(57)【要約】【課題】冷媒中に水分が混入した場合でも損傷が起こり難い冷凍装置を提供する【解決手段】冷凍装置１００は、冷媒回路１０と、除去部２とを備える。冷媒回路１０は、冷媒を用いて冷凍サイクルを行う回路であって、圧縮機１、熱交換器６１，６２、四方切替弁８、減圧機構３、及び配管５を有する。冷媒には、二酸化炭素を主成分として含むものが採用される。除去部２は、冷媒回路１０に流れる冷媒に含まれる銅イオンを除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を用いて冷凍サイクルを行う冷媒回路（１０）と、
前記冷媒回路（１０）を流れる前記冷媒に含まれる銅イオンを除去する除去部（２）と、
を備えた、
冷凍装置。
【請求項２】
前記除去部（２）は、前記冷媒回路（１０）を流れる前記冷媒に接触するイオン電極（２１，２２）を有する、
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記イオン電極（２１，２２）は、ガラス（２１ａ，２２ａ）で封入されている、
請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記除去部（２）は、前記銅イオンを捕捉する触媒である、
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記触媒はゼオライトである、
請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記冷媒は二酸化炭素を主成分として含む、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍装置に関し、特に、ＣＯ２（二酸化炭素）を冷媒に用いたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置においてＣＯ２（二酸化炭素）を冷媒として用いる場合、ＣＯ２中に水が混入することが多い。ＣＯ２中に水が含まれていると、冷凍サイクルにおいて、水とＣＯ２とが反応して炭酸が生じる。そして、配管として用いられている銅と、炭酸とが反応して、配管の内壁から冷媒へ銅イオンが溶出する。
【０００３】
溶出した銅イオンは冷媒とともに循環し、金属の表面のうち活性化している部分を銅メッキする（銅メッキ現象）。圧縮機を備えた冷凍装置においては、圧縮機の圧縮機構の金属表面で銅メッキ現象が起こりやすい。
【０００４】
圧縮機構の金属表面が銅メッキされると、圧縮機構を構成する可動スクロールと固定スクロールとの間に設けられた隙間が埋まって、滑らかな摺動が妨げられる。また、摺動時に発生する銅の破片によって、圧縮機が損傷するおそれがある。
【０００５】
そこで、従来からＣＯ２中に含まれている水を除去する技術が提案されている。例えば、モレキュラシーブスなどの乾燥剤を配管内に設ける技術（特許文献１参照）や、冷凍装置内の水を、乾燥や真空引きなどによって除去する技術（特許文献２参照）などが提案されている。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のモレキュラシーブスでは、ＣＯ２に混入した水を捕捉しにくい。また、顆粒状のモレキュラシーブスを用いた場合、モレキュラシーブス同士が擦れ合い、微細な粉が発生する。微細な粉が圧縮機の圧縮機構内に入り込むと、圧縮機構が損傷してしまうおそれがある。
【０００７】
特許文献２に記載の冷凍装置では、製造過程において、乾燥や真空引きなどの工程が必要であるため、コストが増大する。また、大容量の冷凍装置においては、乾燥や真空引きに要する時間が長くなり、コストがより増大する。
【特許文献１】特開２００１−１５３５０１号公報
【特許文献２】特開平９−２５６９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、冷媒中に水分が混入した場合でも損傷が起こり難い冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る冷凍装置は、冷媒回路と除去部とを備えている。冷媒回路は、冷媒を用いて冷凍サイクルを行う。除去部は、冷媒回路を流れる冷媒に含まれる銅イオンを除去する。
【００１０】
第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、除去部が、冷媒回路を流れる冷媒に接触するイオン電極を有している。
【００１１】
第３発明に係る冷凍装置は、第２発明に係る冷凍装置であって、イオン電極が、ガラスで封入されている。
【００１２】
第４発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、除去部が、銅イオンを捕捉する触媒である。
【００１３】
第５発明に係る冷凍装置は、第４発明に係る冷凍装置であって、触媒がゼオライトである。
【００１４】
第６の発明に係る冷凍装置は、第１発明乃至第５発明のいずれか一つにかかる冷凍装置であって、冷媒は二酸化炭素を主成分として含む。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明に係る冷凍装置では、冷媒中の銅イオンが除去されるので、銅メッキ現象の発生を防止することができる。よって、冷媒中に水分が混入した場合でも冷凍装置の損傷が起こり難い。
【００１６】
第２発明、又は第３発明に係る冷凍装置では、イオン電極間に電位が生じることで、銅イオンは陰極側に引き寄せられる。よって、銅イオンをイオン電極で捕捉（除去）することができる。
【００１７】
第４発明、又は第５発明に係る冷凍装置では、銅イオンを捕捉（除去）することができる。
【００１８】
第６発明に係る冷凍装置では、冷媒が二酸化炭素であっても、銅イオンを除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置の概念図である。図１において、冷凍装置１００は、冷媒回路１０と除去部２とを備えている。
【００２０】
＜冷媒回路１０＞
（冷媒回路１０の構成）
冷媒回路１０は、冷媒を用いて冷凍サイクルを行う回路であって、圧縮機１、熱交換器６１，６２、四方切替弁８、減圧機構３、及び配管５を有している。冷媒には、ＣＯ２を主成分として含むものが採用される。
【００２１】
圧縮機１は、吸入口１１と吐出口１２とを有し、吸入口１１から吸入された冷媒を圧縮して、吐出口１２から排出する。
【００２２】
熱交換器６１，６２はいずれも、外部の空気と冷媒との間で熱の交換を行う。具体的には、熱交換器６１，６２の一方は、冷媒から外部の空気へ熱を移動させる放熱器として機能し、他方は、外部の空気から冷媒へ熱を移動させる蒸発器として機能する。
【００２３】
四方切替弁８は、端子８１〜８４を有し、端子８１と端子８４とを連通させ、かつ端子８２と端子８３とを連通させる態様（態様ａ）と、端子８１と端子８２とを連通させ、かつ端子８３と端子８４とを連通させる態様（態様ｂ）とを、交互に切り替えることができる。
【００２４】
端子８１〜８４は、配管５によって次のように接続される。端子８１は、圧縮機１の吸入口１１に接続される。端子８２は、熱交換器６１の一端６１１に接続される。端子８３は、圧縮機１の吐出口１２に接続される。端子８４は、熱交換器６２の一端６２１に接続される。
【００２５】
減圧機構３は、熱交換器６１の他端６１２と、熱交換器６２の他端６２２との間に接続される。他端６１２，６２２への減圧機構３の接続にも配管５が用いられる。
【００２６】
上述した冷媒回路１０によれば、四方切替弁８を態様ａに切り替えることで、冷媒は矢印１１１の方向へ流れる。すなわち、圧縮機１、熱交換器６１、減圧機構３、及び熱交換器６２の順に冷媒が流れる。よって、熱交換器６１を放熱器として機能させ、熱交換器６２を蒸発器として機能させることができる。熱交換器６１が室外機、熱交換器６２が室内機に配設されている場合には、冷媒回路１０は冷房機として機能する。
【００２７】
他方、四方切替弁８を態様ｂに切り替えることで、冷媒は矢印１１２の方向へ流れる。すなわち、圧縮機１、熱交換器６２、減圧機構３、及び熱交換器６１の順に冷媒が流れる。よって、熱交換器６１を蒸発器として機能させ、熱交換器６２を放熱器として機能させることができる。熱交換器６１が室外機、熱交換器６２が室内機に配設されている場合には、冷媒回路１０は暖房機として機能する。
【００２８】
（冷凍サイクル）
図２は、ＣＯ２の主成分として含む冷媒の状態を示す圧力−エンタルピ線図である。図２では、臨界点ＣＰ、飽和蒸気線１０１、飽和液線１０２、境界線１０３，１０４が示されている。飽和蒸気線１０１は、気体と液体とが混合した状態（以下、「気液混合状態」という。）と、気体の状態との境界を示す。飽和液線１０２は、気液混合状態と液体の状態との境界を示す。境界線１０３は、臨界点ＣＰを通る等温線であって、臨界点ＣＰよりエンタルピが小さいところでは、液体の状態と超臨界状態との境界を示す。境界線１０４は、臨界点ＣＰからエンタルピの大きい方へ延びる等圧線であって、気体の状態と超臨界状態との境界を示す。以下、図２を用いて、循環する冷媒の状態を説明する。
【００２９】
圧縮機１は、気体の状態（状態Ａ）にある冷媒を、圧縮して超臨界状態（状態Ｂ）へ転移させる。
【００３０】
放熱器は、自身に流入した冷媒の熱を外部の空気へ移動させることで、圧力をほとんど変化させずに当該冷媒のエンタルピを低下させる。これにより放熱器は、超臨界状態（状態Ｂ）にある冷媒を液体の状態（状態Ｃ）へ転移させる。このとき、エンタルピの変化量とほぼ等しい熱量Ｑが、放熱器から空気へ与えられる。
【００３１】
超臨界状態にある冷媒は、その温度や圧力を潜熱なしに変化させることができる。このため、超臨界状態にある冷媒からは、熱を効率よく得ることができる。よって、冷媒の状態が超臨界状態（状態Ｂ）から液体の状態（状態Ｃ）へ転移する放熱器では、外部の空気が効率よく暖められる。
【００３２】
減圧機構３は、放熱器側から流れ込む冷媒の圧力を低下させることで、液体の状態（状態Ｃ）にある冷媒を気液混合状態（状態Ｄ）へ転移させる。このとき、減圧機構３の通過の前後での冷媒のエンタルピはほとんど変化しない。
【００３３】
蒸発器は、自身に流入した冷媒へ外部の空気から熱を移動させることで、圧力をほとんど変化させずに当該冷媒のエンタルピを上昇させる。これにより蒸発器は、気液混合状態（状態Ｄ）にある冷媒を気体の状態（状態Ａ）へ転移させる。このとき、外部の空気から得た熱のほとんどは、潜熱として冷媒の状態変化に用いられる。
【００３４】
＜除去部２＞
図３は、除去部の概念図である。図３において、除去部２は、冷媒回路１０に流れる冷媒に含まれる銅イオンを除去する。具体的に、除去部２はイオン電極２１，２２を有している。
【００３５】
イオン電極２１，２２は、いずれか一方が陽極として用いられ、他方が陰極として用いられる。配管５の外側に配設された直流電源の陽極側にイオン電極２１が、陰極側にイオン電極２２が、それぞれ接続されている。
【００３６】
イオン電極２１，２２はいずれも、配管５に対して横から差し込まれており、冷媒回路１０を流れる冷媒に接触している。ただし、配管５内においては、イオン電極２１，２２同士は互いに離間している。
【００３７】
除去部２では、イオン電極２１，２２間に電位が生じ、冷媒中の銅イオンが陰極側に引き寄せられる。つまり、銅イオンは、陰極として用いられているイオン電極２２に引き寄せられるので、イオン電極２２で捕捉（除去）することができる。イオン電極２１，２２の劣化を防止するという観点から、図３に示すように、イオン電極２１，２２のそれぞれをガラス２１ａ，２２ａで封入することが好ましい。
【００３８】
上述した冷凍装置１００によれば、冷媒中の銅イオンが除去されるので、銅メッキ現象の発生を防止することができる。よって、冷媒中に水分が混入した場合でも冷凍装置１００の損傷が起こり難い。
【００３９】
＜変形例＞
除去部２は、銅イオンを捕捉する触媒であっても良い。触媒には、例えばゼオライトが採用される。本変形例においても、冷媒中の銅イオンを除去することができるので、冷媒中に水分が混入した場合でも冷凍装置１００の損傷が起こり難い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明によれば、ＣＯ２冷媒に水が混入して炭酸が生じ配管の内壁から冷媒へ銅イオンが溶出した場合でも、銅イオンがイオン電極で捕捉されるので、冷凍装置の損傷が起こり難い。したがって、本発明は、ＣＯ２冷媒を用いた空気調和装置、ヒートポンプ式給湯機に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍装置の概念図。
【図２】冷媒であるＣＯ２の状態を示す圧力−エンタルピ線図。
【図３】除去部の概念図。
【符号の説明】
【００４２】
２  除去部
１０  冷媒回路
２１，２２  イオン電極
２１ａ，２２ａ  ガラス
【図１】
2010038381.tif 000003
【図２】
2010038381.tif 000004
【図３】
2010038381.tif 000005