JPH10103239A - 密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エステル系冷凍機油とＨＦＣ系冷媒を使用し
た場合でも、スラッジが発生せず、密閉型圧縮機の電動
機部に使用したプラステイック絶縁フィルムやエステル
系冷凍機油が劣化せず、長期に亘り安定して運転できる
密閉型往復圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供す
ること。 【解決手段】 冷凍機油としてエポキシあるいはカルボ
ジイミドを添加したエステル系潤滑油を使用し、前記プ
ラステイック絶縁フィルムとしてカルボジイミドで被覆
したポリエステルフィルムを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は密閉型圧縮機およ
びそれを用いた冷凍装置に関し、さらに詳しくは、冷媒
として１，１，１，２−テトラフルオロエタン（以下Ｒ
１３４ａという）単体又はＲ１３４ａとジフルオロメタ
ン（以下Ｒ−３２という）とペンタフルオロエタン（以
下Ｒ−１２５という）との混合冷媒、Ｒ−３２とＲ−１
２５との混合冷媒などのＨＦＣ系冷媒およびこの冷媒と
相溶性のある冷凍機油を使用した密閉電動型圧縮機およ
びそれを用いた冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷蔵庫、自動販売機及びショーケース用
の圧縮機は従来冷媒としてジクロロジフルオロメタン
（以下Ｒ１２という）を多く使用していた。このＲ１２
は、その高いオゾン破壊の潜在性により、大気中に放出
されて地球上空のオゾン層に到達すると、このオゾン層
を破壊する問題からフロン規制の対象となっている。こ
のオゾン層の破壊は冷媒中の塩素基（Ｃｌ）により引き
起こされる。そこで、この塩素基を含有しない冷媒、例
えばＲ３２、Ｒ１２５やＲ１３４ａ、あるいはこれらの
混合物が代替冷媒として考えられており、前記Ｒ１２の
代替冷媒としてＲ１３４ａなどが冷凍機用として検討さ
れている（例えば、特開平１−２７１４９１号公報を参
照）。

【０００３】また、空気調和機等は従来冷媒としてクロ
ロジフルオロメンタ（Ｒ２２）が使用されていたが、や
はり、オゾン層の破壊の環境問題の観点からＨＦＣ系冷
媒が着目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒は現在使われている鉱物
油やアルキルベンゼン油等の冷凍機油との相溶性が悪
く、圧縮機への油の戻りの悪化や寝込み起動時の分離冷
媒の吸い上げなどから圧縮機の潤滑不良に至る問題があ
った。

【０００５】このため、本発明者らはＲ１３４ａ等のＨ
ＦＣ系冷媒と相溶性のある冷凍機油としてエステル系油
を検討した。しかし、このエステル系油は圧縮機に使用
する場合に、圧縮機内部の摺動部材の摩擦・摩耗で温度
が上昇しやすく、その熱により加水分解したり、酸化鉄
などの作用で分解したりして、脂肪酸や金属石鹸などが
生じ、この脂肪酸などにより摺動部材に腐食を起こさせ
たり、摩耗によってスラッヂ成分が発生してキャピラリ
チューブなどを詰まらせたり、また、これらにより圧縮
機の電動要素の固定子の鉄芯とマグネットワイヤ（主コ
イル、副コイル）の間に介在させるプラステイック絶縁
フィルムなどの有機系材料からオリゴマーが抽出された
り、加水分解されるなどの悪影響がでるなど、圧縮機の
耐久性を損なう問題があった。

【０００６】本発明の第一の目的は、冷媒としてＲ１３
４ａ等のＨＦＣ系冷媒を使用し、且つこの冷媒と相溶性
のあるエステル系油を使用しても、摺動部材の摩擦熱に
よる熱分解やエステル系油の加水分解によるカルボン酸
の発生、及びこれに伴うスラッジの発生を抑え、摺動部
材の腐食の発生やスラッヂによるキャピラリチューブな
どの詰りがなく、圧縮機の電動要素のプラステイック絶
縁フィルムなどの有機系材料への悪影響などの問題のな
い、長期に亘り安定して運転することができる耐久性に
優れた高性能な密閉型圧縮機を提供すること、および本
発明の第二の目的はその密閉型圧縮機を用いた冷凍装置
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、冷媒とし
てＨＦＣ系冷媒を用い、ＨＦＣ系冷媒と相溶性のある冷
凍機油としてエステル系油を組み合わせて圧縮機に使用
すべく研究を重ねた結果、圧縮機の摺動部材の摩擦熱に
よってこの摺動部材を潤滑するエステル系油が加水分解
し、生じた脂肪酸で摺動部材が腐食することが明らかと
なり、そして、エステル系油と特定の添加剤と特定のプ
ラステイック絶縁フィルムの限定した組み合わせによっ
て前記摺動部材で発生する摩擦熱によるエステル系油の
熱分解や加水分解が抑えられ、プラステイック絶縁フィ
ルムの劣化も抑えられることを見出し、この発明を完成
するに至った。

【０００８】即ち、耐久試験の結果、摺動部材が激しく
摩耗し、エステル系油の全酸価が高くなり、腐食摩耗が
起きることが観察された。この原因は、この摺動部材の
摩擦熱によってエステル系油が加水分解してカルボン酸
が発生し、これが鉄系材料を腐食させたり、鉄系材料と
反応して金属石鹸やスラッジとなることが推測できた。

【０００９】本発明の請求項１の発明は、密閉容器内の
下側に回転軸を有する電動機部と、上側にこの電動機部
の回転軸によって駆動される往復圧縮部とを収納し、吸
入したＨＦＣ系冷媒あるいはＨＦＣ系冷媒を主体とする
冷媒をこの往復圧縮部により圧縮して前記密閉容器外に
吐出するようにした密閉型圧縮機であって、冷凍機油と
してグリシジルエーテルからなるエポキシあるいはカル
ボジイミドを添加したエステル系潤滑油を使用し、前記
電動機部の固定子の鉄芯と主コイルおよび副コイルとの
間、および、主コイルと副コイルの間に介在させるプラ
ステイック絶縁フィルムとしてカルボジイミドで被覆し
たポリエステルフィルムを用いることを特徴とする密閉
型圧縮機である。

【００１０】本発明の請求項２の発明は、請求項１記載
の密閉型圧縮機において、前記絶縁フィルムがカルボジ
イミド樹脂を積層したポリエステルフィルムであること
を特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３の発明は、請求項１記載
の冷媒を凝縮液化する凝縮器、同冷媒の圧力を調整する
キャピラリーチューブ、液化冷媒を蒸発させる蒸発器、
アキュムレータおよび蒸発気化した同冷媒を圧縮して凝
縮器に吐出する密閉型圧縮機などを備えた冷凍装置であ
って、前記密閉型圧縮機として請求項１記載の密閉型圧
縮機を用いることを特徴とする冷凍装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明で基油として用いるエステ
ル系油は特に限定されない。具体的には例えば、ペンタ
エリスリトール（ＰＥＴ）、トリメチロールプロパン
（ＴＭＰ）、ネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）などの
多価アルコールと炭素数６〜１０の脂肪酸、好ましくは
炭素数７〜９の脂肪酸、さらに好ましくは炭素数７〜９
の側鎖脂肪酸とからなるエステル系油であり、具体的に
は、平均分子量５１２、粘度（ｃＳｔ）（４０℃）５
１．８のポリオールエステル系油（α５６、ジャパンエ
ナジー社製）、平均分子量６６８、粘度（ｃＳｔ）（４
０℃）６４．２のポリオールエステル系油（α６８、ジ
ャパンエナジー社製）などを挙げることができる。

【００１３】エステル系油に対して０．０１〜１０重量
％のグリシジルエーテルからなるエポキシを添加するこ
とが好ましいが、この範囲未満であるとエポキシの効果
が現れないため、熱化学的安定性が劣る。この範囲を超
えるとエポキシが重合し、スラッジ化して堆積する恐れ
がある。エステル系油に対するエポキシの好ましい添加
範囲は０．１〜２．０重量％である。

【００１４】エステル系油に対して０．０１〜１０重量
％のカルボジイミドを添加することが好ましいが、この
範囲未満であるとカルボジイミドの効果が現れないた
め、熱化学的安定性が劣る。この範囲を超えるとカルボ
ジイミドが重合し、スラッジ化して堆積したり、安定性
を悪くする恐れがある。エステル系油に対するカルボジ
イミドの好ましい添加範囲は０．１〜２．０重量％、さ
らに好ましくは０．０５〜０．５重量％の範囲である。

【００１５】エステル系油には、長期保存下の酸化劣化
を防止する目的で、添加剤としてフェノール系酸化防止
剤を加えることが好ましく、その量は０．０１〜１．０
重量％、さらに好ましくは０．０５〜０．３重量％であ
る。酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチル−パ
ラクレゾール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−フェノール、
２，４，６−トリ−ｔ−ブチル−フェノール等を用いる
ことができる。

【００１６】また、エステル系油には、必要に応じてベ
ンゾトリアゾール系の銅不活性化剤を加えることが好ま
しく、その量は１〜１００ｐｐｍ、さらに好ましくは５
〜５０ｐｐｍである。ベンゾトリアゾール系の銅不活性
化剤としては例えば、具体的には５−メチル−１Ｈ−ベ
ンゾトリアゾール、１−ジオクチルアミノメチルベンゾ
トリアゾール等を用いることができる。

【００１７】上記潤滑油組成物に対して本発明の主旨を
逸脱しない範囲において他の公知の添加剤を配合しても
差し支えない。

【００１８】尚、エポキシであるグリシジルエーテル
は、ヘキシルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシル
グリシジルエーテル、イソオクタデシルグリシジルエー
テル等の群から選ばれる。

【００１９】以下本発明を図１〜３に基づいて説明す
る。図１に、蒸発気化したＨＦＣ系冷媒を圧縮して凝縮
器に吐出する本発明の密閉型圧縮機ａ、同冷媒を凝縮液
化する凝縮器ｂ、同冷媒の圧力を減じるキャピラリチュ
ーブｃ、液化冷媒を蒸発させる蒸発器ｄなどを順次冷媒
管でつないで形成した本発明の冷凍装置の冷凍サイクル
の例を示す。

【００２０】図２は、本発明の密閉型圧縮機の一例の縦
断面図である。図３は、図２に示した本発明の密閉型圧
縮機のＡ−Ａ断面図である。図２において、１は密閉容
器で、この容器内には下側に配置された電動機部２と、
上側に配置された往復圧縮部３とが収納されている。往
復圧縮部３と電動機部２とは密閉容器１の内壁に弾性的
に取り付けられている。電動機部２は内部に巻線（後述
する主コイル１８と副コイル１９からなる）４を鉄芯５
Ａに巻回した固定子５と、この固定子の内側に配置され
た回転子６と、この回転子の中央に挿着して軸受７で軸
支される回転軸８とで構成されている。

【００２１】往復圧縮部３はシリンダ９と、このシリン
ダ内を回転軸８のクランクピン１０に嵌合されて往復運
動するピストン１１と、シリンダ９の端面に設けられる
弁座１２と、この弁座を介してシリンダ９に取り付けら
れるシリンダヘッド１３とで構成されている。弁座１２
にはシリンダヘッド１３側に吐出ポートを開閉する吐出
弁（図示せず）が取り付けられている。

【００２２】密閉容器１内にはＨＦＣ系冷媒、例えば、
Ｒ１３４ａとＲ３２とＲ１２５との３種混合冷媒（Ｒ４
０７Ｃ）あるいはＲ３２とＲ１２５との２種混合冷媒
（Ｒ４１０Ａ）などが吸入され、この冷媒と相溶性のあ
る冷凍機油であるペンタエリスリトール（ＰＥＴ）やト
リメチロールプロパン（ＴＭＰ）あるいはネオペンチル
グリコール（ＮＰＧ）などの多価アルコールと、脂肪酸
とからなるポリオールエステル系油を基油とし、この基
油に対して０．１〜２．０重量％のトリクレジルフォス
フェート（ＴＣＰ）からなるリン酸トリエステルや０．
０１〜１０重量％のグリシジルエーテルからなるエポキ
シあるいは０．０１〜１０重量％のカルボジイミドが添
加含有されたオイル１４が封入されている。

【００２３】前記オイル１４を使用した本発明の密閉型
圧縮機（レシプロ式圧縮機）において、ピストン１１の
往復摺動によってシリンダ９内に流入したＨＦＣ系冷媒
はこのシリンダ９内で圧縮され、図示しない吐出弁を開
放して外部冷凍サイクルに吐出される。

【００２４】そして、密閉容器１の底部に入れられたオ
イル１４は潤滑油カップ１５の孔１６から潤滑油カップ
内を満たし、潤滑油カップ１５の中央部分には、中空の
潤滑油通路１７を有する回転軸８があり、回転軸８の高
速回転によって上方開放端にできる渦流による真空現象
によってオイル１４が吸い上げられ、ピストン１１／シ
リンダ９、回転軸８／軸受７などの各摺動部に循環して
潤滑させるように自己潤滑を行っている。

【００２５】図３に、巻線４と鉄芯５Ａを備えた固定子
５のＢ部を拡大して示したように、固定子５の鉄芯５Ａ
と主コイル１８の間および鉄芯５Ａと副コイル１９との
間にはカルボジイミドで被覆したポリエステル（ポリエ
チレンテレフタレート）絶縁フィルム２０を介在させて
あり、また主コイル１８と副コイル１９との間にも同プ
ラステイック絶縁フィルム２０を介在させてある。

【００２６】カルボジイミドで被覆したポリエステル絶
縁フィルムの製法は特に限定されないが、具体的には例
えば、液状カルボジイミドを使用する場合はスプレーコ
ーテイング法、浸漬法、ロールコーテイング法、はけ塗
り法など、カルボジイミド樹脂を使用する場合は同樹脂
フィルムをドライラミする方法、同樹脂フィルムを押出
ラミする方法あるいは共押出ラミする方法、同樹脂フィ
ルムを接着剤を用いて積層する方法などを挙げることが
できる。ポリエステル絶縁フィルムをカルボジイミドで
被覆する際、ポリエステル絶縁フィルムの片面を被覆し
ても、ポリエステル絶縁フィルムの両面を被覆してもよ
く、またポリエステル絶縁フィルムの片面に被覆したも
のを被覆してない面同志を積層してもいずれでもよい。

【００２７】このようにしてカルボジイミドで被覆した
ポリエステル絶縁フィルムを用いることにより、同絶縁
フィルムの劣化を抑えることができるとともに、同絶縁
フィルムから抽出されるなどによりＨＦＣ系冷媒中に入
ったカルボジイミド成分はエステル系潤滑油の劣化防止
にも貢献する。

【００２８】

【実施例】以下本発明を実施例および比較例により具体
的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではない。 （実施例１）本発明の密閉型圧縮機（排除容積７．６５
ｃｃ）、凝縮機、膨張弁、蒸発器を配管で連結した本発
明の冷凍装置（ベンチスタンド試験装置）を使用し下記
の試験条件で耐久試験を行い、軸受７、回転軸８、シリ
ンダ９、クランクピン１０、ピストン１１の摺動部の摩
耗度、図示しない吐出弁におけるスラッジ量、オイルの
色相（測定法：ＪＩＳＫ２５８０記載のＡＳＴＭ法によ
る）、密閉容器１の底部に戻ったオイル量、圧縮機の電
動機部２に使用したポリエステル絶縁フィルム２０の劣
化を測定した。ポリエステル絶縁フィルムに劣化は生じ
なかった。試験結果を表１に示す。

【００２９】表１中の摩耗度の項のＡは、摩耗が少なく
新品同様の状態を示し、Ｂは、摩耗が通常の程度である
ことを示し、ＡＢは、ＡとＢとの中間の摩耗の状態を示
し、Ｃは、摩耗が激しく実用にならない摩耗の状態を示
す。表１中のスラッジの項のＡは、スラッジの発生量が
少ない状態を示し、Ｂは、スラッジの発生量が通常の程
度であることを示し、ＡＢは、ＡとＢとの中間のスラッ
ジの発生量の状態を示し、Ｃは、スラッジの発生量が大
く実用にならない状態を示す。

【００３０】圧力条件：高圧２３．０ｋｇ／ｃｍ² ・
Ｇ、低圧：１．０ｋｇ／ｃｍ² ・Ｇ 運転周波数：１００ＨＺ、運転時間：２００ｈｒ、 冷媒：Ｒ１３４ａ ケース上部温度：１１０〜１２０℃ ポリエステル絶縁フィルム：カルコートＥフィルム（Ｐ
ＥＴフィルムの表面にカルボジイミド樹脂をコーテイン
グしたフィルム。日清紡社製）

【００３１】潤滑油組成物（オイル）：ポリエーテルエ
ステル系油（ＳＵＮＩＣＥ Ｅ−６８ＮＴＩ、日本サン
オイル社製）を基油とし、この基油に対して０．１〜
２．０重量％のトリクレジルフォスフェート（ＴＣＰ）
と０．０１〜１０重量％のエポキシとの添加剤（ＥＰ）
を添加含有したもの（さらに、基油には０．０５〜０．
３重量％の２，６−ジ−ｔ−ブチル−パラクレゾールが
添加されている）（使用前の色相はＬ０．５）（仕込
量：２３０ｃｃ）。

【００３２】（比較例１）オイル中にエポキシを添加し
なかった以外は実施例１と同様に試験した結果を、表１
に示す。

【００３３】（比較例２）表面にカルボジイミド樹脂を
コーテイングしていないＰＥＴフィルムを用いた以外は
実施例１と同様に試験した結果を、表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から、実施例１においては各摺動部の
摩耗がなく、スラッジ量が少なく、オイルの色相は仕込
時と変化がなく、戻りオイル量も多いことが判る。それ
に対して比較例１においては各摺動部の摩耗がやや見ら
れ、スラッジ量は実用レベルを超えた。またオイルの色
相は仕込時より悪化した。比較例２においては各摺動部
の摩耗がやや見られ、スラッジ量が多く、ＰＥＴフィル
ムが劣化した。

【００３６】実施例１で使用したカルコートＥフィルム
および比較例２で使用したＰＥＴフィルム３．１ｇを実
施例１で使用したエステル系潤滑油５０ｍｌ（初期水分
量：１００ｐｐｍ）に入れて、１７５℃、１０日間処理
した後の析出物の有無および各フィルムからのオリゴマ
ー抽出量を測定した結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２から、表面にカルボジイミド樹脂をコ
ーテイングしたＰＥＴフィルム（カルコートＥフィル
ム）の場合は、析出物がなく、オリゴマーの抽出量が少
ないことが判る。それに対してＰＥＴフィルムは析出物
があり、オリゴマーの抽出量が多い。

【００３９】実施例１で使用したカルコートＥフィルム
および比較例２で使用したＰＥＴフィルム３．１ｇを実
施例１で使用したエステル系潤滑油５０ｍｌ（初期水分
量：５０ｐｐｍおよび１００ｐｐｍ）に入れて、１７５
℃、１０日間処理した後の各潤滑油の全酸価を測定した
結果を表３に示す。

【００４０】

【表３】

【００４１】表３から、表面にカルボジイミド樹脂をコ
ーテイングしたＰＥＴフィルム（カルコートＥフィル
ム）は、エステル系潤滑油の劣化を抑制する効果がある
ことが判る。それに対してＰＥＴフィルムの場合はエス
テル系潤滑油のみの場合より、全酸価が高くなった。

【００４２】

【発明の効果】この発明の密閉型圧縮機およびそれを用
いた冷凍装置は上記のように構成したことにより、冷凍
機油としてエステル系冷凍機油を用い、ＨＦＣ系冷媒を
使用した場合でも、密閉型圧縮機の電動要素に使用した
ポリエステル絶縁フィルムや使用したエステル系冷凍機
油が劣化せず、摺動部の摩耗が抑制され、スラッジが冷
凍回路中のキャピラリーチューブに堆積して閉塞する問
題もなく、長期に亘り安定して運転できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の冷凍装置の一例の冷凍回路図であ
る。

【図２】 本発明の密閉型圧縮機の一例の縦断面図であ
る。

【図３】 図２の本発明の密閉型圧縮機のＡ−Ａ断面図
である。

【符号の説明】

１ 密閉容器 ２ 電動機部 ３ 往復圧縮部 ４ 巻線 ５Ａ 鉄芯 ５ 固定子 ６ 回転子 ７ 軸受 ８ 回転軸 ９ シリンダ １０ クランクピン １１ ピストン １２ 弁座 １３ シリンダヘッド １４ オイル １５ 潤滑油カップ １６ 孔 １７ 潤滑油通路 １８ 主コイル １９ 副コイル ２０ ポリエステル絶縁フィルム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器内の下側に回転軸を有する電動
   機部と、上側にこの電動機部の回転軸によって駆動され
   る往復圧縮部とを収納し、吸入したＨＦＣ系冷媒あるい
   はＨＦＣ系冷媒を主体とする冷媒をこの往復圧縮部によ
   り圧縮して前記密閉容器外に吐出するようにした密閉型
   圧縮機であって、冷凍機油としてグリシジルエーテルか
   らなるエポキシあるいはカルボジイミドを添加したエス
   テル系潤滑油を使用し、前記電動機部の固定子の鉄芯と
   主コイルおよび副コイルとの間、および、主コイルと副
   コイルの間に介在させるプラステイック絶縁フィルムと
   してカルボジイミドで被覆したポリエステルフィルムを
   用いることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 【請求項２】 前記絶縁フィルムがカルボジイミド樹脂
   を積層したポリエステルフィルムであることを特徴とす
   る請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項１記載の冷媒を凝縮液化する凝縮
   器、同冷媒の圧力を調整するキャピラリーチューブ、液
   化冷媒を蒸発させる蒸発器、アキュムレータおよび蒸発
   気化した同冷媒を圧縮して凝縮器に吐出する密閉型圧縮
   機などを備えた冷凍装置であって、前記密閉型圧縮機と
   して請求項１記載の密閉型圧縮機を用いることを特徴と
   する冷凍装置。