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CN116097048A - 制冷剂在制冷循环装置中的用途和制冷循环装置 - Google Patents

制冷剂在制冷循环装置中的用途和制冷循环装置 Download PDF

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CN116097048A
CN116097048A CN202180054296.3A CN202180054296A CN116097048A CN 116097048 A CN116097048 A CN 116097048A CN 202180054296 A CN202180054296 A CN 202180054296A CN 116097048 A CN116097048 A CN 116097048A
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CN
China
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refrigerant
hfo
pipe
compressor
refrigeration cycle
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Application number
CN202180054296.3A
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渡边结香
后藤智行
伊藤裕子
臼井隆
吉村崇
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

抑制制冷剂的歧化反应的传播。一种组合物在制冷剂回路(10)中作为制冷剂的用途，该组合物包含选自由乙烯系的氟代烯烃、2,3,3,3‑四氟丙烯(HFO‑1234yf)和1,3,3,3‑四氟丙烯(HFO‑1234ze)组成的组中的1种或2种以上，该制冷剂回路(10)具有压缩机(21)、四通切换阀(22)、连接压缩机(21)和四通切换阀(22)且配管直径为3/8英寸以下或长度为5cm以上的第1制冷剂配管(11)。

Description

制冷剂在制冷循环装置中的用途和制冷循环装置
技术领域
涉及制冷剂在制冷循环装置中的用途和制冷循环装置。
背景技术
以往，在制冷装置中，与HFC制冷剂相比全球变暖潜能值(Global WarmingPotential：下文中有时简称为GWP)低的氢氟烯烃(HFO制冷剂)受到关注，例如，1,2-二氟乙烯(HFO-1132)也作为GWP低的制冷剂在专利文献1(日本特开2019-196312号公报)中进行了研究。
发明内容
发明所要解决的课题
这种HFO制冷剂虽然GWP低，但稳定性低，因此，在一定条件下有时容易发生被称为歧化反应的自分解反应。歧化反应是指，由于同一种类的2个以上的分子相互反应等原因而转变为2种以上不同种类的物质的化学反应。这种HFO制冷剂的歧化反应容易在制冷循环装置中、特别是容易在压缩机中发生。在压缩机中发生的歧化反应有时会向压缩机外传播。
本发明的目的在于抑制制冷剂的歧化反应的传播。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了抑制制冷剂的歧化反应的传播进行了反复深入的研究，结果新发现了，在与发生了歧化反应的压缩机连接的制冷剂配管满足规定条件的情况下，能够抑制制冷剂的歧化反应的传播。本申请的发明人基于上述见解进一步反复研究，由此完成了本发明的内容。本发明提供以下各观点的制冷剂在制冷循环装置中的用途和制冷循环装置。
第1观点的作为制冷剂的用途为组合物在制冷剂回路中作为制冷剂的用途。制冷剂回路具有压缩机、第1部件和制冷剂配管。制冷剂配管连接压缩机和第1部件。制冷剂配管的配管直径为3/8英寸以下或长度为5cm以上。组合物包含选自由乙烯系的氟代烯烃、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)组成的组中的1种或2种以上。
需要说明的是，第1部件没有特别限定，可以为构成制冷剂回路的配管以外的部件，例如，在制冷剂回路具有四通切换阀的情况下，可以为该四通切换阀。另外，在制冷剂回路具有室外热交换器而不具有四通切换阀的情况下，可以为该室外热交换器。
需要说明的是，制冷剂配管也可以是配管直径为3/8英寸以下且长度为5cm以上。
根据该作为制冷剂的用途，即使在压缩机内发生了歧化反应，也能抑制歧化反应传播至第1部件。
第2观点的用途为第1观点的用途，其中，组合物包含选自由1,2-二氟乙烯(HFO-1132)、1,1-二氟乙烯(HFO-1132a)、1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)、单氟乙烯(HFO-1141)、三氟氯乙烯(CFO-1113)和全氟烯烃组成的组中的1种或2种以上。
需要说明的是，1,2-二氟乙烯可以为反式-1,2-二氟乙烯[(E)-HFO-1132]，也可以为顺式-1,2-二氟乙烯[(Z)-HFO-1132]，还可以为它们的混合物。
第3观点的用途为第2观点的作为制冷剂的用途，其中，组合物包含1,2-二氟乙烯(HFO-1132)和/或1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)。
第4观点的制冷循环装置具备制冷剂回路，使用包含选自由乙烯系的氟代烯烃、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)组成的组中的1种或2种以上的组合物作为制冷剂。制冷剂回路具有压缩机、第1部件和制冷剂配管。制冷剂配管连接压缩机和第1部件。制冷剂配管的配管直径为3/8英寸以下或长度为5cm以上。
需要说明的是，制冷剂配管也可以是配管直径为3/8英寸以下且长度为5cm以上。
需要说明的是，第1部件没有特别限定，可以为构成制冷剂回路的配管以外的部件，例如，在制冷剂回路具有四通切换阀的情况下，可以为该四通切换阀。另外，在制冷剂回路具有室外热交换器而不具有四通切换阀的情况下，可以为该室外热交换器。
根据该制冷循环装置，即使在压缩机内发生了歧化反应，也能抑制歧化反应传播至第1部件。
附图说明
图1是制冷循环装置的示意性构成图。
图2是制冷循环装置的框图。
图3是对在关于歧化反应的传播的试验中使用的试验装置进行说明的示意图。
图4是另一实施方式的制冷循环装置的示意性构成图。
具体实施方式
以下，举例对本发明的制冷剂在制冷循环装置中的用途和制冷循环装置进行具体说明，但这些记载不限定本发明内容。
(1)制冷循环装置1
制冷循环装置1是通过进行蒸气压缩式的制冷循环而对对象空间的热负荷进行处理的装置，例如为调节对象空间的空气的空调装置等。
图1中示出制冷循环装置的示意性构成图。图2中示出制冷循环装置的框图。
制冷循环装置1主要具有：室外单元20；室内单元30；连接室外单元20和室内单元30的液体侧制冷剂连通配管6和气体侧制冷剂连通配管5；未图示的遥控器；和控制制冷循环装置1的动作的控制器7。
在制冷循环装置1中，进行下述制冷循环：封入制冷剂回路10内的制冷剂被压缩，被冷却或冷凝，被减压，被加热或蒸发后，再次被压缩。本实施方式中，在制冷剂回路10填充有用于进行蒸气压缩式的制冷循环的制冷剂。
(2)制冷剂
作为填充在制冷剂回路10中的制冷剂，为包含选自由乙烯系的氟代烯烃、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)组成的组中的1种或2种以上的制冷剂。需要说明的是，关于ISO817中定义的燃烧速度，1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的1.2cm/s低于2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)的1.5cm/s，从这点出发是优选的。另外，关于ISO817中定义的LFL(Lower Flammability Limit：燃烧下限)，1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的65000vol.ppm 6.5％高于2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)的62000vol.ppm6.2％，从这点出发是优选的。其中，作为该制冷剂，可以包含选自由1,2-二氟乙烯(HFO-1132)、1,1-二氟乙烯(HFO-1132a)、1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)、单氟乙烯(HFO-1141)、三氟氯乙烯(CFO-1113)和全氟烯烃组成的组中的1种或2种以上。作为该制冷剂，特别优选包含1,2-二氟乙烯(HFO-1132)和/或1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)。
此处，作为乙烯系的氟代烯烃，可以举出例如1,2-二氟乙烯(HFO-1132)、1,1-二氟乙烯(HFO-1132a)、1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)、单氟乙烯(HFO-1141)、三氟氯乙烯(CFO-1113)、全氟烯烃等。另外，作为全氟烯烃，可以举出例如四氟乙烯(FO-1114)等。
需要说明的是，在制冷剂回路10中与上述制冷剂一起填充有制冷机油。
(3)室外单元20
室外单元20通过液体侧制冷剂连通配管6和气体侧制冷剂连通配管5与室内单元30连接，构成制冷剂回路10的一部分。室外单元20主要具有压缩机21、四通切换阀22、室外热交换器23、膨胀阀24、室外风扇25、接收器41、气体侧关闭阀28、液体侧关闭阀29和第1制冷剂配管11～第7制冷剂配管17。
压缩机21是将制冷循环中的低压制冷剂压缩至高压的设备。此处，作为压缩机21，可以使用旋转式或涡旋式等容积式的压缩元件被压缩机马达所旋转驱动的密闭式结构的压缩机，本实施方式中使用旋转压缩机。压缩机马达用于改变容量，能够通过逆变器控制运转频率。在压缩机21的吸入侧连接有作为吸入管的第7制冷剂配管17。在压缩机21的排出侧连接有作为排出管的第1制冷剂配管11。
四通切换阀22是通过对未图示的阀体进行移动控制而切换流路的阀，是将制冷剂回路10切换成制冷连接状态和制热连接状态的阀。具体而言，四通切换阀22在制冷连接状态下被切换成下述状态：将与压缩机21的排出侧连接的第1制冷剂配管11和与室外热交换器23连接的第2制冷剂配管12连接，并且将与压缩机21的吸入侧连接的第7制冷剂配管17、接收器41、第6制冷剂配管16、和与气体侧关闭阀28连接的第5制冷剂配管15连接。另外，四通切换阀22在制热连接状态下被切换成下述状态：将与压缩机21的排出侧连接的第1制冷剂配管11和与气体侧关闭阀28连接的第5制冷剂配管15连接，并且将与压缩机21的吸入侧连接的第7制冷剂配管17、接收器41、第6制冷剂配管16、和与室外热交换器23连接的第2制冷剂配管12连接。
室外热交换器23是在制冷运转时作为制冷循环中的高压制冷剂的散热器或冷凝器发挥功能、在制热运转时作为制冷循环中的低压制冷剂的蒸发器发挥功能的热交换器。室外热交换器23的气体侧端部藉由第2制冷剂配管12与四通切换阀22连接。室外热交换器23的液体侧端部藉由第3制冷剂配管13与膨胀阀24连接。
膨胀阀24设置于制冷剂回路10中的室外热交换器23的液体侧出口至液体侧关闭阀29之间。膨胀阀24是通过对于未图示的阀座移动控制未图示的阀体而能够调节阀开度的电动膨胀阀。膨胀阀24和液体侧关闭阀29藉由第4制冷剂配管14连接。
室外风扇25将室外空气吸入室外单元20内，在室外热交换器23中与制冷剂进行热交换后，产生用于排出到外部的空气流。室外风扇25由室外风扇马达旋转驱动。
接收器41设置于压缩机21的吸入侧与四通切换阀22的连接口之一之间，是能够将制冷剂回路10中的剩余制冷剂作为液体制冷剂贮存的制冷剂容器。接收器41的入口侧藉由第6制冷剂配管16与四通切换阀22连接。接收器41的出口侧藉由第7制冷剂配管17与压缩机21的吸入侧连接。
液体侧关闭阀29是配置于室外单元20中的与液体侧制冷剂连通配管6的连接部分的手动阀。
气体侧关闭阀28是配置于室外单元20中的与气体侧制冷剂连通配管5的连接部分的手动阀。
室外单元20具有室外单元控制部27，该室外单元控制部27控制构成室外单元20的各部的动作。室外单元控制部27具有包括CPU、存储器等的微型计算机。室外单元控制部27经由通信线与各室内单元30的室内单元控制部34连接，进行控制信号等的收发。
在室外单元20设置有排出压力传感器61、排出温度传感器62、吸入压力传感器63、吸入温度传感器64、室外热交换温度传感器65、外部气体温度传感器66等。这些各传感器与室外单元控制部27电连接，向室外单元控制部27发送检测信号。排出压力传感器61检测在连接压缩机21的排出侧与四通切换阀22的连接口之一的排出管即第1制冷剂配管11中流通的制冷剂的压力。排出温度传感器62检测在排出管即第1制冷剂配管11中流通的制冷剂的温度。吸入压力传感器63检测在连接压缩机21的吸入侧与接收器41的吸入配管即第7制冷剂配管17中流通的制冷剂的压力。吸入温度传感器64检测在吸入配管即第7制冷剂配管17中流通的制冷剂的温度。室外热交换温度传感器65检测在室外热交换器23中与连接有四通切换阀22的一侧相反的一侧即液体侧的出口流通的制冷剂的温度。外部气体温度传感器66检测通过室外热交换器23前的室外的空气温度。
(4)室内单元30
室内单元30例如设置于作为对象空间的室内的壁面或天花板等。室内单元30经由液体侧制冷剂连通配管6和气体侧制冷剂连通配管5与室外单元20连接，构成制冷剂回路10的一部分。
室内单元30具有室内热交换器31、第8制冷剂配管18、第9制冷剂配管19和室内风扇32。
室内热交换器31中，液体侧藉由第8制冷剂配管18与液体侧制冷剂连通配管6连接，气体侧端藉由第9制冷剂配管19与气体侧制冷剂连通配管5连接。室内热交换器31是在制冷运转时作为制冷循环中的低压制冷剂的蒸发器发挥功能、在制热运转时作为制冷循环中的高压制冷剂的冷凝器发挥功能的热交换器。
室内风扇32将室内空气吸入室内单元30内，在室内热交换器31中与制冷剂进行热交换后，产生用于排出到外部的空气流。室内风扇32由室内风扇马达旋转驱动。
另外，室内单元30具有室内单元控制部34，该室内单元控制部34控制构成室内单元30的各部的动作。室内单元控制部34具有包括CPU、存储器等的微型计算机。室内单元控制部34经由通信线与室外单元控制部27连接，进行控制信号等的收发。
在室内单元30设有室内液体侧热交换温度传感器71、室内空气温度传感器72等。这些各传感器与室内单元控制部34电连接，向室内单元控制部34发送检测信号。室内液体侧热交换温度传感器71检测在室内热交换器31的液体制冷剂侧的出口流通的制冷剂的温度。室内空气温度传感器72检测通过室内热交换器31前的室内的空气温度。
(5)控制器7
在制冷循环装置1中，室外单元控制部27与室内单元控制部34经由通信线连接，由此构成控制制冷循环装置1的动作的控制器7。
控制器7主要具有CPU(中央运算处理装置)和ROM、RAM等存储器。需要说明的是，基于控制器7的各种处理、控制通过室外单元控制部27和/或室内单元控制部34所包含的各部一体地发挥功能来实现。
(6)运转模式
制冷循环装置1至少能够执行制冷运转模式和制热运转模式。
控制器7基于从遥控器等收到的指示，判断是制冷运转模式还是制热运转模式，并执行。
在制冷运转模式中，压缩机21例如对运转频率进行容量控制，以使制冷剂回路10中的制冷剂的蒸发温度达到目标蒸发温度。
从压缩机21排出的气体制冷剂通过第1制冷剂配管11、四通切换阀22、第2制冷剂配管12后，在室外热交换器23中冷凝。流过室外热交换器23的制冷剂在流过第3制冷剂配管13后，在通过膨胀阀24时被减压。
在膨胀阀24被减压的制冷剂经由第4制冷剂配管14和液体侧关闭阀29在液体侧制冷剂连通配管6中流动，被送到室内单元30。之后，制冷剂在流过第8制冷剂配管18后，在室内热交换器31中蒸发，经由第9制冷剂配管19流向气体侧制冷剂连通配管5。流过气体侧制冷剂连通配管5的制冷剂经过气体侧关闭阀28、第5制冷剂配管15、四通切换阀22、第6制冷剂配管16、接收器41、第7制冷剂配管17，再次被吸入压缩机21。
在制热运转模式中，压缩机21例如对运转频率进行容量控制，以使制冷剂回路10中的制冷剂的冷凝温度达到目标冷凝温度。
从压缩机21排出的气体制冷剂在流过第1制冷剂配管11、四通切换阀22、第5制冷剂配管15、气体侧制冷剂连通配管5后，被送到室内单元30。之后，制冷剂经由第9制冷剂配管19流入室内热交换器31的气体侧端，在室内热交换器31中冷凝或放热。在室内热交换器31中冷凝或放热的制冷剂在通过第8制冷剂配管18后，流过液体侧制冷剂连通配管6，流入室外单元20。
通过室外单元20的液体侧关闭阀29的制冷剂通过第4制冷剂配管14，在膨胀阀24被减压。在膨胀阀24被减压的制冷剂在通过第3制冷剂配管13后，在室外热交换器23中蒸发。通过室外热交换器23的制冷剂经过第2制冷剂配管12、四通切换阀22、第6制冷剂配管16、接收器41、第7制冷剂配管17，再次被吸入压缩机21。
(7)第1制冷剂配管
本实施方式中，作为连接压缩机21和四通切换阀22的制冷剂配管即第1制冷剂配管11，使用配管直径为3/8英寸以下且长度为5cm以上的制冷剂配管。作为这种制冷剂配管，可以使用例如配管直径为1/8英寸且长度为5cm以上的配管、配管直径为1/4英寸且长度为15cm以上的配管、配管直径为3/8英寸且长度为55cm以上的配管等。
(8)实施方式的特征
本实施方式的制冷循环装置1中，使用在满足规定的条件的情况下有可能发生歧化反应的制冷剂。在制冷剂回路10中，制冷剂的状态在高温下容易成为高压的状态，在可能出现电接点处的电能的产生、滑动部分处的摩擦热的产生的压缩机21内发生歧化反应的可能性高。而且，在压缩机21内发生的歧化反应有可能传播至制冷剂回路10中的压缩机21外的其他要素。
与此相对，本申请的发明人通过以下记载的试验结果确认到，在满足规定的条件的情况下，在与压缩机21连接的第1制冷剂配管11中能够抑制歧化反应的传播。
具体而言，如图3所示，试验使用第1耐压容器50和第2耐压容器60由制冷剂配管70连接的试验装置进行。第1耐压容器50和第2耐压容器60均为具有圆筒形状的内部空间的容器，由SUS构成。在试验中，在第1耐压容器50和第2耐压容器60分别设有检测内部的制冷剂的温度的热电偶和检测内部的制冷剂的压力的压力传感器。另外，制冷剂配管70从第1耐压容器50的周面延伸至第2耐压容器60的周面，是长度L、配管直径(外径)D的圆筒形状的配管，由SUS构成。在第1耐压容器50的内部空间的中心，设有以连接2个电极间的方式设置的作为铂线的点火源S。试验中，向第1耐压容器50、第2耐压容器60和制冷剂配管70的内部填充作为制冷剂的1,2-二氟乙烯(HFO-1132(E))，将制冷剂的温度设为150℃，将制冷剂的压力设为1.2MPa来进行。试验中，改变制冷剂配管70的长度L和配管直径D，在第1耐压容器50的点火源S发生了歧化反应的情况下，观察制冷剂配管70中的歧化反应的传播情况的差异。以下示出试验结果。
需要说明的是，以下的表中，“歧化传播”的栏中示出有无制冷剂配管70中的歧化反应的传播。具体而言，在使用气相色谱法测定的1,2-二氟乙烯(HFO-1132(E))的分解率(第1耐压容器50、第2耐压容器60和制冷剂配管70的内部整体中的分解率)为90％以上的情况下，判断为“有传播”。另一方面，在1,2-二氟乙烯(HFO-1132(E))的分解率(第1耐压容器50、第2耐压容器60和制冷剂配管70的内部整体中的分解率)为40％～60％的情况下，判断为“无传播”。
【表1】
Figure BDA0004105484890000091
根据以上的试验结果可知，在制冷剂配管70的配管直径小的情况下，具有能够抑制歧化反应的传播的倾向。另外可知，在制冷剂配管70的长度长的情况下，具有能够抑制歧化反应的传播的倾向。
另外，本实施方式的制冷循环装置1中，作为与压缩机21的排出侧连接的第1制冷剂配管11，使用配管直径为3/8英寸以下且长度为5cm以上的制冷剂配管。因此，即使在压缩机21的内部发生了制冷剂的歧化反应，在第1制冷剂配管11中也能抑制歧化反应的传播。由此，能够抑制制冷剂的歧化反应传播到与第1制冷剂配管11连接的四通切换阀22、在制冷剂回路10中比四通切换阀22更先连接的各要素和制冷剂配管内。
(9)其他实施方式
(9-1)其他实施方式A
上述实施方式中，以制冷循环装置1具备能够切换进行制冷运转和制热运转的制冷剂回路10的情况为例进行了说明。
与此相对，作为制冷循环装置1，例如，也可以如图4所示具备制冷运转专用的制冷剂回路10a。制冷剂回路10a代替上述实施方式的第1制冷剂配管11、四通切换阀22、第2制冷剂配管12、第6制冷剂配管16、第5制冷剂配管15而具备第10制冷剂配管81、第11制冷剂配管82。第10制冷剂配管81连接压缩机21的排出侧和室外热交换器23的气体制冷剂侧。第11制冷剂配管82连接气体侧关闭阀28和接收器41。
上述构成中，作为与压缩机21的排出侧连接的第10制冷剂配管81，通过使用配管直径为3/8英寸以下且长度为5cm以上的制冷剂配管，即使在具备制冷运转专用的制冷剂回路10a的制冷循环装置1中，也能获得与上述实施方式同样的效果。具体而言，即使在压缩机21中发生了制冷剂的歧化反应，也能抑制该歧化反应传播至室外热交换器23。
(9-2)其他实施方式B
上述实施方式中，以从压缩机21延伸的第1制冷剂配管11由1根配管构成的情况为例进行了说明。
与此相对，作为从压缩机21延伸的制冷剂配管，也可以分支为多根分支管而构成。由此，即使各分支管的制冷剂通过截面积的合计与1根制冷剂配管的制冷剂通过截面积相同，也能够减小分支管的配管直径，因此能够容易抑制歧化反应的传播。另外，即使在能够使多根分支管的长度的合计长度比1根制冷剂配管的长度长的情况下，也能容易抑制歧化反应的传播。
(附记)
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但应当理解的是，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的主旨和范围的情况下对方式、详细情况进行各种变更。
符号说明
1制冷循环装置
10制冷剂回路
10a制冷剂回路
11第1制冷剂配管(制冷剂配管)
21压缩机
22四通切换阀(第1部件)
23室外热交换器(第1部件)
81第10制冷剂配管(制冷剂配管)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-196312号公报

Claims (4)

1.一种组合物在制冷剂回路(10、10a)中作为制冷剂的用途，该组合物包含选自由乙烯系的氟代烯烃、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)组成的组中的1种或2种以上，该制冷剂回路(10、10a)具有压缩机(21)、第1部件(22、23)、连接所述压缩机和所述第1部件且配管直径为3/8英寸以下或长度为5cm以上的制冷剂配管(11、81)。
2.如权利要求1所述的用途，其中，所述组合物包含选自由1,2-二氟乙烯(HFO-1132)、1,1-二氟乙烯(HFO-1132a)、1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)、单氟乙烯(HFO-1141)、三氟氯乙烯(CFO-1113)和全氟烯烃组成的组中的1种或2种以上。
3.如权利要求2所述的用途，其中，所述组合物包含1,2-二氟乙烯(HFO-1132)和/或1,1,2-三氟乙烯(HFO-1123)。
4.一种制冷循环装置(1)，其使用包含选自由乙烯系的氟代烯烃、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)组成的组中的1种或2种以上的组合物作为制冷剂，
具备制冷剂回路(10、10a)，该制冷剂回路(10、10a)具有压缩机(21)、第1部件(22、23)、和连接所述压缩机和所述第1部件的制冷剂配管(11、81)，
所述制冷剂配管的配管直径为3/8英寸以下或长度为5cm以上。
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