JP6293262B2 - 圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。本発明は、例えば、冷媒として、エチレン系フッ化炭化水素、又は、エチレン系フッ化炭化水素を含有する混合物を用いた圧縮機に関するものである。

車両用の空気調和機の分野において、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）冷媒として、プロピレン系フッ化炭化水素である２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｙｆ）がある。一般的に、プロピレン系フッ化炭化水素は、組成中の二重結合の存在により、分解及び重合が発生しやすいという特徴を有する。

圧縮機の中で、高温となる摺動部の表面では、プロピレン系フッ化炭化水素の分解及び重合が発生しやすい。従来、この摺動部の表面部分を非金属部品で構成することで、冷媒の分解及び重合を抑制する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

テトラフルオロエチレンは、耐熱性、耐薬品性等の優れたフッ素樹脂、含フッ素エラストマー製造用のモノマーとして有用であるが、極めて重合しやすい物質である。従来、その重合を抑制するために、テトラフルオロエチレンに精製時から重合禁止剤を加える方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−２９９６４９号公報 特開平１１−２４６４４７号公報

Ａｎｄｒｅｗ Ｅ． Ｆｅｉｒｉｎｇ， Ｊｏｎ Ｄ． Ｈｕｌｂｕｒｔ， "Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ"， Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｅｗｓ （２２ Ｄｅｃ １９９７） Ｖｏｌ． ７５， Ｎｏ． ５１， ｐｐ． ６

従来、定置式の空気調和機に冷媒として用いられていたＲ４１０Ａは、標準沸点が−５１℃である。これに対し、プロピレン系フッ化炭化水素であるＲ１２３４ｙｆは、標準沸点が−２９℃と高い。よって、Ｒ１２３４ｙｆ冷媒は、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて、動作圧力が低く、吸入容積当たりの冷凍能力が小さい。定置式の空気調和機にＲ１２３４ｙｆ冷媒を使用する場合、Ｒ４１０Ａ冷媒と同等の冷凍能力を得るには、冷媒の体積流量を増大しなければならない。そのため、圧縮機の押しのけ量の増大、圧力損失の増加、効率の低下といった課題が生じる。

したがって、定置式の空気調和機に低ＧＷＰ冷媒を適用する場合には、標準沸点の低い冷媒が適当である。一般的に、炭素数が少ない冷媒が低沸点となる傾向がある。例えば、炭素数３のプロピレン系フッ化炭化水素よりも炭素数２のエチレン系フッ化炭化水素を用いた方が低沸点の冷媒を得やすい。

しかし、エチレン系フッ化炭化水素は、プロピレン系フッ化炭化水素に比べて反応性が高く、熱的及び化学的に不安定で分解及び重合が発生しやすい。特許文献１に示された方法だけでは、分解及び重合を抑制することは難しい。

エチレン系フッ化炭化水素を冷媒として用いる場合、冷媒の生成直後から分解及び重合が発生しやすい。冷媒の保管時であっても、分解及び重合が発生する。分解及び重合を抑制するために、冷媒に生成時から特許文献２に示されたような重合禁止剤を添加したとしても、分解及び重合を十分に抑制することはできない。即ち、圧縮機の中で、高温となる圧縮要素の摺動部、及び、電動要素の巻線部では、冷媒の分解及び重合が発生しやすい。冷媒は、冷媒回路内で液体から気体へ、気体から液体へと相変化を繰り返しながら循環し、圧縮要素の摺動部、及び、電動要素の巻線部では気化する。冷媒に添加された重合禁止剤は、気化した冷媒によって圧縮機の外に運び出される。そのため、重合禁止剤は、圧縮要素の摺動部、及び、電動要素の巻線部に行き渡らず、分解及び重合を防止する効果を十分に発揮できない。

エチレン系フッ化炭化水素の中には、重合反応による発熱等をきっかけとして爆発的な分解反応を起こすものがある。よって、エチレン系フッ化炭化水素を冷媒として用いる場合、冷媒の分解及び重合を十分に抑制できなければ、爆発の発生により冷媒回路或いは圧縮機に破損が生じるおそれがある。

例えば、エチレン系フッ化炭化水素の１つとして、１，１，２−トリフルオロエチレン（Ｒ１１２３）がある。Ｒ１１２３には、高温かつ高圧の状態において、着火エネルギーが加わると、爆発が発生するという課題がある（例えば、非特許文献１参照）。この課題については、不均化反応の連鎖によって爆発が発生することが明らかになった。不均化反応は、着火エネルギー（高温部）の発生に起因するため、Ｒ１１２３を空気調和機等の冷凍サイクル装置に適用した場合、高温となる圧縮要素の摺動部、或いは、電動要素の巻線部では、不均化反応による爆発が発生しやすい。

本発明は、例えば、エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を用いる圧縮機において、冷媒の化学反応による爆発を防止することを目的とする。

本発明の一の態様に係る圧縮機は、
エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を圧縮する圧縮要素と、
前記圧縮要素を駆動する電動要素と、
前記圧縮要素と前記電動要素とを収納するとともに、前記圧縮要素の摺動部を潤滑するための冷凍機油を貯留する容器とを備え、
前記圧縮要素の摺動部と前記電動要素の巻線部と前記冷凍機油とのうち少なくとも１つに難燃剤を含有する。

本発明では、エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を用いる圧縮機が、圧縮要素の摺動部と電動要素の巻線部と冷凍機油とのうち少なくとも１つに難燃剤を含有する。そのため、高温となる圧縮要素の摺動部、或いは、電動要素の巻線部での冷媒の化学反応による爆発を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置（冷房時）の回路図。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置（暖房時）の回路図。 本発明の実施の形態に係る圧縮機の縦断面図。 図３のＡ−Ａ断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１及び図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０の回路図である。図１は、冷房時の冷媒回路１１ａを示している。図２は、暖房時の冷媒回路１１ｂを示している。

本実施の形態において、冷凍サイクル装置１０は、空気調和機である。なお、冷凍サイクル装置１０が空気調和機以外の機器（例えば、ヒートポンプサイクル装置）であっても、本実施の形態を適用することができる。

図１及び図２において、冷凍サイクル装置１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１ａ，１１ｂを備える。

冷媒回路１１ａ，１１ｂには、圧縮機１２と、四方弁１３と、室外熱交換器１４と、膨張弁１５と、室内熱交換器１６とが接続されている。圧縮機１２は、冷媒を圧縮する。四方弁１３は、冷房時と暖房時とで冷媒の流れる方向を切り換える。室外熱交換器１４は、第１熱交換器の例である。室外熱交換器１４は、冷房時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。室外熱交換器１４は、暖房時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張弁１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張弁１５は、膨張機構の例である。膨張弁１５は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。室内熱交換器１６は、第２熱交換器の例である。室内熱交換器１６は、暖房時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。室内熱交換器１６は、冷房時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張弁１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。

冷凍サイクル装置１０は、さらに、制御装置１７を備える。

制御装置１７は、例えば、マイクロコンピュータである。図では、制御装置１７と圧縮機１２との接続しか示していないが、制御装置１７は、圧縮機１２だけでなく、冷媒回路１１ａ，１１ｂに接続された各要素に接続されている。制御装置１７は、各要素の状態を監視したり、制御したりする。

本実施の形態において、冷媒回路１１ａ，１１ｂを循環する冷媒としては、エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒が使用される。この冷媒は、１種類のエチレン系フッ化炭化水素単体であってもよいし、２種類以上のエチレン系フッ化炭化水素の混合物であってもよいし、１種類又は２種類以上のエチレン系フッ化炭化水素を含有する混合物であってもよい。即ち、冷凍サイクル装置１０に使用される冷媒がエチレン系フッ化炭化水素を１〜１００％含有していれば、本実施の形態を適用することができ、後述する効果を得ることができる。

好適な冷媒として、１，１，２−トリフルオロエチレン（Ｒ１１２３）とジフルオロメタン（Ｒ３２）との混合物を使用することができる。例えば、Ｒ１１２３を４０ｗｔ％、Ｒ３２を６０ｗｔ％含有する混合物を使用することができる。この混合物のＲ１１２３とＲ３２とのいずれか一方又は両方を別の物質に置き換えても構わない。Ｒ１１２３は、他のエチレン系フッ化炭化水素、或いは、Ｒ１１２３と他のエチレン系フッ化炭化水素との混合物に置き換えても構わない。他のエチレン系フッ化炭化水素としては、例えば、フルオロエチレン（Ｒ１１４１）、１，１−ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２ａ）、トランス−１，２−ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｅ））、シス−１，２−ジフルオロエチレン（Ｒ１１３２（Ｚ））を使用することができる。Ｒ３２は、例えば、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｙｆ）、トランス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ））、シス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ））、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）、１，１，１，２，２−ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）のいずれかに置き換えても構わない。或いは、Ｒ３２は、例えば、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２５のうち、いずれか２種類以上からなる混合物に置き換えても構わない。

冷媒として、Ｒ１１２３単体（即ち、Ｒ１１２３を１００ｗｔ％含有する冷媒）を使用してもよい。上記の混合物と同様に、Ｒ１１２３は、他のエチレン系フッ化炭化水素、或いは、Ｒ１１２３と他のエチレン系フッ化炭化水素との混合物に置き換えても構わない。

図３は、圧縮機１２の縦断面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。なお、図３では、断面を表すハッチングを省略している。

本実施の形態において、圧縮機１２は、１気筒のロータリ圧縮機である。なお、圧縮機１２が多気筒のロータリ圧縮機、或いは、スクロール圧縮機であっても、本実施の形態を適用することができる。

図３において、圧縮機１２は、密閉容器２０と、圧縮要素３０と、電動要素４０と、クランク軸５０とを備える。

密閉容器２０は、容器の例である。密閉容器２０には、冷媒を吸入するための吸入管２１と、冷媒を吐出するための吐出管２２とが取り付けられている。

圧縮要素３０は、密閉容器２０の中に収納される。具体的には、圧縮要素３０は、密閉容器２０の内側下部に設置される。圧縮要素３０は、吸入管２１に吸入された冷媒を圧縮する。

電動要素４０も、密閉容器２０の中に収納される。具体的には、電動要素４０は、密閉容器２０の中で、圧縮要素３０により圧縮された冷媒が吐出管２２から吐出される前に通過する位置に設置される。即ち、電動要素４０は、密閉容器２０の内側で、圧縮要素３０の上方に設置される。電動要素４０は、圧縮要素３０を駆動する。電動要素４０は、集中巻のモータである。なお、電動要素４０が分布巻のモータであっても、本実施の形態を適用することができる。

密閉容器２０の底部には、圧縮要素３０の摺動部を潤滑するための冷凍機油２５が貯留されている。冷凍機油２５としては、例えば、合成油であるＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）、ＡＢ（アルキルベンゼン）が使用される。冷凍機油２５としては、油中へ冷媒が溶け込んでも圧縮機１２を十分に潤滑でき、かつ、圧縮機１２の効率を低減させないような粘度をもつものが選ばれる。例えば、４０℃における基油の動粘度は、５〜３００ｃＳｔ程度である。後述するように、冷凍機油２５には、難燃剤が含有されている。

以下では、圧縮要素３０の詳細について説明する。

圧縮要素３０は、シリンダ３１と、ローリングピストン３２と、ベーン３６と、主軸受３３と、副軸受３４とを備える。

シリンダ３１の外周は、平面視略円形である。シリンダ３１の内部には、平面視略円形の空間であるシリンダ室６２が形成される。シリンダ３１は、軸方向両端が開口している。

シリンダ３１には、シリンダ室６２に連通し、半径方向に延びるベーン溝６１が設けられる。ベーン溝６１の外側には、ベーン溝６１に連通する平面視略円形の空間である背圧室６３が形成される。

シリンダ３１には、冷媒回路１１ａ，１１ｂからガス冷媒が吸入される吸入ポート（図示していない）が設けられる。吸入ポートは、シリンダ３１の外周面からシリンダ室６２に貫通している。

シリンダ３１には、シリンダ室６２から圧縮された冷媒が吐出される吐出ポート（図示していない）が設けられる。吐出ポートは、シリンダ３１の上端面を切り欠いて形成されている。

ローリングピストン３２は、リング状である。ローリングピストン３２は、シリンダ室６２内で偏心運動する。ローリングピストン３２は、クランク軸５０の偏心軸部５１に摺動自在に嵌合する。

ベーン３６の形状は、平坦な略直方体である。ベーン３６は、シリンダ３１のベーン溝６１内に設置される。ベーン３６は、背圧室６３に設けられるベーンスプリング３７によって常にローリングピストン３２に押し付けられている。密閉容器２０内が高圧であるため、圧縮機１２の運転が開始すると、ベーン３６の背面（即ち、背圧室６３側の面）に密閉容器２０内の圧力とシリンダ室６２内の圧力との差による力が作用する。このため、ベーンスプリング３７は、主に圧縮機１２の起動時（密閉容器２０内とシリンダ室６２内の圧力に差がないとき）に、ベーン３６をローリングピストン３２に押し付ける目的で使用される。

主軸受３３は、側面視略逆Ｔ字状である。主軸受３３は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも上の部分である主軸部５２に摺動自在に嵌合する。主軸受３３は、シリンダ３１のシリンダ室６２及びベーン溝６１の上側を閉塞する。

副軸受３４は、側面視略Ｔ字状である。副軸受３４は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも下の部分である副軸部５３に摺動自在に嵌合する。副軸受３４は、シリンダ３１のシリンダ室６２及びベーン溝６１の下側を閉塞する。

主軸受３３は、吐出弁（図示していない）を備える。主軸受３３の外側には、吐出マフラ３５が取り付けられる。吐出弁を介して吐出される高温かつ高圧のガス冷媒は、一旦吐出マフラ３５に入り、その後吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間に放出される。なお、吐出弁及び吐出マフラ３５は、副軸受３４、或いは、主軸受３３と副軸受３４との両方に設けられてもよい。

シリンダ３１、主軸受３３、副軸受３４の材質は、ねずみ鋳鉄、焼結鋼、炭素鋼等である。ローリングピストン３２の材質は、例えば、クロム等を含有する合金鋼である。ベーン３６の材質は、例えば、高速度工具鋼である。

密閉容器２０の横には、吸入マフラ２３が設けられる。吸入マフラ２３は、冷媒回路１１ａ，１１ｂから低圧のガス冷媒を吸入する。吸入マフラ２３は、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ３１のシリンダ室６２に入り込むことを抑制する。吸入マフラ２３は、シリンダ３１の吸入ポートに吸入管２１を介して接続される。吸入マフラ２３の本体は、溶接等により密閉容器２０の側面に固定される。

以下では、電動要素４０の詳細について説明する。

本実施の形態において、電動要素４０は、ブラシレスＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ・Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータである。なお、電動要素４０がブラシレスＤＣモータ以外のモータ（例えば、誘導電動機）であっても、本実施の形態を適用することができる。

電動要素４０は、固定子４１と、回転子４２とを備える。

固定子４１は、密閉容器２０の内周面に当接して固定される。回転子４２は、固定子４１の内側に０．３〜１ｍｍ程度の空隙を介して設置される。

固定子４１は、固定子鉄心４３と、巻線部４４とを備える。固定子鉄心４３は、厚さが０．１〜１．５ｍｍの複数枚の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される。巻線部４４は、固定子鉄心４３に形成された複数のティース（図示していない）に絶縁部材４７を介して３相の巻線（即ち、導体線）が集中巻で巻かれて構成される。巻線は、芯線と、芯線を覆う少なくとも１層の被膜とからなる。芯線の材質は、例えば、銅である。被膜の材質は、例えば、ＡＩ（アミドイミド）／ＥＩ（エステルイミド）である。絶縁部材４７の材質は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、フェノール樹脂である。巻線部４４には、リード線４５が接続されている。

固定子鉄心４３の外周には、周方向に略等間隔に複数の切欠が形成されている。それぞれの切欠は、吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の１つとなる。それぞれの切欠は、電動要素４０の上から密閉容器２０の底部に戻る冷凍機油２５の通路にもなる。

回転子４２は、回転子鉄心４６と、永久磁石（図示していない）とを備える。回転子鉄心４６は、固定子鉄心４３と同様に、厚さが０．１〜１．５ｍｍの複数枚の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメや溶接等により固定して製作される。永久磁石は、回転子鉄心４６に形成される複数の挿入孔に挿入される。永久磁石としては、例えば、フェライト磁石、希土類磁石が使用される。

永久磁石が軸方向に抜けないようにするために、回転子４２の上端及び下端（即ち、軸方向両端）には、それぞれ上端板４８及び下端板４９が設けられる。上端板４８及び下端板４９は、回転バランサを兼ねる。上端板４８及び下端板４９は、複数の固定用リベット（図示していない）等により回転子鉄心４６に固定されている。

回転子鉄心４６には、略軸方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。それぞれの貫通孔は、固定子鉄心４３の切欠と同様に、吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の１つとなる。

なお、電動要素４０が誘導電動機として構成される場合（図示していない）には、回転子鉄心４６に形成される複数のスロットにアルミニウムや銅等で形成される導体が充填又は挿入される。そして、導体の両端をエンドリングで短絡したかご形巻線が形成される。

密閉容器２０の頂部には、外部電源と接続する端子２４（例えば、ガラス端子）が取り付けられている。端子２４は、例えば、溶接により密閉容器２０に固定されている。端子２４には、電動要素４０からのリード線４５が接続される。

密閉容器２０の頂部には、軸方向両端が開口した吐出管２２が取り付けられている。圧縮要素３０から吐出されるガス冷媒は、密閉容器２０内の空間から吐出管２２を通って外部の冷媒回路１１ａ，１１ｂへ吐出される。

以下では、圧縮機１２の動作について説明する。

端子２４からリード線４５を介して電動要素４０の固定子４１に電力が供給される。これにより、電動要素４０の回転子４２が回転する。回転子４２の回転によって、回転子４２に固定されたクランク軸５０が回転する。クランク軸５０の回転に伴い、圧縮要素３０のローリングピストン３２が圧縮要素３０のシリンダ３１のシリンダ室６２内で偏心回転する。シリンダ３１とローリングピストン３２との間の空間は、圧縮要素３０のベーン３６によって２つに分割されている。クランク軸５０の回転に伴い、それらの２つの空間の容積が変化する。一方の空間では、徐々に容積が拡大することにより、吸入マフラ２３から冷媒が吸入される。他方の空間では、徐々に容積が縮小することにより、中のガス冷媒が圧縮される。圧縮されたガス冷媒は、吐出マフラ３５から密閉容器２０内の空間に一度吐出される。吐出されたガス冷媒は、電動要素４０を通過して密閉容器２０の頂部にある吐出管２２から密閉容器２０の外へ吐出される。

圧縮機１２の動作時に、電動要素４０を通過するガス冷媒は、回転子鉄心４６に形成された複数の貫通孔、固定子鉄心４３に形成された複数の切欠だけでなく、固定子鉄心４３の、隣接するティースの間に形成されるスロットを含む隙間を抜けていく。スロットを抜ける冷媒は、巻線部４４の近傍を通過することになる。

圧縮機１２の動作時には、圧縮要素３０の摺動部を構成する２つの部品の一方が他方に摺動する。圧縮要素３０には、以下に示すように複数の摺動部がある。
（１）第１の摺動部：ローリングピストン３２の外周部７１とベーン３６の先端８１
（２）第２の摺動部：シリンダ３１のベーン溝６１とベーン３６の側面部８２
（３）第３の摺動部：ローリングピストン３２の内周部７２とクランク軸５０の偏心軸部５１
（４）第４の摺動部：主軸受３３の内周部とクランク軸５０の主軸部５２
（５）第５の摺動部：副軸受３４の内周部とクランク軸５０の副軸部５３

このように、圧縮要素３０において、摺動部は、シリンダ３１、ローリングピストン３２、ベーン３６、主軸受３３、副軸受３４、クランク軸５０のうち、所定の２つの組み合わせによって構成される。

なお、圧縮機１２がスイング式のロータリ圧縮機として構成される場合（図示していない）には、ベーン３６が、ローリングピストン３２と一体に設けられ、クランク軸５０が駆動されると、ローリングピストン３２に回転自在に取り付けられた支持体の受入溝に沿って出入する。ベーン３６は、ローリングピストン３２の回転に従って揺動しながら半径方向へ進退することによって、シリンダ室６２の内部を圧縮室と吸入室とに区画する。この場合、ベーン３６の側面部８２と支持体の受入溝とが摺動部を形成する。

支持体は、横断面が半円形状の２つの柱状部材で構成される。支持体は、シリンダ３１の吸入口と吐出口との中間部に形成された円形状の保持孔に回転自在に嵌められる。そのため、支持体の外周部とシリンダ３１の保持孔の内周部とが他の摺動部を形成する。

前述したように、本実施の形態では、エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を使用する。この冷媒は、熱的及び化学的に不安定である。そのため、化学反応による分解及び重合が発生しやすい。特に高温となる部分では、冷媒の化学反応が促進され、分解が発生しやすい。

圧縮要素３０の摺動部、及び、電動要素４０の巻線部４４は、圧縮機１２の動作時に高温となる部分である。圧縮要素３０の摺動部は、部品同士が摺動することで発熱する。電動要素４０の巻線部４４は、回転子４２を回転させるための電流が巻線に流れることで発熱する。

エチレン系フッ化炭化水素は、反応性が高く、常温で保管されていても、分解及び重合を起こす。圧縮機１２内では金属同士の摺動によって冷媒の分解が進み、分解物が重合しやすい。エチレン系フッ化炭化水素に重合禁止剤が添加されていたとしても、高温となった圧縮要素３０の摺動部、及び、電動要素４０の巻線部４４では、冷媒が気化し、気体となった冷媒とともに重合禁止剤が運び出されてしまう。そのため、重合禁止剤が圧縮要素３０の摺動部、及び、電動要素４０の巻線部４４に残らず、十分な効果を発揮できない。結果として、冷媒の重合による発熱等がきっかけとなって爆発的な分解反応が生じ、冷媒回路１１ａ，１１ｂ或いは圧縮機１２が破損するおそれがある。

本実施の形態では、冷媒の化学反応を抑制するために、冷凍機油２５に難燃剤が含有されている。

本実施の形態において、冷凍機油２５に含有される難燃剤としては、例えば、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、又は、これらの組み合わせが使用される。

一般的に、難燃剤は、プラスチック、ゴム、木材、繊維等の有機材料を燃えにくくするために使用されている。

例えば、ハロゲン系難燃剤が高温下で分解すると、ハロゲン原子が発生する。ハロゲン原子は炭化水素等から水素原子を引き抜いてハロゲン化水素を生じさせる。ハロゲン化水素は燃焼ガス中の活性ラジカルと反応してこれを不活性化する。このとき同時にハロゲン原子が再生し、この再生したハロゲン原子がさらに活性ラジカルを不活性化する。このように、ハロゲン系難燃剤は、ハロゲン原子の生成を鍵とした触媒機構により、燃焼反応を効果的に抑制する。

リン系難燃剤も、燃焼ガス中での分解により生じたラジカル種が活性ラジカルを不活性化することにより、ハロゲン系難燃剤と同様の効果を発揮する。

本実施の形態において、冷媒に使用されるエチレン系フッ化炭素水素は、発熱等により生じた活性ラジカルにより爆発的な分解反応を開始する。例えば、Ｒ１１２３は、発熱等の刺激をきっかけとして、ＣＦ_２＝ＣＨＦ（ｇ）→１／２ＣＦ_４（ｇ）＋３／２Ｃ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）＋ＨＦ＋４４．７ｋｃａｌ／ｍｏｌという不均化反応を起こす場合がある。不均化反応は、発熱等により生じた活性ラジカルがＲ１１２３分子と反応して活性ラジカルの生成が連鎖することで、爆発的に進行する。したがって、冷凍機油２５に難燃剤を含有させておけば、高温下では、活性ラジカルを不活性化するハロゲン化水素が難燃剤から発生し、爆発的な分解反応を効果的に抑制できる。

つまり、本実施の形態では、一般的には有機材料の難燃化のために使用される難燃剤を、圧縮機の中で、高温となる圧縮要素３０の摺動部を潤滑するための冷凍機油２５に混合している。これにより、エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を用いる圧縮機１２において、圧縮要素３０の摺動部での冷媒の化学反応による爆発を防止することができる。また、冷凍機油２５は、電動要素４０の巻線部４４にも到達するため、電動要素４０の巻線部４４での冷媒の化学反応による爆発も防止することができる。

難燃剤として、テトラブロモビスフェノールＡ（ＴＢＢＡ）を使用することができる。例えば、冷凍機油２５には、ＴＢＢＡが０．１％〜５％含有されることが望ましい。ＴＢＢＡを含有する冷凍機油２５を用いると、発熱等により冷媒の分解反応のきっかけとなる活性ラジカルが発生した場合でも、活性ラジカルを効果的に不活性化し、分解反応を効果的に抑制することができる。したがって、圧縮機１２に分解反応が発生しやすい冷媒を用いても、圧縮機１２の信頼性を十分に維持することができる。

難燃剤としては、ＴＢＢＡに限らず、ＴＢＢＡカーボネートオリゴマー、ＴＢＢＡエポキシオリゴマー、デカブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモシクロドデカン、ビス（ペンタブロモフェニル）エタン、ビス（テトラブロモフタルイミド）エタン、臭素化ポリスチレン、デクロラン、クロレンド酸、無水クロレンド酸等、他の種類のハロゲン系難燃剤を使用しても構わない。或いは、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、１，３−フェニレンビス（ジフェニルホスフェート）、１，３−フェニレンビス（ジキシレニルホスフェート）、ビスフェノールＡビス（ジフェニルホスフェート）、トリス（ジクロロプロピル）ホスフェート、トリス（β−クロロプロピル）ホスフェート、２，２−ビス（クロロメチル）トリメチレンビス（ビス（２−クロロエチル）ホスフェート）、赤リン等のリン系難燃剤を使用しても構わない。

本実施の形態において、冷凍機油２５に含有される難燃剤には、アンチモン化合物が添加されていてもよい。

ハロゲン系難燃剤にアンチモン化合物を添加することにより、ハロゲン系難燃剤の効果を増強することができる。アンチモン化合物は、単独での難燃効果はほとんどないものの、ハロゲン系難燃剤と段階的に反応してハロゲン化アンチモンを生成し、これがラジカルトラップとして作用することで難燃効果を発揮する。したがって、冷凍機油２５に含有される難燃剤にアンチモン化合物を添加しておけば、冷媒の分解反応をより一層効果的に抑制できる。

アンチモン化合物としては、例えば、三酸化アンチモン、五酸化アンチモンを使用することができる。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０の構成は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと同様である。圧縮機１２の構成も、図３及び図４に示した実施の形態１のものと同様である。

実施の形態１では、冷凍機油２５に、冷媒の化学反応を抑制するための難燃剤が含有されているが、本実施の形態では、圧縮要素３０の摺動部に、同様の難燃剤が含有されている。なお、本実施の形態において、冷凍機油２５には難燃剤が含有されていなくてもよい。

本実施の形態において、圧縮要素３０の摺動部を構成する部品のうち、少なくとも１つの部品は、多孔質体からなる。この多孔質体の気孔内には、実施の形態１と同様の難燃剤が含有されている。

例えば、シリンダ３１、主軸受３３、副軸受３４は、多孔質体である焼結部品として形成することができる。これらの焼結部品に予め難燃剤又は難燃剤を含有する冷凍機油２５を含浸させておいてから圧縮機１２を組み立てる。これにより、圧縮機１２の動作時に高温となりやすい圧縮要素３０の摺動部において、焼結部品から難燃剤が染み出して冷媒の分解反応を抑制することができる。

本実施の形態では、圧縮要素３０の摺動部へ冷凍機油２５が十分に行き渡っていなくても、摺動部自体に難燃剤が含有されているため、冷媒の分解反応を効果的に抑制することができる。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、圧縮要素３０の摺動部に含有される難燃剤にアンチモン化合物が添加されていてもよい。

焼結部品にアンチモン化合物を含有させておくことにより、ハロゲン系難燃剤の効果を増強することができる。したがって、圧縮要素３０の摺動部に含有される難燃剤にアンチモン化合物を添加しておけば、冷媒の分解反応をより一層効果的に抑制できる。

また、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、圧縮要素３０の摺動部に難燃剤が含有されていてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０の構成は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと同様である。圧縮機１２の構成も、図３及び図４に示した実施の形態１のものと同様である。

実施の形態１では、冷凍機油２５に、冷媒の化学反応を抑制するための難燃剤が含有されているが、本実施の形態では、電動要素４０の巻線部４４に、冷媒の化学反応を抑制するための難燃剤が含有されている。なお、本実施の形態において、冷凍機油２５には難燃剤が含有されていなくてもよい。

本実施の形態において、電動要素４０の巻線部４４を構成する巻線（即ち、導体線）間の隙間には、実施の形態１と同様の難燃剤が含有されている。

例えば、電動要素４０の巻線部４４において、断面が円形の巻線を使用すると、隣接する巻線の間に隙間が生じる。この隙間には、実施の形態２における焼結部品に形成される気孔と同様に、難燃剤又は難燃剤を含有する冷凍機油２５を含有させることができる。例えば、巻線を巻く工程で使用する加工油に予め難燃剤を混合しておくか、或いは、巻線を難燃剤に予め浸漬させておいてから固定子鉄心４３の各ティースに巻線を巻く。これにより、圧縮機１２の動作時にジュール熱で高温となりやすい電動要素４０の巻線部４４において、巻線間の隙間にある難燃剤により冷媒の分解反応を抑制することができる。

本実施の形態では、電動要素４０の巻線部４４へ冷凍機油２５が十分に行き渡っていなくても、巻線部４４自体に難燃剤が含有されているため、冷媒の分解反応を効果的に抑制することができる。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、電動要素４０の巻線部４４に含有される難燃剤にアンチモン化合物が添加されていてもよい。

巻線部４４にアンチモン化合物を含有させておくことにより、ハロゲン系難燃剤の効果を増強することができる。したがって、巻線部４４に含有される難燃剤にアンチモン化合物を添加しておけば、冷媒の分解反応をより一層効果的に抑制できる。

実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０の構成は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと同様である。圧縮機１２の構成も、図３及び図４に示した実施の形態１のものと同様である。

通常、冷凍機油２５の中には、摩耗防止剤が含有されている。摩耗防止剤は、それ自体が分解することで圧縮要素３０の摺動部の摩耗を防止する。しかし、摩耗防止剤の分解物は、分解しやすいエチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒の分解物と反応し、固形物を生成することがある。この固形物は、冷凍サイクル装置１０の膨張弁１５（膨張弁１５の代わりにキャピラリーチューブを使用する場合も同様）等の径の細い流路に堆積して詰まりを生じさせ、冷却不良を引き起こすおそれがある。

本実施の形態では、冷凍機油２５に摩耗防止剤が含有されていない。このため、摩耗防止剤の分解物とエチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒の分解物との反応によって固形物が生成されることがない。したがって、冷媒回路１１ａ，１１ｂに詰まりが生じず、長期にわたって良好な性能を保つことのできる冷凍サイクル装置１０を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、いくつかを組み合わせて実施しても構わない。或いは、これらの実施の形態のうち、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施しても構わない。例えば、これらの実施の形態の説明において「部」として説明するもののうち、いずれか１つのみを採用してもよいし、いくつかの任意の組み合わせを採用してもよい。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ 冷凍サイクル装置、１１ａ，１１ｂ 冷媒回路、１２ 圧縮機、１３ 四方弁、１４ 室外熱交換器、１５ 膨張弁、１６ 室内熱交換器、１７ 制御装置、２０ 密閉容器、２１ 吸入管、２２ 吐出管、２３ 吸入マフラ、２４ 端子、２５ 冷凍機油、３０ 圧縮要素、３１ シリンダ、３２ ローリングピストン、３３ 主軸受、３４ 副軸受、３５ 吐出マフラ、３６ ベーン、３７ ベーンスプリング、４０ 電動要素、４１ 固定子、４２ 回転子、４３ 固定子鉄心、４４ 巻線部、４５ リード線、４６ 回転子鉄心、４７ 絶縁部材、４８ 上端板、４９ 下端板、５０ クランク軸、５１ 偏心軸部、５２ 主軸部、５３ 副軸部、６１ ベーン溝、６２ シリンダ室、６３ 背圧室、７１ 外周部、７２ 内周部、８１ 先端、８２ 側面部。

Claims (9)

1. エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   前記圧縮要素を駆動する電動要素と、
   前記圧縮要素と前記電動要素とが収納されるとともに、前記圧縮要素の摺動部を潤滑するための冷凍機油が貯留される容器と
   を備え、
   前記圧縮要素の摺動部へ前記冷媒および前記冷凍機油が行き渡っていなくても、前記圧縮要素の摺動部自体に難燃剤が含有されている圧縮機。
2. 前記圧縮要素の摺動部は、一方の部品が他方の部品に摺動する２つの部品で構成され、前記２つの部品のうち少なくとも１つの部品が多孔質体からなり、前記圧縮機の組立段階から前記多孔質体の気孔内に前記難燃剤が含有されている請求項１に記載の圧縮機。
3. エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   前記圧縮要素を駆動する電動要素と、
   前記圧縮要素と前記電動要素とが収納されるとともに、前記圧縮要素の摺動部を潤滑するための冷凍機油が貯留される容器と
   を備え、
   前記電動要素の巻線部へ前記冷媒および前記冷凍機油が行き渡っていなくても、前記電動要素の巻線部自体に難燃剤が含有されている圧縮機。
4. 前記電動要素の巻線部は、固定子鉄心に巻かれている導体線を有し、前記導体線が前記固定子鉄心に巻かれる工程から前記導体線間の隙間に前記難燃剤が含有されている請求項３に記載の圧縮機。
5. エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒を圧縮する圧縮要素と、
   前記圧縮要素を駆動する電動要素と、
   前記圧縮要素と前記電動要素とが収納されるとともに、前記圧縮要素の摺動部を潤滑するための冷凍機油が貯留される容器と
   を備え、
   前記冷凍機油が、摩耗防止剤を含有せず、難燃剤を含有する圧縮機。
6. 前記難燃剤がハロゲン系難燃剤とリン系難燃剤とのうち少なくとも１つである請求項１から５のいずれか１項に記載の圧縮機。
7. 前記難燃剤にアンチモン化合物が添加されている請求項６に記載の圧縮機。
8. 前記冷媒に含有されるエチレン系フッ化炭化水素が１，１，２−トリフルオロエチレンと、フルオロエチレンと、１，１−ジフルオロエチレンと、トランス−１，２−ジフルオロエチレンと、シス−１，２−ジフルオロエチレンとのうち少なくとも１つである請求項１から７のいずれか１項に記載の圧縮機。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の圧縮機が接続され、エチレン系フッ化炭化水素を含有する冷媒が循環する冷媒回路を備える冷凍サイクル装置。

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