JP2000073951A - 冷媒圧縮機及びこの冷媒圧縮機を用いた冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、冷媒として塩素を含まない冷媒を用い
た冷凍サイクルにおいては、冷凍機油としてエステル油
が用いられているが、水分による加水分解劣化してスラ
ッジを生成するという課題があった。 【解決手段】 圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を備
えた冷凍サイクルにおいて、冷媒として二酸化炭素を用
い、圧縮機の冷凍機油をエーテル結合を有するベンゼン
環を基油構造とする芳香族ポリエーテル油を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒圧縮機及びこ
の冷媒圧縮機を用いた冷凍機、空気調和機等の冷凍サイ
クルに係り、特にオゾン層保護の観点から塩素を含まな
い代替冷媒に対して適合し、冷媒との相溶性、化学的安
定性、耐摩耗・焼付性、電気絶縁性に優れた冷凍機油を
備え、また、化学的安定性、耐摩耗・焼付性、電気絶縁
性に優れた機械部品、電気絶縁材等を備えた冷媒圧縮機
及びこの冷媒圧縮機を用いた冷凍サイクルに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、オゾン層保護の観点から冷凍機、
冷蔵庫、除湿機、空調機等に用いられてきた塩素を含む
CFC、HCFC等のフロン系冷媒が使用規制の対象となって
いる。

【０００３】そこで、代替冷媒として塩素を含まずオゾ
ンとの反応性が小さく、大気中での分解期間の短いハイ
ドロフルオロカーボン(HFC)や、ハイドロカーボン(HC)
が検討、実用化されている。

【０００４】しかしながら、これら分子内に塩素を含ま
ない代替冷媒はいずれも極性が高く、従来の塩素を含む
冷媒の冷凍サイクルで使用されてきた鉱油やアルキルベ
ンゼン油等の冷凍機油では、冷媒との相溶性が悪いた
め、新たな冷凍機油の開発が進められている。

【０００５】図８は、特開平８−２４０３５１号公報に
示された従来の代替冷媒対応の冷凍サイクル図、図９は
従来の代替冷媒対応の冷凍サイクルに用いられる一般的
な冷媒圧縮機の断面図であり、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）はシリンダ上面より見た断面図である。

【０００６】ここで、１は冷媒圧縮機、２はその密閉容
器であり、３は蒸発器、４は凝縮器、５は膨張弁、毛細
管等の膨張機構を示す。回路内には塩素を含まない水素
化弗素化炭素(HFC)が封入されて冷凍サイクルが構成さ
れている。

【０００７】冷媒圧縮機１の密閉容器２内には電動要素
６と圧縮要素７が収納され、また底部に冷凍機油８０が
貯溜されている。また、電動要素６は固定子９、回転子
１０からなり、固定子９は巻線部１１とコア部１２から
成り、電力は気密端子１３からリード線を介して電動要
素６に供給される。圧縮要素７は回転子１０に連結され
た主軸１４と主軸１４の偏心部に係合されたローリング
ピストン１５、圧縮室を形成するシリンダ１６とシリン
ダ１６の端面を閉塞するとともに主軸１４を支持する主
軸受１７、副軸受１８、ローリングピストン１５外周と
摺接して圧縮室を高低圧に仕切るベーン１９及びベーン
スプリング２０から構成されている。

【０００８】冷媒圧縮機１は吸入管２１と吐出管２２に
よって冷凍サイクルに連結されている。

【０００９】次に従来の冷凍サイクルの動作について説
明する。圧縮機を運転すると、電動要素６の回転力は回
転子１０に連結された主軸１４により圧縮要素７に伝達
され、シリンダー１６内で主軸１４の偏心部に係合され
たローリングピストン１５が偏心回転する。シリンダ１
６内を高低圧に仕切るベーン１９は、背圧とベーンスプ
リング２０のバネ力により先端をローリングピストン１
５外周に接して往復運動を行なう。

【００１０】冷媒は吸入管２１よりシリンダ１６内へ導
かれ、ローリングピストン１５の偏心回転により圧縮さ
れてシリンダー１６より密閉容器２内へ吐出され、電動
要素６を冷却した後に吐出管２２より外部の冷凍サイク
ルへ導かれる。

【００１１】冷媒圧縮機１を出た高圧、高温の過熱冷媒
ガスは凝縮器４にて外気と熱交換して潜熱を奪われて高
圧、高温の冷媒液となり、膨張機構５によって減圧され
て低圧の飽和冷媒液となり、さらに蒸発器３によって外
気と熱交換し潜熱を吸収して冷媒ガスとなる。

【００１２】ここで、冷媒圧縮機１の密閉容器２の底部
に貯溜された冷凍機油８０は主軸１４の下端より給油さ
れ、圧縮要素７の各摺動部を潤滑した後、大部分は密閉
容器２の底部へ戻されるが、一部は冷媒ガスと一緒に吐
出管２２より冷媒圧縮機１外部へ吐出され冷凍サイクル
を循環して、再び吸入管２１より冷媒圧縮機１へ戻され
る。

【００１３】このため、冷凍サイクルに用いられる冷凍
機油には、冷媒と共に循環するため低温から高温まで広
い温度範囲において冷媒と相溶性が高く、低温流動性に
優れることが第一に要求される。

【００１４】またクロロフルオロカーボン(CFC)やハイ
ドロクロロフルオロカーボン(HCFC)等、塩素を含む従来
の冷媒においては、摺動部表面で塩素分子が極圧剤とし
て機能し、潤滑性が極めて良好であったのに対し、オゾ
ン層を破壊しない塩素を含まない代替冷媒においては、
冷媒自身の極圧効果が期待できないことから、冷凍機油
として、高温・高圧化で摺動部を潤滑するために、耐摩
耗・焼付き性、熱安定性、化学安定性に優れていること
が要求される。

【００１５】更に、冷凍機油は電動要素６と共に密閉容
器２内部で使用されることから絶縁特性についても優れ
ていることが要求される。

【００１６】特開平１−２５９０９３号公報において、
水素化弗素化炭素(HFC)冷媒に適合する冷凍機油として
一般式

【００１７】

【化１】

【００１８】にて表されるプロピレングリコールモノエ
ーテル(PAG)を基油とするものが、また、特開平１−２
５９０９４号公報では、プロピレングリコールの末端を
エーテル化してジエーテルタイプの化合物が示されてい
る。しかしながら、PAG油については電気絶縁性、吸湿
性、耐摩耗・焼付性において劣っており密閉型の冷媒圧
縮機では実用的でないことが一般に知られている。

【００１９】特開平８−２４０３５１号公報において
は、水素化弗素化炭素(HFC)冷媒に適合する冷凍機油と
して分子中にエステル結合(-O-CO-)を少なくとも２ヶ保
有する脂肪酸のエステル油を基油とする下記一般式によ
ることが示されており、多価アルコールと炭素数６〜８
の脂肪酸を用いた分岐構造を有するヒンダード系エステ
ル、コンプレクス系エステルの例が示されている。

【００２０】

【化２】

【００２１】また特開平８−１５１５９０号公報ではポ
リオールエステルを基油とし、基油に対してリン酸エス
テルを7.0〜15.0重量％と1、2-エホ゜キシアルカン及び／又はヒ゛ニー
ルシクロヘキセンシ゛オキシト゛を0.2〜3.0重量％配合して成る冷凍機
油組成物が示されている。

【００２２】これらエステル油は電気絶縁性、吸湿性に
優れることから代替冷媒対応の冷凍機油として現在最も
広く検討されている。

【００２３】また、最近では一般式

【００２４】

【化３】

【００２５】で示されるポリビニルエーテル油について
も検討が進んでいる。(下記文献参照)（ 高木実 「HCFC
s代替冷媒用新規エーテル油の実用性能について」 The Inte
rnational Symposium On HCFC Alternative Refrigernt
s ′96 141頁、 Proceedings December 5-6、1996 Inter
natinal Conference Center Kobe、 The Japan Refrige
ration and Air Conditioning Industry Association） 以上の様に、これまでエステル系合成油、ポリビニルエ
ーテル系合成油などの含酸素炭化水素系合成油について
検討されてきている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】エステル系合成油は、
ポリエーテル系合成油に比べて潤滑特性が良好でさらに
電気絶縁性が優れ、吸湿性が低いという特徴から最も広
く検討が進められている。

【００２７】しかしながら、エステル油は脂肪酸とアル
コールの脱水縮合反応からなる合成油であり、この反応
が可逆的であるため、水が存在すると加水分解を起こ
す。そして加水分解により酸が遊離した場合には腐蝕摩
耗を生じることが知られている。 RCOOR’＋H₂O → RCOOH＋R’OH・・・・・・・・・・・・・・（７） FeO＋2RCOOH → Fe(OCOR)₂＋H₂O・・・・・・・・・・・・（８）

【００２８】金属との反応は、摩耗により新生面が発生
すると早くなることから、密閉容器２内が高温・高圧に
保持され、またベーン１９先端とローリングピストン１
５外周の様に流体潤滑が確保出来にくい摺動部をもつロ
ータリ形圧縮機では加水分解反応が促進されやすい。

【００２９】加水分解による摩耗や冷凍機油の劣化は、
冷凍サイクルにおいて毛細管や膨張弁等の膨張機構５に
スラッジを堆積させ、膨張機構５の閉塞を引き起こして
冷却不良や正常な運転が出来なくなるという課題があっ
た。

【００３０】これに対し、加水分解を考慮した分岐鎖を
持つ基油構造や加水分解後の遊離脂肪酸の捕捉と中和を
目的としたエポキシ等の添加剤の検討、加水分解を加速
する摩耗の低減を目的とした極圧添加剤の種類、添加量
の検討が成されているが、分子中にエステル構造を有す
るために加水分解はどうしても避けられない。

【００３１】また、空調機の場合は、据え付け工事時に
室外機と室内機を連結するため、据え付け工事において
冷凍サイクル内に水分が混入する可能性があり、水分量
を生産工場内のみで厳密に管理することが出来ず、冷凍
機油としてエステル油を使用することは膨張機構５を閉
塞させ、冷却不良を生じる可能性があった。

【００３２】一方、エーテル油はこれらエステル油の欠
点である加水分解を生じないものの、エーテル結合であ
るが故に、酸化劣化しやすく潤滑性が劣り摺動条件の厳
しいベーン１９先端とローリングピストン１５外周部等
で摩耗やスカッフイング（焼付）を生じるという欠点が
あった。

【００３３】また冷媒圧縮機用冷凍機油として必要な絶
縁特性が悪いという欠点があった。

【００３４】本発明の目的は、塩素を含まない冷媒に対
して相溶性が良く、また潤滑特性、化学的安定性等の良
好な冷凍機油を有する高信頼性、高性能な冷媒圧縮機を
提供する。

【００３５】また、これらの冷媒と冷凍機油の組合せに
対して、化学的安定性、耐摩耗・耐焼付性等の優れた軸
受、スプリング、シ−ル材等の機械部品を備えた冷媒圧
縮機を提供する。

【００３６】また、これらの冷媒と冷凍機油の組合せに
対して、化学的安定性、電気絶縁性等の優れた気密端
子、固定子巻線、固定子コア部等を備えた冷媒圧縮機を
提供する。

【００３７】また、前記の冷媒圧縮機を用い、塩素を含
まない冷媒を使用する信頼性の高い冷凍サイクルを提供
する。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の様な問題
点を解決するために成されたものであり、第１の発明の
冷媒圧縮機においては、電動要素と、前記電動要素によ
り主軸を回転させ冷媒を圧縮する圧縮要素等とを備え、
冷媒として塩素を含まない冷媒を使用する冷媒圧縮機に
おいて、冷凍機油としてエーテル結合を有するベンゼン
環を基油構造に持つ芳香族ポリエーテル油を用いるもの
である。

【００３９】また、第２の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、主軸を支持する軸受部の軸受材として含
浸青銅材を用いるか又はカ−ボン材を用いるものであ
る。

【００４０】また、第３の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、スプリングとしてＳＵＳ材を用いるか又
は耐腐食性の表面処理を行ったスプリングを用いるもの
である。

【００４１】また、第４の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレ−ト、ナ
イロン樹脂、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリイミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエ−テルサルフォン、
ポリエ−テルエ−テルケトン、ポリサルフォン、フッ素
系樹脂又はシリコ−ン等の電気絶縁性、耐腐食性に優れ
た樹脂で覆い密封した気密端子を備えたものである。

【００４２】また、第５の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、シ−ル材として天然ゴム、スチレンブタ
ジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエ
ンモノマ−又はブチルゴム等の無極性ゴムを用いるか又
は水素添加ニトリルゴムを用いるものである。

【００４３】また、第６の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、電動要素の固定子の巻線の絶縁被覆材と
してポリエステル／ポリアミド、ポリエステルイミド、
ポリエステル／ポリアミドイミド、ポリエステルイミド
／ポリアミドイミド、ポリアミドイミド又はポリイミド
を用いるものである。

【００４４】また、第７の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、電動要素の固定子のコア部の巻線穴の内
面に装着し、巻線との電気絶縁用の電気絶縁フィルム材
としてポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレ
フタレ−ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレ
ンナフタレ−ト、フッ素系樹脂フィルム、ポリアミドイ
ミド又はポリイミドを用いるものである。

【００４５】また、第８の発明の冷凍サイクルは、冷媒
圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器をを備えた冷凍サイ
クルにおいて、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）を用
い、冷媒圧縮機として第１の発明〜第７の発明のいずれ
かの発明に記載の冷媒圧縮機を用いるものである。

【００４６】また、第９の発明の冷凍サイクルは、冷媒
圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器をを備えた冷凍サイ
クルにおいて、冷媒としてアンモニア（ＮＨ₃）を用
い、冷媒圧縮機として第１の発明〜第７の発明のいずれ
かの発明に記載の冷媒圧縮機を用いるものである。

【００４７】また、第１０の発明の冷凍サイクルは、冷
媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器をを備えた冷凍サ
イクルにおいて、冷媒としてハイドロフルオロカ−ボン
（ＨＦＣ）を用い、冷媒圧縮機として第１の発明〜第７
の発明のいずれかの発明に記載の冷媒圧縮機を用いるも
のである。

【００４８】また、第１１の発明の冷凍サイクルは、冷
媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器をを備えた冷凍サ
イクルにおいて、冷媒として含フッ素ヘテロ化合物を用
い、冷媒圧縮機として第１の発明〜第７の発明のいずれ
かの発明に記載の冷媒圧縮機を用いるものである。

【００４９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１による冷凍サイクル図、図２は同じく冷凍サ
イクルに用いられる所謂スクロールタイプの冷媒圧縮機
の縦断面図である。図において従来の冷凍サイクル図、
冷媒圧縮機に対応する構造については同じ番号を付し説
明を省略する。

【００５０】冷媒圧縮機１の密閉容器２底部に冷凍機油
８が貯溜されている。ここで冷凍機油は、エーテル結合
を有するベンゼン環を基油構造とし、下記一般式にて示
される芳香族ポリエーテル（以下本基油構造の芳香族ポ
リエ−テルと記す）が用いられる。 一般式

【００５１】

【化４】

【００５２】ベンゼン環へのＲ₀の付加はベンゼン環の
５ヶ所のいずれでもよい。具体的には、実用的な本基油
構造の芳香族ポリエ−テルとして下記のものが用いられ
る。

【００５３】

【化５】

【００５４】冷媒としては、塩素を含まない、また、極
性の高い二酸化炭素（ＣＯ₂）又はアンモニア（ＮＨ₃）
を封入する。

【００５５】また、気密端子１３には図２で示すように
ポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）、ポリフェニレ
ンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレ−
ト（ＰＢＴ）、ナイロン樹脂、ポリエチレンナフタレ−
ト、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエ−
テルサルフォン、ポリエ−テルエ−テルケトン、ポリサ
ルフォン、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン
等）又はシリコ−ン等、電気絶縁性、耐腐食性に優れた
樹脂により成形された収縮チューブ２３を各端子に配線
接合時に被せ、密閉容器２内で各端子を該収縮チューブ
２３にて完全に密閉することで、端子導体部の絶縁性を
確保している。

【００５６】さらに、図２に示すスクロールタイプ冷媒
圧縮機１における給油ポンプにおいてシール材として用
いられるＯリング２４材として天然ゴム、スチレンブタ
ジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエ
ンモノマ−又はブチルゴム等の無極性ゴムを用いるか又
は水素添加ニトリルゴムを適用している。また、電動機
固定子９の巻線部１１の巻線はその芯線を絶縁被覆材で
エナメル被覆されて構成され、電動機固定子９のコア部
１２の巻線穴の内面には電気絶縁フィルム（図示せず）
が装着されており、該巻線部１１の巻線とコア部との絶
縁性を充分確保している。該エナメル被覆材としては、
ポリエステル／ポリアミド（但し、ポリエステルが内側
でポリアミドが外側を表す、以下同じ）、ポリエステル
イミド、ポリエステル／ポリアミドイミド、ポリエステ
ルイミド／ポリアミドイミド、ポリアミドイミド、ポリ
イミドから選ばれる少なくとも１種の絶縁層から構成さ
れ、該電気絶縁フィルム材としては、ポリエチレンテレ
フタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリエチレンナフタレ−ト、フッ素
系樹脂フィルム、ポリアミドイミド、ポリイミドから選
ばれる少なくとも１種をもって成っている。

【００５７】次に本実施の形態における作用を説明す
る。図１に示す冷凍サイクルにおいて、冷凍機油８とし
ては本基油構造の芳香族ポリエーテル油を用いたため、
そのエーテル結合により、これら極性の高いＣＯ₂若し
くはＮＨ₃冷媒との相溶性が良好で冷凍機油８が冷媒圧
縮機１の密閉容器２から吐出冷媒と一緒に流出した場合
においても、冷媒に溶解して容易に冷凍サイクル内を循
環し密閉容器２内に返油される。従って、冷媒圧縮機の
冷凍機油が不足して軸受部等の摺動部等の潤滑不良を生
じることがない。図３に相溶性の比較のために本基油構
造の芳香族ポリエ−テル油及び従来のポリオ−ルエステ
ル油と極性の高い冷媒（ハイドロフルオロカ−ボンＨＦ
Ｃ）との限界溶解度曲線を示す。本碁油構造の芳香族ポ
リエ−テル油はポリオ−ルエステル油に比較して極めて
広い温度範囲でＨＦＣ冷媒と溶解することがわかる。上
記比較は、冷媒としてＨＦＣ冷媒を用いたが、極性の高
い冷媒である二酸化炭素（ＣＯ₂）又はアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）を用いても同様の傾向を示す。

【００５８】また、本基油構造の芳香族ポリエーテル油
は、前記一般式に示す様にエーテル結合で分子中にエス
テル基を含有しない構造のため、エステル油の様に水分
の存在により加水分解を生じない。このため冷凍サイク
ル内にて、摩擦面で劣化が促進され金属と反応し金属石
鹸を生成し、膨張機構５の閉塞を生じる危険性が無い。
このため、空調機の様に室外機と室内機が据付工事によ
って連結される製品において、雨中での工事や従来の既
設配管を利用した工事の様に水分を多量に混入する様な
市場での最悪ケースを想定した場合においても、極めて
信頼性の高い冷凍サイクルを提供することが出来る。

【００５９】本実施の形態では、システム中に凝縮器、
蒸発器、膨張機構が各１個設けられる冷凍サイクルの場
合について示したが、近年増加している1台の室外機に
対して複数台の室内機を持つマルチタイプのエアコンの
様に凝縮器、蒸発器、膨張機構を複数個持つ冷凍サイク
ルであっても良く、この場合は冷凍サイクル全体の配管
長が長くなることから、冷媒との相溶性が良好であるこ
とで冷凍機油の流動性、油戻りがより有利となる。ま
た、この場合は混入する水分等のコンタミ量も相対的に
多くなることから、エステル油に比べて冷凍機油の劣化
の危険性は著しく低下するといえる。

【００６０】本基油構造の芳香族ポリエーテルの体積抵
抗率は１０¹²〜１０¹³Ω−ｃｍ程度を示し電動要素６を
密閉容器２内にもつ冷媒圧縮機１の冷凍機油８として実
用化が可能なレベルである。しかしながら、従来のパラ
フィン系鉱油、ナフテン系鉱油、アルキルベンゼン油等
の炭化水素系油の体積抵抗率は１０¹⁴〜１０¹⁵Ω−ｃｍ
程度であり、やや劣っている。そこで、気密端子１３に
図２で示すようにポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥ
Ｔ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブ
チレンテレフタレ−ト（ＰＢＴ）、ナイロン樹脂、ポリ
エチレンナフタレ−ト、ポリイミド樹脂、ポリアミドイ
ミド樹脂、ポリエ−テルサルフォン、ポリエ−テルエ−
テルケトン、ポリサルフォン、フッ素系樹脂（ポリテト
ラフルオロエチレン等）又はシリコ−ン等、電気絶縁
性、耐腐食性に優れた樹脂により成形された収縮チュー
ブ２３を各端子に配線接合時に被せ、密閉容器２内で各
端子を該収縮チューブ２３にて完全に密封し、端子導体
部の絶縁性を確保することで、冷媒圧縮機及び冷凍サイ
クルの信頼性を高めている。

【００６１】本実施の形態では、気密端子１３の絶縁性
を確保するために上記樹脂収縮チューブ２３を示した
が、他にポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）、ポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレ
フタレ−ト（ＰＢＴ）、ナイロン樹脂、ポリエチレンナ
フタレ−ト、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、
ポリエ−テルサルフォン、ポリエ−テルエ−テルケト
ン、ポリサルフォン、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオ
ロエチレン等）又はシリコ−ン等の樹脂によって形成さ
れる端子カバーを端子接合時に気密端子１３に被せ、Ｓ
ｉ系等の接着剤にて固定する等、上記に示すような樹脂
によって気密端子１３を冷媒圧縮機１内で覆い完全に密
封する形態であればいかなるものでも本実施の形態に示
したものと同様の効果が得られる。

【００６２】図２に示すスクロールタイプ冷媒圧縮機に
おける給油ポンプにおいてシール材として用いられるＯ
リング２４の材質として天然ゴム、スチレンブタジエン
ゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエンモノ
マ−又はブチルゴム等の無極性ゴムを用いるか又は水素
添加ニトリルゴムを適用しているため、本実施例におけ
る極性の高い冷媒と冷凍機油８の組み合わせに対して膨
潤等の劣化が生じにくく、信頼性の高い冷媒圧縮機及び
冷凍サイクルを得ることができる。

【００６３】また、電動機固定子９の巻線１１の芯線に
おけるエナメル被覆材としては、ポリエステル／ポリア
ミド（但し、ポリエステルが内側でポリアミドが外側を
表す、以下同じ）、ポリエステルイミド、ポリエステル
／ポリアミドイミド、ポリエステルイミド／ポリアミド
イミド、ポリアミドイミド、ポリイミドから選ばれる少
なくとも１種の絶縁層をもって構成され、巻線部１１の
巻線を通す電動機固定子９のコア部１２の巻線穴の内面
に装着した電気絶縁フィルム（図示せず）材としては、
ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ
−ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフ
タレ−ト、フッ素系樹脂フィルム、ポリアミドイミド、
ポリイミドから選ばれる少なくとも１種をもって構成さ
れており、本実施の形態における極性の高い冷媒と冷凍
機油の組み合わせに対して耐薬品性、耐腐食性のもので
あり、信頼性上問題なく適用される。

【００６４】本実施の形態においては、冷媒としてＣＯ
₂若しくはＮＨ₃の場合をを示したが、これは冷媒として
極性の高い物質であれば、塩素を含まないハイドロフル
オロカーボン(HFC)、含フッ素アルコ−ル((CH₃)₃COH、C
F₃CF₂CH(OH)CF₃等）、含フッ素エーテル(CF₃CH₂OCHF₃、
CHF₂CF₂OCH₃、CF₃CH₂OCF₃、CF₃CF₂OCH₃等)、含フッ素ア
ミン((CF₃)₂NCH₃等)、含フッ素アルコキシシラン((CH₃)
₂Si(OCH₂CF₂CF₃)₂等)等の含フッ素ヘテロ化合物の様
に、塩素を含まず、より温暖化係数が小さい、いわゆる
第三世代冷媒と呼ばれる物質であっても、同様の効果が
得られる。

【００６５】実施の形態２．図４に本発明の実施の形態
２による冷凍サイクル図、図５に同じく冷凍サイクルに
用いられるロータリタイプの冷媒圧縮機の断面図を示
す。図において従来の冷媒圧縮機に対応する構造、作用
については同じ番号を付し説明を省略する。

【００６６】冷媒圧縮機１の密閉容器２底部に冷凍機油
８が貯溜されている。ここで冷凍機油８は、発明の実施
の形態１の場合と同様、本基油構造の芳香族ポリエーテ
ルが用いられる。

【００６７】冷媒としてはＣＯ₂若しくはＮＨ₃を封入す
るが、この場合も前述の通り、冷媒として極性の高い物
質であれば、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン
(HFC)、含フッ素アルコ−ル((CH₃)₃COH、CF₃CF₂CH(OH)C
F₃等）、含フッ素エーテル(CF₃CH₂OCHF₃、CHF₂CF₂OC
H₃、CF₃CH₂OCF₃、CF₃CF₂OCH₃等)、含フッ素アミン((C
F₃)₂NCH₃等)、含フッ素アルコキシシラン((CH₃)₂Si(OCH
₂CF₂CF₃)₂等)等の含フッ素ヘテロ化合物の様に、塩素を
含まず、より温暖化係数が小さい、いわゆる第三世代冷
媒と呼ばれる物質であってもよい。

【００６８】また、冷媒圧縮機１における軸受１７、１
８材としては含浸青銅材（マトリックス材である青銅材
に対して、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）と鉛の混合物を含浸したもの（以下ＰＴＦＥ含浸材
とする）又はＰＴＦＥ、鉛、グラファイト、青銅粉の混
合物を含浸したもの）若しくはカーボン材（Ｃ：８０％
＋Ａｌ：２０％又はＣ：１００％）を用いており、ベー
ンスプリング２０材には耐腐食性を有するＳＵＳ材を用
いる。

【００６９】さらに、本実施の形態における冷媒圧縮機
１では、気密端子１３を密閉容器２上部に設けてある。

【００７０】次に本実施の形態における作用を説明す
る。図６に本基油構造の芳香族ポリエ−テル油と従来の
ポリビニルエ−テル油、ポリオ−ルエステル油、ＰＡＧ
油の潤滑特性の比較を示す。比較はＦＡＬＥＸ摩耗試験
により得られた比摩耗量にて示している。本基油構造の
芳香族ポリエ−テル油は、潤滑特性において、従来のポ
リビニルエ−テル油やＰＡＧ油の様なエ−テル系の冷凍
機油に比べて格段に優れているのみならず、エステル油
に対しても優れていることがわかる。これにより、ハイ
ドロフルオロカ−ボン（ＨＦＣ）の様に塩素を含まない
代替冷媒を使用する場合においても、冷媒圧縮機の圧縮
要素部に過大な摩耗や焼付きを生じることがない。

【００７１】また、潤滑条件が最も厳しい高圧式のロ−
タリ形冷媒圧縮機のベ−ン先端とロ−リングピストン外
周の様に摺動条件の厳しい部分においても、極圧添加剤
や油性剤等の潤滑性を向上させる添加剤の添加なしで過
大な摩耗やスカッフイングを生じることなく、良好な摺
動特性を得ることができる。

【００７２】冷媒圧縮機１における軸受１７、１８材と
しては含浸青銅材（マトリックス材である青銅材に対し
て、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と
鉛の混合物を含浸したもの（以下ＰＴＦＥ含浸材とす
る）又はＰＴＦＥ、鉛、グラファイト、青銅粉の混合物
を含浸したもの）若しくはカーボン材（Ｃ：８０％＋Ａ
ｌ：２０％又はＣ：１００％）を用いている。図７に一
例としてハイドロフルオロカーボン(HFC)であるＲ１３
４ａ、Ｒ３２、及びＲ１２５の非共沸混合冷媒であるＲ
４０７Ｃと本基油構造の芳香族ポリエーテル油の組合わ
せに対する焼付き特性を示す。ＰＴＦＥ含浸軸受は表面
青銅露出率が８０％以上の場合（ＰＴＦＥと鉛の含浸量
が少なくマトリックス材が８０％以上表面に露出してい
る場合）、Ａｌメタル軸受（Ａｌ−Ｐｂ）より焼付耐性
が低くなるものの、表面青銅露出率が５０％以下の場合
（ＰＴＦＥと鉛の含浸量が多くなりマトリックス材の表
面露出量が５０％以下場合）には、Ａｌメタル軸受（Ａ
ｌ−Ｐｂ）に比べて大幅に焼付耐性が上昇することがわ
かる。また、カーボン軸受（Ｃ：８０％＋Ａｌ：２０
％、Ｃ：１００％）の場合もＡｌメタル軸受（Ａｌ−Ｐ
ｂ）と比べて焼付耐性が高く、実用上信頼性が高いこと
がわかる。

【００７３】本基油構造の芳香族ポリエーテル油は水分
混入により、加水分解を起こさず、冷凍機油が劣化し、
スラッジ化する危険性は無いものの、冷凍機油自身の飽
和水分量は従来のアルキルベンゼンやパラフィン系鉱
油、ナフテン系鉱油が数百ppmレベルであるのに対し
て、2000〜3000ppmと高く、冷媒循環システムの製造状
態や据えつけ状態によって、冷媒回路内に多くの水分が
混入した場合において冷凍機油自身に多くの水分を含有
し、最悪の場合として、ベーンスプリング２０のような
継続的に繰返し荷重を受ける部位を腐食させた場合、表
面はだを荒れさせることによって疲れ強さを低下させる
ことが考えられる。このため、ベーンスプリング２０設
計時に腐食による疲れ強さの低下を考慮し、強度マージ
ンを大きめにとることが腐食によって生じたはだ荒れ
（微小き裂）からき裂が進展し、破断に至らせることを
防ぐことに有効であることはもちろんであるが、ベーン
スプリング２０材に耐腐食性を有するＳＵＳ材を用いれ
ば、ベーンスプリング２０表面にはだ荒れを生じること
もなく、該冷媒圧縮機及び冷凍サイクルの信頼性をより
高めることとなる。

【００７４】本実施の形態では、ベーンスプリング２０
材としてＳＵＳ材を用いる場合を示したが、下記の表面
処理を行ってもよい。即ち、電気めっき（Ｚｎめっき
等）によって防食を図っても上記の場合と同等の効果が
得られる。また、ショットピーニング、表面研摩などの
機械加工や窒化処理などの方法により表面層を硬化さ
せ、疲れ強さを高めることもスプリング材の信頼性を向
上させ、該冷媒圧縮機及び冷凍サイクルの信頼性をより
高めることとなる。

【００７５】本実施の形態における冷媒圧縮機１では、
気密端子１３を密閉容器２上部に設けてある。そのた
め、冷媒が溶解した冷凍機油８に浸漬、若しくは液冷媒
にさらされる危険性は極めて低く、端子間絶縁性を適正
に保つことができる。

【００７６】前記の実施の形態１及び２に記載の如く、
本実施の形態の圧縮機及び冷凍サイクルは、冷媒圧縮機
および冷凍サイクルの実製造現場の生産工程から据え付
け工事、市場での実使用状態に対する分析調査により、
従来検討されている代替冷媒対応の冷媒圧縮機および冷
凍サイクルに用いられる冷凍機油の課題を解決する新規
の冷凍機油を用いた信頼性の高い冷媒圧縮機及びこれを
用いた信頼性の高い冷凍サイクルを提供するものであ
る。

【００７７】また、冷凍機油にとって過酷な使用環境と
なる冷媒圧縮機の中で高圧式の圧縮機を用いた場合や、
コンタミ物質を多量に含む配管長の長い既設配管を用い
た場合についても信頼性の高い冷凍サイクルを提供でき
る改善された軸受、スプリング材を提供する。

【００７８】また、冷媒圧縮機において、運転時には冷
媒が溶解した冷凍機油に浸漬、若しくはミスト状に吹き
付けられる環境下に置かれ、停止時には冷媒圧縮機内に
溜まった液冷媒にさらされる電動要素の信頼性をより高
めるために有効な電気絶縁性の改善した気密端子を提供
する。

【００７９】また、冷媒圧縮機に供される電気絶縁フィ
ルムや巻線絶縁被覆材等の有機材として前記の本基油構
造の芳香族ポリエ−テル油に適用が可能であり、長期信
頼性を有するものを提供する。

【００８０】さらに、冷凍サイクルは、冷媒圧縮機に対
して、潤滑性、熱安定性、化学安定性、冷媒との相溶性
に優れる本基油構造の芳香族ポリエーテル油を冷凍機油
として用い、塩素を含まない極性の高い冷媒と該冷凍機
油の組合せに対して最適な軸受材、スプリング材、気密
端子の絶縁方法、及び有機材を供した為、水分や製造コ
ンタミの混入した場合、潤滑条件の厳しい高圧シェルタ
イプの冷媒圧縮機を使用した場合、冷媒配管長が長く、
さらに既設の配管を利用した場合等についても極めて信
頼性の高い冷凍サイクルを提供することができる。

【００８１】

【発明の効果】第１の発明の冷媒圧縮機においては、電
動要素と、前記電動要素により主軸を回転させ冷媒を圧
縮する圧縮要素等とを備え、冷媒として塩素を含まない
冷媒を使用する冷媒圧縮機において、冷凍機油としてエ
ーテル結合を有するベンゼン環を基油構造に持つ芳香族
ポリエーテル油を用いるので、冷媒として塩素を含まな
い、極性の高い代替冷媒を用いた場合でも、冷凍機油が
冷媒との相溶性が良く、冷媒と共に冷凍サイクルに出て
も圧縮機へ返油され、冷凍機油の不足による摺動部の潤
滑不良が生じることがなく、また、冷凍機油自体が潤滑
特性が良好であり、潤滑性向上のための添加剤の添加を
不要とし、良好な摺動特性が得られる。さらに、本基油
構造の芳香族ポリエーテル油は水分の存在で加水分解す
ることがなく、劣化しにくく、安定である。従って、信
頼性が高い、高性能の冷媒圧縮機が得られる。

【００８２】また、第２の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、主軸を支持する軸受部の軸受材として含
浸青銅材を用いるか又はカ−ボン材を用いるので、第１
の発明の効果に加えて、塩素を含まない、極性の高い冷
媒と本基油構造の芳香族ポリエ−テル油の組合せに対し
て、焼付け耐性の高い軸受を得ることができ、信頼性の
高い、高性能な冷媒圧縮機が得られる。

【００８３】また、第３の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、スプリングとしてＳＵＳ材を用いるか又
は耐腐食性の表面処理を行ったスプリングを用いるの
で、第１の発明の効果に加えて、冷凍機油として、比較
的飽和水分量が高い本基油構造の芳香族ポリエ−テル油
を用いても、水分によるスプリングの腐食を防止でき、
信頼性の高い、高性能な冷媒圧縮機が得られる。

【００８４】また、第４の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレ−ト、ナ
イロン樹脂、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリイミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエ−テルサルフォン、
ポリエ−テルエ−テルケトン、ポリサルフォン、フッ素
系樹脂又はシリコ−ン等の電気絶縁性、耐腐食性に優れ
た樹脂で覆い密封した気密端子を備えたので、第１の発
明の効果に加えて、塩素を含まない、極性の高い冷媒と
本基油構造の芳香族ポリエ−テル油の組合せに対して高
耐腐食性となり、鉱油等より体積抵抗率の低い本基油構
造の芳香族ポリエ−テルを用いても、気密端子の絶縁性
を確実に確保でき、信頼性の高い、高性能な冷媒圧縮機
が得られる。

【００８５】また、第５の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、シ−ル材として天然ゴム、スチレンブタ
ジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエ
ンモノマ−又はブチルゴム等の無極性ゴムを用いるか又
は水素添加ニトリルゴムを用いるので、第１の発明の効
果に加えて、塩素を含まない、極性の高い冷媒と本基油
構造の芳香族ポリエ−テル油の組合せに対してシ−ル材
の膨潤等の劣化が生じにくく、信頼性の高い、高性能な
冷媒圧縮機が得られる。

【００８６】また、第６の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、電動要素の固定子の巻線の絶縁被覆材と
してポリエステル／ポリアミド、ポリエステルイミド、
ポリエステル／ポリアミドイミド、ポリエステルイミド
／ポリアミドイミド、ポリアミドイミド又はポリイミド
を用いるので、第１の発明の効果に加えて、塩素を含ま
ない、極性の高い冷媒と本芳香族ポリエ−テル油の組合
せに対して耐腐食性となり、冷凍機油として鉱油等より
体積抵抗率の低い本基油構造の芳香族ポリエ−テルを用
いても、電動機固定子の巻線の絶縁性をより確実にする
ことができ、信頼性の高い、高性能な冷媒圧縮機が得ら
れる。

【００８７】また、第７の発明の冷媒圧縮機は、第１の
発明において、電動要素の固定子のコア部の巻線穴の内
面に装着し、巻線との電気絶縁用の電気絶縁フィルム材
としてポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレ
フタレ−ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレ
ンナフタレ−ト、フッ素系樹脂フィルム、ポリアミドイ
ミド又はポリイミドを用いるので、第１の発明の効果に
加えて、塩素を含まない、極性の高い冷媒と本基油構造
の芳香族ポリエ−テル油の組合せに対して耐腐食性とな
り、冷凍機油として鉱油等より体積抵抗率の低い芳香族
ポリエ−テルを用いても、電動機固定子の巻線とコア部
との絶縁性をより確実にすることができ、信頼性の高
い、高性能な冷媒圧縮機が得られる。

【００８８】また、第８の発明の冷凍サイクルは、冷媒
圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を備えた冷凍サイク
ルにおいて、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）を用い、
冷媒圧縮機として第１の発明〜第７の発明のいずれかの
発明に記載の冷媒圧縮機を用いるので、極性の高い二酸
化炭素冷媒と本基油構造の芳香族ポリエ−テル油の組合
せに対して、高信頼性、高性能な冷媒圧縮機となり、こ
の冷媒圧縮機を備えた信頼性の高い冷凍サイクルが得ら
れる。

【００８９】また、第９の発明の冷凍サイクルは、冷媒
圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を備えた冷凍サイク
ルにおいて、冷媒としてアンモニア（ＮＨ₃）を用い、
冷媒圧縮機として第１の発明〜第７の発明のいずれかの
発明に記載の冷媒圧縮機を用いるので、極性の高いアン
モニア（ＮＨ₃）冷媒と本基油構造の芳香族ポリエ−テ
ル油の組合せに対して、高信頼性、高性能な冷媒圧縮機
となり、この冷媒圧縮機を備えた信頼性の高い冷凍サイ
クルが得られる。

【００９０】また、第１０の発明の冷凍サイクルは、冷
媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を備えた冷凍サイ
クルにおいて、冷媒としてハイドロフルオロカ−ボン
（ＨＦＣ）を用い、冷媒圧縮機として第１の発明〜第７
の発明のいずれかの発明に記載の冷媒圧縮機を用いるの
で、極性の高いハイドロフルオロカ−ボン（ＨＦＣ）冷
媒と本基油構造の芳香族ポリエ−テル油の組合せに対し
て、高信頼性、高性能な冷媒圧縮機となり、この冷媒圧
縮機を備えた信頼性の高い冷凍サイクルが得られる。

【００９１】また、第１１の発明の冷凍サイクルは、冷
媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を備えた冷凍サイ
クルにおいて、冷媒として含フッ素ヘテロ化合物を用
い、冷媒圧縮機として第１の発明〜第７の発明のいずれ
かの発明に記載の冷媒圧縮機を用いるので、極性の高い
含フッ素ヘテロ化合物冷媒と本基油構造の芳香族ポリエ
−テル油の組合せに対して、高信頼性、高性能な冷媒圧
縮機となり、この冷媒圧縮機を備えた信頼性の高い冷凍
サイクルが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による冷凍サイクル図

【図２】本発明の実施の形態１による冷凍サイクルに使
用する冷媒圧縮機の縦断面図（スクロールタイプ）

【図３】本発明の冷凍機油と従来の冷凍機油の冷媒に対
する限界溶解度曲線図

【図４】本発明の実施の形態２による冷凍サイクル図

【図５】本発明の実施の形態２による冷凍サイクルに使
用する冷媒圧縮機の断面図（ロータリタイプ）

【図６】本発明の冷凍機油と従来の冷凍機油の潤滑特性
の比較図

【図７】本発明の冷凍機油と冷媒に対する軸受の焼付き
特性を示す図

【図８】従来の冷凍サイクル図

【図９】従来の冷凍サイクルに用いられる冷媒圧縮機の
断面図

【符号の説明】

１ 冷媒圧縮機、３ 蒸発器、４ 凝縮器、５ 膨張機
構、６ 電動要素、７圧縮要素、８ 冷凍機油、１３
気密端子、１４ 主軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関屋 慎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 増田 昇 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H003 AA05 AB04 AC03 AD01 AD02 AD03 BC01 BD02 BD13 CA02 3H029 AA04 AA14 AB03 AB09 BB01 BB16 BB44 CC09 CC19 CC39

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動要素と、前記電動要素により主軸を
   回転させ冷媒を圧縮する圧縮要素等とを備え、冷媒とし
   て塩素を含まない冷媒を使用する冷媒圧縮機において、
   冷凍機油としてエーテル結合を有するベンゼン環を基油
   構造に持つ芳香族ポリエーテル油を用いることを特徴と
   する冷媒圧縮機。
2. 【請求項２】 主軸を支持する軸受部の軸受材として含
   浸青銅材を用いるか又はカ−ボン材を用いることを特徴
   とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
3. 【請求項３】 スプリングとしてＳＵＳ材を用いるか又
   は耐腐食性の表面処理を行ったスプリングを用いること
   を特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
4. 【請求項４】 ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリフェ
   ニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレ−ト、ナ
   イロン樹脂、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリイミド樹
   脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエ−テルサルフォン、
   ポリエ−テルエ−テルケトン、ポリサルフォン、フッ素
   系樹脂又はシリコ−ン等の電気絶縁性、耐腐食性に優れ
   た樹脂で覆い密封した気密端子を備えることを特徴とす
   る請求項１記載の冷媒圧縮機。
5. 【請求項５】 シ−ル材として天然ゴム、スチレンブタ
   ジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエ
   ンモノマ−又はブチルゴム等の無極性ゴムを用いるか又
   は水素添加ニトリルゴムを用いることを特徴とする請求
   項１記載の冷媒圧縮機。
6. 【請求項６】 電動要素の固定子の巻線の絶縁被覆材と
   してポリエステル／ポリアミド、ポリエステルイミド、
   ポリエステル／ポリアミドイミド、ポリエステルイミド
   ／ポリアミドイミド、ポリアミドイミド又はポリイミド
   を用いることを特徴とする請求項１記載の冷媒圧縮機。
7. 【請求項７】 電動要素の固定子のコア部の巻線穴の内
   面に装着し、巻線との電気絶縁用の電気絶縁フィルム材
   としてポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレ
   フタレ−ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレ
   ンナフタレ−ト、フッ素系樹脂フィルム、ポリアミドイ
   ミド又はポリイミドを用いることを特徴とする請求項１
   記載の冷媒圧縮機。
8. 【請求項８】 冷媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器
   を備えた冷凍サイクルにおいて、冷媒として二酸化炭素
   （ＣＯ₂）を用い、冷媒圧縮機として請求項１〜請求項
   ７のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機を用いることを特
   徴とする冷凍サイクル。
9. 【請求項９】 冷媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器
   を備えた冷凍サイクルにおいて、冷媒としてアンモニア
   （ＮＨ₃）を用い、冷媒圧縮機として請求項１〜請求項
   ７のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機を用いることを特
   徴とする冷凍サイクル。
10. 【請求項１０】 冷媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発
    器を備えた冷凍サイクルにおいて、冷媒としてハイドロ
    フルオロカ−ボン（ＨＦＣ）を用い、冷媒圧縮機として
    請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機
    を用いることを特徴とする冷凍サイクル。
11. 【請求項１１】 冷媒圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発
    器を備えた冷凍サイクルにおいて、冷媒として含フッ素
    ヘテロ化合物を用い、冷媒圧縮機として請求項１〜請求
    項７のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機を用いることを
    特徴とする冷凍サイクル。