(57)【要約】【課題】外部からエネルギーを加えたり特別な冷媒回路を用いたりせずに従来の冷媒回路をそのまま用いることで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を低コストで確実に改善する（増加させる）ことができる潤滑油、冷媒回路装置および過冷却度の改善方法を提供することを課題とする。【解決手段】冷媒回路装置１は室外機１０と室内機２０とを備えている。室外機１０と室内機２０とは配管（銅管）３０で図示の如く接続されている。室外機１０は、注入装置１０ａと圧縮機１０ｂと四方弁１０ｃと第１熱交換器１０ｄと膨張機構１０ｅとを備えている。室内機２０は第２熱交換器２０ａを備えている。冷媒回路装置１で用いる潤滑油には所定の材料のナノ粒子が混合されており、当該潤滑油は注入装置１０ａを介して圧縮機１０ｂに注入される。これにより、注入された潤滑油が冷媒の間に溶け込み、溶け込んだ潤滑油に含まれるナノ粒子が冷媒に混入する。【選択図】        図１
2007262298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置で用いる潤滑油において、
所定の材料のナノ粒子が混合されたものであり、
前記冷媒に混入されることで、前記冷媒回路装置における前記冷媒の過冷却度を改善すること
を特徴とする潤滑油。
【請求項２】
冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置において、
当該冷媒回路装置における前記冷媒の過冷却度を改善するために、所定の材料のナノ粒子が混合された潤滑油が前記冷媒に混入されていること
を特徴とする冷媒回路装置。
【請求項３】
前記潤滑油を当該冷媒回路装置に注入するための注入装置をさらに備えたこと
を特徴とする請求項２に記載の冷媒回路装置。
【請求項４】
所定の材料のナノ粒子が混合された潤滑油を冷媒に混入することにより、前記冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置における前記冷媒の過冷却度を改善すること
を特徴とする過冷却度の改善方法。
【請求項５】
前記潤滑油を、前記潤滑油を前記冷媒回路装置に注入するための注入装置を介して前記冷媒回路装置に注入することで、前記冷媒に混入すること
を特徴とする請求項４に記載の過冷却度の改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置、当該冷媒回路装置で用いる潤滑油、および当該冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を改善する過冷却度の改善方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、加熱や冷却や保温や加湿や除湿などを行う装置（例えば空気調和装置やヒートポンプ装置など）において、冷却性能を改善する（具体的には冷媒の過冷却度を増やす）ために、冷媒を過冷却する装置が用いられている（例えば特許文献１から特許文献８などを参照。）。具体的には、特許文献１および特許文献２では過冷却熱交換器が用いられ、特許文献３では過冷却用の冷媒熱交換器が用いられ、特許文献４では２重管熱交換器が用いられ、特許文献５では過冷却用熱交換器が用いられ、特許文献６では過冷却装置が用いられ、特許文献７では過冷却回路が用いられ、特許文献８では冷媒冷却用熱交換器が用いられている。冷媒を過冷却するこれら装置は、凝縮熱交換器（以下、凝縮器と記す場合がある。）の出口での冷媒の過冷却度を改善するために使用され、液状冷凍機油を含む液状冷媒又はその中にガスを含む冷媒の流れを凝縮器から受け取って冷媒の過冷却度を増やす役割をもつ。
【０００３】
一方、上述したような冷媒を過冷却する装置を用いずに冷却性能を改善する技術として、特許文献９が開示されている。特許文献９によれば、蒸発熱交換器（以下、蒸発器と記す場合がある。）の凝縮水を冷媒配管にかけて冷媒を冷やすことにより、冷凍能力を向上させることができる。
【０００４】
ところで、冷媒の熱伝導性を改善する技術として、特許文献１０や特許文献１１、特許文献１２が開示されている。特許文献１０によれば、冷凍サイクル中に冷媒と共にマイクロカプセルを封入することにより、冷媒の熱伝導性を改善することができる。特許文献１１によれば、熱伝導率の良い金属材料などからなる超微粒子（ナノ粒子）を冷媒中に混入することにより、冷媒の熱伝導性を改善することができる。特許文献１２によれば、ナノ粒子を潤滑油に混入して当該潤滑油を冷媒に混入することにより、冷媒の熱伝導性を改善することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４５３６号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５０２３号公報
【特許文献３】特開２００５−１８８７６５号公報
【特許文献４】特開２００５−０９８５８１号公報
【特許文献５】特開２００４−２９３９０４号公報
【特許文献６】特開２００４−０４４８８３号公報
【特許文献７】特開２００４−０１２１１２号公報
【特許文献８】特開２００３−３４３９３０号公報
【特許文献９】特開２００５−０１６７９６号公報
【特許文献１０】特開２００４−０８５１０８号公報
【特許文献１１】特開２００４−２４４４８５号公報
【特許文献１２】特開２００１−２０１１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１から特許文献９に記載の技術では、冷媒を過冷却する装置を追加したり冷媒配管を蒸発器に沿わせて配設したりするなど従来の冷媒回路に手を加える必要があるので、冷媒回路装置全体のコストが増加するという問題点や十分な冷却性能が得られない場合があるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献１０から特許文献１２では、冷媒の熱伝導性を改善する技術は記載されているが、冷媒回路装置の性能を向上させる目的で冷媒の過冷却度を改善する技術は開示されておらず、しかも一般的に、冷媒の過冷却度は冷媒の熱伝導性以外にも様々な要因で変化するものであるので、特許文献１０から特許文献１２に記載の技術で冷媒の過冷却度を確実に改善することができるかは不明であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部からエネルギーを加えたり特別な冷媒回路を用いたりせずに従来の冷媒回路をそのまま用いることで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を低コストで確実に改善することができる潤滑油、冷媒回路装置および過冷却度の改善方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明にかかる潤滑油は、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置で用いる潤滑油において、所定の材料のナノ粒子が混合されたものであり、前記冷媒に混入されることで、前記冷媒回路装置における前記冷媒の過冷却度を改善することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる潤滑油は、前記に記載の潤滑油において、前記ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる潤滑油は、前記に記載の潤滑油において、前記ナノ粒子の重量比が前記冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる潤滑油は、前記に記載の潤滑油において、前記所定の材料が、金属、ダイヤモンド、カーボン素材のいずれか１つであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は冷媒回路装置に関するものであり、本発明にかかる冷媒回路装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置において、当該冷媒回路装置における前記冷媒の過冷却度を改善するために、所定の材料のナノ粒子が混合された潤滑油が前記冷媒に混入されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる冷媒回路装置は、前記に記載の冷媒回路装置において、前記ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる冷媒回路装置は、前記に記載の冷媒回路装置において、前記ナノ粒子の重量比が前記冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる冷媒回路装置は、前記に記載の冷媒回路装置において、前記所定の材料が、金属、ダイヤモンド、カーボン素材のいずれか１つであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる冷媒回路装置は、前記に記載の冷媒回路装置において、前記冷媒が、液体のもの、気体のもの又は相変化を伴うものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる冷媒回路装置は、前記に記載の冷媒回路装置において、前記潤滑油を当該冷媒回路装置に注入するための注入装置をさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は過冷却度の改善方法に関するものであり、本発明にかかる過冷却度の改善方法は、所定の材料のナノ粒子が混合された潤滑油を冷媒に混入することにより、前記冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置における前記冷媒の過冷却度を改善することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法は、前記に記載の過冷却度の改善方法において、前記ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法は、前記に記載の過冷却度の改善方法において、前記ナノ粒子の重量比が前記冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法は、前記に記載の過冷却度の改善方法において、前記所定の材料が、金属、ダイヤモンド、カーボン素材のいずれか１つであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法は、前記に記載の過冷却度の改善方法において、前記冷媒が、液体のもの、気体のものまたは相変化を伴うものであることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法は、前記に記載の過冷却度の改善方法において、前記潤滑油を、前記潤滑油を前記冷媒回路装置に注入するための注入装置を介して前記冷媒回路装置に注入することで、前記冷媒に混入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかる潤滑油によれば、所定の材料のナノ粒子が混合されたものであり、冷媒に混入されることで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を改善するので、外部からエネルギーを加えたり特別な冷媒回路を用いたりせずに従来の冷媒回路をそのまま用いることで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を低コストで確実に改善する（増加させる）ことができるという効果を奏する。
【００２６】
また、本発明にかかる潤滑油によれば、ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であるので、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明にかかる潤滑油によれば、ナノ粒子の重量比が冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であるので、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明にかかる潤滑油によれば、所定の材料が、金属、ダイヤモンド、カーボン素材のいずれか１つであるので、熱伝導率が高い材料を使用することで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００２９】
また、本発明にかかる冷媒回路装置によれば、当該冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を改善するために、所定の材料のナノ粒子が混合された潤滑油が冷媒に混入されているので、外部からエネルギーを加えたり特別な冷媒回路を用いたりせずに従来の冷媒回路をそのまま用いることで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を低コストで確実に改善する（増加させる）ことができるという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明にかかる冷媒回路装置によれば、ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であるので、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明にかかる冷媒回路装置によれば、ナノ粒子の重量比が冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であるので、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００３２】
また、本発明にかかる冷媒回路装置によれば、所定の材料が、金属、ダイヤモンド、カーボン素材のいずれか１つであるので、熱伝導率が高い材料を使用することで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００３３】
また、本発明にかかる冷媒回路装置によれば、冷媒が、液体のもの、気体のもの又は相変化を伴うものであるので、様々な冷媒が適用可能であるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明にかかる冷媒回路装置によれば、潤滑油を当該冷媒回路装置に注入するための注入装置をさらに備えたので、冷媒回路装置への潤滑油の注入が容易にできるという効果を奏する。
【００３５】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法によれば、所定の材料のナノ粒子が混合された潤滑油を冷媒に混入することにより、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を改善するので、外部からエネルギーを加えたり特別な冷媒回路を用いたりせずに従来の冷媒回路をそのまま用いることで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を低コストで確実に改善する（増加させる）ことができるという効果を奏する。
【００３６】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法によれば、ナノ粒子の平均粒径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であるので、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００３７】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法によれば、ナノ粒子の重量比が冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であるので、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００３８】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法によれば、所定の材料が、金属、ダイヤモンド、カーボン素材のいずれか１つであるので、熱伝導率が高い材料を使用することで、冷媒回路装置における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができるという効果を奏する。
【００３９】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法によれば、冷媒が、液体のもの、気体のものまたは相変化を伴うものであるので、様々な冷媒が適用可能であるという効果を奏する。
【００４０】
また、本発明にかかる過冷却度の改善方法によれば、潤滑油を、潤滑油を冷媒回路装置に注入するための注入装置を介して冷媒回路装置に注入することで、冷媒に混入するので、冷媒回路装置への潤滑油の注入が容易にできるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に、本発明にかかる潤滑油、冷媒回路装置および過冷却度の改善方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００４２】
まず、本実施の形態にかかる冷媒回路装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる冷媒回路装置１の構成の一例を示す回路図である。図１に示すように、冷媒回路装置１は、大別すると室外機１０と室内機２０とを備えている。冷媒回路装置１は、例えばヒートポンプ装置や空気調和装置などである。室外機１０と室内機２０とは配管（銅管）３０で図示の如く接続されており、これにより冷媒を循環させる冷媒回路が形成されている。冷媒回路装置１には所定の冷媒が所定量封入されている。なお、冷媒として、例えば液体のものや気体のもの、相変化を伴うものなどを用いてもよく、具体的にはＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｃａｒｂｏｎ）冷媒や自然冷媒などを用いてもよい。なお、以下の説明では、冷媒として液相−気相の相変化を伴うもの（例えばＲ２２やＲ４１０Ａなど）を用いるものとする。
【００４３】
室外機１０は、注入装置１０ａと圧縮機１０ｂと四方弁１０ｃと第１熱交換器１０ｄと膨張機構１０ｅとを備えている。圧縮機１０ｂと四方弁１０ｃとは配管（銅管）３０で図示の如く接続されている。四方弁１０ｃと第１熱交換器１０ｄとは配管（銅管）３０で図示の如く接続されている。第１熱交換器１０ｄと膨張機構１０ｅとは配管（銅管）３０で図示の如く接続されている。
【００４４】
注入装置１０ａは、冷媒回路装置１で用いる潤滑油を冷媒回路装置１（具体的には圧縮機１０ｂ）に注入するためのものであり、本実施の形態にかかる潤滑油を保持するタンク（容器）を備えている。
【００４５】
ここで、本発明の特徴部分である潤滑油について説明する。本実施の形態かかる潤滑油は、冷媒回路装置１で用いるもの（具体的には冷凍機油）であり、所定の材料のナノ粒子が均一に分散して混合されており、冷媒に混入されることで冷媒回路装置１における冷媒の過冷却度を改善することを特徴とする。ここで、本実施の形態において、「冷媒の過冷却度を改善する」とは、所定の冷媒条件（例えば冷媒量や凝縮圧力など）の冷媒を与えた際の、凝縮器の出口での冷媒の過冷却度を増加させることを意味する。また「過冷却度の増加」とは、例えばモリエル線図（ｐ−ｈ線図）上で、ある圧力のもとにある液の飽和温度とその圧力の過冷却液の温度との温度差（過冷却度）を増加させることを意味する。ところで、ナノテクノロジーの分野では、一般的に、その径が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下の粒子状の物質をナノ粒子と呼ぶ（例えば「大澤英二，ナノテクノロジーに必要なサイエンスの視点，（株）東京化学同人「現代化学」，ｐ３８−４１，４月号，２００５年」参照）。
【００４６】
なお、潤滑油に混合するナノ粒子の平均粒径は、１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下であることが更に好ましく、２０ｎｍであることが最も好ましい。
【００４７】
また、ナノ粒子の重量比は、冷媒の封入量に対し０．１％以上且つ２０％以下であることが好ましく、０．５％以上且つ１０％以下であることが更に好ましく、１％であることが最も好ましい。
【００４８】
また、所定の材料として、例えば金属やダイヤモンドやカーボン素材などの熱伝導率の良いものを単体で又は組み合わせて用いてもよく、具体的にはＮｉフェライトやＣｕなどを用いてもよい。
【００４９】
また、潤滑油に混合するナノ粒子は、潤滑油や冷媒の物性に合わせて表面処理が行われたもの（具体的には原子配置非飽和性を低減する表面処理（例えば酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3）による表面処理）が行われたもの）でもよい。これにより、ナノ粒子が潤滑油中で凝集し難くなるので、ナノ粒子を潤滑油に更に均一に分散させて混合することができる。なお、ナノ粒子を潤滑油に均一に分散させて混合する方法は、表面処理が行われたナノ粒子を潤滑油に混合する前記の方法に限定されるものではない。
【００５０】
図１に示す冷媒回路装置１の構成の説明に戻り、圧縮機１０ｂは、流入してきた冷媒を圧縮することで冷媒を高温高圧の状態に変化させるものである。圧縮機１０ｂとして例えば一定速圧縮機を用いてもよい。
【００５１】
四方弁１０ｃは、冷媒の流れの向きを冷房時・暖房時ごとに切り替えるものである。
【００５２】
第１熱交換器１０ｄは、銅管とアルミフィンとを少なくとも備え、空気と冷媒間の熱交換を行うものである。第１熱交換器１０ｄは、冷房時には凝縮器の役割を果たし、暖房時には蒸発器の役割を果たす。ここで、凝縮器としての作用は、圧縮機１０ｂから流入してきた潜熱を持つ高温高圧の過熱蒸気の冷媒を銅管に流して、空気との温度差により当該潜熱を空気に放出させることで、冷媒が過冷却液になるまで熱交換を行うものである。一方、蒸発器としての作用は、膨張機構１０ｅから流入してきた気泡を含む冷媒を銅管に流して、空気との温度差により冷媒に熱を吸収させ、当該熱を潜熱として冷媒に蓄えさせることで、冷媒が過熱蒸気になるまで熱交換を行うものである。
【００５３】
膨張機構１０ｅは、凝縮器（冷房の場合は第１熱交換器１０ｄ、暖房の場合は第２熱交換器２０ａ）で過冷却液となった冷媒を減圧するものである。膨張機構１０ｅは、例えばキャピラリチューブや膨張弁などを用いてもよい。
【００５４】
室内機２０は第２熱交換器２０ａを備えている。第２熱交換器２０ａは、銅管とアルミフィンとを少なくとも備え、空気と冷媒間の熱交換を行うものである。第２熱交換器２０ａは、第１熱交換器１０ｄとは逆に、冷房時には蒸発器の役割を果たし、暖房時には凝縮器の役割を果たす。第２熱交換器２０ａと圧縮機１０ｂとは、配管（銅管）３０で図示の如く接続され、第２熱交換器２０ａと膨張機構１０ｅとは、配管（銅管）３０で図示の如く接続されている。
【００５５】
つぎに、本実施の形態にかかる過冷却度の改善方法（工程１から工程３）について説明する。ここでは、潤滑油を媒体として、ナノ粒子を冷媒に混入する場合を一例として説明する。
（工程１）冷媒回路装置１で用いる潤滑油（具体的には冷凍機油）に、所定の材料のナノ粒子を均一に混合する。
（工程２）ナノ粒子が均一に混合された潤滑油を、注入装置１０ａのタンクに入れる。
（工程３）注入装置１０ａを起動し、注入装置１０ａのタンクに入れられた潤滑油を圧縮機１０ｂ内に注入する。なお、注入された潤滑油はその後冷媒の間に溶け込み、溶け込んだ潤滑油に含まれるナノ粒子は冷媒に混入する。
以上の工程を行ってから冷媒回路装置１を起動させると、凝縮器において熱交換が促進され、その結果、凝縮器の出口での冷媒の過冷却度が増加する。換言すると、凝縮器における冷媒の熱交換効率が向上した結果、凝縮器の出口での冷媒の過冷却度が増加する。
なお、工程３において、潤滑油に含まれるナノ粒子を冷媒回路装置１中の冷媒全体になじませるために、潤滑油を注入した後に冷媒回路装置１を慣らし運転してもよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、冷媒を過冷却する装置を用いる代わりに、冷媒に、所定の材料のナノ粒子が均一に混合された潤滑油（具体的には冷凍機油）が混入されるので、冷媒回路装置１（具体的には凝縮器の出口）における冷媒の過冷却度を低コストで確実に改善する（増加させる）ことができる。また、本実施の形態によれば、ナノ粒子が混入された冷媒を冷媒回路の作動流体として用いて、冷媒の過冷却度を改善することができる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、冷媒の過冷却度を改善するために新たなエネルギーを供給する必要がなく、冷媒回路装置１は従来の回路構成のままで、冷媒の過冷却度を改善することができる。これにより、凝縮器の出口での冷媒の過冷却度を維持（確保）する場合には、過冷却度の改善効果を、凝縮器の管路の長さを短縮することに反映させることができ、その結果、凝縮器をコンパクトにすることができる。換言すると、凝縮器の出口温度を従来と同一にする場合、過冷却度が増加した分だけ、凝縮器のコンパクト化を実現することができる。また、凝縮器の出口温度を従来と同一にし、しかも凝縮器の大きさ（凝縮器の管路の長さ）を変えない場合には、冷媒循環量を増やすことで凝縮器での熱交換量を増加させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、凝縮器の出口での冷媒の過冷却度が確実に増加するので、膨張機構１０ｅを通る冷媒のエネルギー損失を循環量分だけ低減することができる。また、膨張機構１０ｅの液流入や二相流入の設計仕様を満たし、その結果、膨張機構１０ｅの耐久性が向上する。
【００５９】
また、本実施の形態によれば、ナノ粒子が混合された潤滑油の組成（ナノ粒子の素となる材料の種類・ナノ粒子の寸法）、冷媒の封入量に対するナノ粒子の重量比、潤滑油や冷媒の物性に合わせたナノ粒子の表面処理などを調整することによって、冷媒回路装置１における冷媒の過冷却度を効果的に改善することができる。
【００６０】
また、本実施の形態によれば、ナノ粒子は、冷媒を媒体として冷媒に混入してもよく、冷媒と潤滑油とを混合したものを媒体として冷媒に混入してもよい。換言すると、ナノ粒子は、潤滑油を介さずに冷媒に直接混入してもよく、冷媒と潤滑油とを混合したものに混入することで冷媒に混入してもよい。
【００６１】
また、本発明にかかる潤滑油を予め圧縮機またはそれに付随するアキュムレータなどに封入しておくこともできる。これにより、冷媒回路装置に後から本発明の冷媒回路装置の構成要素である潤滑油を混入する手間が省けるとともに、予め冷媒回路装置の設計条件（冷媒封入量、負荷の大きさなど）に最適化したナノ粒子を混入することができ、冷媒回路装置の性能、安定性などの向上を容易に実現することができる。また、本発明にかかる冷媒回路装置および過冷却度の改善方法によれば、冷媒回路装置の冷媒条件（冷媒量や凝縮圧力など）に対して、冷媒に混入する冷凍機油およびナノ粒子の量を適宜調整することで、所定の過冷却度を得る、つまり過冷却度を制御することができ、諸条件に合わせて冷媒回路装置の冷却性能を最適に制御することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態および後述する実施例の記述はあくまでも例示であり、本発明の要旨を外れることのない変形例も本発明の適用範囲に含む。換言すると、本発明の要旨を外れることのない変形例を本発明の適用範囲から外れていると看做さない。
【実施例】
【００６３】
本実施例では、上述した実施の形態にかかる冷媒回路装置１（図１参照）を用いて、凝縮器の出口での冷媒の過冷却度を、冷媒にナノ粒子を混入した場合とそうでない場合とで比較した。なお、本実施例は、あくまでも例示的なものであって、本発明の適用範囲や用途を限定するものではない。また、本実施例では、冷媒回路装置１を冷房運転した場合について説明するので、第１熱交換器１０ｄを凝縮器１０ｄと記し、第２熱交換器を蒸発器２０ａと記す場合がある。
【００６４】
本実施例では、出来るだけ同じ冷媒循環量で且つ一定の凝縮・蒸発圧力条件でナノ粒子が冷凍サイクルに与える影響を調べるため、圧縮機１０ｂとして一定速圧縮機を採用した。なお、膨張機構１０ｅは、キャピラリチューブ（以下、キャピラリチューブ１０ｅと記す場合がある。）とし、その内径は１．４ｍｍであり、またその長さは５００ｍｍである。
【００６５】
また、温度および圧力を計測するため、温度計（温度センサー）および圧力計を用い、これらを図１に示す位置に設置した。図１に示す圧力計測位置（圧縮機１０ｂの出口（高圧）、凝縮器１０ｄの出口（低圧）および蒸発器２０ａの入口（低圧））での圧力はブルドン管圧力計で計測した。圧力計測値は、熱交換量を計測する前に目視で読み取った。温度は、凝縮器１０ｄおよび蒸発器２０ａの入口・中間・出口の計３箇所で熱電対を用いて銅管表面で計測した。計測した銅管表面の温度を冷媒の温度と見做した。
【００６６】
また、熱交換量を計測するため、カロリーメーターを用いた。熱交換量の計測は、空気乾球温度・湿球温度が安定するまで待ち、カロリーメーターで行った。熱交換量の計測は３５分間に７回の頻度で行い、それを３から５回繰り返した。熱交換量の値は、計測した値の算術平均として求めた。
【００６７】
また、室外機１０および室内機２０の環境温度・環境湿度は、ＪＩＳ条件の規定の通り設定した（図２参照）。
【００６８】
また、風量は、蒸発器２０ａの出口での温度が飽和温度になるように設定した（図２参照）。
【００６９】
本実施例で使用したナノ粒子は、その材料がＮｉフェライトのナノ粒子（以下、Ｎｉナノ粒子と記す場合がある。）である。Ｎｉナノ粒子材量の粒径は１５ｎｍであり、その比面積は１００．０ｍ2／ｇである。Ｎｉナノ粒子に対し酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3）で表面処理を行った。Ｎｉナノ粒子について、その１次粒子のＴＥＭ（透過電子顕微鏡：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真および化学・物理特性を図３に示す。
【００７０】
本実施例で使用した潤滑油は、ＲＢ６８分岐型エステル油という冷凍機油である。
【００７１】
本実施例で使用した冷媒は、Ｒ４１０ＡというＨＦＣ冷媒である。冷媒回路装置１への冷媒の封入量は７５０ｇである。
【００７２】
つぎに、Ｎｉナノ粒子を冷媒へ混入する手順（手順１および手順２）について説明する。
（手順１）Ｎｉナノ粒子を冷凍機油に均一に分散させて混合する。本実施例では、Ｎｉナノ粒子の重量比は冷凍機油の重量に対し３．５６重量（Ｗｔ）％であり、Ｎｉナノ粒子の重量比は冷媒の封入量に対し約１％である。冷凍機油中のＮｉナノ粒子の分散状態を図４に示す。図４に示すように、冷凍機油と混合した後のＮｉナノ粒子の粒径の分布頻度は２０ｎｍを中心に分布している。
（手順２）Ｎｉナノ粒子が混合された冷凍機油を５μフィルター（図示せず）で濾過し、濾過された当該冷凍機油を注入装置１０ａのタンクに入れ、当該注入装置１０ａを介して圧縮機１０ｂ内へ当該冷凍機油を注入する。なお、図５に示すように、予め作成した潤滑油（ナノ粒子と冷凍機油の混合物）を注入装置１０ａに挿入し、フィルター１０ｇ（冷媒中のスケールなどを除去するためのフィルター）の抵抗によってフィルター１０ｇを通過する時間がかかる場合には、外部から力を加えることで潤滑油（ナノ粒子と冷凍機油の混合物）を徐々に圧縮機１０ｂの油溜め部（潤滑油（冷凍機油）を貯留する空間）に注入してもよい。これにより、Ｎｉナノ粒子が混合された冷凍機油が冷媒に混入された。なお、混入された冷凍機油は冷媒に溶け込み、それに含まれるＮｉナノ粒子は冷媒に混入する。また、図６に示すように、予め作成した潤滑油（ナノ粒子と冷凍機油の混合物）をアキュムレータ１０ｆの入り口から注入し、フィルター１０ｇの抵抗によってフィルター１０ｇを通過する時間がかかる場合には、圧縮機１０ｂを回転させてその油溜め部（潤滑油（冷凍機油）を貯留する空間）が負圧（少し真空状態）になるようにして、潤滑油（ナノ粒子と冷凍機油の混合物）を油溜め部に流れ込ませてもよい。ここで、冷媒・冷凍機油には相溶性の関係がある。冷凍サイクルの中で温度上昇によって冷凍機油は冷媒に溶ける。このときナノ粒子は冷凍機油から冷媒に溶け出すが、このナノ粒子はその後、冷凍機油に戻る部分もあり、戻らない部分もある。冷凍サイクルの中で冷媒の温度が低下し、さらに再度温度上昇によって冷媒に溶けた冷凍機油からナノ粒子が溶け出してくる。このような過程を繰り返して冷媒中に存在するナノ粒子の量は統計的に平衡状態（一定）となる。以下では、Ｎｉナノ粒子が混入された冷凍機油を含む冷媒のことを、ＲＲＮＩ（“Ｒ４１０Ａ＋（ＲＢ６８＋Ｎｉ）作動流体”）と記す場合がある。また、Ｎｉナノ粒子が混入されてない冷凍機油を含む冷媒のことを、ＲＲ（“Ｒ４１０Ａ＋ＲＢ６８作動流体”）と記す場合がある。本実施例では潤滑油に混合したのち冷媒に混入したので、ナノ粒子が凝集し難く、ナノ粒子と冷媒とを容易に混合することができた。
【００７３】
以上の混入手順が終了した後、冷媒回路装置１を起動すると、冷媒は、以下に示す過程（過程１から過程６）で冷媒回路内を流れる。
（過程１）冷媒は、圧縮機１０ｂにより圧縮され、高温高圧の過熱蒸気となって圧縮機１０ｂの出口から流れ出て、当該出口と接続された配管３０に流入する。
（過程２）冷媒は、配管３０を通り、四方弁１０ｃを経由して、当該配管３０と接続された凝縮器１０ｄの入口に到達して凝縮器１０ｄ内に流入する。
（過程３）冷媒は、凝縮器１０ｄ内を流れることで空気との間で熱交換し、過冷却液となって凝縮器の出口から流れ出て、当該出口と接続されたキャピラリチューブ１０ｅに流入する。冷媒は、凝縮器１０ｄ内で、図２に示す空気との温度差により潜熱を空気に放出しながら、過冷却液になるまで熱交換がなされる。
（過程４）冷媒は、キャピラリチューブ１０ｅを通ることで減圧された状態となってキャピラリチューブ１０ｅの出口から流れ出て、当該出口と接続された蒸発器２０ａの入口に到達して蒸発器２０ａ内に流入する。冷媒の圧力は、キャピラリチューブ１０ｅの出口で冷媒の流れ場の断面積が急に拡大することにより飽和蒸気圧以下となり、冷媒には、局所的に蒸発が生じることで気泡が発生する。この現象は、冷媒の流れのキャビテーションという。蒸発器２０ａに流入する冷媒の流れは、気泡を含む気液が混在する準スラグ流となる。なお、冷媒への圧力負荷はキャピラリチューブ１０ｅの内径と長さで決まる。本実施例では、キャピラリチューブ１０ｅに出入する冷媒の熱授受は無視する。
（過程５）冷媒は、蒸発器２０ａ内の銅管を経由し、過熱蒸気となって蒸発器２０ａの出口から流れ出て、当該出口と接続された配管３０に流入する。冷媒は、蒸発器２０ａ内で、図２に示す空気との温度差により熱を空気から吸収して潜熱として蓄えながら、過熱蒸気になるまで熱交換がなされる。
（過程６）冷媒は、配管３０を通り、当該配管３０と四方弁１０ｃを経由して、接続された圧縮機１０ｂの入口に到達して圧縮機１０ｂ内に流入する。
冷媒の流れは、過程６の後、再び過程１に戻る。
【００７４】
つぎに、後述する各実験結果を説明するために、まず、圧縮機１０ｂの冷媒吐出量を下記の数式１で定義する。
【数１】
2007262298.tif 000003
数式１において、Ｇrは冷媒吐出量であり、ηvは体積効率であり、Ｖ0は圧縮機１０ｂの理論排出量であり、Ｎは圧縮機１０ｂの回転数であり、υ1は吸入冷媒ガスの比体積である。ここで、回転数Ｎの値は、本実施例では圧縮機１０ｂとして一定速圧縮機を使用しているため、ＲＲＮＩを用いた冷凍サイクルとＲＲを用いた冷凍サイクルとで同じと考える。なお、ＲＲの体積効率およびＲＲＮＩの体積効率ならびに圧縮機１０ｂの理論排出量については詳細な説明を省略するが、これらは冷凍サイクルの挙動に影響しないと考える。従って、圧縮機１０ｂの入口でのＲＲの比体積とＲＲＮＩの比体積とが、冷凍サイクル中の質量流量を支配する。
【００７５】
また、キャピラリチューブ１０ｅ中にて作動流体が急激に減圧すること及び“等エンタルピー膨張”の仮説（冷媒がキャピラリチューブ１０ｅ中に流れる場合にその放熱量を無視できるという仮説）により、キャピラリチューブ１０ｅを流れるＲＲのエンタルピーとＲＲＮＩのエンタルピーとが求められる。キャピラリチューブ１０ｅの出口と入口との間の圧力差は、凝縮器１０ｄの出口における過冷却液となった作動流体の飽和液線までの液のままでの圧力差（温度は一定。）と、飽和線以下で蒸発器２０ａの入口までの二相の作動流体の圧力差（温度は下がり、湿り蒸気となる。）との和である。具体的には、キャピラリチューブ１０ｅの出口と入口との間の圧力差は、下記の数式２で説明することができる。
【数２】
2007262298.tif 000004
数式２において、ΔＰ1は、凝縮器１０ｄの出口における過冷却液となった作動流体の飽和液線までの液のままでの圧力差であり、ΔＰ2は、飽和線以下で蒸発器２０ａの入口までの二相の作動流体の圧力差である。Ｗは重量速度であり、Ｃは抵抗係数であり、Ｌはキャピラリの長さであり、ｇcは換算係数であり、ρeは液密度であり、Ｄはキャピラリチューブ１０ｅの内径であり、ｇは重力加速度であり、χは乾き度であり、ρgはガス密度であり、αは下記の数式３で表されるものである。
【数３】
2007262298.tif 000005
【００７６】
数式２から、圧縮機１０ｂから送り出した質量流量は、凝縮器１０ｄを通りキャピラリチューブ１０ｅの中で、まず液単相での減圧を受け、つぎに飽和液線に達した後に二相減圧を受ける。本実施例では、キャピラリチューブ１０ｅの長さおよびその内径は一定のため、圧力の低下は作動流体の重量速度・密度・乾き度に影響される。なお、本実施例では、キャピラリチューブ１０ｅの抵抗係数は、ほぼ不変であると考える。
【００７７】
つぎに、冷房サイクルの実験結果について図７を参照して説明する。
まず、圧縮機１０ｂを流れ出たＲＲおよびＲＲＮＩは、凝縮器１０ｄを通って過冷却液になる。ＲＲＮＩの過冷却度はＲＲの過冷却度と比べて大きくなり、その差は１．８℃であった（図８参照）。
【００７８】
つぎに、ＲＲおよびＲＲＮＩは、凝縮器１０ｄを流れ出た後、等エンタルピーでキャピラリチューブ１０ｅを通って、蒸発器２０ａに流入する。蒸発器２０ａの出入口の温度低下は、ＲＲとＲＲＮＩとでほぼ同じであった。
【００７９】
つぎに、ＲＲおよびＲＲＮＩは、蒸発器２０ａを流れ出た後、蒸発器２０ａ出口から圧縮機１０ｂ入口までの５ｍの配管３０を通って、圧縮機１０ｂに再び流入する。蒸発器２０ａ出口から圧縮機１０ｂ入口までの温度低下は、ＲＲの方がＲＲＮＩに比べ若干大きく、その差は０．８℃であった（図８参照）。ここで、平均０．１６（０．８÷５）℃／ｍの温度ロスが増加する原因を検討したが、蒸発器２０ａの出口と圧縮機１０ｂの入口との間の圧力差は、ＲＲとＲＲＮＩとの間で見られなかった。しかし、圧縮機１０ｂの入口でのＲＲとＲＲＮＩとの温度差が１℃であるのに対し、圧縮機１０ｂの出口での温度差は更に広がる傾向が見られた。よって、圧縮機１０ｂの出入口での温度差により圧縮機１０ｂでの圧縮工程においてＲＲの比体積とＲＲＮＩの比体積との差も生じると考えられ、さらに数式１に基づきＲＲの循環量がＲＲＮＩの循環量より大きくなると考えられる。
【００８０】
以上、冷房サイクルについて実験を行ったが、ＲＲＮＩを用いた冷凍サイクルでは、図７の評価結果からも分かるように、伝熱特性を除いて、ＲＲを用いた従来の冷凍サイクルと同様な挙動を示した。また、ＲＲＮＩを用いた冷凍サイクルでは、ＲＲを用いた従来の冷凍サイクルと同様、機械的不具合も生じなかった。
【００８１】
また、冷媒としてＣＯ2などを使用する遷臨界サイクルの場合は、本実施例の説明における凝縮器１０ｄをガスクーラーに、過冷却度をガスクーラーの出口温度にそれぞれ置き換えれば、上記と同様の作用・効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかる潤滑油、冷媒回路装置および過冷却度の改善方法は、冷媒の過冷却度の改善に好適であり、特に空気調和装置やヒートポンプ装置において非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施の形態にかかる冷媒回路装置１の構成の一例を示す回路図である。
【図２】本実施例における実験条件を示す図である。
【図３】本実施例で用いるナノ粒子のＴＥＭ写真および化学・物理特性を示す図である。
【図４】本実施例で用いるナノ粒子に関する冷凍機油中での分散の評価結果を示す図である。
【図５】本実施例における冷凍機油を圧縮機１０ｂに注入する方法の一例を示す図である。
【図６】本実施例における冷凍機油を圧縮機１０ｂに注入する方法の他の一例を示す図である。
【図７】本実施例における冷房サイクルの実験結果を示す図である。
【図８】本実施例における冷房サイクル時の温度・圧力・熱交換量の計測結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  冷媒回路装置
１０  室外機
１０ａ  注入装置
１０ｂ  圧縮機
１０ｃ  四方弁
１０ｄ  第１熱交換器（冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器）
１０ｅ  膨張機構
１０ｆ  アキュムレータ
１０ｇ  フィルター
２０  室内機
２０ａ  第２熱交換器（冷房時には蒸発器、暖房時には凝縮器）
３０  配管（銅管）
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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