WO2015140881A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

　圧縮機１０と、熱源側熱交換器１２と、絞り装置１６と、負荷側熱交換器１５と、が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、冷媒は１，１，２－トリフルオロエチレンで構成した単一冷媒または１，１，２－トリフルオロエチレンを含む混合冷媒であり、圧縮機１０は、圧縮機シェル４５に圧縮室４７とモータ４４とを有し、モータ４４の絶縁材料に、樹脂材料を用いる。

Description

冷凍サイクル装置

　本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置等の冷凍サイクル装置に関するものである。

　ビル用マルチエアコン等のように、冷媒を循環する冷媒回路を構成して空気調和等を行う冷凍サイクル装置においては、一般的に、不燃性であるＲ４１０Ａ、弱い可燃性を有するＲ３２、強い可燃性を示すプロパン等の水素と炭素を含む物質が冷媒として用いられる。これらの物質は、大気中に放出された場合に、大気中で分解されて別の物質に変わるまでの寿命は異なるが、冷凍サイクル装置内においては、安定性が高く、数十年の長い間冷媒として使用することができる。

　これに対して、水素と炭素を含む物質の中には、冷凍サイクル装置内においても安定性が悪く、冷媒としては使用し難いものも存在する。これらの安定性が悪い物質としては、たとえば、不均化反応を起こす性質のものがある。不均化とは、同一種類の物質同士が反応して別の物質に変化する性質のことである。たとえば、液状態等の隣り合う物質同士の距離が非常に近い状態で、冷媒に対して何らかの強いエネルギーが加わると、このエネルギーによって、不均化反応が起き、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化してしまう。不均化反応が起きると、発熱し、急激な温度上昇が起き、そのため圧力が急激に上昇する可能性がある。たとえば、不均化反応を起こす性質の物質を冷凍サイクル装置の冷媒として用い、銅等の配管内に封入していると、配管が内部の冷媒の圧力上昇に耐え切れず、配管が破裂してしまう、等の事故が起きる可能性がある。この不均化反応を起こす性質の物質としては、たとえば、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、アセチレン等が知られている。

　また、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を熱サイクル用作動媒体として用いる熱サイクルシステム（冷凍サイクル装置）が存在している（たとえば、特許文献１）。

ＷＯ１２／１５７７６４号公報（第３頁、第１２頁、図１等）

　特許文献１に記載されている熱サイクルシステム等の冷凍サイクル装置においては、熱サイクル用作動媒体として、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を使用することが記載されている。１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）は、不均化反応を起こす性質の物質である。そのまま冷媒として使用すると、何らかのエネルギーによって、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化し、冷媒として機能しなくなるばかりか、急激な圧力上昇により配管破裂等の事故が起こる可能性がある。このため、冷媒として使用するためには、この不均化反応を起こさないように使用しなければならないという課題がある。そこで、この不均化反応を起こさせないための工夫が必要になるが、特許文献１等には、不均化反応を起こさせない装置等を実現する方法については、何ら記述されていない。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、冷媒が外部から受けるエネルギーを低減させ、不均化反応を起こす性質の物質を、安全に、冷媒として使用することができる冷凍サイクル装置を得るものである。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器と、が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、冷媒は、不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒または不均化反応を起こす性質の物質に別の物質を混合させた混合冷媒であり、圧縮機は、密閉容器内に、圧縮室とモータとを有し、モータの絶縁材料に、樹脂材料を用いたものである。

　本発明の冷凍サイクル装置は、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）等の不均化反応を起こす性質の物質が、不均化反応により、冷媒として使用できなくなったり、配管破裂等の事故が発生するのを防ぎ、安全に冷媒として使用することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の設置例を示す概略図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路構成図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時の回路構成図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時の回路構成図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の構成の概略図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のアキュムレータの構成の概略図。

　以下、発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
　本発明の実施の形態１について、図面に基づいて説明する。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設置例を示す概略図である。図１に示す冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成して冷媒による冷凍サイクルを利用することで、運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードのいずれかを選択できるものである。ここで、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、空調対象空間（室内空間７）の空気調和を行う空気調和装置を例として説明する。

　図１においては、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、熱源機である１台の室外機１と、複数台の室内機２と、を有している。室外機１と室内機２とは、冷媒を導通する延長配管（冷媒配管）４で接続され、室外機１で生成された冷熱あるいは温熱は、室内機２に配送されるようになっている。

　室外機１は、通常、ビル等の建物９の外の空間（たとえば、屋上等）である室外空間６に配置され、室内機２に冷熱または温熱を供給するものである。室内機２は、建物９の内部の空間（たとえば、居室等）である室内空間７に温調された空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間７に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。

　図１に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置においては、室外機１と各室内機２とが２本の延長配管４を用いて、それぞれ接続されている。

　なお、図１においては、室内機２が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定するものではない。天井埋込型や天井吊下式等、室内空間７に直接またはダクト等により、暖房用空気あるいは冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。

　図１においては、室外機１が室外空間６に設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、室外機１は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよい。また、排気ダクトで廃熱を建物９の外に排気することができるのであれば建物９の内部に設置してもよい。さらに、水冷式の室外機１を用いて建物９の内部に設置するようにしてもよい。どのような場所に室外機１を設置するとしても、特段の問題が発生することはない。

　また、室外機１及び室内機２の接続台数を図１に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置が設置される建物９に応じて台数を決定すればよい。

　図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（以下、冷凍サイクル装置１００と称する）の回路構成の一例を示す回路構成図である。図２に基づいて、冷凍サイクル装置１００の詳しい構成について説明する。図２に示すように、室外機１と室内機２とが、内部に冷媒が流れる延長配管（冷媒配管）４で接続されている。

［室外機１］
　室外機１には、圧縮機１０と、四方弁等の第１冷媒流路切替装置１１と、熱源側熱交換器１２と、アキュムレータ１９とが冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。

　圧縮機１０は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。第１冷媒流路切替装置１１は、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。熱源側熱交換器１２は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器（または放熱器）として機能する。そして、第一の熱交換器となる熱源側熱交換器１２は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、その冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。熱源側熱交換器１２は、室内空間７を冷房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間７を暖房する運転の場合には蒸発器として作用する。アキュムレータ１９は、圧縮機１０の吸入側に設けられており、運転モード変化等により冷媒回路中で余剰となる冷媒を貯留するものである。

　室外機１には、圧縮機１０、第１冷媒流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２、アキュムレータ１９、高圧検出装置３７、低圧検出装置３８、及び、制御装置６０が備えられている。また、圧縮機１０は、たとえば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気となり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものを使用するか、あるいは、密閉容器内が高圧の冷媒圧雰囲気となり、圧縮室で圧縮された高圧冷媒を密閉容器内に吐出する高圧シェル構造のものを使用する。また、室外機１は、制御装置６０を備えており、各種検出装置での検出情報、リモコンからの指示等に基づいて、機器の制御を行う。たとえば、圧縮機１０の駆動周波数、送風機の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、第１冷媒流路切替装置１１の切り替え等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。ここで、本実施の形態の制御装置６０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit ）等の制御演算処理手段を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。また、記憶手段（図示せず）を有しており、制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理手段がプログラムのデータに基づく処理を実行して制御を実現する。

［室内機２］
　室内機２には、それぞれ第二の熱交換器となる負荷側熱交換器１５が搭載されている。この負荷側熱交換器１５は、延長配管４によって室外機１に接続するようになっている。この負荷側熱交換器１５は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内空間７に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。負荷側熱交換器１５は、室内空間７を暖房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間７を冷房する運転の場合には蒸発器として作用する。

　この図２では、４台の室内機２が接続されている場合を例に示しており、紙面下から室内機２ａ、室内機２ｂ、室内機２ｃ、室内機２ｄとして図示している。また、室内機２ａ～室内機２ｄに応じて、負荷側熱交換器１５も、紙面下側から負荷側熱交換器１５ａ、負荷側熱交換器１５ｂ、負荷側熱交換器１５ｃ、負荷側熱交換器１５ｄとして図示している。なお、図１と同様に、室内機２の接続台数を図２に示す４台に限定するものではない。

　冷凍サイクル装置１００が実行する各運転モードについて説明する。この冷凍サイクル装置１００は、各室内機２からの指示に基づいて、室外機１の運転モードを冷房運転モードか暖房運転モードかのいずれかに決定する。すなわち、冷凍サイクル装置１００は、室内機２の全部で同一運転（冷房運転か暖房運転）をすることができ、室内の温度調節を行う。なお、冷房運転モード、暖房運転モードのいずれにおいても、各室内機２の運転／停止は自由に行うことができる。

　冷凍サイクル装置１００が実行する運転モードには、駆動している室内機２の全てが冷房運転（停止も含む）を実行する冷房運転モード、及び、駆動している室内機２の全てが暖房運転（停止も含む）を実行する暖房運転モードがある。以下に、各運転モードについて、冷媒の流れとともに説明する。

［冷房運転モード］
　図３は、冷凍サイクル装置１００の吐出温度が低い場合の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図３では、全部の負荷側熱交換器１５において冷熱負荷が発生している場合を例に冷房運転モードについて説明する。なお、図３では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。

　図３に示す冷房運転モードの場合、室外機１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された冷媒が熱源側熱交換器１２へ流入するように切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機１０によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して熱源側熱交換器１２に流入する。そして、熱源側熱交換器１２で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となり、室外機１から流出する。

　室外機１を流出した高圧の液冷媒は、延長配管４を通って、室内機２（２ａ～２ｄ）のそれぞれに流入する。室内機２（２ａ～２ｄ）に流入した高圧の液冷媒は、絞り装置１６（１６ａ～１６ｄ）に流入して、絞り装置１６（１６ａ～１６ｄ）で絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となる。さらに、蒸発器として作用する負荷側熱交換器１５（１５ａ～１５ｄ）のそれぞれに流入し、負荷側熱交換器１５の周囲を流通する空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。そして、低温低圧のガス冷媒は、室内機２（２ａ～２ｄ）から流出し、延長配管４を通って再び室外機１へ流入し、第１冷媒流路切替装置１１を通り、アキュムレータ１９を介して、圧縮機１０へ再度吸入される。

　このとき、絞り装置１６ａ～１６ｄの開度（開口面積）は、負荷側熱交換器ガス冷媒温度検出装置２８の検出温度と、室外機１の制御装置６０から各室内機２の制御装置（図示せず）に通信で送信された蒸発温度と、の温度差（過熱度）が目標値に近づくように制御される。

　なお、冷房運転モードを実行する際、熱負荷のない負荷側熱交換器１５（サーモオフを含む）へは冷媒を流す必要がないため、運転を停止させる。このとき、停止している室内機２に対応する絞り装置１６は、全閉または冷媒が流れない小さい開度としておく。

［暖房運転モード］
　図４は、冷凍サイクル装置１００の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図４では、全部の負荷側熱交換器１５において温熱負荷が発生している場合を例に暖房運転モードについて説明する。なお、図４では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。

　図４に示す暖房運転モードの場合、室外機１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された冷媒を、熱源側熱交換器１２を経由させずに室内機２へ流入させるように切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機１０によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出され、第１冷媒流路切替装置１１を通り、室外機１から流出する。室外機１から流出した高温高圧のガス冷媒は、延長配管４を通って室内機２（２ａ～２ｄ）のそれぞれに流入する。室内機２（２ａ～２ｄ）に流入した高温高圧のガス冷媒は、負荷側熱交換器１５（１５ａ～１５ｄ）のそれぞれに流入し、負荷側熱交換器１５（１５ａ～１５ｄ）の周囲を流通する空気に放熱しながら凝縮液化し、高温高圧の液冷媒となる。負荷側熱交換器１５（１５ａ～１５ｄ）から流出した高温高圧の液冷媒は、絞り装置１６（１６ａ～１６ｄ）に流入し、絞り装置１６（１６ａ～１６ｄ）で絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となり、室内機２（２ａ～２ｄ）から流出する。室内機２から流出した低温低圧の二相冷媒は、延長配管４を通って再び室外機１へ流入する。

　このとき、絞り装置１６ａ～１６ｄの開度（開口面積）は、室外機１の制御装置６０から各室内機２の制御装置（図示せず）に通信で送信された凝縮温度と、負荷側熱交換器液冷媒温度検出装置２７の検出温度と、の温度差（過冷却度）が目標値に近づくように制御される。

　室外機１に流入した低温低圧の二相冷媒は、熱源側熱交換器１２に流入し、熱源側熱交換器１２の周囲に流れる空気から吸熱し、蒸発して低温低圧のガス冷媒または低温低圧の乾き度の大きい二相冷媒となる。低温低圧のガス冷媒または二相冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレータ１９を介して、再び圧縮機１０に吸入される。

　暖房運転モードを実行する際、熱負荷のない負荷側熱交換器１５（サーモオフを含む）へは冷媒を流す必要がない。しかし、暖房運転モードにおいて、暖房負荷のない負荷側熱交換器１５と対応する絞り装置１６を全閉または冷媒が流れない小さい開度とすると、運転していない負荷側熱交換器１５の内部で冷媒が周囲空気によって冷やされて凝縮し、冷媒が溜まり込んでしまい、冷媒回路全体として冷媒不足に陥ってしまう可能性がある。そこで、暖房運転時においては、熱負荷のない負荷側熱交換器１５と対応する絞り装置１６の開度（開口面積）は全開等の大きい開度にし、冷媒の溜まり込みを防止する。

　また、第１冷媒流路切替装置１１は、四方弁を用いるのが一般的であるが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。

［冷媒の種類］
　冷凍サイクル装置１００で使用する冷媒として、Ｒ３２、Ｒ４１０Ａ等のように、通常に冷媒として使用されている物質を使用する場合は、冷媒回路内での冷媒の安定性を改善するための工夫を施すことなく、このまま普通に使用すればよい。しかし、ここでは、冷媒として、Ｃ_２Ｈ_１Ｆ_３で表され分子構造中に二重結合を１つ有する１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）等の不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒、または、不均化反応を起こす性質の物質に別の物質を混合させた混合冷媒を用いるものとする。

　混合冷媒を生成させるために、不均化反応を起こす性質の物質に混合させる物質としては、たとえば、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４で表されるテトラフルオロプロペン（ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２で表される２，３，３，３－テトラフルオロプロペンであるＨＦＯ－１２３４ｙｆ、ＣＦ_３ＣＨ＝ＣＨＦで表される１，３，３，３－テトラフルオロ－１－プロペンであるＨＦＯ－１２３４ｚｅ等）、または、化学式がＣＨ_２Ｆ_２で表されるジフルオロメタン（ＨＦＣ－３２）等が用いられる。しかし、不均化反応を起こす性質の物質に混合させる物質は、これらに限るものではなく、ＨＣ－２９０（プロパン）等を混合させてもよく、冷凍サイクル装置１００の冷媒として使用できる熱性能を有する物質であれば、どのようなものを用いてもよい。また、混合比は、どのような混合比としてもよい。

　不均化反応を起こす性質の物質は、そのまま冷媒として使用すると、外部からの何らかの強いエネルギーで、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化する可能性がある。このため、冷媒回路において何の対策も行わずに不均化反応を起こす性質の物質を冷媒として使用すると、別の物質となって冷媒として機能しなくなるばかりか、発熱による急激な圧力上昇のため配管破裂等の事故が起こる可能性がある。この不均化反応は、液及び二相状態等の隣り合う物質同士の距離が非常に近い液状態の物質が存在する場所で、特に起こりやすいが、ガス状態においても、強いエネルギーが加わると不均化反応を起こす。そこで、冷媒として使用するためには、不均化反応を起こさないような工夫が必要となる。冷媒の不均化反応は、冷媒を構造物と衝突させたり、冷媒に電流を流したり等の、外部エネルギーにより起こる。

［圧縮機１０］
　圧縮機１０は、密閉型圧縮機を用いる。たとえば、高圧シェル型又は低圧シェル型の、ロータリー圧縮機又はスクロール圧縮機を用いる。図５は、本発明の実施の形態１に係る圧縮機１０の構成の概略図である。図５は、圧縮機１０を側面から見た側面図である。図５に示す圧縮機１０は、高圧シェル型のロータリー式圧縮機である。圧縮機１０は、冷媒を圧縮機１０に流入させる流入管４１、冷媒を圧縮機１０から流出させる流出管４２、冷媒を圧縮する圧縮部４３、圧縮機１０の駆動源であるモータ４４、圧縮部４３とモータ４４とを覆う密閉容器である圧縮機シェル４５とを備えている。モータ４４は圧縮部４３の上部に配置されている。

　モータ４４は、ステータ４８とロータ４９とを備えている。ステータ４８は、圧縮機シェル４５に固定されている。ロータ４９は、ステータ４８の内側に配置され、軸５０が連結されている。圧縮部４３は、ローリングピストン５１を備えている。ローリングピストン５１は、ロータ４９と同じ軸５０に固定されており、ロータ４９の回転がローリングピストン５１に伝えられる。ローリングピストン５１は、軸５０に偏心して取り付けられている。

　図５において、実線矢印は冷媒が流れる向きを示している。冷媒は、流入管４１から圧縮機１０に流入し、吸入ポート４６を介して、圧縮部４３の圧縮室４７に流入する。圧縮室４７は、軸５０に偏心して取り付けられているローリングピストン５１の作用により、ローリングピストン５１の回転に応じて、容積が変化し、流入した冷媒を圧縮する。圧縮されて圧力が高まった高温高圧のガス冷媒は、圧縮室４７から圧縮機シェル４５内に噴出され、モータ４４の周囲を流動して、流出管４２から圧縮機１０を流出する。

　ここで、密閉型圧縮機の種類には、上述の高圧シェル型と低圧シェル型とが存在する。低圧シェル型の圧縮機１０は、密閉容器である圧縮機シェル４５内に圧縮部４３とモータ４４とを有する。低圧シェル型の圧縮機１０に吸入した冷媒は、圧縮機シェル４５内に流入し、圧縮機シェル４５内は低圧冷媒雰囲気とされる。圧縮機シェル４５内の冷媒を圧縮部４３の圧縮室４７が吸入して圧縮し、圧縮完了後、圧縮部４３から圧縮機シェル４５外へ吐出させるものである。低圧シェル型の圧縮機１０においては、例えば、圧縮部４３が上部に配置され、モータ４４が下部に配置される。この低圧シェル型の圧縮機１０では、圧縮機１０に二相冷媒を流入させると、二相冷媒のうちの液成分は、圧縮室４７に吸入される前に、圧縮機シェル４５に流入した時点で分離され、圧縮部４３の下部に配置されたモータ４４の周囲を流れて、圧縮機１０の下部まで落下する。モータ４４の周囲には、分子間距離が短い液冷媒が流れるため、不均化反応が起きやすく、低圧シェル型の圧縮機１０の圧縮機シェル４５内は、冷媒の不均化反応が起きやすい状態にある。

　また、高圧シェル型の圧縮機１０は、先の説明のように構成されている。このため、圧縮室４７で圧縮されて高温になったガス冷媒が、モータ４４が露出している空間である圧縮機シェル４５内に吐出される。冷媒の不均化反応は、分子間の距離が短い、液状体及び二相状態で起きやすいが、不均化反応は化学反応であり、化学反応は温度が高いと進みやすい（反応速度が速くなる）ことは広く知られている。従って、冷媒がガス状態であっても、温度が高ければ、不均化反応が起きやすく、高圧シェル型の圧縮機１０の圧縮機シェル４５内は、（低圧シェル型圧縮機程ではないが）冷媒の不均化反応が起きやすい状態にある。

　以上述べた通り、低圧シェル型の圧縮機１０の圧縮機シェル４５内ではモータ４４の周囲に分子間距離の小さい液冷媒が流れる。また、高圧シェル型の圧縮機１０の圧縮機シェル４５内には高温のガス冷媒が満たされている。このため、どちらの型の圧縮機１０の場合においても、圧縮機シェル４５内では冷媒の不均化反応が起きやすい状態にある。

　密閉型圧縮機である圧縮機１０内では、モータ４４は、低圧の冷媒雰囲気または高圧の冷媒雰囲気に露出されている。モータ４４のステータ４８及びロータ４９には、電流が流れるため、絶縁処理が必要になる。モータ４４を絶縁しないと、周囲の冷媒にも電流が流れてしまうことになり、漏電の危険があるばかりでなく、冷媒が電流のエネルギーにより不均化反応を起こしてしまう可能性がある。

　モータ４４の絶縁材料として、冷媒によって、物理的又は化学的に変性を受けない物質で、特に耐溶剤性、耐抽出性、熱的及び化学的安定性、耐発泡性を有する物質を用いるのがよい。モータ４４の絶縁材料としては、ステータ４８の巻き線の絶縁被覆材料、絶縁フィルム、巻き線を保持するインシュレーター、絶縁チューブ等があり、いずれも樹脂材料が用いられている。

　具体的に、ステータ４８の巻き線の絶縁被覆材料には、ポリビニルフォルマール、ポリエステル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミドのうちの１種類又は複数種類の物質が用いられている。また、ガラス転移温度が１２０℃以上のエナメル被覆を用いてもよい。

　また、ステータ４８の絶縁フィルムは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）のうちの１種類又は複数種類の物質が用いられている。インシュレーター等の巻き線を保持する絶縁材料には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）のうちから選ばれる１種類又は複数種類の物質が用いられている。ワニスには、エポキシ樹脂が用いられている。さらに、ステータ４８の絶縁チューブには、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）のうちから選ばれる１種類又は複数種類の物質が用いられている。

　なお、先の説明のように、冷媒がガス状態であっても、温度が高ければ、圧縮機シェル４５内は、不均化反応が起きやすい状態にある。不均化反応は、温度が高ければ高い程、反応が進みやすい（反応速度が速くなる）が、特に、５０℃以上の温度では、化学反応である不均化反応が起きやすくなる。高圧シェル型の圧縮機１０を備える冷凍サイクル装置においては、圧縮機１０の圧縮機シェル４５内の冷媒の温度は、起動時等の過渡状態を除けば、殆どの場合、５０℃以上の温度になっている。しかし、この状態においても、上述のような圧縮機１０のモータ４４の絶縁を行っていれば、冷媒の不均化反応を抑制することができる。なお、８０℃の状態では、更に不均化反応が起きやすい。

　ここで、冷凍サイクルに、冷媒と相溶性を示す冷凍機油を使用することを考える。相溶性の冷凍機油に対する冷媒の溶解度は、同一圧力条件では、温度が低い方が溶解度が大きく、同一温度条件では、圧力が高い方が溶解度が大きい。冷媒が冷凍機油に溶解すると、冷媒の分子と分子との間に冷凍機油の分子が溶け込んで存在するようになる。すなわち、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きいと、多くの冷媒の分子と分子との間に冷凍機油が存在することになる。冷媒の不均化反応は、隣接する冷媒の分子同士が反応する現象であり、冷媒と相溶性を有する冷凍機油を使用すれば、冷媒の分子と分子との間に冷凍機油の分子が存在するため、冷媒の不均化反応が、更に、起き難くなる。

　冷媒の不均化反応を抑制するためには、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きい方がより効果が大きくなる。実用的には、冷媒が液状態または二相状態の場合において、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上であれば、多くの冷媒が冷凍機油に溶解するため、不均化反応を抑制できる。従って、圧縮機１０として、低圧シェル型の圧縮機１０を使用する場合、例えば、圧縮機シェル４５内の冷媒の温度が０℃、かつ、圧力が、冷媒の温度が０℃での飽和圧力である状態で、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上であれば、二相冷媒が流入しても、冷媒の不均化反応を十分に抑制できる。

　なお、先に述べた通り、冷媒が液状態または二相状態である場合に、最も不均化反応が起きやすい。また、冷媒がガス状態であっても温度が高い状態、特に５０℃以上、更に８０℃以上、では化学反応である不均化反応が起きやすいが、冷媒が液状態または二相状態である場合の方が、より不均化反応が起きやすい。ガス状態の冷媒も相溶性の冷凍機油に溶解するが、高温のガス状態の不均化反応を抑制するために必要な溶解度は、液状態や二相状態に比べて、小さい値でよい。実用的には、冷媒がガス状態の場合において、溶解度が１０ｗｔ％（重量％）以上であれば、十分高温のガス状態の冷媒の不均化反応を抑制できる。よって、圧縮機１０として、高圧シェル型の圧縮機１０を使用する場合、例えば、圧縮機シェル４５内の冷媒の温度が８０℃、かつ、圧力が、冷媒の温度が５０℃での飽和圧力である状態で、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が１０ｗｔ％（重量％）以上であれば、冷媒の不均化反応を十分に抑制できる。

　また、本実施の形態の冷凍機油は、体積抵抗率が比較的大きい冷凍機油が用いられている。たとえば、冷凍機油の体積抵抗率は、２０℃において２×１０^１０Ω・ｍ以上である。このため、冷凍機油として、相溶油を用いると、圧縮機１０の圧縮機シェル４５内での冷媒と冷凍機油の混合流体の体積抵抗率は、ある程度高い値になる。従って、圧縮機１０においてモータ４４からの漏れ電流が比較的少なくなり、更に、冷媒の不均化反応が起き難くなる。

　なお、冷凍機油としては、ポリオールエステル及びポリビニルエーテルのうちいずれかを主成分とするものが用いられる。ポリオールエステル及びポリビニルエーテルは、何れも、体積抵抗率が比較的高く、分子構造中に二重結合を１個有する冷媒に対して溶解しやすい相溶性を有する冷凍機油である。

　また、本実施の形態においては、圧縮機１０の圧縮機シェル４５内において、圧縮部４３が下方、モータ４４が上方にある場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、圧縮部４３が上方、モータ４４が下方にあっても構わない。これは、高圧シェル型の圧縮機であっても、低圧シェル型の圧縮機であっても、同様である。

　また、圧縮機１０は、ロータリー式圧縮機である場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、スクロール式圧縮機又はスクリュー式圧縮機等、どのような方式のものを用いてもよく、同様の効果を奏する。

［アキュムレータ１９］
　図６は、本発明の実施の形態１に係るアキュムレータ１９の構成の概略図である。図６はアキュムレータ１９を側面から見た側面図である。アキュムレータ１９は、流入管５２、流出管５３、流出管５３に設けられた油戻し穴５４、及び、アキュムレータ１９のアキュムレータシェル５５から構成され、流入管５２及び流出管５３がアキュムレータシェル５５に挿入された構造となっている。図６において、実線矢印は冷媒が流れる向きを示している。冷媒は、流入管５２から流入し、アキュムレータシェル５５に開放されて容積が広げられ、その後、流出管５３から流出する。この際、流出管５３の入口は、流入管５２の出口よりも高い位置であり、かつ、流入管５２から流入した冷媒が慣性力及び重力で直接流出管５３に流入しない位置に設置されている。

　流入管５２は、アキュムレータシェル５５の上方から挿入され、アキュムレータシェル５５内で横に曲げられ、流入管５２の出口は、アキュムレータシェル５５の内壁面から少し離れたアキュムレータシェル５５の内壁面に接しない位置に、アキュムレータシェル５５の内壁面に向けて設置されている。流入管５２をアキュムレータシェル５５の内壁面に向けることにより、流入管５２から流入した冷媒を、アキュムレータシェル５５の内壁面に衝突させて、二相冷媒の液成分及び冷凍機油をアキュムレータシェル５５内で分離させ、重力によってアキュムレータシェル５５の下方に貯留させる働きをする。

　流出管５３に設けられた油戻し穴５４は、アキュムレータシェル５５の下方に溜まった冷凍機油が溶解した冷媒液を流出管５３内に流入させ、冷凍機油を圧縮機１０に戻す働きをする。この時、冷媒が冷凍機油に溶解しているため、油戻し穴５４からは、冷凍機油と一緒に冷媒も流出し、圧縮機１０に吸入される。従って、圧縮機１０には、乾き度が０を超え１未満の二相状態の冷媒が吸入される。よって、低圧シェル型の圧縮機を使用しており、冷凍サイクルに余剰冷媒が発生している場合、圧縮機シェル４５内に、乾き度が０を超え１未満の二相状態の冷媒が流入し、この冷媒がモータ４４の周囲に流れることになる。すなわち、アキュムレータ１９の内部に油戻し穴５４を備えていれば、乾き度が０を超え１未満の二相状態の冷媒が、圧縮機１０に流入する。

　アキュムレータ１９には、冷房運転時は、低温低圧のガス冷媒が流入し、暖房運転時は、冷媒回路内に余剰冷媒が発生するため、気体と液体が混在した二相冷媒が流入する。なお、室内機２が複数あるマルチ型の空気調和装置等の冷凍サイクル装置においては、室内機２の運転台数変化等により、冷房運転時においても、余剰冷媒が発生し、アキュムレータ１９に二相冷媒が流入する場合もある。

　ここで、本実施の形態では、縦方向（鉛直方向）に長い形状のアキュムレータシェル５５を有するアキュムレータ１９を図示しているが、横方向に長い構造のもの等、どのような形をしていてもよい。

　また、本実施の形態では、冷媒回路中に余剰冷媒を貯留するアキュムレータ１９を備える場合について説明をしたが、延長配管４が短い場合、室内機２の台数が１台である場合等のように、余剰冷媒が少ない場合は、アキュムレータ１９を備えていなくてもよい。なお、アキュムレータ１９を備えていない場合は、運転状態によっては、二相冷媒が直接圧縮機１０に流入することになる。

［延長配管４］
　以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機１と室内機２とを接続する延長配管４には冷媒が流れている。

　なお、高圧検出装置３７，低圧検出装置３８は、冷凍サイクル高圧と低圧を目標値に制御するために設置されているが、飽和温度を検出する温度検出装置でもよい。

　また、第１冷媒流路切替装置１１は四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。

　また、一般的に、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１５ａ～１５ｄには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば負荷側熱交換器１５ａ～１５ｄとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができるし、熱源側熱交換器１２としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができる。放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんな熱交換器でも用いることができる。

　また、ここでは、負荷側熱交換器１５ａ～１５ｄが４つである場合を例に説明を行ったが、幾つ接続してもよい。更に、室外機１が複数接続され、１つの冷凍サイクルを構成していてもよい。

　また、室内機２が冷房運転か暖房運転のいずれかの運転のみを行う冷房暖房切替型の冷凍サイクル装置１００を例に説明を行ったが、これに限定するものではない。たとえば、室内機２が冷房運転と暖房運転のいずれかの運転を任意に選択でき、システム全体として、冷房運転を行う室内機２と暖房運転を行う室内機２との混在運転を行うことができる冷凍サイクル装置にも適用することができ、同様の効果を奏する。

　また、室内機２が１つだけ接続できるルームエアコン等の空気調和装置、ショーケースやユニットクーラを接続する冷凍装置等にも適用することができ、冷凍サイクルを使用する冷凍サイクル装置であれば、同様の効果を奏する。

　また、負荷側熱交換器１５として、水又は不凍液等と熱交換を行うプレート式熱交換器等を用い、熱交換した水又は不凍液等を、室内機２に循環させ、空調対象空間に温調された空気を供給するように構成された冷凍サイクル装置であっても構わない。

　１　熱源機（室外機）、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　室内機、４　延長配管（冷媒配管）、６　室外空間、７　室内空間、８　天井裏等の室外空間及び室内空間とは別の空間、９　ビル等の建物、１０　圧縮機、１１　第１冷媒流路切替装置（四方弁）、１２　熱源側熱交換器、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ　負荷側熱交換器、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ　絞り装置、１９　アキュムレータ、２７　負荷側熱交換器液冷媒温度検出装置、２８　負荷側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、３７　高圧検出装置、３８　低圧検出装置、４１　流入管、４２　流出管、４３　圧縮部、４４　モータ、４５　圧縮機シェル、４６　吸入ポート、４７　圧縮室、４８　ステータ、４９　ロータ、５０　軸、５１　ローリングピストン、５２　流入管、５３　流出管、５４　油戻し穴、５５　アキュムレータシェル、６０　制御装置、１００　冷凍サイクル装置。

Claims (10)

1. 　圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器と、が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、
   　前記冷媒は、不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒または不均化反応を起こす性質の物質に別の物質を混合させた混合冷媒であり、
   　前記圧縮機は、密閉容器内に、圧縮室とモータとを有し、
   　前記モータの絶縁材料に、樹脂材料を用いた冷凍サイクル装置。
2. 　前記不均化反応を起こす性質の物質は、１，１，２－トリフルオロエチレンである請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 　前記モータの絶縁材料は、ポリビニルフォルマール、ポリエステル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂の群から選ばれる１または複数の物質が用いられている請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 　前記圧縮機は、前記密閉容器内に前記冷媒を流入させ、前記密閉容器内の冷媒を前記圧縮室で圧縮し、圧縮した前記冷媒を前記密閉容器外へ吐出させる低圧シェル型圧縮機であり、
   　前記圧縮機の前記密閉容器内に、乾き度が０を超え１未満の二相状態の前記冷媒を流入させる運転状態を有する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 　前記圧縮機は、前記圧縮室に前記冷媒を流入させ、前記圧縮室に流入した前記冷媒を前記圧縮室で圧縮し、圧縮した前記冷媒を前記密閉容器内へ吐出し、前記密閉容器内の前記冷媒を前記密閉容器外へ吐出させる高圧シェル型圧縮機であり、
   　前記圧縮機の前記圧縮室から前記密閉容器内に、５０℃以上の前記冷媒を吐出する運転状態を有する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 　前記冷凍サイクルには、前記冷媒と相溶性を有する冷凍機油が充填されている請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 　前記冷凍機油は、ポリオールエステル及びポリビニルエーテルのうちいずれかを主成分とする請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 　前記冷凍機油は、体積抵抗率が２０℃において２×１０^１０Ω・ｍ以上のものである請求項６または請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 　前記冷凍機油は、前記冷媒の温度が０℃、かつ、前記冷媒の圧力が、前記冷媒の温度が０℃での飽和圧力である状態において、前記冷媒に対する溶解度が５０重量％以上である、請求項４、請求項４に従属する請求項６、請求項４に従属する請求項７、のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 　前記冷凍機油は、前記冷媒の温度が８０℃、かつ、前記冷媒の圧力が、前記冷媒の温度が５０℃での飽和圧力である状態において、前記冷媒に対する溶解度が１０重量％以上である、請求項５、請求項５に従属する請求項６、請求項５に従属する請求項７、のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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