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WO2021024380A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置 Download PDF

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Publication number
WO2021024380A1
WO2021024380A1 PCT/JP2019/030907 JP2019030907W WO2021024380A1 WO 2021024380 A1 WO2021024380 A1 WO 2021024380A1 JP 2019030907 W JP2019030907 W JP 2019030907W WO 2021024380 A1 WO2021024380 A1 WO 2021024380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refrigerant
compressor
refrigerating machine
machine oil
refrigeration cycle
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/030907
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
修平 小山
卓美 森下
矢野　賢司
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2019/030907 priority Critical patent/WO2021024380A1/ja
Publication of WO2021024380A1 publication Critical patent/WO2021024380A1/ja

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M105/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound
    • C10M105/08—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound containing oxygen
    • C10M105/32—Esters
    • C10M105/38—Esters of polyhydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C10M107/20—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound containing oxygen
    • C10M107/22—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M107/24—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to an alcohol, aldehyde, ketonic, ether, ketal or acetal radical
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M137/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing phosphorus
    • C10M137/02—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing phosphorus having no phosphorus-to-carbon bond
    • C10M137/04—Phosphate esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M169/00—Lubricating compositions characterised by containing as components a mixture of at least two types of ingredient selected from base-materials, thickeners or additives, covered by the preceding groups, each of these compounds being essential
    • C10M169/04—Mixtures of base-materials and additives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle device including a refrigerant circuit, in which the refrigerant sealed in the refrigerant circuit is carbon dioxide or a mixed refrigerant containing carbon dioxide.
  • a refrigeration cycle device that circulates carbon dioxide as a refrigerant in a refrigerant circuit having a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator
  • the refrigerating machine oil used in the compressor is 5 ⁇ 300 cSt at viscosity 40 ° C., and a volume resistivity 10 8 ⁇ ⁇ cm or more and, when the carbon dioxide is saturated dissolved
  • a polyalkylene glycol refrigerating machine oil having a pour point of ⁇ 30 ° C. or lower was used.
  • the organic material used in the refrigeration cycle apparatus was a material that was not physically or chemically modified by high-temperature and high-pressure carbon dioxide.
  • the present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a refrigerating cycle apparatus capable of preventing damage to the compressor without solidifying the refrigerating machine oil contained in the refrigerant in a low temperature environment in the refrigerant circuit. Is.
  • the refrigerating cycle device includes a refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator are connected in a ring shape, and the refrigerant sealed in the refrigerant circuit is a mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide.
  • the refrigerating machine oil which is a refrigerant and is used in the compressor is saturated and melted with the refrigerant, and the main component of the refrigerating machine oil is at least one of polyol ester and polyvinyl ether, and the refrigerating machine oil.
  • the flow point in the atmosphere is -35 ° C or lower and -57 ° C or higher, and the extreme pressure agent contained in the refrigerating machine oil is at least one of tricresyl phosphate and trifinyl fluoride. is there.
  • the refrigerant sealed in the refrigerant circuit is carbon dioxide or a mixed refrigerant containing carbon dioxide.
  • the refrigerating machine oil used in the compressor is saturated and melted with the refrigerant.
  • the main component in the refrigerating machine oil is at least one of polyol ester and polyvinyl ether.
  • the pour point of refrigerating machine oil in the atmosphere is ⁇ 35 ° C. or lower and ⁇ 57 ° C. or higher.
  • the extreme pressure agent contained in the refrigerating machine oil is at least one of tricresyl phosphate and trifinyl phosphate. Therefore, the refrigerating machine oil contained in the refrigerant does not solidify in a low temperature environment in the refrigerant circuit, and damage to the compressor can be prevented.
  • FIG. 5 is a relationship diagram showing a correlation between the discharge temperature and time of the refrigerant discharged from the compressor according to the first embodiment in comparison with a comparative example in which the arrangement of the expansion valve and the solenoid valve is reversed.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the compression process according to the presence or absence of a subport which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the control of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the compressor which concerns on Embodiment 2 in the vertical section.
  • It is a relational figure which shows the correlation between the rotation speed of a compressor and volumetric efficiency according to the presence or absence of a check valve which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a relational figure which shows the correlation between the rotation speed of a compressor and the compressor efficiency depending on the presence or absence of a check valve which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a refrigerant circuit 60 in which a compressor 50, a condenser 51, an expansion device 52, and an evaporator 53 are connected in a ring shape.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a control device 70 that controls the refrigerant circuit 60.
  • the condenser 51 is a user-side heat exchanger is described.
  • a four-way valve or the like may be provided so that the condenser 51 is switched to the heat source side heat exchanger.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 50 is cooled by the condenser 51 to become a liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant cooled by the condenser 51 is expanded to a low pressure by the expansion device 52. After that, the refrigerant becomes a gas refrigerant again in the evaporator 53 and is sucked into the compressor 50.
  • the refrigerant circuit 60 is provided with an injection flow path 57 that returns a part of the refrigerant before flowing out of the condenser 51 and flowing into the expansion device 52 to the compressor 50.
  • the injection flow path 57 branches from between the condenser 51 and the expansion device 52, and is connected to the compressor 50.
  • the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 are arranged in this order from the side closest to the compressor 50.
  • the expansion valve 56 is a flow rate adjusting valve for the refrigerant flowing in the injection flow path 57.
  • the solenoid valve 55 is an on-off valve that opens and closes the injection flow path 57.
  • the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 are controlled by the control device 70.
  • the control device 70 can control the expansion valve 56 to adjust the flow rate of injection into the compressor 50.
  • Carbon dioxide (CO 2 ) is sealed as a refrigerant in the refrigerant circuit 60 of the refrigeration cycle device 100.
  • the refrigerant sealed in the refrigerant circuit 60 may be carbon dioxide or a mixed refrigerant containing carbon dioxide.
  • the cold resistance temperature of the compressor 50, the expansion device 52, the evaporator 53, and the accumulator 54, which have a low pressure in the component group of the refrigerant circuit 60, is set to ⁇ 50 ° C. or lower and ⁇ 57 ° C. or higher.
  • the cold resistance temperature of the refrigerant circuit 60 is -50 ° C or lower, for example, when the low pressure cut lower limit value is set to -50 ° C, the compressor 50 is delayed in stopping due to a detection delay, and the pressure or temperature rises to -50 ° C or lower. Even if it goes down, it will not break down and reliability can be ensured.
  • the cold resistance temperature of the refrigerant circuit 60 is ⁇ 57 ° C.
  • the component group of the refrigerant circuit 60 can be sufficiently used up to the triple point of carbon dioxide as a refrigerant of ⁇ 57 ° C., and the function of the refrigeration cycle device 100 is up to ⁇ 57 ° C. Can be secured. Carbon dioxide liquefies when it falls below the triple point. Therefore, carbon dioxide below the triple point cannot be vaporized by the evaporator 53, and cannot be established as the refrigeration cycle device 100.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing the control device 70 according to the first embodiment.
  • the control device 70 is responsible for controlling the compressor 50, the expansion device 52, the expansion valve 56, the solenoid valve 55, and the like.
  • the control device 70 is a processing circuit including a microcomputer including a memory such as a CPU, ROM and RAM, and an input / output device such as an I / O port.
  • the control device 70 stores the pour point Tp of the refrigerating machine oil in the atmosphere in the memory in advance.
  • the control device 70 constitutes a control circuit for performing control in which the pour point Tp of the refrigerating machine oil and the lower limit value Tv of the evaporation temperature used in the refrigerant circuit 60 satisfy (Tp-15) ⁇ Tv. The reason for providing the control circuit will be described later.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the compressor 50 according to the first embodiment in a vertical cross section.
  • the compressor 50 is a scroll compressor used in the refrigeration cycle device 100.
  • the compressor 50 has a function of sucking a fluid containing a refrigerant, compressing it into a high temperature and high pressure state, and discharging it.
  • a carbon dioxide refrigerant is used.
  • the refrigerating machine oil used in the compressor 50 is saturated and melted with the refrigerant.
  • the main component in the refrigerating machine oil is at least one of polyol ester and polyvinyl ether.
  • the pour point of refrigerating machine oil in the atmosphere is ⁇ 35 ° C. or lower and ⁇ 57 ° C. or higher.
  • the extreme pressure agent contained in the refrigerating machine oil is at least one of tricresyl phosphate and trifinyl phosphate.
  • the compressor 50 includes a semi-closed container whose outer shell is composed of an upper shell 18, a middle shell 19, and a lower shell 20.
  • the compressor 50 has a compression unit 35 that compresses the refrigerant in a semi-closed container.
  • the compressor 50 has a drive mechanism unit 36 and other components in a semi-sealed container.
  • the lower part in the lower shell 20 is an oil sump 16 for storing refrigerating machine oil.
  • the upper shell 18, the middle shell 19, and the lower shell 20 are detachably fastened with bolts or the like, and the internal components thereof are interchangeably configured.
  • the sealing member between the compressor 50 and the outside air is made of a metal packing that does not allow carbon dioxide to permeate between the upper shell 18, the middle shell 19, and the lower shell 20, a PTFE resin alone, or a rubber whose surface is covered with PTFE. O-ring etc. are used.
  • the compression unit 35 has a function of compressing the refrigerant sucked from the suction pipe 5 and discharging it from the discharge pipe 6 to the outside of the compressor 50.
  • the drive mechanism unit 36 exerts a function of driving the swing scroll 2 constituting the compression unit 35 in order to compress the refrigerant. That is, the drive mechanism unit 36 drives the swing scroll 2 via the crankshaft 4, and the compression unit 35 compresses the refrigerant.
  • the drive mechanism unit 36 is arranged below the compression unit 35.
  • the compression unit 35 has a fixed scroll 1 and a swing scroll 2.
  • the compression unit 35 is configured by combining a fixed scroll 1 in which the fixed spiral body 1b is projected from the fixed base plate 1c and a swing scroll 2 in which the swing spiral body 2b is projected from the rocking base plate 2c. There is.
  • the swing scroll 2 is arranged on the lower side, and the fixed scroll 1 is arranged on the upper side of the swing scroll 2.
  • the fixed scroll 1 has a fixed base plate 1c and a fixed spiral body 1b which is a spiral protrusion provided on the lower surface of the fixed base plate 1c.
  • the oscillating scroll 2 has a oscillating base plate 2c and a oscillating spiral body 2b which is a spiral projection provided on the upper surface of the oscillating base plate 2c.
  • the fixed scroll 1 and the swinging scroll 2 are mounted in the central shell 19 by engaging the fixed spiral body 1b and the swinging spiral body 2b with each other.
  • a compression chamber 12 is formed between the fixed spiral body 1b and the rocking spiral body 2b, whose volume is reduced inward in the radial direction.
  • the fixed scroll 1 is detachably fastened to the frame 3 with bolts or the like.
  • the frame 3 is fixed in the central shell 19 by bolts, shrink fitting, press fitting, or the like.
  • a discharge port 1a for discharging the refrigerant from the compression chamber 12 formed by both the fixed spiral body 1b and the rocking spiral body 2b is provided.
  • the outlet opening of the discharge port 1a is provided with a leaf spring valve 9 that covers the outlet opening to prevent backflow of the refrigerant.
  • a valve retainer 8 for limiting the lift amount of the valve 9 is provided on one end side of the valve 9.
  • the fixed scroll 1 is provided with an injection port 1e that guides an intermediate pressure refrigerant from the injection pipe 7 connected to the injection flow path 57 to the compression chamber 12.
  • the injection port 1e is arranged at a position that does not communicate with the low pressure space in the compressor 50.
  • a sub port 1d for discharging the refrigerant is provided before the compression chamber 12 communicates with the discharge port 1a in the compression process of the compressor 50.
  • the subport 1d relieves the intermediate pressure refrigerant when the intermediate pressure in the compression process exceeds the discharge pressure.
  • the outlet opening of the subport 1d is provided with a leaf spring subport valve 11 that covers the outlet opening to prevent backflow of the refrigerant.
  • a subport valve retainer 10 for limiting the lift amount of the subport valve 11 is provided on one end side of the subport valve 11.
  • the swing scroll 2 performs an eccentric turning motion with respect to the fixed scroll 1 by the old dam ring 15 without rotating.
  • a swing bearing portion 2d that receives a driving force from an eccentric portion 4a of the crankshaft 4 is formed at the center of the swing scroll 2.
  • the eccentric portion 4a of the crankshaft 4 is fitted to the swing bearing portion 2d of the swing scroll 2 with a slight gap.
  • the surface of the oscillating scroll 2 opposite to the forming surface of the oscillating spiral body 2b is axially supported by a thrust bearing portion provided on the frame 3.
  • the drive mechanism unit 36 has a stator 14, a rotor 13, and a crankshaft 4.
  • the stator 14 is fixed to the inside of the central shell 19 by bolts, shrink fitting, press fitting, or the like.
  • the rotor 13 is rotatably arranged on the inner peripheral surface side of the stator 14 and fixed to the crankshaft 4.
  • the crankshaft 4 is a rotating shaft that is vertically extended and housed in the central shell 19 in a rod shape.
  • the stator 14 has a function of rotationally driving the rotor 13 when energized.
  • the rotor 13 has a function of rotating by energizing the stator 14 and rotating the crankshaft 4.
  • the rotor 13 is fixed to the outer periphery of the crankshaft 4 and has a permanent magnet inside. The rotor 13 is held with a slight gap from the stator 14.
  • the crankshaft 4 rotates with the rotation of the rotor 13 to rotate and drive the swing scroll 2.
  • the upper side of the crankshaft 4 is rotatably supported by a bearing portion 3a located at the center of the frame 3.
  • the lower side of the crankshaft 4 is rotatably supported by a bearing portion 21a located at the center of the subframe 21 fixedly arranged below the central shell 19.
  • An eccentric portion 4a that fits with the swing bearing portion 2d is provided at the upper end portion of the crankshaft 4 so that the swing scroll 2 can rotate while being eccentric.
  • a suction pipe 5 for sucking the refrigerant is connected to the central shell 19.
  • a discharge pipe 6 for discharging the refrigerant is connected to the upper shell 18.
  • An injection pipe 7 for guiding an intermediate pressure refrigerant is connected to the upper shell 18.
  • the frame 3 and the subframe 21 are fixed to the inner peripheral surface of the central shell 19.
  • the frame 3 has a through hole formed in the center thereof for axially supporting the crankshaft 4.
  • the frame 3 rotatably supports the crankshaft 4 via the bearing portion 3a.
  • the bearing portion 3a is formed of a slide bearing or the like.
  • the subframe 21 is formed with a through hole in the center thereof that pivotally supports the crankshaft 4.
  • the subframe 21 rotatably supports the crankshaft 4 via the bearing portion 21a.
  • the subframe 21 may be fixed to the inner peripheral surface of the central shell 19 by bolts, shrink fitting, press fitting, or the like.
  • An oil pump 17 is provided at the lower end of the crankshaft 4.
  • the oil pump 17 is a positive displacement pump.
  • the rotational force of the crankshaft 4 can be transmitted to the oil pump 17.
  • the oil pump 17 supplies the refrigerating machine oil stored in the oil sump 16 according to the rotation of the crankshaft 4 to the swing bearing portion 2d, the bearing portion 3a, and the bearing portion 21a through an oil circuit provided inside the crankshaft 4. Demonstrate function.
  • a part of the refrigerating machine oil is also taken into the compression chamber 12, discharged from the discharge pipe 6, and circulates in the refrigerant circuit 60.
  • An old dam ring 15 is arranged between the swing scroll 2 and the frame 3 to prevent the swing scroll 2 from rotating during the eccentric turning motion.
  • the old dam ring 15 exhibits a function of blocking the rotation motion of the swing scroll 2 and enabling the revolution motion.
  • the compression chamber 12 that has taken in the gas refrigerant from the suction pipe 5 reduces the volume while moving from the outer peripheral portion toward the center along with the eccentric turning motion of the rocking scroll 2, and compresses the gas refrigerant.
  • the gas refrigerant compressed in the compression chamber 12 is discharged by opening the valve 9 from the discharge port 1a provided in the fixed scroll 1. Deformation of the valve 9 is regulated by the valve retainer 8 so as not to be deformed more than necessary, and damage to the valve 9 is prevented.
  • the solenoid valve 55 arranged in the injection flow path 57 opens, and the intermediate pressure refrigerant whose flow rate is adjusted by adjusting the opening degree of the expansion valve 56 is injected into the injection pipe. 7 flows into the compression chamber 12 through the injection port 1e, and the temperature inside the compression chamber 12 is adjusted.
  • the intermediate pressure refrigerant flows into the compression chamber 12 through the injection port 1e, the flow rate of the refrigerant discharged from the compressor 50 increases, and the condensing capacity can be increased.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 50 is cooled to about the outside air temperature by the condenser 51 to reach a medium-temperature and high-pressure state, and is expanded to a low-temperature and low-pressure state by the expansion device 52 and then evaporated. It becomes a gas refrigerant again in the vessel 53, passes through the accumulator 54, and is sucked from the suction pipe 5 of the compressor 50.
  • the refrigerant is not sufficiently vaporized, such as when frost is attached to the evaporator 53, the gas-liquid of the refrigerant is separated by the accumulator 54, and only the gas refrigerant returns to the compressor 50.
  • the solenoid valve 55 arranged in the injection flow path 57 is opened, and a part of the refrigerant after passing through the condenser 51 is discharged from the expansion valve 56. Is decompressed and guided to the compressor 50 via the injection flow path 57.
  • Refrigerating machine oil is required to lubricate sliding portions such as the swing bearing portion 2d, the bearing portion 3a, and the bearing portion 21a in the compressor 50 to prevent wear or seizure.
  • a part of the refrigerating machine oil is discharged from the discharge pipe 6 of the compressor 50 to the refrigerant circuit 60 and circulates in the refrigerant circuit 60. Therefore, the refrigerating machine oil circulating in the refrigerant circuit 60 is exposed to the low temperature environment by the evaporator 53, so that the low temperature characteristic of the refrigerating machine oil becomes an important factor.
  • Refrigerating machine oil is usually a liquid. However, even if the refrigerating machine oil solidifies in the refrigerant circuit 60, it does not return to the compressor 50, so that the sliding portion is worn or seized.
  • the pour point As an index of the fluidity of refrigerating machine oil, there is an index called the pour point specified by JIS K2269 (Japanese Industrial Standards).
  • the pour point is measured in the atmosphere, and it is generally desirable that the pour point in the atmosphere is ⁇ 30 ° C. or lower.
  • the refrigerant dissolves in the refrigerating machine oil and the dissolution viscosity of the refrigerating machine oil decreases, so that the pour point in the refrigerant atmosphere in the actual refrigerant circuit 60 is considered to be lower than the pour point in the atmosphere.
  • FIG. 4 is a relationship diagram showing the correlation between the pour point of the refrigerating machine oil according to the first embodiment in the atmosphere and the freezing point in the refrigerant atmosphere.
  • FIG. 4 is data obtained by the inventors through experiments or verifications. As shown in FIG. 4, based on the pour point measured in the atmosphere, it can be seen that the temperature of the freezing point where the refrigerating machine oil solidifies in the refrigerant atmosphere is lower. Therefore, in the refrigerant circuit 60, the pour point Tp of the refrigerating machine oil and the lower limit value Tv of the operating evaporation temperature, which is the lower limit of the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator 53 in the refrigerant circuit 60, satisfy (Tp-15) ⁇ Tv. , The refrigerating machine oil is prevented from coagulating, and a highly reliable refrigerating cycle apparatus 100 can be provided. That is, the refrigerant circuit 60 can operate even at ⁇ 50 ° C. or lower.
  • the inventors have found the relationship between the freezing point of the refrigerating machine oil and the pour point of the refrigerating machine oil in the atmosphere when the refrigerating machine oil and the refrigerant are saturated and melted.
  • the pour point of the refrigerating machine oil in the atmosphere is stored in advance in the control device 70, and the stored pour point of the refrigerating machine oil in the atmosphere is reflected in the control of the refrigerant circuit 60 of the control device 70.
  • the refrigerating cycle device 100 can be operated within a range in which the temperature lower limit of the refrigerant circuit 60 does not fall below the freezing point of the refrigerating machine oil when the refrigerating machine oil and the refrigerant are saturated and melted.
  • the viscosity of the refrigerating machine oil in the atmosphere at 40 ° C. is 32 cSt or more in order to secure an oil film on the sliding portion. Further, if the viscosity of the refrigerating machine oil in the atmosphere exceeds 220 cSt, the fluidity of the refrigerating machine oil deteriorates, and it becomes difficult to distribute the refrigerating machine oil in the refrigerant circuit 60. Therefore, it is desirable that the viscosity of the refrigerating machine oil in the atmosphere is in the range of 32 cSt or more and 220 cSt or less.
  • Refrigerating machine oil needs to be chemically stable such as having hydrolysis resistance in a refrigerant atmosphere. Refrigerant oil must not have a detrimental effect on the materials used to configure the refrigerant circuit 60.
  • the compressor 50 has a drive mechanism unit 36.
  • the drive mechanism unit 36 needs to ensure insulation. Therefore, the volume resistivity of the refrigerating machine oil is preferably 10 8 ⁇ ⁇ cm or more, preferably when is 10 11 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the lower limit of the evaporation temperature of the refrigeration cycle device 100 is required to be ⁇ 40 ° C. or lower. Therefore, the two-layer separation temperature between the refrigerant and the refrigerating machine oil is preferably ⁇ 40 ° C. or lower.
  • care must be taken because the oil concentration in the accumulator 54 decreases and the two layers are easily separated.
  • ether-based synthetic oil or ester-based synthetic oil is used as the base oil (base oil) of the refrigerating machine oil that satisfies the above conditions.
  • base oil base oil
  • ether-based synthetic oil or ester-based synthetic oil is used among ether-based synthetic oils.
  • polyalkylene glycol (PAG) oil tends to separate into two layers from carbon dioxide when the oil concentration decreases.
  • PVE polyvinyl ether
  • ester-based synthetic oil a polyol ester (POE) oil synthesized from a polyhydric alcohol such as pentaerythritol and a fatty acid is preferable as a base oil for refrigerating machine oil.
  • Refrigerating machine oils that satisfy the above conditions include additives such as antifoaming agents, antioxidants, acid scavengers (moisture scavengers) and extreme pressure agents (wear inhibitors) from the viewpoint of preventing denaturation of the refrigerating machine oil.
  • additives such as antifoaming agents, antioxidants, acid scavengers (moisture scavengers) and extreme pressure agents (wear inhibitors) from the viewpoint of preventing denaturation of the refrigerating machine oil.
  • the additive adds a function to the refrigerating machine oil that cannot be supplemented by the base oil alone, and exerts an effect that cannot be supplemented by the base oil alone.
  • phosphate ester phosphate ester, phosphite ester, thiophosphate, sulfide ester, sulfide, thiobisphenol, etc.
  • TCP tricredyl phosphate
  • TPP trifinyl phosphate
  • the amount of the extreme pressure agent added is preferably 5% by weight or less from the viewpoint of preventing the formation of deteriorated substances such as sludge.
  • Carbon dioxide has a higher temperature rise when compressed than HFC refrigerant or HFO refrigerant. Therefore, when the solenoid valve 55 of the injection flow path 57 is suddenly closed due to a malfunction or failure while the compressor 50 is injecting at a high compression ratio, the temperature inside the compression chamber 12 suddenly rises and the swing scroll There is a problem that 2 or the fixed scroll 1 is burnt. Therefore, the volume of the injection flow path 57 from the solenoid valve 55 to the injection port 1e is designed in a space where the amount of the refrigerant to be injected can be additionally secured at a certain ratio with respect to the amount of push-out of the compressor 50.
  • the refrigerant stored in the space flows into the compression chamber 12 to delay the rise in the temperature inside the compression chamber 12, and the compressor 50 is stopped before the temperature inside the compression chamber 12 rises. ..
  • seizure of the swing scroll 2 or the fixed scroll 1 can be avoided.
  • the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 are arranged in this order in the injection flow path 57 from the side closest to the compressor 50. However, even if both the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 are closed due to a malfunction or failure, a slight gap is formed in the expansion valve 56 close to the compressor 50. Therefore, the injection refrigerant flows into the compression chamber 12, and the temperature rise in the compression chamber 12 is suppressed.
  • FIG. 5 is a relationship diagram showing the correlation between the discharge temperature and time of the refrigerant discharged from the compressor 50 according to the first embodiment in comparison with a comparative example in which the arrangement of the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 is reversed. is there.
  • FIG. 5 shows the discharge temperature of the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 in the injection flow path 57 in the case of the first embodiment and the case of the comparative example in which the positional relationship of the solenoid valve 55 is reversed from that of the first embodiment.
  • the correlation between and time is shown.
  • the case of the first embodiment is a solid line.
  • the case of the comparative example is a broken line.
  • the compressor 50 is controlled so that the discharge temperature at a high pressure of 12.5 MPa and a low pressure of 1.5 MPa is 120 ° C. as an operating condition.
  • the discharge temperature rose to 250 ° C. in the case of the comparative example.
  • the temperature was suppressed to 205 ° C.
  • the temperature of a resin component changes by 10 ° C., deterioration is accelerated twice as fast. Therefore, in the first embodiment, it is estimated that the product life is extended by about 8 times as compared with the case of the comparative example.
  • the solenoid valve 55 By providing the solenoid valve 55 on the upstream side of the injection flow path 57, when the solenoid valve 55 and the expansion valve 56 are closed, only the amount of the refrigerant accumulated between the solenoid valve 55 and the expansion valve 56 is injected. The amount of refrigerant increases. Therefore, the solenoid valve 55 should be provided on the upstream side in the injection flow path 57 as much as possible, that is, on the side closer to the condenser 51.
  • the pressure vessel of the compressor 50 is a semi-closed vessel divided into an upper shell 18, a middle shell 19, and a lower shell 20.
  • the reason for this is that the operating pressure of carbon dioxide as a refrigerant is about four times higher than that of the HFC-based R410A refrigerant, and the components are dedicated to carbon dioxide, increasing the cost of the components. Therefore, the compressor 50 is configured to be disassembled, the compressor 50 is regularly maintained, and only the components that need to be replaced can be replaced, and the product cost is suppressed as the product life of the compressor 50.
  • the shell is divided into three parts. However, if the shell can be disassembled, it may be divided into two or more parts.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a compression process according to the presence / absence of the sub port 1d according to the first embodiment.
  • FIG. 6 shows the transition of the compression process depending on the presence or absence of the subport 1d.
  • the solid line is the case of the first embodiment having the subport 1d.
  • the broken line is the case where there is no subport 1d.
  • the subport 1d When the sub port 1d is not provided in the fixed scroll 1, the pressure rise with respect to the volume change of carbon dioxide is large with respect to the HFC refrigerant. Therefore, overcompression occurs in the compressor chamber 12, the amount of refrigerant flowing into the compressor 50 is limited, and the compressor performance deteriorates. That is, when there is no subport 1d, the pressure in the compression process overshoots the target pressure and an overcompression loss occurs. Therefore, the subport 1d is provided, the refrigerant overcompressed in the compression chamber 12 escapes from the subport 1d, the overcompression of the compression chamber 12 is prevented, the amount of the refrigerant flowing into the compressor 50 does not decrease, and the compressor performance. Is improved.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment.
  • the control shown in FIG. 7 is carried out by the control device 70 so that the pour point Tp of the refrigerating machine oil in the atmosphere and the lower limit value Tv of the evaporation temperature used by the refrigerant circuit 60 satisfy (Tp-15) ⁇ Tv. ..
  • the control device 70 starts controlling the operation of the refrigeration cycle device 100 shown in FIG. 7, and detects the lower limit value Tv of the working evaporation temperature of the refrigerant circuit 60 in step S101.
  • the lower limit value Tv of the working evaporation temperature is detected by a temperature sensor provided in the evaporator 53.
  • step S101 the process shifts to step S102.
  • the operation of the refrigeration cycle device 100 itself is carried out by separate control. This control is started at the same time when the operation of the refrigeration cycle device 100 itself is started separately.
  • step S102 the control device 70 has a pour point Tp of refrigerating machine oil stored in advance in the control device 70 in the atmosphere and a lower limit value Tv of the evaporation temperature of the refrigerant circuit 60 detected in step S101 (Tp-). 15) It is determined whether or not ⁇ Tv is satisfied. If (Tp-15) ⁇ Tv is satisfied, the process proceeds to step S103. If (Tp-15) ⁇ Tv is not satisfied, the process proceeds to step S104.
  • the control device 70 continues to control the operation of the refrigeration cycle device 100 in step S103. After the process of step S103, the process shifts to step S105.
  • step S105 the control device 70 determines whether or not to stop the operation of the refrigeration cycle device 100, which is being carried out by another control. When the operation of the refrigeration cycle device 100 is stopped, this control is terminated. If the operation of the refrigeration cycle apparatus 100 is not stopped, the process proceeds to step S101.
  • step S104 the control device 70 stops the operation of the refrigeration cycle device 100 as a low-pressure cut. After the process of step S104, this control is terminated.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a refrigerant circuit 60 in which a compressor 50, a condenser 51, an expansion device 52, and an evaporator 53 are connected in a ring shape.
  • the refrigerant sealed in the refrigerant circuit 60 is carbon dioxide or a mixed refrigerant containing carbon dioxide.
  • the refrigerating machine oil used in the compressor 50 is saturated and melted with the refrigerant.
  • the main component in the refrigerating machine oil is at least one of a polyol ester and a polyvinyl ether.
  • the pour point of refrigerating machine oil in the atmosphere is ⁇ 35 ° C. or lower and ⁇ 57 ° C. or higher.
  • the extreme pressure agent contained in the refrigerating machine oil is at least one of tricresyl phosphate and trifinyl phosphate.
  • the refrigerating machine oil has a refrigerant atmosphere. Do not lose the liquidity inside. Therefore, the refrigerating machine oil contained in the refrigerant does not solidify in the refrigerant circuit 60 in a low temperature environment, and damage to the compressor 50 can be prevented. In addition, the additives contained in the refrigerating machine oil do not precipitate, and the lubrication failure does not occur, so that damage to the sliding portion of the compressor 50 can be prevented.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a control device 70 that controls the refrigerant circuit 60.
  • the control device 70 stores in advance the pour point Tp of the refrigerating machine oil in the atmosphere.
  • the control device 70 performs control in which the pour point Tp of the refrigerating machine oil and the lower limit value Tv of the used evaporation temperature, which is the lower limit of the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator 53 in the refrigerant circuit 60, satisfy (Tp-15) ⁇ Tv.
  • the control circuit is configured.
  • the pour point Tp of the refrigerating machine oil and the lower limit of the operating evaporation temperature Tv which is the lower limit of the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator 53 in the refrigerant circuit 60, are (Tp-15). Control that satisfies ⁇ Tv can be performed. As a result, the freezing point of the refrigerant atmosphere of the refrigerant circuit 60 becomes ⁇ 50 ° C. or lower. Even so, the refrigerating machine oil contained in the refrigerant does not solidify in a low temperature environment in the refrigerant circuit 60, and damage to the compressor 50 can be prevented.
  • the cold resistance temperature of the refrigerant circuit 60 is configured to be ⁇ 50 ° C. or lower and ⁇ 57 ° C. or higher.
  • the cold resistance temperature of the refrigerant circuit 60 is set to ⁇ 50 ° C. or lower and ⁇ 57 ° C., so that even if the freezing point of the refrigerant atmosphere of the refrigerant circuit 60 is ⁇ 50 ° C. or lower, the temperature is higher than that under the environment. Failure of the refrigeration cycle device 100 having the refrigerant circuit 60 having a low cold resistance temperature can be prevented.
  • the compressor 50 has a compression unit 35 that compresses the refrigerant in a semi-closed container.
  • the refrigerant can be compressed in the semi-closed container by the compression unit 35 of the compressor 50.
  • the compression unit 35 has a fixed scroll 1 and a swinging scroll 2 in which both fixed spiral bodies 1b and the swinging spiral body 2b are projected from both the fixed base plate 1c and the swing base plate 2c. And are combined with each other.
  • a discharge port 1a for discharging a refrigerant from a compression chamber 12 formed by both fixed spiral bodies 1b and a swinging spiral body 2b is provided.
  • the compressor 50 constitutes a scroll compressor, and the refrigerant can be compressed by the compression unit 35.
  • the sub port 1d for discharging the refrigerant is provided before the compression chamber 12 communicates with the discharge port 1a in the compression process of the compressor 50 in the compressor 50.
  • the subport 1d discharges the refrigerant before the compression chamber 12 communicates with the discharge port 1a, and the refrigerant discharged from the discharge port 1a is not excessively compressed and is overcompressed. Loss can be reduced.
  • the refrigerant circuit 60 is provided with an injection flow path 57 that returns a part of the refrigerant before flowing out of the condenser 51 and flowing into the expansion device 52 to the compressor 50.
  • the gas refrigerant or the liquid refrigerant can be injected in the compression process. Then, in a certain type of refrigerating cycle device 100, the temperature in the compression chamber 12 does not rise abnormally, and damage to the internal parts of the compressor 50 can be prevented.
  • the expansion valve 56 and the solenoid valve 55 are arranged in this order in the injection flow path 57 from the side closest to the compressor 50.
  • the peak of the discharge temperature of the compressor 50 is reduced as compared with the case of the injection flow path 57 in which the solenoid valve 55 and the expansion valve 56 are arranged in this order from the side closer to the compressor 50. it can. Therefore, the deterioration rate of the resin parts is slowed down, and the product life is extended. Further, when the solenoid valve 55 and the expansion valve 56 are closed, the amount of the refrigerant injected is increased by the amount of the refrigerant accumulated between the solenoid valve 55 and the expansion valve 56.
  • the refrigerant accumulated between the solenoid valve 55 and the expansion valve 56 in the injection flow path 57 flows into the compression chamber 12 to delay the rise in the temperature inside the compression chamber 12, and the temperature inside the compression chamber 12 rises. Control is performed to stop the compressor 50 before the operation. As a result, seizure of the swing scroll 2 or the fixed scroll 1 can be avoided.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the compressor 50 according to the second embodiment in a vertical cross section.
  • the description of the same items as in the first embodiment is omitted, and only the characteristic portion thereof is described.
  • a check valve 22 is provided at the downstream end of the injection pipe 7, which is the downstream end of the injection flow path 57, to prevent the backflow of the refrigerant from the compression portion 35 when the injection is off.
  • the check valve 22 is one size larger than the opening area of the injection pipe 7, and presses the valve member 23 housed in the fixed base plate 1c of the fixed scroll 1 and the valve member 23 against the downstream end of the injection pipe 7. It has a spring 24 and.
  • the check valve 22 is closed by pushing up the valve member 23 by the spring 24 under the injection off condition to prevent the refrigerant from leaking from the compression chamber 12, and the compressor performance can be improved.
  • the valve member 23 is pushed down against the repulsive force of the spring 24 by the pressure of the refrigerant to be injected, and the injected refrigerant flows into the compression chamber 12.
  • FIG. 9 is a relationship diagram showing the correlation between the rotation speed of the compressor 50 and the volumetric efficiency according to the presence / absence of the check valve 22 according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a relationship diagram showing the correlation between the rotation speed of the compressor 50 and the compressor efficiency according to the presence or absence of the check valve 22 according to the second embodiment.
  • the thin solid line connecting the circle dots of FIGS. 9 and 10 is the case of the second embodiment having the check valve 22.
  • the dark solid line connecting the triangular dots is the case where there is no check valve 22.
  • the test conditions are high pressure (Pd) of 6.3 MPaG and low pressure (Ps) of 2.5 MPaG.
  • the volumetric efficiency of the second embodiment having the check valve 22 is higher than that without the check valve 22. ..
  • the compressor efficiency of the second embodiment having the check valve 22 is higher than that without the check valve 22.
  • the compressor performance can be improved as compared with the case where the check valve 22 is not provided.
  • the spring 24 repeats expansion and contraction according to switching between the injection on state and the injection off state. Therefore, if the number of repetitions of expansion and contraction is large, the spring 24 that has exceeded the fatigue limit of the material may be damaged. If the spring 24 is damaged, it is assumed that the compressor performance is significantly reduced under the condition of injection off. However, in the second embodiment, since the compressor 50 includes the semi-closed container, the shell of the semi-closed container can be disassembled and the spring 24 can be replaced.
  • the injection flow path 57 is provided with a check valve 22 for preventing the backflow of the refrigerant from the compression unit 35 when the injection is off.
  • the volumetric efficiency and the compressor efficiency when the rotation speed of the compressor 50 is low can be reduced as compared with the case where the check valve 22 is not provided.
  • first embodiment and the second embodiment may be combined or applied to other parts.

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Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器とが環状に接続された冷媒回路を備え、冷媒回路に封入された冷媒は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒であり、圧縮機に用いられている冷凍機油は、冷媒と飽和融解するものであり、冷凍機油における主成分がポリオールエステルとポリビニルエーテルとのうち少なくとも１つであり、冷凍機油の大気中での流動点が－３５℃以下－５７℃以上であり、冷凍機油に含まれる極圧剤がトリクレジルホスフィートとトリフィニルフォスフェートとのうち少なくとも１つである。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明は、冷媒回路を備え、冷媒回路に封入された冷媒が二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒である冷凍サイクル装置に関する。
　従来、圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器とを有する冷媒回路に冷媒として二酸化炭素を循環させる冷凍サイクル装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。このような冷凍サイクル装置では、圧縮機に用いる冷凍機油として、粘度が４０℃において５～３００ｃＳｔであり、体積固有抵抗が１０８Ω・ｃｍ以上であり、かつ、二酸化炭素が飽和溶解したときの流動点が－３０℃以下であるポリアルキレングリコール冷凍機油を用いていた。そして、冷凍サイクル装置に使用する有機材料が高温高圧の二酸化炭素によって物理的又は化学的に変性を受けない材料であった。
特許第３６００１０８号公報
　しかし、二酸化炭素が飽和溶解したときの流動点が－３０℃以下の冷凍機油を用いたときに冷凍機油が－５０℃以下の蒸発温度まで使用されると、冷凍機油が冷媒雰囲気中の流動性を失って冷凍機油が凝固して圧縮機が損傷する課題がある。
　本発明では、上記課題が解決されるものであり、冷媒回路内が低温環境下にて冷媒に含まれる冷凍機油が凝固せずに圧縮機の損傷が防止できる冷凍サイクル装置を提供することが目的である。
　本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器とが環状に接続された冷媒回路を備え、前記冷媒回路に封入された冷媒は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒であり、前記圧縮機に用いられている冷凍機油は、前記冷媒と飽和融解するものであり、前記冷凍機油における主成分がポリオールエステルとポリビニルエーテルとのうち少なくとも１つであり、前記冷凍機油の大気中での流動点が－３５℃以下－５７℃以上であり、前記冷凍機油に含まれる極圧剤がトリクレジルホスフィートとトリフィニルフォスフェートとのうち少なくとも１つであるものである。
　本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒回路に封入された冷媒は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒である。圧縮機に用いられている冷凍機油は、冷媒と飽和融解するものである。冷凍機油における主成分がポリオールエステルとポリビニルエーテルとのうち少なくとも１つである。冷凍機油の大気中での流動点が－３５℃以下－５７℃以上である。冷凍機油に含まれる極圧剤がトリクレジルホスフィートとトリフィニルフォスフェートとのうち少なくとも１つである。したがって、冷媒回路内が低温環境下にて冷媒に含まれる冷凍機油が凝固せずに圧縮機の損傷が防止できる。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示す概略図である。 実施の形態１に係る制御装置を示すハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る圧縮機を縦断面にて示す説明図である。 実施の形態１に係る冷凍機油の大気中での流動点と冷媒雰囲気での凝固点との相関を示す関係図である。 実施の形態１に係る圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と時間との相関を膨張弁及び電磁弁の配置を逆にした比較例と比較して示す関係図である。 実施の形態１に係るサブポートの有無に応じた圧縮工程を示す説明図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る圧縮機を縦断面にて示す説明図である。 実施の形態２に係る逆止弁の有無に応じた圧縮機の回転速度と体積効率との相関を示す関係図である。 実施の形態２に係る逆止弁の有無に応じた圧縮機の回転速度と圧縮機効率との相関を示す関係図である。
　以下には、図面に基づいて実施の形態が説明されている。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、断面図の図面においては、視認性に鑑みて適宜ハッチングが省略されている。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
実施の形態１．
＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
　図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を示す概略図である。図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機５０と凝縮器５１と膨張装置５２と蒸発器５３とが環状に接続された冷媒回路６０を備える。冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路６０を制御する制御装置７０を備える。ここでは、凝縮器５１が利用側熱交換器である例が説明されている。なお、四方弁などが設けられ、凝縮器５１が熱源側熱交換器に切り替わる構成でも良い。
　圧縮機５０から吐き出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器５１にて冷却されて液冷媒になる。凝縮器５１にて冷却された液冷媒は、膨張装置５２にて低圧まで膨張させられる。その後、冷媒は、蒸発器５３にて再びガス冷媒になり、圧縮機５０に吸い込まれる。圧縮機５０と蒸発器５３との間には、アキュムレータ５４がある。アキュムレータ５４では、蒸発器５３にて蒸発しきれなかった液冷媒が圧縮機５０に戻らずに溜められる。
　冷媒回路６０には、凝縮器５１から流出して膨張装置５２に流入する以前の冷媒の一部を圧縮機５０に戻すインジェクション流路５７が設けられている。インジェクション流路５７は、凝縮器５１と膨張装置５２との間から分岐し、圧縮機５０に接続されている。インジェクション流路５７には、圧縮機５０に近い方から膨張弁５６と電磁弁５５とがこの順番で配置されている。膨張弁５６は、インジェクション流路５７中を流通する冷媒の流量調整弁である。電磁弁５５は、インジェクション流路５７を開閉する開閉弁である。膨張弁５６及び電磁弁５５は、制御装置７０によって制御される。制御装置７０は、膨張弁５６を制御して圧縮機５０にインジェクションする流量を調整できる。
　冷凍サイクル装置１００の冷媒回路６０には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されている。なお、冷媒回路６０に封入された冷媒は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒などでも良い。
　冷媒回路６０の構成部品群の中で低圧となる圧縮機５０、膨張装置５２、蒸発器５３及びアキュムレータ５４の耐冷温度は、－５０℃以下－５７℃以上に構成されている。冷媒回路６０の耐冷温度が－５０℃以下であると、たとえば低圧カット下限値を－５０℃に設定した際に検出遅れで圧縮機５０の停止が遅くなって－５０℃以下まで圧力あるいは温度が下がった場合でも故障せず、信頼性が確保できる。冷媒回路６０の耐冷温度が－５７℃以上であると、冷媒回路６０の構成部品群が冷媒としての二酸化炭素の三重点－５７℃まで十分使用でき、冷凍サイクル装置１００の機能が－５７℃まで確保できる。なお、二酸化炭素は、三重点を下回ると液化する。このため、三重点を下回った二酸化炭素は、蒸発器５３で気化できず、冷凍サイクル装置１００として成立しなくなる。
＜制御装置７０＞
　図２は、実施の形態１に係る制御装置７０を示すハードウェア構成図である。制御装置７０は、圧縮機５０、膨張装置５２、膨張弁５６及び電磁弁５５などの制御を担う。図２に示されるように、制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ並びにＩ／Ｏポートなどの入出力装置を備えたマイコンを有した処理回路である。
　制御装置７０は、冷凍機油の大気中における流動点Ｔｐを予めメモリに記憶している。制御装置７０は、冷凍機油の流動点Ｔｐと冷媒回路６０の使用蒸発温度下限値Ｔｖとが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たす制御を実施する制御回路を構成している。制御回路を設けた理由は、後述する。
＜圧縮機５０の構成＞
　図３は、実施の形態１に係る圧縮機５０を縦断面にて示す説明図である。図３に示されるように、圧縮機５０は、冷凍サイクル装置１００に使用するスクロール圧縮機である。圧縮機５０は、冷媒を含む流体を吸入し、高温高圧の状態に圧縮して吐出させる機能を有する。ここでは、二酸化炭素の冷媒が用いられている。
　圧縮機５０に用いられている冷凍機油は、冷媒と飽和融解する。冷凍機油における主成分がポリオールエステルとポリビニルエーテルとのうち少なくとも１つである。冷凍機油の大気中での流動点が－３５℃以下－５７℃以上である。冷凍機油に含まれる極圧剤がトリクレジルホスフィートとトリフィニルフォスフェートとのうち少なくとも１つである。
　圧縮機５０は、上部シェル１８と中部シェル１９と下部シェル２０とによって外郭を構成した半密閉容器を備える。圧縮機５０は、半密閉容器内に冷媒を圧縮する圧縮部３５を有する。圧縮機５０は、半密閉容器内に駆動機構部３６及びその他の構成部品を有する。下部シェル２０内の下部は、冷凍機油を溜める油溜り１６である。上部シェル１８、中部シェル１９及び下部シェル２０がそれぞれボルトなどによって取外し自在に締結され、それらの内部の構成部品が交換可能に構成されている。圧縮機５０と外気との密閉シール部材には、上部シェル１８と中部シェル１９と下部シェル２０とのそれぞれの間に二酸化炭素に浸透されない金属パッキン、ＰＴＦＥ樹脂単体又はＰＴＦＥで表面を覆ったゴム製オーリングなどが用いられている。
　圧縮部３５は、吸入管５から吸入した冷媒を圧縮して吐出管６から圧縮機５０外部に吐出する機能を有する。駆動機構部３６は、冷媒を圧縮するために、圧縮部３５を構成した揺動スクロール２を駆動する機能を発揮する。つまり、駆動機構部３６がクランクシャフト４を介して揺動スクロール２を駆動することにより、圧縮部３５が冷媒を圧縮する。駆動機構部３６は、圧縮部３５の下方に配置されている。
　圧縮部３５は、固定スクロール１と揺動スクロール２とを有する。圧縮部３５は、固定渦巻体１ｂを固定台板１ｃから突出させた固定スクロール１と、揺動渦巻体２ｂを揺動台板２ｃから突出させた揺動スクロール２とを互いに組合せて構成されている。揺動スクロール２が下側に配置され、固定スクロール１が揺動スクロール２の上側に配置されている。
　固定スクロール１は、固定台板１ｃと、固定台板１ｃの下面に設けられた渦巻状突起である固定渦巻体１ｂと、を有する。揺動スクロール２は、揺動台板２ｃと、揺動台板２ｃの上面に設けられた渦巻状突起である揺動渦巻体２ｂと、を有する。固定スクロール１及び揺動スクロール２は、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとを互いに噛み合わせ、中部シェル１９内に装着されている。固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとの間には、容積が半径方向内側へ向かうに従って縮小される圧縮室１２が形成されている。
　固定スクロール１は、ボルトなどによってフレーム３に取外し自在に締結されている。フレーム３は、ボルト、焼嵌め又は圧入などによって中部シェル１９内に固定されている。
　固定スクロール１の固定渦巻体１ｂの中央部には、双方の固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとによって形成される圧縮室１２から冷媒を吐出する吐出ポート１ａが設けられている。吐出ポート１ａの出口開口部には、出口開口部を覆って冷媒の逆流を防ぐ板バネ製の弁９が設けられている。弁９の一端側には、弁９のリフト量を制限する弁押え８が設けられている。圧縮室１２内で冷媒が所定圧力まで圧縮されると、弁９がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された冷媒が吐出ポート１ａから吐出管６を通って圧縮機５０の外部に吐出される。
　固定スクロール１には、中間圧の冷媒をインジェクション流路５７に繋がったインジェクション管７から圧縮室１２に導くインジェクションポート１ｅが設けられている。インジェクションポート１ｅは、圧縮機５０内の低圧空間と連通しない位置に配置されている。
　圧縮機５０の圧縮過程において圧縮室１２が吐出ポート１ａと連通する以前には、冷媒を吐出するサブポート１ｄが設けられている。サブポート１ｄは、圧縮過程の中間圧力が吐出圧力を超えた場合に、中間圧冷媒をリリーフする。サブポート１ｄの出口開口部には、出口開口部を覆って冷媒の逆流を防ぐ板バネ製のサブポート弁１１が設けられている。サブポート弁１１の一端側には、サブポート弁１１のリフト量を制限するサブポート弁押え１０が設けられている。
　揺動スクロール２は、オルダムリング１５によって固定スクロール１に対して自転することなく偏心した旋回運動を行なう。揺動スクロール２の中心部には、クランクシャフト４の偏心部４ａから駆動力を受ける揺動軸受部２ｄが形成されている。クランクシャフト４の偏心部４ａには、僅かな隙間を有して揺動スクロール２の揺動軸受部２ｄに嵌合されている。揺動スクロール２の揺動渦巻体２ｂの形成面とは反対側の面は、フレーム３に設けられたスラスト軸受部によって軸方向に支持されている。
　駆動機構部３６は、ステータ１４と、ロータ１３と、クランクシャフト４と、を有する。ステータ１４は、中部シェル１９内部にボルト、焼嵌め又は圧入などによって固定されている。ロータ１３は、ステータ１４の内周面側に回転自在に配置されてクランクシャフト４に固定されている。クランクシャフト４は、中部シェル１９内に垂直方向に棒状に伸びて収容された回転軸である。
　ステータ１４は、通電されることによってロータ１３を回転駆動させる機能を有する。ロータ１３は、ステータ１４を通電することによって回転し、クランクシャフト４を回転させる機能を有する。ロータ１３は、クランクシャフト４の外周に固定され、内部に永久磁石を有する。ロータ１３は、ステータ１４と僅かな隙間を隔てて保持されている。
　クランクシャフト４は、ロータ１３の回転に伴って回転し、揺動スクロール２を回転駆動させる。クランクシャフト４の上側は、フレーム３の中心部に位置する軸受部３ａによって回転可能に支持されている。クランクシャフト４の下側は、中部シェル１９の下方に固定配置されたサブフレーム２１の中心部に位置する軸受部２１ａによって回転可能に支持されている。クランクシャフト４の上端部には、揺動スクロール２を偏心しつつ回転できるように揺動軸受部２ｄと嵌め合う偏心部４ａが設けられている。
　中部シェル１９には、冷媒を吸入する吸入管５が接続されている。上部シェル１８には、冷媒を吐出する吐出管６が接続されている。上部シェル１８には、中間圧冷媒を導くインジェクション管７が接続されている。
　中部シェル１９の内周面には、フレーム３とサブフレーム２１とが固着されている。フレーム３は、中心部にクランクシャフト４を軸支する貫通孔が形成されている。フレーム３は、軸受部３ａを介してクランクシャフト４を回転自在に支持している。軸受部３ａは、滑り軸受などによって構成されている。サブフレーム２１は、中心部にクランクシャフト４を軸支する貫通孔が形成されている。サブフレーム２１は、軸受部２１ａを介してクランクシャフト４を回転自在に支持している。なお、サブフレーム２１は、ボルト、焼嵌め又は圧入などによって中部シェル１９の内周面に固定すると良い。
　クランクシャフト４の下側端部には、オイルポンプ１７が設けられている。オイルポンプ１７は、容積型ポンプである。クランクシャフト４の回転力は、オイルポンプ１７に伝達できる。オイルポンプ１７は、クランクシャフト４の回転に従って油溜り１６に貯留された冷凍機油をクランクシャフト４内部に設けられた油回路を通して揺動軸受部２ｄ、軸受部３ａ及び軸受部２１ａのそれぞれに供給する機能を発揮する。なお、冷凍機油の一部は、圧縮室１２にも取り込まれ、吐出管６から吐出され冷媒回路６０を循環する。
　なお、揺動スクロール２とフレーム３間には、揺動スクロール２の偏心した旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング１５が配置されている。オルダムリング１５は、揺動スクロール２の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を発揮する。
＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
　中部シェル１９に設けられた図示しない電源端子が通電されると、トルクがステータ１４とロータ１３とに発生し、クランクシャフト４が回転する。クランクシャフト４の偏心部４ａには回転自在に揺動スクロール２が嵌合されている。固定スクロール１及び揺動スクロール２におけるインボリュート曲線にならって設けられた固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとが噛み合った状態で複数の圧縮室１２が形成される。
　そして、吸入管５からガス冷媒を取り込んだ圧縮室１２は、揺動スクロール２の偏心した旋回運動に伴って外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、ガス冷媒を圧縮する。圧縮室１２にて圧縮されたガス冷媒は、固定スクロール１に設けた吐出ポート１ａから弁９を開弁させて吐出される。弁９の変形が弁押え８によって必要以上に変形しないよう規制され、弁９の破損が防止される。
　圧縮室１２内の温度が上がり過ぎた場合には、インジェクション流路５７に配置された電磁弁５５が開弁し、膨張弁５６の開度を調整して流量を調整した中間圧冷媒がインジェクション管７からインジェクションポート１ｅを通して圧縮室１２に流入し、圧縮室１２内の温度が調整される。暖房又は給湯といった凝縮能力を増加させたい場合にも、同様に中間圧冷媒がインジェクションポート１ｅを通して圧縮室１２に流入され、圧縮機５０から吐出される冷媒流量が増加し、凝縮能力が増加できる。
　圧縮機５０から吐き出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器５１にて外気温度程度まで冷却されて中温高圧状態になり、膨張装置５２にて低温低圧状態まで絞って膨張させられた後、蒸発器５３にて再びガス冷媒になり、アキュムレータ５４を通り、圧縮機５０の吸入管５から吸い込まれる。蒸発器５３に霜が付着している時など冷媒が十分にガス化していない場合には、アキュムレータ５４にて冷媒の気液が分離させられ、ガス冷媒のみが圧縮機５０に戻る。
　圧縮室１２内の冷却又は凝縮能力の増加が必要な場合には、インジェクション流路５７に配置された電磁弁５５が開弁され、凝縮器５１を通った後の一部の冷媒が膨張弁５６で減圧され、インジェクション流路５７を経由して圧縮機５０に導かれる。
＜冷凍機油の流動点と凝固点との相関＞
　冷凍機油は、圧縮機５０内の揺動軸受部２ｄ、軸受部３ａ又は軸受部２１ａなどの摺動部を潤滑して摩耗又は焼付きを防止するために必要である。冷凍機油の一部は、圧縮機５０の吐出管６から冷媒回路６０に吐出されて冷媒回路６０を循環する。このため、冷媒回路６０を循環する冷凍機油が蒸発器５３にて低温環境下にさらされるので、冷凍機油の低温特性が重要な要素になる。
　低温での冷凍機油の流動性が悪くなると、冷凍機油が冷媒回路６０内に留まり、圧縮機５０に戻って来ないため、摺動部が摩耗したり焼付いたりする。冷凍機油は、通常液体である。しかし、冷凍機油が冷媒回路６０内にて凝固しても、圧縮機５０に戻って来ないため、摺動部が摩耗したり焼付いたりする。
　冷凍機油の流動性の指標として、ＪＩＳ　Ｋ２２６９（日本工業規格）で規定された流動点という指標がある。流動点は、大気中で測定するものであり、一般的に大気中での流動点が－３０℃以下であることが望ましい。しかし、冷媒雰囲気では冷凍機油中に冷媒が溶け込み、冷凍機油の溶解粘度が下がるため、実際の冷媒回路６０内での冷媒雰囲気での流動点が大気中での流動点より下がると考えられる。
　図４は、実施の形態１に係る冷凍機油の大気中での流動点と冷媒雰囲気での凝固点との相関を示す関係図である。図４は、発明者らが実験又は検証などによって得たデータである。図４に示されるように、大気中にて測定した流動点に基づくと、冷媒雰囲気での冷凍機油が凝固した凝固点の温度の方が低いことが分かる。したがって、冷媒回路６０内では冷凍機油の流動点Ｔｐと冷媒回路６０での蒸発器５３を流通する冷媒の温度の下限である使用蒸発温度下限値Ｔｖが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たすことにより、冷凍機油の凝固が防止され、信頼性の高い冷凍サイクル装置１００が提供できる。すなわち、冷媒回路６０が－５０℃以下でも作動できる。
　以上のように、発明者らは、冷凍機油と冷媒とが飽和溶融したときの冷凍機油の凝固点と大気中における冷凍機油の流動点との関係性を見出した。大気中での冷凍機油の流動点が制御装置７０に予め記憶され、記憶された大気中での冷凍機油の流動点が制御装置７０の冷媒回路６０の制御に反映される。これにより、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路６０の温度下限値として冷凍機油と冷媒とが飽和溶融したときの冷凍機油の凝固点を下回らせない範囲で運転できる。
　一方、二酸化炭素は動作圧力が高いため、摺動部の油膜を確保する上で冷凍機油における４０℃の大気中での粘度は３２ｃＳｔ以上が望ましい。また、冷凍機油における大気中での粘度が２２０ｃＳｔを超えると、冷凍機油の流動性が悪くなり、冷媒回路６０での流通が困難になる。そこで、冷凍機油の大気中での粘度は、３２ｃＳｔ以上２２０ｃＳｔ以下の範囲であることが望ましい。
　冷凍機油は、冷媒雰囲気において耐加水分解性を有するなど化学的に安定である必要がある。冷凍機油は、冷媒回路６０の構成に使用する材料に対して有害な作用を及ぼしてはならない。圧縮機５０は、駆動機構部３６を有する。駆動機構部３６は、絶縁性を確保する必要がある。このため、冷凍機油の体積抵抗率は、１０８Ω・ｃｍ以上、望ましくは１０１１Ω・ｃｍ以上であると好ましい。
　近年、冷凍機又は寒冷地で使用する空気調和装置若しくは給湯機を構築するため、冷凍サイクル装置１００の使用蒸発温度の下限は、－４０℃以下であることが要求される。このため、冷媒と冷凍機油との二層分離温度は、－４０℃以下であると望ましい。特に、アキュムレータ５４が搭載された冷媒回路６０では、アキュムレータ５４中で油濃度が下がり、二層分離し易いために注意が必要である。
　上記の条件を満たす冷凍機油の基油（ベースオイル）としては、エーテル系合成油又はエステル系合成油が使用される。ただし、エーテル系合成油の中でもポリアルキレングリコ―ル（ＰＡＧ）油は、油濃度が下がった際に二酸化炭素と二層分離し易い。このため、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）油が冷凍機油の基油として特に好ましい。エステル系合成油としては、ペンタエリスリトールなどの多価アルコールと脂肪酸とから合成されるポリオールエステル（ＰＯＥ）油が冷凍機油の基油として好ましい。
　上記の条件を満たす冷凍機油には、冷凍機油の変性を防止する観点から、消泡剤、酸化防止剤、酸補足剤（水分捕捉剤）及び極圧剤（摩耗防止剤）などの添加剤が添加されている。添加剤は、基油のみで補えない機能を冷凍機油に付加し、基油のみで補えない効果を発揮させる。
　極圧剤は、リン酸エステル、亜リン酸エステル、チオリン酸塩、硫化エステル、スルフィド又はチオビスフェノールなどが使用される。これらの中でもトリクレジルホスフィート（ＴＣＰ）又はトリフィニルフォスフェート（ＴＰＰ）のリン化合物のうちどちらかが摺動性確保又は低温での析出物発生防止の観点から望ましい。極圧剤の添加量は、スラッジなどの劣化物の生成防止の観点から５重量％以内が望ましい。
　二酸化炭素は、圧縮した際の温度上昇がＨＦＣ冷媒又はＨＦＯ冷媒に対して高い。このため、圧縮機５０が高圧縮比でインジェクションする運転中に、インジェクション流路５７の電磁弁５５が誤作動又は故障により急に閉じた時に、圧縮室１２内の温度が急上昇し、揺動スクロール２又は固定スクロール１が焼付く課題がある。そこで、電磁弁５５からインジェクションポート１ｅまでのインジェクション流路５７の容積は、圧縮機５０の押しのけ量に対し、ある一定の割合でインジェクションする冷媒量を追加して確保できる空間に設計されている。これにより、その空間に溜められた冷媒が圧縮室１２内に流入して圧縮室１２内温度の上昇を遅延させ、圧縮室１２内温度が上昇する前に圧縮機５０を停止する制御が行われる。これにより、揺動スクロール２又は固定スクロール１の焼付きが回避できる。
　図１では、インジェクション流路５７内に、圧縮機５０に近い方から膨張弁５６、電磁弁５５がこの順番で配置された構成である。しかし、膨張弁５６及び電磁弁５５の双方が誤作動又は故障で閉弁しても、圧縮機５０に近い膨張弁５６には僅かに隙間ができる。このため、インジェクション冷媒が圧縮室１２に流入し、圧縮室１２内温度の上昇が抑えられる。
＜圧縮機５０から吐出される冷媒の吐出温度と時間との相関＞
　図５は、実施の形態１に係る圧縮機５０から吐出される冷媒の吐出温度と時間との相関を膨張弁５６及び電磁弁５５の配置を逆にした比較例と比較して示す関係図である。図５には、インジェクション流路５７内にて、膨張弁５６と電磁弁５５との位置関係が実施の形態１の場合と、実施の形態１と逆にした比較例の場合と、の吐出温度と時間との相関をそれぞれ示している。図５では、実施の形態１の場合が実線である。比較例の場合が破線である。圧縮機５０は、運転条件として高圧１２．５ＭＰａ及び低圧１．５ＭＰａでの吐出温度が１２０℃になるように制御されている。
　図５の横軸５０ｓｅｃで膨張弁５６及び電磁弁５５が同時に閉弁された条件では、比較例の場合には吐出温度が２５０℃まで上昇した。一方、同条件の実施の形態１の場合には、２０５℃までの上昇に抑えられていた。一般的に樹脂部品では温度が１０℃変わると、２倍の速度で劣化が促進される。このため、実施の形態１では、比較例の場合と比較して、製品寿命が８倍程度伸びると推定される。電磁弁５５がインジェクション流路５７の上流側に設けられることにより、電磁弁５５及び膨張弁５６が閉弁したときに、電磁弁５５と膨張弁５６との間に溜まった冷媒量だけインジェクションされる冷媒量が多くなる。したがって、電磁弁５５は、インジェクション流路５７内のできるだけ上流側、つまり凝縮器５１に近い方に設けた方が良い。
　なお、実施の形態１では、圧縮機５０の圧力容器を上部シェル１８、中部シェル１９及び下部シェル２０に分割した半密閉容器としている。この理由は、冷媒としての二酸化炭素の動作圧力がＨＦＣ系Ｒ４１０Ａ冷媒と比較して４倍程度と高く、構成部品が二酸化炭素専用となって構成部品のコストが増加するためである。そのため、圧縮機５０が分解可能に構成され、圧縮機５０が定期的にメンテナンスされ、交換が必要な構成部品のみが入れ換えでき、圧縮機５０の製品寿命として製品コストが抑えられる。実施の形態１では、シェルが３分割である。しかし、シェルが分解自在であれば、２分割以上に構成しても良い。
　図６は、実施の形態１に係るサブポート１ｄの有無に応じた圧縮工程を示す説明図である。図６には、サブポート１ｄの有無に応じた圧縮工程の推移が示されている。実線がサブポート１ｄを有する実施の形態１の場合である。破線がサブポート１ｄの無い場合である。
　サブポート１ｄが固定スクロール１に設けられていない場合には、二酸化炭素の容積変化に対する圧力上昇がＨＦＣ冷媒に対して大きい。このため、圧縮室１２にて過圧縮となり、圧縮機５０に流入される冷媒量が限られ、圧縮機性能が低下する。つまり、サブポート１ｄが無い場合には、圧縮工程での圧力が狙いの圧力に対してオーバーシュートして過圧縮損失が発生する。そこで、サブポート１ｄが設けられ、圧縮室１２内で過圧縮した冷媒がサブポート１ｄから抜け、圧縮室１２の過圧縮が防止され、圧縮機５０に流入される冷媒量が低減せず、圧縮機性能の向上が図られる。
＜冷凍サイクル装置１００の制御＞
　図７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の制御を示すフローチャートである。図７に示される制御は、制御装置７０によって冷凍機油の大気中での流動点Ｔｐと冷媒回路６０の使用蒸発温度下限値Ｔｖとが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たすために実施されている。
　制御装置７０は、図７の冷凍サイクル装置１００の運転の制御が開始され、ステップＳ１０１にて、冷媒回路６０の使用蒸発温度下限値Ｔｖを検出する。使用蒸発温度下限値Ｔｖは、蒸発器５３に設けられた温度センサによって検出される。ステップＳ１０１の処理の後、処理がステップＳ１０２に移行される。なお、冷凍サイクル装置１００の運転自体は、別途の制御によって実施されている。本制御は、冷凍サイクル装置１００の運転自体の別途の制御を開始されると同時に開始される。
　制御装置７０は、ステップＳ１０２にて、制御装置７０に予め記憶された冷凍機油の大気中での流動点ＴｐとステップＳ１０１にて検出した冷媒回路６０の使用蒸発温度下限値Ｔｖとが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たすか否かを判別する。（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖが満たされる場合には、処理がステップＳ１０３に移行される。（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖが満たされない場合には、処理がステップＳ１０４に移行される。
　制御装置７０は、ステップＳ１０３にて、冷凍サイクル装置１００の運転の制御を継続する。ステップＳ１０３の処理の後、処理がステップＳ１０５に移行される。
　制御装置７０は、ステップＳ１０５にて、別途の制御によって実施されている冷凍サイクル装置１００の運転の停止を実施するか否かを判別する。冷凍サイクル装置１００の運転の停止を実施する場合には、本制御が終了される。冷凍サイクル装置１００の運転の停止を実施しない場合には、処理がステップＳ１０１に移行される。
　一方、制御装置７０は、ステップＳ１０４にて、低圧カットとして、冷凍サイクル装置１００の運転の停止を実施する。ステップＳ１０４の処理の後、本制御が終了される。
＜実施の形態１の効果＞
　実施の形態１によれば、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機５０と凝縮器５１と膨張装置５２と蒸発器５３とが環状に接続された冷媒回路６０を備える。冷媒回路６０に封入された冷媒は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒である。圧縮機５０に用いられている冷凍機油は、冷媒と飽和融解するものである。冷凍機油における主成分は、ポリオールエステルとポリビニルエーテルとのうち少なくとも１つである。冷凍機油の大気中での流動点は、－３５℃以下－５７℃以上である。冷凍機油に含まれる極圧剤は、トリクレジルホスフィートとトリフィニルフォスフェートとのうち少なくとも１つである。
　この構成によれば、大気中での流動点が－３５℃以下の冷凍機油を用い、二酸化炭素が飽和溶解した冷凍機油が－５０℃以下の蒸発温度まで使用されても、冷凍機油が冷媒雰囲気中の流動性を失わない。したがって、冷媒回路６０内が低温環境下にて冷媒に含まれる冷凍機油が凝固せずに圧縮機５０の損傷が防止できる。また、冷凍機油に含まれる添加剤が析出せず、給油不良が生じずに圧縮機５０の摺動部の損傷が防止できる。
　実施の形態１によれば、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路６０を制御する制御装置７０を備える。制御装置７０は、冷凍機油の大気中における流動点Ｔｐを予め記憶する。制御装置７０は、冷凍機油の流動点Ｔｐと冷媒回路６０での蒸発器５３を流通する冷媒の温度の下限である使用蒸発温度下限値Ｔｖとが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たす制御を実施する制御回路を構成している。
　この構成によれば、冷凍サイクル装置１００では、冷凍機油の流動点Ｔｐと冷媒回路６０での蒸発器５３を流通する冷媒の温度の下限である使用蒸発温度下限値Ｔｖとが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たす制御を実施できる。これにより、冷媒回路６０の冷媒雰囲気の凝固点は、－５０℃以下になる。それでも、冷媒回路６０内が低温環境下にて冷媒に含まれる冷凍機油が凝固せずに圧縮機５０の損傷が防止できる。
　実施の形態１によれば、冷媒回路６０の耐冷温度は、－５０℃以下－５７℃以上に構成されている。
　この構成によれば、冷媒回路６０の耐冷温度が－５０℃以下－５７℃に構成されているので、冷媒回路６０の冷媒雰囲気の凝固点が－５０℃以下になっても、その環境下よりも耐冷温度が低い冷媒回路６０を有する冷凍サイクル装置１００の故障が防止できる。
　実施の形態１によれば、圧縮機５０は、半密閉容器内に冷媒を圧縮する圧縮部３５を有する。
　この構成によれば、圧縮機５０の圧縮部３５によって冷媒が半密閉容器内にて圧縮できる。
　実施の形態１によれば、圧縮部３５は、双方の固定渦巻体１ｂ及び揺動渦巻体２ｂを双方の固定台板１ｃ及び揺動台板２ｃから突出させた固定スクロール１と揺動スクロール２とを互いに組合せて構成されている。固定スクロール１の固定渦巻体１ｂの中央部には、双方の固定渦巻体１ｂ及び揺動渦巻体２ｂによって形成される圧縮室１２から冷媒を吐出する吐出ポート１ａが設けられている。
　この構成によれば、圧縮機５０がスクロール圧縮機を構成し、圧縮部３５によって冷媒が圧縮できる。
　実施の形態１によれば、圧縮機５０における圧縮機５０の圧縮過程において圧縮室１２が吐出ポート１ａと連通する以前には、冷媒を吐出するサブポート１ｄが設けられている。
　この構成によれば、圧縮機５０の圧縮過程において圧縮室１２が吐出ポート１ａと連通する以前にサブポート１ｄが冷媒を吐出し、吐出ポート１ａから吐出される冷媒が過剰に圧縮されず、過圧縮損失が低減できる。
　実施の形態１によれば、冷媒回路６０には、凝縮器５１から流出して膨張装置５２に流入する以前の冷媒の一部を圧縮機５０に戻すインジェクション流路５７が設けられている。
　この構成によれば、二酸化炭素が圧縮された際の温度及び圧力の上昇がＨＦＣ冷媒又はＨＦＯ冷媒よりも高いため、圧縮過程においてガス冷媒又は液冷媒がインジェクションできる。そして、ある種の冷凍サイクル装置１００では、圧縮室１２内の温度が異常に上昇せず、圧縮機５０の内部部品の損傷が防止できる。
　実施の形態１によれば、インジェクション流路５７には、圧縮機５０に近い方から膨張弁５６と電磁弁５５とがこの順番で配置されている。
　この構成によれば、圧縮機５０に近い方から電磁弁５５と膨張弁５６とがこの順番で配置されているインジェクション流路５７の場合に比して、圧縮機５０の吐出温度のピークが低減できる。このため、樹脂部品の劣化速度が遅くなり、製品寿命が伸びる。また、電磁弁５５及び膨張弁５６が閉弁したときに、電磁弁５５と膨張弁５６との間に溜まった冷媒量だけインジェクションされる冷媒量が多くなる。このため、インジェクション流路５７内の電磁弁５５と膨張弁５６との間に溜まった冷媒が圧縮室１２内に流入して圧縮室１２内温度の上昇を遅延させ、圧縮室１２内温度が上昇する前に圧縮機５０を停止する制御が行われる。これにより、揺動スクロール２又は固定スクロール１の焼付きが回避できる。
実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係る圧縮機５０を縦断面にて示す説明図である。実施の形態２では、上記実施の形態１と同事項の説明が省略され、その特徴部分のみが説明されている。
　図８に示されるように、インジェクション流路５７の下流側端部であるインジェクション管７の下流側端部には、インジェクションオフ時に圧縮部３５からの冷媒の逆流を防止する逆止弁２２が設けられている。逆止弁２２は、インジェクション管７の開口面積より一回り大きく、固定スクロール１の固定台板１ｃ内に収容された弁部材２３と、弁部材２３をインジェクション管７の下流側端部に押圧するバネ２４と、を有する。
　逆止弁２２は、インジェクションオフ条件のときに、バネ２４によって弁部材２３を押し上げて閉弁し、圧縮室１２からの冷媒漏れが防止され、圧縮機性能が向上できる。一方、インジェクションオン条件のときに、弁部材２３がインジェクションされる冷媒の圧力によってバネ２４の反発力に抗って押し下げられ、インジェクションされる冷媒が圧縮室１２に流入する。
　図９は、実施の形態２に係る逆止弁２２の有無に応じた圧縮機５０の回転速度と体積効率との相関を示す関係図である。図１０は、実施の形態２に係る逆止弁２２の有無に応じた圧縮機５０の回転速度と圧縮機効率との相関を示す関係図である。図９及び図１０の丸のドットを繋げた薄実線が逆止弁２２を有する実施の形態２の場合である。三角のドットを繋げた濃実線が逆止弁２２の無い場合である。図９及び図１０に示されるように、試験条件は、高圧（Ｐｄ）が６．３ＭＰａＧであり、低圧（Ｐｓ）が２．５ＭＰａＧである。
　試験結果としては、図９に示されるように、６０ｒｐｓ以下の低い回転速度において、逆止弁２２を有する実施の形態２が逆止弁２２の無い場合に比して体積効率が上昇している。また、図１０に示されるように、６０ｒｐｓ以下の低い回転速度において、逆止弁２２を有する実施の形態２が逆止弁２２の無い場合に比して圧縮機効率が上昇している。これらのように、逆止弁２２を有する実施の形態２では、逆止弁２２の無い場合に比して圧縮機性能が向上できる。
　ここで、バネ２４は、インジェクションオン状態及びインジェクションオフ状態の切り替えに応じて、伸び縮みを繰り返す。このため、伸び縮みの繰り返し回数が多いと、材料の疲労限度を超えてしまったバネ２４が破損するおそれがある。バネ２４が破損するとインジェクションオフの条件において圧縮機性能が大幅に低下すると想定される。しかし、実施の形態２では、圧縮機５０が半密閉容器を備えるため、半密閉容器のシェルを分解してバネ２４の交換ができる。
＜実施の形態２の効果＞
　実施の形態２によれば、インジェクション流路５７には、インジェクションオフ時に圧縮部３５からの冷媒の逆流を防止する逆止弁２２が設けられている。
　この構成によれば、圧縮機５０の回転速度が低い状態での体積効率及び圧縮機効率が逆止弁２２の無い場合よりも低減できる。
　なお、実施の形態１及び実施の形態２は、組み合わせられても良いし、他の部分に適用されても良い。
　１　固定スクロール、１ａ　吐出ポート、１ｂ　固定渦巻体、１ｃ　固定台板、１ｄ　サブポート、１ｅ　インジェクションポート、２　揺動スクロール、２ｂ　揺動渦巻体、２ｃ　揺動台板、２ｄ　揺動軸受部、３　フレーム、３ａ　軸受部、４　クランクシャフト、４ａ　偏心部、５　吸入管、６　吐出管、７　インジェクション管、８　弁押え、９　弁、１０　サブポート弁押え、１１　サブポート弁、１２　圧縮室、１３　ロータ、１４　ステータ、１５　オルダムリング、１６　油溜り、１７　オイルポンプ、１８　上部シェル、１９　中部シェル、２０　下部シェル、２１　サブフレーム、２１ａ　軸受部、２２　逆止弁、２３　弁部材、２４　バネ、３５　圧縮部、３６　駆動機構部、５０　圧縮機、５１　凝縮器、５２　膨張装置、５３　蒸発器、５４　アキュムレータ、５５　電磁弁、５６　膨張弁、５７　インジェクション流路、６０　冷媒回路、７０　制御装置、１００　冷凍サイクル装置。

Claims (9)

  1. 　圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器とが環状に接続された冷媒回路を備え、
    　前記冷媒回路に封入された冷媒は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む混合冷媒であり、
    　前記圧縮機に用いられている冷凍機油は、前記冷媒と飽和融解するものであり、
    　前記冷凍機油における主成分がポリオールエステルとポリビニルエーテルとのうち少なくとも１つであり、前記冷凍機油の大気中での流動点が－３５℃以下－５７℃以上であり、前記冷凍機油に含まれる極圧剤がトリクレジルホスフィートとトリフィニルフォスフェートとのうち少なくとも１つである冷凍サイクル装置。
  2. 　前記冷媒回路を制御する制御装置を備え、
    　前記制御装置は、前記冷凍機油の大気中における流動点Ｔｐを予め記憶し、
    　前記制御装置は、前記冷凍機油の流動点Ｔｐと前記冷媒回路での前記蒸発器を流通する冷媒の温度の下限である使用蒸発温度下限値Ｔｖとが（Ｔｐ－１５）≦Ｔｖを満たす制御を実施する制御回路を構成している請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記冷媒回路の耐冷温度は、－５０℃以下－５７℃以上に構成されている請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記圧縮機は、半密閉容器内に前記冷媒を圧縮する圧縮部を有する請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記圧縮部は、双方の渦巻体を双方の台板から突出させた固定スクロールと揺動スクロールとを互いに組合せて構成され、
    　前記固定スクロールの前記渦巻体の中央部には、前記双方の渦巻体によって形成される圧縮室から前記冷媒を吐出する吐出ポートが設けられている請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記圧縮機の圧縮過程において前記圧縮室が前記吐出ポートと連通する以前には、前記冷媒を吐出するサブポートが設けられている請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 　前記冷媒回路には、前記凝縮器から流出して前記膨張装置に流入する以前の冷媒の一部を前記圧縮機に戻すインジェクション流路が設けられている請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 　前記インジェクション流路には、インジェクションオフ時に前記圧縮部からの冷媒の逆流を防止する逆止弁が設けられている請求項４～請求項６のいずれか１項に従属する請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 　前記インジェクション流路には、前記圧縮機に近い方から膨張弁と電磁弁とがこの順番で配置されている請求項７又は請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
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