CN108431414A - 制冷循环装置 - Google Patents

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福岛正人
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Abstract

制冷循环装置用压缩机压缩包含分子结构中具有双键的HFO的工作介质而进行制冷循环。压缩机具有：在压缩室中对工作介质进行的压缩机构、对从压缩室排出的压缩后的工作介质进行收纳的高压空间、和设于压缩室与高压空间之间且将工作介质从压缩室向高压空间间歇性排出的排出阀。排出阀中设有抑制排出阀温度上升的温度上升抑制手段。

Description

制冷循环装置
技术领域
本发明涉及制冷循环装置。
背景技术
在空调机或冷冻·冷藏机器等制冷循环装置中，氢氟烃(HFC)类制冷剂被作为工作制冷剂广泛使用。但是，HFC被指出温室效应系数(GWP)高、可能是造成全球变暖的原因。为此，迫切需要对臭氧层的影响小、且温室效应系数小的制冷循环用工作介质的开发。作为对臭氧层的影响小、且对全球变暖的影响小的制冷循环用工作介质，包含具有容易通过大气中的OH自由基而分解的碳－碳双键的氢氟烯烃(HFO)的工作介质正被研究。专利文献1中记载了使用包含1,1,2－三氟乙烯(HFO-1123)的工作介质的制冷循环装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015-145452号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
HFO是具有双键等的较为不稳定的分子结构，因此有时会在高温下分解而产生氢氟酸等酸。如果在制冷循环内生成这种酸，则酸会使制冷循环回路内的铜制制冷剂配管腐蚀等而存在对制冷循环装置的可靠性带来不良影响之虞。为此，在将包含HFO的工作介质用于制冷循环装置的场合下，防止HFO分解的对策必不可少。
本发明的目的在于提供一种能在使用包含HFO的工作介质的场合下有效抑制HFO分解的制冷循环装置。
本发明第一形态的制冷循环装置，是用压缩机对包含分子结构中具有双键的HFO的工作介质进行压缩而实施制冷循环的制冷循环装置，其中，所述制冷循环装置设有抑制制冷循环内温度上升的温度上升抑制手段。
本发明第二形态的制冷循环装置是在上述制冷循环装置中，所述压缩机具有：在压缩室中对所述工作介质进行压缩的压缩机构、对从所述压缩室排出的压缩后的所述工作介质进行收纳的高压空间、和设于所述压缩室与所述高压空间之间且将所述工作介质从所述压缩室向所述高压空间间歇性排出的排出阀；所述排出阀中设有所述温度上升抑制手段。
本发明第三形态的制冷循环装置是在上述制冷循环装置中，所述排出阀具有阀座和阀体，所述阀座处于成为压缩后的所述工作介质的流路的孔的周围、且向所述高压空间侧突出，所述阀体被构造成以关闭状态时与所述阀座抵接、开启状态时与所述阀座分离的方式来开闭所述孔；在所述关闭状态时所述阀体所抵接的所述阀座的抵接部和所述关闭状态时所述阀座所抵接的所述阀体的抵接部上，施涂了作为所述温度上升抑制手段的树脂涂层。
本发明第四形态的制冷循环装置是在上述制冷循环装置中，所述排出阀具有阀座和阀体，所述阀座处于成为压缩后的所述工作介质的流路的孔的周围、且向所述高压空间侧突出，所述阀体被构造成以关闭状态时与所述阀座抵接、开启状态时与所述阀座分离的方式来开闭所述孔；在所述关闭状态时所述阀体所抵接的所述阀座的抵接部上，施涂了作为所述温度上升抑制手段的树脂涂层。
本发明第五形态的制冷循环装置是在上述制冷循环装置中，所述排出阀具有阀座和阀体，所述阀座处于成为压缩后的所述工作介质的流路的孔的周围、且向所述高压空间侧突出，所述阀体被构造成以关闭状态时与所述阀座抵接、开启状态时与所述阀座分离的方式来开闭所述孔；在所述关闭状态时所述阀座所抵接的所述阀体的抵接部上，施涂了作为所述温度上升抑制手段的树脂涂层。
本发明第六形态的制冷循环装置是在上述制冷循环装置中，所述树脂涂层是超级工程塑料。
本发明第七形态的制冷循环装置是在上述制冷循环装置中，所述HFO包含1,1,2－三氟乙烯。
发明的效果
通过本发明，能在使用包含HFO的工作介质的场合下有效抑制HFO分解。
附图的简要说明
图1是显示实施方式1的制冷循环装置的一例的结构示意图。
图2是显示实施方式1的制冷循环装置的工作介质的状态变化的压力－焓线图。
图3是显示实施方式1的制冷循环装置中压缩机的大致结构的纵剖面图。
图4是沿图3的IV－IV线剖开的横剖面图。
图5是压缩机中包括排出阀在内的上部封闭部件40的俯视图。
图6是沿图5的VI－VI线剖开的横剖面图。
图7是显示排出阀中作为温度上升抑制手段的树脂涂层的施涂位置的一例的剖面图。
图8是显示排出阀中作为温度上升抑制手段的树脂涂层的施涂位置的另一例的剖面图。
图9是显示排出阀中作为温度上升抑制手段的树脂涂层的施涂位置的又一例的剖面图。
图10是实施方式2的制冷循环装置中压缩机的排出阀周围的放大剖面图。
具体实施方式
实施方式1
以下参照附图对本发明的实施方式1进行说明。
首先，对本发明的制冷循环装置中所使用的工作介质进行说明。
<工作介质>
(氢氟烯烃(HFO))
本发明中所用的工作介质包含氢氟烯烃(HFO)。作为HFO，可列举1,1,2－三氟乙烯(HFO-1123)、2,3,3,3－四氟丙烯(HFO-1234yf)、1,2－二氟乙烯(HFO-1132)、2－二氟丙烯(HFO-1261yf)、1,1,2－三氟丙烯(HFO-1243yc)、反式－1,2,3,3,3－五氟丙烯(HFO-1225ye(E))、顺式－1,2,3,3,3－五氟丙烯(HFO-1225ye(Z))、反式－1,3,3,3－四氟丙烯(HFO-1234ze(E))、顺式－1,3,3,3－四氟丙烯(HFO-1234ze(Z))、3,3,3－三氟丙烯(HFO-1243zf)等，优选包含HFO-1234yf、HFO-1234ze(E)或HFO-1234ze(Z)，更优选包含HFO-1234yf或HFO-1123，特别优选包含HFO-1123。
本发明中所用的工作介质优选包含HFO-1123，还可根据需要包含后述的任意成分。HFO-1123相对于工作介质100质量％的含量优选在10质量％以上，更优选为20～80质量％，进一步优选为40～80质量％，再优选为40～60质量％。
(HFO-1123)
表1中示出了HFO-1123作为工作介质的特性，其中特别与R410A(HFC-32和HFC-125的质量比为1：1的近似共沸混合制冷剂)进行了相对比较。循环性能以采用后述方法求出的制冷系数和冷冻能力来表示。HFO-1123的制冷系数和冷冻能力以R410A为基准(1.000)用相对值(以下称为相对制冷系数和相对冷冻能力)来表示。温室效应系数(GWP)是政府间气候变化专业委员会(IPCC)第四次评价报告(2007年)中所示的100年的值，或者是根据该方法所测定的100年的值。本说明书中若无特别说明，则GWP指该值。在工作介质由混合物构成的场合下，如后所述，温度梯度是评价工作介质的重要因素，其数值较小为好。
表1
R410A HFO-1123
相对制冷系数 1.000 0.921
相对冷冻能力 1.000 1.146
温度梯度[℃] 0.2 0
GWP 2088 0.3
〔任意成分〕
本发明中所用的工作介质优选包含HFO-1123，在不损害本发明效果的范围内还可任意地含有HFO-1123以外的通常用作工作介质的化合物。作为这种任意的化合物(任意成分)，可列举例如HFC，HFO-1123以外的HFO(具有碳－碳双键的HFC)，这些化合物以外的能与HFO-1123一起气化、液化的其他成分等。作为任意成分，HFC、HFO-1123以外的HFO(具有碳－碳双键的HFC)是优选的。
作为任意成分，优选例如在与HFO-1123组合而用于热循环时具有进一步提高上述相对制冷系数、相对冷冻能力的作用且GWP或温度梯度保持在容许范围内的化合物。工作介质如果包含与HFO-1123组合的这种化合物，则在将GWP维持在低值的同时，还能获得更好的循环性能，并且因温度梯度所产生的影响也少。
(温度梯度)
工作介质例如在包含HFO-1123与任意成分的场合下，除了HFO-1123与任意成分为共沸组成的场合以外，都具有相当大的温度梯度。工作介质的温度梯度根据任意成分的种类和HFO-1123与任意成分的混合比例而异。
在使用混合物作为工作介质的场合下，通常优选使用共沸混合物或像R410A这样的近似共沸混合物。非共沸组合物在从压力容器向冷冻空调机器填充时存在组成发生变化的问题。进而，在制冷剂从冷冻空调机器发生泄漏的情况下，冷冻空调机器内的制冷剂组成发生变化的可能性极大，难以恢复至初始状态的制冷剂组成。而如果是共沸或近似共沸的混合物，则能够回避上述问题。
作为评价混合物在工作介质中的使用可能性的指标，一般使用“温度梯度”。温度梯度定义为热交换器、例如蒸发器中蒸发或冷凝器中冷凝的起始温度和终止温度不同的性质。共沸混合物的温度梯度为0，而近似共沸混合物的温度梯度则例如像R410A的温度梯度为0.2这样极为接近0。
如果温度梯度大，则存在例如因蒸发器的入口温度降低而导致结霜的可能性变大的问题。进而在热循环系统中，为了谋求热交换效率的提高而通常使热交换器中流动的工作介质与水及空气等热源流体形成对流，在稳定运行状态下该热源流体的温度差小，因此在温度梯度大的非共沸混合介质的情况下，难以得到能量效率良好的热循环系统。因此，将混合物作为工作介质使用时希望是具有合适温度梯度的工作介质。
(HFC)
作为任意成分的HFC，优选从上述观点考虑来进行选择。此处，已知HFC的GWP比HFO-1123更高。因此，作为与HFO-1123组合的HFC，优选除了提高上述作为工作介质的循环性能且使温度梯度保持在适当范围内以外还尤其要从使GWP保持在容许范围内的观点出发来适当选择。
作为对臭氧层影响小、且对全球变暖影响小的HFC，具体优选碳数1～5的HFC。HFC既可以是直链状，也可以是分枝状，还可以是环状。
作为HFC，可例举HFC-32、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷、HFC-125、五氟丙烷、六氟丙烷、七氟丙烷、五氟丁烷、七氟环戊烷等。
其中，作为HFC，从对臭氧层影响小、且制冷循环特性优异的观点考虑，优选HFC-32、1,1－二氟乙烷(HFC-152a)、1,1,1－三氟乙烷(HFC-143a)、1,1,2,2－四氟乙烷(HFC-134)、1,1,1,2－四氟乙烷(HFC-134a)以及HFC-125，更优选HFC-32、HFC-152a、HFC-134a以及HFC-125。
HFC可单独使用1种，也可以2种以上组合使用。
工作介质(100质量％)中的HFC含量可根据工作介质的所需特性进行任意选择。例如，在由HFO-1123与HFC-32构成工作介质的场合下，HFC-32的含量在1～99质量％范围内则制冷系数和冷冻能力提高。在由HFO-1123与HFC-134a构成工作介质的场合下，HFC-134a的含量在1～99质量％范围内则制冷系数提高。
另外，上述优选的HFC的GWP是HFC-32为675、HFC-134a为1430、HFC-125为3500。从将所得工作介质的GWP抑制在低值的观点考虑，作为任意成分的HFC，最优选HFC-32。
此外，HFO-1123与HFC-32的质量比在99：1～1：99的组成范围内则能够形成接近共沸的近似共沸混合物，几乎不用选择组成范围，这两者的混合物的温度梯度就接近于0。从这一点考虑，作为与HFO-1123组合的HFC，HFC-32也是有利的。
本发明所用的工作介质中，在同时使用HFO-1123和HFC-32的场合下，相对于工作介质100质量％，HFC-32的含量具体优选在20质量％以上，更优选为20～80质量％，进一步优选为40～60质量％。
本发明所用的工作介质中，例如在包含HFO-1123的场合下，作为HFO-1123以外的HFO，从具有高临界温度、耐久性、制冷系数优异的观点考虑，优选HFO-1234yf(GWP＝4)、HFO-1234ze(E)、HFO-1234ze(Z)((E)体和(Z)体的GWP均为6)，更优选HFO-1234yf、HFO-1234ze(E)。HFO-1123以外的HFO可单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。工作介质(100质量％)中的HFO-1123以外的HFO含量可对应于工作介质的所需特性来任意选择。例如，在由HFO-1123与HFO-1234yf或HFO-1234ze构成工作介质的场合下，HFO-1234yf或HFO-1234ze的含量在1～99质量％范围内则制冷系数提高。
本发明中所用的工作介质包含HFO-1123和HFO-1234yf时的优选组成范围作为组成范围(S)如下所述。
另外，表示组成范围(S)的各式中，各化合物的简称表示该化合物相对于HFO-1123和HFO-1234yf及其他成分(HFC-32等)的总量的比例(质量％)。
<组成范围(S)>
HFO-1123+HFO-1234yf≧70质量％
95质量％≧HFO-1123/(HFO-1123+HFO-1234yf)≧35质量％
组成范围(S)的工作介质的GWP极低、温度梯度小。而且，从制冷系数、冷冻能力和临界温度的观点来看也能呈现出可代替以往的R410A的制冷循环性能。
组成范围(S)的工作介质中，HFO-1123相对于HFO-1123和HFO-1234yf的总量的比例更优选为40～95质量％、进一步优选为50～90质量％，特别优选为50～85质量％，最优选为60～85质量％。
此外，工作介质100质量％中HFO-1123和HFO-1234yf的总量更优选为80～100质量％，进一步优选为90～100质量％，特别优选为95～100质量％。
本发明中所用的工作介质还优选包含HFO-1123、HFC-32和HFO-1234yf，包含HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32时的优选组成范围(P)如下所述。
此外，示出组成范围(P)的各式中，各化合物的简称表示该化合物相对于HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32的总量的比例(质量％)。组成范围(R)、组成范围(L)、组成范围(M)中也同样如此。另外，以下所示的组成范围中，具体记载的HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32的总量相对于热循环用工作介质总量超过90质量％且在100质量％以下为好。
<组成范围(P)>
70质量％≦HFO-1123+HFO-1234yf
30质量％≦HFO-1123≦80质量％
0质量％＜HFO-1234yf≦40质量％
0质量％＜HFC-32≦30质量％
HFO-1123/HFO-1234yf≦95/5质量％
具有上述组成的工作介质是HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32各自所具有的特性能够平衡性良好地发挥、并且各自所具有的缺点得以抑制的工作介质。也就是说，该工作介质是GWP被抑制在极低值、用于热循环时温度梯度小、具有一定的能力和效率因而可得到良好循环性能的工作介质。此处，HFO-1123和HFO-1234yf的总量相对于HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32的总量在70质量％以上为好。
此外，作为本发明中所用的工作介质的更优选组成，可例举以下组成：相对于HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32的总量，以HFO-1123为30～70质量％、HFO-1234yf为4～40质量％、HFC-32为0～30质量％的比例来含有，并且，HFO-1123相对于工作介质总量的含量在70摩尔％以下。上述范围的工作介质是除了上述效果得以提高以外还抑制了HFO-1123的自分解反应且耐久性也高的工作介质。从相对制冷系数的观点考虑，HFC-32的含量优选在5质量％以上，更优选在8质量％以上。
以下还示出了本发明中所用的工作介质包含HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32的场合下的其他优选组成，但如果HFO-1123相对于工作介质总量的含量在70摩尔％以下，则可得到HFO-1123的自分解反应得以抑制、耐久性高的工作介质。
进一步优选的组成范围(R)如下所述。
<组成范围(R)>
10质量％≦HFO-1123＜70质量％
0质量％＜HFO-1234yf≦50质量％
30质量％＜HFC-32≦75质量％
具有上述组成的工作介质是HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32各自所具有的特性能够平衡性良好地发挥、并且各自所具有的缺点得以抑制的工作介质。也就是说，该工作介质是除了GWP被抑制在极低值、耐久性得以确保以外还在用于热循环时温度梯度小、具有高能力和效率因而可得到良好循环性能的工作介质。
具有上述组成范围(R)的本发明的工作介质的优选范围如下所示。
20质量％≦HFO-1123＜70质量％
0质量％＜HFO-1234yf≦40质量％
30质量％＜HFC-32≦75质量％
具有上述组成的工作介质是HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32各自所具有的特性能够平衡性特别良好地发挥、并且各自所具有的缺点得以抑制的工作介质。也就是说，该工作介质是除了GWP被抑制在极低值、耐久性得以确保以外还在用于热循环时温度梯度更小、具有更高能力和效率因而可得到良好循环性能的工作介质。
具有上述组成范围(R)的本发明的工作介质的更优选组成范围(L)如下所示。组成范围(M)则还要优选。
<组成范围(L)>
10质量％≦HFO-1123＜70质量％
0质量％＜HFO-1234yf≦50质量％
30质量％＜HFC-32≦44质量％
<组成范围(M)>
20质量％≦HFO-1123＜70质量％
5质量％≦HFO-1234yf≦40质量％
30质量％＜HFC-32≦44质量％
具有上述组成范围(M)的工作介质是HFO-1123、HFO-1234yf和HFC-32各自所具有的特性能够平衡性特别良好地发挥、并且各自所具有的缺点得以抑制的工作介质。也就是说，该工作介质是除了GWP上限被抑制在300以下那么低、耐久性得以确保以外还在用于热循环时温度梯度小至低于5.8、相对制冷系数和相对冷冻能力接近于1因而可得到良好循环性能的工作介质。
如果在该范围内，则温度梯度的上限下降，相对制冷系数×相对冷冻能力的下限上升。从相对制冷系数较大的观点考虑，更优选8质量％≦HFO-1234yf。而从相对冷冻能力较大的观点考虑，则更优选HFO-1123≦35质量％。
此外，本发明中所用的其他工作介质优选包含HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf，通过该组成可抑制工作介质的可燃性。
更优选是包含HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf，且HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf的总量相对于工作介质总量的比例超过90质量％且在100质量％以下，其中，相对于HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf的总量，HFO-1123的比例在3质量％以上35质量％以下，HFC-134a的比例在10质量％以上53质量％以下，HFC-125的比例在4质量％以上50质量％以下，HFO-1234yf的比例在5质量％以上50质量％以下为好。通过制成这种工作介质，则工作介质为不燃性，且能够成为安全性优异、对臭氧层和全球变暖的影响小、用于热循环系统时具有更优异循环性能的工作介质。
最优选的是包含HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf，且HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf的总量相对于工作介质总量的比例超过90质量％且在100质量％以下，其中，相对于HFO-1123、HFC-134a、HFC-125和HFO-1234yf的总量，HFO-1123的比例在6质量％以上25质量％以下，HFC-134a的比例在20质量％以上35质量％以下，HFC-125的比例在8质量％以上30质量％以下，HFO-1234yf的比例在20质量％以上50质量％以下更好。通过制成这种工作介质，则工作介质为不燃性，且能够成为安全性更优异、对臭氧层和全球变暖的影响更小、用于热循环系统时具有再更优异循环性能的工作介质。
(其他任意成分)
本发明的热循环系统用组合物中所用的工作介质除了上述任意成分以外，还可含有二氧化碳、烃、氯氟烯烃(CFO)、氢氯氟烯烃(HCFO)等。作为其他任意成分，优选对臭氧层影响小且对全球变暖影响也小的成分。
作为烃，可例举丙烷、丙烯、环丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷等。
烃可单独使用1种，也可以2种以上组合使用。
在上述工作介质含有烃的情况下，其含量相对于工作介质100质量％为低于10质量％，优选1～5质量％，更优选3～5质量％。若烃在下限值以上，则矿物类冷冻机油在工作介质中的溶解性更好。
作为CFO，可例举氯氟丙烯和氯氟乙烯等。从容易抑制工作介质的可燃性而不会大幅降低工作介质的循环性能的观点考虑，作为CFO，优选1,1-二氯-2,3,3,3-四氟丙烯(CFO-1214ya)、1,3-二氯-1,2,3,3-四氟丙烯(CFO-1214yb)、1,2-二氯-1,2-二氟乙烯(CFO-1112)。
CFO可单独使用1种，也可以2种以上组合使用。
在工作介质含有CFO的场合下，其含量相对于工作介质100质量％为低于10质量％，优选1～8质量％，更优选2～5质量％。若CFO的含量在下限值以上，则容易抑制工作介质的可燃性。若CFO的含量在上限值以下，则容易获得良好的循环性能。
作为HCFO，可例举氢氯氟丙烯和氢氯氟乙烯等。从容易抑制工作介质的可燃性而不会大幅降低工作介质的循环性能的观点考虑，作为HCFO，优选1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯(HCFO-1224yd)、1-氯-1,2-二氟乙烯(HCFO-1122)。
HCFO可单独使用1种，也可以2种以上组合使用。
在上述工作介质含有HCFO的场合下，工作介质100质量％中HCFO的含量低于10质量％，优选1～8质量％，更优选2～5质量％。若HCFO的含量在下限值以上，则容易抑制工作介质的可燃性。若HCFO的含量在上限值以下，则容易获得良好的循环性能。
在本发明中所用的工作介质含有上述其他任意成分的场合下，工作介质中其他任意成分的总含量相对于工作介质100质量％为低于10质量％，优选在8质量％以下，更优选在5质量％以下。
<制冷循环装置的结构>
下面对本实施方式的制冷循环装置的大致结构进行说明。
图1是显示本实施方式的制冷循环装置1的大致结构的图。制冷循环装置1具备压缩机10、冷凝器12、膨胀机构13和蒸发器14。压缩机10对工作介质(蒸汽)进行压缩。冷凝器12将从压缩机10排出的工作介质的蒸汽冷却成液体。膨胀机构13使从冷凝器12排出的工作介质(液体)膨胀。蒸发器14则将从膨胀机构13排出的工作介质(液体)加热成蒸汽。蒸发器14和冷凝器12被构造成在工作介质和与其相向或者平行地流动的热源流体之间进行热交换的形式。制冷循环装置1还具备向蒸发器14供给水或空气等热源流体E的流体供给手段15、和向冷凝器12供给水或空气等热源流体F的流体供给手段16。
制冷循环装置1中重复着以下制冷循环。首先，从蒸发器14排出的工作介质蒸汽A经由压缩机10被压缩成高温高压的工作介质蒸汽B。然后，从压缩机10排出的工作介质蒸汽B经由冷凝器12被热源流体F冷却、液化成工作介质C。此时，热源流体F被加热成热源流体F’，从冷凝器12排出。接着，从冷凝器12排出的工作介质C经由膨胀机构13而膨胀成低温低压的液体即工作介质D。随后，从膨胀机构13排出的工作介质D经由蒸发器14被热源流体E加热成工作介质蒸汽A。此时，热源流体E被冷却成热源流体E’，从蒸发器14排出。
图2是显示制冷循环装置1的工作介质的状态变化的压力－焓线图。如图2所示，从A到B的状态变化的过程中，在压缩机10中进行绝热压缩，使低温低压的工作介质蒸汽A成为高温高压的工作介质蒸汽B。从B到C的状态变化的过程中，在冷凝器12中进行等压冷却，使工作介质蒸汽B成为工作介质C。从C到D的状态变化的过程中，在膨胀机构13中进行等焓膨胀，使高温高压的工作介质C成为低温低压的工作介质D。从D到A的状态变化的过程中，在蒸发器14中进行等压加热，使工作介质D恢复成工作介质蒸汽A。
下面对压缩机10的结构进行说明。
图3是压缩机10的大致结构的纵剖面图。图4是沿图3的IV－IV线剖开的横剖面图。本实施方式中，压缩机10是旋转式压缩机。如图3和图4所示，压缩机10具有外壳81、对从收集器83介由吸入管82而吸入的低温低压的工作介质(气体)进行压缩的压缩机构30、和对压缩机构30进行驱动的驱动机构20。如图3所示，外壳81的内部空间中，驱动机构20配置在上侧，压缩机构30配置在下侧。
如图3所示，压缩机构30具有辊筒(ローラ)31、筒体(シリンダ)32、上部封闭部件40和下部封闭部件60。辊筒31配置在筒体32内。筒体32的内周面与辊筒31之间形成压缩室33。如图4所示，压缩室33被叶片(ベーン)34分成两个压缩室33a、33b。叶片34的一端通过设在叶片34另一端上的弹簧等施力手段而向辊筒31的外周施力。
如图3所示，上部封闭部件40封闭筒体32的上面。下部封闭部件60封闭筒体32的下面。而且，上部封闭部件40和下部封闭部件60还对作为轴承的后述驱动轴22进行支撑。驱动机构20具有作为驱动源的电动机21、和将电动机21的驱动力传递至压缩机构30的驱动轴22。
驱动轴22对压缩机构30的辊筒31进行旋转驱动。通过辊筒31在压缩室33内旋转驱动，压缩室33内的工作介质被压缩。上部封闭部件40上设有后述的排出阀43。在压缩室33内被压缩成高温高压的工作制冷剂介由排出阀43从排出管84排出。
图5是包括排出阀43在内的上部封闭部件40的俯视图。图6是沿图5的VI－VI线剖开的横剖面图。如图5和图6所示，上部封闭部件40上形成有排出孔40a，该排出孔40a成为压缩后的工作介质的流路。上部封闭部件40的外周部的上面安装有消音套(マフラー)70、上部封闭部件40与消音套70之间形成高压空间47(参见图6)。高压空间47和筒体32(参见图3)的内部经由排出孔40a连通。也就是说，高压空间47对从压缩室33(参见图3)排出的压缩后的工作介质进行收纳。
排出阀43由阀座40b和阀体48构成。阀座40b处于排出孔40a的周围且向高压空间47侧突出。也就是说，阀座40b比上部封闭部件40的上面更向上突出。阀体48是由金属构成的薄板构件，使排出孔40a开闭。阀体48的基端部48b通过螺栓44被固定在上部封闭部件40的上面。阀体48的上方设有对阀体48的开放进行限制的按压构件49。
如图6所示，阀体48抵接在阀座40b上时排出孔40a成关闭状态，而阀体48离开阀座4b时排出孔40a成开启状态。具体而言，在排出孔40a的内部空间的压力小于高压空间47的压力时，阀体48抵接在阀座40b上，排出孔40a成关闭状态。而在排出孔40a的内部空间的压力大于高压空间47的压力时，阀体48弹性变形，阀体48离开阀座40b，排出孔40a成开启状态。
下面，对使用包含分子结构中具有双键的HFO的制冷剂作为工作介质的情况下会成为问题的HFO分解进行说明。以下说明可适当参照图1。
如上所述，图1所示的制冷循环装置1中，使用包含分子结构中具有双键的HFO的制冷剂作为工作介质。HFO在某一压力下达到某一温度以上就很可能分解而产生氢氟酸及甲酸、乙酸等酸。HFO分解所产生的酸会腐蚀制冷循环内的金属部件，成为金属盐的无机性淤渣(スラッジ)，其本身又会成为促进HFO分解的催化剂。而且，制冷循环内如果产生淤渣，则淤渣会堵塞减压机构部(膨胀机构13)，使得被压缩机10压缩后的工作介质的压力上升(以高压缩比运行)，从而损害压缩机10的可靠性。
进而，在制冷循环装置1中，例如在使用包含作为分子结构中具有双键的HFO之一的HFO-1123的制冷剂作为工作介质的情况下，如果因HFO-1123分解产生淤渣使膨胀机构13发生堵塞而导致排出压力上升并以高压缩比运行，则HFO-1123发生歧化反应的可能性增高。所谓歧化反应，是指高温或高压下施加局部能量的情况下所引起的、伴随着发热的连锁化学反应。
如此，在制冷循环装置1中使用包含分子结构中具有双键的HFO作为工作介质的场合下，必需对成为制冷循环内使HFO分解的要因的温度上升加以抑制。本发明中，在制冷循环装置1中设置了对成为制冷循环内使HFO分解的要因的温度上升加以抑制的温度上升抑制手段。此外，对于某一压力下分子结构中具有双键的HFO不分解的温度，可通过实验等求出。例如，对于作为分子结构中具有双键的HFO之一的HFO-1123，通过实验确认其在大气压下175℃以下的气氛下则不分解。
制冷循环内，压缩机10内部的工作介质的温度特别容易上升。作为压缩机10内部的制冷剂温度上升的要因，认为主要是因绝热压缩而引起的温度上升(要因1)、因压缩损失而引起的温度上升(要因2)、因机械损失而引起的温度上升(要因3)这三个。要因1是理论上无法避免的温度上升。因为工作制冷剂在压缩机10中一被绝热压缩，温度就会上升。要因2是由于在工作介质气体的压缩过程中所产生的压力损失或泄漏、受热等通常被称为压缩损失的动力损失所引起的温度上升。要因3则是由于各滑动部所产生的摩擦热等通常被称为机械损失的动力损失所引起的温度上升。在图3所示的压缩机10内部，由于金属互相接触的滑动部分产生摩擦热，温度会上升。
对于要因3，例如对图5和图6所示的排出阀43而言，当阀体48重复碰触阀座40b的抵接部时，会因阀体48和阀座40b的抵接部之间的摩擦而产生摩擦热。此外，在压缩机构30的压缩室33内被压缩成高温高压的工作介质通过排出阀43的开闭而经由排出孔40a和排出阀43向高压空间47间歇性排出。因此，压缩机10内部的排出阀43特别容易升至高温。
在本实施方式中，在压缩机10内部特别容易升至高温的排出阀43中设有温度上升抑制手段。具体而言，为了抑制排出阀43的温度上升至被压缩机构30(参见图3)压缩的工作介质的压力下HFO分解的温度以上的温度，在排出阀43中施涂了作为温度上升抑制手段的树脂涂层。
图7是显示排出阀43中作为排出阀43的温度上升抑制手段的树脂涂层的施涂位置的一例的剖面图。图7是图6中被虚线R包围部分的放大图。如图7所示，排出孔40a为关闭状态时阀体48所抵接的阀座40b的抵接部上施涂了树脂涂层(阀座涂层部41f)。此外，排出孔40a为关闭状态时阀座40b所抵接的阀体48的抵接部上也施涂了树脂涂层(阀体涂层部48a)。
也可在阀座40b的抵接部和阀体48的抵接部的任一方上施涂树脂涂层。图8是显示排出阀43中作为排出阀43的温度上升抑制手段的树脂涂层的施涂位置的另一例的剖面图。图9是显示排出阀43中作为排出阀43的温度上升抑制手段的树脂涂层的施涂位置的又一例的剖面图。图8和图9都是图6中被虚线R包围部分的放大图，对应于上述图7。如图8所示，树脂涂层可仅施涂在阀座40b的抵接部上(阀座涂层部41f)。如图9所示，树脂涂层也可仅施涂在阀体48的抵接部上(阀体涂层部48a)。
在排出阀43的阀体48或阀座40b上施涂树脂涂层则使阀体48的抵接部碰触阀座40b的抵接部时的冲击得到了缓和，因此能够抑制阀体48的抵接部碰触阀座40b的抵接部时摩擦热产生。于是，排出阀43的温度与被压缩室压缩后的工作制冷剂的温度几乎相等。此外，排出阀43周围的压力(即、被压缩室压缩后的工作制冷剂的压力)下使HFO分解的温度远高于被压缩室压缩后的工作制冷剂的温度。因此，如果在排出阀43的阀体48或阀座40b上施涂树脂涂层，则能够抑制排出阀43的温度上升至使HFO分解的温度以上的温度。藉此，在使用包含HFO的工作介质的场合下，能够有效地抑制HFO的分解。
施涂于排出阀43的树脂涂层的材料从耐热性、拉伸强度、耐冲击性、耐磨损性、耐化学侵蚀性等方面来考虑而选择。施涂于排出阀43的树脂涂层的材料期望是耐热温度在100℃以上、强度在49.0MPa以上、弯曲弹性模量在2.4GPa以上的工程塑料(エンプラ)，或者是耐热温度在更高的150℃以上、强度在49.0MPa以上、弯曲弹性模量在2.4GPa以上的超级工程塑料。
作为工程塑料的例子，可列举聚酰胺(PA)、聚缩醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、间规聚苯乙烯(SPS)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚(mPPE)。
作为超级工程塑料的例子，可列举聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)、氟树脂、聚醚腈(PEN)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、热塑性聚酰亚胺(PI)。
工程塑料或超级工程塑料可以根据需要含有耐磨损剂等添加剂。
此外，施涂树脂涂层的部位不限于排出阀43，也可对图3所示的压缩机10内部的金属之间接触的滑动部分施涂树脂涂层。如此，能够和上述的排出阀43(参见图5和图6)的场合相同地抑制金属之间接触的滑动部分所产生的摩擦热。藉此，在使用包含HFO的工作介质的场合下，能够有效地抑制HFO的分解。
实施方式2
下面参照附图对本发明的实施方式2进行说明。与实施方式1实质相同的要素标以相同的符号并省略其说明。
本发明的工作制冷剂是在实施方式1中说明的、包含分子结构中具有双键的HFO的工作介质。本实施方式的制冷循环装置的大致结构和实施方式1中采用图1所说明的结构相同。此外，本实施方式的制冷循环装置的压缩机的大致结构也和实施方式1中采用图3所说明的结构相同。与实施方式1仅在排出阀的结构上不同。
图10是排出阀143周围的放大剖面图。图10对应于实施方式1的图7。如图10所示，排出阀43的阀体148的上面形成有作为抑制排出阀143温度上升的温度上升抑制手段的散热翅片(フィン)148a。
通过形成散热翅片148a来增加阀体148的表面积，排出阀143的散热效率提高，能够抑制排出阀143的温度上升至被压缩机构30压缩的工作介质的压力下HFO分解的温度以上的温度。
通过像上述那样在排出阀中设置抑制排出阀温度上升的温度上升抑制手段，在使用包含HFO的工作介质的场合下，能够有效地抑制HFO的分解。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可适当变更。例如，上述的实施方式中制冷循环装置的压缩机是以旋转式压缩机来说明的，但不限于此。例如，上述实施方式中压缩机是旋转式压缩机，但也可以是例如涡旋式压缩机。
在实施方式1的说明中，作为图3所示的压缩机10内部使工作介质的温度上升的主要原因之一，叙述了因绝热压缩而引起的温度上升(要因1)。作为对要因1的对策，例如可在图1所示的制冷循环装置1中设置运行模式切换系统，该运行模式切换系统进行通常时运行模式(常规运行模式)与压力比小于常规运行模式的运行模式(温度上升抑制运行模式)这两种运行模式的切换。此处，所谓压力比，是指压缩机10中所排出的气体的压力除以所吸入的蒸汽的压力而得的值。该运行模式切换系统是抑制成为制冷循环内使HFO分解的要因的温度上升的温度上升抑制手段。
如果压力比增大，则被压缩机10压缩后的工作介质的温度(排出温度)上升。反之，如果压力比减小，则排出温度下降。也就是说，通过从常规运行模式切换到温度上升抑制运行模式，能够使排出温度下降。运行模式切换系统根据从压缩机10排出的工作介质的温度(排出温度)来进行常规运行模式与温度上升抑制运行模式之间的切换。具体而言，制冷循环装置1中，在排出温度不高于排出压力下有使分子结构中具有双键的HFO分解之虞的温度(分解诱发温度)时进行常规运行模式下的运行，而在排出温度高于分解诱发温度时进行温度上升抑制运行模式下的运行。藉此，抑制了制冷循环内的温度上升而能够抑制HFO的分解。
此外，在实施方式1的说明中，作为图3所示的压缩机10内部使工作介质的温度上升的主要原因之一，还叙述了因压缩损失而引起的温度上升(要因2)。作为对要因2的对策，例如可对图3所示的压缩机10的上部封闭部件40优化压缩机构30的冲程容积与上部封闭部件40上所形成的排出孔40a(参见图6)的容积的比率，以使排出孔40a所产生的损失最小。
本申请基于2015年12月28日提出申请的日本专利申请(特愿2015-255606)，在此援引其内容作为参照。
符号说明
1 制冷循环装置
10 压缩机
12 冷凝器
13 膨胀机构
14 蒸发器
20 驱动机构
31 辊筒
32 筒体
40 上部封闭部件
40a 排出孔
40b 阀座
41f 阀座涂层部
43 排出阀
47 高压空间
48 阀体
48a 阀体涂层部
60 下部封闭部件

Claims (7)

1.制冷循环装置，其是用压缩机对包含分子结构中具有双键的氢氟烯烃HFO的工作介质进行压缩而实施制冷循环的制冷循环装置，其中
所述制冷循环装置设有抑制制冷循环内温度上升的温度上升抑制手段。
2.如权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，所述压缩机具有：在压缩室中对所述工作介质进行压缩的压缩机构、对从所述压缩室排出的压缩后的所述工作介质进行收纳的高压空间、和设于所述压缩室与所述高压空间之间且将所述工作介质从所述压缩室向所述高压空间间歇性排出的排出阀；
所述排出阀中设有所述温度上升抑制手段。
3.如权利要求2所述的制冷循环装置，其特征在于，所述排出阀具有阀座和阀体，所述阀座处于成为压缩后的所述工作介质的流路的孔的周围、且向所述高压空间侧突出，所述阀体被构造成以关闭状态时与所述阀座抵接、开启状态时与所述阀座分离的方式来开闭所述孔；
在所述关闭状态时所述阀体所抵接的所述阀座的抵接部和所述关闭状态时所述阀座所抵接的所述阀体的抵接部上，施涂了作为所述温度上升抑制手段的树脂涂层。
4.如权利要求2所述的制冷循环装置，其特征在于，所述排出阀具有阀座和阀体，所述阀座处于成为压缩后的所述工作介质的流路的孔的周围、且向所述高压空间侧突出，所述阀体被构造成以关闭状态时与所述阀座抵接、开启状态时与所述阀座分离的方式来开闭所述孔；
在所述关闭状态时所述阀体所抵接的所述阀座的抵接部上，施涂了作为所述温度上升抑制手段的树脂涂层。
5.如权利要求2所述的制冷循环装置，其特征在于，所述排出阀具有阀座和阀体，所述阀座处于成为压缩后的所述工作介质的流路的孔的周围、且向所述高压空间侧突出，所述阀体被构造成以关闭状态时与所述阀座抵接、开启状态时与所述阀座分离的方式来开闭所述孔；
在所述关闭状态时所述阀座所抵接的所述阀体的抵接部上，施涂了作为所述温度上升抑制手段的树脂涂层。
6.如权利要求3～5中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，所述树脂涂层是超级工程塑料。
7.如权利要求1～6中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，所述HFO包含1,1,2－三氟乙烯。
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