WO1993021280A1

WO1993021280A1 - Refrigerant composition and binary refrigerating system using the composition

Info

Publication number: WO1993021280A1
Application number: PCT/JP1993/000461
Authority: WO
Inventors: Kazuo Takemasa
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1993-10-28
Also published as: JPH05287263A; US5351499A; EP0593777A4; EP0593777A1; JP3244296B2; EP0593777B1; DE69306905D1; DE69306905T2; JPH11158461A

Description

明細書冷媒組成物及びこれをした二元冷凍装置技術分野

本発明は冷凍装置に用いられ、且つ、オゾン層を破壊する危険性の少ない冷媒組成物と、それを使用した二元冷凍装置に関する。背景技術

従来、冷凍機の冷媒として用いられているものには R12 (ジクロロジフルォロメタン）と R500 (R12と R152a (1, 1—ジフルォロェタン）との共沸混合物）が多い。 R12の沸点は約" "^CTCで、 R500の沸点は約一 33 °Cであり通常の冷凍装置に好適である。更に圧縮機への吸込温度が比較的高くても吐出温度が圧縮機のオイルスラッジを引き起こす程高くならない。更に又、 R 12は圧縮機のオイルと相溶性が良く、冷媒回路中のオイルを圧縮機まで引き戻す役割も果たす。

一方、一 80^eC以下というより低い温度帯を得るためには、 R503 (R23 と R13との共沸混合物）が使用される。 R503の沸点は一 88. 65。Cであり、低温を得るのに最適である。

然し上記各冷媒はオゾン層を破壊する恐れがあるとされ、その使用力規制されることとなってきた。即ち、 R500を組成する R12や、 R503を組成する R13は難分解性の所謂規制冷媒であり、大気中に放出されてオゾン層に到達するとォゾン層を破壊する危険があることが解明されてきた。

現在、世界中の研究者は上記規制冷媒の代替冷媒を研究、模索中である。本発明は斯かる点に鑑みなされたもので、オゾン層を破壊する危険が大きい規制冷媒を使用することなく、一 80でという低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でも R 5 0 3の代替冷媒として使用できる冷媒誠物を提供すると共に、実際に低温を達成できる二元冷凍装置を提供することを目的とする。発明の開示

本発明は、請求の範囲第 1項のごとく、トリフルォロメタンとへキサフノレオ口エタンとの共沸混合物で冷媒組成物を組成したものである。

また、請求の範囲第 2項のごとく、トリフルォロメタンとへキサフルォロエタンの共沸混合物と、 n—ベンタンとの混合物からなり、 n—ベンタンを、トリフルォロメタンとへキサフルォロエタンの総重量に対して 1 4%以下の割合で混合して冷媒組成物を組成したものである。

また、請求の範囲第 3項のごとく、トリフルォロメタンとへキサフノレオ口エタンの共沸混^)と、プロパンとの混合物らなり、プロバンを、トリフルォロメタンとへキサフルォ qエタンの総重量に対して 1 4%以下の割合で混合して冷媒物を組成したものである。

更に、請求の範囲第 4項のごとく、高温側冷媒回路と低温側冷媒回路を備え、前記低温側冷媒回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケ一ドコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、前記低温側冷媒回路に封入される冷媒を、トリフルォロメタンとへキサフルォロェタンの共沸混^!と、 n—ベンタン又はプロバンとの混合物とし、 n—ペンタン又はプロパンを、トリフルォロメタンとへキサフルォ口エタンの総重量に対して 1 4 %以下の割合で混合した冷媒 K物をOTした二元冷凍装置である。請求の範囲第 1項の構成により、トリフルォロメタン（R 2 3 ) は塩素を含まないハイド口フルォロカーボン（H F C) であり、へキサフルォロェタン（R 1 1 6 ) はフッ素と炭素のみからなるフルォロ—カーボン（F C) であって、いずれもオゾン層破壊問題における規制の対象となっておらず、又その沸点は、トリフルォロメタン（R23)がー 82. 5°C、へキサフルォロェタン（R116) が -78. 5°Cと低く、共沸点は一 88。C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。

尚、トリフルォロメタン（R23) は、比熱比が 1. 22と若干高めであるため、冷媒回路に封入した場合には、吐出温度が上昇する懸念があるが、比熱比が 1. 09とかなり低いへキサフルォロェタン（R116)を所定量混合しているため、吐出温度の上昇は抑制することができる。この結果、所望とする冷凍能力を実現できると共に、オイルスラッジゃオイルの劣化を抑制できる。

更に、トリフルォロメタン（R23) とへキサフルォロェタン（R116) の共沸混合物は、オイルとの相溶性が悪いが、この問題については冷媒回路中にォィルセバレータを設け、このセパレータにて完全にオイルを分離して圧縮機へ戻すようにすることにより解決でき、油上りによる圧縮機のロック等の心配はな、請求の範囲第 2項の構成により、特にオイノレセパレータにて完全にオイル芬離するまでもなく、圧縮機にオイルを戻す冷媒組成物とすることができる。即ち、 n—ペンタンは沸点が +36. 07。Cと高いが、圧縮機のオイルとの相溶性が良好であり、 n—ペンタンを所定量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力でき、圧縮機の油上がりによるロック等の弊害を防止することができる。ここで、 n—ベンタンは沸点かいため、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。このため、 n—ペンタンを、 14重量％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にオイルを圧縮機へ帰還させることができる。

請求の範囲第 3項の構成によっても、特にオイノレセノ、'レータにて完全にォィルを分離するまでもなく、圧縮機にオイルを戻す冷媒組成物とすること力できる。即ち、プロパンも圧縮機のオイルとの相溶性が良好であり、プロパンを所定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することができる。ここで、プロパンは沸点が一 4 2. 7 5°Cと低いため、蒸発' ^に与える影響はそれほど無いが、可燃性であるため爆発の危険が有り、取り扱いに難点がある。しかし、プロバンの混合割合を 1 4%以下とすることにより、プロパンを不皿にすることが出来、爆発等の心配は無くなる。このため、プロバンを 1 4重量％以下の割合で混合することにより、爆発等の危険を防止しつつオイルを圧縮機へ帰還させることができる。

請求の範囲第 4項の構成により、実際冷媒回路において、オイル戻りを良好とし、爆発等の危険を伴うことなく、蒸発器にてー& 3 ^eC の低温を «することが出来、規制冷媒を ^せずに血液保冷等の^用フリ一ザ一などに適用可能な冷凍装置として実用化できる。図面の簡単な説明、

第 1図は本発明の冷媒 «物を封入した二元冷凍装置の冷媒回路図である。発明を実施するための^の形態

本発明を詳細に説述するために、添付の図面に基づきこれを説明する。第図は本発明の冷媒繊物を封入して成る二元冷離置の冷媒回路図である。 S 1は高温側冷媒サイクルを、また、 S 2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 S 1を構成する圧縮機 1の吐出側配管 2は補助 «器 3に接続され、補助碰器 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 S 2を構成する圧縮機 6のオイルクーラー 7、繊器 8、乾燥器 9、キヤビラリ一チューブ 1 0を順次経て、カスケ一ドコンデンサ 1 1に接続され、受液器 1 2を経て吸込彻配管 1 3により圧縮機 1に接続されているひ 1 4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 S 2の圧縮機 6の吐出側配管 1 5は、オイルセパレー夕 1 6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 1 7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 2 1、キヤビラリ一チューブ 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を経て圧縮器 6の吸込彻配管 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、キヤビラリ一チューブ 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 S 1には、 R22 (クロロジフルォロメタン、 CHC 1 F ₂) が封入される。 R 22の沸点は大気圧で一 40. 75°Cで有り、この R22 が各凝縮器 3、 5及び 8にて凝縮し、キヤビラリ一チューブ 10にて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は一 40°C程となる。

低温側冷媒サイクル S 2には、 R23 (トリフルォロメタン、 CHF₈) と R 116 (へキサフルォロェタン、 C₂F₆) と n—ベンタン（C₆H₁₂) との共沸混合物が封入される。ここで、 R23と R 116の混合比は、 39： 61であると共に、 n—ペンタンは、 R23と Rl 16の総重量に対して 14%以下の割合で混合して組成される。この結果、共沸点が一 88。C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ォィルは、オイルセパレー夕 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に戻される。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、カスケ一ドコンデンサ 11にて高温側冷媒サイクル S 1内の冷媒の蒸発によって冷却されて凝縮する。その後、キヤビラリ一チューブ 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 88 Cに達する。

この様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 S 2に封入される冷媒糸減物であるトリフルォロメタン（R23) は塩素を含まないハイドロフゾレオ口カーボン（HFC)であり、へキサフルォロェタン（R116) はフッ素と炭素のみからなるフルォロカーボン（FC)であって、いずれもオゾン層破壊問題における規制の対象となっておらず、又その沸点は、トリフルォロメタン (R23)がー 82. 5。C、へキサフルォロェタン（R116)がー 78. 5°C と低く、共沸点は一 88°C體となることから、 R5ひ 3の！^冷媒として十分に冷凍能力を発揮できる。

尚、トリフルォロメタン（R 23) は、比熱比が 1. 22と若干高めであるため、冷媒回路に封入した場合には、吐出温度が上昇する懸念があるが、比熱比が 1. 09とかなり低いへキサフルォロェタン（R 116)を 61重量％混合しているため、吐出の上昇は抑制することができる。この結果、所望とずる冷凍能力を実現できると共に、オイルスラッジゃオイルの劣化を抑制できる。

ここで、比熱比の値 K (Cp/Cv) は以下の（1)式で示すごとく、断^ 縮に於ける圧縮機の吐出ガス' ¾Jgに大きな影響を及ぼすものであって糸滅物の分子量が大きいほど小さい値を示す。

(1)

(但し、 T 吸込ガス（· Κ)

Τ 吐出ガス ' C K)

P₂：吐出圧力 (KgXcm²abs)

K : Jt^J (CpXCv)

CP：定圧比熱

Cv :趨比熱更に、トリフルォロメタン（R 2 3 ) とへキサフルォロェタン（R l 1 6 ) の共沸混合物はオイルとの相溶性が悪いが、 n—ペンタンを 1 4重量％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 + 3 6. 0 7 C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 1 4重量％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することができる。この結果、オイルセパレー夕 1 6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—ペンタンは沸点かいため、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 一ペンタンを、 1 4重量％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—ペンタンを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。

この様に、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、蒸発器にて一 8 8。C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用フリ一ザ一などの冷凍装置として実用化することができる。

また、 n—ペンタンは工場生産ではないので、フリーザー等で使用する場合には容易に入手でき、麵的である。

また、トリフノレオロメタン（R 2 3) と、へキサフノレォロェタン（R 1 1 6 ) と、プロバンとは、いずれもガス状態であるため、封入の作業性やサービス性を向上できる。

尚、本実施例ではトリフルォロメタン（R 2 3 ) とへキサフルォロェタン（R 1 1 6 ) 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ブ口パン（R 2 9 0、 C ₃H₈) を同様の割合で混合しても同様の効果が得られる。即ち、プロバンも圧縮機オイルとの相溶性が良好であり、プロパンを 1 4重量％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の油上がりによりロック等の弊害を防止できる。ここで、ブロバンは沸点が一 2. 75 ^eCと低ぃため、蒸発 ¾¾Sに与える影響はそれほど無いが、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重量％以下とすることにより、プロバンを不腿に維持することができ、爆発等の心配は無くなる。産の利用可離

J¾±の様に本発明によれば、トリフルォロメタン（R23)は塩素を含まないハイドロフルォロカーボン（HFC)であり、へキサフルォロェタン（R116) はフッ素と炭素のみからなるフルォロカーボン（FC)であって、いずれもォゾン層破壊問題における規制の対象となっておらず、又その沸点、は、トリフルォロメタン（R23)がー & 2. 5で、へキサフルォロェタン（R116)がー 78. 5^eCと低く、共沸点は一 88^eC¾¾となることから、 R503の^冷媒として十分に冷凍能力を発揮できる。

尚、トリフルォロメタン（R 23)は、比熱比が 1. 22と若干高めであるため、冷媒回路に封入した場合には、吐出が上昇する懸念があるが、比熱比が 1. 09とかなり低いへキサフルォロェタン（Rl 16)を所定量混合しているため、吐出の上昇は抑制することができる。この結果、冷凍装置に封入した場合には、所望とする冷凍能力を実現できると共に、オイルスラッジやオイルの劣化を抑制できる。

Claims

請求の範囲

1. トリフノレオロメタンとへキサフルォロェタンとの共沸混^からなる冷媒組成物。

2. トリフルォロメタンとへキサフルォロェタンの共沸混合物と、 n—ペンタンとの混合物からなり、 n—ペンタンを、トリフノレオロメタンとへキサフルォ口エタンの総重量に対して 1 4 %以下の割合で混合してなる冷媒滅物。

3. トリフルォロメタンとへキサフルォロェタンの共沸混合物と、プロパンとの混合物からなり、プロパンを、トリフルォロメタンとへキサフノレォロェタンの総重量に対して 1 4 %以下の割合で混合してなる冷媒組成物。

4. 高温側冷媒回路と低温側冷媒回路を備え、前記低温側冷媒回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケ一ドコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、前記低温側冷媒回路に封入される冷媒を、トリフルォロメタンとへキサフルォロエタンの共沸混合物と、 n—ペンタン又はプロパンとの混合物とし、 n—ペンタン又はプロパンを、トリフルォロメタンとへキサフルォロエタンの総重量に対して 1 4 %以下の割合で混合してなる冷¾組成物を使用した二元冷凍装