JP2014228255A - ロータリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ−３２等）を冷媒として用いるロータリー圧縮機において、圧縮機内部が高温高圧下となっても、冷凍機油に添加されたＴＣＰ等が圧縮機の樹脂成形品に溶解することを抑止でき、樹脂成形品の強度低下を抑制することができるロータリー圧縮機を提供すること。
【解決手段】本発明は、冷媒として炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボンを用いるロータリー圧縮機であって、ポリエステルから成る樹脂成形品と、前記樹脂成形品の可塑剤として働く化合物を含有しない冷凍機油と、表面処理が施された摺動部とを含む、ロータリー圧縮機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍空調機等に用いられるロータリー圧縮機に関する。

地球温暖化防止の一環として、冷凍冷蔵機器や空気調和器、もしくは給湯用機器などの冷凍サイクルを構成する装置に使用される冷媒（作動流体）を、現在特に冷凍空調用途で主として使用されているＨＦＣ−４１０Ａ〔ＨＦＣ−３２（ジフルオロメタン：ＣＨ_２Ｆ_２）とＨＦＣ−１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ_２ＣＦ_３）の混合冷媒〕やＨＦＣ−１３４ａ等の冷媒から、それよりも地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が低い冷媒への代替が検討されている。ＨＦＣ−４１０Ａ中の主成分の一つであるＨＦＣ−３２は、ＧＷＰ値が６７５と、ＨＦＣ−４１０ＡのＧＷＰ値（２０９０）よりも低く、代替冷媒の一つとして候補となっている。

ＨＦＣ−３２は、理論ＣＯＰや熱伝達率が比較的高く、冷媒の圧力損失も低いため、冷凍サイクルに使用した場合にエネルギー効率が高いという特性を備えている。しかしながら、ＨＦＣ−３２は、従来冷媒のＨＦＣ−４１０Ａに比べて圧縮機の吐出温度が２０℃程度高くなる特性がある。このため、ＨＦＣ−３２を用いた圧縮機において、有機材料（冷凍機油や樹脂成形品）は、化学的安定性に優れたものが要求される。

このような状況において、ＨＦＣ−３２を用いた圧縮機については、特許文献１（特開２０１２−７２２７３号公報）および特許文献２（特開２００１−２２７８２７号公報）に以下のような技術が開示される。

特許文献１には、炭素数１〜３の飽和フッ化炭化水素を含む冷媒を用いる圧縮型冷凍機用の潤滑油組成物として、基油と、分子内に非共役二重結合を２つ以上有する有機化合物、二重結合を有するテルペン化合物、および、分子内に二重結合を１つ有する炭素数１２〜３０脂肪族不飽和炭化水素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の分子内に二重結合を有する有機化合物とを含有する潤滑油組成物が開示されている。

特許文献２では、冷凍機油として、吸水性を有するポリビニルエーテル油を用いて、冷凍回路内の水分を吸収するので、Ｒ３２（ＨＦＣ−３２）単体からなる冷媒の使用に起因して圧縮機が高温になっても、圧縮機内蔵のモータの絶縁フィルムは加水分解し難い。また、ポリビニルエーテルの３０℃，相対湿度８０％における飽和水分量を５０００ｐｐｍ以上とすることによって、加工が容易なＰＥＴまたはＰＥＮからなるモータの絶縁フィルムの引張強度保持率を５０％以上にすることができて、絶縁フィルムの劣化を防止することができる。したがって、圧縮機の故障を回避して冷凍装置の性能を長期に亘って安定させることができる。

特開２０１２−７２２７３号公報 特開２００１−２２７８２７号公報

このように、ＨＦＣ−３２を用いた圧縮機において、有機材料は化学的安定性に優れたものが要求される。さらに、本発明者らは圧縮機に用いる樹脂成形品（絶縁材）の劣化について鋭意研究した結果、ＨＦＣ−３２を用いた圧縮機では、高温・高圧下となるため、冷凍機油に添加されたトリクレジルホスフェート（ＴＣＰ）等の極圧添加剤が圧縮機の樹脂成形品に溶解し、圧縮機に用いられた樹脂成形品の強度が低下するという課題を新たに見出した。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ−３２等）を冷媒として用いるロータリー圧縮機において、圧縮機内部が高温高圧下となっても、冷凍機油に添加されたＴＣＰ等が圧縮機の樹脂成形品に溶解することを抑止でき、樹脂成形品の強度低下を抑制することができるロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、冷媒として炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボンを用いるロータリー圧縮機であって、ポリエステルから成る樹脂成形品と、前記樹脂成形品の可塑剤として働く化合物を含有しない冷凍機油と、表面処理が施された摺動部とを含む、ロータリー圧縮機である。

前記ハイドロフルオロカーボンはジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）であることが好ましい。前記樹脂成形品の可塑剤として働く化合物は、リン酸エステルであることが好ましい。前記ポリエステルは、ポチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートであることが好ましい。前記表面処理は、窒化処理、浸硫窒化処理、ＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理、ＰＣＶＤ処理またはＤＬＣ処理であることが好ましい。

炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボンを冷媒として用いる圧縮機において、圧縮機内部が高温高圧下となっても、冷凍機油に添加されたＴＣＰ等が圧縮機の樹脂成形品に溶解することを抑止することができるため、樹脂成形品の強度低下を抑制することができる。

加熱劣化試験後のＰＥＴ試験片の引っ張り強さの測定結果を示すグラフである。 ＴＣＰによる樹脂成形品の劣化メカニズムを説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係るロータリー圧縮機を示す断面概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図３は、本発明の実施の形態に係る高圧シェル型のロータリー圧縮機を示す断面概略図である。図３を参照して、ロータリー圧縮機は、密閉容器１１の内部に冷媒を圧縮する圧縮機構部１０１と、圧縮機構部１０１を駆動する電動機構部１０２とを備えている。圧縮機構部１０１と電動機構部１０２とは、駆動軸１２を介して同軸に連結されている。

密閉容器１１の底部には冷凍機油１３が貯留されており、冷凍機油１３は駆動軸１２に設けられた給油経路１４を通してポンプ作用により圧縮機構部１０１に供給され、圧縮機構部１０１の摺動部（軸受け部を含む）を潤滑するようになっている。駆動軸１２の下端部は冷凍機油１３の中に浸漬されており、給油経路１４は駆動軸１２下端の給油孔１５から軸方向に延びる通路と、この通路から潤滑を必要とするそれぞれの部位に通じる分岐路とから構成される。

冷媒ガスは、吸入管１６からアキュムレーター５を経て上記圧縮機構部１０１に吸入される。吸入された冷媒ガスは圧縮機構部１０１で圧縮され、高温高圧となった冷媒ガスが一旦圧縮機構部１０１から密閉容器１１内に吐出される。さらに、密閉容器１１内の高温高圧の冷媒ガスは吐出管１７へ吐出され、凝縮器へ流入する。ＨＦＣ−３２（ジフルオロメタン：ＣＨ_２Ｆ_２）を用いた圧縮機では、この吐出温度が従来の冷媒（ＨＦＣ−４１０Ａ）よりも約２０℃高くなる。また、ＨＦＣ−３２は冷媒の圧力損失が低いため、密閉容器１１内は従来の冷媒を用いた場合よりも高温高圧になる。なお、ＨＦＣ−３２だけでなく、炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボンを冷媒として用いた場合にも、同様に密閉容器１１内は従来の冷媒を用いた場合よりも高温高圧になる。炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボンとしては、例えば、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、トリフルオロメタン（ＨＦＣ−２３）が挙げられる。

なお、電動機構部１０２は、近年冷蔵庫やエアコンの高効率化とコンパクト化の目的で、複数のティースにまたがらず１つのティースの回りに集中的に巻線を巻く集中巻式固定子を採用した電動機が検討され、ティースと巻線の間には絶縁材として樹脂成形品が用いられているのが一般的である。樹脂成形品は、ポリエステルからなることが好ましい。ポリエステルとしては、例えば、ポチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートが挙げられる。

以下に、本発明の特徴的な部分を説明する。上述の通り、本発明の目的は、ＨＦＣ−３２等を冷媒として用いるロータリー圧縮機において、圧縮機内部が高温高圧下となっても、冷凍機油に添加されたＴＣＰ等が圧縮機の樹脂成形品に溶解することを抑止でき、樹脂成形品の強度低下を抑制することである。本発明のロータリー圧縮機は、この課題を解決するための特徴的な構成を有している。

本発明のロータリー圧縮機では、冷媒として炭素数が１で塩素を含まないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ−３２など）を用いる場合において、圧縮機内部が高温高圧下となっても、冷凍機油に添加された樹脂成形品の可塑剤として働く化合物（ＴＣＰ等の極圧添加剤）が圧縮機の樹脂成形品に溶解しないようにするために、冷凍機油１３として、「樹脂成形品の可塑剤として働く化合物」を含有していないものを用いる。このような冷凍機油を用いることにより、圧縮機内部の樹脂成形品の強度低下を防ぐことができる。

冷凍機油に添加されている「樹脂成形品の可塑剤として働く化合物」としては、例えば、極圧添加剤が挙げられる。極圧添加剤としては、例えば、リン酸エステル（例えば、トリクレジルホスフェート、トリフェニルホスフェート、亜リン酸トリフェニル、リン酸ジフェニル、亜リン酸ジフェニル）やイソプロピルフェノールが挙げられる。

なお、極圧添加剤等を含有しない冷凍機油を用いるため、圧縮機構部１０１の摺動部（軸受け部を含む）の耐摩耗性及び耐焼付性の低下が生じる。このため、本発明のＨＦＣ−３２を用いた圧縮機では、圧縮機構部１０１の摺動部（軸受け部を含む）に表面処理を施すことが好ましい。表面処理としては、例えば、窒化処理、浸硫窒化処理、ＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理、ＰＣＶＤ処理、ＤＬＣ処理が挙げられる。このうち、摺動表面の強度が特に強くなるＤＬＣ処理が特に好ましい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
圧縮機用の電動機などには、高効率化とコンパクト化の目的で、複数のティースにまたがらずに１つのティースの回りに集中的に巻線を巻く集中巻式固定子を採用した電動機が検討され、ティースと巻線間には絶縁材として樹脂成形品が用いられるのが一般的である。本実施例では、このような樹脂成形品の加熱劣化試験を実施した。加熱劣化試験方法について以下に記す。

＜加熱劣化試験試験＞
内容積２００ｍＬのオートクレーブに試料（冷媒４０ｇ／冷凍機油１００ｍＬ／樹脂成形品）を封入し、３０日間保持した。冷媒としては、ＨＦＣ−４１０ＡまたはＨＦＣ−３２を用いた。ＨＦＣ−４１０Ａを用いた場合のオートクレーブの加熱温度は１００℃に設定し、ＨＦＣ−３２を用いた場合の加熱温度は１２０℃に設定した。冷凍機油としては、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）油に一般的に極圧添加剤として用いられているＴＣＰ（トリクレジルホスフェート）を添加した油、または、未添加の基油（ＰＶＥ油）を用いた。樹脂成形品としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）からなる板状の試験片を用意した。

加熱後（３０日経過後）、ＰＥＴ試験片（冷媒および冷凍機油の組み合せによる４通り）の引っ張り強さ（最大応力）をＪＩＳＫ７１２７に基づいて測定した。測定結果を図１に示す。図１に示すように、ＨＦＣ−４１０Ａ雰囲気下で１００℃で保存した場合は、冷凍機油へのＴＣＰ添加の有無によらず、ＰＥＴの強度はほとんど同じであった。一方、ＨＦＣ−３２雰囲気下で１２０℃で保存した場合は、ＴＣＰを添加した冷凍機油を用いることでＰＥＴの強度が低下するのに対し、ＴＣＰを含有しない冷凍機油を用いることでＰＥＴの強度低下が抑制されることが分かる。

次に、ＰＥＴ試験片（ＴＣＰを添加した冷凍機油を用いた場合の２通り）をＨＦＩＰ（ヘキサフルオロイソプロパノール）で溶解し、ＰＥＴの貧溶媒であるメタノールを滴下して、ＰＥＴ中の添加剤をメタノール中に抽出した。このメタノール溶液をガスクロマトグラフ質量分析計で分析した結果を表１に記す。表１に示されるように、ＨＦＣ−３２雰囲気下で１２０℃での加熱劣化試験後のＰＥＴ試験片は、ＴＣＰを含有していることが分かった。

これらの結果から考えられるＰＥＴの劣化メカニズムについて、図２を参照して説明する。図２に示すように、ＨＦＣ−３２雰囲気（図２（ｂ））は、ＨＦＣ−４１０Ａ雰囲気（図２（ａ））よりも高温・高圧下であるため、ＴＣＰがＰＥＴ中に溶解しやすくなると考えられる。さらに、ＴＣＰは極圧添加剤として利用されると共に、プラスチックの可塑剤としても利用されている化合物である。このため、ＰＥＴ中に溶解しやすくなったＴＣＰがＰＥＴの強度を低下させたと考えられる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０１ 圧縮機構部、１０２ 電動機構部、１１ 密閉容器、１２ 駆動軸、１３ 冷凍機油、１４ 給油経路、１５ 給油孔、１６ 吸入管、１７ 吐出管、５ アキュムレーター。

Claims (5)

1. 冷媒として炭素数が1で塩素を含まないハイドロフルオロカーボンを用いるロータリー圧縮機であって、ポリエステルから成る樹脂成形品と、前記樹脂成形品の可塑剤として働く化合物を含有しない冷凍機油と、表面処理が施された摺動部とを含む、ロータリー圧縮機。
2. 前記ハイドロフルオロカーボンはジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）である、請求項１に記載のロータリー圧縮機。
3. 前記樹脂成形品の可塑剤として働く化合物は、リン酸エステルである、請求項１または２に記載のロータリー圧縮機。
4. 前記ポリエステルは、ポチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリー圧縮機。
5. 前記表面処理は、窒化処理、浸硫窒化処理、ＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理、ＰＣＶＤ処理またはＤＬＣ処理である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリー圧縮機。

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