(57)【要約】【課題】圧縮機が摺動熱のために高温状態になることを抑制し、信頼性の高い圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】シリンダー６内にシャフト４により偏心回転するピストン９を配し前記リンダー６内を吸入室１２と圧縮室１３に仕切るベーン１０の円弧状先端部１０ａが前記ピストン９の外周に揺動自在に係合して面接触とすることにより摺動熱を抑えて、作動冷媒が反応することによる信頼性の低下を防ぐことができるとともに、コスト的に廉価な圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用し、密閉容器内にモータと、前記モータの回転子で駆動される圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部はシリンダー内にシャフトにより偏心回転するピストンを配し、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンの先端部が前記ピストンの外周に揺動自在に係合されたことを特徴とするロータリ圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されて高圧になった冷媒ガスを冷却する凝縮器と前記凝縮器により液化された高圧冷媒を減圧する絞り機構と、減圧された液冷媒をガス化する蒸発器とを配管により連結して構成した冷凍サイクル装置。
【請求項２】
ロータリ圧縮機のベーンの先端部とピストンの外周が、前記ベーンの円弧状先端部と前記ピストンの外周の円弧状切り欠き部によって揺動自在に係合されるとした請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
冷凍機油に作動冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類を用いた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
作動冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンを基本成分とし、ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上で７５０以下となるように、望ましくは５以上で３００以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を作動冷媒とし、圧縮機にロータリ圧縮機を搭載したルームエアコン、冷蔵庫、空気調和装置等の信頼性の高い冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置では、作動冷媒としてオゾン層破壊係数ゼロのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系に移行してきているがこのＨＦＣ系冷媒は一方では地球温暖化係数が非常に高いため近年問題になってきている。そこで塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を用いた冷凍サイクル装置が考えられて来ている。従来のＨＦＣ系冷媒に使用されているこの種のロータリ圧縮機の摺動材料に関しては、信頼性を確保するために色々な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒下で使用されるロータリ圧縮機の横断面図である。シリンダー４１の内面にピストン４３が挿入されシャフト４２の回転と伴に回転しベーン４４で仕切られた吸入室４５および圧縮室４６で冷媒ガスを吸入および圧縮する構成になっている。ロータリ圧縮機の機構構成上摩耗の厳しいところはベーン４４の先端とピストン４３の外周との接触場所でありベーン４４の背面部に高圧の吐出圧力が働きその吐出圧力とシリンダー内圧力との差圧により大きな力でベーン４４先端がピストン４３外周に線接触で押し付けられるため面圧が高くなり境界潤滑になっている。さらにベーンに窒化処理を行ったり、その表面にＣｒＮあるいはＴｉＮイオンプレーティングを施したりして耐摩耗性を向上させて信頼性を確保している。
【０００４】
図６は、特許文献２に記載された従来のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒下で使用されるスイングロータリ圧縮機の横断面図である。ピストン５３をローラ５３ａとこのローラ５３ａと一体に形成されたベーン５４より構成しベーン５４がシリンダー５１の内面より外側に設けられた円筒穴部５１ａに揺動可能に半円筒形状の２つの滑動部材５７に保持され、シリンダー５１の内面にピストン５３が挿入されシャフト５２の回転と伴に揺動運動を行いベーン５４で仕切られた吸入室５５および圧縮室５６で冷媒ガスを吸入および圧縮する構成になっているスイングロータリ圧縮機である。
【０００５】
スイングロータリ圧縮機は、ローラ５３ａとベーン５４が一体構造になっているため特許文献１に記載されたロータリ圧縮機とは異なりベーン先端部とピストン外周部との接触ではなく半円筒形状の滑動部材とシリンダー５１に設けられた円筒穴部５１ａとの面接触になり摺動状態は緩和されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３６８９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有す
るハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒とした冷凍装置のロータリ圧縮機を考えた場合、特にベーン先端やピストン外周の線接触で押し付けられるため面圧が高くなり境界潤滑になり摺動熱のために高温になっている厳しい環境では前記冷媒と反応してフッ化水素を発生しベーン先端やピストン外周に対して摩耗を促進したり冷凍機油を劣化させたりして信頼性低下を招く課題があった。また、配管の長い冷凍装置では、ロータリ圧縮機より吐出された冷凍機油を回収するためには前記冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類の冷凍機油を使用する必要があるが、前記冷凍機油には水分が含まれ易いためよりフッ化水素が発生し易くまた加水分解によって脂肪酸を生成し冷凍サイクルの絞り機構に使用されているキャピラリーチューブを詰まらせたりする不具合を発生する課題があった。また、スイング圧縮機の構成にした場合接触面が線接触から面接触になり摺動は緩和されるが、ピストンがローラとベーンの一体構造になっているため精度良く加工するのは非常にコストがかかっていた。また新に加工精度要求の厳しい２つの滑動部材が必要になったりして部品点数が増加してコストアップになっていた。
【０００８】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ベーン先端とピストン外周の接触を線接触から面接触に変更することにより摺動熱を下げて圧縮機の信頼性確保を行うと伴に出来るだけ従来のロータリ圧縮機の構成を保ちコスト的に廉価な圧縮機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の冷凍サイクル装置は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用し、シリンダー内にシャフトにより偏心回転するピストンを配し前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンの先端部が前記ピストンの外周に揺動自在に係合されたことを特徴とするロータリ圧縮機を接続するとしたものである。
【００１０】
これによって、ロータリ圧縮機はベーン先端部が前記ピストンの外周に揺動自在に係合されたことにより線接触の厳しい境界潤滑の状態から面接触の潤滑状態になり、摺動部の温度があまり上がらなくなるため前記冷媒と水分や酸素が反応した場合に発生するフッ化水素の生成を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷凍サイクル装置は、ロータリ圧縮機のベーン先端部が前記ピストンの外周に揺動自在に係合されたことにより線接触の厳しい境界潤滑の状態から面接触の潤滑状態になり、摺動部の温度があまり上がらなくなるため前記冷媒と水分や酸素が反応した場合に発生するフッ化水素の生成を抑制することができ、塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を使用して信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置のシステム構成図
【図２】本発明の実施の形態１にかかるロータリ圧縮機の縦断面図
【図３】同ロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【図４】２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図
【図５】従来例のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【図６】従来例のスイングロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒
、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を作動冷媒として使用し、密閉容器内にモータと、前記モータの回転子で駆動されるシャフトを有する圧縮機構部を配し、前記圧縮機構部はシリンダー内に前記シャフトにより偏心回転するピストンを配し前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンの先端部が前記ピストンの外周に揺動自在に係合されたことを特徴とするロータリ圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されて高圧になった冷媒ガスを冷却する凝縮器と前記凝縮器により液化された高圧冷媒を減圧する絞り機構と減圧された液冷媒をガス化する蒸発器とを配管により連結して構成したことにより、前記ロータリ圧縮機のベーン先端部と前記ピストン外周の接触が厳しい線接触から揺動自在の係合となるため摺動面の温度上昇が抑えられ前記冷媒の分解によるフッ化水素の発生を抑制することができる。また、フッ化水素の発生を抑制することにより前記ベーンおよびピストンの摩耗を押え信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることが出来る。
【００１４】
第２の発明は第１の発明のロータリ圧縮機のベーンの先端部とピストンとの外周が、前記ベーンの円弧状先端部と前記ピストン外周の円弧状切り欠き部によって揺動自在に係合されるとしたことで、係合部は円弧状同士の嵌め合いになるため面接触となり摺動による温度上昇を抑えることが出来る。
【００１５】
第３の発明は第１の発明の前記ロータリ圧縮機に使用される前記冷凍機油に前記作動冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類、ポリオールエステル類を用いているので前記ロータリ圧縮機から吐出されても冷媒に溶解して凝縮器、絞り機構および蒸発器を経て前記ロータリ圧縮機の吸入孔に戻ってくるため、前記ロータリ圧縮機内の前記冷凍機油が少なくなり摺動部の潤滑が悪化したりすることがないため、信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることが出来る。
【００１６】
第４の発明は第１の発明の作動冷媒にハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンを基本成分とし、ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上で７５０以下となるように、望ましくは５以上で３００以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を使用するので、回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
【００１７】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる冷凍サイクル装置のシステム構成図を示している。
【００１９】
図１に示されるように、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、例えば冷房専用のサイクルとして説明した場合、主として圧縮機６１、凝縮器６２、絞り機構６３および蒸発器６４から構成されており、これらの機器は配管セットにより冷媒が循環するように連結されている。
【００２０】
また、この冷凍サイクル装置内には塩素原子を含まず地球温暖化係数の低い炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒が封入されている。この冷凍装置に封入される冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンである、例えばテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を基本成分にジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方を、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上で７５０以下、望ましくは５以上で３００以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒である。または、ハイドロフルオロオレフィンの単
一冷媒（ＧＷＰ＝４）でも良い。
【００２１】
図４は、テトラフルオロプロペンとジフルオロメタン又はペンタフルオロエタンとの２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図である。具体的には図４に示すように、２成分混合の場合にはテトラフルオロプロペンとジフルオロメタンとを混合してＧＷＰ３００以下とするためにはジフルオロメタンを４４ｗｔ％以下、テトラフルオロプロペンとペンタフルオロエタンとを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはペンタフルオロエタンを２１．３ｗｔ％以下、さらにＧＷＰ３００以下とするためにはペンタフルオロエタンを８．４ｗｔ％以下と混合することになる。
【００２２】
また、冷媒をテトラフルオロプロペンの単一冷媒とした時にはＧＷＰ４となり極めて良好な値を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大きいことなどから冷凍能力が低くなるため、より大きな冷却サイクル装置が必要になる。換言すれば、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いれば、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して冷媒として使用しやすくすることができる。従って、封入する冷媒において、単一冷媒を含めてテトラフルオロプロペンの割合をどれほどにするかは、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の目的や上述したＧＷＰの制限などの条件に応じて適宜選択すればよい。
【００２３】
これによって回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。また前記比率で混合された混合冷媒は、非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくでき擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷却サイクル装置の冷却性能や冷却性能係数（ＣＯＰ）を改善することができる。
【００２４】
以上のように構成された冷凍サイクル装置においては、冷媒は加圧、冷却により液体に変化し減圧、加熱により気体に変化する。圧縮機６１はモータにより駆動され、低温低圧の気体冷媒を高温高圧の気体冷媒に加圧し凝縮器６２に搬送される。凝縮器６２においてはファン等により送風される空気により冷却され凝縮し低温高圧の液体冷媒になる。この液体冷媒は絞り機構６３により減圧されて一部は低温低圧の気体冷媒に、残りは低温低圧の液体冷媒となって、蒸発器６４に搬送される。蒸発器６４においてファン等により送風される空気により加熱されて蒸発し、低温低圧の気体冷媒となって再び圧縮機６１に吸入され加圧されるサイクルを繰り返す。
【００２５】
また、上記実施例では冷房専用の冷凍サイクル装置として説明したが、四方弁等を介して暖房サイクル装置として作動させて実施できることはもちろん可能である。
【００２６】
図２は、図１に示す冷凍サイクル装置に使用されるロータリ圧縮機の縦断面図である。密閉容器１の上部にモータ２の固定子２ａが固定され回転子２ｂで駆動されるシャフト４を有する圧縮機構部５が密閉容器１の下部に固定されている。圧縮機構部５のシリンダー６の上端に上軸受け７下端に下軸受け８がボルト等で固定されている。シリンダー６内にはシャフト４の偏心部４ａにピストン９が挿入され偏心回転を行う。また、密閉容器１の底部には炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類あるいはポリオールエステル類の冷凍機油３が溜められている。
【００２７】
図３は、図２に示すロータリ圧縮機の圧縮機構部横断面図である。図３に示されるように、シリンダー６のベーン溝６ａにベーン１０が挿入されベーン１０の円弧状先端部１０ａはピストン９の外周の円形状切り欠き部９ａに揺動自在に係合されている。
【００２８】
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００２９】
まず、シリンダー６に設けられた吸入孔１１より炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒ガスが吸入室１２に吸入される。また、圧縮室１３にある気体冷媒はピストン９の左方向の回転（矢印方向）とともに圧縮され吐出切り欠き１４を通って吐出口（図示せず）より吐出される。密閉容器１内に吐出された前記圧縮気体冷媒はモータ２のすき間を通って密閉容器１の上部にある吐出管１５より吐出される、その際まわりにある冷凍機油のミストも一緒に吐出される。
【００３０】
本発明ではベーン１０の背面部１０ｂには高圧の吐出圧力がかかりシリンダー内の圧力との差圧による大きな力が働いているが、ベーン１０の円弧状先端部１０ａはピストン９の外周の円形状切り欠き部９ａに揺動自在に係合されているので従来のような線接触でなく面接触となり摺動摩擦による高温の厳しい環境下にはならない。したがって、摺動面が高温になりにくいため炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒ガスの分解によるフッ化水素の発生を抑制することが出来る。
【００３１】
また、冷凍機油として前記冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類あるいはポリオールエステル類の冷凍機油を使用しているため、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油をロータリ圧縮機に回収できるため信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることが出来る。
【００３２】
さらに、本発明の冷凍サイクル装置のロータリ圧縮機は大きくは従来のロータリ圧縮機よりベーンとピストンの形状が異なるだけであるので生産設備の大きな変更をしなくても良いためコスト的に安価なロータリ圧縮機を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
上述したように、本発明にかかるロータリ圧縮機は、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒下でも冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができるため、給湯器装置、カーエアコンユニット、冷凍冷蔵庫サイクル、除湿機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  密閉容器
２  モータ
２ａ  固定子
２ｂ  回転子
３  冷凍機油
４  シャフト
４ａ  偏心部
５  圧縮機構部
６  シリンダー
６ａ  ベーン溝
７  上軸受け
８  下軸受け
９  ピストン
９ａ  円形状切り欠き部
１０  ベーン
１０ａ  円弧状先端部
１０ｂ  背面部
１１  吸入孔
１２  吸入室
１３  圧縮室
１４  吐出切り欠き
１５  吐出管
６１  ロータリ圧縮機
６２  凝縮器
６３  絞り機構
６４  蒸発器
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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