JP2010236542A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒とした冷凍装置の圧縮機において、耐摩耗性を向上し信頼性の高い圧縮機を提供すること。
【解決手段】密閉容器内にモータ及び前記モータの回転子で駆動される圧縮機構部を配し、圧縮機構部の摺動部材であるピストン９及びベーン１０に耐フッ化水素金属を使用することにより、冷媒と水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を防止でき、信頼性確保を行うことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を作動冷媒としたルームエアコン、冷蔵庫、空気調和装置に組み込まれる圧縮機の摺動面の耐摩耗性向上に関する。

従来の冷凍装置では、作動冷媒としてオゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系に移行してきているがこのＨＦＣ系冷媒は一方では地球温暖化係数が非常に高いため近年問題になってきている。そこで塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒とした冷凍装置が考えられて来ている。従来のＨＦＣ系冷媒に使用されているこの種のロータリ圧縮機のベーン材質およびピストン材質に関しては、信頼性を確保するために色々な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒下で使用されるロータリ圧縮機の横断面図である。シリンダー３１の内面にピストン３３が挿入されシャフト３２の回転と共に回転しベーン３４で仕切られた吸入室３７および圧縮室３８で冷媒ガスを吸入および圧縮する構成になっている。ロータリ圧縮機の機構構成上摩耗の厳しいところはベーン３４の先端とピストン３３の外周との接触場所でありベーン３４の背面より吐出圧力と吸入圧力の差圧により大きな力でベーン３４先端がピストン３３外周に押し付けられるため境界摩耗になっている。このため、ベーンに窒化処理を行ったり、その表面にＣｒＮあるいはＴｉＮイオンプレーティングを施して耐摩耗性を向上させて信頼性を確保している。

特開平１１−２３６８９０号公報

しかしながら、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒とした冷凍装置のロータリ圧縮機を考えた場合、前記冷媒と水分や酸素と反応した場合にフッ化水素を生成し特に摺動の厳しいベーンやピストンに対して摩耗を促進したり冷凍機油を劣化させたりして信頼性低下を招く課題があった。

また、配管の長い冷凍装置では、ロータリ圧縮機より吐出された冷凍機油を回収するためには前記冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類の冷凍機油を使用する必要があるが、前記冷凍機油には水分が含まれ易いためよりフッ化水素が発生し易いと言う課題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、耐フッ化水素金属をベーン等の圧縮機の摺動部材に使用し信頼性確保を行うことを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイ
ドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用し、密閉容器内にモータ及び前記モータの回転子で駆動される圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部の摺動部を構成する摺動部材を耐フッ化水素金属材としたことにより、前記冷媒と水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を防止することが可能となる。

本発明の圧縮機は、摺動部材の材質を耐フッ化水素金属材とすることにより、作動冷媒と水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素による摩耗を防止することが可能となり、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を使用することが出来る。

本発明の実施の形態１にかかるロータリ圧縮機の圧縮機構部の縦断面図 同ロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図 ２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図 従来例のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図

第１の発明は炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用し、密閉容器内にモータ及び前記モータの回転子で駆動される圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部の摺動部を耐フッ化水素金属材としたことにより前記冷媒が分解してフッ化水素を発生させてもフッ化水素によるベーンの摩耗を押えることが出来る。

第２の発明は第１の発明の摺動部材として耐フッ化水素金属材にニッケルクロム合金を主体とする材料を用いたものである。ニッケルクロム合金はフッ化水素と反応して不働皮膜を生成するためフッ化水素のそれ以上の腐食を防止することが出来る。

第３の発明は第２の発明の摺動部材にガス窒化処理を行い硬度を上げてさらに耐摩耗性を向上したものである。

第４の発明は第１〜第３の発明の圧縮機構部を、シリンダー内にシャフトにより偏心回転するピストンを配し、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切り先端部が前記ピストンの外周に圧接するベーンとを有する構成としたものである。

第５の発明は第４の発明のベーンを耐フッ化水素金属材としたことで、ベーンの摺動部の耐摩耗性が向上し、信頼性の高い圧縮機の提供が可能となる。

第６の発明は第４の発明のピストンを耐フッ化水素金属材としたことで、ピストンとベーンとの摺動部の耐摩耗性が向上し、信頼性の高い圧縮機の提供が可能となる。

第７の発明は、第１〜第６の発明において、摺動部を潤滑する冷凍機油に作動冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類を用いるとしたことで、ロータリ圧縮機より冷媒といっしょに吐出された前記冷凍機油を容易に回収することができるのでロータリ圧縮機の信頼性を確保することができる。

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

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる圧縮機の縦断面図を示している。なお、本実施の形態においては、ロータリ圧縮機の場合について説明する。

図１に示されるように、密閉容器１の上部にモータ２の固定子２ａが固定され回転子２ｂで駆動されるシャフト４を有する圧縮機構部５が密閉容器１の下部に固定されている。圧縮機構部５のシリンダー６の上端に上軸受け７下端に下軸受け８がボルト等で固定されている。シリンダー６内にはシャフト４の偏心部４ａにピストン９が挿入され偏心回転を行う。また、密閉容器１の底部には炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類あるいはポリオールエステル類の冷凍機油３が溜められている。

図２は、本発明にかかるロータリ圧縮機の圧縮機構部５の横断面図である。図２に示されるように、シリンダー６のベーン溝６ａにベーン１０が挿入されベーン１０の背面部１０ｂにはベーンバネ１１が設置されており、ベーン１０の先端部１０ａをピストン９の外周に当接している。

以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、シリンダー６に設けられた吸入口１２より炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒ガスが吸入室１３に吸入される。また、圧縮室１４にある冷媒ガスはピストン９の左方向の回転（矢印方向）とともに圧縮され吐出切り欠き１５を通って吐出口（図示せず）より吐出される。密閉容器１内に吐出された前記圧縮冷媒ガスはモータ２のすき間を通って密閉容器１の上部にある吐出管１６より吐出される、その際まわりにある冷凍機油のミストも一緒に吐出される。

ベーン１０の背部１０ｂにはベーンバネ１１以外に高圧の吐出圧力がかかりシリンダー内の圧力との差圧による大きな力が働いているため、ベーン１０の先端部１０ａとピストン９の外周との接触は境界摩擦となり高温の厳しい環境下にある。また、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒ガスは水分や酸素と反応してフッ化水素を発生し高温の厳しい環境下にあるベーン１０の先端部１０ａとピストン９の外周部に対して摩耗を促進してしまう。

本発明ではこの厳しい環境下にあるベーンの信頼性を確保するために耐フッ化水素金属であるニッケルクロム合金を主体とする材料を用い不働皮膜を生成しフッ化水素による腐食を防止することが出来るのでフッ化水素の存在する環境下でもベーンの信頼性を確保することが出来る。さらにガス窒化処理を行っているため硬度を上げて耐摩耗性を向上している。また、ピストンに関しても耐フッ化水素金属であるニッケルクロム合金を主体とする材料を用い不働皮膜を生成しフッ化水素による腐食を防止することが出来るのでピストンの信頼性も確保することが出来る。また、冷凍機油として前記冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類あるいはポリオールエステル類の冷凍機油を使用しているため、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油をロータリ圧縮機に回収できるため信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることが出来る。

この冷凍装置に封入される冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンである、例えばテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を基本成分にジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）
とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方を、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上で７５０以下、望ましくは５以上で３００以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒である。または、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒（ＧＷＰ＝４）でも良い。

図３は、テトラフルオロプロペンとジフルオロメタン又はペンタフルオロエタンとの２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図である。具体的には図３に示すように、２成分混合の場合にはテトラフルオロプロペンとジフルオロメタンとを混合してＧＷＰ３００以下とするためにはジフルオロメタンを４４ｗｔ％以下、テトラフルオロプロペンとペンタフルオロエタンとを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはペンタフルオロエタンを２１．３ｗｔ％以下、さらにＧＷＰ３００以下とするためにはペンタフルオロエタンを８．４ｗｔ％以下と混合することになる。

また、冷媒をテトラフルオロプロペンの単一冷媒とした時にはＧＷＰ４となり極めて良好な値を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大きいことなどから冷凍能力が低くなるため、より大きな冷却サイクル装置が必要になる。換言すれば、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いれば、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して冷媒として使用しやすくすることができる。従って、封入する冷媒において、単一冷媒を含めてテトラフルオロプロペンの割合をどれほどにするかは、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の目的や上述したＧＷＰの制限などの条件に応じて適宜選択すればよい。

これによって回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。また前記比率で混合された混合冷媒は、非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくでき擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷却サイクル装置の冷却性能や冷却性能係数（ＣＯＰ）を改善することができる。

なお、本実施の形態においてはロータリ圧縮機を用いて説明したが、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いた圧縮機で、冷媒が圧縮される過程で摺動部付近が高温となるものについて効果を有することは言うまでもない。

上述したように、本発明にかかる圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒下でも圧縮機の信頼性を確保することができるため、給湯器用圧縮機、カーエアコン用圧縮機、冷凍冷蔵庫用圧縮機、除湿機用圧縮機等の用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ モータ
２ａ 固定子
２ｂ 回転子
３ 冷凍機油
４ シャフト
４ａ 偏心部
５ 圧縮機構部
６ シリンダー
６ａ ベーン溝
７ 上軸受け
８ 下軸受け
９ ピストン
１０ ベーン
１０ａ 先端部
１０ｂ 背面部
１１ ベーンバネ
１２ 吸入孔
１３ 吸入室
１４ 圧縮室
１５ 吐出切り欠き
１６ 吐出管

Claims (7)

1. 炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用し、密閉容器内にモータ及び前記モータの回転子で駆動される圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部の摺動部を構成する摺動部材を耐フッ化水素金属材としたことを特徴とする圧縮機。
2. 耐フッ化水素金属材にニッケルクロム合金を主体とする材料を用いた請求項１に記載の圧縮機。
3. 摺動部材にガス窒化処理を行った請求項２に記載の圧縮機。
4. 圧縮機構部は、シリンダー内にシャフトにより偏心回転するピストンを配し、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切り先端部が前記ピストンの外周に圧接するベーンとを有する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. ベーンを耐フッ化水素金属材としたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. ピストンを耐フッ化水素金属材としたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
7. 摺動部を潤滑する冷凍機油に作動冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類を用いた請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮機。