KR100508582B1 - 금속 표면 처리된 냉매 압축기용 베인 및 이를 이용한 냉매 압축기 - Google Patents

Abstract

회전축에 의해 구동되는 압축 요소를 구비하고, 흡입한 HFC계 냉매 혹은 HFC계 냉매를 주체로 하는 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하여 토출하게 한 냉매 압축기이며, 상기 회전축의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시한 회전축을 이용한다. 혹은 고속도 공구강 상당 강재로 된 베인의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시한 베인을 이용한다. 이에 의해 냉동기유로서 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유를 이용하고, HFC계 냉매를 사용한 경우에도 회전축 혹은 베인의 표면의 미끄럼 이동부에 있어서의 마찰 계수가 낮고, 내마모성이 높은 회전축 혹은 베인을 구비한 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능해진다.

Description

금속 표면 처리된 냉매 압축기용 베인 및 이를 이용한 냉매 압축기{METHOD FORR TREATING METAL SURFACE, ROTARY SHAFT FOR REFRIGERANT COMPRESSOR TREATED BY THE METHOD, VANE FOR REFRIGERANT COMPRESSOR TREATED BY THE METHOD, AND REFRIGERANT COMPRESSOR USING THE SAME}

본 발명은 금속 표면 처리 방법 및 상기 방법으로 처리된 부재, 및 상기 부재를 이용한 냉매 압축기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 오존층을 파괴할 위험이 없는 HFC계 냉매 등을 사용하는 냉동 장치에 사용되는 냉매 압축기이며, 회전축 또는 베인의 미끄럼 이동면의 내마모성을 향상한 냉매 압축기에 관한 것이다.

냉동기의 냉매로서는 종래 디클로로디플루오로메탄(R-12)이나 R-22와 모노클로로펜타플루오로에탄(R-115a)으로 이루어지는 공비 혼합 냉매인 R-502가 이용되고 있으며, 이들 냉매는 통상의 냉동 장치에 적합하다. 또, 이들 냉매와 상용성(相溶性)이 있는 광물유나 알킬 벤젠계 오일 등의 냉동기유를 사용한 냉동 사이클은 신뢰성, 내구성 등 높은 품질 수준에 이르고 있다.

그러나, 상기 냉매는 층에 대한 파괴성이 높고, 대기중에 방출되어 상공의 오존층에 도달하면 이 오존층을 파괴한다. 이 오존층의 파괴는 냉매 중의 염소 원자(Cl)에 의해 야기된다.

그래서, 클로로디플루오로메탄(HCFC-22, R-22) 등의 염소 함량이 적은 냉매, 디플루오로메탄(HFC-32, R-32), 펜타플루오로에탄(HFC-125, R-125)이나 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a, R-134a)등의 염소 비함유 냉매가 이들 대체 냉매(이하, HFC계 냉매라 칭한다)로서 고려되고 있다.

HFC계 냉매에 대해 사용되는 냉동기유로서는 HFC계 냉매와 상용성이 없는 광물유나 알킬 벤젠계유 등이나 HFC계 냉매와 상용성이 있는 에스테르계 냉동기유, 에테르계 냉동기유, 그들의 혼합유 등이 있다.

종래, 로터리식 압축기, 왕복식 압축기 등의 압축기의 회전축의 표면은 미끄럼 이동면의 내마모성의 향상을 도모하기 위해, 염욕 연질화 처리, 이온 질화 처리, 염욕 황질화 처리, 전해 황질화 처리 등의 표면 처리가 행해지고 있었다. 그러나, 냉매가 HFC계 냉매로 바뀌고, 냉동기유가 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유로 이행하면 이들 종래의 처리에 의한 화합물층(질화물(ε-Fe₃N)을 주체로 하는)에서는 마찰 계수가 높은 등의 이유로 내마모성이 부족하고, 장기간에 걸쳐 안정되게 운전할 수 없다. 그 때문에, 개량된 회전축의 처리 방법, 또 처리된 회전축을 구비한 로터리식 압축기, 왕복식 압축기 등의 압축기가 강력히 요구되고 있다.

또, 냉매가 HFC계 냉매로 바뀌고, 냉동기유가 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유로 이행하면 회전축의 재질도 고탄성 덕타일 주철(FCD)을 사용할 필요가 생긴다. 그러나, 고탄성 재료, 특히 FCD를 사용하면 회전축의 중심 구멍, 즉 냉동기유를 냉매 압축기의 하부에 있는 오일 저장소로부터 냉매 압축기의 상부로 순환하기 위한 구멍은 종래 기계 가공에 의해 뚫어지고 있었기 때문에, 가공이 곤란해진다. 따라서, 경제적으로 용이하게 중심 구멍을 형성할 수 있는 고탄성 회전축을 구비한 냉매 압축기가 강력히 요구되고 있다.

또 한편, 로터리식 압축기의 베인은 SKH 51 등을 사용하고 내마모성의 향상을 도모하기 위해, 이온 질화 처리, CrN 코팅 처리 등의 표면 처리가 행해지거나, 알루미늄 함침 카본재나 섬유 강화 알루미늄재를 이용한 베인이 이용되고 있었다.

그러나, 냉매가 HFC계 냉매로 바뀌고, 냉동기유가 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유로 이행하면 이들 종래의 표면 처리, 예를 들면 이온 질화 처리의 경우에는 마찰 계수가 높기 때문에 마찰에 의해 고온이 되면 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유가 냉동 회로 내에 존재하는 수분에 의해 가수 분해되어 산이 발생한다. 그 때, 발생한 산에 의해 금속 비누 등의 슬러지가 형성되고, 이 슬러지가 베인의 표면의 미끄럼 이동부에 퇴적하거나 부식, 마모되는 등의 문제가 있다. 또, CrN 코팅 처리의 경우에는 피막이 운전 중에 박리되는 문제나 코팅 피막 두께의 변동에 의해 생산 대응이 어렵다는 문제가 있다. 또, 알루미늄 함침 카본재나 섬유 강화 알루미늄재를 이용한 베인은 기계적 강도나 내마모성이 부족하고, 또 상대의 롤러에의 공격성이 있으므로, 이들 베인을 구비한 로터리 압축기는 장기에 걸쳐 안정되게 운전할 수 없었다.

본 발명의 목적은 냉동기유로서 에스테르계 냉동기유, 에테르계 냉동기유 등을 이용하거나 HFC계 냉매를 사용한 경우에도 회전축 혹은 베인의 표면의 미끄럼 이동부에 있어서의 마찰 계수가 낮고 또 내마모성이 높은 회전축 혹은 베인을 구비한 냉매 압축기를 제공하고, 경제적으로 용이하게 중심 구멍을 형성할 수 있는 고탄성 회전축을 구비한 냉매 압축기를 제공하고, 또 베인의 표면의 미끄럼 이동부에 있어서의 슬러지의 발생을 방지하여 장기에 걸쳐 안정되게 운전할 수 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 그에 이용되는 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 베인으로서, 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시한 고속도 공구강 상당 강재로 된 베인 혹은 스텐레스 강 상당 강재로 된 베인을 이용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아 내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또, 회전축의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시함으로써 마찰 계수가 낮고, 내마모성이 향상되는 것, 및 회전축의 주조 단계에서 소실 패턴형 또는 셸 코어를 이용하여 중심 구멍을 형성함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아 내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기 목적에 따른 본 발명은, 고속도 공구강 상당 강재 혹은 스텐레스 강 상당 강재를 모재로 한 금속의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시하고, 그 표면에 함질소 화합물층을 형성하는 동시에 유황 함유 표층부를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리 방법을 제공하는 것이다. 또, 본 발명은 상기 처리를 실시한 베인을 제공하는 것이다.

그 때, 모재가 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것이 바람직하다.

성분은 C : 1.0 내지 2.0 중량부, Si : 0.1 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.5 중량부, Cr : 3.0 내지 5.0 중량부,

W : 11.0 내지 14.0 중량부, Mo : 0.5 내지 2.5 중량부,

V : 3.0 내지 5.0 중량부, Fe : 잔부.

혹은, 모재가 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것이 바람직하다.

성분은 C : 2.0 내지 2.5 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 2 내지 6 중량부,

W : 10 내지 12 중량부, Mo : 2.0 내지 3.0 중량부,

V : 5.0 내지 8.0 중량부, Co : 6.0 내지 9.0 중량부,

Fe : 잔부.

또 혹은, 모재가 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것이 바람직하다.

성분은 C : 3.3 내지 3.6 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 3.0 내지 3.5 중량부,

W : 12 내지 14 중량부, Mo : 7.0 내지 9.0 중량부,

V : 9.0 내지 10.5 중량부, Co : 9.0 내지 11 중량부,

TiN 입자 : 13.0 중량부 이하, Fe : 잔부.

혹은, 모재가 하기의 성분의 스텐레스강 상당 강재인 것이 바람직하다.

성분은 C : 0.95 내지 1.20 중량부, Si : 1.0 중량부 이하,

Mn : 0.6 중량부 이하, Ni : 0.6 중량부 이하,

Cr : 16 내지 18 중량부, Mo : 0.75 중량부 이하,

Fe : 잔부.

또, 상기 모재는 고온 등압 프레스(Hot Isostatic Press ; HIP) 성형하여 이루어지는 것이 바람직하다.

혹은 고속도 공구강 상당 강재를 사출 성형하여 얻어지는 중공 베인인 것이 바람직하다.

또, 스텐레스강 상당 강재를 소결(액상 소결 혹은 기상 소결)하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 회전축을 갖는 전동 요소와, 이 전동 요소의 회전축에 의해 구동되는 압축 요소를 구비하고, 흡입한 HFC계 냉매 혹은 HFC계 냉매를 주체로 하는 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하여 토출하게 한 냉매 압축기로서, 상기 압축 요소는 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 의해 이 실린더 내를 회전하는 롤러와, 이 롤러에 접하여 실린더 내를 구획하는 베인과, 상기 실린더의 개구를 닫는 상부 베어링부와 하부 베어링부 등으로 구성되어 있으며, 이들 미끄럼 이동 부재인 롤러와 베인의 미끄럼 이동면은 냉동기유에 의해 윤활되고, 상기 베인으로서, 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시한 고속도 공구강 상당 강재 혹은 스텐레스강 상당 강재로 이루어지는 베인을 이용하는 것을 특징으로 하는 냉매 압축기를 제공하는 것이다.

그 때, 냉동기유가 에스테르계 윤활유, 에테르계 윤활유 및 이들의 혼합물로부터 선택되어 이루어지는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 덕타일 주철을 모재로 한 금속의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 처리 방법을 제공하는 것이다. 또, 본 발명은 덕타일 주철을 모재로 한 금속의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 회전축을 제공하는 것이다.

그 때, 상기 회전축은 소실 패턴형 또는 셸 코어를 이용하여 중심 구멍을 형성한 중공 덕타일 주철제 회전축인 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 압축 요소를 구비하고, 흡입한 HFC계 냉매 혹은 HFC계 냉매를 주체로 하는 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하여 토출하게 한 냉매 압축기의 압축 요소를 구동하는 회전축이며, 상기 회전축의 미끄럼 이동면은 냉동기유에 의해 윤활되고, 상기 회전축은 덕타일 주철을 모재로 한 금속의 표면에 플라즈마 황질화 처리를 실시한 회전축인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기를 제공하는 것이다.

이들 구성에 의해 냉동기유로서 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유를 이용하고, HFC계 냉매를 사용한 경우에도 회전축 혹은 베인의 표면의 미끄럼 이동부에 있어서의 마찰 계수가 낮고, 내마모성이 높은 회전축 혹은 베인을 구비한 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명을 도1 내지 도3을 기초로 하여 설명한다.

도1에, 증발 기화한 HFC계 냉매를 압축하여 응축기로 토출하는 본 발명의 냉매 압축기(a), 그 냉매를 응축 액화하는 응축기(b), 그 냉매의 압력을 감소시키는 캐필러리 튜브(c), 액화 냉매를 증발시키는 증발기(d)등을 차례로 냉매관으로 이어서 형성한 냉동 장치의 냉동 사이클을 도시한다.

도2 및 도3에 있어서, 1은 밀폐 용기로서, 이 용기 내에는 상측에 전동 요소(2)가, 하측에 이 전동 요소에 의해 구동되는 회전 압축 요소(3)가 각각 수납되어 있다. 전동 요소(2)는 유기계 재료로 절연된 권선(4)을 갖는 고정자(5)와 이 고정자 내측에 설치된 회전자(6)로 구성되어 있다. 회전 압축 요소(3)는 실린더(7)와, 회전축(8)의 편심부(9)에 의해 실린더(7)의 내벽에 따라서 회전시키는 롤러(10)와, 이 롤러의 주위면에 압접되어 실린더(7) 내를 흡입측과 토출측으로 구획하도록 스프링(11)으로 압박되는 베인(12)과, 실린더(7)의 개구를 닫는 동시에 회전축(8)을 저어널 지지하는 상부 베어링(13) 및 하부 베어링(14)으로 구성되어 있다.

상부 베어링(13)에는 실린더(7)의 토출측과 연통하는 토출 구멍(15)이 설치되어 있다. 또, 상부 베어링(13)에는 토출 구멍(15)을 개폐하는 토출 밸브(16)와, 이 토출 밸브를 덮는 토출 머플러(17)가 부착되어 있다.

밀폐 용기(1) 내의 저부에는 HFC계 냉매, 예를 들면 R134a와 R32와 R125의 3종 혼합 냉매(이하, R407C라 함) 혹은 R32와 R125의 2종 혼합 냉매(이하, R410A)라 함)가 봉입되어 있다. 이들 냉매가 회전 압축 요소(3)의 실린더(7) 내에 유입하여 롤러(10)와 베인(12)의 협동으로 압축된다.

그리고, 냉동기유로서의 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유 등(오일)(18)은 회전 압축 요소(3)의 미끄럼 이동 부재인 롤러(10)와 베인(12)의 미끄럼 이동면, 혹은 회전축(8)의 미끄럼 이동면을 윤활하고 있다.

19는 밀폐 용기(1)에 부착하여 실린더(7)의 흡입측에 냉매를 안내하는 흡입관, 20은 밀폐 용기(1)의 상부벽에 부착되어 회전 압축 요소(3)로 압축되어 전동 요소(2)를 거쳐서 밀폐 용기(1) 밖으로 냉매를 토출하는 토출관이다.

흡입관(19)으로부터 실린더(7) 내의 흡입측으로 유입한 냉매는 롤러(10)와 베인(12)의 협동으로 압축되고, 토출 구멍(15)을 통하여 토출 밸브(16)를 개방하여 토출 머플러(17) 내로 토출된다. 이 토출 머플러 내의 냉매는 전동 요소(2)를 거쳐서 토출관(20)으로부터 밀폐 용기(1) 밖으로 토출된다.

그리고, 밀폐 용기(1)의 저부에 수용된 오일(18)은 회전축(8)의 고속 회전에 의해 상방 개방단에 생기는 와류에 의한 진공 현상에 의해 회전축(8)의 중공 구멍(21)을 통하여 흡상되고, 회전 압축 요소(3)의 롤러(10)나 베인(12) 등의 미끄럼 이동 부재의 미끄럼 이동면, 회전축(8)과 상부 베어링(13), 하부 베어링(14)의 미끄럼 이동면 등에 공급되어 윤활을 행한다. 또, 실린더(7) 내에서 압축된 냉매가 저압측으로 누설되지 않게 한다.

상기 회전축(8)은 고탄성 덕타일 주철(FCD)제이며, 그 표면에 플라즈마 황질화 처리가 실시되어 있다. 따라서, 그 표면은 마찰 계수가 낮고, 또 내마모성이 높다. 그 때문에 냉매가 HFC계 냉매로 바뀌고, 냉동기유가 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유로 변경되어도, 회전축(8)과 상부 베어링(13), 하부 베어링(14)의 미끄럼 이동면 등에 있어서 피막이 박리되는 등의 일이 발생되지 않는다. 또, 본 발명에 있어서의 베인(12)은 고속도 공구강 상당 강재로 혹은 스텐레스강 상당 강재로 되어 있으며, 그 표면에 플라즈마 황질화 처리가 실시되어 있다. 따라서, 상기 회전축과 마찬가지 효과를 발휘할 수 있으며, 냉매가 HFC계 냉매로 바뀌고, 냉동기유가 에스테르계 냉동기유로 변경되어도, 베인(12)과 롤러(10)의 미끄럼 이동면 등에 있어서 피막이 박리되는 일이 없다.

플라즈마 황질화 처리에 의해 회전축(8) 혹은 베인(12)의 표면의 철과 유황이 화학 반응하고, 황화 철이 생성하고, 유황 함유 표층부가 생기기 때문에 마찰 계수가 낮아진다고 생각할 수 있다. 또, 철과 질소가 화학 반응하고 화합물층, 예를 들면 FeN, Fe₃N₄ 등이 생성하고 표면을 덮기 때문에, 내마모성이 높은 표면이 얻어지는 것으로 생각할 수 있다. 그러나, 이유는 이것에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 이용하는 플라즈마 황질화 처리의 조건은 특히 한정되지 않는다. 처리 조건의 구체예로서는, 예를 들면 노 중에서 1 내지 2시간 동안 540 내지 570 ℃에 회전축(8) 혹은 베인(12)을 가열하여 N₂/H₂ = 1:1의 분위기 중에서 약 2시간 처리하고, 계속해서 540 내지 570 ℃에서 N₂/H₂S 혼합 가스 분위기 중에서 약 3시간 처리한 후, 약 2시간 동안 노냉하는 방법을 들 수 있다. 또, 노냉 단계에서 내압은 가스 도입에 의해 3 토르 정도로 되어 있다.

또, 상기 회전축(8)은 주조 단계에서 소실 패턴형 또는 셸 코어를 이용하여 중심 구멍(21)을 형성하였으므로, 후 기계 가공에 의해 천공할 필요가 없다.

본 발명에 있어서의 상기 고속도 공구강 상당 강재로 된 베인으로서, C, W, V 함유량을 SKH 51 보다 높인, 하기의 성분을 포함하는 고속도 공구강 상당 강재로 된 베인을 이용함으로써, 베인 자체의 내마모성을 보다 높일 수 있다.

성분은 C : 1.0 내지 2.0 중량부, Si : 0.1 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.5 중량부, Cr : 3.0 내지 5.0 중량부,

W : 11.0 내지 14.0 중량부, Mo : 0.5 내지 2.5 중량부,

V : 3.0 내지 5.0 중량부, Fe : 잔부.

본 발명에서 이용되는 베인의 제조 방법은 특히 한정되지 않지만, 하기의 성분을 포함하는 고속도 공구강 상당 강재(SKH 57 상당재에 TiN 입자(입경 약 1 내지 2 ㎛)를 배합한 것)를 이용하여 HIP 성형하는 방법은, 성형이 용이하고 내마모성이 우수한 베인을 제조할 수 있으므로 적합한 방법이다. 고온 등압 프레스 성형(HIP성형)은 분체 혹은 예비 성형체를 고온에 있어서도 피복체를 형성하는 금속박 등에 봉입 탈기한 후, 용기 내에 삽입하고 불활성 분위기 매체를 통하여 등방적으로 가압하면서 가열 소결하는 방법이며, 균질 고밀도 소결체가 얻어진다. 본 발명에 있어서는 상기와 같이 SKH57 상당재에 TiN 입자를 배합함으로써 공지의 HIP 성형 방법을 이용하여 베인을 성형할 수 있다.

성분은 C : 3.3 내지 3.6 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 3.0 내지 3.5 중량부,

W : 12 내지 14 중량부, Mo : 7.0 내지 9.0 중량부,

V : 9.0 내지 10.5 중량부, Co : 9.0 내지 11 중량부,

TiN 입자 : 13.0 중량부 이하, Fe : 잔부.

본 발명에 있어서는 고속도 공구강 상당 강재를 이용하여 사출 성형, 소결하여 얻어지는 중공부를 갖는 균질 고밀도로 고강도의 중공 베인을 이용할 수 있다. 사출 성형에 이용되는 고속도 공구강 상당 강재는 하기의 성분을 포함하는 고속도 공구강 상당 강재를 이용하는 것이 바람직하다. 이 중공 베인은 경량이고 고강도이므로, 이 베인을 사용하면 종래의 속도 보다 약 3배 정도 빠른 냉매 압축기의 사양으로 하는 것이 가능해진다.

성분은 C : 2.0 내지 2.5 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 2 내지 6 중량부,

W : 10 내지 12 중량부, Mo : 2.0 내지 3.0 중량부,

V : 5.0 내지 8.0 중량부, Co : 6.0 내지 9.0 중량부,

Fe : 잔부.

각 성분 및 그 함유량은, 양산이 가능하고 또 특히 베인의 내마모성을 향상시키도록 결정된 것이다.

한 편, 본 발명에 있어서의 상기 스텐레스강 상당 강재로 된 베인으로서, 하기의 성분을 포함하고, Cr 함유량이 높은 SUS440계 스텐레스강 상당 강재로 된 베인을 이용함으로써, 베인 자체의 내마모성을 보다 높일 수 있다.

성분은 C : 0.95 내지 1.20 중량부, Si : 1.0 중량부 이하,

Mn : 0.6 중량부 이하, Ni : 0.6 중량부 이하,

Cr : 16 내지 18 중량부, Mo : 0.75 중량부 이하,

Fe : 잔부.

각 성분 및 그 함유량은, 양산이 가능하고 또 특히 베인의 내마모성을 향상시키도록 결정된 것이다.

이들 베인은 상기 HIP 성형이나 사출 성형 등에 의해 용이하게 소결되어 얻어지는 스텐레스강 상당 강재로 된 베인을 이용하는 것이 바람직하다.

베인 중의 C의 함유량은 열처리 후의 경도, 내마모성에 관련되므로 특정 값 혹은 범위 내에 있을 필요가 있다. 특히, 하한치 미만에서는 소입 후의 경도가 저하하고 내마모성이 저하된다. 또, 베인 중의 Cr은 탄화물 석출 원소이므로, 내마모성에 크게 기여하기 위해 최적치, 최적 범위를 선택할 필요가 있다. W, Mo, V, Co, Si, Mo도 기지 강화에 기여하는 원소이며, 이들도 최적치, 최적 범위를 선택할 필요가 있고, 이들 값, 범위를 벗어나면 내마모성에 악영향이 미친다.

본 발명의 냉매 압축기의 형식은 상기와 같은 밀폐형 압축기라도 좋고, 또 개방형 압축기라도 좋고 특히 한정되지는 않는다. 또, 회전축에 대해서는 구체적으로는 예를 들면 회전식 압축기, 왕복형 압축기, 진동식 압축기, 멀티 베인식 회전식 압축기, 스크롤식 압축기 등의 회전축으로서 사용 가능하다.

<실시예>

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

주조 단계에서 소실 모형형 셸 코어를 이용하여 중심 구멍(21)을 형성한 회전축(8)을 노 중에 넣고 1 내지 2시간 동안 570 ℃로 회전축(8)을 가열하여, N₂/H₂ = 1:1 가스를 공급하는 분위기 중에서 2시간 처리를 행하였다. 계속해서 570 ℃에서 N₂/H₂ = 1:1과 N₂/H₂S = 99:1인 혼합 가스를 공급하는 분위기 중에서 3시간 처리를 행하였다. 그 후, 2시간 동안 노냉(노내압 3 토르)하여 플라즈마 황질화 처리를 행하였다.

플라즈마 황질화 처리를 행한 이 회전축(8)을 구비한 회전식 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 배관으로 연결한 벤치 스탠드 시험 장치를 사용하여 하기의 시험 조건에서 내구 시험을 행하고, 회전식 압축기의 회전축의 미끄럼 이동부의 마모도를 측정하였다.

압력 조건 : 고압 27 내지 28 ㎏/㎠·G, 저압 : 4.6 ㎏/㎠·G

운전 주파수 : 100 ㎐, 운전 시간 : 1000 hr,

냉매 : 듀퐁 코포레이션 제품 R407C[R134a와 R32와 R125의 52:23:25의 혼합 냉매]

케이스 상부 온도 : 95 내지 100℃

미끄럼 이동부의 각 재료는 이하와 같다.

베인 : 고속도 공구강(High Speed Steel)

롤러 : 주철

조성(중량부) : T.C (토탈 카본) : 3.0 내지 3.7

Si : 1.5 내지 2.5 중량부, Mn : 0.5 내지 1.0,

P : 0.2 내지 0.3, S : 0.15 이하,

Ni : 0.15 내지 0.4, Cr : 0.5 내지 1.2

Mo : 0.15 내지 0.4, Fe : 잔부

윤활유 조성물(오일) : 폴리에스테르계유(프루올α68S, 저팬 에너지 코포레이션 제품)를 기유(基油)로 하여 0.1 내지 2.0 중량부의 트리크레딜 포스페이트(TCP)와 0.01 내지 10 중량부의 에폭시 화합물의 첨가제(EP)를 첨가한 것. 또, 기유에 0.05 내지 0.5 중량부의 2,6-디-t-부틸-파라크레졸도 첨가하였다(이하, 오일 1이라 칭한다).

시험 결과, 회전축(8)의 마모도는 1이었다. 숫자는 마모도를 5단계 평가로 표시한 것이며, 5는 나쁨, 3 까지가 허용되는 범위, 1은 양호함을 표시한다.

(비교예 1)

플라즈마 황질화 처리 대신에 이온 질화 처리를 실시한 회전축(8)을 이용한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 시험하였다. 시험 결과, 회전축(8)의 마모도는 4이었다.

(실시예 2)

하기의 성분을 포함하는 고속도 공구강 상당 강재로 된 베인을 노내에 넣고, 1 내지 2 시간 동안 570 ℃로 가열하여 N₂/H₂ = 1:1 가스를 공급하는 분위기에서 2시간 처리를 행하였다. 계속해서 570 ℃에서 N₂/H₂ = 1:1과 N₂/H₂S = 99:1의 각각의 혼합 가스를 공급하는 분위기 중에서 3시간 처리를 행하였다. 그 후, 2시간 동안 노냉(노내압 3 토르)하여 플라즈마 황질화 처리를 행하였다.

성분은 C : 1.0 내지 2.0 중량부, Si : 0.1 내지 0.4 중량부,

Mn : 0.2 내지 0.5 중량부, Cr : 3.0 내지 5.0 중량부,

W : 11.0 내지 14.0 중량부, Mo : 0.5 내지 2.5 중량부,

V : 3.0 내지 5.0 중량부, Fe : 잔부.

플라즈마 황질화 처리를 행한 이 베인(12)을 구비한 회전식 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 배관으로 연결한 벤치 스탠드 시험 장치를 사용하여 하기의 시험 조건에서 내구 시험을 행하고, 베인(12)의 미끄럼 이동부의 마모도를 측정하였다.

압력 조건 : 고압 27 내지 28 ㎏/㎠·G, 저압 : 4.6 ㎏/㎠·G

운전 주파수 : 100 ㎐, 운전 시간 : 1000 hr,

냉매 : 듀퐁 코포레이션 제품 R407C

케이스 상부 온도 : 95 내지 100 ℃

롤러 : 주철

조성(중량부) : T.C (토탈 카본) : 3.0 내지 3.7

Si : 1.5 내지 2.5 중량부, Mn : 0.5 내지 1.0,

P : 0.2 내지 0.3, S : 0.15 이하,

Ni : 0.15 내지 0.4, Cr : 0.5 내지 1.2

Mo : 0.15 내지 0.4, Fe : 잔부

윤활유 조성물(오일) : 전술한 오일 1

시험 결과, 베인(12)의 마모도는 1이었다. 숫자는 마모도를 5단계 평가로 표시한 것이며, 5는 나쁨, 3 까지가 허용되는 범위, 1은 양호함을 표시한다. 회전식 압축기를 장기에 걸쳐 운전해도 오일 산가가 상승하지 않고 베인(12)의 표면의 미끄럼 이동부는 슬러지의 발생이 보이지 않고 안정되게 운전할 수 있었다.

(실시예 3)

하기의 성분을 포함하는 스텐레스강 상당 강재로 된 베인을 노내에 넣고, 1 내지 2 시간 동안 570℃로 가열하여 N₂ 매분 1.5 리터, H₂ 매분 1.5 리터를 공급하는 분위기에서 2시간 처리를 행하였다. 계속해서 570℃에서 N₂/H₂ = 1:1인 혼합 가스와 N₂/H₂S = 99:1인 혼합 가스를 공급하는 분위기 중에서 3시간 처리를 행하였다. 그 후, 2시간 동안 노냉(노내압 3 토르)하여 플라즈마 황질화 처리를 행하였다.

성분은 C : 0.95 내지 1.20 중량부, Si : 1.0 중량부,

Mn : 0.6 중량부 이하, Ni : 0.6 중량부 이하,

Cr : 16 내지 18 중량부, Mo : 0.75 중량부 이하,

Fe : 잔부.

플라즈마 황질화 처리를 행한 이 베인(12)을 구비한 회전식 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 배관으로 연결한 벤치 스탠드 시험 장치를 사용하여 하기의 시험 조건에서 내구 시험을 행하고, 베인(12)의 미끄럼 이동부의 마모도를 측정하였다.

압력 조건 : 고압 27 내지 28 ㎏/㎠·G, 저압 : 4.6 ㎏/㎠·G

운전 주파수 : 100 ㎐, 운전 시간 : 1000 hr,

냉매 : 듀퐁 코포레이션 제품 R407C

케이스 상부 온도 : 95 내지 100℃

롤러 : 주철

조성(중량부) : T.C (토탈 카본) : 3.0 내지 3.7

Si : 1.5 내지 2.5 중량부, Mn : 0.5 내지 1.0,

P : 0.2 내지 0.3, S : 0.15 이하,

Ni : 0.15 내지 0.4, Cr : 0.5 내지 1.2

Mo : 0.15 내지 0.4, Fe : 잔부

윤활유 조성물(오일) : 전술한 오일 1

시험 결과, 베인(12)의 마모도는 1이었다. 회전식 압축기를 장기에 걸쳐 운전해도 오일 산가가 상승하지 않고 베인(12)의 표면의 미끄럼 이동부는 슬러지의 발생이 보이지 않고 안정되게 운전할 수 있었다.

(비교예 2)

플라즈마 황질화 처리 대신에 이온 질화 처리를 실시한 베인(12)을 이용한 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 시험하였다. 시험 결과, 피막에 일부 박리가 보이고 베인(12)의 마모도는 4이었다.

본 발명은 상기와 같이 구성함으로써, 냉동기유로서 에스테르계 냉동기유나 에테르계 냉동기유 등을 이용하거나, HFC계 냉매를 사용한 경우에도 회전축의 표면의 미끄럼 이동부에 있어서의 마찰 계수가 낮고, 내마모성이 높고, 이 회전축을 구비한 냉매 압축기는 장기에 걸쳐 안정되게 운전할 수 있다. 또, 경제적으로 용이하게 회전축의 중심 구멍을 형성할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 구성함으로써, 냉동기유로서 에스테르계 냉동기유, 에테르계 냉동기유 등을 이용하거나, HFC계 냉매를 사용한 경우에도 베인의 표면의 미끄럼 이동부에 있어서의 마찰 계수가 낮고, 내마모성이 높고, 이 베인을 구비한 냉매 압축기는 장기에 걸쳐 안정되게 운전할 수 있다.

따라서, 산업상 이용에는 큰 가능성을 갖고 있다.

이제까지 본 발명의 적합한 실시예에 대해 기술하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 이하 청구 범위에 기술한 바와 같이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 기술 분야에 숙련된 자에게는 각종 변경이나 변형이 있을 수 있는 것이다.

도1은 냉동 장치의 냉동 회로도.

도2는 본 발명의 냉매 압축기의 일예의 종단면도.

도3은 도2의 냉매 압축기의 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐 용기

2 : 전동 요소

3 : 회전 압축 요소

4 : 권선

5 : 고정자

6 : 회전자

7 : 실린더

8 : 회전축

9 : 편심부

10 : 롤러

11 : 스프링

12 : 베인

13, 14 : 베어링

15 : 토출 구멍

16 : 토출 밸브

17 : 토출 머플러

18 : 오일

21 : 중공 구멍

Claims (8)

1. 그 표면에 함질소 화합물층 및 유황 함유 표층부를 형성하도록 모재로서 고속도 공구강 상당 강재를 포함하는 베인의 표면에 황질화 처리를 실시함으로써 마련된 베인이며,

   상기 모재가 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 베인.

   성분은 C : 1.0 내지 2.0 중량부, Si : 0.1 내지 0.4 중량부,

   Mn : 0.2 내지 0.5 중량부, Cr : 3.0 내지 5.0 중량부,

   W : 11.0 내지 14.0 중량부, Mo : 0.5 내지 2.5 중량부,

   V : 3.0 내지 5.0 중량부, Fe : 잔부.
2. 그 표면에 함질소 화합물층 및 유황 함유 표층부를 형성하도록 모재로서 고속도 공구강 상당 강재를 포함하는 베인의 표면에 황질화 처리를 실시함으로써 마련된 베인이며,

   상기 모재가 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 베인.

   성분은 C : 2.0 내지 2.5 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

   Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 2 내지 6 중량부,

   W : 10 내지 12 중량부, Mo : 2.0 내지 3.0 중량부,

   V : 5.0 내지 8.0 중량부, Co : 6.0 내지 9.0 중량부,

   Fe : 잔부.
3. 그 표면에 함질소 화합물층 및 유황 함유 표층부를 형성하도록 모재로서 고속도 공구강 상당 강재를 포함하는 베인의 표면에 황질화 처리를 실시함으로써 마련된 베인이며,

   상기 모재가 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 베인.

   성분은 C : 3.3 내지 3.6 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

   Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 3.0 내지 3.5 중량부,

   W : 12 내지 14 중량부, Mo : 7.0 내지 9.0 중량부,

   V : 9.0 내지 10.5 중량부, Co : 9.0 내지 11 중량부,

   TiN 입자 : 13.0 중량부 이하, Fe : 잔부.
4. 그 표면에 함질소 화합물층 및 유황 함유 표층부를 형성하도록 모재로서 스텐레스강 상당 강재를 포함하는 베인의 표면에 황질화 처리를 실시함으로써 마련된 베인이며,

   상기 모재가 하기의 성분의 스텐레스강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 베인.

   성분은 C : 0.95 내지 1.20 중량부, Si : 1.0 중량부 이하,

   Mn : 0.6 중량부 이하, Ni : 0.6 중량부 이하,

   Cr : 16 내지 18 중량부, Mo : 0.75 중량부 이하,

   Fe : 잔부.
5. 회전축을 갖는 전동 요소와, 이 전동 요소의 회전축에 의해 구동되는 압축 요소를 구비하고, 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하고 토출하기 위한 냉매 압축기이며,

   상기 압축 요소는 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 의해 구동되는 실린더 내에서 회전하는 롤러와, 이 롤러에 접하여 실린더 내를 구획하는 베인과, 상기 실린더의 개구를 밀봉하기 위한 상부 베어링부와 하부 베어링부를 포함하고, 이들 미끄럼 이동 부재인 롤러 및 베인의 미끄럼 이동면은 냉동기유에 의해 윤활되고, 상기 베인은 표면에 황질화 처리를 실시한 고속도 공구강 상당 강재로 만들어지는 베인을 이용하고,

   상기 모재는 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.

   성분은 C : 1.0 내지 2.0 중량부, Si : 0.1 내지 0.4 중량부,

   Mn : 0.2 내지 0.5 중량부, Cr : 3.0 내지 5.0 중량부,

   W : 11.0 내지 14.0 중량부, Mo : 0.5 내지 2.5 중량부,

   V : 3.0 내지 5.0 중량부, Fe : 잔부.
6. 회전축을 갖는 전동 요소와, 이 전동 요소의 회전축에 의해 구동되는 압축 요소를 구비하고, 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하고 토출하기 위한 냉매 압축기이며,

   상기 압축 요소는 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 의해 구동되는 실린더 내에서 회전하는 롤러와, 이 롤러에 접하여 실린더 내를 구획하는 베인과, 상기 실린더의 개구를 밀봉하기 위한 상부 베어링부와 하부 베어링부를 포함하고, 이들 미끄럼 이동 부재인 롤러 및 베인의 미끄럼 이동면은 냉동기유에 의해 윤활되고, 상기 베인은 표면에 황질화 처리를 실시한 고속도 공구강 상당 강재로 만들어지는 베인을 이용하고,

   상기 모재는 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.

   성분은 C : 2.0 내지 2.5 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

   Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 2 내지 6 중량부,

   W : 10 내지 12 중량부, Mo : 2.0 내지 3.0 중량부,

   V : 5.0 내지 8.0 중량부, Co : 6.0 내지 9.0 중량부,

   Fe : 잔부.
7. 회전축을 갖는 전동 요소와, 이 전동 요소의 회전축에 의해 구동되는 압축 요소를 구비하고, 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하고 토출하기 위한 냉매 압축기이며,

   상기 압축 요소는 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 의해 구동되는 실린더 내에서 회전하는 롤러와, 이 롤러에 접하여 실린더 내를 구획하는 베인과, 상기 실린더의 개구를 밀봉하기 위한 상부 베어링부와 하부 베어링부를 포함하고, 이들 미끄럼 이동 부재인 롤러 및 베인의 미끄럼 이동면은 냉동기유에 의해 윤활되고, 상기 베인은 표면에 황질화 처리를 실시한 고속도 공구강 상당 강재로 만들어지는 베인을 이용하고,

   상기 모재는 하기의 성분의 고속도 공구강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.

   성분은 C : 3.3 내지 3.6 중량부, Si : 0.2 내지 0.4 중량부,

   Mn : 0.2 내지 0.4 중량부, Cr : 3.0 내지 3.5 중량부,

   W : 12 내지 14 중량부, Mo : 7.0 내지 9.0 중량부,

   V : 9.0 내지 10.5 중량부, Co : 9.0 내지 11 중량부,

   TiN 입자 : 13.0 중량부 이하, Fe : 잔부.
8. 회전축을 갖는 전동 요소와, 이 전동 요소의 회전축에 의해 구동되는 압축 요소를 구비하고, 냉매를 이 압축 요소에 의해 압축하고 토출하기 위한 냉매 압축기이며,

   상기 압축 요소는 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 의해 구동되는 실린더 내에서 회전하는 롤러와, 이 롤러에 접하여 실린더 내를 구획하는 베인과, 상기 실린더의 개구를 밀봉하기 위한 상부 베어링부와 하부 베어링부를 포함하고, 이들 미끄럼 이동 부재인 롤러 및 베인의 미끄럼 이동면은 냉동기유에 의해 윤활되고, 상기 베인은 표면에 황질화 처리를 실시한 스텐레스강 상당 강재로 만들어지는 베인을 이용하고,

   상기 모재는 하기의 성분의 스텐레스강 상당 강재인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.

   성분은 C : 0.95 내지 1.20 중량부, Si : 1.0 중량부 이하,

   Mn : 0.6 중량부 이하, Ni : 0.6 중량부 이하,

   Cr : 16 내지 18 중량부, Mo : 0.75 중량부 이하,

   Fe : 잔부.

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