冷冻装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种冷冻装置。所述冷冻装置具备：高温侧压缩机(1)、高温侧冷凝器(2)、高温侧膨胀阀(3)、级联热交换器(14)的高温侧蒸发器(4)连接而构成的高温侧循环回路(A)；以及低温侧压缩机(5)、级联热交换器(14)的低温侧冷凝器(6)、积存液态制冷剂的储液器(7)、电磁阀(8)、低温侧膨胀阀(9)、低温侧蒸发器(10)连接而构成的低温侧循环回路(B)，作为低温侧循环回路(B)的制冷剂，采用了至少含有CO2和R32的非共沸混合制冷剂、即相对于非共沸混合制冷剂整体的R32的含有量为50～74质量％且GWP为500以下的制冷剂。
【专利说明】冷冻装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及进行二元制冷循环的冷冻装置。
【背景技术】
[0002] 以往，存在用级联冷凝器来连接低温侧制冷剂循环的低温侧循环回路和高温侧制 冷剂循环的高温侧循环回路的冷冻装置。提出在这种冷冻装置中，在低温侧循环回路使用 二氧化碳（CO 2)作为制冷剂（例如，参考专利文献1)。CO2是天然存在的物质，全球变暖潜 能值（GWP)小，所以通过使用CO 2，能够构成即使是不慎从制冷循环装置泄露的情况下，也不 会破坏臭氧层、环保的冷冻装置。
[0003] 在先技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2004-190917号（第14页，第1图）
【发明内容】
[0006] 发明要解决的课题
[0007] 从低GWP的冷冻装置的观点来看，优选采用CO2作为低温侧循环回路的制冷剂，但 若采用CO2，则存在以下问题。例如，在金枪鱼等的冷冻中，冷冻库内温度为-50°c程度，为了 实现此温度，低温侧蒸发器的蒸发温度需要为-80?_60°C程度。但是，在低温侧循环回路 使用了 CO2单一制冷剂的情况下，CO2的三相点为-56. 6°C，不能实现那样的蒸发温度。艮P， 在进行使用了 CO2单一制冷剂的二元制冷循环的冷冻装置中，难以实现-80°C程度的蒸发温 度。若在低温侧循环回路使用R404A，能够将蒸发温度降低到-65°C程度，但R404A的GWP 为3920,在万一制冷剂泄露了的情况下，可能会对全球变暖有影响。
[0008] 另外，由以往可知，在冷冻装置中，通过使用符合目的的非共沸混合制冷剂作为制 冷剂，能够得到单一制冷剂所无法得到的低蒸发温度。因此，通过采用含有CO 2作为混合制 冷剂中的一种的非共沸混合制冷剂，可以期待得到低GWP和低蒸发温度。但是，具体来说， 关于采用什么作为其他的混合制冷剂才能使蒸发温度达到80?-60°C，还没有经过了充分 研究的技术。
[0009] 本发明人对于这一点进行研究时，通过采用至少混合了 CO2和R32的非共沸混合 制冷剂作为低温侧循环回路的制冷剂，发现能够实现蒸发温度为80?-60°C的非共沸混合 制冷剂的组成，从而完成本发明。
[0010] 本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的是提供采用至少混合了 CO2和尺32 的非共沸混合制冷剂作为低温侧循环回路的制冷剂、低GWP且低温侧循环回路的低温侧蒸 发器中的蒸发温度能够达到-80?_60°C的冷冻装置。
[0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本发明的冷冻装置具备：高温侧压缩机、高温侧冷凝器、高温侧膨胀阀、级联热交 换器的高温侧蒸发器连接而构成的高温侧循环回路，低温侧压缩机、级联热交换器的低温 侧冷凝器、积存液态制冷剂的储液器、电磁阀、低温侧膨胀阀、低温侧蒸发器连接而构成的 低温侧循环回路；作为低温侧循环回路的制冷剂，采用了至少含有CO2和R32的非共沸混合 制冷剂、即对于非共沸混合制冷剂整体的R32的含有量为50?74质量％且GWP在500以 下的制冷剂。
[0013] 发明的效果
[0014] 根据本发明，可以提供能够实现低温侧蒸发器的蒸发温度为-80?-60°c的低GWP 的冷冻装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的一实施方式中的冷冻装置的制冷剂回路图。
[0016] 图2是表示混合了两种制冷剂的非共沸混合制冷剂的特性的气液平衡线图。
[0017] 图3是表示CO2混合制冷剂中CO2摩尔分数和凝固点的关系的图。
[0018] 图4是比较了本发明的一实施方式中的根据CO2和R32的混合比的冷冻能力、COP 的图。
[0019] 图5是表示在图1的制冷剂回路中追加了用于检测循环组成的结构的结构图。
[0020] 图6是说明图5的组成运算器中的循环组成检测原理1的图。
[0021] 图7是说明图5的组成运算器中的循环组成检测原理2的图。
【具体实施方式】
[0022] 图1是本发明的一实施方式中的冷冻装置的制冷剂回路图。
[0023] 冷冻装置具备高温侧循环回路A和低温侧循环回路B。高温侧循环回路A通过串 联高温侧压缩机1、高温侧冷凝器2、高温侧膨胀阀3和高温侧蒸发器4而形成。在高温侧 循环回路A中，使用例如R410A、R134a、R32、HFO制冷剂作为制冷剂。
[0024] 低温侧循环回路B通过串联低温侧压缩机5、低温侧冷凝器6、低温侧膨胀阀9和 低温侧蒸发器10而形成，并且在低温侧冷凝器6的出口部，设置积存剩余制冷剂的储液器 7和电磁阀8。在低温侧循环回路B中，使用至少含有CO 2和R32的非共沸混合制冷剂作为 制冷剂。非共沸混合制冷剂是指两种或两种以上沸点不同的制冷剂混合而成的制冷剂，CO 2 是低沸点制冷剂，R32是高沸点制冷剂。
[0025] 高温侧循环回路A和低温侧循环回路B共同具备级联冷凝器14,级联冷凝器14由 高温侧蒸发器4和低温侧冷凝器6构成。级联冷凝器14是例如板式热交换器，进行在高温 侧循环回路A中循环的高温侧制冷剂和在低温侧循环回路B中循环的低温侧制冷剂（非共 沸混合制冷剂）的热交换。
[0026] 下面，说明在低温侧循环回路B采用了本次使用的非共沸混合制冷剂的冷冻装置 的制冷循环内循环的制冷剂组成的特征。非共沸混合制冷剂具有如图2所示的特性。
[0027] 图2是表示混合了两种制冷剂的非共沸混合制冷剂的特性的气液平衡线图。在 图2中纵轴表示温度，横轴表示循环组成（低沸点成分的组成比；CO 2是低沸点，R32是高沸 点），参数是压力。在图2中，表示低温侧循环回路B中分别在高压Ph和低压下的非共 沸混合制冷剂的特性。在非共沸两种混合制冷剂中，如图2所示，由压力确定饱和蒸气线、 饱和液相线。循环组成是"〇"表示只有高沸点成分，循环组成是" 1"表示只有低沸点成分 的情况，在混合制冷剂中，如图2所示，由组成决定饱和液相线和饱和蒸气线。
[0028] 饱和蒸气线上侧是过热蒸气状态，饱和液相线下侧是过冷状态，饱和蒸气线和饱 和液相线所包围的区域是气液两相状态。图2中，Z表示封入制冷循环内的制冷剂的组成， 从点1到点4表示制冷循环的代表点，点1表示压缩机出口部，点2表示冷凝器出口部，点 3表示蒸发器入口部，点4表示压缩机入口部。
[0029] 在采用了非共沸混合制冷剂的制冷循环中，在制冷循环内循环的制冷剂的组成 (循环组成）不一定与填充到制冷循环中的制冷剂组成（填充组成）一致。这是由于在图 2的点A处所表示制冷循环的气液两相部中，液相组成为比循环组成Z小的X，蒸气组成为 比循环组成大的Y。换言之，在点A所表示的气液两相部中，存在高沸点成分富集的液相和 低沸点成分富集的蒸气。
[0030] 在储液器7内，积存根据冷冻装置的运转条件、载荷条件产生的剩余液态制冷剂。 储液器7内的制冷剂分离成高沸点成分富集的液态制冷剂和低沸点成分富集的气态制冷 齐U，高沸点成分富集的液态制冷剂贮留在储液器7内。因此若在储液器7内存在液态制冷 齐U，则表示相比填充组成、在低温侧循环回路B循环的循环组成的低沸点成分有变多（循环 组成（低沸点成分的组成比）增加）的倾向。
[0031] 若运转条件、载荷条件变化，储液器7内贮留的制冷剂量变化，则制冷循环内的循 环组成会变化。若制冷循环内的循环组成变化，从图2也可知，制冷剂的压力和饱和温度的 关系将变化，并且，冷却能力也变化。因此，为了稳定地进行制冷循环并且能够发挥规定能 力，有必要正确地检测出制冷循环内的循环组成，并根据检测出的循环组成，将低温侧压缩 机5的转速或低温侧膨胀阀9的开度、或者这两者等控制为最佳，调整制冷剂流量。
[0032] 以下的表1是总结了以CO2为混合制冷剂的一种、举出三种与CO2的组合的制冷剂 的候补的CO 2混合制冷剂的物理性质值的表。在表1中，表示了混合的制冷剂各个单质的 GWP及阻燃性、混合的制冷剂和CO2的混合比（摩尔比、质量比）、以该混合比混合的混合制 冷剂的GWP、混合制冷剂的凝固点、混合制冷剂的-70°C温度梯度。另外，图3是表示CO 2混 合制冷剂中CO2摩尔分数和凝固点的关系的图，图3(a)中表示与R32混合的混合制冷剂， 图3(b)中表示与R125混合的混合制冷剂。
[0033] [表 1]
[0034]
【权利要求】
1. 一种冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置具备： 高温侧循环回路，所述高温侧循环回路由高温侧压缩机、高温侧冷凝器、高温侧膨胀阀 和级联热交换器的高温侧蒸发器连接而构成；以及 低温侧循环回路，所述低温侧循环回路由低温侧压缩机、所述级联热交换器的低温侧 冷凝器、积存液态制冷剂的储液器、电磁阀、低温侧膨胀阀和低温侧蒸发器连接而构成， 作为所述低温侧循环回路的制冷剂，采用了至少含有C02和R32的非共沸混合制冷剂、 且相对于非共沸混合制冷剂整体的R32的含有量为50?74质量％且GWP为500以下的制 冷剂。
2. 根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于， 所述冷冻装置还具备： 组成运算装置，所述组成运算装置求出在所述低温侧循环回路中循环的所述制冷剂的 组成；以及 控制装置，所述控制装置基于由所述组成运算装置求出的所述制冷剂的组成，控制所 述低温侧循环回路。
3. 根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于， 所述组成运算装置具备： 压力检测器，所述压力检测器检测所述储液器内的液态制冷剂的压力； 温度检测器，所述温度检测器检测所述储液器内的液态制冷剂的温度；以及 组成运算器，所述组成运算器基于由所述压力检测器检测出的压力和由所述温度检测 器检测出的温度，求出在所述低温侧循环回路中循环的所述制冷剂的组成。
【文档编号】F25B1/00GK104334982SQ201280073544
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2012年8月23日
【发明者】杉本猛, 野本宗, 石川智隆, 高山启辅, 池田隆 申请人:三菱电机株式会社