Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
COOLING CYCLE DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/047116
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a cooling cycle device wherein a refrigeration cycle is constituted by connecting, by using piping, a cooling compressor (21) having a refrigerant oil enclosed therein, a first heat exchanger (22a), a cooling medium flow volume control section (23) for a capillary tube, an expansion valve and the like, a second heat exchanger (22b) arranged in a space section where refrigeration and air conditioning are performed, and an accumulator (31).  A single cooling medium composed of hydrofluoroolefin or a mixed cooling medium having hydrofluoroolefin as a basic component is enclosed in the refrigeration cycle, and an adsorption device (32) filled with an adsorbent (38) which adsorbs substances having hydrofluoric acid as a main component is provided in the cooling cycle.  Thus, the cooling cycle device which employs a low-cost method without deteriorating performance and has high reliability and long service life is provided.

Inventors:
TAKAICHI KENJI
SATO SHIGEHIRO
Application Number:
PCT/JP2009/005545
Publication Date:
April 29, 2010
Filing Date:
October 22, 2009
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
PANASONIC CORP (JP)
TAKAICHI KENJI
SATO SHIGEHIRO
International Classes:
F25B43/00; B01J20/04; B01J20/26; C09K5/04; C10M105/04; C10M105/06; C10M105/38; C10M107/24; C10M107/32; C10M107/34; F25B1/00; F25B13/00; C10N40/30
Domestic Patent References:
WO2008108365A12008-09-12
Foreign References:
JP2008531836A2008-08-14
JP2008247992A2008-10-16
JPH07294066A1995-11-10
JPH05248735A1993-09-24
JPH03281688A1991-12-12
JP3497307B22004-02-16
JP2005089283A2005-04-07
JP3497307B22004-02-16
JP2008115266A2008-05-22
Other References:
See also references of EP 2339271A4
Attorney, Agent or Firm:
ABE, Shinichi et al. (JP)
Shin-ichi Abe (JP)
Download PDF:
Claims:
 冷凍機油を封入した冷却用圧縮機と、第一の熱交換器と、キャピラリーチューブや膨張弁等の冷媒流量制御部と、冷凍空調がなされる空間部に設置される第二の熱交換器と、アキュムレータとを配管で連結して冷凍サイクルを構成し、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒又は前記ハイドロフルオロオレフィンを基本成分とする混合冷媒を前記冷凍サイクルに封入し、前記冷却サイクル中にフッ酸を主成分とする物質を吸着する吸着剤を充填した吸着器を備えたことを特徴とする冷却サイクル装置。
 前記冷凍サイクルに四方弁を設け、前記四方弁の切り換えによって、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との凝縮機能と蒸発機能とを切り換えることを特徴とする請求項1に記載の冷却サイクル装置。
 前記混合冷媒として前記ハイドロフルオロオレフィンに混合する冷媒が、ハイドロフルオロカーボンであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冷却サイクル装置。
 前記ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンを基本成分とする冷媒であり、前記ハイドロフルオロカーボンがジフルオロメタン及びペンタフルオロエタンの一方又は両方からなる冷媒であり、前記混合冷媒の地球温暖化係数が5以上750以下であることを特徴とする請求項3に記載の冷却サイクル装置。
 前記吸着剤が、イオン交換樹脂、合成ゼオライト系吸着剤、及び炭酸カルシウムをコーティングした多孔性物質のいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の冷却サイクル装置。
 前記冷凍機油が、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、ポリオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素有機化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油としたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の冷却サイクル装置。
Description:
冷却サイクル装置

 本発明は塩素を含まず、ハイドロフルオ オレフィンを冷媒として用いる冷却サイク 装置に関するもので、特にフッ酸を主成分 する物質の吸着剤を用いた冷却サイクル装 に関するものである。

 従来の空調機、カーエアコン、給湯器等に 、圧縮機と凝縮や蒸発に使用される熱交換 と減圧器を連結して構成される冷却サイク 装置が使われている。この冷却サイクル装 内に封入される冷媒としては、塩素原子を 有するクロロフルオロカーボンやハイドロ ロロフルオロカーボンが用いられてきた。 かし、クロロフルオロカーボンやハイドロ ロロフルオロカーボンは、オゾン層を破壊 る性質を有していたり、大気中での寿命が いために温室効果が大きいので地球温暖化 影響を与えたりと、必ずしも環境に適した 媒とはいえなかった。
 そこでクロロフルオロカーボンやハイドロ ロロフルオロカーボンの代わりに、オゾン 壊係数がゼロであり、かつ、地球温暖化係 もクロロフルオロカーボンやハイドロクロ フルオロカーボンに比べれば格段に小さい 二酸化炭素(以下、CO 2 冷媒という)やイソブタンなどを冷媒として いる冷却サイクル装置が実用化されてきた
 しかし空調機、カーエアコン、給湯器等で 性能の問題や冷媒漏洩時の問題から、オゾ 破壊係数がゼロであるが、地球温暖化係数 あまり小さくないハイドロフルオロカーボ が使用されてきた。例えば、特許文献1には 、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン を冷媒とした冷却サイクル装置が開示されて いる。
 図4は特許文献1に記載された従来の冷却サ クル装置を示すものである。図4に示すよう 、従来の冷却サイクル装置は、室外ユニッ 5と室内ユニット6とで構成される。室外ユ ット5は、冷却用圧縮機1、熱交換器2a、キャ ラリーチューブあるいは膨張弁等の冷媒流 制御部3を備え、これらを配管4で連結して る。室内ユニット6は、冷凍空調がなされる 間部に設置される熱交換器2bを有する。室 ユニット5には、サービスバルブ8a、8bが設け られ、室内ユニット6には、フレアナット9a、 9bが設けられている。そして一方の接続管7は 、サービスバルブ8aとフレアナット9aとに接 され、他方の接続管7は、サービスバルブ8b フレアナット9bとに接続されている。室外ユ ニット5には四方弁10を有している。四方弁10 、冷却用圧縮機1の吐出側の配管4と吸入側 配管4に接続されており、熱交換器2a、2bの凝 縮機能と蒸発機能とを切り替えることができ る。また室外ユニット5は、冷却用圧縮機1の 入側配管にアキュムレータ11を装備してい 。
 この冷却サイクル装置では、冷却用圧縮機1 と、熱交換器2aと、冷媒流量制御部3と、熱交 換器2bと、アキュムレータ11とを配管4及び接 管7で連結して冷凍サイクルを構成しており 、冷凍サイクル内には冷媒としてハイドロフ ルオロカーボンが封入されている。
 以上のように構成された冷却サイクル装置 おける冷媒の流れは、冷房運転時には、冷 用圧縮機1によって圧縮された冷媒が熱交換 器2aにおいて放熱して凝縮し、液化状態とな 冷媒流量制御部3を通過することにより低温 の気液混合冷媒となり、室内ユニット6内の 交換器2bにおいて吸熱気化し乾燥飽和蒸気と して蒸発し、再度冷却用圧縮機1に吸い込ま る。熱交換器2bは周辺から熱を奪うため冷房 運転が行われる。また四方弁10が作動して流 が切り換わると、冷媒は熱交換器2bで凝縮 て熱交換器2aで蒸発する。すなわち暖房運転 が行われる。

特許第3497307号公報

 しかしながら、上記従来の構成では2重結 合を有するハイドロフルオロオレフィンのよ うに化学的安定性が充分でない冷媒を使用す ると、2重結合を有するハイドロフルオロオ フィンは水や酸素の影響で開裂、分解して ッ酸を主成分とする物質を生じ、冷却サイ ル装置の使用材料や冷凍機油を劣化させる め、冷却サイクル装置の性能が低下し、最 の場合には故障に至るという課題を有する

 本発明は、上記課題を解決するもので、 価な方法で性能を低下させず、信頼性の高 長寿命の冷却サイクル装置を提供すること 目的とする。

 上記従来の課題を達成するために本発明の 却サイクル装置は、冷凍機油を封入した冷 用圧縮機と、第一の熱交換器と、キャピラ ーチューブや膨張弁等の冷媒流量制御部と 冷凍空調がなされる空間部に設置される第 の熱交換器と、アキュムレータとを配管で 結して冷凍サイクルを構成し、ハイドロフ オロオレフィンの単一冷媒又はハイドロフ オロオレフィンを基本成分とする混合冷媒 冷凍サイクルに封入し、冷却サイクル中に ッ酸を主成分とする物質を吸着する吸着剤 充填した吸着器を備えた構成としてある。
 これによって、水や酸素の影響で2重結合を 有するハイドロフルオロオレフィンが開裂、 分解して生じたフッ酸を主成分とする物質を 吸着器によって速やかに捕捉することができ る。

 本発明の冷却サイクル装置は、2重結合を 有するハイドロフルオロオレフィンが水や酸 素の影響で開裂、分解して生じたフッ酸を主 成分とする物質を速やかに捕捉することがで き、冷却サイクルの冷却性能を阻害せず、効 率の降下も生じない長寿命の冷却サイクルを 提供することができる。

本発明の一実施例における冷却サイク 装置のサイクル図 同冷却サイクルにおける吸着器の部分 面図 2成分を混合した冷媒の混合比率による 地球温暖化係数を示した特性図 従来の冷却サイクル装置のサイクル図

 21 冷却用圧縮機
 22a 第一の熱交換器
 22b 第二の熱交換器
 23 冷媒流量制御部
 30 四方弁
 32 吸着器
 38 吸着剤

 第1の発明は、冷凍機油を封入した冷却用圧 縮機と、第一の熱交換器と、キャピラリーチ ューブや膨張弁等の冷媒流量制御部と、冷凍 空調がなされる空間部に設置される第二の熱 交換器と、アキュムレータとを配管で連結し て冷凍サイクルを構成し、ハイドロフルオロ オレフィンの単一冷媒又はハイドロフルオロ オレフィンを基本成分とする混合冷媒を冷凍 サイクルに封入し、冷却サイクル中にフッ酸 を主成分とする物質を吸着する吸着剤を充填 した吸着器を備えた構成であり、2重結合を するハイドロフルオロオレフィンが水や酸 の影響で開裂、分解して生じたフッ酸を主 分とする物質を速やかに吸着し、配管や圧 機などの金属の腐食を防止すると共に、冷 機油がフッ酸を主成分とする物質により加 度的に劣化、分解していくことを防止する とができる。
 第2の発明は、特に、第1の発明の冷却サイ ル装置において、冷凍サイクルに四方弁を け、四方弁の切り換えによって、第一の熱 換器と第二の熱交換器との凝縮機能と蒸発 能とを切り換える構成であり、冷暖房用装 として用いることができる。
 第3の発明は、特に、第1又は第2の発明の冷 サイクル装置において、混合冷媒としてハ ドロフルオロオレフィンに混合する冷媒が ハイドロフルオロカーボンであり、ハイド フルオロオレフィンの単一冷媒と比較して 凍能力などの所定の特性を改善して冷媒と て使用しやすくすることができる。
 第4の発明は、特に、第3の発明の冷却サイ ル装置において、ハイドロフルオロオレフ ンがテトラフルオロプロペンを基本成分と る冷媒であり、ハイドロフルオロカーボン ジフルオロメタン及びペンタフルオロエタ の一方又は両方からなる冷媒であり、混合 媒の地球温暖化係数が5以上750以下である構 であり、回収されない冷媒が大気に放出さ ても地球温暖化に対しその影響を極少に保 ことができる。
 第5の発明は、特に、第1から第4の発明の冷 サイクル装置において、吸着剤が、イオン 換樹脂、合成ゼオライト系吸着剤、及び炭 カルシウムをコーティングした多孔性物質 いずれかであり、冷媒中のフッ酸を主成分 する物質や水分の捕捉性能に優れてい。
 第6の発明は、特に、第1から第5の発明の冷 サイクル装置において、冷凍機油が、ポリ キシアルキレングリコール類、ポリビニル ーテル類、ポリ(オキシ)アルキレングリコ ル又はそのモノエーテルとポリビニルエー ルとの共重合体、ポリオールエステル類、 びポリカーボネート類のいずれかの含酸素 機化合物を主成分とする合成油か、アルキ ベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする 合成油としたものである。

 以下、本発明の実施例について、図面を参 しながら説明する。なお、これらの実施の 態によって本発明が限定されるものではな 。
 図1は本発明の一実施例における冷却サイク ル装置のサイクル図、図2は吸着器の部分断 図である。
 図1に示すように、本発明の冷却サイクル装 置は、室外ユニット25と室内ユニット26とで 成される。室外ユニット25は、冷却用圧縮機 21、第一の熱交換器22a、キャピラリーチュー あるいは膨張弁等の冷媒流量制御部23を備 、これらを配管24で連結している。室内ユニ ット26は、冷凍空調がなされる空間部に設置 れる第二の熱交換器22bを有する。室外ユニ ト25には、サービスバルブ28a、28bが設けら 、室内ユニット26には、フレアナット29a、29b が設けられている。そして一方の接続管27は サービスバルブ28aとフレアナット29aとに接 され、他方の接続管27は、サービスバルブ28 bとフレアナット29bとに接続されている。
 室外ユニット25には四方弁30を有している。 四方弁30は、冷却用圧縮機21の吐出側の配管24 と吸入側の配管24に接続されており、熱交換 22a、22bの凝縮機能と蒸発機能とを切り替え ことができる。また室外ユニット25は、冷 用圧縮機21の吸入側配管にアキュムレータ31 装備してもよい。また、本実施の形態では 着器32を設けてあり、この吸着器32は、2重 合を有するハイドロフルオロオレフィン冷 の液層の割合が高くなるほど、フッ酸を主 分とする物質や水分の吸着効果が高くなる め、冷媒流量制御部23近傍の前後に設置する ことが望ましい。

 次に、冷却サイクル装置に設置された吸着 32について説明する。
 図2に示すように、吸着器32は、容器を構成 るドライヤー本体33内に、第一のフィルタ 34と、第二のフィルター35と、スプリング36 、スプリング36を固定するスプリングストッ パー37と、吸着剤38とを備えている。
 ドライヤー本体33の内径は配管24の内径より も大きく、吸着器32は、図1に示すように、第 一の熱交換器22aと冷媒流量制御部23との間に 置する配管24に設けられている。
 スプリング36は、第二のフィルター35とスプ リングストッパー37との間に配置され、第二 フィルター35を第一のフィルター34の方向に 付勢している。吸着剤38は、第一のフィルタ 34と第二のフィルター35との間に充填されて いる。

 2重結合を有するハイドロフルオロオレフ ィンは水や酸素の影響で開裂、分解してフッ 酸を主成分とする物質を生じる可能性があり 、冷房運転や暖房運転においてフッ酸を主成 分とする物質や水分を含んだ冷媒が吸着器32 通過すると、冷媒中のフッ酸を主成分とす 物質や水分は吸着器32に配設された吸着剤38 に捕捉される。従って、フッ酸によって冷却 サイクル装置の使用材料や冷凍機油を劣化さ せたり、冷却サイクル装置の性能を落とした りすることがなく、安価な方法で性能を落と さず、信頼性の高い長寿命の冷却サイクル装 置を提供することができる。なお、吸着器32 スプリング36を有するので、圧縮機21からの 振動や冷媒の脈動などによって発生する吸着 剤38の磨耗振動を防ぐ働きがある。

 ここで、吸着剤38に使用する材料は、無機 、有機系、およびこれらの混合物があり、 業的にはゼオライト、シリカ、イオン交換 脂等を主成分とするものを利用でき、イオ 交換樹脂、合成ゼオライト系吸着剤、及び 酸カルシウムをコーティングした多孔性物 のいずれかが好ましく、合成ゼオライトに る多孔体をベースにしたものが最も望まし 。
 また吸着剤38の形状については球状が望ま いが、工業的に利用できるものとして粉体 発泡体および繊維状等のものでもフィルタ によって固定でき流失しなければ、使用し も構わない。

 またこの冷却サイクル装置は、ハイドロ ルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイド フルオロオレフィンを基本成分とし、2重結 合を有しないハイドロフルオロカーボン(例 ば、HFC32又はHFC125)と混合した冷媒が封入し ある。ハイドロフルオロオレフィンは、例 ばテトラフルオロプロペン(HFO1234yf)を基本成 分とする冷媒であり、ハイドロフルオロカー ボンはジフルオロメタン(HFC32)及びペンタフ オロエタン(HFC125)の一方又は両方からなる冷 媒であり、ハイドロフルオロオレフィンとハ イドロフルオロカーボンとの混合冷媒は、地 球温暖化係数(GWP)が5以上で750以下、望ましく は5以上で300以下となるように、それぞれ2成 混合もしくは3成分混合した冷媒である。

 図3は、テトラフルオロプロペンとジフルオ ロメタン又はペンタフルオロエタンとの2成 を混合した冷媒の混合比率による地球温暖 係数を示した特性図である。具体的には図3 示すように、2成分混合の場合にはテトラフ ルオロプロペンとジフルオロメタンとを混合 してGWP300以下とするためにはジフルオロメタ ンを44wt%以下、テトラフルオロプロペンとペ タフルオロエタンとを混合してGWP750以下と るためにはペンタフルオロエタンを21.3wt%以 下、さらにGWP300以下とするためにはペンタフ ルオロエタンを8.4wt%以下と混合することにな る。
 また、冷媒をテトラフルオロプロペンの単 冷媒とした時にはGWP4となり極めて良好な値 を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカ ーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大き いことなどから冷凍能力が低くなるため、よ り大きな冷却サイクル装置が必要になる。換 言すれば、炭素と炭素間に2重結合を有する イドロフルオロオレフィンを基本成分とし 2重結合を有しないハイドロフルオロカーボ を混合した冷媒を用いれば、ハイドロフル ロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能 などの所定の特性を改善して冷媒として使 しやすくすることができる。従って、封入 る冷媒において、単一冷媒を含めてテトラ ルオロプロペンの割合をどれほどにするか 、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の 的や上述したGWPの制限などの条件に応じて 宜選択すればよい。

 さらに、冷却用圧縮機21に封入される冷 機油は、特開2008-115266号公報に示されたよう な、基油としてポリオキシアルキレングリコ ール類、ポリビニルエーテル類、ポリ(オキ )アルキレングリコール又はそのモノエーテ とポリビニルエーテルとの共重合体、ポリ ールエステル類及びポリカーボネート類の から選ばれる少なくとも1種の含酸素有機化 合物を主成分として、それらに極圧剤、油性 剤、酸化防止剤、酸捕捉剤および泡消剤など の各種の添加剤を必要に応じて選択して加え 、冷媒と相溶性を持つ油が望ましい。これに より冷凍機油を圧縮機まで容易に回収できる ので、冷却サイクル装置の圧縮機の信頼性を 確保することができる。しかし、家庭用の空 調機など小型の冷却サイクル装置では冷媒の 配管内流速が早ければ、アルキルベンゼン類 やαオレフィン類など前記冷媒と相溶性がな 冷凍機油でも実用上、使用することができ 。

 以上のように構成された冷却サイクル装置 、冷媒の流れは、冷房運転をする場合には 冷却用圧縮機21によって圧縮された冷媒が 一の熱交換器22aにおいて放熱し、液化状態 なり冷媒流量制御部23を通過することにより 低温の気液混合冷媒となり、室内ユニット26 の第二の熱交換器22bにおいて吸熱して気化 媒となり、再度冷却用圧縮機に吸い込まれ 。また四方弁30が作動して流路が切り換わ と、冷媒は第二の熱交換器22bで凝縮して第 の熱交換器22aで蒸発する。すなわち暖房運 が行われる。
 なお、本発明は冷暖房用のエアコンを主体 した冷却サイクル装置として説明してきた 、開放式でない冷却サイクル装置であれば の効果は同じであり、冷凍冷蔵庫、冷凍庫 除湿機、ヒートポンプ式乾燥洗濯機、ヒー ポンプ式給湯器、飲料用自動販売機等の全 に適用できる技術であることは言うまでも い。

 本発明にかかる冷却サイクル装置は、2重 結合を有するハイドロフルオロオレフィンが 水や酸素の影響で開裂、分解して生じたフッ 酸を主成分とする物質を吸着することができ るので、空調機、カーエアコン、給湯器、冷 凍冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ヒートポンプ式 乾燥洗濯機、ヒートポンプ式給湯器、飲料用 自動販売機等の用途に適用できる。