(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に電動要素とアンモニアと炭化水素を主成分とし、アンモニアの組成比が１〜２０重量％であり、かつ、運転中の冷媒の含有水分量が１００重量ｐｐｍ以下である冷媒を圧縮する圧縮要素を有する密閉型電動圧縮機において、透孔と前記透孔を囲む筒状部とを有する金属外環を備え、前記金属外環の透孔にガラスを介して表面は被膜を設けることなく銅あるいは銅を含む合金で形成される端子ピンを気密絶縁的に封着して成り、前記金属外環の前記密閉容器内側に、前記端子ピンの外周面、前記筒状部の外周面、及び前記金属外環の内周面に密着されるような、ポリフェニレンサルファイド，ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアミドイミドの群より少なくとも１種以上を用いて形成された保護カバーが装着され、前記密閉容器を貫通して該容器に固着された気密端子を用いることを特徴とする密閉型電動圧縮機。
【請求項２】
気密端子が密閉容器内の気相冷媒雰囲気に設置されることを特徴とする請求項１記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項３】
密閉容器内を、冷媒が送り込まれる吸入圧雰囲気となる低圧空間としたことを特徴とする請求項２記載の密閉型電動圧縮機。
【請求項４】
冷媒を圧縮、凝縮、膨張、蒸発させる冷凍サイクルを形成する冷凍装置において、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の密閉型電動圧縮機を用いることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和器や冷蔵庫等の冷凍空調分野の冷媒圧縮式冷凍システムに適用される密閉型電動圧縮機および冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、冷凍システムの冷媒としては、フロン系の冷媒が主として使われているが、オゾン層保護、地球温暖化防止の観点より冷凍システムの冷媒として、炭化水素系冷媒等の自然冷媒が検討されている。自然系冷媒の中でも、アンモニア冷媒は能力が高く、コストも安いことから注目されている。
【０００３】
しかしながら、アンモニア単独の冷媒あるいはアンモニアを混合した混合冷媒を効率の高い冷媒圧縮式冷凍システムに用いる場合、その金属材料や絶縁材料に対する耐久性が問題になる。
【０００４】
現在、アンモニア冷媒を用いた密閉型圧縮機の気密端子として、実公平６−２９０１１号公報がある。図５を用いて説明すると、電動機が封入されている密閉容器２００に穿設した開口２０１に、絶縁性樹脂からなるパッキン２０２を介して電気的絶縁のためフランジ付きの絶縁部材２０３を貫通させ、前記絶縁性部材２０３のフランジ部２０４を前記密閉容器２００に締め付けボルト２０５によって締結固定されているとともに、前記密閉容器２００内に配設されているモータ等の電気機器（図示せず）と、前記密閉容器２００の大気側での外部配線（図示せず）とに、電気的に接続するための端子ピン２０６が前記絶縁性部材２０３の中心を気密的に貫通して大気側に導出されており、その導出部を前記外部配線との接続のための接続部位２０７として機能させている。
【０００５】
ここで、前記端子ピン２０６は、アンモニアに曝される密閉容器２００内の部位２０８と前記密閉容器２００の大気側に導出される部位２０７とに分けて、そのピン材に例えばアルミニウム又は銅のいずれかの金属材料を用いるか、あるいは銅とアルミニウムの異種金属材料を継足して用いることも可能である。
【０００６】
ところで、密閉容器内の冷媒や油中には容器の溶接の際やピストンの摺動摩耗等で生ずる鉄粉や銅粉等の金属粉が混在している。そして、これらの金属粉は冷媒によって容器内の各部に運ばれて付着し、気密端子のガラス表面にも付着する。ガラス表面に付着する金属粉の量が多くなり、しかも圧縮機の再始動時等に端子ピンに大きな電圧が印可されると、付着した金属粉を介して端子ピンと筒状部の間でスパークが飛び、漏電や端子の破損といった事故になる。
【０００７】
フロン系冷媒においては上記の問題に対処する方策として特開６２−２７１９７５号公報に記載されているものがある。
【０００８】
図６と図７を用いて説明すると、１０８は透孔、１１１は保護カバーで、２５０〜３００μｍ程度のポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称す）より絞り形成された円板形のものである。１１２は外周の折り返し部、１１３は中央の小孔と一体化した筒部、筒部１１３は、膨出部１１６，大径孔１１７，小径孔１１８を有している。
【０００９】
この保護カバー１１１の折り返し部１１２の外径は前記金属基板１０３の内径より僅かに大きく、膨出部１１６の内径は筒状部１０５の外径より僅かに小さく、また、大径孔１１７の直径は筒状部１０５より大きく、小径孔１１８の直径は端子ピン１０７の外径より僅かに小さくなるように形成されている。そして、この保護カバー１１１は、図７に示すように小径孔１１８を端子ピン１０７に、折り返し部１１２を金属基板１０３の内側に圧入状態に挿入することにより気密端子１００に装着され、気密端子１００は密閉容器１０２に溶接される。
【００１０】
ここで、気密端子１００に装着された保護カバー１１１は上述した寸法関係から、小径孔１１８と端子ピン１０７の間、膨出部１１６と筒状部１０５の間、及び折り返し部１１２と金属基板１０３の間で密着状態になるとともに、ガラス１０６の表面との間で隙間１２０が形成された状態となる。このように構成された密閉型電動圧縮機の気密端子１００において、ＰＥＴからなる保護カバー１１１は、ガラス１０６の表面を完全に覆っているだけでなく、この保護カバー１１１とガラス１０６表面の間には隙間１２０が形成されているため、電気力線の最も強いガラス１０６の表面から保護カバー１１１をある程度離しておくことができ、筒状部１０５付近で保護カバー１１１に吸着される金属粉の量をも大幅に低減できることから、端子ピン１０７と金属基板１０３との間で生ずるスパークを防止することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、アンモニアにより保護カバーのＰＥＴが腐蝕・脱落することで、ガラスに金属粉が付着し、金属基板とスパークがおこる問題がある。
【００１２】
また、アンモニアは金属特に水分を含むとアンモニアは銅及び銅合金を著しく腐蝕させ、また、鉄やアルミニウム等の腐蝕も完全には抑制できず、耐久性が劣る。
【００１３】
本発明は、アンモニアを含む冷媒を用いた場合でも、ガラスに金属粉が付着せず、端子ピンと金属外環との間で生ずるスパークを防止し、漏電や端子の破損を防ぐ効果を有し、耐久性を向上した気密端子を備えた密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の密閉型電動圧縮機は、密閉容器内に電動要素と少なくともアンモニアを含む冷媒を圧縮する圧縮要素を有する密閉型電動圧縮機で、金属外環の密閉容器内側に、端子ピンの外周面、筒状部の外周面、及び金属外環の内周面に密着されるような、ポリフェニレンサルファイド，ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアミドイミドの群より少なくとも１種以上を用いて形成された保護カバーが装着され、気密端子が密閉容器内の気相冷媒雰囲気に設置されることを特徴とするものである。あるいは、冷媒は、炭化水素とアンモニアを主成分とし、アンモニアの組成比が１〜２０重量％であり、運転中の含有水分量が１００重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、アンモニアを含む冷媒を用いた場合でも、気密端子の保護カバーが溶解・脱落しないためガラスに金属粉が付着せず、端子ピンと金属外環との間でスパークを防止し、漏電や端子の破損を防ぐとともにアンモニアとの耐久性や材料適合性に優れる効果を有する気密端子を備えた密閉型電動圧縮機を提供することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は密閉容器内に電動要素とアンモニアと炭化水素を主成分とし、アンモニアの組成比が１〜２０重量％であり、かつ、運転中の冷媒の含有水分量が１００重量ｐｐｍ以下である冷媒を圧縮する圧縮要素を有する密閉型電動圧縮機において、透孔と前記透孔を囲む筒状部とを有する金属外環を備え、前記金属外環の透孔にガラスを介して表面は被膜を設けることなく銅あるいは銅を含む合金で形成される端子ピンを気密絶縁的に封着して成り、前記金属外環の前記密閉容器内側に、前記端子ピンの外周面、前記筒状部の外周面、及び前記金属外環の内周面に密着されるような、ポリフェニレンサルファイド，ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアミドイミドの群より少なくとも１種以上を用いて形成された保護カバーが装着され、前記密閉容器を貫通して該容器に固着された気密端子を用いることを特徴とする密閉型電動圧縮機であって、アンモニアを含む冷媒を用いた場合でも、保護カバーが溶解・脱落しないためガラスに金属粉が付着せず、端子ピンと金属外環との間で生ずるスパークを防止し、漏電や端子の破損を防ぐという作用を有する。
また、アンモニア比率を下げることで、アンモニアの腐食性が低下し、気密端子材料の耐久性が向上するという作用を有する。
また、含有水分量が１００重量ｐｐｍ以下であることでアンモニアの腐食性が低減され、端子ピン材料の耐久性が向上するという作用を有する。
また、耐久性に優れ、かつ通電時の電気的損失が少ないという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の密閉型電動圧縮機において、前記気密端子が前記密閉容器内の気相冷媒雰囲気に設置されることを特徴とする密閉型電動圧縮機であって、気密端子の端子ピンが液冷媒や冷凍機油により短絡を防止し、冷媒密度が小さい気相冷媒雰囲気に密閉端子を設置することで漏電や端子の破損を防ぐという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２記載の密閉型電動圧縮機において、前記密閉容器内を、冷媒が送り込まれる吸入圧雰囲気となる低圧空間としたことを特徴とする密閉型電動圧縮機であって、低圧空間にすることで気相冷媒密度がさらに低下し、漏電や端子の破損の安全性を高めるという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項４に記載の発明は、冷媒を圧縮，凝縮，膨張，蒸発させる冷凍サイクルを形成する冷凍装置において、請求項１，請求項２，請求項３のいずれか１項記載の密閉型電動圧縮機を用いることを特徴とする冷凍装置であって、アンモニアを含む冷媒を用いた場合でも、保護カバーが溶解・脱落しないためガラスに金属粉が付着せず、端子ピンと金属外環との間で生ずるスパークを防止し、漏電や端子の破損を防ぎ、安全性を向上した冷凍装置を提供するという作用を有する。
【００２３】
【実施例】
以下、図１〜４、表１〜２を用いて、本発明による圧縮機および冷凍装置の実施例について説明する。
【００２４】
図１は本発明の具体的実施例における密閉型電動圧縮機の気密端子の断面図である。図１において、２はアンモニアが１０重量％、プロパンが９０重量％からなる冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機２１の密閉容器で、気密端子１０は密閉容器２に溶接されている。気密端子１０は３個の透孔８と前記透孔８を各々囲む筒状部５とを有する金属基板３を備え、前記金属基板３の各々の透孔８に端子ピン７をガラス６を介して気密絶縁的に封着する。１はポリフェニレンサルファイドを射出成形して成る保護カバーであり、外周の折り返し部１２と、膨出部１６及び大径孔１７、小径孔１８を有する筒部９と、中央の小孔とが一体的に形成されている。ここで、この保護カバー１の折り返し部１２の外径は金属基板３の内径より僅かに大きく、膨出部１６の内径は筒状部５の外径より僅かに小さく、また、大径孔１７の直径は筒状部５より大きく、小径１８の直径は銅で作られた端子ピン７の外径より僅かに小さくなるよう形成されている。
【００２５】
前記保護カバー１は図２に示すように、小径孔１８を端子ピン７に、折り返し部１２を金属基板３の内側に圧入状態に挿入することにより気密端子１０に装着される。
【００２６】
また、図３は本発明の実施例の密閉型電動圧縮機の縦断面図で、図３において２１は密閉型電動圧縮機を示し、密閉容器２の中に電動機２２および圧縮機２３が収納されており、２４は気相冷媒、２５は４０℃粘度４６ｍｍ2 ／ｓのアルキルベンゼン系合成油からなる冷凍機油である。図３より、前記気密端子１０は、気相冷媒２４中に設けられている。
【００２７】
ここで、気密端子１０に装着された保護カバー１は上述した寸法関係から、小径孔１８と端子ピン７の間、膨出部１６と筒状部５の間、及び折り返し部１２と金属基板３の間で密着状態になるとともに、ガラス６の表面との間で隙間２０が形成された状態となる。このように構成された密閉型電動圧縮機の気密端子１０において、保護カバー１は、ガラス６の表面を完全に覆っているだけでなく、この保護カバー１とガラス６表面の間には隙間２０が形成されているため、電気力線の最も強いガラス６の表面から保護カバー１をある程度離しておくことができ、筒状部５付近で保護カバー１に吸着される金属粉の量をも大幅に低減できることから、端子ピン７と金属基板３との間で生ずるスパークを防止することができる。
【００２８】
また、気密端子１０を前記密閉容器２内の気相冷媒２４中に設置することで、電気的安全性を向上させる。なお、密閉容器内が吸入圧力雰囲気になる低圧シェルタイプの密閉型電動圧縮機であれば、気密端子が設置される気相冷媒密度はさらに低下し、安全性がさらに向上する。
【００２９】
この構成で選択された保護カバー１の材料仕様は、以下の試験を行うことで選択された。ガラス封管あるいは金属容器に冷媒、冷凍機油、供試材料を入れ、１３０〜１４０℃、１６８〜３３６ｈの恒温状態で維持し、供試材料の外観と強度の劣化を指標に、冷媒と供試材料の適合性を評価した。
【００３０】
【表１】
0004449151.tif 000002
【００３１】
供試材料と試験結果を（表１）に示す。（表１）において、冷媒はアンモニア（表中記号：ＮＨ3 ）１００％の純冷媒、アンモニア（表中記号：ＮＨ3 ）１０重量％とプロパン（表中記号：Ｃ3 Ｈ8 ）９０重量％の混合冷媒を供試し、冷凍機油は４０℃粘度４６ｍｍ2 ／ｓアルキルベンゼン性合成油（表中記号：ＨＡＢ４６）を供試した。プラスチック材料はポリフェニレンサルファイド（表中記号：ＰＰＳ）、ポリサルホン（表中記号：ＰＳＦ），ポリエーテルサルホン（表中記号：ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（表中記号：ＰＥＥＫ），ポリエーテルイミド（表中記号：ＰＥＩ），ポリアミドイミド（表中記号：ＰＡＩ），ポリエチレンテレフタレート（表中記号：ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（表中記号：ＰＥＮ）を用いた。また、劣化レベルは目視によるプラスチック試験片の変色や冷凍機油の濁りの比較、強度変化から相対的に評価し、良好な順に◎，○，△，×，××の記号で表した。
【００３２】
（表１）に示した試験結果より、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートといった分子構造内にエステル結合を有するプラスチック材料は耐アンモニア性がなく、濁り、強度低下とも大きい。この結果、ポリフェニレンサルファイド，ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアミドイミドは耐アンモニア性に優れることがわかり、保護カバー材料として適していることがわかり、従って、保護カバー１の材料としては、これらの材料を単独あるいは複合させたものが適している。
【００３３】
また、（表１）に示した試験結果より、冷媒中のアンモニア濃度を低減させることで、各プラスチック材料の劣化も低減されており、耐久性の向上が図れた。
【００３４】
一方、冷媒中の含有水分量と金属材料に対する影響については、以下の試験を行うことで確認された。ガラス封管に冷媒，冷凍機油，供試材料および水分を入れ、１３０〜１７５℃、１６８ｈの恒温状態で維持し、供試材料の外観と油中金属量を指標に、冷媒と金属材料の適合性を評価した。
【００３５】
【表２】
0004449151.tif 000003
【００３６】
試験条件と適合性の評価結果を表２に示す。（表２）から特に水分量が５００重量ｐｐｍ以上では、劣化が激しく、１００重量ｐｐｍ以下では抑制されることがわかった。
【００３７】
また、端子ピン７は鉄，ニッケル，クロムの合金や銅，銅合金で構成されたり、これらをメッキ等で被覆されたものが用いられる。特に、銅や銅合金は比抵抗が小さく、クロムが１８重量％、ニッケルが８重量％、鉄が７４重量％の合金の比抵抗が７２μΩｃｍに対し、例えば銅は１．７２μΩｃｍ、真鍮（銅が７０重量％、亜鉛が３０重量％）は５〜７μΩｃｍである。冷媒中の水分量を１００重量ｐｐｍにすることで、アンモニアを含む冷媒中でも導電性に優れた銅や銅合金を用いることができ、通電時の電気的損失が抑えられる。
【００３８】
また、前記密閉型電動圧縮機を用いた冷凍サイクルの模式図を図４に示す。図４で２１は前記密閉型電動圧縮機で、２６は凝縮器、２７はキャピラリチューブからなる減圧器、２８は蒸発器である。冷凍装置を用いれば、アンモニアを含む冷媒を用いた場合でも、保護カバーが溶解・脱落しないためガラスに金属粉が付着せず、端子ピンと金属外環との間で生ずるスパークを防止し、漏電や端子の破損を防ぎ、安全性を向上する。
【００３９】
前記の構成を持つ本実施例の冷凍装置を密閉型電動圧縮機の冷凍機油温度９０℃、高圧側圧力２．７２ＭＰａ、低圧側圧力０．３５ＭＰａの過負荷条件で約１カ月連続運転した結果、構成材料に顕著な劣化は認められず十分な耐久性があることが確認できた。
【００４０】
本実施例では保護カバー材料にポリフェニレンサルファイドを用いたが、（表１）の結果から、ポリフェニレンサルファイド，ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアミドイミドを単独あるいは複合させたものを用いても同様の結果が得られると期待できる。
【００４１】
また、端子ピンの材料には銅を用いたが（表２）の結果から、真鍮などの銅を含む導電性に優れた合金でも耐アンモニア性があり、同様の結果が得られると期待できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、アンモニアを含む冷媒を用いた場合でも、気密端子の保護カバーが溶解・脱落しないためガラスに金属粉が付着せず、端子ピンと金属外環との間でスパークを防止し、漏電や端子の破損を防ぐとともにアンモニアとの耐久性や材料適合性に優れる効果を有する気密端子を備えた密閉型電動圧縮機を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における密閉型電動圧縮機の気密端子の断面図
【図２】本発明の実施例における密閉型電動圧縮機の保護カバーを気密端子に装着するところを示す、気密端子の断面図
【図３】本発明の実施例における密閉型電動圧縮機の縦断面図
【図４】本発明の実施例における冷凍装置の模式図
【図５】従来のアンモニア冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機の密閉端子の断面図
【図６】従来のフロン系冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機の密閉端子の断面図
【図７】従来のフロン系冷媒を圧縮する密閉型電動圧縮機の保護カバーを気密端子に装着するところを示す、気密端子の断面図
【符号の説明】
１  保護カバー
２  密閉容器
６  ガラス
７  端子ピン
１０  気密端子
２１  密閉型電動圧縮機
２４  気相冷媒
２５  冷凍機油
２６  凝縮器
２７  減圧器
２８  蒸発器
【図１】
0004449151.tif 000004
【図２】
0004449151.tif 000005
【図３】
0004449151.tif 000006
【図４】
0004449151.tif 000007
【図５】
0004449151.tif 000008
【図６】
0004449151.tif 000009
【図７】
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