特許 6899360 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6899360

(24)【登録日】2021年6月16日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/10 20060101AFI20210628BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20210628BHJP

   C09K 5/04 20060101ALI20210628BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/10 G

   F25B1/00 321A

   F25B1/00 396Z

   F25B1/00 101E

   F25B1/00 304H

   C09K5/04 C

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-154374(P2018-154374)

(22)【出願日】2018年8月21日

(65)【公開番号】特開2020-29965(P2020-29965A)

(43)【公開日】2020年2月27日

【審査請求日】2019年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】316011466

【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 貴至

【審査官】 飯星 潤耶

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２１５１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２８９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００７３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９２１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２００７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３４２１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を備え、
前記冷媒回路を循環する冷媒には、トリフルオロヨードメタンが含まれ、
前記圧縮機は、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有し、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部が一体的に駆動して、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部において二段階で順次に冷媒を圧縮する二段圧縮機であり、
前記低段側圧縮部で圧縮された冷媒を前記高段側圧縮部の吸入側に導く接続管を備えるとともに、
前記接続管に設けられ、前記低段側圧縮部で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記高段側圧縮部から吐出された冷媒に混在する冷凍機油を分離するオイルセパレータと、
前記オイルセパレータで分離された冷凍機油を前記圧縮機の返油口に導く返油管と、
前記返油管に設けられ、前記オイルセパレータで分離された冷凍機油を放熱させるオイルクーラと、
前記返油管に設けられ、前記オイルクーラで放熱した冷凍機油を減圧する返油量制御弁と、
前記返油管において、前記返油量制御弁の上流側の温度よりも、前記返油量制御弁の下流側の温度の方が所定値以上低い場合、前記返油量制御弁の開度を小さくする制御部と、をさらに備え、
前記圧縮機の内部であって、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部の外側の空間に、前記返油量制御弁で減圧された冷凍機油が前記返油口を介して導かれ、
前記接続管の上流端は、前記返油口よりも上側に設けられ、前記空間に臨んでいる冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記凝縮器で凝縮した冷媒の一部を分流させ、分流させた冷媒を前記高段側圧縮部の吸入側に導く第１流路と、
前記第１流路を通流する冷媒を減圧する第１流量制御弁と、を備え、
前記第１流量制御弁で減圧された冷媒が、前記放熱器で放熱した冷媒とともに、前記高段側圧縮部に吸入されること
を特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記高段側圧縮部に吸入される冷媒の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記高段側圧縮部に吸入される冷媒の温度を検出する第１温度センサと、を備え、
前記制御部は、前記第１温度センサの検出値が、前記第１圧力センサの検出値に対応する冷媒ガス飽和温度よりも高くなるように、前記第１流量制御弁の開度を調整すること
を特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記凝縮器で凝縮した冷媒の一部を分流させ、分流させた冷媒を前記低段側圧縮部の吸入側に導く第２流路と、
前記第２流路を通流する冷媒を減圧する第２流量制御弁と、を備え、
前記第２流量制御弁で減圧された冷媒が、前記蒸発器で蒸発した冷媒とともに、前記低段側圧縮部に吸入されること
を特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記低段側圧縮部に吸入される冷媒の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記低段側圧縮部に吸入される冷媒の温度を検出する第２温度センサと、を備え、
前記制御部は、前記第２温度センサの検出値が、前記第２圧力センサの検出値に対応する冷媒ガス飽和温度よりも高くなるように、前記第２流量制御弁の開度を調整すること
を特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられる冷媒として、例えば、Ｒ４１０Ａが知られている。Ｒ４１０Ａは、オゾン層の破壊を抑制可能な不燃性の混合冷媒（Ｒ３２、Ｒ１２５の混合冷媒）である。このＲ４１０Ａは、ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）が比較的高いため、環境保全の観点からＧＷＰをさらに低くすることが求められている。

【0003】

冷媒のＧＷＰをさらに低くする対策として、例えば、特許文献１には、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ_３Ｉ）を含む冷媒を用いることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−０７７１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

トリフルオロヨードメタンは、前記したＧＷＰに関する特長を有する一方で、物質としての安定性はそれほど高くない。すなわち、トリフルオロヨードメタンは、高温下で分解したり、また、水との反応で分解したりしやすく、その結果としてヨウ化水素等の強酸が生ずる可能性がある。トリフルオロヨードメタンを含む冷媒を用いた冷凍サイクル装置の信頼性を高めることが求められているが、特許文献１には、そのようなことを考慮した技術については記載されていない。

【0006】

そこで、本発明は、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記した課題を解決するために、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を備え、前記冷媒回路を循環する冷媒には、トリフルオロヨードメタンが含まれ、前記圧縮機は、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有し、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部が一体的に駆動して、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部において二段階で順次に冷媒を圧縮する二段圧縮機であり、前記低段側圧縮部で圧縮された冷媒を前記高段側圧縮部の吸入側に導く接続管を備えるとともに、前記接続管に設けられ、前記低段側圧縮部で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記高段側圧縮部から吐出された冷媒に混在する冷凍機油を分離するオイルセパレータと、前記オイルセパレータで分離された冷凍機油を前記圧縮機の返油口に導く返油管と、前記返油管に設けられ、前記オイルセパレータで分離された冷凍機油を放熱させるオイルクーラと、前記返油管に設けられ、前記オイルクーラで放熱した冷凍機油を減圧する返油量制御弁と、前記返油管において、前記返油量制御弁の上流側の温度よりも、前記返油量制御弁の下流側の温度の方が所定値以上低い場合、前記返油量制御弁の開度を小さくする制御部と、をさらに備え、前記圧縮機の内部であって、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部の外側の空間に、前記返油量制御弁で減圧された冷凍機油が前記返油口を介して導かれ、前記接続管の上流端は、前記返油口よりも上側に設けられ、前記空間に臨んでいることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を含む構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る空気調和機が備える圧縮機の断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を含む構成図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を含む構成図である。

【図6】本発明の第４実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を含む構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

≪第１実施形態≫
以下では、「冷凍サイクル装置」の一例として、空気調和機１００（図１参照）について説明する。

【0011】

＜空気調和機の構成＞
図１は、第１実施形態に係る空気調和機１００の冷媒回路Ｑを含む構成図である。
なお、図１の実線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
また、図１の破線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
空気調和機１００は、冷房運転や暖房運転等の空調を行う機器である。図１に示すように、空気調和機１００は、圧縮機２０と、放熱器１と、室外熱交換器２と、室外ファン３と、室外膨張弁４と、を備えている。さらに、空気調和機１００は、室内膨張弁５と、室内熱交換器６と、室内ファン７と、四方弁８と、制御部９と、を備えている。

【0012】

図１に示す例では、圧縮機２０、放熱器１、室外熱交換器２、室外ファン３、室外膨張弁４、四方弁８、及び制御部９が、室外機Ｕｏに設けられている。一方、室内膨張弁５、室内熱交換器６、及び室内ファン７は、室内機Ｕｉに設けられている。

【0013】

圧縮機２０は、低段側圧縮部ＬＰ及び高段側圧縮部ＨＰを有し、低段側圧縮部ＬＰ及び高段側圧縮部ＨＰにおいて二段階で順次に冷媒を圧縮する二段圧縮機である。そして、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された中間圧の冷媒が、次に説明する放熱器１で放熱し、放熱後の冷媒が高段側圧縮部ＨＰでさらに圧縮されるようになっている。

【0014】

圧縮機２０の種類として、例えば、密閉容器２１（図２参照）の中に低段側圧縮部ＬＰ及び高段側圧縮部ＨＰが設けられたロータリ圧縮機を用いることができるが、これに限定されるものではない。その他、圧縮機２０の種類として、レシプロ圧縮機やスクロール圧縮機等が用いられてもよい。なお、圧縮機２０の構成の具体例については後記する。

【0015】

図１に示す放熱器１は、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された冷媒を放熱させる熱交換器であり、接続管ｋ２，ｋ３に設けられている。すなわち、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された冷媒が、接続管ｋ２を介して放熱器１に導かれ、さらに、放熱器１で放熱した冷媒が、接続管ｋ３を介して高段側圧縮部ＨＰの吸入側に導かれるようになっている。なお、放熱器１は、室外熱交換器２と一体であってもよいし、また、室外熱交換器２とは別体であってもよい。

【0016】

接続管ｋ２，ｋ３は、前記したように、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された冷媒を高段側圧縮部ＨＰの吸入側に導く配管である。
室外熱交換器２は、その伝熱管（図示せず）を通流する冷媒と、室外ファン３から送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
室外ファン３は、室外熱交換器２に外気を送り込むファンであり、室外熱交換器２の付近に設置されている。

【0017】

室外膨張弁４は、「凝縮器」（室外熱交換器２及び室内熱交換器６の一方）で凝縮した冷媒を減圧する弁である。そして、室外膨張弁４で減圧された冷媒が、「蒸発器」（室外熱交換器２及び室内熱交換器６の他方）に向かうようになっている。なお、室内膨張弁５も室外膨張弁４と同様の機能を有している。

【0018】

室内熱交換器６は、その伝熱管（図示せず）を通流する冷媒と、室内ファン７から送り込まれる室内空気（空調対象空間の空気）と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
室内ファン７は、室内熱交換器６に室内空気を送り込むファンであり、室内熱交換器６の付近に設置されている。

【0019】

四方弁８は、空気調和機１００の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。例えば、冷房運転時（図１の実線矢印を参照）には、圧縮機２０、室外熱交換器２（凝縮器）、室外膨張弁４（膨張弁）、室内膨張弁５（膨張弁）、及び室内熱交換器６（蒸発器）が順次に接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて、冷凍サイクルで冷媒が循環する。

【0020】

一方、暖房運転時（図１の破線矢印を参照）には、圧縮機２０、室内熱交換器６（凝縮器）、室内膨張弁５（膨張弁）、室外膨張弁４（膨張弁）、及び室外熱交換器２（蒸発器）が順次に接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて、冷凍サイクルで冷媒が循環する。このように、圧縮機２０、「凝縮器」、「膨張弁」、及び「蒸発器」を順次に介して、冷媒回路Ｑにおいて冷媒が循環するようになっている。

【0021】

制御部９は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。制御部９は、圧縮機２０、室外ファン３、室外膨張弁４等の機器を制御する。
なお、図１では図示を省略しているが、室内機Ｕｉには、室内膨張弁５や室内ファン７を制御する別の制御部が設けられ、室外機Ｕｏの制御部９と互いに通信するようになっている。

【0022】

＜圧縮機の構成＞
図２は、空気調和機１００が備える圧縮機２０の断面図である。
図２に示す圧縮機２０は、前記したように、ガス状の冷媒を二段階で圧縮するロータリ式の二段圧縮機である。図２に示すように、圧縮機２０は、密閉容器２１と、電動機２２と、クランク軸２３と、低段側圧縮部ＬＰと、高段側圧縮部ＨＰと、フレーム２４１，２４３と、ミドルプレート２４２と、下カバー２４４と、を備えている。

【0023】

密閉容器２１は、電動機２２や低段側圧縮部ＬＰ、高段側圧縮部ＨＰ等を略密閉状態で収容する殻状の容器であり、その外形は円筒状を呈している。図２に示すように、密閉容器２１には、冷凍機油Ｍ（潤滑油）が貯留されている。
電動機２２は、クランク軸２３を回転させる駆動源であり、密閉容器２１の内部に設置されている。図２に示すように、電動機２２は、固定子２２ａと、回転子２２ｂと、コイル２２ｃと、を備えている。

【0024】

クランク軸２３は、電動機２２の駆動に伴って回転子２２ｂと一体で回転する軸である。クランク軸２３は、上下方向に延びており、フレーム２４１，２４３によって回転自在に軸支されている。

【0025】

図２に示すように、クランク軸２３は、主軸２３ａと、偏心部２３ｂ，２３ｂと、を備えている。主軸２３ａは、電動機２２の回転子２２ｂに同軸で固定されている。偏心部２３ｂ，２３ｂは、主軸２３ａに対して偏心しながら回転する軸であり、それぞれ、クランク軸２３の所定箇所に設けられている。

【0026】

フレーム２４１は、クランク軸２３を軸支するものであり、密閉容器２１の内周壁に固定されている。図２に示すように、フレーム２４１の下側には、シリンダ２６、ミドルプレート２４２、別のシリンダ２８、フレーム２４３、及び下カバー２４４が、下方に向かって順次に積層されている。

【0027】

低段側圧縮部ＬＰは、吸入管ｋ１を介して吸入されるガス状の冷媒を圧縮するものであり、電動機２２の下側に配置されている。図２に示すように、低段側圧縮部ＬＰは、ローラ２５及びシリンダ２６を備えている。

【0028】

ローラ２５は、その内周面がクランク軸２３の偏心部２３ｂに固定される環状部材である。シリンダ２６は、ローラ２５やフレーム２４１、ミドルプレート２４２とともに低段側圧縮室Ｒ１を形成する環状部材である。この低段側圧縮室Ｒ１には、吸入管ｋ１を介して、ガス状の冷媒が導かれる。

【0029】

そして、電動機２２の駆動に伴ってシリンダ２６内でローラ２５が公転することで、シリンダ２６とローラ２５との間の低段側圧縮室Ｒ１において、ガス状の冷媒が圧縮される。このようにして中間圧に圧縮された冷媒は、吐出弁ｖ１を介して、密閉容器２１の内部に吐出（放出）される。したがって、密閉容器２１の内部には、中間圧の冷媒が充満している。

【0030】

低段側圧縮部ＬＰで中間圧に圧縮された冷媒は、接続管ｋ２を介して放熱器１（図１参照）に導かれる。そして、放熱器１で放熱した中間圧の冷媒が、接続管ｋ３を介して、高段側圧縮部ＨＰの吸入側に導かれるようになっている。

【0031】

図２に示す高段側圧縮部ＨＰは、中間圧の冷媒を圧縮して、高圧の冷媒にするものである。高段側圧縮部ＨＰは、ローラ２７やシリンダ２８を備え、低段側圧縮部ＬＰの下側に設けられている。なお、高段側圧縮部ＨＰの構成は、低段側圧縮部ＬＰと同様であるから、その説明を省略する。高段側圧縮部ＨＰで圧縮された高圧の冷媒は、吐出弁ｖ２、吐出管ｋ４、及び四方弁８（図１参照）を順次に介して、凝縮器（室外熱交換器２又は室内熱交換器６：図１参照）に導かれる。

【0032】

図２に示す返油管ｋ５（図１では図示を省略）は、圧縮機２０から吐出された冷媒に混在する冷凍機油を圧縮機２０に戻すための管であり、密閉容器２１の所定箇所（図２の例では、電動機２２の下側付近）に差し込まれている。そして、返油管ｋ５の下流端である返油口ｍを介して、密閉容器２１の内部に冷凍機油が戻されるようになっている。

【0033】

＜冷媒について＞
冷媒回路Ｑを循環する冷媒には、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ_３Ｉ）が含まれている。このような冷媒として、トリフルオロヨードメタンを単体で用いてもよいし、また、トリフルオロヨードメタンと他の冷媒とを含む混合冷媒を用いてもよい。他の冷媒としては、ＣＯ_２、炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、フルオロアルケン、ＨＦＣ、ＨＦＯ、ＨＣｌＦＯ、及びＨＢｒＦＯ等が例示される。

【0034】

なお、「ＨＦＣ」は、ハイドロフルオロカーボンを示す。「ＨＦＯ」は、炭素原子、フッ素原子、及び水素原子からなるハイドロフルオロオレフィンであり、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する。「ＨＣｌＦＯ」は、炭素、塩素、フッ素、及び水素原子からなり、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する。「ＨＢｒＦＯ」は、炭素、臭素、フッ素、及び水素原子からなり、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する。

【0035】

ＨＦＣとしては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、１，１，２，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、トリフルオロエタン（ＨＦＣ１４３ａ）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ１５２ａ）、１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ２２７ｅａ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ２３６ｆａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ２４５ｆａ）、及び１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ３６５ｍｆｃ）が例示される。

【0036】

前記したフルオロアルケンとしては、フルオロエテン、フルオロプロペン、フルオロブテン、クロロフルオロエテン、クロロフルオロプロペン、及びクロロフルオロブテンが例示される。フルオロプロペンとしては、３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）、 １，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）、及びＨＦＯ１２２５が例示される。

【0037】

前記したフルオロブテンとしては、Ｃ_４Ｈ_４Ｆ_４、Ｃ_４Ｈ_３Ｆ_５（ＨＦＯ１３４５）、及びＣ_４Ｈ_２Ｆ_６（ＨＦＯ１３３６）が例示される。クロロフルオロエテンとしては、Ｃ_２Ｆ_３Ｃｌ（ＣＴＦＥ）が例示される。クロロフルオロプロペンとしては、２−クロロ−３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｘｆ）、及び１−クロロ−３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｚｄ）が例示される。

【0038】

ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）、蒸気圧、及び難燃化パラメータを調整するため、冷媒として、トリフルオロヨードメタン、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、及びヘキサフルオロプロペン（ＦＯ１２１６）のうち１種以上を用いることが好ましい。

【0039】

また、機器の能力に合う蒸気圧を得るために、冷媒にＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、ＨＦＯ１１２３等を含め、能力に関係する蒸気圧や効率に影響する温度勾配度合いを混合濃度により調整することが好ましい。

【0040】

混合冷媒中のトリフルオロヨードメタンの配合量は、質量ベースで、１０％以上１００％以下、好ましくは２０％以上８０％以下、より好ましくは３０％以上５０％以下である。

【0041】

ＧＷＰは、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）第４次評価報告書（ＡＲ４）の値（１００年値）が用いられる。また、ＡＲ４に記載されていない冷媒のＧＷＰは、ＩＰＣＣ第５次評価報告書（ＡＲ５）の値を用いてもよいし、他の公知文献に記載された値を用いてもよいし、公知の方法を用いて算出または測定した値を用いてもよい。ＡＲ４によると、トリフルオロヨードメタンのＧＷＰは、０．４であり、ＨＦＣ３２のＧＷＰは６７５であり、ＨＦＣ１２５のＧＷＰは３，５００である。

【0042】

冷媒のＧＷＰは、７５０以下であり、好ましくは５００以下であり、より好ましくは１５０以下であり、更に好ましくは１００以下であり、特に好ましくは７５以下である。
冷媒の２５℃の蒸気圧は、好ましくは１．４ＭＰａから１．８ＭＰａの範囲である。また、以下の数式（１）で示される冷媒の難燃化パラメータは、好ましくは０．４６以下である。なお、数式（１）において、Ｆ_ｍｉｘは混合冷媒の難燃化パラメータ、Ｆｉは各冷媒成分の難燃化パラメータ、ｘｉは各冷媒成分のモル分率を示す。

【0043】

Ｆ_ｍｉｘ＝Σ_ｉＦｉ・ｘｉ ・・・（１）

【0044】

冷凍機油としては、４０℃における動粘度が３０〜１００ｍｍ^２／ｓのポリオールエステル油又はポリビニルエーテル油が好ましい。動粘度は、ＩＳＯ（International Organization for Standardization，国際標準化機構）３１０４、ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials，米国材料試験協会）Ｄ４４５、Ｄ７０４２等の規格に基づいて測定される。冷媒と冷凍機油との低温側臨界溶解温度は、＋１０℃以下であることが好ましい。

【0045】

上記特性を有する冷凍機油としては、以下の化学式（１）、（２）で表されるポリオールエステル油、化学式（３）で表されるポリビニルエーテル油が例示される。化学式（１）、（２）中、Ｒ^１〜Ｒ^１０は、炭素数４〜９のアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なってもよい。また、化学式（３）中、ＯＲ^１１は、メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基又はブチルオキシ基であり、ｎの範囲は、５〜１５である。

【0046】

【化1】

【0047】

【化2】

【0048】

【化3】

【0049】

＜冷媒の温度上昇の抑制＞
図３は、空気調和機１００の冷凍サイクルを示すモリエル線図である（適宜、図１を参照）。
なお、図３の横軸は、冷媒の比エンタルピであり、縦軸は、冷媒の圧力である。図３に示す飽和液線ｗは、冷媒の液相のと気液二相との間の境界線である。また、飽和蒸気線ｇは、冷媒の気液二相と気相との間の境界線である。前記した飽和液線ｗ及び飽和蒸気線ｇで囲まれる領域では、冷媒が気液二相の状態になっている。臨界点ｃは、飽和液線ｗと飽和蒸気線ｇとの間の境界点である。

【0050】

また、図３では、二段圧縮が行われる本実施形態の冷凍サイクル（状態Ｇ１〜Ｇ６）を実線で示している。一方、単段圧縮が行われる比較例の冷凍サイクル（状態Ｇ１，Ｇ７，Ｇ５，Ｇ６）において、二段圧縮とは異なる部分を一点鎖線で示している。また、破線で示す等温線上（例えば、温度Ｔ１の等温線上）では、冷媒の温度が等しくなっている。なお、等温線で示す温度Ｔ１〜Ｔ４の大小関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４である。

【0051】

図１の吸入管ｋ１を通流する冷媒（図３に示す状態Ｇ１）は、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された後（状態Ｇ２）、接続管ｋ２を介して放熱器１に導かれる。この放熱器１では、空気への放熱によって冷媒の温度が下がり、比エンタルピも小さくなるが、その一方で冷媒の圧力はほとんど変化しない（状態Ｇ３）。放熱器１で放熱した冷媒は、接続管ｋ３を介して高段側圧縮部ＨＰに導かれる。

【0052】

高段側圧縮部ＨＰで圧縮されて高圧になった冷媒は（状態Ｇ４）、吐出管ｋ４を介して四方弁８に導かれる。そして、冷媒回路Ｑを循環する過程で、冷媒の凝縮（状態Ｇ４→Ｇ５）、膨張（状態Ｇ５→Ｇ６）、及び蒸発（状態Ｇ６→Ｇ１）が順次に行われ、蒸発した冷媒が、四方弁８及び吸入管ｋ１を順次に介して、低段側圧縮部ＬＰの吸込側に導かれる。

【0053】

図３の各等温線に示すように、高段側圧縮部ＨＰから吐出される冷媒（状態Ｇ４）の吐出温度Ｔ２は、単段圧縮である比較例での冷媒（状態Ｇ７）の吐出温度Ｔ４よりも低くなっている（Ｔ２＜Ｔ４）。これは、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された中間圧の冷媒が放熱器１でいったん放熱した後、高段側圧縮部ＨＰでさらに圧縮されるからである。これによって、高段側圧縮部ＨＰの吐出側で冷媒の温度が高くなりすぎることを抑制できる。したがって、冷媒に含まれているトリフルオロヨードメタンが高温下で分解することを抑制できる。また、二段圧縮を行うことで、単段圧縮よりも圧縮機２０のエネルギ効率が高くなるという利点もある。

【0054】

＜効果＞
第１実施形態によれば、冷媒回路Ｑを循環する冷媒には、トリフルオロヨードメタンが含まれている。これによって、冷媒のＧＷＰが従来よりも大幅に低くなるため、環境保全に寄与できる。

【0055】

また、第１実施形態によれば、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された冷媒が、放熱器１で放熱した後、高段側圧縮部ＨＰに導かれる。これによって、高段側圧縮部ＨＰから吐出される冷媒の温度が高くなりすぎることを抑制できる。したがって、冷媒に含まれるトリフルオロヨードメタンの分解が抑制されるため、この分解に伴う酸性物質の生成が抑制される。このように第１実施形態によれば、冷媒回路Ｑを循環する冷媒の分解を抑制し、信頼性の高い空気調和機１００を提供できる。

【0056】

≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る空気調和機１００Ａ（図４参照）は、第１実施形態で説明した構成（図１参照）にオイルセパレータ１１（図４参照）、返油管ｋ５、オイルクーラ１２、及び返油量制御弁１３が追加された構成になっている。なお、その他の構成（圧縮機２０等）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

【0057】

図４は、第２実施形態に係る空気調和機１００Ａの冷媒回路ＱＡを含む構成図である。
図４に示すように、空気調和機１００Ａは、第１実施形態で説明した構成に加えて、オイルセパレータ１１と、返油管ｋ５と、オイルクーラ１２と、返油量制御弁１３と、を備えている。

【0058】

オイルセパレータ１１は、高段側圧縮部ＨＰから吐出された冷媒に混在する冷凍機油を分離するための殻状の容器である。そして、冷凍機油が混在している高圧の冷媒が、高段側圧縮部ＨＰから吐出管ｋ４を介して、オイルセパレータ１１に導かれるようになっている。オイルセパレータ１１で分離された冷凍機油（若干の冷媒が混在することもある）は、返油管ｋ５を介してオイルクーラ１２に導かれ、残りの冷媒は四方弁８に導かれる。

【0059】

図４に示す返油管ｋ５は、オイルセパレータ１１で分離された冷凍機油を圧縮機２０の返油口ｍに導く配管である。返油管ｋ５は、その上流端がオイルセパレータ１１に接続され、下流端が圧縮機２０の返油口ｍに接続されている。なお、返油口ｍは、中間圧の冷媒が充満している密閉容器２１（図２参照）に設けられた開口部である。

【0060】

オイルクーラ１２は、オイルセパレータ１１で分離された冷凍機油を放熱させる熱交換器であり、返油管ｋ５に設けられている。なお、オイルクーラ１２は、室外熱交換器２と一体であってもよいし、また、室外熱交換器２とは別体であってもよい。

【0061】

返油量制御弁１３は、オイルクーラ１２で放熱した冷凍機油を減圧する弁であり、返油管ｋ５においてオイルクーラ１２の下流側に設けられている。そして、オイルクーラ１２で放熱した冷凍機油が、返油量制御弁１３で中間圧に減圧され、減圧後の冷凍機油が返油口ｍに戻されるようになっている。

【0062】

ちなみに、冷凍機油は減圧しても温度がほとんど下がらないが、その一方で、冷媒は減圧すると温度が下がる。したがって、返油量制御弁１３の前後（上流側・下流側）の温度をそれぞれ測定し、その測定結果に基づいて、制御部９が返油量制御弁１３の開度を調整するようにしてもよい。例えば、返油量制御弁１３の上流側の温度よりも、下流側の温度のほうが所定値以上低い場合、制御部９が、返油量制御弁１３の開度を小さくするようにしてもよい。これによって、返油管ｋ５を介して、圧縮機２０に過剰な量の冷媒が戻されることを抑制できる。

【0063】

＜効果＞
第２実施形態によれば、オイルセパレータ１１で分離された冷凍機油がオイルクーラ１２で放熱し、さらに、放熱後の冷凍機油が圧縮機２０に戻される。このように比較的低温の冷凍機油が圧縮機２０に戻されるため、密閉容器２１（図２参照）に充満している中間圧のガス冷媒の温度が低下する。したがって、低段側圧縮部ＬＰから吐出される冷媒の温度上昇を抑制し、ひいては、冷媒に含まれているトリフルオロヨードメタンの分解を抑制できる。

【0064】

また、冷凍機油が圧縮機２０に戻されるため、圧縮機２０で冷凍機油が不足することを抑制できる。したがって、圧縮機２０が備える各部品の磨耗を抑制し、信頼性の高い空気調和機１００Ａを提供できる。

【0065】

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、凝縮した冷媒の一部が、配管ｋ６（図５参照）を介して、高段側圧縮部ＨＰの吸入側に戻される点が、第１実施形態とは異なっている。また、第３実施形態は、前記した配管ｋ６の他に、減圧流量制御弁１４（第１流量制御弁：図５参照）、第１圧力センサ１５、及び第１温度センサ１６が設けられている点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の構成（圧縮機２０等）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

【0066】

図５は、第３実施形態に係る空気調和機１００Ｂの冷媒回路ＱＢを含む構成図である。
図５に示すように、空気調和機１００Ｂは、第１実施形態で説明した構成に加えて、配管ｋ６と、減圧流量制御弁１４と、第１圧力センサ１５と、第１温度センサ１６と、を備えている。

【0067】

配管ｋ６は、凝縮器（室外熱交換器２又は室内熱交換器６）で凝縮した冷媒の一部を分流させる配管である。配管ｋ６の上流端は、室外熱交換器２と室内熱交換器６とを接続する配管ｋ７において、室外膨張弁４と室内膨張弁５との間に接続されている。一方、配管ｋ６の下流端は、低段側圧縮部ＬＰから高段側圧縮部ＨＰに冷媒を導く接続管ｋ３に接続されている。

【0068】

なお、凝縮器で凝縮した冷媒の一部を分流させ、分流させた冷媒を高段側圧縮部ＨＰの吸入側に導く「第１流路」は、配管ｋ６と、接続管ｋ３（配管ｋ６との接続箇所よりも下流側）と、を含んで構成される。そして、次に説明する減圧流量制御弁１４で減圧された中間圧の冷媒が、放熱器１で放熱した冷媒とともに、高段側圧縮部ＨＰに吸入されるようになっている。

【0069】

減圧流量制御弁１４は、配管ｋ６（第１流路）を通流する冷媒を減圧する弁であり、配管ｋ６に設けられている。
第１圧力センサ１５は、高段側圧縮部ＨＰに吸入される冷媒の圧力を検出するセンサである。また、第１温度センサ１６は、高段側圧縮部ＨＰに吸入される冷媒の温度を検出するセンサである。図５に示す例では、接続管ｋ３において、放熱器１の下流側の所定箇所に第１圧力センサ１５及び第１温度センサ１６が設けられている。

【0070】

そして、制御部９は、第１温度センサ１６の検出値が、第１圧力センサ１５の検出値に対応する冷媒ガス飽和温度よりも高くなるように、減圧流量制御弁１４の開度を調整する。これによって、高段側圧縮部ＨＰでの液圧縮を防止できる。

【0071】

＜効果＞
第３実施形態によれば、凝縮器で凝縮した比較的低温の冷媒が、放熱器１で放熱した冷媒とともに、高段側圧縮部ＨＰに導かれる。これによって、高段側圧縮部ＨＰから吐出される冷媒の温度上昇を抑制し、ひいては、冷媒に含まれているトリフルオロヨードメタンの分解を抑制できる。さらに、第１温度センサ１６の検出値が冷媒ガス飽和温度よりも高くなるように、減圧流量制御弁１４の開度が適宜に調整される。これによって、冷媒の液圧縮を防止できる。

【0072】

≪第４実施形態≫
第４実施形態は、凝縮した冷媒の一部が、配管ｋ８等（図６参照）を介して、低段側圧縮部ＬＰの吸入側に戻される点が、第１実施形態とは異なっている。また、第４実施形態は、前記した配管ｋ８の他に、減圧流量制御弁１７（第２流量制御弁：図６参照）、第２圧力センサ１８、及び第２温度センサ１９が設けられている点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の構成（圧縮機２０等）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

【0073】

図６は、第４実施形態に係る空気調和機１００Ｃの冷媒回路ＱＣを含む構成図である。
図６に示すように、空気調和機１００Ｃは、第１実施形態で説明した構成に加えて、配管ｋ８と、減圧流量制御弁１７と、第２圧力センサ１８と、第２温度センサ１９と、を備えている。

【0074】

配管ｋ８は、凝縮器（室外熱交換器２又は室内熱交換器６）で凝縮した冷媒の一部を分流させる配管である。配管ｋ８の上流端は、室外熱交換器２と室内熱交換器６とを接続する配管ｋ７において、室外膨張弁４と室内膨張弁５との間に接続されている。一方、配管ｋ８の下流端は、四方弁８を介して低段側圧縮部ＬＰに冷媒を導く吸入管ｋ１に接続されている。

【0075】

なお、凝縮器で凝縮した冷媒の一部を分流させ、分流させた冷媒を低段側圧縮部ＬＰの吸入側に導く「第２流路」は、配管ｋ８と、吸入管ｋ１（配管ｋ８との接続箇所よりも下流側）と、を含んで構成される。そして、次に説明する減圧流量制御弁１７で減圧された低圧の冷媒が、蒸発器（室内熱交換器６又は室外熱交換器２）で蒸発した冷媒とともに、低段側圧縮部ＬＰに吸入されるようになっている。

【0076】

減圧流量制御弁１７は、配管ｋ８（第２流路）を通流する冷媒を減圧する弁であり、配管ｋ８に設けられている。
第２圧力センサ１８は、低段側圧縮部ＬＰに吸入される冷媒の圧力を検出するセンサである。また、第２温度センサ１９は、低段側圧縮部ＬＰに吸入される冷媒の温度を検出するセンサである。図６に示す例では、吸入管ｋ１の所定箇所に第２圧力センサ１８及び第２温度センサ１９が設けられている。

【0077】

そして、制御部９は、第２温度センサ１９の検出値が、第２圧力センサ１８の検出値に対応する冷媒ガス飽和温度よりも高くなるように、減圧流量制御弁１７の開度を調整する。これによって、圧縮機２０における液圧縮を防止できる。

【0078】

＜効果＞
第４実施形態によれば、凝縮器で凝縮した比較的低温の冷媒が、蒸発器で蒸発した冷媒とともに、低段側圧縮部ＬＰに導かれる。これによって、低段側圧縮部ＬＰで圧縮された冷媒の温度上昇が抑制されるため、高段側圧縮部ＨＰから吐出される冷媒の温度上昇も抑制される。したがって、冷媒に含まれているトリフルオロヨードメタンの分解を抑制できる。さらに、減圧流量制御弁１７の開度が適宜に調整されることで、冷媒の液圧縮を防止できる。

【0079】

≪変形例≫
以上、本発明に係る空気調和機１００等について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、各実施形態では、圧縮機２０がロータリ式の二段圧縮機である構成について説明したが、これに限らない。すなわち、圧縮機２０が、レシプロ圧縮機やスクロール圧縮機等であっても、各実施形態を適用できる。

【0080】

また、各実施形態では、一つの密閉容器２１（図２参照）の中に低段側圧縮部ＬＰ及び高段側圧縮部ＨＰが設けられる構成について説明したが、これに限らない。例えば、単段の圧縮機（図示せず）を２つ設け、低段側の圧縮機（低段側圧縮部）から吐出された冷媒が、配管（図示せず）を介して高段側の圧縮機（高段側圧縮部）の吸入側に導かれるようにしてもよい。

【0081】

また、第３実施形態（図５参照）では、空気調和機１００Ｂが第１圧力センサ１５及び第１温度センサ１６を備える構成について説明したが、これらを省略してもよい。このような構成において、減圧流量制御弁１４の開度は、空気調和機１００Ｂの運転状態に基づいて、適宜に調整される。また、第４実施形態（図６参照）についても同様のことがいえる。すなわち、第２圧力センサ１８及び第２温度センサ１９が省略された構成で、空気調和機１００Ｃの運転状態に応じて、減圧流量制御弁１７の開度が適宜に調整されるようにしてもよい。

【0082】

また、各実施形態では、室外機Ｕｏ及び室内機Ｕｉが１台ずつ設けられた空気調和機１００等について説明したが、これに限らない。例えば、一系統の空気調和機において、複数台の室内機が設けられるマルチ型の空気調和機にも各実施形態を適用できる。また、空気調和機の他、冷凍機や冷蔵庫といった「冷凍サイクル装置」にも、各実施形態を適用できる。

【0083】

また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

【符号の説明】

【0084】

１ 放熱器
２ 室外熱交換器（凝縮器／蒸発器）
３ 室外ファン
４ 室外膨張弁（膨張弁）
５ 室内膨張弁（膨張弁）
６ 室内熱交換器（蒸発器／凝縮器）
７ 室内ファン
８ 四方弁
９ 制御部
１１ オイルセパレータ
１２ オイルクーラ
１３ 返油量制御弁
１４ 減圧流量制御弁（第１流量制御弁）
１５ 第１圧力センサ
１６ 第１温度センサ
１７ 減圧流量制御弁（第２流量制御弁）
１８ 第２圧力センサ
１９ 第２温度センサ
２０ 圧縮機
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 空気調和機
ＨＰ 高段側圧縮部
ＬＰ 低段側圧縮部
Ｑ，ＱＡ，ＱＢ，ＱＣ， 冷媒回路
ｋ１ 吸入管
ｋ２，ｋ３ 接続管
ｋ４ 吐出管
ｋ５ 返油管
ｋ６ 配管（第１流路）
ｋ７ 配管
ｋ８ 配管（第２流路）
ｍ 返油口
Ｍ 冷凍機油

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】