JP5690905B1 - 冷凍機用冷媒組成物及び冷凍庫 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、超低温冷凍を可能とし、しかも地球温暖化係数が1と小さい二酸化炭素を冷媒とすることが考えられる。
特許文献2では、地球温暖化係数、静音性、省エネ性、臭気問題のいずれについても、家庭用超低温冷凍庫の冷凍機の冷媒として求められる特性を充足する冷凍機用冷媒として、二酸化炭素(地球温暖化係数1)、イソブタン(地球温暖化係数3)及びプロパン(地球温暖化係数3)を含有し、前記二酸化炭素、イソブタン及びプロパンの混合比は、重量比で3:4:4とされている冷凍機用冷媒が提案されている。
そこで本発明は、地球温暖化係数の低い成分を用いて高い冷却能力を有し、且つ、低温時の冷媒の固化が防止され運転安定性を高めることのできる、冷凍機用冷媒組成物及びこれを用いた冷凍庫を提供すること課題とする。
すなわち、本発明は、下記の〔1〕〜〔8〕に関する。
〔1〕 二酸化炭素と、炭化水素化合物とを含有し、
前記二酸化炭素100質量部に対して、2〜20質量部のジメチルエーテルを含有する、冷凍機用冷媒組成物。
〔2〕 前記二酸化炭素の含有量が、前記二酸化炭素、及び前記炭化水素化合物の合計量に対して、15〜40質量%である、〔1〕に記載の冷凍機用冷媒組成物。
〔3〕 前記ジメチルエーテルの含有量が、前記二酸化炭素100質量部に対して、2〜12質量部である、〔1〕又は〔2〕に記載の冷凍機用冷媒組成物。
〔4〕 前記炭化水素化合物が、イソブタン及びプロパンである、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物。
〔5〕 前記イソブタンの含有量が、前記二酸化炭素100質量部に対して、5〜300質量部である、〔4〕のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物。
〔6〕 前記プロパンの含有量が、前記二酸化炭素100質量部に対して、5〜300質量部である、〔4〕又は〔5〕に記載の冷凍機用冷媒組成物。
〔7〕 冷凍保存室と、前記冷凍保存室を冷却する冷凍機とを備える冷凍庫であって、前記冷凍機の冷媒が、〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物である、冷凍庫。
〔8〕 前記冷凍機による冷凍保存室内冷却温度が−55℃〜−85℃である、〔7〕に記載の冷凍庫。
このように、二酸化炭素と炭化水素化合物との混合冷媒系において、地球温暖化係数の低いジメチルエーテルを二酸化炭素に対して所定量用いることで、超低温冷却時においても二酸化炭素の固化を防止でき、高い冷却性性能を有し、且つ、低温時の固化が防止され運転安定性を高めることができる。
以下、本発明に用いる各成分及び、本発明の冷媒組成物を用いる冷凍庫について詳細に説明する。
<二酸化炭素>
本発明の冷凍機用冷媒組成物は、二酸化炭素を必須に含有する。二酸化炭素を使用することで超低温冷凍を可能とする。加えて、二酸化炭素は、地球温暖化係数が1と小さく、環境に対する負荷も小さい。
二酸化炭素の含有量は、二酸化炭素、及び炭化水素化合物の合計量に対して、好ましくは15〜40質量%であり、より好ましくは20〜35質量%であり、更に好ましくは20〜30質量%である。
本発明の冷凍機用冷媒組成物は、炭化水素化合物を含有する。炭化水素化合物を含有することで、極めて優れた冷却能力を発揮することができる。
炭化水素化合物は、好ましくは25℃1気圧で気体の化合物である。炭化水素化合物としては、例えば、アルカン、シクロアルカン、アルケン又はこれらの混合物である。炭化水素化合物の炭素数は、好ましくは1〜5であり、より好ましくは1〜4である。
より具体的には、炭化水素化合物としては、メタン、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、シクロプロパン、ブタン、イソブタン、シクロブタン、メチルシクロプロパンが挙げられる。また、これらの化合物は2種以上の混合物を用いてもよい。これらの中でも、冷却能力を高める観点から、好ましくはプロパン、イソブタン、メタン、エチレン及びエタンから選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはプロパン及びイソブタンである。
プロパンの含有量は、二酸化炭素100質量部に対して、好ましくは5〜300質量部であり、より好ましくは50〜200質量部であり、更に好ましくは80〜150質量部である。
本発明においてジメチルエーテルは、冷媒組成物中に含まれる二酸化炭素の固化を防止する結晶化抑制剤として使用される。
このような二酸化炭素の固化防止の効果が得られる理由は、定かではないが以下のように考えられる。
二酸化炭素は周知の通りCO2で表される。その化学構造は、酸素、炭素、酸素の順に直線に配列した構造を有する。元素の電気陰性度に基づいて、それぞれの原子は、酸素δ−、炭素δ+、酸素δ−の極性を帯びて配列する。
これに対して、ジメチルエーテルは、CH3OCH3で表される。その化学構造は、炭素−酸素−炭素の順に配列した構造を有する。それぞれの原子は、炭素δ+、酸素δ−、炭素δ+の極性を帯びて配列する。
二酸化炭素とジメチルエーテルは分子の大きさも同程度である。その上、各原子の極性構造を考慮すると、δ−,δ+,δ−で配列する二酸化炭素と、δ+,δ−,δ+で配列するジメチルエーテルとでは、対を形成しやすく静電的な相互作用もしやすいと考えられる。
そのため、二酸化炭素とジメチルエーテルは、極めて高い親和性を有すると考えられる。二酸化炭素は固化する際に分子間力により集合し分子結晶となるが、ジメチルエーテルが存在することで、二酸化炭素の分子結晶化が阻止され、結果的にジメチルエーテルは二酸化炭素の固化の防止をするものと考えられる。
ジメチルエーテルの配合量は、低温時の冷媒の固化が防止され、運転の安定性を高めるためには、二酸化炭素100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは4質量部以上であり、また、顕著な冷却の能力を得るためには、好ましくは12質量部以下、好ましくは10質量部以下、更に好ましくは8質量部以下である。
本発明の冷凍機用冷媒組成物は、例えば冷凍庫に用いられる。
冷凍庫としては、冷凍保存室と、前記冷凍保存室を冷却する冷凍機とを備える冷凍庫である。
前記冷凍機による冷凍保存室内冷却温度は、本発明の冷媒組成物の効果をより有用に活用する観点からは、好ましくは、−55℃〜−85℃、より好ましくは−58℃〜−80℃であり、更に好ましくは−60℃〜−75℃である。
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、これは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。
図1は、本発明の一実施形態による家庭用超低温冷凍庫の外観構成を簡略化して示し、図2に、図1の家庭用超低温冷凍庫に組み込まれている冷凍機の回路構成を簡略化して示す。
本実施形態の家庭用超低温冷凍庫1は、冷凍庫本体2を備えている。冷凍庫本体2は、チェスト型であり、冷凍保存品を収納するために例えば100mm程度の断熱層で囲われた冷凍保存室3が内部に形成されるとともに、冷凍保存室3に対する冷凍保存品の出し入れのための出し入れ口4が上部に形成された上部開放の直方体状の函形に形成されている。この冷凍庫本体2には、出し入れ口4を閉じるための回動上蓋5が取り付けられている。回動上蓋5は、ヒンジ部6を介して冷凍庫本体2の側縁に取り付けられており、ヒンジ部6を支点にした回動動作で開閉動作を行えるようにされている。
すなわち、二酸化炭素と、炭化水素化合物とを含有する冷凍機用冷媒組成物に対して、前記二酸化炭素100質量部に対して2〜20質量部のジメチルエーテルよりなる結晶化防止剤を添加する冷凍機用冷媒組成物の固化防止方法が提供される。
下記の第1表に示す成分の組成物を室温で風船に注入した。組成物により膨らんだ風船を冷凍室内温度−83℃の冷凍庫内に15分間放置して取り出した。
風船内の冷媒固化状況を観察し、以下のA〜Cの基準で評価を行なった。
A : 風船内に気体と液体のみが存在する。
B : 風船内に気体と液体が存在し、液体内に固形物が観察される。
C : 風船内に気体と固形物のみが存在する。
下記の第2表に示す成分の冷媒組成物を配合して、各種評価試験を行なった。
下記の第2表に示す成分の冷媒組成物を下記の冷凍庫に冷媒として合計量62g注入した。周囲の温度を27℃として、運転を48時間行い冷凍庫内の到達温度を計測した。当該温度を冷却性能評価の指標とした。
<使用冷凍庫>
メーカ名及び品番:サーモマジック社製TME−100DWG
内容量:96L
断熱:100m/m発泡ウレタン
コンプレッサー:レシプロ型(排気量 6.1cc)
電圧 :100V 50Hz
上記運転試験において、冷凍庫の運転を48時間継続できた場合には、運転安定性評価を○とし、48時間継続できなかった場合には×とした。なお、冷却途中でキャピラリーチューブが閉塞する等、運転上の問題が発生して運転を中止した場合にはその際の到達温度により評価した。
上記運転試験において、最低温度に到達後、運転スイッチをオフにして、1分間放置して、冷媒の状態を観察した。固形分が観察されない場合には○とし、固形分が観察される場合には×として評価した。
比較例1,2によれば、ジメチルエーテルの含有量が少ない場合、ジメチルエーテルが配合されていない場合には、二酸化炭素の固化が充分に防止されず、優れた運転安定性が得られないことがわかる。
比較例3によれば、ジメチルーテルの配合量が多すぎる場合、或いは炭化水素が冷媒に含まれない場合には、充分な冷却能が発揮されないことが理解できる。
2 冷凍庫本体
3 冷凍保存室
11 冷凍機
Claims (8)
- 二酸化炭素と、イソブタン及びプロパンとを含有し、
前記二酸化炭素100質量部に対して、2〜20質量部のジメチルエーテルを含有する、冷凍機用冷媒組成物。 - 前記二酸化炭素の含有量が、前記二酸化炭素、及び前記炭化水素化合物の合計量に対して、15〜40質量%である、請求項1に記載の冷凍機用冷媒組成物。
- 前記ジメチルエーテルの含有量が、前記二酸化炭素100質量部に対して、2〜12質量部である、請求項1又は2に記載の冷凍機用冷媒組成物。
- メタン、エチレン及びエタンから選ばれる少なくとも1種を更に含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物。
- 前記イソブタンの含有量が、前記二酸化炭素100質量部に対して、5〜300質量部である、請求項1〜4のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物。
- 前記プロパンの含有量が、前記二酸化炭素100質量部に対して、5〜300質量部である、請求項1〜5のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物。
- 冷凍保存室と、前記冷凍保存室を冷却する冷凍機とを備える冷凍庫であって、前記冷凍機の冷媒が、請求項1〜6のいずれかに記載の冷凍機用冷媒組成物である、冷凍庫。
- 前記冷凍機による冷凍保存室内冷却温度が−55℃〜−85℃である、請求項7に記載の冷凍庫。
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