JP2019152380A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＦＯ１１２３を含む作動媒体を用いた冷凍サイクル装置の信頼性を高める。【解決手段】電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入して構成した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超える場合には圧縮機への電力供給を停止する防護装置を備えた冷凍サイクル装置であって、圧縮機に入力される電流値が所定値以上となった場合には電動機への電力供給を停止することで、過電流によるレイヤーショートを抑制し、効果的に不均化反応を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を用いた冷凍サイクル装置に関する。

一般に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、必要に応じて四方弁、放熱器（または凝縮器）、キャピラリーチューブや膨張弁等の減圧器、蒸発器、等を配管接続して冷凍サイクルを構成し、その内部に冷凍サイクル用作動媒体（冷媒または熱媒体）を循環させることにより、冷却または加熱作用を行っている。

これらの冷凍サイクル装置における冷凍サイクル用作動媒体としては、フロン類（フロン類はＲ○○またはＲ○○○と記すことが、米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格により規定されている。以下、Ｒ○○またはＲ○○○と示す）と呼ばれるメタンまたはエタンから誘導されたハロゲン化炭化水素が知られている。

上記のような冷凍サイクル用冷媒としては、Ｒ４１０Ａが多く用いられているが、Ｒ４１０Ａ冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は２０９０と大きく、地球温暖化防止の観点から問題がある。

そこで、地球温暖化防止の観点からは、ＧＷＰの小さな冷媒として、例えば、ＨＦＯ１１２３（１，１，２−トリフルオロエチレン）や、ＨＦＯ１１３２（１，２−ジフルオロエチレン）が注目されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。

特許第６１９２８０６号公報 国際公開第２０１２／１５７７６５号

しかしながら、ＨＦＯ１１２３（１，１，２−トリフルオロエチレン）や、ＨＦＯ１１３２（１，２−ジフルオロエチレン）は、Ｒ４１０Ａなどの従来の冷媒に比べて安定性が低く、これに起因して、不均化反応と呼ばれる自己分解反応およびこの自己分解反応に続く重合反応（以下、不均化反応と記載する。）が生じやすい。不均化反応とは、狭義では自己分解反応のみであり、広義では自己分解反応およびこの自己分解反応に続く重合反応である。

不均化反応は大きな熱放出を伴って圧力上昇するため、圧縮機や冷凍サイクル装置の信頼性を低下させる恐れがある。このため、ＨＦＯ１１２３やＨＦＯ１１３２を圧縮機や冷凍サイクル装置に用いる場合には、この不均化反応を抑制する必要がある。

このような不均化反応は、過度に高温高圧となった冷媒雰囲気下、特に圧縮機内にて、高エネルギーが付加される、あるいはレイヤーショートなどの放電により冷媒分子と電子の過剰な衝突が発生すると、これが起点となって発生する。

例えば、一例を挙げると、正常な運転条件下ではない状態、すなわち、凝縮器側の送風ファン停止、冷凍サイクルの閉塞等が生じると、吐出圧力（冷凍サイクルの高圧側）が過
度に上昇する。

このような状態下で圧縮機のロック異常が生じ、このロック異常下においても、圧縮機への電力供給を続けると、圧縮機の電動機へ電力が過剰に供給され、電動機が異常に発熱する。その結果、電動機の固定子を構成する固定子巻線の導線同士でレイヤーショートと呼ばれる放電現象を引き起こし、これが高エネルギー源となって冷媒成分の一部がラジカル化しその濃度が急激に増加して不均化反応を誘起することになる。あるいは、前記レイヤーショートと呼ばれる放電現象による放電空間での冷媒分子と電子の過剰な衝突により、冷媒成分の一部がラジカル化しその濃度が急激に増加して不均化反応を誘起することになる。

そして、不均化反応が発生すると圧縮機内の圧力が異常に上昇し、圧縮機や冷凍サイクル装置の信頼性を低下させる恐れがある。

本発明は、このような点に鑑みてなしたもので、圧縮機内の冷媒に高エネルギーを付加することを防止、あるいはレイヤーショートと呼ばれる放電現象による放電空間での冷媒分子と電子の過剰な衝突を防止し、不均化抑制効果を発揮させることで、信頼性を高めた冷凍サイクル装置を提供することを目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入するとともに、前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えた場合に圧縮機への電力供給を停止、あるいは前記圧縮機の回転数を下げる防護装置を備えた冷凍サイクル装置としている。

上記構成によれば、圧縮機に入力される電流値が所定値以上となった場合に電動機への電力供給を停止、あるいは圧縮機の回転数を下げるので、発生するラジカル濃度の急上昇を抑制し、効果的に不均化反応を抑制することができる。

また、電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入して構成した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機に入力される電流値（電流の実効値、以下、単に電流値という。（瞬時値）の記載がある場合は瞬時値を表す）が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超える場合、あるいは前記圧縮機に入力される電流値（瞬時値）の変化量から算出された放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒を超える場合には圧縮機への電力供給を停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる防護装置を備えた冷凍サイクル装置としている。

上記構成によれば、圧縮機に入力される電流値が所定値以上となった場合、あるいは放電空間での放電電子数が所定値以上となった場合に電動機への電力供給を停止、あるいは圧縮機の回転数を下げるので、発生するラジカル濃度の急上昇を抑制し、効果的に不均化反応を抑制することができる。

本発明は、上記構成により、不均化抑制効果を確実に発揮させることができ、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を用いた信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置としての空気調和機を示す概略構成図 同実施の形態１、３に係る冷凍サイクル装置の防護装置を示す概略構成図 同実施の形態１、３に係る冷凍サイクル装置の不均化反応発生に至る電動機の電流波形を示す図 同実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の通常運転時の最大電流値と不均化反応の発生有無の関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の防護装置を示す概略構成図 同実施の形態１、２に係る冷凍サイクル装置の始動電流と不均化反応の発生有無の関係を示す図 同実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の放電空間での放電電子数と不均化反応の発生有無の関係を示す図

第１の発明は、電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入するとともに、前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えた場合に圧縮機への電力供給を停止、あるいは前記圧縮機の回転数を下げる防護装置を備えた構成としている。

上記構成によれば、圧縮機に入力される電流値が所定値以上となった場合に電動機への電力供給を停止あるいは圧縮機の回転数を下げるので、放電により発生するラジカル濃度の急上昇を抑制し、効果的に不均化反応を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明における防護装置が変流器と遮断装置とを含み、前記変流器からの電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると圧縮機への電力供給を１秒以内に停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる構成としている。

上記構成によれば、圧縮機の電動機に入力される電流値が所定の電流値を超えると１秒未満で圧縮機への電力供給を停止、あるいは圧縮機の回転数を下げ、前記所定の電流値の電流による放電で発生するラジカル濃度の急上昇を抑制するので、ラジカル濃度が高くなって不均化反応が発生してしまうのを防止でき、不均化反応防止を確実なものとすることができる。

第３の発明は、第１の発明における防護装置が、前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると断線する電流ヒューズを含み、前記電流ヒューズは前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると１秒未満で断線して圧縮機への電力供給を停止する構成としている。

上記構成によれば、電流ヒューズにより電力供給を停止するので、圧縮機がインバータ等の電子制御回路を持たないものであっても適用できるとともに、圧縮機の電動機に入力される電流値が所定の電流値を超えると電流ヒューズであっても１秒未満で圧縮機への電力供給を停止して前記所定の電流値の電流による放電で発生するラジカル濃度の急上昇を抑制するので、電力供給停止までの間にラジカル濃度が高くなって不均化反応が発生して
しまうのを防止でき、不均化反応防止を確実なものとすることができる。

第４の発明は、第１の発明における前記防護装置が前記圧縮機の電動機に入力される電流値を検出し、当該電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると圧縮機への電力供給を１秒以内に停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる遮断装置と、圧縮機の電動機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると断線して圧縮機への電力供給を１秒以内に停止する電流ヒューズとを組み合わせた構成としている。

これにより、電子制御による電流供給の低減および停止と電流ヒューズ断線による電流供給停止の二重の電流供給停止となり、不均化反応防止をより確実なものとすることができる。

第５の発明は、電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入するとともに、前記圧縮機に入力される電流値（瞬時値）を電子制御回路により検出し当該電流値の変化量から算出された放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒を超える場合には圧縮機への電力供給を停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる構成としている。

上記構成によれば、レイヤーショートにより発生した放電空間における放電電子数が所定値以上となった場合に圧縮機への電力供給を停止あるいは圧縮機の回転数を下げるので、放電電子により発生するラジカル濃度の急上昇を抑制し、効果的に不均化反応を抑制することができる。

第６の発明は、第１〜第５の発明の圧縮機を能力固定型としたものである。

上記構成によれば、電子制御的に圧縮機への電力供給を停止する機能を持たない冷凍サイクル装置であっても不均化反応を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について空気調和機に適用した場合を例にして図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。

本実施の形態の空気調和機１００は、室外機１０１および室内機１０２、並びにこれらを接続する接続配管１１０を備えており、室外機１０１は圧縮機１０３、室外熱交換器１０４（凝縮器或いは蒸発器）および膨張手段１０５を備え、室内機１０２は室内熱交換器１０６（蒸発器或いは凝縮器）を備えている。

室外機１０１の室外熱交換器１０４と室内機１０２の室内熱交換器１０６とは、接続配管１１０で環状に接続され、これにより冷凍サイクルが形成されている。具体的には、圧縮機１０３、室内機１０２の室内熱交換器１０６、減圧器としての膨張手段１０５、室外機１０１の室外熱交換器１０４の順で接続配管１１０により環状に接続されている。また、圧縮機１０３、室外熱交換器１０４および室内熱交換器１０６を接続する接続配管１１０には、冷暖房切換用の四方弁１０９が設けられている。なお、室外機１０１は、送風機１１４、図示しないアキュームレータ、温度センサ等を備えている。また、室内機１０２は、送風ファン１１３、図示しない温度センサ、操作部等を備えている。

室内機１０２が備える室内熱交換器１０６は、送風ファン１１３により室内機１０２の内部に吸い込まれた室内空気と、室内熱交換器１０６の内部を流れる冷媒（冷凍サイクル用作動媒体）との間で熱交換を行う。室内機１０２は、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に送風し、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に送風する。室外機１０１が備える室外熱交換器１０４は、送風機１１４により室外機１０１の内部に吸い込まれた外気と室外熱交換器１０４の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。

冷凍サイクル中には二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体、この例ではＨＦＯ１１２３（１，１，２−トリフルオロエチレン）を含む作動媒体が封入されており、圧縮機１０３がこの冷媒を圧縮して冷凍サイクル中を循環させている。この圧縮機１０３はいわゆる密閉型圧縮機で、内部に潤滑油が封入している。

上記作動媒体は既述したように高温高圧条件下においてレイヤーショートが発生し外部エネルギーが供給されると不均化反応が発生する。

そこで、本発明では、レイヤーショートの発生原因となる電動機駆動用の電流が所定値以上になると電動機への通電を遮断する防護装置２００が設けてある。

防護装置２００は、この実施の形態では図２に示すように電流値を検出する変流器２０１とリレー或いは電子回路等の遮断装置２０２とで構成してあり、変流器２０１の電流検出値が所定の電流値を超える場合には圧縮機への電力供給を停止することで、不均化反応を回避する構成としている。図中２０４は圧縮機の電動機で、図示しないが、インバータ回路等の電子制御回路に制御される形で電源２０５に接続されている。

なお、室内機１０２および室外機１０１の具体的な構成、あるいは、室内熱交換器１０６または室外熱交換器１０４、圧縮機１０３、膨張手段１０５、四方弁１０９、送風ファン１１３、送風機１１４、図示しない温度センサ、操作部、アキュームレータ、その他の弁装置、ストレーナ等の具体的な構成は特に限定されず、公知の構成を好適に用いることができる。

次に上記のように構成した空気調和機１００の作用効果について以下説明する。

まず、空気調和機の基本的な動作を簡単に説明しておく。

暖房運転では、圧縮機１０３はガス冷媒を圧縮して吐出し、これによりガス冷媒は四方弁１０９を介して室内機１０２の室内熱交換器１０６に送出される。室内熱交換器１０６では、室内空気との熱交換によりガス冷媒が凝縮して液化する。液化した液冷媒は、膨張手段１０５により減圧されて気液二相冷媒となり、室外機１０１の室外熱交換器１０４に送出される。室外熱交換器１０４は外気と気液二相冷媒とを熱交換するので、気液二相冷媒は蒸発してガス冷媒となり、圧縮機１０３に戻る。圧縮機１０３はガス冷媒を圧縮して四方弁１０９を介して再び室内機１０２の室内熱交換器１０６に吐出する。

冷房運転または除湿運転では、室外機１０１の圧縮機１０３はガス冷媒を圧縮して吐出し、これによりガス冷媒は四方弁１０９を介して室外機１０１の室外熱交換器１０４に送出される。室外熱交換器１０４は外気とガス冷媒とを熱交換するので、ガス冷媒は凝縮して液化する。液化した液冷媒は膨張手段１０５により減圧され、室内機１０２の室内熱交換器１０６に送出される。室内熱交換器１０６では、室内空気との熱交換により液冷媒が蒸発してガス冷媒となる。このガス冷媒は、四方弁１０９、吸入配管１１１を介して室外機１０１の圧縮機１０３に戻る。圧縮機１０３はガス冷媒を圧縮して四方弁１０９を介し
て再び室外熱交換器１０４に吐出する。

次に、圧縮機への電力供給を停止する防護装置２００の作用効果について説明する。

上記運転中、正常な運転条件下ではない状態、すなわち、既述したように凝縮器側の送風ファン１１３停止、冷凍サイクル装置の閉塞等が生じると、冷凍サイクルの高圧側の圧力が過度に上昇する。これに伴い温度も大きく上昇する。その結果、不均化反応が生じやすい状態となる。すなわち、不均化反応の支配因子である温度、圧力が上昇して電動機２０４が異常に発熱し、そのまま電動機２０４へ電力が供給され続けていると、電動機２０４の固定子を構成する固定子巻線の導線同士で巻線絶縁材の劣化によるレイヤーショートと呼ばれる現象を引き起こし、この高エネルギー源が冷媒のラジカル反応によるラジカル濃度の上昇を招き、不均化反応を誘起しやすくなる。

しかしながら、本実施の形態では、上記のような状態で電動機２０４に供給される電流が不均化反応誘起前の所定の電流値を超えると、防護装置２００が圧縮機１０３への電力供給を停止する。よって、不均化反応を回避することが出来る。

上記防護装置２００による電動機２０４への電力供給停止は、前記圧縮機１０３に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上の所定の電流値としている。すなわち、上記所定の電流値は、不均化反応が発生しやすい高温高圧条件下において冷媒に不均化反応を発生させるほどのレイヤーショートを発生させる電流値になる前の電流値で、本発明者らが実験したところ、不均化反応は、図４に示すように、始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上の電流値で発生することが明らかになった。

よって、上記防護装置２００は、始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上の所定の電流値と設定している。

上記図４は、実際の空気調和機において生じる冷媒の不均化反応が発生する限界の上限温度１３０℃、上限圧力８ＭＰａ時の不均化反応発生状況を示し、横軸は圧縮機の能力、縦軸は始動時以外の通常運転時の最大電流値に対する不均化反応発生電流値の比である。この図４から明らかなように、不均化反応は通常運転時の最大電流値の３倍以上の電流値になると発生している。

また、本実施の形態では、上記電動機２０４への電力供給は、始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上に設定した所定の電流値を超えてから１秒未満、好ましくは０．５秒未満、より好ましくは０．１秒未満で停止するようにしている。１秒を超えると、その間にレイヤーショートが発生しそのエネルギー（レイヤーショートで放出される電子量）が不均化反応抑制閾値を超えてしまい、不均化反応を誘起してしまうが、１秒未満で電力供給を停止すれば不均化反応の誘起を確実に防止できる。

つまり、電動機２０４への電力供給の停止を１秒未満とする構成にしておけば、不均化反応の抑制効果を確実なものとすることができる。

ここで、上記防護装置２００は電動機２０４への電力供給を停止させると、元の状態に復帰する可逆動作タイプ、すなわち電力供給を再開するものであってもよいが、一旦作動すると元の状態には復帰せず電力供給を停止させ続ける不可逆動作タイプのものとするのが好ましい。

また、可逆動作タイプのものとする場合は、電力供給停止電流値を高低二段持たせ、低い方の電流値の場合は電流値が低下すれば再び電力供給可能とし、高い方の電流値の場合
は再び電力供給することなく電力供給を停止させ続ける不可逆動作とするのが好ましい。

このような構成としておけば、何らかの原因で瞬間的に電流値が上昇するようなことがあったとしても、当該瞬間的な電流値で電力供給を停止させてその後電流値が元の状態に戻るようであれば電力供給を再開しそのまま運転を継続することができ、使い勝手が良い冷凍サイクル装置とすることができる。

なお、通常この種の冷凍サイクル装置には圧縮機１０３の電動機２０４に過電流（始動時以外の通常運転時の最大電流値の１．５倍程度の電流）が流れるとこれを検出して圧縮機１０３の運転を停止する安全装置が設けてあるが、本実施の形態で開示した防護装置２００はこのような安全装置に加えて設けられるもので、このような従来の安全装置が設けられていてもこれが故障した時に作動して、不均化反応を防止するものである。

また、本実施の形態では、電動機２０４に供給される電流が不均化反応誘起前の所定の電流値を超えると、防護装置２００が圧縮機１０３への電力供給を停止するが、図示しないインバータ回路等の電子制御回路に制御された圧縮機１０３の回転数を下げることによっても不均化反応を回避することが出来る。

（実施の形態２） 図５は実施の形態２における防護装置を示す図である。

本実施の形態では、防護装置２００は電流ヒューズ２０３で構成してあり、この電流ヒューズ２０３は、電流検出値が、始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上に設定された所定の電流値を超えると圧縮機１０３への電力供給を停止するように設計している。

また、上記電流ヒューズ２０３は電動機２０４への電力供給を１秒未満、好ましくは０．５秒未満、より好ましくは０．１秒未満で行うように設計している。

本実施の形態によれば、安価な電流ヒューズ２０３を用いていても前記実施の形態１と同様不均化反応の発生を確実に防止できる。よって、電流検出機能付きの電子制御回路を持たない圧縮機、すなわち一定速圧縮機等の能力固定型圧縮機に好適である。

しかも、上記電流ヒューズ２０３は１秒未満で電力供給を停止する構成としているので、確実に不均化反応の発生を防止することができる。すなわち、一般的に電流ヒューズは電流値が閾値を超えた状態が所定時間、例えば数十秒から数分程度続くと溶断（断線）して電流を遮断するため、電流を遮断するまでの間レイヤーショートが発生し続けて不均化反応を発生させるのに十分なエネルギーを放出してしまい、不均化反応を防止できない。

しかしながら、この実施の形態では電流ヒューズ２０３は１秒未満で溶断するように設計しているので、溶断するまでの間にレイヤーショートが発生することがなく、不均化反応を確実に防止することができる。

なお、上記各実施の形態１、２において、圧縮機１０３の電動機２０４への電力供給を停止する防護装置２００は、圧縮機１０３の通常運転時の最大電流値の３倍以上に設定された所定の電流値を超えると圧縮機１０３への電力供給を停止する構成としているが、これは圧縮機１０３の始動電流値の２倍以上を超えると圧縮機１０３への電力供給を停止するように設定しておいてもよい。図６は圧縮機１０３の始動電流を対象に不均化反応の発生状況を図４の場合と同じ条件で確認したもので、当該図６から明らかなように不均化反応は圧縮機１０３の始動電流値の２倍以上で発生している。よって、圧縮機１０３への電力供給を停止する電流値は圧縮機１０３の始動電流値の２倍以上の所定の電流値に設定し
ておいても不均化反応を防止することができる。

つまり、本発明の防護装置２００は前記圧縮機１０３に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超える場合には圧縮機１０３への電力供給を停止するように設定すればよい。

（実施の形態３）
本実施の形態は、冷凍サイクル中には二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体、この例ではＨＦＯ１１２３（１，１，２−トリフルオロエチレン）を含む作動媒体が封入されており、上記作動媒体は既述したように高温高圧条件下においてレイヤーショートにより冷媒分子と放電電子の過剰な衝突が発生すると不均化反応が発生する。

防護装置２００は、この実施の形態では図２に示すように電流値を検出する変流器２０１とリレー或いは電子回路等の遮断装置２０２とで構成してあり、圧縮機に入力される電流値（瞬時値）を図示しない電子制御回路により検出し、当該電流値（瞬時値）の変化量から算出されたレイヤーショートの発生原因となる放電空間での放電電子数が（１．０×１０＾１９個／秒）を超える場合には圧縮機への電力供給を停止することで、不均化反応を回避する構成としている。

次に、本発明の作用効果について説明する。

運転中、正常な運転条件下ではない状態、すなわち、既述したように凝縮器側の送風ファン１１３停止、冷凍サイクル装置の閉塞等が生じると、冷凍サイクルの高圧側の圧力が過度に上昇する。これに伴い温度も大きく上昇する。その結果、不均化反応が生じやすい状態となる。すなわち、不均化反応の支配因子である温度、圧力が上昇して電動機２０４が異常に発熱し、そのまま電動機２０４へ電力が供給され続けていると、電動機２０４の固定子を構成する固定子巻線の導線同士で巻線絶縁材の劣化によるレイヤーショートと呼ばれる現象を引き起こし、冷媒分子と電子の過剰な衝突が冷媒のラジカル反応によるラジカル濃度の上昇を招き、不均化反応を誘起しやすくなる。

しかしながら、本実施の形態では、上記のような状態で電動機２０４に入力される電流値（瞬時値）を図示しないインバータ回路等の電子制御回路により検出し当該電流値（瞬時値）の変化量から算出された放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒を超える場合には圧縮機への電力供給を停止する。よって、不均化反応を回避することが出来る。

上記防護装置２００による電動機２０４への電力供給停止は、前記圧縮機１０３に入力される電流値（瞬時値）の変化量から算出された放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒以上となる所定の電流値（瞬時値）の変化量としている。すなわち、上記所定の電流値（瞬時値）の変化量は、不均化反応が発生しやすい高温高圧条件下において冷媒に不均化反応を発生させるほどのレイヤーショートを発生させる放電電子数になる前の放電電子数に相当し、本発明者らが実験したところ、不均化反応は、図７に示すように、圧縮機１０３に入力される電流値（瞬時値）の変化量から算出された放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒以上に相当する電流値（瞬時値）の変化量で発生することが明らかになった。

よって、上記防護装置２００は、放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒以上に相当する電流値（瞬時値）の変化量と設定している。

上記図７は、実際の空気調和機において生じる冷媒の不均化反応が発生する限界の上限
温度１３０℃、上限圧力８ＭＰａ時の不均化反応発生状況を示し、横軸は試験番号、縦軸は不均化発生時の放電空間での放電電子数（個）である。図７から明らかなように、不均化反応は放電空間での放電電子数１．０×１０＾１９個／秒以上になると発生している。なお、レイヤーショートによる電流値（瞬時値）の変化量は図３に示す通り、レイヤーショートが発生しなかった場合の電流値（瞬時値）とレイヤーショートが発生した場合の電流値（瞬時値）の差である。また、レイヤーショートによる電流値（瞬時値）の変化量（アンペア）を電気素量（１．６×１０＾−１９クーロン）で除したものが放電空間での放電電子数（個／秒）

となるので、放電空間での放電電子数１．０×１０＾１９個／秒に相当する電流値（瞬時値）の変化量は１．６Ａに相当する。

また、本実施の形態では、電動機２０４に供給される電流が不均化反応誘起前の所定の電流値を超えると、防護装置２００が圧縮機１０３への電力供給を停止するが、図示しないインバータ回路等の電子制御回路に制御された圧縮機１０３の回転数を下げることによっても不均化反応を回避することが出来る。
（実施の形態４）
本実施の形態は圧縮機１０３の作動媒体に不均化反応を抑制する不均化抑制剤を設けて不均化反応の発生を更に確実に防止できるようにしたものである。

すなわち、本発明者らが、鋭意検討したところ、作動媒体として用いた１，１，２−トリフルオロエチレンの不均化反応を誘発する活性ラジカルは、主としてフッ素ラジカル（Ｆラジカル）、並びに、トリフルオロメチルラジカル（ＣＦ₃ ラジカル）、ジフルオロメチレンラジカル（ＣＦ₂ ラジカル）等のラジカルであることが明らかとなった。

そこで、本実施の形態では、Ｆラジカル、ＣＦ₃ ラジカル、ＣＦ₂ラジカル等を効率よく捕捉することが可能な物質（不均化抑制剤）を作動媒体に添加している。

例えば、上記不均化抑制剤は、次式（１）に示す構造を有するハロエタン（ＸがＦのみの場合を除く）である。

Ｃ₂Ｈ_mＸ_n ・・・ （１）
（ただし、式（１）におけるＸは、Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉからなる群より選択されるハロゲン原子であり、ｍは０以上の整数であるとともにｎは１以上の整数であり、さらに、ｍおよびｎの和は６であり、ｎが２以上のときＸは同一または異なる種類のハロゲン原子である。）
本実施の形態で示すように１，１，２−トリフルオロエチレンを含有する冷媒成分に上記した不均化抑制剤を添加することにより、前記式（１）に示すハロエタンが、不均化反応の連鎖分岐反応を引き起こすフッ素ラジカル、フルオロメチルラジカル、およびフルオロメチレンラジカル等のラジカルを良好に捕捉する。

そのため、１，１，２−トリフルオロエチレンの不均化反応を有効に抑制したり、不均化反応の急激な進行を緩和したりすることができる。その結果、作動媒体およびこれを用いた冷凍サイクル装置の信頼性をより確実に向上させることができる。

つまり、防護装置２００と不均化抑制剤とによる多重安全によって不均化反応の発生を防止でき、より安全性を高め信頼性を向上させることができる。

また、上記不均化反応を抑制する不均化抑制剤としては、更に次のようなものがあげられる。

すなわち、炭素数２〜５の飽和炭化水素と、炭素数１または２であってハロゲン原子が全てフッ素の場合を除くハロアルカンと、からなるものである。

前記不均化抑制剤によれば、飽和炭化水素およびハロアルカンが、１，１，２−トリフルオロエチレンの不均化反応で生じるフッ素ラジカル、フルオロメチルラジカル、およびフルオロメチレンラジカル等のラジカルを良好に捕捉することができる。そのため、１，１，２−トリフルオロエチレンの不均化反応を有効に抑制したり、不均化反応の急激な進行を緩和したりすることができる。しかも、飽和炭化水素単独、または、ハロアルカン単独を不均化抑制剤として添加する場合よりも少ない量で不均化反応の抑制または進行の緩和を実現することも可能となる。その結果、作動媒体およびこれを用いた冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。

なお、上記各実施の形態では、圧縮機１０３として具体的な例を提示していないが、これは、例えば、ロータリ式圧縮機、スクロール式圧縮機、レシプロ式圧縮機などの容積式圧縮機、もしくは、遠心式圧縮機等、いずれの圧縮機であってもよいものである。また、対象となる圧縮機は能力固定型でも能力可変型のどちらでも良い。

更に、本実施の形態では作動媒体としてＨＦＯ１１２３を含む作動媒体を例として説明したが、作動媒体は、二重結合を含むエチレン系フッ化炭化水素を含めばどのようなものであってもよく同様の効果が得られる。この二重結合を含むエチレン系フッ化炭化水素の例としては他にＨＦＯ１１３２などが存在する。

また、本実施の形態においては、冷凍サイクル装置を空気調和機とした場合を例にして説明したが、これは圧縮機、凝縮器、減圧器、および蒸発器等の構成要素が配管にて接続された冷凍サイクル装置であれば具体的な適用例は特に限定されず、例えば、冷蔵庫（家庭用、業務用）、除湿器、ショーケース、製氷機、ヒートポンプ式給湯機、ヒートポンプ式洗濯乾燥機、自動販売機等であってもよいものである。

上述したように本発明は、ＨＦＯ１１２３等を含む作動媒体を用いた冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。したがって、住居及び業務用の各エアコン、カーエアコン、給湯器、冷凍冷蔵庫、ショーケース、除湿機等の用途に幅広く適用することができる。

１００ 空気調和機
１０１ 室外機
１０２ 室内機
１０３ 圧縮機
１０４ 室外熱交換器（凝縮器或いは蒸発器）
１０５ 膨張手段（減圧器）
１０６ 室内熱交換器（蒸発器或いは凝縮器）
１０９ 四方弁
１１０ 接続配管
１１１ 吸入配管
１１２ 冷媒の流れ方向
１１３ 送風ファン
１１４ 送風機
２００ 防護装置
２０１ 変流器
２０２ 遮断装置あるいは電子回路
２０３ 電流ヒューズ
２０４ 電動機
２０５ 電源

Claims (6)

1. 電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入するとともに、前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えた場合に圧縮機への電力供給を停止、あるいは前記圧縮機の回転数を下げる防護装置を備えた冷凍サイクル装置。
2. 前記防護装置は、変流器と遮断装置とを含み、前記変流器からの電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると圧縮機への電力供給を１秒以内に停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる防護装置を備えた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記防護装置は、前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると断線する電流ヒューズを含み、前記電流ヒューズは前記圧縮機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると１秒未満で断線して圧縮機への電力供給を停止する防護装置を備えた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記防護装置は、前記圧縮機の電動機に入力される電流値を検出し、当該電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動時の電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると圧縮機への電力供給を１秒以内に停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる遮断装置と、圧縮機の電動機に入力される電流値が始動時以外の通常運転時の最大電流値の３倍以上あるいは始動電流値の２倍以上に設定された所定の電流値を超えると断線して圧縮機への電力供給を１秒以内に停止する電流ヒューズとを組み合わせた構成とした請求項１記載の冷凍サイクル装置。
5. 電動機を備えた圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクルを構成し、前記冷凍サイクルに、二重結合を有するエチレン系フッ化炭化水素を含む作動媒体を封入するとともに、前記圧縮機に入力される電流値（瞬時値）を電子制御回路により検出し当該電流値の変化量から算出された放電空間での放電電子数が１．０×１０＾１９個／秒を超える場合には圧縮機への電力供給を停止、あるいは圧縮機の回転数を下げる構成とした冷凍サイクル装置。
6. 圧縮機は能力固定型とした請求項１〜５のいずれか１項記載の冷凍サイクル装置。

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