本發(fā)明涉及一種冷凍機、冷凍機的制造方法及提高cop的方法。

背景技術(shù)：

冷凍機具備具有壓縮機、冷凝器、膨脹裝置、蒸發(fā)器等的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)。在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中，利用液體汽化時從周圍奪取熱量的現(xiàn)象，反復(fù)進(jìn)行包括如下步驟的循環(huán)：汽化后的制冷劑在壓縮機中的壓縮及升溫、通過在冷凝器中放熱冷凝而實現(xiàn)的制冷劑的液化、在膨脹裝置中的減壓膨脹、以及制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化。

作為評價這樣的冷凍機的性能的指標(biāo)，經(jīng)常用到性能系數(shù)(cop：coefficientofperformance)。cop表示制冷能力(也稱為冷凍能力)相對于在運行制冷劑循環(huán)系統(tǒng)等時消耗的能量的比(制冷能力/消耗的能量)。近年來，人們期待冷凍機的cop進(jìn)一步提高，例如在特開2015-94259號公報中公開了一種能夠提高冷凍機的cop的膨脹機一體型壓縮機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種cop優(yōu)異的冷凍機及其制造方法，以及提高cop的方法。

本發(fā)明提供一種冷凍機，上述冷凍機具備具有壓縮機、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器等的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)填充有制冷劑與冷凍機油，由制冷劑與冷凍機油組成的工作流體在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件下，顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度。

在該冷凍機中，由于填充于制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的制冷劑與冷凍機油作為工作流體顯示特定的制冷劑溶解粘度，因此能夠提高cop。即，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人們的討論，判明如果工作流體的制冷劑溶解粘度過低，則由于密封性降低等原因，冷凍能力或制冷能力會降低，另一方面，如果工作流體的制冷劑溶解粘度過高，則隨著攪拌阻力或冷凍機啟動時的阻力的增大，消耗能量也增大，此外，冷凍能力或制冷能力也會降低。并且，本發(fā)明的發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)通過使用在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件下顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度的工作流體，能夠確保對消耗能量的抑制以及對冷凍能力或制冷能力的提高的平衡，從而能夠提高cop。

此外，本發(fā)明提供一種冷凍機的制造方法，其為具備具有壓縮機、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的冷凍機的制造方法，所述冷凍機的制造方法具有在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)填充制冷劑與冷凍機油的工序，并且，由制冷劑與冷凍機油組成的工作流體在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件下顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度。

此外，本發(fā)明提供一種提高冷凍機的cop的方法，所述冷凍機具備具有壓縮機、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)填充有制冷劑與冷凍機油，通過使用在溫度80℃、絕對壓力3.4mpa的條件下顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度的工作流體作為由制冷劑與冷凍機油組成的工作流體來提高cop。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種cop優(yōu)異的冷凍機及其制造方法，以及提高cop的方法。

附圖說明

圖1為表示冷凍機的一個實施方式的模式圖。

圖2為表示制冷劑溶解粘度與cop的關(guān)系的一個例子的曲線圖。

具體實施方式

下面，適當(dāng)參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1為表示冷凍機的一個實施方式的模式圖。如圖1所示，冷凍機10至少具備制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6，上述制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6由壓縮機(制冷劑壓縮機)1、冷凝器(氣體冷卻器)2、膨脹裝置3(毛細(xì)管、膨脹閥等)、蒸發(fā)器(熱交換器)4通過流路5依次連接得到。

在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6中，首先，從壓縮機1向流路5內(nèi)噴出的高溫(通常為70～120℃)的制冷劑在冷凝器2中變?yōu)楦呙芏鹊牧黧w(超臨界流體等)。然后，制冷劑通過膨脹裝置3所具有的狹窄的流路從而發(fā)生液化，并進(jìn)一步在蒸發(fā)器4中汽化而變?yōu)榈蜏?通常為-40～0℃)。通過冷凍機10進(jìn)行的制冷利用了制冷劑在蒸發(fā)器4中汽化時從周圍奪走熱量的現(xiàn)象。

在壓縮機1內(nèi)，在高溫(通常為70～120℃)條件下，少量的制冷劑與大量的冷凍機油共存。從壓縮機1向流路5內(nèi)噴出的制冷劑為氣體狀，雖然含有作為霧狀的少量(通常為1～10體積％)冷凍機油，但是在該霧狀的冷凍機油中溶解了少量的制冷劑(圖1中的點a)。

在冷凝器2中，氣體狀的制冷劑被壓縮成高密度的流體，在相對高溫(通常為50～70℃)的條件下，大量的制冷劑與少量的冷凍機油共存(圖1中的點b)。進(jìn)一步地，大量的制冷劑與少量的冷凍機油的混合物被依次送往膨脹裝置3與蒸發(fā)器4而急劇降至低溫(通常為-40～0℃)(圖1中的點c,d)，并再回到壓縮機1。

作為這樣的冷凍機10，可列舉為汽車用空調(diào)、除濕機、冰箱、冷凍冷藏倉庫、自動售貨機、陳列柜、化學(xué)裝置等中的冷卻裝置、住宅用空氣調(diào)節(jié)裝置、成套空調(diào)機組、熱水供給用熱泵等。

在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6中，如上所述，填充有制冷劑與冷凍機油。只要使由制冷劑與冷凍機油組成的工作流體在溫度80℃、絕對壓力3.4mpa的條件下顯示出2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度，制冷劑與冷凍機油分別適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇即可。

作為制冷劑，可列舉飽和氟代烴(hfc)制冷劑、不飽和氟代烴(hfo)制冷劑、烴制冷劑、全氟乙醚類等含氟醚系制冷劑、雙(三氟甲基)硫化物制冷劑、三氟碘甲烷制冷劑、以及氨(r717)、二氧化碳(r744)等自然系制冷劑。

作為飽和氟代烴制冷劑，優(yōu)選使用碳數(shù)為1～3的飽和氟代烴制冷劑，更優(yōu)選使用碳數(shù)為1～2的飽和氟代烴制冷劑。飽和氟代烴制冷劑例如可以為二氟甲烷(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)中的任意一種或兩種以上的混合物。

作為飽和氟代烴制冷劑的特別優(yōu)選的例子，可以列舉例如單獨的r32；單獨的r23；單獨的r134a；單獨的r125；r134a/r32＝60～80質(zhì)量％/40～20質(zhì)量％的混合物；r32/r125＝40～70質(zhì)量％/60～30質(zhì)量％的混合物；r125/r143a＝40～60質(zhì)量％/60～40質(zhì)量％的混合物；r134a/r32/r125＝60質(zhì)量％/30質(zhì)量％/10質(zhì)量％的混合物；r134a/r32/r125＝40～70質(zhì)量％/15～35質(zhì)量％/5～40質(zhì)量％的混合物；r125/r134a/r143a＝35～55質(zhì)量％/1～15質(zhì)量％/40～60質(zhì)量％的混合物等。更具體而言，優(yōu)選使用r134a/r32＝70/30質(zhì)量％的混合物；r32/r125＝60/40質(zhì)量％的混合物；r32/r125＝50/50質(zhì)量％的混合物(r410a)；r32/r125＝45/55質(zhì)量％的混合物(r410b)；r125/r143a＝50/50質(zhì)量％的混合物(r507c)；r32/r125/r134a＝30/10/60質(zhì)量％的混合物；r32/r125/r134a＝23/25/52質(zhì)量％的混合物(r407c)；r32/r125/r134a＝25/15/60質(zhì)量％的混合物(r407e)；r125/r134a/r143a＝44/4/52質(zhì)量％的混合物(r404a)等。

作為不飽和氟代烴制冷劑，可列舉為氟數(shù)為3的氟代乙烯及氟數(shù)為3～5的氟代丙烯。不飽和氟代烴制冷劑例如可以為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)中的任意一種或兩種以上的混合物。

作為烴制冷劑，可列舉為碳數(shù)為1～5的烴。作為烴制冷劑，例如可以為甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷(r290)、環(huán)丙烷、正丁烷、異丁烷、環(huán)丁烷、甲基環(huán)丙烷、2-甲基丁烷、以及正戊烷中的任意一種或兩種以上的混合物。

從容易得到80℃以上及3.4mpa以上的高溫高壓條件的觀點來看，制冷劑優(yōu)選含有二氟甲烷(r32)，更優(yōu)選含有二氟甲烷(r32)與五氟乙烷(r125)。制冷劑在二氟甲烷、或二氟甲烷與五氟乙烷以外，也可以進(jìn)一步含有上述制冷劑。與二氟甲烷、或二氟甲烷以及五氟乙烷共同使用的制冷劑可優(yōu)選為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)。

與二氟甲烷、或二氟甲烷以及五氟乙烷共同使用的制冷劑的含量以制冷劑總量為基準(zhǔn)，可以為例如80質(zhì)量％以下，也可優(yōu)選為30～60質(zhì)量％。

其中，作為制冷劑，適宜使用：質(zhì)量比(r32/r125/r134a)為23/25/52的r32、r125和r134的混合制冷劑(r407c)，質(zhì)量比(r32/r125/hfo1234yf/r134a)為24.3/24.7/25.3/25.7的r32、r125、hfo1234yf和r134a的混合制冷劑(r449a)，質(zhì)量比(r32/r125/hfo1234yf/r134a/hfo1234ze(e))為26/26/20/21/7的r32、r125、hfo1234yf、r134a和hfo1234ze(e)的混合制冷劑(r448a)。

制冷劑更優(yōu)選為由二氟甲烷與五氟乙烷組成。制冷劑中的二氟甲烷(r32)與五氟乙烷(r125)的質(zhì)量比(r32/r125)可以為例如40/60～70/30。作為這樣的制冷劑，適宜使用質(zhì)量比(r32/r125)為60/40的制冷劑、質(zhì)量比(r32/r125)為50/50的制冷劑(r410a)、及質(zhì)量比(r32/r125)為45/55的制冷劑(r410b)，特別適宜使用r410a。

冷凍機油只要為使得與制冷劑混合的狀態(tài)(工作流體)的溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa下的制冷劑溶解粘度為2～4mm²/s的冷凍機油即可。對于冷凍機油來說，除了冷凍機油本身的粘度以外，還需要考慮制冷劑與冷凍機油的相溶性(溶解性)因冷凍機油的種類而不同來進(jìn)行選定。也就是，通過選擇在冷凍機油本身的粘度與相對于制冷劑的相溶性(溶解性)兩方面之中均合適的冷凍機油，來使工作流體的制冷劑溶解粘度在上述范圍內(nèi)。

冷凍機油在40℃時的運動粘度優(yōu)選為2mm²/s以上，更優(yōu)選為10mm²/s以上、進(jìn)一步優(yōu)選為20mm²/s以上，此外，優(yōu)選為125mm²/s以下，更優(yōu)選為100mm²/s以下，進(jìn)一步優(yōu)選為80mm²/s以下。

冷凍機油在100℃時的運動粘度優(yōu)選為1mm²/s以上，更優(yōu)選為2mm²/s以上，進(jìn)一步優(yōu)選為3mm²/s以上，此外，優(yōu)選為11mm²/s以下，更優(yōu)選為10mm²/s以下，進(jìn)一步優(yōu)選為9mm²/s以下。

本發(fā)明中的運動粘度是指按照jisk-2283：1993測得的運動粘度。

冷凍機油在制冷劑溶解前后的粘度降低率(以下，也簡稱為“粘度降低率”)按照下式(1)進(jìn)行計算。

粘度降低率(％)＝(運動粘度-制冷劑溶解粘度)/運動粘度×100…(1)

式(1)中，運動粘度是指冷凍機油在80℃時的運動粘度(mm²/s)，制冷劑溶解粘度是指由制冷劑與冷凍機油組成的工作流體在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa下的制冷劑溶解粘度(mm²/s)。

雖然粘度降低率越大，制冷劑越容易溶解于冷凍機油，但如果冷凍機油過度溶入制冷劑的話，潤滑性會有降低的傾向，因此，冷凍機油的粘度降低率從潤滑性優(yōu)良的觀點來看，優(yōu)選為85％以下，更優(yōu)選為80％以下。冷凍機油的粘度降低率的下限值并沒有特別限制，但粘度降低率越小，制冷劑相對冷凍機油就越難溶解，因此，從相溶性的觀點來看，可以是60％以上、70％以上或75％以上。

冷凍機油的傾點可以優(yōu)選為-10℃以下，更優(yōu)選為-20℃以下。本發(fā)明中的傾點是指按照jisk2269-1987測得的傾點。

具有上述特性的冷凍機油含有潤滑油基礎(chǔ)油，以及根據(jù)需要而含有添加劑。潤滑油基礎(chǔ)油可為例如烴油或含氧油。作為烴油，可列舉礦物油、烯烴聚合物、萘化合物、烷基苯等。作為含氧油，可列舉單酯、二酯、多元醇酯、復(fù)合酯等酯類油，聚亞烷基二醇、聚乙烯醚、聚苯醚、全氟乙醚等醚類油。對于含氧油，優(yōu)選將選自多元醇酯、聚亞烷基二醇及聚乙烯醚中的至少一種作為主成分，更優(yōu)選將多元醇酯或聚乙烯醚作為主成分。潤滑油基礎(chǔ)油的含量以冷凍機油總量為基準(zhǔn)，可以為80質(zhì)量％以上、90質(zhì)量％以上或95質(zhì)量％以上。

作為添加劑，可列舉環(huán)氧化合物、碳二亞胺化合物等吸酸劑，酚化合物、胺化合物等抗氧劑，磷化合物、硫化合物等特壓添加劑，酯化合物等油性劑，硅酮化合物等消泡劑，苯并三唑化合物等金屬鈍化劑，磷化合物等抗磨劑，聚丙烯酸甲酯化合物等粘度指數(shù)改進(jìn)劑等。添加劑的含量以冷凍機油總量為基準(zhǔn)，可為5質(zhì)量％以下或2質(zhì)量％以下。

工作流體中冷凍機油的含量相對于100質(zhì)量份的制冷劑，可以是1～500質(zhì)量份，也可以是2～400質(zhì)量份。

工作流體在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa下的制冷劑溶解粘度為2～4mm²/s，優(yōu)選為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。

工作流體的制冷劑溶解粘度按以下順序進(jìn)行測定。首先，向收納有振動式粘度計(vibration-typeviscometer)的200ml的耐壓容器中，加入100g填充于制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6內(nèi)的冷凍機油，對容器內(nèi)進(jìn)行真空除氣后，加入制冷劑并制備工作流體。此時，以達(dá)到溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件的方式，調(diào)整制冷劑的壓力及耐壓容器的溫度。并且，測定容器內(nèi)的工作流體的粘度。

冷凍機10通過例如具有將制冷劑與冷凍機油填充于制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6的工序(填充工序)的制造方法來制造，上述制冷劑與冷凍機油具有以下性質(zhì)：工作流體在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件下顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度。在填充工序中，可將制冷劑與冷凍機油分別單獨填充于制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6。而填充工序以外的工序可以與公知的冷凍機的制造方法相同。

在以上說明的冷凍機10中，通過將工作流體在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件下顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度的制冷劑與冷凍機油填充于制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6中，能夠確保對消耗能量的抑制與對冷凍能力或制冷能力的提高的平衡，從而能夠提高cop。

在此，冷凍機10的cop按照下式(2)計算。冷凍機10的cop也可以按照下式(3)計算。

cop＝制冷能力(冷卻量)[w]/消耗能量[w]…(2)

cop＝(h1-h2)×g/p…(3)

式(3)中，h1表示蒸發(fā)器(熱交換器)4的出口焓[j/kg]，h2表示蒸發(fā)器(熱交換器)4的入口焓[j/kg]，g表示在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6中循環(huán)的制冷劑的質(zhì)量流量[kg/s]，p表示驅(qū)動制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6的發(fā)動機(圖中未示出)的動力(消耗電力)[w]。

圖2為表示在使用含有二氟甲烷的混合制冷劑(例如r410a)作為制冷劑，使用具有上述優(yōu)選的運動粘度的冷凍機油作為冷凍機油時，工作流體的制冷劑溶解粘度與制冷劑10的cop的關(guān)系的一個例子的曲線圖。如圖2所示，當(dāng)工作流體的制冷劑溶解粘度不到2mm²/s時，出于密封性降低等原因，冷凍能力或制冷能力降低，得不到所希望的cop。另一方面，如果工作流體的制冷劑溶解粘度超過4mm²/s，則伴隨著攪拌阻力或冷凍機啟動時的阻力的增大，消耗的能量也增大，此外，由于冷凍能力或制冷能力降低，因此也得不到所希望的cop。因此，由在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)6中填充的制冷劑與冷凍機油所組成的工作流體，在溫度為80℃、絕對壓力為3.4mpa的條件下需要顯示2～4mm²/s的制冷劑溶解粘度，在該情況下，能夠同時滿足對消耗能量的抑制與對冷凍能力或制冷能力的提高，從而能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的cop。特別是，制冷劑溶解前后的粘度降低率為70～80％的冷凍機油容易同時實現(xiàn)冷凍機油與制冷劑的相溶性與潤滑性，為優(yōu)選方案。

符號說明

1…壓縮機、2…冷凝器、3…膨脹裝置、4…蒸發(fā)器、5…流路、6…制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、10…冷凍機。