JP2011141047A

JP2011141047A - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP2011141047A
Application number: JP2010000426A
Authority: JP
Inventors: Mari Orito; 真理折戸; Shiro Takeuchi; 史朗竹内; Takuya Furuhashi; 拓也古橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】ドレン水中に活性酸素種を長期安定的に、かつ効率的に生成することができる活性酸素種生成装置を備えた冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】熱交換器１４から滴下するドレン水２を受けるドレンパン１と、ドレンパンに貯留したドレン水を上方へ汲み上げて排出する排水手段３と、ドレンパン内のドレン水に浸漬する電極の反応により活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置とを備える冷凍サイクル装置において、電極のうち少なくとも陰極２１は、ポリアニリン等のレドックスポリマーを含み、電極は、冷凍サイクル装置の運転中にはドレンパン内のドレン水の水面より上方の空気中にあり、冷凍サイクル装置の停止中には、排水手段を通してドレンパン内に逆流するドレン水に、電極の少なくとも一部分が浸漬して活性酸素種を生成する構成。
【選択図】図２

Description

本発明は、抗菌、抗ウイルス、防かび、脱臭に有用な活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置を搭載した冷凍サイクル装置に関するものである。なお、活性酸素種とは、スーパーオキシド（Ｏ₂・−）、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、一重項酸素（¹Ｏ₂）、オゾン（Ｏ₃）等、分子状酸素である三重項酸素（³Ｏ₂）より活性化された酸素、及びその関連分子を総称する用語である。

空気調和機、冷蔵庫、ショーケース等の冷凍サイクル装置には、活性酸素種を生成する装置が搭載されているものがある。例えば、従来の活性酸素種生成装置として、ドレンパン上のドレン水中に電極を設置し、ドレン水を電気分解して活性酸素種を生成させて、ドレンパンやドレン配管の詰まりの原因となる菌等の発生を抑制する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、活性酸素種を生成するものではないが、空気調和機のドレン配管内に抗菌性金属イオン（例えば、銀イオン）を発生する電極を設置したものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、ドレンポンプの停止時に、所定の揚水高さを有するドレン配管の立ち上がり部に溜まった銀イオンを含有するドレン水をドレンパンに逆流させることによって、ドレンパンに銀イオンを行き渡らせ、ドレン水の細菌繁殖を抑制するというものである。

特開２００６−３００４２１号公報（第３−４頁、図３）特開２００８−１４５０２５号公報（第５頁、図２）

特許文献１に記載の技術では、活性酸素種生成装置を構成する電極として白金等の基材が用いられているが、白金を陰極で用いると表面にスケールが生成するため、定期的に転極（電極の極性を変更することで、一般には通電方向を反転する。）する必要がある。しかし、白金は陽極で用いられると酸化されて酸化白金となり、転極して白金が還元される際、白金が溶出する。そのため、再度転極を行い陽極として用いるときには白金が減少しており、徐々に電極基材が劣化するという課題があった。

特許文献２に記載の技術では、主に銀電極を用いて銀イオンをドレン水中に発生させるものであるが、銀電極を陽極だけに用いるのでは陽極の寿命が短くなり、また両電極共に銀電極とした場合には頻繁に転極する必要があるため、通電方向切替装置やその制御装置が不可欠となり全体としてコスト増を招くという課題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ドレン水中に活性酸素種を長期安定的に、かつ効率的に生成することができる活性酸素種生成装置を備えた冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、熱交換器から滴下するドレン水を受けるドレンパンと、ドレンパンに貯留したドレン水を上方へ汲み上げて排出する排水手段と、ドレンパン内のドレン水に浸漬する電極の反応により活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置とを備える冷凍サイクル装置において、
前記電極のうち少なくとも陰極は、ポリアニリン等のレドックスポリマーを含み、
前記電極は、前記冷凍サイクル装置の運転中には前記ドレンパン内のドレン水の水面より上方の空気中にあり、
前記冷凍サイクル装置の停止中には、前記排水手段を通して前記ドレンパン内に逆流するドレン水に、前記電極の少なくとも一部分が浸漬して活性酸素種を生成する構成となっているものである。

本発明によれば、冷凍サイクル装置の運転中には電極がドレンパン内のドレン水の水面より上方の空気中にあり、冷凍サイクル装置の停止中には、ドレンパン内に逆流するドレン水に、電極の少なくとも一部分が浸漬するようになっているので、ポリアニリン等のレドックスポリマーを含む陰極、または、陰極と陽極の両方が、空気中にさらされることによって、電極表面のポリアニリン等のレドックスポリマーの再生が可能となるため、ドレン水中に活性酸素種を長期安定的に、かつ効率的に生成することができるという効果がある。よって、ドレンパンの抗菌性等衛生性、清潔性を長期保持できる冷凍サイクル装置を安価に提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のブロック図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置に搭載した活性酸素種生成装置の概略構成図である。酸化還元反応によるポリアニリンの構造変化を示す図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置に搭載した活性酸素種生成装置の概略構成図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置に搭載した活性酸素種生成装置の概略構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のブロック図であり、図２はこの冷凍サイクル装置に搭載した活性酸素種生成装置の概略構成図で、（ａ）は冷凍サイクル装置の運転中、（ｂ）は冷凍サイクル装置の停止中の各々における態様を示す図である。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、例えば図１に空気調和機の冷凍サイクルを示すように、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機１１、凝縮器として機能する室外熱交換器１２、室外熱交換器１２からの凝縮冷媒を減圧させる膨張弁１３、蒸発器として機能する室内熱交換器１４を順に配管接続して冷凍サイクルが構成されている。そして、室外熱交換器１２及び室内熱交換器１４にはそれぞれ室外送風ファン１５、室内送風ファン１６が装備されており、室外送風ファン１５により外気が室外熱交換器１２の冷媒と熱交換され温風となって外部に排出される一方、室内送風ファン１６により室内空気が室内熱交換器１４の冷媒と熱交換され冷風となって室内へ送風される。

この室内熱交換器（以下、単に熱交換器という）１４の下方には、図２に示すように、ドレンパン１が図示しない装置本体内部に設置されており、熱交換器１４の上記熱交換作用により生成されるドレン水２が貯留される。ドレンパン１には、ドレンポンプ４およびドレンホース５からなる排水手段３が配設される。また、ドレンポンプ４は、ドレンパン１内に溜まったドレン水２をドレンホース５を通して所定の高さ（揚水高さ）Ｈ以上に汲み上げて外部に排水するようになっている。そして、ドレンポンプ４の駆動が停止すると、この高さＨに達しない高さ分のドレン水２が重力によりドレンパン１に逆流する。

さらに、ドレンパン１には、電極（陰極２１、陽極２２）と、両極間に所定の電圧を印加する電圧印加手段２３とを有する活性酸素種生成装置２０が設置されており、ドレン水２の介在のもとで電極２１、２２の反応によりスーパーオキシド（Ｏ₂ ^-）等の活性酸素種が生成される。

この活性酸素種生成装置２０において、電極のうち少なくとも陰極２１は、ポリアニリン等のレドックスポリマーを含む基材（図示せず）により構成されている。ポリアニリン等のレドックスポリマーが陰極２１に含まれることで、特に活性酸素種の生成効率が向上するため、陰極側はポリアニリン等のレドックスポリマーを含む基材とするのがよい。
また、ポリアニリン等のレドックスポリマーは、通常、絶縁性の基材上に塗布すると１０⁴Ω／□以上の表面抵抗値となるが、導電性の基材上に担持するか、あるいはカーボンや金属等の通電補助材となる部材を添加することで表面抵抗値を１０−³〜１０³Ω／□程度にするとよい。これにより２．５Ｖ以下の電圧においても充分に活性酸素種を生成することができ、高電圧を印加した場合に副生成物として生成する水素や酸素といった物質の生成を抑制する効果がある。
陽極２２側に関しては、陰極２１と同様にポリアニリン等のレドックスポリマーを含む基材であることが好ましいが、酸化耐性が強い白金を含む金属基材であってもよい。
また、レドックスポリマーとしては、ポリアニリン、ポリチオフェン等が好適に使用される。

次に動作について説明する。ここでは、レドックスポリマーとしてポリアニリンを例に説明する。

レドックスポリマーとは、電子の授受により酸化型、あるいは還元型といった分子構造の変化が可逆的に起こり得る重合体のことである。図３に示すようにポリアニリンの場合、還元型から酸化型へ移行する際にポリアニリンの触媒的作用により、電子と水中の酸素などが反応してスーパーオキシド（Ｏ₂ ^-）等の活性酸素種を生成する。この反応は主に陰極２１の表面で起こるものである。
Ｏ₂＋ＰＡｎ(red)→Ｏ₂ ^-＋ＰＡｎ(ox) 式［１］

熱交換器１４が駆動中の場合は、熱交換作用により気相中の水分が冷却凝縮され、ドレン水２としてドレンパン１に滴下する。ドレンパン１に貯留したドレン水２はドレンポンプ４の駆動により汲み上げられてドレンホース５等の排水流路を経由して外部に排水される。この際、活性酸素種を生成する電極２１、２２は、図２（ａ）に示すように、ドレンパン１内のドレン水２の水面より上方に位置して空気中に露出した状態となっている。

熱交換器１４の駆動が停止し、ドレンポンプ４の駆動も連動して停止すると、ドレンホース５内には高さＨ以下に相当する分のドレン水２が溜まっておりそのドレン水２は重力により逆流するため、ドレンパン１に流出して貯留される。その際、ドレンパン１に貯留したドレン水２の水深は数ｃｍ〜１０ｃｍ程度となり、熱交換器１４が駆動していたときよりも水深が深くなるため、電極２１、２２の一部分はドレン水２の中に浸漬する状態となる。
したがって、例えば、ドレン水２の水位をセンサー等（図示せず）で検知し、ドレン水２の水位が所定以上の高さであることを検知した場合は、電圧印加手段２３により電極２１、２２に通電することで、特に陰極２１側で活性酸素種が生成される。この通電は図示しない制御装置により一定時間行い、抗菌作用を発現する程度の濃度の活性酸素種が生成されると、上記制御装置は通電を停止するものである。

陰極２１表面のポリアニリンは、通電による電子の供給により、時間の経過と共に還元型へ移行する一方で、電極表面付近の溶存酸素と反応することで式［１］のような反応により活性酸素種が生成される。電圧の印加により陰極２１表面ではポリアニリンの酸化反応より還元反応の方が優位に起こるため、陰極２１表面のポリアニリンは徐々に還元型へと移行する。一方、電極２１、２２への通電が停止している状態でドレンポンプ４の駆動が開始してドレンパン１内のドレン水２の水位が低下することで、電極２１、２２は空気中にさらされるため、空気中の酸素によりポリアニリンが酸化されて酸化型側へ移行するため、ポリアニリンの再生が可能である。

また、陰極２１と陽極２２の酸化還元電位の差が大きい場合には、一定時間の通電を行って活性酸素種を生成した後、通電を停止することで酸化還元反応が逆向きに進行するため、陰極２１のポリアニリンは酸化型側へ移行する。これによりポリアニリンは再生され、ドレンポンプ４の駆動でドレン水２の水位が低下して電極が空気中にさらされると、電位差によるポリアニリンの構造変化の進行が抑制される。

また、電極２１、２２が両方ともポリアニリンを含む場合、電圧印加手段２３に通電方向切換手段（図示せず）を具備し、陰極２１、及び陽極２２の転極を繰り返すことで陰極２１表面でのスケール生成を抑制するだけでなく、両極での活性酸素種の生成が可能となるため、活性酸素種を長期安定的に連続して生成することが可能となる。なお、上記の通電方向切換手段は、電極の極性を反転させるための手段であり、電気回路のプラス線とマイナス線を瞬間的に入れ換えるものである。極性反転方法は、押しボタン式、スライド式、ロータリー式を問わない。

以上のように、本実施の形態では、少なくとも陰極２１、または陰極２１及び陽極２２の両方がポリアニリン等のレドックスポリマーを含む基材よりなり、かつ電極２１、２２に通電する電圧印加手段２３を備えた活性酸素種生成装置２０を空気調和機等の冷凍サイクル装置１０に搭載したものである。そして、その冷凍サイクル装置１０の熱交換器１４の動作が停止してドレンポンプ４の動作が停止することで、ドレンホース５内に高さＨまで到達せずに溜まったドレン水２がドレンパン１上に逆流し、これによって電極２１、２２の少なくとも一部分がドレンパン１内のドレン水２に浸漬して活性酸素種を生成するようになっている。そのため、熱交換器１４及びドレンポンプ４の駆動中には、電極２１、２２がドレンパン１内のドレン水２の水面より上方にあって空気中にさらされた状態で設置され、一方、熱交換器１４及びドレンポンプ４の駆動が停止中には電極２１、２２がドレン水２中に浸漬するように設置されているので、冷凍サイクル装置１０の運転中には電極２１、２２間の通電を停止して電極２１、２２が空気中にさらされるようにすることで、ポリアニリン等のレドックスポリマーの再生が可能となるため、従来の方法に比べて活性酸素種の連続生成能が向上するという効果がある。

よって、上記のような活性酸素種生成装置２０を空気調和機等の冷凍サイクル装置１０に搭載することによって、ドレンパン１の抗菌性等衛生性、清潔性を長期保持できる冷凍サイクル装置１０を安価に提供することができる。

なお、本明細書において使用するその他の主な用語の定義は以下の通りである。

ポリアニリン等のレドックスポリマーとは、ポリアニリンやポリチオフェンなどを含めたものであり、化学的重合、または電気的重合と重合方法にかかわらず生成され、酸化、還元状態を可逆的に変化する物質のことである。

抗菌とは、滅菌、消毒、殺菌、除菌、抗菌を含むもので、微生物やある物質の発生、生育、増殖を抑制、あるいは死滅させることである。

抗ウイルスとは、ウイルスの活動を抑制することをいう。

防かびとは、かびの発生、生育、増殖を抑制することをいう。

脱臭とは、臭いを発生する化学物質を吸着、洗浄、科学的に分解することで空間から除去することをいう。

また、本発明において両電極は必ずしも対向させて配置する必要はない。また、両電極は水槽４内に複数配置してもよく、陰極、陽極の各電極枚数が同じでなくてもよい。

実施の形態２．
活性酸素種生成装置の活性酸素種生成効率を向上するために有用な手段として、電極表面に酸素を積極的に供給することで、式［１］の反応を進行させるという方法がある。実施の形態２は、空気中の酸素を水中に供給する手段（以下、酸素供給手段という）を備えたものであり、ドレン水の溶存酸素濃度を増加させることで実施の形態１に比べて活性酸素種生成能が向上するようにしたものである。

図４は、本発明の実施の形態２における活性酸素種生成装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの３つの例を示すものである。各活性酸素種生成装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、実施の形態１で説明した冷凍サイクル装置１０に搭載されて使用されるものであるので、ここでは重複する説明は避け、各活性酸素種生成装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの構成、作用効果を中心に説明するものとする。各例の電極２１、２２及び電圧印加手段２３については、実施の形態１と同じである。

図４（ａ）に示す活性酸素種生成装置２０Ａは、酸素供給手段として、滑車（またはリール）２４に水撹拌部材２５を紐２６等で接続したものである。この水撹拌部材２５を吊り下げて滑車２４により、空気中からドレンパン（図示省略）内のドレン水２中へ浸漬させたり、ドレン水２中から空気中に引き上げたりするという一連の動作を繰り返すことで、空気中の酸素をドレン水２中に取り込むことができる。これによって、ドレン水２の溶存酸素濃度を一定に保つことができるので、活性酸素生成能が向上する。これは、溶存酸素と陰極２１に担持されたポリアニリン等のレドックスポリマーとの反応が促進することで式［１］の反応が促進するためである。水攪拌部材２５は、多孔質体、スポンジ状物質、固形物といった一定以上の容積を有するものであればよい。また、水攪拌部材２５の上下移動により、ドレン水２に対流が生じるため、電極２１、２２近傍で生成する活性酸素種の拡散が促進されるため、活性酸素種の生成をさらに促進することができる。

図４（ｂ）に示す活性酸素種生成装置２０Ｂは、エアーポンプ２７により空気中の酸素をドレン水２中に供給するようにしたものである。さらに好ましくは、バブル発生器２８をエアーポンプ２７に接続することが好ましい。バブル発生器２８により、酸素ガスの粒径を小さくすることで酸素ガスの表面積が大きくなるため、溶存酸素取り込み量が増加して効率化するため、活性酸素種の生成が促進される。

図４（ｃ）に示す活性酸素種生成装置２０Ｃは、水車状の水攪拌部材２９が回転することで空気、及びドレン水２の攪拌が行われ、空気中の酸素を供給するようにしたものである。水車状の水攪拌部材２９の表面にはリブ等を設置し、水をかきやすい構成とする。空気中の酸素をドレン水２中に取り込むだけでなく、水車状の水攪拌部材２９の回転により水がかき回されるため、ドレン水２に対流が生じて電極２１、２２近傍で生成する活性酸素種の拡散が促進されるため、活性酸素種の生成をさらに促進することができる。

本実施の形態では、活性酸素種を生成する電極２１、２２が通電状態のとき、陰極２１に担持されたポリアニリン等のレドックスポリマー表面では式［１］に示すような活性酸素種生成反応が効率的に行われている。ドレン水２中の溶存酸素濃度が低下すると活性酸素種生成能は徐々に低下するが、以上のような酸素供給手段により、空気中の酸素をドレン水２中に供給することで溶存酸素濃度を一定に保ち、活性酸素種生成能の低下を抑制することができるため、陰極２１表面での活性酸素種の生成を促進するという効果がある。

実施の形態３．
以上の実施の形態１及び２では、陰極２１、及び陽極２２が静置された状態であるが、次にさらに活性酸素種の生成効率を向上するために有用な手段を具備した実施の形態を示す。
図５は、本発明の実施の形態３における活性酸素種生成装置２０Ｄを示すものである。活性酸素種生成装置２０Ｄは、実施の形態１で説明した冷凍サイクル装置１０に搭載されて使用されるものであるので、ここでは重複する説明は避け、活性酸素種生成装置２０Ｄの構成、作用効果を中心に説明するものとする。各例の電極２１、２２及び電圧印加手段２３については、実施の形態１と同じである。

本実施の形態は、電極２１、２２のドレン水２中への浸漬と、ドレン水２から空気中への引き上げという一連の動作を繰り返すための滑車等の電極移動手段３０を備える構成としたものである。電極移動手段３０はシリンダ装置でもよい。電極２１、２２を収容する網体３１を紐３２等で電極移動手段３０に接続して吊り下げるものである。

本実施の形態では、電極移動手段３０により電極２１、２２をドレン水２に間欠的に浸漬させることができるので、活性酸素種生成反応中にも電極表面に酸素を積極的に供給することが可能であるため、電極が静置された状態に比べて活性酸素種生成能を向上させることができる。
また、ポリアニリン等のレドックスポリマーが担持された電極２１、２２がドレン水２に浸漬する程度が、ドレン水２の水位変動のみによらなくなるため、電極２１、２２の設計の自由度が増加する。

本発明の活性酸素種生成装置の活用例として、エアコン、業務用エアコン、空気清浄機等の各種ドレンパンを備える空調機器、あるいは冷蔵庫といった機器に搭載することが可能である。また、熱交換器がなくても、ドレンパンに水を貯留する構成を持つ機器に搭載することで同様に、抗菌、抗ウイルス、防かび等による排水のトラブルを低減してメンテナンス性を向上するだけでなく、ドレンパン等の設備機器を浄化することができ、脱臭等の効果も生み出すことが可能である。

１ドレンパン、２ドレン水、３排水手段、４ドレンポンプ、５ドレンホース、１０冷凍サイクル装置、１１圧縮機、１２室外熱交換器、１３膨張弁、１４室内熱交換器（熱交換器）、１５室外送風ファン、１６室内送風ファン、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ活性酸素種生成装置、２１陰極、２２陽極、２３電圧印加手段、２４滑車、２５水撹拌部材、２６紐、２７エアーポンプ、２８バブル発生器、２９水攪拌部材、３０電極移動手段、３１網体、３２紐。

Claims

熱交換器から滴下するドレン水を受けるドレンパンと、ドレンパンに貯留したドレン水を上方へ汲み上げて排出する排水手段と、ドレンパン内のドレン水に浸漬する電極の反応により活性酸素種を生成する活性酸素種生成装置とを備える冷凍サイクル装置において、
前記電極のうち少なくとも陰極は、ポリアニリン等のレドックスポリマーを含み、
前記電極は、前記冷凍サイクル装置の運転中には前記ドレンパン内のドレン水の水面より上方の空気中にあり、
前記冷凍サイクル装置の停止中には、前記排水手段を通して前記ドレンパン内に逆流するドレン水に、前記電極の少なくとも一部分が浸漬して活性酸素種を生成する構成となっていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記電極のうち陽極もポリアニリン等のレドックスポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記電極の表面抵抗値が１０−³〜１０³Ω／□であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
前記電極が反応中に、前記ドレン水中に空気中の酸素を水中に取り込む手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
前記電極を前記ドレン水に間欠的に浸漬させる手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。