特許 6181401 二元冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181401

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】二元冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 7/00 20060101AFI20170807BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   F25B7/00 A

   F25B7/00 Z

   F25B1/00 396F

   F25B1/00 396D

   F25B1/00 396K

   F25B1/00 396G

   F25B1/00 396U

   F25B1/00 396T

   F25B1/00 396Z

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-72802(P2013-72802)

(22)【出願日】2013年3月29日

(65)【公開番号】特開2014-196868(P2014-196868A)

(43)【公開日】2014年10月16日

【審査請求日】2016年3月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】314005768

【氏名又は名称】パナソニックヘルスケアホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100062225

【弁理士】

【氏名又は名称】秋元 輝雄

(74)【代理人】

【識別番号】100186060

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 大輔

(72)【発明者】

【氏名】豊岡 峻

(72)【発明者】

【氏名】湯澤 治郎

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０４８５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２３９４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８７２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７７０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０１９９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０６７８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０３７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２６１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４５３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８６２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８９２２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ７／００

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)と二酸化炭素（Ｒ７４４）とを含有する冷媒組成物を使用し、
前記二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記冷媒組成物に対して２０質量％以下を加えて、さらに、オイルキャリアとして、ｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で含有することを特徴とする二元冷凍装置。

【請求項2】

高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷凍回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)とパーフロロエタン(Ｒ１１６)とを混合した共沸混合物と、二酸化炭素（Ｒ７４４）と、を含有する冷媒組成物を使用し、
前記パーフロロエタン(Ｒ１１６)を前記冷媒組成物に対して５０質量％以上６０質量％以下とし、
前記二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記冷媒組成物に対して２０質量％以下を加えて、さらに、オイルキャリアとして、ｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で含有することを特徴とする二元冷凍装置。

【請求項3】

前記 高温側冷凍回路中の冷媒として、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群からなる非共沸混合物あるいは、それらの冷媒群に１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えることを特徴とする請求項１または２記載の二元冷凍装置。

【請求項4】

前記高温側冷凍回路中の冷媒として、前記１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の替わりに１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えることを特徴とする請求項１または２記載の二元冷凍装置。

【請求項5】

前記高温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンを前記フッ化炭化水素混合冷媒の総質量に対して６質量％以下の割合で含有する、
請求項３または４に記載の二元冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二元冷凍装置に関するものであり、さらに、詳しくは、地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：以下、ＧＷＰと称す)が小さく地球に優しい冷媒組成物であり、かつ−８０℃という低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する冷媒として使用できる冷媒組成物およびそれを使用した、実際に低温を達成できる二元冷凍装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、冷凍機の冷媒として用いられているものに、オゾン層を破壊する危険が大きい規制冷媒を使用することなく、−８０℃という低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でもＲ５０３の代替冷媒として使用できる冷媒組成物およびそれを使用した二元冷凍装置が提案されている（特許文献１参照１）。
この冷媒組成物は、比熱比が高めのトリフルオロメタン(Ｒ２３)を３９重量％、比熱比が低めのヘキサフルオロエタン（Ｒ１１６）を６１重量％混合した共沸混合物(Ｒ５０８Ａ、沸点−８５．７℃)からなる冷媒組成物あるいは、この共沸混合物と、ｎ−ペンタンまたはプロパンとの混合物からなり、このｎ−ペンタンまたはプロパンを、トリフルオロメタンとヘキサフルオロエタンの総重量に対して１４％以下の割合で混合した冷媒組成物を組成したものであり、オゾン層を破壊する危険が少なく、−８０℃という低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でもＲ５０３の代替冷媒として使用できるものである。

【0003】

しかし、前記Ｒ５０８ＡおよびＲ５０８ＢのＧＷＰは、それぞれ１３２００、１３３００と大きく、問題となっている。
二酸化炭素（Ｒ７４４）はＧＷＰ１と小さいが、圧力の上昇、吐出温度の上昇によるオイルの劣化やスラッジ発生の問題があるため、二酸化炭素に、プロパン、シクロプロパン、イソブタン、ブタンなどの炭化水素類を全体の３０から７０％程度混合した混合冷媒およびそれを用いた冷凍サイクル装置（特許文献２参照）が提案されている。
また、イソブタン４０〜６０％、残部がトリフロロメタン(Ｒ２３)である混合冷媒（特許文献３参照）、ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンとの混合物にプロパンを６５％以上混合した混合冷媒（特許文献４参照）などが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３２４４２９６号公報

【特許文献2】特開２００５−１５６３３号公報

【特許文献3】特許第５００９５３０号公報

【特許文献4】特許第４０８５８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記従来技術はプロパンなどの炭化水素類は可燃性であり、かつ冷媒全体の３０から７０％程度混合しているので、爆発の危険性がある。
本発明の目的は、従来の問題を解決し、ＧＷＰが小さく地球に優しい冷媒組成物であって、かつＣＯＰが高く、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、ｎ−ペンタンまたはプロパンをオイルキャリアとして使用すればオイルセパレータを使用するまでもなく圧縮機にオイルを戻すことができ、爆発の危険性がなく、−８０℃という低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する冷媒として使用できる冷媒組成物を使用した、実際に低温を達成できる二元冷凍装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために発明者は鋭意研究した結果、例えば、低温側冷媒回路に封入される冷媒として、地球温暖化係数(ＧＷＰ)が３のエタン(Ｒ１７０)と地球温暖化係数(ＧＷＰ)が１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)を混合した共沸混合物あるいはさらに地球温暖化係数(ＧＷＰ)が１の二酸化炭素（Ｒ７４４）を２０質量％以下混合した共沸混合物からなる冷媒組成物と、所定量以下のｎ−ペンタンまたはプロパンとの混合物を使用し、高温側冷媒回路に封入される冷媒として、地球温暖化係数(ＧＷＰ)が６の１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒であって地球温暖化係数(ＧＷＰ)が１５００以下である冷媒組成物と、所定量以下のｎ−ペンタンとの混合物を使用することにより課題を解決できることを見いだし、本発明を成すに至った。

【0007】

前記課題を解決するための請求項１記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)とパーフロロエタン(Ｒ１１６)とを混合した共沸混合物を含有する冷媒組成物を使用し、
前記パーフロロエタン(Ｒ１１６)を前記冷媒組成物に対して５０％以上６０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置である。

【0008】

請求項２記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)と二酸化炭素（Ｒ７４４）とを含有する冷媒組成物を使用し、
前記二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記冷媒組成物に対して２０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置である。

【0009】

請求項３記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)とパーフロロエタン(Ｒ１１６)とを混合した共沸混合物と、二酸化炭素（Ｒ７４４）と、を含有する冷媒組成物を使用し、
前記パーフロロエタン(Ｒ１１６)を前記冷媒組成物に対して５０質量％以上６０質量％以下とし、
前記二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記冷媒組成物に対して２０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置である。

【0010】

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の二元冷凍装置において、オイルキャリアとして、ｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で含有することを特徴とする。

【0011】

請求項５記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
高温側冷凍回路中の冷媒として、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群からなる非共沸混合物あるいは、それらの冷媒群に１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えることを特徴とする二元冷凍装置である。

【0012】

請求項６記載の発明は、請求項５記載の二元冷凍装置において、高温側冷凍回路中の冷媒として、前期１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の替わりに１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えることを特徴とする。

【0013】

請求項７記載の発明は、請求項５記載の二元冷凍装置において、前記高温側冷凍回路中の冷媒に、オイルキャリアとしてｎ−ペンタンを前記フッ化炭化水素混合冷媒の総質量に対して６質量％以下の割合で含有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の請求項１記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)とパーフロロエタン(Ｒ１１６)とを混合した共沸混合物を含有する冷媒組成物を使用し、
前記パーフロロエタン(Ｒ１１６)を前記冷媒組成物に対して５０％以上６０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置であり、
地球温暖化係数(ＧＷＰ)が３のエタン(Ｒ１７０)と地球温暖化係数(ＧＷＰ)が１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)を混合した共沸混合物を用い、ＧＷＰが３のエタン(Ｒ１７０)の沸点は−８８．６℃と低く、ＧＷＰが１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)の沸点は−７８．１℃と低く、その共沸混合物の沸点は−８８．８℃と低く、パーフロロエタン(Ｒ１１６)単独の場合よりＧＷＰが半分以下と小さいので地球に優しく、−８０℃という低温を達成でき、爆発の危険性がなく、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する、という顕著な効果を奏する。

【0015】

本発明の請求項２記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)と二酸化炭素（Ｒ７４４）とを含有する冷媒組成物を使用し、
前記二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記冷媒組成物に対して２０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置であり、
ＧＷＰが３のエタン(Ｒ１７０)の沸点は−８８．６℃と低く、ＧＷＰが１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)の沸点は−７８．１℃と低く、その共沸混合物の沸点は−８８．８℃と低く、パーフロロエタン(Ｒ１１６)単独の場合よりＧＷＰが半分以下と小さいので地球に優しく、−８０℃という低温を達成でき、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する上、二酸化炭素（Ｒ７４４）の添加量が２０質量％以下と少ないので、吐出圧力や吐出温度が高くならず、したがってＣＯＰが低下せず、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、爆発の危険性がない、という顕著な効果を奏する。

【0016】

請求項３記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)とパーフロロエタン(Ｒ１１６)とを混合した共沸混合物と、二酸化炭素（Ｒ７４４）と、を含有する冷媒組成物を使用し、
前記パーフロロエタン(Ｒ１１６)を前記冷媒組成物に対して５０質量％以上６０質量％以下とし、
前記二酸化炭素（Ｒ７４４）を前記冷媒組成物に対して２０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置であり、
地球温暖化係数(ＧＷＰ)が３のエタン(Ｒ１７０)と地球温暖化係数(ＧＷＰ)が１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)を混合した共沸混合物を用い、ＧＷＰが３のエタン(Ｒ１７０)の沸点は−８８．６℃と低く、ＧＷＰが１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)の沸点は−７８．１℃と低く、その共沸混合物の沸点は−８８．８℃と低く、パーフロロエタン(Ｒ１１６)単独の場合よりＧＷＰが半分以下と小さいので地球に優しく、−８０℃という低温を達成でき、爆発の危険性がなく、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する上、二酸化炭素（Ｒ７４４）の添加量が２０質量％以下と少ないので、吐出圧力や吐出温度が高くならず、したがってＣＯＰが低下せず、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、爆発の危険性がない、という顕著な効果を奏する。

【0017】

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の二元冷凍装置において、オイルキャリアとして、ｎ−ペンタンまたはプロパンを前記冷媒組成物の総質量に対して１４質量％以下の割合で含有することを特徴とするものであり、
ｎ−ペンタンまたはプロパンがオイルキャリアとして作用するためオイルセパレータを使用するまでもなく圧縮機にオイルを戻すことができ、ｎ−ペンタンの添加量が１４質量％以下と少ないので、爆発の危険性がない、という顕著な効果を奏する。

【0018】

本発明の請求項５記載の発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、
高温側冷凍回路中の冷媒として、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群からなる非共沸混合物あるいは、それらの冷媒群に１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えることを特徴とする二元冷凍装置であり、
地球温暖化係数(ＧＷＰ)が６の１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）とジフロロメタン（Ｒ３２）、ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）、１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）などのフッ化炭化水素を含む混合冷媒は、ＧＷＰが１５００以下であるので、ＧＷＰが小さく地球に優しく、吐出圧力や吐出温度が高くならず、ＣＯＰが低下せず、オイルの劣化やスラッジを引き起こすことがなく、爆発の危険性がない、という顕著な効果を奏する。

【0019】

本発明の請求項６記載の発明は、請求項５記載の冷媒組成物において、前記１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の替わりに１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を用いたことを特徴とするものであり、
ＨＦＯ−１２３４ｚｅの替わりにＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いても請求項５記載の冷媒組成物と同じ作用効果を得ることができる、というさらなる顕著な効果を奏する。

【0020】

請求項７記載の発明は、請求項５あるいは請求項６の冷媒組成物において、さらにｎ−ペンタンを冷媒組成物の総質量に対して６質量％以下の割合で混合してなることを特徴とするものであり、
ｎ−ペンタンがオイルキャリアとして作用するためオイルセパレータを使用するまでもなく圧縮機にオイルを戻すことができ、ｎ−ペンタンの添加量が６質量％以下と少ないので、爆発の危険性がない、というさらなる顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は本発明の冷媒組成物を封入してなる二元冷凍装置の冷媒回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
図１は本発明の冷媒組成物を封入してなる二元冷凍装置の冷媒回路図である。Ｓ１は高温側冷媒サイクルを、また、Ｓ２は低温側冷媒サイクルを示している。

【0023】

高温側冷媒サイクルＳ１を構成する圧縮機１の吐出側配管２は補助凝縮器３に接続され、補助凝縮器３は圧縮機１のオイルクーラー４、補助凝縮器５、低温側冷媒サイクルＳ２を構成する圧縮機６のオイルクーラー７、凝縮機８、乾燥器９、キャピラリーチューブ１０を順次経て、カスケードコンデンサ１１に接続され、受液器１２を経て吸込側配管１３により圧縮機１に接続されている。１４は各凝縮器３，５及び８の冷却用ファンである。

【0024】

低温側冷媒サイクルＳ２の圧縮機６の吐出側配管１５は、オイルセパレータ１６に接続され、そこで分離された圧縮機オイルは、リターン配管１７にて圧縮機６に戻される。一方、冷媒は、配管１８に流入して吸込側熱交換器１９と熱交換した後、カスケードコンデンサ１１内の配管２０内を通過して凝縮し、乾燥器２１、キャピラリーチューブ２２を経て入口管２３より蒸発器２４に流入し、出口管２５より出て吸込側熱交換器１９を経て圧縮機６の吸込側配管２６より圧縮機６に戻る構成である。２７は膨張タンクであり、キャピラリーチューブ２８を介して吸込側配管２６に接続されている。

【0025】

高温側冷媒サイクルＳ１には、ジフロロメタン（Ｒ３２）／ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０７Ｄ）あるいはペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１−トリフロロエタン（Ｒ１４３ａ）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０４Ａ）、あるいは、地球温暖化係数(Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ)が１５００以下である冷媒組成物として、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群に、１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＧＷＰ６、沸点−１９℃）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を含む混合冷媒が封入される。沸点は大気圧で約−４０℃であり、この混合冷媒が各凝縮器３，５及び８にて凝縮し、キャピラリーチューブ１０にて減圧されてカスケードコンデンサ１１に流入して蒸発する。ここで、カスケードコンデンサ１１は−３６℃程となる。

【0026】

ＧＷＰが３のエタン(Ｒ１７０)の沸点は−８８．６℃と低く、ＧＷＰが１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)の沸点は−７８．１℃と低く、その共沸混合物の沸点は−８８．８℃と低い。
低温側冷媒サイクルＳ２には、ＧＷＰが３のエタン(Ｒ１７０)４５質量％とＧＷＰが１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)４２質量％と二酸化炭素（Ｒ７４４）１３質量％を混合した混合冷媒（ＧＷＰ５１１９、沸点−８５℃以下）とｎ−ペンタンを混合した冷媒組成物が封入される。ここで、ｎ−ペンタンは、混合冷媒の総質量に対して１４質量％以下（この例では、６．４質量％）の割合で混合して組成される。この結果、沸点が−８５℃以下のかなり低温の冷媒組成物を封入することとなる。そして、圧縮機６から吐出された冷媒及び圧縮機オイルは、オイルセパレータ１６に流入する。そこで、気相部分と液相部分とに分離され、オイルの大部分は液相であるため、リターン配管１７より圧縮機６に戻れる。気相の冷媒とオイルは、配管１８を通り吸込側熱交換器１９と熱交換し、更に、カスケードコンデンサ１１にて高温側冷媒サイクルＳ１内の冷媒の蒸発によって冷却されて凝縮する。その後、キャピラリーチューブ２２にて減圧された後、蒸発器２４に流入して蒸発する。この蒸発器２４は、図示しない冷凍庫の壁面に熱交換関係に取り付けられて庫内を冷却する。ここで、蒸発器２４での蒸発温度は−８５℃以下に達する。

【0027】

このように構成された二元冷凍装置において、低温側冷媒サイクルＳ２に封入される前記冷媒組成物は、沸点は−８５℃以下程度となることから、Ｒ５０８ＡおよびＲ５０８Ｂの代替冷媒として十分に冷凍能力を発揮できる。

【0028】

更に、前記冷媒組成物はオイルとの相溶性が悪いが、ｎ−ペンタンを１４重量％以下混合することにより解決できる。即ち、ｎ−ペンタンは沸点が＋３６．０７℃と高いが、圧縮機オイルとの相溶性が良好であり、ｎ−ペンタンを１４重量％の範囲で混合することにより、ｎ−ペンタンにオイルを溶け込ませた状態で圧縮機まで帰還させることができ、圧縮機の油上がりによるロック等の弊害を防止できる。この結果、特にオイルセパレータ１６にて完全にオイルを分離するまでもなく、圧縮機６にオイルを戻すことができる。ここで、ｎ−ペンタンは沸点が高いため、あまり多量に混合すると蒸発温度が上昇して目的とする低温が得られないが、ｎ−ペンタンを、１４重量％以下の割合で混合することにより、蒸発温度を上昇させずしかもｎ−ペンタンが不燃域に維持しつつオイルを圧縮機へ帰還させることができる。

【0029】

このように、本実施例の二元冷凍装置によれば、オイル戻りを良好とし、爆発等の危険を伴うことなく、蒸発器にて−８５℃以下程度の低温を達成することができ、規制冷媒を使用せずに血液保冷等の医療用フリーザーとして実用化できる。

【0030】

また、ｎ−ペンタンは市販されており、フリーザー等で使用する場合には容易に入手でき、実用的である。

【0031】

尚、本実施例では二酸化炭素（Ｒ７４４）を２０質量％以下混合した混合冷媒とｎ−ペンタンとの混合物にて説明したが、ｎ−ペンタンの代わりに同様の割合で混合しても同様の効果が得られる。即ち、プロパンも圧縮機オイルとの相溶性が良好であり、プロパンを１４重量％混合することにより、プロパンにオイルを溶け込ませた状態で圧縮機６まで帰還させることができ、圧縮機６の油上がりによるロック等の弊害を防止できる。ここで、プロパンは蒸発温度に与える影響はそれ程ないが、可燃性であるため、爆発の危険があり取扱に難点がある。しかし、プロパンの混合割合を１４質量％以下とすることにより、プロパンを不燃域に維持することができ、爆発等の心配は無くなる。

【0032】

なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【実施例】

【0033】

次に実施例および比較例により本発明を詳しく説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限りこれらの実施例に限定されるものではない。

【0034】

（実施例１）
図１に示した二元冷凍装置の冷媒回路に本発明の下記の冷媒組成物を封入して運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価した。
低温側冷媒組成物：
エタン(Ｒ１７０)にパーフロロエタン(Ｒ１１６)６０質量％（共沸混合物）と冷媒組成物全体に対してｎ−ペンタン６．０質量％を混合した冷媒組成物。
高温側冷媒組成物：
ジフロロメタン（Ｒ３２）／ペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０７Ｄ）あるいはペンタフロロエタン（Ｒ１２５）／１，１，１−トリフロロエタン（Ｒ１４３ａ）／１，１，１，２−テトラフロロエタン（Ｒ１３４ａ）共沸混合物（Ｒ４０４Ａ）、あるいは、ジフロロメタン(Ｒ３２)、ペンタフロロエタン(Ｒ１２５)、１，１，１，２−テトラフロロエタン(Ｒ１３４ａ)、１，１，３−トリフロロエタン(Ｒ１４３ａ)の冷媒群に、１，１，１，２，３−ペンタフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ(Ｅ)、ＧＷＰ６、沸点−１９℃）を含むフッ化炭化水素混合冷媒であり、または、１，１，１，２−テトラフロロペンテン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を含むフッ化炭化水素混合冷媒を加えた混合冷媒。

【0035】

（実施例２）
低温側冷媒組成物として下記の冷媒組成物を用いた以外は実施例１と同様にして運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価した。
低温側冷媒組成物：
エタン(Ｒ１７０)に二酸化炭素(Ｒ７４４)を２０質量％以下と冷媒組成物全体に対してｎ−ペンタン８．７質量％を混合した冷媒組成物。

【0036】

（実施例３）
低温側冷媒組成物として下記の冷媒組成物を用いた以外は実施例１と同様にして運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価した。
低温側冷媒組成物：
パーフロロエタン(Ｒ１１６)に二酸化炭素(Ｒ７４４)を２０質量％以下と冷媒組成物全体に対してｎ−ペンタン１３．０質量％を混合した冷媒組成物。

【0037】

（実施例４）
低温側冷媒組成物として下記の冷媒組成物を用いた以外は実施例１と同様にして運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力およびＣＯＰを評価した。
低温側冷媒組成物：
エタン(Ｒ１７０)にパーフロロエタン(Ｒ１１６)５０質量％と二酸化炭素(Ｒ７４４)１５.０質量％と冷媒組成物全体に対してｎ−ペンタン６．４質量％を混合した冷媒組成物。

【0038】

（比較例１）
低温側冷媒組成物としてエタン(Ｒ１７０)のみを使用し、冷媒組成物全体に対してｎ−ペンタン９．７７質量％を混合した冷媒組成物を用いた以外は実施例１と同様にして運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価した。

【0039】

（比較例２）
低温側冷媒組成物としてパーフロロエタン(Ｒ１１６)のみを使用し、冷媒組成物全体に対してｎ−ペンタン１４．０質量％を混合した冷媒組成物を用いた以外は実施例１と同様にして運転し、二元冷凍装置の庫内温度および、蒸発器２４入口、また出口温度を測定して冷却能力を評価した。

【0040】

実施例１は、エタン(Ｒ１７０)にパーフロロエタン(Ｒ１１６)を混合することで、その共沸効果によって冷却性能が向上した。その効果は、パーフロロエタン(Ｒ１１６)の質量％が５０％以上６０％以下にて得られ、パーフロロエタン(Ｒ１１６)の質量％が、１５.３％、３５．４％、５２．６％、５９．７％において、比較例１の結果と対比して、蒸発器２４入口、また出口温度が低下し、二元冷凍装置の庫内温度が、−０．５℃、−１．２℃、−１．７℃,−１．８℃程低下した。その時の最大低下温度は−２．０℃程となった。例えば、比較例１の二元冷凍装置の庫内温度が−８５℃の場合、−８５．５℃、−８６．２℃、−８６．７℃、−８６．８℃程となり、その時の最大低下温度は−８７．０℃程となった。
実施例２は、エタン(Ｒ１７０)に二酸化炭素(Ｒ７４４)を混合することで、その高い熱伝達効果によって冷却性能が向上した。その効果は、二酸化炭素(Ｒ７４４)の質量％が２０％以下において、比較例１の結果と対比して、蒸発器２４入口、また出口温度が低下し、二元冷凍装置の庫内温度が、−０．９℃程低下した。その時の最大低下温度は−１．０℃程となった。
実施例３は、パーフロロエタン(Ｒ１１６)に二酸化炭素(Ｒ７４４)を混合することで、その高い熱伝達効果と、共沸作用と推定される効果によって冷却性能が向上した。その効果は、二酸化炭素(Ｒ７４４)の質量％が２０％以下において、比較例２の結果と対比して、蒸発器２４入口、また出口温度が低下し、二元冷凍装置の庫内温度が、−４．４℃程低下した。その時の最大低下温度は−４．５℃程となった。
実施例４は、実施例１〜３で証明したように、共沸効果および二酸化炭素(Ｒ７４４)の高い熱伝達効果によって冷却性能がさらに向上した。その効果は、二酸化炭素(Ｒ７４４)の質量％が２０％以下において、比較例１の結果と対比して、蒸発器２４入口、また出口温度が低下し、二元冷凍装置の庫内温度が、−２．３℃程低下した。その時の最大低下温度は−２．５℃程となった。この実施例４の形態では、エタン（Ｒ１７０）の特性である可燃性を、パーフロロエタン(Ｒ１１６)、および二酸化炭素(Ｒ７４４)を混合することで、その可燃特性を抑えることができる。また、パーフロロエタン(Ｒ１１６)はＧＷＰ値が高いため、エタン（Ｒ１７０）および二酸化炭素(Ｒ７４４)を混合することで、ＧＷＰ値を抑えることができる。また、パーフロロエタン(Ｒ１１６)は比熱比が低いため、二酸化炭素(Ｒ７４４)の高圧特性における吐出温度の上昇を抑えることができる。よって、実施例４の形態は、本発明の目的を満足すると考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路を備え、前記低温側冷凍回路中の冷媒の凝縮を前記高温側冷媒回路中のカスケードコンデンサを通過する冷媒により行う二元冷凍装置において、前記低温側冷凍回路中の冷媒として、エタン(Ｒ１７０)とパーフロロエタン(Ｒ１１６)とを混合した共沸混合物を含有する冷媒組成物を使用し、前記パーフロロエタン(Ｒ１１６)を前記冷媒組成物に対して５０％以上６０質量％以下を加えることを特徴とする二元冷凍装置であり、
地球温暖化係数(ＧＷＰ)が３のエタン(Ｒ１７０)と地球温暖化係数(ＧＷＰ)が１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)を混合した共沸混合物を用い、ＧＷＰが３のエタン(Ｒ１７０)の沸点は−８８．６℃と低く、ＧＷＰが１２２００のパーフロロエタン(Ｒ１１６)の沸点は−７８．１℃と低く、その共沸混合物の沸点は−８８．８℃と低く、パーフロロエタン(Ｒ１１６)単独の場合よりＧＷＰが半分以下と小さいので地球に優しく、−８０℃という低温を達成でき、爆発の危険性がなく、冷凍能力や他の性能面でも優れた性能を有する、という顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。

【符号の説明】

【0042】

Ｓ１ 高温側冷媒サイクル
Ｓ２ 低温側冷媒サイクル
１，６ 圧縮機
１１ カスケードコンデンサ
２４ 蒸発器

【図1】