JP6811789B2 - 空気調和機および圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ヨードカーボンを含む冷媒を用いた空気調和機および圧縮機に関するものである。

空気調和機には冷媒が使用されている。現在、空気調和機に使用する冷媒は、フロン排出抑制法（平成２７年４月施行）によって制限されている。具体的には、ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）値によって使用冷媒が制限されている。

ＧＷＰ値を考慮した空気調和機の一例として、ＧＷＰが低く不燃性であるトリフルオロヨードメタン等のヨードカーボンを含む冷媒として用いた空気調和機が考えられている（特許文献１）。

特表２００８−５０５９８９号公報

しかしながら、ヨードカーボンに含まれるＣ−Ｉ結合は、他の一般的な冷媒に含まれるＣ−Ｆ結合およびＣ−Ｃｌ結合よりも、結合エネルギーが小さい。そのため、空気調和機にトリフルオロヨードメタン等のヨードカーボンを含む冷媒を用いた場合、酸素などの活性分子の混入によってヨウ素が外れて分解される虞がある。分解された冷媒を用いて空気調和機の運転を行った場合、空気調和機の性能維持が困難となり得る。

本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、ヨードカーボン含有冷媒の分解を抑制し、安定して性能を維持し得る空気調和機およびその圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、ヨードカーボンを含んだ冷媒を冷媒回路に循環させる空気調和機である。冷媒回路は、密閉容器の内部に冷媒を圧縮する圧縮機構および潤滑油を溜める油溜部と、圧縮した冷媒を密閉容器の外部に吐き出すための吐出管とを有する圧縮機を備え、潤滑油は、化学構造中の酸素の原子数が炭素の原子数に対して１／６以上であることにより極性を有しており、ヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を極性によって捕捉する。さらに、前記潤滑油は飽和水分量が１０００ｐｐｍ以上である。圧縮機の圧縮機構が駆動した場合、圧縮機構で圧縮される冷媒と油溜部に溜めた潤滑油とが圧縮機内で接触し、冷媒に含まれるヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を、極性を有する潤滑油が捕捉し、生成物が捕捉された冷媒が吐出管から吐き出される。

本発明に係る圧縮機は、ヨードカーボンを含んだ冷媒を冷媒回路で圧縮する圧縮機である。化学構造中の酸素の原子数が炭素の原子数に対して１／６以上であることにより極性を有しており、ヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を極性によって捕捉する潤滑油を備える。さらに、前記潤滑油は飽和水分量が１０００ｐｐｍ以上である。冷媒と潤滑油とが内部で接触するよう構成し、密閉容器の内部に冷媒を圧縮する圧縮機構および潤滑油を溜める油溜部と、圧縮した冷媒を密閉容器の外部に吐き出すための吐出管とを備え、圧縮機構が駆動した場合、圧縮機構で圧縮される冷媒と油溜部に溜めた潤滑油とが接触し、冷媒に含まれるヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を、極性を有する潤滑油が捕捉し、生成物が捕捉された冷媒が吐出管から吐き出される。

本発明は、ヨードカーボン含有冷媒を用いた空気調和機および圧縮機であって、化学構造中の酸素原子数が炭素原子数に対して１／６以上である潤滑油とヨードカーボンを含む冷媒とが圧縮機内で接触することによって、ヨードカーボン含有冷媒の分解を抑制し、空気調和機の性能維持が可能となり得る。

実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図を示す。 実施の形態に係る空気調和機が備える圧縮機の一例を示す構成図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する空気調和機の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

図１は、実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図を示す。空気調和機は、図１に示すように、室外機１、室内機２等を備える。室外機１および室内機２は、液管８とガス管９とを用いて接続してある。

室外機１は、圧縮機３、凝縮器５、室外送風機５ａ等を備え、圧縮機３と凝縮器５とが配管で接続される。室内機２は、膨張弁６、蒸発器７、室内送風機７ａ等を備え、膨張弁６と蒸発器７とが配管で接続される。空気調和機では、室外機１の圧縮機３と室内機２の蒸発器７とがガス管９で接続してあり、室外機１の凝縮器５と室内機２の膨張弁６とが液管８で接続してある。このような空気調和機の構成により、冷媒回路１００が形成され、液管８およびガス管９を介して冷媒回路１００内に冷媒が循環する。

実施の形態に係る空気調和機は、ＧＷＰ値を考慮し、冷媒としてヨードカーボンを含むヨードカーボン含有冷媒を使用している。冷媒が含有するヨードカーボンとして、トリフルオロヨードメタンを用いても良い。トリフルオロヨードメタンは、不燃性のため、空調機の安全性向上に貢献し得る。

圧縮機３は、ガス管９内でガス状となった冷媒を圧縮する。凝縮器５は、圧縮機３が圧縮したガス状の冷媒を冷却して高圧液状の冷媒または気液２相状の冷媒にする。膨張弁６は、高圧液状の冷媒または気液２相状の冷媒を減圧する。蒸発器７は、減圧された冷媒を加熱して低圧ガス状の冷媒とする。圧縮機３は、蒸発器７によって低圧ガス状となった冷媒を吸引して再度圧縮する。このような構成によって、ヨードカーボンを含有する冷媒が冷媒回路１００内を循環する。

室外送風機５ａは、凝縮器５に空気を送る構成要素であり、凝縮器５に流れる冷媒が空気と熱交換して熱を吸収または放出することを促進するために設けてある。

室内送風機７ａは、蒸発器７に空気を送る構成要素であり、蒸発器７に流れる冷媒が空気と熱交換して熱を吸収または放出することを促進するために設けてある。

本実施の形態においては、凝縮器５および蒸発器７が空気と熱交換する構成について説明した。しかしながら本発明は当一例に限定されない。例えば、空気ではなく水などの液体と熱交換するように構成しても良い。

本実施の形態においては、蒸発器７が室内に配置される構成について説明した。しかしながら本発明は当一例に限定されない。例えば、蒸発器７ではなく凝縮器５が室内に配置されるように構成しても良い。

上記のような室外機１に対し、たとえば四方弁または複数の弁を組み合わせて配置し、圧縮機３の吸入管と吐出管とを切り替える切替機構を設けても良い。切替機構を設けることにより、室外機１内の熱交換器が蒸発器７として機能し、室内機２内の熱交換器が凝縮器５として機能し、室外の熱を利用して、室内を加熱する暖房が可能となる。また、空気調和機として暖房のみが行える構成としても良い。

上述した空気調和機においては、膨張弁６を室内機２内に設ける一例について説明した。しかしながら本発明は、当一例に限定されるものではない。例えば、膨張弁６を室外機１内に設けても良い。また例えば、膨張弁６を室外機１と室内機２との両方に設けるようにしても良い。更に例えば、冷媒回路１００内に室内機２を複数設けても良く、複数の室外機１を設けても良い。

図２は、実施の形態に係る空気調和機が備える圧縮機３の一例を示す構成図である。図２では、破線を用いて冷媒の流れが模式的に示してある。

圧縮機３は、図２に示してあるように、密閉容器１１を備える。密閉容器１１は、内部に圧縮機構１４を備え、圧縮機構１４を駆動する電動機１５を内部の下部空間２０に備える。また密閉容器１１には、ヨードカーボンを含有する冷媒を内部に入れる吸入管１２と外部に出す吐出管１３とが接続してある。

吸入管１２から入った冷媒は、電動機１５等が収められた密閉容器１１の下部空間２０に流れる。下部空間２０に流れた冷媒は、電動機１５の隙間などを通って電動機１５を冷却した後に、圧縮機構１４に吸入されて圧縮機構１４の吐出口１４ａから密閉容器１の上部空間２１を経て、この空間に接続された吐出管１３から吐出される。つまり圧縮機構１４は、吸入管１２から密閉容器１１に入ったヨードカーボンを含有する冷媒を圧縮して吐出管１３から吐出するように構成してある。

圧縮機構１４は、固定スクロールの歯と揺動スクロールの歯が組み合わされたスクロール型である。揺動スクロールが揺動することによって周囲の固定スクロールの歯との間から吸入した冷媒を中央に向かうにつれて圧縮して固定スクロールの台板１４ｂの中央の吐出口１４ａから上部空間２１に吐出する。上部空間２１と下部空間２０とは固定スクロールの台板１４ｂで仕切られている。上部空間２１は下部空間２０に比べて容積が小さく、密閉容器１の大部分が吸入した冷媒ガスの圧力となる。つまり、当一例に係る圧縮機３は、冷圧シェル型圧縮機である。

電動機１５は、から駆動軸１６によって、圧縮するための力を圧縮機構１４に伝える。例えば、圧縮機３にクランク（不図示）が配置してあり、このクランクによって駆動軸１６の回転が揺動スクロールの揺動運動となるように構成してある。

圧縮機３は、駆動軸１６を密閉容器１内に回転できるように保持するため、軸受けを有する主フレーム１８を備え、主フレーム１８の下方に副フレーム１９を備える。

圧縮機３は、圧縮機構１４の内部、駆動軸１６の軸受けなどに摺動部を有する。摺動部の潤滑のため、圧縮機３には、下方に位置する油溜部２２に潤滑油が溜めてある。油溜部２２に溜められた潤滑油は、駆動軸１６の軸内に設けられた給油孔１６ａを通じて駆動軸１６の軸受け、および圧縮機構１４の内部の摺動部に供給される。低圧シェル型の圧縮機３は、給油孔１６ａを介して圧縮機構１４の内部に潤滑油の給油を行うため、駆動軸１６の下方に油ポンプ１７が設置してある。

上述した空気調和機においては、圧縮機３として低圧シェル型のスクロール圧縮機を用いる一例について説明した。しかしながら本発明は、その一例に限定されるものではない。圧縮機３として、高圧シェル型のスクロール圧縮機、ロータリ圧縮機、スクリュー圧縮機など用いても良い。

圧縮機構１４内部の吐出口１４ａは８０℃以上、場合によって１００℃以上の高温となることが知られており、電動機１５も高温となりやすい部分である。電動機１５にコイルの絶縁材料として有機物の絶縁材料を使用いる場合、有機物の耐熱温度を考慮し、圧縮機３として低圧シェル型のスクロール圧縮機を用いることが好ましい。

トリフルオロヨードメタンのようなヨードカーボンは、不燃性であり、ＧＷＰ値が低く、好ましい冷媒の１つである。しかしながらヨードカーボンに含まれるＣ−Ｉ結合は、他の一般的な冷媒に含まれるＣ−Ｆ結合およびＣ−Ｃｌ結合よりも、結合エネルギーが小さい。そのため、冷媒回路１００に酸素などの活性分子が混入した場合、ヨウ素が外れて分解される虞がある。

冷媒回路１００への活性分子混入を考慮し、本実施の形態では、化学構造中の酸素（Ｏ）原子数が炭素（Ｃ）原子数に対して１／６以上である潤滑油を圧縮機３が備える。電気陰性度が高いＯの原子数がＣの原子数に対して１／６以上であることにより、潤滑油に適度な極性が生じ得る。圧縮機３が駆動した場合、適度な極性が生じた潤滑油とヨードカーボンを含む冷媒とが圧縮機３内で接触する。適度な極性を有した潤滑油は、冷媒に含まれるヨードカーボンのイオン分解反応によって生成したＣＦ_３ ^＋及びＩ^―を水素結合によって捕捉できるようになる。これにより、冷媒の分解生成物に起因した連鎖的分解反応が抑制され、冷媒の安定性が維持され、空気調和機の性能維持が可能となる。

圧縮機３は、化学構造中の酸素（Ｏ）原子数が炭素（Ｃ）原子数に対して１／６以上である潤滑油として、主鎖に酸素（Ｏ）原子を含まない化学構造の潤滑油を備える。主鎖にＯ原子が含まれていた場合、ヨードカーボンを含む冷媒のイオン分解生成物に起因した分解を受けやすくなる。そのため、圧縮機３が備える潤滑油として主鎖に酸素（Ｏ）原子を含まない化学構造の潤滑油を使用することによって、冷媒の安定性維持に加えて潤滑油の分解も抑制され、空気調和機の性能維持が可能となる。

圧縮機３は、化学構造中の酸素（Ｏ）原子数が炭素（Ｃ）原子数に対して１／６以上である潤滑油として、飽和水分量が常温で１０００ｐｐｍ以上である潤滑油を備える。圧縮機３への潤滑油の封入工程や現場での空気調和機の据付工程においては、最大で１０００ｐｐｍ程度の水の混入が想定される。潤滑油の飽和水分量が１０００ｐｐｍ以上であるため、圧縮機３の内部に水が混入した場合においても、混合した水を潤滑油が吸水し、冷媒中のヨードカーボンと水分子との接触が抑制される。そのため、ヨードカーボンを含んだ冷媒の分解を抑制でき、冷媒の安定性が維持され、空気調和機の性能維持が可能となる。

冷媒に含まれるヨードカーボンは、圧縮機３内の熱の影響により分解される虞がある。ヨードカーボンについて、例えばＪＩＳ Ｋ２２１１：２００９（附属書Ｂ シールドチューブテスト）に準拠した実験方法で確認したところ、金属存在下で１４０℃より高温に熱せられた場合、熱分解する虞があることが我々の研究により判明した。そのため、実施の形態に係る圧縮機３は、油溜部２２の温度が１４０℃以下となるように制御してある。後述する吐出温度の制御などにより、油溜部２２の温度を１４０℃以下に制御することによって、冷媒に含まれるヨードカーボンの熱分解が抑制され、冷媒の安定性が維持され、空気調和機の性能維持が可能となる。

冷媒に含まれるヨードカーボンは、熱の影響により分解される虞がある。ヨードカーボンについて、例えばＪＩＳ Ｋ２２１１：２００９（附属書Ｂ シールドチューブテスト）に準拠した実験方法で確認したところ、金属存在下で１４０℃より高温に熱せられた場合、金属存在下で１４０℃より高温に熱せられた場合、熱分解する虞がある。そのため、実施の形態に係る圧縮機３は、吐出管１３の吐出温度が１４０℃以下となるように制御してある。その制御は、例えば液インジェクションが考えられる。凝縮器などで作られた液冷媒を、圧縮機または圧縮機の手前でインジェクションすることにより吐出温度を低減することが可能である。吐出管１３の吐出温度を１４０℃以下に制御することにより、冷媒に含まれるヨードカーボンの熱分解が抑制され、冷媒の安定性が維持され、空気調和機の性能維持が可能となる。

本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、および代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も発明に含まれる。したがって、特許請求項の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 室外機、２ 室内機、３ 圧縮機、５ 凝縮器、５ａ 室外送風機、６ 膨張弁、７ 蒸発器、７ａ 室内送風機、８ 液管、９ ガス管

Claims (10)

1. ヨードカーボンを含んだ冷媒を冷媒回路に循環させる空気調和機において、
   前記冷媒回路は、密閉容器の内部に前記冷媒を圧縮する圧縮機構および潤滑油を溜める油溜部と、圧縮した前記冷媒を前記密閉容器の外部に吐き出すための吐出管とを有する圧縮機を備え、
   前記潤滑油は、化学構造中の酸素の原子数が炭素の原子数に対して１／６以上であることにより極性を有しており、前記ヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を前記極性によって捕捉し、かつ、前記潤滑油は飽和水分量が１０００ｐｐｍ以上であり、
   前記圧縮機の前記圧縮機構が駆動した場合、前記圧縮機構で圧縮される前記冷媒と前記油溜部に溜めた前記潤滑油とが前記圧縮機内で接触し、前記冷媒に含まれる前記ヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を、前記極性を有する前記潤滑油が捕捉し、前記生成物が捕捉された前記冷媒が前記吐出管から吐き出される
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記ヨードカーボンを含んだ前記冷媒を凝縮器で液冷媒として、前記圧縮機または前記圧縮機の手前に液インジェクションする構成を備えた請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記圧縮機は、前記密閉容器の内部に有機物の絶縁材料を使用したコイルを含む電動機を有し、前記密閉容器に吸入された前記冷媒は、前記電動機を冷却した後に前記圧縮機構で圧縮されるようにされている、請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記化学構造は、主鎖に酸素原子を含まない
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の空気調和機。
5. 前記圧縮機は、
   前記圧縮機構の内部の吐出口が８０℃以上となるものであり、前記油溜部の内部温度および前記吐出管の吐出温度が１４０℃以下となるようにされている
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の空気調和機。
6. 前記ヨードカーボンは、トリフルオロヨードメタンである
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気調和機。
7. ヨードカーボンを含んだ冷媒を冷媒回路で圧縮する圧縮機において、
   化学構造中の酸素の原子数が炭素の原子数に対して１／６以上であることにより極性を有しており、前記ヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を前記極性によって捕捉する潤滑油であって、かつ、飽和水分量が１０００ｐｐｍ以上である潤滑油を備え、
   前記冷媒と前記潤滑油とが内部で接触するよう構成し、
   密閉容器の内部に前記冷媒を圧縮する圧縮機構および前記潤滑油を溜める油溜部と、
   圧縮した前記冷媒を前記密閉容器の外部に吐き出すための吐出管と
   を備え、
   前記圧縮機構が駆動した場合、前記圧縮機構で圧縮される前記冷媒と前記油溜部に溜めた前記潤滑油とが接触し、前記冷媒に含まれる前記ヨードカーボンのイオン分解反応による生成物を、前記極性を有する前記潤滑油が捕捉し、前記生成物が捕捉された前記冷媒が前記吐出管から吐き出される
   ことを特徴とする圧縮機。
8. 前記化学構造は、主鎖に酸素原子を含まない
   ことを特徴とする請求項７に記載の圧縮機。
9. 前記圧縮機は、
   前記圧縮機構の内部の吐出口が８０℃以上となるものであり、前記油溜部の内部温度および前記吐出管の吐出温度が１４０℃以下となるようにされている
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の圧縮機。
10. 前記ヨードカーボンは、トリフルオロヨードメタンである
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の圧縮機。

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