JP2005140129A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＦＣ系冷媒を使用した場合でも、ピストンが摩擦・摩耗することがなく、スラッジが発生せず、冷凍機油が劣化せず、長期に亘り安定して運転できる密閉型往復圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供すること。
【解決手段】 密閉容器内に回転軸を有する電動機部と、この電動機部の回転軸によって駆動される往復圧縮部とを収納し、吸入したＨＦＣ系冷媒あるいはＨＦＣ系冷媒を主体とする冷媒をこの往復圧縮部により圧縮して前記密閉容器外に吐出するようにした密閉型圧縮機であって、冷凍機油としてエーテル系潤滑油を使用するとともに前記往復圧縮部にアルマイト表面処理を施したピストンを用いる。
【選択図】 図１

Description

この発明は密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置に関し、さらに詳しくは冷媒としてＨＦＣ系冷媒およびこの冷媒と相溶性のある冷凍機油を使用した密閉電動型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置に関する。

冷蔵庫、自動販売機及びショーケース用の圧縮機は従来冷媒としてジクロロジフルオロメタン（以下Ｒ１２という）を多く使用していた。このＲ１２は、その高いオゾン破壊の潜在性により、大気中に放出されて地球上空のオゾン層に到達すると、このオゾン層を破壊する問題からフロン規制の対象となっている。このオゾン層の破壊は冷媒中の塩素基（Ｃｌ）により引き起こされる。そこで、この塩素基を含有しない冷媒、例えばＲ３２、Ｒ１２５やＲ１３４ａ、あるいはこれらの混合物が代替冷媒として考えられており、前記Ｒ１２の代替冷媒としてＲ１３４ａなどが冷凍機用として検討されている（例えば、特許文献１参照）。

また、空気調和機等は従来冷媒としてクロロジフルオロメンタ（Ｒ２２）が使用されていたが、やはり、オゾン層の破壊の環境問題の観点からＨＦＣ系冷媒が着目されている。
特開平１−２７１４９１号公報

しかしながら、上述したＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒は現在使われている鉱物油やアルキルベンゼン油等の冷凍機油との相溶性が悪く、圧縮機への油の戻りの悪化や寝込み起動時の分離冷媒の吸い上げなどから圧縮機の潤滑不良に至る問題があった。

このため、本発明者らはＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒と相溶性のある冷凍機油としてエステル系油を検討した。しかし、このエステル系油は圧縮機に使用する場合に、圧縮機内部の摺動部材の摩擦・摩耗で温度が上昇しやすく、その熱により加水分解したり、酸化鉄などの作用で分解したりして、脂肪酸や金属石鹸などが生じ、この脂肪酸などにより摺動部材に腐食を起こさせたり、摩耗によってスラッヂ成分が発生して膨張弁やキャピラリチューブなどを詰まらせたりして、圧縮機の耐久性を損なう問題があった。

そして、圧縮機が往復圧縮部を備えた密閉型圧縮機の場合、前記スラッジ成分を分析した結果、アルミニウムが多く含まれるとともに、工程油や錆止め油なども含まれることが判った。

本発明の第１の目的は、冷媒としてＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒を使用しても摺動部材の摩擦熱による冷凍機油の熱分解や加水分解によるカルボン酸の発生、及びこれに伴うスラッジの発生を抑え、摺動部材の腐食の発生やスラッヂによる膨張弁やキャピラリチューブなどの詰りがなく、長期に亘り安定して運転することができる耐久性、信頼性に優れた高性能な密閉型圧縮機を提供すること、および本発明の第２の目的はこの密閉型圧縮機を用いた冷凍装置を提供することである。

本発明者等は、前記問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、冷媒としてＨＦＣ系冷媒を用い、ＨＦＣ系冷媒と相溶性のある冷凍機油としてエステル系油より耐加水分解性の優れたエーテル系油を組み合わせて用いるとともに、圧縮機が往復圧縮部を備えた密閉型圧縮機の場合は、ピストンを構成する材質として通常、ＡＣ８Ａなどのアルミニウム合金が用いられ、そしてシリンダを構成する材質としてＦＣ２５０などのねずみ鋳物が用いられるので、その結果ピストンとシリンダの摺動によりピストンが摩擦・摩耗して前記スラッジ成分中にアルミニウムが多く含まれることが判ったので、シリンダを構成するＦＣ２５０などのねずみ鋳物の硬さに近ずけるためにアルマイト表面処理を施したピストンを用いることにより課題を解決できることを見出し、また、前記密閉型圧縮機の電動機部の回転子（ロータ）に付着・同伴した工程油、錆止め油などが前記スラッジ成分中に含まれることが判ったので、好ましくは付着・同伴した工程油、錆止め油などを除去した清浄度の高い回転子（ロータ）を用いることにより、課題を解決できることを見出し、この発明を完成するに至った。

すなわち、前記課題を解決するための本発明の請求項１は、密閉容器内に回転軸を有する電動機部と、この電動機部の回転軸によって駆動される圧縮部とを収納し、吸入したＨＦＣ系冷媒あるいはＨＦＣ系冷媒を主体とする冷媒をこの圧縮部により圧縮して前記密閉容器外に吐出するようにした密閉型圧縮機であって、
冷凍機油としてエーテル系潤滑油を使用するとともに前記圧縮部にアルマイト表面処理を施したピストンを用いたことを特徴とする密閉型圧縮機である。

本発明の請求項１記載の密閉型圧縮機は、冷媒としてＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒を使用しても摺動部材の摩擦熱による冷凍機油の熱分解や加水分解によるカルボン酸の発生、及びこれに伴うスラッジの発生を抑え、摺動部材の腐食の発生やスラッヂによる膨張弁やキャピラリチューブなどの詰りがなく、またピストンとシリンダの摺動によりピストンが摩擦・摩耗してスラッジを発生することがなく、長期に亘り安定して運転することができ、耐久性、信頼性に優れるという顕著な効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明で基油として用いるエーテル系潤滑油は特に限定されない。具体的には例えば、下記の一般式（１）で表されるポリビニルエーテル系油は好ましく使用できる。式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₃ は各々水素原子または炭素数１〜８の炭化水素基を示し、それらは同一でもよく、異なっていてもよい。Ｒ₄は炭素数１〜４の炭化水素基を示す。ｎは１以上の整数である。

このエーテル系油はそのまま使用することもできるが、極圧剤、酸化防止剤などの安定剤を添加することが好ましい。

本発明で用いる極圧添加剤は公知の極圧添加剤を用いることができる。具体的には例えば、硫黄系極圧添加剤、ハロゲン系極圧添加剤、りん系極圧添加剤、有機金属化合物系極圧添加剤、およびこれらの組み合わせからなる極圧添加剤を挙げることができる。

硫黄系極圧添加剤としては、具体的には例えば、硫化油脂類、ジベンジルサファイド、有機ポリサルファイド、ポリフェニレンサルファイド、アルデヒドヒドロカーボンサルファイド、ジエタノールジサルファイド脂肪酸エステルなどを挙げることができる。

ハロゲン系極圧添加剤としては、具体的には例えば、塩素化パラフィンワックス、塩素化ナフタレン、塩素化ポリフェニル、塩素化アルキルベンゼンなどの塩素化炭化水素類、メチルトリクロロステアレート、ペンタクロロペンタジエノイック酸などの塩素化カルボン酸誘導体、ベンジルアイオダイトなどのヨウ素化合物、ポリフッ化脂肪族カルボン酸、フロロアルキルポリシロキサンなどのフッ素化合物などを挙げることができる。

りん系極圧添加剤としては、具体的には例えば、トリクレジルホスフェートなどのホスフェート類、トリブチルホスファイトなどのホスファイト類などを挙げることができる。

これらの中でもトリクレジルホスフェートは本発明において好ましく使用できる。

有機金属化合物系極圧添加剤としては、具体的には例えば、ナフテン酸鉛やオレイン酸鉛などのナフテン酸塩や脂肪酸塩、ジアルキルジチオりん酸亜鉛などのチオりん酸塩、チオカルバミン酸塩、アミンヘキサフルオロチタネートなどのチタン化合物、ジブチル錫サルファイドなどの錫化合物やジメチルジエチルゲルマニウムなどのゲルマニウム化合物、ジベンジルボレートなどのほう素化合物、ビス（トリオルガノシリル）ホスフェートなどのシリコン化合物などを挙げることができる。

本発明においては上記の硫黄系極圧添加剤、ハロゲン系極圧添加剤、りん系極圧添加剤、有機金属化合物系極圧添加剤などの同種あるいは他種のものを２つ以上組み合わせて使用できる。

本発明において極圧添加剤が有効である理由は明確でないが、金属表面が高い負荷とすべりを受け摩擦されるとき、微視的な凝着部分は高圧、高温になるが、冷凍機油中に金属と反応するような極圧添加剤があると無機金属化合物被膜が生じ、金属間の接触をさまたげ、一種の固体潤滑剤あるいは多孔質な含油膜として働くので応力の集中が緩和され、焼き付きが防止され、摩耗量も減少するものと考えられる。もちろんこの考えに限定されるものではない。

極圧添加剤の選定に当たっては、化学的に活性過ぎると、過度の化学摩耗を生じたり、分解して腐食性の酸を生じ、さびや腐食の原因となって、安定性を損なうことがあるので、使用条件に適応したものを選択して、適宜の添加量範囲内で使用する必要がある。

基油に対してさらに本発明の主旨を逸脱しない範囲において他の公知の添加剤を配合しても差し支えない。

他の添加剤としては熱化学的安定性を向上させるためのグリシジルエーテルからなるエポキシ、カルボジイミド、酸化劣化を防止する目的の酸化防止剤（２，６−ジ−ｔ−ブチル−パラクレゾール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−フェノール、２，４，６−トリ−ｔ−ブチル−フェノール等）、ベンゾトリアゾール系の銅不活性化剤などを挙げることができる。

以下本発明を図１〜３に基づいて説明する。

図１に、蒸発気化したＨＦＣ系冷媒を圧縮して管路ｂを経て凝縮器ｃに吐出する本発明の密閉型圧縮機（あるいは下記の半密閉型圧縮機）ａ、同冷媒を凝縮液化する凝縮器ｃ、同冷媒の圧力を減じる膨張弁ｄ、液化冷媒を蒸発させる蒸発器ｅ、蒸発させた冷媒を密閉型圧縮機ａに戻す管路ｆなどで形成した本発明の冷凍装置の冷凍サイクルの例を示す。ｇは電磁弁ｈを備えたバイパス管路である。ｊはアキュムレータである。

図２は、溶接により密閉型とした本発明の密閉型圧縮機の一例の縦断面図である。図３は、溶接によらずボルト、ナットなどを用いて密閉型とした他の本発明の密閉型圧縮機（以下、半密閉型圧縮機と称す）の一例の縦断面図である。 図２に示した溶接により密閉型とした密閉型圧縮機の場合も、図３に示したような溶接によらずボルト、ナットなどを用いて密閉型とした他の本発明の半密閉型圧縮機の場合においても、１は密閉容器、この容器内には電動機部２と、往復圧縮部３とが収納されている。往復圧縮部３と電動機部２とは密閉容器１の内壁に取り付けられている。電動機部２は内部に固定子４と、この固定子４の内側に配置された回転子５と、この回転子５の中央に挿着された回転軸６とで構成されている。

往復圧縮部３はシリンダ７と、このシリンダ内を回転軸５のクランクピン８に嵌合されて往復運動するピストン９とで構成されている。

密閉容器１内にはＨＦＣ系冷媒、例えば、Ｒ１３４ａとＲ３２とＲ１２５との３種混合冷媒（Ｒ４０７Ｃ）あるいはＲ３２とＲ１２５との２種混合冷媒（Ｒ４１０Ａ）などが吸入され、この冷媒と相溶性のある冷凍機油であるポリビニルエーテル系油を基油とし、この基油に対して０．１〜２．０重量％のトリクレジルフォスフェート（ＴＣＰ）からなるリン酸トリエステルや０．０１〜１０重量％のグリシジルエーテルからなるエポキシあるいは０．０１〜１０重量％のカルボジイミドが添加含有された冷凍機油１０が封入されている。

前記冷凍機油１０を使用した図２に示した本発明の密閉型圧縮機（レシプロ式圧縮機）あるいは図３に示した本発明の半密閉型圧縮機（レシプロ式圧縮機）において、ピストン９の往復摺動によってシリンダ７内に流入したＨＦＣ系冷媒はこのシリンダ７内で圧縮され、吐出弁を開放して外部冷凍サイクルに吐出される。

そして、密閉容器１の底部に入れられた冷凍機油１０は吸い上げられ、ピストン９／シリンダ７、回転軸６／軸受などの各摺動部に循環して潤滑させるように自己潤滑を行っている。

本発明で使用するピストン９は、シリンダを構成するＦＣ２５０などのねずみ鋳物の硬さに近ずけるために硬質アルマイト表面処理を施したピストンが用いられている。硬質アルマイト表面処理方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。

また、回転子５は、通常、工程油、錆止め油などが付着・同伴されているので、そのまま使用すると使用中にＨＦＣ系冷媒により洗い出されて前記のようにスラッジ中に混入するなどしてトラブルの原因となる。そこで本発明においては工程油、錆止め油などが付着・同伴されている回転子５を溶媒などで洗浄したり、あるいは例えば約２５０℃程度あるいはそれ以上に加熱処理して揮発させたり、あるいは前記のように洗浄後、前記のように加熱処理するなどして工程油、錆止め油などを除去した清浄度の高い回転子５を使用する。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の主旨から逸脱しない範囲で各種の変形形態が可能である。

本発明の冷凍装置の一例の冷凍回路図である。 本発明の密閉型圧縮機の一例の縦断面図である。 本発明の他の密閉型圧縮機（半密閉型圧縮機）の一例の縦断面図である。

符号の説明

ａ 密閉型圧縮機（半密閉型圧縮機）
ｂ、ｆ、ｇ 管路
ｄ 膨張弁
ｅ 蒸発器
ｈ 電磁弁
ｊ アキュムレータ
１ 密閉容器
２ 電動機部
３ 往復圧縮部
４ 固定子
５ 回転子
６ 回転軸
７ シリンダ
８ クランクピン
９ ピストン
１０ 冷凍機油

Claims (1)

1. 密閉容器内に回転軸を有する電動機部と、この電動機部の回転軸によって駆動される圧縮部とを収納し、吸入したＨＦＣ系冷媒あるいはＨＦＣ系冷媒を主体とする冷媒をこの圧縮部により圧縮して前記密閉容器外に吐出するようにした密閉型圧縮機であって、
   冷凍機油としてエーテル系潤滑油を使用するとともに前記圧縮部にアルマイト表面処理を施したピストンを用いたことを特徴とする密閉型圧縮機。