压缩机及制冷循环装置的制作方法

本发明涉及一种压缩机及制冷循环装置。

背景技术：

近年来，基于防止全球变暖的观点，正在寻求削减温室气体。关于空调等制冷循环装置所用的制冷剂，也在探讨进一步降低全球变暖系数(GWP)的制冷剂。现在，广泛应用于空调上的R410A的GWP为2088，是非常大的数值。近年开始导入的二氟甲烷(R32)的GWP为675，也是相当大的数值。

低GWP制冷剂有二氧化碳(R744：GWP＝1)、氨气(R717：GWP＝0)、丙烷(R290：GWP＝6)、2、3、3、3-四氟丙烯(R1234yf：GWP＝4)、1、3、3、3-四氟丙烯(R1234ze：GWP＝6)等。

这些低GWP制冷剂，由于存在以下问题，难以适用于普通的空调。

R744：由于运作压力非常高，存在如何确保耐压的问题。另外，由于临界温度为很低的31℃，还存在如何确保空调用途的性能的问题。

R717：由于具有强毒性，存在确保安全的问题。

R290：由于具有易燃性，存在确保安全的问题。

R1234yf/R1234ze：因为运作压力低而体积流量变大，存在由于压力损失增大而引起的性能低下的问题。

能够解决所述问题的制冷剂有1，1，2-三氟乙烯(HFO-1123)(例如参照专利文献1)。特别是该制冷剂具有以下优点。

由于运作压力高而制冷剂的体积流量小，因此压力损失小，从而容易确保性能。

GWP不到1，在全球变暖对策中有高优越性。

在先技术文献

专利文献1：国际公开第2012/157764号

非专利文献1：Andrew E.Feiring,Jon D.Hulburt，"Trifluoroethylene deflagration"，Chemical&Engineering News(22Dec 1997)Vol.75,No.51,pp.6

技术实现要素：

发明所要解决的课题

HFO-1123存在以下的问题。

(1)在高温、高压的状态下，当对其施加点火能量时，会发生爆炸(例如参照非专利文献1)。

(2)在大气中的寿命非常短，不到2日。有制冷循环类的化学稳定性低下的担忧。

要使HFO-1123适用于制冷循环装置，必须解决以上的问题。

关于问题(1)，已明确歧化反应的连锁会造成爆炸发生。发生该现象的条件有以下2点。

(1a)制冷循环装置(特别是压缩机)的内部产生点火能量(高温部)，引起歧化反应。

(1b)在高温、高压的状态下，歧化反应会发生连锁而扩散。

关于问题(2)，必须要确保制冷循环类的化学稳定性。

本发明的目的在于防止例如在压缩机中由于HFO-1123的歧化反应而引起的爆炸。本发明的目的特别是在于回避条件(1a)的成立。

用于解决课题的方案

本发明所涉及的压缩机的一种形态，具有以下结构：

容器，所述容器安装有用于吸入含有1，1，2-三氟乙烯的制冷剂的吸入管以及用于排出所述制冷剂的排出管，并且内部为排出压力环境；

压缩元件，所述压缩元件收纳于所述容器中，压缩由所述吸入管吸入的所述制冷剂；

集中绕组式电动元件，所述集中绕组式电动元件收纳于所述容器中，并且驱动所述压缩元件。

发明的效果

在本发明中，将含有1，1，2-三氟乙烯的制冷剂用于压缩机。电动元件采用集中绕组式电动元件，与压缩元件一同收纳于容器中。与分布卷绕式电动元件不同，在集中绕组式电动元件中，缠绕在定子的1个齿上的线圈之间的电位差小。所以，卷绕在1个齿上的线圈即使发生短路，也没有起火的危险。因此，能够防止压缩机中由HFO-1123的歧化反应而引发的爆炸。

附图说明

图1是实施方式1中的制冷循环装置(制冷时)的回路图

图2是实施方式1中的制冷循环装置(制热时)的回路图

图3是实施方式1中的压缩机的纵向剖视图

图4是实施方式1中的压缩机所配备的电动元件的定子线圈的接线图

图5是表示实施方式1中的压缩机所配备的电动元件的导线及跨接线的图

图6是表示实施方式1中的压缩机所配备的电动元件的导线的插入端子及群集终端的图

图7是表示实施方式1中的压缩机所配备的电动元件的导线及跨接线构造的图

图8是表示实施方式2中的压缩机所配备的电动元件的导线的插入端子的图

图9是表示实施方式3中的压缩机所配备的主轴承的部分构造的图

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

图1及图2是本实施方式中的制冷循环装置10的回路图。图1表示制冷时的制冷剂回路11a。图2表示制热时的制冷剂回路11b。

在本实施方式中，制冷循环装置10是空调。另外，即使制冷循环装置10是空调以外的设备(如热泵循环装置)，也能够使用本实施方式。

在图1及图2中，制冷循环装置10具有制冷剂进行循环的制冷剂回路11a、11b。

在制冷剂回路11a、11b中，连接压缩机12、四通阀13、室外热交换器14、膨胀阀15、室内热交换器16。压缩机12压缩制冷剂。四通阀13在制冷时和制热时切换制冷剂的流动方向。室外热交换器14作为第1热交换器的一个例子。制冷时，室外热交换器14作为冷凝器运作，使由压缩机12压缩的制冷剂放热。制热时，室外热交换器14作为蒸发器运作，在室外空气和在膨胀阀15膨胀了的制冷剂之间进行热交换来加热制冷剂。膨胀阀15作为膨胀结构的一个例子。膨胀阀15使在冷凝器放热后的制冷剂膨胀。室内热交换器16作为第2热交换器的一个例子。制热时，室内热交换器16作为冷凝器运作，使由压缩机12压缩的制冷剂放热。制冷时，室内热交换器16作为蒸发器运作，在室内空气和在膨胀阀15膨胀了的制冷剂之间进行热交换来加热制冷剂。

制冷循环装置10还具有控制装置17。

例如，控制装置17是微型计算机。图中虽然只示出了控制装置17和压缩机12的连接，但控制装置17不仅连接于压缩机12，还连接于与制冷剂回路11a、11b连接的各元件。控制装置17监测各元件的状态并进行控制。

在本实施方式中，作为在制冷剂回路11a、11b中循环的制冷剂，使用含有1，1，2-三氟乙烯(HFO-1123)的制冷剂。该制冷剂既可以是HFO-1123单体，也可以是HFO-1123的含量为1％以上的混合物。即，只要使用于制冷循环装置10的制冷剂中HFO-1123含量为1～100％，就适用本实施方式，并能得到后述的效果。

作为适合的制冷剂，可以使用HFO-1123和二氟甲烷(R32)的混合物。例如，可以使用含有40wt％HFO-1123、60wt％R32的混合物。该混合物中的HFO-1123和R32中的任何一种或两种可以替换成其他物质。HFO-1123可以换成HFO-1123和其他的乙烯类氟代烃的混合物。作为其他的乙烯类氟代烃可以使用氟乙烯(HFO-1141)，1,1-二氟乙烯(HFO-1132a)，反式-1,2-二氟乙烯(HFO-1132(E))，顺式-1,2-二氟乙烯(HFO-1132(Z))。R32可以换成2、3、3、3-四氟丙烯(R1234yf)，反式-1、3、3、3-四氟丙烯(R1234ze(E))，顺式-1、3、3、3-四氟丙烯(R1234ze(Z))，1、1，1，2-四氟乙烷(R134a)，1、1，1，2、2-五氟乙烷(R125)等其中任意一种物质。或者，R32可以换成R32、R1234yf、R1234ze(E)、R1234ze(Z)、R134a、R125中的任意2种以上物质构成的混合物。

无论使用哪种制冷剂，都必须考虑所述的问题(1)。特别是必须避免所述条件(1a)的成立。即，必须排除制冷循环装置10(特别是压缩机12)的内部产生点火能量(高温部)而引起歧化反应的原因。

图3是压缩机12的纵向剖视图。另外，此图中省略了表示截面的剖面线。

在本实施方式中，压缩机12是单气筒的旋转型压缩机。另外，压缩机12即使是多气筒的旋转型压缩机或者涡旋压缩机，只要容器的内部为排出压力环境(即与制冷剂的排出压力程度相同的高压状态)，就能适用本实施方式。

在图3中，压缩机12具有密闭容器20、压缩元件30、电动元件40和轴50。

密闭容器20作为容器的一个例子。密闭容器20安装有用于吸入制冷剂的吸入管21和用于排出制冷剂的排出管22。

压缩元件30收纳于密闭容器20中。具体而言，压缩元件30设置于密闭容器20的内侧下部。压缩元件30对吸入管21吸入的制冷剂进行压缩。

电动元件40也收纳于密闭容器20中。具体而言，电动元件40在密闭容器20中设置于由压缩元件30压缩的制冷剂从排出管22排出之前通过的位置。即，电动元件40在密闭容器20的内侧设置于压缩元件30的上方。电动元件40驱动压缩元件30。电动元件40是集中绕组式电动机。

在密闭容器20的底部积存有润滑压缩元件30的滑动部的冷冻机油。作为冷冻机油，可以使用例如POE(多元醇酯)、PVE(聚乙烯醚)、AB(烷基苯)。

以下对压缩元件30进行详细说明。

压缩元件30具有气缸31、旋转活塞32、叶片(未图示)、主轴承33和副轴承34。

气缸31的外周俯视大致呈圆形。气缸31的内部形成有俯视大致呈圆形的空间的气缸室。气缸31在轴方向两端开口。

气缸31设置有连通气缸室并沿半径方向延伸的叶片槽(未图示)。在叶片槽的外侧形成有与叶片槽连通的背压室，所述背压室为俯视大致呈圆形的空间。

气缸31上设有吸入口(未图示)，所述吸入口从制冷剂回路11a、11b吸入气体制冷剂。吸入口从气缸31的外周面贯通至气缸室。

气缸31上设有排出口(未图示)，所述排出口从气缸室排出被压缩的制冷剂。排出口在气缸31的上端面形成切口。

旋转活塞32呈环状。旋转活塞32在气缸室内做偏心运动。旋转活塞32自由滑动地嵌合于轴50的偏心轴部51。

叶片的形状为平坦的大致长方体。叶片设置于气缸31的叶片槽内。叶片通过设置于背压室的叶片弹簧不断地被推压到旋转活塞32上。由于密闭容器20内为高压，压缩机12开始运转时，叶片的背面(即背压室侧的面)上有由密闭容器20内的压力和气缸室内的压力之差而引起的力在作用。因此，叶片弹簧的目的主要是用于在压缩机12启动时(密闭容器20内和气缸室内无压力差时)将叶片推压到旋转活塞32上。

主轴承33从侧面看大致呈倒T字形。主轴承33自由滑动地嵌合于主轴部52，所述主轴部52为相比于轴50的偏心轴部51靠上方的部分。主轴承33堵塞气缸31的气缸室及叶片槽的上侧。

副轴承34从侧面看大致呈T字形。副轴承34自由滑动地嵌合于副轴部53，所述副轴部53为相比于轴50的偏心轴部51靠下方的部分。副轴承34堵塞气缸31的气缸室及叶片槽的下侧。

主轴承33具有排出阀(未图示)。主轴承33的外侧安装有排出消音器35。由排出阀排出的高温高压的气体制冷剂暂时进入排出消音器35，之后从排出消音器35放出到密闭容器20内的空间。另外，排出阀及排出消音器35设置于副轴承34，或者也可以设置于主轴承33及副轴承34二者上。

气缸31、主轴承33、副轴承34的材质为灰口铸铁、烧结钢、碳素钢等。旋转活塞32的材质为如含有铬合金的合金钢。叶片的材质，例如可选用高速工具钢。

密闭容器20的横向设置有吸入消音器23。吸入消音器23从制冷剂回路11a、11b吸入低压的气体制冷剂。吸入消音器23在液体制冷剂返回时抑制液体制冷剂直接进入气缸31的气缸室。吸入消音器23通过吸入管21连接于气缸31的吸入口。吸入消音器23的主体通过焊接等方法固定于密闭容器20的侧面。

以下，对电动元件40进行详细说明。

本实施方式中，电动元件40采用无刷DC(Direct Current)电动机。另外，除无刷DC之外的电动机(例如诱导电动机)等作为电动元件40时，也能适用于本实施方式。

电动元件40具有定子41和转子42。

定子41接触并固定于密闭容器20的内周面。转子42隔着0.3～1mm左右的间隙设置在定子41的内侧。

定子41具有定子铁芯43和定子线圈44。定子铁芯43通过如下方式制作，即，将厚度为0.1～1.5mm的多个电磁钢板冲切成规定的形状，沿轴向层叠，并通过铆接或焊接等方法固定。定子线圈44通过绝缘部件48集中卷绕地缠绕于定子铁芯43。绝缘部件48的材质，可选用如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)、PFA(全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)、LCP(液晶聚合物)、PPS(聚苯硫醚)、酚树脂等。定子线圈44上连接有导线45。

定子铁芯43的外周在圆周方向上大致等间隔地形成有多个切口。各个切口都是一个从排出消音器35向密闭容器20内的空间排出的气体制冷剂的通路。各个切口也都是冷冻机油从电动元件40上回到密闭容器20的底部的通路。

转子42具有转子铁芯46和永久磁铁(未图示)。制作转子铁芯46的过程与定子铁芯43相同，将厚度为0.1～1.5mm的多个电磁钢板冲切成规定的形状，沿轴向层叠，并通过铆接或焊接等方法固定。永久磁铁插入形成于转子铁芯46上的多个插入孔。作为永久磁铁，可使用如铁素体磁铁、稀土类磁铁等。

转子铁芯46上形成有在大致轴向上贯通的多个贯通孔。与定子铁芯43的切口相同，各个贯通孔都是一条从排出消音器35向密闭容器20内的空间放出的气体制冷剂的通路。

密闭容器20的顶部安装有与外部电源连接的电源端子24(例如玻璃端子)。电源端子24可通过如焊接等方法固定于密闭容器20。电源端子24连接有来自电动元件40的导线45。

在密闭容器20的顶部安装有排出管22，所述排出管22的轴向两端开口。从压缩元件30排出的气体制冷剂，从密闭容器20内的空间通过排出管22排出到外部的制冷剂回路11a、11b。

以下对压缩机12的运作进行说明。

从电源端子24通过导线45为电动元件40的定子41供给电力。由此，电动元件40的转子42旋转。通过转子42的旋转，固定于转子42的轴50旋转。随着轴50的旋转，压缩元件30的旋转活塞32在压缩元件30的气缸31的气缸室内偏心旋转。压缩元件30的叶片将气缸31和旋转活塞32之间的空间分割成两部分。随着轴50的旋转，这2个空间的容积发生变化。在一边的空间中，容积逐渐扩大，从而从吸入消音器23吸入制冷剂。在另一边的空间中，容积逐渐缩小，从而其中的气体制冷剂被压缩。被压缩的气体制冷剂从排出消音器35向密闭容器20内的空间一次排出。被排出的气体制冷剂，通过电动元件40，从位于密闭容器20的顶部的排出管22向密闭容器20外排出。

本实施方式为了抑制制冷剂的歧化反应，必须从制冷循环装置10(特别是压缩机12)的内部排除点火能量(高温部)。歧化反应开始的温度大概在1000℃以上。通常制冷循环装置10的内部不会产生这种程度的高温。然而，异常时(故障时)压缩机12的内部可能会产生相当高的高温。特别是在露出到高压且容积大的密闭容器20的内侧的部分处，必须防止引起歧化反应。

在压缩机12中，作为有可能在异常时产生高温的现象，要考虑的原因有由于电子零件(电动元件40的零件或者电连接于电动元件40的零件)的异相之间的短路而引起的发热、由于电气配线的接触不良而产生的火花等。

图4是电动元件40的定子线圈44的接线图。

在图4中，定子铁芯43上形成有多个齿61。这些齿61上卷绕着3相的定子线圈44。1个齿61上卷绕着单相的定子线圈44。相邻的齿61上卷绕着异相的定子线圈44。

相邻的齿61之间形成有缝隙62。在一个缝隙62中，异相的定子线圈44之间空出有间隙63。因此，异相的定子线圈44不会相互接触。

定子线圈44卷绕时可能会损伤到定子线圈44的覆膜。而且，压缩机12运转时定子线圈44之间摩擦，有时会破坏定子线圈44的覆膜。像这样的覆膜损伤和残破，可能会造成相近位置的定子线圈44互相导通。在分布卷绕式电动机的情况下，电位相差较大的异相的定子线圈卷绕于1个齿上。另外，在1个缝隙处，异相的定子线圈相互接近。因此，相近位置的定子线圈44导通的话，产生火花，出现高温部的可能性很高。对此，本实施方式采用了集中绕组式电动机作为电动元件40。如上所述，仅电位大致相同的同相定子线圈44卷绕于1个齿61上。因此，相近位置的定子线圈44即使导通，也不会产生火花。而且，在1个缝隙62中，异相的定子线圈44位于隔着间隙63而分离的位置。因此，异相的定子线圈44不会导通。因此，本实施方式出现高温部的可能性很低。

压缩机12工作时，通过电动元件40的气体制冷剂不仅穿过了形成于转子铁芯46上的多个贯通孔、形成于定子铁芯43上的多个切口，还穿过了含有定子铁芯43的缝隙62的间隙。穿过缝隙62的制冷剂，通过定子线圈44的附近。位于制冷剂通过的位置的定子线圈44导通，该处产生高温，可能会引起制冷剂的歧化反应。然而如前所述，本实施方式中，即使缝隙62内接近的定子线圈44导通，也难以出现高温部。因此，能够抑制穿过缝隙62的制冷剂的歧化反应。

图5是表示电动元件40的导线45及跨接线47的图。图6是表示导线45的插入端子71及群集终端72的图。

在图5中，电动元件40的定子线圈44上连接着3根导线45。各导线45用于连接单相的定子线圈44和安装于密闭容器20的电源端子24。

如图6所示，各导线45的一端成为插入电源端子24而连接的插入端子71。插入端子71作为连接端子的一个例子。插入端子71上设有群集终端72。群集终端72作为树脂制罩的一个例子。3根导线45的全部插入端子71插入群集终端72中。由于插入端子71的周围覆盖着树脂，即使插入端子71拔出时由于接触不良而产生火花，点火能量也不会释放到密闭容器20内的空间。因此，制冷剂不会发生歧化反应。另外，还可以进一步将电源端子用与群集终端72相同的树脂覆盖。通过用树脂保护电源端子24，从而能够更可靠地防止产生歧化反应。

各导线45的另一端成为铆接端子73，所述铆接端子73与定子线圈44一同压焊固定于绝缘部件48(树脂外壳)，所述绝缘部件48设置于定子41的端面上。所谓压焊，是一种用金属器材将带有覆膜的电线彼此接合的方法。在本实施方式中，定子线圈44及导线45为带有覆膜的电线。压焊用的金属器材破坏这些电线的覆膜，接触内侧的芯线。由此，定子线圈44和导线45电连接。通过使用这样的压焊式铆接端子73，定子线圈44及导线45的与金属器材接触的部分以外的部分为由覆膜保护的状态。因此，密闭容器20内的电动元件40的通电部(即电流流过的部分)的露出能够限制到最小限度。因此，可以防止金属粉等异物侵入密闭容器20内的情况下短路等导致大电流流过而发热。其结果是，能够抑制制冷剂的歧化反应。

3相的定子线圈44由跨接线47互相连接。

图7是表示导线45及跨接线47的构造的图。

在图7中，导线45及跨接线47是有覆膜的电线。

制造压缩机12时，导线45接触密闭容器20，焊接产生的热有时会熔掉导线45的覆膜。另外，压缩机12在运转时，压缩机12内的异常发热有时会熔掉导线45或跨接线47的覆膜。导线45或跨接线47在接触转子42时也会有被剥掉覆膜的情况。由于像这样的压缩机12的异常，导线45或跨接线47的芯线74露出的话，可能会产生由电力短路而引起的发热。因此，优选在导线45及跨接线47上采用在电线表面附着第1覆膜75和与第1覆膜75一起覆盖电线的管状的第2覆膜76这种双重构造。通过双重构造，即使第2覆膜76损伤，第1覆膜75也能够防止短路。其结果是能够抑制制冷剂的歧化反应。

芯线74的材质采用与定子线圈44同样的材质，如铜。第1覆膜75的材质可采用如AI(酰胺酰亚胺)/EI(酯酰亚胺)等。第2覆膜76的材质与第1覆膜75不同，优选采用FEP，但也可以是PPS、PET等材质。

芯线74是单心线。在多根细线成束的捻线中，如果只固定一部分的细线或者一部分的细线断线，通电的细线的根数会减少，从而有产热的可能性。因此，导线45采用柔软的单心线，由此降低断线的可能性，能够防止发热。其结果是，能够抑制制冷剂的歧化反应。

在本实施方式中，定子线圈44可以用铜线，也可采用其他材质的电线。制冷剂在1000℃以上容易发生歧化反应。因此，定子线圈44选用熔点在1000℃以下的材料，从而能够进一步抑制歧化反应。例如，相对于熔点在1085℃的铜，铝的熔点在660℃左右。因此，定子线圈44可以考虑选用铝线。导线45及跨接线47的芯线74也可选用1000℃以下的材料。例如，芯线74也可以考虑选用铝线。

如以上说明所述，根据本实施方式，能够排除在制冷循环装置10(特别是压缩机12)的内部发生点火能量(高温部)的主要原因。因此，可以防止由含有HFO-1123的制冷剂发生歧化反应而引起的爆炸。

实施方式2

关于本实施方式，主要对与实施方式1的差异进行说明。

在本实施方式中，制冷循环装置10的结构与如图1及图2所示的实施方式1相同。压缩机12的结构也和如图3所示的实施方式1相同。

图8是表示压缩机12所具有的电动元件40的导线45的插入端子77的图。

在实施方式1中，如图5所示，导线45通过铆接端子73连接于定子线圈44。另一方面，在本实施方式中，如图8所示，导线45通过插入端子77连接于定子线圈44。插入端子77上覆盖有套筒78。套筒78的材质为树脂，优选FEP，但也可以是PPS、PET等。由于套筒78保护插入端子77，即使插入端子77拔出而接触不良导致发生火花，点火能量也不会放出到密闭容器20内的空间。因此，不会引起制冷剂的歧化反应。

实施方式3

关于本实施方式，主要对与实施方式1的差异进行说明。

在本实施方式中，制冷循环装置10的结构与如图1及图2所示中的实施方式1相同。压缩机12的结构也与如图3所示的实施方式1相同。

图9是表示压缩机12所具有的主轴承33的一部分的构造的图。

在图9中，主轴承33的上侧(即与电动元件40相对的一侧)上形成有开口部81，所述开口部81贯通了轴50的主轴部52。主轴承33的开口部81的周围采用铝类金属82。铝类金属82作为熔点在1000℃以下的材料的一个例子。

主轴承33的主要材料为铁。当铁的滑动部由于烧粘而使铁发生熔融时，温度上升到1500℃左右。该高温成为制冷剂发生歧化反应的主要原因。因此，至少在主轴承33的在密闭容器20处开口的部分采用低熔点的铝类金属82，由此，即使轴50发生烧粘也能够避免歧化反应。

另外，不仅仅是主轴承33的滑动部，副轴承34的滑动部也可以采用熔点为1000℃以下的材料。

以上是对本发明实施方式的说明，可以将这些实施方式中的任意几个进行组合来实施。或者，也可部分实施这些实施方式中的任意1个或多个。例如，也可以省略各附图中任意1个或多个附有符号的元件，置换成别的元件。而且，本发明并不限定于这些实施方式，根据需要可以有各种改变。

符号说明：

10制冷循环装置、11a、11b制冷剂回路、12压缩机、13四通阀、14室外热交换器、15膨胀阀、16室内热交换器、17控制装置、20密闭容器、21吸入管、22排出管、23吸入消音器、24电源端子、30压缩元件、31气缸、32旋转活塞、33主轴承、34副轴承、35排出消音器、40电动元件、41定子、42转子、43定子铁芯、44定子线圈、45导线、46转子铁芯、47跨接线、48绝缘部件、50轴、51偏心轴部、52主轴部、53副轴部、61齿、62缝隙、63间隙、71插入端子、72群集终端、73铆接端子、74芯线、75第1覆膜、76第2覆膜、77插入端子、78套筒、81开口部、82铝类金属。