JP4742918B2 - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は冷蔵庫、エアコンディショナー等に使用される冷媒圧縮機に関するものである。

従来の冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機の内部には、耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れたポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記述）、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴと記述）、液晶ポリマー（以下、ＬＣＰと記述）、ポリアミド（以下、ＰＡと記述）、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記述）及びこれらの材料を一部用いて複合体とした樹脂材料で形成された樹脂部材が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷媒圧縮機について説明する。

図４は、特許文献１に記載された従来の冷媒圧縮機の断面図、図５は従来の冷媒圧縮機の要部拡大図である。

図４、図５において、密閉容器１は底部にオイル２を貯留するとともに固定子３、および回転子４からなる電動要素５とこれによって駆動される往復式の圧縮機構６を収容している。オイル２は４０℃のときの動粘度が１０ｍｍ２／ｓである。

固定子３に装着されたクラスタ７はガラス繊維を混入させたＰＢＴから形成されており、密閉容器１の側面に溶着されたターミナル８に装着されている。

次に、圧縮機構６の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト９は回転子４を圧入固定した主軸部１０および主軸部１０に対し偏心して形成された偏心部１１からなり、給油ポンプ１２を設けている。シリンダブロック１３は略円筒形のボアー１４からなる圧縮室１５を有すると共に主軸部１０を軸支する軸受け１６を有している。

ボアー１４に遊嵌されたピストン１７はピストンピン１８を介して偏心部１１との間を連結手段であるコンロッド１９によって連結されている。

バルブプレート２０はボアー１４の端面を封止するように配接され、吸入孔２１および吐出孔２２が形成されている。吸入リード２３はボアー１４の端面とバルブプレート２０との間に挟持され、吐出孔２２を開閉するヘッド２４はバルブプレート２０の反ボアー１４側に固定され、吐出リード２５を収納する高圧室２６を形成する。

サクションチューブ２７は密閉容器１に固定されるとともに、冷凍サイクル（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）並びに冷凍サイクル内に吐出したオイル２を密閉容器１内に導く。

消音空間２８を形成する吸入消音器２９はガラス繊維を混入させたＰＢＴから形成されており、バルブプレート２０とヘッド２４に挟持される。

次に、以上のような構成における一連の動作について説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素５に接続され、電動要素５の回転子４を回転させる。回転子４はクランクシャフト９を回転させ、偏心部１１の偏心運動が連結手段のコンロッド１９からピストンピン１８を介してピストン１７を駆動することでピストン１７はボアー１４内を往復運動する。

そして、サクションチューブ２７を通して密閉容器１内に導かれた冷媒のガスは吸入消音器２９に設けられた消音空間２８に開放された後、吸入リード２３を開け、吸入孔２１から圧縮室１５内に吸入される。圧縮室１５内に吸入された冷媒のガスは連続して圧縮され、圧縮された冷媒ガスの圧力により吐出リード２５を開け、吐出孔２２から高圧室２６へとピストン１７とボアー１４の間においてシールを司るオイル２とともに吐出され、冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと送り出される。

この際、クラスタ７や吸入消音器２９中にオリゴマと呼ばれる低分子成分が多く含まれると、冷媒やオイル２に晒されることによりこれら低分子成分が抽出され、吸入リード２３に付着し、これが高温で炭化することでオイルスラッジとなり堆積する。その結果吸入リード２３のシール性が落ち、冷凍能力が低下してしまう。

また上記低分子成分が冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと送り出され、冷凍サイクルのキャピラリチューブ（図示せず）を閉塞することで冷媒の循環量が落ち、冷却不良が生ずる。

こういった問題を解決するために従来の冷媒圧縮機では、クラスタ７や吸入消音器２９中の低分子成分を減らすため、低分子成分含有量が０．２重量部程度しか含有されない低オリゴマタイプのベースレジンを用いることで、冷凍サイクルや冷媒圧縮機の信頼性を維持させていた。
特許第２９２５５３６号公報

しかしながら、上記従来の構成では冷媒圧縮機の高効率化手段として冷媒圧縮機中のオイル粘度を更に低くした場合、上記したような、オイルスラッジの堆積による吸入リード２３のシール性の悪化や冷凍サイクルのキャピラリチューブ（図示せず）の閉塞を防ぐことができなかった。

たとえば、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のオイルを使用した場合では、ベースレジン中の低分子成分含有量を０．２重量部である低オリゴマタイプのベースレジンを用いても低分子成分が多量に抽出されてしまうことが判った。

これはオイルの粘度が更に低くなることでオイルを構成する分子が低分子となり有機材料への透過性が上昇し、より抽出性が向上するために起こる現象であると考えられる。

さらに、クラスタ７や吸入消音器２９の強度を確保するために無機フィラーとしてガラス繊維を混合することが多いが、この場合、最終成型品において更に低分子成分が増加してしまうことが判った。

これは成型時に樹脂材料の分子に物理的な力が加わるために、強度が樹脂の分子結合より圧倒的に強いガラス繊維によって樹脂の結合が切られ、低分子成分が生成されると推察される。また、ガラス繊維などの無機フィラーが混合されることでオイルや冷媒が浸透するための空間が形成され、低分子成分が抽出されやすくなっている可能性もある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、低粘度オイルを用いても信頼性を損なうことなく、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷媒圧縮機は樹脂部材中に含まれる流体で抽出可能な低分子成分を０．１重量部以下にしたもので、低粘度オイルを使用しても抽出される低分子成分の量を減らすことができ、オイルスラッジの堆積による吸入リードのシール性の悪化や冷凍サイクルのキャピラリチューブの閉塞を防ぐことができる。

本発明の冷媒圧縮機および除去方法は、オイルスラッジの堆積による吸入リードのシール性の悪化や冷凍サイクルのキャピラリチューブの閉塞を防ぐことができるので、低粘度オイルを用いても信頼性を損なうことなく、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に、冷媒を封入し、さらにオイルと樹脂部材及び圧縮要素を収容した冷媒圧縮機であって、前記オイルを、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のものとし、さらに前記樹脂部材を、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＡから選ばれる材料のうち少なくともひとつを含む樹脂とし、さらに、前記樹脂部材を、成型後において、前記オイル、もしくは前記オイルと同種のオイル、または前記冷媒、もしくは前記冷媒と同種の冷媒に暴露することにより、低分子成分が除去された樹脂部材とし、該樹脂部材における前記密閉容器内の前記オイルまたは前記冷媒によって抽出可能な低分子成分の含有量を０．１重量部以内としたもので、低粘度オイルを使用しても抽出される低分子成分の量を減らすことができ、オイルスラッジの堆積による吸入リードのシール性の悪化や冷凍サイクルのキャピラリチューブの閉塞を防ぐことができるので、信頼性を損なうことなく、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

また、本発明は、前記オイルを、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下としたものであり、低粘度オイルを用いることにより摺動損失が低下し高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

さらに、本発明は、前記樹脂部材を、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＡから選ばれる材料のうち少なくともひとつを含む樹脂材料としたものであり、材料自らの耐熱性、耐薬品性、耐冷媒性が向上することで、さらに冷凍サイクルや冷媒圧縮機の信頼性を向上させることができる。

また、本発明は、前記樹脂部材を、成型後に低分子成分を除去したものとするもので、成型後の樹脂部材をベースレジンの低分子成分の含有量以下とすることができ、また樹脂部材の成型時に発生する低分子成分も除去することができるので、冷媒圧縮機や冷凍サイクルの信頼性をさらに向上させることができる。

さらに、本発明は、前記樹脂部材を、前記密閉容器内に収容したオイルと同種のオイル、または前記密閉容器内に封入した冷媒と同種の冷媒に暴露することで樹脂部材から低分子成分を除去したものであり、樹脂部材の成型時に発生する低分子成分も除去することができるので、冷媒圧縮機や冷凍サイクルの信頼性が向上する。

しかも、前記樹脂部材の成型品の暴露に用いるオイルまたは冷媒を、前記樹脂部材の成型品が組み込まれる冷媒圧縮機に用いられるオイルまたは冷媒と同種のものとすることにより、冷媒圧縮機の組立て後における異種オイル、あるいは異種冷媒とすることに伴う樹脂部材の反応といったリスクを排除することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記樹脂部材に、無機フィラーを混合したものであり、無機フィラーの混合によりさらに樹脂部材の強度を強くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の断面図、図２は同実施の形態における冷媒圧縮機の要部拡大図、図３は同実施の形態における冷凍サイクルの概略図である。

図１、図２、図３において、冷媒圧縮機１０１は密閉容器１０２内に、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下である鉱油１０３を貯留するとともに、固定子１０４、および回転子１０５からなる電動要素１０６とこれによって駆動される往復式の圧縮機構１０７を収容している。また、冷媒圧縮機１０１中には冷媒としてＲ６００ａが封入されている（図示せず）。

固定子１０４に接続されたクラスタ１０８はガラス繊維を混入させた樹脂材料であるＰＢＴから形成されており、密閉容器１０２の側面に溶着されたターミナル１０９に装着されている。また固定子１０４には樹脂材料であるＰＢＴからなる絶縁部材が用いられている（図示せず）。

次に、圧縮機構１０７の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト１１０は回転子１０５を圧入固定した主軸部１１１および主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心部１１２からなり、下端には鉱油１０３に連通した給油ポンプ１１３を設けている。シリンダブロック１１４は略円筒形のボアー１１５からなる圧縮室１１６を有するとともに主軸部１１１を軸支する軸受け１１７を有している。

ボアー１１５に遊嵌されたピストン１１８は、ピストンピン１１９を介して偏心部１１２と連結手段であるコンロッド１２０によって連結されている。

バルブプレート１２１はボアー１１５の端面を封止するように配設され、吸入孔１２２および吐出孔１２３が形成されている。吸入リード１２４はボアー１１５の端面とバルブプレート１２１との間に挟持され、吸入孔１２２を開閉する。ヘッド１２５はバルブプレート１２１の反ボアー１１５側に固定され、吐出孔１２３を開閉する吐出リード１２６を収納する高圧室１２７を形成する。

吸入パイプ１２８および吐出パイプ１２９は密閉容器１０２に固定されるとともに、冷凍サイクルに接続され、吸入パイプ１２８はＲ６００ａならびに冷凍サイクル内に吐出した鉱油１０３を密閉容器１０２内に導き、吐出パイプ１２９はＲ６００ａならびに鉱油１０３を冷凍サイクル内へと送り出す。

吸入消音器１３０は、バルブプレート１２１とヘッド１２５に挟持されており、密閉容器１０２側の側面１３１や反密閉容器１０２側の側面１３２等に囲まれた消音空間部１３３を形成する。また、吸入消音器１３０は消音空間部１３３から吸入孔１２２に連通する出口部１３４と、消音空間部１３３へ流体を吸入するための吸入口１３５とを有している。吸入口１３５は、図２に示すように吸入消音器１３０の密閉容器１０２側の側面１３１から離れて位置し、吸入パイプ１２８と近接して対向するように開口している。また、吸入消音器１３０は、無機フィラーとしてガラス繊維を混合した樹脂材料であるＰＢＴから形成されている。

なお、無機フィラーは、シリカ、ケイ酸塩、ベントナイト等の粘土、石膏、アルミナ、二酸化チタン、タルク、カーボンブラックやこれらの混合物などでも良い。

また、吸入消音器１３０、クラスタ１０８、電動要素１０６の絶縁材料は成型後に、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のオイルに暴露させることで、流体で抽出可能な低分子成分の含有量が０．１重量部以下になるよう低分子成分を抽出してある。具体的には絶縁材料を成型後に容器内に収容し、オイルを所定時間、循環させることで低分子成分を抽出し、この後、冷媒圧縮機に組み込んでいる。

冷媒圧縮機１０１には凝縮器１３６と、キャピラリチューブ１３７と、蒸発器１３８とが順次接続されて冷凍サイクルを形成している。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５はクランクシャフト１１０を回転させ、偏心部１１２の偏心運動が連結手段のコンロッド１２０からピストンピン１１９を介してピストン１１８を駆動することで、ピストン１１８はボアー１１５内を往復動する。

そして、冷凍サイクルから吸入パイプ１２８を通って密閉容器１０２内へと導かれたＲ６００ａと鉱油１０３からなる流体は、密閉容器１０２内へと開放されたあと、吸入パイプ１２８と近接して、近接する密閉容器１０２壁面の反対側の向きに開口している吸入口１３５より吸入消音器１３０の消音空間部１３３へと開放される。このとき、Ｒ６００ａと鉱油１０３からなる流体は吸入消音器１３０の内壁面に衝突することで一部が吸入消音器１３０の樹脂内部へと浸透する。次に、消音空間部１３３へ開放されたＲ６００ａと鉱油１０３からなる流体は、出口部１３４を通って、吸入孔１２２から圧縮室１１６内に吸入される。

圧縮室１１６内に吸入されたＲ６００ａは連続して圧縮され、圧縮されたＲ６００ａは吐出孔１２３から高圧室１２７へとピストン１１８とボアー１１５の間においてシールを司る鉱油１０３とともに吐出パイプ１２９より冷凍サイクル中に送り出され、凝縮器１３６、キャピラリチューブ１３７、蒸発器１３８を順次通って、再び吸入パイプ１２８より密閉容器１０２内へと送られる。

また、Ｒ６００ａと鉱油１０３からなる流体は密閉容器１０２内へと開放されたあと、一部が密閉容器１０２内の空間に放出されるので、クラスタ１０８や電動要素１０６の絶縁部材も鉱油１０３や、Ｒ６００ａに暴露される。

このとき、樹脂部材である吸入消音器１３０、クラスタ１０８、電動要素１０６に用いられている絶縁材料については、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下という極めて低い粘度の鉱油１０３に暴露されるため、鉱油１０３はそれぞれの樹脂内部へ浸透する。その結果、それぞれの樹脂内部に低分子成分が残っているとその残留分の低分子成分がほとんど抽出されてしまう。

しかしながら本実施の形態においては予め吸入消音器１３０、クラスタ１０８、電動要素１０６の絶縁材料を成型後に、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のオイルに暴露させることで、流体で抽出可能な低分子成分の含有量が０．１重量部以下になるよう低分子成分を抽出してある。

その結果、これらの樹脂部材から冷媒圧縮機１０１内に抽出される低分子成分はごく僅かであり、吸入リード１２６に付着した低分子成分が炭化することで発生するオイルスラッジを防ぐことができ、吸入リード１２６のシール性を維持できる。また、上記低分子成分が冷凍サイクルのキャピラリチューブ１３７を閉塞することも防止できる。

従って高い信頼性を維持しながら、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下という極めて低い粘度の鉱油１０３を用いることができ、その結果各摺動部の摺動抵抗を低く抑えることができ、高い効率を備えた冷媒圧縮機を提供することができる。

さらに吸入消音器１３０、クラスタ１０８、電動要素１０６の絶縁材料といった樹脂部材は成型後にオイルに暴露させることで低分子成分を除去しているので、樹脂材料に含まれる低分子成分に加え、成型時の熱により生じた低分子成分や、強度の強いガラス繊維が樹脂の分子結合を切断して生じた低分子成分も除去されているので、より確実に低分子成分を０．１重量部以下に減少させることができる。

ここで（表１）を用いて、成型後の樹脂材料をオイルに暴露させることでの低分子成分の除去の効果を説明する。

（表１）は成型後に４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓの鉱油並びにＲ６００ａを用いてＰＢＴを樹脂材料とした吸入消音器１３０、クラスタ１０８、電動要素１０６に用いられている絶縁材料の低分子成分を除去した結果である。

（表１）より、ガラス繊維を含まないＰＢＴの樹脂部材においても成型後に低分子成分の量が増加し０．２重量部を越える値になっていることがわかる。これは、成型時に熱やマイクロ波等のエネルギが加わることにより樹脂の結合が切れて低分子成分が発生することによりベースレジンの段階よりも低分子成分が増加するものと推定される。

更に、ガラス繊維を含有するものはその含有量の増加に伴い、成型後の低分子成分の量が増加することがわかる。ガラス繊維を３０重量部含有した場合においては、低分子成分の量が０．４３重量部に達する。

これは成型時に樹脂材料の分子に物理的な力が加わるために、強度が樹脂の分子結合より圧倒的に強いガラス繊維によって樹脂の結合が切られ、低分子成分が生成されるためと推察される。また、ガラス繊維などの無機フィラーが混合されることでオイルや冷媒が浸透するための空間が形成され、低分子成分が抽出されやすくなっている可能性もある。

しかしながら、全ての供試品において、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下の鉱油並びにＲ６００ａを用いて低分子成分を除去することにより、低分子成分の量が０．１重量部以下となっている。従って確実に低分子成分を０．１重量部以下に減少させることができていることが分かる。

なお、本実施の形態においては４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下である鉱油並びにＲ６００ａを用いて低分子成分を除去した結果を例示したが、冷媒Ｒ６００ａを用いて低分子成分を除去しても同様の効果が得られることを確認している。

更に用いるオイルを４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のエステル油、アルキルベンゼン、ポリα−オレフィン、エーテル油、ポリアルキレングリコールとしても同様の効果が得られることが確認されており、使用冷媒を冷凍サイクルで用いるものと同様の、Ｒ１３４ａ及びＲ１３４ａを含む混合冷媒、プロパン、Ｒ１５２ａ、アンモニア、炭酸ガス等の冷媒を用いても同様の効果が得られる。

次に、樹脂部材における低分子成分の量とキャピラリチューブでの流量に及ぼす影響について（表２）を用いて説明する。

（表２）は、ＰＢＴを樹脂材料とした吸入消音器１３０、クラスタ１０８、電動要素１０６に用いられている絶縁材料における低分子成分の量を０．１重量部から０．４重量部まで変化させたものを組み込んだ冷媒圧縮機を用意し、冷媒にＲ６００ａを使用して、鉱油の４０℃のときの動粘度をパラメータに信頼性試験を行った結果である。

鉱油の４０℃のときの動粘度のパラメータは１０ｍｍ２／ｓ、８ｍｍ２／ｓ、５ｍｍ２／ｓとし、試験条件は凝縮温度／蒸発温度：５１℃／−２５℃で５００時間運転を行い、キャピラリチューブの流体の流量減のレベルと閉塞の有無を調査したものである。キャピラリチューブは冷凍サイクルの循環経路の中では最も断面積が小さくなることから、不純物が最も堆積して閉塞し易い箇所であることからここを評価対象とした。

（表２）よりＰＢＴ樹脂部材に含まれる低分子成分の含有量を０．１重量部以下に減少させることによって、４０℃の時の動粘度が５ｍｍ２／ｓとなる極めて低い粘度の鉱油においてもキャピラリチューブにおける閉塞が認められないことが分かる。

通常、オイルは動粘度が低くなるほどオイルを構成する分子が低分子となるため有機材料への透過性が上昇するが、ここで供試したような動粘度が５ｍｍ２／ｓといった超低粘度のオイルを使用しても樹脂材料の低分子成分を０．１重量部以下にすることで低分子成分の抽出が抑えられることが、本実験の結果から確認できた。

従って、樹脂部材に含まれる低分子成分含有量を０．１重量部以下とすることにより冷媒圧縮機と冷凍サイクルの流体経路の閉塞等の問題を防止できることから４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のオイル用いることで各部の摺動損失を低く抑えることができ、高い効率を備えた冷媒圧縮機を実現することができる。

ここで、樹脂部材の成型品の暴露に用いるオイルまたは冷媒は、これら樹脂部材の成型品が組み込まれる冷媒圧縮機に用いられるオイルまたは冷媒と同種のものを用いることが好ましい。これは、仮に樹脂部材に暴露に用いるオイルまたは冷媒が残留しても冷媒圧縮機や冷凍サイクル中に用いられる材料を攻撃したり、潤滑油や冷媒と反応を起こしたりしないからである。

なお、本実施の形態ではＰＢＴを例示したが、耐熱性、耐冷媒、オイル性に優れ、冷媒圧縮機に用いられるＰＥＴ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＡを用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる冷凍サイクルの再生方法は、冷媒圧縮機中の樹脂部材中の低分子成分量を少なくすることができるので、自動販売機、冷凍冷蔵庫、空調機、ショーケース、給湯器、洗濯乾燥機の圧縮機を用いたサイクルに適用できる。

本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の断面図 同実施の形態における冷媒圧縮機の要部拡大図 同実施の形態における冷凍サイクルの概略図 従来の冷媒圧縮機の断面図 従来の冷媒圧縮機の要部拡大図

符号の説明

１０１ 冷媒圧縮機
１０２ 密閉容器
１０３ 鉱油
１０８ クラスタ
１３０ 吸入消音器

Claims (2)

1. 密閉容器内に、冷媒を封入し、さらにオイルと樹脂部材及び圧縮要素を収容した冷媒圧縮機であって、前記オイルを、４０℃の時の動粘度が８ｍｍ２／ｓ以下のものとし、さらに前記樹脂部材を、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＡから選ばれる材料のうち少なくともひとつを含む樹脂とし、さらに、前記樹脂部材を、成型後において、前記オイル、もしくは前記オイルと同種のオイル、または前記冷媒、もしくは前記冷媒と同種の冷媒に暴露することにより、低分子成分が除去された樹脂部材とし、該樹脂部材における前記密閉容器内の前記オイルまたは前記冷媒によって抽出可能な低分子成分の含有量を０．１重量部以内とした冷媒圧縮機。
2. 前記樹脂部材に、無機フィラーを混合した請求項１に記載の冷媒圧縮機。
   

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