(57)【要約】【課題】ＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入した流体圧縮機にフッ素樹脂を使用した場合にも、エステル系冷凍機油の劣化を防止し、耐久性、信頼性が高く、性能を長期間維持できる流体圧縮機及び冷凍装置を提供する。【解決手段】ケース１６内にＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入するとともに、前記エステル系冷凍機油の１質量％以上のフッ素樹脂を含む部材２９を備えた流体圧縮機１１において、前記フッ素樹脂からエステル系冷凍機油５９中に抽出されるフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍ以下とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内にＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入するとともに、前記エステル系冷凍機油の１質量％以上のフッ素樹脂を含む部材を備えた流体圧縮機において、前記フッ素樹脂からエステル系冷凍機油中に抽出されるフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍ以下であることを特徴とする流体圧縮機。
【請求項２】
前記ＨＦＣ系冷媒はＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−４０４Ａ、ＨＦＣ―４０７Ｃ、ＨＦＣ−４１０Ａのいずれか１種であり、前記エステル系冷凍機油は４０℃における粘度が２〜１００ｃＳｔであり、前記フッ素樹脂を含む部材はポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルの少なくとも１種のフッ素樹脂が部材の５質量％以上含まれていることを特徴とする請求項１記載の流体圧縮機。
【請求項３】
前記フッ素樹脂を含む部材は、ケース内に組込む前に予めフッ素イオン量を減少させる処理が施されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の流体圧縮機。
【請求項４】
前記フッ素樹脂を含む部材は、ケース内に組込む前に予めフッ素樹脂の融点よりも低い温度で加熱処理が施されたものであることを特徴とする請求項３記載の流体圧縮機。
【請求項５】
前記フッ素樹脂を含む部材は、ケース内に組込む前に予め水またはアルコール中に浸漬処理されたものであることを特徴とする請求項３記載の流体圧縮機。
【請求項６】
前記流体圧縮機は、シリンダとこのシリンダ内に偏心して収容されたローラと、このローラとシリンダとの間に介装されたヘリカルブレードとシリンダの両側に設けられたメインベアリングとサブベアリングからなる圧縮機構を備えたヘリカルブレード式圧縮機であり、前記フッ素樹脂を含む部材が前記ヘリカルブレードであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の流体圧縮機。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の流体圧縮機を備えた冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷蔵庫、空気調和装置等の冷凍装置に用いる流体圧縮機及びこの流体圧縮機を備えた冷凍装置に係り、特に流体圧縮機にフッ素樹脂を含む部材を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に冷蔵庫や冷凍・冷却ショーケース、空気調和装置等には冷凍サイクル装置が備えられており、この冷凍サイクル装置には冷媒ガスを圧縮し、高圧化する流体圧縮機が組み込まれる。流体圧縮機としてはレシプロ式圧縮機やロータリ式圧縮機の他、螺旋状ブレードを採用したヘリカルブレード式圧縮機が知られており、また、シール部材等にフッ素樹脂またはフッ素樹脂とエンジニアリングプラスチック樹脂の混合物を使用することが知られている。
【０００３】
さらに、近年オゾン層の破壊防止及び地球温暖化防止のために、冷媒としてＨＦＣ系冷媒、冷凍機油としてＨＦＣ系冷媒と相溶性を有するエステル系冷凍機油の使用が多くなってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入した流体圧縮機にフッ素樹脂を使用すると冷凍機油が劣化し、耐久性、信頼性が低下する不具合があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入した流体圧縮機にフッ素樹脂を使用した場合にも、エステル系冷凍機油の劣化を防止し、耐久性、信頼性が高く、性能を長期間維持できる流体圧縮機及び冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る流体圧縮機は、上述した課題を解決するために、請求項１としてケース内にＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入するとともに、前記エステル系冷凍機油の１質量％以上のフッ素樹脂を含む部材を備えた流体圧縮機において、前記フッ素樹脂からエステル系冷凍機油中に抽出されるフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２として、請求項１記載の流体圧縮機において、前記ＨＦＣ系冷媒はＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−４０４Ａ、ＨＦＣ―４０７Ｃ、ＨＦＣ−４１０Ａのいずれか１種であり、前記エステル系冷凍機油は４０℃における粘度が２〜１００ｃＳｔであり、前記フッ素樹脂を含む部材はポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルの少なくとも１種のフッ素樹脂が部材の５質量％以上含まれていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３として、請求項１または請求項２記載の流体圧縮機において、前記フッ素樹脂を含む部材は、ケース内に組込む前に予めフッ素イオン量を減少させる処理が施されたものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４として、請求項３記載の流体圧縮機において、前記フッ素樹脂を含む部材は、ケース内に組込む前に予めフッ素樹脂の融点よりも低い温度で加熱処理が施されたものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５として、請求項３記載の流体圧縮機において、前記フッ素樹脂を含む部材は、ケース内に組込む前に予め水またはアルコール中に浸漬処理されたものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６として、  前記流体圧縮機は、シリンダとこのシリンダ内に偏心して収容されたローラと、このローラとシリンダとの間に介装されたヘリカルブレードとシリンダの両側に設けられたメインベアリングとサブベアリングからなる圧縮機構を備えたヘリカルブレード式圧縮機であり、前記フッ素樹脂を含む部材が前記ヘリカルブレードであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の流体圧縮機。
【００１２】
請求項７として、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の流体圧縮機を備えた冷凍装置を特徴とする。
【００１３】
このような課題を解決する手段を採用することにより、エステル系冷凍機油の分解を防止し、耐久性、信頼性が高く、性能を長期間維持できる流体圧縮機及び冷凍装置を得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る流体圧縮機及びこの流体圧縮機を備えた冷凍装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る流体圧縮機の一例として、ヘリカルブレード式圧縮機を冷凍装置の冷凍サイクル１０に組み込んだ例を示す。冷凍サイクル１０はヘリカルブレード式圧縮機１１、凝縮器１２、キャピラリチューブ等の絞り機構１３および蒸発器１４を順次冷媒配管１５で接続して構成され、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒のＨＦＣ−１３４ａが封入されている。
【００１６】
ヘリカルブレード式圧縮機１１は、図１に示すように、螺旋状のブレードを採用した横置きタイプの圧縮機である。横形ヘリカルブレード式圧縮機１１は密閉ケース１６内に電源端子１７からの通電により駆動される電動機１８と、この電動機１８にて駆動されるヘリカルブレード式圧縮機構１９とを収容している。
【００１７】
電動機１８は密閉ケース１６内の一側に圧入固定されるステータ２０と、このステータ２０内に収容されるロータ２１とを有する。ロータ２１はクランクシャフト２２に回転一体に軸装され、固定される。クランクシャフト２２は、圧縮機構１９に備えられたメインベアリング２４とサブベアリング２５により回転自在に支持される。
【００１８】
クランクシャフト２２を支持するメインベアリング２４は両側に突出するボス部を、また、サブベアリング２５も突出ボス部をそれぞれ備え、クランクシャフト２２を支持する軸受面の軸方向長さを長くとっている。これにより、クランクシャフト２２はメインベアリング２４とサブベアリング２５により安定的に回転自在に支持される。
【００１９】
ヘリカルブレード式圧縮機構１９は、密閉ケース１６内に収容され、固定されるスリーブ状シリンダ２７と、このシリンダ２７内に偏心して配置されるローラ２８と、このローラ２８とシリンダ２７との間に介装されるヘリカルブレード２９とを有し、上記シリンダ２７両側に外周フランジ２７ａ，２７ｂが一体に設けられ、上記外周フランジ２７ａ，２７ｂにメインベアリング２４とサブベアリング２５が締付ねじ等の締着手段で固定される。
【００２０】
圧縮機構１９のローラ２８は、クランクシャフト２２のクランク部２２ａに回転フリーに軸装され、クランクシャフト２２の回転運動に伴って偏心旋回運動するようになっている。ローラ２８とサブベアリング２５との間にオルダム機構３１が設けられ、ローラ２８の回転（自転）を防止している。このオルダム機構３１によりローラ２８はシリンダ２２内を公転するようになっている。
【００２１】
また、ローラ２８とサブベアリング２５との間に高硬度の鋼製スラストシート３３が介装され、このスラストシート３３でローラ２８のスラスト面を面接触にて支持し、ローラスラスト面の焼付き等の損傷を防止している。スラストシート３３は摺動特性に優れた高硬度のスウェーデン鋼等が用いられる。
【００２２】
さらに、ローラ２８の外周面には螺旋状の溝３４が形成されている。この螺旋状溝３４はサブベアリング２５からメインベアリング２４側に向って溝ピッチが小さくなる不等ピッチに形成される。ローラ２８の螺旋状溝３４にヘリカルブレード２９が嵌め込まれる。このヘリカルブレード２９によりシリンダ２７とローラ２８との間に複数の圧縮室３５が軸方向に沿って複数個形成される。
【００２３】
ヘリカルブレード式圧縮機構１９の組立は、ヘリカルブレード２９がローラ２８の螺旋状溝３４に直径を強制的に縮小させた状態で嵌め込まれ、ヘリカルブレード２９の外周面がシリンダ２７の内周面に全周に亘り、弾力的に接触する状態で組み付けられ、シリンダ内周面をヘリカルブレード２９でシールしている。
【００２４】
このようにして、圧縮機構１９のシリンダ２７とローラ２８との間にヘリカルブレード２９で仕切られた複数の圧縮室３５が形成され、各圧縮室３５はローラ２８の公転運動（偏心旋回運動）によりローラ２８の軸方向に螺旋状に移動し、螺旋状に移動する間に容積が漸次連続的に縮小せしめられる。
【００２５】
圧縮機構１９のサブベアリング２５側の吸込部３６から圧縮室３５に吸い込まれた冷媒ガスは、ローラ２８の公転運動により連続的な圧縮作用を受けて高圧化し、メインベアリング２４側の吐出孔３７を経て密閉ケース１６内に吐出される。密閉ケース１６内に吐出された冷媒ガスは、密閉ケース１６の内部を通って吐出ポート３８から冷凍サイクル１０に吐出される。
【００２６】
密閉ケース１６の吐出ポート３８と同じ側に吸込ポート３９が形成されている。吸込ポート３９は冷凍サイクル１０の吸込配管４０に接続される一方、密閉ケース１６内の吸込通路４３を経て圧縮機構１９の吸込部３６に連通される。吸込通路４３はサブベアリング２５からスラストシート３３、シリンダ２７を経て圧縮機構１９の吸込部３６に延設される。
【００２７】
ヘリカルブレード式圧縮機構１９の吸込部３６に連通される吸込通路４３は、サブベアリング２５、プレート状のスラストシート３３およびシリンダ２７の外周フランジ２７ｂ部を通して形成される。シリンダ２７の外周フランジ部２７ｂには、スラストシート３３側に開口する吸込孔４５が形成され、この吸込孔４５にローラ２８の逆回転を防止する逆転防止機構４６が設けられる。吸込孔４５はシリンダ２７の吸込通路を構成している。
【００２８】
シリンダ２７の吸込孔４５は、シリンダ２７の軸方向に延設される一方、この吸込孔４５は、スラストシート３３の吸込口およびサブベアリング２５の吸込孔を経て吸込ポート３９に連通される。逆転防止機構４６を構成する逆止弁５０は、シリンダ２７の吸込孔４５に収容される。逆止弁５０は、コイル状スプリング５１と弁体５２とを有するフリー弁構造に構成され、この弁体５２の弁座をスラストシート３３で構成している。スラストシート３３の吸込口は、逆止弁５０の弁体５２の外径より小さな穴径に形成される。
【００２９】
また、密閉ケース１６の下部には、図１に示すようにＨＦＣ系冷媒と相溶性を有するエステル系冷凍機油５９が貯溜されている。また、潤滑性能及びシール性能の点から４０℃における粘度が２〜１００ｃＳｔのものが選択されている。貯溜された冷凍機油５９はオイルポンプ装置６０により吸い上げられ、クランクシャフト２２の潤滑部に供給されるようになっている。オイルポンプ装置６０はクランクシャフト２２の回転に連動して作動し、ポンプ作用を行なうようになっている。
【００３０】
このようなヘリカルブレード式圧縮機１１において、前記ヘリカルブレード２９は、柔軟性、耐熱性、耐環境性（冷凍機油、温度、冷媒）、低摩擦係数等のブレードの要求される特性を考慮してパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ樹脂）等のフッ素樹脂材が用いられているが、前記フッ素樹脂からエステル系冷凍機油中に抽出されるフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍ以下にされている。
【００３１】
すなわち、本件出願人の鋭意研究の結果、フッ素樹脂には、その製造過程においてフッ素イオンが含まれており、このフッ素イオンが流体圧縮機の運転中にエステル系冷凍機油中に抽出されてエステル系冷凍機油が劣化することが判明した。さらに、流体圧縮機に使用されるフッ素樹脂の量が少ない場合は問題ないが、フッ素樹脂からエステル系冷凍機油中に抽出されるフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍを超えると急激にエステル系冷凍機油が分解分解され、その結果、酸成分により金属摺動部材が腐食したり電動機の絶縁紙が劣化する現象が生じた。
【００３２】
また、フッ素樹脂に含まれているフッ素イオン量は十〜数十ｐｐｍであり、フッ素樹脂の質量がエステル系冷凍機油の１質量％以上になるとフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍを超える可能性がある。本実施の態様のヘリカルブレード式圧縮機においては、ヘリカルブレード２９、すなわち、フッ素樹脂の質量がエステル系冷凍機油の５〜２０質量％であり、フッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍを超える。
【００３３】
そのため、ヘリカルブレード２９を組込む前に、フッ素樹脂中のフッ素イオン量を減少させる処理を行なっている。
具体的には、ヘリカルブレード２９をフッ素樹脂の融点よりも低い温度で所定時間加熱処理を行なうことにより、フッ素樹脂中のフッ素イオン量を減少させている。
また、他の方法として、水またはアルコール中に所定時間浸漬させても良い。
【００３４】
なお、フッ素樹脂材として前記実施の態様においてはパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ樹脂）を例示したが、これに限らず、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ樹脂）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ樹脂）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ樹脂）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＥ樹脂）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ樹脂）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ樹脂）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ樹脂）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ樹脂）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ樹脂）の少なくとも１種でも良い。
【００３５】
また、これらのフッ素樹脂にガラス繊維、炭素繊維等の補強材等の充填材を混入しても良く、さらには、これらのフッ素樹脂とポリエーテルサルホン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等のエンジニアリングプラスチック樹脂の混合物で、これらの混合物に対しフッ素樹脂が５質量％以上のものでも良い。
【００３６】
さらに、前記実施の態様においてはＨＦＣ系冷媒として、ＨＦＣ−１３４ａを例示したが、これに限らず、ＨＦＣ−４０４Ａ、ＨＦＣ―４０７Ｃ、ＨＦＣ−４１０Ａのいずれか１種でも良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明はケース内にＨＦＣ系冷媒とエステル系冷凍機油とを封入するとともに、前記エステル系冷凍機油の１質量％以上のフッ素樹脂を含む部材を備えた流体圧縮機の、前記フッ素樹脂からエステル系冷凍機油中に抽出されるフッ素イオン量が冷凍機油中濃度として１ｐｐｍ以下としたので、フッ素イオンによる潤滑油の劣化を防止し、耐久性、信頼性が高く、性能を長期間維持できる流体圧縮機及び冷凍装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヘリカルブレード式圧縮機の第１の実施形態を示すもので、このヘリカルブレード式圧縮機を備えた冷凍サイクルの原理図。
【符号の説明】
１０  冷凍サイクル
１１，１１Ａ  ヘリカルブレード式圧縮機
１２  凝縮器
１３  絞り機構
１４  蒸発器
１５  冷媒配管
１６  密閉ケース
１８  電動機
１９  圧縮機構
２２  クランクシャフト
２４  メインベアリング
２５  サブベアリング
２７  シリンダ
２８  ローラ
２９  ヘリカルブレード
３４  螺旋状溝
３５  圧縮室
５９  冷凍機油
【図１】
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