JPH086987B2 - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JPH086987B2
JPH086987B2 JP2086656A JP8665690A JPH086987B2 JP H086987 B2 JPH086987 B2 JP H086987B2 JP 2086656 A JP2086656 A JP 2086656A JP 8665690 A JP8665690 A JP 8665690A JP H086987 B2 JPH086987 B2 JP H086987B2
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吉治 本間
憲一 川島
亮 太田
伊藤  豊
茂樹 小松崎
敦夫 岸
董 飯塚
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00Fluid
    • F04C2210/26Refrigerants with particular properties, e.g. HFC-134a

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  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は冷凍装置に係り、特に、カーエアコンルーム
エアコン、パッケージエアコン、冷凍機等の回転駆動部
にころ軸受を有る冷凍圧縮機を用いた冷凍装置に関す
る。
[従来技術] 近年、カーエアコン等の冷凍装置は、小型、高性能化
と共に冷凍圧縮機の作動媒体の流量を、室内温度により
自動的に制御する方式の冷凍装置が出現している。
前記の冷凍圧縮機は、第1図に示す様に片方にピスト
ンを有する片斜板型が多く、この斜板の傾斜角度を室内
温度によって任意に変えることにより冷凍能力を調節す
ることができる。一方、この斜板は軸受で支えられてい
るがその負荷が大きいことから、該軸受には負荷容量の
大きいころ軸受が採用されている。
また、ルームエヤコンやパッケージエアコンでは省エ
ネルギー、低騒音、最適冷暖房が志向され、圧縮機の高
効率化、低トルク変動化、インバータによる回転数制御
のし易さ等の面から第3図に示すようなスクロール圧縮
機が主流になりつゝある。
この圧縮機は、実質的に同一形状の2つの渦巻状のラ
ップ21、21′を対向させて噛合せ、一方のラップに対し
てもう一方のラップを連結されたクランクシャフトによ
って旋回運動させることにより冷媒を吸入圧縮するもの
である。
この圧縮機では、圧縮トルクの反力を軸受で支えてい
るが、その負荷が大きいことから該軸受には負荷容量の
大きい円筒ころ軸受20が採用されている。
こうしたカーエアコン,ルームエヤコンやパッケージ
エアコン等の冷凍機の作動媒体の冷媒として、ハロゲン
化炭化水素の一種であるジクロロジフルオロメタン(CC
l2F2;R12)やモノクロロジフルオロメタン(CHClF2;R2
2)が用いられている。
また、潤滑油としては、ナフテン系やパラフィン系の
鉱油が前記冷媒との相溶性が良いことから広く用いられ
ている。
しかし、前記R12及びR22は地球のオゾン層を破壊する
という環境問題から、その使用が規制されることにな
り、これに代わるものが要求されている。
こうした冷媒として考えられるものは、上記冷媒のそ
れぞれの沸点に近い沸点を持つハイドロフルオロカーボ
ンまたはフルオロカーボン等である。
現在、R12の代替冷媒として実用化が考えられている
ものとしては、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(CF3CH
F2;R134a)であり、R22の代替冷媒としては、ジフルオ
ロメタン(CH2F2;R32)及び上記R134a単体、あるいは上
記R134a、R32、ペンタフルオロエタン(CHF2CF3;R12
5)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(CHF2CHF3;R13
4)、1,1,1−トリフルオロエタン(CF3CH3;R143a)等の
2種以上を混合した混合冷媒が挙げられる。
ところが、この冷媒は一般の鉱油系潤滑油との相溶性
が極めて悪いという欠点がある〔冷凍60 816(1985
年)〕。この理由としては、R12やR22のように分子中に
塩素を持たないためと考えられる〔アシュレ ガイド
アンド データ ブック(ASRAE Guide and Data B
ook)307頁(1969年)〕。
[発明が解決しようとする課題] 前記ハイドロフルオロカーボンに溶解する潤滑油とし
て、ポリアルキレングリコール(米国特許第4,755,316
号)やポリオールエステルが提案されている。しかし、
ポリアルキレングリコールやポリオールエステルは鉱油
に比べて吸湿性が大きいと云う問題がある。
こうした水分の多い潤滑油を用いて冷凍圧縮機を運転
すると、ころ軸受表面に疲労に基づくフレーキング(比
較的大きな面積が腐食されて剥離脱落する現象)が発生
し、これによって運転不能に陥ることがある。また、こ
の他に油中水分が多いと冷凍サイクルを構成する機器に
使用されている銅部材から銅イオンが析出し、滑り軸受
等の鉄系部材と結合し、いわゆる銅めっき現象を生じ
て、軸受が焼付きを起こす。
油中水分を200ppm以下に除去したポリアルキレングリ
コールが提案(特開平1−198694号)されている。しか
し、ポリアルキレングリコールやポリオールエステル
は、吸湿し易い特性を有するためにその脱水は容易でな
い。また、カーエアコン特有の現象として、配管のゴム
ホース、O−リングや軸シールと云ったゴム系材料を用
いたシール部から浸透する水分の吸収を防ぐことが極め
て困難である。従って、ある程度の水分を含む状態で使
用せざるを得ないのが実情である。
第1図はカーエアコンの片斜板型冷凍圧縮機の一例を
示す断面図である。
冷凍圧縮機の駆動は、エンジンの回転力をVベルト
(図示せず)を介してプーリ1に伝えることにより行わ
れる。そして圧縮機の運転,停止は、マグネットクラッ
チのコイル2への電流を投入または遮断することにより
該クラッチを結合,離脱させて行われる。
マグネットクラッチの結合によりシャフト3に取付け
られた斜板6が回転し、コンネクチングロッド7を介し
てピストン8が左右に動く。このピストン8の往復動作
により、シリンダ内に冷媒ガスを導入し、圧縮して高圧
の冷媒ガスとし、圧縮機の外部に設けられた凝縮器で高
圧液とし、これを膨張弁により断熱膨張させることによ
り冷熱源を得るものである。
前記圧縮機の斜板6とピストンサポート9との間にラ
ジアル針状ころ軸受5が装着されており、また斜板6に
加わるピストンの反力を支えるためにラジアル針状ころ
軸受4が挿入されている。
前記ころ軸受4,5の潤滑はフロントカバー10の底部に
滞留させた冷媒と潤滑油との混合物からなる作動媒体
を、斜板の回転運動によるはね掛けによって供給し、該
軸受の摩擦低減と焼付き防止を図る。
既述のように、こうしたカーエアコンの冷凍装置では
メカニカルシール部やゴムホースからの水分の侵入は避
けられず、ある程度の水分を含んだ状態での運転を余儀
なくされる。
一方、冷媒であるハイドロフルオロカーボンまたはフ
ルオロカーボン等のフッ化炭化水素は、従来の塩素を含
むR12に比較して熱安定性が良好なことから、熱安定性
が鉱油よりも劣るポリアルキレングリコールと組合せて
も当該冷媒の分解により発生するHFの生成量は比較的少
ない。
しかし、水分が存在するとHFの生成量が多くなり、こ
のHFと水分とによって冷凍圧縮機内のころ軸受の表面に
銅めっき現象を生起して、摺動面の焼付きを発生させた
り、ころ軸受のフレーキングを引き起こすと云う問題が
ある。
このように油中の水分はHFの発生に大きく係わってい
る。従って、HFの発生を抑制するためには油注水分を少
なくすることが最も望ましいが、吸湿性の大ききポリア
ルキレングリコール等を潤滑油として用いた場合、水分
を除去することは非常に困難である。
本発明の目的は、前記の状況に鑑み、冷凍圧縮機のこ
ろ軸受のフレーキングを抑制し、運転寿命を向上した冷
凍装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するための本発明の要旨は、フッ化炭
化水素系冷媒および脂肪族系合成潤滑油を作動媒体とす
る冷凍圧縮機を備えた冷凍装置において、 前記作動媒体の流路内にフッ化ナトリウムおよび脱水
剤のそれぞれを前記フッ化炭化水素系冷媒1kg当り40g以
上装填したことを特徴とする冷凍装置にある。
前記フッ化炭化水素系冷媒としては、一般式 CxHyFz 〔I〕 (但し、xは1〜3、yは1〜7、zは1〜7の整数)
で示され、臨界温度が40℃以上のものが使用できる。
また、前記脂肪族系合成潤滑油としては、ポリアルキ
レングリコール,ネオペンチルポリオールエステルおよ
びポリエーテル変性シロキサンの少なくとも一種から選
ばれる。例えば、ポリアルキレングリコールとしてはニ
ッサン・ユニルーブMB−11(日本油脂製),ネオペンチ
ルポリオールエステルとしてはニッサン・ユニスタH308
B(日本油脂製、トリメチロールプロパンのエステル)
またはポリエーテル変性シリコーンとしてはPS555(チ
ッソ製)等がある。
前記HF吸着剤であるフッ化ナトリウムは、取扱い易い
と云う点から多孔質のペレット状に成形したものがよ
い。該ペレット状吸着剤はそのまま冷凍装置の作動媒体
の流路内に設けた容器に入れ、発生したHFを吸着させる
ことによって本発明の目的を達成することができる。
また、特に容器等を設けないときは、第2図に示すよ
うに冷凍装置の液タンク14内に装填してもよい。その際
は、布製の袋に入れて装填するのが簡便でよい。
第2図のように、圧縮機12で圧縮された冷媒は、凝縮
器13、液タンク14、膨張弁15、蒸発器16と順次冷凍サイ
クルに運ばれて、冷凍の仕事にあずかるわけであるが、
液タンク14内で冷媒中のHFを捕捉するのが効果的であ
る。
なお、フッ化ナトリウムペレットとしては、ナフペレ
ット(森田化学工業製)がある。該ナフペレットはNaF9
8%以上の直径3mm×厚さ3mmの多孔質白色ペレットであ
る。
上記HF吸着剤は、フッ化炭化水素系冷媒1kg当たり40g
以上配合するのがよい。
作動媒体中の水分は、前記HF吸着剤と同様に脱水剤を
冷媒の流路内に配することによって除くことができる。
脱水剤としては合成ゼオライトがよい。合成ゼオライト
にはモレキュラシーブ(ユニオン昭和製)がある。これ
らの脱水剤も布袋等に入れて液タンク14内に装填するこ
とができる。なお、脱水剤は前記フッ化炭化水素系冷媒
を吸着しないものがよい。
液タンク14内への装填は、膨張弁15の上流に配置する
ことになり、水分が凍結することによる膨張弁の目詰ま
りを防止する上でも好ましい。該脱水剤も前記吸着剤と
同様に冷媒1kg当たり40g以上配合するのがよい。
なお、、本発明の目的を阻害しない範囲内であれば、
前記作動媒体に消泡剤や潤滑特性向上のための極圧剤等
を添加してもよい。
[作用] 本発明が、ころ軸受のフレーキングを抑制することが
できるのは、冷凍圧縮機の摺動部や冷媒吐出部の高温と
なる所で水分の共存下で発生するフッ化炭化水素の分解
生成物であるHFを、前記吸着剤が、式 NaF+HF→NaHF2 〔II〕 で示されるように吸着してとり除くためである。
また、脱水剤を配したことによって、水素の発生が抑
制されHFの発生をより抑制することができる。
HFによる銅配管より溶出した銅イオンが鋼表面(特に
摺動部のような活性部)を覆う銅めっき現象もHFを吸着
することによって抑制され、ころ軸受のくり返し負荷
(疲労)による表面のミクロクラックも、腐食による拡
大が抑えられることによりフレーキングの発生を抑制で
きるものと考える。腐食が起こらなければミクロクラッ
クは直ちに接合され、拡大することはない。
[実施例] 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図に示すエアコン用冷凍圧縮機を電動機により50
00rpmの定則回転とし、圧縮機からの吐出圧力20kgf/c
m2、100時間連続運転後の冷凍機潤滑油中のF-量を測定
した。また、圧縮機の各ころ軸受部の銅めっき現象およ
びフレーキングの発生状況を調べた。
なお、作動媒体は1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R
134a)と1,1−ジフルオロエタン(R152a)のそれぞれ約
1kgと、運転開始前の油中水分量が400ppmのポリアルキ
レングリコール300mlとからなるものを用いた。
また、多孔質NaFペレット40g,モレキュラシーブ40gを
それぞれ羊毛フェルト製の袋に入れたものを、第2図の
液タンク14内に入れた場合と入れない場合について、前
記油中F-量およびフレーキング発生の状況を比較した。
結果を第1表に示した。
表から明らかなようにHF吸着剤および脱水剤を装填す
ることによってHFの発生、フレーキングの発生を抑制す
ることができる。
本実施例では、ネオペンチルポリオールエステルの一
例としてトリメチロールプロパンのエステルについて説
明したが、ネオペンチルポリオールエステルにはペンタ
エリスリトールのエステル、ネオペンチルグリコールの
エステル、トリメチロールエタンのエステル、ジペンタ
エリスリトールのエステル〔エイ・エス・エル・イー
トランザクション ASLE Tran.,29 No.2185(1985
年)〕と、コンプレックスエステル〔ペトロテック PT
ROTECH 第8巻 第5号 443〜447頁(1985年)〕等が
あり、これらのエステルについて,R22の代替冷媒と考え
られるR32、R134、R143、R125等についても、同様のテ
ストを実施したが、第1表の結果と同様の結果が得られ
た。
なお、本実施例においては、カーエアコンについて説
明したが、本発明は一般のエアコン、冷蔵庫等の冷凍装
置にも適用することができる。
なお、上記第1表のF-濃度は、フッ化物イオン電極法
により測定した。
プラスチック製の100mlビーカに2〜10gの供試油を採
取し、100mlの蒸留水、1mlのpHイオン濃度調整液(酢酸
ナトリウム200g、硝酸カリウム100gおよび酢酸37mlを1
の蒸留水で希釈したもの)を加える。上記の液中にフ
ッ化物イオン電極と比較電極を挿入し、これに接続され
たイオンメータの電位差を読み取り、予め作成された該
電位差とF-濃度との関係線図からF-濃度を求めた。
[発明の効果] 本発明は、冷凍圧縮機の軸受表面の腐食およびフレー
キングを抑制する効果があり、エアコンや冷蔵庫の寿命
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はカーエアコン用の斜板式圧縮機の縦断面図、第
2図はカーエアコンの冷凍サイクルを示す模式図、図3
はスクロール型冷凍圧縮機の縦断面図である。 1……プーリ、2……コイル、3……シャフト、4,5…
…ころ軸受、6……斜板、7……コンネクチングロッ
ド、8……ピストン、9……ピストンサポート、10……
フロントカバー、11……吸着剤、12……圧縮機、13……
凝縮器、14……液タンク、15……膨張弁、16……蒸発
器、17……ブロア、18……ラジエータ、19……冷媒配
管、20……円筒ころ軸受、21……ラップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 豊 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小松崎 茂樹 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 岸 敦夫 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 飯塚 董 栃木県下都賀郡太平町大字富田800番地 株式会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 平1−198694(JP,A) 特開 昭60−122006(JP,A) 特開 昭57−200480(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ化炭化水素系冷媒および脂肪族系合成
    潤滑油を作動媒体とする冷凍圧縮機を備えた冷凍装置に
    おいて、 前記作動媒体の流路内にフッ化ナトリウムおよび脱水剤
    のそれぞれを前記フッ化炭化水素系冷媒1kg当り40g以上
    装填したことを特徴とする冷凍装置。
JP2086656A 1990-03-30 1990-03-30 冷凍装置 Expired - Lifetime JPH086987B2 (ja)

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US4508631A (en) * 1983-08-02 1985-04-02 Joseph J. Packo Dehydrating refrigerant
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