(57)【要約】冷凍装置１００は、ＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒を使用する冷凍装置１００であって、第１圧縮機１と、中間熱交換器８と、第２圧縮機２と、凝縮器３と、サブクール熱交換器４と、膨張弁６と、蒸発器７とが順に接続された主冷媒回路と、サブクール熱交換器４と膨張弁６との間から分岐し、サブ膨張弁５を介して、中間熱交換器８と第２圧縮機２との間に接続されたバイパス冷媒回路１０とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒を使用する冷凍装置であって、
第１圧縮機と、中間熱交換器と、第２圧縮機と、凝縮器と、サブクール熱交換器と、膨張弁と、蒸発器とが順に接続された主冷媒回路と、
前記サブクール熱交換器と前記膨張弁との間から分岐し、サブ膨張弁を介して、前記中間熱交換器と前記第２圧縮機との間に接続されたバイパス冷媒回路と、を備える冷凍装置。
【請求項２】
前記冷媒は、前記ＨＦＯ１１２３冷媒に、Ｒ３２冷媒またはＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒を混合した混合冷媒である請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記混合冷媒は、前記ＨＦＯ１１２３冷媒と前記Ｒ３２冷媒との混合冷媒であり、
前記Ｒ３２冷媒の前記混合冷媒全体に占める質量割合が、２０質量％〜４３質量％である請求項２記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記混合冷媒は、前記ＨＦＯ１１２３冷媒と前記ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との混合冷媒であり、
前記ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の前記混合冷媒全体に占める質量割合が、２０質量％〜４９質量％である請求項２記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍装置としては、蒸発温度が−４０℃以下となるような用途に使用されるものとして、例えば、以下の特許文献１に示すような二段圧縮式冷凍装置が知られている。従来の二段圧縮式冷凍装置では、一般的に、Ｒ２２冷媒またはＲ４０４Ａ冷媒が使用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２１７７６２号公報（第３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｒ２２冷媒およびＲ４０４Ａ冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が高いため、地球温暖化防止の観点から使用を控えることが望ましい。【０００５】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蒸発温度が−４０℃以下となるような用途での使用を実現し、且つ地球温暖化係数が低い冷媒を使用した冷凍装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る冷凍装置は、ＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒を使用する冷凍装置であって、第１圧縮機と、中間熱交換器と、第２圧縮機と、凝縮器と、サブクール熱交換器と、膨張弁と、蒸発器とが順に接続された主冷媒回路と、前記サブクール熱交換器と前記膨張弁との間から分岐し、サブ膨張弁を介して、前記中間熱交換器と前記第２圧縮機との間に接続されたバイパス冷媒回路とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、蒸発温度が−４０℃以下となるような用途での使用を実現し、且つ地球温暖化係数が低い冷媒を使用した冷凍装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す冷凍装置の冷凍サイクルを説明する模式図である。
【図３】ＨＦＯ１１２３冷媒およびＲ３２冷媒の混合冷媒中のＲ３２冷媒の割合とその沸点との関係を示すグラフである。
【図４】ＨＦＯ１１２３冷媒およびＲ３２冷媒の混合冷媒中のＲ３２冷媒の割合とそのＧＷＰとの関係を示すグラフである。
【図５】ＨＦＯ１１２３冷媒およびＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の混合冷媒中のＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の割合とその沸点との関係を示すグラフである。
【図６】ＨＦＯ１１２３冷媒およびＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の混合冷媒中のＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の割合とそのＧＷＰとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その大きさおよび配置は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
【００１０】
実施の形態１．
この実施の形態に係る冷凍装置１００は、図１に示すように、第１圧縮機１と、中間熱交換器８と、第２圧縮機２と、凝縮器３と、サブクール熱交換器４と、膨張弁６と、蒸発器７とが順に接続された主冷媒回路を有する。また、冷凍装置１００は、サブクール熱交換器４と膨張弁６との間から分岐し、サブ膨張弁５を介して、中間熱交換器８と第２圧縮機２との間に接続されたバイパス冷媒回路１０を有する。
【００１１】
この実施の形態に係る冷凍装置１００は、例えば、庫内温度が−４０℃以下となるような超低温冷蔵庫に適用される。第１圧縮機１と第２圧縮機２とは、それぞれがケーシングに収容された別々の圧縮機であっても良く、または、第１圧縮機１と第２圧縮機２とが１つのケーシングに収容され一体的に形成された圧縮機であっても良い。
【００１２】
次に、図１および図２を用いて、冷凍装置１００の動作について説明する。以下の説明において、高圧、中間圧または低圧とは、冷媒回路内における圧力の相対的な関係を表すものとする。温度についても同様であり、高温または低温とは、冷媒回路内における温度の相対的な関係を表す。
【００１３】
第２圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒Ｅは、凝縮器３に流入する。凝縮器３では、凝縮器３内を流れる冷媒と凝縮器３の外側の凝縮側熱源との熱交換が行われる。熱交換が行われて凝縮器３から流出した冷媒Ｆは、サブクール熱交換器４にて冷却される。冷却されてサブクール熱交換器４から流出した冷媒Ｇは、膨張弁６へ流入する主冷媒とサブ膨張弁５へ流入する分岐冷媒とに分岐される。
【００１４】
膨張弁６に流入した主冷媒は、低圧に減圧される。低圧に減圧されて膨張弁６から流出した冷媒Ｊは、蒸発器７に流入する。蒸発器７では、蒸発器７内を流れる冷媒と蒸発器７の外側の蒸発側熱源との熱交換が行われる。熱交換が行われて蒸発器７から流出した冷媒Ａは、第１圧縮機１に吸入されて圧縮される。第１圧縮機１から吐出された中間圧の冷媒Ｂは、中間熱交換器８にて冷却される。冷却されて中間熱交換器８から流出した冷媒Ｃは、バイパス冷媒回路１０を通った冷媒Ｉと合流する。
【００１５】
サブ膨張弁５に流入した分岐冷媒は、中間圧に減圧される。サブ膨張弁５で中間圧に減圧された冷媒Ｈは、サブクール熱交換器４にて、凝縮器３から流出した冷媒Ｆと熱交換が行われる。冷媒Ｆと熱交換を行ってサブクール熱交換器４から流出した冷媒Ｉは、中間熱交換器８にて冷却された冷媒Ｃと合流する。上記のように合流した冷媒Ｄは、第２圧縮機２に吸入されて圧縮される。
【００１６】
上記のように構成された冷凍装置１００に使用される冷媒は、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低いものが好適である。さらに、この実施の形態に係る冷凍装置１００は、蒸発温度が−４０℃以下となる環境で使用されるため、沸点が低い冷媒が好適である。そこで、この実施の形態に係る冷凍装置１００では、ＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒が使用される。
【００１７】
以下の表１に示すように、この実施の形態で使用されるＨＦＯ１１２３冷媒は、地球温暖化係数が０であり、且つ沸点が−５１℃である。したがって、ＨＦＯ１１２３冷媒は、地球温暖化係数が低く且つ沸点が低いため、蒸発温度が−４０℃以下となる環境で使用される冷媒として好適である。
【００１８】
なお、Ｒ２２冷媒およびＲ４０４Ａ冷媒は、ＨＦＯ１１２３冷媒と比較して沸点が高く、且つ、地球温暖化係数が高いため、この実施の形態に係る冷凍装置１００への使用には適していない。
Ｒ３２冷媒は、ＨＦＯ１１２３冷媒と比較して沸点が低いものの、地球温暖化係数が高いため、この実施の形態に係る冷凍装置１００への使用には適していない。
ＣＯ２冷媒は、三重点が−５６．６℃にあり、−５６．６℃以下では固体（ドライアイス）となるため、この実施の形態に係る冷凍装置１００への使用には適していない。
ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒は、沸点が−２９．４℃であるため、蒸発温度が−４０℃以下となる環境での使用には適していない。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
ＨＦＯ１１２３冷媒は、上記のように、地球温暖化係数が低く且つ沸点が低いため、蒸発温度が−４０℃以下となる環境で使用される冷媒として好適である。しかしながら、ＨＦＯ１１２３冷媒は、Ｒ３２冷媒またはＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒と比較して、効率面ではまだ劣っており、且つＨＦＯ１１２３冷媒を単体で使用した場合には、不均化反応（自己分解反応）が発生する場合がある。そこで、この実施の形態では、ＨＦＯ１１２３冷媒を他の冷媒と混合して使用する。
【００２１】
この実施の形態では、例えば、ＨＦＯ１１２３冷媒とＲ３２冷媒とを混合した混合冷媒を使用する。Ｒ３２冷媒は、表１に示すように、ＨＦＯ１１２３冷媒よりも沸点が低い。したがって、表２および図３に示すように、Ｒ３２冷媒の混合冷媒全体に占める混合割合（質量割合）を増やすことによって、沸点を低くすることができる。
【００２２】
一方で、Ｒ３２冷媒は、ＧＷＰが高いので、Ｒ３２冷媒の混合割合を増やすと、表３および図４に示すように、ＧＷＰが高くなってしまう。例えば、この実施の形態では、混合冷媒のＧＷＰを３００以下にするので、Ｒ３２冷媒の混合冷媒全体に占める質量割合は、４３質量％以下である。また、不均化反応を発生させないように、Ｒ３２冷媒の混合冷媒全体に占める質量割合を２０質量％以上にする。したがって、ＨＦＯ１１２３冷媒とＲ３２冷媒との混合冷媒において、Ｒ３２冷媒の混合冷媒全体に占める質量割合は、好適には、２０質量％〜４３質量％である。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
また、例えば、この実施の形態では、ＨＦＯ１１２３冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒とを混合した混合冷媒を使用する。ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒は、表１に示すように、ＨＦＯ１１２３冷媒よりも沸点が高い。したがって、表４および図５に示すように、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の混合冷媒全体に占める混合割合を増やすことによって、沸点が高くなってしまう。例えば、この実施の形態では、混合冷媒の沸点を−４０．８℃以下にするので、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の混合冷媒全体に占める質量割合は、４９質量％以下である。なお、表５および図６に示すように、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒は、ＧＷＰが０であるので、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の質量割合を多くしても、ＧＷＰは０である。
【００２６】
また、不均化反応を発生させないように、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の混合冷媒全体に占める質量割合を２０質量％以上にする。したがって、ＨＦＯ１１２３冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との混合冷媒において、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の混合冷媒全体に占める質量割合は、好適には、２０％〜４９％である。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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【００２９】
上記のように、この実施の形態に係る冷凍装置１００では、地球温暖化係数が低く且つ沸点が低いＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒を使用している。したがって、この実施の形態に係る冷凍装置１００は、蒸発温度が−４０℃以下となるような用途に好適に適用することができ、且つ環境負荷が低減されている。
【００３０】
さらに、この実施の形態では、第１圧縮機１と第２圧縮機２とを有し、第１圧縮機１と第２圧縮機２との間に中間熱交換器８が設置されており、しかも、サブクール熱交換器４と膨張弁６との間から分岐し、サブ膨張弁５を介して、中間熱交換器８と第２圧縮機２との間に接続されたバイパス冷媒回路１０を有する構成である。
【００３１】
したがって、この実施の形態では、第１圧縮機１から吐出される冷媒Ｂの温度および第２圧縮機２から吐出される冷媒Ｅの温度が高くなることを抑制することができる。
なぜなら、第１圧縮機１は高圧よりも低い中間圧まで冷媒を圧縮するものであるため、第１圧縮機１から吐出される冷媒Ｂの温度が高くなることが抑制されている。
また、第１圧縮機１から吐出された冷媒Ｂは、中間熱交換器８にて冷却される。そして、中間熱交換器８から流出した冷媒Ｃは、バイパス冷媒回路１０を通った冷媒Ｉと合流してさらに冷却される。第２圧縮機２は、このように冷却された冷媒Ｄを吸入して圧縮するため、第２圧縮機２から吐出される冷媒Ｅの温度が高くなることが抑制されている。
上記のように、この実施の形態では、第１圧縮機１から吐出される冷媒Ｂの温度および第２圧縮機２から吐出される冷媒Ｅの温度が高くなることが抑制されているので、ＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒が、不均化反応を起こすおそれが抑制されている。
さらに、この実施の形態では、第１圧縮機１の吐出側ならびに第２圧縮機２の吸引側および吐出側で冷媒の温度が高くなることが抑制されているので、第１圧縮機１および第２圧縮機２の圧縮効率が向上されている。
【００３２】
なお、好適には、第１圧縮機１および第２圧縮機２はインバータによって駆動される。例えば、第１圧縮機１から吐出される冷媒Ｂの温度が１２０℃以下になるように、第１圧縮機１および第２圧縮機２の回転数が制御される。このように、冷媒Ｂの温度が高くなりすぎないように、第１圧縮機１および第２圧縮機２の回転数を制御することによって、冷媒Ｂの温度が高くなって、第１圧縮機１および第２圧縮機２が故障することを防止することができる。
【００３３】
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【００３４】
例えば、上記の実施の形態では、ＨＦＯ１１２３冷媒に、Ｒ３２冷媒またはＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒を混合した例について説明したが、ＨＦＯ１１２３冷媒に、Ｒ３２冷媒およびＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒を混合しても良い。また、ＨＦＯ１１２３冷媒に、Ｒ３２冷媒およびＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒以外の他の冷媒を混合しても良い。
【００３５】
また、ＨＦＯ１１２３冷媒を含む冷媒は、上記の実施の形態で説明した二段圧縮式冷媒回路のみならず、蒸発温度が−４０℃以下となるような冷媒回路に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  第１圧縮機、２  第２圧縮機、３  凝縮器、４  サブクール熱交換器、５  サブ膨張弁、６  膨張弁、７  蒸発器、８  中間熱交換器、１０  バイパス冷媒回路、１００  冷凍装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015140875.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月3日(2016.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係る冷凍装置は、ＨＦＯ１１２３冷媒を含む混合冷媒を使用する冷凍装置であって、第１圧縮機と、中間熱交換器と、第２圧縮機と、凝縮器と、サブクール熱交換器と、膨張弁と、蒸発器とが順に接続された主冷媒回路と、前記サブクール熱交換器と前記膨張弁との間から分岐し、サブ膨張弁を介して、前記中間熱交換器と前記第２圧縮機との間に接続されたバイパス冷媒回路と、を備え、前記混合冷媒は、前記ＨＦＯ１１２３冷媒とＲ３２冷媒とを含み、前記Ｒ３２冷媒の前記混合冷媒全体に占める質量割合が、２０質量％〜４３質量％である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＦＯ１１２３冷媒を含む混合冷媒を使用する冷凍装置であって、
第１圧縮機と、中間熱交換器と、第２圧縮機と、凝縮器と、サブクール熱交換器と、膨張弁と、蒸発器とが順に接続された主冷媒回路と、
前記サブクール熱交換器と前記膨張弁との間から分岐し、サブ膨張弁を介して、前記中間熱交換器と前記第２圧縮機との間に接続されたバイパス冷媒回路と、を備え、
前記混合冷媒は、前記ＨＦＯ１１２３冷媒とＲ３２冷媒とを含み、
前記Ｒ３２冷媒の前記混合冷媒全体に占める質量割合が、２０質量％〜４３質量％である冷凍装置。
【請求項２】
ＨＦＯ１１２３冷媒を含む混合冷媒を使用する冷凍装置であって、
第１圧縮機と、中間熱交換器と、第２圧縮機と、凝縮器と、サブクール熱交換器と、膨張弁と、蒸発器とが順に接続された主冷媒回路と、
前記サブクール熱交換器と前記膨張弁との間から分岐し、サブ膨張弁を介して、前記中間熱交換器と前記第２圧縮機との間に接続されたバイパス冷媒回路と、を備え、
前記混合冷媒は、前記ＨＦＯ１１２３冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒とを含み、
前記ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の前記混合冷媒全体に占める質量割合が、２０質量％〜４９質量％である冷凍装置。
【国際調査報告】
2015140875.tif 000014
2015140875.tif 000015
2015140875.tif 000016
2015140875.tif 000017