JP6675477B2

JP6675477B2 - 圧縮機及び冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6675477B2
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Inventors: 英明前山
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Description

本発明は、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関し、特に、１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒を用いる圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。

近年、地球温暖化防止の観点より、温室効果ガスの削減が求められている。空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられている冷媒についても、地球温暖化係数（ＧＷＰ）のより低いものが検討されている。現在、空気調和機用として広く用いられているＲ４１０ＡのＧＷＰは２０８８と非常に大きい値である。近年導入され始めているジフルオロメタン（Ｒ３２）のＧＷＰも６７５とかなり大きい値になっている。

ＧＷＰの低い冷媒としては、二酸化炭素（Ｒ７４４：ＧＷＰ＝１）、アンモニア（Ｒ７１７：ＧＷＰ＝０）、プロパン（Ｒ２９０：ＧＷＰ＝６）、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｙｆ：ＧＷＰ＝４）、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｚｅ：ＧＷＰ＝６）等がある。

これらの低ＧＷＰ冷媒は、下記の課題があるため、一般的な空気調和機に適用することは困難である。
・Ｒ７４４：動作圧力が非常に高いため、耐圧確保の課題がある。また、臨界温度が３１℃と低いため、空気調和機用途での性能の確保が課題となる。
・Ｒ７１７：高毒性であるため、安全確保の課題がある。
・Ｒ２９０：強燃性であるため、安全確保の課題がある。
・Ｒ１２３４ｙｆ及びＲ１２３４ｚｅ：低動作圧で体積流量が大きくなるため、圧力損失増大による性能低下の課題がある。

上記の課題を解決する冷媒として、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）がある（例えば、特許文献１参照）。この冷媒には、特に、以下の利点がある。
・動作圧力が高く、冷媒の体積流量が小さいため、圧力損失が小さく、性能を確保しやすい。
・ＧＷＰが１未満であり、地球温暖化対策として優位性が高い。

国際公開第２０１２／１５７７６４号

ＡｎｄｒｅｗＥ．Ｆｅｉｒｉｎｇ，ＪｏｎＤ．Ｈｕｌｂｕｒｔ， "Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ"，Ｃｈｅｍｉｃａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｅｗｓ（２２Ｄｅｃ１９９７）Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．５１，ｐｐ．６

ＨＦＯ−１１２３には、下記の課題がある。
（１）高温高圧の状態において、着火エネルギーが加わると、爆発が発生する（例えば、非特許文献１参照）。

このため、ＨＦＯ−１１２３を冷凍サイクル装置に適用するには、上記の課題を解決する必要がある。

上記の課題については、不均化反応の連鎖によって爆発が発生することが明らかになった。この現象が発生する条件は、下記の２点である。
（１ａ）冷凍サイクル装置（特に、圧縮機）の内部に着火エネルギー（高温部）が発生し、不均化反応が起こる。
（１ｂ）高温高圧の状態において、不均化反応が連鎖して拡散する。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＨＦＯ−１１２３を使用しても安全性を確保することができる圧縮機、及び該圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る圧縮機は、１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒が封入される冷媒回路に用いられる圧縮機であって、容積を変化させることにより前記混合冷媒を圧縮する圧縮室が形成された圧縮機構を備え、前記圧縮機構は、前記圧縮室の内部と外部とを連通する貫通孔で形成された吐出口を有し、前記貫通孔は直径２．５ｍｍ以下であるものである。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る圧縮機を有する冷媒回路と、該冷媒回路に封入された、１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒と、を備えたものである。

冷凍サイクル装置は、何らかの原因により、冷媒回路内を循環する冷媒の圧力及び温度が異常に上昇してしまうことがある。このような場合、圧縮機の圧縮機構は、部品同士が摺動する摺動部を有するため、摺動部にかかる荷重が増大する。また、圧縮機構を構成する部品が想定以上に熱膨張するため、前記摺動部において部品同士の干渉が発生する場合がある。そして、摺動部にかかる荷重の増大、及び、摺動部における部品同士の干渉により、摺動部にかじりが発生する場合がある。この際、かじりが発生する箇所では温度が非常に上昇する。このため、冷凍サイクル装置に１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒を用いた場合、かじりが発生する箇所が着火源となって圧縮室の内部で発生した不均化反応が圧縮室の外部へ連鎖して拡散することが懸念される。

しかしながら、発明者は、鋭意検討の結果、直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で圧縮機構の吐出口を形成することにより、圧縮室の内部で不均化反応が発生しても、圧縮室の外部へ連鎖して拡散することを防止できることを見いだした。このため、冷凍サイクル装置に本発明に係る圧縮機を採用することにより、１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒を用いても安全性を確保することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を示す縦断面図である。本発明の実施の形態１に係るＨＦＯ−１１２３の不均化反応の伝播を確認するための実験装置を示す図である。図３に示した実験装置での実験結果を示す図である。本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の吐出口近傍を示す平面図である。本発明の実施の形態３に係るロータリー圧縮機を示す縦断面図である。本発明の実施の形態３に係るロータリー圧縮機における圧縮機構の主軸受近傍を示す平面図である。図７のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施の形態３に係るＨＦＯ−１１２３の不均化反応の伝播を確認するための実験装置を示す図である。図９に示した実験装置での実験結果を示す図である。本発明の実施の形態４に係るロータリー圧縮機のシリンダの吐出口近傍を示す斜視図である。本発明の実施の形態４に係るロータリー圧縮機のシリンダの吐出口近傍を示す平面図である。本発明の実施の形態５に係るロータリー圧縮機の吐出口近傍を示す縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図である。
本実施の形態１において、冷凍サイクル装置１１０は、空気調和機である。なお、冷凍サイクル装置１１０が空気調和機以外の機器（例えば、ヒートポンプサイクル装置）であっても、本実施の形態１を適用することができる。

冷凍サイクル装置１１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１０ａを備える。この冷媒回路１１０ａは、スクロール圧縮機１００と、四方弁１０１と、室外熱交換器１０２と、膨張弁１０３と、室内熱交換器１０４とを備える。スクロール圧縮機１００は、冷媒を圧縮する。四方弁１０１は、冷房時と暖房時とで冷媒の流れる方向を切り換える。室外熱交換器１０２は、冷房時には凝縮器として動作し、スクロール圧縮機１００により圧縮された冷媒を放熱させる。室外熱交換器１０２は、暖房時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張弁１０３で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張弁１０３は、膨張機構の例である。膨張弁１０３は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。室内熱交換器１０４は、暖房時には凝縮器として動作し、スクロール圧縮機１００により圧縮された冷媒を放熱させる。室内熱交換器１０４は、冷房時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張弁１０３で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。なお、冷凍サイクル装置１１０が冷房又は暖房のうちの一方のみを行うものの場合、四方弁１０１は必要ない。

本実施の形態１において、冷媒回路１１０ａを循環する冷媒（換言すると、冷媒回路１１０ａに封入される冷媒）としては、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）と、該ＨＦＯ−１１２３とは異なる他の冷媒とを混合した混合冷媒が使用される。

好適な冷媒として、ＨＦＯ−１１２３とジフルオロメタン（Ｒ３２）との混合冷媒を使用することができる。なお、前記他の冷媒として、Ｒ３２以外に、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｙｆ）、トランス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ））、シス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ））、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）、１，１，１，２，２−ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）を用いてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機を示す縦断面図である。
スクロール圧縮機１００は、固定スクロール１１と該固定スクロール１１に対して公転（揺動）する揺動スクロール１２とを組み合わせたスクロール式の圧縮機構１０を備えている。また、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、密閉型圧縮機となっており、圧縮機構１０は密閉容器１内に収納されている。この密閉容器１内には、揺動スクロール１２を軸６と接続して駆動する電動機５も収納されている。縦置き型のスクロール圧縮機１００の場合、密閉容器１内において、例えば圧縮機構１０は上側に、電動機５は下側に、それぞれ配置されている。
ここで、密閉容器１が、本発明の容器に相当する。

固定スクロール１１は、台板部１１ａと、台板部１１ａの一方の面（図２において下側）に立設された渦巻状突起である板状渦巻歯１１ｂとを備えている。また、揺動スクロール１２は、台板部１２ａと、台板部１２ａにおける固定スクロール１１と対向する側の面（図２において上側）に立設された渦巻状突起である板状渦巻歯１２ｂとを備えている。板状渦巻歯１２ｂは、板状渦巻歯１１ｂと実質的に同一形状となっている。この固定スクロール１１の板状渦巻歯１１ｂと揺動スクロール１２の板状渦巻歯１２ｂとを互いに噛み合わせることで、相対的に容積が変化する圧縮室１３が形成される。

固定スクロール１１は、ガイドフレーム２を介して、密閉容器１に固定されている。固定スクロール１１の台板部１１ａの外周部には、ガス状混合冷媒を吸入口１４より圧縮室１３に導入するための吸入管７が設けられている。固定スクロール１１の台板部１１ａの中央部には、圧縮されて高圧となったガス状混合冷媒を吐出する吐出口１５が形成されている。そして、圧縮されて高圧となったガス状混合冷媒は、密閉容器１内の上部に吐出されるようになっている。すなわち、スクロール圧縮機１００は、圧縮機構１０で圧縮された混合冷媒が密閉容器１の内部に吐出される高圧シェル型の圧縮機となっている。この密閉容器１内の上部に吐出されたガス状混合冷媒は、圧縮機構１０の外周部に設けられた冷媒流路等を通って吐出管８より吐出されるようになっている。ここで、本実施の形態１では、吐出口１５は直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で形成されている。

揺動スクロール１２は、ガイドフレーム２内に収納されたコンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａに摺動自在に支持されている。また、揺動スクロール１２の台板部１２ａには、板状渦巻歯１２ｂの形成面と反対側（図２において下側）の面の中心部に、中空円筒形状の揺動軸受１２ｃが形成されている。この揺動軸受１２ｃには、軸６の上端部に設けられた揺動軸部６ａが回転自在に挿入されている。揺動軸部６ａの中心軸は、軸６の主軸部６ｂの回転中心に対して偏心している。揺動スクロール１２は、オルダム機構９により自転運動が規制されているため、軸６が回転することにより、固定スクロール１１に対して自転運動することなく公転運動（揺動運動）を行うよう。なお、本実施の形態１では、コンプライアントフレーム３とガイドフレーム２とは別体に構成されているが、これに限らず、両フレームを一体の一つのフレームで構成してもよい。

密閉容器１にはガス状混合冷媒を外部へ排出する吐出管８が設けられている。また、密閉容器１の底部は、冷凍機油が貯留される油溜め部１ａとなっている。油溜め部１ａに貯留された冷凍機油は、圧縮機構１０の摺動部等に供給され、該摺動部を潤滑する。圧縮機構１０の摺動部とは、例えば、固定スクロール１１の台板部１１ａと揺動スクロール１２の板状渦巻歯１２ｂとの間、固定スクロール１１の板状渦巻歯１１ｂと揺動スクロール１２の台板部１２ａとの間、固定スクロール１１の板状渦巻歯１１ｂと揺動スクロール１２の板状渦巻歯１２ｂとの間である。

電動機５は、軸６を回転駆動するものであり、軸６の主軸部６ｂに固定された回転子５ａ及び、密閉容器１に固定された固定子５ｂ等で構成されている。

次に、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の動作について説明する。
このスクロール圧縮機１００の起動時および運転時には、ガス状混合冷媒が吸入管７及び吸入口１４より吸入され、固定スクロール１１の板状渦巻歯１１ｂと揺動スクロール１２の板状渦巻歯１２ｂとの間に形成される空間に入る。電動機５により駆動される揺動スクロール１２が偏心旋回運動（揺動運動）すると、固定スクロール１１の板状渦巻歯１１ｂと揺動スクロール１２の板状渦巻歯１２ｂとの間に形成される空間は、吸入口１４と連通しなくなり、圧縮室１３となる。そして、圧縮室１３は、揺動スクロール１２の偏心旋回運動に伴って容積を減少させる。この圧縮行程により圧縮室１３内のガス状混合冷媒は高圧となる。

上記圧縮行程を経て高圧となったガス状混合冷媒は、圧縮室１３が固定スクロール１１の吐出口１５に連通することにより、つまり吐出口１５が圧縮室１３の内部と外部とを連通することにより、該吐出口１５から密閉容器１内に吐出される。このガス状混合冷媒は、圧縮機構１０の外周部に設けられた冷媒流路等を通って吐出管８より吐出される。

ここで、従来、冷凍サイクル装置は、何らかの原因により、冷媒回路内を循環する冷媒の圧力及び温度が、異常に上昇してしまうことがある。このような場合、圧縮機の圧縮機構は、部品同士が摺動する摺動部を有するため、摺動部にかかる荷重が増大する。また、圧縮機構を構成する部品が想定以上に熱膨張するため、前記摺動部において部品同士の干渉が発生する場合がある。そして、摺動部にかかる荷重の増大、及び、摺動部における部品同士の干渉により、摺動部にかじりが発生する場合がある。この際、かじりが発生する箇所では温度が非常に上昇する。このため、冷媒回路１１０ａにＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒を封入した本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１１０においては、スクロール圧縮機１００の圧縮機構１０におけるかじりが発生する箇所が着火源となり、圧縮室１３の内部で発生した不均化反応が圧縮室１３の外部へ伝播し、該伝播した不均化反応が連鎖して拡散することが懸念される。

しかしながら、発明者は、以下のように鋭意検討した結果、直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で圧縮機構１０の吐出口１５を形成することにより、圧縮室１３の内部で発生した不均化反応が圧縮室１３の外部へ伝播することを防止でき、圧縮室１３の外部において不均化反応が連鎖して拡散することを防止できることを見いだした。

発明者は、火炎の伝播構造とＨＦＯ−１１２３の不均化反応の伝播構造とが類似するのではないかという新たな着想のもと、圧縮室１３の内部で発生した不均化反応が圧縮室１３の外部へ伝播することを防止できる構造を検討した。詳しくは、火炎は、一定の大きさよりも小さな隙間を通ることができない。また、当該隙間を火炎が通過しようとした際、当該隙間が形成された部材に火炎が冷却され、消炎される。発明者は、圧縮室１３の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室１３の外部に伝播することも、火炎の伝播と同じように防止できるのではないかという新たな着想のもと、以下のような実験を行った。

図３は、本発明の実施の形態１に係るＨＦＯ−１１２３の不均化反応の伝播を確認するための実験装置を示す図である。また、図４は、図３に示した実験装置での実験結果を示す図である。
図３に示すように、実験装置２００は、箱形の容器２１０を備えている。この容器２１０には、貫通孔２１１が形成されている。また、容器２１０には、該容器２１０内にＨＦＯ−１１２３を含むガス状の混合冷媒を供給するための配管２１２が接続されている。また、容器２１０の内部には、着火源となる白金線２１３が設けられている。すなわち、容器２１０は圧縮機構１０の圧縮室１３に相当するものであり、貫通孔２１１は圧縮機構１０の吐出口１５に相当するものである。

容器２１０は、箱形の容器２２０の内部に収納されている。この容器２２０には、該容器２２０内にＨＦＯ−１１２３を含むガス状の混合冷媒を供給するための配管２２１が接続されている。すなわち、容器２２０は、圧縮機構１０を収納し、圧縮機構１０で圧縮されたガス状混合冷媒が吐出される密閉容器１に相当するものである。

上述のように構成された実験装置２００を用いれば、圧縮室１３の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室１３の外部に伝播するか否かは、容器２１０の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が容器２２０内にまで伝播するか否かで確認することができる。

詳しくは、まず、容器２１０の内部及び容器２２０の内部にＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒を供給し、容器２１０の内部及び容器２２０の内部を同一圧力とする。本実施の形態１では、容器２１０の内部及び容器２２０の内部を、冷凍サイクル装置１１０が通常運転する際における冷媒回路１１０ａの高圧側圧力の最高値よりも高い圧力にしている。より詳しくは、容器２１０の内部及び容器２２０の内部を、冷媒回路１１０ａの耐圧と同圧力にしている。換言すると、容器２１０の内部及び容器２２０の内部を、冷媒回路１１０ａ内を混合冷媒が循環し得る条件下において最も不均化反応が連鎖して拡散しやすい圧力にしている。

その後、白金線２１３に通電して溶断させ、容器２１０内の混合冷媒に着火して、容器２１０内において不均化反応を発生させる。そして、この不均化反応が容器２２０の内部まで、つまり容器２１０の外部まで伝播するか否かを確認した。

図４に示すように、貫通孔２１１の直径を変更しながら実験を行った結果、貫通孔２１１の直径を２．５ｍｍ以下にすることにより、容器２１０の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が容器２２０内にまで伝播しないことがわかった。すなわち、この結果より、吐出口１５を直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で形成することにより、圧縮室１３の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室１３の外部に伝播しないことがわかる。

以上、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、吐出口１５を直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で形成している。このため、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００、及び当該スクロール圧縮機１００を備えた冷凍サイクル装置１１０は、圧縮室１３の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室１３の外部に伝播することを防止でき、安全性を確保することができる。

ここで、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応の連鎖は、高温高圧の状況下において起きやすい。このため、通常、当業者は、吐出口１５を直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で形成しようとは考えない。なぜならば、吐出口１５の直径を小さくすることにより、ＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒が吐出口１５を通過する際に圧力が上昇し、不均化反応の連鎖が発生してしまうと考えるためである。当業者は、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応の連鎖を防止しようとした際、圧力上昇を抑制するために、むしろ、吐出口１５の直径を大きくしようと考える。つまり、吐出口１５を直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で形成する本発明は、当業者が想到することができないものであることを、ここに付言する。

なお、本実施の形態１では、スクロール圧縮機１００を例に、本発明を説明した。しかしながら、スクロール圧縮機１００は、圧縮機構の吐出口を開閉する弁を有していない圧縮機の一例として示したものである。例えばロータリー圧縮機等、他の形式の圧縮機構を有する圧縮機においても、吐出口を直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で形成することにより、圧縮室の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室の外部に伝播することを防止でき、安全性を確保することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の吐出口近傍を示す平面図である。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
実施の形態１では、吐出口１５を直径２．５ｍｍ以下の１つ貫通孔で形成した。しかしながら、スクロール圧縮機１００の容量を大きくしようとした場合、吐出口１５を直径２．５ｍｍ以下の１つ貫通孔で形成すると、吐出口１５の圧力損失が大きく、スクロール圧縮機１００の性能を確保することが難しくなる場合がある。このような場合には、図５に示すように、直径２．５ｍｍ以下の複数の貫通孔で吐出口１５を形成するとよい。このように構成することにより、吐出口１５の圧力損失を低減でき、スクロール圧縮機１００の性能を確保することができる。

実施の形態３．
圧縮機の中には、圧縮機構の吐出口を開閉する弁を有するものも存在する。このような圧縮機の場合、吐出口近傍を以下のように構成することにより、圧縮室の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室の外部に伝播することを防止でき、安全性を確保することができる。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図６は、本発明の実施の形態３に係るロータリー圧縮機を示す縦断面図である。図７は、このロータリー圧縮機における圧縮機構の主軸受近傍を示す平面図である。また、図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。なお、図６では、断面を表すハッチングを省略している。

高圧シェル型の圧縮機であるロータリー圧縮機３００は、例えば１気筒のロータリー圧縮機である。ロータリー圧縮機３００は、本発明の容器に相当する密閉容器３２０と、圧縮機構３３０と、電動機３４０と、軸３５０とを備える。このロータリー圧縮機３００は、図１で示した冷媒回路１１０ａにおいて、スクロール圧縮機１００と置き換えて用いられるものである。

密閉容器３２０には、混合冷媒を吸入するための吸入管３２１と、混合冷媒を吐出するための吐出管３２２とが取り付けられている。圧縮機構３３０は、密閉容器３２０の中に収納される。具体的には、圧縮機構３３０は、密閉容器３２０の内側下部に設置される。圧縮機構３３０は、吸入管３２１に吸入された冷媒を圧縮するものである。電動機３４０も、密閉容器３２０の中に収納される。電動機３４０は、軸３５０を介して、圧縮機構３３０を駆動するものである。

圧縮機構３３０は、シリンダ３３１と、ローリングピストン３３２と、ベーン（図示していない）と、主軸受３３３と、副軸受３３４とを備える。

シリンダ３３１の外周は、平面視略円形である。シリンダ３３１の内部には、平面視略円形の空間であるシリンダ室が形成される。シリンダ室は、軸方向両端が開口している。また、シリンダ３３１には、シリンダ室に連通し、半径方向に延びるベーン溝（図示していない）が設けられる。ベーン溝の外側には、ベーン溝に連通する平面視略円形の空間である背圧室が形成される。また、シリンダ３３１には、吸入管３２１と接続された吸入口３３６が設けられる。吸入口３３６は、シリンダ３３１の外周面からシリンダ室に貫通している。

ローリングピストン３３２は、リング状である。ローリングピストン３３２は、シリンダ室内で偏心運動する。ローリングピストン３３２は、軸３５０の偏心軸部３５１に摺動自在に嵌合する。

ベーンの形状は、平坦な略直方体である。ベーンは、シリンダ３３１のベーン溝内に設置される。ベーンは、背圧室に設けられるベーンスプリングによって常にローリングピストン３３２に押し付けられている。密閉容器３２０内が高圧であるため、ロータリー圧縮機３００の運転が開始すると、ベーンの背面（即ち、背圧室側の面）に密閉容器３２０内の圧力とシリンダ室内の圧力との差による力が作用する。このため、ベーンスプリングは、主にロータリー圧縮機３００の起動時（密閉容器３２０内とシリンダ室内の圧力に差がないとき）に、ベーンをローリングピストン３３２に押し付ける目的で使用される。ベーンがローリングピストン３３２に押し付けられることにより、シリンダ３３１のシリンダ室は、吸入口３３６と連通する吸入空間と、後述の吐出口３３７と連通する圧縮室３３１ａとに区画される。

主軸受３３３は、側面視略逆Ｔ字状である。主軸受３３３は、軸３５０の偏心軸部３５１よりも上の部分である主軸部３５２に摺動自在に嵌合する。主軸受３３３は、シリンダ３３１のシリンダ室及びベーン溝の上側を閉塞する。

副軸受３３４は、側面視略Ｔ字状である。副軸受３３４は、軸３５０の偏心軸部３５１よりも下の部分である副軸部３５３に摺動自在に嵌合する。副軸受３３４は、シリンダ３３１のシリンダ室及びベーン溝の下側を閉塞する。

主軸受３３３には、圧縮室３３１ａと連通する位置に、吐出口３３７が形成されている。吐出口３３７は、断面が例えば円形状である貫通孔である。また、主軸受３３３には、吐出口３３７を開閉する吐出弁３３８が設けられている。吐出弁３３８は、板形状の弾性部材で形成されている。吐出弁３３８は、圧縮室３３１ａ内の混合冷媒の圧力が規定圧力に達するまでは、該吐出口３３７の吐出側端部を覆う。そして、吐出弁３３８は、圧縮室３３１ａ内の混合冷媒が圧縮されて規定圧力に達すると、圧縮された混合冷媒の圧力によって吐出口３３７から離れ、吐出口３３７を開く。
ここで、吐出弁３３８が、本発明の弁に相当する。

吐出弁３３８の上方には、ストップ弁３３９が設けられている。上述のように吐出弁３３８が吐出口３３７から離れた際、図８に二点鎖線で示すように、吐出弁３３８は、ストップ弁３３９に接触して、移動を停止する。すなわち、このストップ弁３３９は、吐出弁３３８のリフト量ｈを規定するもの、換言すると、吐出口３３７と吐出弁３３８との間の距離を規定するものである。本実施の形態３では、吐出弁３３８のリフト量ｈを、つまり吐出口３３７と吐出弁３３８との間の距離を２．５ｍｍ以下としている。なお、吐出口３３７と吐出弁３３８との間の距離は、図８に示すように、吐出口３３７の吐出側端部の中心位置と吐出弁３３８との間の距離である。

主軸受３３３の外側には、吐出マフラ３３５が取り付けられる。吐出口３３７から吐出される高温で高圧のガス状混合冷媒は、一旦吐出マフラ３３５に入り、その後吐出マフラ３３５から密閉容器３２０の内部空間に放出される。

密閉容器３２０の横には、吸入マフラ３２３が設けられる。吸入マフラ３２３は、冷媒回路１１０ａから低圧のガス状混合冷媒を吸入する。吸入マフラ３２３は、液状混合冷媒が戻る場合に液状混合冷媒が直接シリンダ３３１のシリンダ室に入り込むことを抑制する。吸入マフラ３２３は、シリンダ３３１の吸入口３３６に吸入管３２１を介して接続される。

電動機３４０は、固定子３４１と、回転子３４２とを備える。固定子３４１は、密閉容器３２０の内周面に当接して固定される。回転子３４２は、固定子３４１の内側に０．３〜１ｍｍ程度の空隙を介して設置される。この回転子３４２は、軸３５０の主軸部３５２に固定されている。

また、密閉容器３２０の底部は、冷凍機油が貯留される油溜め部３６０となっている。油溜め部３６０に貯留された冷凍機油は、圧縮機構３３０の摺動部等に供給され、該摺動部を潤滑する。圧縮機構３３０の摺動部とは、例えば、ローリングピストン３３２とシリンダ３３１との間、ローリングピストン３３２と主軸受３３３との間、ローリングピストン３３２と副軸受３３４との間、ローリングピストン３３２と軸３５０の偏心軸部３５１との間、ローリングピストン３３２とベーンとの間、シリンダ３３１とベーンとの間である。

次に、本実施の形態３に係るロータリー圧縮機３００の動作について説明する。
電動機３４０の回転子３４２が回転すると、回転子３４２に固定された軸３５０が回転する。軸３５０の回転に伴い、圧縮機構３３０のローリングピストン３３２が圧縮機構３３０のシリンダ３３１のシリンダ室内で偏心回転する。シリンダ３３１とローリングピストン３３２との間の空間は、圧縮機構３３０のベーンによって圧縮室３３１ａ及び吸入空間に区画されている。軸３５０の回転に伴い、それらの２つの空間の容積が変化する。吸入空間では、徐々に容積が拡大することにより、吸入マフラ３２３からガス状混合冷媒が吸入される。圧縮室３３１ａでは、徐々に容積が縮小することにより、中のガス状混合冷媒が圧縮される。圧縮室３３１ａ内のガス状混合冷媒の圧力が規定圧力以上になると、吐出口３３７が開かれて、該吐出口３３７から吐出マフラ３３５に圧縮されたガス状混合冷媒が吐出される。このガス状混合冷媒は、吐出マフラ３３５から密閉容器３２０内の空間に一度吐出され、吐出管３２２から密閉容器３２０の外へ吐出される。

ここで、実施の形態１では、火炎の伝播構造とＨＦＯ−１１２３の不均化反応の伝播構造とが類似するのではないかという新たな着想のもと、圧縮室１３の内部で発生した不均化反応が圧縮室１３の外部へ伝播することを防止できる吐出口１５の大きさを検討した。その結果、直径２．５ｍｍ以下の貫通孔で圧縮機構１０の吐出口１５を形成することにより、圧縮室１３の内部で発生した不均化反応が圧縮室１３の外部へ伝播することの防止に成功した。

発明者は、吐出口３３７を開閉する吐出弁３３８を有する本実施の形態３に係るロータリー圧縮機３００においても、実施の形態１と同様の着想に基づいて、圧縮室３３１ａの内部で発生した不均化反応が圧縮室３３１ａの外部へ伝播することを防止できるのではないかと考えた。詳しくは、吐出弁３３８が吐出口３３７を開いた際、吐出弁３３８と吐出口３３７との間は、吐出口３３７から吐出された混合冷媒の流路となる。このため、吐出弁３３８と吐出口３３７との間の距離、つまり吐出弁３３８のリフト量ｈを２．５ｍｍ以下にすることにより、圧縮室３３１ａの内部で発生した不均化反応が圧縮室３３１ａの外部へ伝播することを防止できるのではないかと考えた。そこで、以下のような実験を行った。

図９は、本発明の実施の形態３に係るＨＦＯ−１１２３の不均化反応の伝播を確認するための実験装置を示す図である。また、図１０は、図９に示した実験装置での実験結果を示す図である。なお、図９には、貫通孔４１１を開いた状態における吐出弁４１４を二点鎖線で示している。

図９に示すように、実験装置４００は、箱形の容器４１０を備えている。この容器４１０には、貫通孔４１１が形成されている。また、容器４１０には、該容器４１０内にＨＦＯ−１１２３を含むガス状の混合冷媒を供給するための配管４１２が接続されている。また、容器４１０の内部には、着火源となる白金線４１３が設けられている。すなわち、容器４１０は圧縮機構３３０の圧縮室３３１ａに相当するものであり、貫通孔４１１は圧縮機構３３０の吐出口３３７に相当するものである。

さらに、容器４１０には、貫通孔４１１を開閉する吐出弁４１４が設けられている。吐出弁４１４は、板形状の弾性部材で形成されている。また、吐出弁４１４の上方には、ストップ弁４１５が設けられている。吐出弁４１４及びストップ弁４１５は、吐出弁４１４のリフト量ｈが２．５ｍｍとなるように設定されている。すなわち、吐出弁４１４は圧縮機構３３０の吐出弁３３８に相当するものであり、ストップ弁４１５は圧縮機構３３０のストップ弁３３９に相当するものである。

容器４１０は、箱形の容器４２０の内部に収納されている。この容器４２０には、該容器４２０内にＨＦＯ−１１２３を含むガス状の混合冷媒を供給するための配管４２１が接続されている。すなわち、容器４２０は、圧縮機構３３０を収納し、圧縮機構３３０で圧縮されたガス状混合冷媒が吐出される密閉容器３２０に相当するものである。

上述のように構成された実験装置４００を用いれば、圧縮室３３１ａの内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室３３１ａの外部に伝播するか否かは、容器４１０の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が容器４２０内にまで伝播するか否かで確認することができる。

詳しくは、まず、容器４１０の内部及び容器４２０の内部にＨＦＯ−１１２３を含む混合冷媒を供給し、容器４１０の内部及び容器４２０の内部を同一圧力とする。本実施の形態３では、容器４１０の内部及び容器４２０の内部を、冷凍サイクル装置１１０が通常運転する際における冷媒回路１１０ａの高圧側圧力の最高値よりも高い圧力にしている。より詳しくは、容器４１０の内部及び容器４２０の内部を、冷媒回路１１０ａの耐圧と同圧力にしている。換言すると、容器４１０の内部及び容器４２０の内部を、冷媒回路１１０ａ内を混合冷媒が循環し得る条件下において最も不均化反応が連鎖して拡散しやすい圧力にしている。この状態では、容器４１０の内部及び容器４２０の内部が同一圧力となっているので、吐出弁４１４は貫通孔４１１を閉じた状態となっている。

その後、白金線４１３に通電して溶断させ、容器４１０内の混合冷媒に着火して、容器４１０内において不均化反応を発生させる。これにより、容器４１０内の圧力が上昇するため、吐出弁４１４は貫通孔４１１を開き、容器４１０内の混合冷媒が容器４１０内に流入することとなる。この際、貫通孔４１１の直径を変更しながら、容器４１０内の不均化反応が容器４２０の内部まで、つまり容器４１０の外部まで伝播するか否かを確認した。

図１０に示すように、貫通孔４１１の直径を変更しながら実験を行った結果、貫通孔４１１の直径にかかわらず、容器４１０の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が容器４２０内にまで伝播しないことがわかった。すなわち、この結果より、吐出弁３３８のリフト量ｈを、つまり吐出口３３７と吐出弁３３８との間の距離を２．５ｍｍ以下とすることにより、圧縮室３３１ａの内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室３３１ａの外部に伝播しないことがわかる。

以上、本実施の形態３に係るロータリー圧縮機３００は、吐出口３３７と吐出弁３３８との間の距離を２．５ｍｍ以下にしている。このため、本実施の形態３に係るロータリー圧縮機３００、及び当該ロータリー圧縮機３００を備えた冷凍サイクル装置１１０は、圧縮室３３１ａの内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室３３１ａの外部に伝播することを防止でき、安全性を確保することができる。

なお、本実施の形態３では、ロータリー圧縮機３００を例に、本発明を説明した。しかしながら、ロータリー圧縮機３００は、圧縮機構の吐出口を開閉する弁を有する圧縮機の一例として示したものである。例えばスクロール圧縮機等、他の形式の圧縮機構を有する圧縮機においても、吐出口と吐出弁との間の距離を直径２．５ｍｍ以下とすることにより、圧縮室の内部で発生したＨＦＯ−１１２３の不均化反応が圧縮室の外部に伝播することを防止でき、安全性を確保することができる。

実施の形態４．
実施の形態３に示したロータリー圧縮機３００においては、上述のように、吐出弁３３８が吐出口３３７を開いた際、吐出弁３３８と吐出口３３７との間が、吐出口３３７から吐出された混合冷媒の流路となる。このため、ロータリー圧縮機３００の容量を大きくしようとした場合、１つの吐出口３３７のみを有する構成にすると、吐出弁３３８と吐出口３３７との間の圧力損失が大きくなり、ロータリー圧縮機３００の性能を確保することが難しくなる場合がある。このような場合には、吐出口３３７及び該吐出口３３７を開閉する吐出弁３３８を、複数設けることが好ましい。これにより、吐出弁３３８と吐出口３３７との間の圧力損失を低減でき、ロータリー圧縮機３００の性能を確保することができる。ここで、この場合、実施の形態３で示した構成の吐出口３３７及び吐出弁３３８を複数設けてもよいが、以下のように、ロータリー圧縮機３００を構成してもよい。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態３と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１１は、本発明の実施の形態４に係るロータリー圧縮機のシリンダの吐出口近傍を示す斜視図である。また、図１２は、このロータリー圧縮機のシリンダの吐出口近傍を示す平面図である。なお、図１２には、吐出口３３７を開いた状態の吐出弁３３８を二点鎖線で示している。

本実施の形態４に係るロータリー圧縮機３００は、複数の吐出口３３７を備えている。これらの吐出口３３７は、圧縮室３３１ａと連通するように、シリンダ３３１に形成されている。このシリンダ３３１には、各吐出口３３７と連通する合流流路３３７ａが形成されている。そして、合流流路３３７ａの上端は、密閉容器３２０の内部と連通している。つまり、各吐出口３３７から吐出された混合冷媒は、合流流路３３７ａで合流した後、密閉容器３２０内に吐出される構成となっている。

また、本実施の形態４に係るロータリー圧縮機３００は、合流流路３３７ａに固定される弁保持部材３３８ａを備えている。この弁保持部材３３８ａには、各吐出口３３７の吐出側端部と対向する位置に、吐出弁３３８が取り付けられている。詳しくは、各吐出弁３３８は、弾性体である板状部材が円弧状に曲げ形成されたものである。これら吐出弁３３８の一方の端部が、弁保持部材３３８ａに取り付けられている。また、これら吐出弁３３８の他方の端部は、開閉自在に吐出口３３７の吐出側端部を覆っている。各吐出弁３３８のリフト量ｈは、２．５ｍｍ以下になっている。

このように吐出口３３７及び吐出弁３３８を複数設けても、吐出弁３３８と吐出口３３７との間の圧力損失を低減でき、ロータリー圧縮機３００の性能を確保することができる。

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係るロータリー圧縮機の吐出口近傍を示す縦断面図である。なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については実施の形態４と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

ロータリー圧縮機３００に複数の吐出口３３７を備える構成とした場合、本実施の形態５のように、少なくとも２つの吐出口３３７を１つの吐出弁３３８で開閉する構成としてもよい。吐出弁３３８の枚数を削減できるため、ロータリー圧縮機３００を安価に製造することができる。

１密閉容器、１ａ油溜め部、２ガイドフレーム、３コンプライアントフレーム、３ａスラスト軸受、５電動機、５ａ回転子、５ｂ固定子、６軸、６ａ揺動軸部、６ｂ主軸部、７吸入管、８吐出管、９オルダム機構、１０圧縮機構、１１固定スクロール、１１ａ台板部、１１ｂ板状渦巻歯、１２揺動スクロール、１２ａ台板部、１２ｂ板状渦巻歯、１２ｃ揺動軸受、１３圧縮室、１４吸入口、１５吐出口、１００スクロール圧縮機、１０１四方弁、１０２室外熱交換器、１０３膨張弁、１０４室内熱交換器、１１０冷凍サイクル装置、１１０ａ冷媒回路、２００実験装置、２１０容器、２１１貫通孔、２１２配管、２１３白金線、２２０容器、２２１配管、３００ロータリー圧縮機、３２０密閉容器、３２１吸入管、３２２吐出管、３２３吸入マフラ、３３０圧縮機構、３３１シリンダ、３３１ａ圧縮室、３３２ローリングピストン、３３３主軸受、３３４副軸受、３３５吐出マフラ、３３６吸入口、３３７吐出口、３３７ａ合流流路、３３８吐出弁、３３８ａ弁保持部材、３３９ストップ弁、３４０電動機、３４１固定子、３４２回転子、３５０軸、３５１偏心軸部、３５２主軸部、３５３副軸部、３６０油溜め部、４００実験装置、４１０容器、４１１貫通孔、４１２配管、４１３白金線、４１４吐出弁、４１５ストップ弁、４２０容器、４２１配管。

Claims

１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒が封入される冷媒回路に用いられる圧縮機であって、
容積を変化させることにより前記混合冷媒を圧縮する圧縮室が形成された圧縮機構を備え、
前記圧縮機構は、前記圧縮室の内部と外部とを連通する貫通孔で形成された吐出口を有し、
前記貫通孔は直径２．５ｍｍ以下である圧縮機。
前記吐出口は、直径２．５ｍｍ以下の複数の貫通孔で形成されている請求項１に記載の圧縮機。
１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒が封入される冷媒回路に用いられる圧縮機であって、
容積を変化させることにより前記混合冷媒を圧縮する圧縮室が形成された圧縮機構を備え、
前記圧縮機構は、
前記圧縮室の内部と外部とを連通する直径２．５ｍｍよりも大きい貫通孔で形成され、前記圧縮室で圧縮された前記混合冷媒を吐出する吐出口と、
該吐出口の吐出側端部を覆い、圧縮された前記混合冷媒の圧力によって該吐出口から離れて該吐出口を開く弁と、
を有し、
前記弁が前記吐出口を開いている状態において、前記吐出口と前記弁との間の距離が２．５ｍｍ以下となる圧縮機。
前記圧縮機構は、前記吐出口及び前記弁を複数有する請求項３に記載の圧縮機。
１つの前記弁で複数の前記吐出口を開閉する請求項３又は請求項４に記載の圧縮機。
前記吐出口と前記弁との間の距離は、前記吐出口の吐出側端部の中心位置と前記弁との間の距離である請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機。
前記圧縮機構を収納する容器を備え、
前記圧縮機構で圧縮された前記混合冷媒が前記容器の内部に吐出される構成である請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の圧縮機。
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機を有する冷媒回路と、
該冷媒回路に封入された、１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒と、
を備えた冷凍サイクル装置。