JP2011047329A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】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が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の表面にフッ化鉄を生成するため従来のＨＦＣ系冷媒と比較して磨耗の促進を緩和する働きがあることが分かった。
【解決手段】ハイドロフルオロオレフィンをベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油３を使用しベーン１０に高速度工具鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理をしたことにより摺動の厳しいベーン先端部１０ａとピストン９外周部における摺動に冷媒の分解した場合に生成するフッ化水素によりフッ化鉄が生成されるため摩耗を抑制することが可能となる。またベーン１０を焼き入れおよび焼結化することにより微細なマルテンサイト生地中にＷ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｖ系炭化物が分散した硬い組織を得ることができさらに安価に生産することができる。
【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、その他の空気調和装置等の冷凍サイクルに組み込まれるロータリ圧縮機の信頼性の確保に関する。
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の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３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４１の内面にピストン４３が挿入されシャフト４２の回転と共に回転し、ベーン４４で仕切られた吸入室４７および圧縮室４８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４４の先端とピストン４３の外周との接触場所であり、ベーン４４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４４先端がピストン４３外周に押し付けられるため境界摩耗になっている。
そこで、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たり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を作動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、摺動部材の中でも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、従来のベーンは窒化処理やイオンプレーティングを行なっているため非常に高価なものになっていた。
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、ベーンの原材料に高速度工具鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行って鉄成分を表面に露出した状態のまま耐摩耗性を向上とし、生産コストを抑えて長期間の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、本発明のロータリ圧縮機は、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をベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記
冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部はシリンダー内にピストンとベーンとを有し、前記ベーンの原材料に高速度工具鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行ったものであり、これにより摺動の厳しいベーン先端部とピストン外周部における摺動に冷媒が分解した場合に生成するフッ化水素によりフッ化鉄が生成されるため摩耗を抑制することが可能となる。またベーンを焼結化および焼き入れ処理することにより微細なマルテンサイト生地中にＷ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｖ系炭化物が分散した硬い組織を得ることができるとともに、安価に生産することができる。
本発明は、ロータリ圧縮機のベーンに高速度工具鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理したことにより、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が水分や酸素と反応した場合に生成するフッ化水素によりフッ化鉄が生成されて摩耗を防止することが可能となり、安価で長期間の信頼性の高い圧縮機を得ることができる。
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 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横断面図 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をベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部はシリンダー内にピストンとベーンとを有し、前記ベーンの原材料に焼結合金鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行ったもので、これにより摺動の厳しいベーン先端部とピストン外周部における摺動に前記冷媒が分解した場合に生成するフッ化水素によりフッ化鉄が生成されるため摩耗を抑制することが可能となる。またベーンを焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理することにより微細なマルテンサイト生地中にＷ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｖ系炭化物が分散した硬い組織を得ることができかつ安価に生産することができる。
第２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をベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、前記密閉容器内にモータを配し、前記モータで駆動されるシャフトを有する圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部はシリンダーの両端面に軸受けを配し、前記シリンダー内に前記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し、前記ベーンの原材料に、高速度工具鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行ったもので、これにより摺動の厳しいベーン先端部とピストン外周部における摺動に前記冷媒が分解した場合に生成するフッ化水素によりフッ化鉄が生成されるため摩耗を抑制することが可能となる。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、焼結合金鋼は高速度工具鋼とするものであり、焼結合金鋼の中でもより耐摩耗性が優れたものとすることができる。
第４の発明は、第１〜３のうちいずれかの発明において、冷凍機油をポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類のいずれかとしたことを特徴とするもので、冷媒と相容性のある冷凍機油を使用できるので信頼性を確保することができる。
第５の発明は第１〜４のうちいずれかの発明において、冷凍油には極圧添加剤を含んでいないことを特徴とするものである。冷媒に冷凍機油に含まれる極圧添加剤が作用し冷媒の分解を早めることを防止することができる。
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、本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、本発明の実施の形態１にかかるロータリ圧縮機の縦断面図を示している。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の上端に主軸受け７下端に副軸受け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（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆ）をベース成分とした冷媒（以降、冷媒Ｒと称する）と相溶性のある極圧添加剤を含まないポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類の冷凍機油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の外周に当接するように付勢している。なお、ベーン１０の原材料にはＳＫＨの高速度工具鋼を用いて窒化処理、または高速度工具鋼などの焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行っている。
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より冷媒Ｒの冷媒ガスが吸入室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）より密閉容器１内に吐出される。密閉容器１内に吐出された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、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冷媒Ｒが分解してフッ化水素等が発生している。
本発明では、この厳しい環境下にあるベーン１０とピストン９の信頼性を確保するために、ベーン１０の原材料にＳＫＨの高速度工具鋼を用いて窒化処理や焼結合金鋼として焼き入れ処理したもので、鉄成分が表面に露出した状態のままのため冷媒Ｒが分解して発生したフッ化水素と反応してベーン先端１０ａとピストン９外周の表面にフッ化鉄が生成される。これにより、摺動抵抗を低減して磨耗を抑えることができ、ベーン１０などの摺動部材の信頼性を確保することができる。また焼結化したベーンを焼結化および焼き入れ処理することにより微細なマルテンサイト生地中にＷ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｖ系炭化物が分散した硬い組織を得ることができるとともに、安価に生産することができる。
さらに、冷凍機油に極圧添加剤を含まないため冷媒自身の分解も抑えることができる。また、冷凍機油として冷媒Ｒ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あるいはポリアルキレングリコー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することができ、信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることができる。
なお、本実施の形態１ではベーン１０の焼結材料に高速度工具鋼（ＳＫＨ）を用いたが、合金工具鋼（ＳＫＤ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）など、他の焼結合金鋼を用いても良く、より安価に生産することができる。また、焼結合金鋼を焼結化および焼き入れ処理した後に、焼き戻し処理をすれば靱性を向上することができるのは周知の技術である。
また、ローリングピストン型のロータリ圧縮機の摺動部材であるベーン１０とピストン９について説明したが、スライディングベーン型など他のロータリ圧縮機や、スクロール圧縮機のスクロール、あるいはシャフトと軸受けなどの摺動部材にも適用して、冷媒Ｒを使用した時の摺動抵抗を低減して安価で信頼性を確保することができるのは同様である。
また、本実施の形態１では圧縮機構部の駆動機構として密閉容器内にモータを配設したが、これに限定するものではなく、モータを密閉容器の外に配設したり、エンジンで駆動したりしても構わない。
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をベース成分と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
７ 主軸受け
８ 副軸受け
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 (5)

  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をベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、圧縮機構部はシリンダー内にピストンとベーンとを有し、前記ベーンの原材料に、高速度工具鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行ったことを特徴とするロータリ圧縮機。
  2. 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ベース成分とした冷媒を作動冷媒として使用し、前記冷媒と相溶性がある冷凍機油を使用し、前記密閉容器内にモータを配し、前記モータで駆動されるシャフトを有する圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部はシリンダーの両端面に軸受けを配し、前記シリンダー内に前記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し、前記ベーンの原材料に、高速度工具鋼を用いて窒化処理、または焼結合金鋼を用いて焼結化および焼き入れ処理を行ったことを特徴とするロータリ圧縮機。
  3. 焼結合金鋼は高速度工具鋼であることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリ圧縮機。
  4. 冷凍機油をポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類あるいはポリアルキレングリコール類のうちいずれかとしたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項記載のロータリ圧縮機。
  5. 冷凍油には極圧添加剤を含んでいないことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項記載のロータリ圧縮機。
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