JPWO2020075218A1 - 圧縮機及びその圧縮機を備えた冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
圧縮機は、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒が用いられると共に、冷凍機油にポリオールエステル油が用いられる冷媒回路で使用される圧縮機である。そして、圧縮機は、回転軸と、回転軸の回転に伴って他の部材と摺動する摺動部材を備えた摺動部とを備える。摺動部材は、PPS樹脂を直鎖状に高分子量化したL−PPS樹脂で構成されている。
Description
本発明は、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒を使用する圧縮機及びその圧縮機を備えた冷凍装置に関する。
従来より、冷凍サイクルに用いられる冷媒として、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒がある。これらの冷媒は、オゾン層破壊への影響が小さく、環境保全に好適であることが知られている。ここで、HFO1234zeは、分子式がC3HmFn(但し、m及びnは1以上の5以下の整数とし、m+n=6の関係が成立する)で表され、且つ分子構造に二重結合を1個有するものである。
冷凍サイクルを行う冷凍装置において、冷媒としてHFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒を用いる場合、圧縮機の内部の摺動部を潤滑するために用いられる冷凍機油との組み合わせによっては、摺動部の摺動部材に用いられた樹脂の劣化を招く可能性がある。
そこで、従来、冷媒としてHFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒をポリオールエステル油と組み合わせて用いることで、摺動部材の劣化を抑制するようにした技術がある(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1では、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒にポリオールエステル油を組み合わせて用いることで、ポリアミド樹脂で構成された摺動部材の劣化を抑制できるとしている。しかしながら、本発明者らの試験によると、ポリアミド樹脂の劣化を十分に抑制できないことが確認され、摺動部材にポリアミド樹脂を用いることには信頼性の面で課題があった。
本発明はこのような点を鑑みなされたもので、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒とポリオールエステル油とを組み合わせて用いられる圧縮機において、摺動部材の劣化を抑制することが可能な圧縮機及びその圧縮機を備えた冷凍装置を提供することを目的とする。
本発明に係る圧縮機は、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒が用いられると共に、冷凍機油にポリオールエステル油が用いられる冷媒回路で使用される圧縮機であって、回転軸と、回転軸の回転に伴って他の部材と摺動する摺動部材を備えた摺動部とを備え、摺動部材は、PPS樹脂を直鎖状に高分子量化したL−PPS樹脂で構成されたものである。
本発明によれば、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒とポリオールエステル油とを組み合わせて用いられる圧縮機において、摺動部材をL−PPSで構成したので、摺動部材の劣化を抑制できる。
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。各図において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、本明細書全文において共通である。
以下では、本発明を二段シングルスクリュー圧縮機(以下、単にスクリュー圧縮機という)に適用した実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るスクリュー圧縮機の主要構造を示す内部平面図である。図2は、図1のA−Aに対応する部分の断面図である。
まず、実施の形態1の構造を説明する。実施の形態1のスクリュー圧縮機は、ケーシング1内に、冷媒を圧縮する低段圧縮部10と、低段圧縮部10で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段圧縮部20とを備えている。スクリュー圧縮機はさらに、低段圧縮部10及び高段圧縮部20を貫通し、ケーシング1内で回転可能に配置された回転軸30と、回転軸30を回転駆動する電動機40とを備えている。
図1は、本発明の実施の形態1に係るスクリュー圧縮機の主要構造を示す内部平面図である。図2は、図1のA−Aに対応する部分の断面図である。
まず、実施の形態1の構造を説明する。実施の形態1のスクリュー圧縮機は、ケーシング1内に、冷媒を圧縮する低段圧縮部10と、低段圧縮部10で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段圧縮部20とを備えている。スクリュー圧縮機はさらに、低段圧縮部10及び高段圧縮部20を貫通し、ケーシング1内で回転可能に配置された回転軸30と、回転軸30を回転駆動する電動機40とを備えている。
低段圧縮部10は、低段スクリューロータ11と、一対のゲートロータ12とを有する。一対のゲートロータ12のそれぞれは、低段スクリューロータ11に設けられたスクリュー溝11aに噛み合う複数の歯12aを放射状に備え、低段スクリューロータ11の回転に従動して回転する。一対のゲートロータ12は、図2に示すように一対のゲートロータサポート13で支持されている。ゲートロータサポート13は、その中心軸が回転軸30と略垂直となるように配置されている。そして、低段圧縮部10は、スクリュー溝11aと一対のゲートロータ12とケーシング1とで構成された一対の圧縮室で冷媒を圧縮する。低段圧縮部10において、一対のゲートロータ12は、回転軸30を中心として互いに180度回転した位置に配置されているため、圧縮室は、回転軸30を中心として互いに180度回転した位置に一対、形成される。
高段圧縮部20は、高段スクリューロータ21と、1枚のゲートロータ22とを有する。ゲートロータ22は、高段スクリューロータ21に設けられたスクリュー溝21aに噛み合うに複数の歯22aを放射状に備え、高段スクリューロータ21の回転に従動して回転する。ゲートロータ22は、低段圧縮部10のゲートロータ12と同様、ゲートロータサポート(図示せず)で支持され、その中心軸が回転軸30と略垂直となるように配置されている。そして、高段圧縮部20は、スクリュー溝21aと1枚のゲートロータ22とケーシング1とで構成された圧縮室で冷媒を圧縮する。高段圧縮部20では、ゲートロータ12が1枚であるため、圧縮室は1つ形成される。
電動機40は、ケーシング1内に内接して固定されたステータ40aと、ステータ40aの内側に配置されたモーターロータ40bとを備えている。モーターロータ40bは回転軸30に固定されている。電動機40が駆動して回転軸30が回転すると、低段スクリューロータ11及び高段スクリューロータ21が回転する。
電動機40は、図示しないインバータを用い、回転軸30の回転速度を加減速させて運転される。すなわち、低段スクリューロータ11及び高段スクリューロータ21は、インバータによって回転速度が可変に駆動される。なお、電動機40は回転速度が可変なものに限定されず、回転速度が固定な一定速のものであってもよい。
以上のように構成されたスクリュー圧縮機は、冷媒として「HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒」(以下、これらをまとめてHFO1234ze冷媒という)を用いると共に、冷凍機油としてポリオールエステル油を用い、冷凍装置に組み込まれて使用される。ここで、HFO1234zeは、分子式がC3HmFn(但し、m及びnは1以上の5以下の整数とし、m+n=6の関係が成立する)で表され、且つ分子構造に二重結合を1個有するものである。
そして、本実施の形態1のスクリュー圧縮機は、HFO1234ze冷媒とポリオールエステル油との組み合わせにおいて摺動部の摺動部材の劣化を抑制するため、摺動部材にL−PPSを用いることを特徴としている。摺動部としては例えば軸受部があり、以下、スクリュー圧縮機における軸受部について説明する。
回転軸30は、図1に示すように転がり軸受51、転がり軸受52及び転がり軸受53で回転可能に支持されている。また、図2に示すように、ゲートロータサポート13の回転軸13aの両端部が転がり軸受14及び転がり軸受15で回転可能に支持されている。また、図示していないが、高段圧縮部20のゲートロータサポートの回転軸の両端部も同様に転がり軸受で支持されている。これらの転がり軸受の保持器が摺動部材であって、本実施の形態1では全ての転がり軸受の保持器の素材として、L−PPS樹脂が用いられている。L−PPSは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)に対し、分子鎖を直鎖状に高分子量化した構造であり、PPSに対し、強度を向上した樹脂素材である。
このように摺動部材にL−PPSを用いることで、HFO1234ze冷媒とポリオールエステル油との組み合わせにおいて、摺動部材の劣化を抑制することができる。また、L−PPS樹脂はポリアミド樹脂より使用温度帯が高いため、圧縮機における摺動部材の素材としてL−PPS樹脂を用いることは、給油不良等に起因した発熱に対しても有利である。
次に、実施の形態1に係るスクリュー圧縮機の動作を説明する。
スクリュー圧縮機を駆動する電動機40は、図示しないインバータから電気入力を受けて起動される。電動機40が起動すると回転軸30が回転し、回転軸30を介して低段スクリューロータ11及び高段スクリューロータ21が回転する。低段スクリューロータ11が回転することにより、一対のゲートロータ12が回転する。また、高段スクリューロータ21が回転することにより、ゲートロータ22が回転する。
スクリュー圧縮機を駆動する電動機40は、図示しないインバータから電気入力を受けて起動される。電動機40が起動すると回転軸30が回転し、回転軸30を介して低段スクリューロータ11及び高段スクリューロータ21が回転する。低段スクリューロータ11が回転することにより、一対のゲートロータ12が回転する。また、高段スクリューロータ21が回転することにより、ゲートロータ22が回転する。
低段圧縮部10では、ゲートロータ12の歯12aが高段スクリューロータ21のスクリュー溝21a内を相対的に移動する。これにより、低段圧縮部10では、圧縮室内に冷媒を吸入する吸入行程と、圧縮室内で冷媒を圧縮する圧縮行程と、圧縮室内で圧縮した冷媒を吐出する吐出行程と、が順次繰り返して行われる。低段圧縮部10で圧縮及び吐出された冷媒は、高段圧縮部20に吸入されてさらに圧縮される。
高段圧縮部20では、ゲートロータ12の歯12aが高段スクリューロータ21のスクリュー溝21a内を相対的に移動する。これにより、高段圧縮部20では、圧縮室内に冷媒を吸入する吸入行程と、圧縮室内で冷媒を圧縮する圧縮行程と、圧縮室内で圧縮した冷媒を吐出する吐出行程と、が順次繰り返して行われる。高段圧縮部20で圧縮された冷媒は、スクリュー圧縮機の外部に吐出される。
以上のスクリュー圧縮機の運転において、低段圧縮部10及び高段圧縮部20のガス圧縮作用に伴うガス荷重は、各転がり軸受で支持することになる。そして、スクリュー圧縮機では、冷媒と共に冷凍機油も低段圧縮部10及び高段圧縮部20に吸入され、冷凍機油によって転がり軸受が潤滑される。ここで、各転がり軸受の保持器は、上述したようにL−PPSで構成されているため、HFO1234ze冷媒とポリオールエステル油との組み合わせにおいて劣化を抑制できる。
以上説明したように、本実施の形態1によれば、冷媒としてHFO1234ze冷媒を用いると共に、冷凍機油としてポリオールエステル油を用いて使用されるスクリュー圧縮機において、摺動部材である、転がり軸受の保持器をL−PPSで構成した。これにより、摺動部材の劣化を抑制できる。つまり、HFO1234ze冷媒とポリオールエステル油とを組み合わせて用いられるスクリュー圧縮機において、信頼性を損なう強度低下が発生せず、安定した運転を行える。
なお、以上の説明では、摺動部が転がり軸受であり、L−PPSで構成する摺動部材として転がり軸受の保持器の例を示したが、これに限られたものではない。摺動部材は、回転軸30の回転に伴って他の部材と摺動する部材であればよく、他に例えばゲートロータも摺動部材に含まれる。ゲートロータは、回転軸30の回転に伴って回転し、歯がスクリュー溝と噛み合って摺動することから摺動部材に該当し、ゲートロータをL−PPSで構成してもよい。
実施の形態2.
実施の形態2は、実施の形態1のスクリュー圧縮機を備えた冷凍装置に関するものである。
実施の形態2は、実施の形態1のスクリュー圧縮機を備えた冷凍装置に関するものである。
図3は、図1のスクリュー圧縮機を備えた冷凍装置の冷媒回路を示す図である。
冷凍装置200は、実施の形態1のスクリュー圧縮機100、凝縮器101、膨張弁102及び蒸発器103を有し、冷媒が循環する冷媒回路を備えている。この冷凍装置200において、冷媒にはHFO1234ze冷媒を用いる。また、冷媒と共に冷媒回路を循環する冷凍機油にはポリオールエステル油を用いる。
冷凍装置200は、実施の形態1のスクリュー圧縮機100、凝縮器101、膨張弁102及び蒸発器103を有し、冷媒が循環する冷媒回路を備えている。この冷凍装置200において、冷媒にはHFO1234ze冷媒を用いる。また、冷媒と共に冷媒回路を循環する冷凍機油にはポリオールエステル油を用いる。
以上の構成の冷媒回路は、次のように動作する。
スクリュー圧縮機100で圧縮されて吐出されたガス冷媒は、凝縮器101に流入し、凝縮器101を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となり、凝縮器101から流出する。凝縮器101を流出した高圧液冷媒は、膨張弁102で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器103に流入する。蒸発器103に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器103を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再びスクリュー圧縮機100に吸入される。
スクリュー圧縮機100で圧縮されて吐出されたガス冷媒は、凝縮器101に流入し、凝縮器101を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となり、凝縮器101から流出する。凝縮器101を流出した高圧液冷媒は、膨張弁102で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器103に流入する。蒸発器103に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器103を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再びスクリュー圧縮機100に吸入される。
このように構成された冷凍装置200は、実施の形態1のスクリュー圧縮機100を備えることで、信頼性が高く安定した運転を行える。
この冷凍装置200は、空気調和機又は冷蔵冷凍庫等に適用することができる。
なお、上記実施の形態1及び実施の形態2は、二段シングルスクリュー圧縮機に本発明を適用したものであるが、二段シングルスクリュー圧縮機に限定されず、単段シングルスクリュー圧縮機に本発明を適用してもよい。また、一対の雄雌スクリューを噛み合わせて圧縮室を形成するツインスクリュー圧縮機に本発明を適用してもよい。また、スクリュー圧縮機に限定されず、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機又はその他形式の圧縮機に本発明を適用してもよい。以上の何れの場合も、本発明の効果を得ることができる。
1 ケーシング、10 低段圧縮部、11 低段スクリューロータ、11a スクリュー溝、12 ゲートロータ、12a 歯、13 ゲートロータサポート、13a 回転軸、14 転がり軸受、15 転がり軸受、20 高段圧縮部、21 高段スクリューロータ、21a スクリュー溝、22 ゲートロータ、22a 歯、30 回転軸、40 電動機、40a ステータ、40b モーターロータ、51 転がり軸受、52 転がり軸受、53 転がり軸受、100 スクリュー圧縮機、101 凝縮器、102 膨張弁、103 蒸発器、200 冷凍装置。
本発明に係る圧縮機は、HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒が用いられると共に、冷凍機油にポリオールエステル油が用いられる冷媒回路で使用される圧縮機であって、回転軸と、回転軸の回転に伴って他の部材と摺動する摺動部材を備えた摺動部と、回転軸の回転に伴って回転するスクリューロータと、スクリューロータの回転に伴って回転するゲートロータとを備え、摺動部材及びゲートロータは、PPS樹脂を直鎖状に高分子量化したL−PPS樹脂で構成されたものである。
Claims (3)
- HFO1234zeの単一冷媒又はHFO1234zeを含む混合冷媒が用いられると共に、冷凍機油にポリオールエステル油が用いられる冷媒回路で使用される圧縮機であって、
回転軸と、
前記回転軸の回転に伴って他の部材と摺動する摺動部材を備えた摺動部とを備え、
前記摺動部材は、PPS樹脂を直鎖状に高分子量化したL−PPS樹脂で構成された圧縮機。 - 前記摺動部は、前記回転軸を支持する転がり軸受であり、前記転がり軸受の保持器が前記L−PPS樹脂で構成されている請求項1記載の圧縮機。
- 請求項1又は請求項2記載の圧縮機を備えた冷凍装置。
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