JP4651255B2 - 冷媒組成物およびそれを用いた冷凍回路 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、非共沸混合冷媒を用いる超低温冷凍装置に好適であり、且つ、オゾン層を破壊する危険性がない冷媒組成物に関する。
背景技術
従来、非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置は、より沸点の高い冷媒の蒸発と最終段の蒸発器からの低温帰還冷媒によって、より沸点の低い冷媒を順次凝縮して行くことにより、最終段において最も沸点の低い冷媒を蒸発させて超低温を得ている。
この様な冷凍装置および冷媒組成物の一例を本件発明者は、特公平６−５５９４４号公報にて提案している。
しかしながら、この冷媒は、ＨＣＦＣを用いてるので、地球のオゾン層を破壊する恐れがある。
このため、オゾン層を破壊する危険性が無く、且つ、従来からの冷凍回路を変更すること無くその性能を維持できる代替可能な冷媒組成物の開発が要望されている。
本発明は、このような冷媒組成物及びそれを用いた冷凍回路を提供することを目的とする。なお、冷媒の種類は、ＡＳＨＲＡＥの冷媒番号が冷媒の分野では一般的であるので、主にこの冷媒番号を使用して説明する。
発明の開示
本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ２３（トリフルオロメタン：ＣＨＦ３）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成ることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ５０８Ａ（Ｒ２３／Ｒ１１６：３９／６１）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成ることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００が２８．６〜４２．９重量％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６重量％、Ｒ５０８Ａが１４．３〜２８．６重量％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４重量％であることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ５０８Ｂ（Ｒ２３／Ｒ１１６：４６／５４）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成る成ることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００が２８．６〜４２．９重量％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６重量％、Ｒ５０８Ｂが１４．３〜２８．６重量％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４重量％であることを特徴とする。
また、本発明は、一組の凝縮器、蒸発器及び圧縮機と、多段に設けた熱交換器及び気液分離器により実質的に構成される１元超低温システムである冷凍回路において、上述のいずれかに記載の非共沸混合冷媒組成物を用いたことを特徴とする。
また、本発明は、従来からのＣＦＣ混合冷媒あるいはＨＣＦＣ混合冷媒を使用した１元超低温冷凍回路で、しかも、冷凍機油にアルキルベンゼン油（粘度グレードＶＧ２２〜ＶＧ５６）を使用した冷凍回路に上述したいずれかの冷媒組成物をそのまま用いたことを特徴とする冷凍回路である。
本願の冷媒組成物はレトロフット可能な非共沸混合冷媒組成物である。
発明を実施するための最良の形態
第１図を参照しつつ、本発明の第１実施形態を説明する。
第１図はＲ６００、Ｒ１２５、Ｒ５０８Ａ及びＲ１４から成る非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路を示している。
尚、Ｒ５０８Ａとは、Ｒ２３とＲ１１６（ヘキサフルオロエタン）とを３９対６１で混合した冷媒である。
圧縮機（１）の吐出側配管（２）は、凝縮器（３）を通過し、フレームパイプ（２０）を通り圧縮機（１）のオイルクーラー（４）に接続される。
オイルクーラー（４）を出た配管は、再び凝縮器（３）を通過して第１の気液分離器（５）に接続されている。
この第１の気液分離器（５）から出た液相配管（６）は、第１のキャピラリチューブ（７）に接続される。
この第１のキャピラリチューブ（７）は、第１の中間熱交換器（８）に接続される。
第１の気液分離器（５）から出た気相配管（９）は、第１の中間熱交換器（８）中を通過して第２の気液分離器（１０）に接続されている。
第２の気液分離器（１０）から出た液相配管（１１）は、第２のキャピラリチューブ（１２）に接続され、第２のキャピラリチューブ（１２）は第２の中間熱交換器（１３）に接続される。
第２の気液分離器（１０）から出た気相配管（１４）は、第２の中間熱交換器（１３）及び第３の中間熱交換器（１５）中を順次通過して第３のキャピラリチューブ（１６）に接続される。
第３のキャピラリチューブ（１６）は、蒸発器（１７）に接続される。
蒸発器（１７）から出た配管（１８）は、第３の中間熱交換器（１５）に接続され、第３の中間熱交換器は第２の中間熱交換器（１３）に接続されると共に、第２の中間熱交換器（１３）は第１の中間熱交換器（８）に順次接続され、第１の中間熱交換器（８）は圧縮機（１）の吸込側配管（１９）に接続される。
この冷媒回路内には、Ｒ６００、Ｒ１２５、Ｒ５０８Ａ及びＲ１４から成る非共沸混合冷媒が充填される。
各冷媒の沸点は大気圧において、Ｒ６００が−０．５℃、Ｒ１２５が−４８．５７℃、Ｒ５０８Ａが−８５．７℃、Ｒ１４が−１２７．８５℃である。
また、実施例で使用する各冷媒の組成は、Ｒ６００が３３．３重量％、Ｒ１２５が２１．３重量％、Ｒ５０８Ａが２１．３重量％、Ｒ１４が２４．４重量％とした。
次に動作を説明する。
圧縮機（１）から吐出された高温高圧のガス状混合冷媒は、凝縮器（３）に流入して放熱し、オイルクーラー（４）で圧縮機（１）の潤滑オイルを冷却して、再び凝縮器（３）で放熱し、その内のＲ６００及びＲ１２５の大部分は液化して第１の気液分離器（５）に入る。
そこで液状のＲ６００とＲ１２５は液相配管（６）へ、また、未だ気体のＲ１２５の残りとＲ５０８Ａ及びＲ１４は気相配管（９）へと分離される。
液相配管（６）に流入したＲ６００とＲ１２５は第１のキャピラリチューブ（７）にて減圧されて第１の中間熱交換器（８）に流入し、そこで蒸発する。
第１の中間熱交換器（８）には、蒸発器（１７）からの帰還冷媒が流入しているので、その温度は−９．１℃程になっている。
一方、気相配管（９）に流入したＲ１２５、Ｒ５０８Ａ及びＲ１４の中のＲ１２５及びＲ５０８Ａの一部分は第１の中間熱交換器（８）内を通過する過程で、そこで蒸発するＲ６００とＲ１２５及び蒸発器（１７）からの帰還冷媒により冷却されて凝縮液化して第２の気液分離器（１０）に入る。
そこで液状のＲ１２５とＲ５０８Ａは液相配管（１１）へ、また、未だ気体のＲ５０８Ａの残りとＲ１４は気相配管（１４）へと分離される。
液相配管（１１）に流入したＲ１２５とＲ５０８Ａは第２のキャピラリチューブ（１２）にて減圧されて第２の中間熱交換器（１３）に流入し、そこで蒸発する。第２の中間熱交換器（１３）には蒸発器（１７）からの帰還冷媒が流入しているので、その温度は−３３．３℃程になっている。
他方、気相配管（１４）に流入したＲ５０８Ａ及びＲ１４Ｒの中のＲ５０８Ａは第２の中間熱交換器（１３）内を通過する過程で、そこで蒸発するＲ１２５とＲ５０８Ａ及び蒸発器（１７）からの帰還冷媒により冷却されて凝縮液化し、次に第３の中間熱交換器（１５）を通過する。
ここで、第３の中間熱交換器（１５）は、蒸発器（１７）を出てすぐの冷媒が流入しており、温度は−６０．１℃程になっている。
従って、気相配管（１４）を流れるＲ１４もここで凝縮し、これら液化したＲ５０８Ａ及びＲ１４は第３のキャピラリチューブ（１６）で減圧されて蒸発器（１７）に流入し、そこで蒸発して周囲を冷却する。
この時蒸発器（１７）の温度は平均で−９０．７℃程の超低温になった。この蒸発器（１７）を例えば冷凍庫の庫内の冷却に用いることにより庫内を−８９．４℃程に冷却できた。
蒸発器（１７）を出た冷媒は、各中間熱交換器（１５），（１３），（８）に次々に流入してそこで蒸発する冷媒を合流して吸込配管（１９）より圧縮機（１）に帰還する。
冷媒回路中を循環する圧縮機（１）のオイルは、Ｒ６００に溶け込んだ状態で圧縮機（１）に戻される。
又、Ｒ６００は、圧縮機（１）の吐出温度を下げる役割も果たしている。
この冷凍回路の性能を第２図に示す。尚、第２図中の番号は、第１図の各部の番号を示す。ただし、エバ入口は蒸発器（１７）ではなく、実際には第３のキャピラリチューブ（１６）の後における蒸発器（１７）とキャピラリチューブ（１６）との間の箇所を指す。また、庫内１／２中央ａｉｒの番号は、第１図に載っていないので記入していない。
これら各冷媒の組成は、実施例に限られるものではない。即ち、実験によりＲ６００が２８．６〜４２．９ｗｔ％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６ｗｔ％、Ｒ５０８Ａが１４．３〜２８．６ｗｔ％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４ｗｔ％の範囲内で混合することにより蒸発器（１７）において−９０℃以下の超低温が得られることが確かめられた。
尚、上記混合冷媒において、Ｒ５０８ＡからＲ１１６を取り除いたＲ２３（トリフルオロメタン、ＣＨＦ３、沸点−８２．１℃）を使用しても同様の超低温は得られる。又、上記混合冷媒において、Ｒ５０８Ａの代わりにＲ５０８Ｂ（４６／５４：Ｒ２３／Ｒ１１６）を使用しても同様の超低温は得られる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、冷媒がオゾン層を破壊する危険性はない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を説明するための冷媒回路の図であり、第２図は、この実施態様の性能を説明するための図である。
本発明は、非共沸混合冷媒を用いる超低温冷凍装置に好適であり、且つ、オゾン層を破壊する危険性がない冷媒組成物に関する。
背景技術
従来、非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置は、より沸点の高い冷媒の蒸発と最終段の蒸発器からの低温帰還冷媒によって、より沸点の低い冷媒を順次凝縮して行くことにより、最終段において最も沸点の低い冷媒を蒸発させて超低温を得ている。
この様な冷凍装置および冷媒組成物の一例を本件発明者は、特公平６−５５９４４号公報にて提案している。
しかしながら、この冷媒は、ＨＣＦＣを用いてるので、地球のオゾン層を破壊する恐れがある。
このため、オゾン層を破壊する危険性が無く、且つ、従来からの冷凍回路を変更すること無くその性能を維持できる代替可能な冷媒組成物の開発が要望されている。
本発明は、このような冷媒組成物及びそれを用いた冷凍回路を提供することを目的とする。なお、冷媒の種類は、ＡＳＨＲＡＥの冷媒番号が冷媒の分野では一般的であるので、主にこの冷媒番号を使用して説明する。
発明の開示
本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ２３（トリフルオロメタン：ＣＨＦ３）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成ることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ５０８Ａ（Ｒ２３／Ｒ１１６：３９／６１）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成ることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００が２８．６〜４２．９重量％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６重量％、Ｒ５０８Ａが１４．３〜２８．６重量％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４重量％であることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ５０８Ｂ（Ｒ２３／Ｒ１１６：４６／５４）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成る成ることを特徴とする。
また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ６００が２８．６〜４２．９重量％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６重量％、Ｒ５０８Ｂが１４．３〜２８．６重量％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４重量％であることを特徴とする。
また、本発明は、一組の凝縮器、蒸発器及び圧縮機と、多段に設けた熱交換器及び気液分離器により実質的に構成される１元超低温システムである冷凍回路において、上述のいずれかに記載の非共沸混合冷媒組成物を用いたことを特徴とする。
また、本発明は、従来からのＣＦＣ混合冷媒あるいはＨＣＦＣ混合冷媒を使用した１元超低温冷凍回路で、しかも、冷凍機油にアルキルベンゼン油（粘度グレードＶＧ２２〜ＶＧ５６）を使用した冷凍回路に上述したいずれかの冷媒組成物をそのまま用いたことを特徴とする冷凍回路である。
本願の冷媒組成物はレトロフット可能な非共沸混合冷媒組成物である。
発明を実施するための最良の形態
第１図を参照しつつ、本発明の第１実施形態を説明する。
第１図はＲ６００、Ｒ１２５、Ｒ５０８Ａ及びＲ１４から成る非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路を示している。
尚、Ｒ５０８Ａとは、Ｒ２３とＲ１１６（ヘキサフルオロエタン）とを３９対６１で混合した冷媒である。
圧縮機（１）の吐出側配管（２）は、凝縮器（３）を通過し、フレームパイプ（２０）を通り圧縮機（１）のオイルクーラー（４）に接続される。
オイルクーラー（４）を出た配管は、再び凝縮器（３）を通過して第１の気液分離器（５）に接続されている。
この第１の気液分離器（５）から出た液相配管（６）は、第１のキャピラリチューブ（７）に接続される。
この第１のキャピラリチューブ（７）は、第１の中間熱交換器（８）に接続される。
第１の気液分離器（５）から出た気相配管（９）は、第１の中間熱交換器（８）中を通過して第２の気液分離器（１０）に接続されている。
第２の気液分離器（１０）から出た液相配管（１１）は、第２のキャピラリチューブ（１２）に接続され、第２のキャピラリチューブ（１２）は第２の中間熱交換器（１３）に接続される。
第２の気液分離器（１０）から出た気相配管（１４）は、第２の中間熱交換器（１３）及び第３の中間熱交換器（１５）中を順次通過して第３のキャピラリチューブ（１６）に接続される。
第３のキャピラリチューブ（１６）は、蒸発器（１７）に接続される。
蒸発器（１７）から出た配管（１８）は、第３の中間熱交換器（１５）に接続され、第３の中間熱交換器は第２の中間熱交換器（１３）に接続されると共に、第２の中間熱交換器（１３）は第１の中間熱交換器（８）に順次接続され、第１の中間熱交換器（８）は圧縮機（１）の吸込側配管（１９）に接続される。
この冷媒回路内には、Ｒ６００、Ｒ１２５、Ｒ５０８Ａ及びＲ１４から成る非共沸混合冷媒が充填される。
各冷媒の沸点は大気圧において、Ｒ６００が−０．５℃、Ｒ１２５が−４８．５７℃、Ｒ５０８Ａが−８５．７℃、Ｒ１４が−１２７．８５℃である。
また、実施例で使用する各冷媒の組成は、Ｒ６００が３３．３重量％、Ｒ１２５が２１．３重量％、Ｒ５０８Ａが２１．３重量％、Ｒ１４が２４．４重量％とした。
次に動作を説明する。
圧縮機（１）から吐出された高温高圧のガス状混合冷媒は、凝縮器（３）に流入して放熱し、オイルクーラー（４）で圧縮機（１）の潤滑オイルを冷却して、再び凝縮器（３）で放熱し、その内のＲ６００及びＲ１２５の大部分は液化して第１の気液分離器（５）に入る。
そこで液状のＲ６００とＲ１２５は液相配管（６）へ、また、未だ気体のＲ１２５の残りとＲ５０８Ａ及びＲ１４は気相配管（９）へと分離される。
液相配管（６）に流入したＲ６００とＲ１２５は第１のキャピラリチューブ（７）にて減圧されて第１の中間熱交換器（８）に流入し、そこで蒸発する。
第１の中間熱交換器（８）には、蒸発器（１７）からの帰還冷媒が流入しているので、その温度は−９．１℃程になっている。
一方、気相配管（９）に流入したＲ１２５、Ｒ５０８Ａ及びＲ１４の中のＲ１２５及びＲ５０８Ａの一部分は第１の中間熱交換器（８）内を通過する過程で、そこで蒸発するＲ６００とＲ１２５及び蒸発器（１７）からの帰還冷媒により冷却されて凝縮液化して第２の気液分離器（１０）に入る。
そこで液状のＲ１２５とＲ５０８Ａは液相配管（１１）へ、また、未だ気体のＲ５０８Ａの残りとＲ１４は気相配管（１４）へと分離される。
液相配管（１１）に流入したＲ１２５とＲ５０８Ａは第２のキャピラリチューブ（１２）にて減圧されて第２の中間熱交換器（１３）に流入し、そこで蒸発する。第２の中間熱交換器（１３）には蒸発器（１７）からの帰還冷媒が流入しているので、その温度は−３３．３℃程になっている。
他方、気相配管（１４）に流入したＲ５０８Ａ及びＲ１４Ｒの中のＲ５０８Ａは第２の中間熱交換器（１３）内を通過する過程で、そこで蒸発するＲ１２５とＲ５０８Ａ及び蒸発器（１７）からの帰還冷媒により冷却されて凝縮液化し、次に第３の中間熱交換器（１５）を通過する。
ここで、第３の中間熱交換器（１５）は、蒸発器（１７）を出てすぐの冷媒が流入しており、温度は−６０．１℃程になっている。
従って、気相配管（１４）を流れるＲ１４もここで凝縮し、これら液化したＲ５０８Ａ及びＲ１４は第３のキャピラリチューブ（１６）で減圧されて蒸発器（１７）に流入し、そこで蒸発して周囲を冷却する。
この時蒸発器（１７）の温度は平均で−９０．７℃程の超低温になった。この蒸発器（１７）を例えば冷凍庫の庫内の冷却に用いることにより庫内を−８９．４℃程に冷却できた。
蒸発器（１７）を出た冷媒は、各中間熱交換器（１５），（１３），（８）に次々に流入してそこで蒸発する冷媒を合流して吸込配管（１９）より圧縮機（１）に帰還する。
冷媒回路中を循環する圧縮機（１）のオイルは、Ｒ６００に溶け込んだ状態で圧縮機（１）に戻される。
又、Ｒ６００は、圧縮機（１）の吐出温度を下げる役割も果たしている。
この冷凍回路の性能を第２図に示す。尚、第２図中の番号は、第１図の各部の番号を示す。ただし、エバ入口は蒸発器（１７）ではなく、実際には第３のキャピラリチューブ（１６）の後における蒸発器（１７）とキャピラリチューブ（１６）との間の箇所を指す。また、庫内１／２中央ａｉｒの番号は、第１図に載っていないので記入していない。
これら各冷媒の組成は、実施例に限られるものではない。即ち、実験によりＲ６００が２８．６〜４２．９ｗｔ％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６ｗｔ％、Ｒ５０８Ａが１４．３〜２８．６ｗｔ％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４ｗｔ％の範囲内で混合することにより蒸発器（１７）において−９０℃以下の超低温が得られることが確かめられた。
尚、上記混合冷媒において、Ｒ５０８ＡからＲ１１６を取り除いたＲ２３（トリフルオロメタン、ＣＨＦ３、沸点−８２．１℃）を使用しても同様の超低温は得られる。又、上記混合冷媒において、Ｒ５０８Ａの代わりにＲ５０８Ｂ（４６／５４：Ｒ２３／Ｒ１１６）を使用しても同様の超低温は得られる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、冷媒がオゾン層を破壊する危険性はない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を説明するための冷媒回路の図であり、第２図は、この実施態様の性能を説明するための図である。
Claims (6)
- Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ２３（トリフルオロメタン：ＣＨＦ３）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成る冷媒組成物。
- Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ５０８Ａ（Ｒ２３／Ｒ１１６：３９／６１）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成る冷媒組成物。
- Ｒ６００が２８．６〜４２．９重量％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６重量％、Ｒ５０８Ａが１４．３〜２８．６重量％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４重量％であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の冷媒組成物。
- Ｒ６００（ｎ−ブタン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ２ＣＦ３）と、Ｒ５０８Ｂ（Ｒ２３／Ｒ１１６：４６／５４）と、Ｒ１４（テトラフルオロメタン：ＣＦ４）とから成る冷媒組成物。
- Ｒ６００が２８．６〜４２．９重量％、Ｒ１２５が１０．７〜２８．６重量％、Ｒ５０８Ｂが１４．３〜２８．６重量％、Ｒ１４が１９．６〜４６．４重量％であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の冷媒組成物。
- 一組の凝縮器、蒸発器及び圧縮機と、多段に設けた熱交換器及び気液分離器により実質的に構成される１元超低温システムである冷凍回路において、請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項のいずれかに記載の非共沸混合冷媒組成物を用いたことを特徴とする冷凍回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27497599 | 1999-09-28 | ||
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