JP4866655B2

JP4866655B2 - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP4866655B2
Application number: JP2006137213A
Authority: JP
Inventors: 典伺菅野; 健二別役; 正栄川島
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: JP2007309153A; KR20070111316A; CN100510397C; CN101074662A; KR100856630B1

Description

本発明は例えば冷蔵庫・ルームエアコンに代表される冷凍空調システム等の冷媒圧縮機に関する。

従来、冷媒圧縮機の内部で使用されるガスケットとして、アスベストジョイントシートが用いられていた。この種のアスベストジョイントシートは、石綿を基材としてゴム等の結合材と、さらに配合剤を混錬して得られるジョイントシート用組成物を一対のロールの間に供給して加熱圧縮して製造される。このようにして得られたアスベストジョイントシートは、緻密かつ均等のシート状体であり、耐熱性にも優れている。

近年、アスベストの人体への影響が指摘されている。冷蔵庫に用いられる冷媒圧縮機は、圧縮要素が密閉容器内に配置されており、加えて、アスベストはゴム内に練りこみ固められているため、実際の冷蔵庫使用時にアスベストが飛散する可能性はない。また、製品の廃棄時においても、家電リサイクル法などの法規制の対象であり、リサイクル施設において適正に処理されるため、外部に飛散する可能性はない。

しかし、世界的に石綿の使用が規制されるようになった昨今、ガスケットもアスベストレスのものへと移行している。代替繊維としては、無機繊維では、ガラス繊維，ミネラル繊維，カーボン繊維，セラミック繊維，チタン酸カリウム繊維，ウォラスナイト等が挙げられる。有機繊維では、アラミド繊維，ポリオレフィン繊維，ポリアクリロニトリル繊維，ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維などが代表として挙げられる。アスベストを用いないガスケットとしては特許文献１に記載がある。

特開平７−２１６３４２号公報

しかしながら、ガラス繊維等の無機繊維とアラミド繊維等も有機繊維を組合せて用いると、これらを混練する際に無機繊維が粉砕されてガスケットとしてのシール性が低下することが指摘されている。また、無機繊維は一般的に混練時の分散性に劣るため、繊維が均一に分散されたジョイントシート形成用組成物が得られにくく、繊維が不均一に分散したジョイントシート形成用組成物から得られるガスケットは強度及び応力緩和性に劣ってしまうという問題点があった。

これに対し基材繊維として有機繊維を多量に用いて形成されるガスケットでは耐熱性が劣るという問題がある。また、アスベストジョイントシートに比べて、アスベストレスジョイントシートは高温高圧下にさらされると配合されているゴム成分が熱履歴によって硬化・分解・消失等の劣化を起こすため、比較的短期間にシール性が低下するため信頼性が低下する。

また、ＨＦＣ系冷媒／エステル油の組合せの場合等では、ゴム成分等の結合部分が腐食される結果、密閉型圧縮機のガスケットとして要求される耐久性に乏しく、且つシール性も不充分となってしまう。更に、アスベストレスのシート中に含まれている、未反応の加硫である硫黄や過酸化物が冷凍機油中に溶出し、冷凍機油を劣化させる等圧縮機の性能を著しく低下させる可能性を生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、環境保全に適合するとともに、圧縮要素の機密性の保持，強度及び耐久性の確保，冷凍機油の劣化の抑制を図った冷媒圧縮機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、冷凍機油を貯留する密閉容器内に圧縮機構部と電動機部とが収納された冷媒圧縮機において、前記圧縮機構部の内部をシールするガスケットを備え、前記ガスケットに結合材としてカーボンブラックを１〜１５重量％、充填材として無機質材を５０〜９０重量％含有するとともに非石綿系基材繊維を含有して耐熱性，耐油性及び耐冷媒性に優れるジョイントシートを用いた。

本発明において、アスベスト以外の成分で構成されたガスケットを用いても、沈殿物を生じたり、冷凍機油の劣化を促進することのない、より好ましい形態は下記の通りである。
（１）ガスケット材に、非石綿系基材繊維として溶剤を除く繊維成分にアラミド繊維を５〜３０重量％含有し、酸化亜鉛を１〜１５重量％含有したものを用いること。
（２）冷媒としてハイドロカーボンを用い、冷凍機油として粘度が４０℃で１０〜８０mm²／ｓのポリアルキレングリコール油，ポリオールエステル油，ポリアルファオレフィン油，パラフィン系鉱油，ナフテン系鉱油のいずれか１種類または２種類以上を混合させて使用すること。
（３）冷媒としてハイドロフルオロカーボンを用い、冷凍機油として粘度が４０℃で１０〜８０mm²／ｓのポリアルキレングリコール油，ポリオールエステル油，ポリアルファオレフィン油，パラフィン系鉱油，ナフテン系鉱油をいずれか１種類または２種類以上を混合させて使用すること。

本発明によれば、環境保全に適合するとともに、機密性の保持，強度及び耐久性の確保，冷凍機油の劣化の抑制を図った冷媒圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本実施例の冷媒圧縮機を示す断面図であり、本実施例の冷媒圧縮機は、密閉容器内に圧縮機構部と電動機部が収納された密閉型の電動圧縮機である。図２は本実施例に用いるガスケットの外観図である。

密閉型電動圧縮機には、ロータリ方式，スクロール方式，レシプロ方式など、多種の圧縮形態が存在する。また、レシプロ方式においても、ピストンロッド式やスコッチヨーク式等の多くの方式がある。図１はスコッチヨーク式の密閉型電動圧縮機を示しているが、本実施例に用いられるガスケットはスコッチヨーク式に限られるものではない。

密閉容器２内の上部に圧縮機構部３、下部に電動機部４を配し、電動機１２の固定子
１３はフレーム５にボルト１０で固着されており、また、回転子１４とシャフト６は圧入、又は焼ばめにより連結されている。これらはバネ１１により密閉容器２内に弾性支持される。

このように構成された密閉型電動圧縮機は電動機１２により駆動されると、回転子１４を介して軸承されているクランクシャフト６の偏心回転運動により、ピストン７が往復運動を行い、シリンダ８内に冷媒ガスを吸い込み、圧縮し、吐き出しを行う。ここで、シリンダ８とヘッドカバー９の間にガスケット１５が用いられシリンダ８内からの冷媒漏れを防いでいる。

また、密閉容器２内には冷凍機油が貯留されている。電動機１２が駆動されると、クランクシャフト６が回転し、そのポンプ作用によって冷凍機油が圧縮機構部３の位置まで巻き上げられ、圧縮機構部３の摺動部分に供給される。したがって、シリンダ８とピストン７の摺動部分も潤滑され、安定的な運転が可能となっている。このように、冷凍機油はシリンダ８内にも供給されるため、シリンダ８の最奥部に位置するガスケット１５は、耐熱性や耐冷媒性のみならず、耐油性も問題となる。

そこで、様々な成分を含有させたガスケットを試作し、耐油性や強度について評価を行った。表１は本実施例で評価したガスケットの含有成分を示したものである。

実施例として示したガスケット材は、アラミド繊維を１０〜２０重量％含有し、結合材としてカーボンブラックを使用している（配合量：１〜１０重量％）。また、強度保持を考慮して酸化亜鉛を１〜１０重量％含むものとし、残りの成分を無機質充填材としている。なお、表１においては無機質充填材の含有量を６０〜８０重量％として示しているが、これは目安であって、アラミド繊維，酸化亜鉛、あるいはカーボンブラックの含有量によって５０〜９０重量％としても差し支えない。

比較例１はセルロース２０重量％、ＮＢＲラテックス１５重量％とし、残りの６５重量％を無機質充填材とした例であり、比較例２はアラミド繊維とセルロースとを合わせて１〜１０重量％含有し、ＮＢＲラテックスを２０重量％、残りの７０重量％を無機質充填材とした例である。

比較例３は、従来から使用されていた石綿を含有するガスケットであり、石綿を４４重量％含有し、カーボンブラックを１０重量％とし、残りを無機質充填材としたものである。すなわち、この比較例３のガスケットの性能（耐熱性や耐油性など）が、冷媒圧縮機に用いられるガスケットの性能の比較対象となる。

これらの実施例及び比較例について、シールドチューブテストを実施した。このシールドチューブテストは、特にガスケット材の耐油／冷媒性評価を目的とし、ＪＩＳＫ2211「冷凍機油」の付属書２に準じた方法で行った。試験条件としては、試験管に供試品として長さ５０mm，幅３mm，厚み０.８mm のダンベル形状に加工したガスケットを３枚入れ、油３ｇ、冷媒０.５ｇを注入後密封し１３０℃で４０日加熱後、油の色（色相），酸価，ガスケットの外観、及び引張強度を測定した。

冷媒と冷凍機油の組合せについては、代表としてハイドロカーボン／鉱油の組合せ、ハイドロフルオロカーボン／エステル油の組合せで試験を行った。ハイドロカーボン冷媒としてはＲ６００ａを用い、ハイドロフルオロカーボン冷媒としてはＲ１３４ａを用いた。試験後の冷凍機油の酸価測定はＪＩＳＫ２５０１「石油製品及び潤滑油―中和価試験方法」に従った。また、ガスケットの引張強度はＪＩＳＲ３４５３「ジョイントシート」に準じた方法で行った。

これらの評価結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例のガスケットは冷凍機油の劣化に与える影響がみられないことが確認された。特に比較例１及び比較例２についてはエステル油に対するアタック性が強いことがわかる。また、強度の低下も比較例１，比較例２と比べると少ないことが確認された。すなわち、耐油／冷媒性の評価において、本実施例は比較例１，２よりも優れていることが確認できた。また、エステル油に対するアタック性についても比較例３と同等であった。引張強度については、比較例３よりは若干劣るものの、冷媒圧縮機におけるシリンダ８とヘッドカバー９の間に用いられるガスケットとしては十分に問題のない強度であることが確認できた。

比較例１，２では、ＮＢＲラテックスのようなゴム成分を用いており、このゴム成分の中の充填材（可塑材）が冷凍機油の酸化を促進させると考えられ、また、ガスケット自体も冷凍機油の影響を受けて劣化してしまうと考えられる。本実施例では、ＮＢＲラテックスを用いずにガスケットを形成し、さらに、アラミド繊維とともに酸化亜鉛を含有しているため、これが強度保持に寄与しているものと考えられる。

耐熱性に関しては、本実施例のガスケットの仕様温度範囲が−１００℃〜１８０℃であり、今回の試験温度条件においてガスケット自体の劣化を引き起こすものではない。しかし、実機において問題ないことを確認するため、圧縮機の温度を１１５℃前後まで上昇させた場合、シール性を確認するために製品組込み寿命試験を行った。

試験条件としては例えば、高温高速連続運転の場合、室温を４４℃、回転数を４９００min^-1 、運転時圧力をＰｄ／Ｐｓ＝０.０６／０.９ＭＰａとした。この条件によると圧縮機の温度は１１５℃前後となり、ガスケット付近の温度は高温の吐出ガスに晒されるため１８０℃前後の状態になる。この条件で９０日の試験運転を行うとおおよそ通常使用環境における１０年相当にあたるとされている。

この製品組込み試験を実施した後、圧縮機を取り外し１ＭＰａの空圧負荷をかけてもシール性が問題ないことを確認した。また、冷凍機油についても試験油を回収し冷凍機油の劣化がないことを確認した。

本実施例のガスケットにおいて、アラミド繊維は、必ずしも１０重量％以上含有する必要はないが、少なくとも溶剤を除いて５重量％以上含有させることが必要であると考えられる。また、２０重量％以内に収める必要はないが、多くとも３０重量％以内とすることが必要である。酸化亜鉛についても同様であり、１５重量％以内に抑えれば、少なくとも冷媒圧縮機におけるシリンダ８とヘッドカバー９の間に用いられるガスケットとしては問題ない性能を発揮することが期待できる。結合材は上記の各成分の含有量によって異なるが、カーボンブラックの含有量を多くとも１５重量％以内とし、その他を無機質充填剤で構成することでガスケットが得られる。

また、表２においては、冷凍機油としてエステル油と鉱油を用いた結果を示したが、他の冷凍機油であっても、冷媒圧縮機のガスケットとして本実施例のものを使用した場合に、特段の問題が生じない範囲であることが確認できた。鉱油としては、パラフィン系あるいはナフテン系のいずれであってもガスケット及び冷凍機油の劣化はほとんど見られなかった。他に、ポリアルファオレフィン油やポリアルキレングリコール油を用いて同様の評価を行ったが、これらについても劣化の範囲は比較例１，２と比較して限定的であった。

このガスケットを採用することにより、冷凍機油の劣化を促進することなく、ガスケットの強度低下も抑えられ、また、沈殿物を生ずるようなこともなく、信頼性の高い圧縮機を提供することができる。

本実施例の冷媒圧縮機である密閉型電動圧縮機の断面図。ガスケットの外観図である。

符号の説明

１…密閉型電動圧縮機（冷媒圧縮機）、２…密閉容器、３…圧縮機構部、４…電動機部、５…フレーム、６…シャフト、７…ピストン、８…シリンダ、９…ヘットカバー、１０…ボルト、１１…バネ、１２…電動機、１３…固定子、１４…回転子、１５…ガスケット。

Claims

冷凍機油を貯留する密閉容器内に圧縮機構部と電動機部とが収納された冷媒圧縮機において、前記圧縮機構部の内部をシールするガスケットを備え、
前記ガスケットに結合材としてカーボンブラックを１〜１５重量％、充填材として無機質材を５０〜９０重量％含有するとともに非石綿系基材繊維を含有して耐熱性，耐油性及び耐冷媒性に優れるジョイントシートを用いたことを特徴とする冷媒圧縮機。
前記ガスケットの材料として、非石綿系基材繊維として溶剤を除く繊維成分にアラミド繊維を５〜３０重量％含有し、酸化亜鉛を１〜１５重量％含有したことを特徴とする請求項１に記載の冷媒圧縮機。
冷媒としてハイドロカーボンを用い、冷凍機油として粘度が４０℃で１０〜８０mm ² ／ｓのポリアルキレングリコール油，ポリオールエステル油，ポリアルファオレフィン油，パラフィン系鉱油，ナフテン系鉱油のいずれか１種類または２種類以上を混合させて使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷媒圧縮機。
冷媒としてハイドロフルオロカーボンを用い、冷凍機油として粘度が４０℃で１０〜８０mm²／ｓのポリアルキレングリコール油，ポリオールエステル油，ポリアルファオレフィン油，パラフィン系鉱油，ナフテン系鉱油をいずれか１種類または２種類以上を混合させて使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷媒圧縮機。