JPWO2012032765A1 - Compressor and refrigeration cycle apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
圧縮機120は、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒またはハイドロフルオロオレフィンと炭素の二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンとを含む混合冷媒が使用されるとともに、冷凍機油103の劣化を抑制する添加剤と磨耗防止剤とを含む前記冷凍機油103が使用され、これら混合冷媒および冷凍機油103に曝される、HRC47〜55の硬度を備える摺動部を有する。これにより、冷媒と冷凍機油103の分解・重合を抑制することができ(すなわちスラッジの発生を抑制でき)、圧縮機120の摺動部、例えばベーン110とピストン109の耐摩耗性を維持することができる。その結果、圧縮機120およびそれを用いた冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができる。The compressor 120 uses a single refrigerant of a hydrofluoroolefin having a carbon double bond or a mixed refrigerant containing a hydrofluoroolefin and a hydrofluorocarbon having no carbon double bond, and deteriorates the refrigerating machine oil 103. The refrigerating machine oil 103 containing an additive that suppresses heat and an anti-wear agent is used, and has a sliding portion having a hardness of HRC 47 to 55 that is exposed to the mixed refrigerant and the refrigerating machine oil 103. Thereby, decomposition | disassembly and superposition | polymerization of refrigerant | coolant and refrigerating machine oil 103 can be suppressed (namely, generation | occurrence | production of sludge can be suppressed), and the abrasion resistance of the sliding part of the compressor 120, for example, the vane 110 and the piston 109, can be maintained. Can do. As a result, the reliability of the compressor 120 and the refrigeration cycle apparatus using the compressor 120 can be ensured.
Description
本発明は、地球温暖化係数が低く、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を使用する、圧縮機およびそれを用いた冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a compressor using a refrigerant mainly composed of a hydrofluoroolefin having a low global warming potential and having a carbon double bond, and a refrigeration cycle apparatus using the same.
圧縮機およびそれを用いた冷凍サイクル装置に使用される冷媒は、オゾン層破壊係数がゼロのHFC(ハイドロフルオロカーボン)系(以下、「HFC系冷媒」と称する)に移行している。 The refrigerant used in the compressor and the refrigeration cycle apparatus using the compressor has shifted to an HFC (hydrofluorocarbon) system (hereinafter referred to as “HFC-based refrigerant”) having an ozone layer depletion coefficient of zero.
HFC系冷媒を用いた圧縮機、冷凍サイクル装置を図7から図9を参照して説明する(例えば、特許文献1、2参照)。 A compressor and a refrigeration cycle apparatus using an HFC refrigerant will be described with reference to FIGS. 7 to 9 (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
図7は、特許文献1に記載された、HFC系冷媒を使用するロータリ圧縮機の縦断面図である。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a rotary compressor described in Patent Document 1 that uses an HFC-based refrigerant.
密閉容器1の上部に、モータ2の固定子2aが固定されている。モータ2の回転子2bによって駆動されるシャフト4を有する圧縮機構部5が、密閉容器1の下部に固定されている。圧縮機構部5のシリンダ6の上端に軸受7がボルト等で固定され、シリンダ6の下端に軸受8がボルト等で固定されている。シリンダ6内にはピストン9が配置されている。ピストン9にはシャフト4の偏心部4aが挿入されており、この偏心部4aによってピストン9が偏心回転する。
A
また、密閉容器1内には冷媒としてR410A(HFC32とHFC125の混合物)が封入されている。密閉容器1の底部には、冷媒と相溶性がある、例えばポリオールエステル(POE)またはポリビニルエーテル(PVE)などの、極性を有する冷凍機油103が溜められている。
Further, R410A (mixture of HFC32 and HFC125) is sealed in the sealed container 1 as a refrigerant. A refrigerating
図8は、特許文献1に記載された、HFC系冷媒を使用するロータリ圧縮機の横断面図である。シリンダ6とピストン9の間の空間をベーン10が仕切ることにより、冷媒が吸入される吸入室13と、および冷媒が圧縮される圧縮室14が形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a rotary compressor described in Patent Document 1 that uses an HFC-based refrigerant. When the
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、その動作、作用を説明する。 About the rotary compressor comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated.
まず、シリンダ6に設けられた吸入口12を介して、冷媒が吸入室13に吸入される。また、圧縮室14内の冷媒は、ピストン9の左方向の回転(矢印方向)によって圧縮され、吐出切り欠き15を通過し、吐出口(図示せず)を介して密閉容器1内に吐出される。密閉容器1内に吐出された圧縮冷媒は、モータ2のすき間を通過し、密閉容器1の上部に配置された吐出管16を介して密閉容器1の外部に吐出される。その際、まわりに存在する冷凍機油103のミストも一緒に吐出される。
First, the refrigerant is sucked into the
次に、特許文献2に記載された、HFC系冷媒を吸入圧縮して吐出するロータリ圧縮機20を有する基本的な冷凍サイクル装置について、図9を参照して説明する。
Next, a basic refrigeration cycle apparatus having a
図9に示すように、ロータリ圧縮機20は、低温・低圧の冷媒ガスを圧縮し、高温・高圧の冷媒ガスを凝縮器21に向かって吐出する。凝縮器21に送られたHFC系冷媒ガスは、その熱を空気中に放出して高温・高圧の冷媒液となり、膨張機構(例えば、膨張弁、またはキャピラリチューブ)22に送られる。膨張機構22を通過する高温・高圧の冷媒液は、絞り効果によって低温・低圧の湿り蒸気となり、蒸発器23へ送られる。蒸発器23に入った冷媒は、周囲から熱を吸収して蒸発する。蒸発器23を出た低温・低圧の冷媒ガスは、ロータリ圧縮機20に吸い込まれる。このようなサイクルが繰り返される。
As shown in FIG. 9, the
ところで、このHFC系冷媒は、大気中で分解され難く、また地球温暖化係数(grobal warming potential、以下、GWPと称する)が非常に高いために、地球環境保護の観点から近年問題になってきている。そこで、GWPが低く、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒の検討が進められている。 By the way, this HFC-based refrigerant is difficult to be decomposed in the atmosphere and has a very high global warming potential (hereinafter referred to as GWP), which has become a problem in recent years from the viewpoint of protecting the global environment. Yes. Thus, studies are being made on refrigerants mainly composed of hydrofluoroolefins having a low GWP and having a carbon double bond.
しかしながら、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒は、地球温暖化係数(GWP)が低いものの、HFC系冷媒に比べて分解し易く、安定性に課題がある。 However, although the refrigerant mainly composed of hydrofluoroolefin having a carbon double bond has a low global warming potential (GWP), it is more easily decomposed than HFC refrigerant and has a problem in stability.
そのため、例えば圧縮機のベーン10の先端部10a、ピストン9の外周面などのロータリ圧縮機の摺動部で発生する熱により、冷媒と冷凍機油の分解・重合が起こり、その結果、スラッジが発生することがある。そのスラッジにより、ロータリ圧縮機の故障、冷凍サイクル装置内においてスラッジの詰まりが発生する可能性がある。
For this reason, for example, the heat generated in the sliding portion of the rotary compressor such as the
そこで、発明者は冷媒の反応生成物の発生を抑えるため、酸化防止剤等を冷凍機油に添加した。そうすると、冷媒の分解が抑制されるとともに、反応生成物に含まれるフッ素系化合物の発生も抑制されることが判明した。このフッ素系化合物は、ベーンの先端部とピストンの外周面などの摺動部に吸着し、耐磨耗特性を向上させる効果が確認されている。したがって、このようなフッ素系化合物の生成が抑制されると、摺動部の磨耗が進行し、圧縮機、すなわち圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の信頼性が維持できなくなる可能性がある。 Therefore, the inventor added an antioxidant or the like to the refrigerating machine oil in order to suppress the generation of the reaction product of the refrigerant. As a result, it has been found that the decomposition of the refrigerant is suppressed and the generation of the fluorine-based compound contained in the reaction product is also suppressed. It has been confirmed that this fluorine-based compound is adsorbed on sliding portions such as the tip of the vane and the outer peripheral surface of the piston to improve the wear resistance. Therefore, if the production of such a fluorine-based compound is suppressed, wear of the sliding portion proceeds, and the reliability of the compressor, that is, the refrigeration cycle apparatus using the compressor may not be maintained.
この対処として、発明者は、極圧添加剤などの磨耗防止剤を冷凍機油に加えることを考えた。しかし、発明者は、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒を使用する場合、冷凍機油に磨耗防止剤を加えただけでは、磨耗防止効果を得られにくいことを種々の実験によって見出した。したがって、この磨耗防止剤の効果を上げて、圧縮機、すなわち冷凍サイクル装置と信頼性を維持することが重要な課題である。 As a countermeasure, the inventor considered adding an antiwear agent such as an extreme pressure additive to the refrigerator oil. However, when the inventor uses a refrigerant mainly composed of a hydrofluoroolefin having a carbon double bond, it is difficult to obtain an anti-wear effect only by adding an anti-wear agent to the refrigerating machine oil. Found by. Therefore, it is an important issue to increase the effect of the antiwear agent and maintain the reliability with the compressor, that is, the refrigeration cycle apparatus.
そこで、本発明は、冷媒と冷凍機油の分解・重合を抑制することによりスラッジの発生を抑制し、かつ圧縮機の耐摩耗性を維持できる、信頼性の高い圧縮機、およびそれを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a highly reliable compressor that can suppress the generation of sludge by suppressing the decomposition and polymerization of refrigerant and refrigeration oil and maintain the wear resistance of the compressor, and a refrigeration using the same. An object is to provide a cycle device.
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の一態様によれば、冷凍サイクル装置に使用される圧縮機であって、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンと炭素の二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンとを含む混合冷媒が使用され、冷凍機油の劣化を抑制する添加剤と磨耗防止剤とを含む前記冷凍機油が使用され、前記混合冷媒および前記冷凍機油に曝される、HRC47〜55の硬度を備える摺動部を有する、圧縮機が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a compressor used in a refrigeration cycle apparatus, which does not have a single refrigerant of a hydrofluoroolefin having a carbon double bond or a double bond of the hydrofluoroolefin and carbon. HRC 47-55, wherein a mixed refrigerant containing hydrofluorocarbon is used, the refrigerator oil containing an additive that suppresses deterioration of the refrigerator oil and an antiwear agent is used, and is exposed to the mixed refrigerant and the refrigerator oil. A compressor having a sliding portion with hardness is provided.
本発明の別の態様によれば、上述の圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを有し、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、冷凍サイクル装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, the refrigeration cycle apparatus includes the above-described compressor, a condenser, an expansion mechanism, and an evaporator, and forms a refrigeration cycle that compresses, condenses, expands, and evaporates the refrigerant. Is provided.
本発明によれば、冷媒と冷凍機油の分解・重合が抑制され、それによりスラッジの発生が抑制される。また、圧縮機の摺動部、例えばベーンとピストンの耐摩耗性を維持することできる。その結果、圧縮機とそれを用いた冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができる。 According to the present invention, decomposition and polymerization of the refrigerant and the refrigerating machine oil are suppressed, and thereby generation of sludge is suppressed. Further, the wear resistance of the sliding portion of the compressor, for example, the vane and the piston can be maintained. As a result, the reliability of the compressor and the refrigeration cycle apparatus using the compressor can be ensured.
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
本発明に係る圧縮機は、冷凍サイクル装置に使用される圧縮機であって、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンと炭素の二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンとを含む混合冷媒が使用され、冷凍機油の劣化を抑制する添加剤と磨耗防止剤とを含む前記冷凍機油が使用され、前記混合冷媒および前記冷凍機油に曝される、HRC(Rockwell Hardness C−Scale:ロックウェル硬さCスケール)47〜55の硬度を備える摺動部を有する。このような圧縮機によれば、冷媒と冷凍機油の分解・重合が抑制され、それによりスラッジの発生が抑制される。また、圧縮機の摺動部、例えば、互いに摺動し合うピストンとベーンの耐摩耗性を維持することできる。その結果、圧縮機の信頼性を確保することができる。 The compressor according to the present invention is a compressor used in a refrigeration cycle apparatus, and is a single refrigerant of hydrofluoroolefin having a carbon double bond or a hydrofluorine having no carbon double bond. A mixed refrigerant containing fluorocarbon is used, the refrigerator oil containing an additive for suppressing deterioration of the refrigerator oil and an antiwear agent is used, and the HRC (Rockwell Hardness C) is exposed to the mixed refrigerant and the refrigerator oil. -Scale: Rockwell hardness C scale) It has a sliding part with a hardness of 47-55. According to such a compressor, the decomposition and polymerization of the refrigerant and the refrigerating machine oil are suppressed, thereby suppressing the generation of sludge. Further, it is possible to maintain the wear resistance of the sliding portion of the compressor, for example, the piston and vane that slide with each other. As a result, the reliability of the compressor can be ensured.
ベーンは、鉄系材料から作製されて窒化処理されてもよく、または焼結合金鋼から作製されて焼結処理と焼き入れ処理とがされてもよい。ベーンが鉄系材料から作製されて窒化処理される場合、ベーンを安価に作製することができる。その結果、圧縮機を量産することができる。また、ベーンが焼結合金鋼から作製されて焼結処理と焼き入れ処理とがされる場合、微細なマルテンサイト組織中にW,Mo,Cr,V系炭化物が分散した硬い組織を得ることができる。 The vanes may be made from an iron-based material and nitrided, or made from sintered alloy steel and subjected to a sintering process and a quenching process. When the vane is made of an iron-based material and is nitrided, the vane can be made at a low cost. As a result, the compressor can be mass-produced. Further, when the vane is made of sintered alloy steel and subjected to sintering treatment and quenching treatment, a hard structure in which W, Mo, Cr, and V-based carbides are dispersed in a fine martensite structure can be obtained. it can.
ベーンは、高速度工具鋼から作製されるのが好ましい。これにより、さらに耐摩耗性に優れたベーンを得ることができる。 The vanes are preferably made from high speed tool steel. Thereby, the vane excellent in abrasion resistance can be obtained.
ベーンは、セラミックコーティングされてもよい。セラミックコーティングにより、ベーンの先端部とピストン外周面の間において、摩擦による温度の上昇を抑制でき、その結果、冷媒の分解を抑制することができる。また、セラミックコーティングにより、ベーンの先端部の極性が保持され、ベーンの先端部の表面に極圧層(磨耗防止剤膜)が形成される。それにより、ベーンの異常磨耗を抑制することができる。 The vanes may be ceramic coated. The ceramic coating can suppress an increase in temperature due to friction between the tip of the vane and the outer peripheral surface of the piston, and as a result, decomposition of the refrigerant can be suppressed. Moreover, the polarity of the tip of the vane is maintained by the ceramic coating, and an extreme pressure layer (abrasion inhibitor film) is formed on the surface of the tip of the vane. Thereby, abnormal wear of the vane can be suppressed.
セラミックコーティングにより、Ti(チタン)、V(バナジウム)、Ta(タンタル)、W(タングステン)、Nb(ニオブ)の窒化物または炭化物がベーンの表面にコーティングされてもよい。その結果、ベーンの耐摩耗性が向上するとともに摺動抵抗が低減する。それにより、摩擦による温度上昇を抑制でき、冷媒と冷凍機油の分解・重合を抑制することができる。 The surface of the vane may be coated with a nitride or carbide of Ti (titanium), V (vanadium), Ta (tantalum), W (tungsten), or Nb (niobium) by a ceramic coating. As a result, the wear resistance of the vane is improved and the sliding resistance is reduced. Thereby, the temperature rise by friction can be suppressed and decomposition | disassembly and superposition | polymerization of a refrigerant | coolant and refrigerating machine oil can be suppressed.
ピストンと接触するベーンの先端部のセラミックコーティング厚さは、5〜15μmであるのが好ましい。これにより、過酷な摺動条件で摺動するベーンの先端部の信頼性を確保することができる。 The ceramic coating thickness at the tip of the vane in contact with the piston is preferably 5-15 μm. Thereby, the reliability of the front-end | tip part of the vane which slides on severe sliding conditions is securable.
セラミックコーティングは、ベーンの先端部のみにおこなわれるのが好ましい。セラミックコーティングが過酷な摺動条件で摺動するベーンの先端部のみにおこなわれるので、コーティングコストを低減することができる。 The ceramic coating is preferably applied only to the tip of the vane. Since the ceramic coating is applied only to the tip of the vane that slides under severe sliding conditions, the coating cost can be reduced.
ベーンは、セラミック材料から作製されてもよい。これにより、ベーンの先端部とピストン外周面の間において、摩擦による温度の上昇を抑制でき、その結果、冷媒と冷凍機油の分解を抑制することができる。また、ベーンの先端部の極性が保持され、ベーンの先端部の表面に極圧層(磨耗防止剤膜)が形成される。それにより、ベーンの異常磨耗を抑制することができる。 The vane may be made from a ceramic material. Thereby, the temperature rise by friction can be suppressed between the front-end | tip part of a vane, and a piston outer peripheral surface, As a result, decomposition | disassembly of a refrigerant | coolant and refrigerator oil can be suppressed. In addition, the polarity of the tip of the vane is maintained, and an extreme pressure layer (abrasion inhibitor film) is formed on the surface of the tip of the vane. Thereby, abnormal wear of the vane can be suppressed.
ピストンは、鋳鉄から作製されてもよい。ピストンが鋳鉄から作製されることにより、焼入れと焼戻しとによって効果的に表面硬度を上げることができるとともに、鋳鉄に含まれる炭素が摺動時に固体潤滑剤として機能する。それにより、ピストンの耐摩耗性が向上するとともに、摩擦による温度上昇を抑制でき、その結果、冷媒と冷凍機油の分解・重合が抑制される。すなわち、スラッジの発生を抑制することができる。また、鋳鉄を使用することにより、ピストンを安価に作製することができる。その結果、圧縮機を量産することができる。 The piston may be made from cast iron. When the piston is made of cast iron, the surface hardness can be effectively increased by quenching and tempering, and carbon contained in the cast iron functions as a solid lubricant during sliding. Thereby, the wear resistance of the piston is improved and the temperature rise due to friction can be suppressed, and as a result, the decomposition and polymerization of the refrigerant and the refrigerating machine oil are suppressed. That is, the generation of sludge can be suppressed. Moreover, a piston can be produced cheaply by using cast iron. As a result, the compressor can be mass-produced.
ピストンの材料である鋳鉄は、クロムを0.4〜1.2wt%、モリブデンを0.15〜0.7wt%含有するのが好ましい。それにより、鋳鉄中の炭化物が安定し、鋳鉄組織が緻密になって機械的性質が向上する。また、ピストンの摺動面を所望の表面性状に効果的に仕上ることができる。 Cast iron, which is a material of the piston, preferably contains 0.4 to 1.2 wt% chromium and 0.15 to 0.7 wt% molybdenum. Thereby, the carbide | carbonized_material in cast iron is stabilized, a cast iron structure | tissue becomes dense, and a mechanical property improves. Further, the sliding surface of the piston can be effectively finished to a desired surface property.
ピストンの材料である鋳鉄は、ニッケルを0.15〜0.4wt%含有するのが好ましい。それにより、黒鉛の粗大化が抑制されて鋳鉄組織を緻密にすることができ、そして鋳鉄の機械的性質が向上する。また、ピストンの摺動面を所望の表面性状に効果的に仕上ることができる。さらに、黒鉛化が促進されることによりチル化が抑制され、それにより良好な切削性を得ることができる。その結果、ピストンの生産性、すなわち圧縮機の生産性が向上する。 The cast iron that is the material of the piston preferably contains 0.15 to 0.4 wt% of nickel. Thereby, the coarsening of the graphite is suppressed, the cast iron structure can be made dense, and the mechanical properties of the cast iron are improved. Further, the sliding surface of the piston can be effectively finished to a desired surface property. Furthermore, crystallization is suppressed by promoting graphitization, and thereby good machinability can be obtained. As a result, the productivity of the piston, that is, the productivity of the compressor is improved.
ベーンの表面とピストンの表面は、Ra0.4μm以下の面粗さを備えるのが好ましい。これにより、ベーンの表面とピストンの表面のなじみ期間が短くなり、表面上に均一な極圧層(磨耗防止剤膜)が早期に形成される。すなわち、冷媒と冷凍機油の分解・重合が起こりやすい高温状態の期間が短くなる。その結果、スラッジの発生を抑制することができる、 The surface of the vane and the surface of the piston preferably have a surface roughness of Ra 0.4 μm or less. As a result, the familiarity period between the surface of the vane and the surface of the piston is shortened, and a uniform extreme pressure layer (antiwear film) is formed on the surface at an early stage. That is, the period of the high temperature state in which the refrigerant and the refrigerating machine oil are likely to be decomposed and polymerized is shortened. As a result, the generation of sludge can be suppressed,
冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンの少なくとも1つを含み、地球温暖化係数が5以上750以下、望ましくは5以上350以下であってもよい。このような冷媒により、環境負荷が小さい圧縮機を提供することができる。 The refrigerant contains at least one of tetrafluoropropene or trifluoropropene which is a kind of hydrofluoroolefin, and may have a global warming potential of 5 or more and 750 or less, preferably 5 or more and 350 or less. Such a refrigerant can provide a compressor with a small environmental load.
冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンを主成分とし、ジフルオロメタンおよびペンタフルオロエタンが、地球温暖化係数が5以上、750以下となるように、望ましくは5以上350以下となるように混合されたものであってもよい。このような冷媒により、環境負荷が小さい圧縮機を提供することができる。 The refrigerant is mainly composed of tetrafluoropropene or trifluoropropene, which is a kind of hydrofluoroolefin, and difluoromethane and pentafluoroethane preferably have a global warming potential of 5 or more and 750 or less, preferably 5 or more and 350 What was mixed so that it might become the following may be sufficient. Such a refrigerant can provide a compressor with a small environmental load.
冷凍機油として、(1)ポリオキシアルキレングリコール類、(2)ポリビニルエーテル類、(3)ポリ(オキシ)アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、(4)ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を主成分とする合成油、(5)アルキルベンゼン類を主成分とする合成油、または(6)αオレフィン類を主成分とする合成油が使用されてもよい。このような冷凍機油によれば、冷媒と冷凍機油の分解・重合が抑制され、それによりスラッジの発生が抑制される。また、圧縮機の摺動部、例えば、互いに摺動し合うピストンとベーンの耐摩耗性を維持することできる。その結果、圧縮機の信頼性を確保することができる。 As refrigerating machine oils, (1) polyoxyalkylene glycols, (2) polyvinyl ethers, (3) poly (oxy) alkylene glycols or their monoether and polyvinyl ether copolymers, (4) polyol esters and polycarbonates (5) Synthetic oil mainly containing alkylbenzenes, or (6) Synthetic oil mainly containing α-olefins may be used. According to such refrigerating machine oil, the decomposition and polymerization of the refrigerant and the refrigerating machine oil are suppressed, thereby suppressing the generation of sludge. Further, it is possible to maintain the wear resistance of the sliding portion of the compressor, for example, the piston and vane that slide with each other. As a result, the reliability of the compressor can be ensured.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上述の圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを有し、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。このような冷凍サイクル装置によれば、冷媒と冷凍機油の分解・重合が抑制され、それによりスラッジの発生が抑制される。また、圧縮機の摺動部、例えば、互いに摺動し合うピストンとベーンの耐摩耗性を維持することできる。その結果、冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができる。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes the above-described compressor, a condenser, an expansion mechanism, and an evaporator, and forms a refrigeration cycle that compresses, condenses, expands, and evaporates the refrigerant. According to such a refrigeration cycle apparatus, the decomposition and polymerization of the refrigerant and the refrigeration oil are suppressed, thereby suppressing the generation of sludge. Further, it is possible to maintain the wear resistance of the sliding portion of the compressor, for example, the piston and vane that slide with each other. As a result, the reliability of the refrigeration cycle apparatus can be ensured.
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。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る基本的な冷凍サイクル装置を示している。この冷凍サイクル装置は、図1に示すように、圧縮機120を有する。圧縮機120は、低温・低圧の冷媒ガスを圧縮し、高温・高圧の冷媒ガスを凝縮器121に向かって吐出する。凝縮器121に送られた冷媒ガスは、その熱を空気中に放出しながら高温・高圧の冷媒液となり、膨張機構(例えば、膨張弁、またはキャピラリチューブ)122に送られる。膨張機構122を通過する高温・高圧の冷媒液は、絞り効果によって低温・低圧の湿り蒸気となり蒸発器123へ送られる。蒸発器123に入った冷媒は、周囲から熱を吸収して蒸発する。そして、蒸発器123を出た低温・低圧の冷媒ガスは、ロータリ圧縮機120に吸い込まれる。このようなサイクルが繰り返される。(Embodiment)
FIG. 1 shows a basic refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention. This refrigeration cycle apparatus has a
このような冷凍サイクル装置に用いる圧縮機120が、図2および図3に示されている。図2および図3に示す圧縮機120は、ロータリ圧縮機である。このロータリ圧縮機120は、密閉容器101の上部に固定されたモータ102の固定子102aを有する。また、モータ102の回転子102bによって駆動されるシャフト104を有する圧縮機構部105が、密閉容器101の下部に固定されている。圧縮機構部105のシリンダ106の上端には軸受107が、一方、下端には軸受108が、ボルト等で固定されている。シリンダ106内にはピストン109が配置されている。ピストン109にはシャフト104の偏心部104aが挿入されており、この偏心部104aによってピストン109が偏心回転する。シリンダ106のベーン溝106aにベーン110が挿入されており、ベーン110の背部110bにベーンバネ111が設置されている。このベーンバネ111は、ベーン110の先端部110aがピストン109の外周面に当接するように、ベーン110を付勢している。
A
上記圧縮機120を含む冷凍サイクル装置内には、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの一種であるテトラフルオロプロペン(以下、「HFO1234yf冷媒」と称す)が封入されている。また、密閉容器101の底部には、HFO1234yf冷媒と相溶性のある基油を含む冷凍機油103が溜められている。ポリオールエステル、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールの基油のうち少なくとも1種類を主成分とする冷凍機油103を用いることが可能である。本実施の形態の場合、ポリオールエステルだけを主成分とする冷凍機油103が用いられている。
In the refrigeration cycle apparatus including the
ポリオールエステル系冷凍機油103は、多価アルコールと飽和または不飽和脂肪酸との脱水反応によって合成される。冷凍機油103の粘度に寄与する多価アルコールとして、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどが用いられる。また飽和脂肪酸として、ヘキサン酸、ヘプタン酸、ノナン酸、デカン酸などの直鎖の脂肪酸ならびに2−メチルヘキサン酸、2−エチルヘキサン酸、3,5,5−トリメチルヘキサン酸などの分岐鎖の脂肪酸が用いられる。なお、直鎖脂肪酸を含むポリオールエステル油は摺動特性が良好だが加水分解性に劣り、分岐鎖脂肪酸を含むエステル油は摺動特性が若干劣るものの加水分解しにくいという特長を有している点に留意すべきである。
The polyol ester refrigerating
また、本実施の形態の冷凍機油103には、磨耗を防止する硫黄系極圧添加剤および冷凍機油の劣化を抑制する添加剤が加えられている。冷凍機油の劣化を抑制する添加剤として、例えばジブチル−p−クレゾールなどの酸化防止剤、含エポキシ化合物などの酸捕捉剤、金属不活性化剤、および消泡剤などの各種の添加剤が冷凍機油103に選択的に加えられる。
Further, the refrigerating
磨耗を防止する硫黄系極圧添加剤として、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ジアルキルポリスルフィド、ジベンジルジスルフィド、オリゴマポリスルフィドなどが挙げられる。これらの硫黄系極圧添加剤の硫黄架橋数は3以下であることが好ましい。硫黄の架橋長が4以上になると冷凍機油103中に硫黄を放出しやすくなり、冷凍サイクル内の配管等に使用されている銅を腐食する可能性がある。
Examples of sulfur-based extreme pressure additives that prevent wear include sulfurized fats and oils, sulfurized fatty acids, sulfurized esters, sulfurized olefins, dialkyl polysulfides, dibenzyl disulfides, oligomer polysulfides, and the like. These sulfur-based extreme pressure additives preferably have 3 or less sulfur bridges. When the sulfur cross-linking length is 4 or more, sulfur is likely to be released into the refrigerating
また金属不活性化剤の中には硫黄の銅配管腐食を防止する働きを持つものもあり、このような金属不活性化剤として、ベンゾトリアゾール類を用いることができる。極圧効果を向上させるためにはリン系極圧添加剤を使用してもよい。リン系極圧添加剤として、トリクレジルフォスフェート、トリフェニルフォスフェートなどのリン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩などが用いることが可能である。好ましくは、冷凍機油103との相溶性に優れた、トリクレジルフォスフェート、トリフェニルフォスフェートなどの酸性リン酸エステルがよい。リン系極圧添加剤は、硫黄系極圧添加剤に比べて、低荷重下での磨耗防止効果が高い。そのため、硫黄系極圧添加剤とリン系極圧添加剤とを併用することは、インバータ制御により広い周波数範囲で運転される冷凍サイクル装置の圧縮機に最適である。
Some metal deactivators have a function of preventing copper pipe corrosion of sulfur, and benzotriazoles can be used as such metal deactivators. In order to improve the extreme pressure effect, a phosphorus-based extreme pressure additive may be used. As the phosphorus-based extreme pressure additive, phosphate esters such as tricresyl phosphate and triphenyl phosphate, phosphite esters, amine salts of acidic phosphate esters, and the like can be used. Preferably, acidic phosphates such as tricresyl phosphate and triphenyl phosphate, which are excellent in compatibility with the refrigerating
上記したように、本実施の形態のロータリ圧縮機120において、ピストン109がシリンダ106内を偏心回転しつつベーン110の先端部110aを押し続けることにより、冷媒が吸入され、圧縮され、そして吐出される。そのため、摺動部となるベーン110の先端部110aは、コーティング膜が形成されることにより、ベーン110の先端部110a以外の部分に比べて高い硬度を備える。具体的には、コーティング膜として、CrN(窒化クロム)、DLC(diamond like carbon(ダイヤモンドライクカーボン))、TiN(窒化チタン)などが挙げられる。ベーン110の先端部110aのコーティング膜は、極性保持効果を有し、例えばベンゼン環がつながったグラファイトなどが分散することによって構成されている。冷凍機油103が近づくと、冷凍機油103の極性に誘起されてコーティング膜に分極が起こり、コーティング膜が極性を持つ。その結果、冷凍機油103内の極圧添加剤が吸着されてコーティング膜上に極圧層(極圧添加剤膜)が形成される。このように摺動部に形成された極圧層により、過酷な摺動条件の場合でも(例えば−10℃以下の外気温で半日放置された後に最大能力で圧縮機の運転を開始する場合でも)、摺動部の潤滑油が不足せず、摺動部の異常摩耗が抑制される。
As described above, in the
以上のように構成された冷凍サイクル装置とロータリ圧縮機について、以下その動作、作用について図2、図3を用いて説明する。 The operation and action of the refrigeration cycle apparatus and the rotary compressor configured as described above will be described below with reference to FIGS.
まず、シリンダ106に設けられた吸入口112を介して、冷媒(HFO1234yf冷媒)が吸入室113に吸入される。また、ベーン110、ピストン109、およびシリンダ106によって構成される圧縮室114内の冷媒は、ピストン109の左方向の回転(矢印方向)によって圧縮され、吐出切り欠き115を通過し、吐出口(図示せず)を介して密閉容器101内に吐出される。密閉容器101内に吐出された圧縮冷媒は、モータ102のすき間を通過し、密閉容器101の上部に配置された吐出管116を介して冷凍サイクル中に吐出される。その際、まわりに存在する冷凍機油103のミストも一緒に吐出される。そして、冷凍サイクル中に吐出された冷媒は、上記したように、凝縮器121、膨張機構122、蒸発器123を順に通過し、再び圧縮機の吸入口112を介して吸入室113に吸入される。
First, the refrigerant (HFO 1234yf refrigerant) is drawn into the
ここで、ロータリ圧縮機120の構成において、摺動条件が最も過酷な摺動部は、互いに接触し合うベーン110の先端部110aとピストン109の外周面である。ベーン110の背部110bにはベーンバネ111の付勢力に加えて高圧の吐出圧力が作用しており、そのためにシリンダ106内の圧力との差圧に対応する大きな力がベーン110に作用し、ベーン110の先端部110aとピストン109の外周面との間の領域は、混合潤滑あるいは境界潤滑の状態となる。
Here, in the configuration of the
このような点に鑑み、本実施の形態において、ベーン110は、SKH、SKD、SUS、SCMなどの鋼から作製され、また窒化処理されている。さらに、ベーン110の先端部110aの表面には、CrNあるいはDLCなどのセラミックスのコーティング膜がPVD処理法によって形成されている。これにより、ベーン110の先端部110aの表面は、HV1500〜2000程度の硬さと、先端Ra0.2μm程度の面粗さとを備える。
In view of such points, in the present embodiment, the
一方、ピストン109は、クロム(Cr)を0.7〜1.0wt%、モリブデン(Mo)を0.2〜0.4wt%、ニッケル(Ni)を0.2〜0.4wt%含有する鋳鉄(以下、「モニクロ鋳鉄」と称する)から作製され、焼入れ、サブゼロ、焼戻し、放冷などによってHRC47〜55程度の表面硬さを備える。表面硬さがHRC47〜55の理由は後述する。また、摺動面であるピストン109の外周面にはグラファイトの微小凹部が存在するので、ピストン109の外周面の微小凹部を除いた平坦部分は、面粗さがRa0.2μm程度になるように仕上げられている。
On the other hand, the
次に、ロータリ圧縮機120を組み込んだ冷凍サイクル装置の実機運転試験を行った結果の一例について説明する。
Next, an example of a result of an actual machine operation test of a refrigeration cycle apparatus incorporating the
試験に使用したベーン110は高速度工具鋼(SKH51)から作製され、その先端部110aには、表面硬さHV1800程度、膜厚が5μm、表面粗さRa0.2μmのCrNセラミックコーティング膜が表面に形成されている。試験に使用したピストン109は、クロム(Cr)を0.7〜1.0wt%、モリブデン(Mo)を0.2〜0.4wt%、ニッケル(Ni)を0.2〜0.4wt%含有するモニクロ鋳鉄から作製され、HRC50程度の表面粗さを備える。HFO1234yf冷媒を試験に使用した。一方、冷凍機油103は、複数種類準備した。具体的には、ポリオールエステルのみである比較例1の冷凍機油、酸捕捉剤を含むポリオールエステルである比較例2の冷凍機油、および酸捕捉剤と磨耗防止剤とを含むポリオールエステルである実施例1の冷凍機油を準備した。また、比較例1、比較例2、および実施例1それぞれについて、3台のロータリ圧縮機120を準備した。比較例1、比較例2、および実施例1それぞれにおいて、1つ目のロータリ圧縮機120に対して300時間、2つ目のロータリ圧縮機120に対して1000時間、3つ目のロータリ圧縮機120に対して2000時間、過負荷運転試験を行った。試験終了後、ロータリ圧縮機120それぞれについて、ピストン109の摩耗量と、冷凍機油103の全酸価を計測した。
The
全酸価は、試料1g中に含まれている全酸性成分を中和するために必要な水酸化カリウムのミリグラム(mg)数である。酸価は、潤滑油の使用中における酸化の程度を知るため、あるいは潤滑油の酸化試験および実用試験後の評価などに広く利用されている指標である。ここでは、全酸価は、冷媒の分解物であるフッ酸の生成量と冷凍機油103の分解物であるカルボン酸の生成量とに対応する。さらに言えば、全酸価は、冷媒と冷凍機油が分解・重合して発生するスラッジの量にも対応する。
The total acid value is the number of milligrams (mg) of potassium hydroxide required to neutralize all acidic components contained in 1 g of the sample. The acid value is an index widely used for knowing the degree of oxidation during use of the lubricating oil or for evaluating the lubricating oil after an oxidation test and a practical test. Here, the total acid value corresponds to the amount of hydrofluoric acid that is a decomposition product of the refrigerant and the amount of carboxylic acid that is the decomposition product of the refrigerating
図4(a)および図4(b)は、実施例1、比較例1,および比較例2それぞれについて、運転時間、ピストン摩耗量、および冷凍機油全酸価の特性相関を示している。横軸は運転時間を示し、図4(a)の縦軸はピストン摩耗量、図4(b)の縦軸が全酸価を示す。 4 (a) and 4 (b) show the characteristic correlation of the operating time, the piston wear amount, and the total acid value of the refrigeration oil for Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, respectively. The horizontal axis indicates the operation time, the vertical axis in FIG. 4 (a) indicates the amount of piston wear, and the vertical axis in FIG. 4 (b) indicates the total acid value.
図4(b)に示すように比較例1のポリオールエステルのみの冷凍機油103の場合、酸価の値の急激な上昇が確認された。これは、HFC系冷媒に比べて安定性が低い、HFO1234yf冷媒(炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを主体とした冷媒)は分解しやすく、その分解によって発生した酸が冷凍機油の劣化を促進したためと推定できる。
As shown in FIG. 4B, in the case of the refrigerating
この対策としてポリオールエステルに酸捕捉剤を添加すると、すなわち比較例2の冷凍機油の場合、酸価値の上昇が抑えられた。しかしながら、図4(a)に示すように、比較例2は、ポリオールエステルのみの比較例1に比べて磨耗量が増加した。これは、比較例2のようにポリオールエステルに酸化剤を添加した場合、酸捕捉剤によって冷凍機油の酸価値の上昇は抑制できるが、それと同時に冷媒の分解生成物であるフッ素系反応物の生成も抑制されるためと推察される。フッ素系反応物は、圧縮機の摺動部に固着し、固体潤滑剤として摺動部の磨耗を減少させる効果を有すると推察される。 As a countermeasure, an acid scavenger was added to the polyol ester, that is, in the case of the refrigerating machine oil of Comparative Example 2, an increase in acid value was suppressed. However, as shown in FIG. 4A, the amount of wear in Comparative Example 2 was increased compared to Comparative Example 1 containing only the polyol ester. This is because when the oxidant is added to the polyol ester as in Comparative Example 2, the acid scavenger can suppress the increase in the acid value of the refrigerating machine oil, but at the same time, the formation of a fluorine-based reactant that is a decomposition product of the refrigerant. This is presumed to be suppressed. It is presumed that the fluorine-based reactant adheres to the sliding portion of the compressor and has an effect of reducing wear of the sliding portion as a solid lubricant.
一方、実施例1の結果から、ポリオールエステルに酸捕捉剤と磨耗防止剤とを添加した場合、酸捕捉剤によって冷凍機油の酸価の値の上昇が抑制され(冷凍機油の劣化が防止され)、かつ磨耗防止剤によって摺動部の磨耗量が低減されることがわかった。 On the other hand, from the results of Example 1, when an acid scavenger and an antiwear agent are added to the polyol ester, the acid scavenger suppresses the increase in the acid value of the refrigerating machine oil (prevents the deterioration of the refrigerating machine oil). In addition, it has been found that the wear amount of the sliding portion is reduced by the wear inhibitor.
次に、異なる複数のピストン109を用いたさらなる試験の結果について説明する。
Next, the result of a further test using a plurality of
試験に用いた実施例2、比較例3、および比較例4のピストン109の詳細を表1に示す。試験に用いた冷媒は、HFO1234yf冷媒である。試験では、冷凍機油103の影響を除外するため、ポリオールエステルのみの冷凍機油103が使用された。なお、試験の結果は、冷凍機油103に各種添加剤を加えた場合でも同じ傾向が確認される。
Table 1 shows details of the
実施例2のピストン109は、図2および図3を用いて説明したものと同一である。実施例2のピストン1109は、クロム(Cr)を0.7〜1.0wt%、モリブデン(Mo)を0.2〜0.4wt%、ニッケル(Ni)を0.2〜0.4wt%含有するモニクロ鋳鉄から作製され、HRC50程度の表面硬さを備える。また、ピストン109の外周面は、微小凹部を除いた平坦部分がRa0.2μm程度の面粗さになるように仕上げられている。
The
比較例3のピストン109は、材料は実施例2と同じであるが、実施例2と異なり、HRC59程度の表面硬さを備える。また、面粗さはRa0.2μm程度である。
The material of the
比較例4のピストン109は、材料は実施例2と同じであり、HRC41程度の表面硬さを備える。また、面粗さは、Ra0.2μm程度である。
The material of the
図5(a)および図5(b)は、実施例2、比較例3、および比較例4それぞれについて、運転時間、ピストン摩耗量、および冷凍機油全酸価の特性相関を示している。横軸は運転時間を示し、図5(a)の縦軸はピストン摩耗量、図5(b)の縦軸が全酸価を示す。 FIG. 5A and FIG. 5B show the characteristic correlation of the operating time, the piston wear amount, and the total acid value of the refrigeration oil for Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, respectively. The horizontal axis indicates the operation time, the vertical axis in FIG. 5 (a) indicates the amount of piston wear, and the vertical axis in FIG. 5 (b) indicates the total acid value.
まず、図5(a)に示すピストン109の摩耗量について説明する。
First, the amount of wear of the
実施例2、比較例3、および比較例4のいずれも、初めは摩耗の進行が早く、運転時間の経過に伴って摩耗の進行が遅くなる傾向を示す。一般的に、図5(a)に示すように、摩耗が急速に進む領域(傾きが大きい領域)の摩耗は初期摩耗、傾きの小さな領域の磨耗は定常摩耗と呼ばれている。初期摩耗は、表面に存在する微小突起同士が衝突し合うことによってこれらの微小突起が消滅する期間であって、なじみ過程とも呼ばれている。なじみ過程が終わると表面はある程度平滑になり、面圧が局所的に低下し、摩耗の進行は遅くなる。 In all of Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, the progress of wear is fast at first, and the progress of wear tends to be slow as the operation time elapses. In general, as shown in FIG. 5A, wear in a region where wear progresses rapidly (region where the inclination is large) is called initial wear, and wear in a region where the inclination is small is called steady wear. The initial wear is a period in which these microprotrusions disappear when the microprotrusions existing on the surface collide with each other, and is also called a familiar process. When the conforming process is finished, the surface becomes smooth to some extent, the surface pressure is locally reduced, and the progress of wear is slowed down.
図5(a)に示すように、ピストン109の表面硬さが最も低い比較例4の初期摩耗期間が比較的短く、表面硬さが最も高い比較例3の初期摩耗期間が比較的長くなる傾向を示す。
As shown in FIG. 5A, the initial wear period of Comparative Example 4 having the lowest surface hardness of the
なお、図5(a)には、従来例として、HFC系冷媒を使用し、同一のベーン110とHRC40〜60(HFC冷媒を使用する場合、主に使用される範囲)の表面硬さを備えるピストン109とを有する圧縮機を2000時間過負荷運転した後のピストン摩耗量の上限値が、点線によって示されている。
In addition, in Fig.5 (a), as a conventional example, the HFC type | system | group refrigerant | coolant is used, and it has surface hardness of the
図5(a)に示すように、実施例2、比較例3、および比較例4のいずれも、従来例(HFC冷媒を使用する場合)とほぼ同等の摩耗量である。表面硬さが最も低い比較例4のピストン109の摩耗量が比較的大きく、実施例2と表面硬さが最も高い比較例3の摩耗量は、ほぼ同程度である。
As shown to Fig.5 (a), all of Example 2, the comparative example 3, and the comparative example 4 are a wear amount substantially equivalent to a prior art example (when using a HFC refrigerant | coolant). The wear amount of the
次に、図5(b)に示す冷凍機油全酸価の特性について説明する。 Next, the characteristics of the refrigerating machine oil total acid value shown in FIG.
なお、図5(b)には、従来例として、HFC系冷媒を使用し、同一のベーン110とHRC40〜60(HFC系冷媒を使用する場合、主に使用される範囲)の表面硬さを備えるピストン109とを有する圧縮機を2000時間過負荷運転した後の冷凍機油の全酸価の上限値が、点線によって示されている。
In addition, in FIG.5 (b), the surface hardness of the
実施例2、比較例3、および比較例4のいずれも、初めは全酸価の上昇速度が高く、時間の経過に伴って全酸価の上昇速度が低くなる傾向を示す。 In all of Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, the rate of increase in the total acid value is initially high, and the rate of increase in the total acid value tends to decrease with time.
ピストン109の表面硬さが最も高い比較例3が全酸価の増加量が最も大きく、比較例3の全酸価は、従来例(HFC系冷媒を使用する場合)の全酸価に比べて高い値となる。また、ピストン109の表面硬さが最も低い比較例4も、最終的には従来例に比べて高い値となる。一方、実施例2の全酸価は、最終的には従来例とほぼ同一のレベルである。
Comparative Example 3 with the highest surface hardness of the
以下、運転時間、ピストン109の摩耗量、および全酸価の特性相関についての考察を述べる。
In the following, consideration will be given to the characteristic correlation between the operating time, the amount of wear of the
実施例2と比較例3の全酸価の変化の違いは、ピストン109の硬さが原因と考えられる。一般的に、摺動部の局所的な温度上昇は、互いに摺動し合う摺動面それぞれに存在する微小突起が接触することによって起こり、その温度上昇の程度は、微小突起の接触点の半径に反比例すると言われている。CrNセラミックコーティングされたベーン110に対してピストン109の表面硬さが高すぎる場合、ピストン109の表面とベーン110の表面とがなじみ難くなり、すなわちピストン109の微小突起が消滅し難くなり、その結果、ピストン109の表面に存在する微小突起の接触点の半径は小さいまま維持される。したがって、ベーン110とピストン109との間の領域は、局所的に温度が高い状態に維持される。また、図5(a)および図5(b)を参照すると、初期摩耗期間(すなわち微小突起が消滅するまでの期間)と全酸価の上昇速度が高い期間とがほぼ一致している。言い換えると、ベーン110とピストン109の間の領域が局所的に温度が高い状態で維持される期間と全酸価の上昇速度が高い期間とがほぼ一致している。このことから、初期摩耗期間中、従来使用されているHFC系冷媒に比べて安定性が低い、炭素の二重結合を有するHFO1234yf冷媒の分解が、ベーン110とピストン109の間の領域で発生した熱によって促進されたと推察できる。そして、HFO1234yf冷媒が分解されることによってフッ化水素(フッ酸)が生成され、この生成されたフッ化水素が冷凍機油103の分解(カルボン酸などの生成)に寄与することにより全酸価の変化に反映されたと推察できる。したがって、全酸価の上昇を抑制するためには、ベーン110とピストン109の表面硬さの差を適切にすることにより、言い換えるとピストン109の表面硬さの上限値を適切に設定することにより初期摩耗を早急に終了させ、それにより面圧が局所的に低下した状態である定常摩耗に早期に移行させる必要がある。
The difference in the total acid value between Example 2 and Comparative Example 3 is considered to be due to the hardness of the
一方、図5(b)に示すように、ピストン109の表面硬さが最も低い比較例4の全酸価が、ピストン109の硬さが最も高い比較例3の全酸価と同様に、従来例に比べて高い原因は、以下のように推察することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), the total acid value of Comparative Example 4 with the lowest surface hardness of the
比較例4の場合、ピストン摩耗量が多い。排出される摩耗粉は、非常に活性化されているため、触媒となってHFO1234yf冷媒の分解を促進させると考えられる。そのために、磨耗粉が最も多く発生する比較例4の全酸価が、従来例、すなわちHFC冷媒を使用する場合に比べて、高くなったと推察することができる。したがって、ベーン110とピストン109の表面硬さの差、言い換えるとピストン109の表面硬さの下限値を適切に設定することにより、耐摩耗性を確保する必要がある。
In the case of Comparative Example 4, the amount of piston wear is large. Since the exhausted powder discharged is very activated, it is considered that it becomes a catalyst and promotes the decomposition of the HFO1234yf refrigerant. Therefore, it can be inferred that the total acid value of Comparative Example 4 in which the most wear powder is generated is higher than that of the conventional example, that is, the case of using the HFC refrigerant. Therefore, it is necessary to ensure wear resistance by appropriately setting the difference in surface hardness between the
そこで、図6(a)および図6(b)に、ピストン表面硬さに対する、ピストン摩耗量および冷凍機油全酸価の特性相関を示す。図に示す特性相関は、以下の試験によって得られた。試験に使用したベーン110は、高速度工具鋼(SKH51)から作製され、表面硬さHV1800程度、膜厚が5μm、表面粗さRa0.2μmRaのCrNセラミックコーティング膜が形成されている。試験に使用した冷媒は、HFO1234yf冷媒である。冷凍機油103は、ポリオールエステルである。表面硬さが異なる、Ra0.2μm程度の表面粗さを備えてモニクロ鋳鉄から作製されたピストン109を有するロータリ圧縮機120を複数準備した。そして、圧縮機それぞれについて、1000時間過負荷運転した。試験終了後、ロータリ圧縮機120それぞれについて、ピストン109の摩耗量と、冷凍機油103の全酸価を計測した。
FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b) show the characteristic correlation between the piston wear amount and the total acid value of the refrigerating machine oil with respect to the piston surface hardness. The characteristic correlation shown in the figure was obtained by the following test. The
なお、横軸はピストン109の硬さを示し、図6(a)の縦軸はピストン摩耗量、図6(b)の縦軸は全酸価を示す。
The horizontal axis indicates the hardness of the
図6に示すように、HFO1234yf冷媒を使用し、ピストン109の表面硬さがHRC47〜55の範囲である場合、従来例(HFC系冷媒使用する場合)と同等レベルのピストン摩耗量と全酸価を確保することができることがわかる。
As shown in FIG. 6, when HFO1234yf refrigerant is used and the surface hardness of the
以上の結果から、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を使用し、冷凍機油103として酸捕捉剤と磨耗防止剤とを含むポリオールエステルを使用し、ロータリ圧縮機120のベーン110を、鉄系材料から作製してセラミックコーティングするとともに、ピストン109の表面硬さをHRC47〜55とすることにより、冷媒と冷凍機油103の分解・重合を抑制することができ(すなわちスラッジの発生を抑制でき)、ベーン110とピストン109の耐摩耗性を維持することができる。その結果、圧縮機120およびそれを用いた冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができる。
From the above results, a refrigerant containing a hydrofluoroolefin having a carbon double bond is used, a polyol ester containing an acid scavenger and an antiwear agent is used as the refrigerating
なお、本実施の形態の冷媒であるテトラフルオロプロペン(HFO1234yf)に、二重結合を有さないハイドロフルオロカーボン(HFC32、HFC125)を混合させてもよい。この混合冷媒は、非共沸混合冷媒にも関わらず、沸点の温度差が小さい擬似共沸混合冷媒と略同様に挙動する。その結果、冷却サイクル装置の冷却性能および冷却性能係数(COP)が改善される。本実施の形態ではハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒を使用しているが、ハイドロフルオロオレフィンとハイドロフルオロカーボンとを含む混合冷媒を使用しても同様の効果が得られる。 In addition, you may mix the hydrofluorocarbon (HFC32, HFC125) which does not have a double bond with the tetrafluoropropene (HFO1234yf) which is a refrigerant | coolant of this Embodiment. This mixed refrigerant behaves in substantially the same manner as a pseudo-azeotropic mixed refrigerant having a small temperature difference between boiling points, despite the non-azeotropic mixed refrigerant. As a result, the cooling performance and the cooling performance coefficient (COP) of the cooling cycle apparatus are improved. Although a single refrigerant of hydrofluoroolefin is used in the present embodiment, the same effect can be obtained even when a mixed refrigerant containing hydrofluoroolefin and hydrofluorocarbon is used.
また、混合冷媒の場合、そのGWPは、5以上で750以下、望ましくは5以上350以下となるように混合するのが好ましい。例えば、HFO1234yfとHFC32とを混合してGWP350以下とするためにはHFO1234yfが56wt%以上とする必要がある。また、HFO1234yfとHFC125とを混合してGWP750以下とするためにはHFO1234yfが78.7wt%以上、さらにGWP350以下とするためにはHFO1234yfが91.6wt%以上とする必要がある。これにより、冷媒の地球温暖化に対する影響を極少に保つことができる。 In the case of a mixed refrigerant, the GWP is preferably mixed so as to be 5 or more and 750 or less, desirably 5 or more and 350 or less. For example, in order to mix HFO1234yf and HFC32 to make GWP350 or less, HFO1234yf needs to be 56 wt% or more. Moreover, in order to mix HFO1234yf and HFC125 to make GWP750 or less, HFO1234yf needs to be 78.7 wt% or more, and in order to make GWP350 or less, HFO1234yf needs to be 91.6 wt% or more. Thereby, the influence with respect to global warming of a refrigerant | coolant can be kept to the minimum.
また、HFO1234yfと相溶性のあるポリオールエステル油を冷凍機油103として使用したが、同様に相溶性のあるポリビニルエーテル、あるいはポリアルキレングリコールを冷凍機油103として使用してもよい。これらの冷凍機油を使用しても、圧縮機120はこれらの冷凍機油を回収することができるため、ポリオールエステル油と同様に信頼性の高い圧縮機120を得ることができる。また、これらの冷凍機油も、HFO1234yfとHFCの混合冷媒に対して相溶性があるため、ポリオールエステル油と同様な効果が得られる。
Moreover, although the polyol ester oil compatible with HFO1234yf was used as the refrigerating
さらに、本実施の形態のピストン109は、クロム(Cr)を0.7〜1.0wt%、モリブデン(Mo)を0.2〜0.4wt%、ニッケル(Ni)を0.2〜0.4wt%含有するモニクロ鋳鉄から作製されている。しかし、クロムを0.4〜1.2wt%、モリブデンを0.15〜0.7wt%、ニッケルを0.15〜0.4wt%含有するモニクロ鋳鉄から作製されたピストン109でも、同様の効果が得られる。また、ニッケルを含まない鋳鉄(モクロ鋳鉄)から作製されたピストン109を使用しても同様の効果が得られる。
Furthermore, the
さらにまた、本実施の形態のピストン109を作製するための材料として鋳鉄材が使用されているが、クロム、モリブデン、ニッケルを含有するその他の鉄系材料(例えば、炭素鋼、工具鋼など)が使用されても良い。
Furthermore, cast iron is used as a material for producing the
加えて、本実施の形態のベーン110の先端部110aの表面粗さ(セラミックコーティング膜の表面粗さ)およびピストン109の表面粗さ(微小凹部を除いた平坦部)はRa0.2μm程度であるが、Ra0.4μm以下であれば同様の効果が得られる。Ra0.4μm以上の場合、ベーン110の先端部110aとピストン109の外周面がなじみ難くなり、その結果として全酸価の増加を招く可能性がある。
In addition, the surface roughness (surface roughness of the ceramic coating film) of the
なお、本発明を、ベーン110とピストン109を例に挙げて説明したが、本発明は、圧縮機120の他の摺動部、例えばシャフトと軸受けの摺動部にも適用可能である。また、本発明は、ロータリタイプの圧縮機に限らず、例えばスクロール圧縮機などの圧縮機にも適用可能である。スクロール圧縮機は、摺動部として、固定側および旋回側スクロールなどを有する。
In addition, although this invention was demonstrated taking the example of the
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。 While the invention has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are to be understood as being included therein, so long as they do not depart from the scope of the present invention according to the appended claims.
2010年9月7日に出願された日本国特許出願第2010−199604号および2010年10月19日に出願された日本特許出願第2010−234329号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。 Japanese Patent Application No. 2010-199604 filed on Sep. 7, 2010 and Japanese Patent Application No. 2010-234329 filed on Oct. 19, 2010, drawings, and claims. The disclosure is hereby incorporated by reference in its entirety.
上述したように、本発明に係る圧縮機およびそれを用いる冷凍サイクル装置は、炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンと炭素の二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンとの混合冷媒を使用しても圧縮機の信頼性を確保することができる。したがって、本発明は、給湯器用圧縮機、カーエアコン用圧縮機、冷凍冷蔵庫用圧縮機、除湿機用圧縮機等にも適用できる。 As described above, the compressor according to the present invention and the refrigeration cycle apparatus using the compressor use a mixed refrigerant of a hydrofluoroolefin having a carbon double bond and a hydrofluorocarbon having no carbon double bond. The reliability of the compressor can be ensured. Therefore, the present invention can also be applied to a compressor for a water heater, a compressor for a car air conditioner, a compressor for a refrigerator-freezer, a compressor for a dehumidifier, and the like.
103 冷凍機油
105 圧縮機構部
106 シリンダ
109 ピストン
110 ベーン
120 圧縮機
121 凝縮器
122 膨張機構
123 蒸発器DESCRIPTION OF
Claims (17)
炭素の二重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒または前記ハイドロフルオロオレフィンと炭素の二重結合を有しないハイドロフルオロカーボンとを含む混合冷媒が使用され、
冷凍機油の劣化を抑制する添加剤と磨耗防止剤とを含む前記冷凍機油が使用され、
前記混合冷媒および前記冷凍機油に曝される、HRC47〜55の硬度を備える摺動部を有する、圧縮機。A compressor used in a refrigeration cycle apparatus,
A single refrigerant of a hydrofluoroolefin having a carbon double bond or a mixed refrigerant comprising the hydrofluoroolefin and a hydrofluorocarbon having no carbon double bond is used;
The refrigerating machine oil containing an additive for suppressing deterioration of the refrigerating machine oil and an antiwear agent is used,
The compressor which has a sliding part with the hardness of HRC47-55 exposed to the said mixed refrigerant and the said refrigerator oil.
ジフルオロメタンおよびペンタフルオロエタンが、地球温暖化係数が5以上、750以下となるように、望ましくは5以上350以下となるように前記冷媒に混合されている、請求項1〜13のいずれか1項に記載の圧縮機。The refrigerant is mainly composed of tetrafluoropropene or trifluoropropene, which is a kind of hydrofluoroolefin,
Difluoromethane and pentafluoroethane are mixed with the refrigerant so that the global warming potential is 5 or more and 750 or less, preferably 5 or more and 350 or less. The compressor according to item.
凝縮器と、
膨張機構と、
蒸発器とを有し、
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、冷凍サイクル装置。The compressor according to any one of claims 1 to 16,
A condenser,
An expansion mechanism;
With an evaporator,
A refrigeration cycle apparatus that forms a refrigeration cycle that compresses, condenses, expands, and evaporates refrigerant.
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