JPH1054618A - ３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｒ２２の代替となる高効率な３成分混合冷媒を
用いた冷凍サイクル装置を提供すること。 【解決手段】圧縮機１から吐出されるＲ３２／Ｒ１２５
／Ｒ１３４ａからなる３成分混合冷媒を、一旦冷却器２
にて冷却することによって、吐出温度上昇等の不具合点
を解消し、減圧装置としてキャピラリーチューブ５を用
いる場合には、キャピラリーチューブ５と蒸発器・圧縮
機を接続する吸入配管８を対向流熱交換させるものであ
る。さらに、アキュムレータ７内の垂直方向に複数の油
戻し穴を設け、圧縮機用潤滑油として鉱物油やアルキル
ベンゼン系油、およびこれらの混合油や相溶性を改善す
るために少量の炭化水素類を混合した潤滑油を用いたも
のであり、混合される炭化水素類としては、沸点が＋４
５℃以上のアルカン系の飽和炭化水素類が望ましいもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、現在Ｒ２
２を用いている大型冷蔵庫、自動販売機等の冷凍サイク
ル装置に代替される、３成分混合冷媒を用いた冷凍サイ
クル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大型冷蔵庫、自動販売機等の冷凍
サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、キャピラリーチュー
ブや膨張弁等の絞り装置、単数または複数の蒸発器等を
配管接続し、その内部に冷媒を循環させることにより、
冷却作用を行っている。これらの冷凍サイクル装置にお
いては、従来、冷媒としてＲ５０２（クロロジフルオロ
メタンＲ２２とクロロペンタフルオロエタンＲ１１５の
共沸混合冷媒、沸点：−４５．３℃）を用いてきたが、
成層圏オゾン破壊能力があるため、すでにモントリオー
ル国際条約によって使用全廃が決定され、現在ではＲ２
２（クロロジフルオロメタン、沸点：−４０．８℃）に
転換されている。しかしながら、Ｒ２２においても、若
干の成層圏オゾン破壊能力があるため、将来的にはＲ２
２の使用・生産を廃止しようという動きがある。

【０００３】これに対して、成層圏オゾン層に及ぼす影
響をほとんどなくするためには、分子構造中に塩素を含
まないことが必要条件とされており、この可能性のある
ものとして塩素を含まないフッ化炭化水素類（ＨＦＣ
ｓ）からなる混合冷媒が提案されている。従来Ｒ５０２
を用いてきた大型冷蔵庫、自動販売機等の冷凍サイクル
装置用の代替冷媒としては、Ｒ５０２の代替冷媒として
提案されているＲ１２５／Ｒ１４３ａからなる２成分混
合冷媒やＲ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａからなる３
成分混合冷媒が有力視されてきた。ここでＲ１２５、Ｒ
１４３ａ、Ｒ１３４ａの各単一冷媒は、それぞれ、ペン
タフルオロエタン（CF₃-CHF₂、Ｒ１２５、沸点：−４８
℃）、１，１，１−トリフルオロエタン（CF₃-CH₃、Ｒ
１４３ａ、沸点：−４８℃）、１，１，１，２−テトラ
フルオロエタン（CF₃-CH₂F、Ｒ１３４ａ、沸点：−２７
℃）である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｒ１２５／Ｒ１４３ａやＲ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３
４ａの混合冷媒は、理論的および実験的な性能がＲ２２
に及ばないことが、その後の研究で明らかになってきて
おり、Ｒ１２５やＲ１４３ａを多く含む混合冷媒よりも
優れた代替冷媒の検討が必要になっている。

【０００５】これに代わる代替冷媒としては、Ｒ２２の
代替冷媒として提案されているＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１
３４ａからなる３成分混合冷媒が候補となる。ここでＲ
３２の単一冷媒は、ジフルオロメタン（CH₂F₂、Ｒ３
２、沸点：−５２℃）であり、Ｒ１２５とＲ１３４ａは
前述のものである。しかしながら、この３成分混合冷媒
では、Ｒ１２５やＲ１４３ａを多く含む混合冷媒に比べ
てその吐出温度が高くなると言った課題を有していた。

【０００６】本発明は、上記従来の課題を考慮し、冷凍
サイクル装置にＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａを含む３
成分混合冷媒を用いる場合でも、その吐出温度を従来に
比べて低くすることが出来る３成分混合冷媒を用いた冷
凍サイクル装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、圧縮機と、その圧縮機から吐出される、Ｒ３２とＲ
１２５とＲ１３４ａとを含む３成分混合冷媒を冷却する
冷却器と、前記冷却された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮された冷媒を減圧させる、単数または複数のキ
ャピラリーチューブ又は膨張弁を有する絞り装置と、前
記減圧された冷媒を蒸発させる、単数または複数の蒸発
器と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に接続されたアキ
ュムレータとを配管接続した３成分混合冷媒を用いた冷
凍サイクル装置である。

【０００８】請求項２記載の本発明は、上記３成分混合
冷媒は、実質上２０〜３０重量％のＲ３２と、実質上１
５〜２５重量％のＲ１２５と、実質上５０〜６０重量％
のＲ１３４ａとを含む３成分混合冷媒を用いた冷凍サイ
クル装置である。

【０００９】請求項３記載の本発明は、上記絞り装置と
して前記キャピラリーチューブを用いる場合、そのキャ
ピラリーチューブと、前記蒸発器と前記圧縮機との間に
接続された配管とを対向流熱交換させた３成分混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置である。

【００１０】請求項４記載の本発明は、上記アキュムレ
ータの上部には、前記蒸発器の出口側の配管が接続され
ており、且つ、前記アキュムレータの下部には、一端が
前記圧縮機の吸入口側と接続された配管の他の一端が実
質上上向きに挿入されており、その挿入された一端の側
壁部には複数の油戻し孔が形成されており、それら油戻
し孔は前記挿入された一端の最上端からの距離がそれぞ
れ異なる３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置であ
る。

【００１１】請求項５記載の本発明は、上記アキュムレ
ータの上部には、前記圧縮機の吸入口側の配管が接続さ
れており、且つ、前記アキュムレータの下部には、一端
が前記蒸発器の出口配管側と接続された配管の他の一端
が実質上上向きに挿入されており、その挿入された一端
の側壁部には複数の油戻し孔が形成されており、それら
油戻し孔は前記挿入された一端の最上端からの距離がそ
れぞれ異なる３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置
である。

【００１２】請求項６記載の本発明は、鉱物油、アルキ
ルベンゼン系油、若しくはそれらの混合油、又は、前記
鉱物油、アルキルベンゼン系油、若しくはそれらの混合
油と、炭化水素類とを混合したものを前記圧縮機の潤滑
油とする３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置であ
る。

【００１３】請求項７記載の本発明は、上記炭化水素類
は、前記冷媒と前記潤滑油との相溶性を改善するための
ものであり、その沸点が＋４５℃以上のアルカン系の飽
和炭化水素類である３成分混合冷媒を用いた冷凍サイク
ル装置である。

【００１４】請求項８記載の本発明は、上記圧縮機は、
高圧シェルの内部に前記冷媒を圧縮するための圧縮シリ
ンダーを有し、その圧縮シリンダー内で圧縮された冷媒
を前記高圧シェル内に放出した後、その高圧シェルから
外部へ吐出する構成であり、前記冷却器で冷却された前
記冷媒は、前記高圧シェルに配設された配管を一旦経由
して前記凝縮器に送られる３成分混合冷媒を用いた冷凍
サイクル装置である。

【００１５】請求項９記載の本発明は、上記圧縮機は、
高圧シェルの内部に前記冷媒を圧縮するための圧縮シリ
ンダーを有し、その圧縮シリンダー内で圧縮された冷媒
を前記圧縮シリンダーから前記高圧シェルの外部へ直接
吐出する構成であり、前記冷却器で冷却された前記冷媒
は、前記圧縮機の高圧シェル内に一旦開放されて再びそ
の高圧シェルから外部へ放出されて前記凝縮器に送られ
る３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置である。

【００１６】請求項１０記載の本発明は、上記キャピラ
リーチューブ又は膨張弁、及び前記蒸発器を含む複数の
冷媒回路と、前記複数の冷媒回路のそれぞれに前記冷媒
を分流させるための、前記凝縮器の出口に設けられたデ
ストリビュータと、前記複数の冷媒回路のそれぞれに対
応して接続された複数の電磁弁とを備えた３成分混合冷
媒を用いた冷凍サイクル装置である。

【００１７】請求項１１記載の本発明は、上記複数の冷
媒回路に設けられた各蒸発器がそれぞれ個別の負荷室に
配置され、それら各負荷室の温度制御に基づいて、前記
複数の電磁弁を開閉制御する３成分混合冷媒を用いた冷
凍サイクル装置である。

【００１８】本発明では、冷却器が、圧縮機から吐出さ
れる、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１３４ａとを含む３成分混
合冷媒を冷却し、凝縮器が前記冷却された冷媒を凝縮さ
せ、絞り装置が、前記凝縮された冷媒を減圧させる、単
数または複数のキャピラリーチューブ又は膨張弁を有
し、単数または複数の蒸発器が前記減圧された冷媒を蒸
発させ、アキュムレータが前記蒸発器と前記圧縮機との
間に接続される。

【００１９】これにより、圧縮機から吐出される、Ｒ３
２とＲ１２５とＲ１３４ａとを含む３成分混合冷媒の吐
出温度の上昇が抑制出来る。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明に係る冷凍サイクル装置
は、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからなる３成分混合
冷媒を用い、２０〜３０重量％近傍のＲ３２と、１５〜
２５重量％近傍のＲ１２５と、５０〜６０重量％近傍の
Ｒ１３４ａを含み、Ｒ１２５やＲ１４３ａを多く含む混
合冷媒に比べ、ＧＷＰの低減と成績係数（ＣＯＰ）の向
上の両方でもって、地球温暖化に対する影響を低くでき
るものであり、圧縮機から吐出される冷媒は一旦冷却器
にて冷却された後、凝縮器、単数または複数のキャピラ
リーチューブや膨張弁等の絞り装置、単数または複数の
蒸発器、アキュムレータ等を経て圧縮機に吸入されるよ
うに配管接続したから、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ
からなる３成分混合冷媒を用いたときの吐出温度上昇等
の不具合点を解消できるものである。

【００２１】また減圧装置としてキャピラリーチューブ
を用いる場合には、キャピラリーチューブと蒸発器・圧
縮機を接続する吸入配管を対向流熱交換させたから、Ｒ
３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからなる３成分混合冷媒が
非共沸混合冷媒である特徴を利用して、蒸発器出口で冷
媒が未蒸発のときにも、キャピラリーチューブと効果的
に熱交換され、キャピラリーチューブ内を流れる冷媒は
減圧作用が行われながら冷却されるため、蒸発器入口の
冷媒乾き度が低下され、蒸発器での蒸発能力が増大し、
さらなる成績係数（ＣＯＰ）の向上が期待できるもので
ある。

【００２２】さらにＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａのフ
ッ化炭化水素類（ＨＦＣｓ）のみからなる冷媒との相溶
性を確保するために、圧縮機潤滑油としてエステル系油
を用いていると、圧縮機としてロータリコンプレッサを
用いる場合などはベーン先端での接触温度が上昇しやす
く、エステル系油の加水分解が促進されやすいため、圧
縮機用潤滑油として鉱物油やアルキルベンゼン系油、お
よびこれらの混合油や相溶性を改善するために少量の炭
化水素類を混合した潤滑油を用いるものである。このと
きのＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａのフッ化炭化水素類
（ＨＦＣｓ）のみからなる冷媒との相溶性の悪さによっ
て、アキュムレータ内では、上層の潤滑油主体の層と、
中間の潤滑油と冷媒の混合層と、下層の冷媒主体の層に
分離されやすいが、この不具合点を垂直方向に設けた複
数の油戻し穴によって確実に圧縮機に潤滑油を帰還させ
るものである。

【００２３】さらにフッ化炭化水素類（ＨＦＣｓ）のみ
からなる冷媒と、鉱物油やアルキルベンゼン系油との相
溶性を改善するために少量混合される炭化水素類として
は、熱安定性からはアルカン系の飽和炭化水素類が望ま
しく、冷凍サイクル装置の運転中の炭化水素類の漏洩に
よる可燃性の危険を避けるためには、大型冷蔵庫、自動
販売機等の冷凍サイクル装置の平均的な凝縮温度である
＋４５℃以上の沸点をもつ炭化水素類が望ましい。これ
らに該当する沸点が＋４５℃以上のアルカン系の飽和炭
化水素類としては、ｎ−ヘキサン（C₆H₁₄、沸点：＋６
９℃）、２−メチルペンタン（C₆H₁₄、沸点：＋６０
℃）、３−メチルペンタン（C₆H₁₄、沸点：＋６３
℃）、２，２−ジメチルブタン（C₆H₁₄、沸点：＋５０
℃）、２，３−ジメチルブタン（C₆H₁₄、沸点：＋５８
℃）、ｎ−ヘプタン（C₇H₁₆、沸点：＋９８℃）、２−
メチルヘキサン（C₇H₁₆、沸点：＋９０℃）、３−メチ
ルヘキサン（C ₇H₁₆、沸点：＋９２℃）、２，２−ジメ
チルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋７９℃）、２，３−ジ
メチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋９０℃）、２，４−
ジメチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋８０℃）、３，３
−ジメチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋８６℃）、３−
エチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋９３℃）、２，２，
３−トリメチルブタン（C₇H₁₆、沸点：＋８１℃）、ｎ
−オクタン（C₈H₁₈、沸点：＋１２６℃）、ｎ−ノナン
（C₉H₂₀、沸点：＋１５１℃）、ｎ−デカン（C₁₀H₂₂、
沸点：＋１７４℃）、ｎ−ウンデカン（C₁₁H₂₄、沸点：
＋１９６℃）、等が挙げられるものである。

【００２４】以下、本発明の実施の形態について更に説
明する。

【００２５】（実施の形態１）本発明に係る冷凍サイク
ル装置に用いる３成分混合冷媒のいくつかの混合組成に
ついて、以下に説明する。

【００２６】（表１）は、本発明の構成要素であるＲ３
２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ混合冷媒のいくつかの混合組
成の理想的な冷凍性能を、Ｒ１２５とＲ１４３ａを多く
含む混合冷媒の有力視されている混合組成と比較するも
のである。条件は、圧縮機吸入温度が３０℃、凝縮平均
温度が４５℃、蒸発平均温度が−１５℃、凝縮器出口過
冷却度が０ｄｅｇ、蒸発器出口過熱度が１５ｄｅｇの場
合であり、冷凍能力には蒸発器出口過熱度エンタルピが
含められる。又、比較のための基準として、冷媒Ｒ２２
と冷媒Ｒ５０２を用いた。

【００２７】このときのＲ２２の凝縮圧力は1.723MPa、
蒸発圧力は0.295MPaであり、このときのＲ５０２の凝縮
圧力は1.873MPa、蒸発圧力は0.346MPaであるが、（表
１）からわかるように、Ｒ１２５やＲ１４３ａを多く含
むＲ１２５／Ｒ１４３ａやＲ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１
３４ａの混合冷媒の理論的な成績係数（ＣＯＰ）は、Ｒ
２２やＲ５０２に及ばないばかりでなく、凝縮圧力や蒸
発圧力も上昇する。

【００２８】一方、例示したＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３
４ａ混合冷媒の理論的な成績係数（ＣＯＰ）は、Ｒ５０
２より優れ、Ｒ２２と同等であるばかりでなく、凝縮圧
力や蒸発圧力もＲ２２やＲ５０２とほぼ同等である。３
０／２０／５０重量％の組成は、Ｒ２２よりも蒸気圧の
高いＲ３２の組成割合が多いため、凝縮圧力と蒸発圧力
は若干上昇し、吐出温度も若干上昇するものの、冷凍能
力と成績係数（ＣＯＰ）の両方が２３／２５／５２重量
％の組成よりも良い特性を示す。また２５／１５／６０
重量％の組成は、Ｒ２２よりも蒸気圧の高いＲ１２５の
組成割合が少ないため、凝縮圧力と蒸発圧力は若干低下
し、吐出温度は若干上昇し、冷凍能力は２３／２５／５
２重量％の組成とほぼ同等であるものの、成績係数（Ｃ
ＯＰ）は２３／２５／５２重量％の組成よりも良い特性
を示す。

【００２９】さらに本発明の構成要素である３成分混合
冷媒のもつ地球温暖化係数（ＧＷＰ）について検討する
と、フッ化炭化水素類の冷媒は、もう一つの環境問題で
ある地球温暖化に対する影響を示す地球温暖化係数（以
下ＧＷＰと記す）は、Ｒ２２と同程度の影響があるとさ
れている。１９９５年のＩＰＣＣ（IntergovermentalPa
nel on Climate Change、気候変動政府間パネル）報告
によれば、炭酸ガス（ＣＯ₂）のＧＷＰを１としたとき
の積算時水平軸として各２０年、１００年、５００年の
比較値は、Ｒ２２のＧＷＰは４３００、１７００、５２
０、塩素を含まないフッ化炭化水素類の内、Ｒ３２のＧ
ＷＰは２１００、６５０、２００、Ｒ１２５のＧＷＰは
４６００、２８００、９２０、Ｒ１４３ａのＧＷＰは５
０００、３８００、１４００、Ｒ１３４ａのＧＷＰは３
４００、１３００、４２０とされている。

【００３０】従って（表１）に示した各混合冷媒の炭酸
ガス（ＣＯ₂）のＧＷＰを１としたときの積算時水平軸
として各２０年、１００年、５００年の比較値は、それ
ぞれ（表１）のように計算される。（表１）に示したＲ
３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ混合冷媒は、Ｒ１２５やＲ
１４３ａを多く含む混合冷媒に比べ、ＧＷＰの高いＲ１
２５やＲ１４３ａの組成割合が少ないため、すべての期
間に渡ってＧＷＰが小さいばかりでなく、Ｒ２２と比較
してもＧＷＰを小さくすることができる。

【００３１】２０〜３０重量％のＲ３２と、１５〜２５
重量％のＲ１２５と、５０〜６０重量％のＲ１３４ａか
らなる３成分混合冷媒は、成績係数（ＣＯＰ）の良い特
性を示し、これらの組成範囲の近傍で不燃性になる組成
を決定することが可能であり、Ｒ１２５やＲ１４３ａを
多く含む混合冷媒に比べ、ＧＷＰの低減と成績係数（Ｃ
ＯＰ）の向上の両方でもって、地球温暖化に対する影響
を低くできるものである。

【００３２】尚、本発明の、実質上２０〜３０重量％の
Ｒ３２と、実質上１５〜２５重量％のＲ１２５と、実質
上５０〜６０重量％のＲ１３４ａとを含む３成分混合冷
媒における、実質上とは、上記各数値範囲を示す上限
値、下限値に対して、それぞれ±２重量％程度の範囲の
変動を許容することを意味している。従って例えば、Ｒ
１２５の重量％が実質上１５〜２５重量％であるという
ことは、１３〜２７重量％等の範囲も含まれている。な
ぜならば、これら３成分混合冷媒の各混合割合の変化が
上述のように±２重量％の範囲であれば、上記冷凍能力
や成績係数に大きく影響を与える様な変化は生じないか
らである。

【００３３】ここにおいて、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３
４ａからなる３成分混合冷媒のＲ１２５やＲ１４３ａを
多く含む混合冷媒に比べた欠点は、吐出温度が上昇する
ことであり、本発明はこれを冷凍サイクル装置の工夫に
より改善したものである。具体的には、圧縮機から吐出
される、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１３４ａとを含む３成分
混合冷媒を一旦冷却するための冷却器を、圧縮機と凝縮
器との間に備えることにより（図１参照）、その吐出温
度を下げるものである。この点については更に後述す
る。

【００３４】

【表１】

【００３５】（実施の形態２）次に、本発明に係る３成
分混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置の一実施の形態に
ついて図１を参照しながら説明する。ここでは、特に上
述した３成分混合冷媒を、蒸発器を一つ備えた大型冷蔵
庫の冷凍サイクル装置に適用した実施の形態について構
成及び動作を説明する。

【００３６】図１に示した冷凍サイクル装置において、
圧縮機１は、高圧シェル１０１の内部に上記冷媒を圧縮
するための圧縮シリンダー１０２を有し、その圧縮シリ
ンダー１０２内で圧縮された冷媒を高圧シェル１０１内
に放出した後、その高圧シェル１０１から後述する冷却
器２へ吐出するものである。冷却器２は、圧縮機１から
吐出される冷媒を一旦冷却するための手段である。圧縮
機内冷媒冷却配管３は、冷却器２で冷却された冷媒を再
度圧縮機１の高圧シェル１０１内部に導き、高圧シェル
１０１内に放出された冷媒を冷却するための配管であ
り、後述する凝縮器４と接続されている。尚、図１に示
す圧縮機１の高圧シェル１０１内部には、圧縮シリンダ
ー１０２から放出された吐出冷媒２００ａが存在してい
る様子を模式的に点々で示した。凝縮器４は冷却された
冷媒を凝縮させる手段であり、キャピラリーチューブ５
は凝縮器４で凝縮された冷媒を減圧させるための手段で
ある。蒸発器６は、キャピラリーチューブ５により減圧
された冷媒を蒸発させるための手段であり、大型冷蔵庫
の庫内（図示省略）の冷却を行うものである。アキュム
レータ７は蒸発器６の出口配管に接続されており、後述
する吸入配管８と接続されている。アキュムレータ７の
上部には、蒸発器６の出口配管６１が接続されており、
しかも、そのアキュムレータ７の下部には、後述する吸
入配管８の一端側が上向きに挿入されており、その挿入
された配管の一端７１の側壁部には２個の油戻し孔１０
ａ、１０ｂが形成されている。それら油戻し孔は、挿入
された配管の一端７１の最上端７１ａからの距離がそれ
ぞれ異なる様に垂直方向に配列されている。又、吸入配
管８は、アキュムレータ７と圧縮機１の吸入口との間に
接続されており、キャピラリーチューブ５と対向流熱交
換させるための配管である。また吸入配管８の出口に
は、逆止弁９が挿入されている。この逆止弁９は、圧縮
機１の停止時等において、圧縮機１の吸入口側から、蒸
発器６、アキュムレータ７、吸入配管８の低圧側に冷媒
や潤滑油が逆流するのを防止するためのものである。

【００３７】以上の構成において、本実施の形態の冷凍
サイクル装置では、圧縮機１から吐出された冷媒は、冷
却器２にて冷却されて後、再び圧縮機１内部の配管３を
経由して、凝縮器４、キャピラリーチューブ５、蒸発器
６、蒸発器６の出口に設けられたアキュムレータ７、吸
入配管８等を循環して、圧縮機１に帰還する。

【００３８】また、この冷凍サイクル装置には、Ｒ３２
／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからなる３成分混合冷媒を、
又、圧縮機１の内部には鉱物油とアルキルベンゼン系油
との混合油と、混合冷媒との相溶性を改善するために少
量の炭化水素類とを混合した潤滑油を封入したものであ
る。又、吐出温度が上昇すると言うＲ３２／Ｒ１２５／
Ｒ１３４ａ混合冷媒の欠点は、冷却器２と圧縮機内冷媒
冷却配管３とで吐出冷媒を効率よく冷却することにより
解消できるものである。

【００３９】またキャピラリーチューブ５と蒸発器６出
口のアキュムレータ７から圧縮機１に到る吸入配管８は
対向流熱交換されており、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４
ａからなる３成分混合冷媒が非共沸混合冷媒である特徴
を利用して、蒸発器６の出口で冷媒が未蒸発のときに
も、キャピラリーチューブ５と効果的に熱交換され、キ
ャピラリーチューブ５内を流れる冷媒は減圧作用が行わ
れながら冷却されるため、蒸発器６入口の冷媒乾き度が
低下され、蒸発器６での蒸発能力が増大し、さらなる成
績係数（ＣＯＰ）の向上が期待できるものである。

【００４０】さらに、圧縮機１としてロータリコンプレ
ッサを用いる場合などに、ベーン先端（図示せず）での
接触温度が上昇しても、圧縮機１用の潤滑油として鉱物
油やアルキルベンゼン系油、およびこれらの混合油や相
溶性を改善するために少量の炭化水素類を混合した潤滑
油を用いたため、エステル系油のように加水分解は起こ
らない。またこのときのＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ
のフッ化炭化水素類（ＨＦＣｓ）のみからなる冷媒との
相溶性の悪さによって、蒸発器６出口のアキュムレータ
７内では、上層の潤滑油主体の層と、中間の潤滑油と冷
媒の混合層と、下層の冷媒主体の層に分離されやすい
が、一旦アキュムレータ７内に貯留される潤滑油と冷媒
は、たとえ潤滑油主体の層と冷媒主体の層に分離された
としても、圧縮機１と、アキュムレータ７の下部で接続
される配管には垂直方向に複数の油戻し穴１０ａ、１０
ｂを設けたため、確実に圧縮機１に潤滑油を帰還させる
ことができるものである。

【００４１】さらにフッ化炭化水素類（ＨＦＣｓ）のみ
からなる冷媒と、鉱物油やアルキルベンゼン系油との相
溶性を改善するために少量混合される炭化水素類として
は、熱安定性からはアルカン系の飽和炭化水素類が望ま
しく、冷凍サイクル装置の運転中の炭化水素類の漏洩に
よる可燃性の危険を避けるためには、大型冷蔵庫、自動
販売機等の冷凍サイクル装置の平均的な凝縮温度である
＋４５℃以上の沸点をもつ炭化水素類が望ましい。これ
らに該当する沸点が＋４５℃以上のアルカン系の飽和炭
化水素類としては、ｎ−ヘキサン（C₆H₁₄、沸点：＋６
９℃）、２−メチルペンタン（C₆H₁₄、沸点：＋６０
℃）、３−メチルペンタン（C₆H₁₄、沸点：＋６３
℃）、２，２−ジメチルブタン（C₆H₁₄、沸点：＋５０
℃）、２，３−ジメチルブタン（C₆H₁₄、沸点：＋５８
℃）、ｎ−ヘプタン（C₇H₁₆、沸点：＋９８℃）、２−
メチルヘキサン（C₇H₁₆、沸点：＋９０℃）、３−メチ
ルヘキサン（C ₇H₁₆、沸点：＋９２℃）、２，２−ジメ
チルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋７９℃）、２，３−ジ
メチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋９０℃）、２，４−
ジメチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋８０℃）、３，３
−ジメチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋８６℃）、３−
エチルペンタン（C₇H₁₆、沸点：＋９３℃）、２，２，
３−トリメチルブタン（C₇H₁₆、沸点：＋８１℃）、ｎ
−オクタン（C₈H₁₈、沸点：＋１２６℃）、ｎ−ノナン
（C₉H₂₀、沸点：＋１５１℃）、ｎ−デカン（C₁₀H₂₂、
沸点：＋１７４℃）、ｎ−ウンデカン（C₁₁H₂₄、沸点：
＋１９６℃）、等が挙げられるものである。

【００４２】（実施の形態３）次に、本発明に係る３成
分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置の他の一実施の形
態について図２を参照しながら説明する。ここでは、特
に上述した３成分混合冷媒を複数の蒸発器をもつ自動販
売機等の冷凍サイクル装置に適用した実施の形態につい
て構成及び動作を説明する。

【００４３】図２に示した冷凍サイクル装置において、
上記実施の形態１とほぼ同一の構成要素については、同
一の符号を付した。本実施の形態において、図１と異な
る点は、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器４と一体
に形成された冷却器２にて冷却されて後、再び圧縮機１
内部に帰還されるが、圧縮機１は高圧シェルタイプのロ
ータリコンプレッサであり、帰還された冷媒は圧縮機１
の高圧シェル内に開放されるものである。

【００４４】ここで、本実施の形態の圧縮機１について
更に説明する。即ち、図２に示す様に、この圧縮機１
は、高圧シェル１０１の内部に上記冷媒を圧縮するため
の圧縮シリンダー１０２を有し、その圧縮シリンダー１
０２内で圧縮された冷媒を圧縮シリンダー１０２から高
圧シェル１０１の外部へ直接吐出する構成である。従っ
て、上記実施の形態と異なり、冷却器２で冷却された冷
媒は、圧縮機１の高圧シェル１０１内に一旦開放されて
再びその高圧シェル１０１から外部へ吐出されて凝縮器
４へと送られるものである。図２に示す圧縮機１の高圧
シェル１０１内部には、冷却器２から帰還した帰還冷媒
２００ｂが存在している様子を模式的に点々で示した。

【００４５】このようにして、再び圧縮機１より吐出さ
れた冷媒は、凝縮器４を経由して、デストリビュータ１
１において複数の冷媒回路に分岐され、分岐後の複数の
冷媒回路には電磁弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられ
ている。電磁弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ以後の複数の冷
媒回路には、それぞれキャピラリーチューブ５ａ、５
ｂ、５ｃ、蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃが接続され、蒸発器
６ａ、６ｂ、６ｃを出た冷媒回路は吸入配管８ａ、８
ｂ、８ｃを経由してアキュムレータ７において合流さ
れ、さらに逆止弁９等を経由して、圧縮機１に帰還する
ものである。

【００４６】図２の本実施の形態においてはアキュムレ
ータ７の配置や配管の構成が図１の実施の形態の場合と
異なり、各キャピラリーチューブ５ａ、５ｂ、５ｃは各
蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃ出口の吸入配管８ａ、８ｂ、８
ｃと対向流熱交換されている。

【００４７】ここで、本実施のアキュムレータ７につい
て更に説明する。

【００４８】図２に示すように、アキュムレータ７の上
部には、圧縮機１の吸入口側の配管が接続されており、
且つ、アキュムレータ７の下部には、一端が蒸発器６
ａ、６ｂ，６ｃの各出口と接続された吸入配管８ａ、８
ｂ、８ｃの各他端が、それぞれ上向きに挿入されてお
り、その挿入された３本の配管７２，７３，７４の側壁
部には２個の油戻し孔１０ａ、１０ｂがそれぞれ形成さ
れており、それら油戻し孔は挿入された各配管の最上端
７２ａ，７３ａ．７４ａからの距離がそれぞれ異なる様
に垂直方向に配列されている。アキュムレータ７の上部
と、圧縮機１の吸入口側との間には、逆止弁９が接続さ
れており、上記実施の形態１で説明したものと同じ機能
を有している。

【００４９】ここで各蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃは、それ
ぞれ冷却すべき負荷室に配置されており、各負荷室の温
度制御により、複数の冷媒回路の電磁弁１２ａ、１２
ｂ、１２ｃが開閉制御される。

【００５０】また、この冷凍サイクル装置には、Ｒ３２
／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからなる３成分混合冷媒を、
又、圧縮機１の内部には鉱物油とアルキルベンゼン系油
との混合油と、混合冷媒との相溶性を改善するために少
量の炭化水素類とを混合した潤滑油を封入したものであ
る。又、これにより、吐出温度が上昇すると言うＲ３２
／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ混合冷媒の欠点は、吐出冷媒を
効率よく冷却する上記冷却器２の構成と、その冷却器２
から出た冷媒を高圧シェル１０１内に一旦帰還させて、
圧縮シンリンダー１０２も冷却すると言う構成により解
消できるものである。

【００５１】またＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからな
る３成分混合冷媒が非共沸混合冷媒である特徴を利用し
て、蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃの出口で冷媒が未蒸発のと
きにも、キャピラリーチューブ５ａ、５ｂ、５ｃと効果
的に熱交換され、キャピラリーチューブ５ａ、５ｂ、５
ｃ内を流れる冷媒は減圧作用が行われながら冷却される
ため、蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃ入口の冷媒乾き度が低下
され、各蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃでの蒸発能力が増大
し、さらなる成績係数（ＣＯＰ）の向上が期待できるも
のである。さらに蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃ出口で合流さ
れたアキュムレータ７内では、上層の潤滑油主体の層
と、中間の潤滑油と冷媒の混合層と、下層の冷媒主体の
層に分離されやすいが、アキュムレータ７内に下部から
挿入された配管７２，７３，７４には垂直方向に複数の
油戻し穴１０ａ、１０ｂを設けたため、一旦アキュムレ
ータ７内に貯留される潤滑油と冷媒は、再び各蒸発器６
ａ〜６ｃの出口配管に戻され、各蒸発器から高速で還流
する冷媒とともに、確実に圧縮機１に潤滑油を帰還させ
ることができるものである。アキュムレータ７が蒸発器
よりも圧縮機に近い位置に接続されている場合では、ア
キュムレータ７の上述した配管接続の構成は、本実施の
形態の様に行う方が、上記実施の形態１で説明した様に
行うよりも、冷媒が液状態で圧縮機１へ戻る可能性が少
なく有利である。

【００５２】この様に、上記実施の形態では、Ｒ３２／
Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからなる３成分混合冷媒を用い、
圧縮機、圧縮機から吐出される冷媒を一旦冷却する冷却
器、凝縮器、単数または複数のキャピラリーチューブや
膨張弁等の絞り装置、単数または複数の蒸発器、アキュ
ムレータ等を配管接続した冷凍サイクル装置を提供する
ものである。

【００５３】また使用するＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４
ａからなる３成分混合冷媒は、２０〜３０重量％近傍の
Ｒ３２と、１５〜２５重量％近傍のＲ１２５と、５０〜
６０重量％近傍のＲ１３４ａを含むものである。

【００５４】また減圧装置としてキャピラリーチューブ
を用いる場合には、キャピラリーチューブと蒸発器・圧
縮機を接続する吸入配管を対向流熱交換させるものであ
る。

【００５５】さらに、アキュムレータ内には垂直方向に
複数の油戻し穴を設け、圧縮機用潤滑油として鉱物油や
アルキルベンゼン系油、およびこれらの混合油や相溶性
を改善するために少量の炭化水素類を混合した潤滑油を
用いたものである。また相溶性を改善するために混合さ
れる炭化水素類としては、沸点が＋４５℃以上のアルカ
ン系の飽和炭化水素類を用いたものである。

【００５６】以上の説明から明らかなように、本発明
は、従来Ｒ２２代替として提案されたＲ３２／Ｒ１２５
／Ｒ１３４ａからなる３成分混合冷媒を、大型冷蔵庫、
自動販売機等の冷凍サイクル装置に適用するに当たっ
て、圧縮機から吐出される冷媒を一旦冷却器にて冷却す
ることによって、吐出温度上昇等の不具合点を解消し、
ＧＷＰの低減と成績係数（ＣＯＰ）の向上の両方でもっ
て、地球温暖化に対する影響を低くした冷凍サイクル装
置を提供したものである。また減圧装置としてキャピラ
リーチューブを用いる場合には、キャピラリーチューブ
と蒸発器・圧縮機を接続する吸入配管を対向流熱交換さ
せ、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａからなる３成分混合
冷媒が非共沸混合冷媒である特徴を利用して、蒸発器で
の蒸発能力が増大し、さらなる成績係数（ＣＯＰ）の向
上が期待できるものである。

【００５７】さらに本発明は、アキュムレータ内の垂直
方向に複数の油戻し穴を設けたから、確実に圧縮機に潤
滑油を帰還できるものであり、圧縮機用潤滑油として鉱
物油やアルキルベンゼン系油、およびこれらの混合油や
相溶性を改善するために少量の炭化水素類を混合した潤
滑油を用い、相溶性を改善するために混合される炭化水
素類としては、沸点が＋４５℃以上のアルカン系の飽和
炭化水素類が望ましいものである。

【００５８】尚、上記実施の形態では、鉱物油とアルキ
ルベンゼン系油との混合油と、冷媒との相溶性を改善す
るための炭化水素類とを混合したものを圧縮機の潤滑油
とする場合について説明したが、これに限らず例えば、
（１）鉱物油、アルキルベンゼン系油、若しくはそれら
の混合油を圧縮機の潤滑油としても良いし、又は、
（２）鉱物油、アルキルベンゼン系油、若しくはそれら
の混合油と、炭化水素類とを混合したものを圧縮機の潤
滑油としても良い。

【００５９】又、上記実施の形態では、高圧シェル１０
１内に吐出冷媒２００ａを放出する場合、圧縮機内冷媒
冷却配管３を高圧シェル１０１内に配設した場合につい
て説明したが、これに限らず例えば、この配管３を高圧
シェル１０１の外側に接触するように巻き付ける構成と
しても良い。この場合でも、高圧シェル内の吐出冷媒を
冷却することが出来る。

【００６０】又、上記実施の形態では、アキュムレータ
の取り付け位置が、蒸発器により近い場合と、圧縮機に
より近い場合とに応じて、アキュムレータの配管構成を
次のように変えた場合について説明した。即ち、前者の
取り付け位置の場合には、圧縮機の吸入口側と接続され
た配管の一端がアキュムレータの下側から上向きに挿入
された構成であり、又、後者の取り付け位置の場合に
は、蒸発器の出口側と接続された配管の一端がアキュム
レータの下側から上向きに挿入された構成であった。し
かしこれに限らず例えば、上記二通りの配管の構成と、
アキュムレータの二通りの取り付け位置との組合せを、
上記の組合せと逆の組合せとしても勿論よい。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、冷凍サイクル装置にＲ３２とＲ１２５とＲ１３
４ａとを含む３成分混合冷媒を用いる場合でも、その吐
出温度を従来に比べて低くすることが出来ると言う長所
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の、３成分混合冷媒を単
数の蒸発器をもつ冷凍サイクル装置に適用した配管構成
図

【図２】本発明の他の実施の形態の、３成分混合冷媒を
複数の蒸発器をもつ冷凍サイクル装置に適用した配管構
成図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 冷却器 ３ 圧縮機内冷媒冷却配管 ４ 凝縮器 ５、５ａ〜５ｃ キャピラリーチューブ ６、６ａ〜６ｃ 蒸発器 ７ アキュムレータ ８、８ａ〜８ｃ 吸入配管 ９ 逆止弁 １０ａ、１０ｂ 油戻し穴 １１ デストリビュータ １２ａ〜１２ｃ 電磁弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｂ 43/02 Ｆ２５Ｂ 43/02 Ｊ // Ｃ０９Ｋ 5/04 ＺＡＢ Ｃ０９Ｋ 5/04 ＺＡＢ Ｃ１０Ｎ 40:30 (72)発明者 岡座 典穂 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 城野 章宏 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 (72)発明者 正時 義文 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 (72)発明者 藤本 龍三 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 (72)発明者 井上 隆宏 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と、 その圧縮機から吐出される、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１３
   ４ａとを含む３成分混合冷媒を冷却する冷却器と、 前記冷却された冷媒を凝縮させる凝縮器と、 前記凝縮された冷媒を減圧させる、単数または複数のキ
   ャピラリーチューブ又は膨張弁を有する絞り装置と、 前記減圧された冷媒を蒸発させる、単数または複数の蒸
   発器と、 前記蒸発器と前記圧縮機との間に接続されたアキュムレ
   ータと、を配管接続したことを特徴とする３成分混合冷
   媒を用いた冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記３成分混合冷媒は、実質上２０〜３
   ０重量％のＲ３２と、実質上１５〜２５重量％のＲ１２
   ５と、実質上５０〜６０重量％のＲ１３４ａとを含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の３成分混合冷媒を用いた
   冷凍サイクル装置。
3. 【請求項３】 前記絞り装置として前記キャピラリーチ
   ューブを用いる場合、そのキャピラリーチューブと、前
   記蒸発器と前記圧縮機との間に接続された配管とを対向
   流熱交換させたことを特徴とする請求項１記載の３成分
   混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】 前記アキュムレータの上部には、前記蒸
   発器の出口側の配管が接続されており、且つ、前記アキ
   ュムレータの下部には、一端が前記圧縮機の吸入口側と
   接続された配管の他の一端が実質上上向きに挿入されて
   おり、その挿入された一端の側壁部には複数の油戻し孔
   が形成されており、それら油戻し孔は前記挿入された一
   端の最上端からの距離がそれぞれ異なることを特徴とす
   る請求項１記載の３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル
   装置。
5. 【請求項５】 前記アキュムレータの上部には、前記圧
   縮機の吸入口側の配管が接続されており、且つ、前記ア
   キュムレータの下部には、一端が前記蒸発器の出口配管
   側と接続された配管の他の一端が実質上上向きに挿入さ
   れており、その挿入された一端の側壁部には複数の油戻
   し孔が形成されており、それら油戻し孔は前記挿入され
   た一端の最上端からの距離がそれぞれ異なることを特徴
   とする請求項１記載の３成分混合冷媒を用いた冷凍サイ
   クル装置。
6. 【請求項６】 鉱物油、アルキルベンゼン系油、若しく
   はそれらの混合油、又は、 前記鉱物油、アルキルベンゼン系油、若しくはそれらの
   混合油と、炭化水素類とを混合したものを前記圧縮機の
   潤滑油とすることを特徴とする請求項１記載の３成分混
   合冷媒を用いた冷凍サイクル装置。
7. 【請求項７】 前記炭化水素類は、前記冷媒と前記潤滑
   油との相溶性を改善するためのものであり、その沸点が
   ＋４５℃以上のアルカン系の飽和炭化水素類であること
   を特徴とする請求項６記載の３成分混合冷媒を用いた冷
   凍サイクル装置。
8. 【請求項８】 前記圧縮機は、高圧シェルの内部に前記
   冷媒を圧縮するための圧縮シリンダーを有し、その圧縮
   シリンダー内で圧縮された冷媒を前記高圧シェル内に放
   出した後、その高圧シェルから外部へ吐出する構成であ
   り、 前記冷却器で冷却された前記冷媒は、前記高圧シェルに
   配設された配管を一旦経由して前記凝縮器に送られるこ
   とを特徴とする請求項１記載の３成分混合冷媒を用いた
   冷凍サイクル装置。
9. 【請求項９】 前記圧縮機は、高圧シェルの内部に前記
   冷媒を圧縮するための圧縮シリンダーを有し、その圧縮
   シリンダー内で圧縮された冷媒を前記圧縮シリンダーか
   ら前記高圧シェルの外部へ直接吐出する構成であり、 前記冷却器で冷却された前記冷媒は、前記圧縮機の高圧
   シェル内に一旦開放されて再びその高圧シェルから外部
   へ放出されて前記凝縮器に送られることを特徴とする請
   求項１記載の３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装
   置。
10. 【請求項１０】 前記キャピラリーチューブ又は膨張
    弁、及び前記蒸発器を含む複数の冷媒回路と、 前記複数の冷媒回路のそれぞれに前記冷媒を分流させる
    ための、前記凝縮器の出口に設けられたデストリビュー
    タと、 前記複数の冷媒回路のそれぞれに対応して接続された複
    数の電磁弁と、を備えたことを特徴とする請求項１記載
    の３成分混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の冷媒回路に設けられた各蒸
    発器がそれぞれ個別の負荷室に配置され、それら各負荷
    室の温度制御に基づいて、前記複数の電磁弁を開閉制御
    することを特徴とする請求項１０記載の３成分混合冷媒
    を用いた冷凍サイクル装置。