となることから、Ｒ５０３の代替冷媒として十分に冷凍能力を発揮できる。

更に、前記冷媒組成物はオイルとの相溶性が悪いが、ｎ−ペンタンを１４質量％以下混合することにより解決できる。即ち、ｎ−ペンタンは沸点が＋３６．０７℃と高いが、圧縮機オイルとの相溶性が良好であり、ｎ−ペンタンを１４質量％の範囲で混合することにより、ｎ−ペンタンにオイルを溶け込ませた状態で圧縮機まで帰還させることができ、圧縮機の油上がりによるロック等の弊害を防止できる。この結果、特にオイルセパレータ１６にて完全にオイルを分離するまでもなく、圧縮機６にオイルを戻すことができる。ここで、ｎ−ペンタンは沸点が高いため、あまり多量に混合すると蒸発温度が上昇して目的とする低温が得られないが、ｎ−ペンタンを、１４質量％以下の割合で混合することにより、蒸発温度を上昇させずしかもｎ−ペンタンが不燃域に維持しつつオイルを圧縮機へ帰還させることができる。

このように、本実施例の二元冷凍装置によれば、オイル戻りを良好とし、爆発等の危険を伴うことなく、蒸発器にて−８５℃以下程度の低温を達成することができ、規制冷媒を使用せずに血液保冷等の医療用フリーザーとして実用化できる。

また、ｎ−ペンタンは市販されており、フリーザー等で使用する場合には容易に入手でき、実用的である。

また、プロパンは、ガス状態として、封入の作業性やサービス性を工場できる利点がある。

尚、本実施例では二酸化炭素（Ｒ７４４）を２０質量％以下混合した混合冷媒とｎ−ペンタンとの混合物にて説明したが、ｎ−ペンタンの代わりにＲ２９０（プロパン、Ｃ₃Ｈ₈）を同様の割合で混合しても同様の効果が得られる。即ち、プロパンも圧縮機オイルとの相溶性が良好であり、プロパンを１４質量％混合することにより、プロパンにオイルを溶け込ませた状態で圧縮機６まで帰還させることができ、圧縮機６の油上がりによるロック等の弊害を防止できる。ここで、プロパンは沸点が−４２．７５℃と低いため、蒸発温度に与える影響はそれ程ないが、可燃性であるため、爆発の危険があり取扱に難点がある。しかし、プロパンの混合割合を１４質量％以下とすることにより、プロパンを不燃域に維持することができ、爆発等の心配は無くなる。

なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

次に実施例および比較例により本発明を詳しく説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限りこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示した本発明の二元冷凍装置の冷媒回路に下記の冷媒組成物を封入して運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価するとともに消費電力値を測定した。また、−８０℃に達するまでの時間を測定した。
低温側冷媒組成物：
トリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)の総質量に対して二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記共沸混合物の総質量に対して３．０から２０質量％混合した冷媒組成物と、ｎ−ペンタンを約１２質量％混合した不燃性冷媒組成物。
高温側冷媒組成物：
ジフロロメタン（Ｒ３２）／ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０７Ｄ）あるいはペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１−トリフロロエタン（Ｒ１４３ａ）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０４Ａ）、あるいは、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群に、１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＧＷＰ６、沸点−１９℃）を含むフッ化炭化水素混合冷媒であり、または、１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えることを特徴とした混合冷媒。

（比較例１）
二酸化炭素(Ｒ７４４)を使用しなかった以外は実施例１と同様にして運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価するとともに消費電力値を測定した。また、−８０℃に達するまでの時間を測定した。

前記冷媒組成物の総質量に対して二酸化炭素(Ｒ７４４)３．０から２０．０質量％混合した冷媒組成物（実施例１）は、二酸化炭素(Ｒ７４４)０質量％の場合（比較例１）の状態における二元冷凍装置の庫内温度と比較すると、−０．９℃程低下した。その時の最大低下温度は-１．２℃程となった。例えば、二元冷凍装置の庫内温度が−８５℃の場合、−８５．９℃程となり、その時の最大低下温度は−８６．２℃程となった。一方、使用電力値においては、実施例１の場合、二酸化炭素(Ｒ７４４)の混合量が２０質量％以下であれば二酸化炭素(Ｒ７４４)の混合量に関わらず、電力値に大きな変動はなかった。そのため、実施例１の二酸化炭素(Ｒ７４４)混合量１０質量％において、二酸化炭素(Ｒ７４４)０質量％の場合（比較例１）に対比して、二元冷凍装置の消費電力量は、およそ６％程度改善することが可能となった。さらに、実施例１および比較例１について、−８０℃に達するまでの時間を測定したところ、二酸化炭素(Ｒ７４４)を加えた混合冷媒の方（実施例１）が、比較例１の場合よりも１時間程度早く到達した。

本発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記低温側冷凍回路中の冷媒が、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)又はトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)のいずれか１つと、前記Ｒ５０８Ａ又は前記Ｒ５０８Ｂのいずれか１つの総質量に対して２０質量％以下の二酸化炭素（Ｒ７４４）を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置であり、
トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)あるいはトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)の総質量に対して二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記共沸混合物の総質量に対して１５質量％以下混合した冷媒組成物を用いるので、Ｒ５０８ＡやＲ５０８ＢよりＧＷＰが低く、オゾン層破壊の問題がなく、電力値が低く、かつ−８０℃という低温を達成でき、消エネ運転が可能で、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有し、ＣＯＰが高く、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、−８０℃という低温を達成できる、という顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。

Ｓ１高温側冷媒サイクル
Ｓ２低温側冷媒サイクル
１，６圧縮機
１１カスケードコンデンサ
２４蒸発器

Claims

高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記低温側冷凍回路中の冷媒が、トリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)又はトリフルオロメタン(Ｒ２３)を４６質量％、ヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を５４質量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ｂ、沸点−８６．９℃)のいずれか１つと、前記Ｒ５０８Ａ又は前記Ｒ５０８Ｂのいずれか１つの総質量に対して２０質量％以下の二酸化炭素（Ｒ７４４）を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置。
前記低温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で加えることを特徴とする請求項１記載の二元冷凍装置。
高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置であって、
前記高温側冷凍回路中の冷媒が、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群からなる非共沸混合物あるいは、それらの冷媒群に１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えた冷媒組成物であることを特徴とする二元冷凍装置。
高温側冷凍回路中の冷媒として、前記１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の替わりに１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含む前記フッ化炭化水素混合冷媒を使用し地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ)が１５００以下であることを特徴とする請求項３記載の二元冷凍装置。
前記高温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンを、前記冷媒組成物の総質量に対して６質量％以下の割合で加えることを特徴とする請求項３又は４記載の二元冷凍装置。