(57)【要約】【課題】ＨＦＯ系冷媒等とＰＯＥ等の冷凍機油を冷凍機用作動流体組成物として用いた場合に、冷凍サイクル装置の蒸発器において発生する冷却不良を改善する。【解決手段】本発明は、分子構造中に二重結合を有する冷媒、例えば１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、及び、３，３，３−トリフルオロプロペン等のハイドロフルオロオレフィン系冷媒を含む混合冷媒と、ノルマルペンタンと、電気的に極性を有する冷凍機油を含有する。【選択図】図１
2013129732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式がＣ３ＨｊＦｋ（ただし、水素原子Ｈの数ｊ及びフッ素原子Ｆの数ｋは、1以上５以下の整数で、且つ、ｊ＋ｋ ＝６が成立する。）で表され、且つ、分子構造中に炭素間の二重結合を１個持つハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒と、ノルマルペンタンと、電気的に極性を有する冷凍機油とを含有することを特徴とする冷凍機用作動流体組成物。
【請求項２】
化学式がＣ３ＨｊＦｋ（ただし、水素原子Ｈの数ｊ及びフッ素原子Ｆの数ｋは、1以上５以下の整数で、且つ、ｊ＋ｋ ＝６が成立する。）で表され、且つ、分子構造中に炭素間の二重結合を１個持つハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒と、プロパンと、電気的に極性を有する冷凍機油とを含有することを特徴とする冷凍機用作動流体組成物。
【請求項３】
前記ハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒と前記ノルマルペンタンの総和に対する当該ノルマルペンタンの割合、又は、前記ハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒と前記プロパンの総和に対する当該プロパンの割合は、４ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍機用作動流体組成物。
【請求項４】
前記ハイドロフルオロオレフィン系冷媒は、フルオロプロペンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の冷凍機用作動流体組成物。
【請求項５】
前記フルオロプロペンは、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、及び、３，３，３−トリフルオロプロペンのうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項４に記載の冷凍機用作動流体組成物。
【請求項６】
前記冷凍機油は、ポリオールエステル油、ポリビニールエーテル油、及び、ポリアルキレングリコール油のうちの一つであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の冷凍機用作動流体組成物。
【請求項７】
冷媒回路中に請求項１乃至請求項６のうちの何れかの冷凍機用作動流体組成物が封入されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記冷媒回路を構成する蒸発器における冷媒の蒸発温度が−３０℃以下であることを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置の冷媒回路中を循環する冷媒を含む冷凍機用作動流体組成物、及び、これを用いた冷凍サイクル装置に関するものであり、特に分子構造中に炭素間の二重結合を有する冷媒を含む冷凍機用作動流体組成物、及び、これを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より冷凍サイクル装置を構成する冷媒回路中には、Ｒ２１、Ｒ２２といった所謂ＨＣＦＣ冷媒が用いられていたが、係る冷媒はオゾン層を破壊する原因とされる塩素原子が含まれているため、成層圏オゾン層の保護の観点から、フロン規制の対象冷媒とされている。このため、オゾン層を破壊する危険性が無く、且つ、従来からの冷媒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行われている。
【０００３】
昨今では、Ｒ４０４Ａ等のＨＦＣ冷媒の他に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い冷媒として、炭素間に二重結合を有する冷媒、例えばハイドロフルオロオレフィン（以下、ＨＦＯと略記する）系冷媒を使用した冷凍サイクル装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このような冷凍サイクル装置は、一般に、圧縮機、凝縮器（放熱器）、減圧装置、及び、蒸発器を冷媒配管により順次環状に接続することにより冷媒回路が構成されている。この際、圧縮機の潤滑不良やロックを防止するため、冷媒回路中には、冷媒と共に冷凍機油（オイル、潤滑油）が所定量封入されている。
【０００５】
この際、冷媒回路内において圧縮機から冷凍サイクル中に吐出された冷凍機油が、冷凍サイクル中にとどまってしまうと、冷媒回路中の冷媒循環が阻害されて冷凍能力が低下すると共に、圧縮機内の冷凍機油の減少によって圧縮機自体の焼き付きが生じやすくなるため、冷媒が溶け込みやすい、即ち、冷媒と相溶性のある冷凍機油を採用している。上述したようなＨＦＯ系冷媒を単独または混合冷媒中の成分として用いる場合、相溶性を考慮して電気的に極性を有する冷凍機油、通常はＰＯＥ（ポリオールエステル油）、ＰＶＥ（ポリビニールエーテル油）、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール油）等のエステル油、カーボネート油、エーテル結合を有する油が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９８９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、ＨＦＯ系冷媒を含む混合冷媒とＰＯＥとを自然対流式チューブオンシート蒸発器を備えた深温冷凍庫の冷媒回路に封入し、蒸発器における蒸発温度を−３０℃以下として運転をしたところ、直ちには問題は生じなかったが、封入して数週間経過すると、庫内が冷えなくなるという問題が発生した。
【０００８】
そこで、冷媒回路から冷媒を回収し、今度はＲ４０４Ａを冷媒として封入し、運転したところ、全く問題無く冷えることが確認された。これは、冷凍庫等の機器に問題があるのでは無く、ＨＦＯ系冷媒と電気的に極性を有する冷凍機油を用いた場合に、蒸発器の配管内に冷凍機油が留まることにより、熱交換効率が低下して庫内温度に悪影響を及ぼしたものと考えられる。
【０００９】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、ＨＦＯ系冷媒等とＰＯＥ等の冷凍機油を冷凍機用作動流体組成物として用いた場合に、冷凍サイクル装置の蒸発器において発生する冷却不良を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の冷凍機用作動流体組成物は、ＨＦＯ系冷媒であり、より具体的には、化学式がＣ３ＨｊＦｋ（ただし、水素原子Ｈの数ｊ及びフッ素原子Ｆの数ｋは、1以上５以下の整数で、且つ、ｊ＋ｋ ＝６が成立する。）で表され、且つ、分子構造中に炭素間の二重結合を１個持つハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒と、ノルマルペンタンと、電気的に極性を有する冷凍機油とを含有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明の冷凍機用作動流体組成物は、ＨＦＯ系冷媒であり、より具体的には、化学式がＣ３ＨｊＦｋ（ただし、水素原子Ｈの数ｊ及びフッ素原子Ｆの数ｋは、1以上５以下の整数で、且つ、ｊ＋ｋ ＝６が成立する。）で表され、且つ、分子構造中に炭素間の二重結合を１個持つハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒と、プロパンと、電気的に極性を有する冷凍機油とを含有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明の冷凍機用作動流体組成物は、上記各発明において、ハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒とノルマルペンタンの総和に対する当該ノルマルペンタンの割合、又は、ハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、該ハイドロフルオロオレフィン系冷媒を構成成分とする混合冷媒とプロパンの総和に対する当該プロパンの割合が、４ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明の冷凍機用作動流体組成物は、上記各発明において、ハイドロフルオロオレフィン系冷媒は、フルオロプロペンであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明の冷凍機用作動流体組成物は、上記発明において、フルオロプロペンは、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、及び、３，３，３−トリフルオロプロペンのうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明の冷凍機用作動流体組成物は、上記各発明において、冷凍機油は、ポリオールエステル油、ポリビニールエーテル油、及び、ポリアルキレングリコール油のうちの一つであることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明の冷凍サイクル装置は、冷媒回路中に請求項１乃至請求項６のうちの何れかの冷凍機用作動流体組成物が封入されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明の冷凍サイクル装置は、上記において冷媒回路を構成する蒸発器における冷媒の蒸発温度が−３０℃以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ＨＦＯ系冷媒、例えば１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、又は、３，３，３−トリフルオロプロペン等のフルオロプロペンを含む冷媒、又は、それの混合冷媒と、電気的に極性を有する冷凍機油、例えばＰＯＥ、ＰＶＥ、ＰＡＧ等の冷凍機油を含有する場合に、ノルマルペンタン、又は、プロパンを含有させることにより、冷凍機油をノルマルペンタン、又は、プロパンに溶け込ませて圧縮機に帰還させることができるようになる。
【００１９】
そのため、冷凍サイクル装置の冷媒回路の蒸発器の配管内に冷凍機油が溜まり込むことによる冷却不良の発生を未然に回避することが可能となる。特に、プロパンを用いる場合には、冷媒としての効果も期待できる。
【００２０】
また、ノルマルペンタン、又は、プロパンの割合を４ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下とすることで、可燃性の問題を回避しながら、オイルキャリアとしての所要の効果を期待することができる。
【００２１】
特に、蒸発器における冷媒の蒸発温度が−３０℃以下の深温域で使用する場合に本発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施例に係る冷凍サイクル装置の概略冷媒回路図である。
【図２】圧縮機の縦断側面図である。推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本実施例に係る冷凍サイクル装置の概略冷媒回路図を示している。本実施例における冷凍サイクル装置１は、例えば、深温冷凍庫の冷媒回路として用いられる。但し、他の冷蔵庫や空気調和機でも構わない。
【００２４】
冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、凝縮器３と、減圧手段４と、蒸発器５とから構成されている。本実施例において圧縮機２は、図２の縦断側面図に示すように、円筒状の密閉容器１０と、密閉容器１０内に収容された電動機２０及び圧縮装置３０を備える。電動機２０は、密閉容器１０の内壁部に固定されたステータ２２とロータ２４を有し、ロータ２４の中心にとりつけられた回転軸２５は、シリンダ３１、３２の開口部を閉鎖する２枚のプレート３３、３４に回転自在に軸支される。回転軸２５の一部には偏心して設けられるクランク部２６が形成される。２枚のプレート３３、３４の内部に、シリンダ３１、３２が配設される。このシリンダ３１、３２（以下、シリンダ３２について述べる）は、回転軸２５の軸線と同一の軸線を有する。このシリンダ３２の周壁部には、冷媒の吸入口と吐出口が設けてある。
【００２５】
シリンダ３２内にはリング状のローラが装備され、このローラは、その内周面がクランク部２６の外周面に接触し、ローラの外周面はシリンダ３２の内周面に接触する。シリンダ３２には、ベーンが摺動自在に設けられ、ベーンの先端はローラの外周面に接触する。ベーンをローラに向けて付勢し、また、ベーンの背面に圧縮された冷媒を導入することによりベーン先端とローラとのシールを確実にする。このベーンと、ローラと、シリンダ３２と、シリンダ３２を閉塞するプレート３４などに囲まれて圧縮室が形成される。
【００２６】
そして、本実施例では、この圧縮機２には、冷媒としてＨＦＯ系冷媒、具体的には、化学式がＣ３ＨｊＦｋ（ただし、 水素原子Ｈの数ｊ及びフッ素原子Ｆの数ｋは、1以上５以下の整数で、且つ、ｊ＋ｋ ＝６が成立する。）で表され、且つ、分子構造中に炭素間の二重結合を１個持つハイドロフルオロオレフィン系冷媒、例えば、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、及び、３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３ｚｆ）のうちの少なくとも一つのフルオロプロペン、又は、それを含む混合冷媒が使用される。
【００２７】
尚、以下の実施例では、分子構造中に二重結合を有する冷媒としてテトラフルオロプロペンを例に挙げているが、これに限定されるものではなく、他のＨＦＯ系冷媒であっても良い。
【００２８】
また、潤滑油としての冷凍機油は、ＰＯＥ（ポリオールエステル油）、又は、ＰＶＥ（ポリビニールエーテル油）、又は、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール油）等の電気的に極性を有する冷凍機油が使用される。
【００２９】
尚、以下の実施例では、電気的に極性を有する冷凍機油としてＰＯＥを例に挙げているが、これに限定されるものではなく、他のエステル油、カーボネート油、エーテル結合を有する油であっても良い。
【００３０】
更に、本発明では、オイルキャリアとしてノルマルペンタン、又は、プロパンが使用される。その含有量は、上記ハイドロフルオロオレフィン系冷媒、又は、それを構成成分とする混合冷媒と当該ノルマルペンタン、又は、プロパンの総量に対して、ノルマルペンタン、又は、プロパンが４ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下とされている。
【００３１】
尚、以下の実施例では、ノルマルペンタンを例に挙げているが、プロパンでも良く、プロパンの場合には、沸点が−４２．０９℃であるため、テトラフルオロプロペンと共に、冷却作用を発揮する冷媒としても機能する。
【００３２】
また、これらを上記割合で含有させているので可燃性の問題も解消される。
そして、これらＨＦＯ系冷媒、又は、それを構成成分とする混合冷媒とノルマルペンタンとＰＯＥ等の冷凍機油から本発明の冷凍機用作動流体組成物が構成される。
【００３３】
そして、上記圧縮機２は、図１に示すように、凝縮器３と、減圧手段４と、蒸発器５と共に冷媒回路を構成し、これらを順次配管接続することにより冷凍サイクル装置１の冷媒回路６が構成されている。
【００３４】
これにより、圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、凝縮器３で凝縮されて放熱液化した後、減圧手段３にて減圧され、蒸発器５に流入して蒸発すると共に気化熱を周囲から吸収して蒸発器５で冷凍効果を発揮し、圧縮機２に帰還する。
【００３５】
実施例では蒸発器５は深温冷凍庫の断熱箱体を構成する外箱及び内箱、それらの間に充填された断熱材における内箱の断熱材側に貼付された所謂チューブオンシートタイプの蒸発器である。そして、蒸発器５における冷媒の蒸発温度は−３０℃以下の深温域に設定されている。これにより、内箱内に構成された庫内の温度は−３０℃以下の温度となる。
【００３６】
また、この実施例では、冷媒回路６に冷媒として、例えば、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、及び、３，３，３−トリフルオロプロペンのうちの少なくとも一つのフルオロプロペン等のＨＦＯ系冷媒を含む混合冷媒が封入されている。
【００３７】
そして、実施例では潤滑油である冷凍機油としてＰＯＥ（ポリオールエステル油）が封入されている。この際、混合冷媒を構成する、ＨＦＯ系冷媒（一例としてテトラフルオロプロペン）等の分子構造中に二重結合を有する冷媒に対して係る電気的に極性を有する冷凍機油は相溶性が高いが、特に蒸発器５における冷媒の蒸発温度が−３０℃以下の深温域で使用される冷凍庫では、数週間使用した場合、庫内温度が冷えなくなるという状況に陥った。
【００３８】
これはやはり蒸発温度−３０℃以下の深温域では蒸発器５の配管内に冷凍機油が留まることにより、蒸発器５の熱交換効率が低下したためと考えられる。
【００３９】
そこで実施例では、オイルキャリアとして例えばノルマルペンタンを冷媒回路に封入した。その量は、上記ＨＦＯ系冷媒の混合冷媒と当該ノルマルペンタンの総量に対して、ノルマルペンタンが４ｍａｓｓ％以上８ｍａｓｓ％以下とした。この割合の上限値は可燃性の問題と冷却性能から規定され、下限値はオイルキャリアとしての効果から規定される。
【００４０】
これにより、蒸発温度が深温領域で使用される場合にも、冷媒回路内を循環する冷凍機油はノルマルペンタンに溶け込んだ状態で圧縮機２に良好に帰還するようになるので、蒸発器５の配管内における冷凍機油の溜まり込みが解消され、庫内の冷えの悪化が解消された。
【符号の説明】
【００４１】
１    冷凍サイクル装置
２    圧縮機
３    凝縮器
４    減圧手段
５    蒸発器
【図１】
2013129732.tif 000003
【図２】
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