JP2014047674A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｒ３２冷媒を圧縮する圧縮機における酸の生成を抑制する。
【解決手段】
ロータリー圧縮機は、シリンダ室Ｓ２で冷媒を圧縮する圧縮機構と、シリンダ室Ｓ２からマフラー空間Ｓ１へと断続的に高圧冷媒が吐出される吐出部に設けられた吐出弁とを備える。フロントヘッド吐出孔４１ｃを塞ぐときに吐出弁の吐出弁体４８が当たる環状弁座部４１ｄの弁座面４１ｄａには、エンジニアリングプラスチック４１ｅがコーティングされている。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧縮機、特に、Ｒ３２冷媒を圧縮する圧縮機に関する。

最近、オゾン層破壊がないＨＦＣ系冷媒が使われることが多くなっている。また、地球温暖化の観点や燃焼性の観点から、Ｒ３２冷媒を用いる冷凍装置も提案されている。特許文献１（特開２００３−２６２４３７号公報）には、Ｒ３２冷媒を用いたヒートポンプ式の空気調和機が開示されている。

上記の特許文献１にも記述があるように、Ｒ３２冷媒を用いる冷凍装置では、冷媒が化学的に不安定であることから、フッ酸や蟻酸、酢酸などの酸が生成することもある。酸が生じると、銅製の冷媒配管が腐食し、冷凍装置の寿命に影響を及ぼすことも想定される。

また、冷凍装置の多くには圧縮機が組み込まれているが、圧縮機でＲ３２冷媒を圧縮する場合、圧縮機の内部における酸の生成を抑制することが、冷凍装置全体としての寿命を考えた場合に重要である、という知見を本願発明者は得ている。

本発明の課題は、Ｒ３２冷媒を圧縮する圧縮機における酸の生成を抑制することにある。

本発明の第１観点に係る圧縮機は、吸入したＲ３２冷媒を圧縮する圧縮機であって、圧縮機構と、吐出弁とを備えている。圧縮機構は、圧縮室でＲ３２冷媒を圧縮する。吐出弁は、圧縮室から圧縮後の高圧冷媒が高圧空間へと断続的に吐出される吐出部に設けられる。この吐出弁は、高圧冷媒の流路となる孔が形成された弁座と、弁座の孔を開閉する弁体とを有している。そして、この圧縮機では、弁座の孔を塞ぐときに弁体が当たる弁座の弁座面に、樹脂コーティングが施されている。

上述のように、本願発明者は、冷凍装置全体としての寿命を考えた場合に、圧縮機の内部における酸の生成を抑制することが重要であるという知見を得ている。そして、圧縮機においては、圧縮後の高圧冷媒が断続的に吐出される吐出部に設けられた吐出弁が酸の生成の要因になっていることを見いだし、本発明に至っている。すなわち、高温の高圧冷媒が断続的に吐出されることによって、弁座面に弁体が繰り返し当たり、酸が生成されるという知見を得て、本願発明者は、その弁座面に樹脂コーティングを施すという本発明に至っている。

ここでは、弁体が当たる弁座の弁座面に樹脂コーティングを施しているため、弁体が弁座面に当たるときの衝撃力が緩和され、また弁体や弁座の温度の更なる上昇を抑えることができ、酸の生成が抑制されるようになる。

本発明の第２観点に係る圧縮機は、第１観点に係る圧縮機であって、弁体が当たる弁座の弁座面には、エンジニアリングプラスチックがコーティングされている。エンジニアリングプラスチックは、１００℃以上の耐熱性があり、４９Ｍｐａ以上の引っ張り強度を有する樹脂である。

本発明に係る圧縮機は、Ｒ３２冷媒を圧縮するため、現在広く冷凍装置において用いられているＲ４１０Ａ冷媒と較べると圧縮機の内部温度が高くなる傾向になるが、ここでは耐熱性があるエンジニアリングプラスチックを弁座面の樹脂コーティング剤として使用しているため、所望の高圧まで冷媒を圧縮することが可能になる。また、繰り返し弁体が弁座面に当たるが、耐熱性や引っ張り強度が確保されたエンジニアリングプラスチックを弁座面にコーティングするため、所望の圧縮機の寿命を確保することができる。

なお、弁座面の樹脂コーティング剤としてのエンジニアリングプラスチックは、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フッソ樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＶＤＦ等）などである。また、本発明の第２観点に係る圧縮機の弁座面にコーティングするエンジニアリングプラスチックは、ポリアミドイミドなどに必要に応じて耐摩耗材などを含有させたものも含む。

本発明の第３観点に係る圧縮機は、第１観点又は第２観点の圧縮機であって、弁座の弁座面は、孔の周囲における環状の面である。弁体は、薄板部材であり、高圧冷媒の流路である孔の内部空間が高圧空間よりも圧力が低いときには、弁座面に押しつけられて、孔の出口を塞ぐ閉状態になる。また、弁体は、高圧冷媒の流路である孔の内部空間が高圧空間よりも圧力が高くなったときには、弾性変形をして弁座面から離れることで、開状態になる。

ここでは、弁体が弾性変形をして弁座面から離れることで孔の出口が開く開状態になる構成を採っており、弁体が閉状態になる際には、圧力差だけではなく弁体の弾性力が作用する形で弁体が弁座面に当たって衝撃力が大きくなる傾向があるが、弁座面に樹脂コーティングを施しているため、衝撃力を緩和し温度上昇を抑えることができ、吐出部における酸の生成が抑制される。

本発明に係る圧縮機では、圧縮後の高圧冷媒が断続的に吐出される吐出部に設けられた吐出弁の弁座面に、樹脂コーティングを施している。これにより、Ｒ３２冷媒を圧縮する圧縮機においても、弁体が弁座面に当たるときの衝撃力を緩和し、温度上昇を抑えることができ、酸の生成が抑制される。

本発明の一実施形態に係るロータリー圧縮機の縦断面図。 吐出弁を含むフロントヘッドの平面図。 図２におけるフロントヘッドのIII-III 断面図。 図３の吐出弁の周囲の拡大図（吐出弁体が閉状態）。 図３の吐出弁の周囲の拡大図（吐出弁体が開状態）。

（１）全体構成
ロータリー圧縮機１０は、図１に示すように、１シリンダ型のロータリー圧縮機であって、ケーシング１１と、ケーシング１１内に配置される駆動機構２０、圧縮機構３０および吐出音低減機構３９とを備えている。このロータリー圧縮機１０は、ケーシング１１内において、圧縮機構３０および吐出音低減機構３９が、駆動機構２０の下側に配置される。

このロータリー圧縮機１０は、空気調和機やヒートポンプ式の給湯機などの冷凍装置においてＲ３２冷媒を圧縮するために用いられる機器であり、冷凍装置のアキュムレータ８０から冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧になった冷媒を吐出管２５から冷凍装置のガスクーラに向けて吐出する。

（２）詳細構成
（２−１）駆動機構
駆動機構２０は、ケーシング１１の内部空間の上部に収容されており、圧縮機構３０を駆動する。駆動機構２０は、駆動源となるモータ２１と、モータ２１に取り付けられる駆動軸２２とを有する。

モータ２１は、駆動軸２２を回転駆動させるためのモータであり、主として、ロータ２３と、ステータ２４とを有している。ロータ２３は、駆動軸２２を挿嵌されており、駆動軸２２と共に回転する。ロータ２３は、積層された電磁鋼板と、ロータ本体に埋設された磁石とから成る。ステータ２４は、ロータ２３の径方向外側に所定の空間を介して配置される。ステータ２４は、積層された電磁鋼板と、ステータ本体に巻かれたコイルとから成る。モータ２１は、コイルに電流を流すことによってステータ２４に発生する電磁力により、ロータ２３を駆動軸２２と共に回転させる。

駆動軸２２は、ロータ２３に挿嵌されている。また、駆動軸２２は、圧縮機構３０のローラ３１に挿通しており、ロータ２３からの回転力を伝達可能な状態でローラ３１に嵌っている。駆動軸２２は、ロータ２３の回転に従って回転し、圧縮機構３０のローラ３１を公転させる。すなわち、駆動軸２２は、モータ２１の駆動力を圧縮機構３０に伝達する機能を有している。

（２−２）圧縮機構および吐出音低減機構
圧縮機構３０は、ケーシング１１内の下部側に収容されている。圧縮機構３０は、アキュムレータ８０から吸入した冷媒を圧縮する。圧縮機構３０は、ロータリー型の圧縮機構であり、主として、フロントヘッド４０のフロントヘッド円板部４１の下部と、シリンダ５０と、ローラ３１と、リアヘッド６０とから成る。

吐出音低減機構３９は、圧縮機構３０の上方、且つ、駆動機構２０の下方に配置されており、主として、フロントヘッド４０のフロントヘッド円板部４１の上部に形成される弁座４１ｄおよび吐出弁体４８から構成される吐出弁９０（図４参照）と、フロントヘッド４０とともにマフラー空間Ｓ１を形成するマフラー７０とから成る。吐出弁９０は、圧縮機構３０のシリンダ室Ｓ２と吐出音低減機構３９のマフラー空間Ｓ１との境界である吐出部Ａ（図３参照）に位置している。

（２−２−１）シリンダ
シリンダ５０は、略円板状の金属製の鋳造部材であり、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入する吸入穴３２と、吸入穴３２から吸入される冷媒が流入するシリンダ室Ｓ２とが形成されている。吸入穴３２は、シリンダ室Ｓ２からシリンダ５０の外周部に向かって貫通しており、シリンダ５０の外周端において開口している。シリンダ室Ｓ２内には、シリンダ室Ｓ２内に流入した冷媒を圧縮するためのローラ３１等が収容されている。

（２−２−２）フロントヘッド
フロントヘッド４０は、図２および図３に示すように、シリンダ５０の上面を閉塞するフロントヘッド円板部４１と、フロントヘッド円板部４１のフロントヘッド開口４１ａの周縁から上方向に延びる軸受けとしてのフロントヘッドボス部４２とを有する。フロントヘッドボス部４２の軸方向に対する垂直断面の外周は正円形状である。

フロントヘッド円板部４１には、上方が開口した凹状の弁体収容室４７と、弁体収容室４７に連通するフロントヘッド吐出孔４１ｃとが形成されている。フロントヘッド吐出孔４１ｃからは、シリンダ５０のシリンダ室Ｓ２におけるローラ３１の回転駆動によって圧縮された冷媒が断続的に吐出される。フロントヘッド吐出孔４１ｃから吐出された冷媒は、弁体収容室４７に導かれる。弁体収容室４７には、フロントヘッド吐出孔４１ｃの出口を開閉する吐出弁体４８と、吐出弁体４８の開放を規制する押さえ部材４９とが設けられる。

フロントヘッド円板部４１の上部には、フロントヘッド吐出孔４１ｃを取り巻く環状弁座部４１ｄが形成されている。環状弁座部４１ｄは、その周囲のフロントヘッド円板部４１の上面よりも上に膨出しており、フロントヘッド吐出孔４１ｃの内部空間Ｓ３の圧力が吐出弁体４８の上のマフラー空間（高圧空間）Ｓ１の圧力よりも小さいときに、図４に示すように吐出弁体４８が上から密着する。このときの吐出弁体４８の状態を、閉状態と呼ぶ。なお、フロントヘッド吐出孔４１ｃは、フロントヘッド円板部４１のうち環状弁座部４１ｄおよび環状弁座部４１ｄと平面的に重なる部分に形成されていることになる。

また、環状弁座部４１ｄの上面には、図４および図５に示すように、樹脂コーティング剤であるエンジニアリングプラスチック４１ｅがコーティングされている。エンジニアリングプラスチック４１ｅとしては、１００℃以上の耐熱性があり、４９Ｍｐａ以上の引っ張り強度を有する高機能樹脂が使用される。ここでは、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、或いはフッソ樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＶＤＦ等）を使用している。なお、必要に応じて、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）にフッソ樹脂（ＰＴＦＥ等）を混ぜたものや、耐摩耗材や低摩擦材を添加したものを、環状弁座部４１ｄの上面にコーティングするエンジニアリングプラスチック４１ｅとして用いてもよい。

吐出弁体４８の基端部４８ａは、ボルト４４により弁体収容室４７の底面、すなわちフロントヘッド円板部４１の上面に固定される。吐出弁体４８の基端部４８ａが固定されているフロントヘッド円板部４１の上面の部分の高さ位置は、エンジニアリングプラスチック４１ｅがコーティングされた環状弁座部４１ｄの弁座面（上面）４１ｄａの高さ位置（図５参照）と同じである。吐出弁体４８は、シリンダ室Ｓ２において冷媒が圧縮されると、その先端部４８ｂがフロントヘッド吐出孔４１ｃから吐出される高圧冷媒に押し上げられる（図５の白抜き矢印を参照）。そして、吐出弁体４８が押し上げられることにより、吐出弁体４８が開状態になって、フロントヘッド吐出孔４１ｃは開放される。

また、フロントヘッド円板部４１の外縁部分には、図２に示すように、ボルト４３（図１参照）を挿嵌するボルト孔４１ｂが設けられる。

（２−２−３）リアヘッド
リアヘッド６０は、シリンダ５０の下面を閉塞するリアヘッド円板部６１と、リアヘッド円板部６１の中央開口の周縁部から下方に延びる軸受けとしてのリアヘッドボス部６２とを有する。フロントヘッド円板部４１、リアヘッド円板部６１、およびシリンダ５０は、シリンダ室Ｓ２を形成する。フロントヘッドボス部４２およびリアヘッドボス部６２は、円筒形状のボス部であり、駆動軸２２を軸支する。

（２−２−４）マフラー
マフラー７０は、図１および図３に示すように、フロントヘッド４０の周縁部の上面に取り付けられている。マフラー７０は、フロントヘッド円板部４１の上面およびフロントヘッドボス部４２の外周面と共にマフラー空間Ｓ１を形成して、冷媒の吐出に伴う騒音の低減を図っている。マフラー空間Ｓ１とシリンダ室Ｓ２とは、フロントヘッド吐出孔４１ｃを介して連通される。

また、マフラー７０には、フロントヘッドボス部４２を貫通させるマフラー開口と、マフラー空間Ｓ１から上方のモータ２１の収容空間へと冷媒を流すマフラー吐出孔とが形成されている。

なお、マフラー空間Ｓ１、モータ２１の収容空間、吐出管２５が位置するモータ２１の上方の空間、圧縮機構３０の下方に潤滑油が溜まっている空間などは、全てつながっており、圧力が等しい高圧空間を形成している。

（３）動作
ロータリー圧縮機１０では、圧縮機構３０のローラ３１の偏芯運動によって圧縮された冷媒が、圧縮機構３０のシリンダ室Ｓ２からフロントヘッド吐出孔４１ｃの内部空間Ｓ３を介して吐出部Ａからマフラー空間Ｓ１に導かれる。マフラー空間Ｓ１に導入された冷媒は、マフラー７０のマフラー吐出孔からマフラー空間Ｓ１の上方の空間へ排出される。マフラー空間Ｓ１の外部へ排出された冷媒は、モータ２１のロータ２３とステータ２４との間の空間を通過して、モータ２１を冷却した後に、吐出管２５から冷凍装置の高圧冷媒配管へと吐出される。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態に係るロータリー圧縮機１０は、吸入したＲ３２冷媒を圧縮する圧縮機であって、圧縮機構３０は、シリンダ室Ｓ２においてローラ３１が偏芯回転することで、Ｒ３２冷媒を圧縮する。シリンダ室Ｓ２から圧縮後の高圧冷媒がマフラー空間Ｓ１へと断続的に吐出される吐出部Ａには、吐出弁体４８および環状弁座部４１ｄから成る吐出弁９０が設けられる。そして、フロントヘッド吐出孔４１ｃを塞ぐときに吐出弁体４８が当たる環状弁座部４１ｄの弁座面４１ｄａに、樹脂コーティングが施されている。

ロータリー圧縮機１０を含む冷凍装置全体としての寿命を考えた場合に、本願発明者は、ロータリー圧縮機１０の内部における酸の生成を抑制することが重要であるという知見を得て、且つ、ロータリー圧縮機１０においては、圧縮後の高圧冷媒が断続的に吐出される吐出部Ａに設けられた吐出弁９０が酸の生成の要因になっていることを見いだし、弁座面４１ｄａに樹脂コーティングを施すという本発明に至っている。

この樹脂コーティングによって、吐出弁体４８が弁座面４１ｄａに当たるときの金属接触による衝撃力が緩和され、また吐出弁体４８や環状弁座部４１ｄの温度の更なる上昇を抑えることができており、このロータリー圧縮機１０では、Ｒ３２冷媒を圧縮するときにも、フッ酸（弗酸）などの酸の生成が殆どなくなっている。

特に、このロータリー圧縮機１０では、薄板の吐出弁体４８が弾性変形をして環状弁座部４１ｄから離れることでフロントヘッド吐出孔４１ｃの出口が開くという構成を採っており、吐出弁体４８が閉状態になる際には、高圧空間であるマフラー空間Ｓ１と冷媒圧縮を行うシリンダ室Ｓ２との圧力差だけではなく、吐出弁体４８の弾性力が作用する形で吐出弁体４８が弁座面４１ｄａに当たって衝撃力が大きくなる傾向があるが、弁座面４１ｄａに樹脂コーティングを施しているため、衝撃力を緩和し温度上昇を抑えることができ、吐出部Ａにおける酸の生成が抑制される。

（４−２）
本実施形態に係るロータリー圧縮機１０では、吐出部Ａに設けられる吐出弁９０のうち、吐出弁体４８ではなく、環状弁座部４１ｄのほうにエンジニアリングプラスチック４１ｅをコーティングしている。エンジニアリングプラスチック４１ｅは、１００℃以上の耐熱性があり、４９Ｍｐａ以上の引っ張り強度を有する樹脂である。

このロータリー圧縮機１０では、Ｒ３２冷媒を圧縮するため、現在広く冷凍装置において用いられているＲ４１０Ａ冷媒と較べると内部温度が高くなる傾向になるが、ここでは耐熱性があるエンジニアリングプラスチック４１ｅを環状弁座部４１ｄの樹脂コーティング剤として使用しているため、所望の高圧までＲ３２冷媒を圧縮することが可能になっている。また、繰り返し吐出弁体４８が弁座面４１ｄａに当たるが、引っ張り強度や曲げ弾性率が確保されたエンジニアリングプラスチック４１ｅを弁座面４１ｄａにコーティングしているため、所望の寿命を確保することができている。

なお、吐出部Ａに設けられる吐出弁９０のうち、吐出弁体４８のほうに樹脂コーティングを施すことも考えられるが、ロータリー圧縮機１０の寿命を考えると、それだけでは不十分である。弾性変形をする吐出弁体４８を樹脂コーティングする場合には、樹脂と基材の密着性を向上させるために基材に表面処理を行うなど、コストをかける必要があると考えられる。これに対し、本実施形態では、環状弁座部４１ｄの弁座面４１ｄａにエンジニアリングプラスチック４１ｅをコーティングするという構成を採っており、安価にロータリー圧縮機１０の寿命を高めることができている。

１０ ロータリー圧縮機
３０ 圧縮機構
４１ フロントヘッド円板部（弁座）
４１ｃ フロントヘッド吐出孔
４１ｄ 環状弁座部（弁座）
４１ｄａ 弁座面
４１ｅ エンジニアリングプラスチック
４８ 吐出弁体
９０ 吐出弁
Ｓ１ マフラー空間（高圧空間）
Ｓ２ シリンダ室（圧縮室）
Ｓ３ フロントヘッド吐出孔の内部空間

特開２００３−２６２４３７号公報

Claims (3)

1. 吸入したＲ３２冷媒を圧縮する圧縮機（１０）であって、
   圧縮室（Ｓ２）で前記Ｒ３２冷媒を圧縮する、圧縮機構（３０）と、
   前記圧縮室から高圧空間（Ｓ１）へと断続的に圧縮後の高圧冷媒が吐出される吐出部（Ａ）に設けられる吐出弁（９０）と、
   を備え、
   前記吐出弁（９０）は、前記高圧冷媒の流路となる孔（４１ｃ）が形成された弁座（４１ｄ）と、前記弁座の孔を開閉する弁体（４８）とを有し、
   前記弁座の前記孔を塞ぐときに前記弁体が当たる前記弁座の弁座面（４１ｄａ）に、樹脂コーティングが施されている、
   圧縮機。
2. 前記弁体が当たる前記弁座の弁座面（４１ｄａ）には、１００℃以上の耐熱性があり４９Ｍｐａ以上の引っ張り強度を有するエンジニアリングプラスチック（４１ｅ）が、コーティングされている、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記弁座の弁座面（４１ｄａ）は、前記孔（４１ｃ）の周囲における環状の面であり、
   前記弁体（４８）は、薄板部材であり、前記高圧冷媒の流路である前記孔（４１ｃ）の内部空間（Ｓ３）が前記高圧空間（Ｓ１）よりも圧力が低いときには前記弁座面（４１ｄａ）に押しつけられて前記孔の出口を塞ぐ閉状態になり、前記高圧冷媒の流路である前記孔の内部空間（Ｓ３）が前記高圧空間（Ｓ１）よりも圧力が高くなったときには弾性変形をして前記弁座面（４１ｄａ）から離れることで開状態になる、
   請求項１又は２に記載の圧縮機。