WO2021084569A1 - 空気調和機 - Google Patents

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WO2021084569A1
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accumulator
compressor
refrigerant
air conditioner
refrigerating machine
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Inventor
修平 多田
内藤　宏治
Original Assignee
日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/02—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for separating lubricants from the refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner.
  • trifluoroiodomethane (CF 3 I) has been attracting attention as the GWP of air conditioners has been reduced.
  • Refrigerants containing trifluoroiodomethane are characterized by low GWP and nonflammability.
  • the refrigerant in which R32 or R125 and trifluoroiodomethane are mixed in a certain ratio has high environmental compatibility because the pressure is close to that of R410A, which is often used in multi-chamber air conditioners, and it is nonflammable and has a low GWP.
  • the refrigerant containing trifluoroiodomethane tends to deteriorate in a high temperature environment such as a compressor, and is less stable than the conventional refrigerants R32 and R410A. Therefore, deteriorated products such as hydrogen iodide and trifluoromethane are produced. Deterioration products mix with the refrigerant and refrigerating machine oil and circulate in the refrigeration cycle, reacting with copper pipes connecting each element of the air conditioner to generate copper iodide, and the powder is the capillary during the refrigeration cycle. There is a risk of blocking the small diameter pipe and causing deterioration of the performance and controllability of the air conditioner.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a foreign matter trapping means is provided between a user-side heat exchanger and an accumulator, and a foreign matter trapping means is used to capture foreign matter.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a technique for recovering solid foreign matter by precipitating in a container connected to a path of a refrigerant pipe.
  • Patent Documents 2 and 3 describe a technique for recovering solid foreign matter, but hydrogen iodide, which is a deterioration product of trifluoroiodomethane, is not a solid substance but exists in a state of being dissolved in refrigerating machine oil. Some are present and need to be removed. Further, Patent Document 1 describes that liquid foreign matter is removed by storing it, but since a filter is provided on the mainstream flow path through which the refrigerant passes in the refrigerant pipe, gas-based compression is provided. When installed in the suction side piping or the low-pressure gas pipe, there is a problem that the pressure loss increases and the air conditioner performance deteriorates.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to remove foreign substances dissolved in refrigerating machine oil without lowering the operating efficiency of the air conditioner.
  • the present invention is an air conditioner, comprising a compressor, an expansion mechanism, an evaporator and a condenser, connected to a gas flow path of a refrigerating cycle in which a refrigerant containing at least refrigerating machine oil circulates, and refrigerates with a liquid refrigerant.
  • a concave storage unit that stores a mixture with machine oil or a liquid-state refrigerating machine oil, and a foreign substance contained in the liquid-state refrigerating machine oil or a mixture of the liquid-state refrigerant and the refrigerating machine oil contained in the storage part. It is provided with a capturing material for capturing.
  • foreign matter dissolved in the refrigerating machine oil can be removed without lowering the operating efficiency of the air conditioner.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of the air conditioner 1 according to the embodiment.
  • the air conditioner 1 includes an outdoor unit 10 and two indoor units 20a and 20b.
  • the outdoor unit 10 and the indoor units 20a and 20b are connected by a liquid pipe 31 and a gas pipe 32.
  • a plurality of outdoor units may be connected to one indoor unit, or a plurality of indoor units may be connected to one outdoor unit.
  • the solid arrow shown in FIG. 1 indicates the flow of the refrigerant during the cooling operation. Further, the broken line arrow shown in FIG. 2 indicates the flow of the refrigerant during the heating operation.
  • the outdoor unit 10 includes a four-way valve 11, an accumulator 12, a compressor 13, an oil separator 14, an outdoor heat exchanger 15, and an outdoor expansion valve 16.
  • the indoor units 20a and 20b are provided with indoor heat exchangers 21a and 21b and indoor expansion valves 22a and 22b, respectively.
  • the four-way valve 11 switches the flow path of the refrigerant according to the operation mode of the air conditioner 1.
  • the accumulator 12 the compressor 13, the oil separator 14, the outdoor heat exchanger 15 (condenser), the outdoor expansion valve 16, the indoor expansion valves 22a, 22b
  • the refrigeration cycle is such that the refrigerant circulates in the order of the indoor heat exchangers 21a and 21b (evaporator).
  • the refrigeration cycle is such that the refrigerant circulates in the order of the outdoor expansion valve 16 and the outdoor heat exchanger 15 (evaporator).
  • the accumulator 12 is a container that adjusts the refrigerant discharged from the evaporator to a predetermined degree of dryness of the refrigerant and discharges it to the compressor suction pipe. Even if there is an excessive inflow of liquid refrigerant during operation of the air conditioner, a refrigerant with a predetermined dryness is supplied for compression to avoid liquid compression of the compressor and ensure compressor reliability. Further, the oil separator 14 separates the refrigerating machine oil and the gas refrigerant discharged from the compressor 13 together with the gas refrigerant.
  • the outflow side of the oil separator 14 is connected to the accumulator 12 via the oil return pipe 33, and the refrigerating machine oil is returned to the compressor 13 via the accumulator 12, but the position of the oil return pipe is Not limited to this position, it may be connected between the accumulator and the compressor.
  • a refrigerant containing trifluoroiodomethane (CF 3 I) is used as the refrigerant.
  • Trifluoroiodomethane has low stability of refrigerant molecules and tends to deteriorate in a high temperature environment.
  • Examples of the deterioration product of trifluoroiodomethane include hydrogen iodide and trifluoromethane. Some or all of these deterioration products are dissolved in the refrigerating machine oil in combination with the refrigerating machine oil.
  • the air conditioner 1 of the present embodiment efficiently removes deterioration products dissolved in the refrigerating machine oil in this way.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the accumulator 12.
  • a refrigerant inflow pipe 41 and an outflow pipe 42 are provided above the container 40 of the accumulator 12.
  • the inflow pipe 41 is connected to a pipe 44 connected to the four-way valve 11.
  • the outlet side of the outflow pipe 42 is connected to the pipe 35 on the suction side of the compressor 13.
  • Refrigerating machine oil A is stored in the lower part of the accumulator 12 as a liquid refrigerating machine oil or a mixture of a liquid state refrigerant and the refrigerating machine oil, and the refrigerating machine oil A is stored through an opening 43 provided in the outflow pipe 42. Is sucked up and sent to the compressor 13.
  • the outflow pipe 42 may be further provided with an opening for preventing overflow and adjusting the degree of dryness.
  • the number, hole diameter, and position of the openings are not limited because they depend on the designed dryness.
  • the opening is such that a certain amount of refrigerating machine oil or a mixture of refrigerant dissolved in the refrigerant and refrigerating machine oil is stored in the accumulator in the steady operation state of the air conditioner. It is desirable that the number, hole diameter and position of the holes, and the length and inner diameter of the capillary (not shown) installed on the oil return circuit are designed.
  • a filter-like partition plate 45 is provided under the outflow pipe 42, and a foreign matter trapping material 46 is housed under the partition plate 45.
  • the foreign matter trapping material 46 is an adsorbent that adsorbs foreign matter.
  • the amount of refrigerant circulating and the amount of refrigerating machine oil discharged from the compressor fluctuate depending on the compressor frequency, so the liquid level of the accumulator drops transiently, or the maximum installed in the outflow pipe.
  • the liquid level may rise to the upper opening. Therefore, in order to effectively remove the refrigerant deterioration product, it is desirable to provide a foreign matter trap at least below the uppermost opening. Further, in order to reliably remove the refrigerant deterioration product from the mixture of refrigerating machine oil and the refrigerant existing inside the accumulator even when the liquid level drops, it is for adjusting the dryness of the outflow pipe below the accumulator, more preferably. It is desirable to provide a foreign matter trap below the opening at the bottom of the.
  • the foreign matter trapping material 46 As the foreign matter trapping material 46, a granular material having a diameter of about 0.5 mm to 3 mm is used. As a result, the surface area can be increased, the number of contacts with foreign matter can be increased, and the chance of capture can be increased.
  • the particle size is preferably determined from the viewpoint of reaction efficiency and filling efficiency. Further, since the upper portion of the foreign matter catching material 46 is closed by the partition plate 45, it is possible to prevent the foreign matter catching material 46 from flowing out from the opening 43.
  • the foreign matter trapping material 46 uses a metal mesh having a small opening diameter of about 100 mesh to prevent the abrasion powder from flowing out and circulating during the refrigeration cycle. More specifically, the bag is housed in the above-mentioned metal mesh bag and then housed in the lower part of the partition plate 45.
  • Trifluoroiodomethane tends to deteriorate in a high temperature environment.
  • the total circulation amount Gr of the refrigerant when the cooling generation capacity is 28 kW is 640 kg / h.
  • the refrigerating machine oil Goil circulating in the refrigerating cycle flowing from the oil separator 14 to the condenser is 1. It is 28 kg / h.
  • the amount of refrigerating machine oil flowing from the oil separator 14 to the accumulator 12 through the oil return pipe 33 is 24.32 kg / h.
  • the performance of each heat exchanger due to oil rise is achieved. It is possible to avoid the decrease and efficiently capture the deterioration product even when the refrigerant deterioration product is generated.
  • the foreign matter trapping material 46 is housed inside the accumulator 12 into which the refrigerating machine oil flows from the oil return pipe 33, and the foreign matter is adsorbed. As a result, after the deterioration product is generated, it can be quickly adsorbed.
  • the inside of the accumulator 12 is a mixture of the refrigerant and the refrigerating machine oil in which the refrigerant is dissolved in the refrigerating machine oil. Therefore, both the refrigerant deteriorated substances existing in the refrigerating machine oil and the refrigerant can be captured. In this way, the accumulator 12 can effectively capture foreign matter. Further, the accumulator 12 as a storage portion is provided below the mainstream portion of the refrigerant in the direction of gravity. That is, the liquid level of the stored refrigerating machine oil and the refrigerant mixed liquid is located below the mainstream portion of the refrigerant.
  • the foreign matter trapping material 46 and the partition plate 47 may be provided in the lower part of the accumulator 12, and it is not necessary to change the length of the refrigerant pipe such as the outflow pipe 42. Therefore, it is not necessary to redesign the dryness, and foreign matter can be easily captured.
  • a compressor may be used as a storage unit for refrigerating machine oil to accommodate a foreign matter trapping material.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the compressor 50 according to the first modification.
  • the compressor 50 is a scroll compressor.
  • a suction pipe 51 is provided on the upper part of the compressor 50, and a discharge pipe 52 is provided on the side surface.
  • a storage unit 53 is provided below the compressor 50. Further, the refrigerating machine oil A is stored in the storage unit 53. Further, the storage unit 53 contains a foreign matter trapping material 46.
  • the refrigerating machine oil A is sent to the upper part of the crankshaft 54 through the oil supply passage 55 in the crankshaft 54.
  • the foreign matter trapping material 46 may be accommodated in the storage portion in the compressor 50 and the foreign matter may be trapped in the compressor 50.
  • the foreign matter trapping material capable of effectively trapping hydrogen iodide produced by the decomposition of trifluoroiodomethane may have a low heat resistant temperature. Therefore, instead of providing a trapping material near the compression chamber inside the compressor 50, it is provided below the inside of the compressor chamber away from the compression chamber, and by keeping a distance from the compression chamber, a high temperature environment is avoided as much as possible, and a foreign matter trapping agent is used. It is desirable to provide.
  • a storage unit may be provided in a circuit in which the refrigerating machine oil of the pipes 34, 35, 36 and the oil return pipe 33 circulates.
  • the configuration of the storage unit is the same as the configuration of the accumulator 12 described with reference to FIG. More preferably, the storage portion is provided in the pipe or the pipe 35 on the accumulator 12 side of the pipe 34 from the position where it joins the oil return pipe 33.
  • the refrigerant circuits of the pipes 35 and 36 and the oil return pipe 33 shown by the thick lines in FIG. 4 have a larger amount of refrigerating machine oil flowing than the other pipes.
  • the foreign matter trapping material capable of effectively trapping hydrogen iodide produced by the decomposition of trifluoroiodomethane may have a low heat resistant temperature. Therefore, when a material having a low heat resistant temperature is used as the foreign matter trapping material 46, it is preferable to provide a storage portion in a flow path that does not reach a high temperature in the refrigeration cycle. This is because when the temperature exceeds the heat resistant temperature of the foreign matter trapping material 46, the foreign matter trapping material 46 is deteriorated and the effect of capturing the deteriorated product is reduced.
  • the foreign matter scavenger itself acts as a catalyst to prevent the stabilizer such as the acid scavenger added to the refrigerating machine oil from being invalidated.
  • the pipes 31, 34, and 35 shown by thick lines in FIG. 5 are pipes through which a relatively low temperature refrigerant flows.
  • a recessed storage portion in the pipe having a large flow rate of refrigerating machine oil and lower than the heat resistant temperature of the foreign matter trapping material 46 It is preferable to provide the storage portion at any of the pipes and the pipes 35 on the accumulator 12 side of the pipes 34, that is, the parts that overlap with the parts, that is, the positions where the pipes 34 merge with the oil return pipes 33.
  • a method of installing the foreign matter trapping material 46 in the liquid pipe 31 may be used in combination.
  • a foreign matter trapping material is applied to the inner wall of the pipe 34 on the accumulator 12 side of the pipe 34 from the position where it joins the oil return pipe 33 and the pipe 35. You may. This makes it possible to more effectively increase the contact opportunity between the foreign matter and the foreign matter trapping material and to adsorb the foreign matter. Further, also in this case, since the flow of the refrigerant is not affected, it is possible to prevent the compression loss from becoming large.
  • a mixed refrigerant containing trifluoroiodomethane and another refrigerant may be used as the refrigerant.
  • refrigerants include CO 2 , hydrocarbons, ethers, fluoroethers, fluoroalkenes, HFCs, HFOs, HClFOs, HClFOs, HBrFOs and the like.
  • HFC indicates hydrofluorocarbon.
  • HFO is a hydrofluoroolefin composed of a carbon atom, a fluorine atom, and a hydrogen atom, and has at least one carbon-carbon double bond.
  • HClFO consists of carbon, chlorine, fluorine, and hydrogen atoms and has at least one carbon-carbon double bond.
  • HBrFO consists of carbon, bromine, fluorine and hydrogen atoms and has at least one carbon-carbon double bond.
  • HFC examples include difluoromethane (HFC32), pentafluoroethane (HFC125), 1,1,2,2-tetrafluoroethane (HFC134), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC134a), and trifluoroethane.
  • HFC143a difluoroethane (HFC152a), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane (HFC227ea), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane (HFC236fa), 1 , 1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC245fa), and 1,1,1,3,3-pentafluoroethane (HFC365mfc) are exemplified.
  • fluoroalkenes examples include fluoroethane, fluoropropene, fluorobutene, chlorofluoroethane, chlorofluoropropene, and chlorofluorobutene.
  • Fluoropropenes include 3,3,3-trifluoropropene (HFO1243zf), 1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234ze), 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234yf), and HFO1225. Is exemplified.
  • fluorobutene examples include C 4 H 4 F 4 , C 4 H 3 F 5 (HFO 1345), and C 4 H 2 F 6 (HFO 1336).
  • chlorofluorohydrocarbons ethene, C 2 F 3 Cl are exemplified.
  • chlorofluoropropene examples include 2-chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene (HCFO1233xf) and 1-chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene (HCFO1233zd). ..
  • Trifluoroiodomethane, difluoromethane (HFC32), pentafluoroethane (HFC125), and hexafluoropropene as refrigerants to adjust global warming potential (GWP), vapor pressure, and flame retardant parameters. It is preferable to use one or more of (FO1216).
  • the refrigerant in order to obtain a vapor pressure that matches the capacity of the equipment, includes HFO1234yf, HFO1234ze, 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC134a), HFO1123, etc., and affects the vapor pressure and efficiency related to the capacity. It is preferable to adjust the degree of temperature gradient to be applied by the mixed concentration.
  • the blending amount of trifluoroiodomethane in the mixed refrigerant is 10% or more and 100% or less, preferably 20% or more and 80% or less, and more preferably 30% or more and 50% or less on a mass basis.
  • the GWP of the refrigerant is 750 or less, preferably 500 or less, more preferably 150 or less, still more preferably 100 or less, and particularly preferably 75 or less.
  • IPCC Intergovernmental Panel on climate Change
  • AR5 Fifth Assessment Report
  • the vapor pressure of the refrigerant at 25 ° C. is preferably in the range of 1.4 MPa to 1.8 MPa.
  • the flame retardant parameter of the refrigerant represented by the formula (1) is preferably 0.46 or less.
  • Fmix ⁇ iFixi (1)
  • Fmix indicates the flame retardancy parameter of the mixed refrigerant
  • Fi indicates the flame retardancy parameter of each refrigerant component
  • xi indicates the mole fraction of each refrigerant component.
  • the refrigerating machine oil is preferably a polyol ester oil or a polyvinyl ether oil having a kinematic viscosity of 30 to 100 mm 2 / s at 40 ° C.
  • the kinematic viscosity is measured based on standards such as ISO (International Organization for Standardization) 3104, ASTM (American Society for Testing and Materials) D445, D7042.
  • the critical melting temperature on the low temperature side of the refrigerant and the refrigerating machine oil is preferably + 10 ° C. or lower. By setting this range, it is possible to avoid the separation of two layers inside the accumulator, and to avoid problems such as poor lubrication of the compressor due to insufficient oil return to the compressor. Further, an antioxidant, an acid scavenger, an extreme pressure agent, or the like may be timely selected and added to the refrigerating machine oil.
  • refrigerating machine oil having the above characteristics examples include polyol ester oil represented by the chemical formulas (1) and (2) and polyvinyl ether oil represented by the chemical formula (3).
  • R 1 to R 10 represent alkyl groups having 4 to 9 carbon atoms, which may be the same or different from each other.
  • OR 11 is a methyloxy group, an ethyloxy group, a propyloxy group or a butyloxy group, and n is 5 to 15.
  • Air conditioner 10 Outdoor unit 11
  • Four-way valve 12 Accumulator 13
  • Compressor 14 Oil separator 15

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Abstract

【課題】空気調和機の運転効率を低下させることなく、冷凍機油中に溶け込んだ異物を除去することを目的とする。 【解決手段】圧縮機、膨張機構、蒸発器及び凝縮器を備え、少なくとも冷凍機油を含む冷媒が循環する冷凍サイクルのガス流路に接続され、液状態の冷媒と冷凍機油との混合物または液状態の冷凍機油 を貯留する、凹状の貯留部と、前記貯留部に収容され、前記液状態の冷媒と冷凍機油との混合物または前記液状態の冷凍機油に含まれる異物を捕捉する捕捉材とを備える。

Description

空気調和機
　本発明は、空気調和機に関する。
　近年空気調和機の低ＧＷＰ化の中でトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）が注目されている。トリフルオロヨードメタンを含む冷媒は低ＧＷＰ且つ、不燃性という特徴を有する。このため、Ｒ３２やＲ１２５とトリフルオロヨードメタンを一定割合混合した冷媒においては、多室型空気調和機などによく使用されるＲ４１０Ａと圧力が近く、かつ不燃でＧＷＰが低いため環境適合性の高い空気調和機を提供できる可能性がある。すなわち、．低ＧＷＰ化を図りつつ、据え付けの煩雑さを回避可能で環境適合性の高い空気調和機を提供することができる。
　一方で、トリフルオロヨードメタンを含む冷媒は、圧縮機などの高温環境において冷媒自身が劣化しやすく、従来の冷媒Ｒ３２やＲ４１０Ａと比較し安定性が悪い。そのためヨウ化水素やトリフルオロメタンなどの劣化物が生成する。劣化生成物が冷媒や冷凍機油に混ざり、冷凍サイクル内を循環することで、空気調和機の各要素を接続する銅配管などと反応しヨウ化銅を生成しその粉体が冷凍サイクル中のキャピラリなど細径管を閉塞し空気調和機の性能低下や制御性悪化を招く恐れがある。また、ヨウ化水素などの酸性物質の発生により、摺動部潤滑面の腐食を招く。その結果圧縮機の摺動部潤滑を阻害し、圧縮機の電気入力が増加し、最悪の場合、圧縮機の故障に至る。このため、使用者の快適性低下や電気入力増加による経済的負担の増加が問題となる。そこで、劣化生成した物質を冷凍機油中及び冷媒中から効率よく除去することが望まれる。
　劣化物を除去する技術としては、特許文献１には、利用側熱交換器とアキュムレータの間に異物捕捉手段を設け、異物捕捉手段のフィルタにより、異物を捕捉する技術が開示されている。また、特許文献２、３には、冷媒配管の経路に接続された容器内に沈殿させることで固形異物を回収する技術が開示されている。
特開２０００－９３６８号公報 特開平１０－１４８４２１号公報 特開２００４－４４８７１号公報
　特許文献２、３には、固形異物を回収する技術が記載されているが、トリフルオロヨードメタンの劣化生成物であるヨウ化水素は固形物ではなく、冷凍機油に溶け込んだ状態で存在しているものもあり、これを除去する必要がある。また、特許文献１には、液体異物を貯留させることで除去することが記載されているが、冷媒配管において冷媒の通過する主流となる流路上にフィルタが設けられているため、ガス主体の圧縮機吸入側配管や低圧ガス管に設置した場合には圧力損失が大きくなり空気調和機性能が低下するという問題がある。
　本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、空気調和機の運転効率を低下させることなく、冷凍機油中に溶け込んだ異物を除去することを目的とする。
　本発明は、空気調和機であって、圧縮機、膨張機構、蒸発器及び凝縮器を備え、少なくとも冷凍機油を含む冷媒が循環する冷凍サイクルのガス流路に接続され、液状態の冷媒と冷凍機油との混合物または液状態の冷凍機油を貯留する、凹状の貯留部と、前記貯留部に収容され、前記液状態の冷媒と冷凍機油との混合物または前記液状態の冷凍機油に含まれる異物を捕捉する捕捉材とを備える。
　本発明によれば、空気調和機の運転効率を低下させることなく、冷凍機油中に溶け込んだ異物を除去することができる。
実施形態に係る空気調和機の冷媒回路の概略図である。 アキュムレータの断面図である。 第１の変形例に係る圧縮機の断面図である。 冷凍機油量の多い配管を示す図である。 比較的低温の冷媒が流れる配管を示す図である。
　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良いし、一台の室外機に対し複数台の室内機を接続しても良い。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２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吸入配管へ排出する容器である。空気調和機運転時に過度な液冷媒の流入があっても圧縮に対し所定の乾き度の冷媒を供給し、圧縮機の液圧縮を回避し圧縮機信頼性を確保する。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。これは蒸発器や凝縮器、過冷却熱交換器（図示せず）の伝熱において冷凍機油が伝熱面に存在することで熱伝達率の低下を回避し各熱交換器の効率低下を回避させる効果がある。実施形態では、オイルセパレータ１４の流出側は油戻し管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に戻される構成としているが、油戻し管の位置はこの位置に限らず、アキュムレータと圧縮機間に接続してもかまわない。
　本実施形態の空気調和機１では、冷媒としてトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）を含む冷媒を用いる。トリフルオロヨードメタンは、冷媒分子の安定性が低く高温環境で劣化しやすい。トリフルオロヨードメタンの劣化生成物としては、ヨウ化水素、トリフルオロメタンが例示される。これらの劣化生成物は、冷凍機油との組み合わせにより、その一部または全部が冷凍機油に溶け込む。本実施形態の空気調和機１は、このように冷凍機油に溶け込んだ、劣化生成物を効率的に除去する。
　図２は、アキュムレータ１２の断面図である。アキュムレータ１２の容器４０の上部には、冷媒の流入管４１と流出管４２とが設けられている。流入管４１は四方弁１１と接続する配管４４に接続される。流出管４２の出口側は、圧縮機１３の吸入側の配管３５に接続される。
　アキュムレータ１２の下部には、液状態の冷凍機油、又は液状態の冷媒と冷凍機油との混合物として、冷凍機油Ａが貯留しており、流出管４２に設けられた開口部４３から、冷凍機油Ａが吸い上げられて、圧縮機１３に送られる。流出管４２部にはさらにオーバーフロー防止及び乾き度調整のための開口部が設けられてもよい。なお、開口部の数や穴径及び位置は、設計された乾き度によるため制限はない。ただし、捕捉剤の効果をより発揮させるためには、アキュムレータ内に冷凍機油ないし冷媒が溶けた冷媒と冷凍機油の混合物が空気調和機の定常運転状態には一定量貯留されるように、開口部の数や穴径及び位置と、返油回路上に設置されるキャピラリ（図示せず）の長さおよび内径が設計されていることが望ましい。流出管４２の下側には、フィルタ状の仕切り板４５が設けられ、仕切り板４５の下には、異物捕捉材４６が収容されている。異物捕捉材４６は、異物を吸着する吸着剤である。以上の構成により、貯留部としてのアキュムレータ１２に貯留された冷凍機油Ａに溶け込んだ異物は、貯留部において異物捕捉材４６と接触し、異物捕捉材４６に吸着される。
　空気調和機の運転中には圧縮機周波数により冷媒循環量や圧縮機から吐き出される冷凍機油量も変動するため、過渡的にアキュムレータの液面高さが低下する、あるいは、流出管に設けた最上部の開口部まで液面高さが上昇することがある。そのため、有効に冷媒劣化生成物を除去するには、少なくとも最上部の開口部より下方に異物捕捉剤を設けることが望ましい。さらに液面低下が発生した場合にも確実にアキュムレータ内部に存在する冷凍機油と冷媒からなる混合物から冷媒劣化生成物を除去するためには、アキュムレータの下方、より望ましくは流出管の乾き度調整用の最下部の開口部より下方に異物捕捉剤を設けることが望ましい。
　異物捕捉材４６としては、０．５ｍｍ－３ｍｍ程度の径の粒状のものを用いる。これにより、表面積を大きくし、異物との接触回数が増え、捕捉機会を増加させることができる。なお、粒径については、反応効率と、充填効率の観点から定めるのが好ましい。さらに、異物捕捉材４６の上部は仕切り板４５で閉じられているので、異物捕捉材４６が開口部４３から流出するのを防ぐことができる。
　また、粒状の異物捕捉材４６を用いた場合には、粒同士のこすれ合いにより、摩耗粉が発生する可能性がある。摩耗紛が圧縮機１３に流れ込むと、圧縮機１３の故障や冷凍サイクル中にあるキャピラリなどの細径管の閉塞に繋がる。そこで、より好ましくは、異物捕捉材４６は、１００メッシュ程度の開口部の径の小さい金属メッシュ状を用いることで冷凍サイクル中に摩耗粉が流出、循環するのを防ぐことが望ましい。より具体的には前述の金属メッシュでできた袋に収めた上で、仕切り板４５の下部に収容するものとする。
　さらにメッシュ状の袋をアキュムレータ１２内に固定する場合には、冷凍機油と異物捕捉材との接触確率を下げないようにするため、仕切り板は開口部を設けることが必要である。より具体的にはアートメタルなどの開口部の大きい金属材料にて、異物捕捉剤を収容した金属メッシュでできた袋を固定するものとする。これにより、強度を維持しつつ、仕切り板内外の冷凍機油と冷媒の混合物の流動を確保でき、冷媒劣化生成物を効率的に捕捉、除去することができる。さらには、冷凍サイクル中への冷媒劣化生成物の流出及び循環を防ぎ、圧縮機や配管の腐食や摺動面の障害を回避し、低ＧＷＰ冷媒を使用した空気調和機１の信頼性が確保される。
　トリフルオロヨードメタンは高温環境で劣化しやすい。冷凍機油に溶け込んだ異物を除去するには冷凍サイクル中で冷凍機油が多く循環、または貯留される場所に異物捕捉材を収容させることが望ましい。
　例えば、冷房運転時、冷房発生能力が２８ｋＷ時の冷媒の総循環量Ｇｒは６４０ｋｇ／ｈである。圧縮機から吐き出される冷凍機油の比率が総循環量の４ｗｔ%、オイルセパレータ１４の分離効率ηｏｉｌを９５%とするとオイルセパレータ１４より凝縮器へと流れる冷凍サイクル中を循環する冷凍機油Ｇｏｉｌは１．２８ｋｇ／ｈである。一方で、オイルセパレータ１４よりアキュムレータ１２への油戻し管３３を流れる冷凍機油量は２４．３２ｋｇ／ｈとなる。このように冷凍サイクル中の主管部を循環する冷凍機油量よりもオイルセパレータからアキュムレータへ戻される冷凍機油量のほうが多いような冷凍サイクル運転状態とすることで、油上がりによる各熱交換器の性能低下を回避し、かつ冷媒劣化生成物が発生した場合でも効率的に劣化生成物を捕捉することが可能である。
　さらに、圧縮機１３の吐出側の配管３６では圧縮された高温高圧の冷媒が流れ高温になるため、劣化生成物が発生しやすい。そこで、本実施形態においては、油戻し管３３から冷凍機油が流れ込むアキュムレータ１２内部に異物捕捉材４６を収容させ、異物を吸着させることとした。これにより、劣化生成物の発生後、速やかに吸着させることができる。
　特にアキュムレータ１２内は、冷凍機油に冷媒が溶解し、冷媒と冷凍機油の混合物になっている。このため、冷凍機油中及び冷媒中に存在する冷媒劣化物どちらも捕捉することができる。このように、アキュムレータ１２において、効果的に異物を捕捉することができる。さらに、貯留部としてのアキュムレータ１２は、冷媒の主流部よりも重力方向下側に設けられている。すなわち、貯留される冷凍機油と冷媒の混合液の液面は、冷媒の主流部よりも下側に位置する。このため、従来技術のように、冷媒の主流となる流路上にフィルタが設けられたことに起因した圧力損失の増加の問題も解消することができる。したがって、空気調和機１の運転効率を低下させることなく、冷凍機油中に溶け込んだ異物を除去することができる。
　また、アキュムレータ１２の下部に異物捕捉材４６と仕切り板４７とを設ければよく、流出管４２等、冷媒配管の長さを変える必要がない。このため、乾き度設計を改めて行う必要がなく、容易に異物を捕捉することができる。　
　実施形態の第１の変形例について説明する。捕捉効率の観点からは、異物捕捉材と冷凍機油の接触回数を増加させることが望ましい。このことから、第１の変形例としては、アキュムレータ１２に替えて、圧縮機を冷凍機油の貯留部として利用し、異物捕捉材を収容させてもよい。
　図３は、第１の変形例に係る圧縮機５０の断面図である。圧縮機５０は、スクロール圧縮機である。圧縮機５０の上部に吸入管５１が設けられ、側面には吐出管５２が設けられている。圧縮機５０の下側には、貯留部５３が設けられている。さらに、貯留部５３には、冷凍機油Ａが貯留されている。さらに、貯留部５３には、異物捕捉材４６が収容されている。冷凍機油Ａは、クランクシャフト５４内の給油路５５にてクランクシャフト５４の上部に送られる。このように、圧縮機５０内に貯留部がある構成の場合には、圧縮機５０内の貯留部に異物捕捉材４６を収容し、圧縮機５０内で異物を捕捉してもよい。さらに、トリフルオロヨードメタンの分解によって生成されたヨウ化水素を効果的に捕捉可能な異物捕捉材は耐熱温度が低い場合がある。そのため、圧縮機５０の内部の圧縮室近傍に捕捉材料を設けるのではなく圧縮室から離れた圧縮機チャンバー内部の下方に設け、圧縮室から距離を置くことによりなるべく高温環境を避け、異物捕捉剤を設けることが望ましい。　
　第２の変形例としては、配管３４、３５、３６及び油戻し管３３の冷凍機油が巡回する回路内に貯留部を設けてもよい。ここで、貯留部の構成は、図２を参照しつつ説明したアキュムレータ１２の構成と同様である。さらに好ましくは、配管３４のうち油戻し管３３と合流する位置よりもアキュムレータ１２側の管又は配管３５に貯留部を設けるものとする。図４に太線で示す配管３５，３６及び油戻し管３３の冷媒回路は、上述の通り、流れる冷凍機油量が他の配管に比べて多い。さらに、トリフルオロヨードメタンの分解によって生成されたヨウ化水素を効果的に捕捉可能な異物捕捉材は耐熱温度が低い場合がある。したがって、耐熱温度の低い材料を異物捕捉材４６として用いる場合には、冷凍サイクルにおいて、高温にならない流路に貯留部を設けるのが好ましい。異物捕捉材４６の耐熱温度以上になると、異物捕捉材４６の劣化を招き、劣化生成物の捕捉効果が減少するためである。もしくは高温環境の場合異物捕捉剤自身が触媒となり、冷凍機油に添加される酸捕捉剤などの安定化剤を無効化させてしまうことを回避するためである。図５に太線で示す配管３１、３４、３５は、比較的低温の冷媒が流れる配管である。
　以上より、冷凍機油の流量が多く、かつ異物捕捉材４６の耐熱温度よりも低い配管に、凹み状の貯留部を設けるのが好ましく、図４において太線で示す部分と、図５において太線で示す部分と、の重なる部分、すなわち、配管３４のうち、油戻し管３３と合流する位置よりもアキュムレータ１２側の管及び配管３５のいずれかの位置に貯留部を設けるのが好ましい。これにより、冷凍機油及び冷媒のいずれに混合された異物も効率的に捕捉、無害化できる。したがって、長期にわたり空気調和機の信頼性を確保できる。
　さらに、他の例としては、液冷媒中の冷媒劣化生成物に重点的に捕捉するために、液配管３１に異物捕捉材４６を設置する方法を併用してもよい。
　また、第３の変形例としては、上記構成に加えて、配管３４のうち、油戻し管３３と合流する位置よりもアキュムレータ１２側の管及び配管３５の管の内壁に、異物捕捉材を塗布してもよい。これにより、さらに効果的に異物と異物捕捉材との接触機会を増加させ、吸着させることができる。また、この場合も、冷媒の流れに影響を与えないため、圧縮損失が大きくなるのを防ぐことができる。
　第４の変形例としては、冷媒として、トリフルオロヨードメタンと他の冷媒とを含む混合冷媒を用いてもよい。他の冷媒としては、ＣＯ２、炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、フルオロアルケン、ＨＦＣ、ＨＦＯ、ＨＣｌＦＯ、ＨＣｌＦＯ、およびＨＢｒＦＯなどが例示される。なお、「ＨＦＣ」は、ハイドロフルオロカーボンを示す。「ＨＦＯ」は、炭素原子、フッ素原子、および水素原子からなるハイドロフルオロオレフィンであり、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する。「ＨＣｌＦＯ」は、炭素、塩素、フッ素、および水素原子からなり、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する。「ＨＢｒＦＯ」は、炭素、臭素、フッ素、および水素原子からなり、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する。
　ＨＦＣとしては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、１，１，２，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、トリフルオロエタン（ＨＦＣ１４３ａ）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ１５２ａ）、１，１，１，２，３，３，３－ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ２２７ｅａ）、１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ２３６ｆａ）、１，１，１，３，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ２４５ｆａ）、および１，１，１，３，３－ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ３６５ｍｆｃ）が例示される。
　フルオロアルケンとしては、フルオロエテン、フルオロプロペン、フルオロブテン、クロロフルオロエテン、クロロフルオロプロペン、およびクロロフルオロブテンが例示される。フルオロプロペンとしては、３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）、およびＨＦＯ１２２５が例示される。フルオロブテンとしては、Ｃ４Ｈ４Ｆ４、Ｃ４Ｈ３Ｆ５（ＨＦＯ１３４５）、およびＣ４Ｈ２Ｆ６（ＨＦＯ１３３６）が例示される。クロロフルオロエテンとしては、Ｃ２Ｆ３Ｃｌ（ＣＴＦＥ）が例示される。クロロフルオロプロペンとしては、２－クロロ－３，３，３－トリフルオロ－１－プロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｘｆ）、および１－クロロ－３，３，３－トリフルオロ－１－プロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｚｄ）が例示される。
　地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ　Ｗａｒｍｉｎｇ　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ）、蒸気圧、および難燃化パラメータを調整するため、冷媒として、トリフルオロヨードメタン、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、およびヘキサフルオロプロペン（ＦＯ１２１６）の１種以上を用いることが好ましい。また、機器の能力に合う蒸気圧を得るために、冷媒にＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、ＨＦＯ１１２３などを含め、能力に関係する蒸気圧や効率に影響する温度勾配度合いを混合濃度により調整することが好ましい。
　混合冷媒中のトリフルオロヨードメタンの配合量は、質量ベースで、１０％以上１００％以下、好ましくは２０％以上８０％以下、より好ましくは３０％以上５０％以下である。
　冷媒のＧＷＰは、７５０以下であり、好ましくは５００以下であり、より好ましくは１５０以下であり、更に好ましくは１００以下であり、特に好ましくは７５以下である。ＧＷＰは、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）第５次評価報告書（ＡＲ５）の値が用いられる。
　冷媒の２５℃の蒸気圧は、好ましくは１．４ＭＰａから１．８ＭＰａの範囲である。また式（１）で示される冷媒の難燃化パラメーターは、好ましくは０．４６以下である。
　Ｆｍｉｘ＝ΣｉＦｉｘｉ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
なお、Ｆｍｉｘは混合冷媒の難燃化パラメーター、Ｆｉは各冷媒成分の難燃化パラメーター、ｘｉは各冷媒成分のモル分率を示す。
　また、第５の変形例としては、冷凍機油としては、４０℃における動粘度が３０～１００ｍｍ２／ｓのポリオールエステル油又はポリビニルエーテル油が好ましい。動粘度は、ISO（International　Organization　for　Standardization，国際標準化機構）3104、ASTM（American　Society　for　Testing　and　Materials，米国材料試験協会）D445、D7042等の規格に基づいて測定される。冷媒と冷凍機油との低温側臨界溶解温度は、＋１０℃以下であることが好ましい。この範囲にすることでアキュムレータ内部での二層分離を回避し、圧縮機への油戻し量不足による圧縮機潤滑不良などの不具合を回避することができる。また、冷凍機油には酸化防止剤や酸捕捉剤、極圧剤などが適時選択され添加されていてもかまわない。
　上記特性を有する冷凍機油としては、化学式（１）、（２）で表わされるポリオールエステル油、化学式（３）で表されるポリビニルエーテル油が例示される。式（１）、（２）中、Ｒ１～Ｒ１０は、炭素数４～９のアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なってもよい。また、式（３）中、ＯＲ１１は、メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基又はブチルオキシ基であり、ｎは、５～１５である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　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、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
２０ａ，２０ｂ　室内機

Claims (8)

  1. 　圧縮機、膨張機構、蒸発器及び凝縮器を備え、少なくとも冷凍機油を含む冷媒が循環する冷凍サイクルのガス流路に接続され、液状態の冷媒と冷凍機油との混合物または液状態の冷凍機油を貯留する、凹状の貯留部と、
    　前記貯留部に収容され、前記液状態の冷媒と冷凍機油との混合物または前記液状態の冷凍機油に含まれる異物を捕捉する捕捉材と
    を備える空気調和機。
  2. 　前記ガス流路のうち低圧側にアキュムレータを備え、
    　前記貯留部は、前記アキュムレータ内に設けられる、
    請求項１に記載の空気調和機。
  3. 　前記貯留部は、前記圧縮機内に設けられる、
    請求項１に記載の空気調和機。
  4. 　アキュムレータと、
    　前記圧縮機の吐出側に設けられたオイルセパレータと、
    　前記アキュムレータから前記圧縮機及び前記オイルセパレータを経由して前記アキュムレータへ戻る油戻し管から前記アキュムレータに戻る経路に接続され、前記貯留部を含んだ異物除去器と
    をさらに備える、請求項１に記載の空気調和機。
  5. 　前記異物除去器は、四方弁から前記アキュムレータの流入口までの配管のうち、前記油戻し管が合流する位置から前記アキュムレータまでの間の配管又は前記アキュムレータと前記圧縮機の間の配管に接続される、
    請求項４に記載の空気調和機。
  6. 　前記捕捉材は、粒状の材料である、請求項１乃至５の何れか１項に記載の空気調和機。
  7. 　前記捕捉材の収容部は、金属メッシュで形成される、請求項６に記載の空気調和機。
  8. 　四方弁からアキュムレータの流入口までの配管のうち、前記アキュムレータから、前記圧縮機及び前記圧縮機の吐出側に設けられたオイルセパレータを経由して前記アキュムレータへ戻る油戻し管が合流する位置から前記アキュムレータまでの間の配管又は前記アキュムレータと前記圧縮機の間の配管には、前記捕捉材が塗布されている、請求項１乃至７の何れか１項に記載の空気調和機。
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