JP7377838B2 - 圧縮機における冷媒としての使用、圧縮機、および、冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
圧縮機における冷媒としての使用、圧縮機、および、冷凍サイクル装置に関する。
従来より、冷凍装置には、ＨＦＣ冷媒より地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：以下、単にＧＷＰという場合がある。）の低いハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ冷媒）が注目されており、例えば、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）もＧＷＰの低い冷媒として特許文献１（特開２０１９－１９６３１２号公報）で検討されている。
このようなＨＦＯ冷媒は、ＧＷＰが低いものの、安定性が低いことから、一定条件下において不均化反応と呼ばれる自己分解反応が発生しやすいものがある。不均化反応とは、同一種類の分子２個以上が相互に反応するなどの原因により、２種類以上の異なる種類の物質に転じる化学反応である。そして、このようにして発生したＨＦＯ冷媒の不均化反応は、伝播していく場合がある。
本開示の目的は、冷媒の不均化反応の伝播を抑制することにある。
本願の発明者らは冷媒の不均化反応の伝播を抑制すべく鋭意研究を重ねた結果、冷媒の不均化反応は冷媒の流速が低い箇所において伝播しやすく、冷媒の流速が速い箇所においては不均化反応の伝播が抑制されることを新規に見出した。本願の発明者らは、かかる知見に基づきさらに研究を重ね、本開示の内容を完成するに至った。本開示は、以下の各観点に係る圧縮機における冷媒としての使用、圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供する。
第１観点に係る圧縮機における冷媒としての使用は、所定の高圧条件下において圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となる圧縮機における、組成物の冷媒としての使用である。組成物は、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む。
なお、所定の高圧条件下において圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所としては、特に限定されるものではない。例えば、圧縮機が、内部にティースおよびティースに巻かれた巻線を有している場合には、着火エネルギ発生箇所は、圧縮機の内部の巻線を含んでいてよい。また、例えば、圧縮機が、内部にクランクシャフトおよびクランクシャフトを回転可能に支持する軸受部を有している場合には、着火エネルギ発生箇所は、クランクシャフトと軸受部との接触部分を含んでいてよい。
この圧縮機における冷媒としての使用によれば、圧縮機の内部における冷媒の不均化の伝播を、圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所の周囲における冷媒の流速が速い箇所において抑制することが可能になる。
なお、圧縮機としては、所定の高圧条件において圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速が５ｍ／ｓ以上となる圧縮機であってもよいし、１０ｍ／ｓ以上となる圧縮機であってもよい。圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速が速くなるほど、不均化の伝播をより効果的に抑制することができる。
第２観点に係る圧縮機における冷媒としての使用は、第１観点の圧縮機における冷媒としての使用であって、組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含む。
なお、１，２－ジフルオロエチレンは、トランス－１，２－ジフルオロエチレン［（Ｅ）－ＨＦＯ－１１３２］であってもよく、シス－１，２－ジフルオロエチレン［（Ｚ）－ＨＦＯ－１１３２］であってもよく、これらの混合物であってもよい。
第３観点に係る圧縮機における冷媒としての使用は、第２観点の圧縮機における冷媒としての使用であって、組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含む。
第４観点に係る圧縮機における冷媒としての使用は、第１観点から第３観点のいずれかの圧縮機における冷媒としての使用であって、所定の高圧条件は、圧縮機の吐出管を流れる冷媒の圧力が１ＭＰａ以上である、という条件である。
この圧縮機における冷媒としての使用は、圧縮機の吐出管を流れる冷媒の圧力が１ＭＰａ以上となることで冷媒の不均化が発生しやすい状況下においても、発生した不均化の伝播を抑制することが可能になる。
第５観点に係る圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機である。冷媒は、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む。圧縮機は、所定の高圧条件下において圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となる。
なお、所定の高圧条件下において圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所としては、特に限定されるものではない。例えば、圧縮機が、内部にティースおよびティースに巻かれた巻線を有している場合には、着火エネルギ発生箇所は、圧縮機の内部の巻線を含んでいてよい。また、例えば、圧縮機が、内部にクランクシャフトおよびクランクシャフトを回転可能に支持する軸受部を有している場合には、着火エネルギ発生箇所は、クランクシャフトと軸受部との接触部分を含んでいてよい。
この圧縮機は、圧縮機の内部における冷媒の不均化の伝播を、圧縮機内部の着火エネルギ発生箇所の周囲における冷媒の流速が速い箇所において抑制することが可能になる。
第６観点に係る冷凍サイクル装置は、冷媒回路を備えている。冷媒回路は、第５観点に係る圧縮機を有する。
この冷凍サイクル装置では、冷媒回路を循環する冷媒の不均化の伝播を抑制することが可能になる。
以下、圧縮機と冷凍サイクル装置およびこれらにおける冷媒の使用について、例を挙げつつ具体的に説明するが、これらの記載は本開示内容を限定するものではない。
（１）冷凍サイクル装置１
冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことで、対象空間の熱負荷を処理する装置であって、例えば、対象空間の空気を調和させる空気調和装置等である。
冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことで、対象空間の熱負荷を処理する装置であって、例えば、対象空間の空気を調和させる空気調和装置等である。
図１に、冷凍サイクル装置の概略構成図を示す。図２に、冷凍サイクル装置のブロック構成図を示す。
冷凍サイクル装置１は、主として、室外ユニット２０と、室内ユニット３０と、室外ユニット２０と室内ユニット３０を接続する液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管５と、図示しないリモコンと、冷凍サイクル装置１の動作を制御するコントローラ７と、を有している。
冷凍サイクル装置１では、冷媒回路１０内に封入された冷媒が、圧縮され、冷却又は凝縮され、減圧され、加熱又は蒸発された後に、再び圧縮される、という冷凍サイクルが行われる。本実施形態では、冷媒回路１０には、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うための冷媒が充填されている。
（２）冷媒
冷媒回路１０に充填されている冷媒としては、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む冷媒である。なお、ＩＳＯ８１７で定義される燃焼速度については、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）の１．２ｃｍ／ｓは、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）の１．５ｃｍ／ｓよりも低い点で好ましい。また、ＩＳＯ８１７で定義されるＬＦＬ（ＬｏｗｅｒＦｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ Ｌｉｍｉｔ：燃焼下限界）については、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）の６５０００ｖｏｌ．ｐｐｍ６．５％は、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）の６２０００ｖｏｌ．ｐｐｍ６．２％よりも高い点で好ましい。なかでも、当該冷媒としては、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含むものであってよい。当該冷媒としては、特に、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含むものであることが好ましい。
冷媒回路１０に充填されている冷媒としては、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む冷媒である。なお、ＩＳＯ８１７で定義される燃焼速度については、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）の１．２ｃｍ／ｓは、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）の１．５ｃｍ／ｓよりも低い点で好ましい。また、ＩＳＯ８１７で定義されるＬＦＬ（ＬｏｗｅｒＦｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ Ｌｉｍｉｔ：燃焼下限界）については、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）の６５０００ｖｏｌ．ｐｐｍ６．５％は、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）の６２０００ｖｏｌ．ｐｐｍ６．２％よりも高い点で好ましい。なかでも、当該冷媒としては、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含むものであってよい。当該冷媒としては、特に、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含むものであることが好ましい。
ここで、エチレン系のフルオロオレフィンとしては、例えば、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、パーハロオレフィン等が挙げられる。また、パーハロオレフィンとしては、例えば、クロロトリフルオロエチレン（ＣＦＯ－１１１３）、テトラフルオロエチレン（ＦＯ－１１１４）等が挙げられる。
なお、冷媒回路１０には、上述の冷媒と共に冷凍機油が充填される。
（３）室外ユニット２０
室外ユニット２０は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管５を介して室内ユニット３０と接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２０は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、室外ファン２５と、レシーバ４１と、ガス側閉鎖弁２８と、液側閉鎖弁２９と、を有している。
室外ユニット２０は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管５を介して室内ユニット３０と接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２０は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、室外ファン２５と、レシーバ４１と、ガス側閉鎖弁２８と、液側閉鎖弁２９と、を有している。
圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。ここでは、圧縮機２１としては、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素が圧縮機モータによって回転駆動される密閉式構造の圧縮機を用いることができ、本実施形態ではロータリ圧縮機を用いている。圧縮機モータは、容量を変化させるためのものであり、インバータにより運転周波数の制御が可能である。
四路切換弁２２は、冷媒回路１０の流路の切り換えを行う。具体的には、四路切換弁２２は、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３とを接続しつつ圧縮機２１の吸入側とガス側閉鎖弁２８とを接続する状態と、圧縮機２１の吐出側とガス側閉鎖弁２８とを接続しつつ圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３とを接続する状態と、を切り換えることができる。
室外熱交換器２３は、冷房運転時には冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器または凝縮器として機能し、暖房運転時には冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。
室外膨張弁２４は、冷媒回路１０における室外熱交換器２３の液側出口から液側閉鎖弁２９までの間に設けられている。室外膨張弁２４は、弁開度を調節可能な電動膨張弁である。
室外ファン２５は、室外ユニット２０内に室外の空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための空気流れを生じさせる。室外ファン２５は、室外ファンモータによって回転駆動される。
レシーバ４１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２の接続ポートの１つとの間に設けられており、冷媒回路１０における余剰冷媒を液冷媒として貯留することが可能な冷媒容器である。
液側閉鎖弁２９は、室外ユニット２０における液側冷媒連絡配管６との接続部分に配置された手動弁である。
ガス側閉鎖弁２８は、室外ユニット２０におけるとガス側冷媒連絡配管５との接続部分に配置された手動弁である。
室外ユニット２０は、室外ユニット２０を構成する各部の動作を制御する室外ユニット制御部２７を有している。室外ユニット制御部２７は、ＣＰＵやメモリ等を含むマイクロコンピュータを有している。室外ユニット制御部２７は、各室内ユニット３０の室内ユニット制御部３４と通信線を介して接続されており、制御信号等の送受信を行う。
室外ユニット２０には、吐出圧力センサ６１、吐出温度センサ６２、吸入圧力センサ６３、吸入温度センサ６４、室外熱交温度センサ６５、外気温度センサ６６等が設けられている。これらの各センサは、室外ユニット制御部２７と電気的に接続されており、室外ユニット制御部２７に対して検出信号を送信する。吐出圧力センサ６１は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２の接続ポートの１つとを接続する吐出管を流れる冷媒の圧力を検出する。吐出温度センサ６２は、吐出管を流れる冷媒の温度を検出する。吸入圧力センサ６３は、圧縮機２１の吸入側とレシーバ４１とを接続する吸入配管を流れる冷媒の圧力を検出する。吸入温度センサ６４は、吸入配管を流れる冷媒の温度を検出する。室外熱交温度センサ６５は、室外熱交換器２３のうち四路切換弁２２が接続されている側とは反対側である液側の出口を流れる冷媒の温度を検出する。外気温度センサ６６は、室外熱交換器２３を通過する前の屋外の空気温度を検出する。
（４）室内ユニット３０
室内ユニット３０は、例えば、対象空間である室内の壁面や天井等に設置される。室内ユニット３０は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管５を介して室外ユニット２０と接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。
室内ユニット３０は、例えば、対象空間である室内の壁面や天井等に設置される。室内ユニット３０は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管５を介して室外ユニット２０と接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。
室内ユニット３０は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２を有している。
室内熱交換器３１は、液側が、液側冷媒連絡配管６と接続され、ガス側端が、ガス側冷媒連絡配管５とを接続されている。室内熱交換器３１は、冷房運転時には冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の凝縮器として機能する熱交換器である。
室内ファン３２は、室内ユニット３０内に室内の空気を吸入して、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための空気流れを生じさせる。室内ファン３２は、室内ファンモータによって回転駆動される。
また、室内ユニット３０は、室内ユニット３０を構成する各部の動作を制御する室内ユニット制御部３４を有している。室内ユニット制御部３４は、ＣＰＵやメモリ等を含むマイクロコンピュータを有している。室内ユニット制御部３４は、室外ユニット制御部２７と通信線を介して接続されており、制御信号等の送受信を行う。
室内ユニット３０には、室内液側熱交温度センサ７１、室内空気温度センサ７２等が設けられている。これらの各センサは、室内ユニット制御部３４と電気的に接続されており、室内ユニット制御部３４に対して検出信号を送信する。室内液側熱交温度センサ７１は、室内熱交換器３１の液冷媒側の出口を流れる冷媒の温度を検出する。室内空気温度センサ７２は、室内熱交換器３１を通過する前の室内の空気温度を検出する。
（５）コントローラ７
冷凍サイクル装置１では、室外ユニット制御部２７と室内ユニット制御部３４とが通信線を介して接続されることで、冷凍サイクル装置１の動作を制御するコントローラ７が構成されている。
冷凍サイクル装置１では、室外ユニット制御部２７と室内ユニット制御部３４とが通信線を介して接続されることで、冷凍サイクル装置１の動作を制御するコントローラ７が構成されている。
コントローラ７は、主として、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリを有している。なお、コントローラ７による各種処理や制御は、室外ユニット制御部２７および／又は室内ユニット制御部３４に含まれる各部が一体的に機能することによって実現されている。
（６）運転モード
冷凍サイクル装置１は、少なくとも冷房運転モードと暖房運転モードとを実行可能である。
冷凍サイクル装置１は、少なくとも冷房運転モードと暖房運転モードとを実行可能である。
コントローラ７は、リモコン等から受け付けた指示に基づいて、冷房運転モードか暖房運転モードかを判断し、実行する。
冷房運転モードでは、圧縮機２１は、例えば、冷媒回路１０における冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度になるように、運転周波数が容量制御される。
圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は、四路切換弁２２を介して、室外熱交換器２３において凝縮する。室外熱交換器２３を流れた冷媒は、室外膨張弁２４を通過する際に減圧される。
室外膨張弁２４で減圧された冷媒は、液側閉鎖弁２９を介して、液側冷媒連絡配管６を流れ、室内ユニット３０に送られる。その後、冷媒は、室内熱交換器３１において蒸発し、ガス側冷媒連絡配管５に流れていく。ガス側冷媒連絡配管５を流れた冷媒は、ガス側閉鎖弁２８、四路切換弁２２、レシーバ４１を経て、再び、圧縮機２１に吸入される。
暖房運転モードでは、圧縮機２１は、例えば、冷媒回路１０における冷媒の凝縮温度が、目標凝縮温度になるように、運転周波数が容量制御される。
圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側冷媒連絡配管５を流れた後、室内ユニット３０の室内熱交換器３１のガス側端に流入し、室内熱交換器３１において凝縮または放熱する。室内熱交換器３１において凝縮または放熱した冷媒は、液側冷媒連絡配管６を流れて、室外ユニット２０に流入する。
室外ユニット２０の液側閉鎖弁２９を通過した冷媒は、室外膨張弁２４において減圧される。室外膨張弁２４で減圧された冷媒は、室外熱交換器２３において蒸発し、四路切換弁２２およびレシーバ４１を経て、再び、圧縮機２１に吸入される。
（７）圧縮機２１の詳細構成
本実施形態の圧縮機２１は、図３に示すように、１シリンダ型のロータリ圧縮機であって、ケーシング８１と、ケーシング８１内に配置される駆動機構８２および圧縮機構８８とを備えた、ロータリ圧縮機である。この圧縮機２１は、ケーシング８１内において、圧縮機構８８が、駆動機構８２の下側に配置される。
本実施形態の圧縮機２１は、図３に示すように、１シリンダ型のロータリ圧縮機であって、ケーシング８１と、ケーシング８１内に配置される駆動機構８２および圧縮機構８８とを備えた、ロータリ圧縮機である。この圧縮機２１は、ケーシング８１内において、圧縮機構８８が、駆動機構８２の下側に配置される。
（７－１）駆動機構
駆動機構８２は、ケーシング８１の内部空間の上部に収容されており、圧縮機構８８を駆動する。駆動機構８２は、駆動源となるモータ８３と、モータ８３に取り付けられる駆動軸であるクランクシャフト８４とを有する。
駆動機構８２は、ケーシング８１の内部空間の上部に収容されており、圧縮機構８８を駆動する。駆動機構８２は、駆動源となるモータ８３と、モータ８３に取り付けられる駆動軸であるクランクシャフト８４とを有する。
モータ８３は、クランクシャフト８４を回転駆動させるためのモータであり、主として、ロータ８５と、ステータ８６とを有している。ロータ８５は、その内部空間にクランクシャフト８４が挿嵌されており、クランクシャフト８４と共に回転する。ロータ８５は、積層された電磁鋼板と、ロータ本体に埋設された磁石とから成る。ステータ８６は、ロータ８５の径方向外側に所定の空間を介して配置される。ステータ８６は、周方向に所定の間隔を開けて複数に分かれて配置される。ステータ８６は、積層された電磁鋼板と、ティース８６ｂを有するステータ本体８６ｃに巻かれたコイル８６ａとから成り、それが周方向に複数設けられている。モータ８３は、コイル８６ａに電流を流すことによってステータ８６に発生する電磁力により、ロータ８５をクランクシャフト８４と共に回転させる。このステータ８６のコイル８６ａには、ケーシング８１の上端に設けられた端子部９８に接続された図示しない配線を介して、電力が供給される。
クランクシャフト８４は、ロータ８５に挿嵌され、回転軸を中心に回転する。また、クランクシャフト８４の偏芯部であるクランクピン８４ａは、図４に示すように、圧縮機構８８のピストン８９のローラ８９ａ（後述）に挿通しており、ロータ８５からの回転力を伝達可能な状態でローラ８９ａに嵌っている。クランクシャフト８４は、ロータ８５の回転に従って回転し、クランクピン８４ａを偏芯回転させ、圧縮機構８８のピストン８９のローラ８９ａを公転させる。すなわち、クランクシャフト８４は、モータ８３の駆動力を圧縮機構８８に伝達する機能を有している。
（７－２）圧縮機構
圧縮機構８８は、ケーシング８１内の下部側に収容されている。圧縮機構８８は、吸入管９９を介して吸入した冷媒を圧縮する。圧縮機構８８は、ロータリ型の圧縮機構であり、主として、フロントヘッド９１と、シリンダ９２と、ピストン８９と、リアヘッド９３とから成る。また、圧縮機構８８の圧縮室Ｓ１で圧縮された冷媒は、フロントヘッド９１に形成されているフロントヘッド吐出孔９１ｃから、フロントヘッド９１およびマフラー９４に囲われたマフラー空間Ｓ２を経て、モータ８３が配置され吐出管９５の下端が位置する空間へ吐出される。
圧縮機構８８は、ケーシング８１内の下部側に収容されている。圧縮機構８８は、吸入管９９を介して吸入した冷媒を圧縮する。圧縮機構８８は、ロータリ型の圧縮機構であり、主として、フロントヘッド９１と、シリンダ９２と、ピストン８９と、リアヘッド９３とから成る。また、圧縮機構８８の圧縮室Ｓ１で圧縮された冷媒は、フロントヘッド９１に形成されているフロントヘッド吐出孔９１ｃから、フロントヘッド９１およびマフラー９４に囲われたマフラー空間Ｓ２を経て、モータ８３が配置され吐出管９５の下端が位置する空間へ吐出される。
（７－２－１）シリンダ
シリンダ９２は、金属製の鋳造部材である。シリンダ９２は、円筒状の中央部９２ａと、中央部９２ａから径方向外側の一方に延びる第１外延部９２ｂと、中央部９２ａから第１外延部９２ｂとは反対側に延びる第２外延部９２ｃとを有している。第１外延部９２ｂには、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入する吸入孔９２ｅが形成されている。中央部９２ａの内周面９２ａ１の内側の円柱状空間は、吸入孔９２ｅから吸入される冷媒が流入するシリンダ室９２ｄとなる。吸入孔９２ｅは、シリンダ室９２ｄから第１外延部９２ｂの外周面に向かって延び、第１外延部９２ｂの外周面において開口している。この吸入孔９２ｅには、吸入管９９の先端部が挿入される。また、シリンダ室９２ｄ内には、シリンダ室９２ｄ内に流入した冷媒を圧縮するためのピストン８９等が収容される。
シリンダ９２は、金属製の鋳造部材である。シリンダ９２は、円筒状の中央部９２ａと、中央部９２ａから径方向外側の一方に延びる第１外延部９２ｂと、中央部９２ａから第１外延部９２ｂとは反対側に延びる第２外延部９２ｃとを有している。第１外延部９２ｂには、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入する吸入孔９２ｅが形成されている。中央部９２ａの内周面９２ａ１の内側の円柱状空間は、吸入孔９２ｅから吸入される冷媒が流入するシリンダ室９２ｄとなる。吸入孔９２ｅは、シリンダ室９２ｄから第１外延部９２ｂの外周面に向かって延び、第１外延部９２ｂの外周面において開口している。この吸入孔９２ｅには、吸入管９９の先端部が挿入される。また、シリンダ室９２ｄ内には、シリンダ室９２ｄ内に流入した冷媒を圧縮するためのピストン８９等が収容される。
シリンダ９２の円筒状の中央部９２ａにより形成されるシリンダ室９２ｄは、その下端である第１端が開口しており、また、その上端である第２端も開口している。中央部９２ａの下端である第１端は、後述するリアヘッド９３により塞がれる。また、中央部９２ａの上端である第２端は、後述するフロントヘッド９１により塞がれる。
また、シリンダ９２には、後述するブッシュ８９ｃおよびブレード８９ｂが配置されるブレード揺動空間９２ｆが形成されている。ブレード揺動空間９２ｆは、中央部９２ａと第１外延部９２ｂとにまたがって形成されており、ブッシュ８９ｃを介してピストン８９のブレード８９ｂがシリンダ９２に揺動可能に支持される。ブレード揺動空間９２ｆは、平面的には、吸入孔９２ｅの近傍を、シリンダ室９２ｄから外周側に向かって延びるように形成されている。
（７－２－２）フロントヘッド
フロントヘッド９１は、図３に示すように、シリンダ９２の上端である第２端の開口を閉塞するフロントヘッド円板部９１ｂと、フロントヘッド円板部９１ｂの中央のフロントヘッド開口の周縁から上方向に延びる上軸受部９１ａとを有する。上軸受部９１ａは、円筒状であり、クランクシャフト８４の軸受として機能する。
フロントヘッド９１は、図３に示すように、シリンダ９２の上端である第２端の開口を閉塞するフロントヘッド円板部９１ｂと、フロントヘッド円板部９１ｂの中央のフロントヘッド開口の周縁から上方向に延びる上軸受部９１ａとを有する。上軸受部９１ａは、円筒状であり、クランクシャフト８４の軸受として機能する。
フロントヘッド円板部９１ｂには、図４に示す平面位置に、フロントヘッド吐出孔９１ｃが形成されている。フロントヘッド吐出孔９１ｃからは、シリンダ９２のシリンダ室９２ｄにおいて容積が変化する圧縮室Ｓ１で圧縮された冷媒が、断続的に吐出される。フロントヘッド円板部９１ｂには、フロントヘッド吐出孔９１ｃの出口を開閉する吐出弁が設けられている。この吐出弁は、圧縮室Ｓ１の圧力がマフラー空間Ｓ２の圧力よりも高くなったときに圧力差によって開き、フロントヘッド吐出孔９１ｃからマフラー空間Ｓ２へと冷媒を吐出させる。
（７－２－３）マフラー
マフラー９４は、図３に示すように、フロントヘッド９１のフロントヘッド円板部９１ｂの周縁部の上面に取り付けられている。マフラー９４は、フロントヘッド円板部９１ｂの上面および上軸受部９１ａの外周面と共にマフラー空間Ｓ２を形成して、冷媒の吐出に伴う騒音の低減を図っている。マフラー空間Ｓ２と圧縮室Ｓ１とは、上述のように、吐出弁が開いているときにはフロントヘッド吐出孔９１ｃを介して連通する。
マフラー９４は、図３に示すように、フロントヘッド９１のフロントヘッド円板部９１ｂの周縁部の上面に取り付けられている。マフラー９４は、フロントヘッド円板部９１ｂの上面および上軸受部９１ａの外周面と共にマフラー空間Ｓ２を形成して、冷媒の吐出に伴う騒音の低減を図っている。マフラー空間Ｓ２と圧縮室Ｓ１とは、上述のように、吐出弁が開いているときにはフロントヘッド吐出孔９１ｃを介して連通する。
また、マフラー９４には、図示しない、上軸受部９１ａを貫通させる中央マフラー開口と、マフラー空間Ｓ２から上方のモータ８３の収容空間へと冷媒を流すマフラー吐出孔とが形成されている。
なお、マフラー空間Ｓ２、モータ８３の収容空間、吐出管９５が位置するモータ８３の上方の空間、圧縮機構８８の下方に潤滑油が溜まっている空間などは、全てつながっており、圧力が等しい高圧空間を形成している。
（７－２－４）リアヘッド
リアヘッド９３は、シリンダ９２の下端である第１端の開口を閉塞するリアヘッド円板部９３ｂと、リアヘッド円板部９３ｂの中央開口の周縁部から下方に延びる軸受としての下軸受部９３ａとを有する。フロントヘッド円板部９１ｂ、リアヘッド円板部９３ｂ、およびシリンダ９２の中央部９２ａは、図４に示すように、シリンダ室９２ｄを形成する。上軸受部９１ａおよび下軸受部９３ａは、円筒形状のボス部であり、クランクシャフト８４を軸支する。
リアヘッド９３は、シリンダ９２の下端である第１端の開口を閉塞するリアヘッド円板部９３ｂと、リアヘッド円板部９３ｂの中央開口の周縁部から下方に延びる軸受としての下軸受部９３ａとを有する。フロントヘッド円板部９１ｂ、リアヘッド円板部９３ｂ、およびシリンダ９２の中央部９２ａは、図４に示すように、シリンダ室９２ｄを形成する。上軸受部９１ａおよび下軸受部９３ａは、円筒形状のボス部であり、クランクシャフト８４を軸支する。
（７－２－５）ピストン
ピストン８９は、シリンダ室９２ｄに配置され、クランクシャフト８４の偏芯部であるクランクピン８４ａに装着されている。ピストン８９は、ローラ８９ａとブレード８９ｂとが一体化された部材である。ピストン８９のブレード８９ｂは、シリンダ９２に形成されているブレード揺動空間９２ｆに配置され、上述のように、ブッシュ８９ｃを介してシリンダ９２に揺動可能に支持される。また、ブレード８９ｂは、ブッシュ８９ｃと摺動可能になっており、運転中には、揺動するとともに、クランクシャフト８４から離れたりクランクシャフト８４に近づいたりする動きを繰り返す。
ピストン８９は、シリンダ室９２ｄに配置され、クランクシャフト８４の偏芯部であるクランクピン８４ａに装着されている。ピストン８９は、ローラ８９ａとブレード８９ｂとが一体化された部材である。ピストン８９のブレード８９ｂは、シリンダ９２に形成されているブレード揺動空間９２ｆに配置され、上述のように、ブッシュ８９ｃを介してシリンダ９２に揺動可能に支持される。また、ブレード８９ｂは、ブッシュ８９ｃと摺動可能になっており、運転中には、揺動するとともに、クランクシャフト８４から離れたりクランクシャフト８４に近づいたりする動きを繰り返す。
ピストン８９のローラ８９ａおよびブレード８９ｂは、図４に示すように、シリンダ室９２ｄを仕切る形で、ピストン８９の公転によって容積が変化する圧縮室Ｓ１を形成している。圧縮室Ｓ１は、シリンダ９２の中央部９２ａの内周面９２ａ１、リアヘッド円板部９３ｂの上面、フロントヘッド円板部９１ｂの下面およびピストン８９によって囲まれる空間である。ピストン８９の公転にしたがって圧縮室Ｓ１の容積が変化し、吸入孔９２ｅから吸い込まれた低圧の冷媒が圧縮され高圧の冷媒となり、フロントヘッド吐出孔９１ｃからマフラー空間Ｓ２へと吐出される。
（７－３）動作
以上の圧縮機２１では、クランクピン８４ａの偏芯回転によって公転する圧縮機構８８のピストン８９の動きによって、圧縮室Ｓ１の容積が変化する。具体的には、まず、ピストン８９が公転していく間に、吸入孔９２ｅから低圧の冷媒が圧縮室Ｓ１に吸入される。吸入孔９２ｅに面した圧縮室Ｓ１は、冷媒を吸入しているときには、その容積が段々と大きくなる。さらにピストン８９が公転すると、圧縮室Ｓ１と吸入孔９２ｅとの連通状態が解消され、圧縮室Ｓ１での冷媒圧縮が始まる。その後、フロントヘッド吐出孔９１ｃと連通状態となる圧縮室Ｓ１は、その容積がかなり小さくなり、冷媒の圧力も高くなってくる。その後、ピストン８９がさらに公転することで、高圧となった冷媒が、フロントヘッド吐出孔９１ｃから吐出弁を押し開いて、マフラー空間Ｓ２へと吐出される。マフラー空間Ｓ２に導入された冷媒は、マフラー９４のマフラー吐出孔からマフラー空間Ｓ２の上方の空間へ排出される。マフラー空間Ｓ２の外部へ排出された冷媒は、モータ８３のロータ８５とステータ８６との間の空間を通過して、モータ８３を冷却した後に、吐出管９５から吐出される。
以上の圧縮機２１では、クランクピン８４ａの偏芯回転によって公転する圧縮機構８８のピストン８９の動きによって、圧縮室Ｓ１の容積が変化する。具体的には、まず、ピストン８９が公転していく間に、吸入孔９２ｅから低圧の冷媒が圧縮室Ｓ１に吸入される。吸入孔９２ｅに面した圧縮室Ｓ１は、冷媒を吸入しているときには、その容積が段々と大きくなる。さらにピストン８９が公転すると、圧縮室Ｓ１と吸入孔９２ｅとの連通状態が解消され、圧縮室Ｓ１での冷媒圧縮が始まる。その後、フロントヘッド吐出孔９１ｃと連通状態となる圧縮室Ｓ１は、その容積がかなり小さくなり、冷媒の圧力も高くなってくる。その後、ピストン８９がさらに公転することで、高圧となった冷媒が、フロントヘッド吐出孔９１ｃから吐出弁を押し開いて、マフラー空間Ｓ２へと吐出される。マフラー空間Ｓ２に導入された冷媒は、マフラー９４のマフラー吐出孔からマフラー空間Ｓ２の上方の空間へ排出される。マフラー空間Ｓ２の外部へ排出された冷媒は、モータ８３のロータ８５とステータ８６との間の空間を通過して、モータ８３を冷却した後に、吐出管９５から吐出される。
（８）圧縮機の制御
圧縮機２１は、冷房運転モードと暖房運転モード等の運転時において、コントローラ７により、それぞれ所定の目標蒸発温度と目標凝縮温度を目標値として、運転周波数が容量制御される。
圧縮機２１は、冷房運転モードと暖房運転モード等の運転時において、コントローラ７により、それぞれ所定の目標蒸発温度と目標凝縮温度を目標値として、運転周波数が容量制御される。
ここで、コントローラ７は、圧縮機２１の内部において冷媒の不均化反応が発生したとしても、その不均化反応が不均化反応発生箇所の周囲に伝播していくことを抑制するために、圧縮機の制御を行う。
当該制御では、コントローラ７は、圧縮機２１の吐出圧力が１ＭＰａ以上となる運転状態となった場合に、着火エネルギ発生箇所の周囲を流れるガス冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように、運転周波数を制御する。ここで、着火エネルギ発生箇所の周囲を流れるガス冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるために必要である場合には、上述の容量制御における運転周波数を増大させる制御を行う。ここで、着火エネルギ発生箇所の周囲を流れるガス冷媒の流速を１ｍ／ｓ以上とするやり方は、特に限定されず、例えば、圧縮機２１の運転周波数を含むパラメータと着火エネルギ発生箇所の周辺の冷媒の流速とを対応付けた関係式や対応表等のデータをシミュレーション解析等により予め特定してメモリ等に格納しておき、当該データに基づいて圧縮機２１の運転周波数の制御を行うようにしてもよい。また、着火エネルギ発生箇所の周囲としては、着火エネルギ発生箇所から、例えば、５ｃｍの範囲内としてもよいし、３ｃｍの範囲内としてもよいし、１ｃｍの範囲内としてもよい。また、着火エネルギ発生箇所の周囲としては、例えば、着火エネルギ発生箇所から５ｃｍの範囲内において最も流速が遅い箇所としてもよいし、着火エネルギ発生箇所から３ｃｍの範囲内において最も流速が遅い箇所としてもよし、着火エネルギ発生箇所から１ｃｍの範囲内において最も流速が遅い箇所としてもよい。
なお、コントローラ７は、圧縮機２１の吐出圧力としては、吐出圧力センサ６１が検出する冷媒圧力を用いることができる。
また、着火エネルギ発生箇所としては、コイル８６ａの周辺と、上軸受部９１ａの周辺と、下軸受部９３ａの周辺等が挙げられる。
コイル８６ａの周辺については、コイル８６ａの製造時において電線の絶縁被膜の製造不良が生じている場合や、絶縁被膜が何らかの接触により剥がれてしまっている場合において、通電により着火に必要なエネルギが生じやすい。
また、上軸受部９１ａの周辺と下軸受部９３ａの周辺については、クランクシャフト８４との間の摺動面において、駆動時の摩擦により着火に必要なエネルギが生じやすい。
（９）実施形態の特徴
本実施形態の冷凍サイクル装置１では、不均化反応が生じるおそれのある冷媒を用いている。この冷媒の不均化反応は、所定の高温条件、高圧条件、および、着火エネルギ条件を満たす環境下において、一定の確率で発生する。そして、発生した不均化反応は、その発生箇所から周囲に伝播してしまう場合がある。
本実施形態の冷凍サイクル装置１では、不均化反応が生じるおそれのある冷媒を用いている。この冷媒の不均化反応は、所定の高温条件、高圧条件、および、着火エネルギ条件を満たす環境下において、一定の確率で発生する。そして、発生した不均化反応は、その発生箇所から周囲に伝播してしまう場合がある。
これに対して、発明者等は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）を冷媒として用い、着火源に繋がった所定の流路を用意し、冷媒の流速を変えて、着火源で発生した不均化反応が伝播する様子を、スーパースローカメラで観察する試験を行った。この試験結果によれば、冷媒の流速が１ｍ／ｓよりも遅い場合と比べて冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上である場合の方が不均化反応の伝播が抑制されることを確認し、さらに冷媒の流速が速いほど不均化反応の伝播の抑制効果に優れることを確認した。
ここで、発明者等は、圧縮機２１の内部の冷媒の流速分布について、シミュレーションにより解析した。当該シミュレーション結果を図５に示す。ここで、シミュレーションでは、冷媒の吐出圧力が２．６ＭＰａであり吐出温度が９０℃となる運転条件として、圧縮機２１内部の冷媒の流速分布を解析した。図５からも明らかなように、圧縮機２１のケーシング８１内部の上端近傍や、下端の冷凍機油付近においては、冷媒の流速が１ｍ／ｓ未満であり、比較的冷媒の流速が遅いことが確認された。また、上軸受部９１ａの周辺の狭い通路部分や吐出管９５内においては、冷媒の流速が１０ｍ／ｓ以上であり、比較的冷媒の流速が速いことが確認された。また、ロータ８５の周囲等のモータ８３の隙間では、５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の流速であり、十分な流速が生じやすい箇所であることが確認された。また、ステータ８６のコイル８６ａの周囲、ステータ８６のステータ本体８６ｃの周囲、下軸受部９３ａの周囲、ロータ８５の周囲、これらから吐出管９５に至るまでの間の部分では、冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下であり、ある程度の流速となることが確認された。
そして、本実施形態の冷媒が用いられる圧縮機２１およびこれを備える冷凍サイクル装置１では、所定の高圧条件における圧縮機２１の着火エネルギ発生箇所であるコイル８６ａの周辺や上軸受部９１ａや下軸受部９３ａの周辺を流れる冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように構成されている。これにより、本実施形態の圧縮機２１および冷凍サイクル装置１では、不安定な冷媒を用いつつも、圧縮機２１の内部で冷媒の不均化反応が発生したとしても、その不均化反応が発生箇所の周囲に伝播することを抑制させることが可能になっている。
（１０）他の実施形態
（１０－１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、圧縮機２１の吐出圧力が１ＭＰａ以上となる運転状態となった場合に、着火エネルギ発生箇所であるコイル８６ａの周辺や上軸受部９１ａや下軸受部９３ａの周辺を流れるガス冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように、運転周波数を制御する場合を例に挙げて説明した。
（１０－１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、圧縮機２１の吐出圧力が１ＭＰａ以上となる運転状態となった場合に、着火エネルギ発生箇所であるコイル８６ａの周辺や上軸受部９１ａや下軸受部９３ａの周辺を流れるガス冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように、運転周波数を制御する場合を例に挙げて説明した。
これに対して、より不均化反応が発生しやすい状況である圧縮機２１の吐出圧力が３ＭＰａ以上となる運転状態となった場合、または、５ＭＰａ以上となる運転状態となった場合に、着火エネルギ発生箇所であるコイル８６ａの周辺や上軸受部９１ａや下軸受部９３ａの周辺を流れるガス冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように運転周波数を制御してもよい。
（１０－２）他の実施形態Ｂ
上記実施形態では、着火エネルギ発生箇所であるコイル８６ａの周辺や上軸受部９１ａや下軸受部９３ａの周辺を流れる冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように構成することで不均化反応の伝播を抑制させる場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、着火エネルギ発生箇所であるコイル８６ａの周辺や上軸受部９１ａや下軸受部９３ａの周辺を流れる冷媒の流速が１ｍ／ｓ以上となるように構成することで不均化反応の伝播を抑制させる場合を例に挙げて説明した。
これに対して、当該流速としては１ｍ／ｓに限られず、例えば、着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速が３ｍ／ｓ以上となるように構成してもよいし、５ｍ／ｓ以上となるように構成してもよいし、さらには、１０ｍ／ｓ以上となるように構成してもよい。このように、圧縮機２１の着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速を上げるほど、不均化反応の伝播をより効果的に抑制することが可能となる。
（１０－３）他の実施形態Ｃ
上記実施形態では、圧縮機２１としてロータリ式の圧縮機を用いる場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、圧縮機２１としてロータリ式の圧縮機を用いる場合を例に挙げて説明した。
これに対して、着火エネルギ発生箇所の周囲を流れる冷媒の流速を高めることで不均化反応の伝播を抑制させる圧縮機としては、ロータリ圧縮機に限られず、公知のスクロール圧縮機やスイング圧縮機を用いるようにしてもよい。
（付記）
以上、本開示の実施形態を説明したが、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。
以上、本開示の実施形態を説明したが、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。
１ 冷凍サイクル装置
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
８６ａ コイル（着火エネルギ発生箇所）
９１ａ 上軸受部（着火エネルギ発生箇所）
９３ａ 下軸受部（着火エネルギ発生箇所）
９５ 吐出管
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
８６ａ コイル（着火エネルギ発生箇所）
９１ａ 上軸受部（着火エネルギ発生箇所）
９３ａ 下軸受部（着火エネルギ発生箇所）
９５ 吐出管
特許文献１：特開２０１９－１９６３１２号公報
Claims (5)
- エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む組成物の圧縮機（２１）における冷媒としての使用であって、
前記圧縮機は、クランクシャフト（８４）と、前記クランクシャフトを回転可能に支持する軸受部（９１ａ、９３ａ）と、を有し、
前記圧縮機は、前記圧縮機の吐出管を流れる冷媒について圧力が１ＭＰａ以上で温度が９０℃以上という条件下において前記圧縮機内部の前記クランクシャフトと前記軸受部との接触部分の周囲を流れる冷媒の流速が１０ｍ／ｓ以上となる、
圧縮機における冷媒としての使用。 - 前記組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含む、
請求項１に記載の使用。 - 前記組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含む、
請求項２に記載の使用。 - エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む冷媒を圧縮する圧縮機（２１）であって、
クランクシャフト（８４）と、
前記クランクシャフトを回転可能に支持する軸受部（９１ａ、９３ａ）と、
を備え、
前記圧縮機の吐出管を流れる冷媒について圧力が１ＭＰａ以上で温度が９０℃以上という条件下において前記圧縮機内部の前記クランクシャフトと前記軸受部との接触部分の周囲を流れる前記冷媒の流速が１０ｍ／ｓ以上となるように運転周波数が制御される、
圧縮機。 - 請求項４に記載の圧縮機（２１）を有する冷媒回路（１０）を備えた冷凍サイクル装置（１）。
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