JP2021162213A

JP2021162213A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2021162213A
Application number: JP2020063368A
Authority: JP
Inventors: 勝田中; Masaru Tanaka
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-10-11
Also published as: WO2021200750A1

Abstract

【課題】分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が流れる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、冷媒が分解して酸性物質が生成されたとしても、酸性物質による部品の劣化が抑制されやすい冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】チラー装置１０は、冷媒回路５０を有する。冷媒回路は、オイルフリーの圧縮機１００、凝縮器２０、蒸発器４０、及び膨張弁３０を含む。冷媒回路には、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が充填される。冷媒回路には、酸捕捉器７０が設置される。
【選択図】図１

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関し、特には、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒を使用する冷媒回路を有する冷凍サイクル装置に関する。

特許文献１（特表２０１１−５２００８９）のように、環境保全のため、冷凍サイクル装置に、地球温暖化係数の小さな、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が使用される場合がある。

このような冷媒は、空気との接触や熱により分解し、酸性の分解物を発生させる場合がある。冷媒回路内で使用されている部品の材質によっては、酸性の分解物が、部品が劣化させるおそれがある。

第１観点に係る冷凍サイクル装置は、冷媒回路を有する。冷媒回路は、オイルフリーの圧縮機、凝縮器、蒸発器、及び膨張弁を含む。冷媒回路には、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が充填される。冷媒回路には、酸捕捉器が設置される。

第１観点の冷凍サイクル装置では、冷媒回路に酸捕捉器が設置されることで、冷媒が分解して酸性物質が生成された場合であっても、これを捕捉して、冷媒回路内で使用されている部品の酸性物質による劣化を抑制できる。

第２観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、酸捕捉器は、酸捕捉材の収容されている容器である。

第３観点に係る冷凍サイクル装置は、第２観点の冷凍サイクル装置であって、酸捕捉材は、モレキュラーシーブを含む。

第４観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、酸捕捉器は、冷媒回路の、圧縮機の吐出口と凝縮器との間に設置される。

第４観点の冷凍サイクル装置では、高温となる圧縮機の内部で冷媒が分解した場合であっても、圧縮機から凝縮器に入るまでに冷媒中の酸性物質を捕捉できる。そのため、この冷凍サイクル装置では、冷媒回路内で使用されている部品の酸性物質による劣化が抑制されやすい。

第５観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第４観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、圧縮機のモータ用の電線のコネクタ、モータ用の電線の結束バンド、及び、モータが回転させるシャフトを支持する転がり軸受の保持器、の少なくとも１つにおいてナイロン樹脂が使用される。

第５観点の冷凍サイクル装置では、酸捕捉器を用いることで、圧縮機に、耐酸性の高価な材料を用いた部品ではなく、ナイロン樹脂製の安価な部品を用いることができる。

冷凍サイクル装置の一実施形態に係るチラー装置のブロック構成図である。図１のチラー装置で用いられる圧縮機の概略断面図である。図２の圧縮機のラジアルタッチダウン軸受の概略断面図である。変形例Ｂに係るチラー装置のブロック構成図の他の例である。

以下に、図面を参照して、本開示の冷凍サイクル装置の実施形態を説明する。

（１）全体概要
冷凍サイクル装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを利用して対象物を冷却又は加熱する装置である。ここでは、チラー装置１０を例に、冷凍サイクル装置について説明する。図１は、チラー装置１０のブロック構成図である。

チラー装置１０は、液（熱媒体）を冷媒と熱交換させて、液を冷却する装置である。チラー装置１０で冷却された液は、図示しない利用側機器に供給され、空気調和や、設備機器の冷却等に利用される。本実施形態で使用される液は、例えば、水やブラインである。ブラインは、例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液等である。なお、冷媒と熱交換する液（熱媒体）は、ここに例示した種類に限定されるものではなく、適宜選択されればよい。本実施形態では、液（熱媒体）として水が使用される。

なお、本開示に係る冷凍サイクル装置の種類は、液を冷却するチラー装置１０に限定されない。例えば、冷凍サイクル装置は、液（熱媒体）と冷媒とを熱交換させて、液を加熱する装置であってもよい。また、冷凍サイクル装置は、液ではなく、空気と冷媒とを熱交換させて、空気を冷却したり、加熱したりする装置であってもよい。

チラー装置１０は、冷媒回路５０を備える。冷媒回路５０に配置される機器には、圧縮機１００、凝縮器２０、膨張弁３０、蒸発器４０及び酸捕捉器７０を主に含む。冷媒回路５０は、圧縮機１００、凝縮器２０、膨張弁３０及び蒸発器４０が冷媒配管により以下のように接続されて構成されている。圧縮機１００の後述する吐出口１１９は、冷媒配管により凝縮器２０の入口と接続されている。圧縮機１００の吐出口１１９と凝縮器２０の入口とを接続する冷媒配管には、酸捕捉器７０が配置されている。凝縮器２０の出口は、冷媒配管により蒸発器４０の入口と接続されている。凝縮器２０の出口と蒸発器４０の入口とを接続する冷媒配管には、膨張弁３０が配置されている。蒸発器４０の出口は、圧縮機１００の後述する吸入口１１５と接続されている。

なお、冷媒回路５０に配置される機器は、圧縮機１００、凝縮器２０、膨張弁３０、蒸発器４０、及び酸捕捉器７０に限定されるものではなく、これらに加えて、冷凍サイクル装置の冷媒回路５０において一般的に使用されるその他の機器を含んでもよい。

冷媒回路５０には、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が充填されている。冷媒の種類を限定するものではないが、冷媒回路５０に充填される、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒には、例えば、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）（トランス−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン）、Ｒ１２３３ｘｆ（２−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン）、Ｒ１２２４ｙｄ（Ｚ）（（Ｚ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン）を含む。冷媒回路５０に充填される冷媒は、単一成分の冷媒であってもよいし、２種類以上の冷媒を混合した混合冷媒であってもよい。本実施形態のチラー装置１０では、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）の単体が冷媒として用いられる。

また、チラー装置１０は、圧縮機１００の各種構成（後述する、インレットガイドベーン１２４、モータ１４０、磁気軸受１５０）や、膨張弁３０の、チラー装置１０の各部の動作を制御するコントローラ６０を含む。

チラー装置１０が運転されると、冷媒回路５０内を冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。具体的には、圧縮機１００のモータ１４０が運転されると、圧縮機１００は、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮して冷凍サイクルにおける高圧のガス冷媒として吐出する。圧縮機１００が吐出する高圧のガス冷媒は、凝縮器２０へと送られる。凝縮器２０に送られた高圧のガス冷媒は、凝縮器２０において放熱して凝縮し、高圧の液冷媒となる。凝縮器２０で凝縮した冷媒は、膨張弁３０を通過して蒸発器４０へと送られる。なお、凝縮器２０から蒸発器４０に向かって流れる高圧の液冷媒は、膨張弁３０を通過する際に減圧され、低圧の気液二相冷媒になる。蒸発器４０に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器４０に供給される液（熱媒体）から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。蒸発器４０において冷媒が液から吸熱することで、液は冷却される。蒸発器４０において冷却された液は、冷却された液を利用する図示しない利用側機器に供給される。一方、蒸発器４０において蒸発したガス冷媒は、圧縮機１００に吸入され、再び圧縮される。

（２）詳細構成
（２−１）圧縮機
圧縮機１００は、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮して冷凍サイクルにおける高圧のガス冷媒として吐出する装置である。本実施形態では、圧縮機１００は、単段圧縮のターボ圧縮機である。

ただし、圧縮機１００は、単段圧縮のターボ圧縮機に限定されるものではなく、多段圧縮のターボ圧縮機であってもよい。また、冷凍サイクル装置で使用される圧縮機の種類は、ターボ圧縮機に限定されるものではなく、他の種類の圧縮機であってもよい。例えば、冷凍サイクル装置の圧縮機は、ターボ圧縮機のような遠心式圧縮機ではなく、スクリュー圧縮機のような容積式圧縮機であってもよい。

本実施形態の圧縮機１００は、摺動部の潤滑のために冷凍機油（潤滑油）を使用しない、オイルフリーの圧縮機である。

チラー装置１０の冷媒回路５０には、上述のように分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒（本実施形態ではＲ１２３３ｚｄ（Ｅ））が充填される。分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒は、空気との接触や、熱により分解し、酸性の分解物が発生する場合がある。特に、圧縮機１００内は高温になるため、圧縮機１００の内部では冷媒の一部が分解し、酸性の分解物が発生するおそれがある。例えば、冷媒がＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）である場合、分解物として、フッ酸等の酸性物質が発生するおそれがある。

圧縮機１００が冷凍機油（潤滑油）を使用する場合、冷凍機油には酸捕捉剤が添加される場合が多い。そのため、冷凍機油を用いる場合には、酸性物質による部品の劣化は抑制されやすい。しかし、ここでは、圧縮機１００が、冷凍機油を使用しないオイルフリーの圧縮機であるため、酸捕捉剤は使用されない。そこで、本チラー装置１０では、後述する酸捕捉器７０により酸性物質が処理される。

圧縮機１００の構造について、図２を参照しながら説明する。図２は、圧縮機１００の概略断面図である。圧縮機１００は、主に、ケーシング１１０と、圧縮機構１２０と、シャフト１３０と、モータ１４０と、磁気軸受１５０と、タッチダウン軸受１６０と、を備える。

圧縮機１００のこれらの構成について概説する。

ケーシング１１０は、圧縮機構１２０、シャフト１３０、モータ１４０、磁気軸受１５０及びタッチダウン軸受１６０を含む、圧縮機１００の各種部品をその内部に収容する。

圧縮機構１２０は、インペラ１２２と、インレットガイドベーン１２４と、ケーシング１１０に設けられているディフューザ部１２６と、を主に含む。圧縮機構１２０は、インペラ１２２の回転により冷媒ガスを加速した後、ディフューザ部１２６で冷媒ガスの運動エネルギーを圧力に変換して冷媒ガスを圧縮する。

シャフト１３０には、圧縮機構１２０のインペラ１２２が取り付けられている。シャフト１３０は、モータ１４０の後述する回転子１４４に連結されている。モータ１４０の回転子１４４が回転すると、シャフト１３０が回転し、シャフト１３０に取り付けられているインペラ１２２が回転する。

磁気軸受１５０は、シャフト１３０を磁気浮上させ、シャフト１３０を回転可能に支持する。タッチダウン軸受１６０は、停電時等の磁気軸受１５０に対する非通電時に、言い換えるとシャフト１３０が磁気浮上していない時に、シャフト１３０を支持する。

ケーシング１１０、圧縮機構１２０、シャフト１３０、モータ１４０、磁気軸受１５０、及びタッチダウン軸受１６０について詳細を説明する。

（２−１−１）ケーシング
ケーシング１１０は、両端が閉塞された円筒形状を有する。圧縮機１００は、円筒形状のケーシング１１０の中心軸Ｏが、実質的に水平方向に延びるような姿勢で設置される。ケーシング１１０の内部空間は、壁部１１２により、圧縮機構１２０のインペラ１２２を収容するインペラ室Ｓ１と、モータ１４０を収容するモータ室Ｓ２と、に区画されている。図２中では、壁部１１２の右側にインペラ室Ｓ１が配置され、壁部１１２の左側にモータ室Ｓ２が配置される。なお、インペラ室Ｓ１とモータ室Ｓ２とは、壁部１１２により気密状に区画されるのではなく、互いに連通している。

ケーシング１１０には、吸入管１１４と、吐出管１１６と、が設けられている。

吸入管１１４は、その一端が、ケーシング１１０の中心軸Ｏの軸方向における一方の端部（図２中では右端部）に形成されている吸入口１１５に接続されている。吸入口１１５は、中心軸Ｏに沿って見た時に、インペラ室Ｓ１の中央部に開口している。吸入管１１４の他端（ケーシング１１０の吸入口１１５に接続される側とは反対側の端部）は、配管を介して蒸発器４０に接続されている。圧縮機１００が運転されると、インペラ室Ｓ１には、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒が吸入管１１４を介して吸入される。上述のようにインペラ室Ｓ１とモータ室Ｓ２とは連通しているため、吸入管１１４を介してインペラ室Ｓ１に流入した冷媒の一部は、モータ室Ｓ２にも流入する。

吐出管１１６は、その一端が、ケーシング１１０の側部に形成されている吐出口１１９に接続されている。吐出口１１９に接続される吐出管１１６は、第１空間１１８と連通している。第１空間１１８は、インペラ１２２で加速された冷媒が、ディフューザ部１２６を通過して流入する空間である。吐出管１１６の他端（ケーシング１１０の吐出口１１９と接続される側とは反対側の端部）は、配管を介して凝縮器２０に接続されている。圧縮機１００が運転されると、圧縮機構１２０により圧縮された高圧のガス冷媒は、第１空間１１８及び吐出管１１６を通過して、凝縮器２０へと送られる。なお、圧縮機１００の吐出口１１９を出たガス冷媒は、後述する酸捕捉器７０を通過して、凝縮器２０へと送られる。

ケーシング１１０の側部には、モータ１４０への電源供給用のターミナル１４９が設けられている。ターミナル１４９は、ケーシング１１０の内部と外部とを貫いて延びるターミナルピン１４９ａを含む。ターミナルピン１４９ａのケーシング１１０の外部側には、外部電源が接続される。ターミナルピン１４９ａのケーシング１１０の内部側には、モータ１４０のリード線（電線）１４６が、リード線１４６の端部に取り付けられているコネクタ１４８を介して取り付けられる。

（２−１−２）圧縮機構
圧縮機構１２０は、上述のように、主に、インペラ１２２と、インレットガイドベーン１２４と、ディフューザ部１２６と、を備える。

インペラ１２２は、複数の羽根を有し、略円錐形状の外形を有する。インペラ１２２は、インペラ室Ｓ１に配置されている。インペラ１２２は、シャフト１３０に取り付けられている。シャフト１３０が回転し、インペラ１２２が回転すると、ガス冷媒は、インペラ１２２に取り込まれ、インペラ１２２において加速される。

インレットガイドベーン１２４は、吸入管１１４が接続される圧縮機１００の吸入口１１５に設けられ、インペラ１２２への冷媒の流入量を調節する機構である。インレットガイドベーン１２４は、圧縮機１００の冷媒の吸い込み方向において、インペラ１２２の上流側に配置される。インレットガイドベーン１２４は、ケーシング１１０に取り付けられている。

インレットガイドベーン１２４は、主に、複数のベーン本体１２４ａと、支持部１２５ａと、取付部１２５ｂと、ベーン本体１２４ａを駆動する駆動部１２４ｂと、を含む。駆動部１２４ｂは、限定するものではないが、ステッピングモータである。ベーン本体１２４ａは、薄板上に形成された翼状の部材である。支持部１２５ａは、ベーン本体１２４ａを支持する。支持部１２５ａは、ベーン本体１２４ａに連結され、ベーン本体１２４ａを回動させるための軸となる部材である。取付部１２５ｂは、支持部１２５ａを回転可能に支持する。取付部１２５ｂは、直接的に又は間接的に、ケーシング１１０に固定されている。駆動部１２４ｂが、図示しない動力伝達機構を介して支持部１２５ａを取付部１２５ｂに対して回動させることで、ベーン本体１２４ａが回動し、中心軸Ｏに沿って見た時の、吸入口１１５からインペラ１２２へと向かう冷媒の流路の流路面積が変化する。その結果、インペラ１２２への冷媒の流入量が変化する。

ディフューザ部１２６は、冷媒速度を変化させて冷媒圧力を増加させる冷媒の流路である。ディフューザ部１２６は、インペラ室Ｓ１と第１空間１１８との間に配置される。

（２−１−３）シャフト
シャフト１３０は、モータ１４０の駆動力をインペラ１２２に伝える駆動軸である。シャフト１３０は、インペラ室Ｓ１とモータ室Ｓ２とにわたって延びる。言い換えれば、シャフト１３０は、インペラ室Ｓ１とモータ室Ｓ２との間を、壁部１１２を超えて延びる。シャフト１３０は、シャフト１３０の軸方向（ケーシング１１０の中心軸Ｏの軸方向と同じ）における中央部分で、モータ１４０の回転子１４４と連結されている。シャフト１３０の一方の端部には、インペラ１２２が取り付けられている。シャフト１３０の他方の端部には、円盤部１３２が設けられる。

この圧縮機１００では、シャフト１３０が磁気軸受１５０により支持されるため、シャフト１３０及び円盤部１３２は、磁性材料製である。

（２−１−４）モータ
モータ１４０は、シャフト１３０を回転させる。モータ１４０は、主として、固定子１４２と、回転子１４４とを有する。固定子１４２は、円筒形状に形成されている。固定子１４２の外面は、ケーシング１１０の内面に固定されている。回転子１４４は、円柱形状に形成されている。回転子１４４は、固定子１４２の内側に、僅かな隙間を空けて回転可能に設置されている。回転子１４４の中心部には、シャフト１３０が挿通されて固定される軸孔が形成されている。

固定子１４２の固定子コアには、コイルが巻き回されている（固定子コア及びコイルの図示は省略）。コイルは、複数のリード線（電線）１４６、コネクタ１４８、及びケーシング１１０の側部に設けられたターミナル１４９を介して外部電源と接続されている。具体的に説明する。

コネクタ１４８は、リード線１４６とターミナルピン１４９ａとを電気的に接続させる複数の接続端子（図示省略）と、複数の接続端子を収容する合成樹脂製のケーシング（図示省略）と、を含む。複数の接続端子のそれぞれには、対応する１のリード線１４６が接続されている。ターミナル１４９の複数のターミナルピン１４９ａのそれぞれには、その内部側に、コネクタ１４８の対応する１の接続端子が接続されている。また、ターミナルピン１４９ａのケーシング１１０の外部側には、外部電源が接続されている。このようにして、コイルと外部電源とは電気的に接続されて、コイルには、ターミナルピン１４９ａ、コネクタ１４８の接続端子、及びリード線１４６を介して、電力が供給される。なお、複数のリード線１４６は、合成樹脂製の結束バンド１４６ａで束ねられている。

（２−１−５）磁気軸受
磁気軸受１５０は、シャフト１３０を磁気浮上させることで、シャフト１３０を非接触で回転可能に支持する。

磁気軸受１５０は、好ましくは、第１ラジアル磁気軸受１５２と、第２ラジアル磁気軸受１５４と、スラスト磁気軸受１５６と、を含む。第１ラジアル磁気軸受１５２は、シャフト１３０の軸方向において、インペラ１２２と、モータ１４０と、の間に配置されている。第２ラジアル磁気軸受１５４は、シャフト１３０の軸方向において、モータ１４０と、シャフト１３０の端部に設けられた円盤部１３２と、の間に配置されている。スラスト磁気軸受１５６は、シャフト１３０の端部に設けられた円盤部１３２に隣接して配置されている。

第１ラジアル磁気軸受１５２、第２ラジアル磁気軸受１５４、及びスラスト磁気軸受１５６のそれぞれは、複数の電磁石（図視せず）を含み、複数の電磁石の合成電磁力によりシャフト１３０を非接触に支持する。

第１ラジアル磁気軸受１５２の複数の電磁石は、シャフト１３０の周囲に、周方向に並べて配置されている。第２ラジアル磁気軸受１５４の複数の電磁石は、シャフト１３０の周囲に、周方向に並べて配置されている。スラスト磁気軸受１５６の複数の電磁石は、シャフト１３０の軸方向において、シャフト１３０の端部に設けられている円盤部１３２を挟むように配置されている。第１ラジアル磁気軸受１５２及び第２ラジアル磁気軸受１５４は、シャフト１３０の径方向の位置を調節する。スラスト磁気軸受１５６は、シャフト１３０の軸方向の位置を調節する。

シャフト１３０の位置調整についてより詳しく説明する。圧縮機１００には、磁気軸受１５２，１５４，１５６に対するシャフト１３０の径方向位置及び軸方向位置を検知するためのセンサが複数設けられている（図示省略）。磁気軸受１５２，１５４，１５６に対するシャフト１３０の径方向位置及び軸方向位置を検知するためのセンサは、例えば、渦電流式の変位センサである。後述するコントローラ６０は、これらのセンサの検出結果に基づいて、シャフト１３０が磁気軸受１５２，１５４，１５６に対して所定の位置に配置されるように、シャフト１３０に作用する合成電磁力を制御する。具体的には、コントローラ６０は、第１ラジアル磁気軸受１５２、第２ラジアル磁気軸受１５４、及びスラスト磁気軸受１５６の複数の電磁石のそれぞれに流れる電流を制御することで、シャフト１３０に作用する合成電磁力を制御し、シャフト１３０の磁気軸受１５２，１５４，１５６に対する位置を制御する。

（２−１−６）タッチダウン軸受
タッチダウン軸受１６０は、磁気軸受１５０に対する非通電時に、言い換えるとシャフト１３０が磁気浮上していない時に、シャフト１３０を支持する軸受である。

タッチダウン軸受１６０は、第１ラジアルタッチダウン軸受１６２及び第２ラジアルタッチダウン軸受１６４を含む。第１ラジアルタッチダウン軸受１６２は、第１ラジアル磁気軸受１５２に隣接して配置される。第１ラジアルタッチダウン軸受１６２は、シャフト１３０の軸方向において、インペラ１２２と、第１ラジアル磁気軸受１５２と、の間に配置されている。ただし、これに限定されるものではなく、第１ラジアルタッチダウン軸受１６２は、シャフト１３０の軸方向において、第１ラジアル磁気軸受１５２と、モータ１４０と、の間に配置されてもよい。

第２ラジアルタッチダウン軸受１６４は、第２ラジアル磁気軸受１５４に隣接して配置される。第２ラジアルタッチダウン軸受１６４は、シャフト１３０の軸方向において、第２ラジアル磁気軸受１５４と、シャフト１３０の端部に設けられた円盤部１３２と、の間に配置されている。ただし、これに限定されるものではなく、第２ラジアルタッチダウン軸受１６４は、シャフト１３０の軸方向において、モータ１４０と、第２ラジアル磁気軸受１５４と、の間に配置されてもよい。

第１ラジアルタッチダウン軸受１６２及び第２ラジアルタッチダウン軸受１６４は、転がり軸受の一例である。

図３を参照しながら、ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４について説明する。図３は、ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の概略断面図である。なお、ここではラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４を同一仕様の部品として説明するが、第１ラジアルタッチダウン軸受１６２と第２ラジアルタッチダウン軸受１６４とは、互いに異なる仕様の部品であってもよい。

ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４は、主に、複数の転動体２１０と、保持器２２０と、内輪２３０と、外輪２４０と、を含む。図３では、転動体２１０は玉であるが、転動体２１０は“ころ”であってもよい。複数の転動体２１０は、周方向に沿って並べて配置される。保持器２２０は、周方向に沿って並べられる複数の転動体２１０を一定間隔で保持する。内輪２３０は、転動体２１０及び保持器２２０の内側に配置される。外輪２４０は、転動体２１０及び保持器２２０の外側に配置される。

ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の転動体２１０、内輪２３０、及び外輪２４０は、例えば高炭素クロム軸受鋼製である。なお、ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の転動体２１０の材料には、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）,ジルコニア（ＺｒＯ_２）,炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックや、高炭素クロム軸受鋼製をＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やＣＮｘ（非晶質窒化炭素）等の固体潤滑剤で被覆した材料等が用いられてもよい。内輪２３０及び外輪２４０についても、高炭素クロム軸受鋼以外の材料や、固体潤滑剤で被覆した高炭素クロム軸受鋼が設けられてもよい。保持器２２０は、合成樹脂製である。限定するものではないが、保持器２２０は、例えば、ナイロン６,６やナイロン４，６等のポリアミド樹脂製である。

転がり軸受の構造は、一般に知られているので、ここでは転がり軸受の構造についての詳細な説明は省略する。

（２−２）凝縮器
凝縮器２０は、本実施形態では水冷式の凝縮器である。なお、チラー装置１０の凝縮器２０は、水冷式の凝縮器に限定されるものではなく、空冷式の凝縮器であってもよい。

凝縮器２０は、熱交換器の種類を限定するものではないが、例えばシェルアンドチューブ凝縮器である。凝縮器２０には、例えば図示しない冷却塔で冷却された冷却水が供給され、冷却水と冷媒との間で熱交換が行われる。

（２−３）膨張弁
膨張弁３０は、本実施形態では電子膨張弁である。ただし、膨張弁３０は、感温筒を有する温度自動膨張弁であってもよい。また、チラー装置１０は、膨張弁３０に代えて、膨張機構としてキャピラリチューブを有してもよい。

膨張弁３０は、図１のように、弁体３２と、弁体３２を駆動する駆動部としての駆動部３４と、を主に含む。駆動部３４は、限定するものではないが、ステッピングモータである。後述するコントローラ６０は、冷媒回路５０の所定箇所における冷媒の温度又は圧力を測定する、１又は複数のセンサ（図視せず）の測定結果に基づき、駆動部３４を制御して弁体３２を駆動し、膨張弁３０の開度を制御する。駆動部３４が弁体３２を駆動する際、弁体３２は、弁体３２を囲む側壁３２ａと摺動しながら、膨張弁３０内の冷媒の流路を狭めるように、又は、膨張弁３０内の冷媒の流路を広げるように移動する。例えば、図１中では、弁体３２は、弁体３２を囲む側壁３２ａと摺動しながら、上下に移動する。制御方法を限定するものではないが、コントローラ６０は、例えば、センサの測定する、冷媒の蒸発温度及び蒸発器４０の出口の冷媒温度から算出される過熱度が目標値になるように、駆動部３４を制御して弁体３２を駆動し、膨張弁３０の開度を制御する。

（２−４）蒸発器
蒸発器４０は、本実施形態では液体冷却用の蒸発器である。なお、チラー装置１０の蒸発器４０は、液体冷却用の蒸発器に限定されるものではなく、空気冷却用の蒸発器であってもよい。

蒸発器４０は、熱交換器の種類を限定するものではないが、例えばシェルアンドチューブ蒸発器である。蒸発器４０には、液（熱媒体）が供給され、液と冷媒との間で熱交換が行われて、液が冷却される。蒸発器４０において冷却された液は、冷却された液を利用する図示しない利用側機器に供給され、空気調和や、設備機器の冷却等に利用される。

（２−５）酸捕捉器
酸捕捉器７０は、酸性物質を除去するための機構である。酸捕捉器７０は、冷媒回路５０の、圧縮機１００の吐出口１１９と凝縮器２０の入口との間に設置される。

冷媒回路５０に酸捕捉器７０を設ける理由を説明する。

前述のように、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒（本実施形態ではＲ１２３３ｚｄ（Ｅ））は、環境負荷が小さく、安全性も高いという特徴を有する。しかし、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）は、空気との接触や、熱により分解し、フッ酸等を含む酸性の分解物が発生する可能性がある。フッ酸等の酸性物質は、ある種の材質の部品を劣化させるおそれがある。例えば、ナイロン樹脂製の部品は、冷媒が分解して生じる酸性物質により劣化するおそれがある。そのため、冷媒が分解して酸性物質が生じたとしても、ナイロン樹脂製の部品等の劣化を抑制するために、冷媒回路５０に酸捕捉器７０が設けられる。なお、ナイロン樹脂は、例えば、圧縮機１００のモータ１４０用のリード線１４６のコネクタ１４８、モータ１４０用のリード線１４６の結束バンド１４６ａ、モータ１４０が回転させるシャフト１３０を支持するラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の保持器２２０のいずれかにおいて使用される場合がある。限定をするものではないが、本実施形態では、コネクタ１４８の合成樹脂部分、リード線１４６の結束バンド１４６ａ、ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の保持器２２０の全てにナイロン樹脂が使用される。言い換えれば、本実施形態では、コネクタ１４８、リード線１４６の結束バンド１４６ａ、ラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の保持器２２０は、ナイロン樹脂製の部品を含む。なお、ナイロン樹脂を含む、冷媒が分解して生じる酸性物質により劣化するおそれがある材料は、以上で例示した以外の部品に用いられていてもよい。

酸捕捉器７０は、酸捕捉材７４と、酸捕捉材７４を収容する容器７２とを主に含む。

酸捕捉材７４は、冷媒回路５０を流れる冷媒に含まれている酸を捕捉し、冷媒から除去する機能を有する材料である。酸捕捉材７４は、固体である。酸捕捉材７４は、本実施形態ではモレキュラーシーブである。ただし、酸捕捉材７４は、モレキュラーシーブに限定されるものではなく、冷媒が分解することで生じる酸性物質を冷媒から除去可能な物質であればよい。

容器７２は、入口と出口とを有し、内部に酸捕捉材７４が充填されている。容器７２の入口は、冷媒配管を介して圧縮機１００の吐出口１１９と接続される。また、容器７２の出口は、冷媒配管を介して凝縮器２０の入口と接続される。圧縮機１００を出て容器７２の入口から流入する冷媒は、容器７２に充填されている酸捕捉材７４と接触しながら容器７２の出口へと流れ、凝縮器２０に向かって流れる。冷媒が酸捕捉材７４に接触しながら移動する際、冷媒に含まれている、冷媒が分解して生じるフッ酸等の酸性物質は、酸捕捉材７４により除去される。

（２−６）コントローラ
コントローラ６０は、チラー装置１０の各部の動作を制御する装置である。コントローラ６０は、例えば、圧縮機１００及び膨張弁３０の動作を制御可能に、圧縮機１００及び膨張弁３０と電気的に接続されている。また、コントローラ６０は、磁気軸受１５２，１５４，１５６に対するシャフト１３０の径方向位置及び軸方向位置を検知するためのセンサ（図示省略）や、冷媒回路５０の所定箇所における冷媒の温度又は圧力を測定するセンサ（図示省略）と、センサからの信号を受信可能に接続されている。

コントローラ６０は、例えば、マイクロプロセッサ又はＣＰＵや、入出力インターフェースや、ＲＡＭ及びＲＯＭや、チラー装置１０の動作を制御するための制御プログラムが記憶される記憶装置を有する。また、コントローラ６０は、ユーザからの入力を受け取る入力装置や、ユーザに対して様々な情報を提示する表示装置等を有してもよい。

コントローラ６０は、前述したように、磁気軸受１５２，１５４，１５６に対するシャフト１３０の径方向位置及び軸方向位置を検知するためのセンサの検出結果に基づいて、シャフト１３０が磁気軸受１５２，１５４，１５６に対して所定の位置に配置されるように、シャフト１３０に作用する合成電磁力を制御する。

また、コントローラ６０は、冷媒回路５０の所定箇所における冷媒の温度又は圧力を測定するセンサ（図視せず）の測定結果等に基づき、圧縮機１００のモータ１４０の回転速度を制御して、圧縮機１００の容量を制御する。また、コントローラ６０は、冷媒回路５０の所定箇所における冷媒の温度又は圧力を測定するセンサ（図視せず）の測定結果等に基づき、インレットガイドベーン１２４の駆動部１２４ｂを制御して、インペラ１２２に流入する冷媒の量を制御する。また、コントローラ６０は、冷媒回路５０の所定箇所における冷媒の温度又は圧力を測定するセンサ（図視せず）の測定結果等に基づき、膨張弁３０の駆動部３４を制御し、膨張弁３０の開度を調節する。コントローラ６０によるモータ１４０、インレットガイドベーン１２４及び膨張弁３０の制御方法には、各種方法を利用可能である。

（３）特徴
（３−１）
冷凍サイクル装置の一実施形態に係るチラー装置１０は、冷媒回路５０を有する。冷媒回路５０は、オイルフリーの圧縮機１００、凝縮器２０、蒸発器４０、及び膨張弁３０を含む。冷媒回路５０には、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が充填される。冷媒回路５０には、酸捕捉器７０が設置される。

チラー装置１０では、冷媒回路５０に酸捕捉器７０が設置されることで、冷媒が分解して酸性物質が生成された場合であっても、これを捕捉して、冷媒回路５０内で使用されている部品の酸性物質による劣化を抑制できる。

本実施形態のチラー装置１０では、酸捕捉器７０は、酸捕捉材７４の収容されている容器７２である。

本実施形態のチラー装置１０では、酸捕捉材７４は、モレキュラーシーブを含む。ただし、酸捕捉材７４の種類は、モレキュラーシーブに限定されるものではない。

（３−２）
チラー装置１０では、酸捕捉器７０は、冷媒回路５０の、圧縮機１００の吐出口１１９と凝縮器２０との間に設置される。

チラー装置１０では、高温となる圧縮機１００の内部で冷媒が分解した場合であっても、圧縮機１００から凝縮器２０に入るまでに冷媒中の酸性物質を捕捉できる。そのため、例えば膨張弁３０で酸性物質により劣化しやすい部品が用いられていたとしても、その劣化を抑制できる。要するに、このチラー装置１０では、冷媒回路５０内に冷媒の分解物である酸性物質により劣化しやすい部品が使用されていたとしても、その部品の劣化が抑制されやすい。

（３−３）
チラー装置１０では、圧縮機１００のモータ１４０用のリード線１４６のコネクタ１４８、モータ１４０用のリード線１４６の結束バンド１４６ａ、及び、モータ１４０が回転させるシャフト１３０を支持するラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の保持器２２０、の少なくとも１つにおいて、ナイロン樹脂が用いられる。上記実施形態のチラー装置１０では、コネクタ１４８、結束バンド１４６ａ、及びラジアルタッチダウン軸受１６２，１６４の保持器２２０の全てで、少なくとも一部にナイロン樹脂が使用される。

本実施形態のチラー装置１０では、酸捕捉器７０を用いることで、圧縮機１００に、耐酸性の高価な材料を用いた部品ではなく、ナイロン樹脂製の安価な部品を用いることができる。

（４）変形例
以下に、上記実施形態の変形例について説明する。なお、以下の変形例は、互いに矛盾しない範囲で適宜組み合わせられてもよい。

（４−１）変形例Ａ
上記実施形態では、圧縮機１００は、シャフト１３０を軸支する軸受として、磁気軸受１５０と、タッチダウン軸受１６０と、を有するが、これに限定されるものではない。例えば、圧縮機１００は、磁気軸受１５０を有さず、転がり軸受だけをシャフト１３０の軸受として有してもよい。言い換えれば、圧縮機１００では、転がり軸受がシャフト１３０を常時軸支する軸受として使用されてもよい。

（４−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、酸捕捉器７０は、冷媒回路５０の、圧縮機１００の吐出口１１９と凝縮器２０の入口との間に設置されるが、酸捕捉器７０の配置される位置は、この位置に限定されるものではない。

例えば、酸捕捉器７０は、図４のように、冷媒回路５０の、蒸発器４０の出口と圧縮機１００の吸入口１１５との間に設置されてもよい。また、例えば、酸捕捉器７０は、冷媒回路５０の、凝縮器２０の出口と、蒸発器４０の入口との間に設置されてもよい。ただし、冷媒は、高温となる圧縮機１００の内部で分解しやすいため、圧縮機１００の吐出口１１９と凝縮器２０の入口との間に酸捕捉器７０を配置すると、例えば、膨張弁３０でナイロン樹脂製の部品が使用されてあるような場合でも、その部品の劣化が抑制されやすい。

また、酸捕捉器７０は、冷媒配管ではなく、冷媒回路５０に含まれる機器の内部に設置されてもよい。例えば、酸捕捉器７０は、圧縮機１００の内部に設置されてもよい。

＜付記＞
以上、本開示の実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

本開示は、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が流れる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置に広く適用でき有用である。

１０チラー装置（冷凍サイクル装置）
２０凝縮器
３０膨張弁
４０蒸発器
５０冷媒回路
７０酸捕捉器
７２容器
７４酸捕捉材
１００圧縮機
１１９吐出口
１４０モータ
１４６電線
１４６ａ結束バンド
１４８コネクタ
１６２第１ラジアルタッチダウン軸受（転がり軸受）
１６４第２ラジアルタッチダウン軸受（転がり軸受）
２２０保持器

特表２０１１−５２００８９

Claims

オイルフリーの圧縮機（１００）、凝縮器（２０）、蒸発器（４０）、及び膨張弁（３０）を含み、分子内に塩素原子とオレフィン結合とを含む冷媒が充填される冷媒回路（５０）を有する冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒回路には、酸捕捉器（７０）が設置される、
冷凍サイクル装置（１０）。
前記酸捕捉器は、酸捕捉材（７４）の収容されている容器（７２）である、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記酸捕捉材は、モレキュラーシーブを含む、
請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
前記酸捕捉器は、前記冷媒回路の、前記圧縮機の吐出口（１１９）と前記凝縮器との間に設置される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
前記圧縮機のモータ（１４０）用の電線（１４６）のコネクタ（１４８）、前記モータ用の前記電線の結束バンド（１４６ａ）、及び、前記モータが回転させるシャフトを支持する転がり軸受（１６２，１６４）の保持器（２２０）、の少なくとも１つにおいてナイロン樹脂が使用される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。