JP4905464B2 - Refrigerant compressor - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a refrigerant compressor.
近年、冷媒圧縮機の高効率化手段として、粘度の低い冷凍機油を適用することにより入力を低減する例がある(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, there has been an example in which the input is reduced by applying refrigeration oil having a low viscosity as means for improving the efficiency of a refrigerant compressor (see, for example, Patent Document 1).
以下、図面を参照しながら従来の冷媒圧縮機を説明する。 Hereinafter, a conventional refrigerant compressor will be described with reference to the drawings.
図2は特許文献1に記載された、従来の冷媒圧縮機の縦断面図である。図2において、密閉容器1内には冷媒2を充填するとともに、底部には冷凍機油3を貯留し、固定子4および回転子5からなる電動要素6と、これによって駆動される往復式の圧縮要素7を収容している。冷媒2には、炭化水素冷媒であるR600aを用いている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional refrigerant compressor described in
次に、圧縮要素7の詳細を以下に説明する。
Next, details of the
クランクシャフト8は、回転子5を圧入固定した主軸9と、主軸9に対し偏心して形成された偏心軸10とからなり、下端には冷凍機油3に連通する給油ポンプ11を設けている。
The
シリンダブロック12は、略円筒形の圧縮室13を備え、主軸9を軸支する軸受部14が形成されている。
The
圧縮室13に間隔をもって嵌められたピストン15は、ピストンピン16を介して連結手段であるコンロッド17によって偏心軸10と連結されている。圧縮室13の端面は、バルブプレート18により封止されている。
The
ヘッド19は、図示していない高圧室を形成し、バルブプレート18に対して圧縮室13と反対側に固定される。マフラー20は、バルブプレート18とヘッド19とに挟持されている。
The
サクションチューブ21およびディスチャージチューブ22は、密閉容器1に固定されるとともに、図示していない冷凍サイクルに接続されている。サクションチューブ21は冷媒2を密閉容器1内に導き、ディスチャージチューブ22は冷媒2を冷凍サイクルへと送り出す。
The
以上のように構成された冷媒圧縮機について以下、その動作、作用を説明する。 The operation and action of the refrigerant compressor configured as described above will be described below.
図示していない商用電源から供給される電力は、電動要素6に供給され、電動要素6の回転子5を回転させるとともに、クランクシャフト8を回転させる。そして偏心軸10の偏心運動が、連結手段のコンロッド17からピストンピン16を介してピストン15を駆動させ、ピストン15は圧縮室13内を往復運動する。冷媒2は、冷凍サイクルより図示していない吸入リードを介してサクションチューブ21から密閉容器1内に導かれる。そして冷媒2は、マフラー20から吸入され、圧縮室13内において連続して圧縮される。圧縮された冷媒2は、図示していない吐出バルブから吐出され、ディスチャージチューブ22より冷凍サイクルへと送り出される。
Electric power supplied from a commercial power source (not shown) is supplied to the
このとき冷凍機油3は、クランクシャフト8の給油ポンプ11により汲み上げられ、主軸9やピストン15等の各摺動部を潤滑する。
At this time, the refrigerating
このような冷媒圧縮機において、冷凍機油3に40℃の時の粘度が8mm2/s未満である油を使用し、冷媒圧縮機の摺動部である圧縮室13とピストン15間や、クランクシャフト8と軸受部14間等での摩擦損失を低減して、高効率な冷媒圧縮機を実現しようとしていた。
In such a refrigerant compressor, oil having a viscosity of less than 8 mm 2 / s at 40 ° C. is used for the refrigerating
しかしながら、上記従来の冷媒圧縮機では、40℃の時の粘度が8mm2/s未満の冷凍機油3を用いるため、その粘度が低いことから圧縮室13とピストン15との間に保持できる冷凍機油3の量が減少していた。そのため圧縮室13とピストン15との隙間から冷媒2が漏れ、漏れ損失が増加するという課題を有していた。
However, since the conventional refrigerant compressor uses the refrigerating
また、圧縮室13とピストン15の隙間からの冷媒2の漏れを低減するために、圧縮室13とピストン15との隙間を小さくしすぎると、圧縮された冷媒2により周囲温度が上昇したときに、ピストン15の外壁と圧縮室13の内壁とが接触し、摩耗が生じるという課題を有していた。
本発明は、冷凍機油を貯溜する密閉容器と、電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素と、圧縮要素には円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、圧縮室内において往復運動する円筒形のピストンとを備えた冷媒圧縮機であって、圧縮室の直径とピストンの直径との差が4μm以上、かつ15μm以下の範囲であり、冷凍機油は、40℃の時の粘度が8mm2/s以下である第1冷凍機油に、40℃の時の粘度が20mm2/s以
上である第2冷凍機油を混合し、混合後の40℃の時の粘度が8mm2/s以下である。
The present invention relates to a sealed container for storing refrigerating machine oil, an electric element, a compression element driven by the electric element, a cylinder block having a cylindrical compression chamber in the compression element, and a cylinder that reciprocates in the compression chamber. a refrigerant compressor comprising a shape of a piston, the difference between the diameter of the compression chamber diameter and piston 4μm or more and a range of 15 [mu] m, the refrigerating machine oil has a viscosity at a 40 ° C. is 8 mm 2 / s in the first refrigerating machine oil is less, the viscosity at a 40 ° C. mixture of second refrigerating machine oil is 20 mm 2 / s or more, is less than 8 mm 2 / s viscosity when in 40 ° C. after mixing .
このような冷媒圧縮機とすると、冷凍機油の粘性抵抗を低減することにより摩擦損失を低減するとともに、圧縮室とピストンとの間の冷凍機油の保持量を増やし、冷媒が漏れる漏れ損失を低減することができる。さらに、圧縮室の直径とピストンの直径との差を最適化できるので、圧縮室とピストンの接触による摩耗を抑え、高効率かつ高信頼性の冷媒圧縮機とすることができる。 With such a refrigerant compressor, the frictional resistance is reduced by reducing the viscosity resistance of the refrigeration oil, the amount of refrigeration oil retained between the compression chamber and the piston is increased, and the leakage loss that the refrigerant leaks is reduced. be able to. Furthermore, since the difference between the diameter of the compression chamber and the diameter of the piston can be optimized, wear due to contact between the compression chamber and the piston can be suppressed, and a highly efficient and highly reliable refrigerant compressor can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Further, the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の縦断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a refrigerant compressor according to an embodiment of the present invention.
図1において冷媒圧縮機100は、密閉容器101内に冷媒102が充填され、密閉容器101の底部には、冷凍機油103が貯留されている。また冷媒圧縮機100は、固定子104および回転子105からなる電動要素106と、電動要素106によって駆動される往復式の圧縮要素107を備えている。
In FIG. 1, the refrigerant compressor 100 is filled with a
次に、圧縮要素107の詳細を以下に説明する。
Next, details of the
鉄系金属からなるクランクシャフト108は、回転子105を圧入固定した主軸109と、主軸109に対し偏心して形成された偏心軸110とからなる。クランクシャフト108の下端には、冷凍機油103に連通する給油ポンプ111を設けている。シリンダブロック112は、略円筒形の圧縮室113を備え、主軸109を軸支する軸受部114が形成されている。
The
圧縮室113に間隔をもって嵌められた鉄系金属からなるピストン115は、ピストンピン116を介して連結手段であるコンロッド117によって偏心軸110と連結されている。
A
バルブプレート118は、圧縮室113の端面を封止するように配設されている。またバルブプレート118は、薄板状のばね鋼材により形成され、図示していない吸入孔を開閉する吸入リード119から構成されたバルブ部120を形成している。
The
またヘッド121は、バルブプレート118に対して圧縮室113と反対側に固定されている。マフラー122は、バルブプレート118とヘッド121とに挟持されている。
The
マフラー122は、ガラス繊維を混合したポリブチレンテレフタレートより形成されている。
The
サクションチューブ123およびディスチャージチューブ124は、密閉容器101に固定されるとともに、図示していない冷凍サイクルに接続されている。サクションチューブ123は冷媒102を密閉容器101内に導き、ディスチャージチューブ124は冷媒102を冷凍サイクルへと送り出す。
The
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the refrigerant compressor configured as described above will be described below.
図示していない商用電源から供給される電力は、電動要素106に供給され、電動要素106の回転子105を回転させる。回転子105は、クランクシャフト108を回転させ、偏心軸110の偏心運動がコンロッド117からピストンピン116を介してピストン115を駆動させて、ピストン115は圧縮室113内を往復運動する。
Electric power supplied from a commercial power source (not shown) is supplied to the
そして、サクションチューブ123より密閉容器101内に導かれた冷媒102は、マフラー122を通って圧縮室113内に吸入される。圧縮室113内に吸入された冷媒102は連続して圧縮され、圧縮された冷媒102は、ディスチャージチューブ124より冷凍サイクルへと送り出される。冷凍サイクルへ送り出された冷媒102は、再びサクションチューブ123より密閉容器101内へ導かれる。
The
このとき、クランクシャフト108の給油ポンプ111により冷凍機油103を汲み上げ、主軸109やピストン115等の各摺動部を潤滑する。
At this time, the refrigerating
次に、(表1)を用いて、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差と、冷凍機油の種類および圧縮機の効率との関係について説明する。
Next, the relationship between the difference between the diameter of the
(表1)は、ピストン115の外径が30mmの同一仕様の冷媒圧縮機を用いて、3種類の冷凍機油と、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差を変えて圧縮機の効率を測定した結果である。
(Table 1) uses a refrigerant compressor of the same specification with an outer diameter of the
冷凍機油Aは、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機に使用される冷凍機油103である。第1冷凍機油として40℃の時の粘度が7.5mm2/sの鉱油に、第2冷凍機油として40℃の時の粘度が20mm2/sである鉱油を3重量%混合し、混合後の粘度は40℃の時に8mm2/sである。
The refrigerating machine oil A is the refrigerating
冷凍機油Bは、冷凍機油Aと比較するためのものであり、40℃の時の粘度が8mm2/sである鉱油である。 The refrigerating machine oil B is for comparison with the refrigerating machine oil A, and is a mineral oil having a viscosity at 40 ° C. of 8 mm 2 / s.
冷凍機油Cも、冷凍機油Aと比較するためのものであり、40℃の時の粘度が10mm2/sである鉱油である。 The refrigerating machine oil C is also used for comparison with the refrigerating machine oil A, and is a mineral oil having a viscosity of 10 mm 2 / s at 40 ° C.
試験条件は、凝縮温度=54.4℃、蒸発温度=−23.3℃である。そして3台の冷媒圧縮機に、冷媒としてR600aを用い、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差を、4μm以上18μm以下に変化させて圧縮機の効率を比較した。
The test conditions are condensation temperature = 54.4 ° C. and evaporation temperature = −23.3 ° C. Then, R600a was used as the refrigerant for the three refrigerant compressors, and the difference between the diameter of the
(表1)より、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差が、4μm以上18μm以下の範囲では、40℃の時の粘度が8mm2/sの鉱油のみで構成された冷凍機油Bを用いた場合、40℃の時の粘度が10mm2/sである鉱油のみで構成された冷凍機油Cを用いた場合と同等以下の圧縮機の効率であり、圧縮機の効率は向上しなかった。
(Table 1) shows that when the difference between the diameter of the
これは、冷凍機油Bを用いた場合は、冷凍機油Bの粘性抵抗の低減による摩擦損失の低減以上に、冷凍機油Bの粘度が低いために圧縮室113とピストン115との隙間より冷凍機油Bが流出する。そして圧縮室113とピストン115との隙間のシール性が低下して、冷媒102がリークしてしまい、結果として圧縮機の効率が向上しなかったと推察される。
This is because when refrigeration oil B is used, the refrigeration oil B is more than the gap between the
一方、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機の冷凍機油103である冷凍機油Aは、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差が4μm以上15μm以下では、冷凍機油Cを用いたときよりも圧縮機の効率が向上した。
On the other hand, when the difference between the diameter of the
これは、40℃の時の粘度が20mm2/sと粘度が高い鉱油を混ぜていることにより、圧縮室113とピストン115との隙間から流出する冷凍機油Aの量を抑制することができ、低粘度油を用いることによる摩擦損失の低減効果に加えて、冷凍機油103による圧縮室113とピストン115との間のシール性の低下を抑制することができ、圧縮機の効率が向上したと推察される。
This can suppress the amount of the refrigerating machine oil A flowing out from the gap between the
詳細な結果は示していないが、第1冷凍機油として40℃の時の粘度が7.5mm2/sよりもさらに粘度の低い油を用い、第2冷凍機油として40℃の時の粘度が20mm2/sよりもさらに高い油を種々組み合わせて適量混合し、混合後の粘度が40℃の時に8mm2/s以下とした冷凍機油を種々用いて圧縮機の効率を測定した結果、冷凍機油Bおよび冷凍機油Cに対して同様の効果があることを確認している。 Although detailed results are not shown, an oil having a viscosity lower than 7.5 mm 2 / s at 40 ° C. is used as the first refrigerator oil, and a viscosity at 20 ° C. is 20 mm as the second refrigerator oil. As a result of measuring the efficiency of the compressor using various refrigerating machine oils of 8 mm 2 / s or less when the viscosity after mixing was variously combined with various oils higher than 2 / s and the viscosity after mixing was 40 ° C. And it has been confirmed that there is a similar effect on the refrigerating machine oil C.
すなわち、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差が4μm以上15μm以下の範囲であれば、圧縮室113とピストン115との隙間を小さくしすぎて摩耗が生じることを防止しつつ、混合された冷凍機油の低粘度の効果により摩擦損失を低減することができるとともに、第2冷凍機油の効果により圧縮室113とピストン115との間のシール性の低下を抑制することができ、高効率の冷媒圧縮機とすることができる。
That is, if the difference between the diameter of the
特に、長期運転時には、圧縮室113とピストン115とが摺動して摩耗し、これらの隙間が大きくなることがあるが、その際にも圧縮室113とピストン115との摺動部におけるオイルシール性を確保することができ、高い効率を維持することができる。
In particular, during long-term operation, the
なお、摺動部などの摩擦損失を低減するために、第1冷凍機油として40℃の時の粘度が8mm2/s以下の粘度の低い冷凍機油を用いる際、第2冷凍機油は40℃の時の粘度が20mm2/s以上の、より高粘度油を選択して混合すれば冷凍機油Aと同様に効果が得られる。そして、第1冷凍機油と第2冷凍機油とは、粘度と混合割合の組み合わせが無数にあることは言うまでもない。 In addition, in order to reduce friction loss of a sliding part etc., when using the refrigerating machine oil with a low viscosity of 8 mm 2 / s or less as the first refrigerating machine oil at 40 ° C., the second refrigerating machine oil is 40 ° C. If a higher viscosity oil with a viscosity of 20 mm 2 / s or more is selected and mixed, the effect can be obtained as in the case of the refrigerator oil A. Needless to say, the first refrigerating machine oil and the second refrigerating machine oil have numerous combinations of viscosities and mixing ratios.
なお、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機においては、40℃の時の粘度が8mm2/s未満である第1冷凍機油に鉱油を用いたが、エステル油、ハードアルキルベンゼン油を用いても良い。 In the refrigerant compressor according to the embodiment of the present invention, mineral oil is used as the first refrigerating machine oil having a viscosity of less than 8 mm 2 / s at 40 ° C. However, ester oil or hard alkylbenzene oil may be used. good.
また、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機おいては、40℃の時の粘度が20mm2/s以上である第2冷凍機油に鉱油を用いたが、エステル油、ハードアルキルベンゼン油、ポリ―α―オレフィン油、ポリアルキレングリコール油を用いても良い。 In the refrigerant compressor according to the embodiment of the present invention, mineral oil is used as the second refrigerating machine oil having a viscosity of 20 mm 2 / s or more at 40 ° C., but ester oil, hard alkylbenzene oil, poly- α-olefin oil and polyalkylene glycol oil may be used.
また、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差が15μmである冷媒圧縮機を凝縮温度=54.4℃、蒸発温度=−23.3℃において500時間運転した。その結果、40℃の時の粘度が8mm2/sの冷凍機油Bを用いたときは、バルブ部120にマフラー122から抽出されたと考えられるオリゴマの付着が観察された。しかし、第1冷凍機油として40℃の時の粘度が7.5mm2/sである鉱油に、第2冷凍機油として40℃の時の粘度が20mm2/sである鉱油を3重量%以上混合して構成された冷凍機油Aを用いたときには、オリゴマやスラッジ等の付着物は観察されなかった。
Further, a refrigerant compressor in which the difference between the diameter of the
これは、40℃の時の粘度が20mm2/sと高い鉱油を混合したために、冷凍機油103の揮発性を抑えることができ、高温になるバルブ部120にオリゴマやスラッジが残留して付着することを抑制できたためであると推察される。
This is because the mineral oil having a viscosity as high as 20 mm 2 / s at 40 ° C. is mixed, so that the volatility of the refrigerating
また、第2冷凍機油の重量割合を3重量%より増加させることにより、さらに揮発し難くなるのでバルブ部120へのオリゴマ付着を抑制する効果が大きくなったと推察される。
Further, it is speculated that increasing the weight ratio of the second refrigerating machine oil from 3% by weight makes it more difficult to volatilize, so that the effect of suppressing the adhesion of the oligomer to the
詳細な結果は示していないが、第1冷凍機油として40℃の時の粘度が7.5mm2/sよりもさらに粘度の低い油を用い、第2冷凍機油として40℃の時の粘度が20mm2/sよりもさらに高い油を種々組み合わせて混合し、混合後の粘度が40℃の時に8mm2/s以下とした冷凍機油を種々用いて試験を行った結果、第2冷凍機油が3重量%以上混合されていれば、オリゴマやスラッジ等の付着物は観察されなかった。 Although detailed results are not shown, an oil having a viscosity lower than 7.5 mm 2 / s at 40 ° C. is used as the first refrigerator oil, and a viscosity at 20 ° C. is 20 mm as the second refrigerator oil. As a result of tests using various refrigerating machine oils having a viscosity of not more than 8 mm 2 / s when the viscosity after mixing is various combinations of oils higher than 2 / s, the second refrigerating machine oil has a weight of 3%. If more than% was mixed, deposits such as oligomers and sludge were not observed.
したがって、40℃のときの粘度が8mm2/s未満である鉱油に、40℃の時の粘度が20mm2/s以上である油を3重量%以上混合して構成された冷凍機油Aを用いることにより、バルブ部等へのオリゴマ付着を抑制して高信頼性の圧縮機とすることができる。 Therefore, the refrigerating machine oil A constituted by mixing 3% by weight or more of an oil having a viscosity of 20 mm 2 / s or more at 40 ° C. with mineral oil having a viscosity of less than 8 mm 2 / s at 40 ° C. is used. As a result, it is possible to suppress the oligomer adhesion to the valve portion or the like and to obtain a highly reliable compressor.
次に(表2)を用いて、冷媒と冷凍機油との適合性について説明する。密閉容器101に、HFC冷媒であるR134a及びHC冷媒であるR600aと、エステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油を基油とする冷凍機油とをそれぞれ封入し、140℃において14日間エージングを行い、冷媒と冷凍機油との適合性を調査した。
Next, the compatibility between the refrigerant and the refrigerating machine oil will be described using (Table 2). The sealed
(表2)より、冷媒と冷凍機油との全ての組み合わせにおいて、スラッジ等の発生も見られず良好な結果であった。 From (Table 2), the generation of sludge and the like was not observed in all combinations of refrigerant and refrigeration oil, and the results were satisfactory.
したがって、HFC冷媒及びHC冷媒と、エステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油を基油とする冷凍機油を用いても、冷凍機油の劣化を抑え、信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。 Therefore, even when using HFC refrigerant, HC refrigerant, and refrigerating machine oil based on ester oil, mineral oil, and hard alkylbenzene oil, deterioration of refrigerating machine oil can be suppressed and a highly reliable refrigerant compressor can be obtained.
なお、エステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油を混合して用いても同様の効果が得られる。 In addition, the same effect is acquired even if it mixes and uses ester oil, mineral oil, and hard alkylbenzene oil.
また、冷凍機油103に酸化防止剤を添加しておくことにより、保管時に高温高湿環境下に曝されたとしても冷凍機油103の劣化を抑えることができるので、信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
In addition, by adding an antioxidant to the refrigerating
また、冷凍機油103にトリクレジルフォスフェートのような自身が化学反応して金属表面に皮膜を形成することが可能な極圧添加剤を混合しておくことにより、摺動部の摩耗を抑えて信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
In addition, the
また、冷凍機油103に高級脂肪酸、高級アルコール、エステル基を有する化合物のような金属と物理的、もしくは化学的に吸着することのできる油性剤を添加してもよい。このような油性剤を添加することにより、マフラー122よりオリゴマが抽出されたとしても、金属表面に付着することを抑えることが期待でき、冷凍サイクルの冷媒102の流路の閉塞を抑えることができるので、信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
Further, an oily agent capable of being physically or chemically adsorbed with a metal such as a higher fatty acid, a higher alcohol, or a compound having an ester group may be added to the refrigerating
以上のように、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機は、圧縮室113の直径とピストン115の直径との差を4μm以上、かつ15μm以下とし、冷凍機油103は、40℃のときの粘度が8mm2/s以下であり、40℃のときの粘度が8mm2/s以下である第1冷凍機油に、40℃の時の粘度が20mm2/s以上である第2冷凍機油を混合することにより、高い圧縮機の効率と高い信頼性を実現することができる。
The viscosity of the refrigerant compressor of embodiment, the difference between the diameters of the
以上のように、本発明の冷媒圧縮機は高い効率を備え、冷凍サイクルを用いた機器に幅広く適用できる。 As described above, the refrigerant compressor of the present invention has high efficiency and can be widely applied to devices using a refrigeration cycle.
100 冷媒圧縮機
101 密閉容器
102 冷媒
103 冷凍機油
106 電動要素
107 圧縮要素
112 シリンダブロック
113 圧縮室
115 ピストン
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