制冷剂压缩机和使用了其的设备

文档序号:816967 发布日期:2021-03-26 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 制冷剂压缩机和使用了其的设备 (Refrigerant compressor and apparatus using the same ) 是由 小林正则 石田贵规 于 2019-11-05 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种制冷剂压缩机,包括:积存有冷冻机油的密闭容器;收纳于密闭容器,由从外部供给的电力驱动的电动构件;和压缩构件,其被收纳于密闭容器且粘附有冷冻机油,由电动构件驱动,来压缩从外部供给的制冷剂气体。在冷冻机油中以溶解状态包含被调节为至少在运转时不析出的浓度的油膜缺失调节剂。(The present invention provides a refrigerant compressor, comprising: a closed container in which refrigerating machine oil is stored; an electric member housed in the sealed container and driven by electric power supplied from the outside; and a compression member which is accommodated in the closed container, to which the refrigerating machine oil adheres, and which is driven by the electric member to compress the refrigerant gas supplied from the outside. An oil film loss control agent is dissolved in a refrigerator oil and is adjusted to a concentration at least not to be precipitated during operation.)

制冷剂压缩机和使用了其的设备

技术领域

本发明涉及空调装置(空调机)、制冷装置、洗涤干燥机、热水器等中使用的制冷剂压缩机和使用了其的设备。

背景技术

近年来,从地球环境保护的观点来看,为了削减化石燃料使用量,制冷剂压缩机的高效率化不断进展。例如,如专利文献1所公开,开发有一种制冷剂压缩机,通过在制冷剂压缩机的活塞的外周部设置环状的供油槽,实现制冷剂从压缩室的泄漏损失的降低。

图6是专利文献1中公开的现有的制冷剂压缩机的概略性的截面图。图7是将图6的制冷剂压缩机的一部分从箭头A观察的主视图。图8是图6的制冷剂压缩机的活塞及其周边的主要部分截面图。

如图6~8所示,该制冷剂压缩机例如具有压缩构件6和电动构件5被收纳于密闭容器1的结构。压缩构件6具有均在上下方向延伸的主轴部9和偏心轴部10,且具有由轴支承部18轴支承的曲轴8、连接于偏心轴部10的活塞19、形成有气缸16的缸体15。在气缸16中形成有插入活塞19的圆筒形的压缩室17。电动构件5具有压入固定主轴部9且内置永磁体(未图示)的转子4和具有绕组的定子3。在密闭容器1的下部积存有冷冻机油7。

在曲轴8上设置有供油结构8a。供油结构8a具有:由一端在冷冻机油7中开口的状态下在主轴部9内在上下方向倾斜地延伸的通路构成的倾斜泵11、由连接于倾斜泵11的另一端且形成于主轴部9的外表面的环绕槽构成的粘性泵12、形成于偏心轴部10的纵孔部13和横孔部14。纵孔部13和横孔部14在曲轴8的上部向密闭容器1的内部空间2开口。

活塞19利用连结部件20与偏心轴部10连结且往复滑动自如地插入气缸16。在活塞19的外周部,环状的两个供油槽21遍及活塞19的整周地形成。在活塞19处于上止点(例如,活塞19的与偏心轴部10相反侧的上端面19a和缸体15的与偏心轴部10相反侧的一端沿气缸16的径向观察时重叠的、图8的箭头B的位置)的情况下,从缸体15的径向观察,供油槽21与缸体15的内周面重叠。在活塞19处于下止点(例如,活塞19的上端面19a和缸体15的长边方向中途部分在沿缸体15的径向观察时重叠的、图8的箭头C的位置)的情况下,供油槽21与内部空间2连通。

在驱动制冷剂压缩机时,通过来自外部的供给电力,曲轴8与电动构件5的转子4一起旋转。偏心轴部10的偏心运动经由连结部件20向活塞19传递,由此,活塞19在压缩室17内在上止点和下止点之间往复运动。活塞19将从外部的冷却系统(未图示)向密闭容器1内供给的制冷剂气体在压缩室17内压缩。通过反复进行该压缩动作,制冷剂从制冷剂压缩机向冷却系统依次被送出。

密闭容器1内的冷冻机油7通过曲轴8的旋转的离心力,利用倾斜泵11被向上方吸起,经由粘性泵12被供油至各滑动部分。另外,冷冻机油7经由纵孔部13和横孔部14向内部空间2飞散。如图7和8所示,此时,特别是冷冻机油7沿着预先形成的释放路径D,从纵孔部13和横孔部14向活塞19飞散。通过该冷冻机油7附着于活塞19的周面和缸体15的偏心轴部10侧的端面,而因表面张力等形成油积存部7a。油积存部7a形成于环状的供油槽21的整周。利用供油槽21中储存的油积存部7a的冷冻机油7,在活塞19和气缸16之间形成油膜,确保该间隙的密封性(以下,均简称为密封性。),降低制冷剂的泄漏损失。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2003-65236号公报

发明内容

发明要解决的课题

最近,为了制冷剂压缩机的进一步高效率化,例如,期望冷冻机油的低粘度化和变频驱动等引起的制冷剂压缩机的低速运转化。但是,由此,有时难以形成油膜,或例如供油槽的边缘成为切断油膜的起点而难以维持油膜(以下,将这些问题均简称为油膜缺失。)。当产生油膜缺失时,会产生制冷剂压缩机的冷却能力降低,并且效率降低的问题。

因此,本发明的目的在于,提供制冷剂压缩机和使用了其的设备,即使在使用低粘度的冷冻机油进行低速运转的情况下,也防止活塞和气缸之间的油膜缺失引起的密封性的降低,由此,能够能够防止制冷能力和效率的降低。

用于解决课题的方法

为了解决上述问题,本发明一方式提供一种制冷剂压缩机,其特征在于:包括:积存有冷冻机油的密闭容器;收纳于上述密闭容器,由从外部供给的电力驱动的电动构件;和压缩构件,其被收纳于上述密闭容器且粘附有上述冷冻机油,由上述电动构件驱动,来压缩从外部供给的制冷剂气体,在上述冷冻机油中以溶解状态包含被调节为至少在运转时不析出的浓度的油膜缺失调节剂。

根据所述结构,油膜缺失调节剂以溶解状态包含于密闭容器中积存的冷冻机油,所以能够容易在压缩构件的表面维持冷冻机油的油膜。由此,即使在使用低粘度的冷冻机油进行低速运转的情况下,也能够在压缩构件的例如活塞和气缸之间的滑动间隙等稳定地形成且维持油膜。

另外,被调节为至少在运转时不析出的浓度的油膜缺失调节剂以溶解状态包含于冷冻机油,所以例如活塞和气缸的滑动面不会由于油膜缺失调节剂的析出物而产生伤痕。因此,能够防止活塞和气缸之间的密封性由于油膜缺失而降低,并且能够防止制冷能力和效率的降低。

本发明一方式提供一种制冷装置,其包括制冷剂回路,该制冷剂回路将所述制冷剂压缩机、使制冷剂散热的散热器、对制冷剂进行减压的减压装置、和对制冷剂吸热的吸热器利用配管连结成环状。

根据所述结构,能够提供制冷装置,该制冷装置通过包括所述的制冷剂压缩机,即使在制冷剂压缩机中使用低粘度的冷冻机油进行低速运转的情况下,也能够防止活塞和气缸之间的密封性由于油膜缺失而降低,并且能够防止制冷能力和效率的降低。

发明效果

根据本发明,即使在使用低粘度的冷冻机油进行低速运转的情况下,也能够防止活塞和气缸之间的油膜缺失引起的密封性的降低,所以能够提供能够防止制冷能力和效率的降低的制冷剂压缩机和使用了其的制冷装置。

附图说明

图1是第1实施方式的往复运动式(往复式)的制冷剂压缩机的概略性的截面图。

图2是图1的制冷剂压缩机的活塞及其周边的主要部分截面图。

图3是图1的制冷剂压缩机中使用的富勒烯的示意图。

图4(a)是是实施例和比较例的制冷剂压缩机的性能系数COP的比较图。(b)是实施例和比较例的制冷剂压缩机的输入的比较图。(c)是实施例和比较例的制冷剂压缩机的制冷能力的比较图。

图5是第2实施方式的制冷装置的示意图。

图6是现有的制冷剂压缩机的概略性的截面图。

图7是从箭头A观察图6的制冷剂压缩机的一部分的主视图。

图8是图6的制冷剂压缩机的活塞及其周边的主要部分截面图。

具体实施方式

以下,参照附图说明各实施方式。

(第1实施方式)

[制冷剂压缩机]

图1是第1实施方式的往复运动式(往复式)的制冷剂压缩机100的概略性的截面图。图1所示的制冷剂压缩机100包括于空调装置、或制冷装置等设备中。制冷剂压缩机100包括密闭容器101、电动构件105、和压缩构件106。

在密闭容器101内充填制冷剂气体。作为一例,制冷剂气体为自然制冷剂、HFC(氢氟烃)类制冷剂、或HFO(氢氟烯烃)类制冷剂或包含其的混合制冷剂。

作为自然制冷剂,可举出R600a、R290、R744中至少任一种、或包含两种以上的混合制冷剂。本实施方式的制冷剂为作为全球变暖潜势较低的自然制冷剂而代表性的烃类制冷剂的R600a。作为HFC类制冷剂,例如,可举出R134a、152a、R407c、R404A、R410A、和R32中至少任一种、或包含两种以上的混合制冷剂。

作为HFO类制冷剂,可举出:1,1,2三氟乙烯(R1123)、反式-1,2,二氟乙烯(R1132(E))、顺-1,2二氟乙烯(R1132(Z))、1,1二氟乙烯(R1132a)、2,3,3,3-四氟-1-丙烯(HFO-1234yf)中至少任一种、或包含两种以上的混合制冷剂。作为HFO类制冷剂,例如优选为R1234yf。HFO类制冷剂具有包含双键和两个碳原子的分子结构。

另外,在密闭容器101中积存有冷冻机油107。冷冻机油107包含矿物油、酯油、烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中至少任一种。本实施方式的冷冻机油107作为基油包含相对于R600a具有较高的相溶性的石蜡类矿物油。另外,如后述,冷冻机油107以溶解状态包含被调节为至少在运转时不析出的浓度的油膜缺失调节剂180。

另外,本实施方式的冷冻机油107在制冷剂压缩机100例如为空调装置用的情况下,作为第1粘度特性,冷冻机油的40℃下的粘度被设定为100mm2/s以下的范围的值。

另外,本实施方式的冷冻机油107在制冷剂压缩机100例如为制冷装置用的情况下,作为第2粘度特性,40℃下的粘度被设定为4.9mm2/s以下的范围的值。另外,在同样的情况下,冷冻机油107作为第3粘度特性,120℃下的粘度被设定为10.0mm2/s以下(更优选为5.0mm2/s以下)的范围的值。在制冷剂压缩机100例如为制冷装置用的情况下,冷冻机油107也可以具有该第2和第3粘度特性中至少一者。例如冷冻机油107也可以不具有第2粘度特性,且具有第3粘度特性。

在此,上述的40℃下的粘度相当于依据ISO3448:1975的ISO粘度分类中记载的运动粘度,冷冻机油107的粘度等级能够以该分类的ISO粘度等级号(记载为VG)表示。

电动构件105被收纳于密闭容器101且由来自外部的供给电力驱动。电动构件105具有定子103和转子104。转子104具有绕组,并固定于后述的曲轴108。定子103配置为,内置永磁体(未图示),且包围转子104的外周。电动构件105例如通过包含例如低于20r/sec的运转频率的多个运转频率进行变频驱动。

压缩构件106被收纳于密闭容器101且被冷冻机油107粘附,由电动构件105驱动,来压缩从外部供给的制冷剂气体。具体而言,压缩构件106具有曲轴108、缸体115、连结部件120、和活塞119。

曲轴108作为一例由铸铁构成。曲轴108配置为在上下方向延伸。曲轴108具有在长边方向排列配置的主轴部109和偏心轴部110。主轴部109和偏心轴部110均在上下方向延伸。在主轴部109压入固定转子104。主轴部109被主轴承118轴支承。作为一例,偏心轴部110配置于主轴部109的上方。偏心轴部110相对于主轴部109偏心地配置。

在曲轴108中设置有供油结构108a。供油结构108a具有:由一端在冷冻机油107中开口的状态下在主轴部109内在上下方向倾斜地延伸的通路构成的倾斜泵111、由连接于倾斜泵111的另一端且形成于主轴部109的外表面的环绕槽构成的粘性泵112、形成于偏心轴部110的纵孔部113和横孔部114。纵孔部113和横孔部114在曲轴108的上部向密闭容器101的内部空间102开口。

缸体115作为一例由铸铁构成。在缸体115的内部形成有大致圆筒形的气缸116。气缸116沿水平方向延伸,往复滑动自如地插入有活塞119。气缸116中的活塞119和缸盖之间的内部空间成为压缩室117。缸体115具有主轴承118。偏心轴部110和活塞119由连结部件(连杆)120连结。

在活塞119的外周部,环状的多个(在此,两个)供油槽121遍及活塞119的整周地形成。供油槽121在活塞119的上止点,从缸体115的径向观察与缸体115的内周面重叠。另外,供油槽121在活塞119的下止点,其至少一部分在缸体115外与内部空间102连通,并且剩余的部分位于缸体115内。

在此,压缩构件106具有彼此滑动的至少一对滑动部件,一对滑动部件中的至少一者的滑动面由非铁类材料构成。该非铁类材料包含铝合金、镁合金、和树脂材料的至少任一种。本实施方式的压缩构件106具有多对滑动部件。构成该对的滑动部件中包含活塞119和气缸116、和偏心轴部110和连结部件120。各滑动部件也可以在滑动面以外的部分,由与滑动面不同的材料构成。

在驱动制冷剂压缩机100时,从外部供给的工频电源等的电力经由外部的逆变器驱动电路(未图示)供给至电动构件105。由此,电动构件105根据多个运转频率进行变频驱动。

利用电动构件105的转子104旋转曲轴108,由此,偏心轴部110进行偏心运动。连结部件120在缸体115的压缩室117内,使活塞119在上止点和下止点之间进行往复运动。由此,从冷却系统(未图示)导入密闭容器101内的制冷剂气体被吸入压缩室117内并被压缩。通过反复进行该压缩动作,制冷剂被压缩,从制冷剂压缩机100向冷却系统依次送出。

另一方面,密闭容器101内的冷冻机油107通过曲轴108的旋转的离心力,利用倾斜泵111向上方吸起,并经由粘性泵112向各滑动部分供油。由此,各滑动部分被冷冻机油107润滑。另外,冷冻机油107经由纵孔部113和横孔部114向内部空间102飞散。

如图2所示,此时,特别是冷冻机油107沿着预先形成的释放路径M、N,从纵孔部113和横孔部114向内部空间102飞散。由此,飞散的冷冻机油107附着于活塞119的周面和缸体115的偏心轴部110侧的端面,通过表面张力等形成油积存部107a。

油积存部107a形成为,通过毛细管现象,在其整周填充环状的供油槽121。利用该环状的供油槽121中储存的油积存部107a的冷冻机油107形成油膜,维持活塞119和气缸116之间的密封性,降低制冷剂的泄漏损失。

在此,制冷剂压缩机100中,油膜缺失调节剂180以溶解状态包含于密闭容器101中积存的冷冻机油107,所以能够容易在压缩构件106的滑动部分的表面等维持冷冻机油107的油膜。由此,即使在使用低粘度的冷冻机油107进行低速运转的情况下,也能够在压缩构件106的例如活塞119和气缸116之间的滑动间隙等稳定地形成且维持油膜。

另外,被调节为至少在运转时不析出的浓度的油膜缺失调节剂180以溶解状态包含于冷冻机油107,所以例如活塞119和气缸116的滑动面不会由于油膜缺失调节剂180的析出物而产生伤痕。因此,能够防止活塞119和气缸116之间的密封性由于油膜缺失而降低,并且能够防止制冷能力和效率的降低。

即,收纳电动构件105和驱动电动构件105且压缩制冷剂的压缩构件106,并且使用添加了油膜缺失调节剂180的冷冻机油107构成制冷剂压缩机100,由此,能够防止活塞119和气缸116之间的油膜缺失而维持密封性。由此,能够降低制冷剂来自压缩室117的泄漏损失,所以能够实现高效率的制冷剂压缩机100。以下,对油膜缺失调节剂180的详细进行说明。

[油膜缺失调节剂]

油膜缺失调节剂180容易在压缩构件106的滑动部分的表面等形成冷冻机油107的油膜,并且防止油膜缺失,由此,维持油膜。油膜缺失调节剂180溶解于冷冻机油107中,在通常的制冷剂压缩机100的运转条件下不会析出。由此,避免压缩构件106的滑动部分的表面等被油膜缺失调节剂180的析出物擦伤而产生伤痕。

油膜缺失调节剂180可溶于有机溶剂。作为一例,油膜缺失调节剂180包含富勒烯181。在此,油膜缺失调节剂180仅由富勒烯181构成。

图3是图1的制冷剂压缩机100中使用的富勒烯181的示意图。富勒烯181以多个碳原子构成球状的网络结构的方式键合并构成。富勒烯181是继金刚石和石墨之后的第三种碳同素异形体,能够从中分离出单簇(分子)。

富勒烯181因其结构特性,尽管是碳同素异形体,也可溶于苯或甲苯等有机溶剂。由此,富勒烯181良好地溶解于冷冻机油107。另外,可知通过油膜缺失调节剂180包含富勒烯181,改善冷冻机油107的延展,即使冷冻机油107低粘度化,也防止油膜缺失,由此,容易维持油膜。另外,如后述,添加于冷冻机油107的富勒烯181的添加量的上限被限制,由此,防止在冷冻机油107中的富勒烯181的析出。

作为一例,富勒烯181的单簇的平均粒径被设定为100pm以上且10nm以下的范围的值(在此,约1nm)。富勒烯181的截面形状为大致圆形的微细颗粒。此外,正本中所说的平均粒径是指,使用动态光散射法,检测布朗运动中的颗粒的散射光,求得扩散系数,并通过爱因斯坦斯托克斯定律式而导出的值。

本实施方式的富勒烯181为C60、C70和高阶富勒烯的混合物的混合富勒烯。图3表示C60的结构。如图3所示,C60的簇通过如下构成,使60个碳原子181a键合,以构成由12个五元环181b和20个六元环181c构成的截断八面体。认为C60具有特别高的分子轴承效应。C70由70个碳原子181a构成,认为与C60同样具有分子轴承效应。

此外,混合富勒烯也可以包含上述以外的富勒烯。富勒烯181的单簇包含的碳原子数也可以低于60个。另外,油膜缺失调节剂180也可以包含单簇包含的碳原子数不同的多种富勒烯181或平均粒径不同的多种富勒烯181等。另外,油膜缺失调节剂180也可以仅包含一种富勒烯181。

作为富勒烯181的制造方法,可适当选择公知的方法。作为一例,通过在规定的燃烧工艺中合成烃原料,得到包含富勒烯181的炭黑(soot)。通过利用有机溶剂过滤该煤,能够将包含C60、C70、高阶富勒烯的富勒烯181(均称为混合富勒烯)溶解的溶液从残渣分离。通过精制该溶液,得到混合富勒烯,或各种富勒烯被单个分离。

[确认试验1]

通过以下的顺序进行用于确认富勒烯181相对于石蜡类矿物油的溶解性的确认试验。在室温(25℃)下,将由直径被设定为100pm以上且10nm以下的范围的值的C60、C70、和高阶富勒烯(C76、C82等)构成的混合富勒烯作为富勒烯181进行准备。将油膜缺失调节剂180仅由该富勒烯181构成。将富勒烯181适量添加于石蜡类矿物油中,并充分搅拌,由此,制作多个冷冻机油107的样品。然后,将各样品放置一定时间,确认富勒烯181的沉淀和析出的有无。

其结果,在冷冻机油107以0.5重量%以下的范围包含富勒烯181的情况下,各样品中均未确认到富勒烯181的沉淀和析出。另一方面,在冷冻机油107以超过0.5重量%的范围包含富勒烯181的情况下,确认到产生富勒烯181的沉淀和析出。由此,确认到供于此次试验的石蜡类矿物油可在规定的范围内溶解富勒烯181。

接着,通过考虑了在制冷剂压缩机100内的制冷剂-冷冻机油共存气氛下假定的温度-压力范围的条件,进行与上述同样的试验。其结果确认到,当冷冻机油107以超过0.05重量%的范围包含富勒烯181时,产生富勒烯181的沉淀和析出。

根据以上的试验结果可知,富勒烯181相对于石蜡类矿物油的饱和溶解量是在室温(25℃)下,冷冻机油107包含0.5重量%的富勒烯181的情况的值。换言之,该饱和溶解量是添加的所有的富勒烯181分散于石蜡类矿物油中而形成均匀系统的溶解现象成立的富勒烯181的最大添加量。

还可知当考虑在制冷剂压缩机100内的制冷剂-冷冻机油共存气氛下假定的温度-压力范围时,优选冷冻机油107以0.05重量%以下的范围包含富勒烯181。

另外,根据另一试验结果可知,在室温(25℃)下,冷冻机油107以低于0.0001重量%的范围包含富勒烯181的情况下,添加富勒烯181的效果相当低。

优选根据制冷剂压缩机100中使用的制冷剂和冷冻机油107的油成分的种类和状态、制冷剂压缩机100的使用温度和内压值等,适当设定冷冻机油107中的富勒烯181的量。作为一例,优选冷冻机油107以0.0001重量%以上且0.5重量%以下的范围包含富勒烯181,更优选以0.001重量%以上且0.05重量%以下的范围包含富勒烯181。

因此,接着,进行封入了规格不同的各种冷冻机油的实施例和比较例1、2的制冷剂压缩机的性能评价试验。图4(a)是实施例和比较例1、2的制冷剂压缩机的性能系数(COP:Coefficient of Performance)的比较图。性能系数是作为冷冻冷藏设备等的能耗率的目标(指标)使用的系数,即制冷能力(W)除以施加输入(W)的值。图4(b)是实施例和比较例1、2的制冷剂压缩机的输入的比较图。图4(c)是实施例和比较例1、2的制冷剂压缩机的制冷能力的比较图。图4中,通过将比较例1的评价结果设为100的情况的相对比率,表示实施例和比较例1、2的评价结果。

近年来的制冷剂压缩机100中,为了实现高效率化,进行着比现有技术低的粘度(具体而言,40℃下的粘度为4.9mm2/s以下)的冷冻机油的研究。因此,实施例中,在40℃下的粘度为3.0mm2/s的石蜡类矿物油中作为油膜缺失调节剂180溶解富勒烯181,冷冻机油107使用了以0.001重量%包含富勒烯181的方式制作的冷冻机油107。

比较例1中,使用了仅由40℃下的粘度为4.9mm2/s的石蜡类矿物油构成的冷冻机油。比较例2中,使用了仅由40℃下的粘度比比较例1低的粘度的3.0mm2/s的石蜡类矿物油构成的冷冻机油。即,比较例1、2的冷冻机油中未添加富勒烯181。

如图4(a)~(b)所示可知,实施例的性能系数比比较例1、2高。还可知,实施例比比较例1、2降低输入。还可知,实施例具有比比较例2高且与比较例1相等的制冷能力。

另一方面,可知比较例2的性能系数比比较例1低,且制冷能力比比较例1显著低。比较例2的冷冻机油的粘度比比较例1低,能够降低压缩构件中的滑动面等的流体润滑区域的摩擦损失,所以能够较大地降低输入,但油膜的形成和维持变得困难,所以认为导致显著的制冷能力的降低。

具体而言,制冷剂压缩机中,通常,形成于活塞119的环状的供油槽121通过毛细管现象保持冷冻机油107的油膜,由此,发挥活塞119和气缸116之间的密封性,抑制制冷剂气体来自该间隙的泄漏。

在此,当将冷冻机油设为低粘度化(具体而言,粘度低粘度化至4.9mm2/s以下)时,冷冻机油所含的油成分通过例如低分子化,分子运动变大,即使温度条件相同也容易挥发。另外,通过使冷冻机油进行低粘度化,可能降低冷冻机油向压缩构件等的滑动面的吸附力。

由此,比较例2中,认为密封性降低,在活塞119的往复运动时的制冷剂的吸入·压缩过程中,制冷剂容易从活塞119和气缸116之间泄漏,产生制冷能力的显著的降低。

与之相对,实施例中,尽管使用了40℃下的粘度为3.0mm2/s的低粘度的冷冻机油107,也抑制了制冷能力的降低。通过该结果可知,利用溶解于冷冻机油107的油膜缺失调节剂180,在低粘度的冷冻机油107中也能够稳定地维持良好的密封性。

此外,油膜缺失调节剂180所含的富勒烯181发挥效果的原因的详情还未明确地阐明,但提出富勒烯具有源自结构对称性引起的较高的电子兼容性的自由基陷阱效应。因此,包含富勒烯181的冷冻机油107中,例如,认为富勒烯181对油成分的分子间引力发挥作用,该油成分的分子运动不活性化,抑制油成分的挥发。

另外,本确认试验1中确认到,作为冷冻机油107使用了40℃下的粘度为3.0mm2/s的石蜡类矿物油,但即使使用40℃下的粘度为2.2mm2/s的石蜡类矿物油,也可得到同样的效果。根据该确认结果,认为冷冻机油107的40℃下的粘度优选至少为2.2mm2/s以上。

[确认试验2]

接着,进行使用了制冷剂压缩机的实际机器的耐久性试验。本试验中,使用了具有滑动面由铝合金构成的连结部件120和滑动面由铁类材料构成的偏心轴部110的制冷剂压缩机。准备以50ppm浓度包含富勒烯181的油膜缺失调节剂180的实施例1和以100ppm浓度包含富勒烯181的油膜缺失调节剂180的实施例2。另外,准备不包含富勒烯的油膜缺失调节剂的比较例。另外,实施例1、2和比较例中,作为冷冻机油,使用了40℃下的粘度为2.2mm2/s的石蜡类矿物油。

将封入有包含上述油膜缺失调节剂的冷冻机油的各制冷剂压缩机以在短时间内一边反复进行运转和停止一边运转的规定的高温高负荷间歇运转模式进行了同样地运转。由此,使偏心轴部110和连结部件120的各滑动面的磨损加速。试验后,解体制冷剂压缩机,确认连结部件120的磨损。

其结果,当将比较例的连结部件120的磨损量设为100时,实施例1和2的连结部件120的磨损量为46.1以上72.4以下的范围的值。这样确认到,尽管使用了滑动面由铝合金构成的连结部件120,实施例1和2中,也比比较例大幅降低连结部件120的磨损量。从该结果,认为根据本实施方式的制冷剂压缩机100,即使在滑动部件的滑动面使用了铝合金或铝合金以外的非铁类材料的情况下,也能够适当降低滑动部件的磨损量。

在此,近年来,制冷剂压缩机中,为了高效率化,作为冷冻机油使用了低粘度油,但由此,制冷剂压缩机的压缩构件具有的滑动部件的滑动面的磨损可能增大。因此,例如通过使用磷系等的极压添加剂,来实现该磨损的抑制。但是,即使使用这种添加剂,在一对滑动部件的至少一者的滑动面由非铁类材料构成的情况下,也难以得到充分的磨损抑制效果。

与之相对,根据本实施方式的制冷剂压缩机100,即使在使用了低粘度的冷冻机油107的情况下,如上述,也能够适当降低一对滑动部件的滑动面的磨损量,能够以高效率驱动制冷剂压缩机100。另外,根据实施例1、2的结果可知,为了得到这种良好的效果,优选冷冻机油107的40℃下的粘度至少为2.2mm2/s以上。

此外,通过发明人等进行的另一实验确认到,即使在制冷剂压缩机的压缩构件具有的一对滑动部件中的一者的滑动面由非铁类材料构成,且另一者的滑动面由铁类材料构成的情况下,也实现与上述同样的良好的效果。另外,确认到在制冷剂压缩机的压缩构件具有的一对滑动部件中,一对滑动部件的各滑动面由铁类材料构成的情况下,与将滑动面由非铁类材料构成的情况相比,滑动面的磨损量较少,能够以高效率驱动制冷剂压缩机100。

从以上的各试验结果,根据本实施方式的制冷剂压缩机100,即使在使用了低粘度的冷冻机油107的情况下,也维持活塞119和气缸116之间的密封性能,能够降低压缩室117中的制冷剂的泄漏损失。另外,降低制冷剂压缩机100的压缩构件106具有的滑动部件的磨损,能够稳定地驱动制冷剂压缩机100。因此,能够实现制冷剂压缩机100的较高的性能。

另外,通过油膜缺失调节剂180包含富勒烯181,能够促进活塞119和气缸116之间的油膜的形成。由此,能够防止活塞119和气缸116之间的密封性由于油膜的消失而降低,能够降低制冷剂来自压缩室117的泄漏损失。因此,能够实现制冷剂压缩机100的较高的性能。

另外,如上述,富勒烯181具有结构对称性引起的较高的电子兼容性,例如在C60的情况下,通过一个簇可捕集6个电子。因此,在富勒烯181中除去冷冻机油107和制冷剂的氧化的主要原因的自由基,能够期待抑制冷冻机油107和制冷剂的劣化的效果。另外,富勒烯181不会由于化学反应而被消耗。由此,能够长期确保制冷剂压缩机100的可靠性。

因此,例如在制冷剂压缩机100被包括于配置于室内等的固定式制冷装置的情况下,能够数年抑制振动和噪音的产生,并且稳定地驱动制冷装置。另外,作为固定式制冷装置的使用环境,例如,假定在长期未维护制冷装置的状态下连续地驱动的环境。即使在这种情况下,冷冻机油107所含的富勒烯181也不会消失,所以能够稳定地驱动制冷装置。这样,制冷剂压缩机100特别是在固定式制冷装置中被良好地使用。

此外,富勒烯181的形状为圆球形或椭圆球形,所以冷冻机油107所含的富勒烯181在对置的滑动面进行相对移动时滚动,由此,发挥滚动摩擦引起的分子轴承效应。由此,降低滑动部分的摩擦系数,能够良好地实现输入降低。因此,能够降低例如制冷剂压缩机100的起动时的扭矩,能够大幅提高制冷剂压缩机100的起动性。

另外,在冷冻机油107中均匀地分散并溶解有富勒烯181,所以即使在制冷剂压缩机100从运转状态转变为停止状态的情况下,也可维持富勒烯181均匀地分散于冷冻机油107中的状态。由此,在使制冷剂压缩机100再起动的情况下,能够缓和压缩构件106的滑动部分的表面等的金属接触,能够长期维持制冷剂压缩机100的良好的耐久性。

另外,油膜缺失调节剂180包含具有极性的有机化合物,所以能够促进活塞119和气缸116之间的油膜的形成。因此,能够防止低速旋转时以和低粘度的冷冻机油107的使用时的活塞119和气缸116之间的密封性由于油膜的消失而降低。因此,能够进一步降低制冷剂来自压缩室117的泄漏损失,能够实现制冷剂压缩机100的进一步高性能化。

另外,制冷剂压缩机100中使用的冷冻机油107以0.0001重量%以上且0.5重量%以下的范围包含油膜缺失调节剂180。由此,例如在将制冷剂压缩机100用于制冷装置用途的情况下,能够促进油膜形成。另外,通过过量地添加油膜缺失调节剂180,防止油膜缺失调节剂180析出,能够防止存在于压缩构件106中的细管的堵塞和滑动面的伤痕的产生。

另外,制冷剂压缩机100中使用的冷冻机油107的40℃下的粘度被设定为100mm2/s以下的范围的值。由此,例如在将制冷剂压缩机100用于空调装置用途的情况下,即使在空调装置的设置环境下以比较高温的状态驱动制冷剂压缩机100,也能够降低制冷剂的泄漏损失,并且降低制冷剂压缩机100的粘性损失,并实现制冷剂压缩机100的输入降低。

另外,制冷剂压缩机100中使用的冷冻机油107的40℃下的粘度被设定为4.9mm2/s以下的范围的值。由此,例如在将制冷剂压缩机100用于制冷装置用途的情况下,能够降低制冷剂的泄漏损失,并且降低制冷剂压缩机100的粘性损失,并实现制冷剂压缩机100的输入降低。

另外,制冷剂压缩机100中使用的冷冻机油107的120℃下的粘度被设定为10.0mm2/s以下的范围的值。由此,例如在将制冷剂压缩机100用于制冷装置用途的情况下,即使在制冷装置的设置环境下以比较高温的状态驱动制冷剂压缩机100,也能够降低制冷剂的泄漏损失,并且降低制冷剂压缩机100的粘性损失,并实现制冷剂压缩机100的输入降低。

另外,本实施方式中,在40℃至120℃的温度范围内较低地保持冷冻机油107的粘度,所以能够在广泛的温度范围内稳定地降低制冷剂压缩机100的粘性损失。因此,例如,即使在容易成为高温状态的环境下的用途和环境的温度变化剧烈的用途中,也抑制制冷剂的泄漏损失,并且实现制冷剂压缩机100的输入降低。

另外,即使作为制冷剂使用R600a、R290、R744中至少任一种,或包含两种以上的混合制冷剂的自然制冷剂,作为冷冻机油107使用矿物油、酯油、烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中至少任一种,也可得到与本实施方式同样的效果,并且通过使用温室效果较少的制冷剂,能够有助于全球变暖的抑制。

另外,即使作为制冷剂使用R134a、152a、R407c、R404A、R410A、和R32中至少任一种,或包含两种以上的混合制冷剂的HFC类制冷剂,作为冷冻机油107使用矿物油、酯油、烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中至少任一种,也实现与上述同样的效果,能够实现具有高可靠性且实现高效率化的制冷剂压缩机100。

另外,即使作为制冷剂使用R1234yf等的HFO类制冷剂或包含其的混合制冷剂,作为冷冻机油107使用矿物油、酯油、烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中至少任一种,也实现与上述同样的效果。

另外,在该情况下,如果在冷冻机油107中包含富勒烯181,则富勒烯181捕集制冷剂通过滑动热等而分解时产生的酸性物质(例如氢氟酸等)而能够不活性化。由此,能够降低冷冻机油107的油成分中的总酸值的上升,并且能够降低压缩构件106的滑动部分的表面等被酸性物质攻击。因此,能够实现具有高可靠性且实现高效率化的制冷剂压缩机100。另外,通过使用不具有可燃性且温室效果较少的制冷剂,能够有助于全球变暖的抑制。

另外,使电动构件105根据多个运转频率进行变频驱动,由此,在向各滑动部分的供油量变少的低速运转时,和转速增加,作用于滑动部分的载荷增加,并且在冷冻机油的粘度由于滑动部分的发热而降低那样的残酷的高速运转时的任意时刻,均防止异常磨损并能够维持较高的可靠性。另外,通过变频控制将制冷剂压缩机100的运转最佳化,由此,能够实现节能化。

本实施方式的冷冻机油107包含石蜡类矿物油,但即使在包含其它的矿物油或酯油、烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中至少任一种的情况下,富勒烯181也良好地溶解。例如,富勒烯181相对于包含具有羰基(C=O基)或醚基(R-O-R′基)(其中,R,R′设为有机基团。)的化合物的溶剂是可溶的,另外,在实验中确认到富勒烯181相对于包含酯油的冷冻机油107的饱和溶解量与石蜡类矿物油同样。

另外,本实施方式中,示例了包含富勒烯181的油膜缺失调节剂180,但油膜缺失调节剂180可以仅由富勒烯181构成,也可以包含富勒烯181以外的成分。

在此,变形例的油膜缺失调节剂180包含具有极性的有机化合物。作为其成分,在该有机化合物中可举出例如具有极性的有机高分子。具体而言,例如,能够举出聚甲基丙烯酸酯(PMA)系材料、烯烃共聚物(OCP)系材料、聚异丁烯(PIB)系材料的材料。即使在使用了以上的变形例的油膜缺失调节剂180的情况下,也能够期待与上述同样的效果。

另外,本实施方式中,说明在使制冷剂压缩机100进行低速运转(作为一例,运转频率17Hz)的情况下能够防止性能降低的效果,但即使在工频转速下的速度的运转时和更大的转速的高速运转时,也可得到同样的效果。

即,本实施方式的制冷剂压缩机100以多个运转频率进行变频驱动,所以在低速运转时,向各滑动部分的供油量变少,但通过油膜缺失调节剂180的作用能够维持较高的性能。另外,在高速旋转时,作用于滑动部分的载荷增加,并且冷冻机油的粘度由于滑动部分的发热而降低,但通过油膜缺失调节剂180的作用防止异常磨损,并能够维持较高的可靠性。另外,通过变频控制将制冷剂压缩机171的运转最佳化,由此,能够实现节能化。

另外,制冷剂压缩机的形式不限定于往复运动式(往复式),也可以是其它的形式,例如为旋转式或滚动式等。以下,对于其它的实施方式,以与第1实施方式的差异为中心进行说明。

(第2实施方式)

图5是第2实施方式的制冷装置270的示意图。以下,说明制冷装置270的基本结构的概略。如图5所示,制冷装置270为使用了制冷剂压缩机100的设备的一例。制冷装置270也可以包括冷藏库。制冷装置270包括主体275、分隔壁278、和制冷剂回路271。

主体275具有形成有连通于内部的开口的隔热性的箱体和开闭箱体的开口的门。另外,主体275具有贮藏物品的贮藏空间276、配置冷却贮藏空间276内的制冷剂回路271的机械室277。贮藏空间276和机械室277被分隔壁278分隔。在贮藏空间276中配置有风机(未图示)。图5中,将箱体的一部分切口并表示主体275的内部。

制冷剂回路271具有制冷剂压缩机100、散热器272、减压装置273、和吸热器274。制冷剂压缩机100、散热器272、减压装置273、和吸热器274利用配管被连接成环状。

散热器272使制冷剂散热。减压装置273对制冷剂进行减压。吸热器274对制冷剂进行吸热。吸热器274配置于贮藏空间276内并产生冷却热。如图5中的箭头所示,吸热器274的冷却热利用风机在贮藏空间276内循环。由此,贮藏空间276内的空气被搅拌,冷却贮藏空间276内。

根据具有以上结构的制冷装置270,通过包括上述的制冷剂压缩机100,即使在使用低粘度的冷冻机油107进行低速运转的情况下,也能够防止活塞119和气缸116之间的密封性由于油膜缺失而降低,并且能够防止制冷能力和效率的降低。

即,制冷装置270包括制冷剂回路271,该制冷剂回路271将制冷剂压缩机100、散热器272、减压装置273、和吸热器274利用配管连接成环状,所以利用提高了体积效率的制冷剂压缩机100能够降低耗电量,并且能够实现节能化。

本发明不限定于各实施方式,能够在不脱离本发明宗旨的范围内对其结构进行变更、追加、或删除。各实施方式可以相互任意地组合,例如也可以将一个实施方式中的一部分结构应用于其它实施方式中。另外,本发明的范围由权利要求书表示,意图包含与权利要求书均等的意义和范围内的所有的变更。使用了制冷剂压缩机100的设备不限定于空调装置或制冷装置,例如也可以是干洗机或热水器。

工业上的可利用性

如上所述,本发明具有如下优异的效果,能够提供即使在使用低粘度的冷冻机油进行低速运转的情况下,通过防止活塞和气缸之间的油膜缺失引起的密封性的降低,也能够防止制冷能力和效率的降低的制冷剂压缩机和使用了其的制冷装置。因此,将本发明广泛应用于能够发挥该效果意义的制冷剂压缩机和使用了其的制冷装置时是有益的。

附图标记说明

100 制冷剂压缩机

105 电动构件

106 压缩构件

107 冷冻机油

180 油膜缺失调节剂

181 富勒烯

270 制冷装置

271 制冷剂回路

272 散热器

273 减压装置

274 吸热器。

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