CN104344605A - 热泵装置 - Google Patents

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Abstract

压缩机(1)的电动机(6)具备：固定在密闭容器(10)中并经由绝缘材(7)卷绕有绕组(6w)的定子(6s)、和由该定子(6s)包围的转子(6r)，绝缘材(7)是单体成分以对羟基苯甲酸(PHB)为必需成分，其他单体成分是仅将具有苯环的单体用酯键构成分子主链的全芳族液晶聚合物(LCP)，在40℃、相对湿度80％时，冷冻机油的饱和水分含有量为1％以下。

Description

热泵装置
技术领域
本发明涉及热泵装置，尤其是涉及一种具有压缩机并执行制冷循环的热泵装置，所述压缩机具备收纳了电动机的密闭容器。
背景技术
目前，作为热泵装置，将压缩制冷剂的压缩机、冷凝器、节流机构以及蒸发器依次连接来执行制冷循环，在冷凝器或者蒸发器中将制冷剂具有的热能或冷能传递给热介质(热移动)。
压缩机具有压缩机构和旋转驱动该压缩机构的电动机，该压缩机构和电动机收纳在密闭容器内，由压缩机构压缩后的高压高温的制冷剂暂时喷出到密闭容器内，因此，电动机暴露于高压高温的制冷剂中。并且，为了使压缩机构顺滑地旋转，在密闭容器内存储有机械油(以下称为“冷冻机油”)。
电动机具有固定在密闭容器中的定子和被定子包围并旋转的转子，转子与压缩机构连接。定子是筒状，并具有：形成外周的后轭部、从后轭部向中心突出的多个齿部、经由绝缘材料(绝缘体)卷绕在齿部上的绕组(电线)。
并且，公开有如下发明，即，作为绝缘材料(绝缘体)，使用不具有酯键的聚苯硫醚(PPS)(例如，参照专利文献1)。
并且，公开有如下发明，即，作为绝缘材料(绝缘体)，使用具有酯键的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－324728号公报(第6页，图2)
专利文献2：日本特开2001-227827号公报(第3－4页，图2)
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1记载的隔热材料即不具有酯键的PPS是热塑性的结晶性工程塑料，由使对二氯苯和硫化钠在高温高压下反应而得到的[－ph－S－]的反复结构构成，具有相对耐热性较好、不用担心加水分解、耐热性高、成形性良好、强度和刚性高的特性。但是，在熔融成形时存在如下问题，即，由于固化速度慢而导致生产性的恶化、易产生毛边、或者由于微量分解生成硫磺气体而腐蚀模具。
另一方面，专利文献2记载的隔热材料即具有酯键的PET、PEN以及聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)由于具有加水分解性，因此存在以下问题，即，需要使用具有吸水性的冷冻机油在循环于制冷剂回路的期间吸收制冷剂回路内的水分，并且，当冷冻机油的吸湿性变高、饱和水分量变大时则引起加水分解。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其第一目的在于，即使使用吸湿性高且油中水分比率高的冷冻机油，通过使用难以加水分解的绝缘体，也能够获得热泵装置的长期可靠性。
并且，第二目的在于，通过使用在绝缘材料的熔融成形等制造工序中不产生飞边、并且不产生含硫磺的气体、生产性良好的绝缘材料，能够以低成本获得热泵装置的长期可靠性。
用于解决课题的手段
本发明的热泵装置，具有执行制冷循环的压缩机、冷凝器、节流机构以及蒸发器，在上述冷凝器或上述蒸发器中进行热移动，其特征在于，上述压缩机具备：密闭容器、搭载于该密闭容器的内部的压缩机构和对该压缩机构进行旋转驱动的电动机、由上述压缩机构压缩的制冷剂、以及对上述压缩机构进行润滑的冷冻机油，上述电动机具备：固定在上述密闭容器中并隔着绝缘材料卷绕有绕组的定子、和由该定子包围的转子，上述绝缘材料是全芳族液晶聚合物(LCP)，其将对羟基苯甲酸(PHB)作为必需成分的单体并仅将具有苯环的物质作为其他单体，通过酯键构成分子主链，在40℃、相对湿度80％时，上述冷冻机油的饱和水分含有量为1％以下。
发明效果
根据本发明，能够提供一种热泵装置，其电动机的绝缘材料在吸水率为极低的0.01％、油中水分比率为1％以下的冷冻机油中难以产生由于加水分解而产生的绝缘性能的劣化，长期可靠性优异，所述绝缘材料是全芳族液晶聚合物酯键，其具有酯键，作为单体成分以对羟基苯甲酸(PHB)为必需成分，仅将具有苯环的物质作为其他单体成分，通过酯键构成分子主链。
附图说明
图1是表示用于说明本发明的实施方式1的热泵装置的基本结构的制冷剂回路图。
图2是表示图1所示的热泵装置的一部分(压缩机)的侧视截面图。
图3是表示图1所示的热泵装置的一部分(隔热材料)的耐加水分解性的特性图。
具体实施方式
实施方式1
图1和图2是用于说明本发明的实施方式1的热泵装置的图，图1是表示基本结构的制冷剂回路图，图2是表示局部(压缩机)的侧视截面图。另外，各图是示意性描绘的图，本发明不限定于所描绘的形态。
(制冷剂回路)
图1中，热泵装置100具有：压缩制冷剂的压缩机1、对从压缩机流出的制冷剂进行冷凝的冷凝器3、使从冷凝器3流出的制冷剂隔热膨胀的节流机构4、使从节流机构4流出的制冷剂蒸发的蒸发器5、以及将它们依次连接并使制冷剂循环的制冷剂配管2。另外，在制冷剂配管2上根据需要有时设置用于改变制冷剂流动方向的切换阀(例如，四通阀)、或者向冷凝器3及蒸发器5送风的送风机等。
(压缩机)
图2中，压缩机1具有：密闭容器10、配置在密闭容器10内的压缩机构9以及旋转驱动压缩机构9的电动机6，被压缩机构9压缩了的高压高温的制冷剂暂时喷出到密闭容器10内。因此，电动机6暴露于高压高温的制冷剂之中。
另外，为了使压缩机构9顺滑旋转，在密闭容器10的底部设置有用于存储机械油(以下称为“冷冻机油”)的油槽8。
(压缩机构)
压缩机构9具有：由主轴承(上轴承)9m以及副轴承(下轴承)9s、和两者与两端面紧密贴合的缸9c形成的密闭空间(正确来说是形成有供制冷剂流入的流入口和供制冷剂流出的流出口)、以及配置在该密闭空间中的偏心圆筒9e。
偏心圆筒9e的驱动轴9a被固定，驱动轴9a通过主轴承9m和副轴承9s以自由旋转的方式被支撑，因此，通过驱动轴9a的旋转，偏心圆筒9e进行偏心的旋转。
而且，在形成在缸9c上的放射状的多个槽(未图示)中，多个叶片9b配置为自由进退，并被按压到偏心圆筒9e的外周面上。即，由一对叶片夹着而形成多个空间，该空间通过因偏心圆筒9e的旋转而体积变动，由此形成压缩室。
(电动机)
电动机6具有：固定在密闭容器上的定子6s、被定子6s包围并旋转的转子6r，在转子6r上固定有形成压缩机构9的驱动轴9a。
定子6s为筒状，具有：形成外周的后轭部(未图示)、从后轭部向中心突出的多个齿部(未图示)、隔着绝缘材料(绝缘体)7卷绕在齿部上的绕组(电线)6w。
(制冷剂)
制冷剂至少包含以下物质中的一种(以下的物质单体、或者2种以上的复合体)。
二氟甲烷(HFC-32)、
1，1,1,2,2五氟乙烷(HFC-125)、
1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、
1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、
2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷(HFC-123)、
三氟甲烷(HFC-23)、
1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、
1，1,2三氟乙烯(R1123)、
反式-1,2-二氟乙烯(R1132(E))、
顺式-1,2-二氟乙烯(R1132(Z))、
1,1-二氟乙烯(R1132)、
2,3,3,3-四氟-1-丙烷(HFO-1234yf)、
氯代二氟甲烷(HFC-22)、
二氧化碳、
氨、
甲醚、
丙烷(R－290)、
异丁烷(R-600a)、
丁烷(R-600)。
(冷冻机油)
冷冻机油是存储在密闭容器10的油槽8中的物质，是以下物质中的至少一种：酯类、醚类、二醇类、烷基苯类、聚α-烯烃类、聚乙烯醚类、氟素类、环烷烃类矿物油、链烷烃类矿物油。即，是由某一种构成的单体，或者是由某两种构成的复合体。
(绝缘材料)
绝缘材料7由“LCP”形成，LCP是熔融时显现出液晶性的高分子的总称，分子结构有多个，耐热性和强度依赖于构成的单体，因此不是一定的。
形成绝缘材料7的LCP是是通过如下方式获得的热塑性树脂，即，作为单体成为以对羟基苯甲酸(PHB)为必需成分，将添加了以下添加成分中的至少一种的、合计为两种以上成分的单体共聚(缩聚)。
即，添加成分是以下五种中的至少一种。
4,4’-二苯酚(BP)、
氢醌(HQ)、
对苯二甲酸(TPA)、
间苯二甲酸(IPA)、
6-羟基-2-萘甲酸(BON6)。
例如，绝缘材料7是由将PHB和BON6的二成分类的“LCP－A”、或包含上述必需成分及全部上述添加成分的六成分类的单体(PHB、BP、HQ、TPA、IPA、BON6)缩聚所得的“LCP-B”构成的。
【表1】
在表1中，LCP-A和LCP-B与PBT(聚丁烯对苯二甲酸酯)单体相比，吸收率和结晶化潜热的值小。因此，LCP-A和LCP-B具有如下特性：耐热性和提取性优异，成型时的熔融粘度低、薄壁时的流动特性优异，从熔融状态到固化为止的热量移动量较小，因此，固化速度非常快，在制造工序中不容易生成飞边。
并且，LCP-A和LCP-B的由示差扫描量热计(DSC)测定的结晶化潜热是10J/g，因此，固化速度快，在制造工序中不容易产生飞边。因此，具有能够进行高周(high cycle)成形、生产性优良的特征。
即，LCP是液晶性树脂，虽然由于具有酯键因而在分子结构上进行加水分解，但不是如通常的树脂那样分子以络合状态形成为橡胶状，而是刚直分子绵密地取向为直线状，因此，吸水率极低。PBT等工程塑料的吸水率是“0.1％”，而LCP的吸水率是“0.01％(23℃，24小时在水中浸渍之后)”，成为比前者小一位以上的值。
因此，形成绝缘材料7的LCP的耐热性和提取性优异，所以，稳定性比前述的任何冷冻机油和制冷剂都高。
图3是用于说明本发明的实施方式1的热泵装置的图，是表示一部分(隔热材料)的耐加水分解性的特性图。
图3中，纵轴是拉伸强度保持率(试验后的强度与初始强度的比例)，横轴是冷冻机油的油中水分比率，即，是40℃且相对湿度为80％的油中水分(％)。
使冷冻机油为吸湿性的高醚油，使制冷剂为R32制冷剂，在注入了两者的容器内，求出将LCP-A、LCP-B以及用于比较的PBT分别在150℃的情况下浸渍500小时时的拉伸强度保持率。
这时，从图3可以看出，作为比较材料的PBT的油中水分比率即使是0.1％，拉伸强度保持率也只有约60％，而且，当油中水分比率达到0.2％时，拉伸强度保持率急剧减少，如果油中水分含有率为0.5％以上，则拉伸强度保持率是10％这样低的值。
另一方面，本发明的LCP-A以及LCP-B都伴随着油中水分比率的增加，拉伸强度保持率降低，但饱和水分量在2％以下的范围内，拉伸强度保持率确保为70％以上。
因此，如果冷冻机油的饱和水分量为2％以下，则本发明的LCP-A以及LCP-B保持有足够的绝缘性能，能够提供可靠性高的电动机6、可靠性高的热泵装置100。
另外，以上，作为2个成分类的LCP-A和6个成分类的LCP-B表现出了相同的耐加水分解特性，因此，只要包含PHB，由3个成分类的所有组合构成的单体、由4个成分类～5个成分类的所有组合构成的单体也能够获得同样的耐加水分解特性。
另外，LCP的特征在于，其是在熔融状态下表现出固体和液体的中间状态的树脂，就是排列了很多棒状分子的状态，在熔融时以与该状态接近的状态进行固化。即，在熔融状态下受到由射出或压出产生的剪断力，进而分子取向绵密，由此，防止水分子向分子间间隙的入侵、浸透，这成为了LPC的加水分解性优异的原因。因此，仅通过是LCP，相对于具有酯键的通常的PET和PBT等树脂，其加水分解性肯定是有利的。
并且，由于单体的6个成分自身都是由具有芳香环的骨架较强的分子构成的全芳香族类的LCP，因此更难以加水分解。
符号说明
1压缩机，2制冷剂配管，3冷凝器，4节流机构，5蒸发器，6电动机，6r转子，6s定子，6w绕组，7绝缘材，8油槽，9压缩机构，9a驱动轴，9b叶片，9c缸，9e偏心圆筒，9m主轴承(上轴承)，9s副轴承(下轴承)，10密闭容器，100热泵装置。

Claims (9)

1.一种热泵装置，具有执行制冷循环的压缩机、冷凝器、节流机构以及蒸发器，在上述冷凝器或上述蒸发器中进行热移动，其特征在于，
上述压缩机具备：密闭容器；搭载于该密闭容器的内部的压缩机构和对该压缩机构进行旋转驱动的电动机；由上述压缩机构压缩的制冷剂；以及，对上述压缩机构进行润滑的冷冻机油，
上述电动机具备：固定在上述密闭容器中并隔着绝缘材料卷绕有绕组的定子；以及，由该定子包围的转子，
上述绝缘材料是全芳族液晶聚合物(LCP)，作为单体以对羟基苯甲酸(PHB)为必需成分，仅将具有苯环的物质作为其他单体，通过酯键构成分子主链，
在40℃、相对湿度80％时，上述冷冻机油的饱和水分量为1％以下。
2.如权利要求1记载的热泵装置，其特征在于，
作为上述绝缘材料的液晶聚合物由示差扫描量热计(DSC)测定的结晶化潜热为10J/g以下。
3.如权利要求1记载的热泵装置，其特征在于，
上述绝缘材料为通过如下方式得到的液晶聚合物，即，作为具有酯键的单体成分，以对羟基苯甲酸(PHB)为必需成分，并且以4,4’-联苯酚(BP)、氢醌(HQ)、对苯二甲酸(TPA)、间苯二甲酸(IPA)以及6-羟基-2-萘甲酸(BON6)这五种中的一种以上作为添加成分，将合计两种以上的单体缩聚。
4.如权利要求2记载的热泵装置，其特征在于，
上述绝缘材料为通过如下方式得到的液晶聚合物，即，作为具有酯键的单体成分，以对羟基苯甲酸(PHB)为必需成分，并且以4,4’-联苯酚(BP)、氢醌(HQ)、对苯二甲酸(TPA)、间苯二甲酸(IPA)以及6-羟基-2-萘甲酸(BON6)这五种中的一种以上作为添加成分，将合计两种以上的单体缩聚。
5.如权利要求1记载的热泵装置，其特征在于，
上述冷冻机油是酯类、醚类、二醇类、烷基苯类、聚α-烯烃类、聚乙烯醚类、氟类、环烷烃类矿物油、链烷烃类矿物油中的至少一种构成的单体或者复合体。
6.如权利要求2记载的热泵装置，其特征在于，
上述冷冻机油是酯类、醚类、二醇类、烷基苯类、聚α-烯烃类、聚乙烯醚类、氟类、环烷烃类矿物油、链烷烃类矿物油中的至少一种构成的单体或者复合体。
7.如权利要求3记载的热泵装置，其特征在于，
上述冷冻机油是酯类、醚类、二醇类、烷基苯类、聚α-烯烃类、聚乙烯醚类、氟类、环烷烃类矿物油、链烷烃类矿物油中的至少一种构成的单体或者复合体。
8.如权利要求4记载的热泵装置，其特征在于，
上述冷冻机油是酯类、醚类、二醇类、烷基苯类、聚α-烯烃类、聚乙烯醚类、氟类、环烷烃类矿物油、链烷烃类矿物油中的至少一种构成的单体或者复合体。
9.如权利要求1～8中任一项记载的热泵装置，其特征在于，上述制冷剂是包含二氟甲烷(HFC-32)、1，1,1,2,2五氟乙烷(HFC-125)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷(HFC-123)、三氟甲烷(HFC-23)、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1，1,2三氟乙烯(R1123)、反式-1,2-二氟乙烯(R1132(E))、顺式-1,2-二氟乙烯(R1132(Z))、1,1-二氟乙烯(R1132a)、2,3,3,3-四氟-1-丙烷(HFO-1234yf)、氯代二氟甲烷(HFC-22)、二氧化碳、氨、甲醚、丙烷(R－290)、异丁烷(R-600a)以及丁烷(R-600)中的至少一种的单体或复合体。
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