JP7217395B1 - 空気調和機 - Google Patents

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宏冶 内藤
修平 多田
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Abstract

【課題】可燃性冷媒を利用した場合の安全性を担保することのできる空気調和機を提供することを目的とする。【解決手段】可燃性の冷媒を使用する空気調和機において、冷媒の流路内に、スルホン酸基又はアンモニウム基を官能基とするイオン交換樹脂が設置され、空気調和機の運転に応じて、冷凍サイクルを流れる冷媒の酸成分が、官能基と反応することで、第1の臭気物質が生成される。

Description

本発明は、空気調和機に関する。
地球温暖化防止のため、GWP(地球温暖化係数:Global Warming Potential)の高い冷媒から、低GWP冷媒への転換が図られている。ルームエアコンにおいては、可燃性冷媒(R290)が候補として挙げられている。中国やインドでは、ルームエアコンにR290を使った製品が市場に現れているが、一般に普及していない。また、日本では、運転時や、据付、修理、撤去時において、冷媒漏洩し着火や燃焼のリスクがあることから、製品の販売には至っていない。
冷媒漏洩に対する技術としては、特許文献1には、冷媒の漏洩が検知された場合に、室内ファンを駆動させる技術が開示されている。また、家庭用プロパンガスでは、付臭が義務付けられており、漏洩時には戸や窓を大きく開けて排気することが知られている。
特許第6861804号公報
空気調和機において、冷媒に付臭することにより冷媒漏洩を早期に発見し、燃焼リスクを抑えられる。しかし、冷媒は圧縮機にて100℃程度の高温になるため、冷媒配管内の鉄や銅と反応し、硫黄化合物が減少し、臭いが低下してしまうという恐れがある。
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、可燃性冷媒を利用した場合の安全性を担保することのできる空気調和機を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、可燃性の冷媒を使用する空気調和機において、前記冷媒の流路内に、スルホン酸基又はアンモニウム基を官能基とするイオン交換樹脂が設置され、前記空気調和機の運転に応じて、冷凍サイクルを流れる前記冷媒の酸成分が、前記官能基と反応することで、第1の臭気物質が生成される。
本発明によれば、可燃性冷媒を利用した場合の安全性を担保することができる。
第1の実施形態に係る空気調和機を示す図である。 臭気物質のグラフを示す図である。
図1は、実施形態に係る空気調和機1の冷媒回路の概略図である。空気調和機1は、室外機10と、2台の室内機20a,20bとを備えている。室外機10と室内機20a,20bは、液配管31及びガス配管32で接続されている。なお、一台の室内機に対し複数台の室外機を接続してもよいし、一台の室外機に対し複数台の室内機を接続してもよい。図1に示す実線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。また、図1に示す破線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
図1に示すように、室外機10は、四方弁11、アキュムレータ12、圧縮機13、オイルセパレータ14、室外熱交換器15及び室外膨張弁16を備えている。室内機20a,20bは、それぞれ室内熱交換器21a,21b及び室内膨張弁22a,22bを備えている。
四方弁11は、空気調和機1の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える。四方弁11の切り替えにより、冷房運転時には、実線矢印で示すように、アキュムレータ12、圧縮機13、オイルセパレータ14、室外熱交換器15(凝縮器)、室外膨張弁16、室内膨張弁22a,22b及び室内熱交換器21a,21b(蒸発器)の順に冷媒が循環する冷凍サイクルとなる。また、四方弁11の切り替えにより、暖房運転時には、破線矢印で示すように、アキュムレータ12、圧縮機13、オイルセパレータ14、室内熱交換器21a,21a(凝縮器)、室内膨張弁22a,22b、室外膨張弁16、及び室外熱交換器15(蒸発器)の順に冷媒が循環する冷凍サイクルとなる。
アキュムレータ12は、蒸発器から出た冷媒を所定の冷媒乾き度に調整し圧縮機13の吸入配管へ排出する容器である。空気調和機1の空調運転時に過度な液冷媒の流入があっても圧縮機13に対し所定の乾き度の冷媒を供給し、圧縮機13の液圧縮を回避し圧縮機13の信頼性を確保する。また、オイルセパレータ14は、圧縮機13からガス冷媒と共に吐出された冷凍機油とガス冷媒を分離する。オイルセパレータ14の流出口側は油戻し管33を介してアキュムレータ12に接続され、冷凍機油は、アキュムレータ12を介して圧縮機13に戻される。なお、油戻し管33の位置はこの位置に限らず、アキュムレータ12と圧縮機13の間に接続してもよい。
本実施形態においては、油戻し管33内にイオン交換樹脂40が設置されている。イオン交換樹脂40は、アニオン型イオン交換樹脂であり、イオン交換樹脂表面の官能基(N(CHOH)は、化学式(1)で示されるアンモニウム基である。

Figure 0007217395000001
空気調和機1の冷媒としては、可燃性の冷媒が用いられる。可燃性の冷媒としては、例えば、CFC冷媒、HCFC冷媒、HFC冷媒、自然冷媒などが用いられ、好適には、R290を含む冷媒が用いられる。さらに、冷媒に対しては、空調運転前に、臭気物質として硫黄(S)の有機化合物(以下、硫黄化合物と称する)が添加されているものとする。硫黄化合物としては、例えば、化学式(2)で示される、ターシャリーブチルメルカプタン(C10S)が挙げられる。

Figure 0007217395000002

これにより、例えば、空気調和機1の据付、運転、修理、撤去時において、硫黄化合物の臭いにより、可燃性冷媒の漏洩を検知することができる。
しかしながら、冷媒は高温になるため、冷媒配管内の鉄や銅と反応し、硫黄化合物が減少し、臭いが低下してしまうという問題がある。これに対し、本実施形態の空気調和機1においては、上述のように、イオン交換樹脂40が設置される。イオン交換樹脂40は、アンモニウム基を官能基とし、冷媒中のアニオン物質(F)と反応しOHを生成すると同時に、魚臭を発生するアミン化合物を生成する。ここで、アミン化合物は、第1の臭気物質の一例であり、前述の硫黄化合物は、第2の臭気物質の一例である。
さらに、液状の冷凍機油が存在する場合には、油中に酸成分が多く溜まり、イオン交換樹脂40の性能が高まる。油戻し管33には、比較的多くの油が存在しているため、油戻し管33に設置されたイオン交換樹脂40においては、高い交換性能を示す。なお、冷凍機油としては、冷凍サイクル装置で利用可能なものであれば特に限定されず、PVE、POE、PAGなどの合成油、鉱油などが例示される。
図2は、運転時間の経過に伴う、臭気物質の量の変化を説明するためのグラフを示す図である。グラフの横軸は、空気調和機1の運転時間を示し、グラフの縦軸は、冷媒中の臭気物質の量を示す。線t1は、冷媒に添加された硫黄化合物の量を示し、線t2は、イオン交換樹脂40の反応により生成されるアミン化合物の量を示している。線t3は、線t1で示される硫黄化合物の量と、線t2で示されるアミン化合物の量の合計値を示している。
図2のグラフに示すように、運転時間が経過するにつれて、冷媒中に添加された硫黄化合物の量は徐々に減少していく。その一方で、運転時間が経過するにつれて、イオン交換樹脂40での反応が進み、アミン化合物の量が徐々に増加していく。この結果、冷媒に含まれる臭気物質の合計の量を、運転前の値に維持することができる。すなわち、運転時間が経過した場合であっても、冷媒の臭いが低下するのを防ぐことができる。これにより、運転時間が経過した場合でも、臭いにより冷媒の漏洩を検知することが可能となる。
以上のように、本実施形態の空気調和機1においては、運転時間が経過した場合であっても、臭気物質の減少を防ぐことができる。これにより、可燃性冷媒を利用した場合の安全性を担保することができる。また、空気調和機1においては、付臭剤を含む冷媒を利用した場合においても、空調運転の継続により付臭剤の効果が切れても、冷凍サイクル中で新たに付臭されるので長期的に付臭が維持される。
CFIを含む冷媒の冷凍サイクルにおいて、アニオン型イオン交換樹脂を油戻し管に設置し、5時間、空調運転を行った。このとき、冷凍サイクルの高温部(圧縮機)の温度は、70℃~90℃を示した。その後、オイルセパレータから油を回収したところ、油には魚臭が付いていることが確認された。
実施形態の第1の変形例としては、イオン交換樹脂40の設置場所は、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、イオン交換樹脂40は、液配管31に設置されてもよい。また、他の例としては、イオン交換樹脂40は、アキュムレータ12内に設置されてもよい。
第2の変形例としては、空気調和機1のイオン交換樹脂として、スルホン酸基(SOH)を官能基とするイオン交換樹脂が用いられてもよい。この場合には、イオン交換により、臭気物質である硫黄化合物が生成される。これにより、運転時間が経過した場合でも、冷媒の臭いが低下するのを防ぐことができる。
なお、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、例えばある実施形態の変形例を他の実施形態に適用するなど、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 空気調和機
10 室外機
11 四方弁
12 アキュムレータ
13 圧縮機
14 オイルセパレータ
15 室外熱交換器
16 室外膨張弁
20a,20b 室内機
21a,21b 室内熱交換器
22a,22b 室内膨張弁
31 液配管
32 ガス配管
33 油戻し管
40 イオン交換樹脂

Claims (5)

  1. 可燃性の冷媒を使用する空気調和機において、
    前記冷媒の流路内に、スルホン酸基又はアンモニウム基を官能基とするイオン交換樹脂が設置され、
    前記空気調和機の運転に応じて、冷凍サイクルを流れる前記冷媒の酸成分が、前記官能基と反応することで、第1の臭気物質が生成される、空気調和機。
  2. 前記イオン交換樹脂は、前記流路の内、油が循環する配管内に設置される、請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記空気調和機は、オイルセパレータを備え、
    前記イオン交換樹脂は、前記オイルセパレータの流出口側の冷媒配管内に設置される、請求項1に記載の空気調和機。
  4. 前記空気調和機は、アキュムレータを備え、
    前記イオン交換樹脂は、前記アキュムレータ内に設置される、請求項1に記載の空気調和機。
  5. 前記冷媒には、第2の臭気物質が含まれる、請求項1乃至2のいずれか一項に記載の空気調和機。
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