JP6861341B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＨＦＯ１１２３もしくはＨＦＯ１１３２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、自己分解反応により別の化合物に変化する恐れがある。そして、自己分解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、この自己分解反応を抑制する必要がある。

このような自己分解反応は、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自己分解反応を誘起することになる。

そして、一旦、自己分解反応が発生すると、連鎖反応により瞬間的に圧縮機内の圧力が異常に上昇し、圧縮機が破損する恐れがある。そのため、自己分解反応の発生を未然に防止することが重要である。

本発明は、このような自己分解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もしくはＨＦＯ１１３２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エチレ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圧縮機の異常を検出して当該圧縮機の運転を停止させる保護装置を複数設けた構成としてある。

上記構成によれば、温暖化係数の低い冷凍サイクル装置としつつ、作動流体の温度や圧力が通常使用時より高い温度や圧力となる異常時には圧縮機の運転を停止させるので、作動流体の温度や圧力の過度な上昇による圧縮機等の破損を防止でき、圧縮機や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もしくはＨＦＯ１１３２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圧縮機の要部拡大概略断面図 同実施の形態１に係る冷凍サイクル装置に使用する作動流体の自己分解反応領域を示す特性図 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エチレ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、更に、前記圧縮機の異常を検出して圧縮機の運転を停止させる保護装置を複数備えた構成としてある。

これによって、温暖化係数の低い冷凍サイクル装置としつつ、作動流体の温度や圧力が通常使用時より高い温度や圧力となる異常時には圧縮機の運転を停止させるので、作動流体の過度な温度や圧力の上昇による圧縮機等の破損を防止でき、圧縮機や冷凍サイクル装
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、前記複数の保護装置の少なくとも一つは作動流体の吐出側温度を検出する温度検出手段で構成するとともに、もう一つは作動流体の吐出側の圧力を直接または間接的に検出する圧力検出手段で構成してある。

これにより、作動流体の温度や圧力を検出して通常使用時より高い温度や圧力となる異常時には圧縮機の運転を停止させて作動流体の過度な温度や圧力の上昇を防止でき、１，１，２−トリフルオロエチレンもしくはジフルオロエチレンを含む作動流体特有の自己分解反応を未然に防止することができる。これにより、圧縮機等の破損を防止でき、圧縮機や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３の発明は、第２の発明において、前記作動流体の吐出側温度を検出する温度検出手段は圧縮機の電動機近傍に設けて電動機近傍の温度を検出する構成としてある。

これにより、自己分解反応の起点となるレイヤーショート等を発生する電動機の温度を遅滞なく迅速に検出することができ、自己分解反応の発生を確実に防止することができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記複数の保護装置は各保護装置の検出値の組み合わせが異常防止の閾値を超えると圧縮機の運転を停止させる構成としてある。

これにより、自己分解反応が生じる特有の条件、すなわち、温度と圧力という複数の異常事象の検出値の組み合わせが異常防止の閾値を超えた場合のみ圧縮機の運転を停止させるので、各保護装置の検出値単独が異常ということで圧縮機を停止させる場合に生じる誤作動、すなわち自己分解反応が生じる恐れがないのに圧縮機の運転を停止させるという誤動作を防止することができる。これにより、正確な自己分解反応の発生防止が可能となり、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。

第５の発明は、第４の発明において、前記複数の保護装置は各保護装置のいずれか一つの検出値が各保護装置の検出値の組み合わせの最大異常閾値より更に異常値側になると圧縮機の運転を停止させる構成としてある。

これにより、複数の保護装置のうちの一つが故障等していて複数の検出値の組み合わせで異常判定できない場合であっても、残りの保護装置の検出値が最大異常閾値より更に異常値側であることを検出すると圧縮機の運転を停止させることができ、自己分解反応の発生防止の確実性を高め、信頼性の高い冷凍サイクル装置とすることができる。

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。更に、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。

室内機ユニット１０１ａ及び室外機ユニット１０１ｂは、配管接続部１１２を備えており、室外機ユニット１０１ｂは、更に配管接続部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。

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。

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。以下、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の自己分解
反応を抑制できる。また、Ｒ３２の濃度が高いほど自己分解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自己分解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自己分解の反応機会を減少させる作用とにより、ＨＦＯ１１２３の自己分解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、自己分解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、自己分解の防止、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、これ以外の熱交換器を用いてもよいものである。

次に圧縮機１０２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
図３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、自己分解反応が生じ難い作動流体、例えばＨＦＯ１１２３に対しＲ３２を混合している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、自己分解反応が発生し、圧縮機１０２内の圧力が急激に上昇する可能性がある。

図５は上記自己分解反応が生じる領域を示す特性図で、例えばＨＦＯ１１２３に対するＲ３２の混合比率が３０重量％以上６０重量％以下とした作動流体の自己分解反応領域を示す特性図である。

図５において、自己分解反応領域は自己分解反応閾値Ａより右側の領域であり、作動流体の温度と圧力が関連していてその双方の組み合わせが所定の温度と圧力の組み合わせになると自己分解反応を起こす。そして、自己分解反応を起こす温度と圧力の組み合わせ条件は逆比例する相関関係を有しており、例えば、自己分解反応は温度が低くても圧力が高いと発生し、逆に圧力が低くても温度が高いと発生する。

そこでこの冷凍サイクル装置は、圧縮機１０２の吐出側部分の温度と圧力が自己分解反応を起こす前の所定の温度と圧力の組み合わせ領域（以下、自己分解反応防止領域と称す）になると、電動機１０２ｅへの電源供給を遮断して圧縮機１０２の運転を停止させる構成としてある。

具体的には、図４に示すように圧縮機１０２の吐出側部分、この例では吐出管部分に温度検出手段１２０ａを主体とした第一保護装置１２０を設けるとともに、上記第一保護装置１２０に加え更に圧縮機１０２の吐出側部分に圧力検出手段１２１ａを主体とした第二保護装置１２１を設けてある。そして、上記第一保護装置１２０を構成する温度検出手段
１２０ａと第二保護装置１２１を構成する圧力検出手段１２１ａが検出する温度と圧力の組み合わせが、図５のＢで示す自己分解反応防止閾値（異常防止閾値）以上、すなわち自己分解反応防止領域に達すると、電動機１０２ｅへの電源供給を遮断して圧縮機１０２の運転を停止させる構成としてある。

さらに、この実施の形態では、上記温度検出手段１２０ａで検出する温度が当該温度だけでも自己分解反応が起こることが懸念されるほどの極端な異常温度、例えば図５のＣで示す第一・第二保護装置１２０、１２１の検出値の組み合わせの最大異常閾値である温度２８０℃以上、もしくは圧力検出手段１２１ａで検出する圧力が当該圧力だけでも自己分解反応が起こることが懸念されるほどの極端な異常圧力、例えば図５のＤで示す第一・第二保護装置１２０、１２１の検出値の組み合わせの最大異常閾値である圧力９ＭＰａ以上になると、他方の条件、すなわち圧力あるいは温度が自己分解反応防止領域に達していない場合であっても、電動機１０２ｅへの電源供給を遮断して圧縮機１０２の運転を停止させる構成としてある。

なお、上記自己分解反応防止閾値Ｂや最大異常閾値Ｃ、Ｄの具体的な温度と圧力は、混合する冷媒の種類・量に応じて変化するので、使用する作動流体の特性に応じて適宜設定すればよい。例えばこの実施の形態で例示した割合以外でＨＦＯ１１２３とＲ３２を混合した作動流体や種類の異なる冷媒を混合して得た作動流体の場合、その自己分解反応防止閾値Ｂや最大異常閾値Ｃ、Ｄの具体的な温度と圧力は当然異なるものとなる。

また、本実施の形態では上記圧力検出手段１２１ａは、圧力変動に伴って生じる事象、例えばこの例では電動機１０２ｅの駆動電流、を検出する電流検出センサ等の圧力間接検出手段で構成しており、電動機１０２ｅの固定子巻線のリード線１０２ｉの一つに設けてある。この圧力変動に伴って変動する事象を検出する圧力間接検出手段は電流検出センサに限られるものではなく圧力変動に伴って生じる事象を検出できるものであればどのような手段であってもよい。

以上のように構成した冷凍サイクル装置は、圧縮機１０２内の作動流体が自己分解反応を起こす前の温度と圧力、すなわち自己分解反応防止閾値Ｂ以上の温度と圧力の組み合わせにまで上昇すると、温度検出手段１２０ａと圧力検出手段１２１ａ、すなわち第一保護装置１２０及び第二保護装置１２１がこれを検出して作動し、電動機１０２ｅへの電源供給を停止する。

これにより、圧縮機１０２内の温度と圧力が自己分解反応領域の温度と圧力まで上昇するのを抑制することができ、自己分解反応の発生を防止することができる。

また、温度と圧力の双方の値が自己分解反応防止閾値Ｂ以上の温度と圧力に達することによって電動機１０２ｅへの電源供給を停止する構成としているので、誤動作のない確実な自己分解反応防止の動作を行うことができる。

即ち、温度検出手段１２０ａ、圧力検出手段１２１ａのいずれか一方の検出値が自己分解反応防止閾値Ｂ以上になると作動する構成にしていると、温度は自己分解反応防止閾値Ｂ以上の温度に達していないのに圧力が自己分解反応防止閾値Ｂ以上の高い圧力まで上昇すると作動することになる。しかしながらこの条件では自己分解反応は発生せず、誤動作したことになる。

しかしながら、本実施の形態のように、温度と圧力の双方の値が自己分解反応防止閾値Ｂ以上になると作動する構成にしていると、自己分解反応が生じる条件、すなわち温度と圧力双方の検出値の組み合わせが自己分解反応防止閾値Ｂを超えた場合のみ圧縮機１０２
の運転を停止させるので、いずれか一方の検出値が自己分解反応防止閾値Ｂを超えたということで誤動作するようなことがなくなり、確実な自己分解反応防止の動作を行うことができる。つまり、信頼性の高い自己分解反応防止装置とすることができる。

またこの実施の形態では温度検出手段１２０ａが検出する温度が当該温度だけでも自己分解反応の発生が懸念されるほどの極端な異常温度になると、圧力検出手段１２１ａが検出する圧力が自己分解反応防止閾値Ｂ以上の圧力に達していなくても第一保護装置１２０（温度検出手段１２０ａ）が作動して電動機１０２ｅへの電源供給を停止する。これと同様に圧力検出手段１２１ａが検出する圧力が当該圧力だけでも自己分解反応の発生が懸念されるほどの極端な異常圧力になると、温度検出手段１２０ａが検出する圧力が自己分解反応防止閾値Ｂ以上の温度に達していなくても第二保護装置１２１（圧力検出手段１２１ａ）が作動して電動機１０２ｅへの電源供給を停止する。

つまり、圧縮機１０２内の温度か圧力のいずれかが極端に異常な温度または圧力まで上昇すると、圧縮機１０２の運転を停止し、自己分解反応の発生を防止して安全性を確保する。

したがって、第一保護装置１２０あるいは第二保護装置１２１のいずれか一方側の保護装置が故障していても確実に圧縮機１０２の運転を停止させることができ、安全性を大きく向上させることができる。

また、上記第一保護装置１２０となる温度検出手段１２０ａ及び第二保護装置１２１となる圧力検出手段１２１ａは、いずれも圧縮機１０２に設けてユニット化しているので、自己分解反応防止機能付き圧縮機として提供することが可能となる。

以上のようにこの冷凍サイクル装置は、作動流体の自己分解反応を防止して安全性を高めることができるが、上記第一保護装置１２０を構成する温度検出手段１２０ａは所定温度を検出すると電源供給を停止させるものであればどのようなものであってもよい。例えば、電動機１０２ｅへの電源供給を直接遮断するバイメタルスイッチや温度ヒューズ、サーマルリアクター等で構成したり、検出した温度を制御回路、例えば電動機駆動装置１１５に送って電動機１０２ｅへの電源供給を間接的に停止させるサーミスタ等によって構成したりすることができ、特に限定されるものではない。

また、第二保護装置１２１を構成する圧力検出手段１２１ａは、上記した電流スイッチのように圧力を間接的に検出する圧力間接検出手段のほかに、圧力を直接検出する圧力スイッチや圧電素子等によって構成することができる。そしてこの圧力検出手段１２１ａも温度検出手段１２０ａと同様、それ自体の動作で直接電動機１０２ｅへの電源供給を停止するものであっても、あるいは制御回路に信号を送って間接的に電動機１０２ｅへの電源供給を停止させるものであってもよく、特に限定されるものではない。

（実施の形態２）
図６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ある。

本実施の形態２では、第一保護装置１２０を構成する温度検出手段１２０ａを電動機１０２ｅの固定子巻線４０部分に設けて、特に電動機近傍の温度を検出するようにしてある。具体的には電動機１０２ｅのレイヤーショートに直接的に関係する部分、例えば固定子巻線４０の絶縁を行う絶縁紙部分にサーミスタを設けるなどして構成してある。また、第二保護装置１２１を構成する圧力検出手段１２１ａは圧力スイッチもしくは圧電素子等で構成し、吐出側の圧力を直接検出する構成としてある。

上記構成によれば、前記実施の形態１と同様の効果が得られるのはもちろん、より迅速な温度検出が可能となり、自己分解反応をより確実に防止することができる。

即ち、前記実施の形態１で示すように温度検出手段１２０ａを圧縮機１０２の吐出管部分に設けていると、例えば冷凍サイクル回路の途中が閉塞したような状態で電動機１０２ｅに通電し続けて温度上昇異常が生じると、作動流体の流れがないため電動機１０２ｅの温度上昇に比べ吐出管部分の温度上昇は遅れが生じる。その結果、吐出管部分の温度が自己分解反応防止閾値Ｂを超える前に電動機１０２ｅの固定子巻線４０の絶縁が破損してレイヤーショートが発生し、自己分解反応を起こしてしまう恐れがある。

しかしながら、本実施の形態のように、温度検出手段１２０ａを電動機１０２ｅの固定子巻線４０部分に設けておけば、電動機１０２ｅの固定子巻線４０の温度、すなわち電動機近傍の温度を迅速に検出することができ、固定子巻線４０の絶縁破損によるレイヤーショートの発生前に電動機１０２ｅを停止させることができる。よって、自己分解反応をより確実に防止することができる。

（その他の実施の形態）
本発明の実施の形態において、自己分解反応の防止は更に次のような構成を追加することによってより確実なものとすることができる。

即ち、上記実施の形態１、２において示す電動機１０２ｅの固定子巻線４０、すなわち、圧縮機１０２への供給電力の停止に併せて、四方弁１０６を均圧方向へ切り替え（暖房運転ならば冷房運転へ、冷房運転ならば暖房運転へ）る構成を追加する。

または、圧縮機１０２への供給電力の停止に併せて、開閉弁１１３ａを開として、バイパス手段１１３を介して圧縮機１０２の吐出側と吸入側を連通させる構成とする。

このように構成することによって、冷凍サイクル回路内の高圧側圧力を電動機の停止と同時に低下させることができるので、より確実に自己分解反応の発生を防止できる。

以上、本発明の実施の形態では、圧縮機は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。もちろん高圧型、低圧型のいずれであってもよい。

また、上記実施の形態１、２では、複数の保護装置、すなわち第一保護装置１２０となる温度検出手段１２０ａ及び第二保護装置１２１となる圧力検出手段１２１ａはいずれも圧縮機１０２に設けてあるが、温度検出手段１２０ａを電流検出センサ等で構成する場合は温度検出手段１２０ａを制御回路側に設ける等してもよい。また、圧力検出手段１２１ａは圧縮機１０２ではなく圧縮機１０２からの吐出圧力が検出できる配管経路に設けるなどしてもよい。このような構成としても同様の効果が得られる。

更に、上記実施の形態１、２においては、第一保護装置１２０となる温度検出手段１２０ａが検出する温度と第二保護装置１２１となる圧力検出手段１２１ａが検出する圧力の組み合わせが自己分解反応防止閾値Ｂ以上になると電動機１０２ｅへの電源供給を遮断するようにしている。しかしこれは、いずれか一方の検出値だけでも自己分解反応の発生が懸念されるほど極端に異常な値になると、他方の検出値が自己分解反応防止閾値Ｂ以上の値に達していなくても電動機１０２ｅへの電源供給を停止するだけの構成としてもよく、請求項１はこれを含むものである。

以上説明したように本発明は、ＨＦＯ１１２３もしくはＨＦＯ１１３２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
１０４ 膨張弁
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 第一保護装置
１２０ａ 温度検出手段
１２１ 第二保護装置
１２１ａ 圧力検出手段
Ａ 自己分解反応閾値
Ｂ 自己分解反応防止閾値（異常防止閾値）
Ｃ、Ｄ 最大異常閾値

Claims (3)

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エチレ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、更に、前記圧縮機の異常を検出して圧縮機の運転を停止させる保護装置を複数備え、複数の前記保護装置の少なくとも一つは作動流体の吐出側温度を検出する温度検出手段で構成するとともに、もう一つは作動流体の吐出側の圧力を直接または間接的に検出する圧力検出手段を有し、前記温度検出手段は電動機の固定子巻線部分に設け、前記圧力検出手段は電動機の固定子巻線のリード線の一つに設ける構成とした冷凍サイクル装置。
2. 複数の保護装置は各保護装置の検出値の組み合わせが異常の閾値を超えると圧縮機の運転を停止させる構成とした請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 複数の保護装置は各保護装置のいずれか一つの検出値が各保護装置の検出値の組み合わせ値の最大異常閾値より更に異常値側になると圧縮機の運転を停止させる構成とした請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

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