JP6872686B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＨＦＯ１１２３を含む作動流体を用いる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、その内部に冷媒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媒としては、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装置用冷媒としては、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）が提案されている（例えば特許文献１または特許文献２）。

国際公開第２０１２／１５７７６４号 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、ラジカルを生成した場合、不均化反応により別の化合物に変化する恐れがある。不均化反応は大きな熱放出を伴うため、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にて、高エネルギが付加されると、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、冷凍サイクル回路の閉塞等によって、吐出圧力（冷凍サイクルの高圧側）が過度に上昇し、これに伴い温度も過度に上昇する。

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現象を引き起こし、これが高エネルギ源となって不均化反応を誘起することになる。そして、一旦、不均化反応が発生すると、連鎖反応により瞬間的に且つ部分的（圧縮
機内部）に高い圧力上昇が生じるため、不均化反応発生前に不均化必要条件を回避させることが重要である。

本発明は、このような不均化反応を誘起する作動流体の過度な高温高圧現象に鑑みてなしたもので、ＨＦＯ１１２３を含む作動流体を用いた圧縮機や冷凍サイクル装置の信頼性を向上させ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、冷凍サイクル回路に、１，１，２−トリフルオロエチレンもしくはジフルオロメタンを含む作動流体を封入して冷凍サイクル装置を構成し、この冷凍サイクル装置における圧縮機の吐出作動流体が存する空間を当該空間の温度が所定温度以上になると前記圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータに連通させて吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出する構成としてある。

上記構成によれば、作動流体が外部エネルギ源によって不均化反応を起こす温度になる前の所定温度に達すると圧縮機の吐出作動流体が存する空間を前記圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータに連通させて吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出するので、吐出作動流体の圧力を下げて不均化反応を未然に防止することができ、吐出作動流体を外部に放出することなく冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。

本発明は、上記構成により、ＨＦＯ１１２３を含む作動流体を用いた安全で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の概略構成図 同実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を構成する内部高圧型圧縮機の要部を拡大して示す概略構成図 同実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を構成する内部高圧型圧縮機の集中巻の電動機の概略構成図 同実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を構成する内部高圧型圧縮機の要部拡大概略断面図 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を構成する内部高圧型圧縮機の要部拡大概略断面図

第１の発明は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクル回路を構成し、前記冷凍サイクル回路に、１，１，２−トリフルオロエチレンもしくはジフルオロメタンを含む作動流体を封入して構成した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の吐出作動流体が存する空間を当該空間の温度が所定温度以上になると前記圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータに連通させて前記吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出する構成としてある。

上記構成によれば、作動流体が外部エネルギ源によって不均化反応を起こす温度となる前の所定温度に達すると圧縮機の吐出作動流体が存する空間を前記圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータに連通させて圧縮機内の吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出するので、吐出作動流体の圧力を下げて不均化反応を未然に防止することができ、吐出作動流体を外部に放出することなく冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、圧縮機の吐出作動流体が存する空間と当該圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータとを連通路によって連結するとともに、前記連通路を通常は閉塞状態とする温度検知開閉手段を備え、前記圧縮機内の吐出作動流体が存する空間温度が所定温度以上になると前記温度検知開閉手段が前記連通路を連通状態として前記圧縮機内の吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出する構成としてある。

これにより、作動流体が不均化反応を起こす前に作動流体を外部に放出して圧力を下げ不均化反応を防止するとともに、連通路によって圧縮機と吸入管もしくはアキュームレータとを機械的に連結しているので、吸入管もしくはアキュームレータを圧縮機に合理的に固定することができ、構成の合理化を図りつつ信頼性を向上させることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記温度検知開閉手段は温度検知機能と通路開閉機能を併せ持つ温度感知開閉体で構成してある。

これにより、バイメタル弁、形状記憶合金弁、可溶栓等の温度検知機能と通路開閉機能を併せ持つ温度感知開閉体を設けるだけで不均化反応の防止ができ、簡単かつ安価に不均化反応防止を実現することができる。

第４の発明は、第２または第３の発明において、前記温度検知開閉手段は不可逆動作タイプのものとしてある。

これにより、連通路を開成した後、再度、温度検知開閉手段が連通路を閉じて圧縮機内の吐出作動流体空間温度が高まって不均化反応が生じやすい状態となることを防止でき、より確実に冷凍サイクル装置の信頼性を高めることができる。

第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記冷凍サイクル装置は圧縮機の吐出作動流体が存する空間温度が所定温度以上になって当該吐出作動流体を吸入管もしくはアキュームレータに放出した時、さらに前記圧縮機を駆動する電動機への電気入力を遮断する構成としてある。

これにより、温度検知開閉手段が連通路を開成した後、再度、連通路を閉じるような可逆動作タイプのものであったとしても、電動機を停止させるので、圧縮機内の吐出作動流体空間温度が再上昇して不均化反応が生じやすい状態となるのを防止でき、より確実に冷凍サイクル装置の信頼性を高めることができる。

第６の発明は、第５の発明において、前記圧縮機を駆動する電動機への電気入力遮断は温度センサによって行う構成としてある。

これにより、温度検知開閉手段に電動機への電気入力遮断機能、すなわちスイッチ機能を持たせる必要がなく、汎用タイプの温度検知開閉手段を用いることができるので安価に提供することができるとともに、構成の簡素化も図ることができる。

第７の発明は、第５の発明において、前記圧縮機を駆動する電動機への電気入力遮断はサーマルプロテクタによって行う構成としてある。

これにより、温度検知開閉手段に電動機への電気入力遮断機能、すなわちスイッチ機能を持たせる必要が無く、構成の簡素化を図ることができるとともに、汎用タイプの温度検知開閉手段を用いることができ、しかも電動機もサーマルプロテクタを有する汎用の電動
機を使用することができ、温度センサも不要とすることができてより安価に提供することができる。

以下、本発明の実施の形態につい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に、本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００を示す。本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、室内機ユニット１０１ａと室外機ユニット１０１ｂとが冷媒配管及び制御配線等により互いに接続された、所謂セパレート型の空気調和機である。

室内機ユニット１０１ａは、室内熱交換器１０３と、室内熱交換器１０３に送風するとともに、室内熱交換器１０３で熱交換した空気を室内に吹き出す貫流ファン（クロスフローファン）である室内送風ファン１０７ａを備えている。室外機ユニット１０１ｂは、圧縮機１０２、減圧手段である膨張弁１０４、室外熱交換器１０５、四方弁１０６、室外熱交換器１０５に送風するプロペラファンである室外送風ファン１０７ｂを備えている。

室内機ユニット１０１ａと室外機ユニット１０１ｂとを分離できるように、室内機ユニット１０１ａは、配管接続部１１２を備えている。室外機ユニット１０１ｂは、配管接続部１１２、配管接続部１１２と四方弁１０６との間に設けられた三方弁１０８、配管接続部１１２と膨張弁１０４との間に設けられた二方弁１０９を備えている。また、室外機ユニット１０１ｂは、圧縮機１０２内に設けられた電動機を駆動する電動機駆動装置１１５を備えている。

そして、室内機ユニット１０１ａの一方の配管接続部１１２と室外機ユニット１０１ｂの二方弁１０９が設けられた側の配管接続部１１２とは、冷媒配管の１つである液管１１１ａで接続されている。また、室内機ユニット１０１ａの他方の配管接続部１１２と室外機ユニット１０１ｂの三方弁１０８が設けられた側の配管接続部１１２とは、冷媒配管の１つであるガス管１１１ｂで接続されている。

このように、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、主に、圧縮機１０２、室内熱交換器１０３、膨張弁１０４、室外熱交換器１０５の順に冷媒配管で接続し、冷凍サイクル回路を構成している。冷凍サイクル回路は、圧縮機１０２と室内熱交換器１０３または室外熱交換器１０５との間に、圧縮機１０２から吐出された冷媒の流れ方向を室内熱交換器１０３または室外熱交換器１０５のいずれかに切替える四方弁１０６を備えている。

四方弁１０６を備えることで、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、冷房運転と、暖房運転の切り替えが可能となる。つまり、冷房運転時には、圧縮機１０２の吐出側と室外熱交換器１０５とを連通させるとともに、室内熱交換器１０３と圧縮機１０２の吸入側とを連通されるように、四方弁１０６を切換える。これによって、室内熱交換器１０３を蒸発器として作用させ、周囲大気（室内空気）から熱を吸熱し、室外熱交換器１０５を凝縮器として作用させ、室内で吸熱した熱を周囲大気（室外空気）へ放熱する。一方、暖房運転時には、圧縮機１０２の吐出側と室内熱交換器１０３とを連通させるとともに、室外熱交換器１０５と圧縮機１０２の吸入側とを連通されるように、四方弁１０６を切換える。これによって、室外熱交換器１０５を蒸発器として作用させ、（室外空気）から吸熱し、室内熱交換器１０３を凝縮器として作用させ、室外で吸熱した熱を室内空気へ放熱する。

なお、四方弁１０６は、制御装置（図示せず）からの電気的信号によって、冷房と暖房
と切り替える電磁弁式のものが用いられている。

また、冷凍サイクル回路は、四方弁１０６をバイパスし、圧縮機１０２の吸入側と吐出側とを連通するバイパス手段１１３と、バイパス手段１１３の冷媒の流れを開放、閉止する開閉弁１１３ａを備えている。

また、圧縮機１０２の吐出側には、電子制御式の開閉弁であるリリーフ弁１１４が設けられている。なお、リリーフ弁１１４は、圧縮機１０２の吐出部から膨張弁１０４までの間、または、圧縮機１０２の吐出部から三方弁１０８までの間に設けられていればよいが、圧縮機１０２の圧力を急速に逃すためには、圧縮機１０２の吐出部から四方弁１０６までの間に設けられていることが望ましい。

冷凍サイクル回路は、圧縮機１０２の吐出側と膨張弁１０４の入口との間に設けられた高圧側圧力検出手段１１６を備えている。高圧側圧力検出手段１１６は、加圧されるダイヤフラムのひずみをひずみゲージなどで電気的に検出して測定する構成でもよい。さらに、機械的に圧力を検出する金属ベローズや金属ダイヤフラムで構成してもよい。そしてこの高圧側圧力検出手段１１６の検出値は、制御装置へ電気的に送信される。

冷凍サイクル回路内には、作動流体（冷媒）が封入されている。作動流体について説明する。本実施の形態の冷凍サイクル装置１００に封入される作動流体は、（１）ＨＦＯ１１２３（１，１，２−トリフルオロエチレン）と、（２）Ｒ３２（ジフオロメタン）からなる２成分系の混合作動流体であり、特に、Ｒ３２が３０重量％以上６０重量％以下の混合作動流体である。

ＨＦＯ１１２３にＲ３２を３０重量％以上混合することで、ＨＦＯ１１２３の不均化反応を抑制できる。また、Ｒ３２の濃度が高いほど不均化反応をより抑制できる。これは、Ｒ３２のフッ素原子への分極が小さいことによる不均化反応を緩和する作用と、ＨＦＯ１１２３とＲ３２は物理特性が似ていることから凝縮・蒸発など相変化時の挙動が一体となることによる不均化の反応機会を減少させる作用とにより、ＨＦＯ１１２３の不均化反応を抑制することができる。

また、ＨＦＯ１１２３とＲ３２の混合冷媒は、Ｒ３２が３０重量％、ＨＦＯ１１２３が７０％で共沸点を持ち、温度すべりがなくなる為、単一冷媒と同様な取り扱いが可能である。つまり、Ｒ３２を６０重量％以上混合すると、温度すべりが大きくなり、単一冷媒と同様な取り扱いが困難となる可能性があるため、Ｒ３２を６０重量％以下で混合することが望ましい。特に、不均化を防止するとともに、共沸点に近づくため温度すべりをより小さくし、機器の設計が容易とするために、Ｒ３２を４０重量％以上５０重量％以下で混合することが望ましい。

表１、表２は、ＨＦＯ１１２３とＲ３２の混合作動流体のうち、Ｒ３２が３０重量％以上６０重量％以下となる混合割合での、冷凍サイクルの圧力、温度、圧縮機の押しのけ容積が同じ場合の冷凍能力およびサイクル効率（ＣＯＰ）を計算し、Ｒ４１０ＡとＨＦＯ１１２３と比較したものである。

まず、表１、表２の計算条件について説明する。近年、機器のサイクル効率を向上するため、熱交換器の高性能化が進み、実際の運転状態では、凝縮温度は低下し、蒸発温度は上昇する傾向にあり、吐出温度も低下する傾向にある。このため、実際の運転条件を考慮し、表１の冷房計算条件は、冷凍サイクル装置１００の冷房運転時（室内乾球温度 ２７℃、湿球温度 １９℃、室外乾球温度 ３５℃）に対応し、蒸発温度は１５℃、凝縮温度は４５℃、圧縮機の吸入冷媒の過熱度は５℃、凝縮器出口の過冷却度は８℃とした。

また、表２の暖房計算条件は、冷凍サイクル装置１００の暖房運転時（室内乾球温度２０℃、室外乾球温度 ７℃、湿球温度 ６℃）に対応した計算条件で、蒸発温度は２℃、凝縮温度は３８℃、圧縮機の吸入冷媒の過熱度は２℃、凝縮器出口の過冷却度は１２℃とした。

表１、表２より、Ｒ３２を３０重量％以上６０重量％以下で混合することにより、冷房および暖房運転時に、Ｒ４１０Ａと比較して、冷凍能力は約２０％増加し、サイクル効率（ＣＯＰ）は９４〜９７％となり、温暖化係数はＲ４１０Ａの１０〜２０％に低減できる。

以上説明したように、ＨＦＯ１１２３とＲ３２の２成分系において、不均化の防止、温度すべりの大きさ、冷房運転時・暖房運転時の能力、ＣＯＰを総合的に鑑みると（すなわち、後述する圧縮機を用いた空気調和機器に適した混合割合を特定すると）、３０重量％以上６０重量％以下のＲ３２を含む混合物が望ましく、さらに望ましくは、４０重量％以上５０重量％以下のＲ３２を含む混合物が望ましい。

次に、冷凍サイクル回路を構成する各構成要素について説明する。

室内熱交換器１０３、室外熱交換器１０５には、フィンアンドチューブ型熱交換器やパ
ラレルフロー形（マイクロチューブ型）熱交換器などが用いられる。なお、なお、図１に示したようなセパレート型の空気調和機ではなく、例えば、室内熱交換器１０３の周囲媒体としてブライン（ブラインを居住スペースの冷暖房に使用）を用いる場合や、二元式冷凍サイクルの冷媒を用いる場合には、熱交換器の形態として、二重管熱交換器やプレート式熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器を用いてもよい（図示せず）。この場合、室内熱交換器１０３は、被冷却、加熱対象（セパレート型の空気調和機の場合、室内空気）を直接、冷却、加熱はしないので、必ずしも、室内に配置されなくともよい。膨張弁１０４には、例えば、パルスモータ駆動方式の電子膨張弁などが使用される。

圧縮機１０２の詳細について、図２を用いて説明する。圧縮機１０２はいわゆる密閉型のロータリ式圧縮機であり、電動機を備える部分が高圧の作動流体で満たされる内部高圧型圧縮機である。

圧縮機１０２はその外郭となる密閉容器１０２ｇの内部に、電動機１０２ｅ、圧縮機構１０２ｃが収納され、内部は高温高圧の吐出冷媒と、冷凍機油で満たされ、底部は冷凍機油を溜める貯油部１０２ｆとなっている。電動機（モータ）１０２ｅは、所謂ブラシレス・モータである。電動機１０２ｅは、圧縮機構１０２ｃのクランクシャフト１０２ｍに接続された回転子１０２１ｅと、回転子１０２１ｅの周囲に設けられた固定子１０２２ｅとを備えている。

固定子１０２２ｅには三相の固定子巻線が施され、固定子１０２２ｅ上下方向の端部でコイルエンド１０２３ｅを形成している。そして、三相の固定子巻線の端部はそれぞれリード線１０２ｉとなっている。つまり、固定子１０２２ｅは、三相の固定子巻線それぞれから延びる３本のリード線１０２ｉを備えている。３本のリード線１０２ｉの他端は、給電ターミナル１０２ｈに接続される。給電ターミナル１０２ｈは、３つの端子を備え、それぞれの端子は、電動機駆動装置１１５に接続されている。そして、上記三相の固定子巻線は絶縁体（図示せず）によって絶縁されている。

図２に示すように、３本のリード線１０２ｉのそれぞれは、電動機１０２ｅの水平断面において、コイルエンド１０２３ｅの離れた位置から延びている。より詳細には、３本のリード線１０２ｉのそれぞれは、固定子１０２２ｅ側（後述するコイルエンド１０２３ｅ側）の隣接するリード線１０２ｉ同士の間隔が、給電ターミナル１０２ｈ側の隣接するリード線同士の間隔より大きくなっている。また、３本のリード線１０２ｉは、電動機１０２ｅの水平断面において、回転子１０２１ｅの回転中心を中心として約１２０度ごとに配置されていてもよい。

図４は、電動機１０２ｅの横断面図である。電動機１０２ｅはいわゆる集中巻の電動機である。固定子１０２２ｅは、１つのティース３１と、ティース３１をつなぐ環状のヨーク３２からなり、固定子１０２２ｅの内周部に対向して、略円筒形の回転子コア３３とその外周部に配置された永久磁石３４からなる回転子１０２１ｅがクランクシャフト１０２ｍを中心として回転自在に保持されている。永久磁石３４は、外周をステンレス等の非磁性体の環３５を外周に挿入することにより固定されている。

なお、永久磁石の固定方法は、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて固定しても構わない。
また、永久磁石の配置方法として、上記では、永久磁石３４を回転子コア３３の外周部に配置する構造として説明したが、永久磁石を回転子コアの内部に配置した構造（図示せず）としてもよい。

一方、固定子１０２２ｅは、圧縮機のシェルに焼きばめされることによって密閉容器１０２ｇ内部で固定されている。固定子１０２２ｅの固定方法は、これに限らず、例えば、
溶接等の方法で固定しても構わない。

ティース３１には、三相の固定子巻線が施され、インバータ式の電動機駆動装置（図示せず）のスイッチング素子により、回転子１０２１ｅに回転磁界が発生するように巻線に電流を流している。回転磁界は、インバータにより可変速で発生させることが可能であり、圧縮機１０２の運転開始直後等には高速で、安定運転時等には低速で運転される。

固定子１０２２ｅの外周部に切り欠き、または溝、穴３７を設けることにより、密閉容器１０２ｇと固定子１０２２ｅとの間または固定子１０２２ｅそのものに、固定子１０２２ｅの全長に貫通した部分があり、そこを冷凍機油が通るようになっている。

電動機１０２ｅを集中巻の電動機とすることで、巻線抵抗が低減でき、大幅に銅損が低減できると共に、モータ全長も小さくできる。

なお、電動機１０２ｅは、集中巻きの電動機であるとして説明したが、分布巻きの電動機であってもよい。

圧縮機構１０２ｃは、圧縮室１０２１ｃを形成するシリンダ１０２２ｃと、シリンダ１０２２ｃ内の圧縮室１０２１ｃに配置したローリングピストン１０２３ｃを有している。ローリングピストン１０２３ｃは、前記クランクシャフト１０２ｍの回転によりベーン（図示せず）に当接しながら圧縮室内で回転運動し、吸入管１０２ａから冷媒を吸引して圧縮する。圧縮した冷媒は、吐出マフラー１０２ｌから密閉容器１０２ｇ内の吐出冷媒空間１０２ｄに移動し、吐出管１０２ｂから圧縮機１０２の外へと吐出される。

なお、この圧縮機構１０２ｃはシリンダ１０２２ｃを上下二段有するタイプとしているが、これはシリンダ１０２２ｃが一段だけのタイプであってもよいものである。

また、上記圧縮室１０２１ｃでの液圧縮を防止するため、吸入管１０２ａにはアキュームレータ１１９が設けられている。アキュームレータ１１９は、冷媒を気液分離し、冷媒ガスだけを吸入管１０２ａに導く。アキュームレータ１１９は、円筒状の容器１１９０の上部に冷媒ガス導入管１１９１、下部に冷媒ガス導出管１１９２が接続されている。冷媒ガス導出管１１９２の一端は吸入管１０２ａに接続され、冷媒ガス導出管１１９２の他端は容器１１９０の内部空間の上部まで延出している。

以上のようにして構成した圧縮機１０２において、蒸発器から流出した低圧冷媒は、四方弁１０６を介して、吸入管１０２ａから吸入され、圧縮機構１０２ｃで昇圧される。昇圧され、高温高圧となった吐出冷媒は、吐出マフラー１０２ｌから吐出され、電動機１０２ｅ周囲で構成される隙間（回転子１０２１ｅと固定子１０２２ｅ間、固定子１０２２ｅと密閉容器１０２ｇ間）を通って、吐出冷媒空間１０２ｄへと流動する。その後、吐出管１０２ｂから圧縮機１０２の外へと吐出され、四方弁１０６を介して、凝縮器へと向う。
圧縮機構１０２ｃは、電動機１０２ｅと、クランクシャフト１０２ｍを介して接続されている。電動機１０２ｅでは、外部電源から受け取った電力を電気的エネルギから機械的（回転）エネルギに変換している。圧縮機構１０２ｃでは、電動機１０２ｅからクランクシャフト１０２ｍを介して伝達される機械的エネルギを用いて、冷媒を昇圧する圧縮仕事を行っている。

ここで、既述した通り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、冷凍サイクル回路の閉塞等が生じると、作動流体の吐出圧力（冷凍サイクルの高圧側）が過度に上昇し、これに伴い作動流体の温度も過度に上昇する。

この状態下において、圧縮機１０２への電力供給を続けていると、圧縮機１０２を構成する電動機１０２ｅへ電力が過剰に供給され、電動機１０２ｅが異常に発熱し、電動機１０２ｅの固定子巻線４０の絶縁が破損して、巻線の導線同士が直接接触し、レイヤーショートを引き起こしかねない状態となる。すなわち、不均化反応が生じ難い作動流体、例えばＨＦＯ１１２３に対するＲ３２の混合比率が３０重量％以上６０重量％以下となるような作動流体を用いていても、冷媒が過度に高温高圧になって、そのような高温高圧下の冷媒雰囲気下にて、高エネルギ源が付加されると、不均化反応が発生し、圧縮機１０２内の圧力が急激に上昇する可能性がある。

そこでこの冷凍サイクル装置は、圧縮機１０２の吐出冷媒空間１０２ｄと当該圧縮機１０２のアキュームレータ１１９とを通常は閉塞状態とした連通路１２０で連結し、前記圧縮機１０２内の吐出冷媒空間１０２ｄの温度が前記不均化反応を起こす前の所定温度になると前記閉塞状態の連通路を開成し前記圧縮機内の吐出冷媒を前記アキュームレータ１１９に放出する構成としてある。

具体的には、図４に示すように前記圧縮機１０２の吐出冷媒空間１０２ｄとアキュームレータ１１９とを閉塞状態とした連通路１２０となる連通管１２０ａ、より具体的には常閉型の温度検知開閉手段１２１により閉塞状態とした連通管１２０ａによって連結し、前記圧縮機１０２内の吐出冷媒空間１０２ｄの温度が不均化反応を起こす前の所定温度になると前記温度検知開閉手段１２１が作動して閉塞状態の連通管１２０ａを開成し前記圧縮機１０２内の吐出冷媒を前記アキュームレータ１１９に放出する構成としてある。

これによって、この圧縮機１０２では、前記不均化反応を起こす前の所定温度、例えば、作動流体の不均化反応を誘起するレイヤーショートが発生する前の所定の温度になると、連通管１２０ａの温度検知開閉手段１２１が作動して閉塞状態の連通管１２０ａを開成し前記圧縮機１０２内の吐出冷媒を前記アキュームレータ１１９に放出する。これにより、圧縮機１０２内の圧力は急激に低下し、作動流体は不均化反応を起こさない状態となる。すなわち、作動流体の不均化反応を未然に防止することができる。

しかも、上記吐出作動流体は外部に放出しないので、外部環境を悪化させるようなことも防止することができる。

上記連通管１２０ａを開成する温度検知開閉手段１２１はバイメタルを用いて構成した常閉型弁、形状記憶合金を用いて構成した常閉型弁や可溶栓等の温度検知機能と通路開閉機能を併せ持つ温度感知開成体で構成したり、或いは温度検知素子と常閉型弁との組み合わせ等のように温度検知機能と通路開閉機能が別々のものによって構成したりすることができる。

図４に示す圧縮機１０２ではバイメタルを用いて構成した常閉型弁等の温度感知開成体からなる温度検知開閉手段１２１を用いており、所定温度になるとカシメ止め部１２１ａを支点に実線矢印で示すように湾曲して連通管１２０ａを開成し、吐出冷媒空間１０２ｄの吐出冷媒を白抜き矢印で示すようにアキュームレータ１１９内に放出するようになっている。

前記バイメタルや形状記憶合金を用いて構成した常閉型弁、或いは可溶栓等の温度感知開閉体で温度検知開閉手段１２１を構成すれば、それ自体が温度を検知して作動し連通管１２０ａを開成するので、温度検知素子と常閉型弁を別々に設ける必要がなくなって構成を簡素化でき、安価に提供することができる。

また、上記温度感知開閉体からなる温度検知開閉手段１２１は、温度が所定温度より低
くなると元の状態に復帰する可逆動作タイプの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連通管１２０ａを開成したままとする不可逆動作タイプのものとするのが好ましい。

この不可逆動作タイプの温度検知開閉手段１２１とすることによって、連通管１２０ａを開成した後、再度、温度検知開閉手段１２１が連通管１２０ａを閉じて圧縮機１０２内の吐出冷媒空間温度が高まり不均化反応が生じやすい状態となることを防止でき、より確実に冷凍サイクル装置の信頼性を高めることができる。

或いは、前記温度検知開閉手段１２１が連通管１２０ａを開成すると、圧縮機１０２を駆動する電動機１０２ｅへの電気入力を遮断する構成としてもよい。

これにより、温度検知開閉手段１２１が連通管１２０ａを開成した後、再度、連通管１２０ａを閉じるような可逆動作タイプのものであったとしても、電動機１０２ｅを停止させるので、圧縮機１０２内の吐出冷媒空間温度が高まって不均化反応が生じやすい状態となるのを防止できる。したがって、より確実に冷凍サイクル装置の信頼性を高めることができる。

この場合、上記電動機１０２ｅを停止させる圧力を不均化反応前の所定圧力として温度検知開閉手段１２１が連通管１２０ａを開成する温度を低めに設定しておき、かつ、前記温度検知開閉手段１２１を可逆動作タイプのものとしておけば、使い勝手が良く、より信頼性の高い冷凍サイクル装置とすることができる。すなわち、温度が上昇した際、まず温度検知開閉手段１２１を開成して吐出冷媒を放出し、その結果、温度が上昇せず元の温度に戻るようであれば温度検知開閉手段１２１が復帰し（閉じ）てそのまま運転を継続することができ、使い勝手が良く、より信頼性の高い冷凍サイクル装置とすることができる。

上記圧縮機１０２を駆動する電動機１０２ｅへの電気入力遮断は、電動機１０２ｅへの通電回路に設けたスイッチを前記温度検知開閉手段１２１自体の開成動作によって動作させる方式、或いは温度検知開閉手段１２１とは別に設けた温度センサ（図示せず）からの出力によって作動させるようにする方式、或いはさらにサーマルプロテクタ（図示せず）を用いた電動機１０２ｅとする、等々の方式が考えられるが、特に限定するものではない。

温度センサからの出力によって電動機１０２ｅへの電気入力を遮断する方式とすれば、温度検知開閉手段１２１に電動機１０２ｅへの電気入力遮断機能、すなわちスイッチ機能を持たせる必要がなく、汎用タイプの温度検知開閉手段１２１を用いることができるので安価に提供することができるとともに、構成の簡素化も図ることができる。

また、サーマルプロテクタによって電動機１０２ｅへの電気入力を遮断する方式とすれば、温度検知開閉手段１２１に電動機１０２ｅへの電気入力遮断機能、すなわちスイッチ機能を持たせる必要がなく、構成の簡素化を図ることができるとともに、汎用タイプの温度検知開閉手段１２１を用いることができ、しかも電動機１０２ｅもサーマルプロテクタを有する汎用の電動機を使用することができ、温度センサも不要とすることができてより安価に提供することができる。

また、圧縮機１０２の吐出冷媒空間１０２ｄから放出する冷媒はこの例ではアキュームレータ１１９に放出する構成としているが、吸入管１０２ａに放出、すなわち圧縮機１０２の吐出冷媒空間１０２ｄと吸入管１０２ａを連通管１２０ａにより連結して吸入管１０２ａに放出するようにしてもよく、アキュームレータ１１９を有さないタイプの圧縮機、例えばスクロール式圧縮機等にあってはこの方式で不均化反応を防止すればよい。

なお、圧縮機１０２の吐出冷媒空間１０２ｄからの冷媒をアキュームレータ１１９に放出するように構成すれば、アキュームレータ１１９はその空間容積が大きいのでその分だけ吐出冷媒空間１０２ｄの圧力低下を大きなものとすることができ、不均化反応防止効果を高めることができる。

ところで、上記温度検知開閉手段１２１が連通管１２０ａを開成する所定温度は実験等により不均化反応が生じる前の温度に適宜設定すればよいが、例えば以下のようにして設定することもできる。

すなわち、不均化反応は、既述した通り、作動流体が、過度に高温高圧となった雰囲気下にて、高エネルギが付加されると、これが起点となって発生する。

したがって、高エネルギが付加される温度が一つの条件となる。この高エネルギは、圧縮機１０２の場合、圧縮機１０２の駆動源となる電動機１０２ｅの固定子巻線の絶縁体が溶融破壊された時に生じるレイヤーショートが最も発生確率の高いものであり、よってこの絶縁体の溶融温度、余裕を見て溶融温度−１０％の温度が所定温度と設定することができる。この絶縁体の溶融温度は絶縁体の材料によって異なるが、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であれば１３０℃、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）であれば１５５℃、アラミドポリマーであれば２２０℃、ポリフェニレン サルファイド（ＰＰＳ）であれば１５５℃等々である。

よって、温度検知開閉手段１２１が作動する温度は上記溶融温度が最も低い温度、この例では１３０℃に対し１０％の余裕を見て１２０℃（≒１３０℃×９０％）に設定すればよい。

このように設定すれば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような廉価な絶縁紙を採用してコストダウンにつなげることができるとともに、正常運転で不用意に温度検知開閉手段１２１が作動してしまうのを防止することもでき、より安価で信頼性の高い冷凍サイクル装置とすることができる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２の冷凍サイクル装置における圧縮機１０２の要部を拡大して示すもので、 この実施の形態２では、圧縮機１０２の密閉容器１０２ｇとアキュームレータ１１９の容器１１９０にそれぞれ透孔１２０ｂを設け、この透孔１２０ｂを筒状カシメピン１２０ｃもしくは孔縁部を溶接で接合して前記透孔を連通路１２０としたものである。そして、前記連通路１２０を温度検知開閉手段１２１、この例では可溶栓で閉塞状態としたものである。

この実施の形態２のような構成としても、前記実施の形態１と同様の効果が得られる。そして、この実施の形態２では前記実施の形態１で示した連通管１２０ａが不要となり、構成の簡素化が図れる。

以上、本発明の実施の形態では、圧縮機の吐出冷媒が存する空間温度、すなわち吐出冷媒温度を検出して連通路１２０を開成するもので説明してきたが、これは例えば圧縮機１０２を駆動する電動機１０２ｅの駆動電流を検出し、この電動機駆動電流が上昇して所定値になると連通路１２０を開成するように構成してもよいものである。

また、上記連通路１２０を開成する吐出冷媒温度もしくは電動機駆動電流の所定値を不均化反応が生じる前の所定値としたが、不均化反応が生じたときの所定値として不均化反
応が生じてもこの不均化反応の進行を抑制するようにしてもよく、この場合も冷凍サイクル装置の安全性を図ることはできる。

また、圧縮機もロータリ式圧縮機を例にして説明したが、これは他の形式、例えば、スクロール式、レシプロ式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。

上述したように本発明は、ＨＦＯ１１２３を含む作動流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、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 冷凍サイクル装置
１０１ａ 室内機ユニット
１０１ｂ 室外機ユニット
１０２ 圧縮機
１０２ａ 吸入管
１０２ｂ 吐出管
１０２ｃ 圧縮機構
１０２ｅ 電動機
１０２ｇ 密閉容器
１０２１ｅ 回転子
１０２２ｅ 固定子
１０３ 室内熱交換器
１０５ 室外熱交換器
１０６ 四方弁
１０７ａ 室内送風ファン
１０７ｂ 室外送風ファン
１１９ アキュームレータ
１１９０ 容器
１１９１ 冷媒ガス導入管
１１９２ 冷媒ガス導出管
１２０ 連通路
１２０ａ 連通管
１２０ｂ 透孔
１２０ｃ 筒状カシメピン
１２１ 温度検知開閉手段

Claims (7)

1. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを環状に接続して冷凍サイクル回路を構成し、前記冷凍サイクル回路に、１，１，２−トリフルオロエチレンもしくはジフルオロメタンを含む作動流体を封入して構成した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の吐出作動流体が存する空間を当該空間の温度が所定温度以上になると前記圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータに連通させて前記吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出する構成とし、前記所定温度は、前記圧縮機の電動機の固定子巻線の絶縁体の溶融温度の−１０%の温度である冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機の吐出作動流体が存する空間と当該圧縮機の吸入管もしくはアキュームレータとを連通路によって連結するとともに、前記連通路を通常は閉塞状態とする温度検知開閉手段を備え、前記圧縮機内の吐出作動流体が存する空間温度が所定温度以上になると前記温度検知開閉手段が前記連通路を連通状態として前記圧縮機内の吐出作動流体を前記吸入管もしくはアキュームレータに放出する構成とした請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記温度検知開閉手段は温度検知機能と通路開閉機能を併せ持つ温度感知開閉体で構成した請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記温度検知開閉手段は不可逆動作タイプのものとした請求項２記載の冷凍サイクル装置。
5. 冷凍サイクル装置は圧縮機の吐出作動流体が存する空間温度が所定温度以上になって当該吐出作動流体を吸入管もしくはアキュームレータに放出した時、さらに前記圧縮機を駆動する電動機への電気入力を遮断する構成とした請求項１〜４のいずれか１項記載の冷凍サイクル装置。
6. 圧縮機を駆動する電動機への電気入力遮断は温度センサによって行う構成とした請求項５記載の冷凍サイクル装置。
7. 圧縮機を駆動する電動機への電気入力遮断はサーマルプロテクタによって行う構成とした請求項５記載の冷凍サイクル装置。

Images