WO2009157325A1

WO2009157325A1 - 冷凍サイクル装置及び空気調和装置

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Publication number: WO2009157325A1
Application number: PCT/JP2009/060790
Authority: WO
Inventors: 裕之森本; 和樹岡田; 哲二七種
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2009-12-30
Also published as: JPWO2009157325A1; EP2312241A1; EP2312241B1; EP2312241A4; US20110079040A1; CN102077040A

Abstract

　ハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を圧縮する圧縮機１と、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器２と、凝縮された冷媒を減圧させるための絞り装置４と、減圧した冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器５と、酸素及び窒素を吸着する空気吸着手段３とを配管接続してハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。

Description

冷凍サイクル装置及び空気調和装置

　本発明は、例えば空気調和装置、給湯装置等の冷凍サイクル装置に関するものである。特に、不安定な冷媒と反応する物質を除去する除去手段を設けることで冷凍サイクル装置の信頼性を向上させたものである。

　一般に、空気調和装置、冷凍装置、給湯装置等の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用した冷凍サイクル装置は、基本的に、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁及び蒸発器（熱交換器）を配管接続し、充填した冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。圧縮機で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に流れ込んだ冷媒は、熱交換対象との熱交換で熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は、膨張弁で減圧されて気液二相流状態となり、蒸発器にて熱交換により熱を吸収することでガス（気体）化し、再度圧縮機へ戻されて循環する。

　ここで、冷媒回路を循環する冷媒には、用途、物性に応じて数多くの種類があるが、その中には、地球温暖化に影響を与える化学物質を含む冷媒もある。地球温暖化を防止するという観点からは、地球温暖化係数（ＧＷＰ：温室効果ガスである物質に対して地球の温暖化をもたらす程度を、二酸化炭素に係る当該程度に対する比を示す数値として国際的に認められた知見に基づき定められた係数）ができる限り小さい冷媒を利用することが望ましい。

　例えば、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）は地球温暖化係数がかなり小さいが、冷凍サイクルの効率が低下し消費電力が大きくなる。また、機器、配管等の耐圧強度を、通常、冷媒回路内を循環させる冷媒（例えばＲ４１０Ａ冷媒等）を用いる場合に比べて高める必要があるため、装置全体の重量が大きくなり、コストアップに繋がることから、普及の障害となっている。

　そこで、ＨＦＯ（ハイドロ・フルオロ・オレフィン）の冷媒（以下、ＨＦＯ冷媒という）が提案されている。このＨＦＯ冷媒は、地球温暖化係数が小さく、二酸化炭素よりもエネルギ効率がよいため、地球環境面の観点から有効な冷媒である。また、沸点が高く、冷媒回路内における冷媒の圧力が低いので耐圧強度を高める必要がない。ただ、ＨＦＯ冷媒は、物質を構成する原子間の結合において、二重結合を有しているために化学的反応性が高くなるという特性を有している（それゆえ、地球温暖化係数も小さくなる）。そのため、冷媒回路内に冷媒以外の不純物が存在すると、その不純物と反応し、冷媒が劣化するという問題があった。

　冷媒が劣化すると、高圧が高くなったり、吐出温度が高くなったりし、冷凍サイクルの効率が大幅に低下する。また、化学反応した新しい物質がさらに冷凍機油と反応し、スラッジを発生させ、キャピラリーチューブ等の細い管や膨張弁を閉塞させたりする問題を発生させる。

　以上のように、ＨＦＯ冷媒は、温暖化係数が低く、環境にはやさしいが、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷媒として、信頼性を確保しつつ、用いるためには冷媒自身の劣化を防がなければならない。そのため、冷媒回路中の酸素成分の循環を防ぐために、酸素を吸着する酸素吸着手段を設ける方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－３１５６６３号公報（図１）

　しかしながら、冷媒回路中で不純物となる物質は酸素だけではないため、上記のように酸素を吸着させてＨＦＯ冷媒を封入しても、ＨＦＯ冷媒が劣化する可能性は高く、経年的に冷凍サイクル装置の効率と信頼性が低下する。そのため、ＨＦＯ冷媒の劣化を防ぐためには、さらに対策が必要となる。

　そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒回路に含まれる不純物が冷媒回路中を循環しないようにし、ＨＦＯ冷媒等を有効に用いることができる冷凍サイクル装置等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、ハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧させるための膨張手段と、減圧した冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器と、酸素及び窒素を吸着する空気吸着手段とを配管接続してハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。

　本発明の冷凍サイクル装置によれば、冷媒回路上に空気吸着手段を備え、冷媒回路の空気の酸素分子及び窒素分子を吸着するようにしたので、不純物となる酸素分子及び窒素分子を循環させないようにすることができる。そのため、二重結合を有し、化学的に不安定なＨＦＯ冷媒等を冷媒回路に循環させても、ＨＦＯ冷媒と空気とが化学反応等により、劣化等をするのを防止することができ、冷凍サイクル装置の性能を長期間維持することができ、さらに信頼性も確保することができる。また、冷媒の劣化を防ぎ、圧縮機に負担をかけることなく熱量の搬送を維持させることができるため、省エネルギを図ることができる。そして、このときに冷媒として用いるテトラフルオロプロピレン等のＨＦＯ冷媒は、例えば自然冷媒である二酸化炭素と地球温暖化係数が同等で、いわゆるノンフロンの冷媒であるため、環境の点からも好適である。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の基本構成を表す図である。実施の形態１に係る空気吸着手段３の構成等を表す図である。実施の形態１に係る空気吸着手段３の設置位置の一例を表す図である。実施の形態１に係る空気吸着手段３の設置位置の別の例を表す図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。実施の形態２に係る空気吸着手段３の構成等を表す図である。空気分離・除去手段１１を適用した一例を表す図である。実施の形態２に係る空気分離・除去手段１１の設置位置の一例を表す図である。

実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態について図に基づき説明する。

　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基本構成を示す図である。図１中の矢印１００は冷媒の流れる方向を示している。図１において、冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器２、空気吸着手段３、絞り装置（膨張弁）４、蒸発器５を有している。それぞれの機器（要素部品）は配管で接続することにより冷媒回路を構成している。冷媒回路には循環させる冷媒が封入されている。この冷媒として本実施の形態では、例えば、テトラフルオロプロペン（ＣＦ₃ＣＦ＝ＣＨ₂：2,3,3,3-Tetrafluoropropene、HFO-1234yfに代表される）冷媒などのＨＦＯ冷媒など、ＣＦ₃ＣＨ＝ＣＨ₂、ＣＦ₃ＣＦ＝ＣＦ₂などのように、原子間の結合において二重結合を有する冷媒が封入されている。

　圧縮機１は、冷媒回路を循環させるために冷媒を吸入し、圧縮して加圧する。凝縮器２は、圧縮機１が吐出したガス（気体）状の冷媒（以下、ガス冷媒という）と熱交換対象との間で熱交換を行わせ、冷媒が有する熱量を放出させて熱交換対象を加熱する。

　空気吸着手段３は、冷媒回路内の空気を吸着するための手段である。通常、冷凍サイクル装置に冷媒を充填する前に、冷凍サイクル装置内を真空にする真空引き工程が存在する。しかし、真空引きを行っても、冷凍サイクル装置内の空気量をゼロ（完全な真空状態）にすることはできない。現実的には約１３０～２５０Ｐａ（約１～２Ｔｏｒｒ）までが限界である。このため、冷凍サイクル装置の冷媒回路内には不純物として必ず空気が存在することになる。ここで、空気における窒素と酸素の存在比は８：２であり、酸素と窒素（特に窒素）が大部分を占めている。そこで、本実施の形態における空気吸着手段３は、酸素分子及び窒素分子を吸着するものとする。空気吸着手段３については後にさらに説明する。

　絞り装置４は冷媒の流量を調整し、冷媒の圧力を低くする（減圧）する。蒸発器５は、絞り装置４により圧力が低くなった気液二相冷媒（ガス冷媒と液状の冷媒（以下、液冷媒という）とが混在した冷媒）と熱交換対象との間で熱交換を行わせ、冷媒に熱量を吸収させて蒸発させてガス化させる。熱交換対象は冷却される。ここで、冷媒回路における圧力の高低については、基準となる圧力との関係により定まるものではなく、圧縮機１の圧縮、絞り装置４等の冷媒流量制御などによりできる相対的な圧力として表すものとする。また、温度の高低についても同様であるものとする。

　次に、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の動作を冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１により圧縮されて加圧された冷媒は、配管を通過して凝縮器２に送り込まれる。凝縮器２を通過した冷媒は凝縮され、液化される。このとき冷媒は放熱し、これにより熱交換対象を加熱する。

　液化された冷媒は空気吸着手段３を通り、絞り装置４に送り込まれる。液状態の冷媒は絞り装置４を通過することにより減圧され、気液二相流状態の冷媒（以下、気液二相冷媒という）となって蒸発器５に送り込まれる。蒸発器５を通過した気液二相流状態の冷媒は蒸発され、ガス化される。ガス化された冷媒は、再び、圧縮機１に吸入される。

　図２は空気吸着手段３の構成を表す図である。次に、本発明のポイントである空気吸着手段３の構成等について説明する。図２（ａ）は空気吸着手段３の断面図を表し、図２（ｂ）は空気吸着手段３の構成要素の１つとなるフィルター（メッシュ）３ｅ、３ｆを表している。図２（ａ）に示すように、本実施の形態における空気吸着手段３はケーシング（収納容器）３ａ、吸着材が詰まっている吸着材部３ｂ、流入管３ｃ、流出管３ｄ、フィルター３ｅ、３ｆにより構成する。ただし、この構成に限定するものではなく、必要に応じて手段の追加等を行うことができる。

　ここで、空気吸着手段３における冷媒の流れについて説明する。前述したように、凝縮器２を通過した冷媒は、空気吸着手段３の流入管３ｃから流入し、フィルター３ｅを通過して、吸着材部３ｂに流れ込む。ここで、フィルター３ｅは、冷媒と共に流れてくる異物を捕捉し、吸着材部３ｂにある吸着材に異物が付着することを防止している。吸着材部３ｂに異物が付着することを防止することによって、吸着材の劣化を防止することができ、安定した性能を得ることができる。そして、吸着材部３ｂに流れ込んだ冷媒から、吸着材部３ｂの吸着材が、冷媒中に含んでいる空気成分（窒素と酸素）のみを吸着する。空気成分を吸着された冷媒は、フィルター３ｆを通って流出管３ｄから流出し、絞り装置４に送り込まれる。

　ここで、吸着材部３ｂに流れる冷媒により、吸着材部３ｂ内の吸着材が粉化することがある。粉化した吸着材が空気吸着手段３から流出し、冷媒と共に冷媒回路内を循環すると、例えばキャピラリーチューブや絞り装置４のような、狭い流路となるような手段などにおいて閉塞を誘発する恐れがある。また、圧縮機１を故障させる原因にもなる。そこで、フィルター３ｆを設け、その粉化した吸着材を捕捉し、空気吸着手段３から流出を防止する。そのため、フィルター３ｆは、空気吸着手段３、ひいては冷凍サイクル装置の信頼性を確保する上では重要な部品となる。

　本実施の形態では、吸着材部３ｂにおける吸着材は、化学安定性にも優れ、低濃度（低分圧）の物質も強力に吸着することができるゼオライトを用いるものとする。ゼオライトによる空気を吸着するメカニズムは、分子ふるい的に酸素分子及び窒素分子を捕捉することで吸着するものとする。そのため、吸着材３ｂにより空気のみを選択的に吸着するためには、ゼオライトの細孔径（ここでは直径とする）を、空気成分に係る径以上でＨＦＯ冷媒に係る径より小さいものにしなければならない。この制約から、必然的にゼオライトの細孔径が決定される。ここで、空気の主成分である窒素分子の大きさは約３６ｎｍ（３．６オングストローム）、酸素分子の大きさは約３４ｎｍ（３．４オングストローム）である。そのため、酸素吸着の観点から吸着材を最適化し、吸着材の細孔径を３５ｎｍ（３．５オングストローム）にしても、窒素分子は酸素分子より大きく、除去できないことになる。また、従来用いられているドライヤは水分を吸着することを目的としており、吸着材の細孔は２９ｎｍ（２．９オングストローム）付近であり（水分子の大きさは２．８オングストローム）となっているため、窒素分子や酸素分子を除去することができない。以上のことから、吸着材の細孔径は、窒素分子に合わせて約３６ｎｍ必要とする。

　一方、ＨＦＯ冷媒における分子の大きさは約４０ｎｍである。そのため、酸素及び窒素を除去するための吸着材の細孔径ｄｐを、３６ｎｍ＜ｄｐ＜４０ｎｍにすれば、空気成分を選択的に吸着することができる。ここで、本実施の形態ではゼオライトを吸着材として用いているが、吸着材をゼオライトのみに限定する必要はない。前述したように３６ｎｍ＜ｄｐ＜４０ｎｍの細孔径を有する吸着材であれば、例えば、シリカゲル、活性炭、メソポーラスシリカ等を吸着材としても同様の効果が得られる。

　次に、空気吸着手段３の設置位置について説明する。図１においては凝縮器２の下流側である高圧液ライン（凝縮器２と絞り装置４との間となる。冷媒回路において高圧側の液冷媒が流れる）に設置している。例えば、空気吸着手段３を通過する際、冷媒には圧力損失が生じることになる。冷媒に圧力損失が生じることで、冷凍サイクル装置の（運転）効率が悪くなる。しかしながら、高圧液ラインに設置することにより、空気吸着手段３において生じる圧力損失の程度であれば、絞り装置４における減圧動作の一部と見做すことができるため、冷凍サイクル装置の効率に影響を及ぼさない。したがって、基本的には、高圧液ラインに空気吸着手段３を設置するのが、冷凍サイクル装置の効率の観点からは良い。

　図３は空気吸着手段３の設置位置の一例を表す図である。図３では空気吸着手段３を蒸発器５の下流側である低圧ガスライン（蒸発器５と圧縮機１の吸入側との間となる。冷媒回路において低圧側のガス冷媒が流れる）に設置する場合について説明する。図３において、油分離器７は、冷媒と共に圧縮機１から吐出された潤滑油を冷媒と分離させるものである。キャピラリーチューブ９は分離された潤滑油を圧縮機１に戻す際の流量調整をするためのものである。油分離器７とキャピラリーチューブ９とを圧縮機１の吸入側、吐出側に冷媒回路と並列に接続し、油戻し回路１０を構成する。

　例えば、サブクール（過冷却度）を小さくするような運転を行う場合、上述した図１のように、高圧液ラインに空気吸着手段３を設置していると、空気吸着手段３における圧力損失によって、冷媒に気泡が発生（冷媒の一部が気化）し、絞り装置４に流れ込む前の段階で冷媒が気液二相状態になる。気液二相冷媒が絞り装置４に流入すると、短時間で圧力が激しく動くため、その動きに追従しようとしてハンチング現象等が発生する恐れがあり、制御が不安定になることがある。そのため、サブクールを小さくするような運転が行われる場合には、低圧ガスライン上に空気吸着手段３を設ける方がよい場合もある。

　また、吸着材は一般に温度が低いほど吸着性能を発揮するため、例えば同じ量の空気を吸着させる場合には低温環境下の方が吸着材の量を減らすことができる。そのため、低温の冷媒が通過する低圧ガスラインに空気吸着手段３を設置すれば、空気吸着手段３を小型化することができ、空気吸着手段３に係るコスト削減をすることができる。このようにして、単に低圧ガスライン上に空気吸着手段３を設けるだけでもよいが、空気吸着手段３において生じる圧力損失が、冷凍サイクル装置の効率に与える影響が大きすぎる場合もあり得る。

　そこで、冷媒の一部をバイパスさせるためのバイパス管を低圧ガスラインに設けてバイパス回路６を形成し、バイパス回路６に空気吸着手段３を設ける。このようにして、冷媒の一部が空気吸着手段３を通過することにすれば、空気吸着手段３を通過させる冷媒流量を少なくすることによって、低圧ガスラインにおける空気吸着手段３による圧力損失を小さくし、冷凍サイクル装置の効率低下を最小限にする。

　ここで、図３に示すように、油分離器からの油戻し回路１０よりも上流側となる位置に空気吸着手段３を設けた方が良い。低圧ガスラインであっても、油戻しの回路の下流では、油量が多く、吸着材に油が付着し、吸着材の性能が低下するため、油戻し回路との合流点より上流に設置した方がよい。

　図４は空気吸着手段３の設置位置の別の一例を表す図である。図４のように、空気吸着手段３を油戻し回路１０に設置するようにする。冷凍機油に含まれた空気を空気吸着手段３が吸着する。油戻し回路１０に空気吸着手段３を設けることにより、空気吸着手段３において生じる圧力損失が冷媒回路に影響しないため、冷凍サイクル装置の効率や制御性には影響を及ぼさない。

　以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置によれば、ＨＦＯ冷媒を冷媒回路を循環する冷媒として用いることで、例えば自然冷媒である二酸化炭素と地球温暖化係数が同等で、いわゆるノンフロンの冷媒であるため、地球環境によい冷凍サイクル装置を得ることができる。そして、冷媒回路上に空気吸着手段３を備え、例えば真空引きを行っても冷媒回路内に残ってしまう空気の酸素分子及び窒素分子を捕捉するようにしたので、不純物となる酸素分子及び窒素分子を循環させないようにすることができる。そのため、二重結合を有し、化学的に不安定なＨＦＯ冷媒等を冷媒回路に循環させても、ＨＦＯ冷媒と空気とが化学反応等により、劣化等をするのを防止することができる。これにより、冷凍サイクル装置の性能を長期間確保することができ、さらに信頼性も確保することができる。また、冷媒の劣化を防ぎ、圧縮機１に負担をかけることなく熱量の搬送を維持させることができるため、省エネルギを図ることができる。

　また、空気吸着手段３を高圧の液冷媒が流れる高圧液ラインに設置するようにしたので、空気吸着手段３による圧力損失の影響を無視できるほど少なくし、冷凍サイクル装置の効率に影響を及ぼさないようにすることができる。一方で、低圧のガス冷媒が流れる低圧ガスラインに設置するようにすれば、低温の冷媒が空気吸着手段３を通過するようにできるため、吸着性能が高くなり、空気吸着手段３を小型化して設置することができる。そして、バイパス回路６を設け、ガス冷媒の一部が空気吸着手段３を通過するようにしたので、低圧ガスラインにおける空気吸着手段３の圧力損失の影響を抑えることができる。

実施の形態２．
　図５は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図５において、図１等と同じ符号を付している手段等については、実施の形態１において説明した動作等を行うものとして説明する。空気分離・除去手段１１は、液冷媒と空気との密度差を利用して冷媒と空気とを分離するための手段である。そのため、空気分離・除去手段１１は冷媒が液状態となるところに設置する必要がある。そこで、図５においては、空気分離・除去手段１１を凝縮器２と絞り装置４との間である高圧液ラインに設置している。ここで、本実施の形態で説明する各図については、上側が鉛直方向上向きの方向であり、下側が鉛直方向下向きの方向であるものとして説明する。

　図６は空気分離・除去手段１１の断面を表す図である。図６において、本実施の形態の空気分離・除去手段１１は、空気抜き弁（バルブ）１１ａ、空気抜き管１１ｂ、容器１１ｃ、冷媒流入管１１ｄ、冷媒流出管１１ｅを有している。空気分離・除去手段１１の配置の上下関係については、空気抜き弁１１ａ及び空気抜き管１１ｂが、鉛直方向に対して冷媒流入管１１ｄ及び冷媒流出管１１ｅよりも上側に位置するようにする。

　例えば、ＨＦＯ冷媒における液冷媒の密度は約８００～約１１００［ｋｇ／ｍ³ ］である。一方、空気の密度は約１．２［ｋｇ／ｍ³ ］である。このように、空気と液冷媒とでは大きな密度差が存在するため、容器１１ｃの下部に位置する冷媒流入管１１ｄから流入した液冷媒は、容器１１ｃに液冷媒１２ｂとしてたまり、一部の冷媒が冷媒流出管１１ｅから流出する。液冷媒と共に流入した空気は、容器１１ｃの上部に空気１２ａとしてたまる。また、冷媒流出管１１ｅが容器１１ｃ下部よりも内部に突出しているため、例えば、何らかの原因で冷媒より重い異物が冷媒中に含まれていたとしても冷媒流出管１１ｅから流出せず、容器１１ｃの下部にためておくことができるため、異物の除去も図ることができる。

　容器１１ｃの上部に設けた空気抜き弁１１ａを開放すると、液冷媒による冷媒流入管１１ｄからの流入に係る圧力が、空気抜き管１１ｂから空気１２ａを外部空間に押し出し、空気抜き（エアーパージ）する。空気１２ａがすべて押し出されると液冷媒も押し出されてくるため、空気抜き弁１１ａを閉じる。以上のようにして、冷媒回路に残った空気の空気抜きを行う。

　図７は空気分離・除去手段１１を用いた空気調和装置を表す図である。ここでは、冷凍サイクル装置の代表例として空気調和装置について説明する。図７の空気調和装置は、室外機２００ａと室内機２００ｂとを有している。室外機２００ａは、圧縮機２０１、流路切換え弁２０２、室外側熱交換器２０３、絞り装置２０４、空気分離・除去手段１１を備えている。一方、室内機２００ｂには、室内側熱交換器２０５を備えている。圧縮機２０１、絞り装置２０４はそれぞれ上述した圧縮機１、絞り装置４と同様の動作を行う。流路切換え弁２０２は冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒回路内における冷媒の流れを切り換える。

　室外側熱交換器２０３は、冷房運転時においては実施の形態１における凝縮器２として機能し、暖房運転時においては蒸発器５として機能し、空気と冷媒との熱交換を行う。また、室内側熱交換器２０５は、室外側熱交換器２０３とは逆に、冷房運転時においては蒸発器５として機能し、暖房運転時においては凝縮器２として機能し、室内空気と冷媒との熱交換を行う。また、ここでは特に図示していないが、各手段の動作を制御するための制御手段を備えている。また、室外側熱交換器２０３、室内側熱交換器２０５に、冷媒との熱交換を効率よく行わせるためのファンを備えるようにしてもよい。そして、この空気調和装置においても、冷媒回路内を循環させる冷媒として、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）冷媒の一種であるテトラフルオロプロペン（テトラフルオロプロピレン）冷媒を用いるものとする。

　次に、本実施の形態に係る空気調和装置の動作を冷媒に基づいて説明する。図７に示す冷媒回路に沿った矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを表している。まず、冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機２０１により圧縮され、加圧されて吐出した高温高圧ガス冷媒は、流路切換え弁２０２を通り、室外側熱交換器２０３に送り込まれる。室外側熱交換器２０３に流れ込んだ冷媒は、空気との間で熱交換され、空気に熱を放出することにより液化される。液化された冷媒は空気分離・除去手段１１を通り、絞り装置２０４に流れ込む。液化された冷媒は、絞り装置２０４を通過することにより減圧され、気液二相冷媒となり、配管を介して室内機２００ｂに流入し、室内側熱交換器２０５に送り込まれる。室内側熱交換器２０５に流れ込んだ気液二相冷媒は、室内空気との間で熱交換され、空気から熱を吸収することで蒸発され、ガス化される。ガス化された冷媒は、再び、圧縮機２０１に吸入される。

　一方、暖房運転時は、室内機２００ｂに高温高圧の冷媒ガスが流れるように流路切換え弁２０２によって、冷媒の流れを反転させる。このとき、室内側熱交換器２０５は凝縮器として機能し、室外熱交換器２０３は蒸発器として機能する。

　ここで、図７の空気調和装置に備えた空気分離・除去手段１１について説明する。例えば、室外機２００ａにおいて、空気分離・除去手段１１以外の部分が最も高い位置（最上部となる位置）になると、その部分にも空気がたまってしまって動かない可能性がある。そこで、空気分離・除去手段１１は、室外機２００ａにおける最も高い配管上に設置するようにする。

　また、空気分離・除去手段１１による空気抜きを実施するのは、試運転時に冷房運転で行うのが最も良い。試運転時に空気抜きを行うのは、できるだけ早い時期に空気を除去した方が、冷媒の劣化度合いが小さくて済むからである。

　また、例えば、暖房運転を行う場合、室内側熱交換器２０５が凝縮器となり、室内側熱交換器２０５に液冷媒が存在することになる。そのため、室内機２００ｂが室外機２００ａより高い位置に設置されているときは、室内機２００ｂにおいて、冷媒と空気が分離してしまうため、空気分離・除去手段１１に空気がたまらなくなる。一方、室外機２００ａを屋上などのように、室内機２００ｂよりも高い位置に設置する場合、例えば絞り装置４よりも手前の位置に空気分離・除去手段１１を設置しておくことにより、暖房運転時においても空気を分離することができる。しかしながら、室外機２００ａ、室内機２００ｂの設置位置を気にせずに行える点で冷房運転時に空気抜きを行う方が都合がよい。

　図８は室内機２００ｂに空気分離・除去手段１１を設置する場合を表す図である。室内機２００ｂが室外機２００ａより高い位置に設置されることも多々ある。また、試運転が冬場になる場合も多々ある。このような場合のことも考えて、図８（ａ）に示すように、室内機２００ｂに空気分離・除去手段１１を備えるようにしてもよい。

　また、室内側熱交換器２０５が凝縮器となるため、冷媒が室外機２００ａに戻る方の配管に空気分離・除去手段１１を設置することになる。室内機２００ｂが室外機２００ａより高い位置にあると、空気分離・除去手段１１が位置的に室内側熱交換器２０５より下側になることがある。そこで、図８（ｂ）に示すように、室内側熱交換器２０５より位置的に上になるように配管を立ち上げ、最も高い位置に、空気抜き弁１１ａ、空気抜き管１１ｂで構成した空気分離・除去手段１１により、配管にたまった空気を抜くようにしてもよい。図８（ｂ）のような空気分離・除去手段１１の構成は、室外機２００ａにおいて構成するようにしてもよい。

　以上のように、実施の形態２の冷凍サイクル装置によれば、冷媒回路上に、空気抜き弁１１ａ、空気抜き管１１ｂを有する空気分離・除去手段１１を備え、例えば真空引きを行っても冷媒回路内に残ってしまう空気を冷媒回路から除去するようにしたので、不純物となる空気を循環させないようにすることができる。そのため、二重結合を有し、化学的に不安定なＨＦＯ冷媒等を冷媒回路に循環させても、ＨＦＯ冷媒と空気とが化学反応等により、劣化等をするのを防止することができる。これにより、冷凍サイクル装置の性能を長期間確保することができ、さらに信頼性も確保することができる。液冷媒が流れる部分に空気分離・除去手段１１を設けるようにしたので、液冷媒と空気との密度の違いに基づいて、確実に冷媒と空気とを分離することができる。そして、空気分離・除去手段１１を冷媒回路において最も高い位置に設けることにより、空気分離・除去手段１１に効率よく空気を集めて分離することができる。

　実施の形態３．
　上述の実施の形態では、空気吸着手段３、空気分離・除去手段１１は、冷媒回路（冷凍サイクル装置）にそれぞれ１つ設置する例を示したが、設置数を１に限定するものではない。特に空気分離・除去手段１１については、空気がたまりそうな複数の箇所に設けるようにしてもよい。

　実施の形態４．
　上述の実施の形態では、空気調和装置を実施の形態２において説明したが、これに限定するものではなく、実施の形態１で説明した空気吸着手段３を備える空気調和装置を実現するようにしてもよい。

　また、上述の実施の形態では、化学的に不安定な物質を含む冷媒として、例えばテトラフルオロプロペン（ＣＦ₃ＣＦ＝ＣＨ₂）冷媒を含む冷媒について説明したが、他のＨＦＯ冷媒等についても適用することができる。

　上述した実施の形態では、冷暖房運転が可能な空気調和装置への適用について説明したが、例えばヒートポンプ装置等、冷媒回路を構成する他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

　１　圧縮機、２　凝縮器、３　空気吸着手段、３ａ　ケーシング、３ｂ　吸着材部、３ｃ　流入管、３ｄ　流出管、３ｅ，３ｆ　フィルター、４　絞り装置、５　蒸発器、６　バイパス回路、７　油分離器、９　キャピラリーチューブ、１０　油戻し回路、１１　空気分離・除去手段、１１ａ　空気抜き弁、１１ｂ　空気抜き管、１１ｃ　容器、１１ｄ　冷媒流入管、１１ｅ　冷媒流出管、１２ａ　空気、１２ｂ　液冷媒、１００　冷媒流れ方向、２００ａ　室外機、２００ｂ　室内機、２０１　圧縮機、２０２　流路切換え弁、２０３　室内側熱交換器、２０４　絞り装置、２０５　室内側熱交換器。

Claims

　ハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、
　熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
　凝縮された冷媒を減圧させるための膨張手段と、
　減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
　酸素及び窒素を吸着する空気吸着手段と
を配管接続して前記ハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を循環させる冷媒回路を構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。
　前記冷媒回路の高圧の液状態の冷媒が流れる部分に前記空気吸着手段を設けることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
　前記冷媒回路の低圧のガス状態の冷媒が流れる部分に前記空気吸着手段を設けることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
　前記冷媒回路の低圧のガス状態の冷媒が流れる部分に、前記冷媒の一部を空気吸着手段に通過させるためのバイパス回路を設けることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
　請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置により、対象空間の冷暖房を行うことを特徴とする空気調和装置。
　ハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、
　熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
　凝縮された冷媒を減圧させるための膨張手段と、
　減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器と
を接続して前記ハイドロ・フルオロ・オレフィン冷媒を含む冷媒を循環させる冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置において、
　前記冷媒回路から前記空気を除去する空気分離・除去手段をさらに備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
　前記空気分離・除去手段を、液状態の冷媒が流れる部分に設けることを特徴とする請求項６記載の冷凍サイクル装置。
　前記空気分離・除去手段は、
　前記冷媒回路を循環する冷媒と空気とが流入する流入管と、
該流入管から流入した冷媒と空気とを分離して、前記空気がたまる部分を形成させるための容器と、
　該容器にたまった空気を外部に放出させるための空気抜き管と、
　空気抜き管を開閉するための空気抜き弁と、
　前記冷媒を前記冷媒回路に流出させるための流出管と
を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の冷凍サイクル装置。
　前記空気分離・除去手段は、前記冷媒回路において最も高い位置となる部分に設けられ、
　前記冷媒回路の配管にたまった空気を外部に放出させるための空気抜き管と、
　空気抜き管を開閉する空気抜き弁と
を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の冷凍サイクル装置。
　請求項６～９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置を構成する各手段を、
　空調対象空間の冷暖房を行う１又は複数の室内機と、
　前記冷媒を循環させて、該室内機に前記冷暖房を行わせるための熱量に係る供給を行う１又は複数の室外機とに分けて備えることを特徴とする空気調和装置。
　前記室外機に前記空気分離・除去手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の空気調和装置。
　前記室内機に前記空気分離・除去手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の空気調和装置。