JP2002188872A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置

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正明 鈴木
Yuji Yoshida
雄二 吉田
Fumitoshi Nishiwaki
文俊 西脇
Shozo Funakura
正三 船倉
Noriho Okaza
典穂 岡座
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動媒体として二酸化炭素を用いた冷凍サイ
クル装置において、冷凍サイクル中に水分が導入されて
誘発される信頼性に関わる課題を改善した冷凍サイクル
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 二酸化炭素または二酸化炭素を含む混合
冷媒と水分とが反応して生じた炭酸を、冷凍サイクルの
作動媒体の流路に炭酸捕捉剤を設けることにより、炭酸
を効率的に除去することによって、二酸化炭素冷媒の劣
化や、冷凍機油の分解、金属製構成部品の腐食などを防
止することができる信頼性の高い冷凍サイクル装置を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調機、カーエア
コン、電気（冷凍）冷蔵庫、ショーケース、冷蔵または
冷凍倉庫、ヒートポンプ式給湯器等に用いられる、二酸
化炭素を冷媒とした冷凍サイクル装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】圧縮機、冷却器、絞り装置、蒸発器等を
主要構成要素とする冷凍サイクル装置においては、従来
フッ素原子を含有する炭化水素が冷媒として用いられて
きた。
【０００３】特に、フッ素原子とともに塩素原子を含有
する炭化水素類は不燃性かつ性能がよい冷媒として長年
用いられてきたが、そのような冷媒の一つのＣＦＣ（ク
ロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフ
ルオロカーボン）類は、塩素原子を有しているがゆえに
大気に放出され、成層圏に達してしまった場合に、オゾ
ン層を破壊してしまうことが明らかになった。そのた
め、近年ＣＦＣやＨＣＦＣ類の使用が世界的に禁止また
は制限されている。
【０００４】これらに代わって塩素原子を含まないＨＦ
Ｃ（ハイドロフルオロカーボン）が、使用されつつある
が、そのＨＦＣは、オゾン層を破壊する性質は有しない
ものの、大気中でのイオンまたは原子へ分解するまでの
寿命が長いために地球温暖化係数が高い。そのため、こ
れらＨＦＣが大気に放出された場合には温室効果が大き
く、近年問題になっている地球温暖化を防止する上では
必ずしも満足な冷媒とはいえない。
【０００５】上記ハロゲン原子を含有する炭化水素類の
代わりに、オゾン破壊係数がゼロであり、かつ地球温暖
化係数も非常に小さい冷媒の１つとして二酸化炭素を使
用することが提案されている。二酸化炭素を冷媒として
用いた機器の開発は業務用の大型の冷凍機などで実用化
が進められているが、家庭用や車載用などの比較的小型
の機器に関しては利用検討が開始されている段階であ
る。二酸化炭素を冷媒として用いた場合には、冷媒自体
の地球温暖化係数が非常に小さいため冷媒を作動媒体と
して用いたシステム全体の効率向上による省エネルギー
化が開発されている。さらに、二酸化炭素を新たに冷媒
として用いた際に懸念される材料面、機器面での信頼性
の検討が進められている。
【０００６】これらの検討の中で、二酸化炭素を冷媒と
して用いた場合は、ＨＦＣ冷媒に対して高圧で動作さ
せ、超臨界状態の流体として冷凍サイクルを構成するこ
とになる。超臨界流体の二酸化炭素は、液体や気体の性
質と異なり、材料への浸透性が高く、物質輸送の溶媒効
果が高いなどの特徴があるために、冷凍サイクル装置を
構成する各要素に用いる材料に対して、材料の選択に注
意をする必要がある。
【０００７】信頼性に関しては、冷媒自体の機器の材料
との適合性、圧縮機の潤滑用として用いられる冷凍機油
の潤滑性等への影響などを明らかにする必要がある。特
に、圧縮機、冷却器、絞り装置、蒸発器等を主要構成要
素とする冷凍サイクル装置内に導入される水分は、冷凍
機油の加水分解による分解を引き起こしたり、圧縮機中
のモータ材料や冷凍サイクル装置の各構成手段に用いら
れる材料としての金属材料の腐食や有機材料の電気絶縁
性を生じさせたりする恐れがあるため、新たな冷媒で冷
凍サイクルを構成する場合には信頼性に悪影響を及ぼす
要因として十分な検討が必要である。
【０００８】例えば、作動媒体としてＨＦＣ冷媒を用い
る場合には、冷媒自体が極性を有しており、かつ冷媒と
の相溶性をもつ比較的極性の大きい冷凍機油が適してい
るため、水分が冷凍サイクル装置内に導入されやすい状
態である。
【０００９】この対策として、冷凍サイクルに乾燥のた
めのドライヤを装備するなどの対策が、特許第２９６２
６７６号公報等に開示されている。これに対して、作動
媒体として二酸化炭素を用いる場合には、冷媒としては
極性が小さいために水分の導入はＨＦＣ冷媒に比較して
少ないと考えられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、作動媒
体の冷媒として二酸化炭素を用いる場合に、冷凍サイク
ル装置内に導入された冷媒に含まれる水分の影響につい
ては十分に検討が行われていない段階である。また、圧
縮機の潤滑用として冷凍機油を封入する場合には、作動
媒体として二酸化炭素に対して冷凍機油による水分の導
入が多く生じるために、それに対する冷凍サイクル装置
としての信頼性について十分な検討が必要となってい
る。
【００１１】対策の１つとして、ＨＦＣ冷媒と同様にモ
レキュラシーブスやシリカゲルなどの乾燥剤をドライヤ
として冷凍サイクル装置に装備することも提案されてい
る。
【００１２】しかし、作動媒体として二酸化炭素を用い
た冷凍サイクル装置の信頼性に対して、上述の検討を進
めていく中から以下の課題が明らかになってきた。
【００１３】すなわち、冷媒である二酸化炭素と冷凍シ
ステム内に導入された水分が反応して炭酸を生成するた
めに、その炭酸が冷凍サイクル装置内を循環して冷凍シ
ステムを構成している材料を侵しやすくなり、装置の信
頼性に悪影響を及ぼしやすくなっていることが明らかに
なってきた。
【００１４】例えば、圧縮機中のモータ材料や冷凍サイ
クル装置の各構成手段に用いられる有機材料の分解や、
冷凍機油の酸分解や、金属材料の腐食を生じたり、冷凍
システム内で作動媒体のｐＨが低下して酸性雰囲気にな
ることにより酸化や腐食が促進されやすくなる。
【００１５】これらによって圧縮機の潤滑性が低下した
り、反応生成物が冷凍サイクル装置内に流出して閉塞現
象を生じたりする恐れがある。特に、作動媒体として有
極性油を主たる組成とする冷凍機油を用いる場合には、
炭酸による影響で分解しやすくなり、対策が必要であ
る。
【００１６】また、従来ＨＦＣ冷媒の冷凍サイクル装置
において水分を除去するために使用しているモレキュラ
ーシーブなどの乾燥剤を用いた場合には、水分とともに
二酸化炭素も吸着してしまうために水分除去の効率が悪
くなる。また、炭酸も吸着はするがあまり効率的でなか
った。
【００１７】この要因は、乾燥剤に水と二酸化炭素が先
に吸着してしまい、炭酸の除去が行われにくくなってい
たためであった。そのために、冷凍サイクル装置内で生
じた炭酸を効率的に除去するための新たな炭酸を捕捉す
る材料の探索と、その炭酸を捕捉する材料を効率的に使
用するための冷凍サイクル構成の提案を行い、その対策
が必要であることが明らかになった。
【００１８】上記の従来技術の問題点を鑑み、本発明の
目的は、作動媒体の冷媒として二酸化炭素を用いる時
に、冷凍サイクル中に水分が導入されて誘発される信頼
性に関わる課題を改善した冷凍サイクル装置を提供する
ものである。すなわち、本発明は、冷媒である二酸化炭
素と水分とが反応した炭酸を冷凍サイクルから効率的に
除去することによって信頼性の高い冷凍サイクル装置を
提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の冷凍サイクル装
置は、上記従来の課題を解消するものであり、作動媒体
を圧縮する圧縮機と、前記作動媒体を冷却する冷却器
と、前記作動媒体を減圧する絞り装置と、前記作動媒体
を気化する蒸発器とを備え、前記作動媒体が二酸化炭素
または二酸化炭素を含む混合冷媒からなり、前記作動媒
体の流路に炭酸捕捉剤を設けたことを特徴とするもので
ある。
【００２０】また、本発明は作動媒体の温度が臨界温度
未満となる前記作動媒体の流路に炭酸捕捉剤を設けたこ
とを特徴とするものである。
【００２１】また、本発明は作動媒体の流路を切り替え
る流路切換装置を備え、前記流路切換装置と圧縮機の吸
入部との間に炭酸捕捉剤を設けたことを特徴とするもの
である。
【００２２】また、本発明は前記圧縮機あるいは冷凍サ
イクル中に有極性油を主たる組成とする冷凍機油を封入
したことを特徴とするものである。
【００２３】また、本発明は前記炭酸捕捉剤がアルミノ
ケイ酸アルカリ金属塩、あるいはアルミノケイ酸アルカ
リ金属塩のアルカリ金属イオンが他の陽イオンとイオン
交換してなるアルミノケイ酸金属塩の少なくとも何れか
であることを特徴とするものである。
【００２４】また、本発明は炭酸捕捉剤がアルミノケイ
酸カリウム塩、アルミノケイ酸ナトリウム塩のナトリウ
ムイオンがカリウムイオンに２０％以上イオン交換して
なるアルミノケイ酸ナトリウムカリウム塩、またはアル
ミノケイ酸ナトリウム塩のナトリウムイオンがセシウム
イオンに１０％以上イオン交換してなるアルミノケイ酸
ナトリウムセシウム塩の少なくとも何れかであることを
特徴とするものである。
【００２５】また、本発明は炭酸捕捉剤がアルカリ金属
酸化物、アルカリ土類金属酸化物、炭酸アルカリ金属
塩、炭酸アルカリ土類金属塩の少なくとも何れかを含ん
でなることを特徴とするものである。
【００２６】また、本発明は炭酸捕捉剤がアミノ基を有
する多孔体または粒状体であることを特徴とするもので
ある。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の冷凍サイクル装置は、少
なくとも作動媒体を圧縮する圧縮機と、作動媒体を冷却
する冷却器と、作動媒体を減圧する絞り装置と、作動媒
体を気化する蒸発器とで構成されてなり、作動媒体とし
ては二酸化炭素冷媒を主な組成とするものである。
【００２８】作動媒体としては二酸化炭素のみでなく、
二酸化炭素を含む混合冷媒においても本発明の効果が得
られる。混合冷媒としては、ＨＦＣ１３４ａ（１，１，
１，２−テトラフルオロエタン）やＨＦＣ３２（ジフル
オロメタン）などのＨＦＣ冷媒やエタン、プロパン、ブ
タン、イソブタンなどの炭化水素冷媒等を二酸化炭素冷
媒に適宜混合した組成のものに適用することができる。
【００２９】二酸化炭素は極性が低い冷媒であるが、水
とは比較的親和性があり少量ではあるが水分が含まれや
すい冷媒であり、冷凍サイクル内に水分が導入されやす
くなる。また、二酸化炭素を含む混合冷媒においては、
例えばＨＦＣ冷媒を用いた場合には有極性であるために
さらに水分が冷凍サイクルに導入されやすくなる。その
ため、冷凍サイクル装置内に水分が導入されてしまった
場合には、二酸化炭素と水が（数１）に示すように炭酸
を生成する。
【００３０】
【数１】
【００３１】この炭酸は水素イオンと炭酸水素イオンに
解離するために冷凍サイクル内を酸性の雰囲気としてし
まう。これによって、冷凍サイクルを構成する金属材
料、有機材料、作動媒体としての冷凍機油などの構成要
素を侵してしまい、冷凍サイクル装置の信頼性を低下さ
せることになる。
【００３２】本発明の冷凍サイクル装置は、水分の導入
によって生成する炭酸で生じる課題を解決するために、
冷凍サイクル中の作動媒体の流路に炭酸捕捉剤を装備す
ることに特徴があり、さらにその炭酸捕捉剤を効果的に
働かせるための冷凍サイクル装置の構成に特徴がある。
【００３３】以下では、本発明で効果がある炭酸捕捉剤
について説明してから、効果を発揮できる冷凍サイクル
の構成について説明する。
【００３４】まず、本発明で用いる炭酸捕捉剤について
説明する。
【００３５】本発明の炭酸捕捉剤としては、一般に知ら
れている二酸化炭素固定化材料を中心に多くの探索検討
を行った結果、以下の材料が二酸化炭素冷媒中での炭酸
捕捉に効果があった。
【００３６】（１）アルミノケイ酸アルカリ金属塩、あ
るいはアルミノケイ酸アルカリ金属塩のアルカリ金属イ
オンが他の陽イオンとイオン交換してなるアルミノケイ
酸金属塩の少なくとも何れかの材料 （２）アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、
炭酸アルカリ金属塩、炭酸アルカリ土類金属塩の少なく
とも何れかの材料 （３）アミノ基を有する多孔体または粒状体の材料 以下に、これらの炭酸捕捉剤について順に説明する。
【００３７】先ず、（１）のアルミノケイ酸アルカリ金
属塩、あるいはアルミノケイ酸アルカリ金属塩のアルカ
リ金属イオンが他の陽イオンとイオン交換してなるアル
ミノケイ酸金属塩の少なくとも何れかの材料について
は、モレキュラーシーブなどゼオライト材料の検討の結
果、効果が確認された。アルミノケイ酸アルカリ金属塩
としては、アルカリ金属がナトリウム、カリウム、リチ
ウム等であった。
【００３８】また、アルミノケイ酸アルカリ金属塩のア
ルカリ金属イオンが他の陽イオンとイオン交換してなる
アルミノケイ酸金属塩の陽イオンとしてはナトリウム、
カリウム、リチウム等のアルカリ金属イオンやカルシウ
ム、バリウム、セシウム等のアルカリ土類金属イオンで
あった。
【００３９】特に、これらのうち、アルミノケイ酸カリ
ウム塩、アルミノケイ酸ナトリウム塩のナトリウムイオ
ンがカリウムイオンに２０％以上イオン交換してなるア
ルミノケイ酸ナトリウムカリウム塩、またはアルミノケ
イ酸ナトリウム塩のナトリウムイオンがセシウムイオン
に１０％以上イオン交換してなるアルミノケイ酸ナトリ
ウムセシウム塩が有効に用いることができた。
【００４０】例えば、ゼオライト化合物では、３Ａ型ゼ
オライトや、４Ａ型のアルミノケイ酸ナトリウム塩をカ
リウムイオンで２０％以上イオン交換したもの、４Ａ型
をセシウムイオンで１０％以上イオン交換したものなど
の細孔径が約０．３５ｎｍ以下であるもので効果が得ら
れた。
【００４１】これらの炭酸捕捉は、例えば（数２）のよ
うな反応で吸着されているものと考えられる。
【００４２】
【数２】
【００４３】上述のアルミノケイ酸金属塩が二酸化炭素
の冷媒中で炭酸捕捉に効果があった理由として、効果が
あったアルミノケイ酸金属塩は細孔径が約０．３５ｎｍ
以下であり、二酸化炭素の分子径に対しておそらく同等
以下になっているために二酸化炭素が吸着しにくいもの
と考えられる。
【００４４】そして、これら以外の例えば、細孔径が約
０．３５ｎｍより大きいアルミノケイ酸アルカリ土類金
属塩では冷媒として雰囲気に大量にある二酸化炭素が炭
酸より先にアルミノケイ酸金属塩の吸着サイトに吸着し
てしまっていたために、炭酸が吸着する効果が得られな
かったものと推察された。
【００４５】なお、効果があったアルミノケイ酸金属塩
については、上述のアルミノケイ酸金属塩の吸着サイト
については、炭酸は分子径が大きいのでその細孔内へ侵
入しにくいと考えられるため、おそらく細孔入口の近傍
にて吸着が行われているものと思われる。
【００４６】なお、この炭酸捕捉効果は、水分量１００
０重量ｐｐｍと水分量５０重量ｐｐｍの２種類の水分量
に調製した液化二酸化炭素をそれぞれ充填した２つのオ
ートクレーブ中にそれぞれ同じアルミノケイ酸金属塩を
入れておき、１５０℃以上、１０日間以上の処理の後、
アルミノケイ酸金属塩をオートクレーブから取り出し、
それぞれのアルミノケイ酸金属塩を熱脱離ガス分析計で
加熱し発生した水分と二酸化炭素の量を測定比較して評
価した。
【００４７】すなわち、炭酸を捕捉する効果があるもの
は水分量１０００重量ｐｐｍの方が二酸化炭素の発生量
が多かったが、炭酸を捕捉する効果が小さいものは両者
がほぼ同程度の二酸化炭素の発生量であることから捕捉
効果の判断を行った。
【００４８】次に、（２）アルカリ金属酸化物、アルカ
リ土類金属酸化物、炭酸アルカリ金属塩、炭酸アルカリ
土類金属塩の少なくとも何れかの材料について効果を説
明する。アルカリ金属としてはナトリウム、カリウム、
リチウム等であり、アルカリ土類金属としてはカルシウ
ム、バリウム、セシウム等の化合物を用いることができ
た。
【００４９】アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸
化物は、一般に二酸化炭素の固定化剤として炭酸金属塩
を形成すると言われているため、二酸化炭素冷媒中では
二酸化炭素と反応してしまって炭酸捕捉剤として用いる
ことができないと思われた。しかし、実際には二酸化炭
素との反応は非常に少なく、そして炭酸を除去する効果
が得られた。
【００５０】このことは、アルカリ金属酸化物、アルカ
リ土類金属酸化物は実際には水が媒介して二酸化炭素が
炭酸になってから反応していると考えられるためであ
る。すなわち、（数３）のように炭酸と反応して炭酸水
素金属塩として捕捉効果が得られたものと推察された。
【００５１】
【数３】
【００５２】また、炭酸アルカリ金属塩、炭酸アルカリ
土類金属塩の場合は、水分がある状態で二酸化炭素と反
応して炭酸水素金属塩を形成するため水分の除去に効果
があることに加えて、二酸化炭素冷媒中で水分によって
生成した炭酸についても、（数４）のように捕捉できる
効果が得られている。
【００５３】
【数４】
【００５４】次に、（３）アミノ基を有する多孔体また
は粒状体の材料について説明する。アルミナやシリカゲ
ルのような酸化物の多孔体の表面を処理してアミノ基を
表面に形成した材料や、活性炭の表面処理、アミノ基を
有する高分子材料のビーズなどを用いる。表面処理の方
法としては、エタノールアミンなどのアルカノールアミ
ン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−（２
−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランな
どのアミノシラン化合物などによって多孔体の表面に吸
着させる方法が代表的である。
【００５５】また、アミノ基を有する高分子としては、
ポリアリルアミン、ポリアクリルアミドなどの高分子材
料が用いることができる。これらの材料は、（数５）の
ようにアミノ基が炭酸を捕捉することで除去効果が得ら
れる。
【００５６】また、アミノ基は水分がある状態で二酸化
炭素を吸収するため、二酸化炭素は水分の少ない冷媒の
雰囲気では炭酸を捕捉する障害にはならないと考えられ
る。
【００５７】
【数５】
【００５８】上記で説明した炭酸捕捉剤は容器に充填し
て作動媒体の流路に装備して用いるのがよい。炭酸捕捉
剤の形状としては冷媒の流通抵抗を大きくしないために
粒状のものを用い、容器への充填方法としてはメッシュ
などの押さえによって容器内部に固定すればよい。
【００５９】以下、本発明の具体的な実施の形態につい
て図を用いて説明する。
【００６０】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における冷凍サイクル装置の構成図であり、圧縮機
１、冷却器２、キャピラリーチューブあるいは膨張弁等
の絞り装置４、蒸発器３を配管によって連結することに
より構成されている。
【００６１】この冷凍サイクル装置には、作動媒体の冷
媒として二酸化炭素が充填されており、必要に応じて冷
凍機油も充填されて構成される。この冷凍サイクル内の
作動媒体に水分が導入されることで生成する炭酸を除去
するために、炭酸捕捉剤を充填した炭酸捕捉剤充填容器
５を配管にて連結して装備することによって、冷凍サイ
クルの信頼性が確保されている。
【００６２】次に、冷凍サイクル装置中の二酸化炭素冷
媒の流れを述べる。圧縮機１によって圧縮された二酸化
炭素冷媒は超臨界状態の流体となり、吐出側配管６を通
って冷却器２において放熱し、臨界温度近傍まで温度低
下した超臨界状態で絞り装置４を通過する。この段階で
臨界温度未満の気液混合状態となり、蒸発器３において
吸熱気化し、吸入側配管７を通って再度圧縮機１に吸い
込まれるという冷凍サイクルをとる。この冷凍サイクル
内に、炭酸捕捉剤充填容器５を配置することになる。
【００６３】本発明では、炭酸捕捉剤をより有効に作用
させるために冷凍サイクル内において作動媒体の温度が
二酸化炭素の臨界温度未満になる位置に装備するのがよ
り好ましい。この理由について以下に説明する。
【００６４】二酸化炭素は液体状態では弱い極性を有す
るが、超臨界状態では非極性に近い状態になる。したが
って、水分の導入によって生成した炭酸は、超臨界状態
では非イオン化状態のＨ2ＣＯ3であり比較的反応しにく
いが、非超臨界の液体状態ではイオン化したＨ+・ＨＣ
Ｏ3 - の割合が多くなり反応しやすくなっている。その
ため作動媒体が二酸化炭素の臨界温度未満となっている
位置に炭酸捕捉剤を配置した方が炭酸の反応吸着による
除去が行われやすくなっている。
【００６５】また、（数１）に示すように炭酸の生成は
平衡反応であるために低温の方が炭酸を除去しやすい
し、（数２）から（数５）に示すように炭酸捕捉剤は温
度が低い方が安定に捕捉状態を保つため、その点からも
冷凍サイクルで臨界温度未満の低温の位置に配置するの
が効果的である。
【００６６】したがって、図１に例示した冷凍サイクル
装置の構成では、絞り装置４と圧縮機の吸入側配管７の
間に配置されているのが有効であり、炭酸捕捉剤充填容
器５を絞り装置４と蒸発器３の間に配置した場合を示し
ている。
【００６７】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２における冷凍サイクル装置の構成図であり、圧縮機
１１、熱交換器１２ａ、キャピラリーチューブあるいは
膨張弁等の絞り装置１３とこれらを連結する配管を有す
る室外ユニット１７と、空調がなされる部位に設置され
る熱交換器１２ｂを有する室内ユニット１８とを接続管
等で連結することにより冷凍サイクルが構成されてい
る。
【００６８】図２の室外ユニット１７が四方弁等の流路
切換手段１５を有するので、熱交換器１２ａ、１２ｂ
は、冷却器としての機能と蒸発器としての機能を交換す
ることができる。
【００６９】水分が導入されることで生成する炭酸を除
去するために、炭酸捕捉剤充填容器１４は室外ユニット
１７内の流路切換手段１５と圧縮機１１の吸入側の低温
側配管１６に配置した。
【００７０】この冷凍サイクル装置中の二酸化炭素冷媒
の流れは、冷房運転をする場合には、圧縮機１１によっ
て圧縮されて超臨界状態になった冷媒が、冷却器となる
熱交換器１２ａにおいて放熱し、絞り装置１３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
１８内の蒸発器となる熱交換器１２ｂにおいて吸熱気化
し、再度圧縮機１１に吸い込まれるサイクルをとる。
【００７１】暖房運転をする場合には、四方弁１５の回
転により流路が切り替わり、冷却器となる熱交換器１２
ｂで冷却して、蒸発器となる熱交換器１２ａで蒸発する
というサイクルをとる。
【００７２】図２で炭酸捕捉剤充填容器１４を配置して
いる位置は、流路切換による熱交換器の機能切換によら
ずに、常に二酸化炭素冷媒は臨界温度未満の低温であ
り、炭酸捕捉を効果的に行うことができて冷凍サイクル
の信頼性が確保されている。
【００７３】他の位置では、機能切換によって作動媒体
の温度が二酸化炭素の臨界温度以上の高温になることが
あり、炭酸捕捉剤に捕捉されている炭酸が再度サイクル
内に放出される場合もある。
【００７４】なお、図２の炭酸捕捉剤充填容器１４の構
造としては、冷媒を液分離するためのアキュムレータの
構造に炭酸捕捉剤を充填したものでもよい。
【００７５】（実施の形態３）図３は本発明の実施の形
態３における冷凍サイクル装置の構成図であり、圧縮機
２１、冷却器２２キャピラリーチューブあるいは膨張弁
等の絞り装置２４、蒸発器２３を配管によって連結して
構成されている。この冷凍サイクル装置では、絞り装置
２４の前の温度を下げることで効率を向上させるため
に、サイクルの高圧側と低圧側とを熱交換させる内部熱
交換器２６が設けられている。
【００７６】この冷凍サイクル装置中の二酸化炭素冷媒
の流れは、圧縮機２１によって圧縮されて超臨界状態に
なった冷媒は冷却器２２で放熱し、さらに内部熱交換器
２６で冷媒をさらに冷やしてから絞り装置２４を通過さ
せることで低温のサイクルに至る。この後に蒸発器２３
で吸熱気化してから内部熱交換器２６を通過して再度圧
縮機２１に吸い込まれるサイクルとなっている。
【００７７】図３で炭酸捕捉剤充填容器２５を配置して
いる位置は、流路の中で二酸化炭素冷媒がその臨界温度
未満の低温になるサイクルである内部熱交換器２６の蒸
発器側であり、本実施の形態では絞り装置２５と蒸発器
２３の間に配置して構成している。
【００７８】以上、本発明の冷凍サイクル装置の具体的
な実施の形態について３例を説明したが、作動媒体とし
て二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクル装置の構成はこ
れらに限られるものではない。
【００７９】また、炭酸捕捉剤充填容器の装備した位置
も上記の実施の形態で示した構成に限られるものではな
い。炭酸捕捉剤充填容器は冷凍サイクルの作動媒体が二
酸化炭素の臨界温度未満となる位置をより好ましい構成
として説明したが、本発明では冷凍サイクルの流路のな
かで冷却のための冷却器の機能を持たせた熱交換器以降
であれば効果が得られるものである。
【００８０】また、冷凍サイクル装置内に導入されてし
まう水分が多い場合には、必要に応じて乾燥剤を充填し
たドライヤを装備することも効果がある。すなわち、本
発明で用いた炭酸捕捉剤は水分の吸着性能があったり、
水分を介して二酸化炭素と反応したりするために、少量
の水分が冷凍サイクルに導入された場合には効果を発揮
するが、多量に導入された場合には炭酸捕捉剤が不活性
化されてしまうことが起こりうるためである。
【００８１】また、本発明の冷凍サイクル装置には、作
動媒体の冷媒として二酸化炭素が充填されており、必要
に応じて圧縮機に冷凍機油が封入されて構成される。冷
凍機油は圧縮機の摺動部での潤滑性を確保するものであ
る。
【００８２】冷凍機油としては非極性油、有極性油があ
り、例えば、非極性油としては鉱油、ポリ−α−オレフ
ィン油、アルキルベンゼン油などとこれらの混合油、有
極性油としてはポリオールエステル油、ポリビニルエー
テル油、ポリアルキレングリコール油、ポリカーボネー
ト油などとこれらの混合油、また非極性油と有極性油の
混合油などがある。
【００８３】本発明の冷凍サイクル装置の作動媒体とし
て二酸化炭素冷媒と一緒に用いる場合には、潤滑性の面
からはどの冷凍機油でも用いることができる。冷凍サイ
クル内に水分が導入されることによる不都合を考える
と、鉱油、ポリ−α−オレフィン油に代表される非極性
油が好ましい。しかし、冷凍サイクル装置における冷凍
機油は、本来圧縮機内部において機能するものであり、
圧縮された冷媒蒸気と共に一部の冷凍機油が冷凍サイク
ル装置内部を回巡することが知られている。これらの観
点から冷媒と冷凍機油の相溶性などの特性から、ポリオ
ールエステル油、ポリアルキレングリコール油、ポリカ
ーボネート油に代表される有極性油を選択する必要があ
る。
【００８４】有極性油を冷凍機油として用いる場合に
は、冷凍機油と水分との親和性のため冷凍サイクル装置
内に水分が導入されやすくなる。この水分は二酸化炭素
冷媒と反応して炭酸を生成することになり、さらに生成
した炭酸の影響で冷凍機油自体の加水分解が促進されて
しまうことを生じるために、冷凍サイクル装置の信頼性
を低下させてしまう恐れがある。
【００８５】したがって、本発明における炭酸捕捉剤を
冷凍サイクルの流路に装備することの効果は、これら有
極性油を作動媒体として用いた際により効果が発揮され
るものである。
【００８６】特に、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイク
ル装置における冷凍機油として適しているポリアルキレ
ングリコール油では、油が分解したアルコールが冷凍サ
イクルを閉塞する可能性があるために、本発明の構成に
よって優れた効果が得られるものである。
【００８７】なお、圧縮機による作動媒体の圧縮方式と
しては、レシプロ、ロータリー、スクロール、リニアな
どの各方式が適用できる。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明によれば、作動媒体の冷媒として二酸化炭素
を用いた冷凍サイクル装置において、冷凍サイクル中に
水分が導入されて誘発される信頼性に関わる課題を改善
した冷凍サイクル装置を提供できるものである。
【００８９】すなわち、本発明は、冷媒である二酸化炭
素と水分とが反応した炭酸を冷凍サイクルの作動媒体の
流路に炭酸捕捉剤を適した構成位置で装備することによ
って、炭酸を効率的に除去することができ、二酸化炭素
冷媒の劣化や、冷凍機油の分解、金属製構成部品の腐食
などを防止することができる信頼性の高い冷凍サイクル
装置を提供することをでき、工業的に価値が大なるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装
置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装
置の構成図
【図３】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装
置の構成図
【符号の説明】
１ 圧縮機 ２ 冷却器 ３ 蒸発器 ４ 絞り装置 ５ 炭酸捕捉剤充填容器 ６ 圧縮機の吐出側配管 ７ 圧縮機の吸入側配管 １１ 圧縮機 １２ａ，１２ｂ 熱交換器 １３ 絞り装置 １４ 炭酸捕捉剤充填容器 １５ 流路切換手段（四方弁） １６ 低温側配管 １７ 室外ユニット １８ 室内ユニット １９ａ 圧縮機の吐出側配管 １９ｂ 圧縮機の吸入側配管 ２１ 圧縮機 ２２ 冷却器 ２３ 蒸発器 ２４ 絞り装置 ２５ 炭酸捕捉剤充填容器 ２６ 内部熱交換器 ２７ 低温側配管 ２８ａ 圧縮機の吐出側配管 ２８ｂ 圧縮機の吸入側配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西脇 文俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 船倉 正三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岡座 典穂 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D020 AA10 BA01 BA06 BA08 BA09 BA16 BB01 CA05 4G066 AA61B AA62B CA07 CA21 CA43 DA05 FA11 FA37

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作動媒体を圧縮する圧縮機と、前記作動
    媒体を冷却する冷却器と、前記作動媒体を減圧する絞り
    装置と、前記作動媒体を気化する蒸発器とを備え、前記
    作動媒体が二酸化炭素または二酸化炭素を含む混合冷媒
    からなり、前記作動媒体の流路に炭酸捕捉剤を設けたこ
    とを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 【請求項２】 作動媒体の温度が臨界温度未満となる前
    記作動媒体の流路に炭酸捕捉剤を設けたことを特徴とす
    る請求項１記載の冷凍サイクル装置。
  3. 【請求項３】 作動媒体の流路を切り替える流路切換装
    置を備え、前記流路切換装置と圧縮機の吸入部との間に
    炭酸捕捉剤を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷
    凍サイクル装置。
  4. 【請求項４】 前記圧縮機あるいは冷凍サイクル中に有
    極性油を主たる組成とする冷凍機油を封入したことを特
    徴とする請求項１から３何れかに記載の冷凍サイクル装
    置。
  5. 【請求項５】 炭酸捕捉剤がアルミノケイ酸アルカリ金
    属塩、あるいはアルミノケイ酸アルカリ金属塩のアルカ
    リ金属イオンが他の陽イオンとイオン交換してなるアル
    ミノケイ酸金属塩の少なくとも何れかであることを特徴
    とする請求項１から４何れかに記載の冷凍サイクル装
    置。
  6. 【請求項６】 炭酸捕捉剤がアルミノケイ酸カリウム
    塩、アルミノケイ酸ナトリウム塩のナトリウムイオンが
    カリウムイオンに２０％以上イオン交換してなるアルミ
    ノケイ酸ナトリウムカリウム塩、またはアルミノケイ酸
    ナトリウム塩のナトリウムイオンがセシウムイオンに１
    ０％以上イオン交換してなるアルミノケイ酸ナトリウム
    セシウム塩の少なくとも何れかであることを特徴とする
    請求項５記載の冷凍サイクル装置。
  7. 【請求項７】 炭酸捕捉剤がアルカリ金属酸化物、アル
    カリ土類金属酸化物、炭酸アルカリ金属塩、炭酸アルカ
    リ土類金属塩の少なくとも何れかを含んでなることを特
    徴とする請求項１から４何れかに記載の冷凍サイクル装
    置。
  8. 【請求項８】 炭酸捕捉剤がアミノ基を有する多孔体ま
    たは粒状体であることを特徴とする請求項１から４何れ
    かに記載の冷凍サイクル装置。
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