制冷剂压缩机和制冷剂压缩机用冷冻机油及物品贮藏装置 技术领域 本发明涉及一种用于冰箱、 空调等的制冷剂压缩机和制冷剂压缩机用冷冻机油及 物品贮藏装置。
背景技术 过去， 对于这种制冷剂压缩机， 从保护地球环境的观点看， 减少化石燃料的使用， 实现高效率化。特别是通过降低润滑剂的粘度， 减少制冷剂压缩机的滑动损失 ( 例如参照 特开 2000-297753 号公报、 特开平 10-204458 号公报 )。
下面， 参照附图， 对上述传统的制冷剂压缩机进行说明。图 5 是传统的制冷剂压缩 机的剖面图。图 6 是图 5 的 B 部的放大图。
如图 5 所示， 密闭容器 1 在底部贮存润滑油 2， 同时收纳电动元件 5 和被电动元件 5 驱动的往复式压缩元件 6。此处， 润滑油 2 由粘度为 VG8 ～ VG22 的矿油构成。电动元件 5 由使用 PET(Polyethylene terephthalate ： 聚对苯二甲酸乙二醇脂 ) 作为绝缘材料的定 子 3 及转子 4 组成。此外， 制冷剂使用 R600a。
下面， 对压缩元件 6 进行详细的说明。曲柄轴 7 由压入固定了转子 4 的主轴部 8、 以及相对主轴部 8 偏心形成的偏心部 9 组成。此外， 在曲柄轴 7 中设有给油泵 10。气缸块 11 具有由略呈圆筒形的腔 12 构成的压缩室 13， 同时具有轴支承主轴部 8 的轴承 14。
有游隙地嵌合在腔 12 中的活塞 15 与偏心部 9 之间， 隔着活塞销 16 被作为连结部 件的连杆 17 连结。
如图 6 所示， 阀板 20 按照密封腔 12 的端面的方式附设， 形成吸入孔 24 及排出孔 25。由板状的弹簧材料构成的吸气簧片 18 被夹在腔 12 的端面和阀板 20 之间， 用来开合吸 入孔 24。由板状的弹簧材料构成的排气簧片 19 相对阀板 20 被附设在腔 12 的相反一侧， 用 来开合排出孔 25。气缸头 21 相对阀板 20 被固定在腔 12 的相反一侧， 形成收纳排气簧片 19 的高压室 26。
图 5 所示的吸管 22 被固定在密闭容器 1 中， 并且与冷冻循环的低压端 ( 图中 未示 ) 连接， 用来将制冷剂气体 ( 图中未示 ) 导入密闭容器 1 内。吸气消音器 23 采用 PBT(Polybutylene terephthalate ： 聚对苯二甲酸丁二醇酯 ) 等高分子材料形成， 被阀板 20 和气缸头 21 夹持固定。
曲柄轴 7 的主轴部 8 和轴承 14、 活塞 15 和腔 12、 活塞销 16 和连杆 17、 曲柄轴 7 的 偏心部 9 和连杆 17 分别形成相互滑动的滑动部。
下面， 对上述构造中的制冷剂压缩机的操作进行说明。
从商用电源 ( 图中未示 ) 供给的电力被供给电动元件 5， 使电动元件 5 的转子 4 旋 转。转子 4 使曲柄轴 7 旋转。偏心部 9 的偏心运动从连结部件的连杆 17 通过活塞销 16 传 递， 驱动活塞 15。根据该操作， 活塞 15 在腔 12 内往复运动。
通过吸管 22 被导入密闭容器 1 内的制冷剂气体经过吸气消音器 23 打开吸气簧片 18， 从吸入孔 24 被吸入压缩室 13 内。
被吸入压缩室 13 内的制冷剂气体被连续地压缩， 打开排气簧片 19， 从排出孔 25 向 高压室 26 排出， 并被送往冷冻循环的高压端 ( 图中未示 )。
随着曲柄轴 7 的旋转， 润滑油 2 从给油泵 10 被供给各个滑动部。接着， 润滑油 2 润滑滑动部， 于是， 降低摩擦系数， 并且密封活塞 15 和腔 12 之间。
此外， 在润滑油 2 中存在从作为高分子材料的 PBT( 聚对苯二甲酸丁二醇酯 ) 及 PET( 聚对苯二甲酸乙二醇脂 ) 等中萃取的环状的齐聚物 发明内容
但是， 如果使用传统的润滑油 2， 那么， 即使减少包含在所使用的高分子材料中的 二聚体～五聚体的环状齐聚物量的总量， 在润滑油 2 中也存在二聚体～五聚体的环状齐聚 物。
在存在该环状齐聚物的状态下， 在制冷剂气体被吸入压缩室 13 内的情况下， 压缩 室 13 内的压力下降， 于是， 润滑油 2 的易蒸发的成分蒸发， 润滑油 2 中的环状齐聚物在吸气 簧片 18 的表面析出。
因此， 如果长期使用润滑油 2， 那么， 就会出现该析出物堆积， 特别是妨碍吸气簧片 18 的密封性， 导致压缩不佳这样的问题。 因此， 过去， 将所使用的润滑油 2 的粘度规定在特定范围 ( 粘度 VG8 ～ VG22)， 抑制 环状齐聚物的生成。结果， 难以降低润滑油 2 的使用粘度， 不得不使用高粘度的润滑油 2。
因此， 润滑油 2 降低摩擦的能力有限， 制冷剂压缩机难以更高效率化。
本发明的目的在于， 提供一种即使增加包含在用于润滑油 2 的高分子材料中的二 聚体～五聚体的环状齐聚物量的总量， 也能实现高效可靠的制冷剂压缩机。
因此， 本发明的制冷剂压缩机在密闭容器内配置电动元件 ； 驱动电动元件且压缩 制冷剂的压缩元件， 而且， 在密闭容器内贮存对压缩元件中的滑动部进行润滑的润滑油， 构 成电动元件及压缩元件的至少一个部件采用高分子材料形成， 润滑油的粘度在 VG3 ～ VG8 的范围， 且压缩元件中的吸入工序的压缩室内的环境下的蒸发率为 90wt％以下 60wt％以 上。
对于这种制冷剂压缩机， 即使在润滑油中存在高分子材料的二聚体～五聚体的环 状齐聚物， 也能防止齐聚物在吸入簧片的表面析出堆积。因此， 能够使用低粘度的润滑油， 降低制冷剂压缩机的输入功率。而且， 因齐聚物的堆积引起的压缩元件的操作不佳得到抑 制， 制冷剂压缩机的可靠性提高。
附图说明
图 1 是本发明的实施方式 1 的制冷剂压缩机的剖面图。
图 2 是图 1 的 A 部的放大图。
图 3 表示本发明的实施方式 1 的制冷剂压缩机的润滑油中的齐聚物量和析出率的 关系。
图 4 是表示本发明的实施方式 2 的物品贮藏装置的构造的示意图。
图 5 是传统的制冷剂压缩机的剖面图。
图 6 是图 5 的 B 部的放大图。具体实施方式
下面， 参照附图， 对本发明的实施方式进行说明。此外， 本发明并非局限于此实施 方式。
( 实施方式 1)
图 1 是本发明的实施方式 1 的制冷剂压缩机的剖面图， 图 2 是图 1 的 A 部的放大 图。
如图 1 所示， 在构成制冷剂压缩机 100 的密闭容器 101 内填充由 R600a 组成的制 冷剂气体 102， 在密闭容器 101 内的底部贮存作为润滑油的矿油 103。矿油 103 的 100℃时 的 50×102Pa 以下的压力状态下的蒸发率为 90wt％， 粘度为 VG5。
此外， 在密闭容器 101 内还配置收纳了由定子 104 和转子 105 构成的电动元件 106 ； 被电动元件 106 驱动的往复式压缩部件 107。此处， 定子 104 使用包含齐聚物的有机 材料 ( 高分子材料 ) 的 PET(Polyethylene terephthalate ： 聚对苯二甲酸乙二醇脂 ) 作为 绝缘材料。
下面， 说明压缩元件 107 中的详细构造。
曲柄轴 108 包括 ： 压入固定了转子 105 的主轴部 109 ； 以及在相对主轴部 109 偏心 的位置所形成的偏心部 110。在偏心部 110 的下端 ( 前端 ) 设置浸渍在矿油 103 内的给油 泵 111。
由铸铁构成的气缸块 112 包括 ： 略呈圆筒形的腔 (bore)113 ； 和支承曲柄轴 108 的 主轴部 109 的轴承部 114。
在腔 113 内有游隙地嵌合的活塞 115 采用铁类材料形成。活塞 115 与腔 113 一同 形成压缩室 116， 隔着活塞 117， 通过作为连结部件的连杆 118 与偏心部 110 连结。
如 图 2 所 示， 腔 113 的 端 面 被 有 层 叠 关 系 的 吸 气 簧 片 119( 阀 ) ； 排气簧片 ( 阀 )120 ； 以及阀板 121 密封。
更详细地来讲， 阀板 121 按照密封孔 113 的端面的方式附设， 形成吸入孔 122 及排 出孔 123。由板状的弹簧材料构成的吸气簧片 119 被夹在腔 113 的端面和阀板 121 之间， 用 来开合吸入孔 122。 此外， 由板状的弹簧材料构成的排气簧片 120 相对阀板 121 被配置在腔 113 的相反一侧， 用来开合排出孔 123。气缸头相对阀板 121 被固定在腔 113 的相反一侧， 形成收纳排气簧片 120 的高压室 125。
图 1 所示的吸管 126 被固定在密闭容器 101 中， 其一端与冷冻循环的低压端 ( 图 中未示 ) 连接， 用来将制冷剂气体 102 导入密闭容器 101 内。
具 有 图 2 所 示 的 消 音 空 间 的 吸 气 消 音 器 127 采 用 PBT(Polybutylene terephthalate ： 聚对苯二甲酸丁二醇酯 ) 等高分子材料形成。此外， 吸气消音器 127 被阀 板 121 和气缸头 124 夹持， 连通密闭容器 101 内部和吸入孔 122。
此处， 主轴部 109 和轴承部 114、 活塞 115 和孔 113、 活塞销 117 和连杆 118、 以及偏 心部 110 和连杆 118 分别形成相互滑动的滑动部。
下面， 对以上述方式构成的制冷剂压缩机 100 的操作进行说明。
从商用电源 ( 图中未示 ) 供给的电力被供给电动元件 106， 使电动元件 106 的转 子 105 转动。转子 105 使曲柄轴 108 旋转。与此同时， 偏心部 110 的偏心运动 ( 旋转 ) 从连结部件的连杆 118 通过活塞销 117 传递， 从而驱动活塞 115。这样， 活塞 115 就在腔 113 内往复运动。
随着活塞 115 的往复运动而引起的压缩室 116 的膨胀， 通过吸管 126 被导入密闭 容器 101 内的制冷剂气体 102 经过吸气消音器 127， 打开吸气簧片 119。接着， 制冷剂气体 102 从吸入孔 122 被吸入压缩室 116 内。
如果被吸入压缩室 116 内的制冷剂气体 102 被连续地压缩， 压缩室 116 内达到规 定的压力， 那么， 制冷剂气体 102 就会打开排气簧片 120。接着， 制冷剂气体 102 从排出孔 123 向高压室 125 排出， 被送往冷冻循环的高压端 ( 图中未示 )。
另一方面， 随着曲柄轴 108 的旋转， 矿油 103 从给油泵 111 被供给主轴部 109 和轴 承部 114、 活塞 115 和腔 113、 活塞销 117 和连杆 118、 以及偏心部 110 和连杆 118 的各个滑 动部。即， 矿油 103 润滑压缩元件 107 中的滑动部， 同时， 在活塞 115 和腔 113 之间发挥密 封的作用。
向上述各个滑动部的给油构造采用众所周知的构造即可， 此外， 由于与本发明的 主旨没有直接关联， 因此， 省略其详细的说明。
图 3 表示本发明的实施方式 1 的制冷剂压缩机的润滑油中的齐聚物数量和析出率 的关系。首先， 在 180 毫升的矿油中混入定量的 PET 齐聚物， 制作 PET 齐聚物充分混合在其 中的多种矿油 ( 润滑油 )103。 在本实施方式中 1 中， 使用粘度为 VG5、 100℃时的 50×102Pa 以下、 5×102Pa 以上 的压力状态下的蒸发率为 90wt％的矿油 108， 在 180 毫升的该矿油中混入五种 PET 齐聚物， 即混入 3 克， 混入 5 克， 混入 6 克， 混入 8 克， 混入 10 克。
与此相对， 对于传统的矿油 ( 润滑油 )， 使用粘度为 VG8、 100℃的 50×102Pa 以下、 5×102Pa 以上的压力状态下的蒸发率为 95wt％的矿油 108， 同样在 180 毫升的该矿油中混 入五种 PET 齐聚物， 即混入 3 克， 混入 5 克， 混入 6 克， 混入 8 克， 混入 10 克。
在 PET 齐聚物充分混合在其中的状态下 ( 齐聚物未沉淀的状态 )， 采取大约 40 毫 升的各个齐聚物混入量的矿油 103， 将其涂布在与吸气簧片 119 相同材质的板 ( 图中未示 ) 上。
下面， 将涂布了上述矿油 103 后的各个板收纳在容器内， 使该容器内在接近吸入 工序时的压缩室 116 内的环境的状态下保持规定的时间。在本实施方式 1 中， 设定成与吸 入工序时的压缩室 116 内相似的环境， 使容器内处于 50×102Pa 以下的负压力状态， 而且， 使该容器的气氛温度处于 100℃的状态， 然后保持大约 17 个小时。 对于传统的矿油， 也在相 同的条件下保持大约 17 个小时。
图 3 的测定结果是测定经过上述过程的板材表面有无 PET 齐聚物析出的结果。对 于各个混入条件， 分别重复 5 次实验来实施， 求出板材表面的齐聚物的析出率 ( 发生率 )。
由该结果可知， 在传统粘度 (VG8) 的矿油 103 中， 在 180 毫升的润滑油中的 PET 齐 聚物量为 4 克以上时， 在板表面析出 PET 齐聚物。此外， 在混入量为 8 克时， 在五次实验中 均确认析出 PET 齐聚物。 这种情况由能够保持在润滑油中的 PET 齐聚物的总量决定， 因 PET 齐聚物的混入量增加同时润滑油蒸发， 超过保持限量， PET 齐聚物在板表面的析出频率增 加。因此， 在传统粘度的矿油 103 中， 只要将包含在高分子材料中的二聚体～五聚体的环状 齐聚物量的总量设定在 PET 齐聚物不会析出的 3 克以下即可。此外， 如果二聚体～五聚体
的环状齐聚物量的总量超过 3 克， 那么， 被保持在润滑油中的一部分齐聚物开始析出， 如果 齐聚物的总量达到 8 克以上， 那么， 就会完全超过能够保持在润滑油中的齐聚物的总量， 齐 聚物完全析出。
结果， 在传统粘度的矿油 103 中， 将包含在高分子材料中的二聚体～五聚体的环 状齐聚物量的总量控制在 3 克以下， 这样， 由于高分子材料， 即使二聚体～五聚体的环状齐 聚物被萃取出来， 也能防止齐聚物在吸气簧片 119 的表面析出、 堆积。确保吸气簧片 119 的 开合操作， 防止制冷剂压缩机 100 的效率下降。
另一方面， 在使用本实施方式 1 中的润滑油 ( 粘度 VG5 的矿油 103) 的情况下， 在 油中的 PET 齐聚物量变成 8 克之前， 板材表面不会析出 PET 齐聚物。
对 于 这 种 情 况， 由 于 本 实 施 方 式 1 中 的 粘 度 为 VG5 的 矿 油 103 在 100 ℃ 时 的 50×102Pa 以下的负压力状态下的蒸发率为 90wt％， 因此， 不蒸发的剩余的 10wt％的矿油 103 保持 PET 齐聚物。该残存的矿油 103 防止 PET 齐聚物在板表面析出。
对于粘度为 VG3 ～ VG8 的矿油 103， 也进行同样的实验的， 这样也能获得同样的结 果。即， 在本发明的实施方式 1 的制冷剂压缩机 100 中， 作为润滑油的矿油 103 的粘度在 VG3 ～ VG8 的范围即可。如果矿油 103 的粘度低于 VG3， 那么， 蒸发率就会变成 90％以下， 如 果超过 VG8， 蒸发率就会变成 60％以上。 此外， 对于制冷剂压缩机用冷冻机油， 只要是粘度为 VG3 ～ VG8 范围的矿油 103， 在 100℃时的 50×102Pa 以下、 5×102Pa 以上的压力状态下的蒸发率为 90wt％即可。结果， 包 含在矿油 103 中的齐聚物在吸气簧片 119 等中的析出得到控制。这样， 也不会妨碍吸气簧 片 119 等的密封性， 压缩不佳等情况得到控制， 制冷剂压缩机 100 的可靠性提高。而且， 在 本发明的实施方式 1 的制冷剂压缩机 100 中所使用的矿油 103 的粘度远远低于过去作为润 滑油所采用的粘度。因此， 在使用上述冷冻机油的制冷剂压缩机 100 中， 各个滑动部中的润 滑油的浸透性提高， 因矿油 103 的粘性引起的摩擦负载降低， 耗电量得到控制。
因此， 使用本实施方式 1 中的粘度为 VG5 的矿油 103， 可以得到以下结果。即， 可 以确认在制冷剂气体 102 被吸入压缩室 116 内的工序中， 即使压缩室 116 内的压力下降， 矿 油 103 的 10wt％也不会蒸发， 而是残存在吸气簧片 119 的表面。换言之， 压缩元件 107 中的 吸入工序的压缩室 116 内的环境下的润滑油的蒸发率是 90wt％以下 60wt％以上即可。此 处， 如果润滑油的蒸发率超过 90wt％， 那么， 残存在吸气簧片 119 表面的润滑油的油量就会 减少， 于是， 包含在润滑油中的齐聚物的浓度就会相对地升高。 另一方面， 如果低于 60wt％， 那么， 高粘度的润滑油就会滞留在压缩室 116 内， 滑动损失有可能增加。
这样， 通过将压缩元件 107 中的吸入工序的压缩室 116 内的环境下的润滑油的蒸 发率设定在 90wt％以下 60wt％以上， 这样， 包含在矿油 103 中的二聚体～五聚体的环状 PET 齐聚物就残留在残存于吸气簧片 119 表面的矿油 103 中， 抑制它在吸气簧片 119 的表面析 出。因此， 能够控制因该析出物的堆积， 吸气簧片 119 的密封性受到破坏， 以及由此引起的 压缩不佳等情况， 并且能够提高制冷剂压缩机 100 的可靠性。
而且， 使用远远低于过去作为润滑油所采用的粘度的矿油 103， 这样， 各个滑动部 中的润滑油的浸透性提高。因矿油 103 的粘性引起的摩擦负载降低， 耗电量得到控制。
此外， 在本实施方式 1 中， 作为包含混入矿油 103 中的齐聚物的有机材料 ( 高分子 材料 )， 以用作定子 104 的绝缘材料的 PET( 聚对苯二甲酸乙二醇脂 ) 为例进行说明。但是，
对于用于吸管 127 的 PBT( 聚对苯二甲酸丁二醇酯 )， 使用本实施方式 1 中的粘度为 VG5 的 矿油 103， 这样也能控制 PBT 齐聚物在吸气簧片 119 的表面析出。
而且， 在封入了满足上述环境下的蒸发率条件的粘度为 VG5 的矿油 103 的制冷剂 压缩机 100 的运转后， 也能获得齐聚物的析出量得到控制的结果。
此外， 并非局限于用于定子 104 的 LCP(Liquid Crystal Polymer ： 液晶聚合物 )、 PPS(Poly Phenylene Sulfide ： 聚苯硫醚 ) 等有机材料， 对于用于其它构件的其它有机材 料， 也能获得同样的效果。即， 构成电动元件 106 及压缩元件 107 的至少一个部件也可以由 包括齐聚物的高分子材料形成。
在本实施方式 1 中， 作为制冷剂气体 102 和润滑油的组合， 以 R600a 和矿油 103 的 组合为例进行了说明。但是， 所使用的制冷剂也可以是以作为相同的烃类制冷剂的 R290、 R600a 为主要成分的混合物、 以及制冷剂本身的润滑性差的 HFC 类制冷剂。在这些制冷剂 中， 在制冷剂气体 102 被吸入压缩室 116 内的工序中， 矿油 103 残存在吸气簧片 119 的表面。
即， 在易于溶入润滑油中、 且容易蒸发的制冷剂的组合中， 即使润滑油中存在高分 子材料的二聚体～五聚体的环状齐聚物， 也能防止齐聚物在吸气簧片 119 的表面析出、 堆 积。因此， 作为制冷剂气体 102， 在以 R290、 R600a 为主要成分的混合物、 HFC 类制冷剂、 以及 矿油 103 的组合中， 也能获得与 R600a 和矿油 103 的组合同样的作用效果。而且， 在凝缩、 蒸发压力高， 且容易变成高温的二氧化碳制冷剂和矿油 103 的组合中， 效果尤其好。 此外， 本实施方式 1 中的制冷剂压缩机 100 并非局限于速度固定的压缩机， 被逆变 器装置驱动的可变速压缩机也能获得同样的作用效果。特别是在可变速压缩机的 20 赫兹 以下的超低速运转时， 矿油 103 的循环量进一步减少， 而且， 各个滑动部的温度升高。但是， 随着各个滑动部的温度升高， 吸气簧片 119 表面的温度升高， 因此， 上述的作用效果更加显 著。
此外， 在本实施方式 1 中， 举例说明了往复运动式的制冷剂压缩机 100， 但是， 旋转 式压缩机或者螺旋式压缩机、 以及振动式压缩机等具有滑动部、 排出阀的其它压缩机也能 获得同样的作用效果。
( 实施方式 2)
图 4 是本发明的实施方式 2 的物品贮藏装置的构造的示意图。在本发明的实施方 式 2 的物品贮藏装置中， 在封入了制冷剂 R600a 的冷冻循环中组装实施方式 1 的制冷剂压 缩机 100， 将对此构造进行说明。
贮藏装置本体 221 包括 ： 在内部前面开口且被隔热材料包围的第 1 贮藏室 222a 和 第 2 贮藏室 222b。此外， 贮藏装置本体 221 在前面分别配备开关第 1 贮藏室 222a、 第2贮 藏室 222b 的第 1 门 223a、 第 2 门 223b。第 1 门 223a、 第 2 门 223b 具有隔热性。
此外， 第 1 贮藏室 222a 和第 2 贮藏室 222b 通过联络通道 224a、 224b 连通。
而且， 在贮藏装置本体 221 的内部设置使用配管将本发明的实施方式 1 的制冷剂 压缩机 100、 凝缩器 226、 减压装置 227、 蒸发器 228 连结形成环状的冷冻循环。蒸发器 228 被配置在第 1 贮藏室 222a 中。此外， 在第 1 贮藏室 222a 中设置送风机 229， 它使在蒸发器 228 中被冷却的冷气沿着箭头 a 所示的方式积极地在第一贮藏室 222 内循环。第二贮藏室 222b 如箭头 b 所示， 被通过联络通道 224a、 224b 流入的第一贮藏室 222a 的一部分冷气的循 环所冷却。
因此， 如在本发明的实施方式 1 中所说明的那样， 通过搭载高效的制冷剂压缩机 100， 物品贮藏装置能够进行有效的制冷运转。与此同时， 能够获得耗电得以控制的物品贮 藏装置。