JPH07269996A - 冷凍装置および冷媒圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍装置及び冷媒圧縮装置の潤滑油に、エス
テル系あるいはＰＡＧ系等の吸湿性が高く加水分解する
ものを使用する場合、潤滑油に含まれる水分を、効果的
に除去する。 【構成】 冷凍装置に用いる冷媒圧縮装置の構造とし
て、冷凍サイクル中の潤滑油が主として存在する容器１
下部の油溜まり４に、乾燥剤２が乾燥剤保持部３に封入
された状態で浸漬されるように設置する。乾燥剤保持部
３は潤滑油の流動は妨げずかつ乾燥剤が流出しないよう
に保持する網かご形状であり、乾燥剤２は油溜まり４に
存在する潤滑油中の水分を吸着脱水していく。 【効果】 潤滑油が集中しているので水分濃度が高く、
また高温となるため加水分解が発生し易い圧縮機構部５
への給油経路直前に乾燥剤を設置するため、冷凍サイク
ル中の水分が効果的に除去されるので、信頼性の高い冷
凍装置を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気圧縮冷凍サイクル
を用いた空気調和機、冷凍機を構成する、冷凍装置およ
び冷媒圧縮装置に関わる。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍装置では、例えば特開平４−
１８３７８８、特開平５−６６０７５あるいは実開平３
−１３０７４に示されるように、冷凍サイクル中の水分
を除去する乾燥剤は、冷媒の循環する流路内あるいは流
路に接するか、流路途中の容器内に設置されていた。す
なわち、凝縮器後の凝縮液冷媒配管途中または受液器
内、あるいは蒸発器後方の管路内または気液分離器内に
設置しているものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷凍サイクル中に存在
する水分は、冷媒の分解による酸の発生への関与や、低
温部での氷結によるストレーナ詰まりなど、信頼性を低
下させる現象の原因となる。このため、製造ラインや現
地工事において、冷凍サイクル内に水分が混入する可能
性のあるものに対しては、冷媒流路中に乾燥剤を設置し
て、問題とならない水分濃度にする対策が、従来よりと
られていた。

【０００４】近年環境保護の観点から、オゾン層を破壊
する原因である塩素原子を分子構造中に含まない弗化炭
化水素系冷媒が、蒸気圧縮冷凍サイクルの作動流体とし
て一部実用化している。塩素を含まない弗化炭化水素系
の新冷媒は、分子構造上分極作用が大きく、従来から潤
滑油として用いられてきた鉱物油あるいはアルキルベン
ゼン等の合成油との相溶性がほとんど無いものである。
このため、サイクル内での油の循環性などを考えると、
新冷媒の潤滑油として前記鉱物油あるいはアルキルベン
ゼン等の合成油を用いるには、信頼性の観点から重大な
問題があった。

【０００５】かかる問題を解決するため、分子構造中に
エステル結合やエーテル結合を導入した物質を使用する
新潤滑油が開発され、実用化されてきている。これら新
潤滑油では、分子構造による分極作用によって冷媒との
相溶性を確保している。ところで従来の鉱物油あるいは
アルキルベンゼンなどの合成油を主体としている潤滑油
は、一般的に冷凍サイクルに使用される冷媒と比較し
て、飽和水分量が小さい傾向であった。新潤滑油では、
分子構造による分極作用のため新冷媒のみならず水分の
溶解性も極めて高くなるため、同一条件下での飽和水分
量が新冷媒よりも大きな値を示すものとなり、従来の場
合と逆転している。

【０００６】これら新潤滑油のエステル系潤滑油あるい
はエーテル結合とともに部分的にエステル結合を有する
ポリアルキレングリコール（以下ＰＡＧ）系潤滑油で
は、水分の及ぼす影響として、加水分解による潤滑油の
分解劣化が新たに問題となる。すなわちエステルの加水
分解では有機酸が遊離するので、酸による圧縮機構摺動
部の腐食的摩耗や銅メッキ現象等の原因となるため、機
器の信頼性を著しく損ねる極めて大きな問題を有してい
る。この加水分解を生じさせないために、反応のもとと
なる水分を除去すべく、従来に比較して一層厳しい冷凍
サイクル中の水分管理が必要となっている。

【０００７】本発明の目的は、冷凍装置および冷媒圧縮
装置において、従来方法に比べより一層の水分吸着効果
を得ることができる、乾燥剤の設置方法を示すことにあ
る。本発明の別の目的は、新冷媒に対応して使用され
る、分子構造中にエステル結合を有する物質を使用した
潤滑油が分解劣化しにくい、冷凍装置および冷媒圧縮装
置の構造を示すことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、流体中の水分を吸着脱水する乾燥剤を、潤滑油が主
として存在する部分に設置する手段を採用する。具体的
には、乾燥剤を設置する部位が、冷媒圧縮装置密閉容器
下部の油溜まり部分、あるいは冷媒圧縮装置吐出側に設
置されている油分離装置の油溜まり部分、さらには冷媒
圧縮装置の外部給油機構の返油管路途中である構造をと
る手段を採用する。

【０００９】また、前記目的を達成するために、冷媒圧
縮装置の圧縮機構に、インボリュート曲線などの渦巻形
状のラップ部が鏡板面に直立する形状を有する、一対の
固定スクロールと旋回スクロールを各々前記ラップ部側
で組み合わせて、前記旋回スクロールを旋回することに
より、前記ラップ部に形成される三日月形状の圧縮室を
中心部に向かって移動し吸入ガスを圧縮する、スクロー
ル流体機械を使用する手段を採用する。

【００１０】

【作用】本発明では、冷凍サイクル中に存在する水分
は、飽和水分の高い潤滑油の方により多く存在するの
で、潤滑油が溜まる容器に設置した乾燥剤はより高い水
分濃度中にさらされ、水分分子が乾燥剤の水分分子吸着
部分に接触する確率が高くなり、乾燥剤の水分吸着能力
が増加する。このため冷凍サイクル中に存在する水分が
速やかに除去されるので、水分が原因となるエステル系
あるいは部分的にエステル結合を有するＰＡＧ系潤滑油
の加水分解を抑制し、低温部の氷結水分詰まりを防止す
る作用がある。

【００１１】また、一般的に冷媒圧縮装置容器内部の潤
滑油が主として溜まっている部分は、圧縮機構部の潤滑
を必要とする摺動部分への給油機構の直前である。ここ
へ乾燥剤を設置するので、摩擦で高温環境になり潤滑油
の加水分解を生じさせる主たる部分となる軸受や圧縮機
構の摺動部と、乾燥剤の設置場所との間を短くできる。
したがって、加水分解前に水分が乾燥剤に接する確立が
高くなるので、冷凍サイクル中に存在する水分が速やか
に除去され、水分が原因となるエステル系あるいは部分
的にエステル結合を有するＰＡＧ系潤滑油の加水分解を
抑制する作用がある。

【００１２】さらに、冷媒圧縮装置にスクロール流体機
械を用いるため、その特徴の一つである機構部摺動部分
の面積の広さによって、局部的発熱による高温部分が生
じにくいため、潤滑油あるいは冷媒の熱分解あるいは加
水分解を抑制する作用がある。

【００１３】

【実施例】本発明の第１の実施例を、以下説明する。

【００１４】図２は本実施例の冷凍装置の構成を示し、
圧縮機２０、凝縮器２１、レシーバ２２、膨張装置２
３、蒸発器２４、気液分離器２５を構成要素として、配
管により順次連結され、圧縮機２０、凝縮器送風機２
６、蒸発器送風機２７を動作させることで冷媒が熱交換
して蒸気圧縮冷凍サイクルを実現する、冷凍装置であ
る。

【００１５】本実施例の冷凍装置に使用する冷媒は、オ
ゾン層を破壊する塩素原子を分子構造中に含まない弗化
炭化水素系フロン冷媒、例えば、フルオロメタン（ＨＦ
Ｃ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、
１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４
ａ）、１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ１４３
ａ）などを、単体または複数種類あるいはその他の物質
との混合状態で冷凍サイクルの作動冷媒として使用す
る、例えばＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１３４ａ
をそれぞれ２３、２５、５２質量％で混合した非共沸混
合冷媒を使用するものとする。

【００１６】また、本実施例の冷凍装置に使用する潤滑
油としては、分子構造中にエステル結合（−Ｏ−ＣＯ
−）を有する物質、例えばアルコールとしてトリメチロ
ールプロパン、ペンタエリスリトールなどのポリオール
と、モノカルボン酸によるヒンダードエステルを主体と
して構成される、エステル系潤滑油を使用する。このエ
ステル系潤滑油は分子構造による分極作用のため、水分
の溶解性が極めて高く、具体的には２０℃の大気圧中で
１３００ｐｐｍ以上の飽和水分量であり、同一条件の前
記非共沸混合冷媒よりも大きな値である。また、エステ
ル系潤滑油は加水分解により有機酸が発生するため、圧
縮機構摺動部の腐食的摩耗や銅メッキ現象等を引き起こ
すため、信頼性を著しく損ねるポテンシャルを持ってい
る。

【００１７】ところで、水分は製品製造工程や現地冷媒
配管工事等によって、冷凍サイクル中に後歴的に侵入し
存在している可能性がある。これら冷凍サイクル中の水
分は、本実施例の冷凍装置では、飽和水分のより高い潤
滑油中により多く存在している。

【００１８】本実施例の圧縮機２０として使用される冷
媒圧縮装置を、図１に従い説明する。図１は本発明を応
用した冷媒圧縮装置の構造概念図であり、容器１、乾燥
剤２、乾燥剤保持部３、油溜まり４、圧縮機構部５、吸
入管６、吐出管７、電動機８、主軸９、給油機構部１
０、ハーメチック端子１１を示している。

【００１９】図１の冷媒圧縮装置の各部の働きを示す。
圧縮機構部５は主軸９を介し電動機８により駆動され、
冷媒を吸入管６より吸い込み、圧縮して高圧ガス冷媒に
する働きをもつ。その構造は、例えばレシプロ形、ロー
タリ形、スクロール形、ターボ形、スクリュー形等の圧
縮方式である圧縮構造と、主軸を保持する軸受け構造と
をフレームにより結合している。本実施例は、高圧チャ
ンバ方式の形態を持つものであり、圧縮機構部５により
圧縮された冷媒ガスは容器１中に吐出され、吐出管７よ
り容器１外へ吐出されるまでの間に圧縮冷媒中に含まれ
る潤滑油の一部を分離して、容器１下部に油溜まり４を
形成し、潤滑油を貯溜する。給油機構部１０は、油溜ま
り４から潤滑油を吸い上げ、圧縮機構部５の圧縮機構や
軸受け摺動部に給油する機能を持ち、例えば圧縮過程ガ
ス圧力による中間圧との差圧による給油や、ポンプ機構
による給油、遠心力を利用した給油方法等を利用してい
る。かくして給油された潤滑油により、圧縮機構部５の
摺動部に油膜が形成され、摩耗や発熱を抑え、動力ロス
を低減する。そして、この油溜まり４中に浸漬するよう
に、水分を吸着する、例えばビーズ形状の合成ゼオライ
トからなる乾燥剤２を、潤滑油の流動は妨げずかつ乾燥
剤２が流出しない網篭形状である乾燥剤保持部３内に設
置している。該保持部は、前記網篭形状のほかに、乾燥
剤の流出を防止し潤滑油の流れは阻害しないパンチメタ
ルやプラスチック織物等で構成することができる。

【００２０】次に本実施例の作用を示す。本実施例で
は、前述のとおり潤滑油中に冷媒より多くの水分が存在
しているうえ、冷凍サイクル中の潤滑油は、通常圧縮機
２０内に最も多く存在しているので、油溜まり４に水分
が最も集中していることになる。ここに乾燥剤２を設置
しているので、乾燥剤２の周囲にはいずれの冷凍サイク
ル構成要素より高い濃度で、水分が存在している。乾燥
剤は、吸着物質濃度が高いほど、吸着性能が良くなる特
性を持っている。したがって、従来の冷凍装置のよう
に、凝縮器後の凝縮液冷媒配管途中または受液器内、あ
るいは蒸発器後方の管路内または気液分離器内といっ
た、冷媒の循環する流路内途中あるいは流路に接するよ
うに乾燥剤を設置した場合よりも、高い水分吸着性能を
発揮することができる。このため冷凍サイクル中に存在
する水分が速やかに除去されるので、水分が原因となる
潤滑油の加水分解が効果的に抑制されるのである。

【００２１】なお、本実施例では高圧チャンバ方式の冷
媒圧縮装置を示しているが、低圧チャンバ方式の冷媒圧
縮装置、あるいは圧縮機構と電動機が倒立している構
造、さらには横置き構造をとっているものでも、容器内
の油溜まりに乾燥剤を設置することで、同様な効果を得
ることができる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例を示す。

【００２３】図３は冷凍装置に用いる冷媒圧縮装置の構
造を示しており、容器３０、固定スクロール３１、旋回
スクロール３２、乾燥剤３３、乾燥剤保持部３４、油溜
まり３５、オルダムリング３６、フレーム３７、吸入管
３８、吐出管３９、バランスウエイト４０、コロ軸受４
１、滑り軸受４２、主軸４３、給油管４４、ハーメチッ
ク端子４５、電動機４６を主要部品として構成される。

【００２４】本冷媒圧縮装置は、第１の実施例に示され
る図１の冷媒圧縮装置において、スクロール形の圧縮方
式を採用する場合の具体例を示している。したがって、
使用される冷媒および潤滑油は第１の実施例に準ずる。
本冷媒圧縮装置の圧縮機構は、固定スクロール３１、旋
回スクロール３２、オルダムリング３６、フレーム３７
により構成される。固定スクロール３１および旋回スク
ロール３２は、同形状のインボリュート曲線等の渦巻形
状であるラップ部を１８０°ずらして鏡板面に垂直に形
成して互いに組み合わせることで、三日月状の圧縮室を
各々のラップ部と鏡板面に囲まれるように形成する。こ
の旋回スクロール３２を、固定スクロール３１と連結さ
れるフレーム３７に対し、相対的に回転運動を行わさせ
ず、旋回スクロール３２の鏡番面において全ての点で同
一半径の円を描くように旋回運動をさせるよう運動を拘
束させる働きを持つオルダムリング３６により、主軸４
３の回転を旋回スクロール３２の旋回運動に変換する。
旋回スクロール３２の回転半径は、ラップ間隔と同一に
してあるので、旋回スクロール３２を旋回運動させるこ
とで、三日月状密閉空間の圧縮室は中心に向かって容積
を狭めていき、吸入ガスを圧縮する構造である。

【００２５】本スクロール圧縮方式の冷媒圧縮装置で
は、機構部摺動部分の面積が広いので、例えばロータリ
形圧縮構造のベーン先端とローラの線接触部の様に、被
荷重部の面圧が極めて高く局部的発熱による高温部分が
生じることが無い。このため、潤滑油あるいは冷媒の熱
分解あるいは加水分解が生じにくい構造である。本スク
ロール圧縮方式にさらに第１の実施例に示す様に、油溜
まり３５中に乾燥剤３３を設置することで、いっそう潤
滑油の分解劣化が生じにくい構造にすることができるの
である。

【００２６】なお、いずれの実施例においても、水分に
起因する問題を有する他の潤滑油、例えばエーテル結合
（Ｃ−Ｏ−Ｃ）を主体として部分的にエステル結合を有
するポリアルキレングリコール油、あるいは加水分解し
て炭酸ガスを発生する炭酸エステル油等に対しても同様
な効果が得られるうえ、冷媒よりも潤滑油の方に水分が
より多く存在する場合ならば、本実施例で述べた物質以
外でも有効であり適用される。

【００２７】また、油分離器を冷媒圧縮装置吐出側の後
方に備え、分離した潤滑油を冷媒圧縮装置の低圧側また
は給油機構部等に戻す構造や、あるいは冷媒圧縮装置外
部に圧縮器下部や油分離器下部等の油溜まりから油を吸
引する給油ポンプなどを有して潤滑する、外部給油方式
の場合、油分離装置容器内または潤滑油給油配管途中に
乾燥剤を設置する方法をとることもできる。

【００２８】さらに、いずれの実施例においても、乾燥
剤および乾燥剤保持部を、容器外部より任意に着脱でき
る機構にすることで、乾燥剤を任意に新品に交換できる
ので、サービス時に冷凍サイクルが大気に解放された場
合に混入する水分を、再び除去する構造とすることがで
きる。潤滑油を抜くこと無く、乾燥剤を交換できる構造
の例を、図４に示す。例えば、冷媒圧縮装置、油分離器
等の潤滑油が存在する容器５０は、油溜まり５１の最高
油面より高い位置に、乾燥剤５２を保持する取り出し可
能な乾燥剤保持器５３の挿入口を有し、開閉可能なキャ
ップ５４によって密封される構造である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、水分が原因となる潤滑
油の加水分解を抑制できるので、加水分解により生成す
る有機酸が引き起こす摺動材料の腐食的摩耗が低減で
き、信頼性の高い冷凍装置あるいは冷媒圧縮装置を実現
することができる。

【００３０】また、低温部の氷結水分詰まりを防止する
ことができるので、圧力変動を抑え、安定したサイクル
により、信頼性の高い冷凍装置を実現することができ
る。

【００３１】また、潤滑油の分解を生じさせ易い摺動部
分の直前で、水分を除去できるので、より信頼性の高い
冷凍装置あるいは冷媒圧縮装置を実現することができ
る。 さらに、本発明によれば、局部的発熱による高温
部分が生じにくいので、冷媒あるいは潤滑油の熱分解あ
るいは加水分解を抑制できるので、分解物が引き起こす
摺動部摩耗の増加や銅メッキ現象等を低減することがで
き、より信頼性の高い冷凍装置あるいは冷媒圧縮装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の、冷媒圧縮装置の構造
概念を示す図

【図２】本発明の第１の実施例の、冷凍装置の構成を示
す図

【図３】本発明の第２の実施例の、冷媒圧縮装置の構造
を示す図

【図４】本発明の実施例の、潤滑油を抜くことなく乾燥
剤を交換できる構造を示す図

【符号の説明】

１…容器、２…乾燥剤、３…乾燥剤保持部、４…油溜ま
り、５…圧縮機構部、６…吸入管、７…吐出管、８…電
動機、９…主軸、１０…給油機構部、１１…ハーメチッ
ク端子、２０…圧縮機、２１…凝縮器、２２…レシー
バ、２３…膨張装置、２４…蒸発器、２５…気液分離
器、２６…凝縮器送風機、２７…蒸発器送風機、３０…
容器、３１…固定スクロール、３２…旋回スクロール、
３３…乾燥剤、３４…乾燥剤保持部、３５…油溜まり、
３６…オルダムリング、３７…フレーム、３８…吸入
管、３９…吐出管、４０…バランスウエイト、４１…コ
ロ軸受、４２…滑り軸受、４３…主軸、４４…給油管、
４５…ハーメチック端子、４６…電動機、５０…潤滑油
が存在する容器、５１…油溜まり、５２…乾燥剤、５３
…乾燥剤保持器、５４…キャップ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、冷媒圧縮装置、凝縮器、膨
   張装置、蒸発器を構成要素として、配管により順次連結
   して冷凍サイクルを構成し、冷凍装置の作動流体である
   冷媒よりも水分を多く含む潤滑油を用いた冷凍装置にお
   いて、 前記潤滑油が主として存在する部分に、前記冷凍サイク
   ル内の水分を吸着脱水する乾燥剤を設置したことが特徴
   である、冷凍装置。
2. 【請求項２】 少なくとも、冷媒圧縮装置、凝縮器、膨
   張装置、蒸発器を構成要素として、配管により順次連結
   して冷凍サイクルを構成し、２０℃の大気圧下における
   飽和水分量が１３００ｐｐｍ以上の潤滑油を用いた冷凍
   装置において、 前記潤滑油が主として存在する部分に、前記冷凍サイク
   ル内の水分を吸着脱水する乾燥剤を設置したことが特徴
   である、冷凍装置。
3. 【請求項３】 乾燥剤を設置する部位は、冷媒圧縮装置
   密閉容器下部の油だまり部分である、請求項１又は２の
   冷凍装置。
4. 【請求項４】 乾燥剤を設置する部位は、冷媒圧縮装置
   吐出側に設置されている油分離装置の油だまり部分であ
   る、請求項１又は２の冷凍装置。
5. 【請求項５】 乾燥剤を設置する部位は、冷媒圧縮装置
   容器外部に設置されている、外部給油機構の返油管路途
   中である、請求項１又は２の冷凍装置。
6. 【請求項６】 潤滑油は、その分子構造中にエステル結
   合を持つ物質を含んで構成される、請求項１ないし５の
   いずれかの冷凍装置。
7. 【請求項７】 冷媒は、塩素を含まない弗化炭化水素
   が、一種あるいは複数種又は必要に応じて他の物質とと
   もに混合した状態で用いられるものである、請求項１な
   いし６のいずれかの冷凍装置。
8. 【請求項８】 冷媒圧縮装置は、圧縮機構にインボリュ
   ート曲線などの渦巻形状のラップ部が鏡板面に直立する
   形状を有する一対の固定スクロールと旋回スクロールを
   各々前記ラップ部側で組み合わせて、前記旋回スクロー
   ルを旋回することにより、前記ラップ部に形成される三
   日月形状の圧縮室を中心部に向かって移動し、吸入ガス
   を圧縮するスクロール流体機械である、請求項１ないし
   ７のいずれかの冷凍装置。
9. 【請求項９】 乾燥剤は、任意に着脱できる容器に収納
   されている請求項１ないし８のいずれかの冷凍装置
10. 【請求項１０】 少なくとも、冷媒圧縮装置、凝縮器、
    膨張装置、蒸発器を構成要素として、配管により順次連
    結して冷凍サイクルを構成し、エステル結合を有するた
    め水分が原因となる加水分解が生じる物質を含む潤滑油
    を使用した冷凍装置において、 圧縮機構にインボリュート曲線などの渦巻形状のラップ
    部が鏡板面に直立する形状を有する一対の固定スクロー
    ルと旋回スクロールを各々前記ラップ部側で組み合わせ
    て、前記旋回スクロールを旋回することにより、前記ラ
    ップ部に形成される三日月形状の圧縮室を中心部に向か
    って移動し吸入ガスを圧縮する、スクロール流体機械を
    使用することを特徴とした、冷凍装置。
11. 【請求項１１】 冷凍サイクルの作動流体である冷媒よ
    りも水分を多く含む物質を有する潤滑油を使用し、蒸気
    圧縮冷凍サイクルに用いられる冷媒圧縮装置において、 前記流体中の水分を吸着脱水する乾燥剤を、前記冷媒圧
    縮装置容器内部の前記潤滑油が主として溜まっている部
    分に設置したことが特徴である、冷媒圧縮装置。