JP2005098611A - 冷媒圧縮機及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置環境温度が高い場合において吐出ガス温度が極端に高くなる状態に関して信頼性の高い冷媒圧縮機及び冷凍装置を提供することを目的とする。
【解決手段】密閉容器２１内に潤滑油２２を貯留するとともに、回転子２３および固定子２４から構成される電動モーター２５と前記電動モーター２５によって駆動される圧縮要素２６を収容し、前記圧縮要素２７は圧縮室２７で圧縮された冷媒を吐出する吐出バルブを備え、前記冷媒はＲ３２を含むＨＦＣ混合冷媒２８であり、前記潤滑油２２は直鎖アルキルベンゼンとすることから、直鎖アルキルベンゼンは高沸点成分が多く含有している為、蒸発しにくく、洗浄性が高く、バルブ部分のスラッジを洗い流すことで堆積を防止となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍空調機器の冷凍装置に使用する冷媒圧縮機及び、冷凍装置に関するものである。

従来は、３成分混合冷媒Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａとハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）からなる冷凍機油を組み合わせた冷媒圧縮機及び冷凍装置がある。（例えば、特許文献１参照）。また、冷凍空調機器にはＲ１３４ａ単独の冷媒も一般的に広く使用されている。図３は、特許文献１に記載された従来の冷凍装置の図である。図３において、冷媒圧縮機１、凝縮器２、膨張機構３、蒸発器４が順次パイプにて接続されることで冷凍装置を構成し、この冷凍装置には、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａとから構成された混合冷媒５が封入されている。

冷媒圧縮機１は、密閉容器６内に冷媒圧縮機構７と、これを駆動する電動機８と、混合冷媒５と非溶解性であるハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）からなる冷凍機油９とを収容している。

冷媒圧縮機構７は圧縮室を備えており、圧縮室で圧縮された混合冷媒５を吐出するとともに逆流を阻止する吐出バルブを備えている。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、次にその動作を説明する。
電動機８が、冷媒圧縮機構７を駆動することで圧縮室で圧縮された混合冷媒５は吐出バルブから密閉容器６内に吐出され、凝縮器２、膨張機構３、蒸発器４と順次廻って周知の冷凍サイクルの動作がなされる。

この過程で、密閉容器６の底部に貯留された冷凍機油９は構造上、冷媒圧縮機構７で圧縮された混合冷媒５にさらされることになるが、冷凍機油９として、混合冷媒５と非溶解性であるハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）冷凍機油９を用いた為、大量の混合冷媒５が冷凍機油９に溶解することはなく、混合冷媒５が冷凍装置内を循環する時、冷凍装置内への冷媒圧縮機１からの冷凍機油９の流出を抑えることができ、冷媒圧縮機１内の冷凍機油９不足による摩耗がなくなり、信頼性の高い、冷凍装置を得られていた。
特開平７−２０８８１９号公報

しかしながらＲ３２は定圧比熱Ｃｐと定容比熱Ｃｖの比Ｃｐ／Ｃｖが大きい為に、Ｒ１３４ａと比べると吐出ガス温度が高いという特性を備えており、これらの冷媒を成分として含む混合冷媒の吐出ガス温度も高くなる。また、冷媒圧縮機１は高圧式のロータリーコンプレッサーであるが、高圧式のロータリーコンプレッサーでは密閉容器６内が高圧側になるので冷媒圧縮機１自体の温度が高く、吐出ガス温度がさらに高くなる。

その結果、冷凍機油９が高温にさらされ熱劣化による重合物が発生し、冷凍機油９内に有機材料抽出物が溶けきれなくなり、吐出バルブ部分に析出する。そして吐出バルブ部分が高温にさらされることで冷凍機油９のみが蒸発し残った有機材料抽出物によって吐出バルブ部分にスラッジが発生しやすくなる。

通常は冷凍機油９によってスラッジが洗い流されることでスラッジが吐出バルブ部分に堆積するのを防いでいる。しかしながらここで用いている冷凍機油９はハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）であり、これは低沸点成分が多く蒸発しやすいという性質を備えている為、むしろ吐出バルブ部分に有機材料抽出物を運んできて、その上で蒸発してしまい、スラッジの発生を助長してしまう。

このスラッジは発生箇所に体積し熱影響でコーキング化すると、吐出バルブの開閉不良や冷媒ガスの流路閉塞を起こす。その結果冷凍装置へ適切な量の冷媒が循環せず、冷凍機の不冷、鈍冷といった現象にいたってしまうといった課題を有していた。

一方、吐出ガス温度が高くなると冷媒圧縮機自体の温度が上昇し、摺動部における冷凍機油９の粘度が低下することで摺動条件が悪化し、圧縮要素の摺動部の摩耗が加速されやすくなる。摩耗が進行すると、磨耗紛が摺動部に入り込み冷凍機油９の摺動部への供給を阻害することで摺動部が金属接触の末に固着してしまい冷媒圧縮機自体の機能が停止し、不冷といった現象にいたってしまう場合がある。しかしながらここで用いている冷凍機油９はハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）であり、これは粘度指数が低い為、高温時における粘度が低下しやすく、その結果、特に高温下において摺動部の摩耗を発生しやすいといった課題も有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、信頼性の高い冷媒圧縮機及び冷凍装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決する為に、本発明の冷媒圧縮機は、Ｒ３２を含むＨＦＣ混合冷媒と、前記冷媒圧縮機の冷凍機油を直鎖アルキルベンゼンとしたもので、直鎖アルキルベンゼンは高沸点成分を多く含有している為、蒸発しにくく、吐出バルブ部分のスラッジの洗浄効果が損なわれにくく、また粘度指数が高い為、高温時における粘度が高く、摺動部の摩耗を小さく抑えられる。

本発明の冷媒圧縮機は、Ｒ３２を成分として含む冷媒を用いた冷媒圧縮機において、高沸点成分を多く含有する冷凍機油を用いることで、スラッジの発生を低減し信頼性の高い冷媒圧縮機及び冷凍装置を供給することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に冷凍機油を貯留するとともに、回転子及び、固定子から構成される電動モーターと前記電動モーターによって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は圧縮室で圧縮された冷媒を吐出する吐出バルブを備え、前記冷媒はＲ３２を含むＨＦＣ混合冷媒であり、前記冷凍機油は高沸点成分が多く蒸発しにくい直鎖アルキルベンゼンを用いた為、洗浄性が高く、吐出バルブ部分のスラッジを洗い流すのでスラッジの堆積を減少させることができる。また一般的に直鎖アルキルベンゼンはハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）に比べて温度変化にたいする粘度変化を示す粘度指数が高い為、高温時においても高い粘度を維持することができる。よって、摺動部の摩耗を抑えることができ、信頼性の高い冷媒圧縮機を供給することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の冷媒圧縮機を、前記冷媒圧縮機の冷凍機油に添加剤として酸化防止剤、極圧添加剤、酸水分捕捉剤の少なくともいずれか一つを加えることにより、酸化防止剤は冷凍機油の酸化を抑え、極圧添加剤は耐摩耗性を向上し摩耗による発熱を下げる効果があり、酸水分捕捉剤は、冷凍機油中の水分や酸と反応してＴＣＰの分解を抑えることができる為、高温時におけるオイル分解によるスラッジの発生を抑えることができ、信頼性の高い冷媒圧縮機を供給することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の冷媒圧縮機に用いる冷凍機油に、冷凍装置の蒸発温度において冷凍機油粘度が１０００ｃｓｔ以下とすることにより、冷凍機油戻りを改善できる。蒸発器部分は低温になる為、冷凍機油の粘度が高くなる傾向にある。本発明は蒸発器における冷凍機油の粘度を１０００ｃｓｔにすることにより冷凍機油の流動性が向上する為、冷媒圧縮機内の油面低下を改善することができ、油面低下が起こらない為、冷凍機油が安定的に冷媒圧縮機に供給される為、温度の上昇を減少させる効果があり、高温時におけるオイル分解によるスラッジの発生を抑えることができ、信頼性の高い冷媒圧縮機を供給することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１から３いずれか一項に記載の発明の冷媒圧縮機を、前記冷媒圧縮機内で使用される有機材料に、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＬＣＰの少なくともいずれか一つを使用したもので、冷媒圧縮機の実使用条件において上記材料を使用しても、冷凍機油に抽出性の低い直鎖アルキルベンゼンを用いることにより、有機材料抽出物を低減できるため、バルブ部分のスラッジを低減でき、信頼性の高い冷媒圧縮機を供給することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１から３いずれか一項に記載の発明の冷媒圧縮機を、固定子の電線材料に、ＥＩ／ＡＩ、ＰＥＷ−Ｎ、ＨＰＥ／Ｎの少なくともいずれか一つを使用した、抽出性の低い直鎖アルキルベンゼンを用いることにより有機材料の抽出性を改善できる為、バルブ部分のスラッジを低減でき、信頼性の高い冷媒圧縮機を供給することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１から５いずれか一項に記載の発明の冷媒圧縮機を、密閉容器内が高圧側になるロータリー式コンプレッサーとしたものである。ロータリー式コンプレッサーは、吐出ガスを直接冷媒圧縮機内部に放出するため、冷媒圧縮機容器内の温度が高くなる為、吐出ガス温度がさらに高くなりスラッジは発生しやすくなる。スラッジはバルブ部分が高温にさらされることで冷凍機油が蒸発し吐出バルブ部分にスラッジが発生しやすくなる。本発明は、高沸点成分が多く蒸発しにくい直鎖アルキルベンゼンを用いた為、洗浄性が高く、吐出バルブ部分のスラッジを洗い流すのでスラッジの堆積を減少することができ、信頼性の高い冷媒圧縮機を供給することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１から５いずれか一項に記載の発明の冷媒圧縮機を、冷媒圧縮機と、凝縮器と、乾燥器と、絞り機構と、蒸発器とを備えたものであり、吐出バルブ部分のスラッジの堆積を減少し、摺動部の摩耗を抑えとなり、コンプレッサー不良からなる不冷、鈍冷を抑えられ、信頼性の高い冷凍装置を供給することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照にしながら説明する。尚、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の断面図を示すものである。

図２は、本発明の実施の形態における冷凍装置図である。

図１、図２において、冷媒圧縮機２０は、密閉容器２１内に直鎖アルキルベンゼンからなる冷凍機油２２を貯留するとともに、電気エネルギーを回転エネルギーに変える回転子２３と、固定子２４からなる電動モーター２５と、電動モーター２５によって駆動され、混合冷媒を圧縮する圧縮要素２６を収容している。

圧縮要素２６は圧縮室２７で圧縮されたガスを吐出するとともに逆流を阻止する吐出バルブ２９を備えている。

本実施の形態の冷凍装置は冷媒圧縮機２０、凝縮器３１、乾燥器３２、膨張機構３３、蒸発器３４が順次パイプにて接続されることで構成されている。混合冷媒３５はＲＡ４０７ＣでＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａとから構成され、本実施の形態の冷凍装置に封入されてある。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
電動モーター２５が圧縮要素２６を駆動することで、圧縮室２７で圧縮された混合冷媒２８は吐出バルブ２９から密閉容器２１内に吐出され、凝縮器３１、乾燥器３２、膨張機構３３、蒸発器３４を順次まわって周知の冷凍サイクルの動作がなされる。

この過程で、密閉容器２１の底部に貯留された冷凍機油２２は構造上、混合冷媒２８にさらされることになる。混合冷媒２８は、凝縮器３１にて放熱し液化され、乾燥器３２にて水分除去を行い、膨張機構３３にて急激に減圧され、蒸発器３４にて混合冷媒２８は蒸発し吸熱がおこなわれる。圧縮要素２６により混合冷媒２８を圧縮する時、断熱圧縮の為、圧縮室２７の吐出バルブ２９の温度は高くなる。この温度の上昇は冷媒の混合比率によって異なってくる。（表１）に示したのは各冷媒混合比率における吐出ガス温度を示したものである。
この吐出ガス温度は各冷媒の定圧比熱Ｃｐと定容比熱Ｃｖの比Ｃｐ／Ｃｖが大きい程高くなるものである。

このように、Ｒ３２の比率が高くなるに従って吐出ガス温度が高くなる。吐出ガス温度が高くなると吐出バルブ２９部分にスラッジが発生しやすくなる。ここでいうスラッジとは、吐出ガス温度が高くなると冷凍機油２２がバルブ部分にて蒸発しやすくなるため、冷凍機油２２に溶解して運ばれてきた有機材料抽出物や冷凍機油２２の劣化成分が高温の吐出バルブ２９部分で蒸発してしまったあとに生じる粘着物のことである。また、このスラッジが発生箇所に体積し熱影響で重合することで固い重合物が生じる現象であるコーキング化が起こると、吐出バルブ２９の開閉不良や冷媒ガスの流路閉塞を起こす。その結果冷凍装置の不冷、鈍冷といった現象にいたってしまう。しかし本発明では同粘度ならば高沸点成分が多く蒸発しにくい直鎖アルキルベンゼンを用いた為、吐出バルブ２９部分で蒸発を抑えることができる為、洗浄性が高く、吐出バルブ２９部分のスラッジを洗い流すのでスラッジの堆積を減少することができる。

本発明で使用する直鎖アルキルベンゼンは、４０℃の時の粘度が同等ならば従来のハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）よりも高沸点成分を多く含むことがわかっている。これは、一般的にアルキルベンゼンは、芳香族環とアルキル基からなっており、ハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）はアルキル基が分岐している。本発明で使用する直鎖アルキルベンゼンはアルキル基が直鎖である。芳香族環は一般にアルキル基に比べ極性をもっている為、アルキルベンゼンにおいて芳香族環のアルキル基が長いほど極性は低くなる。よって、直鎖のアルキル基と、分枝のアルキル基では、分岐のアルキル基の方が極性が高い。同じ粘度であれば、極性が低いほうが、高沸点成分が多くなり、吐出部のスラッジを洗い流す効果が大きくスラッジの付着を低減することができる。

さらに、冷媒圧縮機２０、凝縮器３１、乾燥器３２、膨張機構３３、蒸発器３４の冷凍装置において混合冷媒２８と、冷凍機油２２として従来のハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）と本発明に使用する直鎖アルキルベンゼンを用い、冷媒圧縮機は高圧式のロータリーコンプレッサーを用いライフテストをおこなった。従来のハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）は蒸発器の粘度が１２００ｃｓｔの粘度を使用し、本発明の直鎖アルキルベンゼンは蒸発器３４における粘度が７５０ｃｓｔのものを使用した。尚、冷媒圧縮機２０の電動モーター２５のフィルムはＰＥＴを使用し、電線はＰＥＷ−Ｎ線を使用した。その結果、従来に比べ吐出バルブ２９部のスラッジの付着を３０％低減できる結果を得ることができた。

なお、本実施の形態のライフテストにおいては冷媒圧縮機２０の電動モータ２５のフィルムの材料にＰＥＴを使用したが、ＰＥＴに比べて耐熱性の高い材料であるＰＥＮや、ＰＥＴに比べて安価であるＰＢＴを用いて上記ライフテストを行った結果、従来に比べ吐出バルブ２９部のスラッジの付着を３０％低減できるという同等の効果が得られた。

また、冷媒圧縮機２０の電動モータ２５の固定子２４に電線を巻きつける枠となるインシュレータには、ＰＥＮに比べて有機材料抽出物の少ないＰＰＳやＬＣＰといったものが一般的に使用されるが、これらの有機材料を使用しても同様の効果が得られることは容易に想像できる。

また、本実施の形態のライフテストにおいては電動モータ２５の電線の材料にＰＥＷ−Ｎを使用したが、ＰＥＷ−Ｎに比べて有機材料抽出物が少ないＥＩ／ＡＩやＨＰＥ／Ｎといった材料を使用した場合においても同様の効果が得られる。

又、粘度の温度勾配を示す粘度指数は、一般的にアルキル基が分岐の物より、その構造上の性質より直鎖の物の方が高い、これは４０℃の時の粘度が同じであれば、ハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）に比べ、直鎖アルキルベンゼンの方が低温の粘度が低い為、冷凍機油戻りがハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）に比べ良好となり、冷凍装置の信
頼性を向上することができる。又、高温時での粘度はハードアルキルベンゼン（分岐タイプ）よりも低い為、摺動部の摩耗を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる冷媒圧縮機及び冷凍装置は、Ｒ３２を成分として含む冷媒を用いた冷媒圧縮機においてスラッジの発生を低減することが可能となるので、Ｒ３２を成分として含む冷媒を用いる冷凍空調機器全般に広く適用することができる。

本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の冷凍装置図 従来の冷媒圧縮機断面図と冷凍装置図

符号の説明

２０ 冷媒圧縮機
２１ 密閉容器
２２ 冷凍機油
２３ 回転子
２４ 固定子
２５ 電動モーター
２６ 圧縮要素
２７ 圧縮室
２８ 混合冷媒
２９ 吐出バルブ
３１ 凝縮器
３２ 乾燥器
３３ 膨張機構
３４ 蒸発器

Claims (7)

1. 密閉容器内に冷凍機油を貯留するとともに、回転子及び、固定子から構成される電動モーターと前記電動モーターによって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は圧縮室で圧縮された冷媒を吐出する吐出バルブを備え、前記冷媒はＲ３２を含むＨＦＣ混合冷媒であり、前記冷凍機油は直鎖アルキルベンゼンである冷媒圧縮機。
2. 冷凍機油に、添加剤として酸化防止剤、極圧添加剤、酸水分捕捉剤の少なくともいずれか一つを加えた、請求項１記載の冷媒圧縮機。
3. 冷凍機油は冷凍装置の蒸発温度において冷凍機油粘度が１０００ｃｓｔ以下となる請求項１又は２に記載の冷媒圧縮機。
4. 冷媒圧縮機内で使用される有機材料に、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＬＣＰの少なくともいずれか一つを使用した、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機
5. 固定子の電線材料に、ＥＩ／ＡＩ、ＰＥＷ−Ｎ、ＨＰＥ／Ｎの少なくともいずれか一つを使用した、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機
6. 密閉容器内が高圧側になる請求項１から５のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
7. 冷媒圧縮機と、凝縮器と、乾燥器と、膨張機構と、蒸発器とを備え、前記冷媒圧縮機は請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機である冷凍装置。

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