(57)【要約】【課題】冷凍サイクル装置において、冷媒としてジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）を用いた場合に、その冷媒中の空気の量を効果的に調整することを課題とする。【解決手段】本発明は、冷媒１００であるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、及び、酸化防止剤としてフェノール系であるＤＢＰＣ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を含む冷凍機油、を封入した圧縮機１と、凝縮器２と、膨張手段３と、蒸発器４と、を配管接続して冷媒１００を循環させる冷媒回路を備える冷凍サイクル装置１０００において、冷媒１００に含まれる空気の量（圧力）が２０ｋＰａ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
2015081726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒であるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、及び、酸化防止剤としてフェノール系であるＤＢＰＣ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を含む冷凍機油、を封入した圧縮機と、
熱交換対象物との間で熱交換させることにより前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
凝縮された前記冷媒を膨張させて減圧させる膨張手段と、
減圧した前記冷媒と熱交換対象物との間で熱交換をさせることで前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を配管接続して前記冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
前記冷媒に含まれる空気の量が２０ｋＰａ以下である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷凍機油はポリオールエステル油である
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置により、対象空間の冷暖房を行う
ことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置（エアコンなど）や給湯装置などに用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空気調和装置、冷凍装置、給湯装置などの冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁及び蒸発器（熱交換器）を配管接続し、充填した冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。そして、圧縮機で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に流れ込んだ冷媒は、熱交換対象物（空気など）との熱交換によって熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は、膨張弁で減圧されて気液二相流状態となり、蒸発器にて熱交換により熱を吸収することでガス（気体）化し、再度、圧縮機へ戻され、循環する。
【０００３】
ここで、冷媒回路を循環する冷媒には、用途、物性に応じて数多くの種類があるが、その中には、地球温暖化に影響を与える化学物質を含む冷媒もある。そして、地球温暖化を防止するという観点からは、地球温暖化係数（ＧＷＰ）ができる限り小さい冷媒を利用することが望ましい。なお、地球温暖化係数とは、温室効果ガスである物質に対して地球の温暖化をもたらす程度を、二酸化炭素に係る当該程度に対する比を示す数値として国際的に認められた知見に基づき定められた係数である。
【０００４】
冷媒としては、従来よく用いられていたＨＦＣ１３４ａと同等の熱物性を有し、低ＧＷＰ、低毒性、低可燃性などの理由から、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ（Hydrofluoroolefine）（ＧＷＰ＝４）、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）（ＧＷＰ＝１０）、若しくはジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）の単独冷媒、又はこれらの混合冷媒が候補とされている。そして、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンと混合する冷媒としては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）が主である。さらに、低可燃性のために許容されるＧＷＰの基準によっては、ＨＦＣ１３４ａやＨＦＣ１２５を混合することも考えられる。
【０００５】
その他の冷媒としては、プロパン、プロピレンなどのハイドロカーボン、及びフルオロエタン（ＨＦＣ１６１）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ１５２ａ）などの低ＧＷＰのハイドロフルオロカーボンが挙げられている。これらの冷媒候補の中で、可燃性、冷暖房能力、非共沸冷媒温度勾配による機器効率低下、取り扱い易さ、冷媒コスト、さらに前記冷媒物性に基づく機器の変更（開発）などを考慮すると、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）が最も良いと思われ、本冷媒を用いたルームエアコン、パッケージエアコンの開発が急務である。
【０００６】
ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）を冷媒として用いる場合、冷媒や冷凍機油（圧縮機に使用する潤滑油）と反応する酸素を含む空気を、冷媒回路からある程度以上排除する必要がある。なぜなら、冷媒回路中に酸素が多いと、冷媒や冷凍機油が劣化して、冷凍サイクル装置の性能及び、信頼性が低下してしまうからである。
【０００７】
例えば、冷凍サイクル装置において、冷凍機油とともに酸化防止剤としてＤＢＰＣを使用したとしても、冷媒回路中に空気（酸素）が多く存在すると、ＤＢＰＣが酸素と反応し切った後、冷凍機油の酸化が進み（過酸化物価が上昇し）、冷凍機油の潤滑油としての性能が低下する。なお、その場合、ＤＢＰＣが酸素と反応することでスチルベンキノンという発色物質が生成されるので、冷凍機油の色相が悪化して褐色に変化するのを目視確認することで、冷凍機油の酸化の進行を認識することができる。
【０００８】
また、ジフルオロメタン冷媒は、他の冷媒に比べて、同一条件下での圧縮機による圧縮時の温度上昇が大きい。そして、冷凍機油と酸素の反応は温度が大きいほど速いので、ジフルオロメタン冷媒を用いた場合、冷媒回路中に酸素が多いと、冷凍機油の劣化も速く起きてしまう。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１の技術では、冷媒回路中に備えた空気吸着手段によって、冷媒回路中の空気を吸着して除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００９／１５７３２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術では、冷媒回路中に、わざわざ空気吸着手段を設けなくてはならないので、その分、費用や手間がかかる。また、冷媒中の空気（酸素）の量と、冷凍サイクル装置の性能低下との定量的な相関関係が不明であり、冷凍サイクル装置の性能の観点から冷媒中の空気（酸素）の量の許容の可否の境界がわかっていないため、冷媒中の空気（酸素）の量を効果的に調整することができない。
【００１２】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクル装置において、冷媒としてジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）を用いた場合に、その冷媒中の空気の量を効果的に調整することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は、摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒であるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、及び、酸化防止剤としてフェノール系であるＤＢＰＣ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を含む冷凍機油、を封入した圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒を膨張させて減圧させる膨張手段と、減圧した前記冷媒と熱交換対象物との間で熱交換をさせることで前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を配管接続して前記冷媒を循環させる冷媒回路を備える冷凍サイクル装置において、前記冷媒に含まれる空気の量（圧力）が２０ｋＰａ以下であることを特徴とする。
その他の手段については後記する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷凍サイクル装置において、冷媒としてジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）を用いた場合に、その冷媒中の空気の量を効果的に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係るスクロール式の圧縮機の構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る冷媒中の空気量と、酸化防止剤量、酸価とのそれぞれの関係を示す図である。
【図４】本実施形態に係るルームエアコンの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一の構成には同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。
【００１７】
（冷凍サイクル装置の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０００の構成について説明する。冷凍サイクル装置１０００は、圧縮機１と、凝縮器２（熱交換器）と、膨張手段３と、蒸発器４（熱交換器）と、を配管接続して冷媒１００を循環させる冷媒回路を構成する。冷媒１００としては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）を用いる。
【００１８】
圧縮機１は、摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒１００であるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、及び、冷凍機油を封入している。冷凍機油は、ポリオールエステル油である。ポリオールエステル油は、水分共存下で加水分解に起因する劣化（酸の生成）が生じる、また、冷凍サイクル内に空気が残存する可能性があるため、酸化防止剤の配合が望ましい。酸化防止剤としては、フェノール系であるＤＢＰＣ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を用いる。圧縮機１の構成の詳細については図２を用いて後記する。
【００１９】
凝縮器２は、熱交換対象物（空気）との間で熱交換させることにより冷媒１００を凝縮させる。
膨張手段３は、凝縮器２によって凝縮された冷媒１００を膨張させて減圧させる。
蒸発器４は、減圧した冷媒１００と熱交換対象物（空気）との間で熱交換をさせることで、その冷媒１００を蒸発させる。
【００２０】
（スクロール式圧縮機の構成）
次に、図２を参照して、スクロール式の圧縮機１の構成について説明する。圧縮機１は、端板７に垂直に設けられた渦巻状ラップ８を有する固定スクロール部材６と、この固定スクロール部材６と実質的に同一形状のラップ１０を有する旋回スクロール部材９と、旋回スクロール部材９を支持するフレーム１４と、旋回スクロール部材９を旋回運動させるクランクシャフト１１と、電動モータ１７と、これらを内蔵する圧力容器１５とを含む。渦巻状ラップ８とラップ１０とは、互いに向い合わせにして噛み合わせ、圧縮機構部を形成している。
【００２１】
冷媒は、吸入パイプ１６から吸入される。旋回スクロール部材９は、クランクシャフト１１によって旋回運動させると、固定スクロール部材６と旋回スクロール部材９との間に形成される圧縮室１２のうち、最も外側に位置している圧縮室１２が旋回運動に伴って容積を次第に縮小しながら、固定スクロール部材６及び旋回スクロール部材９の中心部に向かって移動していく。圧縮室１２が固定スクロール部材６及び旋回スクロール部材９の中心部近傍に達すると、圧縮室１２が吐出口１３と連通し、圧縮室１２の内部の圧縮ガスが吐出パイプ２１から圧縮機１の外部に吐出される。
【００２２】
圧縮機１においては、一定速、あるいは図示していないインバータによって制御された交流の周波数に応じた回転速度でクランクシャフト１１が回転し、圧縮動作を行う。また、電動モータ１７の下方には、油溜め部２０が設けられており、油溜め部２０の油（冷凍機油）は、圧力差によってクランクシャフト１１に設けられた油孔１９を通って、旋回スクロール部材９とクランクシャフト１１との摺動部、滑り軸受け１８などの潤滑に供される。
なお、圧縮機１において、摺動部を含み、冷媒１００の圧縮に関与する部分が、特許請求の範囲における「摺動部を有する冷媒圧縮部」に該当する。
【００２３】
（冷媒中の空気量と、酸化防止剤量、酸価とのそれぞれの関係）
次に、図３を参照して、冷媒１００中の空気量（空気の圧力）と、酸化防止剤量、酸価（油脂１ｇ中に存在する遊離脂肪酸を中和するのに必要な水酸化カリウムのｍｇ数）とのそれぞれの関係について説明する。なお、図３は、冷凍サイクル装置１０００において、冷媒１００としてジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）を使用し、冷凍機油としてポリオールエステル油を使用し、また、そのポリオールエステル油における酸化防止剤としてフェノール系であるＤＢＰＣ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を使用した場合に関し、６種類の空気量について所定時間（冷媒中の酸素が各反応を終えるのに充分な時間）ずつ行った実験による結果を表した図である。
【００２４】
なお、冷凍機油に混ぜる酸化防止剤は、多すぎると冷凍機の潤滑油としての性能を低下させてしまうため、投入する量（割合）には実質的に上限があり、その上限に近い量で実験を行った。
また、冷媒１００内に存在する空気量は、通常のガスクロマトグラフィにより測定した。
また、酸価は、前記所定時間経過後にＪＩＳ  Ｋ２５０１に規定された方法により測定した。
【００２５】
図３に示すように、前記所定時間経過後に測定した酸化防止剤量（Ｌ１）は、冷媒１００中の空気量が増えるにしたがって減少する傾向があるが、特に、冷媒１００中の空気量が２０ｋＰａ（約１５０ｔｏｒｒ）の付近で急激に減少することがわかる。
また、酸価は、冷媒１００中の空気量が０〜約１８ｋＰａの間はほぼ一定であるが、冷媒１００中の空気量が２０ｋＰａの付近から、空気量の増加にともなって急激に増加することがわかる。
【００２６】
酸化防止剤量の減少（それにともなう過酸化物価の上昇）や、酸価の増加は、冷凍機油の劣化につながることを意味する。したがって、冷媒１００中の空気量を２０ｋＰａ以下に抑えることが、冷凍機油の劣化を防止する上で効果的であることがわかる。したがって、例えば、冷媒１００中の空気量を、空気の吸着や分離の手段をサイクル中に設けて少しでも減らそうという方針の特許文献１の技術に比べて、本発明によれば、冷媒１００中の空気量を２０ｋＰａ以下の例えば１５ｋＰａに設定するなどして、冷媒１００中の空気量を効果的に調整することができる。
【００２７】
つまり、本発明によれば、例えば、必要以上の真空引きに要する余分な費用や手間などを回避することができる。真空引きでは、使用装置や所要時間によって、空気量を約０．１ｋＰａ（０．７５ｔｏｒｒ）にまで減らすことができるが、その分、費用や手間がかかる。本発明によれば、限界まで真空引きする必要がないことがわかるので、空気量を２０ｋＰａ以下の例えば１５ｋＰａまで真空引きするなどして、冷媒１００中の空気量を効果的に調整することができる。
【００２８】
（ルームエアコンへの適用）
本発明の冷凍サイクル装置は、例えば、対象空間の冷暖房を行うルームエアコンに適用することができる。図４を参照して、本発明を適用したルームエアコン１０００Ａの構成について説明する。
【００２９】
図４に示すように、ルームエアコン１０００Ａは、室内機１０００ａと室外機１０００ｂとを備えて構成される。室内機１０００ａには、蒸発器４（熱交換器）が内蔵されている。また、室外機１０００ｂには、圧縮機１、四方弁５、凝縮器２（熱交換器）及び膨張手段３が内蔵されている。圧縮機１は、前記したように、摺動部を有する冷媒圧縮部を備えている。
【００３０】
室内（対象空間）を冷房する場合、圧縮機１にて断熱的に圧縮された高温高圧の冷媒１００が、吐出パイプ２１（図２参照）及び四方弁５を通って凝縮器２で冷却され、高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、膨張手段３（例えば、キャピラリーチューブや温度式膨張弁など）で膨張し、僅かにガスを含む低温低圧液となって蒸発器４に至り、室内の空気から熱を得て低温ガスの状態で再び四方弁５を通って圧縮機１に至る。
室内（対象空間）を暖房する場合は、四方弁５によって冷媒１００の流れが逆方向に変えられ、逆作用となる。圧縮機１としては、スクロール式圧縮機を用いている。
【００３１】
このように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０００によれば、冷媒１００中の空気量（空気の圧力）を２０ｋＰａ以下とすることで、冷凍機油の劣化を効果的に防ぐことができ、冷凍サイクル装置１０００の性能を長時間維持することができ、信頼性を確保することができる。なお、本実施形態で冷媒１００として用いるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）は、前記したように、他の冷媒に比べて、同一条件下での圧縮機による圧縮時の温度上昇が大きいため、温度が高いほど酸素と反応しやすいという特性を有する冷凍機油の劣化を防止するという観点で、本発明は非常に有効である。
【００３２】
また、冷凍機油としてポリオールエステル油を用いたことで、酸化防止剤の配合が望ましく、酸化防止剤としてＤＢＰＣ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を用いたが、その場合に、冷凍機油の劣化を効果的に防止可能であることが、本実施形態の実験で明らかになった。
【００３３】
以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の冷凍サイクル装置は、業務用及び家庭用のいずれの装置にも適用可能である。
【００３４】
また、凝縮器や膨張手段において熱交換を行う対象である熱交換対象物は、空気でなくても、例えば、空気以外の気体や、水などの液体や、土地などの固体など、他の物質であってもよい。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１      圧縮機
２      凝縮器
３      膨張手段
４      蒸発器
５      四方弁
６      固定スクロール部材
７      端板
８      渦巻状ラップ
９      旋回スクロール部材
１０    ラップ
１１    クランクシャフト
１２    圧縮室
１３    吐出口
１４    フレーム
１５    圧力容器
１６    吸入パイプ
１７    電動モータ
１８    滑り軸受け
１９    油孔
２０    油溜め部
２１    吐出パイプ
１０００  冷凍サイクル装置
１０００Ａ  ルームエアコン
１０００ａ  室内機
１０００ｂ  室外機
【図１】
2015081726.tif 000003
【図２】
2015081726.tif 000004
【図３】
2015081726.tif 000005
【図４】
2015081726.tif 000006