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公開番号2020188640
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201119
出願番号2019093453
出願日20190517
発明の名称冷凍サイクル装置
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人
主分類H02K 3/44 20060101AFI20201023BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】HFO1123を含む作動媒体を用いた冷凍サイクル装置の信頼性を高める。
【解決手段】1,1,2-トリフルオロエチレンを含む作動媒体を封入した冷凍サイクル装置において、圧縮機は電動機部162と圧縮機構部163と潤滑油とを密閉容器161内に含み、前記電動機部は固定子167と固定子巻線170とを有し、前記固定子巻線のコイルエンド170aを樹脂材で被覆した構成としている。これにより、コイルエンド170aへの作用媒体の浸入を防ぐことができ、電動機部162が異常に発熱して固定子巻線170のコイルエンド170aでレイヤーショートが生じても、コイルエンド170aに作用媒体が介在しないため不均化反応の発生を防止することができる。よって、1,1,2-トリフルオロエチレンを含む作動媒体を封入した冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とを接続して構成した冷凍サイクル回路に1,1,2−トリフルオロエチレンを含む作動媒体を封入した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機は電動機部と圧縮機構部と潤滑油とを密閉容器内に含み、前記電動機部は固定子と固定子巻線とを有し、前記固定子巻線のコイルエンドを樹脂材で被覆したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
続きを表示(約 310 文字)【請求項2】
前記樹脂材は、熱収縮フィルムであり、前記コイルエンドを被覆する構成としたことを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。
【請求項3】
前記樹脂材は、ディッピング樹脂であり、前記コイルエンドに樹脂をディッピング加工したことを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。
【請求項4】
前記樹脂材は、樹脂を主成分とするワニスであり、前記コイルエンドにワニスを含浸したことを特徴とする請求項1または3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項5】
前記樹脂材は、耐熱性の絶縁樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項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、HFO1123を含む作動媒体を用いる冷凍サイクル装置に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
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膨張手段、蒸発器、等を配管接続して冷凍サイクルを構成し、その内部に冷凍サイクル用作動媒体(冷媒または熱媒体)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。
【0003】
これらの冷凍サイクル装置における冷凍サイクル用作動媒体(以下、単に作動媒体と称す)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。
【0004】
上記のような冷凍サイクル装置用作動媒体としては、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。
【0005】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
国際公開第2012/157764号
国際公開第2012/157765号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記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、不均化反応により別の化合物に変化する恐れがある。
【0008】
不均化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、この不均化反応を抑制する必要がある。
【0009】
このような不均化反応は、過度に高温高圧となった雰囲気下、特に圧縮機内にて高温高圧となり、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。
【0010】
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。
【0011】
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られると、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絶縁が溶融破壊されて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不均化反応を誘起することになる。
【0012】
そして、一旦、不均化反応が発生すると、連鎖反応により瞬間的に且つ部分的(圧縮機内部)に高い圧力上昇が生じ、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。よって、不均化反応を抑制することが重要である。
【0013】
本発明は、このような点に鑑みてなしたもので、HFO1123を含む作動媒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を目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、上記目的を達成するため、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とを接続して構成した冷凍サイクル回路に1,1,2−トリフルオロエチレンを含む作動媒体を封入した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機は電動機部と圧縮機構部と潤滑油とを密閉容器内に含み、前記電動機部は固定子と固定子巻線とを有し、前記固定子巻線のコイルエンドは樹脂材で被覆した構成としている。
【0015】
上記構成により、コイルエンドへの作用媒体の浸入を防ぐことができ、電動機部が異常に発熱して固定子巻線のコイルエンドでレイヤーショートが生じても、レイヤーショートが発生した部位に作用媒体が存在することがないため、レイヤーショートによる高エネルギー源が作用媒体と接触せず、不均化反応の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、上記構成により、HFO1123を含む作動媒体を用いた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。
【図面の簡単な説明】
【0017】
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に用いた圧縮機の縦断面図
同実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定子の斜視図
同実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の固定子の要部断面の拡大斜視図
本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の圧縮機における固定子の要部拡大断面図
本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の圧縮機における固定子の要部拡大斜視図
【発明を実施するための形態】
【0018】
第1の発明は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とを接続して構成した冷凍サイクル回路に1,1,2−トリフルオロエチレンを含む作動媒体を封入した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機は電動機部と圧縮機構部と潤滑油とを密閉容器内に含み、前記電動機部は固定子と固定子巻線とを有し、前記固定子巻線のコイルエンドは樹脂材で被覆した構成としている。
【0019】
これにより、コイルエンドへの作用媒体の浸入を防ぐことができ、電動機部が異常に発熱して固定子巻線のコイルエンドでレイヤーショートが生じても、レイヤーショートが発生した部位に作用媒体が存在することがないため、レイヤーショートによる高エネルギー源が作用媒体と接触せず、不均化反応の発生を防止することができる。
【0020】
第2の発明は、第1の発明において、前記樹脂材は、熱収縮フィルムであり、前記コイルエンドを被覆する構成としている。
【0021】
これにより、コイルエンドへの作用媒体の浸入を防ぐことができ、電動機部が異常に発熱して固定子巻線のコイルエンドでレイヤーショートが生じても、レイヤーショートが発生した部位に作用媒体が存在することがないため、レイヤーショートによる高エネルギー源が作用媒体と接触せず、不均化反応の発生を防止することができる。
【0022】
また、熱収縮フィルムでコイルエンドを被覆した構成であり、廉価な部材で不均化反応の発生を防止する効果を得ることができる。
【0023】
第3の発明は、第1の発明において、前記樹脂材は、ディッピング樹脂であり、コイルエンドに樹脂をディッピング加工している。
【0024】
コイルエンドへの作用媒体の浸入を防ぐことができ、電動機部が異常に発熱して固定子巻線のコイルエンドでレイヤーショートが生じても、レイヤーショートが発生した部位に作用媒体が存在することがないため、レイヤーショートによる高エネルギー源が作用媒体と接触せず、不均化反応の発生を防止することができる。
【0025】
また、ディッピング樹脂は、コイルエンドをディッピング加工した樹脂の被覆であり、その被覆を介して排熱作用を働かせて圧縮機の性能を確保しつつ、不均化反応の発生を防止できる。すなわち、圧縮機性能の確保と不均化反応の発生防止の両立を図り、信頼性を大きく向上させることができる。
【0026】
第4の発明は、第1または3の発明において、前記樹脂材は、樹脂を主成分とするワニスであり、前記コイルエンドに前記ワニスを含浸している。
【0027】
コイルエンドへの作用媒体の浸入を防ぐことができ、電動機部が異常に発熱して固定子巻線のコイルエンドでレイヤーショートが生じても、レイヤーショートが発生した部位に作用媒体が存在することがないため、レイヤーショートによる高エネルギー源が作用媒体と接触せず、不均化反応の発生を防止することができる。
【0028】
また、ワニスの含浸によりコイルエンドを被覆した構成であり、簡易な工法で不均化反応の発生をより確実に防止することができる。
【0029】
第5の発明は、第1〜4の発明において、前記樹脂材は、絶縁樹脂であることを特徴とした構成である。
【0030】
これにより、絶縁部材で被覆されている固定子巻線の絶縁性能を高め、レイヤーショートの発生そのものを抑制する効果が高まり、不均化反応の発生を防止して、信頼性を大きく向上させることができる。
【0031】
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。
【0032】
(実施の形態1)
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概略構成図、図2は同冷凍サイクル装置に用いた圧縮機の縦断面図である。
【0033】
本実施の形態の冷凍サイクル装置10は、本発明を空気調和機に適用した場合を示し、図1に示すように、室内機11、室外機12、並びにこれらを接続する配管13を備えており、室内機11は蒸発器或いは凝縮器として使用される熱交換器14を備え、室外機12は凝縮器或いは蒸発器として使用される熱交換器15、圧縮機16、減圧装置17、及び制御器18を備えている。
【0034】
室内機11の熱交換器14と室外機12の熱交換器15とは、配管13で環状に接続され、これにより冷凍サイクルが形成されている。
【0035】
具体的には、室内機11の熱交換器14、圧縮機16、室外機12の熱交換器15、減圧装置17の順で配管13により環状に接続されている。また、熱交換器14、圧縮機16、および熱交換器15を接続する配管13には、冷暖房切換用の四方弁19が設けられている。なお、室内機11は、図示しない送風ファン、温度センサ、操作部等を備えており、室外機12は、図示しない送風機、アキュームレータ等を備えている。さらに、配管13には、図示しない各種弁装置(四方弁19も含む)、ストレーナ等が設けられている。
【0036】
室内機11が備える熱交換器14は、送風ファンにより室内機11の内部に吸い込まれた室内空気と、熱交換器14の内部を流れる作動媒体との間で熱交換を行う。室内機11は、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に送風し、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に送風する。室外機12が備える熱交換器15は、送風機により室外機12の内部に吸い込まれた外気と熱交換器15の内部を流れる作動媒体との間で熱交換を行う。
【0037】
図2は上記冷凍サイクル回路に用いられる圧縮機16を示し、この圧縮機16は、本実施の形態では密閉型のロータリ式圧縮機によって構成されており、密閉容器161の内部に、電動機部162と圧縮機構部163が収納され、内部は高温高圧の作動媒体と潤滑油で満たされ、底部は潤滑油を溜める貯油部164となっている。
【0038】
電動機部(モータ)162は、所謂ブラシレス・モータであり、圧縮機構部163のクランクシャフト165に固定された回転子166と、回転子166の周囲に設けられた固定子167とを備えている。
【0039】
回転子166は、回転子鉄心に永久磁石を装着一体化して構成されている。また、固定子167は、固定子鉄心に絶縁紙を介して固定子巻線170を分散巻し構成されている。なお、固定子巻線170は集中巻きにして構成してもよい。
【0040】
上記固定子巻線170は絶縁部材によって被覆されており、その絶縁は、エナメル或いはエナメルと、例えば、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(PEN)、アラミドポリマー、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等々の二重被覆からなっている。
【0041】
また、固定子巻線170からはリード線171が引き出されており、リード線171の他端は給電ターミナル172に接続されている。給電ターミナル172は、3つの端子を備え、それぞれの端子は、インバータ式の制御器18(図1参照)に接続されている。
【0042】
制御器18は、外部電源20(図1参照)から電源供給を受けてスイッチング素子により、回転子166に回転磁界が発生するよう固定子巻線170に電流を流している。
【0043】
圧縮機構部163は、圧縮室173を形成するシリンダ174と、シリンダ174内の圧縮室173に配置したローリングピストン175を有している。ローリングピストン175は、前記クランクシャフト165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179から作動媒体を吸引して圧縮する。
【0044】
圧縮した作動媒体は、吐出マフラー176から密閉容器161内の容器内空間177に吐出され、吐出管178から圧縮機構部163の外へと吐出される。
【0045】
なお、この圧縮機構部163はシリンダ174を上下二段有するものとしているが、これはシリンダ174が一段だけのものであってもよいものである。
【0046】
また、この圧縮機16は、上記圧縮室173での液圧縮を防止するため、吸入管179にはアキュームレータ180が設けられている。アキュームレータ180は、作動媒体を気液分離し、冷媒ガスだけを吸入管179に導く。
【0047】
次に上記冷凍サイクル回路内に封入した作動媒体について説明する。
【0048】
本冷凍サイクル回路に封入した作動媒体は、冷媒成分として、少なくとも1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO1123)を含有している。1,1,2−トリフルオロエチレンは、次に示す式(1)の構造を有しており、エチレンの1位の炭素原子(C)に結合する2つの水素原子(H)がフッ素(F)に置換されているとともに、2位の炭素原子に結合する2つの水素原子のうち一方がフッ素に置換されている構造を有している。
【0049】
1,1,2−トリフルオロエチレンは、炭素−炭素二重結合を含む。大気中のオゾンは、光化学反応によってヒドロキシルラジカル(OHラジカル)を生成するが、このヒドロキシルラジカルにより二重結合が分解されやすい。そのため、1,1,2−トリフルオロエチレンは、オゾン層破壊および地球温度化への影響が少ないものとなっている。
【0050】
しかしながら、1,1,2−トリフルオロエチレンは、この良好な分解性により既述した如く高温高圧条件下でレイヤーショート等の高エネルギが付加されると急激な不均化反応を引き起こす。この不均化反応は、1,1,2−トリフルオロエチレンの分子が分解する自己分解反応が発生するとともに、この自己分解反応に続いて、分解により生じた炭素が重合して煤となる重合反応等が発生する。高温高圧状態においてレイヤーショート等により活性ラジカルが発生すると、この活性ラジカルと1,1,2−トリフルオロエチレンとが反応して前述した不均化反応が発生する。この不均化反応は発熱を伴うことから、この発熱により活性ラジカルが発生し、さらに、この活性ラジカルにより不均化反応が誘発される。このように、活性ラジカルの発生と不均化反応の発生とが連鎖することで、不均化反応が急激に進行する。
(【0051】以降は省略されています)

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