WO2015093183A1

WO2015093183A1 - 空調装置

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Publication number: WO2015093183A1
Application number: PCT/JP2014/079664
Authority: WO
Inventors: 亮太田; 荒木　邦成; 井関　崇; 美早廣瀬; 野中　正之
Original assignee: 日立アプライアンス株式会社
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2015-06-25
Also published as: JP2015117923A

Abstract

　非共沸混合冷媒を用いた空調装置であって、所定の動粘度を有する圧縮機油で潤滑され前記非共沸混合冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機と、前記密閉型電動圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒を放熱させる伝熱管を有する第１熱交換器と、前記第１熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁から吐出された前記非共沸混合冷媒を吸熱させる伝熱管を有する第２熱交換器と、前記非共沸混合冷媒の循環方向を制御する四方弁とを具備し、前記空調装置は前記第２熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒が前記密閉型電動圧縮機に戻されるヒートポンプサイクルを構成し、前記非共沸混合冷媒は、ジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンとモノクロロトリフルオロプロペンとを含み、地球温暖化係数が350以下でかつ不燃性を示し、前記伝熱管は、螺旋状の内面溝を有する内面溝付管であって前記内面溝を構成するフィンがのこぎり歯状フィンである。

Description

空調装置

　本発明は、空調装置に関し、特に、地球温暖化係数が低い冷媒を用いかつヒートポンプサイクルを利用した空調装置に関するものである。

　現在、業務用空調装置（いわゆるパッケージエアコン）や家庭用空調装置（いわゆるルームエアコン）では、オゾン層保護の観点から、冷媒としてオゾン層破壊係数がゼロ（ODP＝0）であるR410A冷媒が主に利用されている。R410A冷媒（HFC410A冷媒とも言う）とは、沸点が比較的近い２種類のハイドロフルオロカーボン類冷媒を混合した疑似共沸混合冷媒（HFC32／HFC125が50／50質量％の混合冷媒、HFC32：ジフルオロメタン、HFC125：ペンタフルオロエタン）である。

　R410A冷媒は、従来使用されてきたR22冷媒（クロロジフルオロメタン）と比べて圧力が高くなることから空調装置の耐圧設計に見直しが必要であったが、圧力損失が少ないという利点もあった。しかしながら、R410A冷媒は、地球温暖化係数（GWP）が約2100と高いことから、地球温暖化防止の観点で使用量・排出量の削減が求められており、代替冷媒の更なる検討が行われている。

　ODPとGWPとが低い代替冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボン類におけるHFC32の単独冷媒、ハイドロフルオロオレフィン類におけるHFO1234yf（2,3,3,3-テトラフルオロプロペン）やHFO1234ze（1,3,3,3-テトラフルオロプロペン）の単独冷媒や混合冷媒、ハイドロカーボン類におけるプロパンやプロピレン、自然冷媒類の炭酸ガスやアンモニアが候補とされている。ただし、これら代替冷媒においても、それぞれ一長一短がある。

　HFC32は、ハイドロフルオロカーボン類の中ではGWPが比較的小さいが、「GWP＝675」と絶対的にはまだ高く、かつ微燃性を有する。HFO1234yfやHFO1234zeは、「GWP≦10」と非常に低いが、化学的安定性に弱点があると共に微燃性を有する。また、従来の空調装置にそのまま適用すると、冷凍能力が低下してしまう弱点もある。プロパンやプロピレンは、「GWP＜20」と非常に低くかつ優れた冷凍能力も有するが、強燃性であることから安全性確保の技術開発や安全対策コストが必要になる。炭酸ガスは、不燃性であり一般的に毒性が問題になることはなく、給湯器用冷媒として実用化されているが、空調用途の温度領域での効率が低い上に高圧力で利用するための装置コストや安全対策コストが必要になる。アンモニアは、「GWP＜1」と極めて低くかつ優れた冷凍能力も有するが、可燃性・腐食性・毒性を有するため安全性確保の技術開発や安全対策コストが必要になる。

　上記のような利点弱点を踏まえ、ODPとGWPとが低くかつ安全性の高い代替冷媒の研究・開発が進められている。また、空調装置において地球温暖化対策を考える場合、冷媒による直接的な影響だけではなく、空調装置の運転におけるエネルギー効率（要求される冷凍能力を発揮するために要するエネルギー消費量）をも考慮する必要がある。そのため、空調装置全体としての研究・開発も併せて進められている。

　例えば、特許文献１（特開2013－120029）には、R32とHFO1234yfまたは、HFO1234zeを主成分とする混合冷媒で、R32の濃度が70％以下の混合冷媒を封入し、当該冷媒が圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を接続して構成した冷凍サイクル内を循環する構成とし、かつ、前記冷凍サイクルは、50℃を超える雰囲気温度で、冷媒が凝縮する構成とした空気調和機が、開示されている。特許文献１によると、雰囲気温度が50℃以上の場合でも、高効率で圧縮機の吐出温度が、現在使用しているR410Aと同等となり、冷凍サイクルの信頼性を向上させることができるし、冷媒の温暖化係数が低いため、冷媒が大気中に漏れた場合でも温暖化影響を少なくすることができるとされている。

　また、特許文献２（特表2010－531970）には、高い地球温暖化係数の冷媒および潤滑剤を含む種類の冷却装置システムに別の冷媒を充填する方法であって、前記システム中に前記潤滑剤の実質的な部分を残しながら、前記冷却システム中の前記高い地球温暖化係数の冷媒の全てまたは一部を、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンおよび／または2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを含むハロゲン化オレフィン組成物で置き換える工程を含む方法が、開示されている。特許文献２によると、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン（R-1233zd）冷媒は、現状の冷却装置冷媒に匹敵する運転状態を与え、現状の冷却装置潤滑剤と適合し、かつR-123（1,1-ジクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン）冷媒と同等の効率を示すことが見いだされ、より環境的に許容される代替冷媒として使用され得るとされている。

特開２０１３－１２００２９号公報特表２０１０－５３１９７０号公報

　業務用・家庭用空調装置は、冷媒量が多く、設置・メインテナンスの際に冷媒が漏洩し易いため、環境負荷が小さくかつ安全性の高い冷媒が求められている。具体的には、「ODP＜1」、「GWP≦350」、「不燃性」かつ「低毒性」の冷媒が強く求められている。また、前述したように、空調装置において地球温暖化対策を考える場合、冷媒による直接的な影響だけではなく、空調装置のエネルギー効率をも考慮する必要がある。

　例えば、GWPを低下させるために混合冷媒を用いた場合、混合冷媒を構成する各冷媒の蒸気圧差が大きくなり易く（非共沸度合が大きくなり易く）、沸点と露点との差を示す温度勾配が大きくなって熱交換効率が低下し、その結果、空調装置全体のエネルギー効率（すなわち冷凍性能）を低下させてしまうという問題が生じる。

　一方、地球環境保護の要請は、近年ますます強まっており、従来の空調技術では（例えば、特許文献１，２であっても）要求に対して完全に十分とは言えない。言い換えると、環境負荷が小さく安全性が高くかつ冷凍性能を低下させない冷凍技術は、現段階において確立していない。

　したがって、本発明の目的は、環境負荷が小さくかつ安全性の高い非共沸混合冷媒を用い冷凍性能を低下させない空調装置を提供することにある。

　本発明の一つの態様は、上記目的を達成するため、非共沸混合冷媒を用いた空調装置であって、
所定の動粘度を有する圧縮機油で潤滑され前記非共沸混合冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機と、前記密閉型電動圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒を放熱させる伝熱管を有する第１熱交換器と、前記第１熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁から吐出された前記非共沸混合冷媒を吸熱させる伝熱管を有する第２熱交換器と、前記非共沸混合冷媒の循環方向を制御する四方弁とを具備し、
前記空調装置は前記第２熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒が前記密閉型電動圧縮機に戻されるヒートポンプサイクルを構成し、
前記非共沸混合冷媒は、ジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンとモノクロロトリフルオロプロペンとを含み、地球温暖化係数が350以下でかつ不燃性を示し、
前記伝熱管は、螺旋状の内面溝を有する内面溝付管であって前記内面溝を構成するフィンがのこぎり歯状フィンであることを特徴とする空調装置を提供する。

　本発明によれば、環境負荷が小さくかつ安全性の高い非共沸混合冷媒を用い冷凍性能を低下させない空調装置を提供することができる。

本発明に係る空調装置の構成例を示す系統模式図である。スクロール式圧縮機の概略構造を示す断面模式図である。単純螺旋状内面溝付管および冷媒の流れを示した概略断面図である。螺旋のこぎり歯状内面溝付管および冷媒の流れを示した概略断面図である。凝縮熱伝達率と冷媒の質量流速との関係を示す概略グラフである。

　本発明は、前述した本発明に係る空調装置において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（i）前記非共沸混合冷媒は、10質量％以上45質量％以下のジフルオロメタンと、40質量％以上80質量％以下のテトラフルオロプロペンと、5質量％以上20質量％以下のモノクロロトリフルオロプロペンとを含む。
（ii）前記テトラフルオロプロペンは、2,3,3,3-テトラフルオロプロペンまたは1,3,3,3-テトラフルオロプロペンであり、前記モノクロロトリフルオロプロペンは、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンおよび／または2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンである。（iii）前記圧縮機油は、パラフィン鉱油、ナフテン鉱油、ポリαオレフィン油、ソ
フト型アルキルベンゼン油、ポリオールエステル油、およびポリビニルエーテル油のうちの少なくとも一種からなり、前記所定の動粘度が40℃において15 mm²/s以上100 mm²/s以下である。
（iv）前記密閉型電動圧縮機は、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ツインロータリー圧縮機、２段圧縮ロータリー圧縮機、またはスイング圧縮機である。

　以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は、ここで取り挙げた実施形態に限定されるものではなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。

　（空調装置）
　図１は、本発明に係る空調装置の構成例を示す系統模式図である。ここでは、家庭用空調装置を例にして説明する。図１に示したように、本発明に係る空調装置10は、非共沸混合冷媒を用いた空調装置であって、大きく分けて室外機1と室内機2とで構成される。室外機1には、密閉型電動圧縮機3、四方弁4、伝熱管6を有する室外熱交換器5、送風機7、および膨張弁8が内蔵されている。室内機2には、伝熱管6を有する室内熱交換器9と送風機7とが内蔵されている。また、各構成部材（送風機7を除く）は、非共沸混合冷媒を流通させる配管で接続されている。

　室内を冷房する冷房運転の場合、まず、密閉型電動圧縮機3にて非共沸混合冷媒が断熱的に圧縮される（圧縮行程）。圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、四方弁4を通って伝熱管6を有する室外熱交換器5に送られ、室外熱交換器5の伝熱管6を介して放熱させられて高圧の冷媒液となる（凝縮工程）。本発明では、密閉型電動圧縮機3から吐出された高温高圧の冷媒ガスが最初に送られる熱交換器を第１熱交換器と称する（凝縮器とも言う）。

　室外熱交換器5を通過した高圧の冷媒液は、膨張弁8で膨張して低温低圧の冷媒液となる（膨張行程）。次に、低温低圧の冷媒液は、室内熱交換器9に送られ、室内熱交換器9の伝熱管6を介して吸熱させられて低圧の冷媒ガスとなる（蒸発工程）。本発明では、膨張弁8から吐出された低温低圧の冷媒液が最初に送られる熱交換器を第２熱交換器と称する（蒸発器とも言う）。室内熱交換器9を通過した低圧の冷媒ガスは、四方弁4を通って密閉型電動圧縮機3に戻る。この一連の工程（圧縮行程、凝縮工程、膨張行程、蒸発工程）により、ヒートポンプサイクルが構成される。

　一方、室内を暖房する暖房運転の場合、四方弁4によって非共沸混合冷媒の流れが逆方向に変えられる。この場合、室内熱交換器9が第１熱交換器となって高温高圧の冷媒ガスからの放熱を担当し、室外熱交換器5が第２熱交換器となって低温低圧の冷媒液への吸熱を担当する。

　（非共沸混合冷媒）
　本発明においては、環境負荷が小さくかつ安全性が高い冷媒を目指して、非共沸混合冷媒を用いる。ここで、環境負荷が小さい冷媒とは、「ODP＜1」かつ「GWP≦350」を示す冷媒を意味するものとする。また、安全性が高い冷媒とは、「不燃性」かつ「低毒性」の冷媒を意味するものとする。なお、本発明での「低毒性」とは、発明時に「毒性を有する」と明確に認識されていないものを意味する。

　用いる非共沸混合冷媒としては、ジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンとモノクロロトリフルオロプロペンとを含むことが必須である。ジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンのみでは、いずれの配合比においても不燃性とならない。また、ジフルオロメタンとモノクロロトリフルオロプロペンのみでは、モノクロロトリフルオロプロペンが約55重量%以上とならないとGWP≦350にならず、モノクロロトリフルオロプロペンの配合比が多くなると熱化学安定性が低下する。次にジフルオロメタンとモノクロロトリフルオロプロペンの組合せでは蒸気圧が低く冷凍能力が不足してしまう。このために具体的には、10質量％以上45質量％以下のジフルオロメタン（HFC32）と、40質量％以上80質量％以下のテトラフルオロプロペンと、5質量％以上20質量％以下のモノクロロトリフルオロプロペンとを含むことが好ましい。なお、本発明の非共沸混合冷媒は、その蒸気圧特性に悪影響を及ぼさない範囲で安定化剤（例えば、アルコール類、フェノール類、カテコール類、エポキシ化合物、ジエン化合物）が配合されていてもよい。

　より具体的には、テトラフルオロプロペンとしては、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン（HFO1234yf）および／または1,3,3,3-テトラフルオロプロペン（HFO1234ze）を好ましく用いることができる。また、モノクロロトリフルオロプロペンとしては、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンおよび／または2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを好ましく用いることができる。

　（密閉型電動圧縮機）
　上記の非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機としては、公知の密閉型電動圧縮機を利用でき、例えば、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ツインロータリー圧縮機、２段圧縮ロータリー圧縮機、およびスイング圧縮機（ローラとベーンとが一体化されたもの）を好適に用いることができる。

　以下、スクロール圧縮機を例にして、密閉型電動圧縮機を簡単に説明する。図２は、縦型スクロール圧縮機の概略構造を示す断面模式図である。図２に示したように、密閉型電動圧縮機3（ここでは縦型スクロール圧縮機）は、圧力容器30の内部に、固定スクロール部材31と、固定スクロール部材31に噛み合わさる旋回スクロール部材34と、旋回スクロール部材34を支持する支持フレーム37と、旋回スクロール部材34を旋回運動させる回転軸38および電動モータ39とが収容されている。

　固定スクロール部材31は、端板32と、端板32に垂直に設けられた渦巻状ラップ33とを有し、旋回スクロール部材34も、基盤35と、基盤35に垂直に設けられた渦巻状ラップ36とを有する。固定スクロール部材31の渦巻状ラップ33と旋回スクロール部材34の渦巻状ラップ36とは、実質的に同一の形状を有し、渦巻状ラップ33と渦巻状ラップ36との間に圧縮室40が形成されるように（互いの渦巻状ラップ同士が隙間を空けながら）噛み合わさっている。

　固定スクロール部材31に対して旋回スクロール部材34を旋回させると、圧縮室40はその容積を次第に縮小しながらスクロール部材の中心に向かって旋回移動していく。これにより、圧縮室40内のガスが圧縮される。圧縮室40がスクロール部材の中心に到達すると、圧縮室40と吐出口41とが連通し、圧縮室40内部の圧縮ガスが吐出パイプ42から密閉型電動圧縮機3の外部に吐出される。

　縦型スクロール圧縮機において、電動モータ39の下方に油溜部43が設けられており、圧縮機油（冷凍機油とも言う）が溜められている。油溜部43の圧縮機油は、圧力差によって回転軸38内部に設けられた油孔44を通って汲み上げられ、主軸受45や副軸受46の潤滑に供給される。

　（圧縮機油）
　空調装置において、一般的に、圧縮機油と冷媒との組み合わせは、冷凍性能に強く影響を与えることから非常に重要である。本発明では、圧縮機油として公知の圧縮機油を利用でき、例えば、パラフィン鉱油、ナフテン鉱油、ポリαオレフィン油、ソフト型アルキルベンゼン油、ポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、およびそれらの混合油を好適に用いることができる。ただし、本発明者等が詳細かつ系統的に調査・検討したところ、本発明の非共沸混合冷媒は、パラフィン鉱油、ナフテン鉱油、ポリαオレフィン油、およびソフト型アルキルベンゼン油に対して難溶性を示し、ポリオールエステル油やポリビニルエーテル油に対して相溶性を示すことが判った。

　また、本発明者等の調査・検討の結果、冷凍性能の観点から、圧縮機油の粘度の制御が重要であることが確認された。例えば、40℃における動粘度が15 mm²/s以上100 mm²/s以下であることが好ましい。より具体的には、スクロール圧縮機において難溶性油を用いた場合、40℃における動粘度が32 mm²/s以上74 mm²/s以下が好ましい。スクロール圧縮機において相溶性油を用いた場合、40℃における動粘度が46 mm²/s以上100 mm²/s以下が好ましい。また、ロータリー圧縮機において難溶性油を用いた場合、40℃における動粘度が15 mm²/s以上56 mm²/s以下が好ましい。ロータリー圧縮機において相溶性油を用いた場合、40℃における動粘度が32 mm²/s以上74 mm²/s以下が好ましい。圧縮機油の粘度がこれら好ましい範囲を外れると、冷凍性能が低下する。

　なお、圧縮機油に対し、潤滑性向上剤、酸化防止剤、酸捕捉剤、消泡剤、および金属不活性剤などを必要に応じて添加してもよい。例えば、酸化防止剤として、フェノール系化合物（例えば、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール：DBPC）を好適に用いることができる。また、酸捕捉剤として、脂肪族エポキシ系化合物やカルボジイミド系化合物を好適に用いることができる。

　（伝熱管）
　新規な冷媒を用いた空調装置において、冷凍性能を従来と同等以上に確保するためには、熱交換器における冷媒の効率的な凝縮・蒸発が必要不可欠である。本発明の非共沸混合冷媒は、GWPが小さいという利点を有するが、混合冷媒を構成する各冷媒の非共沸度合が大きい（沸点と露点との差を示す温度勾配が大きい）ために、従来の冷媒と同じような凝縮・蒸発が難しいという弱点も有する。

　そこで、本発明者等は、本発明の非共沸混合冷媒に対して効率的な凝縮・蒸発を可能にする伝熱管の調査・検討を詳細かつ系統的に行った。その結果、使用する伝熱管としては、従来の単純な螺旋状内面溝を有する内面溝付管（単純螺旋状内面溝付管）ではなく、螺旋状内面溝を構成するフィンがのこぎり歯状フィンになっている内面溝付管（螺旋のこぎり歯状内面溝付管）が好ましいことを確認した。

　なお、伝熱管の素材に特段の限定はなく、従前の材料（例えば、銅、銅合金、アルミニウムなど）を好適に用いることができる。

　図３Ａは、単純螺旋状内面溝付管および冷媒の流れを示した概略断面図であり、図３Ｂは、螺旋のこぎり歯状内面溝付管および冷媒の流れを示した概略断面図である。

　図３Ａに示したように、従来の伝熱管6’（単純螺旋状内面溝付管）は、管壁61の内面に単純な螺旋状内面溝62’が形成されており、内面溝を構成するフィン（溝を区分けるフィン）は、均等な高さを有するフィン63’になっている。凝縮した冷媒液の流れ64’は、厳密には冷媒の質量流速の影響を受けるが、主に螺旋状内面溝62’に沿って生じる。

　一方、図３Ｂに示したように、本発明で用いる伝熱管6（螺旋のこぎり歯状内面溝付管）は、管壁61の内面に螺旋状内面溝62が形成されているが、内面溝を構成するフィン（溝を区分けるフィン）は、のこぎり歯状フィン63になっている。その結果、凝縮した冷媒液の流れ64は、螺旋状内面溝62に沿った流れに加えて、のこぎり歯状フィン63の間を抜ける流れも生じる。

　図４は、凝縮熱伝達率と冷媒の質量流速との関係を示す概略グラフである。図４に示したように、単純螺旋状内面溝付管では、冷媒の質量流速の増加に伴って凝縮熱伝達率がほぼ比例するように増大した。一方、螺旋のこぎり歯状内面溝付管では、冷媒質量流速の低速領域および中速領域において、単純螺旋状内面溝付管よりも明らかに高い凝縮熱伝達率を示したが、冷媒質量流速の高速領域おいて、両者の差異が縮小した。ただし、本発明が対象とする空調装置の分野では、通常、冷媒質量流速が低中速領域であるため、螺旋のこぎり歯状内面溝付管を用いることの意義は大きいと言える。

　図４のような結果が得られた理由としては、均等高さのフィン63’ではなく、のこぎり歯状フィン63であることで、冷媒質量流速が低中速領域であっても冷媒の乱流がより生じ易くなり、冷媒の攪拌が促進されて冷媒中の濃度分布（冷媒中の温度勾配）が低減されるためと考えられた。また、冷媒質量流速が高速領域になると、いずれの伝熱管でも冷媒の流れが乱流になるため、凝縮熱伝達率の差異が縮小したと考えられた。

　以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　（混合冷媒の性状）
　本発明の混合冷媒の一例として、ジフルオロメタン40質量％、1,3,3,3-テトラフルオロプロペン50質量％、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン10質量％からなる非共沸混合冷媒（冷媒１）を用意した。この冷媒１は、「ODP＜1」かつ「GWP≒300」であり、環境負荷が小さい冷媒と言える。ただし、混合冷媒を構成する各冷媒間の非共沸度合が大きく、沸点と露点との差を示す温度勾配は最大で約7℃を示す。

　本発明の混合冷媒の他の一例として、ジフルオロメタン30質量％、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン55質量％、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン15質量％からなる非共沸混合冷媒（冷媒２）を用意した。この冷媒２は、「ODP＜1」かつ「GWP≒240」であり、環境負荷が小さい冷媒と言える。ただし、混合冷媒を構成する各冷媒間の非共沸度合が大きく、沸点と露点との差を示す温度勾配は最大で約10℃を示す。

　ブンゼンバーナを用いて冷媒１，２の可燃性を調査したところ、それぞれ不燃性を示すことが確認された。また、冷媒１，２を構成する各冷媒は、いずれも低毒性物質であることから、冷媒１全体および冷媒２全体としても低毒性と考えられる。

　従来の混合冷媒として、R410A冷媒（HFC32／HFC125が50／50質量％の疑似共沸混合冷媒、冷媒３）を用意した。R410A冷媒は、「ODP＝0」であるが、「GWP≒2100」であり、環境負荷が小さい冷媒とは言えない。

　（実施例１）
　スクロール圧縮機（図２参照）を搭載した家庭用空調装置（図１参照、出力4.0 kW）を用いて、高速・高負荷条件下における耐久試験を実施した。混合冷媒として冷媒１を用い、冷媒量1500 gを空調装置中に封入した。スクロール圧縮機の圧縮機油には、ナフテン鉱油（40℃における動粘度56 mm²/s、油量400 ml）を用いた。この圧縮機油には、添加剤として、0.5質量％のエポキシ系酸捕捉剤と、0.25質量％の2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール（酸化防止剤）と、10 ppmのシリコーン油（消泡剤）とが配合されている。

　スクロール圧縮機の電動モータは、コイル巻線としてポリエステルイミド／アミドイミドの二重被覆エナメル線を用い、電動モータの鉄心とコイルとの間の電気絶縁を耐熱PETフィルム（Ｂ種130℃、厚さ250μm）で行った電動モータを用いた。また、伝熱管としては、螺旋のこぎり歯状内面溝付管（日立電線株式会社製、サーモエクセル-iチューブ、図３Ｂ参照）を用いた。

　上記の空調装置において、スクロール圧縮機の回転速度を6000 min^-1とし、2160時間の連続運転を行った。2160時間運転後に搭載したスクロール圧縮機を解体し、構成部材の摩耗状況、耐熱PETフィルムの劣化状況、および圧縮機油の劣化状況についてそれぞれ調査・測定した。

　構成部材の摩耗状況について、スクロール圧縮機の主軸受、副軸受、旋回スクロールの歯先、および固定スクロールの歯先において、摩耗が非常に少ないことが確認された。これは、本発明の混合冷媒に含まれる1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンが潤滑性に優れているため、圧縮機油の作用効果に加えて、構成部材の摩耗を更に防止する効果があったものと考えられた。

　耐久試験前後における耐熱PETフィルムの機械的特性とフィルム中のオリゴマー量とについて測定した。測定の結果、初期の耐熱PETフィルムは、引張強さ180 MPa、伸び率80％、オリゴマー量0.6質量%であった。耐久試験後の耐熱PETフィルムは、引張強さと伸び率との低下も少なく、オリゴマー量もほとんど減少していないことが確認された。
　耐久試験前後における圧縮機油の全酸価と添加剤残存量とについて測定した。圧縮機油の全酸価は滴定法を用い、添加剤残存量はガスクロマトグラフィーを用いて測定した。圧縮機油の全酸価は、耐久試験前後で共に0.01 mgKOH/gであり、実質的に変化がなかった。また、添加剤の酸捕捉剤および酸化防止剤は、残存量が50％以上あり、特に問題ないことが確認された。

　（実施例２）
　実施例１と同じ手法で、圧縮機油にポリオールエステル油（40℃における動粘度68 mm2/s、油量400 ml）を用いて、試験を実施した。この圧縮機油には、添加剤として、0.9質量％のエポキシ系酸捕捉剤と、0.25質量％の2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール（酸化防止剤）ととが配合されている。2160時間の連続運転を行った後、解体調査を実施した。スクロール圧縮機の主軸受、副軸受、旋回スクロールの歯先、および固定スクロールの歯先において、摩耗が非常に少ないことを確認した。また、圧縮機油の全酸価と添加剤残存量とについて測定した結果、圧縮機油の全酸価は、0.03 mgKOH/gであり、低い値であった。添加剤の酸捕捉剤および酸化防止剤は、残存量が50％以上あり、特に問題ないことが確認された。

　（実施例３）
　スクロール圧縮機（図２参照）を搭載した家庭用空調装置（図１参照、出力2.8 kW）を用いて、高温・高負荷条件下における耐久試験を実施した。混合冷媒として冷媒２を用い、冷媒量1350 gを空調装置中に封入した。スクロール圧縮機の圧縮機油には、ポリオールエステル油（40℃における動粘度68 mm²/s、油量350 ml）を用いた。この圧縮機油には、添加剤として、0.9質量％のエポキシ系酸捕捉剤と、0.25質量％の2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール（酸化防止剤）とが配合されている。

　スクロール圧縮機の電動モータは、実施例１と同じ電動モータを用いた。また、伝熱管も、実施例１と同じ螺旋のこぎり歯状内面溝付管を用いた。

　上記の空調装置において、スクロール圧縮機の回転速度を4000 min^-1とし、圧縮機温度を105℃に制御しながら、「ON/OFF＝50分/10分」の断続運転を合計1080時間行った。1080時間後に搭載したスクロール圧縮機を解体し、実施例１と同様に、構成部材の摩耗状況、耐熱PETフィルムの劣化状況、および圧縮機油の劣化状況についてそれぞれ調査した。

　調査・測定の結果、実施例１と同様に、構成部材（例えば、スクロール圧縮機の主軸受、副軸受、旋回スクロールの歯先、および固定スクロールの歯先）は、摩耗が非常に少ないことが確認された。また、耐久試験前後で耐熱PETフィルムは、特段の劣化がないことが確認された。圧縮機油においても、耐久試験前後で全酸価に実質的な変化がなく、酸捕捉剤および酸化防止剤でも残存量に問題ないことが確認された。

　（実施例４，５）
　本発明に係る空調装置の冷凍性能を評価するため、通年エネルギー消費効率（APF）を測定した。実施例４，５の空調装置は、上記の実施例１，２を用いてAPFを測定した。また、従来技術に相当する比較例１の空調装置と、本発明の規定を外れる比較例２の空調装置とを用意した。

　比較例１の空調装置は、混合冷媒として冷媒３を用い、伝熱管として単純螺旋状内面溝付管（日立電線株式会社製、サーモフィン-HGLチューブ、図３Ａ参照）を用いたこと以外は、実施例１と同様の家庭用空調装置とした。比較例２の空調装置は、混合冷媒として冷媒１を用い、伝熱管として単純螺旋状内面溝付管（日立電線株式会社製、サーモフィン-HGLチューブ、図３Ａ参照）を用いたこと以外は、実施例１と同様の家庭用空調装置とした。

　測定の結果、従来技術に相当する比較例１の空調装置の通年エネルギー消費効率（APF）を基準（100％）とすると、比較例２は「APF＝93％」であった。このことから、本発明の非共沸混合冷媒は、混合冷媒を構成する各冷媒の非共沸度合が大きい（沸点と露点との差を示す温度勾配が大きい）ことに起因する弱点を有することが確認された。

　実施例４、５の空調装置は、混合冷媒として冷媒１を用い、伝熱管として単純螺旋状内面溝付管（日立電線株式会社製、サーモフィン-HGLチューブ、図３Ａ参照）を用いて、熱交換器を対向流となるように配置した。通年エネルギー消費効率（APF）を測定した結果、実施例４，５の空調装置は、「APF＝100～101％」であり、従来技術の比較例１と同等の冷凍性能を有することが確認された。このように本実施例では、非共沸混合冷媒として「GWP≦350」を用いても、APFを低下させずに、従来の混合冷媒（例えば、R410A冷媒）に比して1/6以下に地球温暖化係数を低減でき、不燃性冷媒を用いた安全な空調装置が得られた。

　なお、上述した実施例は、本発明の理解を助けるために具体的に説明したものであり、本発明は、説明した全ての構成を備えることに限定されるものではない。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。例えば、本発明で規定した伝熱管に加えて、熱交換効率を向上させる手段を追加してもよいし、熱交換効率が更に向上する伝熱管によって本発明で規定した伝熱管を置換してもよい。

　10…空調装置、1…室外機、2…室内機、
　3…密閉型電動圧縮機、4…四方弁、5…室外熱交換器、6，6’…伝熱管、
　7…送風機、8…膨張弁、9…室内熱交換器、
　30…圧力容器、31…固定スクロール部材、32…端板、33…渦巻状ラップ、
　34…旋回スクロール部材、35…基盤、36…渦巻状ラップ、37…支持フレーム、
　38…回転軸、39…電動モータ、40…圧縮室、41…吐出口、42…吐出パイプ、
　43…油溜部、44…油孔、45…主軸受、46…副軸受、
　61…管壁、62，62’…螺旋状内面溝、63， 63’…フィン、
　64，64’…凝縮した冷媒液の流れ。

Claims

　非共沸混合冷媒を用いた空調装置であって、
所定の動粘度を有する圧縮機油で潤滑され前記非共沸混合冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機と、
前記密閉型電動圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒を放熱させる伝熱管を有する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁から吐出された前記非共沸混合冷媒を吸熱させる伝熱管を有する第２熱交換器と、
前記非共沸混合冷媒の循環方向を制御する四方弁とを具備し、
前記空調装置は前記第２熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒が前記密閉型電動圧縮機に戻されるヒートポンプサイクルを構成し、
前記非共沸混合冷媒は、ジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンとモノクロロトリフルオロプロペンとを含み、地球温暖化係数が350以下でかつ不燃性を示し、
前記伝熱管は、螺旋状の内面溝を有する内面溝付管であって前記内面溝を構成するフィンがのこぎり歯状フィンであることを特徴とする空調装置。
　非共沸混合冷媒を用いた空調装置であって、
所定の動粘度を有する圧縮機油で潤滑され前記非共沸混合冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機と、
前記密閉型電動圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒を放熱させる伝熱管を有する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁から吐出された前記非共沸混合冷媒を吸熱させる伝熱管を有する第２熱交換器と、
前記非共沸混合冷媒の循環方向を制御する四方弁とを具備し、
前記空調装置は前記第２熱交換器から吐出された前記非共沸混合冷媒が前記密閉型電動圧縮機に戻されるヒートポンプサイクルを構成し、
前記非共沸混合冷媒は、ジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンとモノクロロトリフルオロプロペンとを含み、地球温暖化係数が350以下でかつ不燃性を示し、
前記熱交換器内伝熱管を対向流に配置したことを特徴とする空調装置。
　請求項１又は請求項２に記載の空調装置において、
前記非共沸混合冷媒は、10質量％以上45質量％以下のジフルオロメタンと、40質量％以上80質量％以下のテトラフルオロプロペンと、5質量％以上20質量％以下のモノクロロトリフルオロプロペンとを含むことを特徴とする空調装置。
　請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の空調装置において、
前記テトラフルオロプロペンは、2,3,3,3-テトラフルオロプロペンおよび／または1,3,3,3-テトラフルオロプロペンであり、
前記モノクロロトリフルオロプロペンは、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンおよび／または2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンであること特徴とする空調装置。
　請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の空調装置において、
前記圧縮機油は、パラフィン鉱油、ナフテン鉱油、ポリαオレフィン油、ソフト型アルキルベンゼン油、ポリオールエステル油、およびポリビニルエーテル油のうちの少なくとも一種からなり、前記所定の動粘度が40℃において15 mm²/s以上100 mm²/s以下であることを特徴とする空調装置。
　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の空調装置において、
前記密閉型電動圧縮機は、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機、ツインロータリー圧縮機、２段圧縮ロータリー圧縮機、またはスイング圧縮機であることを特徴とする空調装置。