(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器と、冷凍サイクル中の水分を除去するためのドライヤと、アキュームレータと、前記蒸発器の入口から前記圧縮機の吸入口にいたるラインの温度を検知する温度センサーと、前記蒸発器の入口から前記圧縮機の吸入口にいたるラインの圧力を検知する圧力センサーと、前記温度センサーと前記圧力センサーによる検知結果に基づいて、前記絞り装置を制御することにより、前記蒸発器の入口から前記圧縮機の吸入口にいたるラインの温度及び圧力を臨界分解点である特定温度および圧力以下にするための制御手段とを備え、ＨＣ冷媒を含む冷媒を用いることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
ＨＣ冷媒は、Ｒ６００ａ（イソブタン）、ＲＣ２７０（シクロプロパン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１２７０（プロピレン）、Ｒ１７０（エタン）の各単一冷媒又はこれらの混合冷媒であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＣ冷媒を含む冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、アキュームレータ等からなる冷凍サイクル装置における作動媒体は、オゾン層に対する有害な影響があるとされる従来のＣＦＣ冷媒やＨＣＦＣ冷媒から、オゾン層に対する脅威がない代替冷媒とされるＨＦＣ冷媒やＨＣ冷媒に移行されつつある。
【０００３】
例えば冷蔵庫用の作動媒体は、ＣＦＣ冷媒のＲ１２から、ＨＦＣ冷媒のＲ１３４ａや、ＨＣ冷媒のＲ６００ａ（イソブタン、(CH3)2-CH-CH3、沸点−１１．８℃）、ＲＣ２７０（シクロプロパン、-CH2-CH2-CH2-、沸点−３３．５℃）、Ｒ２９０（プロパン、CH3-CH2-CH3、沸点−４２．１℃）の各単一冷媒やこれらの混合冷媒への移行が提案されている。
【０００４】
また空調機用の作動媒体は、ＨＣＦＣ冷媒のＲ２２から、ＨＦＣ冷媒のＲ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ等の混合冷媒や、ＨＣ冷媒のＲ２９０（プロパン）、Ｒ１２７０（プロピレン、CH3-CH=CH2、沸点−４７．７℃）や、Ｒ１７０（エタン、CH3-CH3、沸点−８８．８℃）との混合冷媒へ移行してきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＣ冷媒を含む冷凍サイクル装置を運転したとき、前記ＨＣ冷媒が冷凍サイクル装置中の少量の水と反応して、クラスレート（包接化合物またはハイドレードともいう）を生成し、蒸発器出口から圧縮機吸入口にいたるラインが氷結するという問題点が起こっている。特にアキュームレータに設けた小孔のオイル戻し穴が氷結すると、オイルが圧縮機に循環せず、信頼性に大きな影響を及ぼすものとなる。
【０００６】
クラスレートとは、「原子または分子が結合してできた三次元構造の内部に適当な大きさの空孔があって、その中に他の原子または分子が入り込んで特定の結晶構造を形成する物質」とされている。ホスト溶液は、三次元構造の骨格を作る物質であり、一般的には水が用いられる。ゲスト分子は、骨格の内部を満たし、クラスレートの氷構造を安定化させ、氷生成温度（０℃）よりもはるかに高い温度での生成を可能とする。クラスレートの構造は、通常、ゲスト分子の大きさに依存するが、その生成条件（温度と圧力）や消滅条件（臨界分解点）は個別のゲスト分子によって異なる。
【０００７】
本発明は、従来のこのような課題を考慮し、ＨＣ冷媒を用いた冷凍サイクル装置のクラスレート生成媒体を除去することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器と、冷凍サイクル中の水分を除去するためのドライヤと、アキュームレータと、前記蒸発器の入口から前記圧縮機の吸入口にいたるラインの温度を検知する温度センサーと、前記蒸発器の入口から前記圧縮機の吸入口にいたるラインの圧力を検知する圧力センサーと、前記温度センサーと前記圧力センサーによる検知結果に基づいて、前記絞り装置を制御することにより、前記蒸発器の入口から前記圧縮機の吸入口にいたるラインの温度及び圧力を臨界分解点である特定温度および圧力以下にするための制御手段とを備え、ＨＣ冷媒を含む冷媒を用いる。
【０００９】
ＨＣ冷媒は、Ｒ６００ａ（イソブタン）、ＲＣ２７０（シクロプロパン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１２７０（プロピレン）、Ｒ１７０（エタン）の各単一冷媒またはこれらの混合冷媒であり、蒸発器入口から圧縮機吸入ラインにいたる温度および圧力が、各単一冷媒の組合わせや重量割合に応じて、臨界分解点である特定温度および圧力以下に制御されている。
【００１０】
クラスレート生成媒体を除去させるために、ホスト溶液である水を吸着除去するための前記ドライヤが冷凍サイクル中に設置されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
まず、クラストレート生成について説明する。クラスレート生成の際にゲスト分子となるＨＣ冷媒の臨界分解点は、表１に示すとおりである。
【００１３】
【表１】
0003819979.tif 000002
表１の数値は、例えば、Felix Franks："Water - A Comprehensive Treatise", Plenum Press (1973)の第１２４頁の表中の第７欄に、Ｑ2における温度と圧力として示されている。
【００１４】
図１は、縦軸をｌｏｇスケール表示された圧力、横軸を温度としたときの、水と、ＨＣ冷媒のＲ６００ａ（イソブタン）、ＲＣ２７０（シクロプロパン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１２７０（プロピレン）、Ｒ１７０（エタン）の各単一冷媒のそれぞれのクラスレート臨界分解点を表示したものである。
【００１５】
ここで示されたＨＣ冷媒の沸点はいずれも０℃以下であり、水とこれらＨＣ冷媒の各単一冷媒や混合冷媒で生成されるクラスレート（０℃以上）の蒸気圧は、いずれも大気圧より高くなる。
【００１６】
ＨＣ冷媒の各単一冷媒については、蒸発圧力が上記された臨界分解圧力以下に制御され、圧縮機吸入温度が上記された臨界分解温度以下に制御されているとき、過熱ガスとなりやすい蒸発器出口から圧縮機吸入口にいたるラインにおいて、最もクラスレートを生成しやすい。
【００１７】
ＨＣ冷媒の混合冷媒については、各単一冷媒の組合わせや重量割合に応じて、臨界分解点である特定温度および圧力を予測できる。蒸発圧力が予測された臨界分解圧力以下に制御され、圧縮機吸入温度が予測された臨界分解温度以下に制御されているとき、過熱ガスとなりやすい蒸発器出口から圧縮機吸入口にいたるラインにおいて、最もクラスレートを生成しやすい。
【００１８】
例えば、Ｒ１２の代替冷媒となるＲ６００ａ（イソブタン）／Ｒ２９０（プロパン）混合冷媒を冷媒とする場合には、Ｒ１２と同等の蒸気圧とするために５０／５０重量％とすると、その臨界分解点は、Ｒ６００ａ（イソブタン）の臨界分解点である温度１．８８℃、圧力１．６５３ａｔｍと、Ｒ２９０（プロパン）の臨界分解点である温度５．７℃、圧力５．４５ａｔｍの中間位であることが予測できる。
【００１９】
従って蒸発圧力がＲ６００ａ（イソブタン）とＲ２９０（プロパン）の中間的な臨界分解圧力以下に制御され、圧縮機吸入温度がＲ６００ａ（イソブタン）とＲ２９０（プロパン）の中間的な臨界分解温度以下に制御されているとき、ドライヤでホスト溶液である水を吸着除去すると、過熱ガスとなりやすい蒸発器出口から圧縮機吸入口にいたるラインにおいて、クラスレートの生成を防止することができる。
【００２０】
また、Ｒ２２の代替冷媒となるＲ２９０（プロパン）／Ｒ１７０（エタン）混合冷媒の場合は、Ｒ２２と同等の冷凍能力とするためには少量のＲ１７０（エタン）の混合でよいため、その臨界分解点は、Ｒ２９０（プロパン）の臨界分解点である温度５．７℃、圧力５．４５ａｔｍと実質的に同一であることが予測できる。
【００２１】
従って蒸発圧力が実質的にＲ２９０（プロパン）と同一の臨界分解圧力以下に制御され、圧縮機吸入温度が実質的にＲ２９０（プロパン）と同一の臨界分解温度以下に制御されているとき、ドライヤでホスト溶液である水を吸着除去すると、過熱ガスとなりやすい蒸発器出口から圧縮機吸入口にいたるラインにおいて、クラスレートの生成を防止することができる。
【００２２】
図２は、本発明の一つの実施形態における冷凍サイクル装置を示している。図２において、圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３、蒸発器４は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成している。アキュームレータ５は圧縮機１の吸入口手前に、ドライヤ７は凝縮器２と絞り装置３の間のラインに、温度センサー９および圧力センサー１０は蒸発器４の出口付近に設置されている。制御装置１１は温度センサー９および圧力センサー１０の出力をもとに絞り装置３を制御するものである。ＨＣ冷媒としては、Ｒ６００ａ（イソブタン）、ＲＣ２７０（シクロプロパン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１２７０（プロピレン）、Ｒ１７０（エタン）の各単一冷媒またはこれらの混合冷媒を用いている。この冷凍サイクル装置は、望まれない少量の水を含む場合がある。
【００２３】
図２における本発明の一つの実施形態における冷凍サイクル装置の動作について説明する。ＨＣ冷媒は圧縮機１により吸引され圧縮された後、凝縮器２に導かれて凝縮液化する。絞り装置３は蒸発器４の圧力を特定圧力以下まで下げ、液冷媒を蒸発させる。熱は蒸発器４から除かれる。制御装置１１は蒸発器入口から圧縮機吸入口にいたるラインの温度および圧力を温度センサー９および圧力センサー１０により検知し、これを絞り装置３にフィードバックすることにより、当該ライン中の温度および圧力を臨界分解点である特定温度および圧力以下に制御する。
【００２４】
今、仮にドライヤ７がないとすると、ＨＣ冷媒のＲ６００ａ（イソブタン）、ＲＣ２７０（シクロプロパン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１２７０（プロピレン）、Ｒ１７０（エタン）の各単一冷媒またはこれらの混合冷媒は、冷媒と一緒に循環する少量の水から生成されるクラスレートのゲスト分子として機能し、０℃以上の蒸発器４入口から圧縮機１吸入口のラインにおいてクラスレートを生成する。特に過熱ガスとなりやすい蒸発器４出口から圧縮機１吸入口にいたるラインにおいて、最もクラスレートを生成しやすい。望まれないクラスレートが生成されると、絞り装置３出口や蒸発器４や圧縮機１吸入ラインは氷結する。特にアキュームレータ５に設けた小孔のオイル戻し穴６が氷結すると、オイルが圧縮機１に循環せず、信頼性に大きな影響を及ぼすものとなる。
【００２５】
しかしながら、本実施形態では、凝縮器２と絞り装置３の間に配置された合成ゼオライト８等を充填したドライヤ７が、冷凍サイクル装置に混入した少量の水を除くために使われる。少量の水はドライヤ７によって吸着除去され、クラスレートが生成されるには不十分な量となるため、氷結が避けられることとなる。
【００２６】
図２の実施の形態では、冷暖房兼用の空調機として利用するために、四方弁（図示せず）を追加できることは当然のことである。この時の温度センサー９や圧力センサー１０の設置位置を四方弁と圧縮機１の吸収口の間のラインにすれば、冷暖房いずれの場合にもクラスレートの生成を防止できる。
【００２７】
なお、本発明の冷媒としては、上述した実施の形態におけるＨＣ冷媒単一の冷媒もしくはＨＣ冷媒同志の混合冷媒に限らず、ＨＣ冷媒とＨＦＣ冷媒との混合冷媒においてもクラスレートの生成を防止できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明は、ホスト溶液として水を含み、ゲスト分子として、オゾン層に対する脅威がないＨＣ冷媒を用いた冷凍サイクル装置のクラスレート生成媒体を除去させるができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態における、水とＨＣ冷媒のそれぞれのクラスレート臨界分解点を示す図。
【図２】本発明の一つの実施の形態である冷凍サイクル装置を示す模式図。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  絞り装置
４  蒸発器
５  アキュームレータ
６  オイル戻し穴
７  ドライヤ
８  合成ゼオライト
９  温度センサー
１０  圧力センサー
【図１】
0003819979.tif 000003
【図２】
0003819979.tif 000004