JP2020051418A

JP2020051418A - 圧縮機及び冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2020051418A
Application number: JP2018184559A
Authority: JP
Inventors: 板倉　俊二; Shunji Itakura; 俊二板倉; 健治小峰; Kenji Komine; 田中　順也; Junya Tanaka; 順也田中; 将弘近藤; Masahiro Kondo; 和也船田; Kazuya Funada
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02

Abstract

【課題】冷媒回路の金属部材の腐食による信頼性低下を誘発させる酸の生成を抑制する圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機は、炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒、炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒、又は、エーテル結合を持つ冷媒のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む混合冷媒を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を格納する密閉容器とを備える。前記圧縮部における前記冷媒の圧縮動作において摺動する部品の少なくとも一つが有する摺動面の動摩擦係数は、０．２以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機及び冷凍サイクルに関する。

冷媒を圧縮する圧縮機を含む空気調和装置では、冷媒としてハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）冷媒であるＲ４１０Ａ冷媒が広く用いられているが、Ｒ４１０Ａ冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きい。そこで、ＧＷＰが比較的小さい冷媒として、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）冷媒を含む混合冷媒を用いる関連技術が知られている。また、ハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）冷媒又はハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）を含む混合冷媒を用いる関連技術も知られている。

ＨＦＯ冷媒やＨＣＦＯ冷媒等の、「炭素原子間の結合として、単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒」は、化学的に不安定である。また、炭素原子間の結合のみならず、炭素原子と、炭素原子の原子量より一定値を超える原子量の元素との結合を有する冷媒や、エーテル結合を持つ冷媒も、化学的に不安定となる事が知られている。具体的には、当該冷媒は熱安定性が低い。例えば、摩擦熱によって高温になった圧縮機の内部の摺動部にさらされた場合に容易に分解される。冷媒は、分解されることで酸を生成する。生成された酸は、冷媒回路を形成する金属部材を腐食させる。金属部材の腐食によって、圧縮機の摺動部の摩耗が促進され、空気調和装置の信頼性を著しく低下させる。

これに対して、冷媒回路を形成する金属部材の表面を被覆層で覆うことによって当該酸が金属部材に接触しないようにした冷凍サイクル装置の従来技術が提案されている。この技術では、特定の成分が金属表面に付着して被覆層を形成する。特定の成分は、冷凍機油中に添加されている。

特開２０１０−２３０２４３号公報

しかしながら、冷媒回路を形成する全ての金属部材の表面を被覆層で覆うことは高コストとなってしまうため現実的ではない。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、酸の生成を抑制することで冷媒回路の金属部材の腐食を抑える圧縮機を提供することを目的とする。

本願の開示する圧縮機の一態様は、「炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒」、「炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒」、又は、「エーテル結合を持つ冷媒」のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む混合冷媒を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を格納する密閉容器とを備える。前記圧縮部における前記冷媒の圧縮動作において摺動する部品の少なくとも一つが有する摺動面の動摩擦係数は、０．２以下である。

開示の圧縮機は、冷媒回路の金属部材の腐食による信頼性低下を誘発させる酸の生成を抑制することができる。

図１は、実施例の冷凍サイクル装置全体を示す模式図である。図２は、ロータリ圧縮機の縦断面図である。図３は、ロータリ圧縮機の圧縮部を示す上方分解斜視図である。図４は、ピンオンディスク試験機の斜視図である。図５は、表面処理による摩擦係数の比較を表す図である。図６は、摺動部の材料と摺動部の温度との関係を表す図である。

以下に、本願が開示する実施形態にかかる圧縮機について、図面を参照して説明する。なお、以下の記載により本開示の技術が限定されるものではない。また、以下の記載においては、同一の構成要素に同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。

実施例の冷凍サイクル装置としては、空気調和装置を一例として、１台の室外機に１台の室内機が接続され、室内機が冷房運転または暖房運転を行うことが可能に構成されたものを説明する。図１は、実施例の冷凍サイクル装置全体を示す模式図である。

［冷媒］
まず、実施例の冷凍サイクル装置１で使用される冷媒について説明する。空気調和装置１は、「炭素原子間の結合として、単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒」、「炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒」、「エーテル結合を持つ冷媒」のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む混合冷媒を作動流体として用いる。炭素原子間に単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒は、例えば、炭素原子間の二重結合を有するＨＦＯ冷媒や、炭素原子間の三重結合を有するトリフルオロプロピンがある。また、炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒としては、ヨウ化トリフルオロメタンがあり、エーテル結合（ＨＦＥ冷媒とも言う）を持つ冷媒としてはＨＦＥ−１４３ｍ等が挙げられる。これらの冷媒は、冷凍サイクル装置の中での安定性が低い。また、これらの冷媒は、大気中での安定性も低く、ＧＷＰが比較的低い傾向がある。その代わり、当該冷媒は、圧力が比較的低い。圧力の低い冷媒は、空気調和装置の作動流体として用いると、冷媒性能の指標の一つである体積能力（単位はｋＪ／ｍ^３）が低くなる。そのため、空気調和装置の作動流体として用いる場合は、他の冷媒性能の高い冷媒（例えば、Ｒ３２）と混合して用いることが考えられている。本実施例では、炭素原子間に単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒の「ＧＷＰが低い」という、環境負荷が小さいという特性を十分に発揮するため、炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒を少なくとも２０重量％以上含む混合冷媒を作動流体として用いる。

炭素原子間の結合として、単結合を持つ冷媒のうち、空気調和装置で使用された実績があり、不燃性、低毒性、かつ、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）＝０の冷媒でＧＷＰが一番低い単一冷媒はＲ１３４ａ（ＧＷＰ：１４３０）である。本実施例の「低ＧＷＰ冷媒」はＲ１３４ａよりもＧＷＰが低いものとする。

ハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒は、塩素（原子量：３５．５）と炭素との結合を有するＲ１２を代表としたクロロフルオロカーボン、臭素（原子量：７９．９）と炭素との結合を持つハロン１３０１、ヨウ素（原子量：１２６．９）と炭素との結合を持つトリフルオロヨードメタン（ＣＦ_３Ｉ）がある。

塩素を含むＲ１２は、ＧＷＰが１０９００である。臭素を含むハロン１３０１は、ＧＷＰが７１４０である。ヨウ素を含むヨウ化トリフルオロメタンは、ＧＷＰが１以下である。このことからわかるように、ハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒は、ハロゲン族元素の原子量が少ない程、ＧＷＰが低い。なお、上記した各冷媒のＧＷＰは、「フロン類の使用の合理化及び管理の適正化に関する法律施行規則第一条第三項及びフロン類算定漏えい量等の報告等に関する命令第二条第三号の規定に基づき、国際標準化機構の規格八一七等に基づき、環境大臣及び経済産業大臣が定める種類並びにフロン類の種類ごとに地球の温暖化をもたらす程度の二酸化炭素に係る当該程度に対する比を示す数値として国際的に認められた知見に基づき環境大臣及び経済産業大臣が定める係数（フロン類ＧＷＰ告示）（平成28年経済産業省・環境省告示第２号）」において定められたものである。トリフルオロヨードメタンのＧＷＰは、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、略称：NEDO（New Energy and Industrial Technology Development Organization）［平成30年8月13日検索］のインターネットサイト＜URL:http://www.nedo.go.jp/hyoukabu/articles/201207f_tech/index.html＞において定められたものである。

ハロゲン族元素の原子量と、当該ハロゲン族元素を含む代表的な冷媒のＧＷＰの関係は、以下の式で示すことができる。
（原子量）＝−４．０×１０^−８×（ＧＷＰ）^２−３．０×１０^−４×（ＧＷＰ）＋１０．５８
上記式から、ＧＷＰをＲ１３４ａ（ＧＷＰ：１４３０）よりも低くするためには、炭素（原子量：１２）の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒であることが必要だとわかる。

［冷凍サイクル装置の構成］
図１に示すように、実施例の冷凍サイクル装置１は、室外機２と、室外機２に液管８及びガス管９を介して接続された室内機５とを備える。液管８は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に接続され、他端が分岐して室内機５の各液管接続部５３にそれぞれ接続される。ガス管９は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に接続され、他端が分岐して室内機５の各ガス管接続部５４にそれぞれ接続される。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、液管８の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管９の一端が接続された閉鎖弁２６と、冷媒貯留器であるアキュムレータ２８と、室外ファン２７と、を備える。室外ファン２７を除くこれら各部は、後述する各冷媒配管を介して相互に接続されており、冷媒回路１００の一部をなす室外機冷媒回路２０を構成する。

［圧縮機の構成］
図２は、圧縮機の縦断面図である。圧縮機２１は、インバーターにより回転数が制御されるモータ（図示せず）によって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型のロータリ圧縮機である。図２に示すように、圧縮機２１は、密閉された縦置き円筒状の圧縮機筐体２１ａ内に配置されたモータ部１１と圧縮部１２とを有する。圧縮部１２は、モータ部１１の下方に配置される。また、モータ部１１は、シャフト１５を介して圧縮部１２を駆動する。さらに、圧縮機２１は、圧縮機筐体２１ａの側部に固定された円筒状のアキュムレータ２８を備える。

アキュムレータ２８は、上吸入管１０５及びアキュムレータ上湾曲管３１Ｔを介して上シリンダ１２１Ｔの上吸入室１３１Ｔ（図２参照）と接続し、下吸入管１０４及びアキュムレータ下湾曲管３１Ｓを介して下シリンダ１２１Ｓの下吸入室１３１Ｓ（図２参照）と接続される。

圧縮部１２は、圧縮機筐体１０内のうちの下部に配置される。圧縮部１２は、上端板カバー１７０Ｔと下端板カバー１７０Ｓと上端板１６０Ｔと下端板１６０Ｓと上シリンダ１２１Ｔと下シリンダ１２１Ｓと中間仕切板１４０と上ピストン１２５Ｔと下ピストン１２５Ｓと回転軸１５とを備える。上端板カバー１７０Ｔは、上端板カバー吐出孔１７２Ｔが形成される。圧縮部１２は、冷媒通路１３６がさらに形成されている。冷媒通路１３６は、上端板１６０Ｔと下端板１６０Ｓと上シリンダ１２１Ｔと下シリンダ１２１Ｓと中間仕切板１４０とをそれぞれ貫通する複数の冷媒通路孔から形成される。

モータ１１は、外側に配置されたステータ１１１と、内側に配置されたロータ１１２とを備える。ステータ１１１は、圧縮機筐体１０の内周面に焼嵌めにより固定される。シャフト１５は、ロータ１１２に焼嵌めにより固定される。

シャフト１５は、シャフト１５に対して垂直の一方向に突出する円盤状の偏心部を２つ有する。シャフト１５の下部に配置された副軸受部１６１Ｓ側の偏心部が下偏心部１５２Ｓであり、シャフト１５の上部に配置された主軸受部１６１Ｔ側の偏心部が上偏心部１５２Ｔである。シャフト１５は、下偏心部１５２Ｓの下方の副軸部１５１が下端板１６０Ｓに設けられた副軸受部１６１Ｓに回転自在に嵌合して支持される。さらに、シャフト１５は、上偏心部１５２Ｔの上方の主軸部１５３が上端板１６０Ｔに設けられた主軸受部１６１Ｔに回転自在に嵌合して支持される。シャフト１５には、上偏心部１５２Ｔ及び下偏心部１５２Ｓが、互いに１８０度の位相差をつけて設けられている。すなわち、上偏心部１５２Ｔと下偏心部１５２Ｓとは、シャフト１５に対して互いに反対方向に突出する円盤である。そして、上偏心部１５２Ｔに上ピストン１２５Ｔが支持され、下偏心部１５２Ｓに下ピストン１２５Ｓが支持される。これにより、シャフト１５は、固定された圧縮部１２の中で回転できるように支持されるとともに、回転によって上ピストン１２５Ｔを上シリンダ１２１Ｔの内周面に沿って公転運動させ、下ピストン１２５Ｓを下シリンダ１２１Ｓの内周面に沿って公転運動させる。

圧縮機筐体２１ａ内の下部には、圧縮部１２内で摺動するシリンダ及びピストン等の摺動部分の潤滑性を確保すると共に、圧縮部１２内をシール（封止）するための潤滑油としての冷凍機油１０が、圧縮部１２全体をほぼ浸漬する量だけ封入されている。圧縮機筐体２１ａの下部には、ロータリ圧縮機１全体を支持する複数の弾性支持部材（図示せず）を係止する取付脚３１０が固定される。

［圧縮部］
図３は、ロータリ圧縮機の圧縮部を示す上方分解斜視図である。図３に示すように、圧縮部１２は、上からドーム状の膨出部を有する上端板カバー１７０Ｔ、上端板１６０Ｔ、上シリンダ１２１Ｔ、中間仕切板１４０、下シリンダ１２１Ｓ、下端板１６０Ｓ及び平板状の下端板カバー１７０Ｓを積層して形成される。圧縮部１２は、上下から略同心円上に配置された複数の通しボルト１７４，１７５及び補助ボルト１７６によって固定される。

環状の上シリンダ１２１Ｔには、上吸入管１０５と嵌合する上吸入孔１３５Ｔが設けられる。環状の下シリンダ１２１Ｓには、下吸入管１０４と嵌合する下吸入孔１３５Ｓが設けられる。また、上シリンダ１２１Ｔの上シリンダ室１３０Ｔには、上ピストン１２５Ｔが配置される。下シリンダ１２１Ｓの下シリンダ室１３０Ｓには、下ピストン１２５Ｓが配置される。

上シリンダ１２１Ｔには、上シリンダ室１３０Ｔから放射状に外方へ延びる上ベーン溝１２８Ｔが設けられ、上ベーン溝１２８Ｔには上ベーン１２７Ｔが配置される。下シリンダ１２１Ｓには、下シリンダ室１３０Ｓから放射状に外方へ延びる下ベーン溝１２８Ｓが設けられ、下ベーン溝１２８Ｓには下ベーン１２７Ｓが配置される。

上シリンダ１２１Ｔには、外側面から上ベーン溝１２８Ｔと重なる位置に上シリンダ室１３０Ｔに貫通しない深さで上スプリング穴１２４Ｔが設けられ、上スプリング穴１２４Ｔには上スプリング１２６Ｔが配置される。下シリンダ１２１Ｓには、外側面から下ベーン溝１２８Ｓと重なる位置に下シリンダ室１３０Ｓに貫通しない深さで下スプリング穴１２４Ｓが設けられ、下スプリング穴１２４Ｓには下スプリング１２６Ｓが配置される。

上シリンダ室１３０Ｔは、上側を上端板１６０Ｔで、下側を中間仕切板１４０でそれぞれ閉塞される。下シリンダ室１３０Ｓは、上側を中間仕切板１４０で、下側を下端板１６０Ｓでそれぞれ閉塞される。

上シリンダ室１３０Ｔは、上ベーン１２７Ｔが上スプリング１２６Ｔに押圧されて上ピストン１２５Ｔの外周面に当接することによって、上吸入孔１３５Ｔが連結された上吸入室１３１Ｔと、上端板１６０Ｔに設けられた上吐出孔１９０Ｔが連結された上圧縮室１３３Ｔとに区画される。下シリンダ室１３０Ｓは、下ベーン１２７Ｓが下スプリング１２６Ｓに押圧されて下ピストン１２５Ｓの外周面に当接することによって、下吸入孔１３５Ｓが連結された下吸入室１３１Ｓと、下端板１６０Ｓに設けられた下吐出孔１９０Ｓが連結された下圧縮室１３３Ｓとに区画される。

上端板１６０Ｔには、上端板１６０Ｔを貫通して上シリンダ１２１Ｔの上圧縮室１３３Ｔと連通する上吐出孔１９０Ｔが設けられ、上吐出孔１９０Ｔの出口側には、上吐出孔１９０Ｔを囲む環状の上弁座（図示せず）が形成される。上端板１６０Ｔには、上吐出孔１９０Ｔの位置から上端板１６０Ｔの外周に向かって溝状に延びる上吐出弁収容凹部１６４Ｔが形成される。

上吐出弁収容凹部１６４Ｔには、リード弁型の上吐出弁２００Ｔ及び上吐出弁押さえ２０１Ｔ全体が収容される。上吐出弁２００Ｔは、後端部が上吐出弁収容凹部１６４Ｔ内に上リベット２０２Ｔにより固定され、後部が固定された状態で前部が上下することによって上吐出孔１９０Ｔを開閉する。上吐出弁押さえ２０１Ｔは、後端部が上吐出弁２００Ｔに重ねられて上吐出弁収容凹部１６４Ｔ内に上リベット２０２Ｔにより固定され、前部が上吐出弁２００Ｔが開く方向へ湾曲して（反って）いて上吐出弁２００Ｔの開度を規制する。

下端板１６０Ｓには、下端板１６０Ｓを貫通して下シリンダ１２１Ｓの下圧縮室１３３Ｓと連通する下吐出孔１９０Ｓが設けられる。そして、下端板１６０Ｓの下吐出孔１９０Ｓの出口側には、下吐出孔１９０Ｓを囲む環状の下弁座が形成される。下端板１６０Ｓには、下吐出孔１９０Ｓの位置から下端板１６０Ｓの外周に向かって溝状に延びる下吐出弁収容凹部が形成される。

下吐出弁収容凹部１６４Ｓには、リード弁型の下吐出弁２００Ｓ及び下吐出弁押さえ２０１Ｓの全部が収容される。下吐出弁２００Ｓは、後端部が下吐出弁収容凹部１６４Ｓ内に下リベット２０２Ｓにより固定され、後部が固定された状態で前部が上下することによって前部が下吐出孔１９０Ｓを開閉する。下吐出弁押さえ２０１Ｓは、後端部が下吐出弁２００Ｓに重ねられて下吐出弁収容凹部１６４Ｓ内に下リベット２０２Ｓにより固定され、前部が下吐出弁２００Ｓが開く方向へ湾曲して（反って）いて下吐出弁２００Ｓの開度を規制する。

互いに密着するように固定された上端板１６０Ｔとドーム状の膨出部を有する上端板カバー１７０Ｔとの間には、上端板カバー室１８０Ｔが形成される。互いに密着するように固定された下端板１６０Ｓと平板状の下端板カバー１７０Ｓとの間には、下端板カバー室１８０Ｓが形成される。下端板１６０Ｓ、下シリンダ１２１Ｓ、中間仕切板１４０、上端板１６０Ｔ及び上シリンダ１２１Ｔを貫通し下端板カバー室１８０Ｓと上端板カバー室１８０Ｔとを連通する冷媒通路孔１３６が設けられる。

［圧縮部の特徴的な構成］
次に、圧縮部１２の特徴的な構成について説明する。冷凍サイクル装置１で用いられる混合冷媒は、上述したような低ＧＷＰ冷媒を２０重要％以上含む混合冷媒であり、高温環境下での安定性が低く、高温環境下で分解されるおそれがある。

そこで、本実施例における圧縮部１２は以下のような構成を有する。圧縮部１２は、各々の部品の面同士が互いにこすれ合い摩擦が発生する摺動部が存在する。例えば、摺動部は、上ピストン１２５Ｔと上ベーン１２７Ｔとが接触する部分や下ピストン１２５Ｓと下ベーン１２７Ｓとが接触する部分である。また、他の摺動部の例としては、上ピストン１２５Ｔの外周面と上シリンダ１２１Ｔの内周面とが接触する部分や、下ピストン１２５Ｓの外周面と下シリンダ１２１Ｓの内周面とが接触する部分である。

本実施例に係る圧縮部１２は、圧縮部１２が有する摺動部の摺動面のうち、比較的温度が高くなる部分において、接触する面の少なくとも一方に非金属の表面処理が施され、動摩擦係数が０．２以下となるように形成又は加工される。ここで、動摩擦係数測定は、以下の条件でピオンディスク試験機（ＡＳＴＭＧ９９−０５準拠）を用いて測定した。

図４は、ピンオンディスク試験機の斜視図である。図４に示すように、ピンオンディスク試験機は、大気中かつ無潤滑状態でディスク形状の試料３０１の表面に相手材であるピン３０２を当接する。そして、ピン３０２に対して試料３０１へ向かう方向への加重Ｐを加えた状態で試料３０１を方向Ｒに回転摺動させて、試料３０１の動摩擦係数を測定する。

本実施例においては、相手材にはＳＵＳ４４０Ｃ（ビッカース硬度＝７５０ｋｇ／ｍｍ^２）を用いた。また、加重は２Ｎとした。摺動速度は１０４ｍｍ／ｓｅｃとした。また、大気中の状態として気圧が７６０Ｔｏｒｒを用いた。

また、非金属の表面処理の例としては、以下のようなものが利用可能である。例えば、非金属コーディングとしては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＣｒＮ（一窒化クロム）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＣｒＣＮ（炭窒化クロム）、ＳｉＣＮ（炭窒化ケイ素）などがある。表面処理方式の例としては、Ｎ拡散、Ｃ拡散、ＮＳ拡散、リン酸マンガンなどがある。

例えば、図５は、表面処理の違いによる動摩擦係数の比較を表す図である。図５の縦軸は動摩擦係数を表す。また、図５の横軸は、各試料における表面処理の種類を表す。図５では、表面処理毎に、紙面に向かって左の棒グラフで大気中での動摩擦係数を表し、紙面に向かって右の棒グラフで真空中での動摩擦係数を表した。ただし、表面処理を施さない場合の真空中での動摩擦係数は測定しておらず、図５ではその場合のデータを表示していない。

この場合、試料をＳＫＤ（ダイス鋼）として、以下の条件でピンオンディスク試験により動摩擦係数を計測した。相手材は、ビッカース硬度が７５０ｋｇ／ｍｍ^２であるＳＵＳ４４０Ｃを用いた。また、加重は２Ｎであり、摺動速度は１０４ｍｍ／ｓｅｃであり、ピン形状は直径が６ｍｍである。また、気圧が７８０Ｔｏｒｒの場合を大気中とし、５×１０^−５Ｔｏｒｒの場合を真空中とした。

図５に示すように、大気中では、表面処理を施さない場合には、動摩擦係数が約０．６となり、ＴｉＮ（窒化チタン）による表面処理を施した場合、動摩擦係数は約０．８となる。これに対して、ＤＬＣによる表面処理を施した場合、図５に示すように、大気中では０．２以下となる。

表面処理を施さない場合及びＴｉＮによる表面処理を施した場合には、大気中の条件でピンオンディスク試験を行った際に焼き付きが発生した。これに対して、ＤＬＣによる表面処理を施した場合、大気中及び真空中のいずれの条件でピンオンディスク試験を行った際においても焼き付きは発生しなかったため、動摩擦係数は０．２以下と低い値になった。このように、ＤＬＣによる表面処理を施すことで、摺動面の動摩擦係数を０．２以下にすることが可能である。

ここで、摺動面のうちの比較的温度が高くなる部分とは、例えば、上ベーン１２７Ｔ及び下ベーン１２７Ｓの先端部分や側面である。他にも、摺動面のうちの比較的温度が高くなる部分には、主軸部１５３と主軸受部１６１Ｔとが摺動する各々の面や、副軸部１５１と副軸受部１６１Ｓとが摺動うる各々の面などがある。

図１に戻って説明を続ける。圧縮機２１の冷媒吐出側は、圧縮機２１から吐出された冷媒中から冷凍機油１０を分離する油分離器３７と吐出管４１ａを介して接続されている。また、油分離器３７は、後述する四方弁２２のポートａと冷媒配管４１ｂを介して接続されており、冷凍機油１０から分離された冷媒が四方弁２２へ送られる。さらに、油分離器３７は、アキュムレータ２８の冷媒流入側と冷媒配管４１ｃを介して接続されており、冷媒から分離された冷凍機油１０がアキュムレータ２８へ送られる。冷媒配管４１ｃには、油分離器３７からの冷凍機油１０を減圧するためのキャピラリーチューブ４０が設けられている。なお、冷媒配管４１ｃには、キャピラリーチューブ４０の代わりに減圧弁（図示せず）が設けられてもよい。上述のように油分離器３７は、冷媒回路１００において相対的に高圧の冷媒が流れる高圧回路部１００Ａに接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、アキュムレータ２８の冷媒流出側と吸入管４２を介して接続されている。このように圧縮機２１は、冷媒が充填された冷媒回路１００に接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための切換弁であり、４つのポートａ、ｂ、ｃ、ｄを有している。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側に吐出管４１ａで接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口に冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２８の冷媒流入側、すなわち冷媒配管４１ｃの下流側に冷媒配管４６を介して接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６に室外機ガス管４５で接続されている。

冷媒配管４６には、冷媒中から水分または酸素の少なくとも一方を除去するための除去部３８が設けられている。また、冷媒配管４６には、除去部３８を迂回して冷媒を流すバイパス配管４７が、除去部３８の上流側と下流側とを連結して設けられている。除去部３８は、冷媒回路１００において相対的に低圧の冷媒が流れる低圧回路部１００Ｂに接続されており、アキュムレータ２８の冷媒吸入側に配置されている。バイパス配管４７と冷媒配管４６との接続部分には、流路切換部材としての切換弁４８が設けられている。切換弁４８によって、四方弁２２のポートｃからの冷媒が、第２除去部３８へ向かう流れと、除去部３８を迂回しバイパス配管４７へ向かう流れとの二方へ切り換えられる。切換弁４８は、後述する制御部としての室外機制御回路２００によって切換動作が制御される。

室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気を、冷媒と後述する室外ファン２７による送風によって熱交換させる。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述のように四方弁２２のポートｂに冷媒配管４３で接続されており、他方の冷媒出入口が室外機液管４４を介して閉鎖弁２５に接続されている。

室外膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。室外膨張弁２４は、電子膨張弁であり、その開度が調整されることにより、室外熱交換器２３に流入する冷媒量、または、室外熱交換器２３から流出する冷媒量を調整する。室外膨張弁２４の開度は、冷凍サイクル装置１が冷房運転を行っている場合に全開とされる。また、冷凍サイクル装置１が暖房運転を行っている場合は、後述する吐出温度センサ３３が検出した圧縮機２１の吐出温度に応じて、室外膨張弁２４の開度を制御することにより、冷媒の吐出温度が、圧縮機２１の使用上の上限値を超えないように調整される。

室外ファン２７は、樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、吸込口（図示せず）から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を、吹出口（図示せず）から室外機２の外部へ放出する。

上述のように、アキュムレータ２８の冷媒流入側は四方弁２２のポートｃに冷媒配管４６を介して接続されるとともに、アキュムレータ２８の冷媒流出側が圧縮機２１の冷媒吸入側に吸入管４２を介して接続されている。このように、アキュムレータ２８は、冷媒回路１００と圧縮機２１とに接続されている。アキュムレータ２８は、冷媒配管４６からアキュムレータ２８の内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離してガス冷媒を圧縮機２１に吸入させる。また、アキュムレータ２８は、圧縮機２１から冷媒回路１００を経て流入した冷凍機油１０を、流出管３０の油戻し穴３０ａを通して液冷媒と共に吸引し、ガス冷媒と共に液冷媒及び冷凍機油１０を圧縮機２１へ戻す。

また、室外機２は、上述した構成に加えて、各種のセンサを有している。図１に示すように、吐出管４１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２８の冷媒流入口の近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。

室外機液管４４における室外熱交換器２３と室外膨張弁２４との間には、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度、または室外熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出するための熱交温度センサ３５が設けられている。そして、室外機２の吸込口（図示せず）の近傍には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ３６が設けられている。

また、室外機２は、室外機制御回路２００を備えている。室外機制御回路２００は、室外機２の電装品箱（図示せず）に格納されている制御基板に搭載されている。室外機制御回路２００は、室外機２の各種センサが検出した検出結果及び制御信号に基づいて、圧縮機２１及び室外ファン２７の駆動制御を行う。また、室外機制御回路２００は、室外機２の各種センサが検出した検出結果及び制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行うと共に、室外膨張弁２４の開度を調整する。

次に、室内機５について説明する。室内機５は、室内熱交換器５１、室内ファン５５及び室内機制御部５００を有する。室内ファン５５は、室内熱交換器５１の近傍に配置されており、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、室内機５の内部へ室内空気を取り込み、室内熱交換器５１によって冷媒と熱交換した室内空気を室内へ放出する。室内熱交換器５１は、冷媒配管４４を介して四方弁２２に、冷媒配管４５を介して室外機２の絞り装置２４とそれぞれ接続されている。室内熱交換器５１は、冷凍サイクル装置１が冷房モードに切り替えられたときに蒸発器として機能し、冷凍サイクル装置１が暖房モードに切り替えられたときに凝縮器として機能する。すなわち、室内熱交換器５１は、冷房モードの場合に、絞り装置２４から供給された低温低圧となった二相冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を四方弁２２に供給する。室内熱交換器５１は、暖房モードの場合に、四方弁２２から供給された冷媒と、室内機５の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させ、その熱交換された室内空気を室内へ放出し、その熱交換された冷媒を絞り装置２４に供給する。

［冷凍サイクル装置の動作］
次に、本実施形態における冷凍サイクル装置１の空調運転時の冷媒回路１００における冷媒の流れや各部の動作について、図１を用いて説明する。以下、室内機５が暖房運転を行う場合について説明し、冷房／除霜運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１における矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１に示すように、室内機５が暖房運転を行う場合、室外機制御回路２００は、四方弁２２を図１中に実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄを連通させ、ポートｂとポートｃを連通させるように切り換える。これにより、冷媒回路１００が、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器５１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管４５、閉鎖弁２６、ガス管９、ガス管接続部５４の順に流れて室内機５に流入する。室内機５に流入した冷媒は、室内機ガス管を流れて室内熱交換器５１に流入し、室内ファン５５の回転によって室内機５の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器５１が凝縮器として機能し、室内熱交換器５１で冷媒と熱交換を行って加熱された室内空気が吹出口（図示せず）から室内に吹き出されることによって、室内機５が設置された室内の暖房が行われる。室内熱交換器５１から流出した冷媒は、室内機液管を流れて液管接続部５３を介して液管８に流入する。

液管８を流れる冷媒は、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機液管４４を流れ、圧縮機２１の吐出温度に応じて開度が調整された室外膨張弁２４を通過するときに減圧される。室外機液管４４から室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転によって室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒配管４３、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２８、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

なお、室内機５が冷房／除霜運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、四方弁２２を図１中に破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとを連通させ、ポートｃとポートｄとを連通させるように切り換える。これにより、冷媒回路１００は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能すると共に室内熱交換器５１が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

以上の説明では、ロータリ圧縮機１を例に説明したが、他の方式の圧縮機であっても、同様に、圧縮機の圧縮部における摺動部の摺動面のうち、比較的温度が高くなる部分が、大気中下かつ無潤滑状態での摺動係数が０．２以下となるように形成又は加工される。例えば、スクロール圧縮機であれば、摺動面のうちの比較的温度が高くなる部分は、例えば、オルダムリングが形成する摺動面、スラストプレートが形成する摺動面、軸と軸受とが形成する摺動面などであり、それらの箇所の摺動係数が０．２以下となるように形成又は加工される。また、レシプロ圧縮機であれば、摺動面のうちの比較的温度が高くなる部分とは、例えば、シリンダ内面とピストンリグとが形成する摺動面や、クランクシャフトとクランクピンとが形成する摺動面などであり、それらの箇所の摺動係数が０．２以下となるように形成又は加工される。

［摺動部係数と温度の関係］
上述したように、通常の動作範囲における摺動部の温度上昇の最も厳しい条件下で、圧縮機を動作させた場合、動摩擦係数が０．２５〜０．８で軽度から重度の異常摩耗が発生し、圧縮機で焼き付きが発生する。すなわち、最も厳しい条件下では、動摩擦係数が０．２５〜０．８の場合、圧縮機としての信頼性及び性能を担保することは困難であり、冷媒が分解する高温状態となる場合がある。そこで、異常摩耗の発生しない条件をピンオンディスク試験で摩擦係数を測定すると、動摩擦係数が０．２以下の場合であれば摺動部が高温状態とならない。そのため、熱安定性が低い冷媒であっても分解しないことが分かる。

図６を参照して、摺動部の材料と摺動部の温度との関係について説明する。図６は、摺動部の材料と摺動部の温度との関係を表す図である。ここでは、試験条件として、試験装置にＦＡＬＥＸＢｌｏｃｋ−ｏｎ−Ｒｉｎｇを用いた。これは、円筒状のリング材の側面にブロック母材を押し付けて行う試験であり、ブロック母材の材料を変えて摺動部の温度の比較を行う。また、冷媒及び試験油としてＲ３２／ＰＯＥ（Polyol ester）を用いた。また、試験温度はヒータで制御して１００℃とした。また、試験圧力は１．５ＭＰａ＿Ｇを用いた。また、試験時間は３時間とした。また、負荷加重は６００Ｎとした。さらに、摺動部は半径６ｍｍの円筒形の形状とした。さらに、リング材として鋳鉄（ＭｏＮｉＣｒ）を用いた。

図６に示すように、試験＃１では、ブロック母材としてＳＫＨを使用し、ブロックの表面処理を施さずに、摩擦係数が０．７の場合で上述した試験を行った。この場合、摺動部の温度は４７５℃となった。

また、試験＃２では、ブロック母材としてＳＵＳを使用し、ブロックの表面処理として窒化を施して、摩擦係数が０．８の場合で上述した試験を行った。この場合、摺動部の温度は４７５℃となった。

さらに、試験＃３では、本実施例の条件に合わせて、ブロック母材としてＳＫＨを使用し、ブロックの表面処理としてＤＬＣによる皮膜処理を施して、摩擦係数が０．１５の場合で上述した試験を行った。この場合、摺動部の温度は１９７℃となった。

すなわち、従来の圧縮機における条件下での試験である試験＃１〜＃２では、摺動部の温度が上がり過ぎ、熱安定性が低い冷媒では分解が発生してしまう。そのため、冷媒回路の金属部材の腐食が発生して、圧縮機の信頼性が低下するおそれがある。これに対して、本実施例に係る条件下での試験である試験＃３では、摺動部の温度を低く抑えることができ、冷媒の分解が発生せず、圧縮機の信頼性を維持することができる。

以上に説明したように、本実施例に係る圧縮機は、摺動部のうち、比較的温度が高くなる部分の動摩擦係数が低く０．２以下となるように形成又は加工されている。これにより、摺動部の温度を抑えることで冷媒の分解を抑制して、冷媒回路の金属部材の腐食による圧縮機の信頼性低下を誘発させる酸の生成を抑制することができる。

また、本実施例に係る圧縮機は、摺動部のうち比較的温度が高くなる部分に非金属の表面処理が施されている。これにより、摺動部において金属同士の接触を防止することができる。したがって、万が一摺動部の温度が高温に達したとしても、摺動面の摩耗を軽減することができる。

２１ロータリ圧縮機
２１ａ圧縮機筐体
１１モータ
１２圧縮部
１５シャフト
１８潤滑油
１９冷凍機油
１５１副軸部
１５３主軸部
１６１Ｔ主軸受部
１６１Ｓ副軸受部
１２７Ｔ上ベーン
１２７Ｓ下ベーン
１２８Ｔ上ベーン溝
１２８Ｓ下ベーン溝

Claims

炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒、炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒、又は、エーテル結合を持つ冷媒のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む混合冷媒を圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部が内部に設けられた圧縮機筐体とを備え、
前記圧縮部における前記冷媒の圧縮動作において摺動する部品の少なくとも一つが有する摺動面の動摩擦係数は０．２以下である
ことを特徴とする圧縮機。
前記一部において接触する面の少なくとも一方を、非金属の表面処理により形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
請求項１又は２に記載の圧縮機と、
前記圧縮機が接続され、前記混合冷媒が充填された冷媒回路と
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。