JP2014159773A - 圧縮機及び空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒としてジフルオロメタンを用いた空調用圧縮機の温度上昇を抑制する。
【解決手段】 摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒であるジフルオロメタンと、前記ジフルオロメタンと相溶性のある冷凍機油とを封入した圧縮機において、前記圧縮機の表面に、熱放射率０．９８以上の塗料が塗布される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを用いた空調用圧縮機及び空調装置に関する。

空調機器分野に使用される冷媒のＲ４１０Ａは、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎｓ）３２／ＨＦＣ１２５（５０／５０重量％）の混合物であり、ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）＝２０８８と高いため、ＧＷＰが低い代替冷媒を用いた空調装置の開発が急務である。

この代替冷媒としては、熱物性、低ＧＷＰ、低毒性、低可燃性などの理由から、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｏｌｅｆｉｎ）（ＧＷＰ＝４）、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）（ＧＷＰ＝１０）若しくはジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）の単独冷媒又はこれらの混合冷媒が候補とされている。その他の冷媒としては、プロパン、プロピレンなどのハイドロカーボン、及びフルオロエタン（ＨＦＣ１６１）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ１５２ａ）などの低ＧＷＰのハイドロフルオロカーボンが挙げられている。これらの冷媒候補の中で、可燃性、冷暖房能力、非共沸冷媒の温度勾配による機器効率低下、取り扱い易さ、冷媒コスト、機器の変更（開発）などを考慮すると、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）が最も良い。

しかし、ジフルオロメタンは比熱比（定圧熱容量／定積熱容量）が大きいため、吐出温度が高くなり、これによって圧縮機の温度も高くなるという課題がある。

例えば、特許文献１には、圧縮機表面を熱放射性の大きな放熱片を含んだ塗料で被覆することが開示され、特許文献２には、密閉容器の外表面を輻射率の大きな被覆材で被覆することが開示されている。

特開平０３−０００９９４号公報 特開昭６０−１５０４８７号公報

しかし、上記特許文献のものでは、圧縮機の温度上昇を十分に抑制することができない。

本発明の目的は、冷媒としてジフルオロメタンを用いた空調用圧縮機の温度上昇を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒であるジフルオロメタンと、前記ジフルオロメタンと相溶性のある冷凍機油とを封入した圧縮機において、前記圧縮機の表面に、熱放射率０．９８以上の塗料が塗布されることを特徴とする。

本発明によれば、空調用圧縮機の温度上昇を抑制することができる。

塗料の熱放射性の評価を示す図である。 ルームエアコンの構成を示す概略図である。 スクロール式密閉型圧縮機を示す断面図である。

本発明の圧縮機は、摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒であるジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）と、冷凍機油とを封入したものである。ここで、冷凍機油は、ジフルオロメタンと相溶性のあるポリオールエステル油もしくはポリビニルエーテル油である。冷凍機油の粘度グレードは、圧縮機の種類により異なるが、スクロール式圧縮機においては、４０℃における動粘度が４６〜９０ｍｍ²／ｓの範囲であることが好ましい。また、ロータリー式圧縮機においては、４０℃における動粘度が３０〜７０ｍｍ²／ｓの範囲であることが好ましい。

圧縮機の表面に熱放射性塗料を塗布する。塗料の主成分は、熱放射率が高い微粉末と樹脂である。熱放射率が高い微粉末として、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化チタン、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維からなる微粉末のうち、１種以上を含有することで放熱特性が得られる。また、微粉末は熱伝導率が高いものが好ましい。特に主成分として炭化ケイ素が好ましい。この他、樹脂中に微粉末を分散させるための界面活性剤などの添加剤を配合する。

以下、本発明の実施例に係る空調用圧縮機及びこれを用いた空調装置について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜５及び比較例１〜１０）
鋼板に対する塗料の熱放射性を評価するため、実際の圧縮機で用いる酸洗鋼板ＳＰＨＣ（サイズ７５×１８０×３．２ｍｍ）の片面に熱放射性塗料を塗布した。まず、塗料を塗布していない鋼板に熱源（抵抗１Ω）を取り付け、目標温度となるように電圧電流を調整する。次に塗布した鋼板において、同じ電流電圧を印加し、２時間後の鋼板の表面温度とサーボグラフィーにより測定し、放熱性を評価した。測定環境温度は２５℃であり、塗料を塗布していない鋼板の表面温度を基準となる表面温度とし、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃とした。塗料は炭化ケイ素を含む熱放射塗料と、通常使用されるエポキシ系黒色塗料を用いた。結果を表１と図１に示す。

比較例１〜５は塗料を塗布していない鋼板であり、熱放射率が０．５３であった。比較例６〜１０は通常使用されるエポキシ系黒色塗料であり、熱放射率が０．９０であった。これらに対して、実施例１〜５で示す熱放射塗料を塗布した鋼板は、熱放射率が０．９８であった。炭化ケイ素は六方晶、立方晶等、どの結晶構造でもよい。図１に示すように、放熱による温度の下がり具合を比較すると、エポキシ系塗料よりも熱放射性塗料の方が倍以上温度低下することがわかる。空調装置は冷暖房共に、定格で使用される場合は圧縮機の表面温度が約１００℃にも達する。本発明のように熱放射率が０．９８あることにより、圧縮機の表面温度が約１００℃に上昇しても、塗料の放熱作用により約１０℃も温度を低下させることができる。

（実施例６及び比較例１１）
図２は、本実施例で用いた冷暖房兼用のルームエアコンの概略を示したものである。ルームエアコンは、室内機１と室外機２とで構成されている。

室内機１には、室内熱交換器５が内蔵されている。また、室外機２には、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器７及び膨張装置６（膨張部）が内蔵されている。圧縮機３は、摺動部を有する冷媒圧縮部を備えたものである。

室内を冷房する場合、圧縮機３にて断熱的に圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出パイプ及び四方弁４を通って室外熱交換器7（凝縮手段として使用される）で冷却され、高圧の液冷媒となる。この冷媒は、膨張装置６（例えば、温度式膨張弁など）で膨張し、僅かにガスを含む低温低圧液となって室内熱交換器5（蒸発手段として使用される）に至り、室内の空気から熱を得て低温ガスの状態で再び四方弁４を通って圧縮機３に至る。室内を暖房する場合は、四方弁４によって冷媒の流れが逆方向に変えられ、逆作用となる。

圧縮機３としては、スクロール式圧縮機を用いた。図３は、上記のスクロール式圧縮機の概略構造を示したものである。圧縮機３は、端板９に垂直に設けられた渦巻状ラップ１０を有する固定スクロール部材８と、この固定スクロール部材８と実質的に同一形状のラップ１２を有する旋回スクロール部材１１と、旋回スクロール部材１１を支持するフレーム１６と、旋回スクロール部材１１を旋回運動させるクランクシャフト１３と、電動モータ１９と、これらを内蔵する圧力容器１７とを含む。渦巻状ラップ１０とラップ１２とは、互いに向い合わせにして噛み合わせ、圧縮機構部を形成する。旋回スクロール部材１１は、クランクシャフト１３によって旋回運動させると、固定スクロール部材８と旋回スクロール部材１１との間に形成される圧縮室１４のうち、最も外側に位置している圧縮室１４が旋回運動に伴って容積を次第に縮小しながら、固定スクロール部材８及び旋回スクロール部材１１の中心部に向かって移動していく。圧縮室１４が固定スクロール部材８及び旋回スクロール部材１１の中心部近傍に達すると、圧縮室１４が吐出口１５と連通し、圧縮室１４の内部の圧縮ガスが吐出パイプ１８から圧縮機３の外部に吐出される。

圧縮機３においては、一定速あるいは図示していないインバータによって制御された電圧に応じた回転速度でクランクシャフト１３が回転し、圧縮動作を行う。また、電動モータ１９の下方には、油溜め部２２が設けられており、油溜め部２２の油は、圧力差によってクランクシャフト１３に設けられた油孔２１を通って、旋回スクロール部材１１とクランクシャフト１３との摺動部、滑り軸受け２０等の潤滑に供される。

圧縮機３外表面の熱放射塗料の塗布方法は、まず、リン酸亜鉛系皮膜化成処理を行い、ディッピングで表面に塗布し、高温乾燥（１６０℃で２０分間）で定着させた。膜厚は、安定した熱放射性や防錆性を得るために３０から５０μｍの厚みとした。圧縮機の組立前に塗料を塗布しても、組立後に塗布してもよい。

ルームエアコン７．１ｋＷ機種を用いて、ジフルオロメタンを冷媒として用いた際に、圧縮機表面温度が高くなる冷房定格及び暖房定格条件において、室外機の圧縮機表面の温度を熱電対によって測定した。比較として、通常使用するエポキシ系黒色塗料を塗布した。結果を表２に示す。冷房定格条件の方が暖房定格条件より圧縮機表面温度が高くなる。比較例１１の通常の塗料であるエポキシ系黒色塗料を用いた圧縮機の表面温度は冷房定格条件であると１００℃を超える。これに対して、圧縮機表面に熱放射性塗料を塗布した実施例６では、表面の温度を大幅に低下させることができていることがわかった。

（実施例７及び比較例１２）
次に、長期の信頼性を確認するために、圧縮機を簡易サイクルに接続して、高速高負荷条件における２１６０時間耐久試験を実施した。圧縮機の回転数は、６０００min^-1で、吸込圧力０．７MPa、吐出圧力３．６ＭＰａとなるように運転を行った。モータの鉄心とコイルとの絶縁には、２５０μｍの耐熱ＰＥＴフィルム（Ｂ種１３０℃）を用い、コイルの主絶縁には、ポリエステルイミド−アミドイミドのダブルコートを施した二重被覆銅線を用いた。冷媒にはジフルオロメタンを１５００ｇ封入し、冷凍機油には冷媒と相溶性のあるポリオールエステル油を水分１０００ｐｐｍ含ませて５００ｍｌ封入した。２１６０時間運転後の圧縮機を解体し、絶縁フィルムの劣化状況を調べた。ＰＥＴフィルム中のオリゴマー量と引張強度変化について評価を行った。初期のＰＥＴフィルムの引張強度は１８０ＭＰａ、伸び率８０％、オリゴマー量が０．６ｗｔ％であった。また、冷凍機油の劣化判断として、全酸価と酸捕捉剤残存量を滴定法において測定した。結果を表３に示す。

比較例１２は圧縮機の外表面に通常使用されるエポキシ系黒色塗料を塗布したものであるが、圧縮機を解体した結果、ＰＥＴフィルムに劣化がみられた。引張強度と伸び率も大幅に低下しており、フィルム中のオリゴマー量も減少しているため冷凍機油側に溶出してしまっていると考えられる。また、冷凍機油であるポリオールエステル油の全酸価の増加はみられなかったが、酸捕捉剤として配合したエポキシ化合物が大幅に消耗していることから圧縮機内部の温度が高かったと考えられる。これに対して、実施例７のものは、比較例と比べて引張強度と伸び率の低下も少なく、さらにフィルム中のオリゴマー量もあまり減少していなかった。また、冷凍機油の全酸価の増加はみられず、酸捕捉剤として配合したエポキシ化合物の消耗量も少ないことがわかった。

以上の実施例の結果から、本発明は、冷媒としてジフルオロメタンを用いた空調用圧縮機の温度上昇を抑制させ、モータ絶縁材料の保護やモータ磁石の減磁による性能低下を抑制できる空調用圧縮機を得ることができる。

圧縮機としては、スクロール式圧縮機の他、ロータリー式圧縮機、ツインロータリー式圧縮機、２段圧縮ロータリー式圧縮機、及びローラとベーンが一体化されたスイング式圧縮機においても同様の効果が得られることを確認した。

１：室内機、２：室外機、３：圧縮機、４：四方弁、５：室内熱交換器、６：膨張装置、７：室外熱交換器、８：固定スクロール部材、９：端板、１０：渦巻状ラップ、１１：旋回スクロール部材、１２：ラップ、１３：クランクシャフト、１４：圧縮室、１５：吐出口、１６：フレーム、１７：圧力容器、１８：吐出パイプ、１９：電動モータ、２０：滑り軸受け、２１：油孔、２２：油溜め部

Claims (4)

1. 摺動部を有する冷媒圧縮部を備え、冷媒であるジフルオロメタンと、前記ジフルオロメタンと相溶性のある冷凍機油とを封入した圧縮機において、前記圧縮機の表面に、熱放射率０．９８以上の塗料が塗布されることを特徴とする圧縮機。
2. 前記塗料は炭化ケイ素の粉末を含むことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記塗料は３０から５０μｍの膜厚で塗布されることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
4. 請求項１に記載の圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えた空調装置。