JP2004092509A

JP2004092509A - 往復式密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP2004092509A
Application number: JP2002254784A
Authority: JP
Inventors: Miya Sasaki; 佐々木　美　弥; Toshiharu Nagase; 永　瀬　敏　治; Hisanori Honma; 本　間　久　憲; Takafumi Shimozono; 下　薗　貴　文
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Also published as: TW200406546A; CN1284930C; TWI235202B; CN1488857A

Abstract

【課題】Ｒ６００ａ又はＲ２９０を圧縮対象冷媒とする場合でも、長期耐久性を確保することによってモータ電流の異常上昇を抑制して安全性の高い往復式密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】互いに摺動する一方の部材が８０％以上のアルミニウムと、１３〜１７％のシリコンとを含むアルミニウム合金でなり、他方の部材が鉄系の材料でなることを特徴とし、より好ましくは、アルミニウム合金は、さらに、３〜５％の銅と、０．２〜０．７％のマグネシウムを含むことを特徴とする。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｒ６００ａ（イソブタン）又はＲ２９０（プロパン）を圧縮対象冷媒とする往復式密閉型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、往復式密閉型圧縮機を使用した冷凍サイクルに用いる冷媒は、ＣＦＣ冷媒であるＲ１２、ＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ等であった。ところが、Ｒ１２はオゾン層を破壊させる影響の度合が大きく、次第にＲ１３４ａに代替されてきた。さらに、近年では、Ｒ１３４ａが地球温暖化を促進させる要因の一つであるとして、Ｒ１３４ａに取って代わる冷媒として、Ｒ６００ａやＲ２９０の使用が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＲ６００ａやＲ２９０を圧縮対象として提案された各種の往復式密閉型圧縮機は、使用条件に応じた材料に関するものが多かった。しかるに、Ｒ６００ａやＲ２９０が可燃性の冷媒であることを考慮すると、摺動部の囓り等に起因するロック状態でのモータ電流の異常上昇による発火等を防ぐ必要があるにも拘わらず、その要因を除去する対策が不十分であった。
【０００４】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、Ｒ６００ａ又はＲ２９０を圧縮対象冷媒とする場合でも、長期耐久性を確保することによってモータ電流の異常上昇を抑制して安全性の高い往復式密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
Ｒ６００ａ又はＲ２９０を圧縮対象冷媒とする往復式密閉型圧縮機において、
互いに摺動する一方の部材が８０％以上のアルミニウムと、１３〜１７％のシリコンとを含むアルミニウム合金でなり、他方の部材が鉄系の材料でなることを特徴とする往復式密閉型圧縮機である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の往復式密閉型圧縮機において、アルミニウム合金は、さらに、３〜５％の銅と、０．２〜０．７％のマグネシウムを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の往復式密閉型圧縮機において、鉄系の材料は、鉄を主成分として、２．５〜４．０％のトータル炭素と、１〜３％のシリコンと、０．３〜１．２％のマンガンとを含有し、硫黄の含有率を０．２％以下としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の往復式密閉型圧縮機において、潤滑油としてパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油及びエステル系油のいずれか１種類を用いたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の往復式密閉型圧縮機において、潤滑油に、高級脂肪酸系又はエステル系の油性剤を０．１〜１０％含有させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の往復式密閉型圧縮機において、潤滑油に、リン又はタングステンを極圧添加剤として０．１〜０．５％含有させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の往復式密閉型圧縮機において、互いに摺動する一方の部材と他方の部材の少なくとも一方にリン酸マンガン処理を施したことを特徴とする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の往復式密閉型圧縮機において、一方の部材が軸受けと一体の貫通孔を有するフレームであり、他方の部材がフレームの貫通孔に嵌合する主軸である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に係る往復式密閉型圧縮機の第１の実施形態の構成を示す縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）とは軸芯を中心にして９０度異なる角度にて密閉容器に関連する部分を断面で示した側面図であり、図２はこの往復式密閉型圧縮機を構成するフレームを、これに嵌合する主軸と併せて示した拡大断面図である。
【００１４】
これら各図において、密閉容器１１の内部に装着されるフレーム１は、密閉容器１１と同一の軸芯部にて下方に突出する突出部を有し、この突出部に貫通孔が形成されて主軸受け３を形成している。この主軸受け３に主軸２が回転可能に装着されている。主軸２の上端部にはフレーム１の上面に突出し、偏芯して回転するクランク４を備えている。また、主軸２の下端部は主軸受け３から突出し、その突出部がモータを構成するロータ７の軸芯に挿着されている。ロータ７の外側には、ステータ８がフレーム１に一体的に固定され、図示省略のコイルスプリングを介して、密閉容器１１の底部に装着されている。フレーム１の上面にはピストン５及びシリンダ６でなる圧縮部が装着され、ピストン５のロッドがクランク４の偏芯運動に応じて、このピストン５を往復動させるように結合されている。密閉容器１１の下部に潤滑油９が溜められ、主軸２はその回転に応じて潤滑油９を吸い上げることによって、主軸受け３との潤滑を図ると共に、圧縮部の潤滑作用をも行うようになっている。また、密閉容器１１の外側面に駆動電力供給用の接続端子１０が設けられている。
【００１５】
上記のように構成された往復式密閉型圧縮機の動作を説明し、続いて、その材質等に言及することとする。接続端子１０に駆動電力供給用の電圧が印加されると、ロータ７が回転する。このとき、ロータ７と一体化された主軸２のクランク４の偏芯運動によってピストン５は往復駆動される。ピストン５を往復駆動させることによって冷媒の吸い込み、圧縮、吐出が繰り返され、図示を省略した冷凍サイクル内で、低圧冷媒ガスを高圧冷媒ガスとすることができる。
【００１６】
本実施形態は長期耐久性を確保することによって摺動部の囓り等を防ぐと共に、モータ電流の異常上昇を抑制しようとするものである。そのために、主軸受け３はアルミニウム合金で構成され、主軸２は鉄系の材料で構成されており、主軸受け３の内周面は潤滑油９の油膜を介して常に主軸２に接触することになる。この場合、アルミニウム合金と主軸２とのすべり摩擦が小さい場合ほど、すなわち、摺動性能が高くなるほど成績係数（ＣＯＰ）が向上し、消費電力を低減する効果がある。摺動性能を高くすることにより、耐摩耗性及び耐久性が向上する。
【００１７】
図３はアルミニウムを主成分とし、これにシリコン（Ｓｉ）を種々の割合で混合させてなるアルミニウム合金のそれぞれの耐久時間をプロットして得られた特性曲線である。ここに示した特性曲線Ａから明らかなように、シリコン（Ｓｉ）の成分を１３．０〜１７．０％の範囲で耐久時間は最大になる。図４はアルミニウム合金におけるシリコン（Ｓｉ）の含有率を種々に変えた場合の各成績係数を試験して得られた特性曲線である。ここに示した特性曲線Ｂから明らかなように、シリコン（Ｓｉ）の含有率が１３．０％よりも多く、かつ、１７％をはるかに越えた広い範囲で成績係数が最大値ＣＯＰｍａｘを示し、含有率が１３．０％よりも少なくなるほど、あるいは、約２５％を超えてより多くなるほど成績係数は低下する。しかして、図３に示した耐久時間の実験結果と図４に示した成績係数の実験結果からシリコン（Ｓｉ）の含有率を１３．０〜１７．０％の範囲とし、主成分とするアルミニウムを８０％以上とすれば、最大の耐摩耗性、耐久性を持たせることができる。
【００１８】
次に、本実施形態は潤滑油としてパラフィン系又はナフテン系の鉱油、あるいは、はエステル系油のいずれか１種類を用いる。この潤滑油は主軸２が回転する際に主軸２の底部から吸い上げられ、主軸２と主軸受け３とを潤滑し、さらに、クランク外周面を潤滑してクランクの上部に吹き出されて、圧縮部の摺動部分の潤滑を行う。なお、パラフィン系又はナフテン系の鉱油、あるいは、はエステル系油には、油性剤及び極圧添加剤のいずれか一方又は両方が添加されている。
【００１９】
図５はナフテン系鉱油及びパラフィン系鉱油にそれぞれ高級脂肪酸又はエステル系の油性剤を種々の割合で添加した場合の耐久時間と添加割合との関係を示した線図であり、特性曲線Ｃはナフテン系鉱油の、特性曲線Ｄはパラフィン系鉱油の各特性を示している。図６はナフテン系鉱油及びパラフィン系鉱油にそれぞれリン（Ｐ）またはタングステン（Ｗ）を極圧添加剤として種々の割合で添加した場合の耐久時間と添加割合との関係を示した線図であり、特性曲線Ｅはナフテン系鉱油の、特性曲線Ｆはパラフィン系鉱油の各特性を示している。この図５及び図６の線図から明らかなように、油性剤の添加量を０．１％以上とし、極圧添加剤の添加量を０．１〜０．５％とすることによって耐久時間を延長させると共に、耐久性能を向上させることができる。
【００２０】
ただし、油性剤の添加割合が１０％よりも多くなると、冷凍サイクルの熱交換器の内壁に付着し、熱交換性能を低下させるので、１０％以下とすることが妥当である。ここで、エステル系油に対する油性剤及び極圧添加剤の各添加量に対する耐久時間特性はパラフィン系鉱油と略同様であるので図示を省略する。
【００２１】
一方、鉄系の材料が用いられる主軸２には、その摺動部にリン酸マンガン処理が施されている。因みに、リン酸マンガン処理を施した場合と、施さない場合の各耐久時間を比較すると、図７に示すように、リン酸マンガン処理を施さない場合の耐久時間がＥ１であるのに対して、施した場合の耐久時間はＥ２（＞Ｅ１）に伸びている。
【００２２】
かくして、本発明の第１の実施形態によれば、Ｒ６００ａ又はＲ２９０を圧縮対象冷媒とする場合でも、長期耐久性を確保することによってモータ電流の異常上昇を抑制して安全性の高い往復式密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２３】
図８は本発明に係る往復式密閉型圧縮機の第２の実施形態として、圧縮部の構成を示す拡大断面図である。ここで、主軸２（図２参照）の回転によってクランク４が偏芯運動し、これによってピストン５がシリンダ６の内部で往復運動して冷媒の吸い込み、圧縮及び吐出が行われる。ここで、ピストン５とシリンダ６とが互いに摺動する部材である。このうち、ピストン５はアルミニウム合金で構成され、シリンダ６として鉄系の材料が用いられている。そしてこれらが潤滑油９の油膜を介して常に接触している。
【００２４】
この場合、アルミニウム合金とシリンダ６とのすべり摩擦が小さい場合ほど、すなわち、摺動性能が高くなるほど成績係数（ＣＯＰ）が向上し、消費電力を低減する効果がある。したがって、ピストン５として前述したように、シリコン（Ｓｉ）の含有率が１３．０〜１７．０％の範囲で、アルミニウムが８０％以上のアルミニウム合金を用いることによって最大の耐摩耗性、耐久性を持たせることができる。また、シリンダ６の摺動部にリン酸マンガン処理を施すことによって耐久性をさらに向上させることができる。
【００２５】
かくして、本発明の第２の実施形態によれば、Ｒ６００ａやＲ２９０を圧縮対象冷媒とする場合でも、長期耐久性を確保することによってモータ電流の異常上昇を抑制して安全性の高い往復式密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２６】
なお、上述した各実施形態を構成するアルミニウム合金に銅（Ｃｕ）やマグネシウム（Ｍｇ）を添加することによって、耐久性をさらに向上させることができる。図９はシリコン（Ｓｉ）の含有率を１３〜１７％として、銅（Ｃｕ）やマグネシウム（Ｍｇ）の割合を変えて添加した場合の耐久時間をそれぞれ実施例１〜６として棒グラフで示すと共に、シリコン（Ｓｉ）の含有量が１０％である場合の耐久時間を比較例１として棒グラフで示したものである。この図から明らかなように、銅（Ｃｕ）を３〜５％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．２〜０．７％の割合で添加することによって耐久性をさらに向上させることができる。
【００２７】
ところで、上述した鉄系の材料として、鉄を主成分とし、トータル炭素成分を２．５〜４．０％、シリコン（Ｓｉ）を１〜３％、マンガン（Ｍｎ）を０．３〜１．２％を含有させ、硫黄（Ｓ）を０．２％以下にすると、シリコン（Ｓｉ）を１３〜１７％の範囲で含有するアルミニウム合金との相性が良く、互いに摺動する２つの部材の耐久性をさらに向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、Ｒ６００ａ又はＲ２９０を圧縮対象冷媒とする場合でも、長期耐久性を確保することによってモータ電流の異常上昇を抑制して安全性の高い往復式密閉型圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る往復式密閉型圧縮機の第１の実施形態の構成を示す縦断面図、及び、軸芯を中心にして９０度異なる角度にて一部を断面で示した側面図。
【図２】図１に示す往復式密閉型圧縮機を構成するフレームを、これに嵌合する主軸と併せて示した拡大断面図。
【図３】第１の実施形態の作用、効果を説明するために、シリコン（Ｓｉ）の含有率と耐久時間との関係を示す線図。
【図４】第１の実施形態の作用、効果を説明するために、シリコン（Ｓｉ）の含有率と成績係数との関係を示す線図。
【図５】第１の実施形態の作用、効果を説明するために、油性剤の添加割合と耐久時間との関係を示す線図。
【図６】第１の実施形態の作用、効果を説明するために、極圧添加剤の添加割合と耐久時間との関係を示す線図。
【図７】第１の実施形態の作用、効果を説明するために、摺動部にリン酸マンガン処理を施した場合と施さない場合の相違を示す棒グラフ。
【図８】本発明に係る往復式密閉型圧縮機の第２の実施形態として、圧縮部の構成を示す拡大断面図。
【図９】本発明に係る往復式密閉型圧縮機の各実施形態の変形例として、アルミニウム合金に他の元素を添加した場合の耐久時間の相違を比較する棒グラフ。
【符号の説明】
１　フレーム
２　主軸
３　主軸受け
４　クランク
５　ピストン
６　シリンダ
７　ロータ
８　ステータ
９　潤滑油
１０　接続端子
１１　密閉容器

Claims

Ｒ６００ａ又はＲ２９０を圧縮対象冷媒とする往復式密閉型圧縮機において、互いに摺動する一方の部材が８０％以上のアルミニウムと、１３〜１７％のシリコンとを含むアルミニウム合金でなり、他方の部材が鉄系の材料でなることを特徴とする往復式密閉型圧縮機。
前記アルミニウム合金は、さらに、３〜５％の銅と、０．２〜０．７％のマグネシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の往復式密閉型圧縮機。
前記鉄系の材料は、鉄を主成分として、２．５〜４．０％のトータル炭素と、１〜３％のシリコンと、０．３〜１．２％のマンガンとを含有し、硫黄の含有率を０．２％以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の往復式密閉型圧縮機。
潤滑油としてパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油及びエステル系油のいずれか１種類を用いたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の往復式密閉型圧縮機。
前記潤滑油に、高級脂肪酸系又はエステル系の油性剤を０．１〜１０％含有させたことを特徴とする請求項４に記載の往復式密閉型圧縮機。
前記潤滑油に、リン又はタングステンを極圧添加剤として０．１〜０．５％含有させたことを特徴とする請求項４又は５に記載の往復式密閉型圧縮機。
互いに摺動する一方の部材と他方の部材の少なくとも一方にリン酸マンガン処理を施したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の往復式密閉型圧縮機。
前記一方の部材が軸受けを有するフレームであり、前記他方の部材が前記フレームの軸受けに嵌合する主軸である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の往復式密閉型圧縮機。