(57)【要約】      （修正有）【課題】反応性冷媒を用いた場合であっても安全に運用できる熱サイクルシステムを提供する。【解決手段】熱サイクルシステムは圧縮機構１２０と熱源側の熱交換器５７と膨張機構５６と利用側の熱交換器５５とを配管５８により接続し、反応性冷媒の循環が可逆な経路を構成する熱サイクルシステムであって、経路において反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する回避機能を備え、反応性冷媒を用いた場合であっても安全に運用することができる熱サイクルシステムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構と熱源側の熱交換器と膨張機構と利用側の熱交換器とを配管により接続し、反応性冷媒の循環が可逆な経路を構成する熱サイクルシステムであって、
前記経路において前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する回避機能を具備することを特徴とする熱サイクルシステム。
【請求項２】
前記経路内において前記各機構および前記熱交換器のいずれかが前記回避機能として前記反応性冷媒の反応に寄与しない材料により構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項３】
前記回避機能が、
前記経路内の温度もしくは圧力、または熱サイクルケーシング内外の温度もしくは前記反応性冷媒の濃度の測定値、あるいはそれらから算出した制御情報の組み合わせが、予め正常な範囲として設定した閾値を逸脱した場合に前記反応性冷媒が反応状態に陥る条件を満たし異常な状態が検出されたものと判定し、前記閾値の範囲内に戻った場合に異常な状態から脱出したものと判定する制御装置を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の熱サイクルシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記異常な状態が検出された場合、前記圧縮機構の停止制御、前記経路もしくは前記反応性冷媒の温度低下制御、または前記経路内部の圧力降下制御、あるいはこれら制御の二つ以上の組み合わせにより各機器を制御して異常な状態から脱出することを特徴とする請求項３に記載の熱サイクルシステム。
【請求項５】
前記反応性冷媒の反応に寄与しない材料が、
前記反応性冷媒の反応範囲において絶縁性、形状安定性、気密性、または耐摩耗性などの機能を失わない材料、あるいはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載の熱サイクルシステム。
【請求項６】
前記反応性冷媒が可燃性、微燃性、または自己分解性を有する冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含有してなる混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項７】
前記反応性冷媒が、ヒドロフルオロオレフィン、ヒドロクロロフルオロオレフィンまたはクロロフルオロオレフィンである冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含む混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項８】
前記反応性冷媒が、化学式［１］：Ｃ３ＨｍＦｎ(ただし、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され、かつ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、あるいはそれを含む混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項９】
前記反応性冷媒が、化学式［２］:Ｃ２ＨｘＦｙ(ただし、ｘ及びｙは１以上３以下の整数で、ｘ＋ｙ＝４の関係が成立する。）で表され、かつ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、あるいはそれを含む混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１０】
前記反応性冷媒が、テトラフルオロプロペン、またはペンタフルオロプロペンである冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含む混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１１】
前記反応性冷媒が、トリフルオロエチレン、またはジフルオロエチレンである冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含む混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１２】
前記反応性冷媒が、トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとを含み、前記反応性冷媒の総質量に対するトリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量の割合が９０質量％を超え１００質量％以下であり、トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量に対する、トリフルオロエチレンの割合が３質量％以上３５質量％以下、１，１，１，２−テトラフルオロエタンの割合が１０質量％以上５３質量％以下、ペンタフルオロエタンの割合が４質量％以上５０質量％以下、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンの割合が５質量％以上５０質量％以下である、請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１３】
前記回避機能が、
前記経路外への前記反応性冷媒の漏洩を検出するセンサと、
前記センサにより前記反応性冷媒の漏洩が検出されたときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１４】
前記回避機能が、
前記経路内の温度を検出するセンサと、
前記センサにより検出された温度が、予め設定した正常な運転状態を維持するための温度範囲から逸脱した場合に前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１５】
前記回避機能が、
前記圧縮機構に設けた駆動部に設置したセンサにより検出された駆動部の温度、あるいは、圧縮機構吐出配管または圧縮機構側面に設置したセンサから検出された温度から前記駆動部の温度を推定した推定温度が、予め設定した前記駆動部の正常な運転状態を維持するための温度範囲から逸脱した場合に前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１６】
前記回避機能が、
前記圧縮機構を駆動する駆動部の消費電力と回転数から回転トルクを算出し、算出した回転トルクの値が、予め設定した正常な運転状態を維持するための範囲から逸脱したときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１７】
前記回避機能が、
前記経路を循環する前記反応性冷媒の流量を検出するセンサと、
前記センサにより検出された流量が、予め設定した正常な運転範囲から逸脱したときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１８】
前記回避機能が、
前記経路内に設けられた前記反応性冷媒の流量調整弁の開度を検出するセンサと、
前記センサにより検出された前記流量調整弁の開度が、予め設定した正常な開度の範囲から逸脱したときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項１９】
前記回避機能が、
前記異常な状態が検出された場合、前記圧縮機構の駆動部の周波数を低下させ、あるいは、前記圧縮機構を逆サイクル運転として前記経路内の圧力を降下させたのち、必要に応じて前記圧縮機構を停止する制御装置を具備することを特徴とする請求項３に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２０】
前記回避機能が、
前記圧縮機構の吸入側の配管と吐出側の配管とを連通させるバイパス配管と、
前記バイパス配管を開放／閉塞する弁と、
前記異常な状態が検出された場合、前記弁を開放制御し、前記バイパス配管を連通させて前記経路内の圧力を降下させたのち、必要に応じて前記圧縮機構を停止する制御装置と
を具備する請求項３に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２１】
前記回避機能が、
前記熱交換器に送風して冷却するファンと、
前記異常な状態が検出された場合、前記ファンを駆動して風量を増加させて前記経路内の前記反応性冷媒の温度を降下させる制御装置と
を具備することを特徴とする請求項３に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２２】
前記回避機能が、
前記経路内を循環する前記反応性冷媒を装置外へ放出可能な解放弁と、
前記異常な状態が検出された場合、前記解放弁を開放して前記経路内の圧力を降下させる制御装置と
を具備することを特徴とする請求項３に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２３】
前記圧縮機構の駆動部に用いられる絶縁フィルムが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、その他、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に代表される含フッ素熱可塑性樹脂、あるいはそれらの積層体からなり、上記絶縁フィルムの引張強度保持率が５０％を超えるように、飽和水分量を調整できる冷凍機油を使用したことを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２４】
前記圧縮機構における密閉容器の内部の絶縁材料として、ポリビニルフォルマール、ポリエステル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、その他、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に代表される含フッ素熱可塑性樹脂、の群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２５】
前記圧縮機構が、
希土類・鉄・ホウ素系永久磁石で構成した回転子を有するモータを備え、
前記回転子の表面にアルミニウムコーティングを施したことを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２６】
前記圧縮機構が、
回転部と固定部とで構成されたモータを備え、
前記回転部と前記固定部との摺動部の表面を、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）の窒化物または炭化物あるいは硬質炭素膜でコーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項２７】
前記経路に、マクロポーラス型の弱塩基性イオン交換樹脂、キレート樹脂ならびに水分吸着剤を含む有機酸および遊離金属イオンを捕捉する捕捉機構をさらに備え、前記反応性冷媒の分解触媒となりえる有機酸および遊離金属イオンを捕捉することを特徴とする請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性冷媒を用いた熱サイクルシステムに係り、特に運転を安全に行うための熱サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機用冷媒、空調機器用冷媒、発電システム（廃熱回収発電等）用作動媒体、潜熱輸送装置（ヒートパイプ等）用作動媒体、二次冷却媒体等の熱サイクル用の作動媒体としては、クロロトリフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等のクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、クロロジフルオロメタン等のヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）が用いられてきた。しかし、ＣＦＣおよびＨＣＦＣは、成層圏のオゾン層への影響が指摘され、現在、規制の対象となっている。
【０００３】
このような経緯から、熱サイクル用作動媒体としては、ＣＦＣやＨＣＦＣに代えて、オゾン層への影響が少ない、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５）等のヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が用いられるようになった。例えば、Ｒ４１０Ａ（ＨＦＣ−３２とＨＦＣ−１２５の質量比１：１の擬似共沸混合冷媒）等は従来から広く使用されてきた冷媒である。しかし、ＨＦＣは、地球温暖化の原因となる可能性が指摘されている。
【０００４】
Ｒ４１０Ａは、冷凍能力の高さからいわゆるパッケージエアコンやルームエアコンと言われる通常の空調機器等に広く用いられてきた。しかし、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が２０８８と高く、そのため低ＧＷＰ作動媒体の開発が求められている。
【０００５】
そこで最近では、炭素−炭素二重結合を有しその結合が大気中のＯＨラジカルによって分解されやすいことから、オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が少ない作動媒体である、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、すなわち炭素−炭素二重結合を有するＨＦＣに期待が集まっている。
【０００６】
本明細書においては、特に断りのない限り飽和のＨＦＣをＨＦＣといい、ＨＦＯとは区別して用いる。また、ＨＦＣを飽和のヒドロフルオロカーボンのように明記する場合もある。さらに、ＨＦＣやＨＦＯのハロゲン化炭化水素については、化合物名の後の括弧内にその化合物の略称を記すが、本明細書では必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。
【０００７】
ところで、ＨＦＯやＨＦＣなどは、単独で用いた場合に高温または高圧下で着火源があると、自己分解する反応性冷媒であることが知られている。
【０００８】
そこで、非特許文献１には、例えばＨＦＯ−１１２３等を、他の成分、例えばフッ化ビニリデン等と混合し、ＨＦＯ−１１２３の含有量を抑えた混合物とすることで自己分解反応を抑える試みが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Combusion, Explosion, and Shock Waves, Vol. 42, No 2, pp. 140-143, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、ＨＦＯやＨＦＣなどの反応性冷媒を熱サイクル用の作動媒体として使用することが検討されてはいるものの、反応性冷媒はその反応性のために、装置の状態、例えば、使用環境の温度、酸素などの条件や着火源の存在等によって反応するおそれがあることから対策を講じる必要がある。
【００１１】
そこで、本発明は上記のような課題を解決するために、反応性冷媒を用いた場合であっても安全に運用することができる熱サイクルシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は以下の［１］〜［２７］に記載の構成を有する熱サイクルシステムを提供する。
［１］圧縮機構と熱源側の熱交換器と膨張機構と利用側の熱交換器とを配管により接続し、反応性冷媒の循環が可逆な経路を構成する熱サイクルシステムであって、前記経路において前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する回避機能を備えることを特徴とする熱サイクルシステム。
［２］前記経路内において前記反応性冷媒、前記各機構および前記熱交換器のいずれかが前記回避機能として前記反応性冷媒の反応に寄与しない材料により構成される［１］に記載の熱サイクルシステム。
［３］前記回避機能が、前記経路内の温度もしくは圧力、または熱サイクルケーシング内外の温度もしくは前記反応性冷媒の濃度の測定値、あるいはそれらから算出した制御情報の組み合わせが、予め正常な範囲として設定した閾値を逸脱した場合に前記異常な状態に陥る条件を満たし異常な状態が検出されたものと判定し、前記閾値の範囲内に戻った場合に異常な状態から脱出したものと判定する制御装置を具備する［１］または［２］に記載の熱サイクルシステム。
［４］前記制御装置は、前記異常な状態が検出された場合、前記圧縮機構の停止制御、前記経路もしくは前記反応性冷媒の温度低下制御、または前記経路内部の圧力降下制御、あるいはこれら制御の二つ以上の組み合わせにより各機器を制御して異常な状態から脱出する［３］に記載の熱サイクルシステム。
［５］前記反応性冷媒の反応に寄与しない材料が、前記反応性冷媒の反応範囲において絶縁性、形状安定性、気密性、または耐摩耗性などの機能を失わない材料、あるいはそれらの組み合わせである［２］に記載の熱サイクルシステム。
［６］前記反応性冷媒が可燃性、微燃性、または自己分解性を有する冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含有してなる混合冷媒である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［７］前記反応性冷媒が、ヒドロフルオロオレフィン、ヒドロクロロフルオロオレフィンまたはクロロフルオロオレフィンである冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含む混合冷媒である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［８］前記反応性冷媒が、化学式［１］：Ｃ３ＨｍＦｎ(ただし、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され、かつ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、あるいはそれを含む混合冷媒である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［９］前記反応性冷媒が、化学式［２］:Ｃ２ＨｘＦｙ(ただし、ｘ及びｙは１以上３以下の整数で、ｘ＋ｙ＝４の関係が成立する。）で表され、かつ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、あるいはそれを含む混合冷媒である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１０］前記反応性冷媒が、テトラフルオロプロペン、またはペンタフルオロプロペンである冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含む混合冷媒である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１１］前記反応性冷媒が、トリフルオロエチレン、またはジフルオロエチレンである冷媒、あるいはそれらの少なくとも１種を含む混合冷媒である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１２］前記反応性冷媒が、トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとを含み、前記反応性冷媒の総質量に対するトリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量の割合が９０質量％を超え１００質量％以下であり、トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量に対する、トリフルオロエチレンの割合が３質量％以上３５質量％以下、１，１，１，２−テトラフルオロエタンの割合が１０質量％以上５３質量％以下、ペンタフルオロエタンの割合が４質量％以上５０質量％以下、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンの割合が５質量％以上５０質量％以下である、［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１３］前記回避機能が、前記経路外への前記反応性冷媒の漏洩を検出するセンサと、前記センサにより前記反応性冷媒の漏洩が検出されたときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置とを具備する［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１４］前記回避機能が、前記経路内の温度を検出するセンサと、前記センサにより検出された温度が、予め設定した正常な運転状態を維持するための温度範囲から逸脱した場合に前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置とを具備する［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１５］前記回避機能が、前記圧縮機構に設けた駆動部に設置したセンサにより検出された駆動部の温度、あるいは、圧縮機構吐出配管または圧縮機構側面に設置したセンサから検出された温度から前記駆動部の温度を推定した推定温度が、予め設定した前記駆動部の正常な運転状態を維持するための温度範囲から逸脱した場合に前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置を具備する［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１６］前記回避機能が、前記圧縮機構を駆動する駆動部の消費電力と回転数から回転トルクを算出し、算出した回転トルクの値が、予め設定した正常な運転状態を維持するための範囲から逸脱したときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置とを具備する［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１７］前記回避機能が、前記経路を循環する前記反応性冷媒の流量を検出するセンサと、前記センサにより検出された流量が、予め設定した正常な運転範囲から逸脱したときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置とを具備する［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１８］前記回避機能が、前記経路内に設けられた前記反応性冷媒の流量調整弁の開度を検出するセンサと、前記センサにより検出された前記流量調整弁の開度が、予め設定した正常な開度の範囲から逸脱したときに前記反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う制御装置とを具備する［１］に記載の熱サイクルシステム。
［１９］前記回避機能が、前記異常な状態が検出された場合、前記圧縮機構の駆動部の周波数を低下させ、あるいは、前記圧縮機構を逆サイクル運転として前記経路内の圧力を降下させたのち、必要に応じて圧縮機構を停止する制御装置を具備する［３］に記載の熱サイクルシステム。
［２０］前記回避機能が、前記圧縮機構の吸入側の配管と吐出側の配管とを連通させるバイパス配管と、前記バイパス配管を開放／閉塞する弁と、前記異常な状態が検出された場合、前記弁を開放制御し、前記バイパス配管を連通させて前記経路内の圧力を降下させたのち、必要に応じて前記圧縮機構を停止する制御装置とを具備する［３］に記載の熱サイクルシステム。
［２１］前記回避機能が、前記熱交換器に送風して冷却するファンと、前記異常な状態に陥ったとき、前記ファンを駆動して風量を増加させて前記経路内の前記反応性冷媒の温度を降下させる制御装置とを具備する［３］に記載の熱サイクルシステム。
［２２］前記回避機能が、前記経路内を循環する前記反応性冷媒を装置外へ放出可能な解放弁と、前記異常な状態に陥ったとき、前記解放弁を開放して前記経路内の圧力を降下させる制御装置とを具備する［３］に記載の熱サイクルシステム。
［２３］前記圧縮機構に設けられ、絶縁フィルムで表面を被膜したモータを備え、前記絶縁フィルムが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、その他、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に代表される含フッ素熱可塑性樹脂、あるいはそれらの積層体からなり、上記絶縁フィルムの引張強度保持率が５０％を超えるように、飽和水分量を調整できる冷凍機油を使用した［１］に記載の熱サイクルシステム。
［２４］前記圧縮機構における密閉容器の内部の絶縁材料として、ポリビニルフォルマール、ポリエステル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、その他、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に代表される含フッ素熱可塑性樹脂、の群から選ばれる［１］に記載の熱サイクルシステム。
［２５］前記圧縮機構が、希土類・鉄・ホウ素系永久磁石で構成した回転子を有するモータを備え、前記回転子の表面にアルミニウムコーティングを施した［１］に記載の熱サイクルシステム。
［２６］前記圧縮機構が、回転部と固定部とで構成されたモータを備え、前記回転部と前記固定部との摺動部の表面を、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）の窒化物または炭化物あるいは硬質炭素膜でコーティングした［１］に記載の熱サイクルシステム。
［２７］前記冷凍サイクルにおいて、マクロポーラス型の弱塩基性イオン交換樹脂、キレート樹脂ならびに水分吸着剤を含む有機酸および遊離金属イオンを捕捉する捕捉機構をさらに備え、前記反応性冷媒の分解触媒となりえる有機酸および遊離金属イオンを捕捉する［１］に記載の熱サイクルシステム。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱サイクルシステムによれば、反応性冷媒を用いた場合であっても安全に運用することができる熱サイクルシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の熱サイクルシステムの一例である空気調和装置の概略構成図である。
【図２】図１の空気調和装置における圧縮機の構成の一例を示す縦断面図である。
【図３】図２の圧縮機の構成の一例を示す横断面図である。
【図４】図１の空気調和装置における捕捉機構の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の熱サイクルシステムの実施形態を説明する。
以下、本発明の熱サイクルシステムの一例としての空気調和装置を説明する。
図１に示すように、空気調和装置５０は室外ユニット５０ａと室内ユニット５０ｂとを有しており、室外ユニット５０ａ内に設けた圧縮機構としての圧縮機１２０と四路切換弁５４と膨張機構としての膨張弁５６と開放弁５９と室外熱交換器５７と、室内ユニット５０ｂ内に設けた室内熱交換器５５とを配管で接続し冷媒循環の経路５１を構成している。
【００１６】
室外熱交換器５７にはファン６０が設けられ、室内ユニット５０ｂにはファン６１が設けられており、それぞれのユニットがファン６０、６１の送風により冷却される。開放弁５９は室外ユニット５０ａの側に設けられており、経路５１内を循環する冷媒を室外ユニット５０ａ（装置外）へ放出可能な非常用の弁である。
【００１７】
この空気調和装置５０は上記四路切換弁５４の切換動作によって、冷媒の循環方向を反転可能であり、冷暖房運転が可能である。つまりこの空気調和装置５０は圧縮機１２０と室外ユニット５０ａ（熱源側）の室外熱交換器５７と膨張弁５６と室内ユニット５０ｂ（利用側）の室内熱交換器５５とが順に接続されて冷媒循環が可逆な冷媒の経路５１を構成している。
【００１８】
また空気調和装置５０は制御装置７０と経路５１上または各ユニット内に配置された各種センサＳ１〜Ｓ８と、交流電源７１からの電源供給により圧縮機１２０へ電力を供給するインバータ電源などの電力供給装置７２とを備える。
【００１９】
センサＳ１、Ｓ２は経路５１外への冷媒の漏洩を検出（検知）するセンサである。センサＳ１は室外ユニット５０ａの内部に設けられている。センサＳ２は室内ユニット５０ｂの内部に設けられている。
【００２０】
センサＳ３は圧縮機１２０の吐出管１１６（図２参照）を流れる冷媒の温度を検出するセンサである。センサＳ４は熱源側の熱交換器５７と膨張弁５６との間の配管を流れる冷媒の温度を検出するセンサである。センサＳ５は膨張弁５６の開度を検出するセンサである。センサＳ６は圧縮機１２０の駆動部であるモータ１０２（図２参照）の温度を検出するセンサである。センサＳ７、Ｓ８は膨張弁５６の前後(入力端と出力端)に配置されており、経路５１（配管内）を循環する冷媒の流量を検出するセンサである。
【００２１】
制御装置７０は各種センサＳ１〜Ｓ８により検出された検出情報を基に上記各機器（圧縮機１２０、四路切換弁５４、膨張弁５６、開放弁５９、室外熱交換器５７、室内熱交換器５５、ファン６０、６１）を制御する。具体的には制御装置７０は圧縮機１２０のモータへ電力を供給する電力供給装置７２に対して駆動制御を行うことで圧縮機１２０を駆動する。開放弁５９は経路５１から分岐したユニット外部への配管５８に開放／閉塞可能に設けられており通常は閉塞されている。開放弁５９は回避動作の際に制御装置７０により開放される。
【００２２】
ここで、この空気調和装置５０の概要的な運転動作を説明する。
暖房運転では、上記四路切換弁５４が図１に実線で示すように設定される。この状態で上記圧縮機１２０を運転すると、上記室内熱交換器５５が凝縮器となり、上記室外熱交換器５７が蒸発器となって冷凍サイクルが行われる。
【００２３】
上記圧縮機１２０から吐出された高圧冷媒は、上記四路切換弁５４を経て（図１の点ｄ２）、室内熱交換器５５に流れて室内空気へ放熱し凝縮する（図１の点ｄ３）。凝縮した高圧冷媒は、膨張弁５６で減圧されて低圧冷媒となり（図１の点ｄ４）、室外熱交換器５７に流入する。
【００２４】
室外熱交換器５７に流入した低圧冷媒は、室外空気から吸熱し蒸発する。蒸発した低圧冷媒は、四路切換弁５４を経て図１の点ｄ１を通って圧縮機１２０に吸入される。そして、吸入された低圧冷媒は、圧縮されて、再び高圧冷媒となって吐出される。この動作を繰り返すことにより、上記空気調和装置５０の暖房運転が行われる。
【００２５】
空気調和装置５０は、室内熱交換器５５および室外熱交換器５７のいずれにおいても冷房運転時の冷媒流れと暖房運転時の冷媒流れが逆方向になる。例えば、上記室内熱交換器５５および室外熱交換器５７は、冷房運転時において、冷媒の流入側が空気の出口側になり、冷媒の流出側が空気の入口側になる所謂対向流となると、暖房運転時において、冷媒の流入側が空気の入口側になり、冷媒の流出側が空気の出口側になる。
【００２６】
図２、図３に示すように、圧縮機１２０は、ロータリ圧縮機である。このロータリ圧縮機１２０は、密閉容器１０１の上部に固定されたモータ１０２の固定子１０２ａを有する。また、モータ１０２の回転子１０２ｂによって駆動されるシャフト１０４を有する圧縮機構部１０５が、密閉容器１０１の下部に固定されている。圧縮機構部１０５のシリンダ１０６の上端には軸受１０７がボルト等で固定され、下端には軸受１０８がボルト等で固定されている。シリンダ１０６内にはピストン１０９が配置されている。
【００２７】
ピストン１０９にはシャフト１０４の偏心部１０４ａが挿入されており、この偏心部１０４ａによってピストン１０９が偏心回転する。シリンダ１０６のベーン溝１０６ａにベーン１１０が挿入されており、ベーン１１０の背部１１０ｂにベーンバネ１１１が設置されている。このベーンバネ１１１は、ベーン１１０の先端部１１０ａがピストン１０９の外周面に当接するように、ベーン１１０を付勢している。
【００２８】
上記圧縮機１２０を含む経路５１内には以下に示すような反応性冷媒（以下、作動媒体と称することもある。）が封入され、経路５１を循環される。
【００２９】
ここで使用される反応性冷媒は、熱サイクルシステムに使用できる公知の冷媒であって、可燃性、微燃性、自己分解性等の反応性を有する冷媒をいう。このような反応性冷媒を熱サイクルシステム内で使用する場合、異常運転等により熱サイクル内部が異常環境になった場合に、反応性の発現により冷媒の燃焼反応、自己分解反応等が生じる可能性がある。本発明の熱サイクルシステムは、異常状態の生じた場合にも、そのような反応を回避して、安全性を確保しようとするものである。
【００３０】
ここで、可燃性を有する冷媒としては、メタン、エタン、プロパン、プロペン、ブタン、イソブタン、ペンタン、２−メチルブタン、シクロペンタン、ジメチルエーテル、アンモニア等が挙げられる。
【００３１】
ここで、微燃性を有する冷媒としては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、１，２，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｅ）、３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２４３ｚｆ）、１，２，２−トリフルオロ−１−プロペン、２−フルオロ−１−プロペン、１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ−１４３ａ）、１，１−ジフルオロエタン（ＨＦＣ−１５２ａ）、フルオロエタン（ＨＦＣ−１６１）、１，１，２-トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）、１，１−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２ａ）、１，２−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２）等が挙げられる。
【００３２】
また、自己分解性を有する冷媒としては、分子内に二重結合を有する冷媒が挙げられる。ここで自己分解性を有する冷媒としては、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、ヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）、クロロフルオロオレフィン（ＣＦＯ）等が好ましいものとして挙げられ、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）が特に好ましい。
【００３３】
ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）としては、例えば、炭素数が２〜５であるものが好ましく、直鎖状であっても、分岐状であってもよい。このヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）としては、化学式［１］：Ｃ３ＨｍＦｎ（ただし、ｍ及びｎはそれぞれ１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され、かつ、分子構造中に二重結合を１個有するもの、化学式［２］：Ｃ２ＨｘＦｙ（ただし、ｘ及びｙはそれぞれ１以上３以下の整数で、ｘ＋ｙ＝４の関係が成立する。）で表され、かつ、分子構造中に二重結合を１個有するもの、等が好ましいものとして挙げられる。
【００３４】
化学式［１］の反応性冷媒としては、例えば、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、１，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）、１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、１，２，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｅ）、３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ−１２４３ｚｆ）、１，２，２−トリフルオロ−１−プロペン、２−フルオロ−１−プロペン等が好ましいものとして挙げられ、なかでも、フッ素原子を４つ有するテトラフルオロプロペン、フッ素原子を５つ有するペンタフルオロプロペンが好ましい。
【００３５】
化学式［２］の反応性冷媒としては、例えば、１，１−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２ａ）、１，２−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２）、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）、テトラフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１１４）等が挙げられ、なかでも、フッ素原子が２つのジフルオロエチレン、フッ素原子が３つのトリフルオロエチレンが好ましい。
【００３６】
ヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）としては、例えば、炭素数が２〜５であるものが好ましく、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、ヒドロクロロフルオロプロペン、ヒドロクロロフルオロエチレン等が挙げられる。なかでも熱サイクルシステムのサイクル性能（能力）を大きく低下させることなく、作動媒体の燃焼性を充分に抑える点から、１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ）および１−クロロ−１，２−ジフルオロエチレン（ＨＣＦＯ−１１２２）が特に好ましい。
【００３７】
クロロフルオロオレフィン（ＣＦＯ）としては、例えば、炭素数が２〜５であるのが好ましく、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、クロロフルオロプロペン、クロロフルオロエチレン等が挙げられる。なかでも熱サイクルシステムのサイクル性能（能力）を大きく低下させることなく、作動媒体の燃焼性を充分に抑える点から、１，１−ジクロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＣＦＯ−１２１４ｙａ）および１，２−ジクロロ−１，２−ジフルオロエチレン（ＣＦＯ−１１１２）が特に好ましい。
【００３８】
反応性冷媒は、上記のような可燃性、微燃性、自己分解性等の反応性を有する冷媒を必須成分として含有するものであり、上記反応性冷媒を単独で使用しても、２以上の反応性冷媒を混合して使用してもよい。
【００３９】
さらに、反応性冷媒とそれ以外の冷媒とを混合した混合冷媒としてもよい。このとき、反応性冷媒以外の冷媒としては、難燃性であるか、自己分解性のない冷媒化合物が挙げられる。このような冷媒としては、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５）、１，１，２，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）、１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２２７ｅａ）、１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｅａ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロエタン（ＨＦＣ−２３６ｆａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ）、ビス−トリフルオロメチル−サルファイド、二酸化炭素、ヘリウム等が挙げられる。
【００４０】
本発明に使用される反応性冷媒としては、例えばＨＦＯ−１１２３を含有するものが好ましく、ＨＦＯ−１１２３と他の冷媒とを混合して熱サイクル用作動媒体とすることが好ましい。
【００４１】
本発明に使用される熱サイクル用作動媒体が、ＨＦＯ−１１２３に加え任意成分のＨＦＣおよび／または、ＨＦＯ−１１２３以外のＨＦＯを含む場合、該作動媒体１００質量％中のＨＦＣおよび、ＨＦＯ−１１２３以外のＨＦＯの合計の含有量は、５０質量％以下であり、０〜４０質量％が好ましく、０〜３０質量％がより好ましい。作動媒体におけるＨＦＣおよびＨＦＯ−１１２３以外のＨＦＯの合計の含有量は、用いるＨＦＣおよびＨＦＯ−１１２３以外のＨＦＯの種類に応じて、上記範囲内で適宜調整される。このとき、ＨＦＯ−１１２３と組み合わせて熱サイクルに用いた際に、温度勾配を下げる、能力を向上させるまたは効率をより高める観点、さらには地球温暖化係数を勘案して、調整する。
【００４２】
このような混合冷媒としては、例えば、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−３２の２成分からなる混合冷媒が挙げられる。例えば、４０質量％のＨＦＯ−１１２３と、６０質量％のＨＦＣ−３２とからなる混合冷媒を用いることができる。なお、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−３２の混合冷媒は、ＨＦＯ−１１２３の割合が２０質量％以上９０質量％以下でＨＦＣ−３２の割合が１０質量％以上８０質量％以下であればよく、好ましくは、ＨＦＯ−１１２３の割合が３０質量％以上８０質量％以下でＨＦＣ−３２の割合が２０質量％以上７０質量％以下であればよく、更に好ましくは、ＨＦＯ−１１２３の割合が４０質量％以上７０質量％以下でＨＦＣ−３２の割合が３０質量％以上６０質量％以下であるのがよい。
【００４３】
また、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１２５の混合冷媒を用いてもよい。この混合冷媒において、ＨＦＣ−１２５の割合は、１０質量％以上であるのが好ましく、２０質量％以上７０質量％以下であるのが更に好ましい。
また、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４の混合冷媒を用いてもよい。この混合冷媒において、ＨＦＣ−１３４の割合は、１０質量％以上であるのが好ましく、２０質量％以上７０質量％以下であるのが更に好ましい。
また、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２の３成分からなる混合冷媒を用いてもよい。この場合は、２０質量％以上７０質量％以下のＨＦＯ−１１２３と、５質量％以上４０質量％以下のＨＦＣ−１２３４ｙｆと２０質量％以上６０質量％以下のＨＦＣ−３２と、とからなる混合冷媒を用いることができる。
【００４４】
また、反応性冷媒の燃焼性を特に抑制できるものとして、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆの４成分からなる混合冷媒を用いてもよい。この場合、混合冷媒の総質量に対する上記４成分の合計量の割合が９０質量％を超え１００質量％以下であり、上記４成分の合計量に対する、ＨＦＯ−１１２３の割合が３質量％以上３５質量％以下、ＨＦＣ−１３４ａの割合が１０質量％以上５３質量％以下、ＨＦＣ−１２５の割合が４質量％以上５０質量％以下、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が５質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。この混合冷媒は、不燃性で、オゾン層破壊や地球温暖化への影響が少なく、かつ高いサイクル性能を兼ね備えたものである。
【００４５】
また、密閉容器１０１の底部には、反応性冷媒と相溶性のある基油を含む冷凍機油１０３が溜められている。ポリオールエステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールの基油のうち少なくとも１種類を主成分とする冷凍機油１０３を用いることが可能である。本実施の形態の場合、ポリオールエステルだけを主成分とする冷凍機油１０３が用いられている。
【００４６】
ポリオールエステル系冷凍機油１０３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って合成される。冷凍機油１０３の粘度に寄与する多価アルコールとして、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用いられる。
【００４７】
また飽和脂肪酸として、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。なお、直鎖脂肪酸を含むポリオール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。
【００４８】
また、冷凍機油１０３には、磨耗を防止する硫黄系極圧添加剤および冷凍機油の劣化を抑制する添加剤が加えられている。冷凍機油の劣化を抑制する添加剤として、例えばジブチル−ｐ−クレゾールなどの酸化防止剤、含エポキシ化合物などの酸捕捉剤、金属不活性化剤、および消泡剤などの各種の添加剤が冷凍機油１０３に選択的に加えられる。
【００４９】
磨耗を防止する硫黄系極圧添加剤として、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ジアルキルポリスルフィド、ジベンジルジスルフィド、オリゴマポリスルフィドなどが挙げられる。これらの硫黄系極圧添加剤の硫黄架橋数は３以下であることが好ましい。硫黄の架橋長が４以上になると冷凍機油１０３中に硫黄を放出しやすくなり、冷凍サイクル内の配管等に使用されている銅を腐食する可能性がある。
【００５０】
また金属不活性化剤の中には硫黄の銅配管腐食を防止する働きを持つものもあり、このような金属不活性化剤として、ベンゾトリアゾール類を用いることができる。極圧効果を向上させるためにはリン系極圧添加剤を使用してもよい。リン系極圧添加剤として、トリクレジルフォスフェート、トリフェニルフォスフェートなどのリン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩などを用いることが可能である。好ましくは、冷凍機油１０３との相溶性に優れた、トリクレジルフォスフェート、トリフェニルフォスフェートなどの酸性リン酸エステルがよい。リン系極圧添加剤は、硫黄系極圧添加剤に比べて、低荷重下での磨耗防止効果が高い。そのため、硫黄系極圧添加剤とリン系極圧添加剤とを併用することは、インバータ制御により広い周波数範囲で運転される空気調和装置５０の圧縮機１２０に最適である。
【００５１】
上記したように、本実施の形態のロータリ圧縮機１２０において、ピストン１０９がシリンダ１０６内を偏心回転しつつベーン１１０の先端部１１０ａを押し続けることにより、冷媒が吸入され、圧縮され、そして吐出される。このため、摺動部となるベーン１１０の先端部１１０ａにコーティング膜を形成することにより、ベーン１１０の先端部１１０ａ以外の部分に比べて高い硬度を備える。
【００５２】
つまりこのロータリ圧縮機１２０において、ピストン１０９（回転部）との摺動部（シリンダ１０６およびベーン１１０（固定部）の先端部１１０ａ）の表面が、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）の窒化物または炭化物あるいは硬質炭素膜でコーティングされている。
【００５３】
具体的には、コーティング膜として、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＤＬＣ（ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ（ダイヤモンドライクカーボン））、ＴｉＮ（窒化チタン）などが挙げられる。ベーン１１０の先端部１１０ａのコーティング膜は、極性保持効果を有し、例えばベンゼン環がつながったグラファイトなどが分散することによって構成されている。冷凍機油１０３が近づくと、冷凍機油１０３の極性に誘起されてコーティング膜に分極が起こり、コーティング膜が極性を持つ。
【００５４】
この結果、冷凍機油１０３内の極圧添加剤が吸着されてコーティング膜上に極圧層（極圧添加剤膜）が形成される。このように摺動部に形成された極圧層により、過酷な摺動条件の場合でも（例えば−１０℃以下の外気温で半日放置された後に最大能力で圧縮機１２０の運転を開始する場合でも）、摺動部の潤滑油が不足せず、摺動部の異常摩耗が抑制される。
【００５５】
上記のように構成された空気調和装置５０においては、例えば圧縮機１２０の吐出管１１６を流れる冷媒の温度が、例えば１１５℃以上の高温、または圧力的には例えば４．３ＭＰａ以上の高圧になった場合、冷媒が反応状態に陥る可能性がある。この状態は例えば経路５１内において各機構および各熱交換器のいずれかが異常な状態に陥ったときに生ずる。
【００５６】
このような場合に備え、この実施形態の空気調和装置５０は経路５１において反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避する回避機能を有し、制御装置７０は回避機能の一部を担うものとする。
【００５７】
制御装置７０は経路５１内の温度もしくは圧力または熱サイクルケーシング内外の温度もしくは冷媒の濃度の測定値、あるいはそれらから算出した制御情報の組み合わせが、予め正常な範囲として設定した閾値を逸脱した場合に冷媒が反応状態に陥る条件を満たしシステムとして異常な状態が検出されたものと判定し、閾値の範囲内に戻った場合に異常な状態から脱出したものと判定し、この判定結果に基づき以下のような回避制御を行う。
【００５８】
以下、回避制御の例を順に説明する。
（第１制御例）
この空気調和装置５０には経路５１外への冷媒の漏洩を検出するセンサＳ１、Ｓ２が各ユニットに設けられており、これらセンサＳ１、Ｓ２により経路５１外への反応性冷媒の漏洩が検出されたときに制御装置７０は異常な状態が検出されたものと判定し冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う。
【００５９】
（第２制御例）
この空気調和装置５０には経路５１内の温度を検出するセンサＳ３が設けられており、制御装置７０はセンサＳ３により検出された温度が、予め設定した正常な運転状態を維持するための温度範囲から逸脱した場合に異常な状態が検出されたものと判定し冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う。
【００６０】
（第３制御例）
この空気調和装置５０の圧縮機１２０にはモータ１０２（駆動部）の温度を検出するセンサＳ６が設けられており、制御装置７０はセンサＳ６により検出された温度が、予め設定したモータ１０２の正常な運転状態を維持するための温度範囲から逸脱した場合に制御装置７０は異常な状態が検出されたものと判定し冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う。なお圧縮機１２０の吐出管１１６の温度や圧縮機１２０の側面の温度を検知することでモータ１０２（駆動部）の温度を間接的に推定してもよい。
【００６１】
（第４制御例）
制御装置７０は圧縮機１２０のモータ１０２（駆動部）の消費電力と回転数とから回転トルクを算出し、算出した回転トルクの値が、予め設定した正常な運転状態を維持するための範囲から逸脱したときに異常な状態が検出されたものと判定し冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う。
【００６２】
（第５制御例）
経路５１を循環する冷媒の流量を検出するセンサＳ４が設けられており、制御装置７０はセンサＳ４により検出された流量が、予め設定した正常な運転範囲から逸脱したときに異常な状態が検出されたものと判定し冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う。
【００６３】
（第６制御例）
膨張弁５６には弁の開度を検出するセンサＳ５が設けられており、制御装置７０はセンサＳ５により検出された弁の開度が、予め設定した一定の閾値の範囲（予め設定した正常な開度の範囲）から逸脱した場合に異常な状態が検出されたものと判定し、冷媒が反応状態に陥ることを回避する制御を行う。
【００６４】
（第７制御例）
制御装置７０は上記各例において各センサから得られた検出値が閾値の範囲から逸脱して異常な状態が検出されたものと判定し、圧縮機１２０を逆サイクル運転として経路５１内の圧力を降下させたのち、必要に応じて圧縮機１２０を停止させる。必要に応じてとは、逆サイクル運転したときに経路５１内の圧力が異常状態から脱出しなかった場合にさらなる回避制御が必要であり、この場合である。なお異常な状態が検出された場合、制御装置７０が圧縮機１２０のモータ１０２（駆動部）の周波数を低下させて経路５１内の圧力を降下させてもよい。
【００６５】
（第８制御例）
図２に示すように、圧縮機１２０の吸入側の配管と吐出側の配管とを連通させるバイパス配管６３と、このバイパス配管６３を開放／閉塞する弁６４と、上記のような異常な状態が検出されたとき、弁６４を開放制御してバイパス配管６３を連通させて経路５１内の圧力を降下させたのち、必要に応じて圧縮機構を停止する制御装置７０を備える。必要に応じてとは、弁６４を開放制御してバイパス配管６３を連通させたときに経路５１内の圧力が異常状態から脱出しなかった場合にさらなる回避制御が必要であり、この場合である。
【００６６】
このような弁の制御例としては、この他、上記の異常な状態に陥ったとき、膨張機構である膨張弁５６の開度を制御して経路５１内の圧力を降下させるようにしてもよい。また異常な状態が検出された場合、制御装置７０が圧縮機１２０のモータ１０２（駆動部）の周波数を低下させて経路５１内の圧力を降下させてもよい。
【００６７】
（第９制御例）
この空気調和装置５０の室外ユニット５０ａには室外熱交換器５７に送風して冷却するファン６０が設けられており、制御装置７０は上記のような異常な状態が検出されたとき、ファン６０を強制的に駆動して風量を増加させて経路５１内の冷媒の温度を降下させる。
【００６８】
（第１０制御例）
この空気調和装置５０の室外ユニット５０ａには経路５１内を循環する冷媒を装置外へ放出可能な解放弁５９が設けられており、制御装置７０は上記のような異常な状態が検出されたとき、解放弁５９を開放して経路５１内の圧力を降下させる。
【００６９】
上述した制御装置７０が行う制御例において、具体的な回避制御の例を説明する。制御装置７０は圧縮機１２０のモータ１０２へ電力を供給するインバータ電源などの電力供給源７２に対して駆動停止制御を行い圧縮機１２０の冷媒圧縮動作を停止する。
【００７０】
この他、例えば経路５１または冷媒の温度を低下させるための制御、経路５１内部の圧力を降下させるための制御、あるいはこれら制御を二つ以上組み合わせて各機器を制御して異常な状態から脱出することを行ってもよい。
なお、上記説明では、圧縮機としてロータリ圧縮機１２０を例に説明したが、公知の圧縮機であれば特に限定されずに適用できる。他の圧縮機としては、例えば、ピストンクランク式圧縮機、ピストン斜板式圧縮機、回転ピストン式圧縮機、ロータリーベーン式圧縮機、シングルローター式圧縮機、ツインローター式圧縮機、遠心式圧縮機等が挙げられる。
【００７１】
以下の例は制御装置７０による制御ではなく、反応性冷媒の反応に寄与しない材料を用いて回避機能を実現する例である。
【００７２】
（例１）
圧縮機１２０の回転子１０２ｂを反応性冷媒の反応に寄与しない材料、例えば希土類・鉄・ホウ素系の永久磁石で構成する。この回転子１０２ｂの表面にはアルミニウムコーティングを施す。このように圧縮機１２０の密閉容器１０１内で用いる材料は反応性冷媒の反応範囲において反応条件を満たさないような絶縁性、形状安定性、気密性、あるいは耐摩耗性などの機能を備えた材料（機能を失わない材料）であればよく、これらの組み合わせであってもよい。
この希土類・鉄・ホウ素系の永久磁石は、固有保磁力が１．７ＭＡ・ｍ−１以上である。上記希土類・鉄・ホウ素系の永久磁石を有するモータ１０２は、従来におけるフェライト磁石を有するモータ１０２よりも小型かつ出力が大きく、定格出力が１．９ｋＷ以上である。
【００７３】
（例２）
この例２は経路５１内に有機酸及び遊離金属イオンを捕捉する捕捉機構を設けることで回避機能を実現する例である。
【００７４】
捕捉機構は、図４に示すように、ビーズ状の水分吸収剤２０７、ビーズ状のイオン交換樹脂２０８及びビーズ状のキレート樹脂２０９をメッシュ２１０で挟んで、作動流体が流通可能な容器２１１に収納した、有機酸及び遊離金属イオン捕捉機構２１２である。
【００７５】
この有機酸及び遊離金属イオン捕捉機構２１２を設置する場所としては、流動抵抗が小さく、液相状態で冷媒が流れる経路５１上の部位、例えばセンサＳ７の位置付近が好ましい。なお有機酸及び遊離金属イオンを捕捉するイオン交換樹脂及びキレート樹脂と水分吸収剤を分離して別々の容器に収納しても構わない。
【００７６】
この場合、捕捉機構２１２はマクロポーラス型の弱塩基性イオン交換樹脂、キレート樹脂および水分吸着剤を含む有機酸および遊離金属イオンを捕捉する。このように反応性冷媒の分解触媒となりえる有機酸および遊離金属イオンを経路５１内で捕捉することで、ポリオールエステル冷凍機油の加水分解に伴い生成され、また加水分解反応を促進する要因にもなる有機酸濃度の上昇を抑制・低下させることが可能となり、さらにはこれら有機酸と反応することにより生成される、膨張弁などの配管で析出、閉塞現象を起こす原因となる脂肪酸金属塩での金属イオン成分を除去することができ、反応性冷媒が反応状態に陥ることを回避し、空気調和装置５０を長期間に渡って安定に動作させることができる。
【００７７】
これは、特に、ハイドロフルオロカーボンを含む反応性冷媒とポリオールエステル冷凍機油を作動流体とする場合に、ポリオールエステル冷凍機油の加水分解に伴い生成され、また加水分解反応を促進する要因にもなる有機酸濃度の上昇を抑制・低下させることが可能となる点で効果的である。さらにはこれら有機酸と反応することにより生成される脂肪酸金属塩での金属イオン成分を除去することができ、これにより膨張弁・キャピラリー等のシステム内細管部位で析出、閉塞現象を防止して、長期間に渡って安定に動作可能な熱サイクルシステムを得ることができる。
【００７８】
ここで用いる水分吸収剤としてはゼオライト、シリカゲル、活性白土、活性アルミナ等が挙げられ、特にゼオライトが好ましい。また、弱塩基性イオン交換樹脂ではマクロポーラス型の樹脂が好ましく、母体樹脂としてスチレン・アクリル系架橋剤共重合樹脂、スチレン・ジビニルベンゼン共重合樹脂、交換基として３級あるいは４級アミノ基が挙げられ、特に交換容量が大きく、有機汚染、物理的強度に優れたスチレン・ジビニルベンゼン共重合体を母体樹脂とするマクロポーラス型の弱塩基性イオン交換樹脂が好ましい。また、キレート樹脂としては、スチレン系、アクリル系、フェノール系の高分子基体にイミノジ酢酸基、ポリアミン基、チオール基、ジチオカルバミド酸基等の官能基を付与させたものが挙げられ、特に弱酸キレート構造のイミノジ酢酸基を有するキレート樹脂が好ましい。
【００７９】
このように回避機能を作用させることで、装置内部が、高温または高圧となった場合であっても、反応性冷媒の燃焼反応、自己分解反応等の進行を効果的に抑えることができる。
【００８０】
（例３）
圧縮機１２０のモータ１０２（駆動部）に用いる絶縁フィルムが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、その他、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に代表される含フッ素熱可塑性樹脂、あるいはそれらの積層体であり、絶縁フィルムの引張強度保持率が５０％を超えるように飽和水分量を調整できる冷凍機油を使用する。
【００８１】
上記絶縁フィルムは、例えば、使用する反応性冷媒によっては、その特性によって圧縮機１２０から吐出される際の温度が高くなり圧縮機１２０自体の温度が高温になるため、経路内に水分が多く含まれると加水分解して引張強度が低下するおそれがある。しかしながら、例えば、冷凍機油としてポリビニルエーテル油を使用すると、このポリビニルエーテル油は吸水性であるので、圧縮機や熱サイクルシステムの製造工程や施工の際に経路内に混入した水分を吸収し、経路内の絶縁フィルムが保持する水分量を少なくできる。そのため、上記圧縮機１２０のモータ１０２がＰＥＴまたはＰＥＮ等からなる絶縁フィルムを備えており、圧縮機１２０内が高温となった場合においても加水分解し難い。したがって、上記絶縁フィルムは劣化せず、モータ１０２の絶縁が保たれ、空気調和機の性能を安定して維持できる。
【００８２】
（例４）
圧縮機１２０における密閉容器１０１の内部の絶縁材料を、ポリビニルフォルマール、ポリエステル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、その他、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に代表される含フッ素熱可塑性樹脂、の群の中の一つまたは複数を選んで使用する。
【００８３】
＜熱サイクルシステムの適用例＞
上述した実施形態の空気調和装置５０として、具体的には、ルームエアコン、パッケージエアコン（店舗用パッケージエアコン、ビル用パッケージエアコン、設備用パッケージエアコン等）、ガスエンジンヒートポンプ、列車用空調装置、自動車用空調装置等が挙げられる。この他に、熱サイクルシステムとしては、例えば冷凍・冷蔵機器、発電システム、熱輸送装置および二次冷却機などへの適用が考えられる。
【００８４】
冷凍・冷蔵機器として、具体的には、ショーケース（内蔵型ショーケース、別置型ショーケース等）、業務用冷凍・冷蔵庫、自動販売機、製氷機等が挙げられる。
【００８５】
発電システムとしては、ランキンサイクルシステムによる発電システムが好ましい。
【００８６】
発電システムとして、具体的には、蒸発器において地熱エネルギー、太陽熱、５０〜２００℃程度の中〜高温度域廃熱等により作動媒体を加熱し、高温高圧状態の蒸気となった作動媒体を膨張機にて断熱膨張させ、該断熱膨張によって発生する仕事によって発電機を駆動させ、発電を行うシステムが例示される。
【００８７】
また、本発明の熱サイクルシステムは、熱輸送装置であってもよい。熱輸送装置としては、潜熱輸送装置が好ましい。
【００８８】
潜熱輸送装置としては、装置内に封入された作動媒体の蒸発、沸騰、凝縮等の現象を利用して潜熱輸送を行うヒートパイプおよび二相密閉型熱サイフォン装置が挙げられる。ヒートパイプは、半導体素子や電子機器の発熱部の冷却装置等、比較的小型の冷却装置に適用される。二相密閉型熱サイフォンは、ウィッグを必要とせず構造が簡単であることから、ガス−ガス型熱交換器、道路の融雪促進および凍結防止等に広く利用される。
【００８９】
上記した熱サイクルシステムは、反応性冷媒を用いた場合に、異常運転等が生じた場合においても反応性冷媒の燃焼反応、自己分解反応等を効果的に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の熱サイクルシステムは、冷凍・冷蔵機器（内蔵型ショーケース、別置型ショーケース、業務用冷凍・冷蔵庫、自動販売機、製氷機等）、空調機器（ルームエアコン、店舗用パッケージエアコン、ビル用パッケージエアコン、設備用パッケージエアコン、ガスエンジンヒートポンプ、列車用空調装置、自動車用空調装置等）、発電システム（廃熱回収発電等）、熱輸送装置（ヒートパイプ等）、二次冷却機等として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
Ｓ１〜Ｓ８…センサ、５０…空気調和装置、５０ａ…室外ユニット、５０ｂ…室内ユニット、５１…経路、５４…四路切換弁、５５…室内熱交換器、５６…膨張弁、５７…室外熱交換器、５８…配管、５９…開放弁、６０，６１…ファン、７０…制御装置、１１６…吐出管、１２０…圧縮機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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