WO2018139315A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

冷媒として、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素を含む冷媒が用いられる。冷凍装置には、圧縮機構（40）から吐出される冷媒の温度、又は吐出された直後の冷媒の温度である吐出冷媒温度を検知する冷媒温度検知部（61,62,91）と、冷媒温度検知部（61,62,91）で検知した温度を所定温度Ts以下に制御する制御部（93）とが設けられる。

Description

冷凍装置

　　本発明は、冷凍サイクルを行う冷凍装置に関する。

　　従来より、圧縮機が接続され、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が知られており、空気調和装置等に広く利用されている。

　　特許文献１には、冷媒回路に充填される冷媒として、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を用いたものが開示されている。この冷媒は、大気中のＯＨラジカルによって分解され易いため、オゾン層の影響や、地球温暖化の影響が少なく、サイクル性能にも優れるという特性を有している。

特開２０１５－７２５７号公報

　　上記のＨＦＯ－１１２３のようなフッ化炭化水素は、不均化反応を起こしやすい性質を有する。ここで、不均化反応とは、同一種類の分子が互いに反応し、異なる生成物を与える化学反応である。

　　このような不均化反応を起こしやすい性質を有する冷媒を用いて冷凍サイクルを行う場合、圧縮機で圧縮された高圧冷媒の温度が所定温度よりも高くなることで、不均化反応が起こる可能性があった。

　　一方、高圧冷媒の温度上昇を抑制する技術としては、圧縮機と接続する吐出管に温度センサを設け、吐出管を流れる冷媒の温度を所定温度以下に制御するものがある。しかし、吐出管は室外等に設置されているため、吐出管を流れる冷媒は、その周囲の空気へ放熱し易い。このため、吐出管を流れる冷媒は、圧縮機構から吐出される冷媒の温度と比較すると、いくらか低い温度になる傾向にある。従って、吐出管を流れる冷媒の温度を不均化反応が生じうる所定温度Ts以下に制御したとしても、圧縮機構から吐出された冷媒の温度が、この所定温度Tsを越えてしまい、この冷媒が不均化反応を起こしてしまうおそれがある。

　　本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的は、冷媒回路の高圧冷媒の不均化反応を確実に防止できる冷凍装置を提供することである。

　　第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機（30）が接続される冷媒回路（11）を備えた冷凍装置であって、上記冷媒は、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素を含む冷媒であり、上記圧縮機（30）は、ケーシング（31）と、該ケーシング（31）に収容される電動機（32）と、該電動機（32）に駆動され、圧縮した冷媒を該ケーシング（31）の内部空間（S）へ吐出する圧縮機構（40）と、上記内部空間（S）の冷媒を上記冷媒回路（11）へ送る吐出管（22）とを有し、上記圧縮機構（40）から吐出される冷媒の温度、又は吐出された直後の冷媒の温度である吐出冷媒温度を検知する冷媒温度検知部（61,62,91）と、該冷媒温度検知部（61,62,91）で検知した温度を所定温度Ts以下に制御する制御部（93）とを備えていることを特徴とする。

　　第１の発明の圧縮機（30）では、圧縮機構（40）で冷媒が圧縮されると、圧縮後の冷媒が圧縮機構（40）から内部空間（S）へ吐出される。内部空間（S）に流出した冷媒は、吐出管（22）を流れた後、冷媒回路（11）の冷凍サイクルに利用される。

　　本発明の冷媒温度検知部（61,62,91）は、吐出管（22）の冷媒の温度ではなく、圧縮機構（40）から吐出される冷媒の温度、又は圧縮機構（40）から吐出された直後の冷媒の温度（吐出冷媒温度）を検知する。ここでいう「温度を検知する」とは、センサ等で直接的に温度を計測するだけでなく、何らかのパラメータに基づきこの温度を推定することも含む意味である。

　　ここで、吐出冷媒温度は、周囲への放熱の影響が大きい吐出管を流れる冷媒の温度と比較すると高い傾向にある。従って、制御部（93）により、吐出冷媒温度を所定温度Ts以下に制御することで、高圧冷媒の温度を不均化反応が生じる温度以下に確実に抑えることができる。

　　第２の発明は、第１の発明において、上記冷媒温度検知部は、上記冷媒回路（11）の運転状態に基づいて上記吐出冷媒温度を推定する冷媒温度推定部（91）であることを特徴とする。

　　第２の発明では、冷媒温度推定部（91）が、冷媒回路（11）の運転状態に基づき、吐出冷媒温度を推定する。このため、圧縮機（30）の内部にセンサ等を配置せずとも、吐出冷媒温度を所定温度Ts以下に制御できる。

　　第３の発明は、第１の発明において、上記冷媒温度検知部は、上記圧縮機構（40）の吐出ポート（47）に設けられる吐出ポート側温度センサ（61）であることを特徴とする冷凍装置である。

　　第３の発明では、冷媒温度検知部である吐出ポート側温度センサ（61）が吐出ポート（47）に設けられる。吐出ポート側温度センサ（61）は、吐出ポート（47）を流れる冷媒の温度を検知する。これにより、圧縮機構（40）から吐出される冷媒の温度を直接的に求めることができる。

　　第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、上記圧縮機構（40）から吐出された直後の冷媒が通過するマフラ（48）を備え、上記冷媒温度検知部は、上記マフラ（48）の内部に設けられるマフラ側温度センサ（62）であることを特徴とする。

　　第４の発明では、圧縮機構（40）から吐出された直後の冷媒がマフラ（48）の内部を流れる。これにより、圧縮機構（40）から吐出される冷媒の騒音が低減される。冷媒温度検知部であるマフラ側温度センサ（62）は、マフラ（48）の内部に設けられる。つまり、マフラ（48）の消音空間が、マフラ側温度センサ（62）の設置スペースとして利用される。マフラ側温度センサ（62）は、マフラ（48）の内部において冷媒の温度を検知する。これにより、圧縮機構（40）から吐出された直後の冷媒の温度を直接的に求めることができる。

　　第５の発明は、第１乃至４の発明のいずれか１つにおいて、上記ケーシング（31）の上記内部空間（S）には、上記電動機（32）が配置され、該電動機（32）のコイル温度を検知するコイル温度検知部（70,92）を備え、上記制御部（93）は、上記吐出冷媒温度が上記コイル温度よりも高い条件では、該吐出冷媒温度を上記所定温度Ts以下に制御し、上記コイル温度が上記吐出冷媒温度よりも高い条件では、該コイル温度を上記所定温度Ts以下に制御することを特徴とする。

　　第５の発明では、ケーシング（31）の内部空間（S）に電動機（32）が配置される。このたため、圧縮機構（40）から吐出された冷媒は、電動機（32）のコイル（33a）から入熱して昇温する可能性がある。そこで、本発明では、コイル温度検知部（70,92）が、電動機（32）のコイル温度を検知する。

　　冷媒温度検知部（61,62,91）で検知した吐出冷媒温度が、コイル温度検知部（70,92）で検知したコイル温度よりも高い条件では、圧縮機構（40）から吐出された冷媒が、コイル（33a）から入熱することがない。このため、この条件が成立する場合、制御部（93）は、吐出冷媒温度を所定温度Ts以下に制御する。これにより、高圧冷媒の温度を不均化反応が生じる温度以下に確実に抑えることができる。

　　コイル温度検知部（70,92）で検知したコイル温度が、冷媒温度検知部（61,62,91）で検知した吐出冷媒温度よりも高い条件では、圧縮機構（40）から吐出された冷媒が、コイル（33a）から入熱する可能性がある。このため、この条件が成立する場合、制御部（93）は、コイル温度を所定温度Ts以下に制御する。これにより、高圧冷媒の温度を不均化反応が生じる温度以下に確実に抑えることができる。

　　第６の発明は、第１乃至５の発明のいずれか１つにおいて、上記冷媒は、ＨＦＯ－１１２３を含む冷媒であることを特徴とする冷凍装置である。

　　第６の発明では、冷媒として、ＨＦＯ－１１２３を含む冷媒が用いられる。ＨＦＯ－１１２３は、大気中のＯＨラジカルによって分解され易いため、オゾン層への影響や地球温暖化の影響も小さい。また、ＨＦＯ－１１２３を含む冷媒を用いることで、冷凍装置の冷凍サイクルの性能も向上する。

　　本発明によれば、圧縮機構（40）から吐出される冷媒、又は吐出された直後の冷媒の温度を所定温度以下に抑える制御を行う。このため、吐出管温度を用いる制御と比べると、圧縮機構（40）の吐出冷媒温度が不均化反応を起こす温度を越えることを確実に防止できる。この結果、高圧冷媒が不均化反応を起こしてしまうことを確実に防止できる。

　　特に第５の発明では、電動機（32）のコイル（33a）の入熱に起因して、高圧冷媒が不均化反応を起こすことを防止できる。

図１は、実施形態に係る冷凍装置の概略の構成図である。 図２は、実施形態に係る圧縮機の縦断面図である。 図３は、実施形態に係る圧縮機構の内部を表す横断面図である。 図４は、実施形態に係る冷凍装置の冷媒温度推定方法を説明するためのＰ－Ｈ線図である。 図５は、変形例１に係る圧縮機の要部の縦断面図である。 図６は、変形例２に係る圧縮機の要部の縦断面図である。 図７は、変形例３に係る圧縮機の縦断面図である。

　　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　〈冷凍装置の全体構成〉
　　実施形態に係る冷凍装置は、室内の冷房と暖房とを行う空気調和装置（10）である。図１に示すように、空気調和装置（10）は、冷媒が充填される冷媒回路（11）を備える。冷媒回路（11）では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。この冷媒としては、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素を含む冷媒が用いられる（詳細は後述する）。

　　空気調和装置（10）は、室外ユニット（12）と室内ユニット（13）とを備える。室内ユニット（13）は１台でなく、２台以上であってもよい。

　　冷媒回路（11）には、圧縮機（30）と、室外熱交換器（16）（熱源熱交換器）と、膨張弁（17）と、室内熱交換器（18）（利用熱交換器）と、四方切換弁（19）とが接続される。圧縮機（30）、室外熱交換器（16）、四方切換弁（19）は、室外ユニット（12）に収容される。室内熱交換器（18）及び膨張弁（17）は、室内ユニット（13）に収容される。

　　室外ユニット（12）では、室外熱交換器（16）の近傍に室外ファン（20）が設置される。室外熱交換器（16）では、室外ファン（20）が搬送する室外空気と冷媒とが熱交換する。室内ユニット（13）では、室内熱交換器（18）の近傍に室内ファン（21）が設置される。室内熱交換器（18）では、室内ファン（21）が搬送する室内空気と冷媒とが熱交換する。

　　四方切換弁（19）は、第１～第４までのポート（P1～P4）を有している。第１ポート（P1）は圧縮機（30）の吐出管（22）と繋がり、第２ポート（P2）は圧縮機（30）の吸入管（23）と繋がり、第３ポート（P3）は室外熱交換器（16）のガス端部と繋がり、第４ポート（P4）は室内熱交換器（18）のガス端部と繋がる。四方切換弁（19）は、第１状態（図１の実線で示す状態）と第２状態（図１の破線で示す状態）とに切り換わる。第１状態では、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が連通し、第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が連通する。従って、四方切換弁（19）が第１状態のときに圧縮機（30）が運転されると、室内熱交換器（18）が凝縮器（放熱器）となり、室外熱交換器（16）が蒸発器となる冷凍サイクル（暖房サイクル）が行われる。第２状態では、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）が連通し、第２ポート（P2）と第４ポート（P4）とが連通する。従って、四方切換弁（19）が第２状態のときに圧縮機（30）が運転されると、室外熱交換器（16）が凝縮器（放熱器）となり、室内熱交換器（18）が蒸発器となる冷凍サイクル（冷房サイクル）が行われる。

　〈圧縮機の全体構成〉
　　図２に示すように、圧縮機（30）は、縦長の円筒密閉型のケーシング（31）を備えている。ケーシング（31）の下部には、吸入管（23）が貫通して固定されている。ケーシング（31）の頂部（上部鏡板）には、吐出管（22）が貫通して固定されている。ケーシング（31）の底部には、圧縮機（30）の各摺動部を潤滑するための油（冷凍機油）が貯留される。ケーシング（31）の内部には、圧縮機構（40）から吐出された冷媒（吐出冷媒ないし高圧冷媒）で満たされる内部空間（S）が形成される。つまり、本実施形態の圧縮機（30）は、ケーシング（31）の内部空間（S）の内圧が高圧冷媒の圧力と実質的に等しい、いわゆる高圧ドーム型に構成されている。

　　ケーシング（31）の内部空間（S）には、上から下に向かって順に、電動機（32）、駆動軸（35）、及び圧縮機構（40）が設けられる。

　　電動機（32）は、固定子（33）と回転子（34）とを有している。固定子（33）は、ケーシング（31）の胴部の内周面に固定されている。回転子（34）は、固定子（33）の内部を上下方向に貫通している。固定子（33）には、そのティース部分（図示省略）にコイル（33a）が巻回されている。回転子（34）の軸心内部には、駆動軸（35）が固定される。電動機（32）が通電されると、回転子（34）とともに駆動軸（35）が回転駆動される。

　　駆動軸（35）は、ケーシング（31）の胴部の軸心上に位置している。駆動軸（35）は、圧縮機構（40）の各軸受に回転可能に支持されている。駆動軸（35）は、電動機（32）と同軸の主軸（36）と、主軸（36）から偏心したクランク軸（37）とを有している。クランク軸（37）の外径は主軸（36）の外径よりも大きい。駆動軸（35）の下部には、ケーシング（31）の底部に溜まった油を汲み上げる油ポンプ（38）が設けられる。油ポンプ（38）で汲み上げた油は、駆動軸（35）の内部の流路（図示省略）を通じて、軸受けや圧縮機構（40）の各摺動部へ供給される。

　　圧縮機構（40）は、電動機（32）の下側に配置されている。圧縮機構（40）は、フロントヘッド（41）、シリンダ（42）、リアヘッド（43）、及びピストン（44）を有している。シリンダ（42）は、扁平な筒状に形成される。シリンダ（42）の上端の開口はフロントヘッド（41）に閉塞され、シリンダ（42）の下端の開口はリアヘッド（43）に閉塞される。これにより、シリンダ（42）の内部には、円柱状のシリンダ室（45）が区画される。

　　シリンダ室（45）には、円環状のピストン（44）が収容される。ピストン（44）は、クランク軸（37）に内嵌する。従って、電動機（32）によって駆動軸（35）が回転駆動されると、シリンダ室（45）内をピストン（44）が偏心回転する。

　　シリンダ（42）には、シリンダ室（45）（厳密には低圧室（L））と連通する吸入ポート（46）が径方向に貫通している。吸入ポート（46）には、吸入管（23）が接続される。フロントヘッド（41）には、シリンダ室（厳密には、高圧室（H））と連通する吐出ポート（47）が形成される。吐出ポート（47）には、リード弁等の吐出弁（図示省略）が設けられる。

　　圧縮機構（40）の上部には、フロントヘッド（41）を覆うマフラ（48）が取り付けられる。マフラ（48）の内部には、吐出ポート（47）と連通するマフラ空間（49）が形成される。マフラ空間（49）では、冷媒の吐出脈動に起因する騒音が低減される。

　　空気調和装置（10）は、各構成機器を制御するためのコントローラ（90）を備えている。コントローラ（90）の詳細は後述する。

　〈圧縮機構の内部構造〉
　　圧縮機構（40）は、ブレード（51）及びブッシュ（52）を有する揺動ピストン型に構成される。図２及び図３に示すように、シリンダ（42）には、ブッシュ溝（53）と背圧室（54）とが形成される。ブッシュ溝（53）は、シリンダ室（45）と隣接する位置に形成され、シリンダ室（45）と連通している。ブッシュ溝（53）は、横断面が略円形の円柱状の空間を構成している。背圧室（54）は、シリンダ（42）において、ブッシュ溝（53）よりも径方向外方に位置している。背圧室（54）は、横断面が略円形の円柱状の空間を構成している。

　　背圧室（54）は、シリンダ室（45）側の端部がブッシュ溝（53）と連通している。背圧室（54）は、ケーシング（31）の内部空間（S）の圧力（即ち、圧縮機構（40）の吐出冷媒の圧力）に相当する高圧圧力の雰囲気となっている。背圧室（54）には、油ポンプ（38）によって汲み上げられた油が供給される。背圧室（54）の油は、ブッシュ溝（53）の内周面とブッシュ（52）との間の摺動部、及びブッシュ（52）とブレード（51）の摺動部の潤滑に利用される。

　　一対のブッシュ（52）は、横断面が略弓形状ないし半円形状に形成されている。一対のブッシュ（52）は、ブッシュ溝（53）の内部に揺動可能に保持される。一対のブッシュ（52）は、ブッシュ溝（53）に対向する円弧部（52a）と、ブレード（51）に対向する平坦部（52b）とを有している。一対のブッシュ（52）は、ブッシュ溝（53）の中心を軸心として円弧部（52a）がブッシュ溝（53）と摺接するように揺動運動を行う。

　　一対のブッシュ（52）は、各平坦部（52b）が互いに対向するようにブッシュ溝（53）に配置される。これにより、一対のブッシュ（52）の各平坦部（52b）の間には、ブレード溝（55）が形成される。ブレード溝（55）は、横断面が略矩形状に形成され、その内部にブレード（51）が径方向に進退可能に保持される。

　　ブレード（51）は、径方向外方に延びる直方体状ないし板状に形成される。ブレード（51）の基端（径方向内方端部）は、ピストン（44）の外周面に一体に連結している。ここで、ピストン（44）とブレード（51）とは同じ部材で一体成型されていてもよいし、別部材を一体的に固定してもよい。ブレード（51）の先端（径方向外方端部）は、背圧室（54）に位置している。ブレード（51）は、シリンダ室（45）を低圧室（L）と高圧室（H）とに仕切っている。低圧室（L）は、図２におけるブレード（51）の右側の空間であり、吸入ポート（46）と連通している。高圧室（H）は、図２におけるブレード（51）の左側の空間であり、吐出ポート（47）と連通している。

　　－圧縮機の運転動作－
　　電動機（32）が通電状態となり、駆動軸（35）が回転駆動されると、ピストン（44）がシリンダ室（45）で偏心運動（厳密には、揺動運動）を行う。

　　図３に示すように、圧縮機構（40）では、ピストン（44）の外周面が、シリンダ室（45）の内周面と油膜を介して線接触し、シール部を形成する。ピストン（44）が揺動運動を行うと、ピストン（44）とシリンダ（42）との間のシール部が、シリンダ室（45）の内周面に沿って変位し、低圧室（L）と高圧室（H）の容積が変化する。この際、ブレード（51）は、ピストン（44）の回転角に応じてブレード溝（55）の内部を進退する。同時に、一対のブッシュ（52）は、ブッシュ溝（53）の軸心を中心としてブレード（51）とともに揺動する。なお、ここでいう「回転角」は、ピストン（44）がブッシュ溝（53）に最も近づく位置（いわゆる上死点）を基準０°とし、駆動軸（35）の回転方向（図３の時計回り方向）に角度を表したものである。

　　ピストン（44）の揺動運動に伴い低圧室（L）の容積が徐々に大きくなると、低圧の冷媒が、吸入管（23）及び吸入ポート（46）を通じて低圧室（L）へ吸入されていく。次いで、この低圧室（L）が吸入ポート（46）から遮断されると、遮断された空間が高圧室（H）を構成する。次いで、この高圧室（H）の容積が徐々に小さくなると、高圧室（H）の内圧が上昇していく。高圧室（H）の内圧が内部空間（S）の圧力より大きくなると、吐出行程が行われる。つまり、吐出行程では、吐出ポート（47）の吐出弁が開放され、高圧室（H）の冷媒が吐出ポート（47）を通じて、圧縮機構（40）の外部へ流出する。吐出ポート（47）から吐出された冷媒は、マフラ空間（49）を介して内部空間（S）へ流出する。内部空間（S）の冷媒は、電動機（32）の周囲を流れた後、吐出管（22）を流出し、冷媒回路（11）へ送られる。

　－冷媒について－
　　冷媒回路（11）に充填される冷媒としては、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素から成る単一冷媒、または不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素と、これ以外の少なくとも１種の冷媒から成る混合冷媒を用いることができる。

　　不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素としては、オゾン層への影響、地球温暖化への影響がともに少なく、ＯＨラジカルによって分解されやすい炭素－炭素二重結合を有するヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）を用いることができる。具体的に、このようなＨＦＯ冷媒としては、特開２０１５－７２５７号公報および特開２０１６－２８１１９号公報に記載された、優れた性能を有するトリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を用いるのが好ましい。また、ＨＦＯ－１１２３以外のＨＦＯ冷媒としては、特開平０４－１１０３８８号公報に記載されている、３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２４３ｚｆ）、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）、２－フルオロプロペン（ＨＦＯ－１２６１ｙｆ）、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、１，１，２－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２４３ｙｃ）、特表２００６－５１２４２６号公報に記載されている、１，２，３，３，３－ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２２５ｙｅ）、トランス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ（Ｅ））、シス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ（Ｚ））のうち、不均化反応を起こす性質を有するものであれば本発明に適用可能である。また、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素として、炭素－炭素三重結合を有するアセチレン系フッ化炭化水素を用いてもよい。

　　また、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素を含む混合冷媒を用いる場合、上述したＨＦＯ－１１２３を含んでいるのが好ましい。例えば、ＨＦＯ－１１２３とＨＦＣ－３２とから成る混合冷媒を用いることができる。この混合冷媒の組成比は、例えば、ＨＦＯ－１１２３：ＨＦＣ－３２＝４０：６０（単位：重量％）であるのが好ましい。また、ＨＦＯ－１１２３とＨＦＣ－３２とＨＦＯ－１２３４ｙｆとから成る混合冷媒を用いることもできる。この混合冷媒の組成比は、例えば、ＨＦＯ－１１２３：ＨＦＣ－３２：ＨＦＯ－１２３４ｙｆ＝４０：４４：１６（単位：重量％）であるのが好ましい。さらに、混合冷媒として、ＡＭＯＬＥＡ Ｘシリーズ（登録商標：旭硝子社製）やＡＭＯＬＥＡ Ｙシリーズ（登録商標：旭硝子社製）を用いることもできる。

　　また、混合冷媒に含まれる他の冷媒として、適宜、炭化水素（ＨＣ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）、クロロフルオロオレフィン（ＣＦＯ）などの、ＨＦＯ－１１２３とともに気化、液化する他の物質を用いてもよい。

　　ＨＦＣは、性能を向上させる成分であり、オゾン層への影響、地球温暖化への影響がともに少ない。ＨＦＣは、炭素数が５以下であるものを用いるのが好ましい。具体的に、ＨＦＣとしては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ－３２）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ－１５２ａ）、トリフルオロエタン（ＨＦＣ－１４３）、テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ－１２５）、ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｃａ）、ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ－２３６ｆａ）、ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２２７ｅａ）、ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ－３６５）、ヘプタフルオロシクロペンタン（ＨＦＣＰ）などを用いることができる。中でも、オゾン層への影響、地球温暖化への影響がともに少ない点から、ジフルオロメタン（ＨＦＣ－３２）、１，１－ジフルオロエタン（ＨＦＣ－１５２ａ）、１，１，２，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）およびペンタフルオロエタン（ＨＦＣ－１２５）を用いるのが特に好ましい。これらのＨＦＣを単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

　　ＨＣＦＯは、炭素－炭素二重結合を有し、分子中のハロゲンの割合が多く、燃焼性が抑えられた化合物である。ＨＣＦＯとしては、１－クロロ－２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２２４ｙｄ）、１－クロロ－２，２－ジフルオロエチレン（ＨＣＦＯ－１１２２）、１，２－ジクロロフルオロエチレン（ＨＣＦＯ－１１２１）、１－クロロ－２－フルオロエチレン（ＨＣＦＯ－１１３１）、２－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２３３ｘｆ）および１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２３３ｚｄ）を用いることができる。中でも、特に優れた性能を有するＨＣＦＯ－１２２４ｙｄが好ましく、他には、高い臨界温度、耐久性、成績係数が優れることから、ＨＣＦＯ－１２３３ｚｄが好ましい。ＨＣＦＯ－１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯは、単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

　－コントローラ－
　　図１に示すコントローラ（90）は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びメモリが搭載されたプリント基板を含む。コントローラ（90）は、運転の切換指令や各センサの検出信号に基づいて、圧縮機（30）、膨張弁（17）、四方切換弁（19）、室外ファン（20）、及び室内ファン（21）等を制御する。

　　本実施形態のコントローラ（90）は、冷媒温度推定部（91）と、コイル温度推定部（92）と、高圧制御部（93）（制御部）とを有している。

　　冷媒温度推定部（91）は、圧縮機構（40）から吐出される、あるいは吐出された直後の冷媒の温度（以下、吐出冷媒温度Tdという）を検知する冷媒温度検知部を構成している。本実施形態の冷媒温度推定部（91）は、予め記憶されたデータベース（マップ、近似式、データテーブル等）と、空気調和装置（10）の運転状態に基づいて、吐出冷媒温度Tdを算出する。このデータベースは、冷媒の種類や運転条件等に応じて決定される。

　　コイル温度推定部（92）は、電動機（32）のコイル（33a）の表面温度（コイル温度Tm）を検知するコイル温度検知部を構成している。本実施形態のコイル温度推定部（92）は、電動機（32）のコイル（33a）の抵抗値に基づいてコイル温度Tmを推定する。

　　高圧制御部（93）は、まず、冷媒温度推定部（91）で推定した吐出冷媒温度Ｔd、コイル温度推定部（92）で推定したコイル温度Tmとの大小比較を行う。そして、吐出冷媒温度Tdがコイル温度Tmよりも高い条件である場合、吐出冷媒温度Tdを制御対象とし、該吐出冷媒温度Tdを所定温度（上限温度Ts）以下とする制御を行う。また、コイル温度Tmが吐出冷媒温度Tdよりも高い条件である場合、コイル温度Tmを制御対象とし、該コイル温度Tmを上限温度Ts以下とする制御を行う。

　－不均化反応を防止するための制御－
　　より詳細には、本実施形態のコントローラ（90）は、冷媒回路（11）の高圧側の冷媒の温度が不均化反応を起こす温度を越えないように、次のような制御を行う。

　　空気調和装置（10）の運転時には、該空気調和装置（10）の運転状態を示すパラメータとして、冷媒回路（11）の蒸発温度Te、凝縮温度Tc、吸入過熱度K、圧縮機（30）の回転数Nが検出される。これらのパラメータは、公知の検出方法によって適宜計測される。冷媒温度推定部（91）は、これらのパラメータと、例えば図４に示すマップ、ないし近似式を用いて吐出冷媒温度（図４のb点の冷媒の温度）を求める。

　　具体的には、まず、圧縮機構（40）に吸入される冷媒（図４のa点）の圧力Ps、エンタルピHa、及びエントロピSaを求める。ここで、圧力Psは、蒸発温度Teに相当する飽和圧力である。a点の冷媒のエンタルピHa及びエントロピSaは、蒸発温度Te、過熱度K、及び圧力Psにより求められる。

　　次いで、圧縮機構（40）で断熱圧縮が行われた場合（即ち、圧縮機効率が１００％である場合）において、圧縮機構（40）から吐出される冷媒（図４のb’点）の圧力Pd及びエンタルピHb’が求められる。ここで、圧力Pdは、凝縮温度Tcに相当する飽和圧力である。エンタルピHb’は、圧力Pd及びエントロピSaに基づいて求められる。

　　圧縮機効率が１００％の場合の圧縮動力分に相当するエンタルピ差ΔH_comp’は、b’点のエンタルピHb’とａ点のエンタルピHaとの差分（Hb’－Ha）となる。一方、実際の圧縮動力分に相当するエンタルピ差ΔH_compは、圧縮機効率ηを考慮すると、ΔＨ_comp’／ηで求めることができる。ここで、圧縮機効率ηは、蒸発温度Ｔe、凝縮温度Ｔc、及び圧縮機（30）の回転数Nに基づいて近似的に求めることができる。ｂ点の冷媒のエンタルピＨbは、Ｈa＋ΔH_compとして求めることができ、その時の吐出冷媒温度Tdは、圧力Pd及びエンタルピHｂに基づいて求められる。

　　なお、上記圧縮機効率ηは、蒸発温度Ｔe、凝縮温度Ｔc、及び圧縮機（30）の回転数Nに加え、過熱度Kを考慮して求めるようにしてもよい。ただし、過熱度Kは、公知の過熱度制御により大きく変化することはないため、過熱度Kを無視して圧縮機効率ηを求めたとしても、吐出冷媒温度Tdの検知精度が大きく低下することはない。

　　空気調和装置（10）の運転時には、コイル温度推定部（92）により、電動機（32）のコイル温度Tmが適宜求められる。コイル温度Tmは、例えば次の（１）及び（２）式に基づいて算出される。

　　Tm＝T₀＋ΔT・・・（１）
　　ΔT＝（（R/R₀）－１）×（α＋T₀）・・・（２）
　　ここで、T₀は停止時の電動機のコイル温度、ΔTは運転に伴うコイル温度の上昇分、R₀は停止時の電動機のコイルの抵抗値、Rは運転時のコイルの抵抗値、αはコイルの温度係数である。

　　なお、電動機（32）のコイル（33a）の抵抗値Rは、電動機（32）の運転状態（例えば電流値、電圧値等）を用いて推定することができる。また、圧縮機（30）の周囲温度や、電動機（32）の構造、電動機（32）の形状などの影響により、上記の算出結果に誤差が生じる可能性がある。このため、予めこのような誤差因子に応じた、抵抗値Rとコイル温度Tmとの相関関係をマップ等のデータベースに記憶させておくとよい。このデータベースを適宜参照することで、コイル温度Tmの推定精度を向上できる。

　　高圧制御部（93）は、まず、冷媒温度推定部（91）で推定した吐出冷媒温度Tdと、コイル温度推定部（92）で推定したコイル温度Tmとの大小比較を行う。ここで、吐出冷媒温度Tdがコイル温度Tmより高いとする。この場合、図２に示す圧縮機構（40）から吐出された冷媒が電動機（32）の周囲を通過しても、この冷媒は電動機（32）のコイル（33a）から入熱せずに、吐出管（22）へ流出する。従って、圧縮機（30）の内部では、圧縮機構（40）から吐出される冷媒、ないし吐出された直後の冷媒の温度が最も高くなるといえる。そこで、吐出冷媒温度Tdがコイル温度Tmよりも高い条件が成立する場合、高圧制御部（93）は、吐出冷媒温度Tdが上限温度Ts以下となるように、冷媒回路（11）の高圧圧力を制御する。これにより、圧縮機（30）の内部では、最も温度が高いといえる、圧縮機構（40）の吐出冷媒の温度を上限温度Ts以下に抑えることができる。この結果、圧縮機（30）の内部において、冷媒が不均化反応を起こすことを回避できる。

　　また、コイル温度推定部（92）で推定したコイル温度Tmが吐出冷媒温度Tdよりも高いとする。この場合、図２に示す圧縮機構（40）から吐出された冷媒が電動機（32）の周囲を通過する際、冷媒がコイル（33a）から吸熱する。従って、圧縮機（30）の内部では、電動機（32）の周囲の冷媒の温度が最も高くなるといえる。そこで、コイル温度Tmが吐出冷媒温度Tdよりも高い条件が成立する場合、高圧制御部（93）は、コイル温度Tmが上限温度Ts以下となるように、冷媒回路（11）の高圧圧力を制御する。これにより、圧縮機（30）の内部では、最も温度が高いといえる、電動機（32）の周囲の冷媒の温度を上限温度Ts以下に抑えることができる。この結果、圧縮機（30）の内部において、冷媒が不均化反応を起こすことを回避できる。

　　なお、高圧制御部（93）により、冷媒回路（11）の高圧圧力を制御する方法としては、１）圧縮機（30）の回転数を低下させる。２）室外ファン（20）と室内ファン（21）のうち凝縮器（放熱器）に対応する凝縮器ファンの回転数を増大させる。３）室外ファン（20）と室内ファン（21）のうち蒸発器に対応する蒸発器ファンの回転数を低下させる。４）膨張弁（17）の開度を大きくする等の方法を採用することができる。

　－実施形態の効果－
　　上記実施形態では、ＨＦＯ－１１２３等の冷媒を用いることで、オゾン層への影響や地球温暖化の影響を抑制できる。一方、このような不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素を含む冷媒を用いる場合、冷媒回路（11）の高圧冷媒の温度が不均化反応を起こす温度を越えてしまう可能性がある。

　　これに対し、本実施形態では、圧縮機構（40）から吐出される冷媒、又は吐出された直後の冷媒の温度である吐出冷媒温度Tdを所定温度Ts以下とする制御を行うようにしている。ここで、吐出冷媒温度Tdは、例えば吐出管（22）を流れる冷媒の温度よりも高い傾向にある。このため、吐出冷媒温度Tdを所定温度Ts以下に制御することで、圧縮機（30）の内部の冷媒の温度が不均化反応を起こす温度を越えてしまうことを確実に防止できる。

　　加えて、コイル温度Tmが吐出冷媒温度Tdよりも高い条件では、コイル温度Tmを所定温度Ts以下に抑えるようにしている。これにより、例えば電動機（32）のコイル（33a）からの入熱に起因して電動機（32）の周囲の冷媒の温度が最も高くなる条件下では、この冷媒の温度が不均化反応を起こす温度を越えてしまうことを確実に防止できる。

　－実施形態の変形例－
　　上記実施形態の圧縮機（30）を以下の変形例の構成としてもよい。

　〈変形例１〉
　　変形例１の空気調和装置（10）は、上記実施形態と冷媒温度検出部の構成が異なる。変形例１では、図５に示すように、冷媒温度検出部が温度センサ（吐出ポート側温度センサ（61））で構成される。吐出ポート側温度センサ（61）は、吐出ポート（47）の内部に配置され、吐出ポート（47）を流れる冷媒の温度（吐出冷媒温度Ｔd）を直接的に検出する。

　　変形例１では、圧縮機（30）の内部のうち最も温度が高い傾向にある、吐出ポート（47）の内部の冷媒の温度を所定温度Ts以下に抑えることができる。従って、高圧冷媒の不均化反応を確実に防止できる。それ以外の作用効果は上記実施形態と同様である。

　〈変形例２〉
　　変形例２の空気調和装置（10）は、上記実施形態と冷媒温度検出部の構成が異なる。変形例２では、図６に示すように、冷媒温度検出部が温度センサ（マフラ側温度センサ（62））で構成される。マフラ側温度センサ（62）は、マフラ（48）内のマフラ空間（49）に配置され、マフラ空間（49）を流れる冷媒の温度（吐出冷媒温度Td）を直接的に検出する。つまり、マフラ側温度センサ（62）は、圧縮機構（40）から吐出された直後の冷媒の温度を検出する。

　　変形例２では、マフラ（48）の内部のマフラ空間（49）をマフラ側温度センサ（62）の設置スペースとして利用できる。それ以外の作用効果は上記実施形態と同様である。

　　なお、例えばマフラ（48）をリアヘッド（43）側に取り付け、このマフラ（48）のマフラ空間（49）にマフラ側温度センサ（62）を配置してもよい。

　〈変形例３〉
　　変形例３の空気調和装置（10）は、上記実施形態とコイル温度検出部の構成が異なる。変形例３では、図７に示すように、コイル温度検出部がコイル温度センサ（70）で構成される。コイル温度センサ（70）は、電動機（32）のコイル（33a）と接触する箇所に設けられる。コイル温度センサ（70）は、電動機（32）のうち冷媒の流れの下流部に配置される（例えば図７参照）。なお、コイル温度センサ（70）を電動機（32）のうち冷媒の流れの上流部に配置してもよいし、電動機（32）のうち冷媒の流れの中間部に配置してもよい。

　　変形例３では、コイル温度センサ（70）によりコイル温度Tmを直接的に検出するため、コイル温度Tmの検出精度を向上できる。それ以外の作用効果は上記実施形態と同様である。

　《その他の実施形態》
　　上記実施形態や各変形例については、以下のような構成としてもよい。

　　上記実施形態では、吐出冷媒温度Tdとコイル温度Tmとを用いて、高圧冷媒の温度を制限しているが、吐出冷媒温度Tdのみを用いてもよい。つまり、高圧制御部（93）は、常に吐出冷媒温度Tdを所定温度Ts以下とする制御を行ってもよい。

　　上記実施形態の冷凍装置は、室内の冷房や暖房を行う空気調和装置（10）である。しかし、冷凍装置は、冷媒回路を備え冷凍サイクルを行うものであれば、如何なるものであってもよい。例えば、庫内を冷却する冷蔵・冷凍庫用の冷凍装置や、チラーユニット、給湯器等に本発明の冷凍装置を採用してもよい。

　　上記実施形態の圧縮機（30）は、揺動ピストン式であるが、ロータリ式、スクロール式、スクリュー式などの各種の圧縮機に本発明を採用できる。例えばスクロール式であれば、固定スクロールから吐出管までに至る冷媒の流路や、チャンバー室に温度センサを配置し、圧縮機構から吐出される冷媒の温度、又は吐出された直後の冷媒の温度を検出することができる。

　　また、圧縮機構（40）は、複数の圧縮部で冷媒をそれぞれ圧縮する、いわゆる２シリンダ式や、複数の圧縮部が直列に接続され冷媒を多段階に圧縮する多段式であってもよい。

　　上記実施形態及び各変形例等で述べた各構成を適宜組み合わせるようにしてもよい。

　　以上説明したように、本発明は冷凍装置について有用である。

　　　１０　　　空気調和装置（冷凍装置）
　　　１１　　　冷媒回路
　　　２２　　　吐出管
　　　３０　　　圧縮機
　　　３１　　　ケーシング
　　　３２　　　電動機
　　　４０　　　圧縮機構
　　　４７　　　吐出ポート
　　　４８　　　マフラ
　　　６１　　　吐出ポート側温度センサ（冷媒温度検知部）
　　　６２　　　マフラ側温度センサ（冷媒温度検知部）
　　　７０　　　コイル温度センサ（コイル温度検知部）
　　　９１　　　冷媒温度推定部（冷媒温度検知部）
　　　９２　　　コイル温度推定部（コイル温度検知部）
　　　９３　　　高圧制御部（制御部）

Claims (6)

1. 　冷媒を圧縮する圧縮機（30）が接続される冷媒回路（11）を備えた冷凍装置であって、
   　上記冷媒は、不均化反応を起こす性質を有するフッ化炭化水素を含む冷媒であり、
   　上記圧縮機（30）は、ケーシング（31）と、該ケーシング（31）に収容される電動機（32）と、該電動機（32）に駆動され、圧縮した冷媒を該ケーシング（31）の内部空間（S）へ吐出する圧縮機構（40）と、上記内部空間（S）の冷媒を上記冷媒回路（11）へ送る吐出管（22）とを有し、
   　上記圧縮機構（40）から吐出される冷媒の温度、又は吐出された直後の冷媒の温度である吐出冷媒温度を検知する冷媒温度検知部（61,62,91）と、
   　上記冷媒温度検知部（61,62,91）で検知した温度を所定温度Ts以下に制御する制御部（93）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
2. 　請求項１において、
   　上記冷媒温度検知部は、上記冷媒回路（11）の運転状態に基づいて上記吐出冷媒温度を推定する冷媒温度推定部（91）であることを特徴とする冷凍装置。
3. 　請求項１において、
   　上記冷媒温度検知部は、上記圧縮機構（40）の吐出ポート（47）に設けられる吐出ポート側温度センサ（61）であることを特徴とする冷凍装置。
4. 　請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
   　上記圧縮機構（40）から吐出された直後の冷媒が通過するマフラ（48）を備え、
   　上記冷媒温度検知部は、上記マフラ（48）の内部に設けられるマフラ側温度センサ（62）であることを特徴とする冷凍装置。
5. 　請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
   　上記ケーシング（31）の上記内部空間（S）には、上記電動機（32）が配置され、
   　上記電動機（32）のコイル温度を検知するコイル温度検知部（70,92）を備え、
   　上記制御部（93）は、
   　　上記吐出冷媒温度が上記コイル温度よりも高い条件では、該吐出冷媒温度を上記所定温度Ts以下に制御し、
   　　上記コイル温度が上記吐出冷媒温度よりも高い条件では、該コイル温度を上記所定温度Ts以下に制御することを特徴とする冷凍装置。
6. 　請求項１乃至５のいずれか１つにおいて、
   　上記冷媒は、ＨＦＯ－１１２３を含む冷媒であることを特徴とする冷凍装置。

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