WO2025069137A1 - Refrigeration cycle device - Google Patents
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
Definitions
- the present invention relates to a refrigeration cycle device.
- Trifluoroethylene HFO-1123
- trans-1,2-difluoroethylene HFO1132(E)
- cis-1,2-difluoroethylene HFO1132(Z)
- 1,1-difluoroethylene R1132a
- these refrigerants alone or mixed refrigerants containing these refrigerants at a certain concentration or higher are known to undergo autodecomposition reactions (called disproportionation reactions).
- Autodecomposition reactions are a phenomenon in which, when a certain amount of energy is applied under high temperature and pressure conditions, such as from a discharge, the refrigerant decomposes and generates heat, causing an explosive reaction.
- the sudden increase in pressure can cause the location of the autodecomposition reaction inside the refrigeration equipment to explode, posing a risk to the area around the refrigeration equipment.
- these refrigerants and mixed refrigerants containing these refrigerants at a certain concentration or higher have pressure levels similar to the refrigerants R32 and R410A that are widely used in air conditioners and other refrigeration equipment, and compared to HFC refrigerants such as R32 and R410A, the refrigerant molecules are less stable and their lifespan in the atmosphere is shorter, resulting in extremely low ODP (Ozone Depletion Potential) and GWP (Global Warming Potential).
- ODP Ozone Depletion Potential
- GWP Global Warming Potential
- Patent Document 1 discloses a technology in which a liquid or solid heat absorbing agent is provided in a refrigeration system to suppress or mitigate disproportionation reactions even under high temperature conditions, and an endothermic reaction occurs at a specific temperature.
- Patent Document 2 describes the provision of a heat absorbing part with a melting point of 1000°C or higher and a heat capacity of 6.5 J/K or higher in the refrigeration circuit in a refrigeration system that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction.
- the present invention was developed in consideration of these problems, and aims to reduce the volume of heat absorbing material in a refrigeration cycle device that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction.
- the present invention is a refrigeration cycle device that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction, and includes a compressor that compresses the refrigerant.
- a heat absorbing member that absorbs heat by latent heat of fusion is disposed in a refrigerant path through which the refrigerant flows.
- the melting point of the heat absorbing member is higher than the maximum discharge temperature of the compressor, and is lower than the maximum start temperature, which is the temperature at which the refrigerant may cause a disproportionation reaction, at a temperature corresponding to each discharge pressure within the discharge pressure range of the compressor.
- the volume of the heat absorbing material can be reduced in a refrigeration cycle device that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction.
- FIG. 1 is a diagram showing a refrigeration cycle device.
- FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the discharge pressure of a compressor and the initiation temperature of a disproportionation reaction.
- FIG. 2 is a diagram showing a heat absorbing member housed inside the compressor.
- FIG. 2 is a diagram showing a heat absorbing member housed in a container.
- FIG. 11 is a diagram showing an arrangement of a heat absorbing member according to a first modified example.
- FIG. 13 is a diagram showing an arrangement of a heat absorbing member according to a second modified example.
- FIG. 1 is a diagram showing a refrigeration cycle device 1 according to this embodiment.
- the refrigeration cycle device 1 is used in refrigerators and air conditioners.
- the refrigeration cycle device 1 comprises a heat source side device 10 and a user side device 20.
- the heat source side device 10 and the user side device 20 are connected by a liquid connection pipe 50 and a gas connection pipe 51.
- the heat source side device 10 comprises a compressor 11, a condenser 12, a receiver 13, and an accumulator 15.
- the user side device 20 comprises an evaporator 31 and a pressure reducing mechanism 33.
- the compressor 11 compresses low-temperature, low-pressure gas refrigerant and discharges it as high-temperature, high-pressure gas refrigerant.
- This gas refrigerant exchanges heat with another medium such as air or water in the condenser 12.
- the gas refrigerant condenses.
- Excess refrigerant depending on the operating state is stored in the receiver 13.
- the refrigerant then flows through the liquid connection pipe 50 via the liquid check valve 16 and expands into a low-temperature, low-pressure refrigerant in liquid or gas-liquid two-phase in the pressure reduction mechanism 33 of the user side device 20.
- the refrigerant then exchanges heat with another medium such as air or water in the evaporator 31 to cool a space or object.
- the evaporated low-temperature, low-pressure refrigerant with a high dryness, or in a saturated or superheated state passes through the gas check valve 17 and passes through the gas connection pipe 51 to the user side heat source device 10.
- gas-liquid separation is performed in the accumulator 15. This ensures the reliability of the compressor 11 by adjusting the dryness level to an appropriate level even if liquid refrigerant suddenly flows to the suction side of the compressor 11 during transient operation.
- Refrigerants that may cause disproportionation reactions are used as the refrigerant for the refrigeration cycle device 1.
- refrigerants include single refrigerants that have unsaturated bonds between carbon atoms in the molecule, such as trifluoroethylene (HFO-1123), trans-1,2-difluoroethylene (HFO1132(E)), cis-1,2-difluoroethylene (HFO1132(Z)), and 1,1-difluoroethylene (R1132a), or mixed refrigerants that contain a certain concentration or more of these refrigerants. These refrigerants are known to cause autodecomposition reactions (called disproportionation reactions).
- Autodecomposition reactions are a phenomenon in which the decomposition reaction of the refrigerant generates heat and causes an explosive reaction when a certain amount of energy, such as discharge, is applied under high temperature and high pressure conditions. When this autodecomposition reaction occurs, the sudden increase in pressure may cause the location of the autodecomposition reaction in the refrigeration cycle device 1 to burst.
- the refrigerant to be mixed with a refrigerant that may cause a disproportionation reaction should be selected from HFCs (hydrofluorocarbons), fluoropropenes, CO2, hydrocarbons, etc.
- HFCs hydrofluorocarbons
- fluoropropenes fluoropropenes
- CO2 hydrocarbons
- HFCs include difluoromethane (HFC32), pentafluoroethane (HFC125), 1,1,2,2-tetrafluoroethane (HFC134), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC134a), trifluoroethane (HFC143a), difluoroethane (HFC152a), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane (HFC227ea), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane (HFC236fa), 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC245fa), and 1,1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC365mfc).
- fluoropropenes examples include 3,3,3-trifluoropropene (HFO1243zf), 1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234ze), and 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234yf).
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the refrigerant temperature and the refrigerant pressure at which the disproportionation reaction of the compressor 11 may occur in a mixed refrigerant containing a certain concentration of molecules having carbon-carbon unsaturated bonds in the molecule.
- the disproportionation reaction occurrence region A of a single refrigerant or a mixed refrigerant that may cause a disproportionation reaction is equal to or higher than the maximum discharge temperature Tdmax during normal operation.
- Tdmax is usually 120°C or less, including temperature protection control.
- the starting temperature of the disproportionation reaction decreases as the discharge pressure of the compressor 11 increases.
- the melting point of the heat absorbing member is lower than the maximum value of the start temperature in the start temperature range corresponding to the discharge pressure range of the compressor 11. This allows the endotherm to start before the disproportionation reaction starts.
- the melting point of the heat absorbing member is higher than the maximum discharge temperature of the compressor 11. This makes it possible to prevent the endotherm from starting in a low temperature range where the disproportionation reaction cannot occur.
- the heat absorbing member is a material with a melting point of 150°C or higher and less than 300°C.
- heat absorbing members include resins containing nylon 66, polyethylene terephthalate (PET), nylon 12, and polypropylene (PP). These materials are relatively easy to obtain, and are easy to install in the refrigeration cycle device 1 in terms of cost.
- the melting points of nylon 66, polyethylene terephthalate (PET), nylon 12, and polypropylene (PP) are 267°C, 255°C, 176°C, and 168°C, respectively.
- a material with a melting point of less than 300°C like these substances. If a material with a melting point higher than this is selected, the heat absorption time during which the heat absorption at the time of the disproportionation reaction occurs is only a sensible heat change will be long, and the disproportionation reaction suppression effect will be reduced. For this reason, heat absorbing materials with a melting point higher than this are not preferable.
- refrigeration oil due to the internal flow of the compressor 11, refrigeration oil, at a maximum of about 5 wt% of the circulating mass of the refrigerant, also circulates from the compressor discharge piping together with the refrigerant. Therefore, these endothermic materials come into contact with the refrigerant as well as the refrigeration oil within the refrigeration cycle device. Therefore, it is desirable to select, among these endothermic materials, one that has low reactivity with the refrigerant and refrigeration oil, that causes an increase in the total acid value of the refrigeration oil due to decomposition of the refrigerant or deterioration of the endothermic material itself, and that has little effect on the sliding parts of the compressor and corrosion of the piping.
- the heat absorbing member is preferably arranged in the high-pressure side of the refrigerant path Q through which the refrigerant flows.
- the high-pressure side path is the path from the compressor 11 to the pressure reducing mechanism 33 via the condenser 12 and the receiver 13.
- the refrigerant always circulates in the refrigeration cycle device 1 while the refrigeration cycle device 1 is in operation.
- a high-temperature, high-pressure, superheated refrigerant passes from the compressor 11 that compresses the refrigerant to the condenser 12 and the inlet of the pressure reducing mechanism 33, and in the condenser, the refrigerant exchanges heat with another medium such as air or water and releases heat, condensing it into a high-pressure liquid refrigerant.
- Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the compressor 11.
- a scroll compressor or a rotary compressor of a high-pressure chamber type is used as the compressor 11.
- Figure 3 shows a cross-sectional view of a scroll compressor.
- the high-temperature and high-pressure refrigerant flows through the chamber from the discharge port of the compression chamber after compression and finally flows out from the discharge pipe of the compressor into the refrigeration cycle. Therefore, a relatively high-temperature and high-pressure refrigerant is always present inside the compressor during the refrigeration cycle. Since the amount of high-temperature and high-pressure refrigerant that dissolves in the refrigeration oil is reduced, the problem of the refrigeration oil being diluted by the refrigerant and the oil viscosity at the sliding parts being reduced is avoided.
- the heat-absorbing member is arranged inside the compressor 11.
- the compressor 11 mainly contains a compression mechanism 105 having a fixed scroll 106 and an orbiting scroll 107, a shaft 110 that orbits the orbiting scroll 107, and a motor 104 that drives the shaft 110, all housed in a sealed container 103.
- the fixed scroll 106 and the orbiting scroll 107 are joined together to form a compression chamber 109, and the orbiting scroll 107 rotates to reduce the volume of the compression chamber 109, thereby performing compression.
- the orbiting scroll 107 rotates to suck the working fluid, refrigerant gas, into the compression chamber 109 through the suction port 101, and the sucked working fluid is discharged from the discharge port 106a of the fixed scroll 106 into the discharge space.
- the working fluid discharged into the discharge space then flows into the space 103a in which the motor 104 is located, and is further discharged from the sealed container 103 to the refrigeration cycle through the discharge pipe 102.
- refrigeration oil is stored at the bottom of the compressor.
- the refrigeration oil is supplied to each bearing from the bottom of the compressor through a flow path inside the shaft. It is preferable that the refrigeration oil is selected from polyvinyl ether oil, polyol ester oil, and polyalkylene glycol oil according to its solubility with the refrigerant and the required viscosity during lubrication.
- the heat absorption member 200 is arranged near the coil windings 115. In the example shown in FIG. 3, the heat absorption member 200 is arranged above the upper winding 115 and below the lower winding 115. This makes it possible to reduce heat generation associated with the disproportionation reaction.
- the heat absorbing member 200 is placed inside the compressor 11 in a state where it is housed in a container 300.
- the container 300 is formed of a material having a higher melting point than the heat absorbing member 200, such as metal. This allows the heat absorbing member 200 to be installed for a long period of time equivalent to the product life. This reduces the frequency with which the heat absorbing member 200 comes into contact with the refrigerant or refrigerating machine oil during normal operation.
- the volume of the heat absorbing member 200 housed in the container 300 is smaller than the volume of the container 300. More preferably, the volume of the heat absorbing member 200 is not to exceed the volume of the container 300 even when the heat absorbing member 200 melts and expands in volume.
- the container 300 is provided with a hole 302. This prevents the container 300 from bursting.
- the linear expansion coefficient of PA is approximately 8 to 10 x 10 -5 /°C.
- a heater or other overheating means is often provided to avoid extreme temperature drops. It is desirable to store the absorbing member 200 in a container, taking into consideration the volume change when the temperature rises from room temperature (15 to 30 degrees) to around 150°C to 300°C, which is a temperature at which a disproportionation reaction can occur inside the compressor.
- a heat absorbing member that absorbs heat due to latent heat of fusion is arranged in the refrigerant path, so that the occurrence of a disproportionation reaction can be prevented. Furthermore, because a material that absorbs heat due to latent heat of fusion is used as the heat absorbing member, the amount of heat that can be absorbed per unit area can be increased compared to when a material that absorbs heat due to sensible heat change is used. Therefore, the volume of the heat absorbing member can be made smaller compared to when a heat absorbing member that absorbs heat due to sensible heat change is used. This improves the mountability of the heat absorbing member in the refrigeration cycle device 1.
- the heat absorbing member may be disposed inside the compressor 11, and the position of the heat absorbing member inside is not limited to that of the embodiment.
- the heat absorbing member 200 may be disposed near the connection terminal 117 to which the coil is connected in the compressor 11. In the example shown in FIG. 5, the heat absorbing member 200 is disposed above the connection terminal 117. At the connection terminal 117, a spark may occur, and energy may be input. In response to this, by disposing the heat absorbing member 200 near the connection terminal 117, the heat generation associated with the disproportionation reaction can be reduced.
- the heat absorbing member 200 may be disposed on the outer wall of the compressor 11.
- the heat absorbing member 200 may be disposed so as to surround the periphery of the cylindrical sealed container 103 in a circular shape.
- the heat absorbing member 200 is disposed on the outer wall corresponding to the motor 104 and the winding section 115. For example, if there is not enough space inside the compressor 11 to place the heat absorbing member 200, it is preferable to dispose the heat absorbing member 200 on the outer wall of the compressor 11 in this manner.
- the heat absorbing member may be provided inside or on the outer wall of the receiver 13 installed on the high pressure side of the refrigerant path, or as another example, on the inside or on the outer wall of the heat transfer tube of the condenser 12.
- the heat absorbing member may also be provided inside or on the outer wall of a pipe on the high pressure side, such as the pipe between the condenser 12 and the receiver 13.
- the heat absorbing member is provided inside the heat transfer tube or pipe, it is preferable to make the inner diameter of the part where the heat absorbing member is provided larger than the inner diameter of the part where the heat absorbing member is not provided. This makes it possible to prevent pressure loss from becoming large.
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle device.
分子内に炭素原子-炭素原子間に不飽和結合を有するトリフルオロエチレン(HFO-1123)やトランス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO1132(E))、シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO1132(Z))、1,1-ジフルオロエチレン(R1132a)は、分子内二重結合により化学反応性が高いことが知られる。特に、これら冷媒単一もしくはこれら冷媒を一定濃度以上含む混合冷媒は、自己分解反応(不均化反応と呼ぶ)を起こすことが知られている。自己分解反応とは、高温、高圧力条件において、放電などのエネルギーが一定以上加わると発熱しながら冷媒の分解反応が発生し爆発的な反応を起こす現象である。この自己分解反応が発生すると急激な圧力上昇により冷凍装置内での自己分解反応の発生位置が破裂し、冷凍装置周囲に危険を及ぼす可能性がある。 Trifluoroethylene (HFO-1123), trans-1,2-difluoroethylene (HFO1132(E)), cis-1,2-difluoroethylene (HFO1132(Z)), and 1,1-difluoroethylene (R1132a), which have unsaturated bonds between carbon atoms in their molecules, are known to have high chemical reactivity due to the double bonds in their molecules. In particular, these refrigerants alone or mixed refrigerants containing these refrigerants at a certain concentration or higher are known to undergo autodecomposition reactions (called disproportionation reactions). Autodecomposition reactions are a phenomenon in which, when a certain amount of energy is applied under high temperature and pressure conditions, such as from a discharge, the refrigerant decomposes and generates heat, causing an explosive reaction. When this autodecomposition reaction occurs, the sudden increase in pressure can cause the location of the autodecomposition reaction inside the refrigeration equipment to explode, posing a risk to the area around the refrigeration equipment.
一方で、これらの冷媒やこれら冷媒を一定濃度以上含有する混合冷媒は、空気調和機をはじめとする冷凍装置に多く使用されている冷媒R32やR410Aと圧力レベルが近く、R32やR410AのようなHFC系冷媒と比較して、冷媒分子の安定性が低く、大気中での寿命が短いためODP(オゾン破壊係数、Ozone Depletion Potential)やGWP(地球温暖化係数、Global Warming Potential)が極めて低い特徴がある。 On the other hand, these refrigerants and mixed refrigerants containing these refrigerants at a certain concentration or higher have pressure levels similar to the refrigerants R32 and R410A that are widely used in air conditioners and other refrigeration equipment, and compared to HFC refrigerants such as R32 and R410A, the refrigerant molecules are less stable and their lifespan in the atmosphere is shorter, resulting in extremely low ODP (Ozone Depletion Potential) and GWP (Global Warming Potential).
モントリオール議定書のキガリ改定や欧州F-gas規制、日本のフロン排出抑制法により、冷凍装置や空気調和機に使用される冷媒R32(GWP675)よりも、GWPの削減が求められている。そのため、これらの不飽和結合を有する冷媒を含む混合冷媒によって冷凍装置の環境影響を低減していく必要がある。 The Kigali Amendment to the Montreal Protocol, the European F-gas regulations, and Japan's Act on Rational Use of Fluorocarbons, call for a reduction in GWP beyond that of the refrigerant R32 (GWP 675) used in refrigeration equipment and air conditioners. Therefore, it is necessary to reduce the environmental impact of refrigeration equipment by using mixed refrigerants that contain these refrigerants with unsaturated bonds.
特許文献1には、冷凍装置内において、高温の条件下であっても、不均化反応を抑制又は緩和するために、液体又は固体の吸熱剤を備え、特定の温度で吸熱反応を起こす技術が開示されている。また、特許文献2には、不均化反応を起こす可能性のある冷媒を使用する冷凍装置内において、冷媒回路中に融点が1000℃以上で、かつ熱容量が6.5J/K以上の吸熱部分を設けることが記載されている。
しかしながら、不均化反応を抑制しつつ、冷凍装置内部において設置空間の制約から吸熱材料の体積をより小さくしたいという要望があった。 However, there was a demand to reduce the volume of the endothermic material due to space restrictions inside the refrigeration equipment while suppressing the disproportionation reaction.
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、不均化反応を起こす可能性がある冷媒を利用する冷凍サイクル装置において、吸熱材料の体積をより小さくすることを目的とする。 The present invention was developed in consideration of these problems, and aims to reduce the volume of heat absorbing material in a refrigeration cycle device that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction.
本発明は、不均化反応を起こす可能性のある冷媒を用いる冷凍サイクル装置であって、前記冷媒を圧縮する圧縮機を備え、前記冷媒が流れる冷媒経路に、融解潜熱により吸熱する吸熱部材が配置され、前記吸熱部材の融点は、前記圧縮機の最大吐出温度よりも高く、かつ、前記圧縮機の吐出圧力範囲内の各吐出圧力に応じた温度で、前記冷媒が不均化反応を起こし得る温度である開始温度の最大値よりも低い。 The present invention is a refrigeration cycle device that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction, and includes a compressor that compresses the refrigerant. A heat absorbing member that absorbs heat by latent heat of fusion is disposed in a refrigerant path through which the refrigerant flows. The melting point of the heat absorbing member is higher than the maximum discharge temperature of the compressor, and is lower than the maximum start temperature, which is the temperature at which the refrigerant may cause a disproportionation reaction, at a temperature corresponding to each discharge pressure within the discharge pressure range of the compressor.
本発明によれば、不均化反応を起こす可能性がある冷媒を利用する冷凍サイクル装置において、吸熱材料の体積をより小さくすることができる。 According to the present invention, the volume of the heat absorbing material can be reduced in a refrigeration cycle device that uses a refrigerant that may cause a disproportionation reaction.
図1は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1を示す図である。冷凍サイクル装置1は、冷凍機や空気調和機に用いられる。冷凍サイクル装置1は、熱源側装置10と、利用側装置20とを備えている。熱源側装置10と利用側装置20の間は、液接続配管50とガス接続配管51で接続されている。熱源側装置10は、圧縮機11、凝縮器12、受液器13、アキュムレータ15を備えている。利用側装置20は、蒸発器31と、減圧機構33とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a
圧縮機11は、低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。このガス冷媒は、凝縮器12において、空気や水などの別媒体と熱交換する。これにより、ガス冷媒は凝縮する。運転状態により余剰となる冷媒は、受液器13で貯留される。その後、液阻止弁16を経由して液接続配管50を流れた冷媒は、利用側装置20の減圧機構33において、液または気液二相の低温低圧の冷媒に膨張する。その後、冷媒は、蒸発器31において、空気ないし水などの別媒体と熱交換し空間や物体への冷却を行う。蒸発した乾き度の高い、もしくは飽和、過熱状態の低温低圧の冷媒は、ガス阻止弁17を経由してガス接続配管51を通り利用側熱源側装置10へ移動する。圧縮機11に気液二相状態で冷媒が吸入され、圧縮機11において不良が発生するのを回避するため、アキュムレータ15にて気液分離を行う。これにより、運転過渡時に液冷媒が急激に圧縮機11の吸入側に流れた場合でも適切な乾き度以上に調整し圧縮機11の信頼性を確保する。
The
冷凍サイクル装置1の冷媒としては、不均化反応を起こす可能性のある冷媒が用いられる。このような冷媒としては、例えば、分子内に炭素原子-炭素原子間に不飽和結合を有するトリフルオロエチレン(HFO-1123)やトランス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO1132(E))、シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO1132(Z))、1,1-ジフルオロエチレン(R1132a)等の単一冷媒、または、これらを一定濃度以上含む混合冷媒が挙げられる。これらの冷媒は、自己分解反応(不均化反応と呼ぶ)を起こすことが知られている。自己分解反応とは、高温、高圧力条件において、放電などのエネルギーが一定以上加わると発熱しながら冷媒の分解反応が爆発的な反応を起こす現象である。この自己分解反応が発生すると急激な圧力上昇により冷凍サイクル装置1での自己分解反応の発生位置が破裂する場合がある。
Refrigerants that may cause disproportionation reactions are used as the refrigerant for the
不均化反応をおこす可能性がある冷媒と混合する冷媒としてはHFC(ハイドロフルオロカーボン)やフルオロプロペン、CO2や炭化水素などから、選択されることが望ましい。これらから不均化反応を起こす可能性がある冷媒との混合成分として選択する際には、混合冷媒のGWPや使用する冷凍サイクル装置の能力や必要温度帯から混合冷媒の蒸気圧力や温度勾配、混合冷媒の燃焼性や毒性を含めた観点から組成比を調整されていることが望ましい。 The refrigerant to be mixed with a refrigerant that may cause a disproportionation reaction should be selected from HFCs (hydrofluorocarbons), fluoropropenes, CO2, hydrocarbons, etc. When selecting a component to be mixed with a refrigerant that may cause a disproportionation reaction from these, it is desirable to adjust the composition ratio from the viewpoints of the vapor pressure and temperature gradient of the mixed refrigerant, the flammability and toxicity of the mixed refrigerant, based on the GWP of the mixed refrigerant, the capacity and required temperature range of the refrigeration cycle equipment to be used.
HFCとしては、ジフルオロメタン(HFC32)、ペンタフルオロエタン(HFC125)、1,1,2,2-テトラフルオロエタン(HFC134)、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFC134a)、トリフルオロエタン(HFC143a)、ジフルオロエタン(HFC152a)、1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン(HFC227ea)、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC236fa)、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC245fa)、および1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン(HFC365mfc)が例示される。フルオロプロペンとしては、3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO1243zf)、1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO1234ze)、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO1234yf)などが例示される。 Examples of HFCs include difluoromethane (HFC32), pentafluoroethane (HFC125), 1,1,2,2-tetrafluoroethane (HFC134), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC134a), trifluoroethane (HFC143a), difluoroethane (HFC152a), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane (HFC227ea), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane (HFC236fa), 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC245fa), and 1,1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC365mfc). Examples of fluoropropenes include 3,3,3-trifluoropropene (HFO1243zf), 1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234ze), and 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234yf).
このような不均化反応を防ぐべく、本実施形態の冷凍サイクル装置1においては、冷媒が流れる冷媒経路Qに、吸熱部材が配置される。吸熱部材は、融解潜熱により吸熱する部材である。ここで、吸熱部材の融点について説明する。図2は、分子内に炭素原子-炭素原子の不飽和結合を有する分子をある濃度含有する混合冷媒における、圧縮機11の不均化反応が発生しうる冷媒温度と冷媒圧力の関係を示すグラフを示す図である。図中の領域Aに温度圧力が達した上でスパークやショートなどの放電エネルギーが冷媒に与えられると不均化反応が発生する。不均化反応を発生しうる単一冷媒もしくは混合冷媒の不均化反応発生領域Aが通常運転中の最大吐出温度Tdmax以上になっていることが望ましい。従来の空気調和機では温度保護制御も含め通常Tdmaxは120℃以下である。図2に示すように、圧縮機11の吐出圧力が高くなるにつれて、不均化反応の開始温度は低くなる。吸熱部材の融点は、圧縮機11の吐出圧力範囲に対応した開始温度範囲における開始温度の最大値よりも低いものとする。これにより、不均化反応が開始する前に、吸熱が開始する。また、吸熱部材の融点は、圧縮機11の最大吐出温度よりも高いものとする。これにより、不均化反応が起こり得ない低温の温度範囲において、吸熱が開始するのを防ぐことができる。
In order to prevent such disproportionation reactions, in the
このような条件の下、吸熱部材としては、融点が150℃以上300℃未満の材料であることが好ましい。吸熱部材は周囲温度の上昇時に材料自身の不均化反応が発生する。吸熱部材としては、例えば、ナイロン66、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン12、ポリプロピレン(PP)を含む樹脂が挙げられる。これら材料は比較的入手性が良好であり、コスト面からも冷凍サイクル装置1に設置しやすい。ここで、ナイロン66、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン12、ポリプロピレン(PP)の融点は、順に、267℃、255℃、176℃、168℃である。これら物質の様に融点を300℃未満程度のものを選択するのが望ましい。これ以上融点が高い材料を選択した場合には、不均化反応発生時の吸熱が顕熱変化のみとなる吸熱作用時間が長く、不均化反応抑制作用が小さくなってしまう。このことからも融点がこれ以上に高い吸熱材料は好ましくない。
Under these conditions, it is preferable that the heat absorbing member is a material with a melting point of 150°C or higher and less than 300°C. When the ambient temperature rises, the heat absorbing member itself undergoes a disproportionation reaction. Examples of heat absorbing members include resins containing nylon 66, polyethylene terephthalate (PET),
また、圧縮機11の内部の流動により圧縮機吐出配管からは冷媒とともに冷媒の質量循環量に対し、最大5wt%程度の冷凍機油も冷媒とともに循環する。したがって、これら吸熱材料は、冷媒とともに冷凍機油とも冷凍サイクル装置内で接触する。したがってこれら吸熱材料のうちで、冷媒と冷凍機油と反応性が低く、冷媒の分解や吸熱材料自身の劣化により冷凍機油の全酸価上昇が発生し、圧縮機摺動部への影響や配管腐食への影響が少ないものが選択されることが望ましい。
In addition, due to the internal flow of the
吸熱部材は、冷媒が流れる冷媒経路Qのうち、高圧側の経路に配置されるのが好ましい。高圧側の経路は、圧縮機11から凝縮器12及び受液器13を経由し、減圧機構33に至る経路である。冷凍サイクル装置1が運転中は常に冷凍サイクル装置内を冷媒が循環する。この際、冷媒を圧縮する圧縮機11から凝縮器12、減圧機構33の入口までが高温高圧の過熱度のついた冷媒が通過し、凝縮器内で冷媒は空気ないし水等の別媒体と熱交換し放熱することで、凝縮し高圧液の冷媒となる。このことから冷凍サイクル中で不均化反応の発生要因のうち、高温および高圧の条件が発生するのは、圧縮機内部、圧縮機から凝縮器入り口までの配管および凝縮器内部である。冷房、暖房を切り替えることが可能な四方弁を備えるような冷凍サイクル装置においては、圧縮機から四方弁を接続する配管、四方弁、四方弁から暖房時の凝縮器、冷房時の凝縮器の配管および凝縮器が高温高圧の冷媒が流動する可能性がある。吸熱材料は以上の冷凍サイクル中の箇所の一部ないしすべての箇所に備えることがのぞましい。
The heat absorbing member is preferably arranged in the high-pressure side of the refrigerant path Q through which the refrigerant flows. The high-pressure side path is the path from the
図3は、圧縮機11の概略断面図である。圧縮機11としては、高圧チャンバ方式のスクロール圧縮機やロータリ圧縮機が用いられる。図3はスクロール圧縮機の断面図を示している。これらの圧縮機では、圧縮機のチャンバ内は圧縮後の高温かつ高圧の冷媒が圧縮室の吐出口からチャンバ内を流れ最終的に圧縮機の吐出配管から冷凍サイクル中へ流出していく。そのため、圧縮機内部は冷凍サイクル中では常に相対的に高温高圧の冷媒が存在する。高温高圧の冷媒が冷凍機油に溶け込む量は減少するため、冷凍機油が冷媒によって希釈され摺動部での給油粘度が低下してしまうという問題が回避される。一方で、ある一定以上に冷媒が高温、高圧になると冷媒自身の不均化反応の発生可能性が高くなる。本実施形態においては、吸熱部材は、圧縮機11の内部に配置される。圧縮機11は、主に、固定スクロール106と旋回スクロール107とを有する圧縮機構部105と、旋回スクロール107を旋回運動させるシャフト110と、シャフト110を駆動するモータ104と、を密閉容器103に収容する。
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the
固定スクロール106と旋回スクロール107を?合わせることで圧縮室109が形成され、旋回スクロール107が旋回運動することで、圧縮室109の容積が減少して圧縮動作が行われる。圧縮動作では、旋回スクロール107の旋回運動に伴って、冷媒ガスの作動流体が吸込口101から圧縮室109へ吸い込まれ、吸い込まれた作動流体は、固定スクロール106の吐出口106aから吐出空間に吐出される。吐出空間に吐出された作動流体は、その後、モータ104が配置された空間103aに流入し、さらに吐出管102を介して密閉容器103から冷凍サイクルに吐出する。また、圧縮機底部には冷凍機油が貯留されている。冷凍機油は圧縮機底部からシャフト内部の流路を通じ,各軸受部に給油される。冷凍機油としてはポリビニルエーテル油、ポリオールエステル油、ポリアルキレングリコール油から冷媒との溶解性や潤滑時の必要粘度によって選択されていることが望ましい。
The fixed
高温、高圧力に加えエネルギーの3つの条件が揃うと不均化反応が発生する。冷凍サイクル装置1の運転時には、圧縮機11の内部は、高温、高圧力になっている。したがって、エネルギーが加わると不均化反応が発生する。これに対し、圧縮機11の内部においては、モータ104の上下に配置された、コイルの巻線部115においては、圧縮機摺動不良などにより発生した摩耗紛の付着や、巻線の被覆損傷などにより巻線間においてショートが発生し、エネルギーが投入される可能性がある。そこで、吸熱部材200は、コイルの巻線部115の近傍に配置される。図3に示す例においては、吸熱部材200は、上側の巻線部115の上部及び下側の巻線部115の下部に配置されている。これにより、不均化反応に伴う発熱を低減することができる。
When the three conditions of high temperature, high pressure, and energy are met, a disproportionation reaction occurs. When the
さらに、吸熱部材200は、図4に示すように、容器300に収容された状態で、圧縮機11の内部に配置される。容器300は、例えば金属など、吸熱部材200に比べて融点が高い物質で形成されているものとする。これにより、吸熱部材200を製品寿命相当の長期にわたり設置することが可能となる。これにより、通常運転中において、吸熱部材200が冷媒や冷凍機油に触れる頻度を減らすことができる。さらに、この場合には、容器300に収容される吸熱部材200の体積は、容器300の容積に比べて小さいものとする。より好ましくは、吸熱部材200の体積は、吸熱部材200が融解し、体積が膨張した状態においても、容器300の容積を超えないような体積であるものとする。さらには、容器300には、孔302が設けられているものとする。これにより、容器300の破裂を防止することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the
例えば、PAの線膨張係数はおよそ8~10×10-5/℃である。圧縮機が長期にわたって停止している場合でも冷凍機油へ冷媒の溶け込みを回避するため、ヒータなどの過熱手段を備え極端な温度低下を回避していることが多い。常温(15~30度)から圧縮機内部で不均化反応が発生しうる温度である150℃~300℃付近まで上昇した場合の体積変化分を考慮して、吸収部材200を容器内に収めておくことが望ましい。吸熱部材200の線膨張係数をα、融解までの温度変化を吸熱部材200の融点Tとしたとき考慮すべき体積変化率ΔV=α×(T-15)以下であることを考慮して、吸熱部材200を容器内に封入することが望ましい。
For example, the linear expansion coefficient of PA is approximately 8 to 10 x 10 -5 /°C. In order to avoid the refrigerant from dissolving in the refrigeration oil even when the compressor is stopped for a long period of time, a heater or other overheating means is often provided to avoid extreme temperature drops. It is desirable to store the absorbing
以上のように、本実施形態の冷凍サイクル装置1においては、融解潜熱により吸熱する吸熱部材が冷媒経路に配置されているので、不均化反応が発生するのを防ぐことができる。さらに、吸熱部材として、融解潜熱により吸熱する材料が用いられるので、顕熱変化によって吸熱する材料を用いる場合に比べて、単位面積当たりで吸熱できる熱量を増加させることができる。したがって、顕熱変化による吸熱部材を用いる場合に比べて、吸熱部材の体積をより小さくすることができる。これにより、冷凍サイクル装置1への吸熱部材の搭載性を高めることができる。
As described above, in the
なお、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、例えばある実施形態の変形例を他の実施形態に適用するなど、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the invention described in the claims, such as applying a modified version of one embodiment to another embodiment.
そうした第1の変形例としては、吸熱部材は、圧縮機11の内部に配置されていればよく、内部における配置位置は、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、図5に示すように、吸熱部材200は、圧縮機11においてコイルが接続される接続端子117の近傍に配置されてもよい。図5に示す例においては、吸熱部材200は、接続端子117の上部に配置されている。接続端子117においては、スパークが発生し、エネルギーが投入される可能性がある。これに対し、吸熱部材200が接続端子117の近傍に配置されることで、不均化反応に伴う発熱を低減することができる。
As a first such modified example, the heat absorbing member may be disposed inside the
また、第2の変形例としては、圧縮機11の外壁に吸熱部材200が配置されてもよい。例えば、図6に示すように、吸熱部材200は、円筒状の密閉容器103の周囲を円状に囲うように配置されてもよい。図6に示す例においては、吸熱部材200は、モータ104及び巻線部115に対応した外壁に配置されている。例えば、圧縮機11の内部に吸熱部材200を配置するのに十分な空間が存在しない場合には、このように圧縮機11の外壁に吸熱部材200が配置されるのが好ましい。
As a second modified example, the
また、第3の変形例としては、吸熱部材は、冷媒経路のうち高圧側に設置された受液器13の内部や外壁に設けられてもよく、また他の例としては、凝縮器12の伝熱管の内部や外壁に設けられてもよい。また、吸熱部材は、凝縮器12と受液器13の間の配管など、高圧側の配管の内部や外壁に設けられてもよい。なお、伝熱管や配管の内部に吸熱部材が配置される場合には、吸熱部材が配置される部分の内径を吸熱部材が配置されない部分の内径よりも大きくするのが好ましい。これにより、圧力損失が大きくなるのを防ぐことができる。
As a third modified example, the heat absorbing member may be provided inside or on the outer wall of the
1 冷凍サイクル装置
10 熱源側装置
11 圧縮機
12 凝縮器
13 受液器
15 アキュムレータ
20 利用側装置
31 蒸発器
33 減圧機構
101 吸込口
102 吐出管
103 密閉容器
103a 空間
104 モータ
105 圧縮機構部
106 固定スクロール
106a 吐出口
107 旋回スクロール
110 シャフト
115 巻線部
117 接続端子
200 吸熱部材
Claims (7)
前記冷媒を圧縮する圧縮機を備え、
前記冷媒が流れる冷媒経路に、融解潜熱により吸熱する吸熱部材が配置され、
前記吸熱部材の融点は、前記圧縮機の最大吐出温度よりも高く、かつ、前記圧縮機の吐出圧力範囲内の各吐出圧力に応じた温度で、前記冷媒が不均化反応を起こし得る温度である開始温度の最大値よりも低い、冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle device using a refrigerant that may cause a disproportionation reaction,
A compressor that compresses the refrigerant,
a heat absorbing member that absorbs heat by latent heat of fusion is disposed in a refrigerant path through which the refrigerant flows;
a melting point of the heat absorption member is higher than a maximum discharge temperature of the compressor and is lower than a maximum value of a start temperature at which the refrigerant can undergo a disproportionation reaction at a temperature corresponding to each discharge pressure within a discharge pressure range of the compressor.
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