JP7151704B2 - 熱サイクルシステム - Google Patents
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Description
[1]トリフルオロエチレンを含む作動媒体を用いる熱サイクルシステムであって、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記膨張弁と、前記蒸発器と、を連結して前記作動媒体を循環させる循環流路と、脆弱部と、を備え、前記脆弱部は、前記循環流路又は前記凝縮器に設けられ、前記循環流路及び前記凝縮器の耐圧強度よりも耐圧強度が低い、熱サイクルシステム。
[2]前記脆弱部は、前記圧縮機と前記凝縮器とを連結する循環流路、又は前記凝縮器と前記膨張弁とを連結する循環流路に設けられている、請求項1に記載の熱サイクルシステム。
[3]前記圧縮機と前記凝縮器とを連結する循環流路に四方弁が設けられ、前記脆弱部は、前記圧縮機と前記四方弁とを連結する循環流路に設けられている、請求項1又は2に記載の熱サイクルシステム。
[4]前記脆弱部は、前記循環流路内で前記トリフルオロエチレンの自己分解反応が生じたときに発生する圧力により破損して前記循環流路の外部へ圧力を開放する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[5]前記脆弱部の耐圧強度は、前記循環流路及び前記凝縮器の耐圧強度を100%とした場合、70%以上、90%以下の範囲内にある、請求項1から4までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[6]前記脆弱部の耐圧強度は、前記熱サイクルシステムの設計圧力の1.5倍以上、3倍以下の範囲内にある、請求項1から5までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[7]前記脆弱部は、前記循環流路の構成材料よりも引張強さが小さい構成材料からなる、請求項1から6までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[8]前記脆弱部の厚さが、前記循環流路の厚さよりも薄い、請求項1から7までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[9]防護部をさらに備える、請求項1から8までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[10]前記防護部は、メッシュ状の部材を有する、請求項9に記載の熱サイクルシステム。
[11]前記防護部は、多孔質の吸着部材をさらに有する、請求項9又は10に記載の熱サイクルシステム。
[12]前記凝縮器と前記脆弱部は、室外機に内蔵され、前記脆弱部は、前記凝縮器と対向する位置に選択的に設けられている、請求項1から11までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
[13]前記作動媒体100質量%中のトリフルオロエチレンの含有量は、50質量%を超え100質量%以下である、請求項1から12までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
図1に示すように、本実施形態の熱サイクルシステム10は、トリフルオロエチレン(HFO-1123ともいう)を含む作動媒体(冷媒)を適用する冷暖房機能を備えた空調システムである。主に、熱サイクルシステム10は、圧縮機20、室外熱交換器(凝縮器又は蒸発器)14、膨張弁15、室内熱交換器(蒸発器又は凝縮器)12、四方弁16、循環流路17を備え、作動媒体11が封入されている。図1では、冷房時における循環流路17上に沿った作動媒体11の流れの向きを矢印線で図示している。
作動媒体は、本発明の効果を損なわない範囲でHFO-1123以外に、任意成分として通常作動媒体として用いられる化合物を含有してもよい。任意成分としては、HFC、HFO-1123以外のHFOが好ましい。
HFCとしては、例えば、HFO-1123と組み合わせて熱サイクルに用いた際に、温度勾配を小さくする作用、能力を向上させる作用または効率をより高める作用を有するHFCが用いられる。本発明に使用される熱サイクル用の作動媒体がこのようなHFCを含むと、より良好なサイクル性能が得られる。
HFO-1123以外のHFOとしては、2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン(HFO-1234yf)、トランス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(E))、シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))、2-フルオロプロペン(HFO-1261yf)、1,1,2-トリフルオロプロペン(HFO-1243yc)、トランス-1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye(E))、シス-1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye(Z))、トランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(E))、シス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(Z))、3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO-1243zf)などが挙げられる。
作動媒体は、上記任意成分以外に、二酸化炭素、炭化水素、クロロフルオロオレフィン(CFO)、ヒドロクロロフルオロオレフィン(HCFO)などをその他の任意成分として含有してもよい。その他の任意成分としては、オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が小さい成分が好ましい。
HCFOは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の作動媒体は、通常、冷凍機油と混合して熱サイクルシステムに使用される熱サイクルシステム用組成物とする。この熱サイクルシステム用組成物は、上記熱サイクルシステムの循環流路内に封入して使用される。この熱サイクルシステム用組成物は、冷凍機油以外にさらに、安定剤、漏れ検出物質などの公知の添加剤を含有してもよい。
冷凍機油としては、従来のハロゲン化炭化水素からなる作動媒体と共に、熱サイクルシステム用組成物に用いられる公知の冷凍機油が特に制限なく採用できる。冷凍機油として具体的には、含酸素系冷凍機油(エステル系冷凍機油、エーテル系冷凍機油など)、フッ素系冷凍機油、鉱物系冷凍機油、炭化水素系冷凍機油などが挙げられる。
安定剤は、熱及び酸化に対する作動媒体の安定性を向上させる成分である。安定剤としては、従来からハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、熱サイクルシステムに用いられる公知の安定剤、例えば、耐酸化性向上剤、耐熱性向上剤、金属不活性剤などが特に制限なく採用できる。
漏れ検出物質としては、紫外線蛍光染料、臭気ガスや臭いマスキング剤などが挙げられる。
次に、上記の熱サイクル用作動媒体を適用する本発明の熱サイクルシステムについて説明する。この熱サイクルシステムは、HFO-1123を含む熱サイクル用作動媒体として用いたシステムである。この熱サイクル用作動媒体を熱サイクルシステムに適用するにあたっては、通常、作動媒体を含有する熱サイクルシステム用組成物として適用する。
なお、熱サイクルシステムの稼働に際しては、水分の混入や、酸素などの不凝縮性気体の混入による不具合の発生を避けるために、これらの混入を抑制する手段を設けることが好ましい。
M2/nO・Al2O3・xSiO2・yH2O … 式[1]
ただし、Mは、Na、Kなどの1族の元素またはCaなどの2族の元素であり、nは、Mの原子価であり、x、yは、結晶構造にて定まる値である。Mを変化させることにより細孔径を調整できる。乾燥剤の選定においては、細孔径及び破壊強度が重要である。
さらに、熱サイクルシステム内に不凝縮性気体が混入すると、凝縮器や蒸発器における熱伝達の不良、これによる作動圧力の上昇という悪影響をおよぼすため、極力混入を抑制する必要がある。特に、不凝縮性気体の一つである酸素は、作動媒体や冷凍機油と反応し、分解を促進する。
熱サイクルシステム内に塩素が存在すると、金属との反応による堆積物の生成、圧縮機の軸受け部の磨耗、熱サイクル用作動媒体や冷凍機油の分解など、好ましくない影響をおよぼす。熱サイクルシステム内の塩素濃度は、熱サイクル用作動媒体に対する質量割合で100ppm以下が好ましく、50ppm以下が特に好ましい。
熱サイクルシステム内にパラジウム、ニッケル、鉄などの金属が存在すると、HFO-1123の分解やオリゴマー化など、好ましくない影響をおよぼす。熱サイクルシステム内の金属濃度は、熱サイクル用作動媒体に対する質量割合で5ppm以下が好ましく、1ppm以下が特に好ましい。
熱サイクルシステム内に酸分が存在すると、HFO-1123の酸化分解、自己分解反応が促進するなど、好ましくない影響を及ぼす。熱サイクルシステム内の酸分濃度は、熱サイクル用作動媒体に対する質量割合で1ppm以下が好ましく、0.2ppm以下が特に好ましい。
熱サイクルシステム内に金属粉、冷凍機油以外の他の油、高沸分などの残渣が存在すると、気化器部分の詰まりや回転部の抵抗増加など、好ましくない影響を及ぼす。
熱サイクルシステム内の残渣濃度は、熱サイクル用作動媒体に対する質量割合で1000ppm以下が好ましく、100ppm以下が特に好ましい。
Claims (13)
- トリフルオロエチレンを含む作動媒体を用いる熱サイクルシステムであって、
圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、
前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記室内熱交換器と、を連結して前記作動媒体を循環させる循環流路と、
脆弱部と、
を備え、
前記脆弱部は、前記循環流路に設けられ、前記循環流路の耐圧強度よりも耐圧強度が低く、
前記室外熱交換器と前記脆弱部は、室外機に内蔵され、且つ
前記脆弱部は、前記室外熱交換器と対向する位置に設けられており、
前記脆弱部及び前記循環流路が、T型エルボを形成する、
熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部は、前記圧縮機と前記室外熱交換器とを連結する循環流路、又は前記室外熱交換器と前記膨張弁とを連結する循環流路に設けられている、
請求項1に記載の熱サイクルシステム。 - 前記圧縮機と前記室外熱交換器とを連結する循環流路に四方弁が設けられ、
前記脆弱部は、前記圧縮機と前記四方弁とを連結する循環流路に設けられている、
請求項1又は2に記載の熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部は、前記循環流路内で前記トリフルオロエチレンの自己分解反応が生じたときに発生する圧力により破損して前記循環流路の外部へ圧力を開放する、
請求項1から3までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部の耐圧強度は、前記循環流路の耐圧強度を100%とした場合、70%以上、90%以下の範囲内にある、
請求項1から4までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部の耐圧強度は、前記熱サイクルシステムの設計圧力の1.5倍以上、3倍以下の範囲内にある、
請求項1から5までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部は、前記循環流路の構成材料よりも引張強さが小さい構成材料からなる、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部の厚さが、前記循環流路の厚さよりも薄い、
請求項1から7までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 防護部をさらに備える、
請求項1から8までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 前記防護部は、メッシュ状の部材を有する、
請求項9に記載の熱サイクルシステム。 - 前記防護部は、多孔質の吸着部材をさらに有する、
請求項9又は10に記載の熱サイクルシステム。 - 前記作動媒体100質量%中のトリフルオロエチレンの含有量は、50質量%を超え100質量%以下である、
請求項1から11までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。 - 前記脆弱部が、開口部と、前記開口部を閉塞している蓋部とを有し、前記開口部が前記 室外熱交換器と対向する、
請求項1から11までのいずれか1項に記載の熱サイクルシステム。
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