(57)【要約】【課題】炭素二重結合を使用した冷凍装置において、より簡易な構成等により安全に作業等を行うことができる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３及び蒸発器４を配管接続して冷媒循環回路を構成し、冷媒循環回路において循環する炭素二重結合の分子構造を有する冷媒を封入等するためのＨＦＯ冷媒封入口５と、ＨＦＯ冷媒封入口５と独立して、Ｒ１３４ａ冷媒を外部から流入可能にするＲ１３４ａ側封入口６とを備える。【選択図】図１
2013036707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を配管接続して冷媒循環回路を構成し、
前記冷媒循環回路において循環する炭素二重結合の分子構造を有する冷媒を外部から流入出するための冷媒封入口と、
該冷媒封入口と独立して、Ｒ１３４ａ冷媒を外部から流入可能にするＲ１３４ａ側封入口と
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷媒循環回路の前記凝縮器と前記絞り装置との間に受液器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒封入口と前記Ｒ１３４ａ側封入口とを、少なくとも前記凝縮器と前記絞り装置との間に設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の冷媒循環回路を高温側循環回路とし、
低温側圧縮機、低温側凝縮器、低温側絞り装置及び低温側蒸発器を配管接続して、低温側冷媒を循環させる低温側循環回路と、
前記高温側循環回路の前記蒸発器と前記低温側凝縮器とにより構成し、前記高温側循環回路の冷媒と前記低温側冷媒との間の熱交換を行うカスケードコンデンサとをさらに備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
炭素二重結合の分子構造を有する冷媒はＨＦＯ−１２３４ｙｆであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。特に二元冷凍装置において、炭素二重結合を分子構造に有する冷媒の処理等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン層破壊防止の観点から、冷凍サイクル装置に封入する冷媒として塩素を含まない冷媒への移行が行われた。ただ、これらの塩素を含まないＨＦＣ冷媒（例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ等）は比較的温暖化係数が高いため、冷凍装置の外へ冷媒が漏れないように冷媒漏れ対策がとられたり、機器の廃棄時には冷媒回収義務が課せられたりしている。しかしながら回収率が不充分であったり、使用時の冷媒漏れもあることから、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の値が小さい冷媒へのさらなる移行が要望されている。ＧＷＰの値が小さい冷媒として、例えば、二酸化炭素などの自然冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ハイドロフルオロオレフィン）のようなＨＦＯ（オレフィン系フッ素化合物）系冷媒（以下、ＨＦＯ冷媒という）等が検討されている。
【０００３】
例えば、従来、ＨＦＯ冷媒を使用した冷凍装置において、冷媒を収容する冷媒収容手段と、冷媒収容手段内に付加反応に寄与する物質を供給する付加反応物質供給手段と、冷媒収容手段内に収容された冷媒に紫外線を照射して不燃性にする紫外線照射手段を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９７３４１号公報（第９頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、現行の冷媒回収装置等では、冷媒回収の際、外部の点火源（例えば、隣接機器のリレー接点部のスパーク）によって出火したり、爆発したりするおそれがある。ここで、例えば、上記の炭素二重結合を分子構造に有するＨＦＯ冷媒のような冷媒は可燃性を有する冷媒である。冷媒循環回路内のＨＦＯ冷媒の漏れが発生した場合は、冷媒循環回路内に封入されているＨＦＯ冷媒のほとんどが外部に放出されるため、広範囲にわたってＨＦＯ冷媒が充満し、安全性を保てない環境になる可能性がある。このため、ＨＦＯ冷媒を使用する場合は、回収、事故等の際に、仮に冷媒漏れが生じたとしても、出火等が起こらないように安全を確保する必要がある。
【０００６】
ここで、ＨＦＯ冷媒は炭素の二重結合をもつ分子構造である。一般に炭素と炭素の二重結合や３重結合という官能基、言いかえるとアルケンやアルキンのような（不飽和炭化水素）は、さまざまな分子が付加反応するという特徴を持っている。このため、従来の二重結合を持たない冷媒に対して、二重結合を持つ冷媒は、二重結合部が開裂しやすく、また、官能基が他の物質と反応しやすく化学的安定性が極端に劣る特性を有している。特に冷媒循環回路内にコンタミ（コンタミネーション）として混入した空気や水分との反応によって冷媒が分解されやすくなる。上記の特許文献１の装置は、ＨＦＯ冷媒に紫外線を照射すると、ＨＦＯ冷媒の炭素の二重結合部を切断する付加反応が生じることにより、酸素分子が結合したカルボン酸構造（Ｒ−ＣＯＯＨ）が生成されることから、ＨＦＯ冷媒を不燃性の物質にするものである。
【０００７】
しかし、特許文献１の装置は、冷媒収容手段、付加反応物質供給手段、紫外線照射手段等を設けているため、装置として大掛かりとなる。このため、コストもかさむ等することから、実用化がしづらい。
【０００８】
この発明は、ＨＦＯ冷媒のような炭素二重結合を分子構造に有する冷媒を冷媒循環回路に使用した冷凍サイクル装置において、より簡易な構成等により、例えば回収、サービス等の際の安全な作業等を行うことができる冷凍サイクル装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を配管接続して冷媒循環回路を構成し、冷媒循環回路において循環する炭素二重結合の分子構造を有する冷媒を外部から流入出するための冷媒封入口と、冷媒封入口と独立して、Ｒ１３４ａ冷媒を外部から流入可能にするＲ１３４ａ側封入口とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、炭素二重結合の分子構造を有する冷媒を封入等するための冷媒封入口とは別に、炭素二重結合の分子構造を有する冷媒を不燃性にするためのＲ１３４ａ冷媒を流入することができるＲ１３４ａ側封入口を設けるようにしたので、炭素二重結合の分子構造を有する冷媒をＲ１３４ａ冷媒と混合させることで不燃性にさせることができ、例えば、サービス、冷媒回収時等の際、作業員が安全に作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として冷凍装置について説明する。ここで、以下で説明する温度、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
【００１３】
図１において、圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３及び蒸発器４を直列に冷媒配管で接続して冷媒循環回路を構成している。ここで、冷媒循環回路を循環する冷媒として、例えばＨＦＯ−１２３４ｙｆのように、炭素二重結合を分子構造に有する冷媒（ＨＦＯ冷媒）を用いるものとする。このような冷媒は、一般的にＧＷＰが低い（１０以下）であるため、将来的に冷凍サイクル装置による冷却等を行うための冷媒として有用となる。
【００１４】
圧縮機１は、冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。凝縮器２は、例えば送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させるものである。
【００１５】
減圧弁、膨張弁等の絞り装置３は、冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段で構成することが最適であるが、毛細管（キャピラリ）、感温式膨張弁等の冷媒流量調節手段で構成してもよい。蒸発器４は、例えば送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等との熱交換により冷媒を蒸発ガス化させるものである。
【００１６】
また、ＨＦＯ冷媒封入口５及びＲ１３４ａ側封入口６を有している。ＨＦＯ冷媒封入口５は、冷媒循環回路において、冷媒として用いるＨＦＯ冷媒を冷媒循環回路外部から充?するためのポート（冷媒封入口）である。また、Ｒ１３４ａ側封入口６は、ＨＦＯ冷媒と混合して冷媒循環回路内の冷媒を不燃性にするためのＲ１３４ａ（ＨＦＣ−１３４ａ）冷媒（ＧＷＰ：１３００）を、冷媒循環回路外部から流入するためのポートである。Ｒ１３４ａ冷媒は、ここでは冷凍、冷蔵等を実現するために冷媒循環回路を循環させる冷媒としては用いず、ＨＦＯ冷媒に混合して不燃化させるために用いる。
【００１７】
ここで、本実施の形態ではＨＦＯ冷媒封入口５及びＲ１３４ａ側封入口６を、冷媒密度が高い液状の冷媒（液冷媒）が流れることになる凝縮器２と絞り装置３との間に設けるようにしている。例えば、冷媒の供給装置、回収装置等によっては液冷媒の部分における冷媒の流入出が困難となる場合があるため、例えば、圧縮機１の吸入側（蒸発器４と圧縮機１との間）にも設けるようにしてもよい。
【００１８】
例えば、ＨＦＯ冷媒とＲ１３４ａ冷媒とでは物性等が異なる。このため、封入口に付する樹脂、ゴム等を各冷媒の物性に合わせたものを使用し、冷媒のコンタミネーション防止、封入口の保護等をはかることが望ましい。このため、ＨＦＯ冷媒封入口５及びＲ１３４ａ側封入口６を独立させている。ここで、ＨＦＯ冷媒封入口５からＲ１３４ａ冷媒を流入させたり、Ｒ１３４ａ側封入口６からＨＦＯ冷媒を充?させたりしないように、色、形状、大きさ等を異ならせる等してＨＦＯ冷媒封入口５とＲ１３４ａ側封入口６とを区別できるようにしておくようにするとよい。
【００１９】
本実施の形態の冷凍装置は、分子構成において炭素二重結合を有するＨＦＯ冷媒を冷媒循環回路内に充?するためのＨＦＯ冷媒封入口５とは独立して、ＨＦＯ冷媒を不燃性にするためのＲ１３４ａ冷媒を冷媒循環回路内に流入させるＲ１３４ａ側封入口６を設けるようにしたものである。そして、Ｒ１３４ａ側封入口６から冷媒循環回路にＲ１３４ａ冷媒を流入させ、ＨＦＯ冷媒を不燃性にしてから、サービス、冷媒回収等を行うことで、ＨＦＯ冷媒の発火等を防ぎ、安全を確保する。Ｒ１３４ａ冷媒の凝縮圧力はＨＦＯ冷媒と同等である（凝縮温度を約４０℃、過冷却度を約１０Ｋ、圧縮機効率を０．７として考えると約１．０２Ｍｐａ）ため、ＨＦＯ冷媒に対する耐圧を考えて設計すればよく、他の冷媒を流入させて不燃性にする処理を行うためだけに、特別な設計圧力で装置構成をする必要がない。
【００２０】
次に、冷凍装置の冷却運転時における各構成機器の動作等を、循環する冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、高温側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は凝縮器２へ流入する。凝縮器２は、送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる。凝縮液化した冷媒は絞り装置３を通過する。絞り装置３は、通過する凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は蒸発器４に流入する。高温側蒸発器１４は、冷却対象と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化する。このとき、冷却対象は直接又は間接に冷却される。そして、蒸発ガス化した冷媒を圧縮機１が吸入し、吐出する。
【００２１】
次にサービス、冷媒回収時等の動作について説明する。例えば、サービス等の際には通常の冷却運転を停止させておく。また、絞り装置３の開度を最大にしておくことが望ましい。作業者等は、サービス等を行う場合に、Ｒ１３４ａ側封入口６から冷媒循環回路にＲ１３４ａ冷媒を流入させる。ここで、例えば、冷媒循環回路内のＨＦＯ冷媒の冷媒量に対し、３８体積パーセント以上のＲ１３４冷媒を流入させて、混合させることで、例えばＧＷＰを５００以下にすることができ、冷媒循環回路内の冷媒を不燃性にすることができる。そして、例えば、ＨＦＯ冷媒封入口５に冷媒回収装置（図示せず）を接続して、冷媒を回収等する。
【００２２】
以上のように、実施の形態１の冷凍装置によれば、ＨＦＯ冷媒封入口５及びＲ１３４ａ側封入口６を設けるようにしたので、サービス、冷媒回収時等の際、可燃性で、炭素二重結合を有する冷媒であるＨＦＯ冷媒を用いている場合に、Ｒ１３４ａ側封入口６を介してＲ１３４ａ冷媒を流入させて冷媒循環回路内の冷媒を不燃性にさせることができるので、例えば作業員は、安全にサービス等の作業を行うことができる。特に、ＨＦＯ冷媒と凝縮圧力が同等のＲ１３４ａ冷媒を流入させて不燃性にすることで、不燃性にするための特別な設計圧力で冷媒循環回路を構成する必要がなく、コストを増加させずにすませることができる。また、ＧＷＰの低い冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００２３】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。図２において、図１と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１で説明した機器と同じ動作等を行う。図２において、受液器（レシーバ）７は、凝縮器２の冷媒流出側（凝縮器２と絞り装置３との間）に設けられ、冷媒を溜めておくタンク等の容器である。本実施の形態では、Ｒ１３４ａ冷媒の流入により冷媒循環回路内の冷媒の体積が増えることで、例えば圧縮機１に液冷媒が流入する（液バック）等が生じないようにする。このため、Ｒ１３４ａ冷媒の流入分に対応して溜められるだけの容積を有するものとする。
【００２４】
このように、本実施の形態では凝縮器２の冷媒流出側に受液器７を設け、冷媒循環回路内の液冷媒を溜めておけるようにしたので、Ｒ１３４ａ冷媒の流入により増えた冷媒循環回路内の冷媒を溜めておくことで、例えば液バック等を防止し、冷凍装置の運転に支障がないようにすることができる。
【００２５】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。ここでは、二元冷凍装置について説明する。図１に示すように、本実施の形態における二元冷凍装置は、高温側循環回路１０と低温側循環回路２０とを有し、それぞれ独立して冷媒を循環させる冷媒循環回路を構成する。そして、２つの冷媒循環回路を多段構成にするために、高温側蒸発器１４と低温側凝縮器２２とを、それぞれ通過する冷媒間での熱交換を可能に結合させて構成したカスケードコンデンサ（冷媒間熱交換器）３０を設けている。
【００２６】
図３において、高温側循環回路１０は、高温側圧縮機１１と、高温側凝縮器１２と、高温側絞り装置１３と、高温側蒸発器１４とを直列に冷媒配管で接続した冷媒循環回路を構成している。一方、低温側循環回路２０は、低温側圧縮機２１と、低温側凝縮器２２と、第一の低温側絞り装置２３と、低温側蒸発器２４とを直列に冷媒配管で接続した冷媒循環回路を構成している。
【００２７】
ここで、本実施の形態では、高温側循環回路を循環する冷媒（以下、高温側冷媒という）として、前述したＨＦＯ冷媒を用いるものとする。また、低温側循環回路を循環する冷媒（以下、低温側冷媒という）として、例えば二酸化炭素（ＣＯ2 ）を含む冷媒（二酸化炭素冷媒）を用いるものとする。
【００２８】
高温側循環回路１０の高温側圧縮機１１、低温側循環回路２０の低温側圧縮機２１は、それぞれ実施の形態１における圧縮機１と同様の動作を行う。また、高温側絞り装置１３、低温側絞り装置２３についても、実施の形態１における絞り装置３と同様の動作を行う。
【００２９】
さらに、高温側凝縮器１２、低温側凝縮器２２は、実施の形態１における凝縮器２と同様の動作を行う。ここで、低温側凝縮器２２については、例えばカスケードコンデンサ３０において低温側冷媒が通過する伝熱管等が低温側凝縮器２２となって、高温側冷媒との熱交換を行うものである。また、高温側蒸発器１４、低温側蒸発器２４は、実施の形態１における蒸発器４と同様の動作を行う。ここで、高温側蒸発器１４については、例えばカスケードコンデンサ３０において高温側冷媒が通過する伝熱管等が高温側蒸発器１４となって、低温側冷媒との熱交換を行うものである。
【００３０】
また、本実施の形態における高温側循環回路１０には、実施の形態１と同様にＨＦＯ冷媒封入口１５及びＲ１３４ａ側封入口１６を有している。本実施の形態のように、二元冷凍装置にすることにより、装置全体における高温側循環回路１０内のＨＦＯ冷媒の量を通常の冷凍装置等と比較して減らすことができる。
【００３１】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の構成を表す図である。図２において、図３と同じ符号を付している機器等は、実施の形態３で説明した機器等と同じ動作等を行う。図４において、受液器１７は、実施の形態１の受液器７と同様に、高温側凝縮器１２の冷媒流出側（高温側凝縮器１２と高温側絞り装置１３との間）に設けられ、冷媒を溜めておくタンク等の容器である。したがって、実施の形態２の冷凍装置と同様に、Ｒ１３４ａ冷媒の流入により増えた冷媒循環回路内の冷媒を溜めておくことで、例えば液バック等を防止し、冷凍装置の運転に支障がないようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
上述の実施の形態３及び４は、二元冷凍装置で説明したが、多段構成の多元冷凍装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  圧縮機、２  凝縮器、３  絞り装置、４  蒸発器、５，１５  ＨＦＯ冷媒封入口、６，１６  Ｒ１３４ａ側封入口、７，１７  受液器、１０  高温側循環回路、１１  高温側圧縮機、１２  高温側凝縮器、１３  高温側絞り装置、１４  高温側蒸発器、２０  低温側循環回路、２１  低温側圧縮機、２２  低温側凝縮器、２３  低温側絞り装置、２４  低温側蒸発器、３０  カスケードコンデンサ。
【図１】
2013036707.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013036707.tif 000005
【図４】
2013036707.tif 000006