(57)【要約】【課題】冷媒サイクル装置の冷媒として二酸化炭素を使用する場合にも、製品状態で容易に気密試験を行うことができるようにする。【解決手段】冷媒サイクル装置用冷媒として二酸化炭素とヘリウムを含有した冷媒を用いる。この冷媒サイクル装置用冷媒は、二酸化炭素に対して１容量％以上１０容量％以下のヘリウムを含有する。これをロータリコンプレッサ１０を備える冷媒サイクル装置としてのヒートポンプ給湯機１６０のヒートポンプユニット１５０に封入する。【選択図】　　　図３
2004026985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素とヘリウムを含有することを特徴とする冷媒サイクル装置用冷媒。
【請求項２】
二酸化炭素に対して１容量％以上１０容量％以下のヘリウムを含有することを特徴とする請求項１の冷媒サイクル用冷媒。
【請求項３】
少なくとも圧縮機を備え、請求項１又は請求項２の冷媒が封入されていることを特徴とする冷媒サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒サイクルにて構成される装置に封入される冷媒及び、それを用いた冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、ロータリコンプレッサ（圧縮機）、ガスクーラ（熱交換器）、膨張弁等の絞り手段及び蒸発器（熱交換器）等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダの高圧室側の吐出ポートより吐出される。そして、このコンプレッサから吐出された冷媒は、放熱器に流入して放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器で吸熱し、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素に吸入するサイクルを繰り返すものであった。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、このような冷媒サイクル装置においても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いることが試みられている。この二酸化炭素冷媒を使用した場合、冷媒回路内は非常に高圧となるため、冷媒回路全体に渡る耐圧・気密性能の確保が重要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、部品単体で耐圧・気密試験を実施することは可能だが、気密不良の製品が市場に流出することを確実に防ぐためには、二酸化炭素冷媒を封入した製品状態での気密試験が必要となる。
【０００５】
一方、二酸化炭素は空気中に多量に存在する気体であるため、二酸化炭素そのもののリークを確認することは非常に困難であり、従来では製品を石けん水等に浸漬して気泡の発生を調べることで、リーク箇所を見つけていた。しかしながら、係る方法で気密試験を行った場合には非常に微細なリーク箇所を見つけることは実際上困難である。
【０００６】
本発明は、係る技術的課題を解決するために成されたものであり、冷媒サイクル装置の冷媒として二酸化炭素を使用する場合にも、製品状態で容易に気密試験を行うことができるようにすることを目的とする。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
即ち、本発明の冷媒サイクル装置用冷媒では、二酸化炭素とヘリウムを含有するので、ヘリウムセンサを用いて冷媒のリークを容易に検出することができるようになる。
【０００８】
特に、冷媒サイクル装置に請求項２の如く二酸化炭素に対して１容量％以上１０容量％以下のヘリウムを含有することにより、二酸化炭素にヘリウムを含有することで二酸化炭素冷媒の特性が変わってしまうことを極力防止できる。
【０００９】
請求項３の発明の冷媒サイクル装置では、少なくとも圧縮機を備え、請求項１又は請求項２の冷媒が封入されているので、冷媒を封入した製品状態で冷媒サイクル装置の気密試験を実施することができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷媒サイクル装置用冷媒（以下、冷媒とする）を封入した冷媒サイクル装置の実施例としてのヒートポンプ給湯機１６０の斜視図、図２はヒートポンプ給湯機１６０の冷媒回路図、図３は本発明の冷媒を封入したヒートポンプユニット１５０の気密試験を示した図である。
【００１１】
図１において、実施例のヒートポンプ給湯機１６０は、ヒートポンプユニット１５０と貯湯タンクユニット１５３から構成されている。このヒートポンプユニット１５０は、図２に示すようにロータリコンプレッサ１０（圧縮機）、熱交換器１５４（ガスクーラ）、膨張弁１５６（減圧装置）、熱交換器１５７（蒸発器）、アキュムレータ１５８等により冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。
【００１２】
前記ロータリコンプレッサ１０は、内部中間圧の多段圧縮式の横型ロータリコンプレッサで、このロータリコンプレッサ１０は、鋼板からなる円筒状の密閉容器１２Ａ、及びこの密閉容器１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで形成されるケースとしての密閉容器１２と、この密閉容器１２の容器本体１２Ａの内部空間の上側に配置収納された電動要素１４と、この電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４からなる回転圧縮機構部１８とにより構成されている。
【００１３】
第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、シリンダ３８、４０と、シリンダ３８、４０内を１８０度の異相差を有して回転軸１６に設けられた偏心部に嵌合されて偏心回転するローラと、このローラに当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーンと、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成される。
【００１４】
また、第１の回転圧縮要素３２のシリンダ４０には、冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が接続され、この冷媒導入管９４の一端はシリンダ４０の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９４の他端はアキュムレータ１５８の下端に接続されている。
【００１５】
そして、第２の回転圧縮要素３４のシリンダ３８には、冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が接続され、第２の回転圧縮要素３４の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過しており、他端が密閉容器１２内と連通する。また、冷媒導入管９６の一端は第２の回転圧縮要素３４の図示しない吐出消音室と連通し、他端は熱交換器１５４に接続されている。
【００１６】
ここで、本発明で使用される冷媒は、地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を主成分とし、この二酸化炭素に対して１容量％以上１０容量％以下のヘリウムを混合して構成されている。
【００１７】
ヘリウムは不燃性の気体であると共に、人体や自然環境にも殆ど無害であるため、二酸化炭素と同様に取り扱いを容易に行うことができる。更に、係る容量％であれば冷媒回路中においても悪影響を及ぼす恐れも殆ど無いので、信頼性の低下を招く恐れもない。
【００１８】
このように、二酸化炭素冷媒中にヘリウムが含有されていることで、この冷媒をヒートポンプユニット１５０に封入した後に、製品状態で気密試験を容易に行うことができるようになる。即ち、ヘリウムは二酸化炭素のように大気中に多く存在する気体ではない（一般的に空気中に存在する量は極微量）ため、後述するヘリウムセンサ１０２を用いて容易にヘリウムのリークを検出することができるようになる。
【００１９】
また、ヘリウムは分子量の小さい気体であるため非常に微細なリーク箇所からもリークし易く、これにより、微細なリーク箇所でも容易に見つけることが可能となる。
【００２０】
これにより、従来見つけることが困難であった非常に微細なリーク箇所も容易に発見できるので、市場でのリーク不良の発生を抑制することができるようになり、冷媒サイクル装置の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００２１】
次に、上述したロータリコンプレッサ１０は図２に示すヒートポンプ給湯機１６０の冷媒回路の一部を構成する。このヒートポンプ給湯機１６０は前述する如くヒートポンプユニット１５０と給湯タンクユニット１５３から構成されている。そして、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は熱交換器１５４の冷媒配管の入口１５４Ａに接続される。この熱交換器１５４の冷媒配管の出口１５４Ｂは配管９８に接続され、配管９８は膨張弁１５６の入口に接続されている。
【００２２】
膨張弁１５６の出口は熱交換器１５７の入口に接続され、熱交換器１５７の出口はアキュムレータ１５８の入口に接続されている。そして、アキュムレータ１５８の出口は冷媒導入管９４に接続されている。
【００２３】
また、熱交換器１５４には冷媒配管と当該冷媒配管と熱交換関係に配設された後述する水回路配管が設けられている。この水回路配管の入口１５４Ｃはヒートポンプユニット１５０側の水回路配管１５５Ａが接続されていおり、熱交換器１５４の水回路配管の出口１５４Ｄにはヒートポンプユニット１５０側の水回路配管１５５Ｂが接続されている。
【００２４】
一方、貯湯タンクユニット１５３は、貯湯タンク１００と水回路配管１５５Ｃ、水回路配管１５５Ｄ、給水配管１０３、出湯配管１０４とから構成されている。そして、貯湯タンク１００は水回路配管１５５Ｃと接続されており、この水回路配管１５５Ｃはコネクタによりヒートポンプユニット１５０の水回路配管１５５Ａに接続されている。また、貯湯タンク１００には水回路配管１５５Ｄが接続されており、水回路配管１５５Ｂとコネクタにより接続されている。
【００２５】
貯湯タンク１００には給水配管１０３から給水され、この水は貯湯タンク１００→水回路配管１５５Ｃ→１５５Ａ→熱交換器１５４内の水回路配管→水回路配管１５５Ｂ→１５５Ｄ→貯湯タンク１００と循環する過程で熱交換器１５４内の冷媒配管内を後述するように流れる高温冷媒によって加熱され、湯となり、貯湯タンク１００内に貯溜される。
【００２６】
そして、出湯配管１０４は図示しない風呂やシャワー等に接続されており、貯湯タンク１００内の湯（温水）を供給することとなる。
【００２７】
以上の構成で次に動作を説明する。図示しないターミナル及び配線を介して電動要素１４の図示しないステータコイルに通電されると、電動要素１４が起動して図示しないロータが回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けられた図示しない偏心部に嵌合されて図示しないローラが上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００２８】
これにより、下部支持部材５６に形成された図示しない吸込通路を経由して吸込ポートから下シリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、図示しないローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となる。これにより下シリンダ４０の高圧室側から図示しない吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器１２内に吐出される。
【００２９】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、冷媒導入管９２を通って、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒ガスは、図示しないローラとべーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなる。これにより上シリンダ３８の高圧室側から図示しない吐出ポート、上部支持部材５４に形成された吐出消音室を経て高圧の冷媒ガスは冷媒吐出管９６を出て熱交換器１５４の冷媒配管の入口１５４Ａに至る。
【００３０】
一方、貯湯タンクユニット１５３では、貯湯タンク１００内の水が水回路配管１５５Ｃ、水回路配管１５５Ａを経て、熱交換器１５４の冷媒配管の入口１５４Ｃに至る。
【００３１】
このとき、冷媒温度は略＋１００℃まで上昇しており、係る高温高圧の冷媒ガスは熱交換器１５４において、熱交換関係に設けられた水回路配管内の水を加熱する。冷媒により加熱された水（湯）は熱交換器１５４の水回路配管の出口１５４Ｄから水回路配管１５５Ｂ、水回路配管１５５Ｄを経て貯湯タンク１００に至るサイクルを繰り返す。
【００３２】
これにより、貯湯タンク１００内の水は熱交換器１５４で加熱され、温度が徐々に上昇して、最終的に約＋９０℃の湯（温水）が生成される。
【００３３】
出湯配管１０４はお風呂やシャワー等の配管に接続され、貯湯タンク１００からそれらの配管を介して温水が供給される。そして、貯湯タンク１００の温水が所定量より少なくなると、給水配管１０３から水道水が供給され、上述する如く温水を生成するサイクルを繰り返す。
【００３４】
他方、前記熱交換器１５４において冷媒自体は冷却され、熱交換器１５４の冷媒配管の出口１５４Ｂから配管９８に流入する。そして、配管９８は膨張弁１５６に至り、ここで減圧された後、臨界状態で熱交換器１５７に流入する。このとき、冷媒は外気から吸熱することにより蒸発する。熱交換器１５７で蒸発した冷媒はアキュムレータ１５８を経て冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３５】
ここで、ヒートポンプ給湯機１６０を市場に出荷する際には、ヒートポンプユニット１５０と貯湯タンクユニット１５３の２つのユニットを個々に梱包して出荷している。そして、このヒートポンプユニット１５０を梱包後に気密試験する場合には、図３に示すようなビニール袋１０１にヘリウムセンサ１０２を挿入して、ビニール袋１０１でヒートポンプユニット１５０を密閉する。この状態で、ヒートポンプユニット１５０を一昼夜放置する。
【００３６】
そして、リーク箇所がある場合には、ヘリウムセンサ１０２によりヘリウムが検出される。一方、ヘリウムセンサ１０２によりヘリウムが検出されなかった場合にはリーク箇所が無いことがわかる。
【００３７】
このように、二酸化炭素に対して１容量％以上１０容量％以下のヘリウムを含有することにより、ヘリウムセンサ１０２を用いてヒートポンプユニット１５０の梱包後の気密試験を行うことができるようになる。これにより、この冷媒を封入したヒートポンプユニット１５０のリーク箇所を容易に見つけることができるようになる。
【００３８】
特に、従来見つけることが困難であった微細なリーク箇所も容易に発見できるので、市場での冷媒リークによる不良の発生を抑制することができるようになり、ヒートポンプユニット１５０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の冷媒サイクル用冷媒によれば、二酸化炭素とヘリウムを含有するので、ヘリウムセンサを用いて冷媒のリークを容易に検出することができるようになる。
【００４０】
これにより、冷媒を封入した製品状態で冷媒サイクル装置の気密試験を実施することができるようになり、微細なリーク箇所も見逃すこと無く、市場でのリーク不良の発生を解消して製品の信頼性を向上させることができるようになる。
【００４１】
特に、冷媒サイクル装置に請求項２の如く二酸化炭素に対して１容量％以上１０容量％以下のヘリウムを含有させるので、二酸化炭素にヘリウムを含有することで二酸化炭素冷媒の特性が変わってしまうことを極力防止できる。
【００４２】
請求項３の発明の冷媒サイクル装置では、少なくとも圧縮機を備え、請求項１又は請求項２の冷媒が封入されているので、冷媒を封入した製品状態で冷媒サイクル装置の気密試験を実施することができるようになる。これにより、圧縮機を備える冷媒サイクル装置全体の微細なリーク箇所も見逃すこと無く、市場での不良の発生を解消して製品の信頼性を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適応した冷媒サイクル装置の実施例のヒートポンプ給湯機の斜視図である。
【図２】図１のヒートポンプ給湯機の冷媒回路図である。
【図３】図１のヒートポンプ給湯機のヒートポンプユニットの気密試験を説明する図である。
【符号の説明】
１０　ロータリコンプレッサ
１２　密閉容器
３２　第１の回転圧縮要素
３４　第２の回転圧縮要素
３８、４０　シリンダ
１００　貯湯タンク
１０１　ビニール袋
１０２　ヘリウムセンサ
１０３　給水配管
１０４　出湯配管
１５０　ヒートポンプユニット
１５３　貯湯タンクユニット
１５４　熱交換器
１５４Ａ　熱交換器１５４の冷媒配管の入口
１５４Ｂ　熱交換器１５４の冷媒配管の出口
１５４Ｃ　熱交換器１５４の水回路配管の入口
１５４Ｄ　熱交換器１５４の水回路配管の出口
１５５Ａ、１５５Ｂ、１５５Ｃ、１５５Ｄ　水回路配管
１５６　膨張弁
１５７　熱交換器
１５８　アキュムレータ
１６０　ヒートポンプ給湯機
【図１】
2004026985.tif 000003
【図２】
2004026985.tif 000004
【図３】
2004026985.tif 000005