(57)【要約】【課題】二酸化炭素冷媒が充填される冷媒回路を備える冷凍装置において、銅メッキ現象を抑制し、その信頼性を向上させる。【解決手段】空気調和装置１は、冷媒回路２と、二酸化炭素冷媒と、潤滑油と、酸中和剤とを備えている。冷媒回路２には、圧縮機１１と、室内熱交換器３１と、室外熱交換器１３と、第１膨張弁１５と、第２膨張弁１７とが接続されている。二酸化炭素冷媒は、冷媒回路２に充填される。潤滑油は、圧縮機１１に充填されている。酸中和剤は、潤滑油に混入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１１）と、利用側熱交換器（３１）と、熱源側熱交換器（１３）と、膨張機構（１５，１７）とが接続されている冷媒回路（２）と、
前記冷媒回路（２）に充填される二酸化炭素冷媒と、
主に前記圧縮機（１１）に充填される潤滑油と、
前記潤滑油に混入される酸中和剤と、
を備える冷凍装置（１）。
【請求項２】
前記酸中和剤は、塩基性清浄剤である、
請求項１に記載の冷凍装置（１）。
【請求項３】
前記酸中和剤は、スルホネート、フェネート、サリシレートおよびナフテネートよりなる群から選択される少なくとも１つの塩基性清浄剤である、
請求項２に記載の冷凍装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅メッキ現象を抑制することができる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、冷凍装置では、冷媒回路中の冷媒に混入している水分等によって下記化学反応式（１）〜（４）に示される反応が起こり、冷媒中に銅イオンが発生する。冷媒中に銅イオンが発生すると、下記化学反応式（５）に示される反応が起こるため、冷凍装置の構成部品が銅メッキされるという現象（以下、銅メッキ現象という）が生じる。この銅メッキ現象が圧縮機の摺動部品の表面に対して生じると、圧縮機の稼働時に騒音が発生するため、圧縮機の信頼性に悪影響を及ぼすという問題が生じる。
【０００３】
また、下記化学反応式（１）〜（３）に示される反応が起こることで発生する水素イオン等の酸性物質によって、冷凍装置内の構成部品の金属材料が腐食する。さらに、冷凍装置内に工程副資材として塩素含有成分が残留していると、下記化学反応式（６）に示される反応が起こる。このため、強酸である塩化水素が発生し、金属材料の腐食や銅メッキ現象が更に加速することになる。
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【０００４】
そこで、ハイドロフルオロカーボン系冷媒（以下、ＨＦＣ系冷媒という）を使用した冷凍装置において、銅メッキ現象や酸性物質の生成を抑制するために、冷凍機油に特定のカルボジイミド化合物を添加する方法（特許文献１参照）や、冷凍機油として炭化水素油を適用し環状ポリエーテル油を添加する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平８−１２０２８８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では、工業技術の発展に伴って、冷媒回路内の冷媒として二酸化炭素冷媒が適用されることがある。二酸化炭素冷媒はＨＦＣ系冷媒に比べて飽和水分量が少ないため、冷凍装置の冷媒として二酸化炭素冷媒が適用される場合、ＨＦＣ系冷媒が適用される場合と比較して、冷凍装置内に混入している水分が液体状態で現れやすくなる。このため、酸性物質が更に発生しやすくなり、銅メッキ現象が更に生じやすくなる。したがって、圧縮機の信頼性に更に悪影響を及ぼすという問題が生じることになる。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１および特許文献２に開示されている添加剤を利用することが考えられるが、冷媒として二酸化炭素が用いられる場合、銅メッキ現象を抑制できないおそれがある。
【０００７】
本発明の課題は、二酸化炭素冷媒が充填される冷媒回路を備える冷凍装置において、銅メッキ現象を抑制し、その信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る冷凍装置は、冷媒回路と、二酸化炭素冷媒と、潤滑油と、酸中和剤とを備えている。冷媒回路には、圧縮機と、利用側熱交換器と、熱源側熱交換器と、膨張機構とが接続されている。二酸化炭素冷媒は、冷媒回路に充填される。潤滑油は、圧縮機に充填されている。酸中和剤は、潤滑油に混入されている。
【０００９】
第１発明に係る冷凍装置では、圧縮機に充填されている潤滑油には、酸中和剤が混入されている。このため、冷凍装置が稼働することによって生成される酸性物質が中和される。したがって、酸性物質による金属材料の腐食を抑えるとともに、銅メッキ現象の発生を抑制することができる。
【００１０】
これによって、二酸化炭素冷媒が充填される冷媒回路を備える冷凍装置において、銅メッキ現象を抑制し、その信頼性を向上することができる。
【００１１】
第２発明に係る冷凍装置は、第１発明の冷凍装置であって、酸中和剤は、塩基性の清浄剤である。清浄剤は、圧縮機の稼働時に生成された劣化物が不溶性のスラッジとなることを防ぐことができる。このため、この冷凍装置では、スラッジの発生を抑制することができる。
【００１２】
第３発明に係る冷凍装置は、第２発明の冷凍装置であって、酸中和剤は、スルホネート、フェネート、サリシレートおよびナフテネートよりなる群から選択される少なくとも１つの塩基性清浄剤である。発明者が鋭意検討した結果、スルホネート、フェネート、サリシレートおよびナフテネートよりなる群から選択される少なくとも１つの清浄剤が酸中和剤に適していることが判明した。したがって、この冷凍装置では、スルホネート、フェネート、サリシレートおよびナフテネートよりなる群から選択される少なくとも１つの塩基性清浄剤を酸中和剤として使用することで、高い効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明に係る冷凍装置では、二酸化炭素冷媒が充填される冷媒回路を備える冷凍装置において、銅メッキ現象を抑制し、その信頼性を向上することができる。
【００１４】
第２発明に係る冷凍装置では、スラッジの発生を抑制することができる。
【００１５】
第３発明に係る冷凍装置では、スルホネート、フェネート、サリシレートおよびナフテネートよりなる群から選択される少なくとも１つの塩基性清浄剤を酸中和剤として使用することで、高い効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜空気調和装置の構成＞
本発明の実施形態に係る空気調和装置１の概略冷媒回路２を図１に示す。
【００１７】
この空気調和装置１は、冷房運転及び暖房運転が可能な空気調和装置であって、主に、冷媒回路２、後述する室外ファン２６および室内ファン３２等から構成されている。なお、この冷媒回路２には、二酸化炭素冷媒が充填されている。
【００１８】
冷媒回路２には、主に、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、内部熱交換器１４、第１膨張弁１５、受液器１６、第２膨張弁１７及び室内熱交換器３１が配備されており、各装置は、図１に示されるように、冷媒配管を介して接続されている。
【００１９】
また、本実施形態において、空気調和装置１は、分離型の空気調和装置であって、室内熱交換器３１及び室内ファン３２を主に有する室内ユニット３０と、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、内部熱交換器１４、第１膨張弁１５、受液器１６及び第２膨張弁１７を主に有する室外ユニット１０と、室内ユニット３０の冷媒液配管３３と室外ユニット１０の冷媒液配管２０とを接続する第１連絡配管４１と、室内ユニット３０の冷媒ガス配管３４と室外ユニット１０の冷媒ガス配管２１とを接続する第２連絡配管４２とから構成されている。なお、室外ユニット１０の冷媒液配管２０と第１連絡配管４１とは室外ユニット１０の第１閉鎖弁１８を介して、室外ユニット１０の冷媒ガス配管２１と第２連絡配管４２とは室外ユニット１０の第２閉鎖弁１９を介してそれぞれ接続されている。また、第１閉鎖弁１８および第２閉鎖弁１９は、これら配管２０，２１，４１，４２を接続した後から開状態とされる。
【００２０】
（１）室内ユニット
室内ユニット３０は、主に、室内熱交換器３１及び室内ファン３２等を有している。
【００２１】
室内熱交換器３１は、空調室内の空気である室内空気と冷媒との間で熱交換をさせるため熱交換器である。
【００２２】
室内ファン３２は、室内ユニット３０内に空調室内の空気を取り込み、室内熱交換器３１を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び空調室内へ送り出すためのファンである。
【００２３】
そして、この室内ユニット３０は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファン３２により内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器３１を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気（冷気）を生成し、暖房運転時には室内ファン３２により内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器３１を流れる超臨界状態の冷媒とを熱交換させて調和空気（暖気）を生成することが可能となっている。
【００２４】
（２）室外ユニット
室外ユニット１０は、主に、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、内部熱交換器１４、第１膨張弁１５、受液器１６、第２膨張弁１７及び室外ファン２６等を有している。
【００２５】
圧縮機１１は、吸入管を流れる低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して超臨界状態とした後、吐出管に吐出するための装置である。なお、この圧縮機１１には、ポリアルキレングリコール油、ポリビニルエーテル油、鉱物油（ナフテンおよびパラフィン等）、アルキルベンゼン油、ポリオールエステル油および環状エーテル油よりなる群から選択される少なくとも１つの潤滑油が注入されている。また、この潤滑油には、酸中和剤として塩基性清浄分散剤が所定量添加されている。なお、酸中和剤として利用される塩基性清浄分散剤としては、例えば、スルホネート（下記化式１参照）、フェネート（下記化式２参照）、サリシレート（下記化式３参照）およびナフテネート等が挙げられる。
【００２６】
【化１】
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【００２７】
【化２】
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【００２８】
【化３】
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【００２９】
四路切換弁１２は、各運転に対応して冷媒の流れ方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と室内熱交換器３１のガス側とを内部熱交換器１４を介して接続することが可能である。また、暖房運転時には、四路切換弁１２は、圧縮機１１の吐出側と第２閉鎖弁１９とを内部熱交換器１４を介して接続するとともに圧縮機１１の吸入側と室外熱交換器１３のガス側とを接続することが可能である。
【００３０】
室外熱交換器１３は、冷房運転時において圧縮機１１から吐出された高圧の超臨界状態の冷媒を空調室外の空気を熱源として冷却させることが可能であり、暖房運転時には、室内熱交換器３１から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。
【００３１】
内部熱交換器１４は、室外熱交換器１３の液側と第１膨張弁１５とを接続する冷媒配管（以下、第１冷媒配管という）と、四路切換弁１２と圧縮機１１とを接続する冷媒配管（以下、第２冷媒配管という）とを近傍に配置することによって構成された熱交換器である。この内部熱交換器１４では、冷房運転時において第１冷媒配管に流れる高温高圧の超臨界状態の冷媒と第２冷媒配管を流れる低温低圧のガス冷媒との間で熱交換が行われる。
【００３２】
第１膨張弁１５は、室外熱交換器１３の液側から流出する超臨界状態の冷媒（冷房運転時）あるいは受液器１６を通って流入する液冷媒（暖房運転時）を減圧するためのものである。
【００３３】
受液器１６は、運転モードや空調負荷に応じて余剰となる冷媒を貯蔵しておくためのものである。
【００３４】
第２膨張弁１７は、受液器１６を通って流入してくる液冷媒（冷房運転時）あるいは室内熱交換器３１の液側から流出する超臨界状態の冷媒（暖房運転時）を減圧するためのものである。
【００３５】
室外ファン２６は、室外ユニット１０内に室外の空気を取り込み、室外熱交換器１３を介して冷媒と熱交換した後の空気を排出するためのファンである。
【００３６】
＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置１の運転動作について、図１を用いて説明する。この空気調和装置１は、上述したように冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。
【００３７】
（１）冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁１２が図１の実線で示される状態、即ち、圧縮機１１の吐出側が室外熱交換器１３のガス側に接続され、かつ、圧縮機１１の吸入側が内部熱交換器１４を介して第２閉鎖弁１９に接続された状態となる。また、このとき、上述のように、第１閉鎖弁１８及び第２閉鎖弁１９は開状態となる。
【００３８】
この冷媒回路２の状態で、圧縮機１１が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機１１に吸入されて圧縮されて超臨界状態となった後、四路切換弁１２を経由して室外熱交換器１３に送られ、室外熱交換器１３において冷却される。
【００３９】
そして、この冷却された超臨界状態の冷媒は、内部熱交換器１４を経由して第１膨張弁１５に送られる。なお、このとき、この超臨界状態の冷媒は、内部熱交換器１４の第２冷媒配管に流れる低温のガス冷媒により冷却される。そして、第１膨張弁１５に送られた超臨界状態の冷媒は、減圧されて飽和状態とされたあとに受液器１６を経由して第２膨張弁１７に送られる。第２膨張弁１７に送られた飽和状態の冷媒は、減圧されて液冷媒となった後に第１閉鎖弁１８を経由して室内熱交換器３１に供給され、室内空気を冷却するとともに、蒸発されてガス冷媒となる。
【００４０】
そして、そのガス冷媒は、第２閉鎖弁１９、内部熱交換器１４及び四路切換弁１２を経由して、再び、圧縮機１１に吸入される。なお、このとき、このガス冷媒は、内部熱交換器１４の第１冷媒配管に流れる高温の超臨界状態の冷媒により加熱される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００４１】
（２）暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁１２が図１の破線で示される状態、即ち、圧縮機１１の吐出側が第２閉鎖弁１９に接続され、かつ、圧縮機１１の吸入側が内部熱交換器１４を介して室外熱交換器１３のガス側に接続された状態となっている。また、このとき、上述のように、第１閉鎖弁１８及び第２閉鎖弁１９は開状態とされる。
【００４２】
この冷媒回路２の状態で、圧縮機１１が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機１１に吸入され圧縮されて超臨界状態となった後、四路切換弁１２及び第２閉鎖弁１９を経由して室内熱交換器３１に供給される。
【００４３】
そして、その超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器３１において室内空気を加熱するとともに冷却される。冷却された超臨界状態の冷媒は、第１閉鎖弁１８を通って第２膨張弁１７に送られる。第２膨張弁１７に送られた超臨界状態の冷媒は、減圧されて飽和状態とされた後に受液器１６を経由して第１膨張弁１５に送られる。第１膨張弁１５に送られた飽和状態の冷媒は、減圧されて液冷媒となった後に内部熱交換器１４を経由して室外熱交換器１３に送られて、室外熱交換器１３において蒸発されてガス冷媒となる。なお、このとき、このガス冷媒は、内部熱交換器１４の第２冷媒配管に流れる高温の超臨界状態の冷媒により加熱される。そして、このガス冷媒は、四路切換弁１２を経由して、再び、圧縮機１１に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【００４４】
＜銅メッキ現象の抑制＞
以下、銅メッキ試験及びその結果を実施例及び比較例として示す。
【実施例１】
【００４５】
オートクレーブに、０．５％の酸捕捉剤（エポキシ化合物）、５％の酸中和剤（高塩基性カルシウムスルホネート）を配合したポリアルキレングリコール油を３０ｇ、３１ｇの二酸化炭素冷媒、１００ｍｇの酸化銅および鉄片を添加した後、そのオートクレーブを密閉し、摂氏１２０度で１０日間放置した。
【００４６】
そして、その後、鉄片に銅メッキが形成されているか否かを確認したところ、銅メッキは形成されていなかった。
【００４７】
また、銅と置換される鉄溶出量の測定を行った結果、鉄の溶出を確認することができなかった。
【００４８】
（比較例）
酸中和剤（高塩基性カルシウムスルホネート）を添加しなかったこと以外は、実施例１と同様の条件で銅メッキ試験を行った。この結果、鉄片に銅メッキが形成されていた。また、鉄溶出量の測定を行った結果、鉄の溶出が確認された。
【００４９】
なお、本実施例において、塩化水素の濃度を１００ｐｐｍ以下に抑えることによって、銅メッキ現象を抑制できることがわかった。
【００５０】
＜特徴＞
（１）
二酸化炭素冷媒はＨＦＣ系冷媒に比べて飽和水分量が少ないため、空気調和装置等の冷凍装置の冷媒として二酸化炭素冷媒が適用される場合、ＨＦＣ系冷媒が適用される場合と比較して、冷凍装置内に混入している水分が液体状態で現れやすくなる。このため、酸性物質が更に発生しやすくなり、銅メッキ現象が更に生じやすくなる。この銅メッキ現象が圧縮機の摺動部品の表面に対して生じると、圧縮機の稼働時に騒音が発生する。したがって、圧縮機の信頼性に悪影響を及ぼすという問題が生じる。また、発生した酸性物質によって、冷凍装置内の構成部品の金属材料が腐食するという問題も生じることになる。
【００５１】
このような問題に対して、ＨＦＣ系冷媒を使用した冷凍装置において銅メッキ現象や酸の発生を抑制する方法として特開平８−１２０２８８号公報や特開２００１−１５２１７２号公報で開示されている添加剤である特定のカルボジイミド化合物や環状ポリエーテル油を利用することが考えられるが、冷媒として二酸化炭素が用いられる場合、銅メッキ現象を抑制できないおそれがある。
【００５２】
そこで、上記実施形態では、冷媒回路２に接続されている圧縮機１１には、酸中和剤が混入されている潤滑油が充填されている。このため、空気調和装置１が稼働することによって生成される酸性物質が中和される。したがって、酸性物質による金属材料の腐食を抑えるとともに、銅メッキ現象の発生を抑制することができる。
【００５３】
これによって、二酸化炭素冷媒が充填される冷媒回路２を備える空気調和装置１において、銅メッキ現象を抑制し、その信頼性を向上することができている。
【００５４】
（２）
上記実施形態では、潤滑油には、酸中和剤として塩基性清浄分散剤が添加されている。清浄剤は、圧縮機の稼働時に生成された劣化物が不溶性のスラッジになることを防ぐことができる。このため、スラッジの発生を抑制することができている。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る冷凍装置は、銅メッキ現象を抑制し、その信頼性を向上させるため、冷媒として二酸化炭素が用いられる冷凍装置への適用が有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図。
【符号の説明】
【００５７】
１      空気調和装置（冷凍装置）
２      冷媒回路
１１      圧縮機
１３      室外熱交換器（熱源側熱交換器）
１５      第１膨張弁（膨張機構）
１７      第２膨張弁（膨張機構）
３１      室内熱交換器（利用側熱交換器）
【図１】
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