WO2013151043A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2013151043A1
WO2013151043A1 PCT/JP2013/060077 JP2013060077W WO2013151043A1 WO 2013151043 A1 WO2013151043 A1 WO 2013151043A1 JP 2013060077 W JP2013060077 W JP 2013060077W WO 2013151043 A1 WO2013151043 A1 WO 2013151043A1
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refrigeration cycle
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roller
hermetic compressor
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平山　卓也
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東芝キヤリア株式会社
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    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a refrigeration cycle apparatus.
  • R32 refrigerant is known as a refrigerant of a refrigeration cycle apparatus.
  • R32 refrigerant has low ozone toxicity and an ozone depletion potential (ODP) of 0 (zero).
  • ODP ozone depletion potential
  • GWP global warming potential
  • HFO-1234yf is a refrigerant with ODP of 0, low toxicity and extremely low GWP.
  • GWP 4
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a safe and low-cost refrigeration cycle apparatus that is effective in preventing global warming.
  • the hermetic compressor, the condenser, the expansion device, and the evaporator are connected by the refrigerant pipe, and the refrigeration cycle in which the R32 refrigerant is sealed is provided.
  • the condenser was formed by a parallel flow heat exchanger, and the amount of R32 refrigerant sealed was in the range of 70 g to 115 g per kW of refrigeration capacity.
  • coolant The figure which shows the refrigerating cycle which comprised the twin rotary type sealed compressor of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on this embodiment, and this compressor.
  • FIG. 2 is a view showing a twin rotary type hermetic compressor of the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment and a refrigeration cycle equipped with the compressor.
  • the refrigeration cycle apparatus 1 Is composed of a twin-rotary hermetic compressor 2, a condenser 3 formed by a parallel flow heat exchanger, an expansion device 4, an evaporator 5 and an accumulator 6 sequentially connected by a refrigerant pipe 7,
  • a refrigeration cycle 8 is configured that encloses 32 refrigerants and circulates them in the direction of the arrows in the figure.
  • the hermetic compressor 2 is a compressor that discharges and fills a high-pressure gaseous refrigerant into a metal hermetic case 9, and an electric motor unit 10 is disposed in the upper part of the hermetic case 9.
  • a twin rotary type compression mechanism 11 is disposed below.
  • a lubricating oil reservoir O is formed at the inner bottom of the sealed case 9.
  • the electric motor unit 10 is press-fitted into the sealed case 9 and is fixed in a state where the outer peripheral surface is in close contact with the inner surface of the sealed case 9, and a rotor 13 rotatably disposed inside the stator 12.
  • the electric motor unit 10 is configured as a permanent magnet type electric motor provided with a permanent magnet formed of a rare earth magnet containing neodymium, samarium or the like on the rotor 13.
  • the stator 12 is electrically connected to the power supply terminal 14 of the hermetic compressor 2, and the power supply terminal 14 is electrically connected to the inverter 15.
  • the inverter 15 receives a control signal from a control device (not shown) and appropriately controls the operating frequency of the electric motor unit 10 to control the compression capacity by varying the rotational speed of the compression mechanism unit 11.
  • the hermetic compressor 2 has a commercial power supply frequency (50 / 60H) when the refrigeration cycle apparatus 1 exhibits its rated capacity.
  • the size of the excluded volume is set so that the frequency is higher than z) (for example, 90 Hz).
  • the rotor 13 has a rotating shaft 16 inserted concentrically and fixed to the center thereof.
  • the compression mechanism unit 11 is arranged in the lower part of the rotary shaft 16 in the vertical direction with the intermediate partition plate 17 interposed therebetween.
  • a main bearing 20 is overlapped on the upper surface of the first cylinder 18, and the first cylinder 1 is connected via a first mounting bolt 21a. 8 is fixed.
  • the sub bearing 22 is overlapped on the lower surface portion of the second cylinder 19 and is fixedly attached to the first cylinder 18 via the second mounting bolt 21b.
  • the rotary shaft 16 is pivotally supported by the main bearing 20 and the sub-bearing 22 at its midway portion and lower end portion. Further, the rotating shaft 16 penetrates through the insides of the first and second cylinders 18 and 19 and is approximately 1
  • the first and second eccentric parts 16a and 16b are formed integrally with a phase difference of 80 °.
  • the first and second eccentric portions 16a and 16b have the same diameter, and are assembled so as to be positioned at the inner diameter portions of the first and second cylinders 18 and 19, respectively. 1st, 2nd eccentric part 16a,
  • the outer peripheral surface of 16b is fitted with first and second eccentric rollers 23a and 23b having the same diameter.
  • the upper and lower surfaces of the first cylinder 18 are partitioned by the main bearing 20 and the intermediate partition plate 17, and a first cylinder chamber 18a is formed inside.
  • the upper and lower surfaces of the second cylinder 19 are partitioned by the intermediate partition plate 17 and the auxiliary bearing 22, and a second cylinder chamber 19a is formed inside.
  • Each cylinder chamber 1 8a and 19a are formed to have the same diameter and height, and the first and second eccentric rollers 23
  • Each of a and 23b is accommodated so as to be eccentrically rotatable.
  • Each of the eccentric rollers 23a and 23b is made of, for example, a Ni-Cr-Mo flake graphite alloy cast iron having a hardness of HRC 53 to 55, and the height of each eccentric roller 23a, 23b is set to each cylinder chamber 18. It is formed substantially the same as the height dimension of a and 19a. Therefore, each cylinder chamber 18a, 19a Are set to the same excluded volume. Each cylinder 18, 19 has a cylinder chamber 18a, 19a. Blade chambers 24a and 24b communicated with each other. In each of the blade chambers 24a and 24b, the first and second blades 25a and 25b are accommodated so as to protrude and retract with respect to the first and second cylinder chambers 18a and 19a.
  • the first and second blades 25a and 25b are made of, for example, DLC (Diamond Like Carbon) coding on the outer surface of a high-speed tool steel having a base material hardness of HRC60 or higher, or by nitriding stainless steel Consists of increased hardness.
  • the first and second blades 25a and 25b are formed so that their tip portions are semicircular in plan view, and project into the first and second cylinder chambers 18a and 19a facing each other. , Line contact can be made with the peripheral walls of the second eccentric rollers 23a and 23b regardless of the rotation angle. When the eccentric rollers 23a and 23b rotate eccentrically, the tips of the blades 25a and 25b are in sliding contact with the peripheral walls of the eccentric rollers 23a and 23b.
  • the hermetic compressor 2 is provided with a discharge pipe 26 at the upper end of the hermetic case 9.
  • the discharge pipe 26 is connected to one end of the refrigerant pipe 7, and the other end of the refrigerant pipe 7 is connected to the accumulator 6.
  • the accumulator 6 is connected to the compressor 1 with the first and second suction pipes 27a, 27b.
  • the refrigeration cycle 8 is configured.
  • the first and second suction pipes 27a and 27b pass through the sealed case 9 of the compressor 2 and communicate with the suction ports of the first and second cylinder chambers 18a and 19a.
  • the refrigerant compressed in the first and second cylinder chambers 18a, 19a opens the discharge ports by opening the discharge valves 18b, 19b. Thereby, the compressed refrigerant is discharged into the sealed case 9 from each discharge port, and is filled in the sealed case 9.
  • the refrigerant gas filled in the sealed case 9 is discharged from the discharge pipe 26 through the refrigerant pipe 7 to the condenser 3 side composed of a parallel flow type heat exchanger.
  • the condenser 3 composed of a parallel flow type heat exchanger is almost entirely made of aluminum or an aluminum alloy, and is opposed to each other with a required interval in the left-right direction in the drawings.
  • a pair of header pipes 3a and 3b is provided.
  • a plurality of flat heat exchange tubes 3c, 3c,... Installed (connected) in the horizontal direction are arranged substantially parallel to each other with a predetermined interval in the vertical direction in the figure.
  • a plurality of corrugated fins 3d, 3d, ... are interposed between the plurality of heat exchange tubes 3c, 3c, ..., and are brazed to the heat exchange tubes 3c, 3c, ....
  • each heat exchange tube 3c is formed with a plurality of divided heat medium flow paths 3ca,.
  • side plates 3e, 3e,... are brazed to the upper outer side and the lower outer side of the upper and lower corrugated fins 3d, respectively.
  • end caps 3f are brazed to both upper and lower opening ends in the axial direction of the header pipes 3a and 3b.
  • the refrigeration cycle 8 is filled with R32 refrigerant in the range of 70 g to 115 g per kW of refrigeration capacity of the refrigeration cycle 8 as the refrigerant.
  • a control unit (not shown) gives a control signal for causing the inverter 15 to operate the compressor 2.
  • the inverter 15 operates the compressor 2 at the operation frequency commanded by this control signal.
  • the rotating shaft 16 of the electric motor unit 10 is rotationally driven, and the first and second eccentric rollers 23 are driven.
  • a and 23b rotate eccentrically in the first and second cylinder chambers 18a and 19a.
  • the tip edge of the first blade 25a has the first eccentricity.
  • the first cylinder chamber 18a is slid into a suction chamber and a compression chamber in sliding contact with the outer peripheral wall of the roller 23a.
  • the first cylinder chamber 18a is in a state where the inner circumferential surface rolling contact position of the first eccentric roller 23a coincides with the storage groove of the first blade 25a, and the first blade 25a is retracted most. Space capacity is maximized.
  • the refrigerant gas flows from the accumulator 6 to the first suction pipe 2.
  • the first cylinder chamber 18a is sucked and filled through 7a.
  • the first eccentric roller 2 With the eccentric rotation of 3a, the rolling contact position with respect to the inner peripheral surface of the first cylinder chamber 18a moves, and the volume of the compression chamber partitioned by the first cylinder chamber 18a decreases. That is, the refrigerant gas introduced into the first cylinder chamber 18a is gradually compressed.
  • the capacity of the compression chamber of the first cylinder chamber 18a is further reduced and the refrigerant gas is compressed, and when the pressure rises to a predetermined pressure, the first discharge valve 18b is caused by the pressure.
  • the valve opens and the discharge port opens.
  • the high-pressure gas is discharged into the sealed case 9 via the valve cover.
  • the second cylinder 19 side also has a second effect by substantially the same action as the first cylinder 18.
  • the high-pressure refrigerant gas compressed in the cylinder chamber 19a is discharged into the sealed case 9 from the second discharge port and filled.
  • the high-pressure gas filled in the sealed case 9 is introduced into the parallel flow type condenser 3 through the discharge pipe 26 and the refrigerant pipe 7, where it is condensed and liquefied, and further adiabatically expanded by the expansion device 4. It evaporates in the evaporator 5 and takes the latent heat of evaporation from the heat exchange air to cool it.
  • the evaporated refrigerant is introduced into the accumulator 6, where it is separated into gas and liquid, and again the first and second suction pipes 27a. , 27 b is sucked into the compression mechanism 11 and the above-described operation is repeated, and the refrigerant circulates in the refrigeration cycle 8.
  • LCCP ratio is the ratio of the cycle temperature (product cycle climate load) and the LCCP of the refrigeration cycle apparatus using the R32 refrigerant, and the charging amount of the R32 refrigerant is shown by the curve A, and the LCCP ratio is 1
  • the LCCP of the refrigeration cycle apparatus using the R32 refrigerant is smaller than the LCCP of the refrigeration cycle apparatus using the HFO-1234yf refrigerant, which indicates that it is effective for preventing global warming.
  • LCCP is an index when global warming prevention is considered, and TEWI (Total Eq It is a numerical value in which energy consumption (indirect influence) and leakage to the outside air (direct influence) at the time of production of greenhouse gas used are added to the universal Warming Impact (total equivalent warming influence), and the unit is kg-CO2.
  • TEWI is the sum of direct and indirect effects calculated respectively by a required mathematical formula.
  • GWPRM Warming effect related to refrigerant production
  • W Refrigerant filling amount
  • R Refrigerant recovery amount at the time of equipment disposal
  • N Equipment usage period (year)
  • Q CO2 emission intensity
  • A Annual power consumption
  • (1-R) 0.7
  • N 12 [years]
  • Q 0.378 [kgC O2 / kWh].
  • a parallel flow type heat exchanger is used as the condenser 3
  • an R32 refrigerant is used as the refrigerant
  • the filling amount (enclosed amount) is 7 per kW of refrigeration capacity. Since it is within the range of 0 g to 115 g, as shown in FIG.
  • HFO-1234y f LCCP ratio (R32 / HFO-1) to LCCP of refrigeration cycle equipment using refrigerant 234yf) can be smaller than 1. That is, the refrigeration cycle apparatus 1 of the present embodiment using the R32 refrigerant is less than the refrigeration cycle apparatus 1 using the HFO-1234yf refrigerant. It can be seen that CCP can be reduced and is effective in preventing global warming.
  • the LCCP of the refrigeration cycle apparatus using HFO-1234yf uses the result of trial calculation using the highest system efficiency conceivable at the present time.
  • the LCCP of the refrigeration cycle apparatus using the R32 refrigerant has too little filling amount, LCCP increases due to deterioration in cycle efficiency due to a lack of refrigerant, and if the amount is too large, the influence of GWP increases and LCCP increases.
  • the above 70g HFO-1234 even if R32 refrigerant is used by keeping it within the range of ⁇ 115g / kW LCCP can be kept lower than when yf refrigerant is used, and a refrigeration cycle apparatus that is effective in preventing global warming and that is low in cost and safe can be obtained.
  • the parallel flow type heat exchanger which is the condenser 3 is substantially all made of all aluminum made of aluminum or an aluminum alloy, the internal volume of the condenser 3 is reduced without sacrificing the condensation performance. Can be reduced in size and weight.
  • the refrigeration cycle apparatus 1 has a frequency (for example, about 90 Hz) where the operating frequency of the hermetic compressor 2 when the refrigeration cycle apparatus 1 exhibits the rated capacity is higher than the commercial power supply frequency (for example, 50/60 Hz). Therefore, the motor torque per rotation of the rotating shaft 16 of the electric motor unit 10 of the hermetic compressor 2 can be reduced. For this reason, it is possible to reduce the size and weight by reducing the diameter of the electric motor unit 10. Further, for this purpose, the internal volume in the sealed case 9 can be reduced, so that the refrigerant charging amount can be further reduced.
  • the commercial power supply frequency for example, 50/60 Hz
  • the rare-earth magnet containing neodymium or samarium having a strong magnetic force is used as the permanent magnet of the rotor 13 of the permanent magnet type electric motor unit 10, it is possible to reduce the size and increase the output. Is possible. For this reason, it is possible to reduce the size of the electric motor unit 10 and to reduce the internal volume of the sealed case 9 that accommodates the electric motor unit 10, thereby reducing the amount of refrigerant filling (filling amount). Can be achieved.
  • the compression mechanism 11 is a rotary type
  • the operating frequency of the hermetic compressor when the refrigeration cycle apparatus 1 exhibits the rated capacity is increased, the sliding contact surfaces of the eccentric rollers 23a and 23b and the blades 25a and 25b. Slidability deteriorates, especially in the eccentric rollers 23a and 23b. Wear is likely to proceed at the outer periphery of the.
  • FIG. 5 shows the relative relationship between the wear amount of the outer peripheral portions of the first and second eccentric rollers 23a and 23b and the operation time when the compression mechanism unit 11 is operated at an operation frequency of 90 Hz to 120 Hz higher than the power supply frequency. About this, it compares and shows this embodiment and a comparative example.
  • the first and second blades 25a and 25b are formed by subjecting stainless steel as a base material to nitriding treatment, while the first and second eccentric rollers 23a and 23b are formed with hardness. The case where it comprises with HRC50 monikuro cast iron is shown.
  • the first and second blades 25a and 25b are formed by subjecting a high-speed tool steel having a base material hardness of HRC 60 or higher to DLC coating, while the first and second blades 25a and 25b are formed.
  • the first and second blades 25a and 25b are formed in the same manner as in the comparative example, while the first and second eccentric rollers 23a and 23b have a hardness of HRC53 (54 ⁇ 1) or more. The case where it forms with monikuro cast iron is shown.
  • a straight line B indicates a wear limit that can ensure the characteristics of the compression mechanism unit 11, and the outer wear amount of the first and second eccentric rollers 23 a and 23 b is greater than the wear limit B. It is necessary to be small. And in the said comparative example, as shown in FIG. 5, the outer peripheral part wear amount of the 1st, 2nd eccentric roller 23a, 23b is large, and exceeds the wear limit B with progress of operation time, The wear limit B cannot be satisfied.
  • the outer peripheral wear amount of the first and second eccentric rollers 23a and 23b is lower than the wear limit B, and the wear amount is small. That is, according to the above-described embodiment, an operation frequency higher than the power supply frequency (for example, 90 Hz) Even when the compression mechanism section 11 is operated at a frequency of up to 120 Hz), the first and second eccentric rollers 23 The outer peripheral wear amount of a and 23b can be suppressed to less than the wear limit B, and the reliability of the refrigeration cycle apparatus can be improved.
  • the first and second blades 25a and 25b are composed of the same composition as that of the comparative example, while the hardness of the monichro cast iron of the first and second eccentric rollers 23a and 23b is set.
  • HRC50 to HRC53 or more
  • the first and second blades 25a and 25b can be made in the first and second without subjecting the surface treatment to expensive surface treatment such as DLC coating. It is possible to reduce the amount of wear on the outer peripheral portions of the eccentric rollers 23a and 23b, and to satisfy the wear limit B.
  • these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of this invention.

Abstract

　従来、冷凍サイクル装置の冷媒として、Ｒ３２冷媒が知られている。Ｒ３２冷媒は、そ の性質としてオゾン破壊係数（ＯＤＰ）が０（ゼロ）であるとともに、低毒性である。ま た、熱搬送能力に優れてサイクル効率も高いが、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が６５０程度 である。本発明が解決しようとする課題は、地球温暖化防止に有効であって、安全かつ低 コストの冷凍サイクル装置とするために、密閉型圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器 を冷媒配管により連結してなり、Ｒ３２冷媒を封入した冷凍サイクルを備えている。 また、凝縮器をパラレルフロー型熱交換器で形成すると共に、Ｒ３２冷媒の封入量を冷凍 能力１ｋＷ当り７０ｇ以上で１１５ｇ以下の範囲にした。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明の実施形態は、冷凍サイクル装置に関する。
　従来、冷凍サイクル装置の冷媒として、Ｒ３２冷媒が知られている。Ｒ３２冷媒は、その
性質としてオゾン破壊係数（ＯＤＰ）が０（ゼロ）であるとともに、低毒性である。また
、熱搬送能力に優れてサイクル効率も高いが、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が６５０程度で
ある。
　また、ＯＤＰが０、低毒性で、ＧＷＰが極めて低い冷媒として、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ
冷媒がある（ＧＷＰ＝４）。しかしながら、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ冷媒を用いる場合は、
熱搬送能力が低くサイクル効率が低いので、サイクル効率を上げるためには、さらにコス
トが上昇するという課題がある。
特開２００１－１９４０１６号公報
　本発明が解決しようとする課題は、地球温暖化防止に有効であって、安全かつ低コスト
の冷凍サイクル装置を提供することにある。
　本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、密閉型圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発
器を冷媒配管により連結してなり、Ｒ３２冷媒を封入した冷凍サイクルを備えている。
　また、凝縮器をパラレルフロー型熱交換器で形成すると共に、Ｒ３２冷媒の封入量を冷
凍能力１ｋＷ当り７０ｇ以上で１１５ｇ以下の範囲にした。
本実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷凍能力１ｋＷ当りのＲ３２冷媒の充填量と、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ冷媒に対するＲ３２冷媒のＬＣＣＰ比（Ｒ３２／ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）との相対関係を示す図。 本実施形態に係る冷凍サイクル装置のツインロータリ式密閉型圧縮機とこの圧縮機を具備した冷凍サイクルを示す図。 図２で示すパラレルフロー型熱交換器で形成された凝縮器の一部切欠正面図。 図２で示すパラレルフロー型熱交換器で形成された凝縮器の一部拡大斜視図。 図２で示すツインロータリ式密閉型圧縮機の運転時間と、ローラ外周部の摩耗量との相対関係を示す図。
　以下、本実施形態の冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。なお、複数の図面
中、同一または相当部分には同一符号を付している。
　図２は本実施形態に係る冷凍サイクル装置のツインロータリ式の密閉型圧縮機とこの圧
縮機を具備した冷凍サイクルを示す図である。この図２に示すように冷凍サイクル装置１
は、ツインロータリ式の密閉型圧縮機２、パラレルフロー型熱交換器で形成された凝縮器
３、膨張装置４、蒸発器５およびアキュムレータ６を冷媒配管７により順次連結して、Ｒ
３２冷媒を封入し、図中矢印方向に循環させる冷凍サイクル８を構成している。
　密閉型圧縮機２は、金属製の密閉ケース９内に高圧ガス状の冷媒を吐出し、満たすタイ
プの圧縮機であり、この密閉ケース９内には、その上部に電動機部１０を配設し、下方に
ツインロータリ式の圧縮機構部１１を配設している。密閉ケース９の内底部には潤滑油の
溜り部Ｏが形成されている。
　電動機部１０は、密閉ケース９内に圧入され、外周面が密閉ケース９の内面に密着され
た状態で固定されたステータ１２と、このステータ１２の内側に回転可能に配設されたロ
ータ１３とから構成されているまた、電動機部１０は、ロータ１３にネオジウムやサマリ
ウム等を含む希土類磁石により形成された永久磁石を備えた永久磁石型電動機に構成され
ている。
　ステータ１２は密閉型圧縮機２の電力供給端子１４に電気的に接続され、この電力供給
端子１４はインバータ１５に電気的に接続される。このインバータ１５は図示省略の制御
装置からの制御信号を受けて、電動機部１０の運転周波数を適宜制御することにより、圧
縮機構部１１の回転数を可変することで圧縮能力を制御する。密閉型圧縮機２は、冷凍サ
イクル装置１が定格能力を発揮するときの運転周波数が、商用電源周波数（５０／６０Ｈ
ｚ）よりも高い周波数（例えば９０Ｈｚ）になるようにその排除容積の大きさが設定され
ている。
　ロータ１３は、その中心部に、回転軸１６を同心状に挿通し固着している。圧縮機構部
１１は、回転軸１６の下部に、中間仕切り板１７を介して上下に配設される図中上の第１
のシリンダ１８と、図中下の第２のシリンダ１９を備えている。第１のシリンダ１８の上
面部には主軸受２０が重ね合され、第１の取付けボルト２１ａを介して第１のシリンダ１
８に取付固定される。第２のシリンダ１９の下面部には副軸受２２が重ね合され、第２の
取付けボルト２１ｂを介して第１のシリンダ１８に取付固定される。
　一方、回転軸１６は、中途部と下端部が主軸受２０と副軸受２２に回転自在に枢支され
る。さらに回転軸１６は第１，第２のシリンダ１８，１９内部を貫通するとともに、略１
８０°の位相差をもって形成される第１，第２の偏心部１６ａ，１６ｂを一体に備えてい
る。第１，第２の偏心部１６ａ，１６ｂは互いに同一直径をなし、第１，第２のシリンダ
１８，１９内径部にそれぞれ位置するよう組み立てられる。第１，第２の偏心部１６ａ，
１６ｂの外周面には、互いに同一直径をなす第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂが嵌
合される。
　第１のシリンダ１８は、主軸受２０と中間仕切り板１７で上下面が区画され、内部に第
１のシリンダ室１８ａが形成される。第２のシリンダ１９は、中間仕切り板１７と副軸受
２２で上下面が区画され、内部に第２のシリンダ室１９ａが形成される。各シリンダ室１
８ａ，１９ａは互いに同一直径および高さ寸法に形成され、第１，第２の偏心ローラ２３
ａ，２３ｂがそれぞれ偏心回転自在に収容される。
　各偏心ローラ２３ａ，２３ｂは、例えば硬度ＨＲＣ５３～５５のＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系片
状黒鉛合金鋳鉄であるモニクロ鋳鉄により形成され、その高さ寸法は、各シリンダ室１８
ａ，１９ａの高さ寸法と略同一に形成される。したがって、各シリンダ室１８ａ，１９ａ
は同一の排除容積に設定される。各シリンダ１８，１９には、シリンダ室１８ａ，１９ａ
と連通するブレード室２４ａ，２４ｂが設けられている。各ブレード室２４ａ，２４ｂに
は、第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂが第１，第２のシリンダ室１８ａ，１９ａに対
して突没自在に収容される。
　第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂは、例えば基材硬度がＨＲＣ６０以上の高速度工
具鋼の外面にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）コーディングを施した
ものから構成され、またはステンレス鋼を窒化処理して硬度を高めたものから構成される
。この第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂは、先端部を平面視で半円状になるように形
成しており、それぞれ対向する第１，第２のシリンダ室１８ａ，１９ａに突出して第１，
第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂ周壁に、この回転角度にかかわらず線接触できる。各偏
心ローラ２３ａ，２３ｂが偏心回転したとき、各ブレード２５ａ，２５ｂ先端は各偏心ロ
ーラ２３ａ，２３ｂ周壁に摺接する。
　そして、密閉型圧縮機２は、密閉ケース９の上端部に、吐出管２６を配設している。吐
出管２６は、冷媒配管７の一端に接続され、この冷媒配管７の他端は、アキュムレータ６
の上端部に接続される。アキュムレータ６は圧縮機１に、第１，第２の吸込み管２７ａ，
２７ｂを介して接続される。これにより、冷凍サイクル８が構成される。
　第１，第２の吸込み管２７ａ，２７ｂは圧縮機２の密閉ケース９を貫通して、第１，第
２のシリンダ室１８ａ，１９ａの吸込口に連通される。
　これら第１，第２のシリンダ室１８ａ，１９ａ内で圧縮された冷媒は、その圧力により
各吐出弁１８ｂ，１９ｂを開弁させて各吐出口を開口させる。これにより、圧縮された冷
媒は各吐出口から密閉ケース９内にそれぞれ吐出され、密閉ケース９内に充満される。こ
の密閉ケース９内に充満した冷媒ガスは、吐出管２６から冷媒配管７を通してパラレルフ
ロー型熱交換器よりなる凝縮器３側へ吐出される。
　また、図３，図４に示すように、パラレルフロー型熱交換器よりなる凝縮器３は、その
ほぼ全体がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、図中左右方向に所要の間隔を
置いて対向配置された一対のヘッダーパイプ３ａ，３ｂを備えている。また、これらヘッ
ダーパイプ３ａ，３ｂ間には、水平方向に架設（連結）される扁平状の熱交換チューブの
複数本３ｃ，３ｃ，…を図中上下方向に所要の間隔を置いてほぼ平行に並設し、これら複
数本の熱交換チューブ３ｃ，３ｃ，…間には複数のコルゲートフィン３ｄ，３ｄ，…が介
在され、熱交換チューブ３ｃ、３ｃ…にろう付けされている。
　図４に示すように各熱交換チューブ３ｃには複数に区画された熱媒体流路３ｃａ，…が
形成されている。また、上下端のコルゲートフィン３ｄの上部外方側および下部外方側に
は、それぞれサイドプレート３ｅ，３ｅ，…がろう付けされている。さらに、ヘッダーパ
イプ３ａ，３ｂの軸方向上下両開口端にはエンドキャップ３ｆがそれぞれろう付けされて
いる。
　そして、この冷凍サイクル８には、冷媒として、Ｒ３２冷媒が冷凍サイクル８の冷凍能
力１ｋＷ当り７０ｇ以上で１１５ｇ以下の範囲で封入されている。
　次に、このように構成された冷凍サイクル装置１の作用を説明する。
　図示省略の制御部はインバータ１５に圧縮機２を運転させるための制御信号を与える。
インバータ１５は、この制御信号により指令された運転周波数で圧縮機２を運転する。
　これにより、電動機部１０の回転軸１６が回転駆動され、第１，第２の偏心ローラ２３
ａ，２３ｂが第１，第２の各シリンダ室１８ａ，１９ａ内で偏心回転する。
　第１のシリンダ１８では、第１のブレード２５ａがばね部材によって第１の偏心ローラ
２３ａ側へ常に弾性的に押圧付勢されているので、この第１のブレード２５ａの先端縁が
第１の偏心ローラ２３ａの外周壁に摺接して第１のシリンダ室１８ａ内を、吸込み室と圧
縮室に二分する。
　第１の偏心ローラ２３ａのシリンダ室１８ａ内周面転接位置と第１のブレード２５ａの
収納溝が一致し、第１のブレード２５ａが最も後退した状態で、第１のシリンダ室１８ａ
の空間容量が最大となる。このために、冷媒ガスはアキュムレータ６から第１の吸込管２
７ａを介して第１のシリンダ室１８ａに吸込まれ充満する。ここで、第１の偏心ローラ２
３ａの偏心回転に伴って、第１のシリンダ室１８ａ内周面に対する転接位置が移動し、こ
の第１のシリンダ室１８ａの区画された圧縮室の容積が減少する。すなわち、第１のシリ
ンダ室１８ａ内に導入され冷媒ガスが徐々に圧縮される。
　さらに、回転軸１６が継続して回転され、第１のシリンダ室１８ａの圧縮室の容量がさ
らに減少して冷媒ガスが圧縮され、所定圧まで上昇すると、その圧力により第１の吐出弁
１８ｂが開弁し、吐出口が開口する。このために、高圧ガスはバルブカバーを介して密閉
ケース９内へ吐出される。
　一方、第２のシリンダ１９側も上記第１のシリンダ１８とほぼ同様の作用により、第２
のシリンダ室１９ａで圧縮された高圧の冷媒ガスが第２の吐出口から密閉ケース９内へ吐
出され充満される。
　そして、密閉ケース９内に充満した高圧ガスは、吐出管２６と冷媒配管７を介してパラ
レルフロー型の凝縮器３へ導入され、ここで凝縮液化し、さらに、膨張装置４で断熱膨張
し、蒸発器５で蒸発して熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷却する。蒸発した後の冷媒は
アキュムレータ６に導入されて、ここで気液分離され、再び第１，第２の吸込み管２７ａ
，２７ｂから圧縮機構部１１に吸込まれて上述の作用が繰り返され、冷媒が冷凍サイクル
８を循環する。
　図１は、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ冷媒を使用した冷凍サイクル装置のＬＣＣＰ（Ｌｉｆｅ
　Ｃｙｃｌｅ　Ｃｌｍａｔｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：製品寿命気候負荷）とＲ３２冷
媒を使用した冷凍サイクル装置のＬＣＣＰとの比であるＬＣＣＰ比と、Ｒ３２冷媒の充填
量との相対関係を曲線Ａにより示しており、ＬＣＣＰ比が１より小さい場合は、Ｒ３２冷
媒を使用した冷凍サイクル装置のＬＣＣＰの方がＨＦＯ－１２３４ｙｆ冷媒を使用した冷
凍サイクル装置のＬＣＣＰよりも小さくなり、地球温暖化防止に有効であることを示して
いる。
　ＬＣＣＰは、地球温暖化防止を考えた場合の指数であり、ＴＥＷＩ（Ｔｏｔａｌ　Ｅｑ
ｕｉｖａｌｅｎｔ　Ｗａｒｍｉｎｇ　Ｉｍｐａｃｔ：総等価温暖化影響）に、使用温室効
果ガス製造時のエネルギ消費（間接影響）と外気への漏洩（直接影響）を追加した数値で
あって、単位はｋｇ－ＣＯ２である。ＴＥＷＩは、所要の数式によりそれぞれ算出される
直接影響と間接影響とを加算したものである。
　ＬＣＣＰは下記の関係式により算出される。
　　［数１］
　　ＬＣＣＰ＝ＧＷＰＲＭ×Ｗ＋ＧＷＰ×Ｗ×（１－Ｒ）＋Ｎ×Ｑ×Ａ
　ここで、ＧＷＰＲＭ：冷媒製造に関わる温暖化効果、Ｗ：冷媒充填量、Ｒ：機器廃棄時
の冷媒回収量、Ｎ：機器使用期間（年）、Ｑ：ＣＯ２排出原単位、Ａ：年間消費電力量で
あり、本実施形態では、（１－Ｒ）＝０．７、Ｎ＝１２［年］、Ｑ＝０．３７８［ｋｇＣ
Ｏ２／ｋＷｈ］、として試算した。
　この冷凍サイクル装置１では、凝縮器３としてパラレルフロー型熱交換器を用いると共
に、冷媒としてＲ３２冷媒を用い、かつ、その充填量（封入量）を冷凍能力１ｋＷ当り７
０ｇ以上で１１５ｇ以下の範囲内にしているので、図１に示すようにＨＦＯ－１２３４ｙ
ｆ冷媒を使用した冷凍サイクル装置のＬＣＣＰに対するＬＣＣＰ比（Ｒ３２／ＨＦＯ－１
２３４ｙｆ）を１よりも小さくできる。すなわち、Ｒ３２冷媒を使用した本実施形態の冷
凍サイクル装置１の方がＨＦＯ－１２３４ｙｆ冷媒を使用した冷凍サイクル装置よりもＬ
ＣＣＰを小さくすることができ、地球温暖化防止に有効であることが分かる。
　なお、ＨＦＯ－１２３４ｙｆを使用した冷凍サイクル装置のＬＣＣＰは、現時点で考えら
れる最も高いシステム効率を用いて試算したときの結果を用いている。
　　本発明者は、ＯＤＰ＝０、低毒性で、ＧＷＰが極めて低くＲ３２冷媒の代替の可能性
があるＨＦＯ－１２３４ｙｆ（ＧＷＰ＝４）を用いてＬＣＣＰを改善する研究開発を行っ
た。
　しかし、Ｒ３２冷媒よりも熱搬送能力の低いＨＦＯ－１２３４ｙｆを冷媒として用いる場
合は、サイクル効率が低いので、サイクル効率を上げるためには、流量を増やすために配
管径を大きくする必要があるなどさらなるコストの上昇を招いていた。
　一方で、パラレルフロー型熱交換器を凝縮器３として用いる場合、一般的なクロスフィ
ン型熱交換器よりも熱通過率が高く、通風抵抗が低いので、熱交換器内容積をコンパクト
にしながら冷凍能力の拡大が可能である。したがって、単位冷凍能力当りの封入冷媒充填
量を小さくできる。このため、ＧＷＰが若干高いＲ３２冷媒を用いても、サイクル効率の
低いＨＦＯ－１２３４ｙｆ冷媒を用いる場合よりも、ＬＣＣＰを低く抑えることができる
ことが分かった。
　また、Ｒ３２冷媒を使用した冷凍サイクル装置のＬＣＣＰは、充填量が少な過ぎると、
冷媒不足に起因するサイクル効率の悪化によりＬＣＣＰが大きくなり、さらに、充填量が
多過ぎるとＧＷＰの影響が高くなり、ＬＣＣＰが大きくなる。これに対して、上記７０ｇ
～１１５ｇ／ｋＷの範囲内に収めることにより、Ｒ３２冷媒を用いてもＨＦＯ－１２３４
ｙｆ冷媒を用いる場合よりもＬＣＣＰを低く抑えることができ、地球温暖化防止に有効で
あるうえに、コストが低くかつ安全である冷凍サイクル装置が得られる。
　そして、凝縮器３であるパラレルフロー型熱交換器が、そのほぼ全体がアルミニウムま
たはアルミニウム合金からなるオールアルミニウム製であるので、凝縮性能を犠牲にせず
に凝縮器３の内容積を減少させて一層の小型軽量化を図ることができる。
　そして、この冷凍サイクル装置１は、この冷凍サイクル装置１が定格能力を発揮すると
きの密閉型圧縮機２の運転周波数が商用電源周波数（例えば５０／６０Ｈｚ）よりも高い
周波数（例えば約９０Ｈｚ程度）になるようにされているので、密閉型圧縮機２の電動機
部１０の回転軸１６の１回転当りのモータトルクを小さくできる。このために、電動機部
１０の小径化による小型軽量化を図ることができる。さらに、そのために密閉ケース９内
の内容積の減少を図ることができるので、さらに冷媒充填量を低減できる。
　また、この冷凍サイクル装置１によれば、永久磁石型の電動機部１０のロータ１３の永
久磁石として、磁力の強いネオジウムやサマリウム等を含む希土類磁石を用いているので
、小型化かつ高出力化が可能である。このために、電動機部１０の小型化を図ることが可
能であると共に、この電動機部１０を収容する密閉ケース９の内容積の減少を図ることが
できるので、冷媒封入量（充填量）の減少を図ることができる。
　そして、一般に、圧縮機構１１がロータリ式の場合、冷凍サイクル装置１が定格能力を
発揮するときの密閉型圧縮機の運転周波数を高くすると、偏心ローラ２３ａ，２３ｂとブ
レード２５ａ，２５ｂの摺接面において摺動性が悪化し、特に偏心ローラ２３ａ，２３ｂ
の外周部において摩耗が進行し易くなる。
　図５は、圧縮機構部１１を、電源周波数よりも高い９０Ｈｚ～１２０Ｈｚの運転周波数
により運転したときの第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂの外周部の摩耗量と運転時
間との相対関係について、本実施形態と比較例とを比較して示している。
　この図５中、比較例は、第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂを、基材のステンレス鋼
に窒化処理を施すことにより形成する一方、第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂを硬
度ＨＲＣ５０のモニクロ鋳鉄により構成した場合を示す。
　また、本実施形態は、第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂを、基材硬度ＨＲＣ６０以
上の高速度工具鋼にＤＬＣコーティング処理を施すことにより形成する一方、第１，第２
の偏心ローラ２３ａ，２３ｂを硬度ＨＲＣ５０のモニクロ鋳鉄により構成した場合を示す
。
　さらに、他の実施形態は、第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂを上記比較例と同様に
形成する一方、第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂを硬度ＨＲＣ５３（５４±１）以
上のモニクロ鋳鉄により形成した場合を示す。
　なお、図５中、直線Ｂは、圧縮機構部１１としての特性を確保し得る摩耗限界を示して
おり、第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂの外周部摩耗量がこの摩耗限界Ｂよりも小
さいことが必要である。
　そして、図５に示すように上記比較例では、第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂの
外周部摩耗量が大きく、運転時間の経過に伴って摩耗限界Ｂよりも大きく上回り、その摩
耗限界Ｂを満たすことができない。
　これに対し、上記実施形態によれば、第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂの外周部
摩耗量が摩耗限界Ｂよりも下回り、その摩耗量が少ない。
　すなわち、上記実施形態によれば、電源周波数よりも高い運転周波数（例えば９０Ｈｚ
～１２０Ｈｚ）により圧縮機構部１１を運転した場合でも、第１，第２の偏心ローラ２３
ａ，２３ｂの外周部摩耗量を摩耗限界Ｂ未満に抑制することができ、冷凍サイクル装置と
しての信頼性の向上を図ることができる。
　また、他の実施形態によれば、第１，第２のブレード２５ａ，２５ｂを、比較例と同様
の組成により構成する一方、第１，第２の偏心ローラ２３ａ，２３ｂのモニクロ鋳鉄の硬
度を、ＨＲＣ５０からＨＲＣ５３またはそれ以上にすることにより、第１，第２のブレー
ド２５ａ，２５ｂにＤＬＣコーティング等の高価な表面処理を施すことなく、第１，第２
の偏心ローラ２３ａ，２３ｂの外周部の摩耗量の低減を図ることができ、摩耗限界Ｂを充
足させることが可能である。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したもので
あり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他
の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
。
　１…冷凍サイクル装置、２…密閉型圧縮機、３…凝縮器、４…膨張装置、５…蒸発器、
７…冷媒配管、８…冷凍サイクル、９…密閉ケース、１０…電動機部、１１…圧縮機構部
、１３…ロータ（回転子）、１８…第１のシリンダ、１８ａ…第１のシリンダ室、１９…
第２のシリンダ、１９ａ…第２のシリンダ室、２３ａ，２３ｂ…第１，第２の偏心ローラ
、２５ａ，２５ｂ…第１，第２のブレード。
 

Claims (5)

  1. 密閉型圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を冷媒配管により連結してなり、Ｒ３２冷
    媒を封入した冷凍サイクルを備えた冷凍サイクル装置において、
    　上記凝縮器をパラレルフロー型熱交換器で形成すると共に、上記Ｒ３２冷媒の封入量を
    冷凍能力１ｋＷ当り７０ｇ以上で１１５ｇ以下の範囲にしたことを特徴とする冷凍サイク
    ル装置。
  2. 定格能力を発揮するときの密閉型圧縮機の運転周波数を商用電源周波数よりも高くするこ
    とを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
  3. 上記密閉型圧縮機は、その電動機回転子の永久磁石として希土類磁石を用いていることを
    特徴とする請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
  4. 上記密閉型圧縮機は、シリンダ室内を回動するローラと、このローラの外周面に摺動可能
    に当接してシリンダ室内を冷媒吸入室と圧縮室とに仕切るブレードとを有するロータリ式
    圧縮機であって、
    　上記ブレードの材質が基材硬度ＨＲＣ６０以上かつＤＬＣコーディングを施したもので
    あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の冷凍サイクル装置。
  5. 上記密閉型圧縮機は、シリンダ室内を回動するローラと、このローラの外周面に摺動可能
    に当接してシリンダ室内を冷媒吸入室と圧縮室とに仕切るブレードとを有するロータリ式
    圧縮機であって、
    上記ローラの材質が硬度ＨＲＣ５３以上のＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系片状黒鉛合金鋳鉄であるこ
    とを特徴とする請求項１ないし４記載の冷凍サイクル装置。
     
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