(57)【要約】【課題】安価な方法で性能を低下させず、信頼性の高い長寿命の冷却サイクル装置を提供すること。【解決手段】冷凍機油を封入した冷却用圧縮機２１と、第一の熱交換器２２ａと、キャピラリーチューブや膨張弁等の冷媒流量制御部２３と、冷凍空調がなされる空間部に設置される第二の熱交換器２２ｂと、アキュムレータ３１とを配管で連結して冷凍サイクルを構成し、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とする混合冷媒を冷凍サイクルに封入し、冷却サイクル中にフッ酸を主成分とする物質を吸着する吸着剤３８を充填した吸着器３２を備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機油を封入した冷却用圧縮機と、第一の熱交換器と、キャピラリーチューブや膨張弁等の冷媒流量制御部と、冷凍空調がなされる空間部に設置される第二の熱交換器と、アキュムレータとを配管で連結して冷凍サイクルを構成し、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒又は前記ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とする混合冷媒を前記冷凍サイクルに封入し、前記冷却サイクル中にフッ酸を主成分とする物質を吸着する吸着剤を充填した吸着器を備えたことを特徴とする冷却サイクル装置。
【請求項２】
前記冷凍サイクルに四方弁を設け、前記四方弁の切り換えによって、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との凝縮機能と蒸発機能とを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の冷却サイクル装置。
【請求項３】
前記混合冷媒として前記ハイドロフルオロオレフィンに混合する冷媒が、ハイドロフルオロカーボンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却サイクル装置。
【請求項４】
前記ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンを基本成分とする冷媒であり、前記ハイドロフルオロカーボンがジフルオロメタン及びペンタフルオロエタンの一方又は両方からなる冷媒であり、前記混合冷媒の地球温暖化係数が５以上７５０以下であることを特徴とする請求項３に記載の冷却サイクル装置。
【請求項５】
前記吸着剤が、イオン交換樹脂、合成ゼオライト系吸着剤、及び炭酸カルシウムをコーティングした多孔性物質のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却サイクル装置。
【請求項６】
前記冷凍機油が、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、ポリオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素有機化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は塩素を含まず、ハイドロフルオロオレフィンを冷媒として用いる冷却サイクル装置に関するもので、特にフッ酸を主成分とする物質の吸着剤を用いた冷却サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調機、カーエアコン、給湯器等には、圧縮機と凝縮や蒸発に使用される熱交換器と減圧器を連結して構成される冷却サイクル装置が使われている。この冷却サイクル装置内に封入される冷媒としては、塩素原子を含有するクロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボンが用いられてきた。しかし、クロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボンは、オゾン層を破壊する性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室効果が大きいので地球温暖化に影響を与えたりと、必ずしも環境に適した冷媒とはいえなかった。
そこでクロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボンの代わりに、オゾン破壊係数がゼロであり、かつ、地球温暖化係数もクロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボンに比べれば格段に小さい、二酸化炭素（以下、ＣＯ２冷媒という）やイソブタンなどを冷媒として用いる冷却サイクル装置が実用化されてきた。
しかし空調機、カーエアコン、給湯器等では性能の問題や冷媒漏洩時の問題から、オゾン破壊係数がゼロであるが、地球温暖化係数はあまり小さくないハイドロフルオロカーボンが使用されてきた。例えば、特許文献１には、塩素を含まないハイドロフルオロカーボンを冷媒とした冷却サイクル装置が開示されている。
図４は特許文献１に記載された従来の冷却サイクル装置を示すものである。図４に示すように、従来の冷却サイクル装置は、室外ユニット５と室内ユニット６とで構成される。室外ユニット５は、冷却用圧縮機１、熱交換器２ａ、キャピラリーチューブあるいは膨張弁等の冷媒流量制御部３を備え、これらを配管４で連結している。室内ユニット６は、冷凍空調がなされる空間部に設置される熱交換器２ｂを有する。室外ユニット５には、サービスバルブ８ａ、８ｂが設けられ、室内ユニット６には、フレアナット９ａ、９ｂが設けられている。そして一方の接続管７は、サービスバルブ８ａとフレアナット９ａとに接続され、他方の接続管７は、サービスバルブ８ｂとフレアナット９ｂとに接続されている。室外ユニット５には四方弁１０を有している。四方弁１０は、冷却用圧縮機１の吐出側の配管４と吸入側の配管４に接続されており、熱交換器２ａ、２ｂの凝縮機能と蒸発機能とを切り替えることができる。また室外ユニット５は、冷却用圧縮機１の吸入側配管にアキュムレータ１１を装備している。
この冷却サイクル装置では、冷却用圧縮機１と、熱交換器２ａと、冷媒流量制御部３と、熱交換器２ｂと、アキュムレータ１１とを配管４及び接続管７で連結して冷凍サイクルを構成しており、冷凍サイクル内には冷媒としてハイドロフルオロカーボンが封入されている。
以上のように構成された冷却サイクル装置における冷媒の流れは、冷房運転時には、冷却用圧縮機１によって圧縮された冷媒が熱交換器２ａにおいて放熱して凝縮し、液化状態となり冷媒流量制御部３を通過することにより低温の気液混合冷媒となり、室内ユニット６内の熱交換器２ｂにおいて吸熱気化し乾燥飽和蒸気として蒸発し、再度冷却用圧縮機１に吸い込まれる。熱交換器２ｂは周辺から熱を奪うため冷房運転が行われる。また四方弁１０が作動して流路が切り換わると、冷媒は熱交換器２ｂで凝縮して熱交換器２ａで蒸発する。すなわち暖房運転が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４９７３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンのように化学的安定性が充分でない冷媒を使用すると、２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンは水や酸素の影響で開裂、分解してフッ酸を主成分とする物質を生じ、冷却サイクル装置の使用材料や冷凍機油を劣化させるため、冷却サイクル装置の性能が低下し、最悪の場合には故障に至るという課題を有する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するもので、安価な方法で性能を低下させず、信頼性の高い長寿命の冷却サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来の課題を達成するために本発明の冷却サイクル装置は、冷凍機油を封入した冷却用圧縮機と、第一の熱交換器と、キャピラリーチューブや膨張弁等の冷媒流量制御部と、冷凍空調がなされる空間部に設置される第二の熱交換器と、アキュムレータとを配管で連結して冷凍サイクルを構成し、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とする混合冷媒を冷凍サイクルに封入し、冷却サイクル中にフッ酸を主成分とする物質を吸着する吸着剤を充填した吸着器を備えた構成としてある。
これによって、水や酸素の影響で２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンが開裂、分解して生じたフッ酸を主成分とする物質を吸着器によって速やかに捕捉することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の冷却サイクル装置は、２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンが水や酸素の影響で開裂、分解して生じたフッ酸を主成分とする物質を速やかに捕捉することができ、冷却サイクルの冷却性能を阻害せず、効率の降下も生じない長寿命の冷却サイクルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例における冷却サイクル装置のサイクル図
【図２】同冷却サイクルにおける吸着器の部分断面図
【図３】２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図
【図４】従来の冷却サイクル装置のサイクル図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の発明の冷却サイクル装置は、冷凍機油を封入した冷却用圧縮機と、第一の熱交換器と、キャピラリーチューブや膨張弁等の冷媒流量制御部と、冷凍空調がなされる空間部に設置される第二の熱交換器と、アキュムレータとを配管で連結して冷凍サイクルを構成し、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とする混合冷媒を冷凍サイクルに封入し、冷却サイクル中にフッ酸を主成分とする物質を吸着する吸着剤を充填した吸着器を備えた構成であり、２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンが水や酸素の影響で開裂、分解して生じたフッ酸を主成分とする物質を速やかに吸着し、配管や圧縮機などの金属の腐食を防止すると共に、冷凍機油がフッ酸を主成分とする物質により加速度的に劣化、分解していくことを防止することができる。
第２の発明の冷却サイクル装置は、冷凍サイクルに四方弁を設け、四方弁の切り換えによって、第一の熱交換器と第二の熱交換器との凝縮機能と蒸発機能とを切り換える構成であり、冷暖房用装置として用いることができる。
第３の発明の冷却サイクル装置は、混合冷媒としてハイドロフルオロオレフィンに混合する冷媒が、ハイドロフルオロカーボンであり、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して冷媒として使用しやすくすることができる。
第４の発明の冷却サイクル装置は、ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンを基本成分とする冷媒であり、ハイドロフルオロカーボンがジフルオロメタン及びペンタフルオロエタンの一方又は両方からなる冷媒であり、混合冷媒の地球温暖化係数が５以上７５０以下である構成であり、回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
第５の発明の冷却サイクル装置は、吸着剤が、イオン交換樹脂、合成ゼオライト系吸着剤、及び炭酸カルシウムをコーティングした多孔性物質のいずれかであり、冷媒中のフッ酸を主成分とする物質や水分の捕捉性能に優れてい。
第６の発明の冷却サイクル装置は、冷凍機油が、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、ポリオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素有機化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油としたものである。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
図１は本発明の一実施例における冷却サイクル装置のサイクル図、図２は吸着器の部分断面図である。
図１に示すように、本発明の冷却サイクル装置は、室外ユニット２５と室内ユニット２６とで構成される。室外ユニット２５は、冷却用圧縮機２１、第一の熱交換器２２ａ、キャピラリーチューブあるいは膨張弁等の冷媒流量制御部２３を備え、これらを配管２４で連結している。室内ユニット２６は、冷凍空調がなされる空間部に設置される第二の熱交換器２２ｂを有する。室外ユニット２５には、サービスバルブ２８ａ、２８ｂが設けられ、室内ユニット２６には、フレアナット２９ａ、２９ｂが設けられている。そして一方の接続管２７は、サービスバルブ２８ａとフレアナット２９ａとに接続され、他方の接続管２７は、サービスバルブ２８ｂとフレアナット２９ｂとに接続されている。
室外ユニット２５には四方弁３０を有している。四方弁３０は、冷却用圧縮機２１の吐出側の配管２４と吸入側の配管２４に接続されており、熱交換器２２ａ、２２ｂの凝縮機能と蒸発機能とを切り替えることができる。また室外ユニット２５は、冷却用圧縮機２１の吸入側配管にアキュムレータ３１を装備してもよい。また、本実施の形態では吸着器３２を設けてあり、この吸着器３２は、２重結合を有するハイドロフルオロオレフィン冷媒の液層の割合が高くなるほど、フッ酸を主成分とする物質や水分の吸着効果が高くなるため、冷媒流量制御部２３近傍の前後に設置することが望ましい。
【００１１】
次に、冷却サイクル装置に設置された吸着器３２について説明する。
図２に示すように、吸着器３２は、容器を構成するドライヤー本体３３内に、第一のフィルター３４と、第二のフィルター３５と、スプリング３６と、スプリング３６を固定するスプリングストッパー３７と、吸着剤３８とを備えている。
ドライヤー本体３３の内径は配管２４の内径よりも大きく、吸着器３２は、図１に示すように、第一の熱交換器２２ａと冷媒流量制御部２３との間に位置する配管２４に設けられている。
スプリング３６は、第二のフィルター３５とスプリングストッパー３７との間に配置され、第二のフィルター３５を第一のフィルター３４の方向に付勢している。吸着剤３８は、第一のフィルター３４と第二のフィルター３５との間に充填されている。
【００１２】
２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンは水や酸素の影響で開裂、分解してフッ酸を主成分とする物質を生じる可能性があり、冷房運転や暖房運転においてフッ酸を主成分とする物質や水分を含んだ冷媒が吸着器３２を通過すると、冷媒中のフッ酸を主成分とする物質や水分は吸着器３２に配設された吸着剤３８に捕捉される。従って、フッ酸によって冷却サイクル装置の使用材料や冷凍機油を劣化させたり、冷却サイクル装置の性能を落としたりすることがなく、安価な方法で性能を落とさず、信頼性の高い長寿命の冷却サイクル装置を提供することができる。なお、吸着器３２はスプリング３６を有するので、圧縮機２１からの振動や冷媒の脈動などによって発生する吸着剤３８の磨耗振動を防ぐ働きがある。
【００１３】
ここで、吸着剤３８に使用する材料は、無機系、有機系、およびこれらの混合物があり、工業的にはゼオライト、シリカ、イオン交換樹脂等を主成分とするものを利用でき、イオン交換樹脂、合成ゼオライト系吸着剤、及び炭酸カルシウムをコーティングした多孔性物質のいずれかが好ましく、合成ゼオライトによる多孔体をベースにしたものが最も望ましい。
また吸着剤３８の形状については球状が望ましいが、工業的に利用できるものとして粉体、発泡体および繊維状等のものでもフィルターによって固定でき流失しなければ、使用しても構わない。
【００１４】
またこの冷却サイクル装置は、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボン（例えば、ＨＦＣ３２又はＨＦＣ１２５）と混合した冷媒が封入してある。ハイドロフルオロオレフィンは、例えばテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を基本成分とする冷媒であり、ハイドロフルオロカーボンはジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）及びペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）の一方又は両方からなる冷媒であり、ハイドロフルオロオレフィンとハイドロフルオロカーボンとの混合冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上で７５０以下、望ましくは５以上で３００以下となるように、それぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒である。
【００１５】
図３は、テトラフルオロプロペンとジフルオロメタン又はペンタフルオロエタンとの２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図である。具体的には図３に示すように、２成分混合の場合にはテトラフルオロプロペンとジフルオロメタンとを混合してＧＷＰ３００以下とするためにはジフルオロメタンを４４ｗｔ％以下、テトラフルオロプロペンとペンタフルオロエタンとを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはペンタフルオロエタンを２１．３ｗｔ％以下、さらにＧＷＰ３００以下とするためにはペンタフルオロエタンを８．４ｗｔ％以下と混合することになる。
また、冷媒をテトラフルオロプロペンの単一冷媒とした時にはＧＷＰ４となり極めて良好な値を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大きいことなどから冷凍能力が低くなるため、より大きな冷却サイクル装置が必要になる。換言すれば、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いれば、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して冷媒として使用しやすくすることができる。従って、封入する冷媒において、単一冷媒を含めてテトラフルオロプロペンの割合をどれほどにするかは、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の目的や上述したＧＷＰの制限などの条件に応じて適宜選択すればよい。
【００１６】
さらに、冷却用圧縮機２１に封入される冷凍機油は、特開２００８−１１５２６６号公報に示されたような、基油としてポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、ポリオールエステル類及びポリカーボネート類の中から選ばれる少なくとも１種の含酸素有機化合物を主成分として、それらに極圧剤、油性剤、酸化防止剤、酸捕捉剤および泡消剤などの各種の添加剤を必要に応じて選択して加え、冷媒と相溶性を持つ油が望ましい。これにより冷凍機油を圧縮機まで容易に回収できるので、冷却サイクル装置の圧縮機の信頼性を確保することができる。しかし、家庭用の空調機など小型の冷却サイクル装置では冷媒の配管内流速が早ければ、アルキルベンゼン類やαオレフィン類など前記冷媒と相溶性がない冷凍機油でも実用上、使用することができる。
【００１７】
以上のように構成された冷却サイクル装置で、冷媒の流れは、冷房運転をする場合には、冷却用圧縮機２１によって圧縮された冷媒が第一の熱交換器２２ａにおいて放熱し、液化状態となり冷媒流量制御部２３を通過することにより低温の気液混合冷媒となり、室内ユニット２６内の第二の熱交換器２２ｂにおいて吸熱して気化冷媒となり、再度冷却用圧縮機に吸い込まれる。また四方弁３０が作動して流路が切り換わると、冷媒は第二の熱交換器２２ｂで凝縮して第一の熱交換器２２ａで蒸発する。すなわち暖房運転が行われる。
なお、本発明は冷暖房用のエアコンを主体とした冷却サイクル装置として説明してきたが、開放式でない冷却サイクル装置であればその効果は同じであり、冷凍冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ヒートポンプ式乾燥洗濯機、ヒートポンプ式給湯器、飲料用自動販売機等の全てに適用できる技術であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明にかかる冷却サイクル装置は、２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンが水や酸素の影響で開裂、分解して生じたフッ酸を主成分とする物質を吸着することができるので、空調機、カーエアコン、給湯器、冷凍冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ヒートポンプ式乾燥洗濯機、ヒートポンプ式給湯器、飲料用自動販売機等の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００１９】
２１  冷却用圧縮機
２２ａ  第一の熱交換器
２２ｂ  第二の熱交換器
２３  冷媒流量制御部
３０  四方弁
３２  吸着器
３８  吸着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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