WO2009133859A1

WO2009133859A1 - 冷凍回路

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Publication number: WO2009133859A1
Application number: PCT/JP2009/058290
Authority: WO
Inventors: 小松俊二
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: EP2309205A1; JP2009270727A; EP2309205A4; EP2309205B1; CN102016445A; US20110041547A1

Abstract

　圧縮機、とくに電動機を内蔵した圧縮機、凝縮器、減圧・膨張手段、蒸発器とを備えた冷凍回路において、冷媒としてＲ１２３４ｙｆを使用するとともに、冷凍回路内にラジカル捕捉剤または重合防止剤を配したことを特徴とする冷凍回路。使用冷媒を新冷媒であるＲ１２３４ｙｆに変更する場合であって、ラジカルが形成される可能性がある場合に対し、ラジカルの発生を防止または抑制して、Ｒ１２３４ｙｆの重合を防止し、新冷媒を用いた場合にも目標とする性能を実現可能な冷凍回路を提供できる。

Description

冷凍回路

　本発明は、特定の新しい冷媒を用いる場合にも高い性能が得られるようにした、電動圧縮機が組み込まれている場合に好適な冷凍回路に関する。

　例えば車両用空調装置等に用いられる冷凍回路は、図１に示すような基本構成を有している。図１において、冷凍回路１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器４と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段としての膨張弁５と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器６とを備えており、この冷凍回路１中を冷媒がその状態を変化させながら循環される。このような冷凍回路１においては、現状、代表的な冷媒としてＲ１３４ａ等が使用されている。

　この現状の代表的な冷媒Ｒ１３４ａ等に対し、地球温暖化係数（ＧＷＰ）等のさらなる改善を目指して、新冷媒の研究、開発が行われている（例えば、非特許文献１）。このような改善を目指した新冷媒として、最近、Ｒ１２３４ｙｆが公表され、例えば、車両用空調装置等に用いられる冷凍サイクルへの適用についても、試験、研究を行うことが可能な状況となってきた。

冷凍２００８年３月号第８３巻第９６５号

　今までの冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）は、二重結合を含まないので、二重結合に起因する問題を考慮する必要がない。ところが、上記新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの基本的な分子構造はＣＦ₃－ＣＦ＝ＣＨ₂であり、二重結合を含んでいる。この二重結合はσ結合とπ結合から成立するが、π結合は一般に外部からの攻撃に脆弱である。もし、π結合が破壊された場合、二重結合が開き連鎖反応により－Ｃ－Ｃ－Ｃ－Ｃ・・・・Ｃ－の高分子を形成する可能性がある。高分子が形成されてしまうと、冷媒特性が大きく変化し、冷凍回路の性能が大幅に低下するおそれがある。

　上記二重結合を破壊する主な要因は、通常、ラジカル物質、例えばＣｌ－、ＯＨ－、Ｏ₃などであるが、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、一般的にラジカルの形成は考え難い。しかし、図１に示したように、例えば電動機３を内臓した圧縮機２、つまり電動圧縮機２を用いた場合には、電動機３内の高電圧によりラジカルが形成される可能性があり、上記新冷媒Ｒ１２３４ｙｆのπ結合を攻撃して二重結合を開き、－Ｃ－Ｃ－Ｃ－Ｃ・・・・Ｃ－の高分子を形成することが予測される。

　そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、とくに使用冷媒を新冷媒であるＲ１２３４ｙｆに変更する場合であって、ラジカルが形成される可能性がある場合に対し、ラジカルの発生を防止または抑制して、Ｒ１２３４ｙｆの重合を防止し、新冷媒を用いた場合にも目標とする性能を実現可能な冷凍回路を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍回路において、冷媒としてＲ１２３４ｙｆを使用するとともに、冷凍回路内にラジカル捕捉剤または重合防止剤を配したことを特徴とするものからなる。すなわち、冷凍回路内のいずれかの部位に、好ましくは、ラジカルの発生のおそれがある部位または／およびその近傍に、ラジカル捕捉剤または重合防止剤を配することで、ラジカルの発生を防止あるいは抑制してＲ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐようにしたものである。

　本発明に係る冷凍回路は、例えば上記圧縮機が、圧縮機駆動用の電動機を内蔵した電動圧縮機からなる場合に好適なものである。前述したように、高電圧が印加される部位ではラジカルの発生のおそれがあるので、電動機を内蔵した電動圧縮機を使用する場合には、高電圧が印加されラジカルの発生のおそれがある電動圧縮機内または／およびその近傍に、ラジカル捕捉剤または重合防止剤を配することが好ましく、これによってラジカルの発生を効率よく防止あるいは抑制してＲ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐことができるようになる。

　また、本発明に係る冷凍回路は、圧縮機が上記のような電動圧縮機からなる場合以外にも適用可能であり、ラジカルの発生の可能性、Ｒ１２３４ｙｆの重合の可能性が考えられるいずれの冷凍回路にも適用可能である。したがって例えば、本発明は、上記圧縮機が、外部駆動源により駆動される圧縮機からなる場合、例えば、駆動力伝達用のベルト等を介して車両のエンジン等の外部駆動源により駆動されるベルト駆動圧縮機からなる場合にも適用可能であり、本発明の適用により、ラジカルの発生を防止あるいは抑制してＲ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐことが可能となる。

　さらに、本発明に係る冷凍回路は、上記の如く圧縮機が、圧縮機駆動用の電動機を内蔵した電動圧縮機からなる場合に好適なものであることから、圧縮機がいわゆるハイブリッド圧縮機からなる場合にも好適なものである。すなわち、本発明に係る冷凍回路は、例えば、上記圧縮機が、第１の圧縮機構と第２の圧縮機構を有し、第１の圧縮機構が外部駆動源により、第２の圧縮機構が内蔵電動機により、選択的にまたは同時に駆動される圧縮機からなる場合にも好適なものである。このようなハイブリッド圧縮機は、大きく分類すれば、駆動源として内蔵電動機を用いるという観点から、電動圧縮機の範疇に含めることが可能である。

　このような本発明に係る冷凍回路においては、上記ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、冷媒と接触する回路内面形成部材の表面に配されることにより冷凍回路内に配されている形態を採ることができる。この場合、表面にラジカル捕捉剤または重合防止剤が配され、その表面に冷媒と接触する回路内面形成部材が、とくに上記圧縮機内、なかでも上記電動圧縮機内の部材からなると、高電圧によりラジカルが発生しやすい回路内の場所においてより効果的にラジカルの発生を防止あるいは抑制できる。またこの場合、ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、冷媒と接触する回路内面形成部材の材料中に配合されている形態とすることも可能である。あるいは、ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、冷媒と接触する回路内面形成部材の表面にコーティングにより配されている（固定されている）形態とすることも可能である。回路内面形成部材の材料中に配合する場合には、例えばラジカル捕捉剤や重合防止剤を配合した高分子材料等を使用すればよく、コーティングにより配する場合には、例えばラジカル捕捉剤や重合防止剤を適切な溶媒に溶解または混合した状態の溶液を塗布した後、溶媒を除去すればよい。

　あるいは、上記ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、冷媒中に含有されることにより冷凍回路内に配されている形態を採ることもできる。この場合、冷凍回路内のどの箇所においても、ラジカル捕捉剤または重合防止剤により、ラジカルの発生を防止あるいは抑制してＲ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐことが可能である。

　このような本発明に係る冷凍回路は、基本的には新冷媒Ｒ１２３４ｙｆを使用しようとするベルト駆動圧縮機（外部駆動源により駆動される圧縮機）や電動圧縮機を用いたあらゆる冷凍回路に適用可能であるが、とくに効率の良い運転や、長期間にわたって安定した運転が求められる車両用空調装置の冷凍回路として好適なものである。

　本発明に係る冷凍回路によれば、新冷媒Ｒ１２３４ｙｆを使用し、回路内でラジカルが形成される可能性がある場合に対し、とくに高電圧が印加される電動圧縮機を用いる場合に対し、ラジカルの発生を防止または抑制して、Ｒ１２３４ｙｆの重合を防止し、Ｒ１２３４ｙｆの安定した使用を可能として目標とする冷凍回路性能を発揮させることができ、新冷媒を用いる意図としての地球温暖化係数（ＧＷＰ）等の改善を確実に推進することが可能になる。

本発明で対象としている冷凍回路の基本機器配置を例示した概略構成図である。

　以下に、本発明について、とくに本発明において使用されるラジカル捕捉剤または重合防止剤の具体例について説明する。
　前述の如く、本発明においては、冷凍回路内のいずれかの部位に、好ましくは、ラジカルが形成される可能性がある部位または／およびその近傍に、ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、材料への練り込みやコーティング等によって、あるいは直接冷媒中に含有させることによって、冷凍回路内に配することで、ラジカルの発生を防止あるいは抑制して新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐようにし、新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの特性を長期間安定して発揮できるようにしている。上記ラジカルが形成される可能性がある部位としては、例えば高電圧が印加されラジカルの発生のおそれがある電動圧縮機内または／およびその近傍が挙げられるが、本発明はベルト駆動圧縮機（外部駆動源により駆動される圧縮機）の場合であっても適用可能であり、冷凍回路内のいずれかの部位に本発明を適用することにより、新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐことが可能になる。この新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの重合の防止は、ラジカルの捕捉を介して、あるいは直接的に重合を防止することにより達成されるが、ラジカルの捕捉も直接的な重合防止も、最終的な達成目標は新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの重合防止にあるので、実際には、ラジカル捕捉剤または重合防止剤は区別することなく例示可能である。

　このような本発明におけるラジカル捕捉剤や重合防止剤として、以下のようなものが例示できる。
・2,5-Di-tert-butyl-hydroquinone（化学構造を下記化１に示す。）
・4,4'-Butylidene-bis-(3-methyl-6-tert-butylphenol) （化学構造を下記化２に示す。）
・Hydroquinone（化学構造を下記化３に示す。）
・Phenothiazine （化学構造を下記化４に示す。）

　上記のようなラジカル捕捉剤や重合防止剤を、図１に示したような冷凍回路１（つまり、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器４と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段としての膨張弁５と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器６とを備えた冷凍回路１）内のいずれかの部位、とくに圧縮機２が電動機３を内蔵した電動圧縮機である場合にその電動圧縮機内および／またはその近傍に、前述したいずれかの形態にて配することで、ラジカルの発生を防止あるいは抑制して新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの重合を未然に防ぐことが可能になる。ただし、上記化１～化４に示したものはあくまで例示であって、これらと同等のラジカル捕捉剤や重合防止剤を使用してもよい。上記化１～化４と同等のラジカル捕捉剤や重合防止剤である限り、新冷媒Ｒ１２３４ｙｆの重合防止に関して、同様の効果が期待できる。

　本発明に係る冷凍回路は、基本的に新冷媒Ｒ１２３４ｙｆを使用しラジカルの発生の可能性があるあらゆる冷凍回路に適用可能であり、とくに車両用空調装置に用いられる冷凍回路として好適なものである。

１　冷凍サイクル
２　圧縮機
３　電動機
４　凝縮器
５　減圧・膨張手段としての膨張弁
６　蒸発器

Claims

　冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍回路において、冷媒としてＲ１２３４ｙｆを使用するとともに、冷凍回路内にラジカル捕捉剤または重合防止剤を配したことを特徴とする冷凍回路。
　前記圧縮機が、圧縮機駆動用の電動機を内蔵した電動圧縮機からなる、請求項１に記載の冷凍回路。
　前記圧縮機が、外部駆動源により駆動される圧縮機からなる、請求項１に記載の冷凍回路。
　前記圧縮機が、第１の圧縮機構と第２の圧縮機構を有し、第１の圧縮機構が外部駆動源により、第２の圧縮機構が内蔵電動機により、選択的にまたは同時に駆動される圧縮機からなる、請求項１に記載の冷凍回路。
　前記ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、前記冷媒と接触する回路内面形成部材の表面に配されることにより冷凍回路内に配されている、請求項１に記載の冷凍回路。
　前記冷媒と接触する回路内面形成部材が、前記圧縮機内の部材からなる、請求項５に記載の冷凍回路。
　前記ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、前記冷媒と接触する回路内面形成部材の材料中に配合されている、請求項５に記載の冷凍回路。
　前記ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、前記冷媒と接触する回路内面形成部材の表面にコーティングにより配されている、請求項５に記載の冷凍回路。
　前記ラジカル捕捉剤または重合防止剤が、前記冷媒中に含有されることにより冷凍回路内に配されている、請求項１に記載の冷凍回路。
　車両用空調装置に用いられる、請求項１に記載の冷凍回路。