JP4316048B2 - 冷媒循環システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用する冷媒循環システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒循環システムの冷媒としてはＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）といったフロン系冷媒が広く使用されてきたが、オゾン層の保護及び地球温暖化の防止を目的として使用規制、代替化が行われている。そこで環境に与える影響が小さいＨＣ（ハイドロカーボン）系の自然冷媒の検討・実用化が進められている。
【０００３】
図１０，１１は従来の冷媒循環システムを示す図で、図１０は冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒、圧縮機として低圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムを示す図、図１１は冷媒としてＨＣ系冷媒、圧縮機として高圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムである。
図１０、１１において、１は冷媒ガスを圧縮する圧縮機、５はその密閉容器であり、密閉容器５内には電動要素６と圧縮要素７が収納され、また密閉容器５底部には冷凍機油８が貯留されている。冷凍機油８には、従来から一般的に鉱油を主成分とした油が使用されている。２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、４は減圧装置３で減圧されて膨張した低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、９は冷媒の流れ方向を切り換える四方弁である。
【０００４】
次に、図１０により低圧シェルタイプの圧縮機を使用した冷媒循環システムの動作について説明する。圧縮機１を運転すると、電動要素６の回転力は圧縮要素７に伝達され、冷媒の吸入・圧縮・吐出を行う。低圧シェルタイプの圧縮機では、冷媒は吸入管より圧縮機１の密閉容器５内へ入り、電動要素６を冷却した後圧縮要素７に吸入され、吐出管を通って圧縮機１より流出する。このため、密閉容器５内は吸入された、低圧・低温の冷媒雰囲気となる。
【０００５】
一方、図１１にて高圧シェルタイプの圧縮機を使用した冷媒循環システムの動作について説明する。高圧シェルタイプの圧縮機では、冷媒は吸入管より圧縮機の圧縮要素７へ吸入され、圧縮された冷媒は密閉容器５内に吐出され電動要素６を冷却した後、吐出管を通って圧縮機１より流出する。このため、密閉容器５内は圧縮された、高圧・高温の冷媒雰囲気となる。
【０００６】
図１０，１１にて、圧縮機１を出た高圧、高温の過熱冷媒ガスは凝縮器２にて外気と熱交換して潜熱を奪われて高圧、高温の冷媒液となり、減圧装置３によって減圧されて低圧の飽和冷媒液となり、さらに蒸発器４によって外気と熱交換し潜熱を奪われて冷媒ガスとなる。
【０００７】
ここで、圧縮機１の密閉容器２の底部に貯留された冷凍機油８は圧縮要素７に給油され、圧縮要素７の各摺動部を潤滑した後、密閉容器５の底部に戻される。このように、冷凍機油８は、摺動部の潤滑を良好に保つため十分な潤滑性を有することが必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用する冷媒循環システムにおいて低圧シェルタイプの圧縮機を使用する場合、圧縮機の効率および起動時の信頼性の面で高圧シェルタイプの圧縮機に劣るという問題があった。
密閉型圧縮機は、密閉容器内のモータの冷却を冷媒ガスによって行っている。低圧シェルタイプの圧縮機の場合、吸入管から導入された低圧・低温の冷媒ガスによってモータの冷却を行っている。このため、吸入ガスはモータから熱を奪うことで加熱・膨張し、圧縮要素に吸入される冷媒ガスの密度は低下してしまう。この吸入ガスの過熱損失のため、低圧シェルタイプの圧縮機は、吸入ガスが直接圧縮要素に流入する高圧シェルタイプの圧縮機にくらべて、効率が低下するという問題点があった。
【０００９】
また、圧縮機の停止時、密閉容器内に貯留された冷凍機油には数十％の冷媒が溶け込んでおり、特に低温時には圧縮機内に冷媒が移動する寝込み現象により多量の液冷媒が溜まり込み、冷凍機油は希釈された状態となる。この状態で圧縮機を起動すると低圧シェルタイプの圧縮機ではシェル内の圧力が急激に低下するため冷凍機油に溶解していた冷媒が蒸発・発泡してしまい、圧縮要素に吸入・吐出されてシェル内の油面が急激に低下する現象が生じてしまう。これにより十分な潤滑が出来ずに摺動部の摩耗・焼き付き等の不具合を起こすという問題点があった。
【００１０】
また、従来、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用する冷媒循環システムにおいて高圧シェルタイプの圧縮機を使用する場合、圧縮機の信頼性の面で以下の問題点があった。
まず、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した場合、圧縮要素の潤滑性に問題があった。ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒は分子中に塩素を持たないため、塩素によって生じる摺動部の極圧効果が得られない。
また、従来より冷媒循環システムの圧縮機に封入する冷凍機油として一般的に使用されている鉱油は、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒との相溶性が非常に高い。このため、冷凍機油が高圧冷媒雰囲気中に貯留される高圧シェルタイプの圧縮機においては、冷媒の溶け込みによる冷凍機油の粘度低下が激しい。
【００１１】
これらの理由により、圧縮機の摺動部の潤滑を良好に保つことが難しくなり、摩耗・焼き付き等の不具合が生じやすく、圧縮機の信頼性を低下させていた。
また、信頼性を確保するために摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要となり、コストアップの要因にもなっていた。
また、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒は可燃性の冷媒であるため、装置からの漏洩が起きた場合の火災・爆発等の危険性を抑えるため、冷媒封入量はできるだけ少なくする必要がある。冷媒循環システムへの冷媒の封入量は冷凍機油への溶解量を考慮して決定するため、溶解量が多い場合はその分余分に封入する必要がある。しかし、高圧シェルタイプの圧縮機の場合、密閉容器内が高圧雰囲気となるために、貯留された冷凍機油への冷媒の溶解量が低圧シェルタイプの圧縮機に比べ多くなり、従って回路へ封入する冷媒量も多くなってしまうという問題点があった。
【００１２】
上記の問題点では、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した冷媒循環システムについて示したが、オゾン層保護・地球温暖化の観点から、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を冷媒として用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合、以下のような問題があった。
【００１３】
まず、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒が分子中に塩素を持たないことによる潤滑性の低下が問題であった。また、回路・配管内に残留した冷媒・冷凍機油等のコンタミの混入が免れないため、これらの影響による冷凍機油の劣化、スラッジ発生による回路の閉塞等、冷媒循環システムに重大な欠陥を引き起こす恐れがあった。
【００１４】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、圧縮機の効率および摺動部の潤滑を良好にして性能と信頼性の高い冷媒循環システムを提供することを目的とする。
また、可燃性であるＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒の装置への封入量を低減させ、安全性の高い冷媒循環システムを提供することを目的とする。
さらに、ＣＦＣ・ＨＣＦＣ・ＨＦＣ冷媒を使用した冷媒循環システムを、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるレトロフィットを実施する場合について、より信頼性の高い方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る冷媒循環システムは、冷媒を循環させる冷媒回路と、この冷媒回路に設けられ、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを有し、密閉容器内が圧縮要素より吐出された高圧冷媒ガス雰囲気である圧縮機と、冷媒回路内に封入されるＨＣ（ハイドロカーボン）系の冷媒と、圧縮機に封入されるアルキルベンゼン系の冷凍機油とを備えたものである。
【００１６】
また、冷媒として、Ｒ２９０又はＲ６００ａを使用したものである。
【００１７】
また、圧縮機をローリングピストンの回転運動により冷媒の圧縮を行うロータリ圧縮機で構成したものである。
【００１８】
また、圧縮機をスクロール圧縮機で構成したものである。
【００１９】
また、圧縮機の容量制御を行うためのインバータ制御装置を設けたものである。
【００２０】
また、圧縮機の容量制御を行うためのインバータ制御装置を設け、圧縮機をロータリ圧縮機で構成したものである。
【００２１】
また、圧縮機の容量制御を行うためのインバータ制御装置を設け、圧縮機をスクロール圧縮機で構成したものである。
【００２２】
また、冷媒回路内に封入する冷媒としてＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している当該冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合において、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるとともに、圧縮機に封入された冷凍機油をアルキルベンゼン系の油に入れ替えるものである。
【００２３】
また、冷媒回路内に封入する冷媒としてＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している当該冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合において、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるとともに、圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換するものである。
【００２４】
また、レトロフィットの場合に、圧縮機をロータリ圧縮機に交換するものである。
【００２５】
また、レトロフィットの場合に、圧縮機をスクロール圧縮機に交換するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１〜３は実施の形態１を示す図で、図１は冷媒循環システムの構成図、図２は冷媒の冷凍機油中への溶解量を示した図、図３は冷媒雰囲気中における冷凍機油の潤滑性を示したものである。
図１において、１は高圧シェルタイプの冷媒ガスを圧縮する圧縮機、２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、３は減圧装置、４は低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、８は密閉容器５底部に貯留される冷凍機油である。冷媒回路内に封入する冷媒としてＨＣ系冷媒、圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。
【００２７】
実施の形態１では、まず圧縮機１として高圧シェルタイプの圧縮機を使用した。このため、吸入管より流入した冷媒ガスは直接圧縮要素７に入るので、従来の低圧シェルを使用した圧縮機に比べ、吸入ガスのモータによる加熱・膨張から生じる損失がなく高い圧縮機効率が得られる。
【００２８】
また、高圧シェルタイプとしたことで、圧縮機１停止時に冷媒回路内の冷媒が温度差により移動し圧縮機１の密閉容器５内で液化して溜まり込む、いわゆる寝込み現象が生じた場合においても、圧縮機１起動時に密閉容器５内の圧力が低下して起こる油の発泡現象が生じないため、急激な油面低下により引き起こされる摺動部の摩耗・焼き付き等の不具合が回避される。
【００２９】
次に実施の形態１では、圧縮機に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用した。
図２は冷凍機油中に溶け込む冷媒の溶解率を示したものである。このように同一温度の場合、圧力が高くなるほど冷凍機油中に溶解する冷媒量も多くなる傾向にある。また、従来冷凍機油として主に使用されている鉱油に比べて、アルキルベンゼン系の油の方が同一条件において冷媒の溶解量が少ないことが分かる。このため冷媒回路内に封入する冷媒量は、アルキルベンゼン系の油を使用することで油中の溶け込み分を考慮して少なくすることが可能となり、可燃性であるＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒が回路から漏洩した場合の安全性を向上させることができる。
【００３０】
図３は摩耗試験機（ＦＡＬＥＸ）にて行った、冷媒雰囲気中における冷凍機油の潤滑性を示したものである。ＨＣＦＣ冷媒であるＲ２２と鉱油の組合せにくらべ、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒であるＲ２９０と鉱油の組合せではテスト材の摩耗量が増加している。これは、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒が分子中に塩素を持たないため、塩素によって生じる摺動部の極圧効果が得られないためと考えられる。
【００３１】
しかし、Ｒ２９０とアルキルベンゼン系の油の組合せにおいては、油の持つ優れた潤滑性によりテスト材の摩耗量はＲ２２と鉱油の組合せと同等に抑えられている。よって、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した装置においてもアルキルベンゼン系の油を使用することで、圧縮機要素部の摩耗・焼き付きに対する信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００３２】
このように実施の形態１は、圧縮機１として高圧タイプの圧縮機を使用し、圧縮機に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用することで、性能・信頼性・安全性に優れた冷凍装置を安価に提供することができるものである。
【００３３】
ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒の例としてＲ２９０を示したが、Ｒ２９０以外にＲ６００ａもある。
【００３４】
実施の形態２．
図４は実施の形態２を示す図で、ロータリー圧縮機の圧縮要素を示す図である。冷媒循環システムの構成は、実施の形態１の図１と同様であり、圧縮機１として高圧シェルタイプのロータリ圧縮機を用いている。
図４において、１０は密閉容器５に嵌合して収納されたシリンダー、１１は低圧室と高圧室を仕切りシリンダー１０内に出没自在なベーン、１２はローリングピストン、１３はローリングピストン１２が嵌合するクランクシャフト偏心部、１４はクランクシャフト偏心部１３に設けられた給油ポンプ穴、１５は給油ポンプ穴１４からローリングピストン１２内周部に冷凍機油８を導くための給油穴、１６はその油溝である。
【００３５】
図４において、クランクシャフトの回転によりクランクシャフト偏心部４が偏心運動を行うことで、シリンダー２内では冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出が繰り返される。そしてベーン１９の先端部は、スプリングの押しつけ力と密閉容器５内の高圧ガスによる背圧を受けローリングピストン１２の外周面に常に接触している。ローリングピストン１２は、クランクシャフト偏心部１３の偏心部に回転自在に挿嵌されているが、クランクシャフトの回転に伴いローリングピストン１２も回転運動を行う。よってベーン１９先端部とローリングピストン１２外周面は常に接触したまま摺動しており、厳しい潤滑環境にさらされている。
【００３６】
この実施の形態よれば、高圧シェルタイプのロータリ圧縮機に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。よって、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となる高圧シェルタイプのロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００３７】
また、高圧シェルタイプとしたことによる吸入ガスの加熱・膨張損失の低減、低温起動時の冷凍機油の発泡・油面低下の回避、および冷媒の溶解量が少ないアルキルベンゼン系の油を使用したことによる回路内冷媒封入量の削減の効果が得られるのは言うまでもない。
【００３８】
実施の形態３．
図５，６は実施の形態３を示す図で、図５は冷媒循環システムの構成図、図６はスクロール圧縮機の断面図である。
図５において、１は高圧シェルタイプの冷媒ガスを圧縮するスクロール圧縮機、２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、３は減圧装置、４は低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、８は密閉容器５底部に貯留される冷凍機油である。冷媒回路内に封入する冷媒としてＨＣ系冷媒、スクロール圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。
【００３９】
図６において、５は密閉容器、６は電動要素、８は冷凍機油、１７は固定スクロール鏡板１７ａと、固定スクロールラップ１７ｂとを有する固定スクロール、１８は揺動スクロール鏡板１８ａと、揺動スクロールラップ１８ｂと、揺動スクロール軸受部１８ｃと、揺動スクロールオルダム溝１８ｄとを有する揺動スクロール、１９はオルダムリング、１９ａは揺動スクロール側オルダム爪、１９ｂはフレーム側オルダム爪、２０はフレーム、２０ａはフレーム軸受部、２０ｂはフレームオルダム溝、２１はクランクシャフトである。
【００４０】
図６において、電動要素６により駆動されるクランクシャフト２１の回転力は、揺動スクロール軸受部１８ｃを介して、揺動スクロール１８に伝えられる。揺動スクロール１８は自転防止機構であるオルダムリング１９により円軌道を描く公転運動を行い、固定スクロール１７との間に形成される圧縮室の容積変化に従って冷媒の圧縮が行われる。
【００４１】
ここで、オルダムリング１９の揺動スクロール側オルダム爪１９ａと、フレーム側オルダム爪１９ｂとは、それぞれ揺動スクロール側オルダム溝１８ｄと、フレーム側オルダム溝２０ｂとにおいて、線接触しながら往復運動を繰り返しており、かつ高温となるため、厳しい潤滑環境にさらされている。
【００４２】
また、揺動スクロール１８の公転運動によって、固定スクロールラップ１７ｂ及び揺動スクロールラップ１８ｂ先端部はそれぞれ固定スクロール鏡板１７ａ、揺動スクロール鏡板１８ａと常に摺動しており、同様に厳しい潤滑環境にさらされている。
【００４３】
この実施の形態によれば、高圧シェルタイプのスクロール圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。よって、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となる高圧シェルタイプのスクロール圧縮機１のオルダム爪１９ａ，１９ｂ・オルダム溝１８ｂ，２０ｂ、固定・揺動スクロールラップ１７ｂ，１８ｂの先端部の摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００４４】
また、高圧シェルタイプとしたことによる吸入ガスの加熱・膨張損失の低減、低温起動時の冷凍機油の発泡・油面低下の回避、および冷媒の溶解量が少ないアルキルベンゼン系の油を使用したことによる回路内冷媒封入量の削減の効果が得られるのは言うまでもない。
【００４５】
実施の形態４．
図７，８は実施の形態４を示す図で、図７は冷媒循環システムの構成図、図８はロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摺動速度と圧縮機運転周波数の関係を示した図である。
図７において、１は高圧シェルタイプの冷媒を圧縮するロータリ圧縮機、２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、３は減圧装置、４は低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、８は密閉容器５底部に貯留される冷凍機油、２２はロータリ圧縮機１の容量制御を行うためのインバータ制御装置である。
【００４６】
インバータ制御装置２２により、ロータリ圧縮機１内のモータの回転数を幅広く可変させることができる。また、冷媒回路内に封入する冷媒としてＨＣ系冷媒、ロータリ圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。
尚、ロータリー圧縮機１の圧縮要素は、実施の形態２の図４で示したものと同じ構成であり、ベーン先端部とローリングピストン外周面は常に接触したまま摺動しており、厳しい潤滑環境にさらされている。
【００４７】
図８に示すように、圧縮機運転周波数の上昇とともに、ローリングピストン１２の回転も上昇する傾向にあり、ベーン・ローリングピストンの潤滑もより厳しい状態となる。
【００４８】
この実施の形態によれば、高圧シェルタイプのロータリ圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。よって、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、インバータ制御装置２２により高い周波数にて運転する場合でも、過酷な摺動条件となる高圧シェルタイプのロータリ圧縮機１のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００４９】
これはスクロール圧縮機等、他の形式の圧縮機においても同様に得られる効果であり、また、高圧シェルタイプとしたことによる吸入ガスの加熱・膨張損失の低減、低温起動時の冷凍機油の発泡・油面低下の回避、および冷媒の溶解量が少ないアルキルベンゼン系の油を使用したことによる回路内冷媒封入量の削減の効果が得られるのは言うまでもない。
【００５０】
実施の形態５．
上記実施の形態では、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した冷媒循環システムについて示したが、オゾン層保護・地球温暖化の観点から、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を冷媒として用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合について適用しても良く、既に封入されているパラフィン系鉱油やナフテン系鉱油、エステル油やエーテル油、ＰＡＧ油等の合成油、もしくはそれらの混合油等の冷凍機油をアルキルベンゼン系の油に交換する場合、もしくは冷媒圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換する場合についても同様の効果を奏することができ、極めて信頼性の高い冷媒循環システムを提供することが出来る。
【００５１】
図９に、既設の冷媒循環システムより冷媒をＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換するレトロフィット方法のフローチャートを示す。この図からも解るように、レトロフィットの場合は、従来の冷媒やその冷媒用の従来の冷凍機油を装置内から完全に排除することが出来ず、微量の冷媒や冷凍機油が冷媒循環システム内へ残存した状態にて運転されるが、アルキルベンゼン系の油の様にコンタミ耐力が高く、熱・化学的に安定な冷凍機油の場合には、極めて優れた信頼性を有する。
【００５２】
【発明の効果】
この発明に係る冷媒循環システムは、密閉容器内が圧縮要素より吐出された高圧冷媒ガス雰囲気である圧縮機と、冷媒回路内に封入されるＨＣ（ハイドロカーボン）系の冷媒と、圧縮機に封入されるアルキルベンゼン系の冷凍機油とを備えたことにより、圧縮機に流入した冷媒ガスは直接圧縮要素に入るので、従来の低圧シェルを使用した圧縮機に比べ、吸入ガスの電動要素による加熱・膨張から生じる損失が少なく高い圧縮機効率が得られる。
また、圧縮機を高圧冷媒ガス雰囲気としたことで、圧縮機停止時に冷媒回路内の冷媒が温度差により移動し密閉容器内で液化して溜まり込む、いわゆる寝込み現象が生じた場合においても、圧縮機起動時に密閉容器内の圧力が低下して起こる油の発泡現象が生じないため、急激な油面低下により引き起こされる摺動部の摩耗・焼き付き等の不具合が回避される。
また、アルキルベンゼン系の冷凍機油を使用したことで、鉱油に比べて冷凍機油中の冷媒の溶解量が減少するので、冷媒回路内に封入する冷媒量は油中の溶け込み分を考慮して少なくすることが可能となり、可燃性であるＨＣ系冷媒が回路から漏洩した場合の安全性を向上させることができる。
また、アルキルベンゼン系の油を使用したことで、ＨＣ系冷媒が分子中に塩素を持たないために生じる冷媒による潤滑効果の低下を、アルキルベンゼン系の冷凍機油の高い潤滑性により補うため、圧縮機要素部の摩耗・焼き付きに対する信頼性が向上するとともに、摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５３】
また、冷媒としてＲ２９０又はＲ６００ａを使用し、これらの冷媒とアルキルベンゼン系の油の組合せたものは、油の持つ優れた潤滑性により摩耗量はＲ２２と鉱油の組合せと同等に抑えられるという効果を奏する。
【００５４】
また、圧縮機がローリングピストンの回転運動により冷媒の圧縮を行うロータリ圧縮機の場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となるロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５５】
また、圧縮機がスクロール圧縮機の場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となるスクロール圧縮機のオルダムリング・スクロールラップの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５６】
また、圧縮機の容量制御をインバータ制御装置で行う場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、インバータにて高速で運転される圧縮機の摺動部摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５７】
また、圧縮機の容量制御をインバータ制御装置で行い、圧縮機がロータリ圧縮機の場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、さらに過酷な摺動条件となるロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５８】
また、圧縮機の容量制御をインバータ制御装置で行い、圧縮機がスクロール圧縮機の場合、さらに過酷な摺動条件となるスクロール圧縮機のオルダムリング・スクロールラップの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５９】
また、レトロフィットを行う場合においても、従来の冷媒やその冷媒用の従来の冷凍機油を装置内から完全に排除することが出来ず、微量の冷媒や冷凍機油が冷媒循環システム内へ残存した状態にて運転されるが、アルキルベンゼン系の油の様にコンタミ耐力が高く、熱・化学的に安定な冷凍機油の場合には、極めて優れた信頼性を有する。
【００６０】
また、レトロフィットの場合に、圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換することにより、最良の選択である高圧シェルタイプの圧縮機とアルキルベンゼン系の油を組み合わせにでき、安全性・信頼性上の問題を回避できるとともに、効率・コストについても効果を得ることができるものである。
【００６１】
また、圧縮機をロータリ圧縮機に交換するレトロフィットの場合に、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性、熱安定性、化学安定性、絶縁性、冷媒との相溶性のため、潤滑条件の厳しい高圧シェルタイプのロータリ形式の冷媒圧縮機を使用した場合についても極めて信頼性の高い冷媒循環システムを提供することができる。
【００６２】
また、圧縮機をスクロール圧縮機に交換するレトロフィットの場合に、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性、熱安定性、化学安定性、絶縁性、冷媒との相溶性のため、潤滑条件の厳しい高圧シェルタイプのスクロール圧縮機を使用した場合についても極めて信頼性の高い冷媒循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、冷媒循環システムの構成図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、冷媒の冷凍機油中への溶解量を示した図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、冷媒雰囲気中における冷凍機油の潤滑性を示した図である。
【図４】 実施の形態２を示す図で、ロータリー圧縮機の圧縮要素を示す図である。
【図５】 実施の形態３を示す図で、冷媒循環システムの構成図である。
【図６】 実施の形態３を示す図で、スクロール圧縮機の断面図である。
【図７】 実施の形態４を示す図で、冷媒循環システムの構成図である。
【図８】 実施の形態４を示す図で、ロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摺動速度と圧縮機運転周波数の関係を示した図である。
【図９】 実施の形態５を示す図で、既設の冷媒循環システムより冷媒をＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換するレトロフィット方法のフローチャート図である。
【図１０】 従来の冷媒循環システムを示す図で、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒、圧縮機として低圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムを示す図である。
【図１１】 従来の冷媒循環システムを示す図で、冷媒としてＨＣ系冷媒、圧縮機として高圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムを示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 減圧装置、４ 蒸発器、５ 密閉容器、６ 電動要素、７ 圧縮要素、８ 冷凍機油、９ 四方弁、１０ シリンダー、１１ ベーン、１２ ローリングピストン、１３ クランクシャフト偏心部、１４ 給油ポンプ穴、１５ 給油穴、１６ 油溝、１７ 固定スクロール、１７ａ 固定スクロール鏡板、１７ｂ 固定スクロールラップ、１８ 揺動スクロール、１８ａ 揺動スクロール鏡板、１８ｂ 揺動スクロールラップ、１８ｃ 揺動スクロール軸受部、１８ｄ 揺動スクロールオルダム溝、１９ オルダムリング、１９ａ 揺動スクロール側オルダム爪、１９ａ フレーム側オルダム爪、２０ フレーム、２０ａ フレーム軸受部、２０ｂ フレームオルダム溝、２１ クランクシャフト、２２ インバータ制御装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用する冷媒循環システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒循環システムの冷媒としてはＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）といったフロン系冷媒が広く使用されてきたが、オゾン層の保護及び地球温暖化の防止を目的として使用規制、代替化が行われている。そこで環境に与える影響が小さいＨＣ（ハイドロカーボン）系の自然冷媒の検討・実用化が進められている。
【０００３】
図１０，１１は従来の冷媒循環システムを示す図で、図１０は冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒、圧縮機として低圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムを示す図、図１１は冷媒としてＨＣ系冷媒、圧縮機として高圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムである。
図１０、１１において、１は冷媒ガスを圧縮する圧縮機、５はその密閉容器であり、密閉容器５内には電動要素６と圧縮要素７が収納され、また密閉容器５底部には冷凍機油８が貯留されている。冷凍機油８には、従来から一般的に鉱油を主成分とした油が使用されている。２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、４は減圧装置３で減圧されて膨張した低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、９は冷媒の流れ方向を切り換える四方弁である。
【０００４】
次に、図１０により低圧シェルタイプの圧縮機を使用した冷媒循環システムの動作について説明する。圧縮機１を運転すると、電動要素６の回転力は圧縮要素７に伝達され、冷媒の吸入・圧縮・吐出を行う。低圧シェルタイプの圧縮機では、冷媒は吸入管より圧縮機１の密閉容器５内へ入り、電動要素６を冷却した後圧縮要素７に吸入され、吐出管を通って圧縮機１より流出する。このため、密閉容器５内は吸入された、低圧・低温の冷媒雰囲気となる。
【０００５】
一方、図１１にて高圧シェルタイプの圧縮機を使用した冷媒循環システムの動作について説明する。高圧シェルタイプの圧縮機では、冷媒は吸入管より圧縮機の圧縮要素７へ吸入され、圧縮された冷媒は密閉容器５内に吐出され電動要素６を冷却した後、吐出管を通って圧縮機１より流出する。このため、密閉容器５内は圧縮された、高圧・高温の冷媒雰囲気となる。
【０００６】
図１０，１１にて、圧縮機１を出た高圧、高温の過熱冷媒ガスは凝縮器２にて外気と熱交換して潜熱を奪われて高圧、高温の冷媒液となり、減圧装置３によって減圧されて低圧の飽和冷媒液となり、さらに蒸発器４によって外気と熱交換し潜熱を奪われて冷媒ガスとなる。
【０００７】
ここで、圧縮機１の密閉容器２の底部に貯留された冷凍機油８は圧縮要素７に給油され、圧縮要素７の各摺動部を潤滑した後、密閉容器５の底部に戻される。このように、冷凍機油８は、摺動部の潤滑を良好に保つため十分な潤滑性を有することが必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用する冷媒循環システムにおいて低圧シェルタイプの圧縮機を使用する場合、圧縮機の効率および起動時の信頼性の面で高圧シェルタイプの圧縮機に劣るという問題があった。
密閉型圧縮機は、密閉容器内のモータの冷却を冷媒ガスによって行っている。低圧シェルタイプの圧縮機の場合、吸入管から導入された低圧・低温の冷媒ガスによってモータの冷却を行っている。このため、吸入ガスはモータから熱を奪うことで加熱・膨張し、圧縮要素に吸入される冷媒ガスの密度は低下してしまう。この吸入ガスの過熱損失のため、低圧シェルタイプの圧縮機は、吸入ガスが直接圧縮要素に流入する高圧シェルタイプの圧縮機にくらべて、効率が低下するという問題点があった。
【０００９】
また、圧縮機の停止時、密閉容器内に貯留された冷凍機油には数十％の冷媒が溶け込んでおり、特に低温時には圧縮機内に冷媒が移動する寝込み現象により多量の液冷媒が溜まり込み、冷凍機油は希釈された状態となる。この状態で圧縮機を起動すると低圧シェルタイプの圧縮機ではシェル内の圧力が急激に低下するため冷凍機油に溶解していた冷媒が蒸発・発泡してしまい、圧縮要素に吸入・吐出されてシェル内の油面が急激に低下する現象が生じてしまう。これにより十分な潤滑が出来ずに摺動部の摩耗・焼き付き等の不具合を起こすという問題点があった。
【００１０】
また、従来、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用する冷媒循環システムにおいて高圧シェルタイプの圧縮機を使用する場合、圧縮機の信頼性の面で以下の問題点があった。
まず、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した場合、圧縮要素の潤滑性に問題があった。ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒は分子中に塩素を持たないため、塩素によって生じる摺動部の極圧効果が得られない。
また、従来より冷媒循環システムの圧縮機に封入する冷凍機油として一般的に使用されている鉱油は、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒との相溶性が非常に高い。このため、冷凍機油が高圧冷媒雰囲気中に貯留される高圧シェルタイプの圧縮機においては、冷媒の溶け込みによる冷凍機油の粘度低下が激しい。
【００１１】
これらの理由により、圧縮機の摺動部の潤滑を良好に保つことが難しくなり、摩耗・焼き付き等の不具合が生じやすく、圧縮機の信頼性を低下させていた。
また、信頼性を確保するために摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要となり、コストアップの要因にもなっていた。
また、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒は可燃性の冷媒であるため、装置からの漏洩が起きた場合の火災・爆発等の危険性を抑えるため、冷媒封入量はできるだけ少なくする必要がある。冷媒循環システムへの冷媒の封入量は冷凍機油への溶解量を考慮して決定するため、溶解量が多い場合はその分余分に封入する必要がある。しかし、高圧シェルタイプの圧縮機の場合、密閉容器内が高圧雰囲気となるために、貯留された冷凍機油への冷媒の溶解量が低圧シェルタイプの圧縮機に比べ多くなり、従って回路へ封入する冷媒量も多くなってしまうという問題点があった。
【００１２】
上記の問題点では、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した冷媒循環システムについて示したが、オゾン層保護・地球温暖化の観点から、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を冷媒として用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合、以下のような問題があった。
【００１３】
まず、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒が分子中に塩素を持たないことによる潤滑性の低下が問題であった。また、回路・配管内に残留した冷媒・冷凍機油等のコンタミの混入が免れないため、これらの影響による冷凍機油の劣化、スラッジ発生による回路の閉塞等、冷媒循環システムに重大な欠陥を引き起こす恐れがあった。
【００１４】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、圧縮機の効率および摺動部の潤滑を良好にして性能と信頼性の高い冷媒循環システムを提供することを目的とする。
また、可燃性であるＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒の装置への封入量を低減させ、安全性の高い冷媒循環システムを提供することを目的とする。
さらに、ＣＦＣ・ＨＣＦＣ・ＨＦＣ冷媒を使用した冷媒循環システムを、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるレトロフィットを実施する場合について、より信頼性の高い方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る冷媒循環システムは、冷媒を循環させる冷媒回路と、この冷媒回路に設けられ、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを有し、密閉容器内が圧縮要素より吐出された高圧冷媒ガス雰囲気である圧縮機と、冷媒回路内に封入されるＨＣ（ハイドロカーボン）系の冷媒と、圧縮機に封入されるアルキルベンゼン系の冷凍機油とを備えたものである。
【００１６】
また、冷媒として、Ｒ２９０又はＲ６００ａを使用したものである。
【００１７】
また、圧縮機をローリングピストンの回転運動により冷媒の圧縮を行うロータリ圧縮機で構成したものである。
【００１８】
また、圧縮機をスクロール圧縮機で構成したものである。
【００１９】
また、圧縮機の容量制御を行うためのインバータ制御装置を設けたものである。
【００２０】
また、圧縮機の容量制御を行うためのインバータ制御装置を設け、圧縮機をロータリ圧縮機で構成したものである。
【００２１】
また、圧縮機の容量制御を行うためのインバータ制御装置を設け、圧縮機をスクロール圧縮機で構成したものである。
【００２２】
また、冷媒回路内に封入する冷媒としてＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している当該冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合において、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるとともに、圧縮機に封入された冷凍機油をアルキルベンゼン系の油に入れ替えるものである。
【００２３】
また、冷媒回路内に封入する冷媒としてＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している当該冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合において、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるとともに、圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換するものである。
【００２４】
また、レトロフィットの場合に、圧縮機をロータリ圧縮機に交換するものである。
【００２５】
また、レトロフィットの場合に、圧縮機をスクロール圧縮機に交換するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１〜３は実施の形態１を示す図で、図１は冷媒循環システムの構成図、図２は冷媒の冷凍機油中への溶解量を示した図、図３は冷媒雰囲気中における冷凍機油の潤滑性を示したものである。
図１において、１は高圧シェルタイプの冷媒ガスを圧縮する圧縮機、２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、３は減圧装置、４は低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、８は密閉容器５底部に貯留される冷凍機油である。冷媒回路内に封入する冷媒としてＨＣ系冷媒、圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。
【００２７】
実施の形態１では、まず圧縮機１として高圧シェルタイプの圧縮機を使用した。このため、吸入管より流入した冷媒ガスは直接圧縮要素７に入るので、従来の低圧シェルを使用した圧縮機に比べ、吸入ガスのモータによる加熱・膨張から生じる損失がなく高い圧縮機効率が得られる。
【００２８】
また、高圧シェルタイプとしたことで、圧縮機１停止時に冷媒回路内の冷媒が温度差により移動し圧縮機１の密閉容器５内で液化して溜まり込む、いわゆる寝込み現象が生じた場合においても、圧縮機１起動時に密閉容器５内の圧力が低下して起こる油の発泡現象が生じないため、急激な油面低下により引き起こされる摺動部の摩耗・焼き付き等の不具合が回避される。
【００２９】
次に実施の形態１では、圧縮機に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用した。
図２は冷凍機油中に溶け込む冷媒の溶解率を示したものである。このように同一温度の場合、圧力が高くなるほど冷凍機油中に溶解する冷媒量も多くなる傾向にある。また、従来冷凍機油として主に使用されている鉱油に比べて、アルキルベンゼン系の油の方が同一条件において冷媒の溶解量が少ないことが分かる。このため冷媒回路内に封入する冷媒量は、アルキルベンゼン系の油を使用することで油中の溶け込み分を考慮して少なくすることが可能となり、可燃性であるＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒が回路から漏洩した場合の安全性を向上させることができる。
【００３０】
図３は摩耗試験機（ＦＡＬＥＸ）にて行った、冷媒雰囲気中における冷凍機油の潤滑性を示したものである。ＨＣＦＣ冷媒であるＲ２２と鉱油の組合せにくらべ、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒であるＲ２９０と鉱油の組合せではテスト材の摩耗量が増加している。これは、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒が分子中に塩素を持たないため、塩素によって生じる摺動部の極圧効果が得られないためと考えられる。
【００３１】
しかし、Ｒ２９０とアルキルベンゼン系の油の組合せにおいては、油の持つ優れた潤滑性によりテスト材の摩耗量はＲ２２と鉱油の組合せと同等に抑えられている。よって、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した装置においてもアルキルベンゼン系の油を使用することで、圧縮機要素部の摩耗・焼き付きに対する信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００３２】
このように実施の形態１は、圧縮機１として高圧タイプの圧縮機を使用し、圧縮機に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用することで、性能・信頼性・安全性に優れた冷凍装置を安価に提供することができるものである。
【００３３】
ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒の例としてＲ２９０を示したが、Ｒ２９０以外にＲ６００ａもある。
【００３４】
実施の形態２．
図４は実施の形態２を示す図で、ロータリー圧縮機の圧縮要素を示す図である。冷媒循環システムの構成は、実施の形態１の図１と同様であり、圧縮機１として高圧シェルタイプのロータリ圧縮機を用いている。
図４において、１０は密閉容器５に嵌合して収納されたシリンダー、１１は低圧室と高圧室を仕切りシリンダー１０内に出没自在なベーン、１２はローリングピストン、１３はローリングピストン１２が嵌合するクランクシャフト偏心部、１４はクランクシャフト偏心部１３に設けられた給油ポンプ穴、１５は給油ポンプ穴１４からローリングピストン１２内周部に冷凍機油８を導くための給油穴、１６はその油溝である。
【００３５】
図４において、クランクシャフトの回転によりクランクシャフト偏心部４が偏心運動を行うことで、シリンダー２内では冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出が繰り返される。そしてベーン１９の先端部は、スプリングの押しつけ力と密閉容器５内の高圧ガスによる背圧を受けローリングピストン１２の外周面に常に接触している。ローリングピストン１２は、クランクシャフト偏心部１３の偏心部に回転自在に挿嵌されているが、クランクシャフトの回転に伴いローリングピストン１２も回転運動を行う。よってベーン１９先端部とローリングピストン１２外周面は常に接触したまま摺動しており、厳しい潤滑環境にさらされている。
【００３６】
この実施の形態よれば、高圧シェルタイプのロータリ圧縮機に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。よって、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となる高圧シェルタイプのロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００３７】
また、高圧シェルタイプとしたことによる吸入ガスの加熱・膨張損失の低減、低温起動時の冷凍機油の発泡・油面低下の回避、および冷媒の溶解量が少ないアルキルベンゼン系の油を使用したことによる回路内冷媒封入量の削減の効果が得られるのは言うまでもない。
【００３８】
実施の形態３．
図５，６は実施の形態３を示す図で、図５は冷媒循環システムの構成図、図６はスクロール圧縮機の断面図である。
図５において、１は高圧シェルタイプの冷媒ガスを圧縮するスクロール圧縮機、２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、３は減圧装置、４は低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、８は密閉容器５底部に貯留される冷凍機油である。冷媒回路内に封入する冷媒としてＨＣ系冷媒、スクロール圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。
【００３９】
図６において、５は密閉容器、６は電動要素、８は冷凍機油、１７は固定スクロール鏡板１７ａと、固定スクロールラップ１７ｂとを有する固定スクロール、１８は揺動スクロール鏡板１８ａと、揺動スクロールラップ１８ｂと、揺動スクロール軸受部１８ｃと、揺動スクロールオルダム溝１８ｄとを有する揺動スクロール、１９はオルダムリング、１９ａは揺動スクロール側オルダム爪、１９ｂはフレーム側オルダム爪、２０はフレーム、２０ａはフレーム軸受部、２０ｂはフレームオルダム溝、２１はクランクシャフトである。
【００４０】
図６において、電動要素６により駆動されるクランクシャフト２１の回転力は、揺動スクロール軸受部１８ｃを介して、揺動スクロール１８に伝えられる。揺動スクロール１８は自転防止機構であるオルダムリング１９により円軌道を描く公転運動を行い、固定スクロール１７との間に形成される圧縮室の容積変化に従って冷媒の圧縮が行われる。
【００４１】
ここで、オルダムリング１９の揺動スクロール側オルダム爪１９ａと、フレーム側オルダム爪１９ｂとは、それぞれ揺動スクロール側オルダム溝１８ｄと、フレーム側オルダム溝２０ｂとにおいて、線接触しながら往復運動を繰り返しており、かつ高温となるため、厳しい潤滑環境にさらされている。
【００４２】
また、揺動スクロール１８の公転運動によって、固定スクロールラップ１７ｂ及び揺動スクロールラップ１８ｂ先端部はそれぞれ固定スクロール鏡板１７ａ、揺動スクロール鏡板１８ａと常に摺動しており、同様に厳しい潤滑環境にさらされている。
【００４３】
この実施の形態によれば、高圧シェルタイプのスクロール圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。よって、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となる高圧シェルタイプのスクロール圧縮機１のオルダム爪１９ａ，１９ｂ・オルダム溝１８ｂ，２０ｂ、固定・揺動スクロールラップ１７ｂ，１８ｂの先端部の摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００４４】
また、高圧シェルタイプとしたことによる吸入ガスの加熱・膨張損失の低減、低温起動時の冷凍機油の発泡・油面低下の回避、および冷媒の溶解量が少ないアルキルベンゼン系の油を使用したことによる回路内冷媒封入量の削減の効果が得られるのは言うまでもない。
【００４５】
実施の形態４．
図７，８は実施の形態４を示す図で、図７は冷媒循環システムの構成図、図８はロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摺動速度と圧縮機運転周波数の関係を示した図である。
図７において、１は高圧シェルタイプの冷媒を圧縮するロータリ圧縮機、２は高温高圧の過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器、３は減圧装置、４は低温低圧の冷媒液を蒸発させる蒸発器、８は密閉容器５底部に貯留される冷凍機油、２２はロータリ圧縮機１の容量制御を行うためのインバータ制御装置である。
【００４６】
インバータ制御装置２２により、ロータリ圧縮機１内のモータの回転数を幅広く可変させることができる。また、冷媒回路内に封入する冷媒としてＨＣ系冷媒、ロータリ圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。
尚、ロータリー圧縮機１の圧縮要素は、実施の形態２の図４で示したものと同じ構成であり、ベーン先端部とローリングピストン外周面は常に接触したまま摺動しており、厳しい潤滑環境にさらされている。
【００４７】
図８に示すように、圧縮機運転周波数の上昇とともに、ローリングピストン１２の回転も上昇する傾向にあり、ベーン・ローリングピストンの潤滑もより厳しい状態となる。
【００４８】
この実施の形態によれば、高圧シェルタイプのロータリ圧縮機１に封入する冷凍機油としてアルキルベンゼン系の油を使用している。よって、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、インバータ制御装置２２により高い周波数にて運転する場合でも、過酷な摺動条件となる高圧シェルタイプのロータリ圧縮機１のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００４９】
これはスクロール圧縮機等、他の形式の圧縮機においても同様に得られる効果であり、また、高圧シェルタイプとしたことによる吸入ガスの加熱・膨張損失の低減、低温起動時の冷凍機油の発泡・油面低下の回避、および冷媒の溶解量が少ないアルキルベンゼン系の油を使用したことによる回路内冷媒封入量の削減の効果が得られるのは言うまでもない。
【００５０】
実施の形態５．
上記実施の形態では、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒を使用した冷媒循環システムについて示したが、オゾン層保護・地球温暖化の観点から、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を冷媒として用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合について適用しても良く、既に封入されているパラフィン系鉱油やナフテン系鉱油、エステル油やエーテル油、ＰＡＧ油等の合成油、もしくはそれらの混合油等の冷凍機油をアルキルベンゼン系の油に交換する場合、もしくは冷媒圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換する場合についても同様の効果を奏することができ、極めて信頼性の高い冷媒循環システムを提供することが出来る。
【００５１】
図９に、既設の冷媒循環システムより冷媒をＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換するレトロフィット方法のフローチャートを示す。この図からも解るように、レトロフィットの場合は、従来の冷媒やその冷媒用の従来の冷凍機油を装置内から完全に排除することが出来ず、微量の冷媒や冷凍機油が冷媒循環システム内へ残存した状態にて運転されるが、アルキルベンゼン系の油の様にコンタミ耐力が高く、熱・化学的に安定な冷凍機油の場合には、極めて優れた信頼性を有する。
【００５２】
【発明の効果】
この発明に係る冷媒循環システムは、密閉容器内が圧縮要素より吐出された高圧冷媒ガス雰囲気である圧縮機と、冷媒回路内に封入されるＨＣ（ハイドロカーボン）系の冷媒と、圧縮機に封入されるアルキルベンゼン系の冷凍機油とを備えたことにより、圧縮機に流入した冷媒ガスは直接圧縮要素に入るので、従来の低圧シェルを使用した圧縮機に比べ、吸入ガスの電動要素による加熱・膨張から生じる損失が少なく高い圧縮機効率が得られる。
また、圧縮機を高圧冷媒ガス雰囲気としたことで、圧縮機停止時に冷媒回路内の冷媒が温度差により移動し密閉容器内で液化して溜まり込む、いわゆる寝込み現象が生じた場合においても、圧縮機起動時に密閉容器内の圧力が低下して起こる油の発泡現象が生じないため、急激な油面低下により引き起こされる摺動部の摩耗・焼き付き等の不具合が回避される。
また、アルキルベンゼン系の冷凍機油を使用したことで、鉱油に比べて冷凍機油中の冷媒の溶解量が減少するので、冷媒回路内に封入する冷媒量は油中の溶け込み分を考慮して少なくすることが可能となり、可燃性であるＨＣ系冷媒が回路から漏洩した場合の安全性を向上させることができる。
また、アルキルベンゼン系の油を使用したことで、ＨＣ系冷媒が分子中に塩素を持たないために生じる冷媒による潤滑効果の低下を、アルキルベンゼン系の冷凍機油の高い潤滑性により補うため、圧縮機要素部の摩耗・焼き付きに対する信頼性が向上するとともに、摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５３】
また、冷媒としてＲ２９０又はＲ６００ａを使用し、これらの冷媒とアルキルベンゼン系の油の組合せたものは、油の持つ優れた潤滑性により摩耗量はＲ２２と鉱油の組合せと同等に抑えられるという効果を奏する。
【００５４】
また、圧縮機がローリングピストンの回転運動により冷媒の圧縮を行うロータリ圧縮機の場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となるロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５５】
また、圧縮機がスクロール圧縮機の場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、過酷な摺動条件となるスクロール圧縮機のオルダムリング・スクロールラップの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５６】
また、圧縮機の容量制御をインバータ制御装置で行う場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、インバータにて高速で運転される圧縮機の摺動部摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５７】
また、圧縮機の容量制御をインバータ制御装置で行い、圧縮機がロータリ圧縮機の場合、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性により、さらに過酷な摺動条件となるロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５８】
また、圧縮機の容量制御をインバータ制御装置で行い、圧縮機がスクロール圧縮機の場合、さらに過酷な摺動条件となるスクロール圧縮機のオルダムリング・スクロールラップの摩耗を抑えることが可能となり、信頼性が向上するとともに摺動材料の変更・表面処理の追加等も必要なく価格も低く抑えられる。
【００５９】
また、レトロフィットを行う場合においても、従来の冷媒やその冷媒用の従来の冷凍機油を装置内から完全に排除することが出来ず、微量の冷媒や冷凍機油が冷媒循環システム内へ残存した状態にて運転されるが、アルキルベンゼン系の油の様にコンタミ耐力が高く、熱・化学的に安定な冷凍機油の場合には、極めて優れた信頼性を有する。
【００６０】
また、レトロフィットの場合に、圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換することにより、最良の選択である高圧シェルタイプの圧縮機とアルキルベンゼン系の油を組み合わせにでき、安全性・信頼性上の問題を回避できるとともに、効率・コストについても効果を得ることができるものである。
【００６１】
また、圧縮機をロータリ圧縮機に交換するレトロフィットの場合に、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性、熱安定性、化学安定性、絶縁性、冷媒との相溶性のため、潤滑条件の厳しい高圧シェルタイプのロータリ形式の冷媒圧縮機を使用した場合についても極めて信頼性の高い冷媒循環システムを提供することができる。
【００６２】
また、圧縮機をスクロール圧縮機に交換するレトロフィットの場合に、アルキルベンゼン系の油の持つ高い潤滑性、熱安定性、化学安定性、絶縁性、冷媒との相溶性のため、潤滑条件の厳しい高圧シェルタイプのスクロール圧縮機を使用した場合についても極めて信頼性の高い冷媒循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、冷媒循環システムの構成図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、冷媒の冷凍機油中への溶解量を示した図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、冷媒雰囲気中における冷凍機油の潤滑性を示した図である。
【図４】 実施の形態２を示す図で、ロータリー圧縮機の圧縮要素を示す図である。
【図５】 実施の形態３を示す図で、冷媒循環システムの構成図である。
【図６】 実施の形態３を示す図で、スクロール圧縮機の断面図である。
【図７】 実施の形態４を示す図で、冷媒循環システムの構成図である。
【図８】 実施の形態４を示す図で、ロータリ圧縮機のベーン・ローリングピストンの摺動速度と圧縮機運転周波数の関係を示した図である。
【図９】 実施の形態５を示す図で、既設の冷媒循環システムより冷媒をＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換するレトロフィット方法のフローチャート図である。
【図１０】 従来の冷媒循環システムを示す図で、冷媒としてＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒、圧縮機として低圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムを示す図である。
【図１１】 従来の冷媒循環システムを示す図で、冷媒としてＨＣ系冷媒、圧縮機として高圧シェルタイプの圧縮機を用いた冷媒循環システムを示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 減圧装置、４ 蒸発器、５ 密閉容器、６ 電動要素、７ 圧縮要素、８ 冷凍機油、９ 四方弁、１０ シリンダー、１１ ベーン、１２ ローリングピストン、１３ クランクシャフト偏心部、１４ 給油ポンプ穴、１５ 給油穴、１６ 油溝、１７ 固定スクロール、１７ａ 固定スクロール鏡板、１７ｂ 固定スクロールラップ、１８ 揺動スクロール、１８ａ 揺動スクロール鏡板、１８ｂ 揺動スクロールラップ、１８ｃ 揺動スクロール軸受部、１８ｄ 揺動スクロールオルダム溝、１９ オルダムリング、１９ａ 揺動スクロール側オルダム爪、１９ａ フレーム側オルダム爪、２０ フレーム、２０ａ フレーム軸受部、２０ｂ フレームオルダム溝、２１ クランクシャフト、２２ インバータ制御装置。
Claims (3)
- 冷媒回路内に封入する冷媒としてＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）やＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を用い、既に生産出荷され、据えつけ稼動している当該冷媒循環システムから、冷媒を排出して、ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に交換する（いわゆるレトロフィット）場合において、
ＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒に入れ替えるとともに、圧縮機をアルキルベンゼン系の油を冷凍機油として封入した高圧シェルタイプの圧縮機に交換して起動時に圧縮機容器内の圧力が低下して起こる油の発泡現象による前記圧縮機の摺動部の摩耗等の不具合を回避するようにしたことを特徴とする冷媒循環システム。 - 前記圧縮機をロータリ圧縮機に交換することを特徴とする請求項１記載の冷媒循環システム。
- 前記圧縮機をスクロール圧縮機に交換することを特徴とする請求項１記載の冷媒循環システム。
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