(57)【要約】【課題】冷媒であるハイドロフルオロオレフィンが重合して生成したオリゴマーを効率よく捕捉することによって、冷凍サイクル内の使用部品の劣化を抑えて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。【解決手段】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、二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒が循環する冷凍装置であって、圧縮機１から凝縮器２又は４、膨張機構３及び蒸発器４又は２を経て該圧縮機１に至り、冷媒が循環する冷媒循環経路と前記冷媒循環経路内に有機固体重合物を捕捉できるような繊維状フィルターを有するストレーナ８を備える。【選択図】図１
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【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の単一冷媒、またはそれをベース成分とし、二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を封入し、圧縮機から凝縮器、膨張機構、蒸発器を経て該圧縮機に至り、前記冷媒が循環する冷媒循環経路と、前記冷媒循環経路内に冷媒反応物を捕捉する繊維状フィルターとを備えた冷凍装置。
【請求項２】
前記繊維状フィルターを前記膨張機構の入口と／または出口に配置した請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記冷媒循環回路は前記繊維状フィルターをバイパスする冷媒回路を備えた請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記繊維状フィルターがグラスウールを含有してなる請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項５】
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をベース成分とし、ハイドロフルオロカーボンとしてジフルオロメタンと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、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成分混合した冷媒を封入した請求項１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、塩素原子を含まず、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、冷凍機油を封入した圧縮機、凝縮器、膨張機構ならびに蒸発器を備えた冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば空調機やカーエアコンに形成される冷凍サイクルには、冷媒として、フッ素と水素を含むフッ化炭化水素（ＨＦＣ）が用いられてきた。また、このような冷凍装置では、冷媒としてのＨＦＣとの相溶性の観点から、例えばポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリオールエステル（ＰＯＥ）又はポリビニルエーテル（ＰＶＥ）のような、極性を有する冷凍機油が用いられてきた。
【０００３】
従来このような冷凍サイクル内では、圧縮機の摺動部にて激しい摩耗が生じた場合に発生する摩耗粉起因の固形異物や接続配管を適切な長さに切断した際に銅管内部に入った銅粉などの金属異物が存在する可能性がある。また既設配管を使用した場合は従来使用されていた冷凍機油である鉱油やその酸化劣化反応物が、残存不純物として配管内に残存している場合がある。このような鉱油由来物質（すなわちＨＦＣ冷媒への不溶物）や金属異物が存在しているまま冷凍サイクルを運転すると残存不純物による冷凍機油の劣化や金属異物による圧縮機の摺動部の摩耗促進などにより冷凍装置の信頼性を損なうおそれがある。
【０００４】
そこで新しく設置する冷凍サイクルにはストレーナが設置されている（例えば、特許文献１を参照）。ストレーナは粒径２０μｍ以上の固形異物を捕捉することを目的としたパンチングメタルや金網をその内部に設置しており、ここで捕捉することで圧縮機に固形異物が流入しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３７０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
新しい冷媒であるハイドロフルオロオレフィンは分子中に二重結合を有するために反応性が高く、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した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したり、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したりする。このようなオリゴマーである粘凋性液体や分子量の小さな有機固体重合物は従来のストレーナの網を透過する。そのため粘凋性液体や有機固体重合物は圧縮機まで到達し摺動部の摩耗を促進し、冷凍装置の信頼性を損なうおそれがあるという問題点があった。
【０００７】
それ故に本発明の目的は、冷媒であるハイドロフルオロオレフィンが重合して生成した反応生成物であるフッ化水素、オリゴマー、有機固体重合物などを効率よく捕捉することによって、冷凍サイクル内の使用部品の劣化を抑えて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である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、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、二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒が循環する冷凍装置に向けられており、圧縮機から凝縮器、膨張機構、蒸発器を経て該圧縮機に至り、前記冷媒が循環する冷媒循環経路と、前記冷媒循環経路内に有機固体重合物を捕捉できるような繊維状のフィルターを形成してフッ化水素と重合物を捕捉する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、冷凍装置の冷媒循環経路内に繊維状のフィルターを含有することにより、ハイドロフロロオレフィン系冷媒の酸化反応により発生したフッ化水素がフィルターと反応すると共に、強酸であるフッ化水素によって新生面が出現したフィルター繊維表面に有機固体重合物が付着しやすくなる。従って、冷凍装置内（つまり、冷凍サイクル内）の使用部品の劣化を抑えることができる。これにより、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である。
【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】本発明の実施の形態に係るストレーナの断面図
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍装置のサイクル図
【図４】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
【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の単一冷媒、またはそれをベース成分とし、二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を封入し、圧縮機から凝縮器、膨張機構、蒸発器を経て該圧縮機に至り、前記冷媒が循環する冷媒循環経路と、前記冷媒循環経路内に冷媒反応物を捕捉する繊維状フィルターとを備えたものである。これにより、ハイドロフルオロオレフィンが酸化分解して発生させた強酸のフッ化水素が繊維状フィルター表面と反応し新生面を出現させるとともに、ハイドロフルオロオレフィンから生成したオリゴマーや有機固体重合物は表面積の大きい繊維状フィルターの新生面に付着するため冷媒の反応生成物であるフッ化水素、オリゴマー、有機固体重合物をフィルター表面に捕捉することができ、冷凍サイクル内使用部品の劣化を抑えることができる。
【００１２】
第２の発明は、特に、第１の発明の繊維状フィルターを前記膨張機構の入口と／または出口に配置したことにより、液冷媒が循環するところで最も効率よく冷媒の反応生成物を捕捉することができる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第２の発明において、前記冷媒循環回路は前記繊維状フィルターをバイパスする冷媒回路を備えたものである。これにより仮に繊維状フィルターが冷媒の反応生成物で詰まったとしてもバイパスを有していることで冷媒循環回路全体の流速低下の要因とはならず、冷凍サイクルの消費電力の上昇を防ぐことができる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１の発明の繊維状フィルターがグラスウールを含有していることにより、冷媒分解により発生するフッ化水素はグラスウールの表面のＳｉＯ２と反応しやすくグラスウール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オリゴマーや有機固体重合物はグラスウールに付着しやすくなる。
【００１５】
第５の発明は、特に、第１の発明の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をベース成分とし、ハイドロフルオロカーボンとしてジフルオロメタンと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、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成分混合した冷媒を封入したので、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。
【００１６】
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。
【００１７】
（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である。図１において、冷凍装置は、冷媒循環経路として、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒を凝縮又は蒸発させる室外熱交換器２と、膨張弁等のような冷媒を膨張させる膨張機構３と、冷媒を蒸発又は凝縮させる室内熱交換器４とを備える。冷凍装置はさらに、上記構成を連結する配管５、四方弁６及びアキュムレータ７を備えており、冷媒と冷凍機油とを作動媒体とする。冷凍機油は通常、圧縮機内に封入されており、使用時にはそのごく一部が冷媒とともに冷凍サイクル内を循環する。
【００１８】
図１の冷凍装置において、膨張機構３の前後に繊維状フィルターを含んだストレーナ８ａ、８ｂを有している。繊維状フィルターを含んだストレーナ８ａ、８ｂは内部に繊維状フィルターを含んでいればその他はどんな構成になっていても構わない。
【００１９】
ストレーナ８ａ、８ｂの好ましい具体例について説明する。図２は、図１に示すストレーナ８ａ、８ｂいずれか一方の断面図を示す模式図である。ストレーナ８には繊維状フィルター１０を両側から挟む形でパンチングメタル１１を設置している。パンチングメタル１１の代わりに、ＳＵＳなどのメッシュを使用しても構わない。パンチングメタル１１を設置することで、繊維状フィルター１０の振動による破砕粉末化などを防ぐことができる。パンチングメタル１１の孔径は特に指定しないが、数ｍｍ程度で十分である。
【００２０】
また冷凍サイクル内の微量水分を除去する目的で、モレキュラーシーブを繊維状フィルターに隣接して設置していてもよい。繊維状フィルターの大きさは制限しないが、長さが短すぎると冷媒との接触面積が小さくなり冷媒分解物質の捕捉性能が低下する。なお、再熱除湿運転に使用する室内器側の電磁弁など公知の部品を必要に応じて追加することができる。
【００２１】
繊維状フィルターとしては、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や銅などのメタルウール、ガラス繊維など、どのようなものも用いられても構わない。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。
【００２２】
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オリゴマーはガラス繊維表面に付着しやすい。
【００２３】
さらに、図１において、圧縮機１に封入される冷凍機油は冷媒と相溶性を有する冷凍機油を含むものである。本実施の形態によるエステル系冷凍機油は多価アルコールと飽和または不飽和脂肪酸との脱水反応により合成される。多価アルコールとしては、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどが冷凍機油の粘度に合わせて用いられる。また一方の飽和脂肪酸としては、ヘキサン酸、ヘプタン酸、ノナン酸、デカン酸などの直鎖の脂肪酸ならびに２−メチルヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸などの分岐鎖の脂肪酸が用いられる。直鎖脂肪酸を含むエステル油は摺動特性が良好だが加水分解性に劣り、分岐鎖脂肪酸を含むエステル油は摺動特性が若干劣るものの加水分解しにくいという特長を有している点に留意すべきで
ある。
【００２４】
また、本実施の形態の冷凍機油には必要に応じて、リン酸トリフェニルやリン酸トリクレジルなどの極圧剤、含エポキシ化合物などの酸捕捉剤および消泡剤などの各種の添加剤が選択的に加えられる。
【００２５】
図１に示すような、繊維状フィルターを系内に含む冷凍サイクルにおいて、冷房運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスが四方弁６、室外熱交換器２を通り凝縮されて液化する。液化した冷媒はストレーナ８ａを通過後、膨張機構３を通って減圧され、さらにストレーナ８ｂを通過して、室内熱交換器４に入る。さらに低温低圧の液冷媒は蒸発して室内空気と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となりアキュムレータ７を通って圧縮機１に戻る。
【００２６】
また、暖房運転時には四方弁６で流路を逆転するため、圧縮機１を出た冷媒は四方弁６を通って室内熱交換器４で室内空気と熱交換して凝縮されて液化する。液化した冷媒はストレーナ８ｂを通過後、膨張機構３を通って減圧され、さらにストレーナ８ａを通過して、室外熱交換器２で蒸発して低温低圧のガスとなりアキュムレータ７を通って圧縮機１に戻る。
【００２７】
冷凍装置内で圧縮機１内のモータ部分および吐出部分が最も高温になる部分であり、また摺動部はさらに高温になる。このような高温となる部分において、ハイドロフルオロオレフィン冷媒は酸化により分解してフッ化水素を生じる。また、ハイドロフルオロオレフィン冷媒は同時に重合反応を起こしオリゴマーや有機固体重合物を形成する。
【００２８】
ここで発生したフッ化水素は強酸であり、冷凍サイクル内の繊維状フィルター１０表面と反応し新生面を出現させる。またハイドロフルオロオレフィンから生成したオリゴマーは表面積の大きい繊維状フィルター１０の新生面に付着する。そのため冷媒の反応生成物であるフッ化水素、オリゴマー、有機固体重合物をフィルター表面に捕捉することによって冷凍サイクル内使用部品の劣化を抑えることができる。
【００２９】
繊維状フィルター１０は膨張機構３入口と出口に配置されている。繊維状フィルター１０を液冷媒が循環する箇所に設けることで、最も効率よく冷媒の反応生成物を捕捉することができる。なお、冷房運転時と暖房運転時のいずれか一方で、液冷媒が循環することとなるので、繊維状フィルター１０は膨張機構３入口または出口のいずれか一方に配置してもよい。
【００３０】
（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サイクル図である。図１との違いは、繊維状フィルターを含んだストレーナ８をバイパスした冷媒回路を有する構成としたところである。繊維状フィルターを含んだストレーナ８と膨張弁３を並列に配置し、繊維状フィルターを含んだストレーナ８側の冷媒回路に直列にキャピラリチューブ９を有している。キャピラリチューブ９は繊維状フィルターを含んだストレーナ８を通る冷媒量を調整して膨張機構３を通る冷媒通路とのバランスを取り冷凍サイクルへの影響を最小限に保つ役割を有している。
【００３１】
このように繊維状フィルターを含んだストレーナ８をバイパスする冷媒回路を設けることにより次のような特別な効果を有する。ストレーナ８で冷媒反応物質を捕捉することによってストレーナ８を通る冷媒の流量が減少したとしてもストレーナ８を通らない冷媒回路を冷媒が通るため、ストレーナ８の詰まりによる冷凍装置の性能低下が起こることはない。このため、冷凍サイクルの消費電力の上昇を防ぐとともに、冷媒反応物質が冷媒流路
内を循環するのを効率よく捕捉することができる。また、このようなバイパス構成にすることによって膨張機構３の前後に１つずつ設けていた繊維状フィルターを含んだストレーナを１つにまとめることができ繊維状フィルターを含んだストレーナ８のコストを低減することができる。
【００３２】
以上の実施の形態において、冷凍装置に封入される冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンである、例えばテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を基本成分にジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方を、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。または、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒（ＧＷＰ＝４）でも良い。
【００３３】
図４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４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。
【００３４】
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。
【００３５】
これによって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。また前記比率で混合された混合冷媒は、非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくでき擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷凍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。
【００３６】
なお、本実施の形態では、冷暖房用のエアコンを主体とした冷凍装置として説明してきたが、開放式でない冷凍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】
【００３７】
本発明にかかる冷凍装置は、冷媒が冷凍サイクル内に残存する酸素と反応して生成したフッ化水素や重合によるオリゴマーを除去するために膨張弁の前後に繊維状フィルターを形成することによって、冷媒の分解物による圧縮機などの冷凍サイクル内使用部品の劣化を抑えることが可能となるため、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】
【００３８】
１  圧縮機
２  室外熱交換器
３  膨張機構
４  室内熱交換器
５  配管
６  四方弁
７  アキュムレータ
８ａ、８ｂ  ストレーナ
９  キャピラリチューブ
１０  繊維状フィルター
１１  パンチングメタル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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