JP2016194377A - 冷媒循環装置、冷媒循環方法、冷媒充填方法および冷媒循環装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＦＯまたはＨＣＦＯを含む冷媒の分解による酸の発生を抑制できる冷媒循環装置およびその方法を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機３、凝縮器５、膨張弁９，１９および蒸発器１１が主配管１７ａ〜１７ｅによって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置１であって、冷媒循環装置１は、増速機１３を介して圧縮機３を駆動させる駆動機１５と、凝縮器５にて凝縮された冷媒により駆動機１５を冷却する駆動機冷却部２５と、を備え、蒸発器１１または駆動機冷却部２５に、水分を捕捉できる乾燥剤が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒循環装置、冷媒循環方法、冷媒充填方法および冷媒循環装置の運転方法
に関するものである。特に、本発明はヒートポンプ装置および冷凍機、ならびに該装置における冷媒循環方法、冷媒充填方法および運転方法に関するものである。

従来、ヒートポンプ装置または冷凍機の冷媒として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系の冷媒が用いられている。ＨＦＣ冷媒は、オゾン層破壊係数がゼロであり、熱安定性が高い。一方で、ＨＦＣ冷媒は、地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、ＧＷＰ）が数百〜数千と非常に高い。そのため、ＨＦＣ冷媒の使用は、地球環境保護の観点から望ましくない。

ＧＷＰが低い冷媒として、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）系またはハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）系の冷媒が知られている。特許文献１では、ＨＦＯ冷媒としてテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４）が用いられている。

特表２００８−５４４０７２号公報

ＨＦＯまたはＨＣＦＯは分子構造中に２重結合を有する。そのため、ＨＦＯ冷媒およびＨＣＦＯ冷媒は、ＨＦＣ冷媒よりも化学的安定性が低い。ＨＦＯは、大気中の水蒸気および紫外線によって生じたＯＨラジカルにより分解される。ＨＦＣの大気寿命は数年以上であるが、ＨＦＯの大気寿命は数日から３０日程度と短い。「大気寿命」は、大気に曝された後、水蒸気および紫外線等により分解されるまでの時間である。

ＨＦＯまたはＨＣＦＯが、水や酸素の影響で酸化・分解すると酸を主成分とする物質が生じる。酸化・分解により発生したフッ化水素、塩化水素、トリフルオロ酢酸などの酸性化合物、もしくはそれらが水に溶解した酸性水は、機器内部品（金属、シール材）の腐食の原因となる。

上述のようにＨＦＯまたはＨＣＦＯは分子構造中に２重結合を有しているので、立体異性体（Ｅ体、Ｚ体）が存在しうる。冷媒が１００℃以上になる構成のヒートポンプ装置、または歯車や駆動機付近など摩擦により１００℃以上の高温となり得る部分では、ＨＦＯ冷媒またはＨＣＦＯ冷媒中で異性化反応が進行する。

立体異性体は、同じ組成ではあるが、沸点などの物性が異なる。そのため、異性化が進むと、冷媒の伝熱特性、流動特性が変化するとともに、冷媒の圧力が変化する。例えば、沸点の高い方の異性体が異性化して沸点の低い方の異性体が増えると、冷媒の飽和圧力が増加する。

ヒートポンプ装置等の機器の構成は、初期に充填される冷媒の飽和圧力で設計されるが、ヒートポンプの運転時間と共に冷媒が異性化すると、機内の圧力が上昇しさらには機器の破損につながる。

また、冷媒充填時の冷媒の物性が運転中に変化する状況では、安定的な熱サイクルが維持できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＨＦＯまたはＨＣＦＯを含む冷媒の分解による酸の発生を抑制できる冷媒循環装置およびその方法を提供することを目的とする。

また本発明は、ＨＦＯまたはＨＣＦＯを含む冷媒の異性化反応による機器の破損を回避し、安定的な熱サイクルを維持できる冷媒循環装置およびその方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の冷媒循環装置、冷媒循環方法、冷媒充填方法および冷媒循環装置の運転方法は以下の手段を採用する。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、増速機を介して前記圧縮機を駆動させる駆動機と、前記凝縮器にて凝縮された冷媒により前記駆動機を冷却する駆動機冷却部と、を備え、前記蒸発器または前記駆動機冷却部に、水分を捕捉できる乾燥剤が配置されている冷媒循環装置を提供する。

蒸発器および駆動機冷却部は、冷媒の作動温度が０℃を超え１００℃未満となる構成である。蒸発器および駆動機冷却部において、冷媒に混入している水分は液体の状態で存在する。ここに乾燥剤を配置することで、水分を効率良く捕捉できる。これにより冷媒中の水分量を低減し、冷媒循環装置の腐食を防止できる。

上記発明の一態様では、前記蒸発器が、前記冷媒を収容する円筒状の容器と、前記容器内に並べられた複数の伝熱管とを有するシェルアンドチューブ式蒸発器であり、前記乾燥剤が、前記容器の中で、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離をＨとし、重力方向を下とした場合の、最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲内に配置されていることが好ましい。

シェルアンドチューブ式蒸発器の容器内では、液冷媒が滞留している。液冷媒は伝熱管内を通る媒体と熱交換を行い、順次蒸発する。容器内で滞留している液冷媒に水分が含まれている場合、比重の軽い水分の方が冷媒よりも上にくる。すなわち、水分は滞留している液冷媒の液面付近にある。最上段にある伝熱管は、滞留している液冷媒の液面に近い場所にあるため、最上段にある伝熱管の中心軸を基準として±Ｈの範囲内となる高さ位置に乾燥剤を配置することで、液面付近にある水分および液面付近へ移動途中の水分を捕捉できる。

上記発明の一態様では、前記駆動機冷却部が、凝縮された前記冷媒を前記駆動機に導く冷媒流路となる冷却配管と、前記冷却配管の途中に設けられた濾過部と、前記濾過部の上流側で前記冷媒流路を絞る絞り弁と、を備え、前記乾燥剤が、前記濾過部内に配置されていることが好ましい。

濾過部に乾燥剤を配置することで、凝縮された冷媒中に含まれる浮遊物（ゴミ）とともに水分を捕捉できる。上記発明の一態様によれば、濾過部の上流側に絞り弁を設けることで、濾過部に入る冷媒の温度を下げることができる。そのため、凝縮器から出てきた冷媒温度が高温となる装置であったとしても濾過部を熱損傷させずにすむ。

上記発明の一態様では、前記乾燥剤とともに、酸を捕捉する酸捕捉剤が配置されているとよい。

乾燥剤とともに酸捕捉剤を配置することで、冷媒に含まれるハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）またはハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）が分解した場合に、分解により生じた酸を捕捉し、酸濃度が上昇することを抑制できる。

上記発明の一態様では、前記濾過部の上流側および下流側で前記冷媒流路を開閉する仕切弁が設けられていてもよい。

濾過部の上流側および下流側に仕切弁を設けることで、乾燥剤（および酸捕捉剤）の交換をしやすい構造となる。そうすることで必要に応じて乾燥剤（および酸捕捉剤）を交換できる。

上記発明の一態様では、冷媒循環装置は、前記濾過部の下流側で前記冷媒流路を絞る絞り弁を備えていてもよい。

上流側および下流側に絞り弁を設けることで、冷媒温度などに応じて適宜冷媒流路を絞る位置を変えることができる。

上記発明の一態様では、複数の前記濾過部が前記冷却配管の途中に並列に設けられており、各濾過部の上流側および下流側に前記冷媒流路を開閉する仕切弁が設けられていてもよい。

上記構成とすることで、運転を停止せずに乾燥剤（および酸捕捉剤）を交換できる。

上記発明の一態様では、前記増速機が収容されているケーシングに潤滑油を循環させる潤滑油循環部を備え、循環させる前記潤滑油が、芳香族系またはフェノール系の酸化防止剤を含んでいるとよい。前記潤滑油は、０．２質量％以上１．５質量％以下で前記酸化防止剤を含んでいるとよい。

酸化防止剤を芳香族系またはフェノール系とすることで、他の酸化防止剤を用いた場合よりも高い酸化防止効果を得えられる。酸化防止剤は、潤滑油がハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）またはハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）を含む冷媒と相溶した際に、冷媒の酸化を防止できる。酸化防止剤の含有量を上記範囲とすることで、所望の酸化防止効果が得られる。

上記発明の一態様では、前記増速機が収容されているケーシングに潤滑油を循環させる潤滑油循環部を備え、循環させる前記潤滑油が、エーテル系またはエポキシ系の酸捕捉剤を含んでいるとよい。前記潤滑油は、０．２質量％以上３質量％以下で前記酸捕捉剤を含んでいるとよい。

酸捕捉剤をエーテル系またはエポキシ系とすることで、他の酸捕捉剤を用いた場合よりも高い酸捕捉効果を得えられる。酸捕捉剤は、潤滑油がＨＦＯまたはＨＣＦＯを含む冷媒と相溶した際に、冷媒中の酸を捕捉できる。酸捕捉剤の含有量を上記範囲とすることで、所望の酸捕捉効果が得られる。

上記発明の一態様では、前記潤滑油に含まれる酸捕捉剤の量は、酸化防止剤よりも多い方がよい。

冷媒に含まれるＨＦＯまたはＨＣＦＯは運転中に分解され、冷媒中の酸濃度を上昇させる。ＨＦＯおよびＨＣＦＯは、ＨＦＣよりも分解されやすいが、酸捕捉剤を酸化防止剤よりも多くすることで、酸濃度の上昇を抑制できる。冷媒循環回路は閉回路であるため、運転中に外部から酸素が侵入するリスクは低い。酸化防止剤は、冷媒の初期充填後に機内に残留する酸素を捕捉できる量添加されていればよい。

上記発明の一態様では、前記主配管に接続され、前記冷媒循環回路内に冷媒を供給するための流路となる金属製の冷媒供給配管を備え、前記冷媒供給配管は、冷媒源が接続される冷媒源接続口、前記冷媒源接続口を開閉する第１開閉弁、排気手段が接続される排気手段接続口、および前記排気手段接続口を開閉する第２開閉弁を有しているとよい。前記冷媒供給配管はステンレス鋼からなるとよい。

金属製（好ましくはステンレス鋼）の冷媒供給配管は、配管壁を介して外部から酸素が配管内に浸透することが略ない。そのような冷媒供給配管を介して冷媒を充填することで、冷媒充填時に冷媒循環回路内に酸素が侵入することを防止できる。排気手段接続口には排気手段が接続され得る。冷媒供給配管は第１開閉弁および第２開閉弁を有しているため、冷媒を充填する前に排気手段により冷媒供給配管内を所望の真空度にできる。冷媒供給配管内の酸素量を低くした後、冷媒を充填できることで、冷媒に含まれるＨＦＯまたはＨＣＦＯの分解を抑制できる。

上記発明の一態様では、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせる報知手段を備えているとよい。

報知手段を備えていることで、冷媒に含まれるＨＦＯまたはＨＣＦＯが異性化して冷媒循環回路内の圧力が変化した場合であっても、冷媒循環回路を構成する部材に過剰な負荷をかける前に冷媒を交換できる。これにより、機器の破損を防止できる。

上記発明の一態様では、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる立体異性体比率にされた前記冷媒が初期充填されていてもよい。

「立体異性体比率」は、冷媒に含まれるＨＦＯまたはＨＣＦＯにおける、Ｅ体とＺ体との存在比である。異性化反応では、Ｚ体からＥ体への変換と、Ｅ体からＺ体への変換とが相互に起こり得る。そのため、Ｅ体からＺ体への変換と、Ｚ体からＥ体への変換とが同レベルで相互に起これば、結果としてＥ体およびＺ体の存在比率が大きく変動しない。よって、そのような立体異性体比率に調整された冷媒を冷媒循環回路に初期充填することで、安定な熱サイクルを維持できる。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、前記主配管に接続され、前記冷媒循環回路内に冷媒を供給するための流路となる金属製の冷媒供給配管を備え、前記冷媒供給配管は、冷媒源が接続される冷媒源接続口、前記冷媒源接続口を開閉する第１開閉弁、排気手段が接続される排気手段接続口、および前記排気手段接続口を開閉する第２開閉弁を有している冷媒循環装置を提供する。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる立体異性体比率にされた前記冷媒が初期充填されている冷媒循環装置を提供する。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせる報知手段を備えている冷媒循環装置を提供する。

また本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒循環方法であって、冷媒の作動温度が０℃を超え１００℃未満となるところに、水分を捕捉できる乾燥剤を配置して冷媒を循環させる冷媒循環方法を提供する。

上記発明の一態様では、前記蒸発器を、前記冷媒を収容する円筒状の容器と、前記容器内に並べられた複数の伝熱管とを有するシェルアンドチューブ式蒸発器とし、前記乾燥剤を、前記容器の中で、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離をＨとし、重力方向を下とした場合の、最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲内に配置するとよい。

上記発明の一態様では、凝縮された前記冷媒を、内部に前記乾燥剤を配置した濾過部を介して、前記圧縮機を駆動させる駆動機に導き、前記駆動機を冷却するとよい。

上記発明の一態様では、前記乾燥剤とともに、酸を捕捉する酸捕捉剤を配置するとよい。

上記発明の一態様では、前記冷媒循環装置に供給する潤滑油に、芳香族系またはフェノール系の酸化防止剤を添加するとよい。酸化防止剤の添加量は、０．２質量％以上１．５質量％以下とするとよい。

上記発明の一態様では、前記冷媒循環装置に供給する潤滑油に、エーテル系またはエポキシ系の酸捕捉剤を添加するとよい。酸捕捉剤の添加量は、０．２質量％以上３質量％以下とするとよい。

前記潤滑油に添加する酸捕捉剤の量を、酸化防止剤よりも多くするとよい。

上記発明の一態様では、前記冷媒循環装置で循環される潤滑油の酸価を計測し、前記潤滑油の酸価が０．５ｍｇＫＯＨ／ｇを超えた場合に潤滑油を入れ替えるとよい。

計測した潤滑油の酸価に基づいて潤滑油を入れ替えることで、冷媒循環装置の構成部材（金属およびシール材）の腐食を防止できる。

上記発明の一態様では、前記主配管に接続される冷媒供給配管を金属製の配管とし、充填される冷媒量に対する前記冷媒循環回路内に残る酸素量が５０ｐｐｍ（質量／質量）未満となるよう前記冷媒供給配管内を排気した後、前記冷媒循環回路内に前記冷媒を充填し、前記冷媒を循環させるとよい。前記冷媒供給配管をステンレス鋼製とするのが好ましい。

金属製の冷媒供給配管を用いることで、冷媒充填時に外部から酸素が侵入することを防止できる。充填される冷媒量に対する前記冷媒循環回路内に残る酸素量を５０ｐｐｍ（質量／質量）未満とすることで、運転中に、冷媒に含まれるＨＦＯまたはＨＣＦＯが分解されるのを抑制できる。それにより、冷媒中の酸濃度の上昇を抑え、冷媒循環装置の構成部材（金属およびシール材）の腐食を防止できる。

上記発明の一態様では、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒を交換するとよい。

上記発明の一態様では、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる立体異性体比率を予め取得し、該立体異性体比率で初期の冷媒充填を行い、前記冷媒を循環させてもよい。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒充填方法であって、前記主配管に接続される冷媒供給配管を金属製の配管とし、充填される冷媒量に対する前記冷媒循環回路内に残る酸素量が５０ｐｐｍ（質量／質量）未満となるよう前記冷媒供給配管内を排気した後、前記冷媒循環回路内に前記冷媒を充填する冷媒充填方法を提供する。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒充填方法であって、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる立体異性体比率を予め取得し、該立体異性体比率で初期の冷媒を充填する冷媒充填方法を提供する。

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置の運転方法であって、運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒を交換する冷媒循環装置の運転方法を提供する。

本発明の冷媒循環装置、冷媒循環方法、および冷媒充填方法は、ＨＦＯまたはＨＣＦＯを含む冷媒の分解による酸の発生を抑制できる。それにより冷媒循環装置を構成する部材の腐食の進行を回避できる。

また本発明の冷媒循環装置、冷媒循環方法、冷媒充填方法および冷媒循環装置の運転方法は、ＨＦＯまたはＨＣＦＯを含む冷媒の異性化反応による装置内の圧力変化を回避し、安定的な熱サイクルを維持できる。

第１実施形態に係る冷媒循環装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る蒸発器の断面図である。 第２実施形態に係る冷媒循環装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る冷媒循環装置の概略構成図である。 第４実施形態に係る冷媒循環装置の概略構成図である。 異性体比率に応じた飽和温度と圧力との関係を示す図である。

〔第１実施形態〕
本実施形態に係るヒートポンプ装置は、冷媒循環回路内にハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）またはハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）を含む冷媒（以降ＨＦＯ冷媒またはＨＣＦＯ冷媒）が充填されている。ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）またはハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）は、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有する冷媒である。

冷媒は、ＨＦＯまたはＨＣＦＯを主成分とすることが好ましい。ＨＦＯまたはＨＣＦＯは、冷媒中に５０質量％より多く、好ましくは７５質量％より多く、更に好ましくは９０質量％より多く含まれていることが好ましい。

具体的に、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）は、（Ｚ）−１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ（Ｚ））、（Ｅ）−１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ（Ｅ））、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）、（Ｚ）−１，２，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｅ（Ｚ））、（Ｅ）−１，２，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｅ（Ｅ））、（Ｚ）−１，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２２５ｙｅ（Ｚ））、（Ｅ）−１，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロペン（ＨＦＯ１２２５ｙｅ（Ｅ））、（Ｚ）−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｚ））、または（Ｅ）−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ））などである。

具体的に、ハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）は、（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｚｄ（Ｅ））、（Ｚ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｚｄ（Ｚ））、（Ｅ）−１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ１２２３ｘｄ（Ｅ））、（Ｚ）−１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ１２２３ｘｄ（Ｚ））などである。

ＨＦＯまたはＨＣＦＯの純度は、好ましくは９７質量％以上、より好ましくは９９質量％以上、さらに好ましくは９９．９質量％以上とされる。

冷媒は、添加物を含んでいてもよい。添加物は、ハロカーボン類、その他のハイドロフルオロカーボン類（ＨＦＣ）、アルコール類、飽和炭化水素類などが挙げられる。

＜ハロカーボン類、および、その他のハイドロフルオロカーボン類＞
ハロカーボン類としては、ハロゲン原子を含む塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等を挙げることができる。
ハイドロフルオロカーボン類としては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、１，１，１，２，２−ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５）、フルオロエタン（ＨＦＣ−１６１）、１，１，２，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）、１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ−１４３ａ）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ−１５２ａ）、１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２２７ｅａ）、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｅａ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｆａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｅｂ）、１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｃａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソブタン（ＨＦＣ−３５６ｍｍｚ）、１，１，１，２，２，３，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（ＨＦＣ−４３−１０−ｍｅｅ）等を挙げることができる。

＜アルコール類＞
アルコール類としては、炭素数１〜４のアルコールを挙げることができ、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、２，２，２−トリフルオロエタノール、ペンタフルオロプロパノール、テトラフルオロプロパノール、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール等を挙げることができる。

＜飽和炭化水素類＞
飽和炭化水素類としては、炭素数３以上８以下の飽和炭化水素を挙げることができ、具体的には、プロパン、ｎ−ブタン、ｉ−ブタン、ネオペンタン、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、ｎ−ヘキサン、およびシクロヘキサンを含む群から選ばれる少なくとも１以上の化合物を混合することができる。これらのうち、特に好ましい物質としてはネオペンタン、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサンが挙げられる。

図１は、上記冷媒が充填されるヒートポンプ装置（冷媒循環装置）の一例を示す概略構成図である。

ヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器５と、凝縮器５からの液冷媒を冷却するエコノマイザ７と、エコノマイザ７からの液冷媒を膨張させる主膨張弁９と、主膨張弁９によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器１１と、を備えている。圧縮機３、凝縮器５、エコノマイザ７、主膨張弁９および蒸発器１１、は、主配管（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ）によって接続されて冷媒を循環させる閉じた系（ヒートポンプサイクル／冷媒循環回路）を構成している。ヒートポンプ装置１の各構成部材は、冷媒からの圧力に耐えうるよう設計されている。ヒートポンプ装置１は、２００℃の温水を出力できるものである。

圧縮機３は、高圧力比が得られる遠心圧縮機である。圧縮機３は、冷媒の温度を２３０℃程度まで高めることができる。圧縮機３は、ケーシング１２ａ内に、同軸上に設けられた２つの羽根車３ａ，３ｂと、吸込冷媒流量を調整する入口ベーン（図示せず）と、を備えている。

各羽根車３ａ，３ｂは、増速機１３を介して駆動機１５によって回転させられる。駆動機１５は電動モータである。電動モータは、インバータ装置によって回転周波数可変にて動作する場合もある。駆動機１５の回転周波数は、図示しない制御部によって制御される。

２つの羽根車３ａ，３ｂは、冷媒流路に対して直列に接続されている。圧縮機３に流入した冷媒は、上流側の羽根車３ａによって圧縮された後に、下流側の羽根車３ｂによってさらに圧縮されるようになっている。２つの羽根車３ａ，３ｂの間（中間段）には、後述するエコノマイザ７からのガス冷媒が導入されるようになっている。

圧縮機３の下流側に設けられた凝縮器５は、冷却水によって冷媒の凝縮潜熱が奪われるようになっている。凝縮器５としては、シェルアンドチューブ式熱交換器が好適に用いられるが、プレート式熱交換器で合ってもよい。

凝縮器５は主凝縮器５ａとサブクーラと呼ばれる補助凝縮器５ｂとからなる。冷媒は、主凝縮器５ａ、サブクーラ５ｂの順に導入される。凝縮器５にて凝縮された液冷媒は、主配管１７ａを通り、エコノマイザ７に導かれる。

エコノマイザ７は、プレート式熱交換器または気液分離タンクである。主配管１７ａには、副膨張弁１９が設けられており、エコノマイザ７へ流入する液冷媒を減圧膨張して冷却するようになっている。副膨張弁１９は、電子式膨張弁とされており、図示しない制御部によってその開度が制御されるようになっている。

エコノマイザ７では、気液が分離されるようになっている。分離されたガス冷媒は、エコノマイザ出口ガス流路２０を介して圧縮機３の中間段（上流側羽根車３ａと下流側羽根車３ｂとの間）へと導かれる。エコノマイザ７の液冷媒出口には、主配管１７ｂを介して主膨張弁９が接続されている。エコノマイザ７にて冷却された液冷媒は、主配管１７ｂを通り、主膨張弁９へと導かれる。

主膨張弁９は、電子式膨張弁または電動ボール弁とされており、図示しない制御部によって開度が制御される。主膨張弁９によって、主配管を流れる液冷媒が減圧膨張されるようになっている。主膨張弁９で減圧膨張された液冷媒は、主配管１７ｃを通り、蒸発器１１へと導かれる。

蒸発器１１は、容器１１ａの内部に伝熱管１１ｂを備えている。伝熱管内には外部の熱負荷に対して冷水を供給できるよう冷水配管が接続されている（図示略）。蒸発器１１では、伝熱管１１ｂ内を流れる際に、冷水が蒸発器内の液冷媒の蒸発潜熱によって冷却されるようになっている。蒸発器１１にて蒸発されたガス冷媒は、主配管１７ｄを介して圧縮機３の吸込口（上流側羽根車３ａの上流側）へと導かれる。

蒸発器１１は、シェルアンドチューブ式熱交換器である。図２に、蒸発器の断面図を示す。同図において、図２（Ａ）は蒸発器の横断面、図２（Ｂ）は縦断面である。蒸発器は、円筒形とされ、その軸線が水平になるように横置きとされた容器１１ａと、円筒形の容器の軸線方向（長手方向）に延在するように設けられた多数の伝熱管１１ｂ，１１ｂ’とを備えている。運転中の蒸発器内の温度は、０℃を超え１００℃未満である。

容器１１ａの下方には、冷媒入口部１１ｃが設けられている。蒸発器１１では、冷媒入口部１１ｃから流入した冷媒が多孔板（図示略）を通過して伝熱管１１ｂ，１１ｂ’側へと導かれるようになっている。多孔板を通過する際に、下方から流入した冷媒は容器１１ａの長手方向へと分配され、長手方向に延在する伝熱管１１ｂ，１１ｂ’の全体に亘って冷媒が導かれるようになっている。図２（Ｂ）には、容器１１ａ内に導かれた液冷媒の液面Ｌが示されている。この液面Ｌが最上段の伝熱管１１ｂ’よりも上方に位置することにより、全ての伝熱管１１ｂ，１１ｂ’が液冷媒に浸されることになる。

伝熱管１１ｂ，１１ｂ’内を流れる冷水によって蒸発潜熱を奪われて蒸発気化したガス冷媒は、容器１１ａ内を上方へと流れ、容器１１ａの上部に設けた冷媒出口部１１ｄへと導かれる。冷媒出口部１１ｄは、主配管１７ｄ（図１参照）に接続されており、ガス冷媒が圧縮機３へと導かれるようになっている。

蒸発器１１の容器内には、重力方向を下とした場合の最上段（冷媒出口部側の端）にある伝熱管１１ｂ’の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲にある高さ位置に乾燥剤２１が配置されている。ここで「Ｈ」は、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離である。「高さ」とは、鉛直方向の距離である。乾燥剤２１は、容器１１ａの内面または、容器内の所定位置に設けられたステー２３に設置され得る。乾燥剤２１は、モレキュラーシーブス、シリカゲルである。乾燥剤２１は粒状または、粉砕したものを焼結したブロックの形態で、液冷媒および、潤滑油が完全接触（浸漬）するように配置するとよい。

蒸発器１１の容器内には、重力方向を下とした場合の最上段（冷媒出口部側の端）にある伝熱管１１ｂ’の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲にある高さ位置に酸捕捉剤が配置されているとよい（図示略）。酸捕捉剤は乾燥剤と共に、容器１１ａの内面または、容器内の所定位置に設けられたステー２３に設置される。酸捕捉剤は、活性アルミナである。酸捕捉剤は、粒状または、粉砕したものを焼結したブロックの形態で乾燥剤と混合して流路内に配置するとよい。または、酸捕捉剤は配管内にコーティングしても良い

ヒートポンプ装置１の制御部（図示略）は、ヒートポンプ装置１の制御盤内の制御基板に設けられており、ＣＰＵおよびメモリを備えている。制御部は、冷却水温度、冷媒圧力、冷水出入口温度等に基づき制御周期ごとにデジタル演算により各制御量を算出するようになっている。

また、ヒートポンプ装置１は、駆動機１５を冷却する駆動機冷却部２５と、増速機１３が収容されているケーシング１２ｂに潤滑油を循環させる潤滑油循環部３１と、冷媒循環回路内を抽気する抽気装置３９と、冷媒循環回路内に冷媒を供給するための冷媒供給配管４３と、を備えている。

駆動機冷却部２５は、凝縮器５で凝縮された液冷媒の一部を用いて駆動機１５を冷却できるようになっている。駆動機冷却部２５は、凝縮器５の出口側の主配管１７ａと駆動機１５が収容されているケーシング１２ｃとを結んで冷媒の流路となる冷却配管２６と、冷却配管２６の途中に設けられたフィルタドライヤ（濾過部）２７と、フィルタドライヤ２７の上流側および下流側にそれぞれ設けられた仕切弁２８，２９と、フィルタドライヤ２７および仕切弁２８よりも上流側に設けられた絞り弁３０と、を備えている。

フィルタドライヤ２７は、冷媒中のごみを取り除くフィルタと、水分を捕捉する乾燥剤を有している（図示略）。フィルタドライヤ２７は、乾燥剤とともに酸を捕捉する酸捕捉剤を有しているとよい（図示略）。乾燥剤および酸捕捉剤は、蒸発器１１に設けられているものと同様の構成である。フィルタドライヤ２７は、冷却配管途中に設けられ、圧力損失低減と冷媒との接触確率を大きくするために冷却配管内径よりも数倍に内径が拡大されている。乾燥剤および酸捕捉剤は、フィルタドライヤの中にすきまが極力小さくなるよう敷き詰められている。

仕切弁２８，２９は、手動弁などであり、フィルタドライヤ２７の交換時に使用できる。絞り弁３０は、電動モータを備えている。絞り弁３０は、運転中の冷媒温度が０℃を超え１００℃未満となるよう図示しない制御部によってその開度が制御されるようになっている。

潤滑油循環部３１は、増速機１３が収容されているケーシング１２ｂに潤滑油を循環させることができる。潤滑油循環部３１は、潤滑油を貯留する潤滑油タンク３２と、潤滑油を送出するポンプ３３と、潤滑油タンク３２および増速機１３のケーシングをつなぎ潤滑油の給油流路となる給油配管３４と、増速機１３のケーシングから出た排油が潤滑油タンク３２に戻る排油流路となる排油配管３５と、給油配管３４の途中に設けられている油フィルタ３６とを備えている。また、潤滑油タンク３２は、潤滑油の注入部および排出部を有している（図示略）。油フィルタ３６は、潤滑油内の異物やスラッジ等を濾過するものである。油フィルタ３６は、例えばポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）等の濾材である。

潤滑油は、鉱物油、エステル系油、エーテル系油、グリコール系油、アルキルベンセン系油から選択される。潤滑油は、冷媒と相溶性を有するものが望ましい。分子内に塩素を含まないＨＦＯ冷媒は、エステル系油、エーテル系油、グリコール系油から選択することが望ましく、特にエステル系油が望ましい。分子内に塩素を含むＨＣＦＯ冷媒は、鉱物油、エステル系油、エーテル系油、グリコール系油、アルキルベンゼン系油から選択することが望ましく、特に鉱物油が望ましい。潤滑油には、酸素を捕捉する酸化防止剤が含まれているとよい。酸化防止剤は、０．２質量％以上１．５質量％以下、好ましくは０．２質量％以上１．０質量％以下となるよう潤滑油に添加されている。

酸化防止剤は、芳香族系またはフェノール系である。酸化防止剤は、例えば、２，６−ジターシャリーブチルヒドロキシトルエン、４，４’−メチレンビス（２，６−ジターシャリーブチルヒドロキシトルエン）、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ターシャリーブチルフェノール）、３，５−ジターシャリーブチル−４−ヒドロキシフェニルプロピオン酸−２−エチルヘキシルエステル、３−ターシャリーブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニルプロピオン酸−２−エチルヘキシルエステル、３，５−ジターシャリーブチル−４−ヒドロキシフェニルプロピオン酸トリデシルエステル、３−ターシャリーブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニルプロピオン酸トリデシルエステル、３，５−ジターシャリーブチル−４−ヒドロキシフェニルプロピオン酸ステアリルエステル、３−ターシャリーブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニルプロピオン酸ステアリルエステル、ビス（３，５−ジターシャリーブチル−４−ヒドロキシフェニルプロピオン酸）―トリグリコールエステル、ビス（３−ターシャリーブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニルプロピオン酸）―トリグリコールエステル、および２，５−ターシャリーアミルヒドロキノンである。

潤滑油には、酸を捕捉する酸捕捉剤が含まれているとよい。酸捕捉剤は、０．２質量％以上３．０質量％以下、好ましくは０．２質量％以上２．０質量％以下となるよう潤滑油に添加されている。酸捕捉剤の添加量は、酸化防止剤よりも多い方が望ましい。

酸捕捉剤は、有機酸および無機酸をトラップするものである。酸捕捉剤は、エーテル系またはエポキシ系である。酸捕捉剤は、例えば、ブチルグリシジルエーテル、酪酸グリシジルエステル、ヘキシルグリシジルエーテル、ヘキサン酸グリシジルエステル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、２−エチルヘキサン酸グリシジルエステル、ネオペンチルグリシジルエーテル、ピバル酸グリシジルエステル、デシルグリシジルエーテル、デカン酸グリシジルエステル、ステアリルグリシジルエーテル、ステアリン酸グリシジルエステル、オレイルグリシジルエーテル、オレイン酸グリシジルエステル、フェニルグリシジルエーテル、安息香酸グリシジルエステル、トルイルグリシジルエーテル、キシレニルグリシジルエーテル、ターシャリーブチルフェニルグリシジルエーテル、フタル酸グリシジルエステル、およびオキサシクロヘキシルメチルオキサシクロヘキシルカルボン酸エステルである。

抽気装置３９は、主凝縮器５ａおよび蒸発器１１に接続されている。抽気装置３９は、冷媒循環回路内を抽気する装置である。抽気装置３９は、例えば空冷チラーを用い凝縮器より引き込んだ冷媒を冷却し、液化した冷媒は蒸発器へ戻し、液化しなかった凝縮ガスをポンプ等により機外へ排出する仕組みを有する。抽気装置３９は、空気を含む冷媒を凝縮器５から回収し、回収した冷媒から空気を分離した後、冷媒を蒸発器１１に送ることができる。抽気装置３９は、吸着材４０を介して、分離した空気を系外へ排出できる。吸着材４０は、排気気体中の微量な冷媒を吸着するものである。吸着材４０は、例えば活性炭などである。

冷媒供給配管４３は、主膨張弁９と蒸発器１１とを結ぶ主配管１７ｃに接続されている。冷媒供給配管４３は、冷媒源が接続される冷媒源接続口４４、冷媒源接続口４４を開閉する第１開閉弁４５、排気手段が接続される排気手段接続口４６、および排気手段接続口４６を開閉する第２開閉弁４７を有している。冷媒源接続口４４に冷媒源を接続し、第１開閉弁４５を開放すれば、冷媒供給配管を通して主配管１７ｃに冷媒を供給できる。排気手段接続口４６に排気手段を接続し、第１開閉弁４５を閉じて、第２開閉弁４７を開放すれば、排気手段によって冷媒供給配管４３内から気体を排気できる。排気手段接続口４６に接続する排気手段は、冷媒供給配管４３内を所望の圧力まで低下させられる真空ポンプなどである。

冷媒供給配管４３は、酸素を透過しない、または酸素を透過しにくい材質からなる。冷媒供給配管は、金属製であるとよい。冷媒供給配管の材質は、鉄系またはステンレス、具体的にはＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６が好適である。

次に、上記構成のヒートポンプ装置の動作および作用効果について説明する。
蒸発器１１から吸い込まれた低圧ガス冷媒は、圧縮機３の上流側羽根車３ａによって圧縮され、中間圧まで圧縮される。中間圧まで圧縮されたガス冷媒は、エコノマイザ出口ガス流路２０から流入する中間圧ガス冷媒と合流することによって冷却される。中間圧ガス冷媒によって冷却されたガス冷媒は、圧縮機３の下流側羽根車３ｂによって更に圧縮され高圧ガス冷媒となる。

圧縮機３から吐出された高圧ガス冷媒は、凝縮器５へと導かれる。凝縮器５において、高圧ガス冷媒は略等圧で冷却され、高圧液冷媒となる。高圧液冷媒の大部分は主配管１７ａを通って副膨張弁１９に導かれ、高圧液冷媒の一部は駆動機冷却部２５の冷却配管２６へと導かれる。

副膨張弁１９に導かれた高圧液冷媒は、減圧膨張させられ、気液二相状態となる。減圧膨張されて気液二相状態とされた冷媒は、エコノマイザ７に流れ込み、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒は、エコノマイザ出口ガス流路２０を介して、圧縮機３の中間段に流れ込み、中間圧ガス冷媒に混入される。

エコノマイザ７にて分離された液冷媒は、主膨張弁９によって低圧まで等エンタルピ膨張させられ、蒸発器１１の冷媒入口部１１ｃに導かれる。

蒸発器１１に導かれた液冷媒は、伝熱管１１ｂ（１１ｂ’）を通る冷水との熱交換により蒸発して低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は、主配管１７ｄを介して圧縮機３の吸込口に流れ込み、再び圧縮される。

蒸発器１１では一時的に液冷媒が滞留しているが、液冷媒に水が混じっている場合、冷媒よりも比重の軽い水分は液冷媒の液面Ｌ側に寄る。ＨＦＯ冷媒およびＨＣＦＯ冷媒の沸点は水よりも低いため、冷媒に含まれる水分は蒸発器の液面Ｌ付近に滞留する。冷媒に含まれる水分は液面Ｌ付近に配置された乾燥剤および酸捕捉剤と接触し、これらに捕捉される。

最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲内の高さ位置では、冷媒の沸騰が顕著なため、乾燥剤および酸捕捉剤による水分および酸の捕捉効率がよい。冷媒中の水分量を低減することで、ＨＦＯ冷媒およびＨＣＦＯ冷媒が分解して酸を発生することを抑制できる。この結果、冷媒中の酸濃度の上昇を抑制し、ヒートポンプ装置内の部品の腐食の進行を回避できる。

駆動機冷却部２５の冷却配管２６へと導かれた高圧液冷媒は、絞り弁３０で０℃を超え１００℃未満に冷却される。絞り弁３０の開度は、冷媒が所望の温度となるように図示しない制御部などで調整する。フィルタドライヤ２７の上流側に絞り弁３０を設けることで、冷媒が２００℃程度の高温になる領域があるヒートポンプ装置１であっても、凝縮器５で凝縮された液冷媒にて駆動機１５を冷却できる。液冷媒は絞り弁３０によって冷却されているため、フィルタドライヤ２７や駆動機１５を損傷させずに済む。絞り弁３０を上流に設ける場合には、圧損を考慮してフィルタドライヤ２７の大きさを設定するとよい。

絞り弁３０で所望の温度まで冷却された液冷媒は、フィルタドライヤ２７に配置された乾燥剤および酸捕捉剤にて水分および酸が捕捉される。冷媒中の水分および酸の量を低減することで、ＨＦＯ冷媒およびＨＣＦＯ冷媒が分解して酸を発生することを抑制できる。

水分および酸の量を低減させた冷媒は、駆動機１５のケーシング内に導入され、ステータやコイル（図示略）を冷却したのち、低圧側にある蒸発器１１に導入される（図示略）。

フィルタドライヤ２７は、適宜交換する。交換の時期は、冷媒循環回路内の大気との圧力差および運転時間などから決定できる。例えば、運転中に凝縮圧力および蒸発圧力の両方を計測しておき、どちらかの圧力が許容値を外れたらフィルタドライヤ２７を交換する。許容値は、予備試験などにより設定しておくとよい。例えば、乾燥剤の消費量と運転時間とを相関させておき、運転時間に基づいて乾燥剤の交換時期を決定してもよい。例えば、乾燥剤の消費量と凝縮圧力および蒸発圧力の圧力変動とを相関させておき、圧力変動に基づいて交換する時期を決定してもよい。

フィルタドライヤ２７の交換は、前後の仕切弁２８，２９を閉じて行う。仕切弁２８，２９を設けておくことで、所定期間毎に容易に乾燥剤を交換できる。古いフィルタドライヤ２７を外し、新しいフィルタドライヤ２７に付け替える。真空ポンプ等により新しいフィルタドライヤ内を所定の真空度とした後、前後の仕切弁を開放する。「所定の真空度」は、冷媒循環回路内の容量によらず、少なくとも２００Ｐａ（ａｂｓ）以下である。フィルタドライヤ内の真空度は、冷媒循環回路内部にある酸素量が充填冷媒量に対して５０ｐｐｍ（質量／質量）未満となるように適宜設定する。それにより、冷媒の分解を抑制できる。

ヒートポンプ装置１の運転中、潤滑油タンク３２と増速機１３のケーシングとの間で潤滑油が循環される。酸化防止剤および酸捕捉剤を添加した潤滑油を循環させることでヒートポンプ装置１内の酸素および酸が捕捉される。ヒートポンプ装置１内は密閉構造であるため、装置内にある酸素量が通常運転時に大きく変動することはないが、酸の量は増加する一方である。本実施形態では、潤滑油に添加する酸捕捉剤を酸化防止剤よりも多くすることで、より多くの酸を捕捉できるため、潤滑油の交換時期を延長できる。

潤滑油は、適宜入れ替える。入れ替えの時期は、潤滑油の酸価に基づき決定するとよい。例えば、運転中に潤滑油タンク３２から潤滑油を一部抜出し、ＪＩＳ Ｋ ２５０１に規定する指示薬滴定法又は電位差滴定法で酸価を測定する。計測した酸価が０．５ｍｇＫＯＨ／ｇを超えた場合に、潤滑油を入れ替える。これにより冷媒中の酸濃度の上昇を抑制し、冷媒の分解促進を防止するとともに、ヒートポンプ装置内の部品の腐食の進行を回避できる。

ヒートポンプ装置１の運転中、適宜冷媒循環回路内の抽気が行われる。抽気装置３９では、凝縮器５から酸素を含む冷媒を回収し、回収した冷媒から酸素を分離する。分離した酸素は、吸着材４０を介して大気に放出される。酸素が分離された冷媒は、蒸発器１１へと戻される。

抽気装置３９により冷媒循環回路内の抽気を行うことで、ヒートポンプが停止中であっても、酸素や水分を含む不凝縮ガスを機外へ放出することができる。ヒートポンプが停止中で、凝縮器を通る冷却水温度が蒸発器を通る冷水よりも温度が低い場合、蒸発器冷媒液位が最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から−Ｈの高さ位置よりも低くなることがあり、蒸発器に設置した乾燥剤では水分を捕捉することができない。

ヒートポンプ装置１には、冷媒循環回路に冷媒が充填されている。冷媒の充填は次のように行われる。冷媒供給配管４３の冷媒源接続口４４に冷媒ボンベを接続する。排気手段接続口４６に真空ポンプを接続する。第１開閉弁４５を閉じ、第２開閉弁４７を開放する。真空ポンプを稼働させて冷媒供給配管内および冷媒循環回路内の空気を排気する。排気は、冷媒供給配管内および冷媒循環回路内が２００Ｐａ（ａｂｓ）以下、且つ、冷媒循環回路内にある酸素量が充填冷媒量に対して５０ｐｐｍ（質量／質量）未満となるまで行う。排気終了後、第２開閉弁４７を閉じ、第１開閉弁を開放する。冷媒ボンベから冷媒供給配管４３を介して冷媒循環回路内に冷媒を供給する。上記のように冷媒を充填することで、冷媒循環回路内へ侵入する酸素量を低減し、冷媒の分解を抑制できる。

〔第２実施形態〕
本実施形態に係るヒートポンプ装置は、駆動機冷却部が異なる以外、第１実施形態と同様の構成である。同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図３は、本実施形態に係るヒートポンプ装置５１の概略構成図である。駆動機冷却部５５は、凝縮器５の出口側の主配管１７ａと駆動機１５が収容されているケーシング１２ｃとを結び冷媒の流路となる冷却配管５６と、冷却配管５６の途中に設けられたフィルタドライヤ５７と、フィルタドライヤ５７の上流側および下流側にそれぞれ設けられた仕切弁５８，５９と、フィルタドライヤ５７および仕切弁５８，５９よりも上流側に設けられた第１絞り弁６０と、フィルタドライヤ５７および仕切弁５８，５９よりも下流側に設けられた第２絞り弁６１と、を備えている。冷却配管５６、フィルタドライヤ５７および仕切弁５８，５９は、第１実施形態と同様の構成である。

凝縮器５にて凝縮されて出た高圧液冷媒の温度が１００℃以上である場合、高圧液冷媒は、第１絞り弁５８で０℃を超え１００℃未満に冷却される。第１絞り弁５８の開度は、冷媒が所望の温度となるように図示しない制御部などで調整する。一方、凝縮器５にて凝縮されて出た高圧液冷媒の温度が１００℃未満である場合、第１絞り弁５８の開度を１００％とし、第２絞り弁５９で高圧液冷媒を冷却する。第２絞り弁５９の開度は、冷媒が所望の温度となるように図示しない制御部などで調整する。制御部は、高圧液冷媒の温度の温度に応じて第１絞り弁５８および第２絞り弁５９の開度を調整できる。

フィルタドライヤ５７の上流側にある第１絞り弁５８で液冷媒を冷却すると、液冷媒の温度によっては液冷媒が流れにくくなる。そのような場合であっても、下流側にある第２絞り弁５９に切り替えることで、液冷媒を駆動機１５のケーシング１２ｃへと導くことができる。

〔第３実施形態〕
本実施形態に係るヒートポンプ装置は、駆動機冷却部が異なる以外、第１実施形態と同様の構成である。同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図４は、本実施形態に係るヒートポンプ装置７１の概略構成図である。駆動機冷却部７５は、凝縮器５の出口側の主配管１７ａと駆動機１５が収容されているケーシング１２ｃとを結び冷媒の流路となる冷却配管７６と、冷却配管７６の途中に並列に設けられた複数のフィルタドライヤ７７ａ，７７ｂと、フィルタドライヤ７７ａの上流側および下流側にそれぞれ設けられた仕切弁７８ａ，７９ａ、フィルタドライヤ７７ｂの上流側および下流側にそれぞれ設けられた仕切弁７８ｂ，７９ｂと、フィルタドライヤ７７ａ，７７ｂおよび仕切弁７８ａ，７８ｂよりも上流側に設けられた絞り弁８０と、を備えている。

フィルタドライヤ７７ａ，７７ｂのぞれぞれは、第１実施形態のフィルタドライヤ２７と同様の構成である。仕切弁７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂのそれぞれは、第１実施形態の仕切弁２８，２９と同様の構成である。絞り弁８０は、運転中の冷媒温度が０℃を超え１００℃未満となるよう図示しない制御部によってその開度が制御されるようになっている。

本実施形態によれば、前後に仕切弁を有するフィルタドライヤ７７ａ，７７ｂを並列に配置したことで、駆動機１５を冷却するための液冷媒の流れを止めずに、フィルタドライヤの交換ができる。例えば、フィルタドライヤ７７ａを交換する場合、仕切弁７８ｂ，７７９ｂを開け、仕切弁７８ａ，７７９ａを閉じてフィルタドライヤ７７ａを外せばよい。

〔第４実施形態〕
本実施形態は、冷媒を入れ替える際の冷媒充填方法に特徴がある。本実施形態に係るヒートポンプ装置は、報知手段を備えている以外は、第１実施形態と同様の構成である。同様の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図５は、本実施形態に係るヒートポンプ装置８１の概略構成図である。報知手段８２は、運転中における冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、凝縮圧力および蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせることができる。

ヒートポンプ装置８１に充填されている冷媒は、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＯ）またはハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）を含んでいる。ＨＦＯまたはＨＣＦＯはそれぞれ沸点の異なる立体異性体を有している。本明細書では、同一飽和温度において、一方の異性体に対し低圧になる異性体を「低圧立体異性体」、他方の異性体に対し高圧になる異性体を「高圧立体異性体」と定義する。

低圧立体異性体および高圧立体異性体を有する冷媒は、例えば１２３３ｚｄ、１２３４ｚｅ、１２２３ｘｄなどがあるが、これらに限定されるものではない。

１２３３ｚｄでは、Ｚ体（１２３３ｚｄ（Ｚ））が低圧立体異性体で、Ｅ体（１２３３ｚｄ（Ｅ））が高圧立体異性体である。

１２３４ｚｅでは、Ｚ体（１２３４ｚｅ（Ｚ））が低圧立体異性体で、Ｅ体（１２３４ｚｅ（Ｅ））、高圧立体異性体である。

１２２３ｘｄでは、Ｅ体（１２２３ｘｄ（Ｅ））が低圧立体異性体で、Ｚ体（１２２３ｘｄ（Ｚ））が高圧立体異性体である。

本実施形態では、冷媒中の低圧立体異性体と高圧立体異性体との比率に応じた飽和温度と圧力との関係から、予め圧力変化の許容値を定めておく。冷媒循環回路内における運転中の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、少なくともいずれか一方の圧力変化が許容範囲から外れる場合に冷媒を新しいものに入れ替える。「圧力変化の許容値」は、ヒートポンプ装置の性能上許容できる限界の値である。「ヒートポンプ装置の性能上許容できる限界」は、蒸発圧力により定まる。ヒートポンプ製造時の総合気密試験は設計圧力の１．０５倍で実施されるため、低圧立体異性体（１２３４ｚｅ（Ｚ））１００質量％で設計された場合、蒸発圧力が設計圧力の１．０５倍が「圧力変化の上限値」となる。例えば蒸発設計圧力が１００℃飽和相当圧力の場合、低圧立体異性体（１２３４ｚｅ（Ｚ））９６質量％、高圧立体異性体（１２３４ｚｅ（Ｅ））４質量％で蒸発圧力が設計圧力の１．０５倍を超える。

図６に、低圧立体異性体（１２３４ｚｅ（Ｚ））と高圧立体異性体（１２３４ｚｅ（Ｅ））との比率に応じた飽和温度と圧力との関係を示す。同図において、横軸が飽和温度（℃）、縦軸が圧力（ＭＰａ ａｂｓ）である。

１２３４ｚｅ（Ｚ）と１２３４ｚｅ（Ｅ）とは、同一の飽和温度における圧力が異なる。例えば、飽和温度１００℃において、１２３４ｚｅ（Ｚ）のみ（高圧立体異性体（Ｅ）０質量％／低圧立体異性体（Ｚ）１００質量％）の冷媒の圧力は１．３４ＭＰａ程度、１２３４ｚｅ（Ｅ）のみ（高圧立体異性体（Ｅ）１００質量％／低圧立体異性体（Ｚ）０質量％）の冷媒の圧力は３．０３ＭＰａ程度であった。

冷媒中の高圧立体異性体（Ｅ）の比率が高くなるほど圧力は上昇した。冷媒中の低圧立体異性体（Ｚ）の比率が高くなるほど圧力は低下した。高圧立体異性体（Ｅ）５０質量％／低圧立体異性体（Ｚ）５０質量％の冷媒では、１００℃のときの圧力が２．１７ＭＰａ程度であった。

〔第５実施形態〕
本実施形態は、異性化反応が平衡状態となる比率で初期の冷媒充填を行うことを特徴とする。ここで「異性化反応が平衡状態となる」は、ヒートポンプ装置の性能上許容できる圧力変化の範囲内で低圧立体異性体および高圧立体異性体の比率が変化する状態であればよく、完全に平衡である必要はない。

本実施形態では、冷媒循環回路内の運転中における冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率にされた冷媒をヒートポンプ装置に初期充填する。異性体比率は、予備試験により決定する。予備試験では、冷媒の温度および圧力を変化させ、最終的に低圧立体異性体および高圧立体異性体の比率が安定する（平衡状態となる）のを確認する。

例えば、ＨＦＯ冷媒を用いて、温度や圧力を変化させて耐久試験をする。耐久試験後の冷媒に含まれるＨＦＯの低圧立体異性体と高圧立体異性体との比率が７：３であれば、その比率を異性体比率とする。異性体比率を７：３（低圧立体異性体：高圧立体異性体）とした冷媒を冷媒循環回路内に初期充填する。

第４実施形態および第５実施形態は、第１実施形態から第３実施形態とそれぞれ組み合わせることができる。

第１実施形態から第３実施形態は、酸素の影響を受けやすい１２３３ｚｄを含む冷媒が充填される場合に、特に好適である。

１，５１，７１，８１ ヒートポンプ装置（冷媒循環装置）
３ 圧縮機
５ 凝縮器
７ エコノマイザ
９ 主膨張弁（膨張弁）
１１ 蒸発器
１１ａ 容器
１１ｂ 伝熱管
１１ｃ 冷媒入口部
１１ｄ 冷媒出口部
１２ａ （圧縮機を収容している）ケーシング
１２ｂ （増速機を収容している）ケーシング
１２ｃ （駆動機を収容している）ケーシング
１３ 増速機
１５ 駆動機
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ 主配管
１９ 副膨張弁（膨張弁）
２０ エコノマイザ出口ガス流路
２１ 乾燥剤
２３ ステー
２５ 駆動機冷却部
２６ 冷却配管
２７，５７，７７ａ，７７ｂ フィルタドライヤ（濾過部，乾燥剤を含む）
２８，２９，５８，５９，７８ａ，７８ｂ，７９ａ，７９ｂ 仕切弁
３０，８０ 絞り弁
３１ 潤滑油循環部
３２ 潤滑油タンク
３３ ポンプ
３４ 給油配管
３５ 排油配管
３６ 油フィルタ
３９ 抽気装置
４０ 吸着材
４３ 冷媒供給配管
４４ 冷媒源接続口
４５ 第１開閉弁
４６ 排気手段接続口
４７ 第２開閉弁
６０ 第１絞り弁
６１ 第２絞り弁
８２ 報知手段

Claims (36)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
   増速機を介して前記圧縮機を駆動させる駆動機と、
   前記凝縮器にて凝縮された冷媒により前記駆動機を冷却する駆動機冷却部と、
   を備え、
   前記蒸発器または前記駆動機冷却部に、水分を捕捉できる乾燥剤が配置されている冷媒循環装置。
2. 前記蒸発器が、前記冷媒を収容する円筒状の容器と、前記容器内に並べられた複数の伝熱管とを有するシェルアンドチューブ式蒸発器であり、
   前記乾燥剤が、前記容器の中で、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離をＨとし、重力方向を下とした場合の、最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲内に配置されている請求項１に記載の冷媒循環装置。
3. 前記駆動機冷却部が、凝縮された前記冷媒を前記駆動機に導く冷媒流路となる冷却配管と、前記冷却配管の途中に設けられた濾過部と、前記濾過部の上流側で前記冷媒流路を絞る絞り弁と、を備え、
   前記乾燥剤が、前記濾過部内に配置されている請求項１または請求項２に記載の冷媒循環装置。
4. 前記乾燥剤とともに、酸を捕捉する酸捕捉剤が配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷媒循環装置。
5. 前記濾過部の上流側および下流側で前記冷媒流路を開閉する仕切弁が設けられている請求項３または請求項４に記載の冷媒循環装置。
6. 前記濾過部の下流側で前記冷媒流路を絞る絞り弁を備えている請求項３から請求項５のいずれかに記載の冷媒循環装置。
7. 複数の前記濾過部が前記冷却配管の途中に並列に設けられており、各濾過部の上流側および下流側に前記冷媒流路を開閉する仕切弁が設けられている請求項３から請求項６のいずれかに記載の冷媒循環装置。
8. 前記増速機が収容されているケーシングに潤滑油を循環させる潤滑油循環部を備え、循環させる前記潤滑油が、芳香族系またはフェノール系の酸化防止剤を含んでいる請求項１から請求項７のいずれかに記載の冷媒循環装置。
9. 前記潤滑油は、０．２質量％以上１．５質量％以下で前記酸化防止剤を含んでいる請求項８に記載の冷媒循環装置。
10. 前記増速機が収容されているケーシングに潤滑油を循環させる潤滑油循環部を備え、循環させる前記潤滑油が、エーテル系またはエポキシ系の酸捕捉剤を含んでいる請求項１から請求項９のいずれかに記載の冷媒循環装置。
11. 前記潤滑油は０．２質量％以上３質量％以下で前記酸捕捉剤を含んでいる請求項１０に記載の冷媒循環装置。
12. 前記潤滑油に含まれる酸捕捉剤の量は、酸化防止剤よりも多い請求項１０または請求項１１に記載の冷媒循環装置。
13. 前記主配管に接続され、前記冷媒循環回路内に冷媒を供給するための流路となる金属製の冷媒供給配管を備え、
    前記冷媒供給配管は、冷媒源が接続される冷媒源接続口、前記冷媒源接続口を開閉する第１開閉弁、排気手段が接続される排気手段接続口、および前記排気手段接続口を開閉する第２開閉弁を有している請求項１から請求項１２のいずれかに記載の冷媒循環装置。
14. 前記冷媒供給配管はステンレス鋼からなる請求項１３に記載の冷媒循環装置。
15. 運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせる報知手段を備えている請求項１から請求項１４のいずれかに記載の冷媒循環装置。
16. 運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率にされた前記冷媒が初期充填されている請求項１から請求項１４のいずれかに記載の冷媒循環装置。
17. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
    前記主配管に接続され、前記冷媒循環回路内に冷媒を供給するための流路となる金属製の冷媒供給配管を備え、
    前記冷媒供給配管は、冷媒源が接続される冷媒源接続口、前記冷媒源接続口を開閉する第１開閉弁、排気手段が接続される排気手段接続口、および前記排気手段接続口を開閉する第２開閉弁を有している冷媒循環装置。
18. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
    運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率にされた前記冷媒が初期充填されている冷媒循環装置。
19. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置であって、
    運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒の交換時期を知らせる報知手段を備えている冷媒循環装置。
20. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒循環方法であって、
    冷媒の作動温度が０℃を超え１００℃未満となるところに、水分を捕捉できる乾燥剤を配置して冷媒を循環させる冷媒循環方法。
21. 前記蒸発器を、前記冷媒を収容する円筒状の容器と、前記容器内に並べられた複数の伝熱管とを有するシェルアンドチューブ式蒸発器とし、
    前記乾燥剤を、前記容器の中で、最上段にある伝熱管中心と最下段にある伝熱管中心との距離をＨとし、重力方向を下とした場合の、最上段にある伝熱管の中心軸を含む水平面から±Ｈの範囲内に配置する請求項２０に記載の冷媒循環方法。
22. 凝縮された前記冷媒を、内部に前記乾燥剤を配置した濾過部を介して、前記圧縮機を駆動させる駆動機に導き、前記駆動機を冷却する請求項２０または請求項２１に記載の冷媒循環方法。
23. 前記乾燥剤とともに、酸を捕捉する酸捕捉剤を配置する請求項２０から請求項２２のいずれかに記載の冷媒循環方法。
24. 前記冷媒循環装置に供給する潤滑油に、芳香族系またはフェノール系の酸化防止剤を添加する請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の冷媒循環方法。
25. 前記潤滑油に、０．２質量％以上１．５質量％以下で前記酸化防止剤を添加する請求項２４に記載の冷媒循環方法。
26. 前記冷媒循環装置に供給する潤滑油に、エーテル系またはエポキシ系の酸捕捉剤を添加する請求項２０から請求項２５のいずれかに記載の冷媒循環方法。
27. 前記潤滑油に、０．２質量％以上３質量％以下で前記酸捕捉剤を添加する請求項２６に記載の冷媒循環方法。
28. 前記潤滑油に添加する酸捕捉剤の量を、酸化防止剤よりも多くする請求項２６または請求項２７に記載の冷媒循環方法。
29. 前記冷媒循環装置で循環される潤滑油の酸価を計測し、前記潤滑油の酸価が０．５ｍｇＫＯＨ／ｇを超えた場合に潤滑油を入れ替える請求項２０から請求項２８のいずれかに記載の冷媒循環方法。
30. 前記主配管に接続される冷媒供給配管を金属製の配管とし、
    充填される冷媒量に対する前記冷媒循環回路内に残る酸素量が５０ｐｐｍ（質量／質量）未満となるよう前記冷媒供給配管内を排気した後、前記冷媒循環回路内に前記冷媒を充填し、前記冷媒を循環させる請求項２０から請求項２９のいずれかに記載の冷媒循環方法。
31. 前記冷媒供給配管をステンレス鋼製とする請求項３０に記載の冷媒循環方法。
32. 運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒を交換する請求項２０から請求項３１のいずれかに記載の冷媒循環方法。
33. 運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率を予め取得し、該異性体比率で初期の冷媒充填を行い、前記冷媒を循環させる請求項２０から請求項３１のいずれかに記載の冷媒循環方法。
34. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒充填方法であって、
    前記主配管に接続される冷媒供給配管を金属製の配管とし、
    充填される冷媒量に対する前記冷媒循環回路内に残る酸素量が５０ｐｐｍ（質量／質量）未満となるよう前記冷媒供給配管内を排気した後、前記冷媒循環回路内に前記冷媒を充填する冷媒充填方法。
35. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置における冷媒充填方法であって、
    運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力の変動幅が所定の範囲内となる異性体比率を予め取得し、該異性体比率で初期の冷媒を充填する冷媒充填方法。
36. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンまたはハイドロクロロフルオロオレフィンを含む冷媒が前記冷媒循環回路内に充填されている冷媒循環装置の運転方法であって、
    運転中における前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を計測し、前記凝縮圧力および前記蒸発圧力の少なくとも一方の計測値が予め定められた許容範囲から外れた場合に、冷媒を交換する冷媒循環装置の運転方法。

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