(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素と炭素間に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒、又は前記冷媒を含む混合冷媒を作動流体とし、
圧縮機、凝縮手段、膨張機構、及び蒸発手段を順に環状に循環経路で接続して前記作動流体を循環させる冷凍サイクルを形成し、
前記圧縮機は、吸入口と吐出口を設けた密閉容器に、前記吸入口からの前記作動流体を吸入して圧縮する圧縮機構を有し、
前記密閉容器の内部には冷凍機油が封入され、
前記圧縮機の内部に異物捕捉手段を１つ以上設け、
前記異物捕捉手段は、短繊維のものをウール状にまとめられた、表面がＳｉＯ２のガラス繊維で形成されており、
前記冷媒の分解により発生するフッ化水素が、前記ガラス繊維の前記表面の前記ＳｉＯ２と反応するとともに、前記冷媒の反応により生成した重合物が前記ガラス繊維で補足されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記異物捕捉手段を前記吐出口に設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記異物捕捉手段を前記吸入口に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記異物捕捉手段を前記圧縮機の潤滑油吸込口に設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記ハイドロフルオロオレフィンを、テトラフルオロプロペン又はトリフルオロプロペンとし、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように成分を混合した混合冷媒を前記作動流体とした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凍装置。
【請求項６】
前記ハイドロフルオロオレフィンは、テトラフルオロプロペン又はトリフルオロプロペンを主成分とし、ジフルオロメタン又は／及びペンタフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、２成分を混合し又は３成分を混合した混合冷媒を前記作動流体とした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凍装置。
【請求項７】
前記混合冷媒の地球温暖化係数を３５０以下としたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記冷凍機油として、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含酸素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７のいずれかに記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素と炭素間に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを冷媒として用いた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界規模で地球温暖化を防止する取り組みが盛んに行われ、冷媒メーカー、冷凍機油メーカー及び空調機器メーカーは、安全で地球温暖化係数（ＧＷＰ）のさらなる低減と改善を目指して、新冷媒及び新冷媒用冷凍機油の研究・開発が行われている。このような改善を目指した新冷媒として、現在、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）や１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）などの不飽和フッ化炭化水素冷媒が採用される見込みがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の冷凍装置のサイクル図、図８は、同冷凍装置に使用される冷媒の特性を示す図である。
【０００４】
圧縮機１、凝縮器２、膨張機構３、蒸発器４を循環経路５で接続した冷凍サイクルの作動冷媒を、新冷媒であるＨＦＯ１２３４ｙｆや、ＨＦＯ１２３４ｙｆを含んだ混合冷媒とするものである。これにより、従来の冷媒を使用した冷凍装置よりＧＷＰを大幅に下げることが可能となり、環境に配慮した冷凍装置を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、不飽和フッ化炭化水素冷媒は、低ＧＷＰ値を特長の一つとする反面、分子内に不飽和結合を有する。そのため、ＨＦＣ４１０Ａをはじめとする従来の飽和フッ化炭化水素系冷媒と比較して反応性が高く熱・化学的安定性に乏しい。圧縮機の摺動部分のように高温となる部分において発生するラジカルと反応する可能性がある。
ラジカルと反応したハイドロフルオロオレフィンは、分解してフッ化水素を放出する。また、ハイドロフルオロオレフィンが複数個重合してオリゴマー化し粘凋性の液体やさらに重合が進むと固体を形成する。実際、エアコン信頼性試験において冷媒の重合物と推定される固形状の生成物が発生した。このような生成物が発生すると、装置内の微少隙間へのかみこみ等、悪影響を及ぼす可能性が高い。
【０００７】
本発明は、従来の課題を解決するもので、重合物を捕捉することで、装置内の破損、および冷凍サイクルの性能低下を防止し、長期間に渡って安定的に動作可能な冷凍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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために本発明の冷凍装置は、炭素と炭素間に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒、又は前記冷媒を含む混合冷媒を作動流体とし、圧縮機、凝縮手段、膨張機構、及び蒸発手段を順に環状に循環経路で接続して前記作動流体を循環させる冷凍サイクルを形成し、前記圧縮機は、吸入口と吐出口を設けた密閉容器に、前記吸入口からの前記作動流体を吸入して圧縮する圧縮機構を有し、前記密閉容器の内部には冷凍機油が封入され、前記圧縮機の内部に異物捕捉手段を１つ以上設け、前記異物捕捉手段は、短繊維のものをウール状にまとめられた、表面がＳｉＯ２のガラス繊維で形成されており、前記冷媒の分解により発生するフッ化水素が、前記ガラス繊維の前記表面の前記ＳｉＯ２と反応するとともに、前記冷媒の反応により生成した重合物が前記ガラス繊維で補足される。これにより、装置の破損、冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の冷凍装置は、重合物が発生しやすい性質の低ＧＷＰ冷媒を使用する場合において、異物捕捉手段を設置することで、装置の破損、及び冷凍サイクルの性能低下を防止できる。これにより高効率、高信頼性を実現した冷凍装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍装置のサイクル図
【図２】同冷凍装置のストレーナの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍装置の圧縮機の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態３における冷凍装置内の圧縮機の縦断面図
【図５】本発明の実施の形態４における圧縮機の縦断面図
【図６】本発明の実施の形態５におけるストレーナ内にあるフィルタの構造図
【図７】従来の冷凍装置のサイクル図
【図８】同冷凍装置に使用される冷媒の特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、炭素と炭素間に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒、又は前記冷媒を含む混合冷媒を作動流体とし、圧縮機、凝縮手段、膨張機構、及び蒸発手段を順に環状に循環経路で接続して前記作動流体を循環させる冷凍サイクルを形成し、前記圧縮機は、吸入口と吐出口を設けた密閉容器に、前記吸入口からの前記作動流体を吸入して圧縮する圧縮機構を有し、前記密閉容器の内部には冷凍機油が封入され、前記圧縮機の内部に異物捕捉手段を１つ以上設け、異物捕捉手段は、短繊維のものをウール状にまとめられた、表面がＳｉＯ２のガラス繊維で形成されており、冷媒の分解により発生するフッ化水素が、ガラス繊維の表面のＳｉＯ２と反応するとともに、冷媒の反応により生成した重合物がガラス繊維で補足されるものである。この構成によれば重合物の大多数を、重合物の発生源である圧縮機内で捕捉することが可能となるので、循環経路の詰まりを防止し、動作安定性を実現することにより、冷凍サイクル内の各装置の破損、及び冷凍サイクルの性能低下を防止できる。
【００１２】
第２の本発明は、特に、異物捕捉手段の配置を圧縮機の吐出口とするものである。この構成によれば、重合物の冷凍サイクル内への持ち出しを低減できることから、重合物の冷凍サイクル内部品への付着を抑制し、部品の劣化を防止できる。
【００１３】
第３の本発明は、特に、異物捕捉手段を圧縮機の吸入口に設けるものである。この構成によれば、循環経路内の重合物を圧縮機直前で捕獲することで、重合物の再循環を抑制できる。また、冷媒の圧力が低い箇所に異物捕捉手段を設けるので、異物捕捉手段によって発生する圧力損失を低減することで冷凍サイクルの性能低下を抑制できる。また、異物捕捉手段の構成をより微細な孔径を有するものにできるので、さらなる冷凍装置の信頼性向上が可能となる。
【００１４】
第４の発明は、特に、異物捕捉手段の配置を圧縮機の潤滑油吸込口とするものである。この構成によれば、重合物の圧縮機構への侵入を抑制し、該重合物のかみ込み等による圧縮機の破損を防止することが可能となる。
【００１５】
第５の発明は、特に、ハイドロフルオロオレフィンを、テトラフルオロプロペン又はトリフルオロプロペンとし、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように成分を混合した混合冷媒を作動流体としたことで、環境負荷が小さく、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
【００１６】
第６の発明は、特に、ハイドロフルオロオレフィンは、テトラフルオロプロペン又はトリフルオロプロペンを主成分とし、ジフルオロメタン又は／及びペンタフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、２成分を混合し又は３成分を混合した混合冷媒を作動流体としたことで、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
【００１７】
第７の発明は、特に、混合冷媒の地球温暖化係数を３５０以下としたことで、環境負荷が小さく、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
【００１８】
第８の発明は、特に、冷凍機油として、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またはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素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で、効果的に高信頼性で高効率な回転式圧縮機を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、こ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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍装置のサイクル図、図２は、同冷凍装置のストレーナの縦断面図である。
【００２０】
図１、２において、本実施の形態における冷凍装置は、圧縮機１と、凝縮手段（凝縮器）２と、膨張機構３と、蒸発手段（蒸発器）４とを順に環状に循環経路５で接続して作動流体を循環させる冷凍サイクルを構成している。
作動流体には、炭素と炭素間に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）をベース成分とした冷媒を用いる。なお、作動流体には、ハイドロフルオロオレフィンからなる単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを含む混合冷媒を用いてもよい。
【００２１】
運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器２に入り、熱交換して凝縮され液化する。液化した冷媒は、膨張機構３を通って減圧され、蒸発器４で蒸発して低温低圧のガスとなり再び圧縮機１に戻る。図２に示すストレーナ６は、圧縮機１内の、図示しないオイル通路、もしくはガス通路に設けられる。
冷媒として使用するハイドロフルオロオレフィンは、高温環境で酸化により分解してフッ化水素を生じ、同時に重合反応を起こして重合物８を形成する場合がある。
【００２２】
図２に示すように、ストレーナ６は内部にフィルタ７を備え、矢印で示す冷媒、もしくは冷凍機油の流れによって、流されてくる重合物８を捕捉する。圧縮機１内に、ストレーナ６を設置することで、高温で発生源になりやすい圧縮機１内において、重合物８の捕捉が可能となり、冷凍サイクル内の各装置の破損、また冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。
なお、ストレーナ６の構成は、これに限定されるものでなく重合物８の捕捉が可能な構造をとっていればよい。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における冷凍装置の圧縮機の縦断面図である。なお、冷凍サイクルは実施の形態１と同一であるので説明を省略する。
【００２４】
図３に示すように、本実施の形態における冷凍装置では、吸入口９と、吐出口１０を備えた密閉容器１１の内部に、電動機部１２と、この電動機部１２によって駆動される圧縮機構１３が収容されて、圧縮機１を構成している。
吸入口９から吸入された低温低圧の冷媒ガスは、圧縮機構１３によって圧縮され、高温高圧となり密閉容器１１内の空間を通り、吐出口１０より図示しない循環経路に吐出される。
また、圧縮機構１３の下部には、オイル吸込口１４が備えられ、密閉容器１１内の底部にある冷凍機油を圧縮機構１３に送り、圧縮機構１３の潤滑を良好にする。
【００２５】
圧縮機１内の電動機部１２、および吐出口１０付近は高温になるため、ハイドロフルオロオレフィンが重合反応を起こし、重合物８を形成する可能性がある。さらに、圧縮機構１３に構成される摺動部では、構成部材同士の接触が起こる混合潤滑状態もしくは固体潤滑状態となる可能性が高く、それにより周囲雰囲気も高温、高圧となりハイドロフルオロオレフィン冷媒が重合反応を起こしやすい。
そこで、本実施の形態では、ストレーナ６は、吐出口１０に取り付けられており、重合物８が発生した場合においても、図示しない循環経路への流出を防止し、重合物８の付着による、冷凍サイクル内の部品劣化や冷凍サイクルの性能低下を防止できる。
【００２６】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における冷凍装置の圧縮機の縦断面図である。なお、冷凍サイクルは実施の形態１と同一であり、上記実施の形態で説明した構成要素については、同じ符号を使い、説明を省略する。
【００２７】
本実施の形態における冷凍装置の圧縮機１では、図４に示すように、異物捕捉手段であるストレーナ６を、吸入口９に取り付けたものである。これにより、図示しない循環経路から圧縮機１内への侵入を防止でき、圧縮機１の破損を抑制することができる。また、冷媒の圧力が低い箇所に異物捕捉手段を設けるので、異物捕捉手段によって発生する圧力損失を低減することで冷凍サイクルの性能低下を抑制できる。また、異物捕捉手段の構成をより微細な孔径を有するものにできるため、微細な異物も取り除くことができる。
なお、ストレーナ６は、吐出口１０と吸入口９の双方に取り付けてもよい。
【００２８】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における冷凍装置の圧縮機の縦断面図である。なお、冷凍サイクルは実施の形態１と同一であり、上記実施の形態で説明した構成要素については、同じ符号を使い、説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態における冷凍装置は、図５に示すように、ストレーナ６を、圧縮機１のオイル吸込口１４に取り付けたものである。これにより、圧縮機構１３内の摺動部位への重合物８の侵入を確実に抑制し、圧縮機構１３の破損を防止することが可能となる。
なお、ストレーナ６は、吐出口１０若しくは吸入口９とともに、又は吐出口１０及び吸入口９とともにオイル吸込口１４に取り付けてもよい。
また、実施の形態１から実施の形態４では、圧縮機１にストレーナ６を設けたが、圧縮機１以外の冷凍サイクル中に設けてもよい。
【００３０】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における冷凍装置のストレーナ内にあるフィルタの構造を示すものである。なお、冷凍サイクル及び圧縮機１については既に説明した実施の形態１から４と同一であるのでその説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態における冷凍装置のストレーナ６内にあるフィルタ７の材質を、図６に示すように、スポンジに代表される樹脂発泡体と同じ三次元網目構造を持つ材質とするものである。これにより、表面積を広くできることから、重合物８の捕捉率をより向上させることが可能となり、信頼性を確保した冷凍装置を提供できる。
【００３２】
また、フィルタ７の材質を銅、アルミ等の発泡金属とするものである。発泡金属は、連続気孔構造をもち、空隙率が大きいため、冷媒を通す際に発生する圧力損失を低く抑えることが可能となり、高効率の冷凍装置を提供できる。
また、フィルタ７の材質は、冷凍サイクル内で悪影響を起こしにくく、なおかつ冷媒の反応生成物の捕捉性能が高いガラス繊維が適している。そのガラス繊維の中でも、短繊維のものをウール状にまとめたいわゆるグラスウールが冷媒反応物質の捕捉性能が高く、最適である。
グラスウールはガラス繊維を綿状に成形したものだが、表面はＳｉＯ２となっている。冷媒分解により発生するフッ化水素は、ガラス繊維表面のＳｉＯ２と反応しやすくガラス繊維表面の新生面を出しやすい。そのため、冷媒の反応により生成した重合物８の捕捉をより促進することができる。
【００３３】
本発明は、上記実施の形態で示したフィルタ７の材質に限定するものでなくポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンなどの樹脂やＳＵＳなどのメタルウール、ガラス繊維など、どのようなものを用いても構わない。
なお、上記実施の形態で用いたハイドロフルオロオレフィンは、テトラフルオロプロペン又はトリフルオロプロペンとし、地球温暖化係数が５以上、７５０以下、望ましくは３００以下となるように成分を混合した混合冷媒を作動流体とすることができる。
【００３４】
また、上記実施の形態で用いたハイドロフルオロオレフィンは、テトラフルオロプロペン又はトリフルオロプロペンを主成分とし、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）又は／及びペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）を、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、２成分を混合し又は３成分を混合した混合冷媒を作動流体とすることができる。
例えば、テトラフルオロプロペンは、二重結合を有さないハイドロフルオロカーボン（ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５））を混合させることで、非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくできて擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷却サイクル装置の冷却性能や冷却性能係数（ＣＯＰ）を改善することができる。
【００３５】
ここで、混合冷媒のＧＷＰについては、５以上で７５０以下、望ましくは３００以下となるように、それぞれ２成分混合もしくは３成分混合させる必要がある。ＨＦＯ１２３４ｙｆとＨＦＣ３２とを混合してＧＷＰ３００以下とするためには、ＨＦＯ１２３４ｙｆが５６ｗｔ％以上とすることが望ましい。また、ＨＦＯ１２３４ｙｆとＨＦＣ１２５とを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはＨＦＯ１２３４ｙｆが７８．７ｗｔ％以上、さらにＧＷＰ３００以下とするためには、ＨＦＯ１２３４ｙｆが９１．６ｗｔ％以上とすることが望ましい。これによって、万一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。
【００３６】
また、本実施の形態では、冷凍機油としてＨＦＯ１２３４ｙｆと相溶性のあるポリオールエステル油を用いたが、同様に相溶性のあるポリビニルエーテル、あるいはポリアルキレングリコールからなる冷凍機油を使用しても、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油を圧縮機１に回収することができ、同様に信頼性の高い圧縮機１を得ることができる。また、ＨＦＣ冷媒との混合冷媒としても、上記の冷凍機油は相溶性があるので、同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる冷凍装置は、重合物が発生しやすい性質の低ＧＷＰ冷媒を使用する場合においても、冷凍サイクル内にストレーナを設置することで、冷凍装置の破損、劣化、及び冷凍サイクルの性能低下を抑えることが可能となるので、空調機、カーエアコン、冷凍冷蔵庫、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も適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  膨張機構
４  蒸発器
５  循環経路
６  ストレーナ（異物捕捉手段）
７  フィルタ
８  重合物
９  吸入口
１０  吐出口
１１  密閉容器
１２  電動機部
１３  圧縮機構
１４  オイル吸込口
【図１】
0006021077.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
0006021077.tif 000007
【図８】
0006021077.tif 000008
【図６】
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