WO2014027438A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Definitions

  • FIG. 3 is an explanatory diagram in plan view showing the compression mechanism 27 of the compressor 11 on the low temperature side.
  • the basic structure of the compression mechanism 27 is the same as that of the compression mechanism 16 of the high temperature side compressor 4 shown in FIG.
  • the compression mechanism unit 27 includes a low temperature side cylinder 29, a rotating shaft 30, an eccentric portion 31, a low temperature side roller 32, a low temperature side blade 34, and a spring 35.
  • a cylinder chamber 28 is formed inside the cylinder 29.
  • the rotary shaft 30 is inserted into the cylinder chamber 28 and is provided to be rotatable around the axis.
  • the eccentric portion 31 is provided on the rotating shaft 30 and is disposed in the cylinder chamber 28.
  • the roller 32 is fitted on the outer periphery of the eccentric portion 31 and rotates eccentrically in the cylinder chamber 28 as the rotary shaft 30 rotates.
  • the blade 34 is slidably accommodated in a blade groove 33 formed in the cylinder 29.
  • the tip of the blade 34 is in contact with the outer peripheral surface of the roller 32.
  • the spring 35 is housed in the inner part of the blade groove 33 and biases the blade 34 toward the roller 32.
  • Table 2 shows the durability test results of the blades under the operating conditions of the high-temperature side refrigeration cycle 1 using the blades subjected to DLC treatment on the blade sliding surfaces and the blades subjected to diffusion permeation treatment by nitriding treatment.
  • the blade durability test results and the compressor performance (COP) test results under the operating conditions of the low temperature side refrigeration cycle 2 are shown.

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Description

冷凍サイクル装置 関連出願の引用
　本出願は、２０１２年８月１７日に出願した日本国特許出願第２０１２－１８１１８８号による優先権の利益に基礎をおき、かつ、その利益を求めており、その内容全体が引用によりここに包含される。
　　ここで説明する実施形態は、全般的に、二元冷凍サイクルを構成する高温側冷凍サイクルと低温側冷凍サイクルとを備えた冷凍サイクル装置に関する。
　二元冷凍サイクルを構成する高温側冷凍サイクルと低温側冷凍サイクルとを備えた冷凍サイクル装置としては、例えば、日本国特開平８－１８９７１４号公報に記載された装置が知られている。
　この特許公報に記載された二元式の冷凍サイクル装置では、高温側冷凍サイクルの圧縮機と低温側冷凍サイクルの圧縮機とにおいて、冷媒に対して非相溶性の潤滑油を使用している。圧縮機において冷媒に対して非相溶性の潤滑油を使用すると、圧縮機から冷媒と共に流出した潤滑油の圧縮機への戻り性が低下する。そこで、上記特許公報に記載の冷凍サイクル装置では、各冷凍サイクルにおける冷媒配管の長さを短くして潤滑油の戻り性を良くするとともに、高温側冷凍サイクルと低温側冷凍サイクルとの間で熱交換を行うための熱媒を循環させる熱媒循環路を冷媒配管とは別個に設けている。
特開平８－１８９７１４号公報
　上記特許公報に記載されたように、冷媒に対して非相溶性の潤滑油を使用するとともに熱媒循環路を設けた場合には、システムが複雑化、大型化し、コストが増大する。
　一方、冷媒に対して相溶性を有する潤滑油を用いた場合には、高温側冷凍サイクルの圧縮機では、潤滑油が高温による粘度低下及び高圧による冷媒溶け込み量の増加による希釈により粘度が大きく低下し、摺動部の耐摩耗性が低下する。
　近年、オゾン層保護の見地から塩素を含まない冷媒の使用が求められているが、耐荷重性を付与するための極圧添加剤としての機能を有する塩素を含まない冷媒を使用することにより摺動部の耐摩耗性がさらに低下する。
　本発明の実施形態は、高温側冷凍サイクルの高温側圧縮機と低温側冷凍サイクルの低温側圧縮機とにおいて塩素を含まない冷媒を使用し且つ冷媒に対して相溶性を有する潤滑油を使用した場合に、高温側圧縮機の摺動部の耐摩耗性を向上させるとともに、低温側圧縮機の摺動部の摺動抵抗を小さくして摺動損失を低減させることができる冷凍サイクル装置を提供する。
　実施形態の冷凍サイクル装置は、高温側の圧縮機と、被加熱流体を加熱する高温側の凝縮器と、高温側の膨張装置と、中間熱交換器の高温側流路とが高温側の冷媒配管を介して連通され、高温側の冷媒配管に沿って冷媒が循環する高温側の冷凍サイクルと、低温側の圧縮機と、中間熱交換器の低温側流路と、低温側の膨張装置と、低温側の蒸発器とが低温側の冷媒配管を介して連通され、低温側の冷媒配管に沿って冷媒が循環する低温側の冷凍サイクルとを備え、高温側の冷凍サイクルと低温側の冷凍サイクルとを同一の筐体に搭載した冷凍サイクル装置において、冷媒として塩素を含まない冷媒が使用され、高温側の圧縮機で使用される高温側の潤滑油と低温側の圧縮機で使用される低温側の潤滑油とは冷媒に対して相溶性を有し、高温側の潤滑油の４０℃における粘度圧力係数が低温側の潤滑油の４０℃における粘度圧力係数より高い。
第１の実施形態による冷凍サイクル装置の全体構成を示す説明図である。 前記冷凍サイクル装置の高温側圧縮機の圧縮機構部を拡大して示す平面視の説明図である。 前記冷凍サイクル装置の低温側圧縮機の圧縮機構部を拡大して示す平面視の説明図である。 第２の実施形態による冷凍サイクル装置の高温側圧縮機を示す縦断面図である。 第２の実施形態による冷凍サイクル装置の低温側圧縮機を示す縦断面図である。
実施形態
　以下に、複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、同一の符号は、同一または類似部分を示している。第１の実施形態の冷凍サイクル装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。図１は、温水を生成するために使用される冷凍サイクル装置の全体構成を示している。この冷凍サイクル装置は、二元冷凍サイクルを構成する高温側冷凍サイクル１と、低温側冷凍サイクル２とを有する。これらの高温側冷凍サイクル１と低温側冷凍サイクル２とは、同一の筐体３に搭載されている。
　高温側冷凍サイクル１は、冷媒を圧縮するロータリ型の高温側の圧縮機４と、冷媒を凝縮する高温側の凝縮器５と、冷媒を減圧する高温側の膨張装置６と、熱交換を行う中間熱交換器７によって構成されている。これらの圧縮機４、凝縮器５、膨張装置６、および中間熱交換器７内の高温側の流路７ａが高温側の冷媒配管８を介して連通され、この冷媒配管８に沿って冷媒が循環する。中間熱交換器７は、高温側冷凍サイクル１においては、高温側の流路７ａ内を流れる冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。凝縮器５内には、被加熱流体である水が流れる流体流路９が配管され、この流体流路９の途中には、水を流すポンプ１０が設けられている。
　低温側冷凍サイクル２は、冷媒を圧縮するロータリ型の低温側の圧縮機１１と、前記中間熱交換器７と、冷媒を減圧する低温側の膨張装置１２と、冷媒を蒸発させる低温側の蒸発器１３によって構成されている。これらの圧縮機１１、中間熱交換器７内の低温側流路７ｂ、膨張装置１２、および低温側蒸発器１３とが低温側の冷媒配管１４を介して連通され、この冷媒配管１４に沿って冷媒が循環する。中間熱交換器７は、低温側冷凍サイクル２においては、低温側の流路７ｂ内を流れる冷媒を凝縮する凝縮器として機能する。蒸発器１３に対向する位置には、この蒸発器１３に対して送風を行う送風ファン１５が設けられている。
　図２は、高温側の圧縮機４の圧縮機構部１６を示す平面視の説明図である。圧縮機構部１６は、高温側のシリンダ１８、回転軸１９、偏心部２０、高温側のローラ２１、高温側のブレード２３、スプリング２４とを備えている。シリンダ１８は、内部にシリンダ室１７が形成される。回転軸１９は、シリンダ室１７に挿通され、軸心回りに回転可能に設けられる。偏心部２０は、回転軸１９に設けられ、シリンダ室１７内に配置される。ローラ２１は、偏心部２０の外周に嵌合され、回転軸１９の回転に伴いシリンダ室１７内で偏心回転する。ブレード２３は、シリンダ１８に形成されたブレード溝２２内に摺動可能に収容される。ブレード２３の先端部は、ローラ２１の外周面に当接される。スプリング２４は、ブレード溝２２の奥部に収容され、ブレード２３をローラ２１側に付勢する。
　シリンダ室１７内は、先端部をローラ２１の外周面に当接させたブレード２３により、吸込室１７ａと圧縮室１７ｂとに区画されている。高温側シリンダ１８には、圧縮機４の駆動時に冷媒を吸込室１７ａに吸込む吸込通路２５が形成されている。さらに、圧縮室１７ｂで圧縮された冷媒を吐出する吐出通路は、回転軸１９を軸支する図示しない軸受部材に形成されている。
　図３は、低温側の圧縮機１１の圧縮機構部２７を示す平面視の説明図である。この圧縮機構部２７の基本的構成は、図２に示した高温側の圧縮機４の圧縮機構部１６と同じである。圧縮機構部２７は、低温側のシリンダ２９、回転軸３０、偏心部３１、低温側のローラ３２、低温側のブレード３４、スプリング３５とを備えている。シリンダ２９は、内部にシリンダ室２８が形成される。回転軸３０は、シリンダ室２８に挿通され、軸心回りに回転可能に設けられる。偏心部３１は、回転軸３０に設けられ、シリンダ室２８内に配置される。ローラ３２は、偏心部３１の外周に嵌合され、回転軸３０の回転に伴いシリンダ室２８内で偏心回転する。ブレード３４は、シリンダ２９に形成されたブレード溝３３内に摺動可能に収容される。ブレード３４の先端部は、ローラ３２の外周面に当接される。スプリング３５は、ブレード溝３３の奥部に収容され、ブレード３４をローラ３２側に付勢する。
　シリンダ室２８内は、先端部をローラ３２の外周面に当接させた低温側ブレード３４により、吸込室２８ａと圧縮室２８ｂとに区画される。シリンダ２９には、側圧縮機１１の駆動時に冷媒を吸込室２８ａに吸込む吸込通路３６が形成されている。さらに、圧縮室２８ｂで圧縮された冷媒を吐出する吐出通路が、回転軸３０を軸支する図示しない軸受部材に形成されている。
　高温側の冷凍サイクル１と低温側の冷凍サイクル２とにおいて使用される冷媒、並びに、圧縮機４、１１において使用される潤滑油について説明する。
　前記冷媒は、冷凍サイクル１と冷凍サイクル２とにおいて、共に、塩素を含まないＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系の冷媒が使用される。ＨＦＣ系の冷媒としては、ＨＦＣ－１３４ａ、ＨＦＣ－３２、ＨＦＣ－１５２ａ、ＨＦＣ－１２５、ＨＦＣ－１４３ａのような単一冷媒や、ＨＦＣ－３２とＨＦＣ－１２５とを混合して得られるＲ４１０Ａのような混合冷媒を使用することできる。
　前記潤滑油は、高温側の圧縮機４では、潤滑油であるＰＶＥ（ポリビニルエーテル）が使用される。低温側の圧縮機１１では、潤滑油であるＰＯＥ（ポリオールエステル）が使用される。これらのＰＶＥとＰＯＥとは、共に、ＨＦＣ系の冷媒に対して相溶性を有する。ＰＶＥの４０℃における粘度圧力係数“α”はと、ＰＯＥの４０℃における粘度圧力係数“α”より高い。
　潤滑油の粘度については、“η＝η0exp（αｐ）”の式に示される性質がある（ＡＳＭＥ　Pressure-viscosity Report、ＡＳＭＥ、１９５３を参照）。“η”は任意の圧力“ｐ”における潤滑油の粘度、“η0”は大気圧における潤滑油の粘度、“α”は潤滑油の粘度圧力係数である。
　潤滑油の粘度“η”は、圧力“ｐ”に対して指数関数的に増加するため、混合潤滑状態や境界潤滑状態となって高い面圧を受ける摺動部では、潤滑油の粘度は局部的に高くなる。
　混合潤滑状態や境界潤滑状態の摺動部において、耐摩耗性を向上させる方法として、日本機械学会論文集Ｃ編．６４－６２４．論文Ｎｏ．９７－１４２５）には、粘度圧力係数“α”の高い潤滑油の効果が記載されている。この効果として、粘度圧力係数“α”が高い潤滑油は、摺動部において局部的に粘度が極めて高く、所謂固化膜を形成しやすく、この固化膜により摩擦面が保護される。さらに、前記日本機械学会論文集Ｃ編の前記論文には、潤滑油の粘度圧力係数“α”が高い程、摺動部の摩擦係数が高くなり、摺動損失が大きくなることが記載されている。
　前記特許公報には、ＰＶＥは、ＨＦＣ系の冷媒に対して相溶性を有する潤滑油のなかでも、粘度圧力係数“α”が高く、摩擦係数も高いことが記載されている。
　前記特許公報及び日本機械学会論文集Ｃ編，６３－６１２，Ｎｏ．９６－１４２７には、ＰＯＥは、ＨＦＣ系冷媒に対し相溶性を有する潤滑油のなかでも、特に低温度域における摩擦係数が低く、また、摩擦面に強固な吸着膜を形成することで耐摩耗性に優れていることが記載されている。しかし、この論文には、前記吸着膜が、転移温度（１５０℃付近）以上になると消失して、前記摩擦面の耐摩耗性が急激に悪化することが記載されている。
　表１は、粘度圧力係数“α”が異なる２種類の潤滑油を用いて行った、高温側冷凍サイクル１の運転条件での圧縮機の耐久試験結果と、低温側冷凍サイクル２の運転条件での圧縮機の耐久試験結果及び性能（ＣＯＰ）試験結果を示す説明図である。上記潤滑油は、それぞれ、４０℃における粘度圧力係数が１５．１ＧＰａ－１である高温側の潤滑油（ＰＶＥ）、及び、４０℃における粘度圧力係数が１０．３ＧＰａ－１である低温側の潤滑油（ＰＯＥ）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　高温側の冷凍サイクル１の運転条件として、凝縮温度を９５℃、蒸発温度を３５℃、圧縮機の運転周波数を６０ｒｐｓに設定した。低温側の冷凍サイクル２の運転条件として、凝縮温度を４５℃、蒸発温度を５℃、圧縮機の運転周波数を６０ｒｐｓに設定した。
　表１によれば、高温側の冷凍サイクル１の前記運転条件で圧縮機を運転したときに、粘度圧力係数“α”が高い前記高温側の潤滑油（ＰＶＥ）を用いた場合は、圧縮機の耐久試験結果が良好（ＯＫ）である。これに対し、粘度圧力係数“α”が低い前記低温側の潤滑油（ＰＯＥ）を用いた場合は、圧縮機に摩耗が発生して、耐久試験結果が非良好（ＮＧ）であることが分かる。
　一方、低温側冷凍サイクル２の前記運転条件で前記圧縮機を運転したときに、粘度圧力係数“α”が高い前記高温側の潤滑油（ＰＶＥ）と粘度圧力係数“α”が低い前記低温側の潤滑油（ＰＯＥ）とのいずれを用いても、圧縮機の耐久試験結果は良好（ＯＫ）である。性能（ＣＯＰ）試験結果としては、粘度圧力係数“α”が低い前記低温側の潤滑油（ＰＯＥ）を用いた場合の方が、粘度圧力係数“α”が高い前記高温側の潤滑油（ＰＶＥ）を用いた場合よりも良好であることが分かる。
　高温側の潤滑油と低温側の潤滑油への耐荷重添加剤の付加について説明する。潤滑油に耐荷重添加剤を付加することにより、混合潤滑状態や境界潤滑状態における摺動部の耐摩耗性を高めることが可能となる。しかしその反面、耐荷重添加剤を付加することにより低温析出物が生じ易くなり、低温析出物が生じた場合には、冷媒や潤滑油が流れる流路の内径が狭くなり、場合によっては流路が閉塞される場合がある。
　そこで、高温側の潤滑油と低温側の潤滑油に耐荷重添加剤を付加する場合、付加する耐荷重添加剤の重量比率を、高温側の潤滑油＞低温側の潤滑油≧０の関係に設定している。
　耐荷重添加剤の代表的なものとしては、リン酸エステル類を含むものが挙げられる。具体的には、トルクレジルホスフェート（ＴＣＰ）、トリフェニルホスフェート（ＴＰＰ）のリン酸エステル、トリクレジルホスファイト、トリフェニルホスファイトの亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、酸性亜リン酸エステルなどがある。さらには、チオリン酸塩（ジアルキルジチオリン酸亜鉛；ＺｎＤＴＰ）、高級脂肪酸、高級アルコール、有機モリブデン化合物も耐荷重添加剤として用いることが可能である。
　高温側のブレード２３と低温側のブレード３４のそれぞれのブレード摺動面の処理について説明する。高温側のブレード２３が摺動する場合に他の部材と当接又は接触するブレード２３のブレード摺動面には、高温側ブレード２３の母材より硬度を高めるための拡散浸透処理、例えば、窒化処理による拡散浸透処理が施されている。
　一方、低温側のブレード３４が摺動する場合に他の部材と当接又は接触するブレード３４のブレード摺動面には、低温側のブレード３４の母材より摩擦係数の低い被膜処理、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理が施されている。
　表２は、ブレード摺動面にＤＬＣ処理を施したブレードと、窒化処理による拡散浸透処理を施したブレードとを用いて行った、高温側冷凍サイクル１の運転条件でのブレードの耐久試験結果と、低温側冷凍サイクル２の運転条件でのブレードの耐久試験結果及び圧縮機の性能（ＣＯＰ）試験結果とを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　高温側の冷凍サイクル１の運転条件としては、前記表１を用いて説明した試験と同様に、凝縮温度を９５℃、蒸発温度を３５℃、圧縮機の運転周波数を６０ｒｐｓに設定した。低温側の冷凍サイクル２の運転条件は、前記表１を用いて説明した試験と同様に、凝縮温度を４５℃、蒸発温度を５℃、圧縮機の運転周波数を６０ｒｐｓに設定した。
　表２によれば、高温側の冷凍サイクル１の運転条件では、ブレード摺動面に窒化処理を施した場合には、ブレードの耐久試験の試験結果が良好（ＯＫ）である。これに対し、ＤＬＣ処理を施した場合には処理部分に剥離が発生して耐久試験が非良好（ＮＧ）であることが分かる。
　一方、低温側の冷凍サイクル２の運転条件では、ブレード摺動面に窒化処理を施した場合とＤＬＣ処理を施した場合とのいずれにおいても、ブレードの耐久試験結果が良好（ＯＫ）である。性能（ＣＯＰ）試験結果は、ＤＬＣ処理を施した場合の方が、ブレード摺動面に窒化処理を施した場合よりも、良好であることが分かる。
　表３は、ブレード摺動面に窒化処理による拡散浸透処理を施した場合に窒化処理表面に発生するポーラス層の厚みを変化させた場合のブレード耐久試験の結果を示す。この耐久試験は、高温側の冷凍サイクル１の高圧縮比運転と高圧力運転とを行った場合についての耐久試験である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　前記高圧縮比運転とは、高温側の冷凍サイクル１の使用条件範囲の中で、最も圧縮比の高い条件における運転である。前記高圧力運転とは、高温側の冷凍サイクル１の使用条件範囲の中で、低圧と高圧が共に最も高い条件における運転である。
　前記高温側の冷凍サイクル１の前記高圧縮比運転では、凝縮温度を９０℃、蒸発温度を１０℃、圧縮機の運転周波数を６０ｒｐｓに設定した。
　前記高温側冷凍サイクル１の前記高圧力運転では、凝縮温度を９５℃、蒸発温度を３５℃、圧縮機の運転周波数を６０ｒｐｓに設定した。
　表３によれば、ポーラス層の厚みを１μｍ以下とすることにより、前記高圧縮比運転と前記高圧力運転とのいずれの場合においても、耐久試験結果が良好（ＯＫ）になることが分かる。ポーラス層の厚みが１μｍを越える場合には、ポーラス層において一部剥離や剥離が発生することが分かる。
　上述した前記冷凍サイクル装置では、低温側の圧縮機１１が駆動されることによる低温側の冷凍サイクル２の運転と、高温側の圧縮機４が駆動されることによる高温側の冷凍サイクル１の運転とが行われる。さらに、ポンプ１０が駆動されることにより流体流路９内を水が流れ、この水は高温側の凝縮器５において冷媒から放熱される熱で暖められて温水となり、この温水は外部の温水を必要とする箇所に供給される。
　低温側の冷凍サイクル２と高温側の冷凍サイクル１とが運転されることにより、中間熱交換器７において熱交換が行われる。その結果、高温側の冷凍サイクル１の冷媒が、低温側の冷凍サイクル２の冷媒から放熱された熱で暖められる。このような熱交換により、高温側の冷凍サイクル１では、高温側の圧縮機４に吸込まれる冷媒の温度が高くなり、高温側の圧縮機４のシリンダ室１７内の温度と圧力は、低温側の圧縮機１１のシリンダ室２８内の温度と圧力に比べて高くなる。したがって、高温側の凝縮器５から放熱される熱量が多くなり、温水の生成が促進される。
　この場合、高温側の圧縮機４で使用する高温側の潤滑油として、４０℃における粘度圧力係数“α”が１５．１ＧＰａ－１である高い粘度圧力係数のＰＶＥが使用されている。このＰＶＥを使用することにより、高温側の圧縮機４のシリンダ室１７内の温度と圧力が上昇しても、表１に示したように、高温側の圧縮機４の耐久性が向上する。
　さらに、低温側の圧縮機１１で使用する低温側の潤滑油として、４０℃における粘度圧力係数“α”が１０．３ＧＰａ－１であるＰＯＥが使用されている。このＰＯＥを使用することにより、表１に示したように、低温側の圧縮機１１で耐久性が確保されるとともに、性能（ＣＯＰ）試験結果がＰＶＥを用いた場合より良好になる。
　本実施形態では、高温側潤滑油（ＰＶＥ）と低温側潤滑油（ＰＯＥ）に付加する耐荷重添加剤の重量比率を、高温側の潤滑油＞低温側の潤滑油≧０の関係に設定している。したがって、高温側の圧縮機４は摺動環境が厳しいが、高温側の圧縮機４使用する高温側の潤滑油については、耐荷重添加剤の付加量を多くすることにより、高温側圧縮機４の耐摩耗性を向上させることができる。加えて、この高温側の圧縮機４及び高温側の冷凍サイクル１は低温になり難いため、耐荷重添加剤の付加量を多くしても、低温析出物の発生を抑制することができる。その結果、低温析出物の析出に伴う高温側の冷凍サイクル１の信頼性や性能の低下を防止することができる。一方、低温側の圧縮機１１は摺動環境が厳しくなく低温になり易い。したがって、低温側の圧縮機１１の低温側の潤滑油については、耐荷重添加剤の付加量を少なくし、又は、耐荷重添加剤を付加しないようにする。その結果、耐荷重添加剤を付加することによる低温析出物の発生を抑制することができ、低温側の冷凍サイクル２の性能を維持することができる。
　本実施形態では、表２に示したように、高温側の圧縮機４のブレード２３の表面に窒化処理による拡散浸透処理を施すことにより、ブレード２３の耐久性を向上させることができる。一方、低温側の圧縮機１１のブレードの表面にＤＬＣ処理を施すことにより、ブレード３４の耐久性を向上させることができるとともに、低温側圧縮機１１の性能（ＣＯＰ）を向上させることができる。
　さらに、本実施形態では、高温側ブレード２３の摺動面に窒化処理による拡散浸透処理を施した場合に窒化処理表面に発生するポーラス層の厚みを、表３に示したように１μｍ以下としている。これにより、ポーラス層の一部剥離や剥離を防止することができ、高温側圧縮機４の性能及び信頼性を高めることができる。
　本発明の第２の実施形態による冷凍サイクル装置を説明する。この冷凍サイクル装置は、高温側及び低温側の圧縮機を除き第１の実施形態による冷凍サイクル装置と同様である。これらの圧縮機の構造につて図４Ａ及び４Ｂに基づいて説明する。
　図４Ａは、第２の実施形態における高温側の冷凍サイクルの高温側の圧縮機４Ａを示す縦断面図である。図４Ｂは、第２の実施形態における低温側の冷凍サイクルの低温側圧縮機１１Ａを示す縦断面図である。高温側の圧縮機４Ａのシリンダ室１７、１７の各々の室内においては、２枚の高温側のブレード２３ａ、２３ｂが使用される。低温側の圧縮機１１Ａのシリンダ２８、２８の各々の室内においては、１枚の低温側ブレード３４が使用される。
　以下に詳しく説明する。高温側圧縮機４Ａの圧縮機構部１６Ａは、一対の高温側のシリンダ１８、１８と、回転軸１９と、偏心部２０、２０と、高温側のローラ２１、２１と、高温側のブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂと、スプリング２４とを備えている。シリンダ１８、１８の内部には、それぞれ、高温側シリンダ室１７、１７が形成される。回転軸１９は、シリンダ室１７、１７に挿通され、軸心回りに回転可能に設けられる。偏心部２０、２０は、回転軸１９に設けられ、それぞれシリンダ室１７、１７内に配置される。ローラ２１、２１は、それぞれ偏心部２０、２０の外周に嵌合され、回転軸１９の回転に伴いシリンダ室１７、１７内で偏心回転する。ブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂは、前記ローラ２１、２１に対し摺動可能に設けられる。これらの複数のブレードの先端部は、ローラ２１、２１の外周面に当接されることによりシリンダ室１７、１７内を吸込室と圧縮室とに仕切る。スプリング２４は、ブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂをローラ２１、２１側に付勢する。
　低温側圧縮機１１Ａの圧縮機構部２７Ａは、一対の低温側のシリンダ２９、２９と、回転軸３０と、偏心部３１、３１と、低温側のローラ３２、３２と、低温側ブレード３４、３４と、スプリング３５とを備えている。シリンダ２９、２９の内部には、それぞれシリンダ室２８、２８が形成される。回転軸３０は、シリンダ室２８、２８に挿通され、軸心回りに回転可能に設けられる。偏心部３１、３１は、回転軸３０に設けられ、それぞれシリンダ室２８、２８内に配置される。ローラ３２、３１は、それぞれ偏心部３１、３１の外周に嵌合され、回転軸３０の回転に伴いシリンダ室２８、２８内で偏心回転する。ブレード３４、３４は、前記ローラ３２、３２に対し摺動可能に設けられる。ブレード３４、３４のそれぞれの先端部は、低温側ローラ３２、３２の外周面に当接されることによりシリンダ室２８、２８内を吸込室と圧縮室とに仕切る。スプリング３５は、ブレード３４、３４をローラ３２、３２側に付勢する。
　本実施形態の冷凍サイクル装置では、低温側のシリンダ室２８、２８の各々の室内に、１枚のブレード３４が設けられている。高温側のシリンダ室１７、１７の各々の室内に、２枚のブレード２３ａ、２３ｂが設けられている。高温側のブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂは、回転軸１９の軸方向に沿って２枚ずつに分けられている。
　このような構成において、高温側の圧縮機４Ａと低温側の圧縮機１１Ａにおいて、冷媒の圧力により回転軸１９、３０が撓みを生じると、高温側のローラ２１、２１の外周面に対して高温側のブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂが局部的に当接することになる。加えて、低温側のローラ３２、３２の外周面に対しては、低温側のブレード３４、３４が局部的に当接することになる。その結果、前記複数のブレードにおける当接している部分の面圧が上昇する。
　高温側の圧縮機４Ａの方が低温側の圧縮機１１Ａよりも冷媒の圧力が高くなるため、回転軸３０に比べて回転軸１９の撓み量が大きくなりやすい。しかし、高温側の圧縮機４Ａでは、高温側のブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂが２つずつに分けられてそれぞれがシリンダ１８、１８内に配置されているため、高温側のブレード２３ａ、２３ａ、２３ｂ、２３ｂの１枚当たりの高温側のローラ２１、２１の一つとの当接部の面圧を低く抑えることができる。したがって、耐摩耗性を向上させることができ、高温側の圧縮機４Ａの性能及び信頼性を高めることができる。
　一方、低温側の圧縮機１１Ａの回転軸３０が撓みを生じても、その撓み量は高温側の圧縮機４Ａの回転軸１９の撓み量より小さい。したがって、回転軸３０が撓みを生じて低温側のブレード３４、３４がローラ３２、３２に局部的に当接することになっても、低温側ブレード３４、３４と低温側ローラ３２、３２の当接部の面圧が低く抑えられる。低温側の圧縮機１１Ａでは、シリンダ２９、２９の各々当り１枚のブレード３４を使用することにより、前記冷凍サイクル装置の部品数を低減し、コストの上昇を抑えることができる。
　本実施形態では、高温側の圧縮機４Ａにおいて、シリンダ１８、１８の各々当り２枚の高温側ブレード２３ａ、２３ｂを設け、低温側の圧縮機１１Ａでは、シリンダ２９、２９の各々当り１枚の低温側ブレード３４を設けている。ブレードの枚数はこれらに限られるものではなく、高温側の圧縮機４Ａのブレードの枚数と低温側の圧縮機１１Ａのブレードの枚数をそれぞれ更に多くして、高温側の圧縮機４Ａで使用するブレードの枚数を、低温側の圧縮機１１Ａで使用するブレードの枚数より多くなるようにしてもよい。
　以上説明した複数の実施形態による冷凍サイクル装置は、高温側の冷凍サイクル１と低温側の冷凍サイクル２を有する。冷凍サイクル１は、高温側の圧縮機４、４Ａと、被加熱流体を加熱する高温側の凝縮器５と、高温側の膨張装置６と、高温側の流路７ａを有する中間熱交換器７とを備える。これらの要素は高温側の冷媒配管８を介して連通され、冷媒が高温側冷媒配管８に沿って循環する。低温側の冷凍サイクル２は、低温側の圧縮機１１、１１Ａと、前記中間熱交換器７と、低温側の膨張装置１２と、低温側の蒸発器１３とを備える。前記中間熱交換器７は低温側の流路７ｂを有する。これらの要素は低温側の冷媒配管１４を介して連通され、冷媒が低温側の冷媒配管１４に沿って循環する。前記冷媒として塩素を含まない冷媒が使用される。高温側圧縮機４で使用される高温側の潤滑油と低温側の圧縮機１１で使用される低温側の潤滑油とは、前記冷媒に対して相溶性を有する。前記高温側の潤滑油の４０℃における粘度圧力係数は、前記低温側の潤滑油の４０℃における粘度圧力係数より高くなっている。したがって、高温かつ高圧下の希釈により前記潤滑油の粘度が大きく低下しやすい高温側に圧縮機４、４Ａにおいて、粘度圧力係数が高い前記潤滑油を使用することにより、混合潤滑あるいは境界潤滑になりやすい前記複数のブレードの摺動部の耐摩耗性を向上させることができる。一方、低温側の圧縮機１１、１１Ａは、比較的低温、低圧であり、前記低温側の潤滑油の粘度は低下し難い。この低温側圧縮機１１においては、粘度圧力係数が低い潤滑油を用いることにより、前記複数のブレードの複数の摺動部の耐摩耗性を維持することができると共に、前記複数の摺動部における摺動損失を低減させることができる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１…高温側の冷凍サイクル、２…低温側の冷凍サイクル、３…筐体、４…高温側の圧縮機、４Ａ…高温側の圧縮機、５…高温側の凝縮器、６…高温側の膨張装置、７…中間熱交換器、７ａ…高温側の流路、７ｂ…低温側の流路、８…高温側の冷媒配管、１１…低温側の圧縮機、１１Ａ…低温側の圧縮機、１２…低温側の膨張装置、１３…低温側の蒸発器、１４…低温側の冷媒配管、１７…高温側のシリンダ室、１７ａ…吸込室、１７ｂ…圧縮室、２１…高温側のローラ、２３…高温側のブレード、２３ａ、２３ｂ…高温側のブレード、２８…低温側のシリンダ室、２８ａ…吸込室、２８ｂ…圧縮室、３１…回転軸、３２…低温側のローラ、３４…低温側のブレード

Claims (8)

  1. 　高温側の圧縮機と、被加熱流体を加熱する高温側の凝縮器と、高温側の膨張装置と、中間熱交換器の高温側の流路とが高温側の冷媒配管を介して連通され、前記高温側の冷媒配管に沿って冷媒が循環する高温側の冷凍サイクルと、
    　低温側の圧縮機と、前記中間熱交換器の低温側の流路と、低温側の膨張装置と、低温側の蒸発器とが低温側の冷媒配管を介して連通され、前記低温側の冷媒配管に沿って冷媒が循環する低温側の冷凍サイクルとを備え、
    　前記高温側の冷凍サイクルと前記低温側の冷凍サイクルとを同一の筐体内に搭載した冷凍サイクル装置であって、
    　前記冷媒として塩素を含まない冷媒が使用され、
    　前記高温側の圧縮機で使用される高温側の潤滑油と、前記低温側の圧縮機で使用される低温側の潤滑油とは、前記冷媒に対して相溶性を有し、
    　前記高温側の潤滑油の４０℃における粘度圧力係数が前記低温側の潤滑油の４０℃における粘度圧力係数より高い冷凍サイクル装置。
  2. 　前記冷媒はハイドロフルオロカーボン系冷媒であり、前記高温側の潤滑油がポリビニルエーテルであり、前記低温側の潤滑油がポリオールエステルである請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記高温側の潤滑油と前記低温側の潤滑油とに対して付加する耐荷重添加剤の重量比率が、前記高温側の潤滑油の耐荷重添加剤の重量比率＞前記低温側の潤滑油の耐荷重添加剤の重量比率≧０の関係にある請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記高温側の圧縮機は、高温側のシリンダ室と、この高温側のシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な高温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記低温側の圧縮機は、低温側のシリンダ室と、この低温側のシリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な低温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記高温側のブレードの摺動面には母材より硬度を高くする拡散浸透処理が施され、前記低温側のブレードの摺動面には母材より摩擦係数を低くする被膜処理が施されている請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記高温側の圧縮機は、高温側のシリンダ室と、この高温側のシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な高温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記低温側の圧縮機は、低温側のシリンダ室と、この低温側のシリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な低温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記高温側のブレードの摺動面には母材より硬度を高くする拡散浸透処理が施され、前記低温側のブレードの摺動面には母材より摩擦係数を低くする被膜処理が施されている請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記高温側の圧縮機は、高温側のシリンダ室と、この高温側のシリンダ室を挿通する回転軸と、この回転軸に嵌合されて前記高温側のシリンダ室内で偏心回転する高温側のローラと、先端部を前記高温側のローラの外周面に当接させて前記高温側のシリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な少なくとも２枚の高温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記低温側の圧縮機は、低温側のシリンダ室と、この低温側のシリンダ室を挿通する回転軸と、この回転軸に嵌合されて前記低温の側シリンダ室内で偏心回転する低温側のローラと、先端部をこの低温側のローラの外周面に当接させて前記低温側のシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な少なくとも１枚の低温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記高温側の圧縮機の高温側のブレードの枚数が前記低温側の圧縮機の低温側のブレードの枚数より多い請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 　前記高温側の圧縮機は、高温側のシリンダ室と、この高温側のシリンダ室を挿通する回転軸と、この回転軸に嵌合されて前記高温側のシリンダ室内で偏心回転する高温側のローラと、先端部を前記高温側のローラの外周面に当接させて前記高温側のシリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な少なくとも２枚の高温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記低温側の圧縮機は、低温側のシリンダ室と、この低温側のシリンダ室を挿通する回転軸と、この回転軸に嵌合されて前記低温の側シリンダ室内で偏心回転する低温側のローラと、先端部をこの低温側のローラの外周面に当接させて前記低温側のシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な少なくとも１枚の低温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記高温側の圧縮機の高温側のブレードの枚数が前記低温側の圧縮機の低温側のブレードの枚数より多い請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 　前記高温側の圧縮機は、高温側のシリンダ室と、この高温側のシリンダ室を挿通する回転軸と、この回転軸に嵌合されて前記高温側のシリンダ室内で偏心回転する高温側のローラと、先端部を前記高温側のローラの外周面に当接させて前記高温側のシリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な少なくとも２枚の高温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記低温側の圧縮機は、低温側のシリンダ室と、この低温側のシリンダ室を挿通する回転軸と、この回転軸に嵌合されて前記低温の側シリンダ室内で偏心回転する低温側のローラと、先端部をこの低温側のローラの外周面に当接させて前記低温側のシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに区画する摺動可能な少なくとも１枚の低温側のブレードとを備えたロータリ型の圧縮機であり、前記高温側の圧縮機の高温側のブレードの枚数が前記低温側の圧縮機の低温側のブレードの枚数より多い請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
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WO2016010634A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 The Chemours Company Fc, Llc Use of 1,1,2,2-tetrafluoroethane in high temperature heat pumps

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