JP2020031530A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、一実施形態に係る冷凍サイクル装置1を示す。冷凍サイクル装置1は、冷凍サイクル回路と、当該冷凍サイクル回路を循環する冷媒とを含む。
冷媒は、HFO系冷媒単体であるか、又は混合冷媒である。混合冷媒の場合は、HFO系冷媒の混合率が10重量%以上、好ましくは14重量%以上である。HFO系冷媒の例としては、R1123、R1234yf、R1234zeなどが挙げられる。冷媒としては、例えば下表に示す冷媒1〜冷媒75を用いることができる。
冷凍サイクル回路は、圧縮機10、四路切替弁3、熱源熱交換器4、膨張弁5、利用熱交換器6を有する。圧縮機10の構成は後述する。
図2及び図3に示す圧縮機10は、スクリュー型圧縮機である。圧縮機10は、ケーシング20、モータ30、シャフト40、圧縮機構50を有する。
ケーシング20は、図中において水平方向に延びる円筒状の容器である。ケーシング20の内部の空間は、低圧空間S1と高圧空間S2に区画される。高圧空間S2の下方には、冷凍機油Lが貯留される。冷凍機油Lは、図示しない給油経路を介して、圧縮機10の各所の摺動部へと供給される。
モータ30は低圧空間S1に配置される。図2に示すように、モータ30は、ステータ31、ロータ32を有する。ステータ31は、ケーシング20の内周面に固定される。ロータ32は、ステータ31の空洞の中に配置され、シャフト40に固定される。
図2及び図3に戻り、シャフト40は、モータ30が生み出した動力を圧縮機構50に伝達する。シャフト40は、ロータ32と固定されており、ロータ32と共に回転する。シャフト40は、軸受41によって回転可能に支持されている。軸受41にすべり軸受が使われる場合には、すべり軸受に含まれる樹脂材料は、末端基によって封止された末端を有するPIからなってもよい。
圧縮機構50は、低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒を生み出す。圧縮機構50は、シリンダ51、スクリューロータ52、ゲートロータ53、ゲートロータ支持部54を有する。
シリンダ51は、ケーシング20の一部として形成される。シリンダ51は、スクリューロータ52を収容する。シリンダ51は、後述するゲート53aが貫通するための空隙を有する。
スクリューロータ52は、概ね円柱形状を有する金属製の部材である。スクリューロータ52はシャフト40と連結されている。スクリューロータ52はシャフト40と共に回転可能である。スクリューロータ52の外径は、シリンダ51の内径よりもわずかに小さい。
ゲートロータ53は、放射状に延びる複数のゲート53aを有する回転体である。ゲート53aは、シリンダ51の空隙を貫通して、スクリューロータ52の螺旋溝52aと噛み合う。シャフト40から受け取った回転力により、スクリューロータ52は回転し、その結果、螺旋溝52aが動く。螺旋溝52aの動きに応じてゲート53aが動き、それによってゲートロータ53が回転する。
ゲートロータ支持部54は、ゲートロータ53を回転可能に支持する。2つのゲートロータ支持部54は、スクリューロータ52の回転軸心に対して対象となるように配置される。
スクリューロータ52は、シリンダ51及びゲートロータ53と互いに摺動する。これらの摺動部は、コーティング材で覆われていてもよい。例えばコーティング材は、末端基によって封止された末端を有するPIからなってもよい。
図2に示す吸入口25から吸入された低圧ガス冷媒は、低圧空間S1へ入る。圧縮機構50において、シリンダ51、螺旋溝52a、ゲート53aによって囲まれた空間が圧縮室として機能する。スクリューロータ52の回転と共に、低圧空間S1の側の圧縮室は、その容積を徐々に減少させながら、高圧空間S2の側へと移動する。これにより、低圧ガス冷媒は圧縮されて高圧ガス冷媒となり、高圧空間S2へ吐出される。最後に、高圧ガス冷媒は、吐出口26から圧縮機10の外部へ吐出される。
冷凍機油Lは、圧縮機10の摺動部における摩耗及び焼き付きの防止のために用いられる潤滑油である。冷凍機油Lは、主として、基油、酸捕捉剤、極圧剤及び酸化防止剤からなる。
基油は、鉱油又は合成油が用いられる。基油は、冷凍サイクル装置1に使用される冷媒との相溶性が良いものが、適宜に選択される。鉱油は、例えば、ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油である。合成油は、例えば、エステル化合物、エーテル化合物、ポリα‐オレフィン、アルキルベンゼンである。合成油の具体例としては、ポリビニルエーテル、ポリオールエステル、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。本実施形態では、基油として、ポリビニルエーテル、ポリオールエステル等の合成油を用いることが好ましい。なお、基油として、上記の鉱油又は合成油を2種以上組み合わせた混合物が用いられてもよい。
酸捕捉剤は、冷媒の分解によって発生した酸と反応することにより、酸による冷凍機油Lの劣化を抑制するために用いられる添加剤である。酸捕捉剤は、例えば、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、テンペン系化合物である。酸捕捉剤の具体例としては、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、エポキシ化シクロヘキシルカルビノール、ジ(アルキルフェニル)カルボジイミド、β−ピネン等が挙げられる。
極圧剤は、摺動部における摩耗及び焼き付きを防止するために用いられる添加剤である。冷凍機油Lは、摺動部において互いに摺動する部材表面の間に油膜を形成することで、摺動部材同士の接触を防止する。しかし、ポリビニルエーテルのような低粘度の冷凍機油Lを使用する場合、及び、摺動部材にかかる圧力が高い場合には、摺動部材同士が接触しやすくなる。極圧剤は、摺動部において互いに摺動する部材表面と反応して被膜を形成することで、摩耗及び焼き付きの発生を抑制する。極圧剤は、例えば、リン酸エステル、亜リン酸エステル、チオリン酸塩、硫化エステル、スルフィド、チオビスフェノール等である。極圧剤の具体例としては、トリクレジルホスフェート(TCP)、トリフェニルフォスフェート(TPP)、トリフェニルホスホロチオエート(TPPT)、アミン、C11−14側鎖アルキル、モノヘキシル及びジヘキシルフォスフェートが挙げられる。TCPは、摺動部材の表面に吸着し、分解することで、リン酸塩の被膜を形成する。
酸化防止剤は、冷凍機油Lの酸化を防止するために用いられる添加剤である。酸化防止剤の具体例としては、ジチオリン酸亜鉛、有機硫黄化合物、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)等のフェノール系、フェニル−α−ナフチルアミン、N,N’−ジ−フェニル−p−フェニレンジアミン等のアミン系の酸化防止剤、N,N’‐ジサリシリデン‐1,2‐ジアミノプロパン等が挙げられる。
酸捕捉剤は、例えば冷凍機油Lに1.0重量%以上含まれる。これにより、酸に起因する冷凍機油Lの劣化及び膨張弁5の腐食が抑制される。また、冷凍サイクル装置1の他の部品の腐食も抑制される。したがって、本実施形態における冷凍機油Lを使用することにより、冷凍サイクル装置1の信頼性が向上する。
PI(ポリイミド)の分子式は、
第1構造例においては、C1〜C10までのアルキル基をPIの封止に用いる。
[化2]
CH3、
CH3CH2、
・・・・
CH3(CH2)9、
で表される。
第2構造例においては、無水フタル酸、又は無水フタル酸の誘導体をPIの封止に用いる。すなわち、末端基は、
第3構造例においては、末端基は、
PIの末端封止方法は、限定されるものではなく、従来公知のいずれの方法を用いても良い。
PIの末端封止にこれらの末端封止材を利用してもよい。
(6−1)封止されない末端を有するPI
発明者は、封止されない末端を有するPIがHFO系冷媒との反応により酸を発生しやすいという知見を得た。その知見を得るための試験方法は下記の通りである。
発明者は、末端基によって封止された末端を有するPIがHFO系冷媒との反応を起こしにくく、それゆえに酸を発生しにくいという知見を得た。その知見を得るための試験方法は、(6−1)で上述したものと同じである。
(7−1)
モータ30は、末端基によって封止された末端を有するPIからなる樹脂部品(すなわち、絶縁紙31d、電線31eの絶縁被覆、絶縁スリーブ31f、縛り糸31g、クラスターブロック31hの少なくとも一部)を有する。したがって、そのような樹脂部品が、封止されない末端を有するPIからなる場合と比較して、樹脂部品とHFO系冷媒との反応によって発生する酸の量が少ない。このため、冷凍サイクルシステムを構成する部品において、酸による腐食を抑制できる。
末端基によって封止された末端を有するPIからなる樹脂部品の、冷媒に対する比率が0.2重量%以上である。したがって、量の多い樹脂部品がHFO系冷媒と反応しにくいので、酸の発生を抑制できる。
酸捕捉剤の冷媒に対する比率が1.6重量%以下である。したがって、冷凍機油の潤滑性が酸捕捉剤によって低下することを抑制できる。
電線31e絶縁被覆又は絶縁紙31dはPIを含む。したがって、モータの耐熱性の低下を抑制できる。
モータ30に使用される部品(すなわち、絶縁スリーブ31f、及び縛り糸31g)が、末端基によって封止された末端を有するPIからなってもよい。この場合、モータ30における酸の発生が抑制され、モータ30の腐食を抑制できる。
膨張弁5のコーティング材、モータ30のコーティング材、又はシャフト40のすべり軸受などの摺動部は、末端基によって封止された末端を有するPIからなってもよい。この場合、摺動部における酸の発生が抑制され、摺動部の腐食を抑制できる。
上記実施形態では、圧縮機10はスクリュー型圧縮機である。これに代えて、圧縮機はスクロール型圧縮機又はロータリ型圧縮機など、他の種類の圧縮機であってもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
5 :膨張弁
10 :圧縮機
30 :モータ
31 :ステータ
31a :ステータコア
31b :インシュレータ
31c :コイル巻線
31d :絶縁紙
31e :絶縁電線
31f :絶縁スリーブ
31g :縛り糸
31h :クラスターブロック
32 :ロータ
40 :シャフト
50 :圧縮機構
L :冷凍機油
Claims (6)
- 冷媒と、
圧縮機(10)を有し、前記冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、
を備え、
前記冷媒は、HFO系冷媒単体であるか、又は、HFO系冷媒の混合率が10重量%以上である混合冷媒であり、
前記圧縮機はモータ(30)を有し、前記モータは樹脂部品(31d;31e;31f;31g;31h)を有し、
前記樹脂部品は、末端基によって封止された末端を有するポリイミドからなる、
冷凍サイクル装置(1)。 - 前記樹脂部品の、前記冷媒に対する比率が、0.2重量%以上である、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機に貯留された冷凍機油(L)と、
前記冷凍機油に添加された酸捕捉剤と、
をさらに備え、
前記酸捕捉剤の前記冷媒に対する比率が、1.6重量%以下である、
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記モータは、絶縁被覆で覆われた電線(31e)、及び絶縁紙(31d)を有し、
前記樹脂部品は、前記絶縁被覆又は前記絶縁紙を含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記樹脂部品は、前記モータの絶縁スリーブ(31f)、及び縛り糸(31g)の中から選択される少なくとも1つを含む、
請求項1から4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 末端基によって封止された末端を有するポリイミドからなる摺動部をさらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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