(57)【要約】  冷凍機油を貯溜する密閉容器と、電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素と、圧縮要素には円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、圧縮室内において往復運動する円筒形のピストンとを備えた冷媒圧縮機であって、圧縮室の直径とピストンの直径との差が４μｍ以上１５μｍ以下の範囲であり、冷凍機油は４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である第１冷凍機油に、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上である第２冷凍機油を混合し、混合後の４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ以下である。
2009540170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機油を貯溜する密閉容器と、
電動要素と、
前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、
前記圧縮要素には円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、
前記圧縮室内において往復運動する円筒形のピストンと
を備えた冷媒圧縮機であって、
前記圧縮室の直径と前記ピストンの直径との差が４μｍ以上１５μｍ以下の範囲であり、前記冷凍機油は４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ以下であり、４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である第１冷凍機油に、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上である第２冷凍機油を混合した冷媒圧縮機。
【請求項２】
前記冷凍機油は、前記第２冷凍機油の重量割合が３重量％以上である請求項１に記載の冷媒圧縮機。
【請求項３】
前記圧縮室において圧縮する冷媒はＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒であり、前記冷凍機油はエステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油のいずれかひとつを基油とする請求項１と請求項２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項４】
前記冷凍機油に酸化防止剤が添加されている請求項１と請求項２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項５】
前記冷凍機油に極圧添加剤が添加されている請求項１と請求項２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【請求項６】
前記冷凍機油に油性剤が添加されている請求項１と請求項２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷媒圧縮機の高効率化手段として、粘度の低い冷凍機油を適用することにより入力を低減する例がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら従来の冷媒圧縮機を説明する。
【０００４】
図２は特許文献１に記載された、従来の冷媒圧縮機の縦断面図である。図２において、密閉容器１内には冷媒２を充填するとともに、底部には冷凍機油３を貯留し、固定子４および回転子５からなる電動要素６と、これによって駆動される往復式の圧縮要素７を収容している。冷媒２には、炭化水素冷媒であるＲ６００ａを用いている。
【０００５】
次に、圧縮要素７の詳細を以下に説明する。
【０００６】
クランクシャフト８は、回転子５を圧入固定した主軸９と、主軸９に対し偏心して形成された偏心軸１０とからなり、下端には冷凍機油３に連通する給油ポンプ１１を設けている。
【０００７】
シリンダブロック１２は、略円筒形の圧縮室１３を備え、主軸９を軸支する軸受部１４が形成されている。
【０００８】
圧縮室１３に間隔をもって嵌められたピストン１５は、ピストンピン１６を介して連結手段であるコンロッド１７によって偏心軸１０と連結されている。圧縮室１３の端面は、バルブプレート１８により封止されている。
【０００９】
ヘッド１９は、図示していない高圧室を形成し、バルブプレート１８に対して圧縮室１３と反対側に固定される。マフラー２０は、バルブプレート１８とヘッド１９とに挟持されている。
【００１０】
サクションチューブ２１およびディスチャージチューブ２２は、密閉容器１に固定されるとともに、図示していない冷凍サイクルに接続されている。サクションチューブ２１は冷媒２を密閉容器１内に導き、ディスチャージチューブ２２は冷媒２を冷凍サイクルへと送り出す。
【００１１】
以上のように構成された冷媒圧縮機について以下、その動作、作用を説明する。
【００１２】
図示していない商用電源から供給される電力は、電動要素６に供給され、電動要素６の回転子５を回転させるとともに、クランクシャフト８を回転させる。そして偏心軸１０の偏心運動が、連結手段のコンロッド１７からピストンピン１６を介してピストン１５を駆動させ、ピストン１５は圧縮室１３内を往復運動する。冷媒２は、冷凍サイクルより図示していない吸入リードを介してサクションチューブ２１から密閉容器１内に導かれる。そして冷媒２は、マフラー２０から吸入され、圧縮室１３内において連続して圧縮される。圧縮された冷媒２は、図示していない吐出バルブから吐出され、ディスチャージチューブ２２より冷凍サイクルへと送り出される。
【００１３】
このとき冷凍機油３は、クランクシャフト８の給油ポンプ１１により汲み上げられ、主軸９やピストン１５等の各摺動部を潤滑する。
【００１４】
このような冷媒圧縮機において、冷凍機油３に４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である油を使用し、冷媒圧縮機の摺動部である圧縮室１３とピストン１５間や、クランクシャフト８と軸受部１４間等での摩擦損失を低減して、高効率な冷媒圧縮機を実現しようとしていた。
【００１５】
しかしながら、上記従来の冷媒圧縮機では、４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ未満の冷凍機油３を用いるため、その粘度が低いことから圧縮室１３とピストン１５との間に保持できる冷凍機油３の量が減少していた。そのため圧縮室１３とピストン１５との隙間から冷媒２が漏れ、漏れ損失が増加するという課題を有していた。
【００１６】
また、圧縮室１３とピストン１５の隙間からの冷媒２の漏れを低減するために、圧縮室１３とピストン１５との隙間を小さくしすぎると、圧縮された冷媒２により周囲温度が上昇したときに、ピストン１５の外壁と圧縮室１３の内壁とが接触し、摩耗が生じるという課題を有していた。
【特許文献１】特開昭６２−０５９６９５号公報
【発明の開示】
【００１７】
本発明は、冷凍機油を貯溜する密閉容器と、電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素と、圧縮要素には円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、圧縮室内において往復運動する円筒形のピストンとを備えた冷媒圧縮機であって、圧縮室の直径とピストンの直径との差が４μｍ以上１５μｍ以下の範囲であり、冷凍機油は４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である第１冷凍機油に、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上である第２冷凍機油を混合し、混合後の４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ以下である。
【００１８】
このような冷媒圧縮機とすると、冷凍機油の粘性抵抗を低減することにより摩擦損失を低減するとともに、圧縮室とピストンとの間の冷凍機油の保持量を増やし、冷媒が漏れる漏れ損失を低減することができる。さらに、圧縮室の直径とピストンの直径との差を最適化できるので、圧縮室とピストンの接触による摩耗を抑え、高効率かつ高信頼性の冷媒圧縮機とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の縦断面図である。
【００２１】
図１において冷媒圧縮機１００は、密閉容器１０１内に冷媒１０２が充填され、密閉容器１０１の底部には、冷凍機油１０３が貯留されている。また冷媒圧縮機１００は、固定子１０４および回転子１０５からなる電動要素１０６と、電動要素１０６によって駆動される往復式の圧縮要素１０７を備えている。
【００２２】
次に、圧縮要素１０７の詳細を以下に説明する。
【００２３】
鉄系金属からなるクランクシャフト１０８は、回転子１０５を圧入固定した主軸１０９と、主軸１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０とからなる。クランクシャフト１０８の下端には、冷凍機油１０３に連通する給油ポンプ１１１を設けている。シリンダブロック１１２は、略円筒形の圧縮室１１３を備え、主軸１０９を軸支する軸受部１１４が形成されている。
【００２４】
圧縮室１１３に間隔をもって嵌められた鉄系金属からなるピストン１１５は、ピストンピン１１６を介して連結手段であるコンロッド１１７によって偏心軸１１０と連結されている。
【００２５】
バルブプレート１１８は、圧縮室１１３の端面を封止するように配設されている。またバルブプレート１１８は、薄板状のばね鋼材により形成され、図示していない吸入孔を開閉する吸入リード１１９から構成されたバルブ部１２０を形成している。
【００２６】
またヘッド１２１は、バルブプレート１１８に対して圧縮室１１３と反対側に固定されている。マフラー１２２は、バルブプレート１１８とヘッド１２１とに挟持されている。
【００２７】
マフラー１２２は、ガラス繊維を混合したポリブチレンテレフタレートより形成されている。
【００２８】
サクションチューブ１２３およびディスチャージチューブ１２４は、密閉容器１０１に固定されるとともに、図示していない冷凍サイクルに接続されている。サクションチューブ１２３は冷媒１０２を密閉容器１０１内に導き、ディスチャージチューブ１２４は冷媒１０２を冷凍サイクルへと送り出す。
【００２９】
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３０】
図示していない商用電源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１０８を回転させ、偏心軸１１０の偏心運動がコンロッド１１７からピストンピン１１６を介してピストン１１５を駆動させて、ピストン１１５は圧縮室１１３内を往復運動する。
【００３１】
そして、サクションチューブ１２３より密閉容器１０１内に導かれた冷媒１０２は、マフラー１２２を通って圧縮室１１３内に吸入される。圧縮室１１３内に吸入された冷媒１０２は連続して圧縮され、圧縮された冷媒１０２は、ディスチャージチューブ１２４より冷凍サイクルへと送り出される。冷凍サイクルへ送り出された冷媒１０２は、再びサクションチューブ１２３より密閉容器１０１内へ導かれる。
【００３２】
このとき、クランクシャフト１０８の給油ポンプ１１１により冷凍機油１０３を汲み上げ、主軸１０９やピストン１１５等の各摺動部を潤滑する。
【００３３】
次に、（表１）を用いて、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差と、冷凍機油の種類および圧縮機の効率との関係について説明する。
【００３４】
（表１）は、ピストン１１５の外径が３０ｍｍの同一仕様の冷媒圧縮機を用いて、３種類の冷凍機油と、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差を変えて圧縮機の効率を測定した結果である。
【００３５】
冷凍機油Ａは、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機に使用される冷凍機油１０３である。第１冷凍機油として４０℃の時の粘度が７．５ｍｍ2／ｓの鉱油に、第２冷凍機油として４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓである鉱油を３重量％混合し、混合後の粘度は４０℃の時に８ｍｍ2／ｓである。
【００３６】
冷凍機油Ｂは、冷凍機油Ａと比較するためのものであり、４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓである鉱油である。
【００３７】
冷凍機油Ｃも、冷凍機油Ａと比較するためのものであり、４０℃の時の粘度が１０ｍｍ2／ｓである鉱油である。
【００３８】
試験条件は、凝縮温度＝５４．４℃、蒸発温度＝−２３．３℃である。そして３台の冷媒圧縮機に、冷媒としてＲ６００ａを用い、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差を、４μｍ以上１８μｍ以下に変化させて圧縮機の効率を比較した。
【００３９】
【表１】
2009540170.tif 000003
【００４０】
（表１）より、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差が、４μｍ以上１８μｍ以下の範囲では、４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓの鉱油のみで構成された冷凍機油Ｂを用いた場合、４０℃の時の粘度が１０ｍｍ2／ｓである鉱油のみで構成された冷凍機油Ｃを用いた場合と同等以下の圧縮機の効率であり、圧縮機の効率は向上しなかった。
【００４１】
これは、冷凍機油Ｂを用いた場合は、冷凍機油Ｂの粘性抵抗の低減による摩擦損失の低減以上に、冷凍機油Ｂの粘度が低いために圧縮室１１３とピストン１１５との隙間より冷凍機油Ｂが流出する。そして圧縮室１１３とピストン１１５との隙間のシール性が低下して、冷媒１０２がリークしてしまい、結果として圧縮機の効率が向上しなかったと推察される。
【００４２】
一方、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機の冷凍機油１０３である冷凍機油Ａは、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差が４μｍ以上１５μｍ以下では、冷凍機油Ｃを用いたときよりも圧縮機の効率が向上した。
【００４３】
これは、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓと粘度が高い鉱油を混ぜていることにより、圧縮室１１３とピストン１１５との隙間から流出する冷凍機油Ａの量を抑制することができ、低粘度油を用いることによる摩擦損失の低減効果に加えて、冷凍機油１０３による圧縮室１１３とピストン１１５との間のシール性の低下を抑制することができ、圧縮機の効率が向上したと推察される。
【００４４】
詳細な結果は示していないが、第１冷凍機油として４０℃の時の粘度が７．５ｍｍ2／ｓよりもさらに粘度の低い油を用い、第２冷凍機油として４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓよりもさらに高い油を種々組み合わせて適量混合し、混合後の粘度が４０℃の時に８ｍｍ2／ｓ以下とした冷凍機油を種々用いて圧縮機の効率を測定した結果、冷凍機油Ｂおよび冷凍機油Ｃに対して同様の効果があることを確認している。
【００４５】
すなわち、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差が４μｍ以上１５μｍ以下の範囲であれば、圧縮室１１３とピストン１１５との隙間を小さくしすぎて摩耗が生じることを防止しつつ、混合された冷凍機油の低粘度の効果により摩擦損失を低減することができるとともに、第２冷凍機油の効果により圧縮室１１３とピストン１１５との間のシール性の低下を抑制することができ、高効率の冷媒圧縮機とすることができる。
【００４６】
特に、長期運転時には、圧縮室１１３とピストン１１５とが摺動して摩耗し、これらの隙間が大きくなることがあるが、その際にも圧縮室１１３とピストン１１５との摺動部におけるオイルシール性を確保することができ、高い効率を維持することができる。
【００４７】
なお、摺動部などの摩擦損失を低減するために、第１冷凍機油として４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ以下の粘度の低い冷凍機油を用いる際、第２冷凍機油は４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上の、より高粘度油を選択して混合すれば冷凍機油Ａと同様に効果が得られる。そして、第１冷凍機油と第２冷凍機油とは、粘度と混合割合の組み合わせが無数にあることは言うまでもない。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機においては、４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である第１冷凍機油に鉱油を用いたが、エステル油、ハードアルキルベンゼン油を用いても良い。
【００４９】
また、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機おいては、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上である第２冷凍機油に鉱油を用いたが、エステル油、ハードアルキルベンゼン油、ポリ―α―オレフィン油、ポリアルキレングリコール油を用いても良い。
【００５０】
また、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差が１５μｍである冷媒圧縮機を凝縮温度＝５４．４℃、蒸発温度＝−２３．３℃において５００時間運転した。その結果、４０℃の時の粘度が８ｍｍ2／ｓの冷凍機油Ｂを用いたときは、バルブ部１２０にマフラー１２２から抽出されたと考えられるオリゴマの付着が観察された。しかし、第１冷凍機油として４０℃の時の粘度が７．５ｍｍ2／ｓである鉱油に、第２冷凍機油として４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓである鉱油を３重量％以上混合して構成された冷凍機油Ａを用いたときには、オリゴマやスラッジ等の付着物は観察されなかった。
【００５１】
これは、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓと高い鉱油を混合したために、冷凍機油１０３の揮発性を抑えることができ、高温になるバルブ部１２０にオリゴマやスラッジが残留して付着することを抑制できたためであると推察される。
【００５２】
また、第２冷凍機油の重量割合を３重量％より増加させることにより、さらに揮発し難くなるのでバルブ部１２０へのオリゴマ付着を抑制する効果が大きくなったと推察される。
【００５３】
詳細な結果は示していないが、第１冷凍機油として４０℃の時の粘度が７．５ｍｍ2／ｓよりもさらに粘度の低い油を用い、第２冷凍機油として４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓよりもさらに高い油を種々組み合わせて混合し、混合後の粘度が４０℃の時に８ｍｍ2／ｓ以下とした冷凍機油を種々用いて試験を行った結果、第２冷凍機油が３重量％以上混合されていれば、オリゴマやスラッジ等の付着物は観察されなかった。
【００５４】
したがって、４０℃のときの粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である鉱油に、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上である油を３重量％以上混合して構成された冷凍機油Ａを用いることにより、バルブ部等へのオリゴマ付着を抑制して高信頼性の圧縮機とすることができる。
【００５５】
次に（表２）を用いて、冷媒と冷凍機油との適合性について説明する。密閉容器１０１に、ＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ及びＨＣ冷媒であるＲ６００ａと、エステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油を基油とする冷凍機油とをそれぞれ封入し、１４０℃において１４日間エージングを行い、冷媒と冷凍機油との適合性を調査した。
【００５６】
【表２】
2009540170.tif 000004
【００５７】
（表２）より、冷媒と冷凍機油との全ての組み合わせにおいて、スラッジ等の発生も見られず良好な結果であった。
【００５８】
したがって、ＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒と、エステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油を基油とする冷凍機油を用いても、冷凍機油の劣化を抑え、信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
【００５９】
なお、エステル油、鉱油、ハードアルキルベンゼン油を混合して用いても同様の効果が得られる。
【００６０】
また、冷凍機油１０３に酸化防止剤を添加しておくことにより、保管時に高温高湿環境下に曝されたとしても冷凍機油１０３の劣化を抑えることができるので、信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
【００６１】
また、冷凍機油１０３にトリクレジルフォスフェートのような自身が化学反応して金属表面に皮膜を形成することが可能な極圧添加剤を混合しておくことにより、摺動部の摩耗を抑えて信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
【００６２】
また、冷凍機油１０３に高級脂肪酸、高級アルコール、エステル基を有する化合物のような金属と物理的、もしくは化学的に吸着することのできる油性剤を添加してもよい。このような油性剤を添加することにより、マフラー１２２よりオリゴマが抽出されたとしても、金属表面に付着することを抑えることが期待でき、冷凍サイクルの冷媒１０２の流路の閉塞を抑えることができるので、信頼性の高い冷媒圧縮機とすることができる。
【００６３】
以上のように、本発明の実施の形態の冷媒圧縮機は、圧縮室１１３の直径とピストン１１５の直径との差を４μｍ以上１５μｍ以下とし、冷凍機油１０３は４０℃のときの粘度が８ｍｍ2／ｓ以下であり、４０℃のときの粘度が８ｍｍ2／ｓ未満である第１冷凍機油に、４０℃の時の粘度が２０ｍｍ2／ｓ以上である第２冷凍機油を混合することにより、高い圧縮機の効率と高い信頼性を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明の冷媒圧縮機は高い効率を備え、冷凍サイクルを用いた機器に幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態における冷媒圧縮機の縦断面図
【図２】従来の冷媒圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
【００６６】
１００    冷媒圧縮機
１０１    密閉容器
１０２    冷媒
１０３    冷凍機油
１０６    電動要素
１０７    圧縮要素
１１２    シリンダブロック
１１３    圧縮室
１１５    ピストン
【図１】
2009540170.tif 000005
【図２】
2009540170.tif 000006
【国際調査報告】
2009540170.tif 000007
2009540170.tif 000008