冷冻机、冷冻机的制造方法及提高COP的方法与流程

本发明涉及一种冷冻机、冷冻机的制造方法及提高cop的方法。

背景技术：

冷冻机具备具有压缩机、冷凝器、膨胀装置、蒸发器等的制冷剂循环系统。在制冷剂循环系统中，利用液体汽化时从周围夺取热量的现象，反复进行包括如下步骤的循环：汽化后的制冷剂在压缩机中的压缩及升温、通过在冷凝器中放热冷凝而实现的制冷剂的液化、在膨胀装置中的减压膨胀、以及制冷剂在蒸发器中的汽化。

作为评价这样的冷冻机的性能的指标，经常用到性能系数(cop：coefficientofperformance)。cop表示制冷能力(也称为冷冻能力)相对于在运行制冷剂循环系统等时消耗的能量的比(制冷能力/消耗的能量)。近年来，人们期待冷冻机的cop进一步提高，例如在特开2015-94259号公报中公开了一种能够提高冷冻机的cop的膨胀机一体型压缩机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种cop优异的冷冻机及其制造方法，以及提高cop的方法。

本发明提供一种冷冻机，上述冷冻机具备具有压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器等的制冷剂循环系统，在制冷剂循环系统内填充有制冷剂与冷冻机油，由制冷剂与冷冻机油组成的工作流体在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件下，显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度。

在该冷冻机中，由于填充于制冷剂循环系统的制冷剂与冷冻机油作为工作流体显示特定的制冷剂溶解粘度，因此能够提高cop。即，根据本发明的发明人们的讨论，判明如果工作流体的制冷剂溶解粘度过低，则由于密封性降低等原因，冷冻能力或制冷能力会降低，另一方面，如果工作流体的制冷剂溶解粘度过高，则随着搅拌阻力或冷冻机启动时的阻力的增大，消耗能量也增大，此外，冷冻能力或制冷能力也会降低。并且，本发明的发明人们发现通过使用在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件下显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度的工作流体，能够确保对消耗能量的抑制以及对冷冻能力或制冷能力的提高的平衡，从而能够提高cop。

此外，本发明提供一种冷冻机的制造方法，其为具备具有压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器的制冷剂循环系统的冷冻机的制造方法，所述冷冻机的制造方法具有在制冷剂循环系统内填充制冷剂与冷冻机油的工序，并且，由制冷剂与冷冻机油组成的工作流体在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件下显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度。

此外，本发明提供一种提高冷冻机的cop的方法，所述冷冻机具备具有压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器的制冷剂循环系统，在制冷剂循环系统内填充有制冷剂与冷冻机油，通过使用在温度80℃、绝对压力3.4mpa的条件下显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度的工作流体作为由制冷剂与冷冻机油组成的工作流体来提高cop。

根据本发明，能够提供一种cop优异的冷冻机及其制造方法，以及提高cop的方法。

附图说明

图1为表示冷冻机的一个实施方式的模式图。

图2为表示制冷剂溶解粘度与cop的关系的一个例子的曲线图。

具体实施方式

下面，适当参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

图1为表示冷冻机的一个实施方式的模式图。如图1所示，冷冻机10至少具备制冷剂循环系统6，上述制冷剂循环系统6由压缩机(制冷剂压缩机)1、冷凝器(气体冷却器)2、膨胀装置3(毛细管、膨胀阀等)、蒸发器(热交换器)4通过流路5依次连接得到。

在制冷剂循环系统6中，首先，从压缩机1向流路5内喷出的高温(通常为70～120℃)的制冷剂在冷凝器2中变为高密度的流体(超临界流体等)。然后，制冷剂通过膨胀装置3所具有的狭窄的流路从而发生液化，并进一步在蒸发器4中汽化而变为低温(通常为-40～0℃)。通过冷冻机10进行的制冷利用了制冷剂在蒸发器4中汽化时从周围夺走热量的现象。

在压缩机1内，在高温(通常为70～120℃)条件下，少量的制冷剂与大量的冷冻机油共存。从压缩机1向流路5内喷出的制冷剂为气体状，虽然含有作为雾状的少量(通常为1～10体积％)冷冻机油，但是在该雾状的冷冻机油中溶解了少量的制冷剂(图1中的点a)。

在冷凝器2中，气体状的制冷剂被压缩成高密度的流体，在相对高温(通常为50～70℃)的条件下，大量的制冷剂与少量的冷冻机油共存(图1中的点b)。进一步地，大量的制冷剂与少量的冷冻机油的混合物被依次送往膨胀装置3与蒸发器4而急剧降至低温(通常为-40～0℃)(图1中的点c,d)，并再回到压缩机1。

作为这样的冷冻机10，可列举为汽车用空调、除湿机、冰箱、冷冻冷藏仓库、自动售货机、陈列柜、化学装置等中的冷却装置、住宅用空气调节装置、成套空调机组、热水供给用热泵等。

在制冷剂循环系统6中，如上所述，填充有制冷剂与冷冻机油。只要使由制冷剂与冷冻机油组成的工作流体在温度80℃、绝对压力3.4mpa的条件下显示出2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度，制冷剂与冷冻机油分别适当地进行选择即可。

作为制冷剂，可列举饱和氟代烃(hfc)制冷剂、不饱和氟代烃(hfo)制冷剂、烃制冷剂、全氟乙醚类等含氟醚系制冷剂、双(三氟甲基)硫化物制冷剂、三氟碘甲烷制冷剂、以及氨(r717)、二氧化碳(r744)等自然系制冷剂。

作为饱和氟代烃制冷剂，优选使用碳数为1～3的饱和氟代烃制冷剂，更优选使用碳数为1～2的饱和氟代烃制冷剂。饱和氟代烃制冷剂例如可以为二氟甲烷(r32)、三氟甲烷(r23)、五氟乙烷(r125)、1,1,2,2-四氟乙烷(r134)、1,1,1,2-四氟乙烷(r134a)、1,1,1-三氟乙烷(r143a)、1,1-二氟乙烷(r152a)、氟乙烷(r161)、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(r227ea)、1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(r236ea)、1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(r236fa)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(r245fa)、以及1,1,1,3,3-五氟丁烷(r365mfc)中的任意一种或两种以上的混合物。

作为饱和氟代烃制冷剂的特别优选的例子，可以列举例如单独的r32；单独的r23；单独的r134a；单独的r125；r134a/r32＝60～80质量％/40～20质量％的混合物；r32/r125＝40～70质量％/60～30质量％的混合物；r125/r143a＝40～60质量％/60～40质量％的混合物；r134a/r32/r125＝60质量％/30质量％/10质量％的混合物；r134a/r32/r125＝40～70质量％/15～35质量％/5～40质量％的混合物；r125/r134a/r143a＝35～55质量％/1～15质量％/40～60质量％的混合物等。更具体而言，优选使用r134a/r32＝70/30质量％的混合物；r32/r125＝60/40质量％的混合物；r32/r125＝50/50质量％的混合物(r410a)；r32/r125＝45/55质量％的混合物(r410b)；r125/r143a＝50/50质量％的混合物(r507c)；r32/r125/r134a＝30/10/60质量％的混合物；r32/r125/r134a＝23/25/52质量％的混合物(r407c)；r32/r125/r134a＝25/15/60质量％的混合物(r407e)；r125/r134a/r143a＝44/4/52质量％的混合物(r404a)等。

作为不饱和氟代烃制冷剂，可列举为氟数为3的氟代乙烯及氟数为3～5的氟代丙烯。不饱和氟代烃制冷剂例如可以为1,1,2-三氟乙烯(hfo-1123)、1,2,3,3,3-五氟丙烯(hfo-1225ye)、1,3,3,3-四氟丙烯(hfo-1234ze)、2,3,3,3-四氟丙烯(hfo-1234yf)、1,2,3,3-四氟丙烯(hfo-1234ye)、及3,3,3-三氟丙烯(hfo-1243zf)中的任意一种或两种以上的混合物。

作为烃制冷剂，可列举为碳数为1～5的烃。作为烃制冷剂，例如可以为甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷(r290)、环丙烷、正丁烷、异丁烷、环丁烷、甲基环丙烷、2-甲基丁烷、以及正戊烷中的任意一种或两种以上的混合物。

从容易得到80℃以上及3.4mpa以上的高温高压条件的观点来看，制冷剂优选含有二氟甲烷(r32)，更优选含有二氟甲烷(r32)与五氟乙烷(r125)。制冷剂在二氟甲烷、或二氟甲烷与五氟乙烷以外，也可以进一步含有上述制冷剂。与二氟甲烷、或二氟甲烷以及五氟乙烷共同使用的制冷剂可优选为1,1,1,2-四氟乙烷(r134a)、2,3,3,3-四氟丙烯(hfo1234yf)、1,3,3,3-四氟丙烯(hfo1234ze(e)或(z))、三氟乙烯(hfo1123)。

与二氟甲烷、或二氟甲烷以及五氟乙烷共同使用的制冷剂的含量以制冷剂总量为基准，可以为例如80质量％以下，也可优选为30～60质量％。

其中，作为制冷剂，适宜使用：质量比(r32/r125/r134a)为23/25/52的r32、r125和r134的混合制冷剂(r407c)，质量比(r32/r125/hfo1234yf/r134a)为24.3/24.7/25.3/25.7的r32、r125、hfo1234yf和r134a的混合制冷剂(r449a)，质量比(r32/r125/hfo1234yf/r134a/hfo1234ze(e))为26/26/20/21/7的r32、r125、hfo1234yf、r134a和hfo1234ze(e)的混合制冷剂(r448a)。

制冷剂更优选为由二氟甲烷与五氟乙烷组成。制冷剂中的二氟甲烷(r32)与五氟乙烷(r125)的质量比(r32/r125)可以为例如40/60～70/30。作为这样的制冷剂，适宜使用质量比(r32/r125)为60/40的制冷剂、质量比(r32/r125)为50/50的制冷剂(r410a)、及质量比(r32/r125)为45/55的制冷剂(r410b)，特别适宜使用r410a。

冷冻机油只要为使得与制冷剂混合的状态(工作流体)的温度为80℃、绝对压力为3.4mpa下的制冷剂溶解粘度为2～4mm²/s的冷冻机油即可。对于冷冻机油来说，除了冷冻机油本身的粘度以外，还需要考虑制冷剂与冷冻机油的相溶性(溶解性)因冷冻机油的种类而不同来进行选定。也就是，通过选择在冷冻机油本身的粘度与相对于制冷剂的相溶性(溶解性)两方面之中均合适的冷冻机油，来使工作流体的制冷剂溶解粘度在上述范围内。

冷冻机油在40℃时的运动粘度优选为2mm²/s以上，更优选为10mm²/s以上、进一步优选为20mm²/s以上，此外，优选为125mm²/s以下，更优选为100mm²/s以下，进一步优选为80mm²/s以下。

冷冻机油在100℃时的运动粘度优选为1mm²/s以上，更优选为2mm²/s以上，进一步优选为3mm²/s以上，此外，优选为11mm²/s以下，更优选为10mm²/s以下，进一步优选为9mm²/s以下。

本发明中的运动粘度是指按照jisk-2283：1993测得的运动粘度。

冷冻机油在制冷剂溶解前后的粘度降低率(以下，也简称为“粘度降低率”)按照下式(1)进行计算。

粘度降低率(％)＝(运动粘度-制冷剂溶解粘度)/运动粘度×100…(1)

式(1)中，运动粘度是指冷冻机油在80℃时的运动粘度(mm²/s)，制冷剂溶解粘度是指由制冷剂与冷冻机油组成的工作流体在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa下的制冷剂溶解粘度(mm²/s)。

虽然粘度降低率越大，制冷剂越容易溶解于冷冻机油，但如果冷冻机油过度溶入制冷剂的话，润滑性会有降低的倾向，因此，冷冻机油的粘度降低率从润滑性优良的观点来看，优选为85％以下，更优选为80％以下。冷冻机油的粘度降低率的下限值并没有特别限制，但粘度降低率越小，制冷剂相对冷冻机油就越难溶解，因此，从相溶性的观点来看，可以是60％以上、70％以上或75％以上。

冷冻机油的倾点可以优选为-10℃以下，更优选为-20℃以下。本发明中的倾点是指按照jisk2269-1987测得的倾点。

具有上述特性的冷冻机油含有润滑油基础油，以及根据需要而含有添加剂。润滑油基础油可为例如烃油或含氧油。作为烃油，可列举矿物油、烯烃聚合物、萘化合物、烷基苯等。作为含氧油，可列举单酯、二酯、多元醇酯、复合酯等酯类油，聚亚烷基二醇、聚乙烯醚、聚苯醚、全氟乙醚等醚类油。对于含氧油，优选将选自多元醇酯、聚亚烷基二醇及聚乙烯醚中的至少一种作为主成分，更优选将多元醇酯或聚乙烯醚作为主成分。润滑油基础油的含量以冷冻机油总量为基准，可以为80质量％以上、90质量％以上或95质量％以上。

作为添加剂，可列举环氧化合物、碳二亚胺化合物等吸酸剂，酚化合物、胺化合物等抗氧剂，磷化合物、硫化合物等特压添加剂，酯化合物等油性剂，硅酮化合物等消泡剂，苯并三唑化合物等金属钝化剂，磷化合物等抗磨剂，聚丙烯酸甲酯化合物等粘度指数改进剂等。添加剂的含量以冷冻机油总量为基准，可为5质量％以下或2质量％以下。

工作流体中冷冻机油的含量相对于100质量份的制冷剂，可以是1～500质量份，也可以是2～400质量份。

工作流体在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa下的制冷剂溶解粘度为2～4mm²/s，优选为2～3.9mm²/s、2～3.8mm²/s、2～3.6mm²/s、2.1～4mm²/s、2.1～3.9mm²/s、2.1～3.8mm²/s、2.1～3.6mm²/s、2.2～4mm²/s、2.2～3.9mm²/s、2.2～3.8mm²/s、2.2～3.6mm²/s、2.4～4mm²/s、2.4～3.9mm²/s、2.4～3.8mm²/s、或2.4～3.6mm²/s。

工作流体的制冷剂溶解粘度按以下顺序进行测定。首先，向收纳有振动式粘度计(vibration-typeviscometer)的200ml的耐压容器中，加入100g填充于制冷剂循环系统6内的冷冻机油，对容器内进行真空除气后，加入制冷剂并制备工作流体。此时，以达到温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件的方式，调整制冷剂的压力及耐压容器的温度。并且，测定容器内的工作流体的粘度。

冷冻机10通过例如具有将制冷剂与冷冻机油填充于制冷剂循环系统6的工序(填充工序)的制造方法来制造，上述制冷剂与冷冻机油具有以下性质：工作流体在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件下显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度。在填充工序中，可将制冷剂与冷冻机油分别单独填充于制冷剂循环系统6。而填充工序以外的工序可以与公知的冷冻机的制造方法相同。

在以上说明的冷冻机10中，通过将工作流体在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件下显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度的制冷剂与冷冻机油填充于制冷剂循环系统6中，能够确保对消耗能量的抑制与对冷冻能力或制冷能力的提高的平衡，从而能够提高cop。

在此，冷冻机10的cop按照下式(2)计算。冷冻机10的cop也可以按照下式(3)计算。

cop＝制冷能力(冷却量)[w]/消耗能量[w]…(2)

cop＝(h1-h2)×g/p…(3)

式(3)中，h1表示蒸发器(热交换器)4的出口焓[j/kg]，h2表示蒸发器(热交换器)4的入口焓[j/kg]，g表示在制冷剂循环系统6中循环的制冷剂的质量流量[kg/s]，p表示驱动制冷剂循环系统6的发动机(图中未示出)的动力(消耗电力)[w]。

图2为表示在使用含有二氟甲烷的混合制冷剂(例如r410a)作为制冷剂，使用具有上述优选的运动粘度的冷冻机油作为冷冻机油时，工作流体的制冷剂溶解粘度与制冷剂10的cop的关系的一个例子的曲线图。如图2所示，当工作流体的制冷剂溶解粘度不到2mm²/s时，出于密封性降低等原因，冷冻能力或制冷能力降低，得不到所希望的cop。另一方面，如果工作流体的制冷剂溶解粘度超过4mm²/s，则伴随着搅拌阻力或冷冻机启动时的阻力的增大，消耗的能量也增大，此外，由于冷冻能力或制冷能力降低，因此也得不到所希望的cop。因此，由在制冷剂循环系统6中填充的制冷剂与冷冻机油所组成的工作流体，在温度为80℃、绝对压力为3.4mpa的条件下需要显示2～4mm²/s的制冷剂溶解粘度，在该情况下，能够同时满足对消耗能量的抑制与对冷冻能力或制冷能力的提高，从而能够实现优异的cop。特别是，制冷剂溶解前后的粘度降低率为70～80％的冷冻机油容易同时实现冷冻机油与制冷剂的相溶性与润滑性，为优选方案。

符号说明

1…压缩机、2…冷凝器、3…膨胀装置、4…蒸发器、5…流路、6…制冷剂循环系统、10…冷冻机。