JPH10197082A

JPH10197082A - 空調機

Info

Publication number: JPH10197082A
Application number: JP92397A
Authority: JP
Inventors: Shin Sekiya; 慎関屋; Kazuyuki Akiyama; 和之穐山; Hiroshi Ogawa; 博史小川; Kazuhiko Baba; 和彦馬場; Masaya Inoue; 正哉井上; Yoshiaki Yamazaki; 芳昭山崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1997-01-07
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒とハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒
に適用されている冷凍機油であるエステル油を用いた冷凍サイ
クルにおいては、冷凍機油が劣化しやすく、劣化によって
発生したスラッシ゛が毛細管などの膨張機構に堆積して冷却
不良を生じる。【解決手段】ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を用いた冷凍サイクルに
おいて、圧縮機として冷凍機油が無くても動作可能なリニ
ア圧縮機を用いた。これによって、スラッシ゛の発生の恐れが
無い冷凍装置を提供できることが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系
の冷媒を使用する空調機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オソ゛ン層の破壊に繋がるフロンの使用
が規制されるとともに、オソ゛ン層を破壊しないハイト゛ロフルオロカ
ーホ゛ン系の冷媒を使用した空調機および冷凍機の開発が加
速されてきている。既に、クロロフルオロカーホ゛ン系冷媒について
は代替化が完了しており、現在ハイト゛ロクロロフルオロカーホ゛ン系冷
媒についての代替化が進められてきている。空調機にお
いては、蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４つの作用からなる
冷凍サイクルが組み込まれている。冷凍サイクル内における従来
の冷媒圧縮機を図３をもとに説明する。図３は密閉型回
転式圧縮機の例を示す。密閉されたケーシンク゛１内にステータ２
とロータ３で構成されるモータ４が設置されている。モータ４の
下部には圧縮機構５が設けられ、シャフト６を介してモータ４
により圧縮機構５が駆動される。圧縮機構５によって、
吸入管７から吸入された冷媒を圧縮し、ケーシンク゛１内に一
旦吐出させた後、ケーシンク゛１の上部に設けられた吐出管８
から冷媒を吐出する。ここで、圧縮機構５を潤滑するた
めに冷凍機油９がケーシンク゛１内に収納されている。なお、
圧縮機構５は、第１の軸受１０、第２の軸受１１、シリンタ
゛１２、クランク軸１３、ローリンク゛ヒ゜ストン１４、ヘ゛ーン１５、ハ゛ネ
１６から構成される。冷媒圧縮機で圧縮された冷媒は冷
凍サイクル内を循環する。冷凍サイクルを図４をもとに説明す
る。図４において、２１は低温、低圧の冷媒カ゛スを吸入
し圧縮する圧縮機、２２は圧縮機１によって圧縮され
た、高温、高圧の冷媒カ゛スを冷却し高圧の液に液化する
凝縮器、２３は高温、高圧の冷媒液を絞り効果により、
低温、低圧の湿り蒸気とする膨張機構(例えば、膨張弁
または毛細管)、２４は熱を吸収させる蒸発器である。
以上の構成において、圧縮機２１によって圧縮された冷
媒は、凝縮器２２で液化し、膨張機構２３で膨張し、蒸
発器２４において蒸発し、再び圧縮機２１に戻ってく
る。従来、このような冷凍サイクルの冷媒としては、シ゛クロロシ
゛フルオロエタン(以下CFC12と称する)やモノクロロシ゛フルオロエタン(以下HC
FC22と称する)が主に用いられており、冷凍サイクル内を循
環している。また、圧縮機２１の潤滑性を保つために封
入されている冷凍機油としては、CFC12やHCFC22に対し
て溶解性を示す鉱油などが一般的に用いられている。し
かしながら、最近上記冷媒(CFC12やHCFC22など)のフロン放
出がオソ゛ン層の破壊に繋がることがわかってきたため、既
に使用禁止ならびに将来的に使用しないことが決定され
ている。このような状況下にあって、上記冷媒の代替と
してハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系の冷媒が開発されてきており、こ
の冷媒に適した冷凍機油の開発も並行して進められてい
る。ここで、冷凍機油には、冷凍サイクル内の油戻りなどか
ら冷媒との相溶性が必要であるが、ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷
媒は従来の冷凍機油である鉱油などにはほとんど溶解し
ないため、冷媒との相溶性の良好なエステル油が有望な冷凍
機油として候補に挙げられ、開発が進められてきてお
り、既に冷蔵庫用や冷凍機などに製品化されてきてい
る。ここで、空調機に適用されるハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒
としては、メチレンフロライト゛(以下HFC32と称する)とヘ゜ンタフルオロエ
タン(以下HFC125と称する)から成る混合冷媒が性能が高い
ことから有力な冷媒であり、開発が進められてきてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エステル油
は従来の冷凍機油である鉱油などよりも高い吸湿性を有
するため、冷凍機油中には水分が存在しやすくなる。こ
の水分によりエステル油は加水分解すること、および摺動部
での摩擦熱によって熱劣化を生じることなどにより、油
の劣化物質(以下、スラッシ゛と称する)が生成される。ここ
で生成されたスラッシ゛は、冷媒とともに圧縮機より冷凍サイク
ル内に吐出され、膨張機構のように流路が狭まった箇所
に堆積して冷却不良を生じるという問題があった。ま
た、HFC32とHFC125から成る混合冷媒を用いた空調機に
おいては、従来の冷媒であるHCFC22よりも動作圧力が高
くなるという問題がある。このため、従来の圧縮機の摺
動部(図２に示す従来の密閉型回転式圧縮機の例では、ロ
ーリンク゛ヒ゜ストンとヘ゛ーンとの摺動部)における摺動条件は、従
来の冷媒であるHCFC22よりも厳しくなる。摺動部におけ
る摺動条件が厳しくなると、摺動部でも摩耗が増大する
こと、および摺動部でのエステル油の熱劣化によるスラッシ゛の
生成が増大することなどにより、従来の冷媒であるHCFC
22と従来の冷凍機油であるエステル油を用いた場合に比べ
て、信頼性が大幅に低下する。また、空調機は、冷蔵庫
に比べて動作圧力が高い。このため、空調用の圧縮機で
は、摺動部（図３に示す従来の密閉型回転圧縮機の例で
は、ロ−リングピストンとベ−ンとの摺動部）における
摺動条件が、冷蔵庫用の圧縮機に比べてより厳しくな
る。これにより、空調用の圧縮機においては、摺動部に
おける磨耗やエステル油の熱劣化によるスラッジが増大
しやすくなる。なお、上記の膨張機構においては、電子
膨張弁のような膨張機構を用いた装置よりも、毛細管を
用いた装置の方が、膨張機構部でのスラッシ゛堆積による圧
損の増大が大きくなる。これは、電子膨張弁の場合に
は、絞り部にスラッシ゛が堆積して流路が狭まると、自動的
に絞り部の流路が広がり、圧損が増加しないように設計
されているためである。このため、膨張機構として毛細
管を用いた装置の方が、スラッシ゛堆積による冷却不良はよ
り深刻である。本発明に係わる冷凍サイクルは、上記点に鑑
み、冷媒としてハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を使用した冷凍サイ
クルにおいて、冷凍機油の劣化によって生じるスラッシ゛を発
生せず、また摺動部での摩耗を発生することのない高い
信頼性を有する冷凍サイクルを備えた空調機を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に係
わる空調機は、冷媒してハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を用い、
冷媒を低圧より高圧に圧縮する圧縮機構と、高圧に圧縮
された冷媒を冷却する凝縮機構と、凝縮された冷媒を膨
張させる膨張機構と、膨張した冷媒を蒸発させ低圧の冷
媒とする蒸発機構とからなる冷凍サイクルを有する空調機に
おいて、圧縮機構はリニアモータとヒ゜ストンとシリンタ゛とヒ゜ストンを支
持するハ゛ネ手段から成り、冷凍機油を用いないリニア圧縮機
としたものである。

【０００５】また、本発明の第２の発明に係わる空調機
は、第１の発明において、ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒をメチレン
フロライト゛とヘ゜ンタフルオロエタンから成る混合冷媒としたものであ
る。

【０００６】また、本発明の第３の発明に係わる空調機
は、第１の発明において、膨張機構として毛細管を備え
たものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、本発明の一実施の形態を図をもと
に説明する。図１は、この発明の一実施の形態によるリニ
ア圧縮機を示す断面図である。また、このリニア圧縮機
を用いた空調機は図４に示した冷凍サイクルにおいて、
圧縮機としてこのリニア圧縮機を用いたものである。図
１において、４１はケーシンク゛４０内に振動を吸収するため
の支持ハ゛ネ４２により支持された圧縮機本体である。圧
縮機本体４１は以下の構成となっている。シリンタ゛４３が
支持枠４４の上端に固定して設けられており、シリンタ゛４
３は円筒部４３ａと、円筒部４３ａの上端に配置された
円盤部４３ｂと、該円盤部４３ｂに複数個設けられた孔
部４３ｃから形成されている。シリンタ゛４３の円盤部４３
ｂの内側には、シリンタ゛４３内に圧縮室４５を区画形成す
るヒ゜ストン４６が往復動可能に配置されている。リニアモータ可
動子４７は、上記ヒ゜ストン４６の下部に取り付けられた円
盤状のヒ゜ストン支持部材４８の上部に円筒状を成して一体
に取り付けられており、永久磁石４９と、該永久磁石４
９を保持するための磁石保持部材５０と、該磁石保持部
材５０からシリンタ゛４３の孔部４３ｃを通って上方に延在
し、周方向に間隔を置いて複数個配置されたステー５１か
ら構成される。可動体５２は、リニアモータ可動子４７と、ヒ゜
ストン４６と、ヒ゜ストン支持部材４８と、第２のハ゛ネホルタ゛５３
ｂから構成される。リニアモータ可動子４７の内側および外側
には、鉄心５４ａおよび鉄心５４ｂが所定の間隙を持っ
て配置され、それぞれシリンタ゛４３の円筒部４３ａおよび
支持枠４４に取り付けられている。鉄心５４ａにはコイル
５５が装着されており、該鉄心５４ａおよび鉄心５４ｂ
とともにリニアモータ固定子５６を構成している。リニアモータ５７
は、上記リニアモータ可動子４７とリニアモータ固定子５６から構成
される。シリンタ゛４３の円盤部４３ｂの上部には、圧縮室
４５に開口した吸入口５８および吐出口５９が設けら
れ、吸入弁６０、吐出弁６１が取り付けられたシリンタ゛ヘット
゛６２が固定配置されている。シリンタ゛ヘット゛６２の上部に
は、該シリンタ゛ヘット゛６２とともに吸入室６３および吐出室
６４を形成するマフラー６５が固定配置されている。吸入室
６３および吐出室６４は、マフラー６５に設けられた仕切板
６６によって、互いに連通しないように仕切られてい
る。マフラー６５には、吸入室６３とケーシンク゛内空間部６７と
連通する連通口６８と、吐出室６４に開口し、上記ケーシン
ク゛４０の上部と連結された吐出管６９が設けられてい
る。また、ケーシンク゛４０の上部には吸入管７０が設けられ
ている。前記吸入室６３および吐出室６４は、上記吸入
口５８および上記吐出口５９とそれぞれ連通している。
ヒ゜ストン４６の下端部と支持枠４４の下端部に固定して取
り付けられた第１のハ゛ネホルタ゛５３ａとの間には、可動体
５２を第１のハ゛ネホルタ゛５３ａに対して弾性支持する第１
のハ゛ネ手段７１ａが取り付けられている。また、マフラー６
５の上端部と上記ステー５１の上端部に固定して取り付け
られた第２のハ゛ネホルタ゛５３ｂとの間には、可動体５２をマ
フラー６５に対して弾性支持する第２のハ゛ネ手段７１ｂが取
り付けられている。以上において、上記ハ゛ネ手段７１
ａ，７１ｂは、例えば図２に示すような螺旋状の溝８１
を設けた板ハ゛ネである。

【０００８】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。コイル５５に所定周波数の交流電流が通電されると、
この通電によって、永久磁石４９により発生する磁界と
の作用により、可動体５２がハ゛ネ手段７１ａおよび７１
ｂを軸方向に変形させながら、往復動を行う。可動体５
２の往復動に伴い、ヒ゜ストン４６がシリンタ゛４３内で往復動を
行う。ヒ゜ストン４６が下方に移動するときは、吸入弁６０
が開いて、吸入管７０からケーシンク゛内空間部６７、吸入室
６３を経て冷媒カ゛スが圧縮室４５内に取り込まれる。次
にヒ゜ストン４６が上方に移動すると、圧縮室４５内の容積
が減じられることにより、圧縮室４５内の圧力が増加す
る。圧縮室４５内の圧力が徐々に増加し、吐出室６４内
の圧力を超えると、吐出弁６１が開いて圧縮室４５より
吐出口５９、吐出室６４を経て冷媒カ゛スが吐出管６９に
吐出される。以上の過程において、ヒ゜ストン４６がシリンタ゛４
３内で往復運動を行う際、ヒ゜ストン４６はリニアモータ５７によ
って直接軸方向に推力を与えられて駆動される。このた
め、従来の回転式のモータを用いた圧縮機で必要となる軸
受が不要である。また、ヒ゜ストン４６とシリンタ゛４３間に所定
のすきまを設けておけば、ヒ゜ストン４６をシリンタ゛４３に常に
摺動することなく駆動させることが可能である。このた
め、上記構成のリニア圧縮機においては、軸受および摺動
部を持たないため、これらを潤滑するための冷凍機油を
必要としない。

【０００９】本発明では、上記構成の冷凍機油を必要と
しないリニア圧縮機を、ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を用いた空
調機に用いている。空調機においては、冷蔵庫に比べて
圧縮機の動作圧力が高くなり、摺動条件が厳しくなる
が、このような空調機の圧縮機においては、冷凍機油が
無いため、冷凍機油の劣化によって生じるスラッシ゛を発生
させることが無い。ここで、上記ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒
としては、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(以下、HFC134aと称す
る)、HFC32とHFC125から成る混合冷媒、HFC32とHFC125
とHFC134aから成る混合冷媒、HFC125と1,1,1-トリフルオロエタン
（以下、HFC143aと称する)から成る混合冷媒、HFC125と
HFC134aとHFC143aから成る混合冷媒などが挙げられる。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したとおり第１の発明に係わる
空調機では、冷媒としてハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を用いた
冷凍サイクルを備えた空調機において、圧縮機として、冷凍
機油は用いなくても潤滑上問題が無く、信頼性を損なう
ことのないリニア圧縮機を用いているので、冷蔵庫に比べ
て動作圧力が高い空調機において、冷凍機油の劣化によ
って発生するスラッシ゛が無く、膨張機構へのスラッシ゛堆積によ
る冷却不良の恐れが全く無い。

【００１１】また、第２の発明に係わる空調機では、冷
媒としてHFC32とHFC125から成る混合冷媒を用いた冷凍サ
イクルを備えた空調機において、圧縮機として、冷凍機油
は用いなくても潤滑上問題が無く、信頼性を損なうこと
のないリニア圧縮機を用いているので、従来の冷媒であるH
CFC22に比べて動作圧力が高くなっても、摺動部を持た
ないため、摺動部での摩耗増大や、摺動部での冷凍機油
の熱劣化によるスラッシ゛生成量の増大などの恐れが全く無
い。

【００１２】また、第３の発明に係わる空調機では、冷
媒としてハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を用い、膨張機構として
毛細管を用いた冷凍サイクルを備えた冷凍機または空調機に
おいて、圧縮機として、冷凍機油は用いなくても潤滑上
問題が無く、信頼性を損なうことのないリニア圧縮機を用
いている。前記のように、毛細管へのスラッシ゛堆積による
冷却不良は他の膨張機構よりも深刻であるため、本発明
によれば、冷凍機油の劣化によって発生するスラッシ゛が無
いため、従来の圧縮機を用いた場合に比べて、信頼性が
大幅に向上する。以上述べた効果に加えて、冷凍機油が
無いことにより、安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるリニア圧縮機の断面
図である。

【図２】図１のリニア圧縮機に用いる板ハ゛ネの形状例を示
す平面図である。

【図３】従来の密閉型回転式圧縮機の断面図である。

【図４】冷凍機または空調機に用いられる一般的な冷
凍サイクルを示す図である。

【符号の説明】

２１圧縮機、２２凝縮器、２３膨張機構、２４
蒸発器、４３シリンタ゛、４６ヒ゜ストン、７１ａ，７１ｂ
ハ゛ネ手段。

フロントページの続き (72)発明者馬場和彦東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者井上正哉東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者山崎芳昭東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒としてハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒を用
い、前記冷媒を低圧より高圧に圧縮する圧縮機構と、前
記高圧に圧縮された冷媒を冷却する凝縮機構と、前記凝
縮された冷媒を膨張させる膨張機構と、前記膨張した冷
媒を蒸発させ低圧の冷媒とする蒸発機構とからなる冷凍
サイクルを備えた空調機において、前記圧縮機構はリニアモータと
ヒ゜ストンとシリンタ゛とヒ゜ストンを支持するハ゛ネ手段から成り、冷凍
機油は用いないリニア圧縮機であることを特徴とする空調
機。
【請求項２】ハイト゛ロフルオロカーホ゛ン系冷媒をメチレンフロライト゛とヘ゜
ンタフルオロエタンから成る混合冷媒としたことを特徴とする請
求項１記載の空調機。
【請求項３】膨張機構として毛細管を備えたことを特
徴とする請求項１記載の空調機。