JP6771311B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機や冷凍機等の、冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル装置に関する。

空気調和機や冷凍機等の冷凍サイクル装置を設置した後には、冷媒配管等の冷凍サイクル内の空気を除去するため、真空ポンプ等を使用して真空引きが行われる。ただ、真空引きを実施する真空ポンプの性能によっては、十分に真空引きが行われない場合がある。そのような場合には、冷凍サイクル内に空気が残存してしまい、この空気中の酸素によって冷凍機油が酸化劣化し、これにより酸が発生し得る。

また、冷凍サイクルに封入する冷媒として、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低いハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）冷媒が注目されている。ＨＦＯ冷媒には、低ＧＷＰ化を実現するために、隣り合う炭素原子間に二重結合が導入されている。この二重結合は反応性に富むため、冷凍サイクル内に酸素が残存していると、その酸素によって冷媒の分解が促進されてしまう。従って、このような冷媒の酸化分解によっても、フッ酸等の酸が発生し得る。

冷凍機油の酸化劣化や冷媒の酸化分解等によって酸が発生し、冷凍サイクル内の酸の量が増えると、例えば圧縮機の摺動部において、機械摩耗のみならず、化学摩耗も生じてしまい、摩耗が促進されてしまう。また、冷凍サイクルを構成する材料に銅が含まれている場合、発生した酸によって銅が溶出し得る。そして、銅の溶出により生じた銅イオンは、例えば圧縮機の摺動部において銅メッキを形成し得る。これらのような摩耗の促進や銅メッキの形成は、圧縮機の信頼性の著しい低下を招く。さらには、酸は、流体流速の速い部位、例えば膨張装置の弁部をエロージョン・コロージョンによって腐食させる可能性がある。このような腐食が生じると、冷凍サイクルの信頼性が著しく低下することになる。

そこで、冷凍サイクル装置の信頼性を高めるため、冷凍サイクル内の空気（特には酸素）を除去する技術が望まれている。特許文献１には、二重結合を有する化合物を含有する冷媒が用いられる冷凍サイクルにおいて、該冷凍サイクル内に酸素吸着剤を設けたことを特徴とする冷凍サイクルが記載されている。

特開２００８−２６７６８０号公報

冷凍サイクルに混入した酸素による影響が大きくなるのは、混入した空気量が多いときである。そして、冷凍サイクルに混入した空気量が多くなるのは、熱源側ユニット（例えば空気調和機における室外機）と利用側ユニット（例えば空気調和機における室内機）とを接続する接続配管長が長い場合や、利用側ユニットの接続台数が多い場合等の、冷凍サイクル装置の内容積が大きい場合である。従って、特にこのような内容積の大きな冷凍サイクル装置に酸素吸着剤を設置して、酸素による影響を抑制することが好ましい。

また、冷凍サイクル装置に酸素吸着剤を設置する場合、酸素吸着剤は、できるだけ酸素の多いところに設置されることが好ましい。これにより、効果的に酸素を吸着することができる。ここで、本発明者らの検討によれば、冷凍サイクル装置に備えられたレシーバの気相部では冷媒の流れが澱むため、冷媒に混入した空気は、レシーバの気相部の上方に溜まりやすいことがわかった。そこで、酸素吸着剤は、レシーバの上方に溜まった酸素を吸着可能なように設置されることが好ましいといえる。そして、レシーバは通常は熱源側ユニットに内蔵されているため、酸素吸着剤は、レシーバを収容した熱源側ユニットに内蔵されることになる。

しかし、熱源側ユニットに酸素吸着剤を内蔵すると、酸素吸着剤を使用しなくてもよいような冷凍サイクル装置、例えば接続配管長が短い、利用側ユニットの接続台数が少ないような場合でも、酸素吸着剤が搭載されてしまうことになる。そのため、そのような冷凍サイクル装置では、酸素吸着剤のコストがかかってしまう。また、例えば接続配管長や利用側ユニットの接続台数等に応じて、酸素吸着剤を内蔵した熱源側ユニットの設計変更が行われることになれば、冷凍サイクル装置の設置が煩雑となる。

本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、本発明が解決使用とする課題は、装置の信頼性を高めつつ、容易かつ安価に設置可能な冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するための鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を加熱又は冷却する熱源側熱交換器とを少なくとも備える熱源側ユニットと、前記冷媒を加熱又は冷却する利用側熱交換器を少なくとも備える利用側ユニットと、前記冷媒を液相と気相とに分離する内部空間を有する冷媒容器と、前記内部空間の酸素を吸着する酸素吸着部とを少なくとも備え、前記熱源側ユニット及び前記利用側ユニットとは別体に構成される酸素吸着ユニットと、前記熱源側ユニット、前記利用側ユニット及び前記酸素吸着ユニットを接続して前記冷媒を所定に通流させる配管と、前記冷媒容器である第一冷媒容器とは異なる冷媒容器であって、前記熱源側熱交換器において熱交換された後の冷媒が供給されるように前記熱源側熱交換器に接続された第二冷媒容器と、を備え、当該第二冷媒容器から排出された冷媒が前記第一冷媒容器に供給され、前記第一冷媒容器は取り外し可能に構成されることを特徴とする、冷凍サイクル装置に関する。

本発明によれば、装置の信頼性を高めつつ、容易かつ安価に設置可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。

本実施形態の空気調和機の系統図を示す図である。 本実施形態の冷凍機の系統図を示す図である。 本実施形態の冷凍サイクル装置に備えられる酸素吸着装置についての別の実施形態を示す図である。 本実施形態の冷凍機を設置する際に、設置から通常運転までに行われるフローを示す図である。 図３に示す酸素吸着装置に備えられる開閉弁の開閉タイミングを示す表である。 本実施形態の冷凍サイクル装置に備えられる酸素吸着装置についてのさらに別の実施形態を示す図である。 本実施形態の冷凍サイクル装置に備えられるレシーバについての変形例を示す図である。

以下、図面を適宜参照しながら、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。各図において、同じ部材や装置については同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。

図１は、本実施形態の空気調和機１００の系統図を示す図である。空気調和機１００は、空調対象となる部屋（図示しない）に設置される室内機２０と、室外に設置される室外機４０と、これらを接続して冷媒を循環させる液側接続配管９及びガス側接続配管１０とを備えている。そして、室内機２０と室外機４０との間で、液側接続配管９及びガス側接続配管１０を通流して冷媒が循環することで、冷凍サイクルが形成されている。また、詳細な後記するが、この冷凍サイクルには酸素吸着装置９１が取り付けられ、室内機２０と室外機４０と酸素吸着装置９１との間で冷媒が循環している。従って、空気調和機１００は、冷凍サイクルを備える装置、即ち冷凍サイクル装置である。

室内機２０は、膨張装置２１（膨張弁等）及び利用側熱交換器２２と、図示はしないが、利用側熱交換器２２に送風するファンを備えている。そして、このファンが回転駆動することで利用側熱交換器２２において熱交換が行われ、前記部屋の空気調和が行われる。また、室外機４０は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器３と、膨張装置４（膨張弁等）と、液管５と、液管７と、阻止弁８と、アキュムレータ１２とを備えている。図１に示す四方弁２は、冷房運転時の方向を向いて示している。これらのうち、アキュムレータ１２は、ガス冷媒と液冷媒とに分離して冷媒を溜めるものであり、圧縮機１へ供給する冷凍機油の量を調整する機能も有する。

また、空気調和機１００では、室内機２０や室外機４０とは別体に、冷凍サイクル内の酸素を吸着して除去する酸素吸着装置９１が備えられている。この酸素吸着装置９１は例えば箱形に構成され室内機２０及び室外機４０の筐体外部に設けられ、空気調和機１００では、室外機４０の外側面に取り付けられている。そして、もし酸素吸着装置９１が不要となった場合には、室外機４０を分解することなく酸素吸着装置９１を容易に取り外し可能になっている。なお、図示しないが、室外機４０の外側面には酸素吸着装置９１を取り付けることができる取付部が設けられている。

酸素吸着装置９１は、酸素吸着剤６５を充填した充填容器６４と、充填容器６４と連通しており、循環する冷媒の一部をその内部空間において液冷媒を含む液相６１とガス冷媒を含む気相６２とに分離させて溜めおくレシーバ６とを備えている。このレシーバ６は、圧縮機１と、熱源側熱交換器３と、膨張装置４と、利用側熱交換器２２とを接続する配管のうちの液冷媒が流れる位置に設けられている。具体的には、レシーバ６は液接続配管６に接続されている。そして、レシーバ６の上方には、レシーバ６とは別体かつその上方に、接続配管６３を介して気相６２と連通して、前記の充填容器６４が備えられている。酸素吸着剤６５は、充填容器６４の内部空間において、パンチングメタルや金網で挟時固定されている。レシーバ６及び充填容器６４は図示しない収容箱に収容されており、これにより、酸素吸着装置９１が構成されている。

酸素吸着剤６５は、本実施形態では、前記のように酸素のみを選択的に吸着できる鉄の粉末（鉄系の材料）を含むほか、必要に応じて無機塩や鉱石の粉（バーミュライト）、活性炭等を含んで構成されている。酸素吸着剤６５として具体的には、エージレス（登録商標、三菱ガス化学社製）やセキュール（登録商標、ニッソーファイン社製）等が挙げられる。レシーバ６の温度は、最大でも５０℃程度にまでしか昇温しないことから、鉄系の酸素吸着剤６５を使用することで、鉄と冷媒とが反応することが抑制される。なお、鉄の粉末に酸素が吸着することで、鉄が酸化されて酸化鉄が生成する。このような鉄系の材料が使用されることで、酸素と同じような大きさの分子径を有する冷媒（後記するが、例えばＲ３２）が使用される場合であっても、冷媒中から酸素のみを選択的に吸着除去することができる。そして、冷凍サイクル内の酸素を吸着除去することで、冷媒や冷凍機油の酸化分解を抑制して、空気調和機１００の信頼性を高めることができる。

ここで、充填容器６４が取り付けられたレシーバ６の気相６２では、冷媒に対する不凝縮ガス（酸素を含む）の存在比率が、冷凍サイクルを循環する冷媒における当該比率よりも高い。具体的には、本発明者らの検討によれば、体積比で例えば３倍程度大きい。これは、レシーバ６の気相６２では冷媒の流れが澱んでいるからである。そのため、冷媒よりも密度の小さい不凝縮ガスはレシーバ６の気相６２の上方に移動するが、気相６２の上方に向かうにつれて、レシーバ６に冷媒を導出入する液管５や液接続配管９の接続口から離れていくことになる。そして、レシーバ６の気相６２の上方に存在する不凝縮ガスはレシーバ６から排出されることなく気相６２に留まることになる。これにより、レシーバ６の上部に接続された接続配管６３を通じて、酸素が充填容器６４に到達しやすくなる。

また、酸素は、レシーバ６の内部空間（即ち気相６２）において、冷媒等との比重の違いによって上昇することになる。そのため、冷媒の流れを遮ることなく酸素が上昇するため、充填容器６４がレシーバ６とは別体にレシーバ６の上方に備えられていることで、冷媒の流れにおいて過度の圧力損失を生じさせることがない。従って、空気調和機１００と省エネルギ性を高めることができる。

また、充填容器６４は、前記のようにレシーバ６とは別体に設けられ、これらが接続配管６３によって接続されていることで、冷媒と併存して循環する圧縮機１の冷凍機油が充填容器６４に到達しにくくなる。即ち、冷凍機油の比重は、酸素や冷媒の比重よりも大きいのが通常であるから、冷凍機油の蒸気やミストは、酸素やガス冷媒とは異なり、上昇して接続配管６３を通って充填容器６４にまで到達しにくい。そして、冷凍機油を充填容器６４に到達しにくくすることで、充填容器６４の内部の鉄の粉末が冷凍機油によって被覆されてしまうことが防止される。これにより、酸素が吸着することとなる粉末表面の表面積を、広い状態で維持することができる。そのため、酸素吸着性能の低下を防止でき、冷媒に混入した酸素を十分に吸着除去することができる。

なお、図示はしないが、空気調和機１００の駆動制御は制御装置によって行われる。この制御装置は、いずれも図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、制御装置は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

図１に示す空気調和機１００における冷媒の流れを説明する。空気調和機１００が冷房運転される場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷凍機油と共に圧縮機１から吐出される。そして、吐出されたガス冷媒は、四方弁２を経て、熱源側熱交換器３に流入する。流入したガス冷媒は、熱源側熱交換器３において熱交換されて、凝縮液化する。

熱源側熱交換器３において凝縮液化した冷媒（液冷媒）は、全開とされた膨張装置４、液管５、阻止弁８及びレシーバ６を通り、液側接続配管９を経て、室内機２０に送られる。送られた液冷媒は、膨張装置２１に流入し、ここで低圧まで減圧されて低圧二相状態となる。そして、低圧二相状態となった冷媒は、利用側熱交換器２２で空気等の利用側媒体と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。その後、このガス冷媒はガス側接続配管１０を通り、阻止弁１１、四方弁２、アキュムレータ１２を経て、圧縮機１に戻ることになる。戻ってきた冷媒は再び圧縮機１から吐出される。このような冷媒の流れによって冷媒が循環して、冷凍サイクルが形成されることになる。

一方で、空気調和機１００が暖房運転される場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷凍機油と共に圧縮機１から吐出される。そして、吐出されたガス冷媒は、四方弁２、阻止弁１１、ガス側接続配管１０を経て、利用側熱交換器２２に流入する。流入したガス冷媒は、利用側熱交換器２２において空気等の利用側媒体と熱交換されて、凝縮液化する。

利用側熱交換器２２において凝縮液化した冷媒（液冷媒）は、液側接続配管９、レシーバ６、阻止弁８、液管５、膨張装置４を経て、熱源側熱交換器３に流入する。そして、流入した液冷媒は、熱源側熱交換器３において空気や水等の熱源媒体と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は、四方弁２、アキュムレータ１２を経て、圧縮機１に戻ることになる。戻ってきた冷媒は再び圧縮機１から吐出される。このような冷媒の流れによって冷媒が循環して、冷凍サイクルが形成されることになる。

空気調和機１００では、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）を含む冷媒が使用されている。より具体的には、Ｒ３２等のＨＦＣ冷媒と、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等のＨＦＯ冷媒との混合冷媒が使用されている。このような冷媒を使用することで、地球温暖化を防止しつつ、酸素の吸着除去効果として酸素によるＨＦＯの冷媒の分解を防止して、信頼性のより高い空気調和機１００とすることができる。

図１に示す空気調和機１００では、室内機２０と室外機４０とを接続する配管が長く、冷凍サイクルに混入した酸素を十分に除去する観点から、冷凍サイクルに接続された酸素吸着容器９１が室外機４０の外側面に取り付けられている。一方で、室内機２０と室外機４０とを接続する配管が短く、冷凍サイクルに混入した酸素量が少なく、酸素の影響を無視できるような場合もありうる。そこで、このような場合には、酸素吸着装置９１を取り付けないようにすることができる。

従って、酸素吸着装置９１が、配管の長さに応じて、適宜に取り付け可能となっている。即ち、酸素吸着装置９１が外付け可能となっているため、酸素吸着装置９１の取り付けに伴う室外機４０等の大きな設計変更が不要となり、取り付け等の設置が容易となる。また、酸素の除去を行いたい場合にのみ、配管に接続して取り付ければよいため、酸素吸着剤６５等の設備コストを削減することができる。

また、空気調和機１００では、レシーバ６の冷媒の状態が液相６１と気相６２とが存在するように、冷媒封入量が設定されている。これにより、冷房運転時及び暖房運転時共に、液接続配管９の冷媒の状態が飽和状態になっている。そのため、レシーバ６での冷媒の状態は気液平衡状態になっている。従って、冷房運転時及び暖房運転時のいずれであってもレシーバ６の内部には気相６２が形成され、この気相６２には、前記のように酸素が高濃度で存在することになる。これにより、気相６２に連通する充填容器６４の内部の酸素吸着剤６５によって、効率的に酸素を吸着することができる。

なお、空気調和機１００に封入する冷媒量が、冷房運転時には熱源側熱交換器３の出口、暖房運転時には利用側熱交換器２２の出口での冷媒の過冷却度が確保できるような量の場合、液管５や液接続配管９を流れる冷媒は過冷却状態となる。そのため、この場合には、レシーバ６内には気相６２は存在しないことになる。そこで、このような場合には、冷房運転時には熱源側熱交換器３の出口に配置した膨張装置４を、暖房運転時には利用側熱交換器２２の出口に配置した膨張装置２１の開度を絞ることが好ましい。このようにすることで、循環する冷媒を減圧し、液管５や液接続配管９を流れる冷媒の状態を飽和状態に調整することができる。そして、これにより、レシーバ６の内部に気相６２が形成されるようにして、酸素吸着剤６５によって酸素を効率的に吸着することができる。

図２は、本実施形態の冷凍機２００の系統図を示す図である。冷凍機２００は、前記の空気調和機１００と同様に冷凍サイクル装置の一例である。ただし、冷凍機２００では、前記の空気調和機１００とは異なり、暖房運転は行われずに冷却運転のみが行われるようになっている。冷凍機２００は、前記の空気調和機１００と基本的に同じ構成を有するが、冷凍機２００では、例えばショーケース等に設置される冷凍部２３での冷却能力を増強するために、循環する冷媒について過冷却が行われている。この点について、図２を参照しながら冷凍機２００における冷媒の流れを説明しつつ、冷凍機２００に備えられる装置構成を説明する。

圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷凍機油と共に圧縮機１から吐出される。そして、吐出されたガス冷媒は熱源側熱交換器３に流入し、ここで熱交換して凝縮液化することで液冷媒となる。この熱源側熱交換器３には、液冷媒を過冷却状態にする空冷過冷却熱交換器３３が備えられている。そのため、空冷過冷却熱交換器３３によって、液冷媒は過冷却状態になる。この過冷却状態の液冷媒は、液管５、レシーバ９０、液管７を通って、過冷却熱交換器８０の主配管８１に送られる。ちなみに、このレシーバ９０は、前記のレシーバ６と同様に、液冷媒が流れる位置に備えられるものであって、循環する冷媒の一部をその内部空間において液冷媒を含む液相とガス冷媒を含む気相とに分離させて溜めおくものである。

過冷却熱交換器８０では、その後段において分岐して膨張装置８２で減圧されることで低温気液二相となった冷媒と、空冷過冷却熱交換器３３から排出された冷媒との間で熱交換が行われる。前者の低温気液二相となった冷媒は、バイパス管８３を通流する。また、後者の空冷過冷却熱交換器３３から排出された冷媒は、前記のように主配管８１を通流する。この熱交換により、主配管８１を流れる冷媒を冷却し、利用側熱交換器２２（後記する）の入口の冷媒の比エンタルピを低下させることができる。そして、これにより、利用側熱交換器２２の入口と出口との間の比エンタルピ差が増加し、冷却能力が高められる。一方で、バイパス管８３を通流する冷媒は、この熱交換により蒸発してガス冷媒となり、このガス冷媒は、圧縮機１のインジェクション口１４に供給される。

前記の過冷却熱交換器８０の主配管８１から排出された過冷却状態の冷媒のうち、バイパス管８３を通流しなかった残りの冷媒は、ドライヤ１５、阻止弁８及び減圧弁７１（後記する）を通り、酸素吸着装置９１のレシーバ６に供給される。ここで、ドライヤ１５は冷凍サイクル装置に混入した冷媒中の水分を吸着し、冷凍サイクルを循環する冷媒中の水分量を低減する装置である。

レシーバ６と前記の室外機４０とを接続する液管７０には、通流する冷媒を減圧する減圧弁７１が備えられている。この減圧弁７１の開度が調整されることで冷媒の減圧度が制御され、これにより、レシーバ６の内部における冷媒の状態が制御される。即ち、この減圧弁７１が制御されることで、レシーバ６の内部空間において冷媒の液面を発生させて、レシーバ６の内部での冷媒の状態を気液二相状態の飽和状態にすることができる。従って、この減圧弁７１はレシーバ液面調整弁として機能するものである。

そして、レシーバ６においては、前記の空気調和機１００と同様にして酸素の吸着が行われる。レシーバ６において分離された液冷媒は、液側接続配管９を通流して、膨張装置２１に送られる。膨張装置２１では、液冷媒は低圧まで減圧されて低圧二相状態となり、利用側熱交換器２２で空気等の利用側媒体と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。その後、ガス冷媒はガス側接続配管１０を通り、阻止弁１１、アキュムレータ１２を経て、圧縮機１に戻ることになる。戻ってきた冷媒は再び圧縮機１から吐出される。このような冷媒の流れによって冷媒が循環して、冷凍サイクルが形成されることになる。

図２に示す冷凍機２００においても、前記の空気調和機１００と同様に、酸素吸着装置９１は冷凍部２３や室外機４０とは別体に構成されている。そのため、前記の空気調和機１００と同様に、配管の長さ等に応じて酸素吸着装置９１の取り付けを容易に行うことができる。また、酸素の除去を行いたい場合にのみ取り付ければよいため、酸素吸着剤６５等の設備コストを削減することができる。

また、冷凍機２００では、前記のように空冷過冷却熱交換器３３によって、液管７を流れる冷媒は過冷却状態となっている。これにより、冷媒の状態は、膨張装置２１の直前では液体になっており、膨張装置２１による冷媒の状態変化の制御を良好に行うことができる。一方で、液管７を流れる冷媒が過冷却状態にあると、仮に、バイパス管８３に取り付けた膨張弁８２を閉止し、過冷却熱交換器８０での交換熱量を０ｋＷとして、主配管８１を流れる冷媒の状態が変化しないように設定したとしても、酸素吸着装置９１入口の液管７０の冷媒の状態も過冷却状態となる。そのため、レシーバ６の大きさによっては、レシーバ６の内部の冷媒は液相６１と気相６２との気液平衡状態とはならない可能性がある。そして、その場合には、レシーバ６の内部に気相６２が存在しない状態となる。

しかし、冷凍機２００では、レシーバ６の前段である液管７０に、減圧装置７１が備えられている。これにより、液管７０を流れる冷媒の状態が過冷却状態であったとしても、減圧装置７１の減圧量を調整することで、減圧装置７１を出た後のレシーバ６入口の冷媒の状態を飽和状態にすることができる。そのため、レシーバ６の内部の冷媒を液相６１と気相６２との気液平衡状態に設定することができる。これにより、冷却性能を高めつつも、レシーバ６の内部に気相６２をより確実に形成して、冷凍サイクル内の酸素をより確実に吸着除去することができる。

また、図２に示す冷凍機２００では、二つのレシーバ６，９０が備えられる。これらのうち、冷媒の流れの下流側に配置されたレシーバ６に対して、酸素吸着剤６５を収容した充填容器６４が取り付けられている。前記のように、レシーバ６の内部には気相６２が形成されているが、冷媒の封入量がレシーバ９０の内部での冷媒の状態が気液平衡状態になるようにも調整されると、レシーバ９０の内部にも気相部が存在することになる。

レシーバ６，９０のそれぞれにおいては、液相６１（レシーバ６の場合）に存在する酸素と気相６２（レシーバ６の場合）に存在する酸素は平衡状態になっている。従って、液相６１の酸素の分圧と気相６２の酸素の分圧とは釣り合っていることになる。ここで、レシーバ６の気相６２の酸素が酸素吸着剤６５に吸着されると、レシーバ６の気相６２の酸素分圧は低下する。そうすると、レシーバ６の液相６１の酸素は気相６２に移動する。そして、気相６２に移動した酸素は、酸素吸着剤６５に吸着されて、除去されることになる。これにより、循環する冷媒に含まれる酸素の量が減少することになる。

そして、酸素の循環量が減少することで、レシーバ９０に流入する冷媒に含まれる酸素の量も減る。つまり、レシーバ９０の冷媒の液相部の酸素濃度が低下する。液相冷媒中の酸素濃度が低下するので、平衡状態であったレシーバ９０の気相部に存在する酸素とレシーバ９０の液相部の酸素とが非平衡状態となる。そのため、濃度の低下したレシーバ９０の液相部の酸素分圧がレシーバ９０の気相部の酸素分圧よりも小さくなり、これにより、レシーバ９０の気相部に存在する酸素がレシーバ９０の液相部に移動する。そして、レシーバ９０の液相部の冷媒は、その下流に配置されたレシーバ６に移動して、レシーバ６において前記のように酸素の吸着が行われる。

これらのように、レシーバ６，９０のうちの一方にのみ酸素吸着剤６５を充填した充填容器６４が取り付けられている場合であっても、レシーバ６のみならずレシーバ９０での酸素も除去することができ、冷凍機２００全体での酸素濃度を低下させることができる。

また、二つあるレシーバ６，９０のうち、熱源側熱交換器３から排出された冷媒は、まずレシーバ９０に供給される。そのため、このレシーバ９０において冷媒の大部分が気液分離されることになり、レシーバ９０の後段に接続されたレシーバ６での気液分離量はさほど多くない。従って、レシーバ６の大きさを小さくすることができる。特に、前記のように、レシーバ６を有する酸素吸着装置９１は、室外機４０の外側面に取り付けられている。従って、レシーバ６を小さくすることで酸素吸着装置９１も小さくすることができる。これにより、酸素吸着装置９１の取り付け性を向上することができる。

さらには、前記のように、冷凍機２００には減圧弁７１が備えられているため、レシーバ６を小さくしても、レシーバ６の内部により確実に液相６１を形成することができる。従って、レシーバ６のよりいっそうの小型化を図り、酸素吸着装置９１の取り付け性のよりいっそうの向上を図ることができる。

また、前記のように、冷媒が過冷却状態にあると、レシーバ６，９０の内部に液相部が形成されにくくなる。しかし、レシーバ６とレシーバ９０との間に減圧弁７１が備えられることで、前段のレシーバ９０の内部に液相部が形成されなかったとしても、減圧弁７１が制御されることで、後段のレシーバ６では気相部６１を形成することができる。特に、このような場合、前段のレシーバ９０に気相部が形成されなければ、冷媒中の酸素はレシーバ９０を通過して、後段のレシーバ６に到達することになる。これにより、レシーバ６での酸素吸着性能を高めることができる。

なお、前記のように、制御弁７１の開度を制御してレシーバ６の内部に気相６２を形成することで、冷凍サイクル内の酸素のより確実な吸着除去が図られている。ただ、十分に酸素を吸着除去した後には、酸素を吸着するために液相６１をあえて形成する必要がないため、このような制御弁７１の開度の調整は不要となる。従って、冷凍サイクルに混入した酸素を吸着する工程でのみ、過冷却状態ではなく液接続配管９を飽和状態としてレシーバ６に気相６２を生成し、酸素の吸着が終わった後に過冷却状態にすることもできる。

つまり、冷凍機２００の運転を、例えば、冷凍機２００の設置後に行う試運転と、当該試運転後に行われる通常運転との二つの段階で運転する場合、前者の試運転時には、バイパス管８３に設置した膨張装置８２を全閉にするとともに、液管７０の後流側の減圧装置７１が絞られるようにする。これにより、レシーバ６の入口の冷媒の状態を飽和状態になり、レシーバ６の内部に気相６２が形成される。そのため、試運転時に、酸素の効率的な除去が可能となる。一方で、後者の通常運転時には、減圧弁７１を全開にするとともに、バイパス管８３に設置した膨張装置８２が開けられるようにする。これにより、過冷却熱交換器８０での交換熱量を増加させて液接続配管９を流れる冷媒の過冷却度を大きくし、冷凍部２３での冷却能力が高めることができる。

また、試運転時には膨張装置８２を全閉にして過冷却度を小さくすることで、以下のような利点も得られる。もし、液接続配管９を流れる冷媒の過冷却度を大きくする、つまり酸素吸着装置９１入口の液配管７０の過冷却度を大きくする場合、レシーバ６を流れる冷媒を飽和状態に設定するには、減圧弁７１の開度を小さくして、減圧弁７１での圧力損失を大きくすることが好ましいことになる。ただ、これによれば、レシーバ６の内部の圧力が低下し、膨張装置２１入口の圧力と利用側熱交換器２２での冷媒の蒸発圧力との差圧が小さくなってしまう。そして、利用側熱交換器２２入口の減圧装置２１の開度を全開としても、減圧装置２１での圧力損失が前記差圧よりも大きくなる可能性がある。このとき、利用側熱交換器２２での冷媒の蒸発圧力は設計値を下回る。そのため、冷凍機２００の運転状態を設計値通りに設定できない。そこで、試運転時には膨張装置８２を全閉にして過冷却度を小さくすることで、冷凍機２００の運転状態を設計値通りに設定することができる。

図３は、本実施形態の冷凍サイクル装置に備えられる酸素吸着装置９１についての別の実施形態を示す図である。前記の図１や図２を参照しながら説明した空気調和機１００や冷凍機２００では、酸素吸着装置１００は容易に取り外し可能であったが、真空引き等が完了した後の通常運転時にも酸素吸着装置９１が取り付けられていた。従って、酸素を十分に吸着除去した後にも、レシーバ６の内部には冷媒が通流していた。

しかし、図３に示す酸素吸着装置９１では、レシーバ６をバイパスするバイパス配管７８が備えられている。そして、試運転時にはレシーバ６を使用して冷媒中の酸素を吸着しつつ、試運転が完了した後には、バイパス配管７８を使用してレシーバ６が使用されないようになっている。これにより、特に図２に示した冷凍機２００において冷媒の状態を過冷却する場合において、過冷却状態の冷媒はレシーバ６に流入しないのでレシーバ６が液相の冷媒で満たされることはなく、冷凍サイクルに封入する冷媒量を少なくすることができる。

また、図３に示す酸素吸着装置９１では、前記のバイパス配管７８のほか、上流側の空冷過冷却熱交換器８０と接続され、冷媒を導入するレシーバ冷媒導入管７２と、下流側の冷凍部２３に接続され、冷媒を排出するレシーバ冷媒導出管７３とが備えられている。レシーバ冷媒導入管７２には、前記の減圧弁７１のほか、冷媒の通流を制御する開閉弁７５が備えられている。レシーバ冷媒導出管７３には、冷媒の逆流を防止する逆止弁７４が備えられている。また、前記のバイパス配管７８には、冷媒の通流を制御する開閉弁７６が備えられている。さらには、レシーバ６の上方には、接続配管６３によって充填容器６４が接続されているが、この接続配管６３には、接続配管６３の内部の気体の通流を制御する開閉弁７７が備えられている。

このような構成を有する酸素吸着装置９１を使用する場合、酸素吸着装置９１を構成する開閉弁７５，７６，７７は以下のように制御される。これらの制御は、特に断らない限り、前記の制御装置によって行われる。具体的な制御方法を、必要に応じて図４及び図５を併せて参照しがら説明する。なお、ここでは、説明の便宜上、図３に示す酸素吸着装置９１を備える冷凍機２００において、冷凍機２００の設置後に行う試運転と、当該試運転後に行われる通常運転との二つの段階で運転する場合を例に挙げる。なお、この試運転は比較的長時間行われるものであり、配管内の空気を排気する真空引きとは別途行われるものである。

図４は、本実施形態の冷凍機を設置する際に、設置から通常運転までに行われるフローを示す図である。また、図５は、図３に示す酸素吸着装置９１に備えられる開閉弁７５，７６，７７の開閉タイミングを示す表である。まず、冷凍部２３、室外機４０及び配管の施工が行われる（工程Ｓ１０１）。次いで、酸素吸着装置９１の設置及び配管の接続が行われる（工程Ｓ１０２）。ここで、酸素吸着装置９５を配管に接続して設置した直後（即ち工場出荷状態）には、減圧弁７１が開弁状態（全開状態）、開閉弁７５，７７が閉弁状態、開閉弁７６が開弁状態である（図５の工程Ｓ１０１参照）。従って、酸素吸着装置９１の設置時（工程Ｓ１０２）には、酸素吸着剤６５への大気中の酸素の接触が防止されている。

次いで、冷凍機２００の気密確認後、真空引きが行われ、冷媒の封入が行われる（工程Ｓ１０３）。なお、ここで封入された冷媒は、開閉弁７５が閉じているため、レシーバ６の内部には到達しない。このようにすることで、冷媒の封入量を減らすことができる。

そして、真空引きの後、圧縮機１を駆動させて約６０時間の試運転が行われる（工程Ｓ１０４）。そして、試運転の開始と同時に、開閉弁７５，７７は開弁状態となり、開閉弁７６は閉弁状態となる。これにより、冷媒はバイパスせずに、レシーバ６の内部を通流することになる。ただし、この時点では、レシーバ６の内部には冷媒の液面が存在せず（内部が液体の冷媒で満たされており気相６２が存在しない状態又は気相６２のみであって液相６１が存在しない状態）、冷媒中の酸素を十分に吸着除去できない可能性がある。そこで、作業員が、サイトグラス６７を通じてレシーバ６の内部を確認しながら、レシーバ６内の冷媒の液面がサイトグラス６７の中央近傍になるように減圧弁７１の開度を調整する。これにより、レシーバ６の内部で冷媒の状態が気液二相の飽和状態となり、レシーバ６の内部であってその上方に酸素が溜まりやすくなる。そして、開弁した開閉弁７７及び接続配管６３を通じて酸素が酸素吸着剤６５に到達し、冷媒中の酸素が除去される。

なお、冷凍機２００での試運転は、前記のように約６０時間行われる。そして、この試運転により、冷媒中の酸素が酸素吸着剤６５に吸着されて除去されることになる。従って、酸素が十分に吸着される時間が確保されれば、試運転の時間は任意に変更できる。試運転の時間を決定する方法としては、冷凍サイクルでの酸素比率を冷凍機２００に設置した酸素比率測定センサにより測定したり、冷媒を抽出しガスクロマトグラフィによって分析したりして、当該酸素比率が予め設定した酸素比率以下になるまでとすることができる。また、酸素吸着剤６５による吸着時間は、酸素吸着剤６５の種類によって決定されるため、酸素吸着剤６５の酸素との反応時間に設定してもよい。

図４に戻り、試運転が完了した後、圧縮機１を停止させても、レシーバ６の内部には液相６１が存在している。冷媒中の酸素を十分に吸着させた後には、酸素吸着剤６５を収容した充填容器６４は不要となる。また、これ以上酸素を吸着させる必要がないため、大容量のレシーバ６の内部を冷媒が通流する必要もない。そこで、試運転完了後には、レシーバ６の内部の液冷媒（液相６１）は、レシーバ６の外部に排出される（工程Ｓ１０５）。冷媒をレシーバ６の外部に排出することで、冷凍サイクルにおける冷媒を有効利用することができる。

レシーバ６の外部に冷媒を排出するため、開閉弁７５を閉弁することで、レシーバ６への冷媒の流入が停止される。これにより、内部の液冷媒は、逆止弁７４を介して、レシーバ６の外部に排出される。冷媒を排出するための時間としては、例えば１分間程度である。そして、レシーバ６の内部の冷媒を外部に排出した後には、開閉弁７５，７７が閉弁状態、かつ、開閉弁７６が開弁状態にされて、冷凍機２００の通常運転が行われる（工程Ｓ１０６）。このとき、減圧弁７１の状態は、レシーバ６内の液相６１を排出する工程の状態で維持される。

前記のように、通常運転時においても、接続配管６３に備えられた開閉弁７７も閉じられている。これは、以下の理由による。通常運転時、酸素吸着剤６５は、試運転（工程Ｓ１０４）によって、酸素を殆ど吸着できない状態になっている。しかし、例えば冷凍機２００が故障し、その修理時においては、故障した部品を交換するために、冷凍機２００に封入した冷媒が冷媒回収機により回収され、冷凍機２００の内部が大気に開放される。つまり、故障した部品を取り外す際には、冷凍機２００の内部に大気中の空気が入るので、修理後に再度試運転を行うために、酸素吸着剤６５は十分酸素を吸着できる状態であることが好ましい。そのため、修理時には、酸素吸着剤６５を収容した充填容器６４も新しいものに交換されることが好ましく、交換時に新しい酸素吸着剤６５に大気中の酸素が接触するのを避ける観点から、開閉弁７７は予め閉弁状態にしている。

図６は、本実施形態の冷凍サイクル装置（冷凍機２００）に備えられる酸素吸着装置９２についてのさらに別の実施形態を示す図である。前記の図３等に示した酸素吸着装置９１では、通常運転時には、レシーバ６の内部に冷媒を導入せずにバイパスさせるようにしたが、この通常運転時にもレシーバ６は冷凍機２００に取り付けられたままであった。一方で、図６に示す酸素吸着装置９２では、レシーバ６は、試運転時の酸素を吸着除去するときのみ冷凍機２００に取り付けられ、それ以外の通常運転時には取り外し可能な構成を有するものである。

図６に示すように、酸素吸着装置９２では、レシーバ冷媒導入管７２の途中であって開閉弁７５の冷媒流れ下流側には、取り外し部５１が備えられている。また、レシーバ冷媒導出管７３の途中であって逆止弁７４の冷媒流れ下流側には、取り外し部５２と、取り外し部５２のさらに下流側に開閉弁７９とが備えられている。さらには、接続配管６３の途中であってレシーバ６と開閉弁７７との間には、取り外し部５３が備えられている。取り外し部５１，５２，５３は、それぞれフレア又はフランジで接続されている。また、取り外し部５１，５２，５３はロウ付けされていてもよい。

冷凍機２００の試運転が完了して通常運転を行う際、図４や図５を参照しながら説明したように、開閉弁７５，７７は閉弁状態であり、開閉弁７６は開弁状態である。そのため、冷媒は、レシーバ６には流れずに、バイパス管７８を通ることになる。この状態で、取り外し部５１，５２からレシーバ６を取り外すことで、レシーバ６を備えない状態で冷凍機２００を通常運転することができる。従って、冷凍機２００の修理等で再度試運転を行うときに、充填容器６４を接続した再度レシーバ６を再度取り付ければよい。これにより、酸素吸着装置９２の設置スペースの省スペース化を図ることができる。また、異なる冷凍機２００に対してレシーバ６を流用することができるので、省コスト化を図ることができる。

なお、レシーバ６を再利用する際には、取り外し部５３から充填容器６４を取り外して、新たな充填容器６４を取り付けることで、二度目以降の試運転においても良好な酸素吸着能力を発揮させることができる。

図７は、本実施形態の冷凍サイクル装置に備えられるレシーバ６についての変形例を示す図である。図１等を参照して説明した酸素吸着容器９１では、レシーバ６と、酸素吸着剤６５を充填した充填容器６４とは、別体に構成されていた。そして、酸素吸着剤６５の配置はこのようにすることが好ましいもの、例えば、図７に示すように、酸素吸着剤６５は、レシーバ６の内部であってその上方に配置されるようにしてもよい。レシーバ６の内部空間において酸素吸着剤６５は、レシーバ６の内部に取り付けられたパンチングメタルや金網等の支持部材６６の上に載置されている。

前記のように、レシーバ６の内部空間において、酸素はその上方に向かうため、レシーバ６の内部であってその上方に酸素吸着剤６５が配置されていることで、冷媒中の酸素を吸着除去することができる。また、レシーバ６の内部に酸素吸着剤６５を配置することで、レシーバ６そのものが酸素吸着容器となり、酸素吸着容器の体積を小さくすることができる。

以上、本実施形態やその変形例を説明したが、本発明は前記の内容に何ら制限されるものではない。

例えば、前記の実施形態では、酸素吸着剤６５を充填した充填容器６４を取り付ける冷媒容器としてレシーバを例に挙げたが、例えばアキュムレータであってもよい。

また、前記の図４等を参照しながら説明した工程Ｓ１０４において、冷媒の液面の確認は作業員が目視で行っていたが、例えばレシーバ６の内部に液面センサを設けたり、レシーバ６の外部に設けられた液面センサがサイトグラス６７を通じて内部に形成される液面を把握することで、液相６１の確認を行ってもよい。

他にも、前記の各実施形態や変形例は、任意に組み合わせて実施することもできる。

１ 圧縮機
３ 熱源側熱交換器
４ 膨張装置
６ レシーバ（冷媒容器、第一冷媒容器）
１２ アキュムレータ
２０ 室内機（利用側ユニット）
２３ 冷凍部（利用側ユニット）
２１ 膨張装置
２２ 利用側熱交換器
３３ 空冷過冷却熱交換器（過冷却装置）
４０ 室外機（熱源側ユニット）
６１ 液相
６２ 気相
６４ 充填容器（収容容器）
６５ 酸素吸着剤（酸素吸着部）
７１ 減圧弁（減圧装置）
８０ 過冷却熱交換器（過冷却装置）
８２ 膨張装置
９０ レシーバ（冷媒容器、第二冷媒容器）
９１ 酸素吸着装置（酸素吸着ユニット）
９２ 酸素吸着装置（酸素吸着ユニット）
１００ 空気調和機（利用側ユニット）
２００ 冷凍機（利用側ユニット）

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を加熱又は冷却する熱源側熱交換器とを少なくとも備える熱源側ユニットと、
   前記冷媒を加熱又は冷却する利用側熱交換器を少なくとも備える利用側ユニットと、
   前記冷媒を液相と気相とに分離する内部空間を有する冷媒容器と、前記内部空間の酸素を吸着する酸素吸着部とを少なくとも備え、前記熱源側ユニット及び前記利用側ユニットとは別体に構成される酸素吸着ユニットと、
   前記熱源側ユニット、前記利用側ユニット及び前記酸素吸着ユニットを接続して前記冷媒を所定に通流させる配管と、
   前記冷媒容器である第一冷媒容器とは異なる冷媒容器であって、前記熱源側熱交換器において熱交換された後の冷媒が供給されるように前記熱源側熱交換器に接続された第二冷媒容器と、を備え、
   当該第二冷媒容器から排出された冷媒が前記第一冷媒容器に供給され、
   前記第一冷媒容器は取り外し可能に構成されることを特徴とする、冷凍サイクル装置。
2. 前記冷媒容器は、前記配管のうち液冷媒が流れる位置に設けられるレシーバであることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記酸素吸着部は収容容器に収容されており、
   前記酸素吸着部を収容した前記収容容器は、前記冷媒容器とは別体に、前記冷媒容器の上方に前記冷媒容器の内部の前記気相と連通するように備えられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第二冷媒容器は、前記配管のうち液冷媒が流れる位置に設けられるレシーバであることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第一冷媒容器と前記第二冷媒容器との間には、前記第一冷媒容器に供給される冷媒を減圧して前記第一冷媒容器での冷媒の状態を飽和状態にする減圧装置が備えられていることを特徴とする、請求項１又は４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第一冷媒容器と前記第二冷媒容器との間であって、前記減圧装置からみて冷媒の流れの上流側には、前記第一冷媒容器に供給される冷媒を過冷却状態にする過冷却装置が備えられていることを特徴とする、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記冷媒はハイドロフルオロオレフィン冷媒を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記酸素吸着部は鉄の粉末を含んで構成され、当該粉末の鉄が酸化されて酸化鉄に変化することで、前記冷媒に混入した酸素を前記酸素吸着部が吸着するようになっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。

Images