冷冻循环装置

文档序号:131733 发布日期:2021-10-22 浏览:46次 >En<

阅读说明:本技术 冷冻循环装置 (Refrigeration cycle device ) 是由 太田亮 赤田广幸 内藤宏治 多田修平 吉田康孝 于 2021-02-03 设计创作,主要内容包括:本发明提供使用含有三氟碘甲烷的GWP较低的不可燃性的混合制冷剂并持续地抑制GWP伴随制冷剂的劣化而变高的环境适应性、可靠性较高的冷冻循环装置。冷冻循环装置具备:压缩制冷剂的压缩机;使由压缩机压缩后的制冷剂冷凝的冷凝器;对由冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压的减压器;使由减压器减压后的制冷剂蒸发的蒸发器;将液滴从包含由蒸发器蒸发出的液滴的制冷剂中分离并暂时积蓄的储能器;以及将制冷剂中的水分除去的干燥器,制冷剂是含有三氟碘甲烷的混合制冷剂,25℃时的蒸汽压为1.1MPa以上且1.8MPa以下,压缩机是密闭型电动压缩机,在密闭容器内具备压缩机构部和驱动压缩机构部的马达,且填充有润滑滑动部的冷冻机油,在储能器内具备吸附三氟甲烷的吸附剂。(The invention provides a refrigeration cycle device which uses an incombustible mixed refrigerant containing trifluoroiodomethane and having a low GWP, continuously suppresses the environment adaptability of the refrigerant which is increased along with the deterioration of the GWP, and has high reliability. The refrigeration cycle device is provided with: a compressor for compressing a refrigerant; a condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor; a decompressor for decompressing the refrigerant condensed by the condenser; an evaporator for evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor; an accumulator for separating and temporarily accumulating the liquid droplets from the refrigerant containing the liquid droplets evaporated by the evaporator; and a dryer for removing moisture in the refrigerant, wherein the refrigerant is a mixed refrigerant containing trifluoroiodomethane, and has a vapor pressure at 25 ℃ of 1.1MPa or more and 1.8MPa or less, the compressor is a hermetic electric compressor, and the compressor is provided with a compression mechanism part and a motor for driving the compression mechanism part in a sealed container, and is filled with a refrigerating machine oil for lubricating a sliding part, and the accumulator is provided with an adsorbent for adsorbing trifluoromethane.)

冷冻循环装置

技术领域

本发明涉及一种使用全球变暖潜能值(Global Warming Potential:GWP)较小的制冷剂的冷冻循环装置。

背景技术

现今,为了防止全球变暖,国际上采取了针对气候变化的各种对策。在2015年召开的第21次气候变化框架条约缔约国会议(COP21)中,采用了巴黎协定,决定了今后应达成的长期目标。巴黎协定的目的在于,追求努力与工业革命以前相比将世界的平均气温的上升保持在充分比2℃低的水平,并且抑制为1.5℃。

在日本,用于防止全球变暖的法制整备以与氟化合物关联的领域为中心推进。关于在冷冻空调设备中使用的氟系制冷剂的使用、管理,在“与氟利昂类使用的合理化以及管理的优化相关的法律(氟利昂排出抑制法)”中规定了限制对象设备和限制对象物质。

作为限制对象物质,可以举出在“与通过限制特定物质等进行的臭氧层的保护相关的法律”中预定的臭氧层破坏物质(主要是氯或溴结合的氟化合物)、以及在“与全球变暖对策的推进相关的法律”中揭示的温室效应气体物质(主要是由氢、氟及碳构成的高GWP的物质)。

目前,对于作为表示环境影响度的指标的GWP而言,通过氟利昂排出抑制法的修正,用每个指定产品的加权平均来设定目标值。关于家庭用空调器,目标是到2018年为止为750,关于店铺、办公室用空调器,目标是到2020年为止为750,关于冷凝单元及固定式冷冻冷藏单元(以下,简称为冷冻机等。),目标是到2025年为止为1500。

现今,作为冷冻空调装置的制冷剂,使用了R410A[HFC(Hydrofluorocarbon:氢氟碳化物)32/HFC125(50/50重量%)]、R404A[HFC125/HFC143a/HFC134a(44/52/4重量%)]。但是,R410A的GWP=1924,R404A的GWP=3943,较高,从而近年来,推进向GWP更低的替代制冷剂的置换。制冷剂的GWP与燃烧性处于相反的关系,处于若使制冷剂的GWP变低则燃烧性变高的倾向。

作为替代制冷剂,从热物理性质、低GWP、低毒性、低燃烧性等理由出发,已知有二氟甲烷(HFC32)(GWP=677)、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO(Hydrofluorolefin)1234yf)(GWP=0)、1,3,3,3-四氟丙烯(HFO1234ze)(GWP=1)、三氟乙烯(HFO1123)(GWP<1)、3,3,3-三氟丙烯(HFO1243zf)(GWP=0)。

并且,已知有HFO和HFC32、HFC125、HFC134a等的混合制冷剂、或者丙烷、丙烯等碳氢、或者一氟乙烷(HFC161)、二氟乙烷(HFC152a)等低GWP的氢氟碳化物。再者,还已知有利用碘、溴、氯等进行卤化来使之不可燃的低沸点化合物。

关于家庭用空调器,还有其它法令的修改,大部分切换成微燃性的HFC32。在高压气体安全法的冷冻安全规则的修改(2016年11月)中,将HFC32、HFO1234yf、HFO1234ze分类为“惰性气体”。但是,由于上述制冷剂具有微燃性,所以也命名为“特定惰性气体”。关于5冷吨以上的装置,需要用于使泄漏出的制冷剂不滞留的换气装置、设备构造,并且需要在泄漏出的制冷剂容易滞留的场所设置检测警报设备。

从这样的背景出发,在更加要求冷冻能力的高楼用多联式空调器(多室型空调机)、冷冻机中,并非推进向低GWP制冷剂的置换,目前也使用R410A。高楼用多联式空调器、冷冻机因制冷剂封入量较多,制冷剂泄漏时的风险较高,所以有难以使用GWP较低的微燃性制冷剂的现状。

另一方面,作为冷冻机用的制冷剂,从与氟利昂排出抑制法的关系出发,GWP为1500以下并含有HFO1234yf、HFO1234ze的不可燃性的混合制冷剂受到关注。例如,正推进使用R448A(HFC32/HFC125/HFC134a/HFO1234ze/HFO1234yf)、R449A(HFC32/HFC125/HFC134a/HFO1234yf)的冷冻机的开发。但是,对于R448A、R449A而言,若不将GWP控制在1100~1400左右,则无法使之不可燃,从而当推进低GWP化时,需要抑制燃烧性。

现今,作为用于防止全球变暖的国际对策,强化了蒙特利尔议定书的限制。当初的限制对象物质是在日本的“与通过限制特定物质等进行的臭氧层的保护相关的法律”中预定的特定物质。但是,于2016年10月在卢旺达的基加利召开的第28次蒙特利尔议定书缔约国会议(MOP28)中,对于在日本的“与全球变暖的推进相关的法律”中揭示的替代氟利昂等,也扩大了限制。

在基加利修改中,意见一致为,将限制物质的生产量及消耗量设为以2011年至2013年为基准而在2019年为-10%、在2024年为-40%、在2029年为-70%、在2034年为-80%、在2036年为-85%。与此相对,到2024年为止,预测能够通过现行的氟利昂排出抑制法来达成目标值。但是,在2029年以后,估计难以达到目标值。

在这样的状况下,含有三氟碘甲烷(CF3I)、低GWP且不可燃性的混合制冷剂受到关注。根据含有三氟碘甲烷的混合制冷剂,能够抑制制冷剂的燃烧性,并且能够得到与目前的高楼用多联式空调器等所使用的R410A接近的冷冻能力,从而期待即使没有大幅度的设计变更也能够实现环境适应性较高的冷冻空调装置。

专利文献1中记载了用于对薄膜制造工艺中的蚀刻剂、作为清洗剂使用的一氟甲烷进行精制的技术。在该技术中,通过化学吸收来从一氟甲烷分离出三氟甲烷(CHF3)。化学吸收使用含有酰胺及碱的处理液。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2012-121855号公报

发明内容

发明所要解决的问题

若在二氟甲烷(HFC32)等制冷剂中混合三氟碘甲烷(CF3I),则能够将GWP保持得较低,并且抑制燃烧性。因此,能够得到低GWP且燃烧性较低的制冷剂。但是,三氟碘甲烷在水分、氧气、热等的存在下发生化学反应而分解,生成作为氢氟碳化合物的一种的三氟甲烷(CHF3)、氟化氢、碘化氢等。

冷冻空调装置等冷冻循环装置在供制冷剂流通的冷冻循环内,以铜管、黄铜制等的扩口螺母、银焊料等所形成的接合部为代表,具备各种金属材料。上述金属材料有可能催化三氟碘甲烷的分解、伴随分解产生的下游侧的反应。并且,在循环在冷冻循环内的制冷剂中共存有冷冻机油,该冷冻机油是在压缩机中施加滑动热等并结合有氢原子的有机分子。因此,若继续冷冻循环装置的运转,则有制冷剂的劣化、劣化反应生成物的浓度上升在催化剂、热的存在下进展的担忧。

在伴随三氟碘甲烷的分解而生成的劣化反应产物中,三氟甲烷的GWP=12400,是温室效应较高的物质。若三氟甲烷的浓度上升,则有制冷剂的GWP变大的问题。并且,也有可能对冷冻能力等造成不良影响。因此,期望抑制冷冻循环内的三氟甲烷的浓度上升的技术。

专利文献1所记载的技术是使三氟甲烷(CHF3)被含有酰胺及碱的处理液化学吸收的技术。若在冷冻循环内使用这样的技术,则三氟碘甲烷本身也劣化。若在酰胺的存在下,对含有三氟碘甲烷的混合制冷剂施加压缩机的滑动热等,则有三氟甲烷的浓度反而上升的可能性。并且,不仅制冷剂劣化,冷冻机油也劣化,从而冷冻循环装置的可靠性大幅度降低。

因此,本发明的目的在于提供一种环境适应性、可靠性较高的冷冻循环装置,该冷冻循环装置使用含有三氟碘甲烷的GWP较低的不可燃性的混合制冷剂,能够持续地抑制GWP伴随制冷剂的劣化而变高。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题,本发明的制冷空调循环装置具备:压缩机,其压缩制冷剂;冷凝器,其使由上述压缩机压缩后的制冷剂冷凝;减压器,其对由上述冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压;蒸发器,其使由上述减压器减压后的制冷剂蒸发;储能器,其将液滴从包含由上述蒸发器蒸发出的液滴的制冷剂中分离并暂时积蓄;以及干燥器,其将制冷剂中的水分除去,上述冷冻循环装置的特征在于,上述制冷剂是含有三氟碘甲烷的混合制冷剂,25℃时的蒸汽压为1.1MPa以上且1.8MPa以下,上述压缩机是密闭型电动压缩机,在密闭容器内具备压缩机构部和驱动上述压缩机构部的马达,而且填充有润滑滑动部的冷冻机油,在上述储能器内具备吸附三氟甲烷的吸附剂。

发明的效果如下。

根据本发明,能够提供一种环境适应性、可靠性较高的冷冻循环装置,该冷冻循环装置使用含有三氟碘甲烷的GWP较低的不可燃性的混合制冷剂,能够持续地抑制GWP伴随制冷剂的劣化而变高。

附图说明

图1是示出作为冷冻循环装置的高楼用多联式空调器的一例的冷冻循环结构图。

图2是示出密闭型电动压缩机的一例的纵剖视图。

图3是示出储能器的一例的纵剖视图。

图4是示出储罐的一例的纵剖视图。

图中:

1—室外机,2—室内机,3—压缩机,4—四通阀,5—室外换热器(冷凝器/蒸发器),6—储罐,7—烘干器(干燥器),8—室外膨胀阀(减压器),9—储能器,10—室外送风机,11—室内换热器(蒸发器/冷凝器),12—室内膨胀阀(减压器),13—室内送风机,20—固定涡旋部件,20a—固定卷板,21—回旋涡旋部件,21a—回旋卷板,22—框架,23—曲轴,24—马达,25—密闭容器,26—压缩室,27—喷出口,28—喷出管,29—油孔,30—主轴承,31—副轴承,32—积油部,40—容器,41—流入管,41a—流入口,42—流出管,43—混合液,44—回油孔,45—分隔部件,46—吸附剂,50—容器,51—流入管,52—流出管,53—混合液,54—分隔部件,55—吸附剂。

具体实施方式

以下,参照附图,对本发明的一个实施方式的冷冻循环装置进行详细说明。此外,以下的各图中,对共同的结构标注同一符号并省略重复的说明。

<冷冻循环装置>

本实施方式的冷冻循环装置是具备利用制冷剂所形成的热力学的冷冻循环对冷却对象进行冷却的能力的装置。在冷冻循环装置具备进行冷却的能力的情况下,也可以具备进行与冷冻循环相反的热循环的能力。该冷冻循环装置例如能够应用于空调机、冷冻机等各种冷冻空调装置。

本实施方式的冷冻循环装置具备:压缩机,其压缩制冷剂;冷凝器,其使由压缩机压缩后的制冷剂冷凝;减压器,其对由冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压;以及蒸发器,其使由减压器减压后的制冷剂蒸发。作为压缩机,使用密闭型电动压缩机,该密闭型电动压缩机在密闭容器内具备压缩机构部和驱动压缩机构部的马达,并且填充有润滑滑动部的冷冻机油。

并且,本实施方式的冷冻循环装置除了具备上述的压缩机、冷凝器、减压器以及蒸发器之外,还具备储能器和干燥器,该储能器将液滴从含有由蒸发器蒸发出的液滴的制冷剂中分离并暂时积蓄,该干燥器将制冷剂中的水分除去。该冷冻循环装置除了具备储能器、干燥器之外,还能够具备调整剩余制冷剂的储罐。

在本实施方式的冷冻循环装置中,作为制冷剂,使用含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂。储能器、储罐在制冷剂流通的冷冻循环内是制冷剂的流速较慢的部位,相当于通过三氟碘甲烷的分解而生成的三氟甲烷(CHF3)容易滞留的部位。

在本实施方式的冷冻循环装置中,在这样的部位设置吸附三氟甲烷的吸附剂。通过设置吸附三氟甲烷的吸附剂,抑制冷冻循环内的三氟甲烷的浓度的上升,持续地抑制GWP伴随制冷剂的劣化而变高,从而确保冷冻循环装置的环境适应性、可靠性。

此处,示出具体例来说明本实施方式的冷冻循环装置、冷冻循环装置所使用的压缩机。

图1是示出作为冷冻循环装置的高楼用多联式空调器的一例的冷冻循环结构图。

本实施方式的冷冻循环装置能够作为图1所示的高楼用多联式空调器(多室型空调机)等空调机来应用。

如图1所示,高楼用多联式空调器100具备室外机1和室内机2a、2b。此外,图1中,高楼用多联式空调器100具备两台室内机2a、2b。然而,高楼用多联式空调器100能够具备三台以上的任意数量的室内机(2a、2b、…)。

室外机1具备压缩机3、四通阀4、室外换热器(冷凝器/蒸发器)5、储罐6、烘干器(干燥器)7、室外膨胀阀(减压器)8、储能器9以及室外送风机10。

四通阀4、储能器9以及压缩机3经由制冷剂配管呈闭环状地连接。并且,室内机2a、2b经由制冷剂配管而与四通阀4的另一连接部连接。室外换热器5、储罐6、烘干器7、室外膨胀阀8、室内机2a、2b依次经由制冷剂配管而与四通阀4的剩余的连接部连接。

上述设备、连接设备彼此的制冷剂配管在室外机1与室内机2a、2b之间形成有作为使制冷剂循环的循环路的冷冻循环。在冷冻循环内封入下述的预定的制冷剂。并且,为了润滑、制冷剂的密封、冷却等目的,在压缩机3中封入下述的预定的冷冻机油。

压缩机3是密闭型电动压缩机,在密闭容器内,内置有压缩机构部和驱动压缩机构部的马达。四通阀4能够根据热力学循环来切换从压缩机3喷出的制冷剂在冷冻循环内的循环方向。室外换热器5进行制冷剂与外部空气的换热,在制冷运转时作为冷凝器起作用,并在制热运转时作为蒸发器起作用。

储罐6是用于调整剩余制冷剂的容器。在储罐6中暂时积蓄从液体制冷剂中分离出的气体制冷剂。实质上从储罐6向室外膨胀阀8仅输送液体制冷剂。此外,在图1所示的冷冻循环中设置有储罐6,但也可以不设置储罐6。根据冷冻循环装置的机种,也有不设置储罐6的规格。

烘干器7是用于将制冷剂中的水分除去的设备。图1所示的烘干器7设为串联型的过滤器。为了将成为制冷剂、冷冻机油的劣化的主要原因的水分除去,在烘干器7的内部填充干燥剂。

作为干燥剂,可以使用具有吸附水的细孔直径的合成沸石、例如分子筛等沸石、硅胶、活性氧化铝等。作为干燥剂,优选细孔的大小为水的有效直径以下且比制冷剂成分、冷冻机油、添加剂、三氟甲烷等的有效直径大的干燥剂。即,优选为选择性地吸附水而难以吸附比水大的制冷剂成分、冷冻机油、添加剂、三氟甲烷等的干燥剂。

此外,图1中,烘干器7设置于冷冻循环内的旁路。旁路相对于主流配管呈并列状地设于储罐6与室外膨胀阀8之间。通过设于这样的区间,来防止高温的制冷剂与干燥剂接触。并且,通过设置于旁路,来抑制由烘干器7引起的压力损失、由高流速的制冷剂引起的干燥剂的磨损、粉碎。但是,烘干器7也可以设置于储罐6与室外膨胀阀8之间的主流配管等。若将烘干器7设置于主流配管,则能够削减构成冷冻循环的构件的数量。

室外膨胀阀8例如由电子膨胀阀、温度式膨胀阀等构成,在制冷运转时作为减压器起作用。储能器9是进行气体制冷剂与液体制冷剂的气液分离的装置,将液滴从包含液滴的制冷剂中分离并暂时积蓄。为了向室外换热器5输送外部空气而具备室外送风机10,促进制冷剂与外部空气的换热。

室内机2a、2b分别具备室内换热器(蒸发器/冷凝器)11a、11b、室内膨胀阀(减压器)12a、12b以及室内送风机13a、13b。在高楼用多联式空调器100具备两台以上的室内机(2a、2b、……)的情况下,各室内机设为相同的结构,能够以形成并列状的冷冻循环的方式通过制冷剂配管连接。

室内换热器11a、11b进行制冷剂与室内的空气的换热,在制冷运转时作为蒸发器起作用,在制热运转时作为冷凝器起作用。室内膨胀阀12a、12b例如由电子膨胀阀、温度式膨胀阀等构成,在制热运转时作为减压器起作用。为了向室内换热器11a、11b输送室内的空气而具备室内送风机13a、13b,促进制冷剂与室内的空气的换热。

高楼用多联式空调器100的制冷按照以下的原理进行。由压缩机3绝热压缩后的高温高压的气体制冷剂通过四通阀4向室外换热器5输送。然后,在作为冷凝器起作用的室外换热器5中,气体制冷剂通过与外部空气进行换热而冷却,成为高压的液体制冷剂。高压的液体制冷剂进入储罐6,分离未完全冷凝的气体制冷剂。液体制冷剂所含有的水分由烘干器7除去。分离出气体制冷剂的高压的液体制冷剂由室外膨胀阀8减压而膨胀,成为气液二相制冷剂(稍微含有气体制冷剂的低温低压的液体制冷剂)。

由室外膨胀阀8减压后的气液二相制冷剂向各个室内换热器11a、11b输送。然后,在作为蒸发器起作用的室内换热器11a、11b中,通过与室内的空气进行换热而蒸发并吸收热量,成为低温低压的气体制冷剂。低温低压的气体制冷剂通过四通阀4进入储能器9,分离未完全蒸发的低温低压的液体制冷剂。分离出液体制冷剂的低温低压的气体制冷剂返回到压缩机3。之后,重复相同的循环来继续制冷。

高楼用多联式空调器100的制热以与制冷时相反的循环进行。由压缩机3绝热压缩后的高温高压的气体制冷剂通过四通阀4的切换向各个室内换热器11a、11b输送。然后,在作为冷凝器起作用的室内换热器11a、11b中,对室内的空气赋予热,之后在作为蒸发器起作用的室外换热器5中,从外部空气吸收热。反复进行这样的相同的循环来继续制热。

图2是示出密闭型电动压缩机的一例的纵剖视图。

本实施方式的冷冻循环装置例如能够具备图2所示的涡旋式的密闭型电动压缩机作为压缩制冷剂的压缩机。密闭型电动压缩机能够作为图1所示的高楼用多联式空调器100的压缩机3来利用。

如图2所示,密闭型电动压缩机3具备:固定涡旋部件20,其具有垂直地设于端板的漩涡状的固定卷板20a;回旋涡旋部件21,其具有与固定卷板20a实质上呈同一形状的漩涡状的回旋卷板21a;框架22;曲轴23,其使回旋涡旋部件21进行回旋运动;马达24,其驱动曲轴23;以及密闭容器25,其内置上述部件。

固定涡旋部件20利用螺栓而固定于框架22。限制回旋涡旋部件21的自转的十字环以能够滑动的状态与回旋涡旋部件21卡合。回旋涡旋部件21支撑于回旋轴承。使回旋涡旋部件21偏心驱动的偏心销嵌入到回旋轴承。

固定涡旋部件20与回旋涡旋部件21以使固定卷板20a与回旋卷板21a相互啮合的方式对置配置,从而形成进行制冷剂的压缩的压缩机构部。在固定卷板20a与回转卷板21a之间形成有压缩室26。

曲轴23的主轴部以能够转动的状态支撑于作为滚动轴承的主轴承30。并且,副轴部以能够转动的状态支撑于作为滚动轴承的副轴承31。在曲轴23的中间部安装有平衡重。

曲轴23由马达24以恒定的转速或与逆变器控制所形成的电压对应的转速驱动而旋转。若曲轴23通过马达24的工作而旋转,则回旋涡旋部件21相对于固定涡旋部件20偏心地进行回旋运动。

在密闭型电动压缩机3中,在密闭容器25的上部具备从作为制冷剂的循环路的冷冻循环吸入制冷剂的吸入管。吸入管与设于固定涡旋部件20的外侧的针对压缩室26的吸入口连通。若回旋涡旋部件21进行回旋运动,则位于最外侧的压缩室26一边逐渐缩小容积,一边朝向压缩机构部的中央移动。伴随该动作,通过吸入口向压缩室26导入的制冷剂被连续地压缩。

若压缩室26移动至压缩机构部的中央,则与贯通地设于固定涡旋部件20的喷出口27连通。在密闭容器25内,隔着固定涡旋部件20而具有上方空间和下方空间。在压缩室26内压缩后的气体制冷剂从喷出口27向密闭容器25内的上方空间释放。释放到上方空间的气体制冷剂通过贯通固定涡旋部件20的多个喷出气体通路向下方空间移动。然后,从将设于下方空间的密闭容器25贯通的喷出管28向作为制冷剂的循环路的冷冻循环喷出。

在密闭容器25内,在马达24的下方设有积存冷冻机油的积油部32。在压缩机构部的工作中利用压力差来抽吸积油部32的冷冻机油。然后,通过设于曲轴23的油孔29,向回旋涡旋部件21与曲轴23的滑动部、支撑曲轴23的主轴部的主轴承30的滚动轴承、支撑曲轴23的副轴部的副轴承31的滚动轴承等供给。

此外,图2中,密闭型电动压缩机3为涡旋压缩机,但作为构成冷冻循环装置的压缩机,除了涡旋压缩机以外,例如也能够使用螺杆压缩机、旋转式压缩机、双旋转式压缩机、两级压缩旋转式压缩机、辊与叶片一体化而成的摆动式压缩机等。

图3是示出储能器的一例的纵剖视图。

如图3所示,储能器9能够具备:容器40,其构成主体;流入管41,其使制冷剂向容器40内流入;流出管42,其使气体制冷剂从容器40内流出;以及分隔部件45,其以位于比混合液43的液面更靠上方的方式支撑于容器40内的上部。

储能器9是用于从流入到容器40的气体制冷剂中分离液滴并将液滴暂时积蓄在容器40内的设备。图3中,容器40设为有底的筒状。容器40的上部由盖部件封闭。在容器40的盖部件,以贯通容器40的内外的方式安装有流入管41和流出管42。

图3中,流入管41设为L字管。流入管41的一端经由配管而与四通阀4的出口侧连接。流入管41从容器40的上方向容器40内贯通盖部件地延伸,并在容器40内的上部向侧方弯曲。流入管41的另一端在容器40内的上部朝向侧方开口。在流入管41的另一端,形成有使制冷剂向容器40内流入的流入口41a作为开口部。

图3中,流出管42设为左右的长度不同的U字管。流出管42的一端在容器40内的上部朝向上方开口。流出管42从容器40内的上部向容器40内的下部延伸,并在容器40内的下部折弯,从容器40内的下部朝向容器40的上方贯通盖部件地延伸。流出管42的另一端经由配管而与压缩机3的吸入侧连接。

在冷冻循环的运转中,混合液43暂时贮存在容器40内。混合液43是液体状的液体制冷剂与冷冻机油混合而成的液体,来自于从气体制冷剂中分离出的液滴。流出管42的中间部位于容器40内的下部。在流出管42的中间部并在浸渍于混合液43的位置设有回油孔44。

在冷冻循环的运转中,在室内换热器11a、11b内产生的气体制冷剂通过流入管41向容器40内流入。该气体制冷剂含有在室内换热器11a、11b内未完全蒸发的液体制冷剂的液滴、冷冻机油的液滴。若这样的气体制冷剂向容器40内流入,则液体制冷剂、冷冻机油因比重差而从气体制冷剂中分离。通过分离液体制冷剂,来防止因压缩机3中的压缩不良、润滑不足而导致的烧结。

若从气体制冷剂中分离出的液体制冷剂、冷冻机油向容器40内流入,则向容器40的底部流下,暂时贮存在容器40内。另一方面,气体制冷剂从容器40内的气相部进入流出管42。从流出管42的另一端向压缩机3吸入气体制冷剂。在向压缩机3吸入气体制冷剂的期间,也通过回油孔44抽吸贮存在容器40内的混合液43的一部分。通过回油孔44吸入冷冻机油,由此进行压缩机3的润滑。

此外,图3中,示出了在流出管42设有回油孔44的例子。然而,在流出管42,除回油孔44以外,还可以设置用于调整制冷剂的干燥度的其它回油孔、用于防止压缩机3起动时的溢流等的均压孔。追加的回油孔例如能够设于比回油孔44更靠上方的液相部所处的高度的直管部等。均压孔能够设于流出管42的上部的气相部所处的高度的直管部等。

如图3所示,吸附三氟甲烷(CHF3)的吸附剂46能够配置在储能器9的容器40内。吸附剂46优选配置于储能器9的气相部,更优选配置为比流入口41a更靠上方。三氟甲烷在制冷剂的工作温度下为气体。并且,储能器9的上部的温度相对较低,制冷剂成分、冷冻机油较少。因此,若设为这样的配置,则能够有效地吸附从液体制冷剂中分离并扩散到气相部的三氟甲烷。

图3中,吸附剂46设置在分隔部件45上。分隔部件45以使气体能够通过的方式设置成网状,并且以将容器40内的上部上下分隔的方式大致呈水平状地安装。但是,分隔部件45在确保通气性、作为部件的强度的情况下,也可以设置成具有一个以上的贯通孔的有孔状、具有多个贯通孔的多孔状等。作为多孔状的分隔部件45,可以举出金属板网、金属丝网、冲孔金属等。

为了设置吸附剂46,能够在容器40内安装这样的分隔部件45。分隔部件45可以固定于容器40,也可以装卸自如地安装于容器40。分隔部件45的形状没有特别限制。分隔部件45可以设为将容器40的整个横截面上下分隔的形状,也可以设为将横截面的一部分上下分隔的形状。

作为将分隔部件45的全部横截面上下分隔的形状,可以举出多孔状等兼具过滤器的功能的形状等。并且,作为将横截面的一部分上下分隔的形状,例如可以举出支撑于壁面的搁板状、笼状等。在这样的形状的情况下,分隔部件45也可以由无孔状的板等形成而并非有孔状或多孔状。

图4是示出储罐的一例的纵剖视图。

如图4所示,储罐6能够具备:容器50,其构成主体;流入管51,其使制冷剂向容器50内流入;流出管52,其使气体制冷剂从容器50内流出;以及分隔部件54,其以位于比混合液53的液面更靠上方的方式支撑于容器50内的上部。

储罐6是用于调整剩余制冷剂的设备,将流入到容器50的液体制冷剂暂时积蓄在容器50内,并限制地将分离出气体制冷剂的液体制冷剂供给到室外膨胀阀8。图4中,容器50设为有底的筒状。容器50的上部由盖部件封闭。在容器50的盖部件,以贯通容器50的内外的方式安装有流入管51和流出管52。

图4中,流入管51设为L字管,以开口朝下的方式呈倒立L字状地安装于容器50的上部。流入管51的一端经由配管而与室外换热器5的出口侧连接。流入管51从容器50的上方向容器50内的下部贯通盖部件地延伸。流入管51的另一端在容器50内的下部朝向下方开口。

图4中,流出管52与流入管51相同地设为L字管,并与流入管51对称地以开口朝下的方式呈倒立L字状地安装于容器50的上部。流出管52的一端在容器40内的下部朝向下方开口。流出管52从容器50内的下部朝向容器50的上方贯通盖部件地延伸。流出管52的另一端经由配管而与室外膨胀阀8的吸入侧连接。

在冷冻循环的运转中,液体制冷剂53暂时贮存在容器50内。通过将液体制冷剂53的一部分作为剩余制冷剂而贮存,来调整朝向室外膨胀阀8供给的制冷剂的量。从在容器50内分离未完全冷凝的气体制冷剂后,朝向室外膨胀阀8供给液体制冷剂53。

如图4所示,吸附三氟甲烷(CHF3)的吸附剂55能够配置在储罐6的容器50内。吸附剂55优选配置于储罐6的气相部,优选配置为比贮存在储罐6内的剩余制冷剂的最高液位更靠上方。三氟甲烷在制冷剂的工作温度下为气体。并且,储罐6的上部的温度相对较低,制冷剂成分、冷冻机油较少。因此,若设为这样的配置,则能够有效地吸附从液体制冷剂中分离并扩散到气相部的三氟甲烷。

图4中,吸附剂55设置在分隔部件54上。分隔部件54以使气体能够通过的方式设置成网状,并且以将容器50内的上部上下分隔的方式大致呈水平状地安装。但是,与分隔部件45相同,分隔部件54在确保透气性、作为部件的强度的情况下,也可以设置成具有一个以上的贯通孔的有孔状、具有多个贯通孔的多孔状等。

为了设置吸附剂55,这样的分隔部件54能够安装在容器50内。分隔部件54可以固定于容器50,也可以装卸自如地安装于容器50。分隔部件54的形状没有特别限制。与分隔部件45相同,分隔部件54可以设为将容器50的整个横截面上下分隔的形状,也可以设为将横截面的一部分上下分隔的形状。

作为将分隔部件54的全部横截面上下分隔的形状,可以举出多孔状等兼具过滤器的功能的形状。并且,作为将横截面的一部分上下分隔的形状,例如可以举出支撑于壁面的搁板、笼状等。在这样的形状的情况下,分隔部件54也可以由无孔状的板等形成而并非有孔状或多孔状。

在本实施方式的冷冻循环装置中,可以仅在图3所示的储能器9配备吸附三氟甲烷(CHF3)的吸附剂,也可以仅在图4所示的储罐6配备上述吸附剂,并且也可以在储能器9和储罐6双方配备上述吸附剂。

但是,从进行有效的吸附的观点出发,吸附三氟甲烷的吸附剂优选配置于温度较低的部位,优选至少设置于储能器9。此外,储能器9、储罐6的容器的形状、流入管及流出管的形状、流入管及流出管的连接位置等没有特别限制。

以下,对本实施方式的冷冻循环装置所使用的制冷剂及冷冻机油进行详细说明。

<制冷剂>

作为冷冻循环装置的制冷剂,使用含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂。作为制冷剂,优选使用含有二氟甲烷(HFC32)、五氟乙烷(HFC125)以及三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂。混合制冷剂可以仅含有上述三种成分作为制冷剂成分,也可以除上述三种成分以外还含有其它制冷剂成分。混合制冷剂可以添加添加剂,也可以不添加添加剂。

在制冷剂成分中,二氟甲烷主要用于确保较高的冷冻能力、能量效率。并且,五氟乙烷主要用于缩小温度梯度。再者,三氟碘甲烷主要用于降低混合制冷剂自身的GWP、燃烧性。此外,在本说明书中,温度梯度是指制冷剂的相变(蒸发、冷凝)的开始温度与结束温度的温度差。

根据含有上述三种成分的混合制冷剂,能够得到优异的冷冻能力、能量效率、较小的温度梯度、低GWP、低燃烧性。因此,若使用这样的混合制冷剂,则能够得到安全性、环境适应性较高且冷冻能力、电力效率优异的冷冻循环装置。

冷冻循环装置的制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)为750以下,优选为500以下,更优选为150以下。若GWP为750以下,则成为环境性能优异的制冷剂,对法令上的限制的适合性较高,从而不仅能够用于冷冻机,还能够用于空调机。

制冷剂的GWP能够通过改变混合制冷剂的组成比而调整为750以下。二氟甲烷(HFC32)的GWP=677,五氟乙烷(HFC125)的GWP=3500,三氟碘甲烷(CF3I)的GWP=0.4。

冷冻循环装置的制冷剂的25℃时的饱和蒸汽压优选为1.1MPa以上且1.8MPa以下。若饱和蒸汽压在该范围内,则对于使用R32、R410A、R404A等的现有的一般的冷冻循环装置,即使不对系统、设计、制冷剂配管的施工法等加以大幅度的变更,也能够得到同等的冷冻能力、制冷剂的封入性等。

通过改变混合制冷剂的组成比,能够将制冷剂的饱和蒸汽压调整为1.1MPa以上且1.8MPa以下。对于25℃时的饱和蒸汽压,二氟甲烷(HFC32):约1.69MPa,五氟乙烷(HFC125):约1.38MPa,三氟碘甲烷(CF3I):约0.5MPa。

在冷冻循环装置的制冷剂中,二氟甲烷(HFC32)优选为10重量%以上,更优选为20重量%以上且80重量%以下,进一步优选为20重量%以上且60重量%以下,特别优选为30重量%以上且50重量%以下。并且,五氟乙烷(HFC125)优选为5重量%以上且25重量%以下。再者,三氟碘甲烷(CF3I)优选为30重量%以上且60重量%以下。

若是这样的组成,则能够用五氟乙烷对含有微燃性的二氟甲烷的混合制冷剂进行疑似共沸,用三氟碘甲烷使GWP变低,并且用少量的五氟乙烷和三氟碘甲烷充分地使其变成不可燃性。

冷冻循环装置的制冷剂除了上述三个成分以外,作为其它制冷剂成分,还可以含有CO2、烃、醚、氟醚、氟烯烃、HFC、HFO、HClFO、HBrFO等。

此外,“HFC”示出氢氟碳化合物。“HFO”是由碳原子、氟原子以及氢原子构成的氢氟烯烃,具有至少一个碳-碳双键。“HClFO”由碳原子、氯原子、氟原子以及氢原子构成,具有至少一个碳-碳双键。“HBrFO”由碳原子、溴原子、氟原子以及氢原子构成,具有至少一个碳-碳双键。

作为HFC,可以示出二氟甲烷(HFC32)、五氟乙烷(HFC125)、1,11,2,2-四氟乙烷(HFC134)、1,1,11,2-四氟乙烷(HFC134a)、三氟乙烷(HFC143a)、二氟乙烷(HFC152a)、1,1,1,2,3,3-七氟丙烷(HFC227ea)、1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(HFC236fa)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC245fa)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC365mfc)的例子。

作为氟烯烃,可以示出氟乙烯、氟丙烯、氟丁烯、氯氟乙烯、氯氟丙烯、氯氟丁烯的例子。作为氟丙烯,可以示出3,3,3-三氟丙烯(HFO1243zf)、1,3,3,3-四氟丙烯(HFO1234ze)、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO1234yf)、HFO1225的例子。作为氟丁烯,可以示出C4H4F4(HFO1354)、C4H3F5(HFO1345)、C4H2F6(HFO1336)的例子。

作为氯氟乙烯,可以示出C2F3Cl(CTFE)的例子。作为氯氟丙烯,可以示出2-氯-3,3,3-三氟-1-丙烯(HCFO1233xf)、1-氯-3,3,3-三氟-1-丙烯(HCFO1233zd)的例子。

<冷冻机油>

作为冷冻循环装置的冷冻机油,能够使用多元醇酯油(POE)、聚乙烯醚油(PVE)。

多元醇酯油通过多元醇与一价脂肪酸的缩合反应来得到。作为多元醇,可以举出新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、双季戊四醇。作为一价脂肪酸,可以举出正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、2-甲基丁酸、2-甲基戊酸、2-甲基己酸、2-乙基己酸、异辛酸、3,5,5-三甲基己酸等。作为多元醇、一价脂肪酸,可以使用一种,也可以使用多种。

作为聚乙烯醚油,可以使用聚乙烯基甲醚、聚乙烯基乙醚、聚乙烯基异丁醚等烷氧基乙烯基的聚合物。

作为冷冻循环装置的冷冻机油,优选多元醇酯油。若聚乙烯醚油在与三氟碘甲烷(CF3I)的共存下被加热,则容易生成三氟甲烷(CHF3)。由于压缩机的滑动部的附近、喷出口的周边成为高温,所以在使用聚乙烯醚油的情况下,防止三氟碘甲烷的劣化的添加剂的必要性变高。

与此相对,当使用多元醇酯油时,无论有无这样的添加剂,都能够确保作为冷冻机油的性能。并且,由于多元醇酯油具有形成于滑动面的油膜难以破裂的特征,所以无论有无磷酸三甲苯酯等极压剂,都能够得到良好的润滑性。

作为多元醇酯油,优选由下述化学式(1)表示的季戊四醇系化合物、或者由下述化学式(2)表示的双季戊四醇系化合物、或者它们的混合物。[其中,化学式(1)及(2)中,R1表示碳原子数4~9的烷基,彼此可以相同也可以不同。]

化学式1

化学式2

作为R1,可以是直链状的烷基以及支链状的烷基中任一种。作为R1的具体例,可以举出正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、3-戊基、叔戊基、新戊基、1-乙基戊基、异己基、2-乙基己基等。

在由化学式(1)表示的季戊四醇基化合物以及由下述化学式(2)表示的双季戊四醇化合物中,作为R1,优选仅具有支链状的烷基。若由支链状的烷基置换,则酯基难以与混入在冷冻循环回路内的水分等反应,从而能够得到难以劣化的冷冻机油。

此外,作为一般的冷冻机油,除多元醇酯油以外,还已知聚亚烷基二醇油、石蜡系矿物油、环烷系矿物油、聚α烯烃油、软型烷基苯油等。但是,上述油在与含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂并用的情况下,难以确保充分的热稳定性、化学稳定性,从而作为与上述混合制冷剂并用的冷冻机油是不适当的。

冷冻循环装置的冷冻机油的40℃时的动粘度优选为22mm2/s以上且84mm2/s以下。若是这样的动粘度,则即使在低温下也能够与制冷剂充分地相溶,从而能够无障碍地在各种形式的密闭型电动压缩机中使用。无论压缩机的形式如何,都能够适当地确保压缩机的滑动部的润滑性、压缩室的密闭性。

冷冻机油的动粘度主要能够通过改变多元醇酯油的组成来调整。冷冻机油的动粘度可以基于ISO(International Organization for Standardization,国际标准化组织)3104、ASTM(American Society for Testing and Materials,美国材料试验协会)D445、D7042等标准进行测定。

在与制冷剂一起被封入在冷冻循环内的状态下,冷冻循环装置的冷冻机油水分量优选保持在300重量ppm以下。通常,冷冻机油的水分量在制造时减少。但是,水分在向压缩机填充时混入到冷冻机油中,或者在制造冷冻循环装置时侵入到冷冻循环内。在冷冻循环装置运转时,这样的水分主要局部存在为冷冻机油的相而并非制冷剂的相。

若冷冻机油的水分量降低至300重量ppm以下,则水分与三氟碘甲烷(CF3I)、冷冻机油的反应量变得极小,从而大幅度地抑制三氟碘甲烷的分解、冷冻机油的劣化。其结果,也抑制三氟甲烷(CHF3)的生成量。由于能够抑制三氟甲烷的总生成量,提高吸附剂的持续性,所以能够长时间地抑制混合制冷剂自身的劣化、冷冻机油的劣化。

在与制冷剂一起被封入在冷冻循环内的状态下,冷冻机油的水分量更优选为200重量ppm以下,进一步优选为150重量ppm以下,特别优选为100重量ppm以下。冷冻机油的水分量越减少,越能够持续地抑制混合制冷剂自身的劣化、冷冻机油的劣化。

冷冻机油的水分量例如可以通过冷冻机油的干燥处理、冷冻机油的填充时的气氛的调整、在冷冻机油的填充时对冷冻循环实施的抽真空的减压程度(真空度等)、干燥器、干燥剂向冷冻循环内的设置等来降低。上述降低水分量的方法可以适当地组合来使用。

冷冻机油的水分量例如能够从冷冻循环内采集与制冷剂相溶的冷冻机油,并使用卡尔费歇尔式电量滴定法进行测定。水分量(油中水分量)的测定能够根据JIS K 2275-3:2015“原油及石油产品-水分的求法-第三部:卡尔费歇尔式电量滴定法”进行。

冷冻循环装置的冷冻机油与含有上述三种成分的混合制冷剂的低温侧临界溶解温度优选为-10℃以下。若低温侧临界溶解温度为-10℃以下,则冷冻机油与制冷剂具有充分的相溶性,从而能够防止冷冻机油与制冷剂在冷冻循环中分离成两层。由于返回到压缩机的冷冻机油的回油量得到改善,所以能够适当地保持压缩机中的滑动部的润滑性、制冷剂的密封性、滑动部的冷却性等。

低温侧临界溶解温度主要能够通过改变冷冻机油的组成来调整。低温侧临界溶解温度能够根据由JIS K 2211规定的相溶性试验方法来测定。将冷冻机油和制冷剂封入到耐压玻璃容器中,使温度变化并观察内容物。在内容物白浊的情况下,溶液分离成两层,在内容物透明的情况下,能够判断为相溶。能够求解溶液分离成两层时的温度作为低温侧临界溶解温度。

冷冻循环装置的冷冻机油能够含有润滑性提高剂、抗氧化剂、稳定剂、酸捕捉剂、消泡剂、金属钝化剂等作为添加剂。尤其从防止铜管内表面的腐蚀的观点出发,优选配合苯并三唑等金属钝化剂。

作为润滑性提高剂,能够使用由在热化学上稳定的叔磷酸类构成的极压剂、例如磷酸三甲苯酯、磷酸三苯基酯、磷酸三(二甲苯基)酯、磷酸甲苯基二苯基酯、磷酸2-乙基己酯、磷酸三(2-乙基己基)酯等。

在添加极压剂作为添加剂的情况下,极压剂相对于冷冻机油优选为0.1质量%以上且2.0质量%以下。但是,即使不添加极压剂,多元醇酯油的润滑性也良好。并且,叔磷酸酯类等磷酸酯容易在伴随三氟碘甲烷(CF3I)的分解而生成的劣化因子的存在下分解。因此,在使用多元醇酯油作为冷冻机油的情况下,也可以不添加极压剂。

作为抗氧化剂,例如能够使用DBPC(2,6-二叔丁基对甲酚)等酚系抗氧化剂等。通常,可以说冷冻机油中是抗氧化剂难以被消耗的环境。但是,在使用含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂的情况下,伴随三氟碘甲烷的分解,生成作为氧化剂起作用的碘酸(HIO3)等。因此,优选在冷冻机油中添加抗氧化剂。抗氧化剂相对于冷冻机油优选为0.1质量%以上且21.0质量%以下。

作为酸捕捉剂,例如可以使用脂环式环氧化合物、脂肪族环氧化合物、单萜烯化合物等。脂环式环氧化合物在冷冻循环内长期残留而示出抑制总酸值增加的作用。脂肪族环氧化合物在低温下与水分反应,从而能够在冷冻循环装置的运转的初期,迅速地捕捉冷冻机油所含的水分。并且,能够高效地捕捉伴随三氟碘甲烷(CF3I)的分解而生成的酸性物质。

作为脂环式环氧化合物,例如可以举出:1,2-环氧环己烷、1,2-环氧环戊烷、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、双(3,4-环氧环己基甲基)己二酸酯、外-2,3-环氧降冰片烷、双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯、2-(7-氧杂双环[4.1.0]庚-3-基)-螺(1,3-二噁烷-5,3’-[7]氧杂双环[4.1.0]庚烷、4-(1’-甲基环氧乙基)-1,2-环氧-2-甲基环己烷、4-环氧乙基-1,2-环氧环己烷等。

作为脂环式环氧化合物,特别优选由下述化学式(3)表示的3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧基化物。

化学式3

作为脂肪族环氧化合物,例如可以举出烷基缩水甘油酯化合物、烷基缩水甘油醚化合物等。

作为烷基缩水甘油酯化合物,可以举出由下述化学式(4)表示的化合物。[其中,化学式(4)中,R2表示碳原子数4~12的烷基。]

化学式4

作为烷基缩水甘油基醚化合物,可以举出由下述化学式(5)表示的化合物。[其中,化学式(5)中,R3表示碳原子数4~12的烷基。]

化学式5

作为R2、R3,也可以是直链状的烷基以及支链状的烷基中任一种。作为R2、R3的具体例,可以举出正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、3-戊基、叔戊基、新戊基、1-乙基戊基、异己基、2-乙基己基等。

作为单萜烯化合物,例如可以举出单环式单萜烯、多环式单萜烯、非环式单萜烯等。作为单萜烯化合物,优选单环式单萜烯。作为单环式单萜烯,例如可以举出柠檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、γ-蒎烯等。

酸捕捉剂相对于冷冻机油优选为0.1质量%以上且2.0质量%以下。

接下来,对吸附本实施方式的冷冻循环装置所使用的三氟甲烷(CHF3)的吸附剂进行详细说明。

<吸附剂>

作为吸附剂,例如可使用能够吸附三氟甲烷(CHF3)的细孔、具有极性的多孔质的材料。作为吸附剂,优选细孔的大小为三氟甲烷的有效直径以下且比三氟碘甲烷等制冷剂成分、冷冻机油、添加剂等的有效直径大的吸附剂。即,优选为选择性地吸附三氟甲烷而难以吸附比三氟甲烷大的三氟碘甲烷等制冷剂成分、冷冻机油、添加剂等。

吸附剂的形态可以为粉末状、块状、球状、板状、鳞片状、纤维状、整块状等中任一种。例如,粉末状等的吸附剂能够收纳在由无纺布、树脂制网、金属制网、通气性的薄膜等形成的外装体内,并设置在冷冻循环内。并且,吸附剂除了吸附三氟甲烷的活性成分以外,还可以包含粘合剂、载体等。

作为吸附剂的具体例,可以举出氧化铝(Al2O3)、二氧化硅氧化铝、活性碳、分子筛5A、XH-10等沸石等。作为氧化铝,可以举出α-氧化铝、γ-氧化铝(活性氧化铝)等。氧化铝可以是利用拜耳法、其它热分解法等得到的合成氧化铝、烧结氧化铝(氧化铝陶瓷)等中任一种。作为吸附剂,可以使用一种,也可以使用多种。

作为吸附剂,优选氧化铝,特别优选活性氧化铝。具有预定的细孔直径的活性氧化铝选择性地吸附三氟甲烷(CHF3)的能力较高。另一方面,能够利用冷冻循环上的烘干器来选择性地将在混合制冷剂中微量地含有的水分除去。因此,若使用适当的细孔直径的活性氧化铝作为吸附剂,则能够选择性且高效地除去冷冻循环内的三氟甲烷。

通常,作为活性氧化铝的形态,广泛已知有粉末状、块状、球状等。并且,普通的活性氧化铝的中心粒径为1μm~10mm左右。作为吸附剂,可以使用这样的适当的活性氧化铝。作为吸附剂使用的活性氧化铝的形态、粒径没有特别限制,可以是商业上可获得的物质,也可以是分级成预定的细孔分布的物质。

从选择性地吸附三氟甲烷(CHF3)的观点出发,吸附剂的细孔直径优选为0.5~1.0nm,更优选为0.6~0.9nm。并且,吸附剂的比表面积优选超过100m2/g,更优选为150m2/g以上。吸附剂的细孔容积优选为0.3cm3/g以上。活性氧化铝等吸附剂的比表面积、细孔容积越大,吸附剂的每单位重量的吸附量越多,从而能够高效且持续地除去冷冻循环内的三氟甲烷。

吸附剂的比表面积、细孔容积可以通过BET1点法来求出。BET法是基于单分子层的气体相对于试样的表面的吸附,使用表示平衡时的吸附量与压力的关系的BET公式来求解气体的吸附量的方法。在BET1点法中,在假设冷凝系数显著大于1的情况下,进行BET公式的近似,将一个测定结果代入到近似公式来进行计算。

并且,在BET法中,若将吸附时的压力假设为饱和蒸汽压左右,则能够利用吸附在细孔内的气体因毛细管冷凝现象而变成液相的现象。因此,通过将气体的吸附量代入到开尔文的关系式,不仅能够求出比表面积,还能够求出细孔分布。作为测定用的吸附气体,能够使用氮气、氩气等。

为了提高表面的活性度,吸附剂优选实施前处理。例如,通过在220℃的真空恒温槽中加入吸附剂5个小时,能够将吸附于表面的气体分子、水分除去,从而能够提高R23对吸附剂表面的吸附性。前处理温度优选为150℃至300℃以下。前处理后的吸附剂预先保存在干燥器等中。

根据以上的本实施方式的冷冻循环装置,作为制冷剂使用含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂,但由于在冷冻循环内的气相部设置吸附三氟甲烷(CHF3)的吸附剂,所以能够有效且持续地抑制伴随制冷剂的劣化产生的三氟甲烷的浓度的上升。即使在继续冷冻循环装置的运转的情况下,也能够抑制三氟甲烷的浓度,从而能够防止混合制冷剂的GWP变高。并且,由于在冷冻循环上具备烘干器,所以也能够持续地抑制产生三氟甲烷的三氟碘甲烷自身的分解、冷冻机油的劣化。吸附三氟甲烷的吸附剂和烘干器所使用的干燥剂在冷冻循环上适当地分开配置,从而能够有效地利用个别的吸附能力,来高效地吸附各吸附对象。例如,并用吸附对象的有效直径小于或等于水的干燥剂和吸附对象的有效直径小于或等于三氟甲烷的吸附剂,能够减少水分与三氟甲烷的竞争吸附。因而,能够长期地适当维持冷冻循环装置的性能、安全性,从而能够提供环境适合性、可靠性较高的冷冻循环装置。

以上,对本发明的冷冻循环装置的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于上述的实施方式,在不脱离技术范围的情况下,包括各种变形例。例如,上述的实施方式并不限定于必须具备所说明的所有结构。并且,能够将某实施方式的结构的一部分置换成其它结构,或者在某实施方式的结构中追加其它结构。再者,关于与实施方式相关的结构的一部分,也能够进行其它结构的追加、结构的删除、结构的置换。

例如,在上述的实施方式中,作为冷冻循环装置的具体例,示出了高楼用多联式空调器,但本发明的冷冻循环装置也可以应用于具备一台室内机的室内空调器、组合式空调器。并且,本发明的冷冻循环装置也可以应用于冷藏箱、冷冻箱、冷冻机内置型陈列柜、冷冻机另置型陈列柜、热泵式热水供给装置等。

以下,示出实施例对本发明进行具体说明,但本发明的技术范围并不限定于此。

<实施例1~4>

为了评价三氟甲烷(CHF3)的生成量的倾向,对含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂与各种冷冻机油的组合进行了基于加热的加速劣化试验。

作为制冷剂,使用了二氟甲烷(HFC32)、五氟乙烷(HFC125)以及三氟碘甲烷(CF3I)的重量比为假设高楼用多联式空调器的情况下的HFC32∶HFC125∶CF3I=50∶10∶40的混合制冷剂。

作为冷冻机油,使用以下的(记号POE)所示的多元醇酯油、或者以下的(记号PVE)所示的聚乙烯醚油。此外,在各冷冻机油中配合有0.3重量%的作为抗氧化剂的DBPC。并且,以合计为0.5重量%将作为脂环式环氧化合物的3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧基化物和作为脂肪族环氧化合物的烷基缩水甘油酯化合物配合。再者,仅对聚乙烯醚油配合有1.0重量%的磷酸三甲苯酯(TCP)。

(记号POE)受阻型多元醇酯油(季戊四醇系的2-乙基己酸/3,5,5-三甲基己酸的混合脂肪酸酯油,40℃时的运动粘度=64.9mm2/s)

(记号PVE)聚乙烯基醚油(烷氧基乙烯基的聚合物,醛氧基为乙基氧基及异丁基氧基的共聚物醚油,40℃时的运动粘度=66.8mm2/s)

(加速劣化试验)

加速劣化试验按照以下的顺序进行。首先,将聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene:PTFE)容器放入到清洗后的压力容器(耐压:最大20MPa、内容积:220mL)中。然后,向该PTFE容器加入60g的冷冻机油和金属催化剂。冷冻机油中的水分量(油中水分量)调节到不足100重量ppm,或者调节到500重量ppm。

按照JIS K 2275-3并通过卡尔费歇尔式电量滴定法测定了油中水分量。作为金属催化剂,用砂纸研磨铝、铜及铁(直径:2.0mm、长度:300mm),并在用丙酮及乙醇清洗后,将其卷绕成线圈状并放入。

接下来,将放入有冷冻机油和金属催化剂的压力容器减压至100Pa以下并抽真空,之后导入12g的制冷剂并密闭。然后,将该压力容器放入到恒温槽中,在150℃下加热504个小时。在加热后打开压力容器,测定了冷冻机油的总酸值和冷冻机油中的碘量(油中碘量)。油中碘量表示源自三氟碘甲烷(CF3I)的分解的冷冻机油中的碘成分的量,成为制冷剂自身的分解、冷冻机油等的劣化的指标。

按照JIS K 2501:2003“石油产品及润滑油-中和值试验方法”测定了总酸值。并且,使用燃烧式离子色谱法测定了油中碘量。使试验油在1000℃下燃烧,用过氧化氢水捕集碘成分,之后将该试样液注入到离子色谱仪,输送洗脱液,并用电导率检测器进行了测定。作为洗脱液,使用Na2CO3/NaHCO3混合液。洗脱液的流量设为1.5mL/min。

并且,在加速劣化试验的试验前及试验后,将PTFE容器中的气体从恒温槽的气体侧阀采集到取样袋(Tedlar bag)中,之后使用气体色谱法对酸捕捉剂的残留量和气体组成进行了定量分析。

下表1中示出冷冻机油的种类、冷冻机油中的水分量(油中水分量)、冷冻机油的总酸值、冷冻机油中的碘量(油中碘量)、酸捕捉剂的残留量、试样的气体组成的分析结果。

表1

如表1所示,实施例1、2中,冷冻机油为多元醇酯油,但冷冻机油的总酸值相对于初始值(0.01mgKOH/g以下)的增加较小,充分地抑制了冷冻机油的劣化。油中碘量为检测灵敏度以下,抑制了三氟碘甲烷(CF3I)的分解。酸捕捉剂的残留量为较高的值,确认到抑制了劣化因子。分析试样的气体组成的结果,确认到三氟甲烷(CHF3)为微量。

另一方面,实施例3、4中,冷冻机油为聚乙烯醚油,但冷冻机油的总酸值较大,观察到冷冻机油的劣化进展到一定程度的倾向。油中碘量为较高的值,暗示了伴随三氟碘甲烷(CF3I)的分解而向油中吸入碘成分。酸捕捉剂的残留量为0,确认到大致完全被消耗。分析试样的气体组成的结果,一定程度地生成了三氟甲烷(CHF3),暗示了三氟碘甲烷的分解的进行。

根据表1的结果,确认到若在与冷冻机油的共存下加热含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂,则进行三氟甲烷(CHF3)的生成。作为与含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂并用的冷冻机油,与聚乙烯醚油(PVE)相比,可以说优选多元醇酯油(POE)。

<实施例5~11>

为了在混合制冷剂的存在下评价吸附剂吸附三氟甲烷(CHF3)的性能,进行了每种吸附剂的吸附试验。

作为制冷剂,使用与上述加速劣化试验相同的假设高楼用多联式空调器的情况下的混合制冷剂。向该混合制冷剂中添加三氟甲烷(CHF3)使其为3000ppm。

作为吸附剂,使用粒径、细孔容积、比表面积互不相同的活性氧化铝、活性炭、分子筛。作为活性氧化铝,分级地使用了脱水及杂质除去用吸附剂的活性氧化铝“D-201”(UNION昭和公司制造,筛网7~12,粒径1.6~3.0mm)。作为活性炭,使用了粒状活性炭“气相用4GG”(As-1公司制造,颗粒4mm)。作为分子筛,使用了分子筛XH-10(细孔直径0.8nm)。

(吸附试验)

吸附试验按照以下的顺序进行。首先,将PTFE容器放入到清洗后的压力容器(耐压:最大20MPa、内容积:220mL)中。然后,向该PTFE容器加入5g的吸附剂。接下来,将放入有吸附剂的压力容器减压至100Pa以下并抽真空,之后导入8g的制冷剂并密闭。然后,将该压力容器放入到恒温槽中,在20℃下放置168个小时。

之后,将PTFE容器中的气体从恒温槽的气体侧阀采集到取样袋(Tedlar bag)中,之后使用气体色谱法对三氟甲烷(CHF3)的浓度进行了定量分析。在吸附试验的期间,在调整至惰性气体气氛的杂物箱内进行各吸附剂的操作。

下表2中示出吸附剂的种类、中心粒径、细孔容积、比表面积、吸附试验后的三氟甲烷(CHF3)的浓度的分析结果。

表2

如表2所示,实施例5~11的吸附试验后的三氟甲烷(CHF3)的浓度均低于初始值(3000ppm)。使用了比表面积较大的活性氧化铝的实施例8、9的吸附试验后的三氟甲烷(CHF3)的浓度特别低,确认到吸附的效果较高。

<实施例12>

对于在储能器配置有吸附剂的冷冻循环装置和未配置吸附剂的冷冻循环装置,实施了高速高负荷条件下的3000个小时的耐久试验。

作为冷冻循环装置,使用了搭载有涡旋式的密闭型电动压缩机的装置、即制冷能力为28kW的高楼用多联式空调器用的装置。压缩机的转速为6000min-1。在马达的铁芯与线圈的绝缘中,使用了厚度为250μm的耐热PET薄膜(B种,温度指数:130℃)。线圈使用了实施有聚酯酰亚胺-酰胺酰亚胺的双重涂敷的双重包覆铜线。

作为制冷剂,使用与上述加速劣化试验相同的假设高楼用多联式空调器的混合制冷剂。在冷冻循环内封入有8000g制冷剂。作为冷冻机油,使用与上述加速劣化试验相同的(记号POE)所示的多元醇酯油。如图3所示,吸附剂配置于储能器的容器内的气相部。作为吸附剂,使用了活性氧化铝。

作为干燥器,将填充有分子筛XH-10(细孔直径0.8nm)的容器设置在冷冻循环上。关于在储能器配置有吸附剂的冷冻循环装置,将油中水分量脱水成为200重量ppm以下的冷冻机油1500mL封入到压缩机内。另一方面,关于未配置吸附剂的冷冻循环装置,将油中水分量调整成为600重量ppm的冷冻机油1500mL封入到压缩机内。

在储能器配置有吸附剂的冷冻循环装置和未配置吸附剂的冷冻循环装置分别运转了3000个小时。之后,将各储能器内的气体从储能器的上部的气体回收端口采集到取样袋(Tedlar bag)中,并使用气体色谱法对三氟甲烷(CHF3)的浓度进行了定量分析。

其结果,在未配置吸附剂的冷冻循环装置中,从储能器采集到的气体的三氟甲烷(CHF3)的浓度约为4500ppm。与此相对,在储能器配置有吸附剂的冷冻循环装置中,降低至500ppm以下。

从以上的结果确认到,在使用了含有三氟碘甲烷(CF3I)的混合制冷剂的冷冻循环装置中,若将吸附三氟甲烷(CHF3)的吸附剂设置于冷冻循环内的气相部,则能够长期地抑制三氟甲烷的浓度。

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