KR20060067838A

KR20060067838A - 냉동 장치

Info

Publication number: KR20060067838A
Application number: KR1020050122209A
Authority: KR
Inventors: 지로오 유자와
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-06-20
Also published as: KR100652080B1; US7624585B2; CN100439818C; JP4420807B2; US20060123805A1; JP2006170487A; CN1821681A

Abstract

본 발명의 과제는 프레온 규제의 대상 냉매를 사용하지 않고, 오일 캐리어의 역할을 감당하는 냉매를 사용하는 동시에 -150 ℃라는 초저온을 실현할 수 있는 냉동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 독립된 냉매 폐쇄 회로(1)를 구성하는 고온측 냉매 회로(2)와 저온측 냉매 회로(3)로 이루어지고, 고온측 냉매 회로(2)의 증발기(14)와 저온측 냉매 회로(3)의 응축기(23)로 캐스케이드 콘덴서(25)를 구성한 냉동 장치에 있어서, 저온측 냉매 회로(3)에 R245fa, R600, R404A, R508A, R14, R50, R740을 포함하는 혼합 냉매 또는 R245fa, R600, R404A, R23, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매 또는 R245fa, R600, R404A, R508B, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입하였다.

냉매 폐쇄 회로, 고온측 냉매 회로, 저온측 냉매 회로, 응축기, 캐스케이드 콘덴서

Description

냉동 장치{REFRIGERATION APPARATUS}

도1은 본 발명의 실시예를 나타내는 냉동 장치의 냉매 회로도.

도2는 R245fa와 R600의 혼합 냉매 총 중량 ％에 대한 245fa의 중량 ％에 있어서의 불연 또는 가연 상태를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉매 회로

2 : 고온측 냉매 회로

3 : 저온측 냉매 회로

4, 10 : 전동 압축기

25 : 캐스케이드 콘덴서

29 : 제1 기액 분리기

32 : 제1 중간 열교환기

33 : 제2 기액 분리기

42 : 제2 중간 열교환기

44 : 제3 중간 열교환기

47 : 증발 파이프

[문헌 1] 일본 실용 신안 공고 소58-23101호 공보

[문헌 2] 일본 특허 제3208151호 공보

본 발명은 독립된 2계통의 냉매 회로를 구성하고, 고온측 냉매 회로의 증발기와 저온측 냉매 회로의 응축기로 열교환기를 구성하는 소위 이차원 냉동 방식의 냉동 장치에 관한 것이다.

종래 이러한 종류의 소위 이차원 냉동 방식의 냉동 장치에는 고온측과 저온측의 냉매 회로를 각각 독립된 2계통의 냉매 폐쇄 회로로 구성하고, 고온측 냉매 회로의 증발기와 저온측 냉매 회로의 응축기로 열교환기를 구성하여 고온측 냉매 회로의 냉매의 증발에 의해 저온측 냉매 회로의 냉매를 응축하는 것이 있다(예를 들어, 특허 문헌 1에 개시함). 이에 의해, 저온측 냉매 회로에는 보다 낮은 비점(증발 온도)의 냉매를 이용할 수 있으므로, 저온측 냉매 회로의 증발기에 의해 매우 낮은 온도를 얻는 것이 가능해진다.

이러한 이차원 냉동 방식에서는 저온측 냉매 회로의 증발기에 있어서 통상 -80 ℃ 정도의 저온을 얻는 것이지만, 보다 낮은 온도, 예를 들어 -150 ℃라는 온도를 얻기 위해서는 냉매 회로 구성으로 개량을 가하거나 봉입 냉매 조성에 다양한 고안을 할 필요가 있다.

본건 출원인은 특허 문헌 2에 있어서, 상술한 후자의 방법, 즉 봉입 냉매 조 성을 고안하는 방법으로 -150 ℃라는 초저온을 실현하였다. 구체적으로는, 고온측 냉매 회로에 R22(클로로디플루오로메탄 : CHClF₂), R142b(1-클로로-1, 1-디플루오로에탄 : CH₃CClF₂) 및 R21(디클로로플루오로메탄 : CHCl₂F)을 봉입하고, 저온측 냉매 회로에 R21, R22, R23(트리플루오로메탄 : CHF₃), R14(사불화탄소 : CF₄), R50(메탄 : CH₄) 및 R740(아르곤 : Ar)으로 이루어지는 혼합 냉매를 봉입한 것이다.

[특허 문헌 1] 일본 실용 신안 공고 소58-23101호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 제3208151호 공보

그러나 상기한 구성에 따르면, R21, R22 등의, 소위 HCFC에 속하는 냉매는 오존층을 파괴하는 원인이 되는 염소 원자가 포함되어 있기 때문에 프레온 규제의 대상 냉매로 되어 있다. 이로 인해, 오존층을 파괴할 위험성이 없고, 또한 종래부터의 냉동 회로를 변경하지 않고 그 성능을 유지할 수 있는 대체 가능한 냉매 조성물의 개발이 요망되고 있다.

그러나, 종래 이용되고 있던 R21은 오일(알킬벤젠)과의 상용성(相溶性)이 높기 때문에 오일 캐리어로서 오일을 압축기로 복귀시키는 역할을 감당하고 있다. 이에 의해, 압축기의 윤활 불량이나 로크를 방지하고 있었지만, 상술한 바와 같이 R21은 염소를 포함하는 냉매이기 때문에 오일 캐리어 능력이 높은 것으로 대체할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 종래의 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 프 레온 규제의 대상 냉매를 사용하지 않고, 오일 캐리어의 역할을 감당하는 냉매를 사용하는 동시에, -150 ℃라는 초저온을 실현할 수 있는 냉동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 독립된 냉매 폐쇄 회로를 구성하는 고온측 냉매 회로와 저온측 냉매 회로로 이루어지고, 고온측 냉매 회로의 증발기와 저온측 냉매 회로의 응축기로 열교환기를 구성한 냉동 장치에 있어서, 저온측 냉매 회로에 R245fa, R600, R404A, R508A, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매 또는 R245fa, R600, R404A, R23, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매 또는 R245fa, R600, R404A, R508B, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입한 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명은, 상기 발명에 있어서 R245fa와 R600을 합한 총 중량에 대해 R245fa를 70 중량 ％ 이상으로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 발명은, 상기 각 발명에 있어서 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해 R245fa와 R600을 합한 총 중량을 5 내지 24 중량 ％, R404A를 13 내지 28 중량 ％, R508A 또는 R23 또는 R508B를 21 내지 37 중량 ％, R14와 R50을 합한 총 중량을 25 내지 43 중량 ％, R740을 4 내지 10 중량 ％로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 발명은, 청구항 2의 발명에 있어서 n-펜탄을 0.5 내지 2 중량 ％ 가한 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 있어서 고온측 냉매 회로에 R407D 혹 은 R404A와 n-펜탄으로 이루어지는 비공비 혼합 냉매를 봉입한 것을 특징으로 한다.

다음에 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 서술한다. 도1은 본 발명의 냉동 장치의 냉매 회로(1)를 도시하고 있다. 냉매 회로(1)는 각각 독립된 제1 냉매 회로로서의 고온측 냉매 회로(2)와 제2 냉매 회로로서의 저온측 냉매 회로(3)로 구성되어 있다.

고온측 냉매 회로(2)는 전동 압축기(4)와, 보조 응축기(5)와, 이슬 부착 방지 파이프(6)와, 응축기(8)와, 건조기(12)와, 감압기(13)와, 증발기(14)와, 어큐뮬레이터(15)로 구성된다. 전동 압축기(4)는 1상 혹은 3상 교류 전원을 이용하는 전동 압축기이고, 상기 전동 압축기(4)의 토출측 배관(4D)에는 보조 응축기(5)가 접속된다. 이 보조 응축기(5)는 상기 냉동 장치(1)가 탑재되는 도시하지 않은 냉동고의 저장실 개구 모서리를 가열하는 이슬 부착 방지 파이프(6)에 접속된다. 또한, 이 이슬 부착 방지 파이프(6)는 전동 압축기(4)의 오일 쿨러(7)에 접속된 후, 응축기(8)에 접속된다. 또한, 상기 응축기(8)는 응축기용 송풍기(9)에 의해 냉각된다. 그리고, 응축기(8)의 출구측 냉매 배관은 건조기(12) 및 감압기(13)를 차례로 거쳐서 증발기를 구성하는 증발기 부분으로서의 증발기(14)에 접속된다. 증발기(14)의 출구측 냉매 배관에는 냉매액 저장으로서의 어큐뮬레이터(15)가 접속되고, 상기 어큐뮬레이터(15)를 나온 냉매 배관은 전동 압축기(4)의 흡입측 배관(4S)에 접속된다.

고온측 냉매 회로(2)에는 비점이 다른 비공비 냉매로서, R407D와 n-펜탄으로 이루어지는 냉매가 충전된다. R407D는 R32(디플루오로메탄 : CH₂F₂)와, R125(펜타플루오로에탄 : CHF₂CF₃)와, R134a(1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄 : CH₂FCF₃)로 구성되고, 그 조성은 R32가 15 중량 ％, R125가 15 중량 ％, R134a가 70 중량 ％이다. 각 냉매의 비점은 R32가 -51.7 ℃, R125가 -48.1 ℃, R134a가 -26 ℃이다. 또한, n-펜탄의 비점은 +36.1 ℃이다.

전동 압축기(4)로부터 토출된 고온 가스 형상 냉매는 보조 응축기(5), 이슬 부착 방지 파이프(6), 오일 쿨러(7) 및 응축기(8)에서 응축되어 방열 액화된 후, 건조기(12)에서 함유하는 수분이 제거되고, 감압기(13)에서 감압되어 증발기(14)에 잇달아 유입되어 냉매 R32, R125 및 R134a가 증발하고, 기화열을 주위로부터 흡수하여 증발기(14)를 냉각하고, 냉매액 저장으로서의 어큐뮬레이터(15)를 경유하여 전동 압축기(4)로 귀환한다.

이때, 전동 압축기(4)의 능력은, 예를 들어 1.5 HP이고, 운전 중인 증발기(14)의 최종 도달 온도는 -27 ℃ 내지 -35 ℃가 된다. 이러한 저온 하에서는, 냉매 중의 n-펜탄은 비점이 +36.1 ℃이므로 증발기(14)에서는 증발하지 않아 액 상태 그대로이고, 따라서 냉각에는 거의 기여하지 않지만, 전동 압축기(4)의 윤활유나 건조기(12)에서 완전히 흡수할 수 없었던 혼입 수분을 그 속에 용해시킨 상태에서 전동 압축기(4)로 귀환시키는 기능과, 그 액냉매의 전동 압축기(4) 내에서의 증발에 의해 압축기(4)의 온도를 저감시키는 기능을 발휘한다.

한편, 저온측 냉매 회로(3)는 전동 압축기(10)와, 오일 분리기(18)와, 상기 증발기(14) 내에 삽입된 고압측 배관으로서의 응축 파이프(23)와, 제1 기액 분리기(29)와, 제1 중간 열교환기(32)와, 제2 기액 분리기(33)와, 건조기(35)와, 감압기(36)와, 건조기(39)와, 감압기(40)와, 제2 중간 열교환기(42)와, 제3 중간 열교환기(44)와, 건조기(45)와, 감압기(46)와, 증발 파이프(47)와, 팽창 탱크(51)와 감압기(52)로 구성된다.

전동 압축기(10)는 상기 전동 압축기(4)와 마찬가지로 1상 혹은 3상 교류 전원을 이용하는 전동 압축기이고, 상기 전동 압축기(10)의 토출측 배관(10D)에는 오일 분리기(18)가 접속된다. 이 오일 분리기(18)는 전동 압축기(10)로 복귀되는 오일 복귀관(19)이 접속된다. 오일 분리기(18)의 출구측에 접속된 냉매 배관은 증발기(14) 내에 삽입된 고압측 배관으로서의 상기 응축 파이프(23)에 접속된다. 이 응축 파이프(23)는 증발기(14)와 함께 캐스케이드 콘덴서(25)를 구성하고 있다.

그리고, 응축 파이프(23)의 출구측에 접속되는 토출 배관은 건조기(28)를 거쳐서 제1 기액 분리기(29)에 접속된다. 기액 분리기(29)에 의해 분리된 기상(氣相)은 기상 배관(30)을 거쳐서 제1 중간 열교환기(32) 내를 통과하고, 제2 기액 분리기(33)로 유입한다. 기액 분리기(29)에 의해 분리된 액상은 액상 배관(34)을 거쳐서 건조기(35), 감압기(36)를 경유하여 제1 중간 열교환기(32)로 유입한다.

제2 기액 분리기(33)에 의해 분리된 액상은 액상 배관(38)에 의해 건조기(39)를 경유한 후 감압기(40)를 경유하여 제2 중간 열교환기(42)로 유입한다. 제2 기액 분리기(33)에 의해 분리된 기상은 기상 배관(43)을 거쳐서 제2 중간 열교환기(42) 내를 통과하여 제3 중간 열교환기(44) 내를 통과하고, 또한 건조기(45)를 경 유하여 감압기(46)로 유입한다. 감압기(46)는 증발기로서의 증발 파이프(47)에 접속되고, 또한 증발 파이프(47)는 제3 중간 열교환기(44)에 접속된다.

제3 중간 열교환기(44)는 제2 및 제1 중간 열교환기(33)에 잇달아 접속된 후, 전동 압축기(10)의 흡입측 배관(10S)에 접속된다. 흡입측 배관(10S)에는 또한 전동 압축기(10) 정지시에 냉매를 저장하는 팽창 탱크(51)가 감압기(52)를 거쳐서 접속된다.

저온측 냉매 회로(3)에는 비점이 다른 6종류의 혼합 냉매로서, R245fa와, R600과, R404A와, R508A와, R14와, R50을 포함하는 비공비 혼합 냉매가 봉입된다. R245fa는 1, 1, 1, -3, 3-펜타플루오로프로판(CF₃CH₂CHF₂)이고, R600은 부탄(CH₃CH₂CH₂CH₃)이다. R245fa의 비점은 +15.3 ℃, R600의 비점은 -0.5 ℃이다. 그로 인해, 이들을 소정 비율로 혼합함으로써 종래 이용되고 있던 비점이 +8.9 ℃인 R21의 대체로서 사용 가능하게 된다.

또한, R600은 가연성 물질이기 때문에 불연성인 R245fa와 소정 비율, 본 실시예에서는 R245fa/R600 : 70/30의 비율로 혼합함으로써 불연성으로서 냉매 회로(3)에 봉입하는 것으로 한다. 또한, 본 실시예에서는 R245fa와 R600을 합한 총 중량에 대해 R245fa를 70 중량 ％로 하고 있지만, 그 이상이면 불연성이 되기 때문에 그 이상이라도 좋은 것으로 한다.

상기 R245fa와 R600의 혼합 냉매가 불연성인 것을 나타내는 실험 결과를 도2에 도시한다. 이에 따르면, R245fa가 70 중량 ％이상이 됨으로써 불연 영역이 되 는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 R245fa와 R600의 혼합 냉매를 액상부로부터 충전한 경우의 조성 변화는 최대 0.6 ％ 이내이기 때문에 가연 영역이 될 문제는 없다.

또한, R404A는 R125(펜타플루오로에탄 : CHF₂CF₃)와, R143a(1, 1, 1-트리플루오로에탄 : CH₃CF₃)와, R134a(1, 1, L, 2-테트라플루오로에탄 : CH₂FCF₃)로 구성되고, 그 조성은 R125가 44 중량 ％, R143a가 52 중량 ％, R134a가 4 중량 ％이다. 상기 혼합 냉매의 비점은 -46.5 ℃이다. 그로 인해, 종래 이용되고 있었던 비점이-40.8 ℃인 R22의 대체로서 사용 가능하게 된다.

또한, R508A는 R23(트리플루오로메탄 : CHF₃)과, R116(헥사플루오로에탄 : CF₃CF₃)으로 구성되고, 그 조성은 R23이 39 중량 ％, R116이 61 중량 ％이다. 상기 혼합 냉매의 비점은 -85.7 ℃이다.

또한, R14는 테트라플루오로메탄(사불화탄소 : CF₄)이고, R50은 메탄(CH₄), R740은 아르곤(Ar)이다. 이들 비점은 R14가 -127.9 ℃이고, R50이 -161.5 ℃, R740이 -185.7 ℃이다. 또한, R50은 산소와의 결합으로 폭발이 생길 위험이 있지만, R14와 혼합함으로써 폭발의 위험은 없어진다. 따라서, 혼합 냉매의 누설 사고가 발생하였다고 해도 폭발은 발생하지 않는다.

또한, 이들 상술한 바와 같은 냉매는, 일단 R245fa와 R600 및 R14와 R50을 미리 혼합하여 불연화 상태로 한 후, R245fa와 R600의 혼합 냉매와, R404A와, R508A와, R14와 R50의 혼합 냉매와, R740을 미리 혼합한 상태에서 냉매 회로에 봉 입된다. 혹은 R245fa와 R600, 다음에 R404A, R5080A, R14와 R50, 최후에 R740으로 비점이 높은 순서로 봉입된다. 각 냉매의 조성은, 예를 들어 R245fa와 R600의 혼합 냉매가 13 중량 ％, R404A가 20 중량 ％, R508A가 27 중량 ％, R14와 R50의 혼합 냉매가 33 중량 ％, R740이 7 중량 ％인 것으로 한다.

다음에 저온측의 냉매의 순환을 설명한다. 전동 압축기(10)로부터 토출된 고온 고압의 가스 형상 혼합 냉매는 오일 분리기(18)에서 냉매와 혼재되어 있는 전동 압축기(10)의 윤활유의 대부분을 오일 복귀관(19)에서 전동 압축기(10)로 복귀시키고, 냉매 자체는 캐스케이드 콘덴서(25)에서 증발기(14)로부터 냉각되어 혼합 냉매 중의 비점이 높은 일부의 냉매(R245fa, R600, R404A, R508A)를 응축 액화한다.

응축 파이프(23)를 나온 혼합 냉매는 건조기(28)를 경유하여 제1 기액 분리기(29)로 유입된다. 이 시점에서는 혼합 냉매 중의 R14와 R50과 R740은 비점이 매우 낮기 때문에 아직 응축되어 있지 않아 가스 상태이고, R245fa, R600, R404A, R508A의 일부만이 응축 액화되어 있기 때문에 R14와 R50과 R740은 기상 배관(30)으로, R245fa와 R600과 R404A와 R508A는 액상 배관(34)으로 분리된다.

기상 배관(30)으로 유입된 냉매 혼합물은 제1 중간 열교환기(32)와 열교환하여 응축된 후, 제2 기액 분리기(33)에 도달한다. 여기서 제1 중간 열교환기(32)에는 증발 파이프(47)로부터 귀환해 오는 저온의 냉매가 유입되고, 또한 액상 배관(34)으로 유입된 액냉매가 건조기(35)를 경유하여 감압기(36)에서 감압된 후, 제1 중간 열교환기(32)로 유입되어 거기서 증발함으로써 냉각에 기여하기 때문에 미응 축의 R14, R50, R740 및 R508A의 일부를 냉각하는 결과, 제1 중간 열교환기(32)의 중간 온도는 -50.7 ℃ 정도로 되어 있다. 따라서, 기상 배관(30)을 통과한 혼합 냉매 중의 R508A는 완전히 응축 액화되어 제2 기액 분리기(33)로 분류된다. R14, R50, R740은 또한 비점이 낮기 때문에 아직 가스 상태이다.

제2 중간 열교환기(42)에서는 제2 기액 분리기(33)에서 분류된 R508A가 건조기(39)에서 수분이 제거되고, 감압기(40)에서 감압된 후 제2 중간 열교환기(42)로 유입하여 증발 파이프(47)로부터 귀환해 오는 저온의 냉매와 함께 기상 배관(43) 중의 R14, R50 및 R740을 냉각하고, 이 중에서 증발 온도가 가장 높은 R14를 응축시킨다. 이 결과, 제2 중간 열교환기(42)의 중간 온도는 -76.4 ℃가 된다.

이 제2 중간 열교환기(42)를 통과하는 기상 배관(43)은 계속해서 제3 중간 열교환기(44)를 통과한다. 여기서, 제3 중간 열교환기(44)에는 증발기(47)를 나온 직후의 냉매가 귀환되어 있고, 실험에 따르면 제3 중간 열교환기(44)의 중간 온도가 -121.4 ℃, 입구 부근의 온도가 -151.5 ℃가 되어 낮은 온도에 도달한다.

이로 인해, 제3 중간 열교환기(44)에서는 기상 배관(43) 중의 R50 및 R740의 일부가 응축기, 이들 액화한 R14, R50 및 R740의 일부가 감압기(46)에서 감압된 후, 증발 파이프(47)로 유입하여 거기서 증발하여 주위를 냉각한다. 실험에 따르면, 이때 증발 파이프(47)의 온도는 -160.3 ℃ 내지 -157.3 ℃라는 초저온이 되었다.

이러한 증발 파이프(47)를, 예를 들어 냉동고에 설치하여 고(庫) 내의 냉각에 사용함으로써 -157.5 ℃의 고(庫) 내 온도를 실현할 수 있다.

증발 파이프(47)를 나온 냉매는 제3 중간 열교환기(44), 제2 중간 열교환기 (42), 제1 중간 열교환기(32)에 잇달아 유입하고, 각 열교환기에서 증발한 냉매와 합류하여 흡입 배관(10S)으로부터 전동 압축기(10)로 귀환한다.

전동 압축기(10)로부터 냉매로 혼입하여 토출되는 오일은 대부분이 오일 분리기(18)에 의해 분리되어 압축기(10)로 복귀되고 있지만, 미스트 형상이 되어 냉매와 함께 오일 분리기(18)로부터 토출된 것은 오일과의 상용성이 높은 R600에 용해된 상태에서 압축기(10)로 복귀된다. 이에 의해, 압축기(10)의 윤활 불량이나 로크를 방지할 수 있다. 또한, R600은 액 상태 그대로 압축기(10)로 귀환하여 이 압축기(10) 내에서 증발되므로 압축기(10)의 토출 온도를 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 R404A 중에 4 중량 ％의 n-펜탄(비공비 냉매의 총 중량에 대해 0.5 내지 2 중량 ％의 범위)을 첨가해도 좋은 것으로 한다. 상기 n-펜탄은 R600과 마찬가지로 오일과의 상용성이 높기 때문에 미스트 형상이 되어 냉매와 함께 오일 분리기(18)로부터 토출된 오일을 압축기(10)로 복귀시킬 수 있다.

단, 장치에 따라서는 n-펜탄이 압축기에 액으로서 모이거나, 저온측 냉매 회로(3) 중에 유출되어 냉각 성능이 반대로 불안정하게 되는 경우가 있다. 그 경우에는 n-펜탄을 혼합하지 않는 것으로 한다. 이러한 경우라도 본 실시예의 혼합 냉매에는 오일 캐리어의 역할을 감당하는 R600이 혼합되어 있기 때문에 압축기(10)를 원활하게 운전할 수 있다.

또한, 이들 각 냉매의 조성은 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 실험 결과에 따르면, 청구항 3에 기재된 바와 같이 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해 R245fa와 R600을 합한 총 중량을 5 내지 24 중량 ％, R404A를 13 내지 28 중량 ％, R508A를 21 내지 37 중량 ％, R14와 R50을 합한 총 중량을 25 내지 43 중량 ％, R740을 4 내지 10 중량 ％의 범위에서 비공비 혼합 냉매를 조성하면 증발 파이프(47)에 있어서 -150 ℃ 전후의 초저온을 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서의 저온측 냉매 회로(3)에 봉입되는 냉매에 있어서, R508A 대신에 R23과 R116의 혼합 비율이 다른 R508B(R23/R116 : 46/54) 또는 R23을 봉입해도 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 프레온 규제 대상 냉매를 사용하지 않고, 각 냉매의 증발 온도의 차를 이용하여 복수의 열교환기에서 아직 기상 상태인 냉매를 차례로 응축시키고, 최종단의 증발기에 있어서 -150 ℃라는 초저온을 실현할 수 있게 된다. 이에 의해, 냉매 조성의 변경에 수반하는 종래부터의 냉동 회로를 변경하지 않고, 그 성능을 유지할 수 있는 동시에, 오존층의 파괴라는 환경 문제에 대처할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 냉매 조성에 의해 -150 ℃라는 초저온을 실현할 수 있기 때문에, 생체나 검체의 장기 보존을 보다 안정화시킬 수 있어 신뢰도의 향상을 도모할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면 비점이 높고(+8.9 ℃), 오일(알킬벤젠, 광물유)과의 상용성이 높은 종래의 R21(디클로로플루오로메탄)의 대체로서 비점이 높고 오일과의 상용성이 높은 R600(-0.5 ℃)을 포함하는 R245fa(비점 : +15.3 ℃)와 R600의 혼합 냉매를 봉입함으로써 냉매 회로에 토출된 오일을 그 속에 용해시킨 상태에서 압축기로 귀환시킬 수 있다. 이에 의해, 압축기의 순환 불량을 방지할 수 있는 동시 에, 액 상태 그대로 압축기로 귀환하는 R600 및 R245fa를 압축기 내에서 증발시킬 수 있어 압축기의 온도를 저하시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 단독으로 이용하면 가연성을 갖는 R600(n-부탄)을 청구항 2의 발명과 같이, R245fa와 R600을 합한 총 중량에 대해 R245fa를 70 중량 ％ 이상으로 함으로써 불연성으로 할 수 있고, 누설되었을 때에 연소하는 부적합을 회피할 수 있어 안전면에 있어서도 신뢰도의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 독립된 냉매 폐쇄 회로를 구성하는 고온측 냉매 회로와 저온측 냉매 회로로 이루어지고, 상기 고온측 냉매 회로의 증발기와 상기 저온측 냉매 회로의 응축기로 열교환기를 구성한 냉동 장치에 있어서,

상기 저온측 냉매 회로에,

R245fa, R600, R404A, R508A, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매, 또는

R245fa, R600, R404A, R23, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매, 또는

R245fa, R600, R404A, R508B, R14, R50, R740을 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항에 있어서, R245fa와 R600을 합한 총 중량에 대해 R245fa를 70 중량 ％ 이상으로 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해,

R245fa와 R600을 합한 총 중량을 5 내지 24 중량 ％,

R404A를 13 내지 28 중량 ％,

R508A 또는 R23 또는 R508B를 21 내지 37 중량 ％,

R14와 R50을 합한 총 중량을 25 내지 43 중량 ％,

R740을 4 내지 10 중량 ％로 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제2항에 있어서, n-펜탄을 0.5 내지 2 중량 ％ 가한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항에 있어서, 고온측 냉매 회로에 R407D 혹은 R404A와 n-펜탄으로 이루어지는 비공비 혼합 냉매를 봉입한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.