WO2023054410A1 - 圧縮機、冷凍装置、および冷凍機油 - Google Patents

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WO2023054410A1
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compressor
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polyalkylene glycol
casing
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遥 新宅
秀樹 松浦
勝 田中
ありさ 川江
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ダイキン工業株式会社
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • Patent Document 1 International Publication No. 2009/072314 describes a compressor that uses R290 (propane) as a refrigerant.
  • a hydrocarbon refrigerant such as R290 has a lower saturated water content than an HFC refrigerant such as R410A. Therefore, in a compressor that uses a hydrocarbon-based refrigerant, an insulating member inside the compressor may deteriorate due to moisture inside the compressor, causing a short circuit inside the compressor.
  • the compressor of the first aspect includes a casing, a compression mechanism, and an insulating member.
  • Refrigerant oil is stored in the casing.
  • the compression mechanism is housed within the casing and compresses the refrigerant.
  • the insulating member is housed in the casing and made of a polymer having an ester bond.
  • the refrigerant is mainly composed of hydrocarbons.
  • the saturated water content of the refrigerant is less than 0.3% by weight.
  • the saturated water content of the refrigerator oil is 1.8% by weight or more.
  • the compressor of the second aspect is the compressor of the first aspect
  • the refrigerating machine oil is polyalkylene glycol, mixed oil of polyalkylene glycol and polyol ester, mixed oil of polyalkylene glycol and polyvinyl ether, polyalkylene It is selected from the group consisting of a mixed oil of glycol and alkylbenzene, and a mixed oil of polyalkylene glycol and mineral oil.
  • the compressor of the third aspect is the compressor of the first aspect or the second aspect, and the refrigerant is propane or isobutane.
  • the compressor of the fourth aspect is the compressor of any one of the first to third aspects, and the polymer is selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate.
  • This compressor is equipped with an insulating member made of a polymer that is not easily degraded by hydrolysis, so the deterioration of the reliability of the compressor is suppressed.
  • a compressor according to a fifth aspect is the compressor according to any one of the first to fourth aspects and further includes a motor.
  • a motor is coupled to and drives the compression mechanism.
  • the insulating member is an insulating film attached to the motor for suppressing the occurrence of interphase short circuits of the motor.
  • the refrigeration system of the sixth aspect includes any one of the compressors of the first to fifth aspects.
  • the refrigerating machine oil of the seventh aspect is a refrigerating machine oil used in a compressor having a compression mechanism for compressing a refrigerant containing hydrocarbon as a main component and an insulating member made of a polymer having an ester bond.
  • Refrigerating machine oils include polyalkylene glycol, mixed oil of polyalkylene glycol and polyol ester, mixed oil of polyalkylene glycol and polyvinyl ether, mixed oil of polyalkylene glycol and alkylbenzene, and mixed oil of polyalkylene glycol and mineral oil. mixed oils.
  • the saturated water content of the refrigerator oil is 1.8% by weight or more.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioner 1.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of an air conditioner 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of compressor 11.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the periphery of a floating member 30 of the compressor 11.
  • FIG. 7 is a top view of a stator 70a of the motor 70;
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioner 1.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of an air conditioner 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of compressor 11.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the periphery of a floating member 30 of the compressor 11.
  • FIG. 7 is a top view of a stator 70a of the motor 70;
  • An air conditioner 1 which is an example of a refrigeration system including a compressor according to an embodiment of the present disclosure, will be described with reference to the drawings.
  • Air conditioner 1 The air conditioner 1 conditions the air in the target space by performing a vapor compression refrigeration cycle. As shown in FIG. 1, the air conditioner 1 mainly includes an outdoor unit 2, an indoor unit 3, a gas refrigerant communication pipe 5, a liquid refrigerant communication pipe 6, a controller 7, and a remote controller 8. A gas refrigerant communication pipe 5 and a liquid refrigerant communication pipe 6 connect the outdoor unit 2 and the indoor unit 3 .
  • a refrigeration cycle is repeated in which the refrigerant enclosed in the refrigerant circuit 10 is compressed, condensed (radiated heat), decompressed, evaporated (absorbed heat), and then compressed again.
  • the refrigerant circuit 10 is filled with refrigerant for performing a vapor compression refrigeration cycle.
  • the refrigerant with which the refrigerant circuit 10 is filled is a single refrigerant consisting only of a hydrocarbon-based refrigerant, or a mixed refrigerant containing a hydrocarbon-based refrigerant and another refrigerant.
  • a mixed refrigerant is a refrigerant containing a hydrocarbon-based refrigerant as a main component.
  • the content of the hydrocarbon-based refrigerant in the mixed refrigerant is 50% by weight or more.
  • the mixed refrigerant may contain a plurality of types of hydrocarbon-based refrigerants.
  • Hydrocarbon refrigerants include methane (R50), ethane (R170), propane (R290), butane (R600), isobutane (R600a), pentane (R601), isopentane (R601a), ethylene (R1150), and propylene (R1270). , and cyclopropane (RC270).
  • the hydrocarbon refrigerant is preferably propane (R290) or isobutane (R600a).
  • a hydrocarbon refrigerant such as R290 has a lower saturated water content than an HFC refrigerant such as R410A.
  • the saturated moisture content of the refrigerant with which the refrigerant circuit 10 is filled is less than 0.3% by weight.
  • the saturated water content of the refrigerant may be less than 0.15% by weight.
  • Refrigerating machine oil is used to lubricate the sliding parts in the refrigerant circuit 10 .
  • Refrigerating machine oils include polyalkylene glycol, mixed oil of polyalkylene glycol and polyol ester, mixed oil of polyalkylene glycol and polyvinyl ether, mixed oil of polyalkylene glycol and alkylbenzene, and mixed oil of polyalkylene glycol and mineral oil. mixed oils.
  • One type of refrigerating machine oil may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the saturated water content of the refrigerator oil is 1.8% by weight or more, preferably 3.5% by weight or more, and more preferably 10% by weight or more.
  • the refrigerating machine oil preferably contains at least one or more selected from the group consisting of extreme pressure agents, acid scavengers and antioxidants as additives. These additives are preferably blended, for example, in the refrigerator oil in an amount of 5.0% by weight or less.
  • extreme pressure agents include extreme pressure agents containing phosphate esters; Organic sulfur compound-based extreme pressure agents such as methanesulfonic acid esters; Thiophosphate-based extreme pressure agents such as thiophosphate triesters; Higher fatty acids, hydroxyaryl fatty acids, polyhydric alcohol esters, acrylic acid esters chlorinated hydrocarbons such as chlorinated paraffin, organic chlorine extreme pressure agents such as chlorinated carboxylic acid derivatives; fluorinated aliphatic carboxylic acids, fluorinated ethylene resins, fluorinated alkyl Organic fluorinated extreme pressure agents such as polysiloxanes and fluorinated graphite; alcohol extreme pressure agents such as higher alcohols; naphthenates (lead naphthenate, etc.), fatty acid salts (fatty acid lead, etc.), thiophosphates (zinc dialkyldithiophosphate, etc.), thiocarbamates, organic molybdenum compounds, organic tin compounds, organic germanium compounds
  • acid scavengers examples include phenyl glycidyl ether, alkyl glycidyl ether, alkylene glycol glycidyl ether, cyclohexene oxide, ⁇ -olefin oxide, epoxy compounds such as epoxidized soybean oil, and carbodiimide.
  • phenyl glycidyl ether, alkyl glycidyl ether, alkylene glycol glycidyl ether, cyclohexene oxide, and ⁇ -olefin oxide are preferred from the viewpoint of compatibility with refrigerator oil.
  • the number of carbon atoms in these acid scavengers is preferably 3 or more and 30 or less, more preferably 4 or more and 24 or less.
  • the ⁇ -olefin oxide preferably has 4 to 50 carbon atoms, more preferably 4 to 24 carbon atoms.
  • One type of acid scavenger may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • antioxidants examples include phenol-based antioxidants and amine-based antioxidants.
  • Phenolic antioxidants include, for example, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol (DBPC), 2,6-di-tert-butyl-4-ethylphenol, 2,2′-methylenebis ( 4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butylphenol, di-tert-butyl-p-cresol, bisphenol A and the like.
  • DBPC 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol
  • 2,6-di-tert-butyl-4-ethylphenol 2,2′-methylenebis ( 4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butylphenol, di-tert-butyl-p-cresol, bisphenol A and the like
  • Amine antioxidants include, for example, N,N'-diisopropyl-p-phenylenediamine, N,N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine, phenyl- ⁇ -naphthylamine, N.I. N'-di-phenyl-p-phenylenediamine, N,N-di(2-naphthyl)-p-phenylenediamine and the like.
  • the outdoor unit 2 is connected to the indoor unit 3 via the gas refrigerant communication pipe 5 and the liquid refrigerant communication pipe 6, and constitutes part of the refrigerant circuit 10. As shown in FIG.
  • the outdoor unit 2 mainly includes a compressor 11, a four-way switching valve 12, an outdoor heat exchanger 13, an expansion valve 9, a low pressure receiver 14, an outdoor fan 15, a gas side shutoff valve 16, a liquid side and a closing valve 17 .
  • the compressor 11 is a device that compresses the low-pressure refrigerant in the refrigeration cycle to high pressure.
  • the compressor 11 compresses the refrigerant in the compression chamber by changing the volume of the compression chamber when a compression element such as a rotary type or a scroll type is rotationally driven by a compressor motor.
  • the compressor motor can control the operating frequency by means of an inverter.
  • the four-way switching valve 12 switches between the first connection state (solid line in FIG. 1) and the second connection state (dotted line in FIG. 1).
  • first connection state the discharge side of the compressor 11 and the outdoor heat exchanger 13 are connected, and the suction side of the compressor 11 and the gas side shutoff valve 16 are connected.
  • second connection state the discharge side of the compressor 11 and the gas side shutoff valve 16 are connected, and the suction side of the compressor 11 and the outdoor heat exchanger 13 are connected.
  • the four-way switching valve 12 has four connection ports.
  • the outdoor heat exchanger 13 functions as a high-pressure refrigerant condenser or radiator in the refrigeration cycle during cooling operation, and functions as a low-pressure refrigerant evaporator or heat absorber in the refrigeration cycle during heating operation.
  • the outdoor heat exchanger 13 has a plurality of heat transfer tubes (not shown) in which refrigerant flows, and a plurality of heat transfer fins (not shown) in which air flows through mutual gaps.
  • the plurality of heat transfer tubes are arranged vertically, and each heat transfer tube extends substantially horizontally.
  • the material of the heat transfer tube is, for example, copper, copper alloy (brass, etc.), and stainless steel (SUS304, etc.).
  • a plurality of vertically extending heat transfer fins are arranged along the direction in which the heat transfer tubes extend at predetermined intervals.
  • a plurality of heat transfer fins and a plurality of heat transfer tubes are combined such that the plurality of heat transfer tubes pass through each heat transfer fin.
  • the outdoor fan 15 supplies outdoor air to the outdoor heat exchanger 13 , exchanges heat with the refrigerant in the outdoor heat exchanger 13 , and then generates an airflow to be discharged to the outside of the outdoor unit 2 .
  • the outdoor fan 15 is rotationally driven by an outdoor fan motor.
  • the expansion valve 9 is provided between the liquid side end of the outdoor heat exchanger 13 and the liquid side shutoff valve 17 .
  • the expansion valve 9 is, for example, an electronic expansion valve whose valve opening can be adjusted by electronic control.
  • the low-pressure receiver 14 is provided between the suction side of the compressor 11 and one of the four connection ports of the four-way switching valve 12.
  • the low-pressure receiver 14 is a refrigerant container capable of storing excess refrigerant in the refrigerant circuit 10 as liquid refrigerant.
  • the gas side shutoff valve 16 is a manual valve provided at a connection portion with the gas refrigerant communication pipe 5 inside the outdoor unit 2 .
  • the liquid-side shut-off valve 17 is a manual valve provided at a connection portion with the liquid refrigerant communication pipe 6 inside the outdoor unit 2 .
  • the outdoor unit 2 has an outdoor unit control section 71 that controls the operation of each section that configures the outdoor unit 2 .
  • the outdoor unit control section 71 has a microcomputer including a CPU and memory.
  • the outdoor unit control section 71 is connected to the indoor unit control section 72 of each indoor unit 3 via a communication line, and transmits and receives control signals and the like.
  • the outdoor unit 2 is provided with a discharge temperature sensor 75, an intake temperature sensor 76, an outdoor heat exchanger temperature sensor 77, an outdoor air temperature sensor 78, and the like. These sensors are electrically connected to the outdoor unit control section 71 and transmit detection signals to the outdoor unit control section 71 .
  • a discharge temperature sensor 75 detects the temperature of refrigerant flowing through a discharge pipe 4 d connecting the discharge side of the compressor 11 and one of the four connection ports of the four-way switching valve 12 .
  • the intake temperature sensor 76 is located in the intake pipe extending from the low-pressure receiver 14 to the intake side of the compressor 11 in the intake passage connecting the intake side of the compressor 11 and one of the four connection ports of the four-way switching valve 12.
  • the temperature of the coolant flowing through 4e is detected.
  • the outdoor heat exchanger temperature sensor 77 detects the temperature of the refrigerant flowing through the pipe near the liquid side end of the outdoor heat exchanger 13 .
  • the outdoor air temperature sensor 78 detects the temperature of outdoor air before passing through the outdoor heat exchanger 13 .
  • the indoor unit 3 is installed on the wall surface, ceiling, or the like of the room, which is the target space.
  • the indoor unit 3 is connected to the outdoor unit 2 via a gas refrigerant communication pipe 5 and a liquid refrigerant communication pipe 6, and constitutes part of the refrigerant circuit 10.
  • the indoor unit 3 mainly has an indoor heat exchanger 18 and an indoor fan 19 .
  • the liquid side end of the indoor heat exchanger 18 is connected to the liquid refrigerant communication pipe 6 .
  • a gas side end of the indoor heat exchanger 18 is connected to the gas refrigerant communication pipe 5 .
  • the indoor heat exchanger 18 functions as an evaporator or heat absorber for low-pressure refrigerant in the refrigeration cycle during cooling operation, and functions as a condenser or radiator for high-pressure refrigerant in the refrigeration cycle during heating operation.
  • the indoor heat exchanger 18 includes a plurality of heat transfer tubes (not shown) in which a refrigerant flows and a plurality of heat transfer fins (not shown) in which air flows through the gaps between them.
  • the indoor fan 19 draws in the indoor air, which is the target space, and after heat exchange with the refrigerant in the indoor heat exchanger 18 , generates an air flow to be discharged to the outside of the indoor unit 3 .
  • the indoor fan 19 is rotationally driven by an indoor fan motor.
  • the indoor unit 3 has an indoor unit control section 72 that controls the operation of each section that configures the indoor unit 3 .
  • the indoor unit control section 72 has a microcomputer including a CPU and memory.
  • the indoor unit control section 72 is connected to the outdoor unit control section 71 via a communication line, and transmits and receives control signals and the like.
  • the indoor unit 3 is provided with an indoor heat exchanger temperature sensor 73, an indoor air temperature sensor 74, and the like. These sensors are electrically connected to the indoor unit controller 72 and transmit detection signals to the indoor unit controller 72 .
  • the indoor heat exchanger temperature sensor 73 detects the temperature of the refrigerant flowing through the pipe near the liquid side end of the indoor heat exchanger 18 .
  • the indoor air temperature sensor 74 detects the temperature of the indoor air before passing through the indoor heat exchanger 18 .
  • Controller 7 In the air conditioner 1, the controller 7 that controls the operation of the air conditioner 1 is configured by connecting the outdoor unit controller 71 and the indoor unit controller 72 via a communication line.
  • the controller 7 mainly has a CPU and memories such as ROM and RAM.
  • Various processes and controls by the controller 7 are realized by integrally functioning each part included in the outdoor unit control section 71 and the indoor unit control section 72 .
  • the controller 7 controls the constituent elements of the refrigerant circuit 10 via the outdoor unit control section 71 and the indoor unit control section 72, as shown in FIG.
  • the controller 7 controls the components of the refrigerant circuit 10, for example, so that the temperature of the fluid (refrigerant and refrigerating machine oil) flowing through the refrigerant circuit 10 of the air conditioner 1 is below a predetermined temperature.
  • control includes, for example, control to prevent the driving frequency of the compressor 11 from exceeding a predetermined value, control to prevent the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11 from exceeding a predetermined temperature, and compression control. For example, control is performed to prevent the pressure of the refrigerant discharged from the machine 11 from exceeding a predetermined pressure.
  • the remote controller 8 is installed in a room that is the target space or in a specific space of a building that includes the target space, and is used by a user or the like to issue operation control commands and monitor the operating state of the air conditioner 1. .
  • the remote controller 8 includes a reception section 8a such as operation buttons and a touch panel, and a display 8b capable of displaying various information.
  • the reception unit 8a receives input of various information by being operated by a user or the like.
  • the remote controller 8 is connected to the outdoor unit control section 71 and the indoor unit control section 72 via a communication line, and supplies the controller 7 with information received by the reception section 8a from the user or the like.
  • the remote control 8 outputs the information received from the controller 7 to the display 8b.
  • the information that the reception unit 8a receives from the user or the like is not particularly limited, but includes a command to execute the cooling operation mode, a command to execute the heating operation mode, a command to stop the operation, and information on designation to set the temperature. mentioned.
  • the information displayed on the display 8b is not particularly limited, but includes the current operation mode (cooling or heating operation mode), set temperature, and information indicating that various abnormalities have occurred.
  • the compressor 11 is a so-called low-pressure dome scroll compressor. 3, the compressor 11 mainly includes a casing 50, a compression mechanism 20, a floating member 30, a housing 40, a seal member 60, a motor 70, a crankshaft 80, a lower bearing housing 90.
  • the casing 50 has a substantially cylindrical cylindrical member 50a, an upper lid 50b attached to the upper end of the cylindrical member 50a, and a lower lid 50c attached to the lower end of the cylindrical member 50a.
  • the cylindrical member 50a, the upper lid 50b and the lower lid 50c are fixed by welding so as to maintain airtightness.
  • Casing 50 houses the components of compressor 11 including compression mechanism 20 , floating member 30 , housing 40 , seal member 60 , motor 70 , crankshaft 80 and lower bearing housing 90 .
  • a compression mechanism 20 is installed on the top of the casing 50 .
  • a floating member 30 and a housing 40 are installed below the compression mechanism 20 .
  • a motor 70 is installed below the housing 40 .
  • a lower bearing housing 90 is installed below the motor 70 .
  • An oil reservoir space 11a is formed at the bottom of the casing 50. Refrigerating machine oil for lubricating the compression mechanism 20 and the like is stored in the oil reservoir space 11a.
  • the casing 50 has an oil reservoir portion 50d that forms an oil reservoir space 11a.
  • the oil reservoir 50 d is a portion of the casing 50 and corresponds to a portion below the lower bearing housing 90 .
  • the oil reservoir 50d is composed of a lower lid 50c and the lower end of the cylindrical member 50a.
  • An oil sump temperature sensor 79 is attached to the outer surface of the oil sump 50d. The oil sump temperature sensor 79 measures the temperature of the oil sump 50d.
  • the internal space of the casing 50 is partitioned by a partition plate 42 into a first space S1 and a second space S2.
  • the first space S ⁇ b>1 is a space below the partition plate 42 .
  • the second space S2 is a space above the partition plate 42 .
  • the partition plate 42 is fixed to the compression mechanism 20 and the casing 50 by welding so as to keep airtightness between the first space S1 and the second space S2.
  • the partition plate 42 is a plate-like member that is annular in plan view.
  • the inner peripheral side of the partition plate 42 is fixed to the upper portion of the fixed scroll 21 of the compression mechanism 20 over the entire circumference.
  • the outer peripheral side of the partition plate 42 is fixed to the inner surface of the casing 50 over the entire circumference.
  • the first space S1 is a space in which the motor 70 is installed.
  • the first space S ⁇ b>1 is a space into which refrigerant before being compressed by the compressor 11 flows from the refrigerant circuit 10 having the compressor 11 .
  • the first space S1 is a space into which a low-pressure refrigerant in the refrigeration cycle flows.
  • the second space S2 is a space into which refrigerant discharged from the compression mechanism 20 (refrigerant compressed by the compression mechanism 20) flows.
  • the second space S2 is a space into which high-pressure refrigerant in the refrigeration cycle flows.
  • a suction pipe 51, a discharge pipe 52 and an injection pipe 53 are attached to the casing 50 so that the inside and the outside of the casing 50 are communicated.
  • the suction pipe 51 is attached near the center of the casing 50 in the up-down direction (vertical direction). Specifically, as shown in FIG. 3, the suction pipe 51 is horizontally attached to the cylindrical member 50a at a height position between the housing 40 and the motor 70. As shown in FIG.
  • the intake pipe 51 communicates the outside of the casing 50 with the first space S1 inside the casing 50 . Refrigerant before compression (low-pressure refrigerant in the refrigeration cycle) passes through the suction pipe 51 and flows into the first space S1.
  • the discharge pipe 52 is attached to the upper part of the casing 50 at a height position above the partition plate 42 . Specifically, as shown in FIG. 3, the suction pipe 51 is horizontally attached to the upper lid 50b.
  • the discharge pipe 52 communicates the outside of the casing 50 with the second space S2 inside the casing 50 .
  • the refrigerant compressed by the compression mechanism 20 and flowed into the second space S ⁇ b>2 flows out of the compressor 11 through the discharge pipe 52 .
  • the injection pipe 53 is attached to the upper portion of the casing 50 at a height below the partition plate 42 . Specifically, as shown in FIG. 3 , the injection pipe 53 is horizontally attached to the cylindrical member 50 a at the height position of the compression mechanism 20 . The end of the injection pipe 53 on the inner side of the casing 50 is connected to the fixed scroll 21 of the compression mechanism 20, as shown in FIG. The injection pipe 53 communicates with the compression chamber Sc inside the compression mechanism 20 during compression via a passage (not shown) formed in the fixed scroll 21 . From the refrigerant circuit 10 having the compressor 11, an intermediate pressure refrigerant (an intermediate pressure refrigerant between a low pressure and a high pressure in the refrigeration cycle) is supplied through the injection pipe 53 to the compression chamber Sc during compression.
  • an intermediate pressure refrigerant an intermediate pressure refrigerant between a low pressure and a high pressure in the refrigeration cycle
  • the compression mechanism 20 mainly has a fixed scroll 21 and a movable scroll 22 .
  • the fixed scroll 21 and the movable scroll 22 are combined with each other to form a compression chamber Sc.
  • the compression mechanism 20 compresses the refrigerant in the compression chamber Sc and discharges the compressed refrigerant.
  • the fixed scroll 21 has a disk-shaped fixed-side end plate 21a, a spiral fixed-side wrap 21b, and a peripheral edge portion 21c.
  • the fixed-side wrap 21b and the peripheral edge portion 21c extend from the front surface (lower surface) of the fixed-side end plate 21a toward the movable scroll 22 (downward).
  • the fixed side wrap 21b is formed in a spiral shape (involute shape) from the vicinity of the center of the fixed side end plate 21a toward the outer peripheral side.
  • the peripheral portion 21c has a cylindrical shape.
  • the peripheral edge portion 21c is positioned on the outer peripheral side of the stationary side end plate 21a so as to surround the stationary side wrap 21b.
  • the movable scroll 22 orbits with respect to the fixed scroll 21, so that the refrigerant (low-pressure refrigerant in the refrigeration cycle) that has flowed from the first space S1 into the compression chamber Sc on the peripheral edge side moves to the innermost side. It is compressed as it moves to the (central side) compression chamber Sc.
  • a discharge port 21d for discharging the refrigerant compressed in the compression chamber Sc is formed near the center of the stationary side panel 21a so as to penetrate the stationary side panel 21a in its thickness direction (vertical direction). The discharge port 21d communicates with the innermost compression chamber Sc.
  • a discharge valve 23 for opening and closing the discharge port 21d is attached above the fixed side end plate 21a.
  • the discharge valve 23 When the pressure in the innermost compression chamber Sc communicating with the discharge port 21d becomes greater than the pressure in the space above the discharge valve 23 (the second space S2) by a predetermined value or more, the discharge valve 23 is opened to open the discharge port. The coolant flows into the second space S2 from 21d.
  • a relief hole 21e is formed through the fixed side panel 21a in the thickness direction on the outer peripheral side of the discharge port 21d of the fixed side panel 21a.
  • the relief hole 21e communicates with a compression chamber Sc formed on the outer peripheral side of the innermost compression chamber Sc communicating with the discharge port 21d.
  • the relief hole 21e communicates with the compression chamber Sc in which the compression mechanism 20 is in the middle of compression.
  • a plurality of relief holes 21e may be formed in the stationary end plate 21a.
  • a relief valve 24 for opening and closing the relief hole 21e is attached above the fixed-side end plate 21a.
  • the relief valve 24 which is a safety valve, opens and the relief hole 21e opens.
  • the coolant flows into the second space S2 from 21e.
  • the orbiting scroll 22 has a disk-shaped movable side end plate 22a, a spiral movable side wrap 22b, and a cylindrical boss portion 22c.
  • the movable wrap 22b extends from the front surface (upper surface) of the movable end plate 22a toward the fixed scroll 21 (upward).
  • the boss portion 22c extends from the rear surface (lower surface) of the movable end plate 22a toward the motor 70 (downward).
  • the orbiting side wrap 22b is formed in a spiral shape (involute shape) from the vicinity of the center of the orbiting side end plate 22a toward the outer peripheral side.
  • the fixed side wrap 21b of the fixed scroll 21 and the movable side wrap 22b of the movable scroll 22 are combined with each other to form a compression chamber Sc.
  • the fixed scroll 21 and the movable scroll 22 are combined so that the front surface (lower surface) of the fixed side end plate 21a and the front surface (upper surface) of the movable side end plate 22a face each other.
  • a compression chamber Sc surrounded by the fixed side end plate 21a, the fixed side wrap 21b, the movable side wrap 22b and the movable side end plate 22a is formed.
  • the compression mechanism 20 has a symmetrical wrap structure or an asymmetrical wrap structure.
  • a first compression chamber surrounded by the outer peripheral surface of the movable side wrap 22b and the inner peripheral surface of the fixed side wrap 21b, the inner peripheral surface of the movable side wrap 22b, and the fixed side wrap 21b. and a second compression chamber surrounded by the outer peripheral surface of the second compression chamber are formed point-symmetrically when viewed in the vertical direction.
  • the first compression chamber and the second compression chamber are not formed point-symmetrically when viewed along the vertical direction.
  • the movable end plate 22a is arranged above the floating member 30.
  • the floating member 30 is pushed toward the movable scroll 22 by the pressure in the back pressure space Sb formed below the floating member 30 .
  • the floating member 30 presses the movable scroll 22 toward the fixed scroll 21 .
  • the force of the floating member 30 pressing the orbiting scroll 22 toward the fixed scroll 21 brings the orbiting scroll 22 into close contact with the fixed scroll 21 .
  • the back pressure space Sb is a space formed between the floating member 30 and the housing 40 .
  • the back pressure space Sb is mainly formed on the back side (lower side) of the floating member 30, as shown in FIG.
  • the refrigerant in the compression chamber Sc of the compression mechanism 20 is introduced into the back pressure space Sb.
  • a seal is provided between the back pressure space Sb and the first space S1 around the back pressure space Sb.
  • the pressure in the back pressure space Sb is higher than the pressure in the first space S1.
  • An Oldham coupling 25 is arranged between the movable scroll 22 and the floating member 30 .
  • Oldham's coupling 25 slidably engages both movable scroll 22 and floating member 30 .
  • the Oldham coupling 25 rotates the movable scroll 22 with respect to the fixed scroll 21 while suppressing rotation of the movable scroll 22 .
  • the boss portion 22c is arranged in an eccentric space 38 surrounded by the inner surface of the floating member 30.
  • a first bearing metal 26 is arranged inside the boss portion 22c.
  • the first bearing metal 26 is press-fitted and fixed inside the boss portion 22c, for example.
  • An eccentric portion 81 of a crankshaft 80 is inserted into the first bearing metal 26 .
  • the movable scroll 22 and the crankshaft 80 are connected by inserting the eccentric portion 81 into the first bearing metal 26 .
  • the floating member 30 is arranged on the back side of the movable scroll 22 (the side opposite to the side where the fixed scroll 21 is arranged). The floating member 30 presses the movable scroll 22 toward the fixed scroll 21 by being pushed toward the movable scroll 22 by the pressure of the back pressure space Sb. A portion of floating member 30 also functions as a bearing that supports crankshaft 80 .
  • the floating member 30 mainly has a cylindrical body portion 30a, a pressing portion 34, and an upper bearing housing 31.
  • the body portion 30a forms an eccentric space 38 surrounded by the inner surface of the body portion 30a.
  • a boss portion 22 c of the movable scroll 22 is arranged in the eccentric space 38 .
  • the pressing portion 34 is a cylindrical member extending from the upper end of the main body portion 30a toward the movable scroll 22. As shown in FIG. 4 , the thrust surface 34 a at the upper end of the pressing portion 34 faces the rear surface of the movable end plate 22 a of the movable scroll 22 .
  • the thrust surface 34a is formed in an annular shape in plan view. When the floating member 30 is pushed toward the movable scroll 22 by the pressure of the back pressure space Sb, the thrust surface 34a contacts the rear surface of the movable side end plate 22a and presses the movable scroll 22 toward the fixed scroll 21.
  • the upper bearing housing 31 is a cylindrical member arranged below the body portion 30a (below the eccentric space 38).
  • a second bearing metal 32 is arranged inside the upper bearing housing 31 .
  • the second bearing metal 32 is press-fitted and fixed inside the upper bearing housing 31, for example.
  • the second bearing metal 32 rotatably supports the main shaft 82 of the crankshaft 80 .
  • the housing 40 is a substantially cylindrical member arranged below the fixed scroll 21 and the floating member 30 . Housing 40 supports floating member 30 . A back pressure space Sb is formed between the housing 40 and the floating member 30 . The housing 40 is attached to the inner surface of the casing 50 by press fitting, for example.
  • the sealing member 60 is a member for forming a back pressure space Sb between the floating member 30 and the housing 40 .
  • the sealing member 60 is, for example, a gasket such as an O-ring.
  • the sealing member 60 partitions the back pressure space Sb into a first chamber B1 and a second chamber B2.
  • the first chamber B1 and the second chamber B2 are spaces that are formed in a substantially annular shape in plan view.
  • the second chamber B2 is arranged inside the first chamber B1. In plan view, the area of the first chamber B1 is larger than the area of the second chamber B2.
  • the first chamber B1 communicates with the compression chamber Sc during compression via the first flow path 64.
  • the first flow path 64 is a flow path that guides the refrigerant being compressed in the compression mechanism 20 (intermediate pressure refrigerant) to the first chamber B1.
  • a first flow path 64 is formed in the fixed scroll 21 and the housing 40 .
  • the second chamber B2 communicates with the discharge port 21d of the fixed scroll 21 via the second flow path 65.
  • the second flow path 65 is a flow path that guides the refrigerant (high-pressure refrigerant) discharged from the compression mechanism 20 to the second chamber B2.
  • a second flow path 65 is formed in the fixed scroll 21 and the housing 40 .
  • the pressure in the second chamber B2 is higher than the pressure in the first chamber B1.
  • the area of the first chamber B1 is larger than the area of the second chamber B2 in plan view, the pressing force of the movable scroll 22 against the fixed scroll 21 due to the pressure in the back pressure space Sb is unlikely to be excessive.
  • the second chamber B2 is arranged inside the first chamber B1, the pressure of the compression chamber Sc pushes the orbiting scroll 22 downward, and the floating member 30 pushes the orbiting scroll 22 upward. It is easy to ensure a balance between
  • the motor 70 is a concentrated winding type motor housed inside the casing 50 and arranged below the compression mechanism 20 .
  • the motor 70 is mainly composed of a stator 70a fixed to the inner wall surface of the casing 50 and a rotor 70b rotatably accommodated inside the stator 70a. An air gap is provided between the stator 70a and the rotor 70b.
  • the stator 70 a has a stator core 86 and a pair of insulators 87 attached to both vertical end faces of the stator core 86 .
  • the stator core 86 has a cylindrical portion 86a and a plurality of teeth 86b protruding radially inward from the inner peripheral surface of the cylindrical portion 86a.
  • the teeth 86 b of the stator core 86 are wound with windings together with a pair of insulators 87 . Thereby, a coil 88 is formed on each tooth 86 b of the stator core 86 .
  • the outer surface of the stator 70a is provided with a plurality of core cut portions (not shown) that are notched from the upper end surface to the lower end surface of the stator 70a and at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the core cut portion forms a motor cooling passage extending vertically between the cylindrical member 50a of the casing 50 and the stator 70a.
  • the rotor 70b has a rotor core 89a composed of a plurality of vertically stacked metal plates, and a plurality of magnets 89b embedded in the rotor core 89a.
  • the magnets 89b are arranged at regular intervals along the circumferential direction of the rotor core 89a.
  • the rotor 70b is connected to a crankshaft 80 passing vertically through its center of rotation.
  • Rotor 70 b is connected to movable scroll 22 of compression mechanism 20 via crankshaft 80 .
  • the motor 70 drives the orbiting scroll 22 by rotating the rotor 70 b to orbit the orbiting scroll 22 with respect to the fixed scroll 21 .
  • the insulating member is an insulating film 86c attached to the stator 70a in order to suppress the occurrence of interphase short circuits of the motor 70.
  • the insulating film 86c is inserted in the space between the teeth 86b adjacent in the circumferential direction so that the windings of the coils 88 adjacent in the circumferential direction of the rotor 70b do not contact each other.
  • the insulating film 86c may be supported by insulators 87, for example.
  • An insulating member such as the insulating film 86c is molded, for example, from a resin made of a polymer having an ester bond.
  • the polymer used as the resin material is selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate, for example.
  • crankshaft 80 Crankshaft 80 connects rotor 70 b of motor 70 and movable scroll 22 of compression mechanism 20 .
  • the crankshaft 80 extends vertically.
  • the crankshaft 80 transmits the driving force of the motor 70 to the movable scroll 22 .
  • the crankshaft 80 mainly has an eccentric portion 81 and a main shaft 82 .
  • the eccentric portion 81 is arranged above the main shaft 82 .
  • the central axis of the eccentric portion 81 is eccentric with respect to the central axis of the main shaft 82 .
  • the eccentric portion 81 is connected to the first bearing metal 26 arranged inside the boss portion 22 c of the movable scroll 22 .
  • the main shaft 82 is rotatably supported by the second bearing metal 32 arranged in the upper bearing housing 31 of the floating member 30 and the third bearing metal 91 arranged in the lower bearing housing 90 .
  • Main shaft 82 is coupled to rotor 70 b of motor 70 between upper bearing housing 31 and lower bearing housing 90 .
  • the main shaft 82 extends vertically.
  • An oil passage (not shown) is formed inside the crankshaft 80 .
  • the oil passage has a main route and a branch route.
  • the main path extends in the axial direction of crankshaft 80 from the lower end to the upper end of crankshaft 80 .
  • the branch path extends radially of the crankshaft 80 from the main path.
  • the refrigerating machine oil in the oil reservoir space 11a is pumped up by a pump (not shown) provided at the lower end of the crankshaft 80, passes through an oil path, and flows through the crankshaft 80, the first bearing metal 26, and the second bearing metal 32. and the third bearing metal 91, the sliding portion of the compression mechanism 20, and the like.
  • Lower bearing housing 90 is fixed to the inner surface of casing 50 .
  • a lower bearing housing 90 is arranged below the motor 70 .
  • a third bearing metal 91 is arranged inside the lower bearing housing 90 .
  • the third bearing metal 91 is press-fitted and fixed inside the lower bearing housing 90, for example.
  • the main shaft 82 of the crankshaft 80 passes through the third bearing metal 91 .
  • the third bearing metal 91 rotatably supports the lower side of the main shaft 82 of the crankshaft 80 .
  • the normal state is a state in which the pressure of the refrigerant discharged from the discharge port 21d of the compression mechanism 20 is higher than the pressure in the compression chamber Sc during compression.
  • An intermediate-pressure refrigerant is injected from an injection pipe 53 into the compression chamber Sc during compression.
  • the pressure of the refrigerant rises as it moves from the compression chamber Sc on the peripheral side (outside) to the compression chamber Sc on the center side (inner side), and finally reaches a high pressure in the refrigeration cycle.
  • the refrigerant compressed by the compression mechanism 20 is discharged into the second space S2 from the discharge port 21d of the fixed end plate 21a.
  • the high pressure refrigerant in the second space S ⁇ b>2 is discharged from the discharge pipe 52 .
  • Moisture present in the refrigerant circuit 10 of the air conditioner 1 is composed of the refrigerant filled in the refrigerant circuit 10, the refrigerating machine oil enclosed in the refrigerant circuit 10, and the inside of the casing 50 of the compressor 11. It is absorbed by the insulating member (insulating film 86c, etc.).
  • the refrigerant, refrigerating machine oil, and insulating member can absorb water equal to or less than the weight corresponding to their saturated water content.
  • the saturated water content of the refrigerant is the ratio of the maximum weight of water that can be absorbed by the refrigerant to the weight of the refrigerant.
  • the saturated water content of the refrigerating machine oil is the ratio of the maximum weight of water that can be absorbed by the refrigerating machine oil to the weight of the refrigerating machine oil.
  • the saturated moisture content of the insulating member is the ratio of the maximum weight of moisture that can be absorbed by the insulating member to the weight of the insulating member.
  • the saturated water content varies depending on the type and composition of the refrigerant, refrigerating machine oil, and insulating member.
  • the unit of saturated water content is % by weight (wt%). The lower the saturated water content, the less water is absorbed.
  • the amount of moisture absorbed by the refrigerant, the refrigerator oil, and the insulating member in the refrigerant circuit 10 is distributed according to the ratio of the saturated moisture amounts of the refrigerant, the refrigerator oil, and the insulating member. Therefore, the lower the saturated moisture content of the refrigerant, the more easily the moisture in the refrigerant circuit 10 is absorbed by the insulating member. If the insulating member absorbs moisture, the moisture may deteriorate the insulating member depending on the material of the insulating member. For example, if the insulating member is made of resin, the resin may be hydrolyzed by moisture, deteriorating the insulating member and degrading the insulating performance of the insulating member.
  • the refrigerant containing hydrocarbons as the main component, which is filled in the refrigerant circuit 10 of the air conditioner 1 has a lower saturated water content than HFC-based refrigerants such as R410A. Specifically, the saturated moisture content of the refrigerant with which the refrigerant circuit 10 is filled is less than 0.3% by weight.
  • the refrigerating machine oil enclosed in the refrigerant circuit 10 has a higher saturated water content than known refrigerating machine oils (polyvinyl ether, polyol ester, mineral oil, etc.). Specifically, the saturated water content of the refrigerating machine oil enclosed in the refrigerant circuit 10 is 1.8% by weight or more.
  • the refrigerant circuit 10 uses a refrigerant with a low saturated water content and a refrigerating machine oil with a high saturated water content. Therefore, in the present embodiment, water in the refrigerant circuit 10 is easily absorbed by the refrigerating machine oil, so the amount of water absorbed by the insulating member in the casing 50 is reduced. Therefore, deterioration due to hydrolysis of the insulating member is suppressed, and occurrence of a short circuit inside the motor 70 is suppressed.
  • Example The test results of the refrigeration system according to this embodiment will be described.
  • the air conditioner 1 using refrigerant and refrigerating machine oil was operated for a long period of time, and changes in the strength of the insulating member inside the casing 50 of the compressor 11 were measured.
  • the conditions for long-time operation of the air conditioner 1 are as follows. ⁇ Test time: 2000 hours ⁇ Discharge temperature: 130°C ⁇ Discharge pressure (if the refrigerant is CO2 ): 12 MPa • Discharge pressure (when the refrigerant is other than CO 2 ): Discharge pressure equivalent to a condensing temperature of 65°C
  • the test time is the continuous operation time of the air conditioner 1 in the refrigeration system test.
  • the discharge temperature is the temperature of the compressed refrigerant gas discharged from the compressor 11 .
  • the discharge pressure is the pressure of compressed refrigerant gas discharged from the compressor 11 .
  • the tensile strength of the insulating member gradually decreases.
  • This test measured the degradation time, which is the time required for the tensile strength of the insulating member to drop by 50% of the original tensile strength of the insulating member.
  • the initial tensile strength of the insulating member is the tensile strength in an unused state before being attached to the motor 70 of the compressor 11 .
  • the following table presents the test results.
  • the refrigerants used in the tests were R290 (propane), R410A (1:1 mixture of R32 and R125), R32 (difluoromethane), and CO2 (carbon dioxide).
  • the refrigerator oils used in the test were PAG (polyalkylene glycol), PVE (polyvinyl ether), POE (polyol ester), and mineral oil.
  • the PAG used in Example 1 is a polymer of PO (propylene oxide).
  • the PAG used in Example 2 is a copolymer of PO (propylene oxide) and EO (ethylene oxide).
  • the PAG used in Example 3 is a polymer of diol-type monomers such as ethylene glycol and propylene glycol.
  • the insulating member is molded from a resin made of a polymer having an ester bond.
  • the insulating member is an insulating film 86c molded from polyethylene terephthalate.
  • the refrigerants used are classified as low water saturation R290 and high water saturation R410A, R32 and CO2 .
  • refrigerants with a high saturated water content R410A, R32, and CO 2
  • the amount of water distributed to the insulating members was small, so deterioration of the insulating members was suppressed regardless of the type of refrigerating machine oil (comparison Examples 1-3).
  • the compressor 11 is a low-pressure dome scroll compressor.
  • the compressor 11 may be a high pressure dome type compressor.
  • the high-pressure dome compressor the low-pressure refrigerant flowing through the refrigerant circuit 10 is directly sucked into the compression chamber Sc on the peripheral edge side of the compression mechanism 20 without flowing into the internal space of the casing 50 .
  • the high-pressure refrigerant discharged from the compression mechanism 20 is discharged from the compressor 11 after flowing into the internal space of the casing 50 . Therefore, during operation of the high pressure dome type compressor, the internal space of the casing 50 is in a high pressure state.
  • the compressor 11 may be a compressor of a type other than the scroll compressor, such as a rotary compressor.
  • the insulating member attached to the motor 70 is the insulating film 86c.
  • the insulating member may be a member other than the insulating film 86c as long as it is a member molded from a resin made of a polymer having an ester bond.
  • the insulating member may be an insulating coating of the windings of the coil 88, a tie cord, an insulating sleeve, an insulating tube, an insulating cap, an insulator 87, and a cluster block.
  • the binding string is a member for fixing the lead wires and the like extending from the coils 88 of each phase to the stator 70a.
  • the insulating sleeve is a braided wire for protecting the lead wire extending from the coil 88 of each phase.
  • the insulating tube is a member for collecting the lead wires extending from the coils 88 of each phase.
  • the insulating cap is a member for protecting the neutral point of the coil 88 in the concentrated winding motor 70 .
  • a cluster block is a member for protecting the power terminal connected to the coil 88 .
  • the material of the insulation coating of the windings of the coil 88 is, for example, polyesterimide-amideimide.
  • the material of the binding string, insulating sleeve, insulating tube, and insulating cap is, for example, polyethylene terephthalate.
  • the material of the insulator 87 is, for example, liquid crystal polymer (aromatic polyester resin)-polyphenylene sulfide.
  • the material of the cluster block is polybutylene terephthalate, for example.
  • the motor 70 is a concentrated winding motor.
  • the motor 70 may be a distributed winding type motor.
  • the refrigeration system including the compressor 11 is the air conditioner 1 .
  • the refrigerating device may be a device other than the air conditioner 1 that performs a refrigerating cycle.

Abstract

絶縁部材の加水分解による劣化が十分に抑制され、信頼性低下が抑制される圧縮機を提供する。圧縮機(11)は、ケーシング(50)と、圧縮機構(20)と、絶縁フィルム(86c)とを備える。ケーシング(50)には、冷凍機油が貯留される。圧縮機構(20)は、ケーシング(50)内に収容され、冷媒を圧縮する。絶縁フィルム(86c)は、ケーシング(50)内に収容され、エステル結合を有する重合体からなる。冷媒は、炭化水素を主成分とする。冷媒の飽和水分量は、0.3重量%未満である。冷凍機油の飽和水分量は、1.8重量%以上である。

Description

圧縮機、冷凍装置、および冷凍機油
 圧縮機、冷凍装置、および冷凍機油に関する。
 特許文献1(国際公開第2009/072314号)には、R290(プロパン)を冷媒として用いる圧縮機が記載されている。
 R290のような炭化水素系冷媒は、R410AのようなHFC系冷媒と比較して、飽和水分量が低い。そのため、炭化水素系冷媒を用いる圧縮機では、圧縮機の内部の絶縁部材が、圧縮機の内部の水分によって劣化して、圧縮機の内部で短絡が発生するおそれがある。
 第1観点の圧縮機は、ケーシングと、圧縮機構と、絶縁部材とを備える。ケーシングには、冷凍機油が貯留される。圧縮機構は、ケーシング内に収容され、冷媒を圧縮する。絶縁部材は、ケーシング内に収容され、エステル結合を有する重合体からなる。冷媒は、炭化水素を主成分とする。冷媒の飽和水分量は、0.3重量%未満である。冷凍機油の飽和水分量は、1.8重量%以上である。
 この圧縮機では、冷媒の飽和水分量が低くても、絶縁部材の加水分解による劣化が十分に抑制される程度に冷凍機油の飽和水分量が高いので、圧縮機の信頼性低下が抑制される。
 第2観点の圧縮機は、第1観点の圧縮機であって、冷凍機油は、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールとポリオールエステルとの混合油、ポリアルキレングリコールとポリビニルエーテルとの混合油、ポリアルキレングリコールとアルキルベンゼンとの混合油、および、ポリアルキレングリコールと鉱物油との混合油、からなる群から選択される。
 この圧縮機では、冷媒の飽和水分量が低くても、絶縁部材の加水分解による劣化が十分に抑制される程度に冷凍機油の飽和水分量が高いので、圧縮機の信頼性低下が抑制される。
 第3観点の圧縮機は、第1観点または第2観点の圧縮機であって、冷媒は、プロパン、またはイソブタンである。
 この圧縮機では、冷媒の飽和水分量が低くても、絶縁部材の加水分解による劣化が十分に抑制される程度に冷凍機油の飽和水分量が高いので、圧縮機の信頼性低下が抑制される。
 第4観点の圧縮機は、第1乃至第3観点のいずれか1つの圧縮機であって、重合体は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、およびポリエチレンナフタレート、からなる群から選択される。
 この圧縮機では、加水分解によって劣化しにくい重合体からなる絶縁部材を備えるので、圧縮機の信頼性低下が抑制される。
 第5観点の圧縮機は、第1乃至第4観点のいずれか1つの圧縮機であって、モータをさらに備える。モータは、圧縮機構に連結され、圧縮機構を駆動する。絶縁部材は、モータに取り付けられ、モータの相間短絡の発生を抑制するための絶縁フィルムである。
 この圧縮機では、加水分解によって絶縁フィルムが劣化しにくいので、圧縮機の短絡の発生が抑制されるので、圧縮機の信頼性低下が抑制される。
 第6観点の冷凍装置は、第1乃至第5観点のいずれか1つの圧縮機を備える。
 この冷凍装置では、圧縮機の絶縁部材の加水分解による劣化が十分に抑制されるので、冷凍装置の信頼性低下が抑制される。
 第7観点の冷凍機油は、炭化水素を主成分とする冷媒を圧縮する圧縮機構と、エステル結合を有する重合体からなる絶縁部材とを備える圧縮機に用いられる冷凍機油である。冷凍機油は、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールとポリオールエステルとの混合油、ポリアルキレングリコールとポリビニルエーテルとの混合油、ポリアルキレングリコールとアルキルベンゼンとの混合油、および、ポリアルキレングリコールと鉱物油との混合油、からなる群から選択される。冷凍機油の飽和水分量は、1.8重量%以上である。
 この冷凍機油では、飽和水分量が低い冷媒を圧縮する圧縮機に用いられても、圧縮機の絶縁部材の加水分解による劣化が十分に抑制される程度に飽和水分量が高いので、圧縮機の信頼性低下が抑制される。
空気調和装置1の概略構成図である。 空気調和装置1のブロック構成図である。 圧縮機11の概略的な断面図である。 圧縮機11のフローティング部材30の周辺の拡大図である。 モータ70のステータ70aの上面図である。
 本開示の実施形態に係る圧縮機を備える冷凍装置の一例である空気調和装置1について、図面を参照しながら説明する。
 (1)空気調和装置1
 空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことで、対象空間の空気を調和させる。図1に示されるように、空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、室内ユニット3と、ガス冷媒連絡配管5と、液冷媒連絡配管6と、コントローラ7と、リモコン8とを有する。ガス冷媒連絡配管5および液冷媒連絡配管6は、室外ユニット2と室内ユニット3とを接続する。
 空気調和装置1では、冷媒回路10内に封入された冷媒が、圧縮され、凝縮(放熱)し、減圧され、蒸発(吸熱)した後に、再び圧縮されるという冷凍サイクルが繰り返し行われる。
 冷媒回路10には、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うための冷媒が充填されている。冷媒回路10に充填される冷媒は、炭化水素系冷媒のみからなる単体冷媒、または、炭化水素系冷媒と他の冷媒とを含む混合冷媒である。混合冷媒は、炭化水素系冷媒を主成分とする冷媒である。混合冷媒中の炭化水素系冷媒の含有量は、50重量%以上である。混合冷媒は、複数種類の炭化水素系冷媒を含んでもよい。炭化水素系冷媒は、メタン(R50)、エタン(R170)、プロパン(R290)、ブタン(R600)、イソブタン(R600a)、ペンタン(R601)、イソペンタン(R601a)、エチレン(R1150)、プロピレン(R1270)、およびシクロプロパン(RC270)からなる群から選択される。炭化水素系冷媒は、好ましくは、プロパン(R290)またはイソブタン(R600a)である。R290のような炭化水素系冷媒は、R410AのようなHFC系冷媒と比較して、飽和水分量が低い。本実施形態において、冷媒回路10に充填される冷媒の飽和水分量は、0.3重量%未満である。冷媒の飽和水分量は、0.15重量%未満であってもよい。
 冷媒回路10には、冷媒と共に冷凍機油が封入される。冷凍機油は、冷媒回路10内の摺動部を潤滑するために用いられる。冷凍機油は、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールとポリオールエステルとの混合油、ポリアルキレングリコールとポリビニルエーテルとの混合油、ポリアルキレングリコールとアルキルベンゼンとの混合油、および、ポリアルキレングリコールと鉱物油との混合油、からなる群から選択される。冷凍機油は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。冷凍機油の飽和水分量は、1.8重量%以上であり、好ましくは3.5重量%以上であり、より好ましくは10重量%以上である。
 冷凍機油は、極圧剤、酸捕捉剤および酸化防止剤からなる群より選択される少なくとも1種以上を、添加剤として含むことが好ましい。これらの添加剤は、例えば、冷凍機油中に5.0重量%以下配合されることが好ましい。
 極圧剤としては、例えば、リン酸エステル類を含む極圧剤;モノスルフィド類、ポリスルフィド類、スルホキシド類、スルホン類、チオスルフィネート類、硫化油脂、チオカーボネート類、チオフェン類、チアゾール類、メタンスルホン酸エステル類等の有機硫黄化合物系の極圧剤;チオリン酸トリエステル類等のチオリン酸エステル系の極圧剤;高級脂肪酸、ヒドロキシアリール脂肪酸類、多価アルコールエステル類、アクリル酸エステル類等のエステル系の極圧剤;塩素化パラフィン等の塩素化炭化水素類、塩素化カルボン酸誘導体等の有機塩素系の極圧剤;フッ素化脂肪族カルボン酸類、フッ素化エチレン樹脂、フッ素化アルキルポリシロキサン類、フッ素化黒鉛等の有機フッ素化系の極圧剤;高級アルコール等のアルコール系の極圧剤;ナフテン酸塩類(ナフテン酸鉛等)、脂肪酸塩類(脂肪酸鉛等)、チオリン酸塩類(ジアルキルジチオリン酸亜鉛等)、チオカルバミン酸塩類、有機モリブデン化合物、有機スズ化合物、有機ゲルマニウム化合物、ホウ酸エステル等の金属化合物系の極圧剤が挙げられる。
 酸捕捉剤としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α-オレフィンオキシド、エポキシ化大豆油等のエポキシ化合物、カルボジイミド等が挙げられる。これらのうち、冷凍機油との相溶性の観点からは、フェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α-オレフィンオキシドが好ましい。これらの酸捕捉剤の炭素数は、3以上30以下であれば好ましく、4以上24以下であればより好ましい。α-オレフィンオキシドは、炭素数が4以上50以下であれば好ましく、4以上24以下であればより好ましい。酸捕捉剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 酸化防止剤としては、例えば、フェノール系の酸化防止剤、アミン系の酸化防止剤が挙げられる。フェノール系の酸化防止剤は、例えば、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(DBPC)、2,6-ジ-tert-ブチル-4-エチルフェノール、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチルフェノール、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ビスフェノールA等である。アミン系の酸化防止剤は、例えば、N,N’-ジイソプロピル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-sec-ブチル-p-フェニレンジアミン、フェニル-α-ナフチルアミン、N.N’-ジ-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N-ジ(2-ナフチル)-p-フェニレンジアミン等である。
 (1-1)室外ユニット2
 室外ユニット2は、ガス冷媒連絡配管5および液冷媒連絡配管6を介して室内ユニット3と接続され、冷媒回路10の一部を構成する。室外ユニット2は、主として、圧縮機11と、四路切換弁12と、室外熱交換器13と、膨張弁9と、低圧レシーバ14と、室外ファン15と、ガス側閉鎖弁16と、液側閉鎖弁17とを有する。
 圧縮機11は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機11は、ロータリ式およびスクロール式等の圧縮要素が圧縮機モータによって回転駆動されることで圧縮室の容積を変化させて、圧縮室の冷媒を圧縮する。圧縮機モータは、インバータによって運転周波数の制御が可能である。
 四路切換弁12は、冷媒回路10の接続状態を切り換えることで、第1接続状態(図1の実線)と第2接続状態(図1の点線)とを相互に切り換える。第1接続状態は、圧縮機11の吐出側と室外熱交換器13とを接続し、かつ、圧縮機11の吸入側とガス側閉鎖弁16とを接続する。第2接続状態は、圧縮機11の吐出側とガス側閉鎖弁16とを接続し、かつ、圧縮機11の吸入側と室外熱交換器13とを接続する。四路切換弁12は、4つの接続ポートを有する。
 室外熱交換器13は、冷房運転時には冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の凝縮器または放熱器として機能し、暖房運転時には冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の蒸発器または吸熱器として機能する。室外熱交換器13は、冷媒が内部を流れる複数の伝熱管(図示せず)と、互いの隙間を空気が流れる複数の伝熱フィン(図示せず)とを有する。複数の伝熱管は、上下方向に並んでおり、各伝熱管は実質的に水平方向に延びている。伝熱管の材質は、例えば、銅、銅合金(黄銅等)、および、ステンレス鋼(SUS304等)である。上下方向に延びた複数の伝熱フィンは、互いに所定の間隔をあけて、伝熱管が延びる方向に沿って並んでいる。各伝熱フィンを複数の伝熱管が貫通するように、複数の伝熱フィンと複数の伝熱管とが組み合わされている。
 室外ファン15は、室外の空気を室外熱交換器13に供給し、室外熱交換器13において冷媒と熱交換させた後に、室外ユニット2の外部に排出するための空気流を生じさせる。室外ファン15は、室外ファンモータによって回転駆動される。
 膨張弁9は、室外熱交換器13の液側端部と液側閉鎖弁17との間に設けられている。膨張弁9は、例えば、電子制御により弁開度を調節可能な電子膨張弁である。
 低圧レシーバ14は、圧縮機11の吸入側と、四路切換弁12の4つの接続ポートの1つとの間に設けられている。低圧レシーバ14は、冷媒回路10における余剰冷媒を液冷媒として貯留することが可能な冷媒容器である。
 ガス側閉鎖弁16は、室外ユニット2内においてガス冷媒連絡配管5との接続部分に設けられる手動弁である。
 液側閉鎖弁17は、室外ユニット2内において液冷媒連絡配管6との接続部分に設けられる手動弁である。
 室外ユニット2は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外ユニット制御部71を有する。室外ユニット制御部71は、CPUおよびメモリ等を含むマイクロコンピュータを有する。室外ユニット制御部71は、各室内ユニット3の室内ユニット制御部72と通信線を介して接続され、制御信号等の送受信を行う。
 図1に示されるように、室外ユニット2には、吐出温度センサ75、吸入温度センサ76、室外熱交温度センサ77および室外空気温度センサ78等が設けられる。これらのセンサは、室外ユニット制御部71と電気的に接続されており、室外ユニット制御部71に対して検出信号を送信する。吐出温度センサ75は、圧縮機11の吐出側と四路切換弁12の4つの接続ポートの1つとを接続する吐出配管4dを流れる冷媒の温度を検出する。吸入温度センサ76は、圧縮機11の吸入側と四路切換弁12の4つの接続ポートの1つとを接続する吸入流路のうち、低圧レシーバ14から圧縮機11の吸入側まで延びた吸入配管4eを流れる冷媒の温度を検出する。室外熱交温度センサ77は、室外熱交換器13の液側端部の近傍の配管を流れる冷媒の温度を検出する。室外空気温度センサ78は、室外熱交換器13を通過する前の屋外の空気の温度を検出する。
 (1-2)室内ユニット3
 室内ユニット3は、対象空間である室内の壁面および天井等に設置されている。室内ユニット3は、ガス冷媒連絡配管5および液冷媒連絡配管6を介して室外ユニット2と接続されており、冷媒回路10の一部を構成する。室内ユニット3は、主として、室内熱交換器18と、室内ファン19とを有する。
 室内熱交換器18の液側端部は、液冷媒連絡配管6と接続される。室内熱交換器18のガス側端部は、ガス冷媒連絡配管5と接続される。室内熱交換器18は、冷房運転時には冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の蒸発器または吸熱器として機能し、暖房運転時には冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の凝縮器または放熱器として機能する。室内熱交換器18は、室外熱交換器13と同様に、冷媒が内部を流れる複数の伝熱管(図示せず)と、互いの隙間を空気が流れる複数の伝熱フィン(図示せず)とを有する。
 室内ファン19は、対象空間である室内の空気を吸入して、室内熱交換器18において冷媒と熱交換させた後に、室内ユニット3の外部に排出するための空気流を生じさせる。室内ファン19は、室内ファンモータによって回転駆動される。
 室内ユニット3は、室内ユニット3を構成する各部の動作を制御する室内ユニット制御部72を有する。室内ユニット制御部72は、CPUおよびメモリ等を含むマイクロコンピュータを有する。室内ユニット制御部72は、室外ユニット制御部71と通信線を介して接続され、制御信号等の送受信を行う。
 図1に示されるように、室内ユニット3には、室内熱交温度センサ73および室内空気温度センサ74等が設けられる。これらのセンサは、室内ユニット制御部72と電気的に接続されており、室内ユニット制御部72に対して検出信号を送信する。室内熱交温度センサ73は、室内熱交換器18の液側端部の近傍の配管を流れる冷媒の温度を検出する。室内空気温度センサ74は、室内熱交換器18を通過する前の室内の空気の温度を検出する。
 (1-3)コントローラ7
 空気調和装置1では、室外ユニット制御部71と室内ユニット制御部72とが通信線を介して接続されることで、空気調和装置1の動作を制御するコントローラ7が構成される。コントローラ7は、主として、CPUと、ROMおよびRAM等のメモリとを有する。コントローラ7による各種処理および制御は、室外ユニット制御部71および室内ユニット制御部72に含まれる各部が一体的に機能することによって実現される。
 コントローラ7は、室外ユニット制御部71および室内ユニット制御部72を介して、図2に示されるように、冷媒回路10の構成要素を制御する。コントローラ7は、例えば、空気調和装置1の冷媒回路10中を流れる流体(冷媒および冷凍機油)の温度が所定温度以下となるように、冷媒回路10の構成要素を制御する。このような制御としては、例えば、圧縮機11の駆動周波数が所定値以上にならないようにする制御、圧縮機11から吐出される冷媒の温度が所定温度以上にならないようにする制御、および、圧縮機11から吐出される冷媒の圧力が所定圧力以上にならないようにする制御等が挙げられる。
 (1-4)リモコン8
 リモコン8は、対象空間である室内、または、対象空間を含む建物の特定の空間に設置され、空気調和装置1の運転制御指令、および、運転状態の監視を行うためにユーザ等により使用される。
 リモコン8は、操作ボタンおよびタッチパネル等の受付部8aと、各種情報を表示可能なディスプレイ8bとを備える。受付部8aは、ユーザ等により操作されることで各種情報の入力を受け付ける。リモコン8は、室外ユニット制御部71および室内ユニット制御部72に対して通信線を介して接続され、ユーザ等から受付部8aにおいて受け付けた情報をコントローラ7に供給する。リモコン8は、コントローラ7から受信した情報を、ディスプレイ8bに出力する。
 ユーザ等から受付部8aが受け付ける情報としては、特に限定されないが、冷房運転モードを実行させる指令、暖房運転モードを実行させる指令、運転を停止させる指令、および、温度を設定させる指定等に関する情報が挙げられる。ディスプレイ8bに表示される情報としては、特に限定されないが、現在の運転モード(冷房または暖房運転モード)、設定温度、および、各種の異常が生じていることを示す情報等が挙げられる。
 (2)圧縮機11
 圧縮機11は、いわゆる低圧ドーム型のスクロール圧縮機である。圧縮機11は、図3に示されるように、主として、ケーシング50と、圧縮機構20と、フローティング部材30と、ハウジング40と、シール部材60と、モータ70と、クランクシャフト80と、下部軸受ハウジング90とを有する。
 (2-1)ケーシング50
 ケーシング50は、略円筒状の円筒部材50aと、円筒部材50aの上端に取り付けられる上蓋50bと、円筒部材50aの下端に取り付けられる下蓋50cとを有する。円筒部材50aと、上蓋50bおよび下蓋50cとは、気密を保つように溶接により固定される。ケーシング50には、圧縮機構20、フローティング部材30、ハウジング40、シール部材60、モータ70、クランクシャフト80および下部軸受ハウジング90を含む圧縮機11の構成部品が収容される。
 ケーシング50の上部には、圧縮機構20が設置される。圧縮機構20の下方には、フローティング部材30およびハウジング40が設置される。ハウジング40の下方には、モータ70が設置される。モータ70の下方には、下部軸受ハウジング90が設置される。
 ケーシング50の底部には、油溜空間11aが形成されている。油溜空間11aには、圧縮機構20等を潤滑するための冷凍機油が溜められる。ケーシング50は、油溜空間11aを形成する油溜め部50dを有する。油溜め部50dは、ケーシング50の一部であって、下部軸受ハウジング90より下方の部分に相当する。例えば、油溜め部50dは、図3に示されるように、下蓋50cと、円筒部材50aの下端部とから構成される。油溜め部50dの外側の表面には、油溜め部温度センサ79が取り付けられている。油溜め部温度センサ79は、油溜め部50dの温度を計測する。
 ケーシング50の内部空間は、仕切板42によって、第1空間S1と第2空間S2とに仕切られている。第1空間S1は、仕切板42より下側の空間である。第2空間S2は、仕切板42より上側の空間である。仕切板42は、第1空間S1と第2空間S2との間で気密が保たれるように、圧縮機構20およびケーシング50に溶接により固定されている。
 仕切板42は、平面視において環状に形成された板状の部材である。仕切板42の内周側は、全周にわたって、圧縮機構20の固定スクロール21の上部に固定されている。仕切板42の外周側は、全周にわたって、ケーシング50の内面に固定されている。
 第1空間S1は、モータ70が設置される空間である。第1空間S1は、圧縮機11を有する冷媒回路10から、圧縮機11によって圧縮される前の冷媒が流入する空間である。第1空間S1は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒が流入する空間である。
 第2空間S2は、圧縮機構20から吐出される冷媒(圧縮機構20により圧縮された冷媒)が流入する空間である。第2空間S2は、冷凍サイクルにおける高圧の冷媒が流入する空間である。
 ケーシング50には、吸入管51、吐出管52およびインジェクション管53が、ケーシング50の内部と外部とを連通するように取り付けられている。
 吸入管51は、ケーシング50の上下方向(鉛直方向)における中央付近に取り付けられている。具体的には、図3に示されるように、吸入管51は、ハウジング40とモータ70との間の高さ位置において、円筒部材50aに水平方向に取り付けられている。吸入管51は、ケーシング50の外部と、ケーシング50の内部の第1空間S1とを連通する。圧縮前の冷媒(冷凍サイクルにおける低圧の冷媒)は、吸入管51を通って、第1空間S1に流入する。
 吐出管52は、ケーシング50の上部であって、仕切板42より上方の高さ位置に取り付けられている。具体的には、図3に示されるように、吸入管51は、上蓋50bに水平方向に取り付けられている。吐出管52は、ケーシング50の外部と、ケーシング50の内部の第2空間S2とを連通する。圧縮機構20により圧縮されて第2空間S2に流入した冷媒(冷凍サイクルにおける高圧の冷媒)は、吐出管52を通って、圧縮機11の外部に流出する。
 インジェクション管53は、ケーシング50の上部であって、仕切板42より下方の高さ位置に取り付けられている。具体的には、図3に示されるように、インジェクション管53は、圧縮機構20の高さ位置において、円筒部材50aに水平方向に取り付けられている。インジェクション管53のケーシング50内部側の端部は、図3に示されるように、圧縮機構20の固定スクロール21に接続されている。インジェクション管53は、固定スクロール21に形成された通路(図示せず)を介して、圧縮機構20内部の圧縮途中の圧縮室Scと連通している。圧縮機11を有する冷媒回路10から、中間圧の冷媒(冷凍サイクルにおける低圧と高圧との中間の圧力の冷媒)が、インジェクション管53を通って、圧縮途中の圧縮室Scに供給される。
 (2-2)圧縮機構20
 圧縮機構20は、主として、固定スクロール21と可動スクロール22とを有する。固定スクロール21および可動スクロール22は、互いに組み合わされて圧縮室Scを形成する。圧縮機構20は、圧縮室Scにおいて冷媒を圧縮して、圧縮された冷媒を吐出する。
 (2-2-1)固定スクロール21
 固定スクロール21は、図3に示されるように、ハウジング40の上に戴置されている。固定スクロール21およびハウジング40は、ボルト等の固定手段により互いに固定されている。
 固定スクロール21は、円板状の固定側鏡板21aと、渦巻状の固定側ラップ21bと、周縁部21cとを有する。固定側ラップ21bおよび周縁部21cは、固定側鏡板21aの前面(下面)から可動スクロール22側(下方)に延びている。固定スクロール21を下から見ると、固定側ラップ21bは、固定側鏡板21aの中心付近から外周側に向かって渦巻状(インボリュート形状)に形成されている。周縁部21cは、円筒形状を有する。周縁部21cは、固定側ラップ21bを取り囲むように、固定側鏡板21aの外周側に位置する。
 圧縮機11の運転時において、可動スクロール22が固定スクロール21に対して旋回することで、第1空間S1から周縁側の圧縮室Scに流入した冷媒(冷凍サイクルにおける低圧の冷媒)は、最内側(中央側)の圧縮室Scへ移動するにつれ圧縮される。固定側鏡板21aの中心付近には、圧縮室Scで圧縮された冷媒を吐出する吐出ポート21dが、固定側鏡板21aをその厚さ方向(上下方向)に貫通して形成されている。吐出ポート21dは、最内側の圧縮室Scと連通している。固定側鏡板21aの上方には、吐出ポート21dを開閉する吐出弁23が取り付けられている。吐出ポート21dと連通する最内側の圧縮室Scの圧力が、吐出弁23より上方の空間(第2空間S2)の圧力に比べて所定値以上大きくなった場合、吐出弁23が開き、吐出ポート21dから第2空間S2へ冷媒が流入する。
 固定側鏡板21aの吐出ポート21dの外周側には、リリーフ穴21eが、固定側鏡板21aをその厚さ方向に貫通して形成されている。リリーフ穴21eは、吐出ポート21dと連通する最内側の圧縮室Scよりも外周側に形成される圧縮室Scと連通している。リリーフ穴21eは、圧縮機構20の圧縮途中の圧縮室Scと連通している。リリーフ穴21eは、固定側鏡板21aに複数形成されていてもよい。固定側鏡板21aの上方には、リリーフ穴21eを開閉するリリーフ弁24が取り付けられている。リリーフ穴21eと連通する圧縮室Scの圧力が、リリーフ弁24より上方の空間(第2空間S2)の圧力に比べて所定値以上大きくなった場合、安全弁であるリリーフ弁24が開き、リリーフ穴21eから第2空間S2へ冷媒が流入する。
 (2-2-2)可動スクロール22
 可動スクロール22は、円板状の可動側鏡板22aと、渦巻状の可動側ラップ22bと、円筒状のボス部22cとを有する。可動側ラップ22bは、可動側鏡板22aの前面(上面)から固定スクロール21側(上方)に延びている。ボス部22cは、可動側鏡板22aの背面(下面)からモータ70側(下方)に延びている。可動スクロール22を上から見ると、可動側ラップ22bは、可動側鏡板22aの中心付近から外周側に向かって渦巻状(インボリュート形状)に形成されている。
 固定スクロール21の固定側ラップ21bと、可動スクロール22の可動側ラップ22bとは、互いに組み合わされて圧縮室Scを形成する。固定スクロール21および可動スクロール22は、固定側鏡板21aの前面(下面)と可動側鏡板22aの前面(上面)とが対向するように組み合わされる。これにより、固定側鏡板21a、固定側ラップ21b、可動側ラップ22bおよび可動側鏡板22aに囲まれた圧縮室Scが形成される。
 圧縮機構20は、対称ラップ構造または非対称ラップ構造を有する。対称ラップ構造を有する圧縮機構20では、可動側ラップ22bの外周面と固定側ラップ21bの内周面とによって囲まれる第1の圧縮室と、可動側ラップ22bの内周面と固定側ラップ21bの外周面とによって囲まれる第2の圧縮室とが、鉛直方向に沿って見た場合に、点対称に形成されている。非対称ラップ構造を有する圧縮機構20では、第1の圧縮室と、第2の圧縮室とが、鉛直方向に沿って見た場合に、点対称に形成されていない。
 可動側鏡板22aは、フローティング部材30の上方に配置されている。圧縮機11の運転中には、フローティング部材30は、フローティング部材30の下方に形成される背圧空間Sbの圧力によって可動スクロール22に向かって押される。これにより、フローティング部材30の上部の押圧部34が、可動側鏡板22aの背面(下面)に接触すると、フローティング部材30は、可動スクロール22を固定スクロール21に向かって押し付ける。フローティング部材30が可動スクロール22を固定スクロール21に向かって押し付ける力により、可動スクロール22は固定スクロール21に密着する。これにより、固定側ラップ21bの歯先(先端面)と可動側鏡板22aの底面(歯先と接触する主表面)との間の隙間、および、可動側ラップ22bの歯先と固定側鏡板21aの底面との間の隙間からの冷媒の漏れが抑制される。
 背圧空間Sbは、フローティング部材30とハウジング40との間に形成される空間である。背圧空間Sbは、図4に示されるように、主として、フローティング部材30の背面側(下方側)に形成される。背圧空間Sbには、圧縮機構20の圧縮室Scの冷媒が導かれる。背圧空間Sbと、背圧空間Sbの周りの第1空間S1との間は、シールされている。圧縮機11の運転中、背圧空間Sbの圧力は、第1空間S1内の圧力よりも高い。
 可動スクロール22とフローティング部材30との間には、オルダム継手25が配置される。オルダム継手25は、可動スクロール22およびフローティング部材30の両方と摺動自在に係合する。オルダム継手25は、可動スクロール22の自転を抑制しつつ、可動スクロール22を固定スクロール21に対して旋回させる。
 ボス部22cは、フローティング部材30の内面によって囲まれた偏心部空間38に配置されている。ボス部22cの内部には、第1軸受メタル26が配置されている。第1軸受メタル26は、例えば、ボス部22cの内部に圧入され固定されている。第1軸受メタル26には、クランクシャフト80の偏心部81が挿入されている。第1軸受メタル26に偏心部81が挿入されることで、可動スクロール22とクランクシャフト80とが連結される。
 (2-3)フローティング部材30
 フローティング部材30は、可動スクロール22の背面側(固定スクロール21が配置される側とは反対側)に配置される。フローティング部材30は、背圧空間Sbの圧力によって可動スクロール22に向かって押されることで、可動スクロール22を固定スクロール21に向かって押し付ける。フローティング部材30の一部は、クランクシャフト80を支持する軸受としても機能する。
 フローティング部材30は、主として、円筒状の本体部30aと、押圧部34と、上部軸受ハウジング31とを有する。
 本体部30aは、本体部30aの内面により囲まれた偏心部空間38を形成する。偏心部空間38には、可動スクロール22のボス部22cが配置される。
 押圧部34は、本体部30aの上端から可動スクロール22に向かって延びている円筒形状の部材である。図4に示されるように、押圧部34の上端のスラスト面34aは、可動スクロール22の可動側鏡板22aの背面と対向する。スラスト面34aは、平面視において環状に形成されている。フローティング部材30が、背圧空間Sbの圧力によって可動スクロール22に向かって押されると、スラスト面34aが可動側鏡板22aの背面と接触して、可動スクロール22を固定スクロール21に向かって押し付ける。
 上部軸受ハウジング31は、本体部30aの下方(偏心部空間38の下方)に配置される円筒形状の部材である。上部軸受ハウジング31の内部には、第2軸受メタル32が配置されている。第2軸受メタル32は、例えば、上部軸受ハウジング31の内部に圧入され固定されている。第2軸受メタル32は、クランクシャフト80の主軸82を回転自在に支持する。
 (2-4)ハウジング40
 ハウジング40は、固定スクロール21およびフローティング部材30の下方に配置される略円筒形状の部材である。ハウジング40は、フローティング部材30を支持する。ハウジング40とフローティング部材30との間には背圧空間Sbが形成される。ハウジング40は、例えば、圧入によってケーシング50の内面に取り付けられている。
 (2-5)シール部材60
 シール部材60は、フローティング部材30とハウジング40との間に背圧空間Sbを形成するための部材である。シール部材60は、例えば、Oリング等のガスケットである。図4に示されるように、シール部材60は、背圧空間Sbを、第1室B1と第2室B2とに区画する。第1室B1および第2室B2は、平面視において略円環状に形成されている空間である。第2室B2は、第1室B1の内側に配置される。平面視において、第1室B1の面積は、第2室B2の面積より大きい。
 第1室B1は、圧縮途中の圧縮室Scと、第1流路64を介して連通している。第1流路64は、圧縮機構20における圧縮途中の冷媒(中間圧の冷媒)を第1室B1に導く流路である。第1流路64は、固定スクロール21およびハウジング40に形成されている。
 第2室B2は、固定スクロール21の吐出ポート21dと、第2流路65を介して連通している。第2流路65は、圧縮機構20から吐出された冷媒(高圧の冷媒)を第2室B2に導く流路である。第2流路65は、固定スクロール21およびハウジング40に形成されている。
 圧縮機11の運転中、第2室B2の圧力は、第1室B1の圧力より高い。しかし、平面視において第1室B1の面積は第2室B2の面積より大きいので、背圧空間Sbの圧力による、可動スクロール22の固定スクロール21への押し付け力が過大になりにくい。第2室B2は第1室B1よりも内側に配置されているので、圧縮室Scの圧力により可動スクロール22が下方に押される力と、フローティング部材30により可動スクロール22が上方に押される力との間のバランスが確保されやすい。
 (2-6)モータ70
 モータ70は、ケーシング50の内部に収容され、圧縮機構20の下方に配置される集中巻方式のモータである。モータ70は、主として、ケーシング50の内壁面に固定されるステータ70aと、ステータ70aの内側に回転自在に収容されるロータ70bとから構成される。ステータ70aとロータ70bとの間には、エアギャップが設けられる。
 ステータ70aは、ステータコア86と、ステータコア86の鉛直方向の両端面に取り付けられる一対のインシュレータ87とを有する。図5に示されるように、ステータコア86は、円筒部86aと、円筒部86aの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティース86bとを有する。ステータコア86のティース86bは、一対のインシュレータ87と共に、巻線が巻き付けられる。これにより、ステータコア86の各ティース86bには、コイル88が形成される。
 ステータ70aの外側面には、ステータ70aの上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて、切欠形成される複数のコアカット部(図示せず)が設けられる。コアカット部は、ケーシング50の円筒部材50aと、ステータ70aとの間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路を形成する。
 ロータ70bは、鉛直方向に積層される複数の金属板から構成されるロータコア89aと、ロータコア89aに埋め込まれる複数の磁石89bとを有する。磁石89bは、ロータコア89aの周方向に沿って、等間隔に配置される。ロータ70bは、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランクシャフト80に連結される。ロータ70bは、クランクシャフト80を介して、圧縮機構20の可動スクロール22と連結されている。モータ70は、ロータ70bが回転することで可動スクロール22を駆動し、可動スクロール22を固定スクロール21に対して旋回させる。
 モータ70には、絶縁部材が取り付けられている。本実施形態では、絶縁部材は、モータ70の相間短絡の発生を抑制するために、ステータ70aに取り付けられる絶縁フィルム86cである。図5に示されるように、絶縁フィルム86cは、ロータ70bの周方向において隣り合うコイル88の巻線が互いに接触しないように、周方向において隣り合うティース86bの間の空間に挿入されている。絶縁フィルム86cは、例えば、インシュレータ87によって支持されてもよい。
 絶縁フィルム86cのような絶縁部材は、例えば、エステル結合を有する重合体からなる樹脂から成形される。この場合、樹脂の材質となる重合体は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、およびポリエチレンナフタレート、からなる群から選択される。
 (2-7)クランクシャフト80
 クランクシャフト80は、モータ70のロータ70bと、圧縮機構20の可動スクロール22とを連結する。クランクシャフト80は、上下方向に延びる。クランクシャフト80は、モータ70の駆動力を可動スクロール22に伝達する。
 クランクシャフト80は、主として、偏心部81と主軸82とを有する。
 偏心部81は、主軸82の上方に配置される。偏心部81の中心軸は、主軸82の中心軸に対して偏心している。偏心部81は、可動スクロール22のボス部22cの内部に配置された第1軸受メタル26に連結される。
 主軸82は、フローティング部材30の上部軸受ハウジング31に配置された第2軸受メタル32、および、下部軸受ハウジング90に配置された第3軸受メタル91によって、回転自在に支持される。主軸82は、上部軸受ハウジング31と下部軸受ハウジング90との間で、モータ70のロータ70bに連結される。主軸82は、上下方向に延びる。
 クランクシャフト80の内部には、油通路(図示せず)が形成されている。油通路は、主経路と分岐経路とを有する。主経路は、クランクシャフト80の下端から上端まで、クランクシャフト80の軸方向に延びる。分岐経路は、主経路から、クランクシャフト80の径方向に延びる。油溜空間11aの冷凍機油は、クランクシャフト80の下端に設けられたポンプ(図示せず)により汲み上げられ、油経路を通って、クランクシャフト80と、第1軸受メタル26、第2軸受メタル32および第3軸受メタル91のそれぞれとの摺動部、および、圧縮機構20の摺動部等に供給される。
 (2-8)下部軸受ハウジング90
 下部軸受ハウジング90は、ケーシング50の内面に固定されている。下部軸受ハウジング90は、モータ70の下方に配置される。下部軸受ハウジング90の内部には、第3軸受メタル91が配置されている。第3軸受メタル91は、例えば、下部軸受ハウジング90の内部に圧入され固定されている。第3軸受メタル91には、クランクシャフト80の主軸82が通過している。第3軸受メタル91は、クランクシャフト80の主軸82の下部側を回転自在に支持する。
 (3)圧縮機11の動作
 通常状態における圧縮機11の動作について説明する。通常状態とは、圧縮機構20の吐出ポート21dから吐出される冷媒の圧力が、圧縮途中の圧縮室Scの圧力よりも高い状態である。
 モータ70が駆動すると、ロータ70bが回転し、ロータ70bと連結されたクランクシャフト80も回転する。クランクシャフト80が回転すると、オルダム継手25により、可動スクロール22は、自転することなく、固定スクロール21に対して旋回する。吸入管51から第1空間S1に流入した低圧の冷媒は、ハウジング40に形成された冷媒通路(図示せず)を通過して、圧縮機構20の周縁側の圧縮室Scに吸入される。可動スクロール22が旋回すると、第1空間S1と圧縮室Scとは連通しなくなり、圧縮室Scの容積が減少して、圧縮室Scの圧力が上昇する。圧縮途中の圧縮室Scには、インジェクション管53から中間圧の冷媒がインジェクションされる。冷媒の圧力は、周縁側(外側)の圧縮室Scから、中央側(内側)の圧縮室Scへ移動するにつれて上昇し、最終的に冷凍サイクルにおける高圧となる。圧縮機構20によって圧縮された冷媒は、固定側鏡板21aの吐出ポート21dから第2空間S2に吐出される。第2空間S2の高圧の冷媒は、吐出管52から吐出される。
 (4)特徴
 空気調和装置1の冷媒回路10内に存在する水分は、冷媒回路10に充填されている冷媒、冷媒回路10に封入されている冷凍機油、および、圧縮機11のケーシング50内の絶縁部材(絶縁フィルム86c等)に吸収される。冷媒、冷凍機油、および絶縁部材は、それぞれの飽和水分量に応じた重量以下の水分を吸収することができる。冷媒の飽和水分量とは、冷媒の重量に対する、冷媒に吸収され得る水分の重量の最大値の割合である。冷凍機油の飽和水分量とは、冷凍機油の重量に対する、冷凍機油に吸収され得る水分の重量の最大値の割合である。絶縁部材の飽和水分量とは、絶縁部材の重量に対する、絶縁部材に吸収され得る水分の重量の最大値の割合である。飽和水分量は、冷媒、冷凍機油、および絶縁部材の種類および組成等に応じて異なる。飽和水分量の単位は、重量%(wt%)である。飽和水分量が低いほど、水分が吸収されにくい。
 冷媒回路10内で冷媒、冷凍機油、および絶縁部材に吸収される水分の量は、冷媒、冷凍機油、および絶縁部材の飽和水分量の比に応じて分配される。そのため、冷媒の飽和水分量が低いほど、冷媒回路10内の水分は、絶縁部材に吸収されやすい。絶縁部材に水分が吸収されると、絶縁部材の材質によっては、水分によって絶縁部材が劣化するおそれがある。例えば、絶縁部材が樹脂である場合、水分によって樹脂が加水分解して絶縁部材が劣化して、絶縁部材の絶縁性能が低下するおそれがある。絶縁部材が、モータ70の相間短絡の発生を抑制するために用いられる場合、絶縁部材が劣化すると、圧縮機11の内部において短絡が発生する可能性がある。従って、絶縁部材に吸収される水分の量が多いほど、モータ70に取り付けられる絶縁部材が劣化して短絡が発生する可能性が高い。
 本実施形態では、空気調和装置1の冷媒回路10に充填される、炭化水素を主成分とする冷媒は、R410A等のHFC系冷媒と比較して、飽和水分量が低い。具体的には、冷媒回路10に充填される冷媒の飽和水分量は、0.3重量%未満である。しかし、冷媒回路10に封入される冷凍機油は、公知の冷凍機油(ポリビニルエーテル、ポリオールエステル、および鉱油等)と比較して、飽和水分量が高い。具体的には、冷媒回路10に封入される冷凍機油の飽和水分量は、1.8重量%以上である。このように、冷媒回路10は、飽和水分量が低い冷媒と、飽和水分量が高い冷凍機油とを用いている。そのため、本実施形態では、冷媒回路10内の水分は冷凍機油に吸収されやすいので、ケーシング50内の絶縁部材に吸収される水分の量が低減する。従って、絶縁部材の加水分解による劣化が抑えられ、モータ70の内部における短絡の発生が抑制される。
 (5)実施例
 本実施形態における冷凍装置の試験結果について説明する。冷凍装置の試験では、冷媒および冷凍機油を用いる空気調和装置1を長時間運転させて、圧縮機11のケーシング50内の絶縁部材の強度の変化を測定した。空気調和装置1の長時間運転の条件は、以下の通りである。
・試験時間:2000時間
・吐出温度:130℃
・吐出圧力(冷媒がCOの場合):12MPa
・吐出圧力(冷媒がCO以外の場合):凝縮温度65℃相当の吐出圧力
 試験時間とは、冷凍装置の試験における、空気調和装置1の連続運転時間である。吐出温度とは、圧縮機11から吐出される、圧縮された冷媒ガスの温度である。吐出圧力とは、圧縮機11から吐出される、圧縮された冷媒ガスの圧力である。
 空気調和装置1を長時間運転させると、絶縁部材の引張強度は徐々に低下する。この試験では、絶縁部材の引張強度が、絶縁部材の当初の引張強度の50%低下するまでに要する時間である劣化時間が測定された。絶縁部材の当初の引張強度とは、圧縮機11のモータ70に取り付けられる前の未使用の状態における引張強度である。次の表は、試験結果を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
      
 試験で使用した冷媒は、R290(プロパン)、R410A(R32およびR125の1:1の混合冷媒)、R32(ジフルオロメタン)、およびCO(二酸化炭素)である。
 試験で使用した冷凍機油は、PAG(ポリアルキレングリコール)、PVE(ポリビニルエーテル)、POE(ポリオールエステル)、および鉱油である。実施例1で使用されたPAGは、PO(プロピレンオキシド)の重合体である。実施例2で使用されたPAGは、PO(プロピレンオキシド)・EO(エチレンオキシド)の共重合体である。実施例3で使用されたPAGは、エチレングリコールおよびプロピレングリコール等のジオール型のモノマーの重合体である。
 絶縁部材は、エステル結合を有する重合体からなる樹脂から成形される。絶縁部材は、ポリエチレンテレフタレートから成形される絶縁フィルム86cである。絶縁部材の劣化の判断基準について、劣化時間が20000時間を超えた場合に、絶縁部材の劣化が抑制されたと判定し、20000時間以下の場合に、絶縁部材の劣化が抑制されず劣化が確認されたと判定する。基準となる20000時間は、比較例1の劣化時間である21260時間に基づいて設定された値である。
 使用した冷媒は、飽和水分量が低いR290と、飽和水分量が高いR410A、R32およびCOとに分類される。飽和水分量が高い冷媒(R410A、R32およびCO)を使用した場合、絶縁部材に分配される水分の量が少ないため、冷凍機油の種類に関わらず、絶縁部材の劣化が抑制された(比較例1~3)。飽和水分量が低い冷媒(R290)を使用した場合、飽和水分量が1.8重量%以上の冷凍機油を使用すると、絶縁部材の劣化が抑制され(実施例1~3)、飽和水分量が1.8重量%未満の冷凍機油を使用すると、絶縁部材の劣化が確認された(比較例4~6)。
 以上の試験結果から、R410A、R32およびCOよりも飽和水分量が低いR290のような冷媒を使用しても、飽和水分量が1.8重量%以上の冷凍機油を使用することで、絶縁部材に分配される水分の量が低減して、絶縁部材の劣化が抑制されることが確認された。
 (6)変形例
 (6-1)変形例A
 実施形態の空気調和装置1では、圧縮機11は、低圧ドーム型のスクロール圧縮機である。しかし、圧縮機11は、高圧ドーム型の圧縮機でもよい。高圧ドーム型の圧縮機では、冷媒回路10中を流れる低圧の冷媒は、ケーシング50の内部空間に流入することなく、圧縮機構20の周縁側の圧縮室Scに直接吸入される。そして、圧縮機構20から吐出された高圧の冷媒は、ケーシング50の内部空間に流入した後、圧縮機11から吐出される。そのため、高圧ドーム型の圧縮機の運転中において、ケーシング50の内部空間は、高圧の状態にある。
 また、圧縮機11は、ロータリ圧縮機等の、スクロール圧縮機以外のタイプの圧縮機であってもよい。
 (6-2)変形例B
 実施形態では、モータ70に取り付けられる絶縁部材は、絶縁フィルム86cである。しかし、絶縁部材は、エステル結合を有する重合体からなる樹脂から成形される部材であれば、絶縁フィルム86c以外の部材であってもよい。例えば、絶縁部材は、コイル88の巻線の絶縁被膜、縛り紐、絶縁スリーブ、絶縁チューブ、絶縁キャップ、インシュレータ87、およびクラスタブロックであってもよい。縛り紐は、各相のコイル88から延びているリード線等をステータ70aに固定するための部材である。絶縁スリーブは、各相のコイル88から延びているリード線を保護するための編組線である。絶縁チューブは、各相のコイル88から延びているリード線をまとめるための部材である。絶縁キャップは、集中巻方式のモータ70において、コイル88の中性点を保護するための部材である。クラスタブロックは、コイル88に接続される電源端子を保護するための部材である。
 コイル88の巻線の絶縁被膜の材質は、例えば、ポリエステルイミド-アミドイミドである。縛り紐、絶縁スリーブ、絶縁チューブ、および絶縁キャップの材質は、例えば、ポリエチレンテレフタレートである。インシュレータ87の材質は、例えば、液晶ポリマー(芳香族ポリエステル系樹脂)-ポリフェニレンサルファイドである。クラスタブロックの材質は、例えば、ポリブチレンテレフタレートである。
 (6-3)変形例C
 実施形態では、モータ70は、集中巻方式のモータである。しかし、モータ70は、分布巻方式のモータでもよい。
 (6-4)変形例D
 実施形態では、圧縮機11を備える冷凍装置は、空気調和装置1である。しかし、冷凍装置は、空気調和装置1以外の、冷凍サイクルを行う装置であってもよい。
 ―むすび―
 以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
  1  :空気調和装置(冷凍装置)
 11  :圧縮機
 20  :圧縮機構
 50  :ケーシング
 70  :モータ
 86c :絶縁フィルム(絶縁部材)
国際公開第2009/072314号

Claims (7)

  1.  冷凍機油が貯留されるケーシング(50)と、
     前記ケーシング内に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構(20)と、
     前記ケーシング内に収容され、エステル結合を有する重合体からなる絶縁部材と、
    を備え、
     前記冷媒は、炭化水素を主成分とし、
     前記冷媒の飽和水分量は、0.3重量%未満であり、
     前記冷凍機油の飽和水分量は、1.8重量%以上である、
    圧縮機(11)。
  2.  前記冷凍機油は、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールとポリオールエステルとの混合油、ポリアルキレングリコールとポリビニルエーテルとの混合油、ポリアルキレングリコールとアルキルベンゼンとの混合油、および、ポリアルキレングリコールと鉱物油との混合油、からなる群から選択される、
    請求項1に記載の圧縮機。
  3.  前記冷媒は、プロパン、またはイソブタンである、
    請求項1または2に記載の圧縮機。
  4.  前記重合体は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、およびポリエチレンナフタレート、からなる群から選択される、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の圧縮機。
  5.  前記圧縮機構に連結され、前記圧縮機構を駆動するモータ(70)をさらに備え、
     前記絶縁部材は、前記モータに取り付けられ、前記モータの相間短絡の発生を抑制するための絶縁フィルム(86c)である、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の圧縮機。
  6.  請求項1から5のいずれか1項に記載の圧縮機を備える、
    冷凍装置(1)。
  7.  炭化水素を主成分とする冷媒を圧縮する圧縮機構と、エステル結合を有する重合体からなる絶縁部材とを備える圧縮機に用いられる冷凍機油であって、
     ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールとポリオールエステルとの混合油、ポリアルキレングリコールとポリビニルエーテルとの混合油、ポリアルキレングリコールとアルキルベンゼンとの混合油、および、ポリアルキレングリコールと鉱物油との混合油、からなる群から選択され、
     飽和水分量が1.8重量%以上である、
    冷凍機油。
     
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