具体实施方式
接着,将参照合适的附图对本发明的实施方式进行详细的说明。对于本实施方式中的制冷剂压缩机以及使用了该制冷剂压缩机的制冷循环系统,如后面所述,其主要特征在于,使用丙烷(R290)作为制冷剂,使用多元醇酯和聚亚烷基二醇的混合油作为制冷机油。在此,对使用了本实施方式的制冷剂压缩机的制冷循环系统进行说明,然后对该制冷剂压缩机进行说明。此处所参照的附图中,图1是使用了实施方式的制冷剂压缩机的制冷循环系统的结构说明图。图2是制冷剂压缩机的截面图。
如图1所示,制冷循环系统S1具备后述的制冷剂压缩机C、冷凝器16、减压装置17以及蒸发器18,作为用于制冷装置的制冷循环系统S1而构成。在该制冷循环系统S1中,制冷剂压缩机C对低温、低压的制冷剂气体(丙烷气体)进行压缩,然后将高温、高压的制冷剂气体送至冷凝器16。被送至冷凝器16的制冷剂气体在将其热量释放到空气中的同时成为高温、高压的制冷剂液体,然后被送至减压装置17。通过减压装置17的高温高压的制冷剂液体,通过节流作用成为低温、低压的湿蒸气,被送向蒸发器18。进入到蒸发器18的制冷剂从周围吸收热量而蒸发。此外,从蒸发器18排出的低温低压的制冷剂气体被制冷剂压缩机C吸入。在该制冷循环系统S1中,上述的工序被反复进行。
接下来,对本实施方式的制冷剂压缩机C进行说明。需要说明的是,在以下的对制冷剂压缩机C的说明中,上下左右的方向以图2中的上下左右方向为基准。
如图2所示,对于本实施方式的制冷剂压缩机C,在兼用作积存制冷机油14的储油器的密闭容器1内,收容有电动机3和压缩机部2。此外,电动机3与压缩机部2由曲轴7连结。需要说明的是,曲轴7与技术方案中所说的“旋转轴”相当。
电动机3主要由转子10与定子11构成。另外,压缩机部2主要由固定涡盘5、回旋涡盘4,支架6以及欧氏(Oldham)环8构成。
密闭容器1为具有密闭空间的大致圆筒形状。在其左端侧的下方,以从密闭容器1的外部连通到内部的形式设置有吸入管9a。该吸入管9a通过连接到制冷循环系统S1的蒸发器18(参照图1)侧,从蒸发器18侧吸入作为制冷剂气体的丙烷(R290)。另外,在密闭容器1的右端侧的上方,以从密闭容器1的内部连通到外部的形式设置有排出管9b。该排出管9b在密闭容器1的右侧与由隔壁12所划分出的排出室1c相连通。顺便提及,在隔壁12上形成有小孔12a,电动机室1b与排出室1c通过该小孔12a相连通。排出管9b通过连接到制冷循环系统S1的冷凝器16(参照图1)侧,由此将被压缩的丙烷(R290)向冷凝器16侧送出。顺便提及,与丙烷具有相溶性的后述的制冷机油14,与丙烷一并通过排出管9b被送至冷凝器16侧。然后,被送出的制冷机油14与丙烷一同通过吸入管9a从蒸发器18侧返回。
电动机3被配置于在密闭容器1的中间被划分出的发动机室1b。电动机3的转子10嵌装有由铸铁制成的后述的曲轴7。定子11以包围转子10的方式被安装在密闭容器1的内周面。顺便提及,用于在定子11上卷绕磁线的切槽(slot)(省略图示)的表面,众所周知被绝缘膜包覆,在本实施方式中的绝缘膜由酯系树脂形成。
接着,对压缩机部2进行说明。固定涡盘5配置在密闭容器1的偏左侧,由此在密闭容器1的左侧划分出排出压力空间1a。该固定涡盘5如后所述固定在支架6上。回旋涡盘4以啮合的方式配置在固定涡盘5上,由此在固定涡盘5与回旋涡盘4之间形成有压缩室4a。另外,在固定涡盘5上以与压缩室4a连通的方式安装有吸入管9a。另外,在固定涡盘5上形成有排出孔5a,该排出孔5a从压缩室4a连通至排出压力空间1a。
支架6配置成在其与固定涡盘5之间覆盖回旋涡盘4。该支架6的外周部固定在密闭容器1的内周面上。此外,支架6如前所述在其外周部将固定涡盘5固定。顺便提及,在支架6与固定涡盘5上形成有连通孔1d,该连通孔1d使排出压力空间1a与电动机室1b相连通。
欧氏环8被配置在回旋涡盘4与支架6之间。该欧氏环8众所周知以自由滑动的形式配置在形成于回旋涡盘4侧的未图示欧氏(Oldham)槽和形成于支架6侧的未图示欧氏槽内,从而在阻止回旋涡盘4自转的同时使其公转。
曲轴7以在左右方向上延伸的方式配置在密闭容器1的中心。在曲轴7上如前所述安装电动机3的转子,由此得以绕该轴旋转。该曲轴7的左侧插入支架6,在曲轴7和支架6之间配置有轴承13。
在曲轴7的左端形成有偏心部7c,该偏心部7c以自由旋转的方式嵌入到在回旋涡盘4的背面侧(右侧)形成的凹部。另外,曲轴7的右端被隔壁12以可自由旋转的方式支承。
在这样的曲轴7以及偏心部7c上,按照在其长度方向上贯穿的方式形成有轴孔7a。轴孔7a的左端向嵌入有偏心部7c的回旋涡盘4的凹部开口,而轴孔7a的右侧向排出室1c开口。另外,从该轴孔7a所分出的小孔7b面对轴承13。也就是说,制冷机油14在通过曲轴7的小孔7b被提供给轴承13的同时,还被提供给嵌入有偏心部7c的回旋涡盘4的凹部。另外,制冷机油14通过所述回旋涡盘4的凹部还遍布到回旋涡盘4的滑动部、欧氏环18的滑动部等。其结果是,制冷机油14承担起对偏心部7c、轴承13以及上述的其他滑动部的润滑、冷却等任务。另外,制冷机油14还如前所述对轴承13的密封起到重要的作用。
本实施方式的制冷剂压缩机所使用的制冷机油14(下面将省略其附图标记而简记为“制冷机油”),是多元醇酯和聚亚烷基二醇的混合油。
作为多元醇酯,优选由多元醇和一元脂肪酸合成且具有优越的热稳定性的受阻型。作为多元醇,例如可以举出季戊四醇、二季戊四醇等。作为一元脂肪酸,例如可以举出戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-甲基丁酸、2-甲基戊酸、2-甲基己酸、2-乙基己酸、异辛酸、3,5,5-三甲基己酸等。就这些脂肪酸而言,相对于规定的多元醇,可以单独选择一种或者选择两种以上使用。
在这样的多元醇酯中,优选在分子中保有至少两个酯键的化合物来作为制冷机油的基础油,具体而言,优选从下式(1)、下式(2)或者下式(3)所示的多元醇酯中选择的至少一种。
(R1-CH2)2-C-(CH2-O-CO-R2)2····(1)
(式(1)中,R1分别独立地表示氢原子或者碳数1~3的烷基,R2分别独立地表示碳数5~12的烷基。)
(R1-CH2)-C-(CH2-O-CO-R2)3····(2)
(式(2)中,R1和R2与上述同义)
C-(CH2-O-CO-R2)4····(3)
(式(3)中,R2与上述同义)
作为聚亚烷基二醇,例如可以举出聚乙二醇、聚异丙二醇、聚乙二醇-聚异丙二醇共聚物、聚异丙二醇单丁醚、聚乙二醇-聚异丙二醇共聚物的单丁醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二乙醚、聚乙二醇二丙醚、聚乙二醇二丁醚、聚乙二醇甲基乙基醚、聚乙二醇甲基丙基醚、聚乙二醇甲基丁基醚、聚乙二醇乙基丙基醚、聚乙二醇乙基丁基醚、聚乙二醇丙基丁基醚、聚异丙二醇二甲醚、聚异丙二醇二乙醚、聚异丙二醇二丙醚、聚异丙二醇二丁醚、聚异丙二醇甲基乙基醚、聚异丙二醇甲基丙基醚、聚异丙二醇甲基丁基醚、聚异丙二醇乙基丙基醚、聚异丙二醇乙基丁基醚、聚异丙二醇丙基丁基醚、1,2-双(甲氧基聚氧化乙烯)乙烯、1,2-双(甲氧基聚氧化乙烯)丙烯、1,2-双(甲氧基聚氧化乙烯)丁烯、1,2-双(乙氧基聚氧化乙烯)乙烯、1,2-双(乙氧基氧化乙烯)丙烯、1,2-双(乙氧基聚氧化乙烯)丁烯、1,2-双(丙氧基聚氧化乙烯)乙烯、1,2-双(丙氧基聚氧化乙烯)丙烯、1,2-双(丙氧基聚氧化乙烯)丁烯、1,2-双(丁氧基聚氧化乙烯)乙烯、1,2-双(丁氧基聚氧化乙烯)丙烯、1,2-双(丁氧基聚氧化乙烯)丁烯、1,2-双(甲氧基聚氧化异丙烯)乙烯、1,2-双(甲氧基聚氧化异丙烯)丙烯、1,2-双(甲氧基聚氧化异丙烯)丁烯、1,2-双(乙氧基聚氧化异丙烯)乙烯、1,2-双(乙氧基聚氧化异丙烯)丙烯、1,2-双(乙氧基聚氧化异丙烯)丁烯、1,2-双(丙氧基聚氧化异丙烯)乙烯、1,2-双(丙氧基聚氧化异丙烯)丙烯、1,2-双(丙氧基聚氧化异丙烯)丁烯、1,2-双(丁氧基聚氧化异丙烯)乙烯、1,2-双(丁氧基聚氧化异丙烯)丙烯、1,2-双(丁氧基聚氧化异丙烯)丁烯等。
这种多元醇酯和聚亚烷基二醇的混合油中,优选多元醇酯的比例为10~80质量%,粘度(40℃)为40~100mm2/秒。顺便提及,粘度能够以JIS K2283为基准进行测定。
需要说明的是,通过将混合油中的多元醇酯的比例设为10质量%以上,从而能够发挥在制冷剂压缩机C的各滑动部的耐磨耗性,从而降低磨耗量。另外,通过将混合油中的多元醇酯的比例设为80质量%以下,能够降低丙烷(R290)相对于混合油的溶解量,从而维持混合油的高粘度,进而能够在各滑动部充分地形成油膜。
另外,通过将混合油的粘度(40℃)设为40mm2/秒以上,即使在丙烷溶解之后,也能够良好地维持后述的润滑性。并且,还能够良好地维持压缩机部2(参照图1)的密封性。另外,通过将混合油的粘度(40℃)设为100mm2/秒以下,在制冷剂压缩机C内不会发生因混合油的粘性阻抗、摩擦阻抗等产生的机械损失变得过大,所以能够良好地维持制冷剂压缩机C的运行效率。
对于这种制冷机油,例如能够添加润滑性能提高剂、抗氧化剂、酸捕捉剂、消泡剂、金属惰性剂等。顺便提及,为了防止上述多元醇酯的水解,可以添加抗氧化剂以及酸捕捉剂。作为抗氧化剂,优选作为酚系抗氧化剂的DBPC(2,6-二叔丁基对甲酚)。作为酸捕捉剂,例如可以举出环氧系酸捕捉剤、碳化二亚胺系酸捕捉剤等。其中优选脂肪族的环氧系酸捕捉剂。
通过上述的制冷剂压缩机C以及使用了该制冷剂压缩机C的制冷循环系统S1,可以实现如下的作用效果。
在本实施方式的制冷剂压缩机C中,将多元醇酯和聚亚烷基二醇的混合油作为制冷机油使用。其结果,与使用仅由多元醇酯构成的制冷机油的制冷剂压缩机相比,能够降低作为制冷剂的丙烷的溶解量。
因此,在该制冷剂压缩机C中,因为可以避免制冷机油的粘度降低,所以能够在所述的各滑动部充分形成油膜。也就是说,即便是使用了与HFC系制冷剂不同、在分子中不含氟且无法期待其自身具有润滑性的作为自然系制冷剂的丙烷,本实施方式的制冷剂压缩机C也能够确保所述各滑动部的良好润滑性。
另外,在本实施方式的制冷剂压缩机C中,如前面所述,因为能够降低丙烷相对制冷机油的溶解度,所以没有必要预先增加在制冷剂压缩机封入的丙烷的量。因此,通过本实施方式的制冷剂压缩机C,能够在使用可燃性的丙烷气体的同时更加保障安全性。
另外,在本实施方式的制冷剂压缩机C中,因为将多元醇酯和聚亚烷基二醇的混合油作为制冷机油来使用,所以与使用了仅由聚亚烷基二醇构成的制冷机油的制冷剂压缩机相比,能够抑制相对于在制冷剂压缩机C内所使用的酯系绝缘膜的水解性。而且,多元醇酯与聚亚烷基二醇相比其体积电阻率更大,所以在本实施方式的制冷剂压缩机C中,使用了体积电阻率比仅由聚亚烷基二醇构成的制冷机油更大的制冷机油。因此,本实施方式的制冷剂压缩机C与以往的制冷剂压缩机(例如参照专利文献1)相比具有更优越的电绝缘性。
另外,在本实施方式的制冷循环系统S1中,因为制冷剂压缩机C所使用的制冷机油为前述的多元醇酯和聚亚烷基二醇的混合油,所以对作为制冷剂的丙烷示出适度的相溶性。其结果,本实施方式的制冷循环系统S1中对制冷剂压缩机C的所谓回油性能变得良好。
需要说明的是,本发明并不限于上述实施方式,其还可以以各种方式被实施。
在前面所述的实施方式中,对用于制冷装置的制冷循环系统S1进行了说明,但是本发明也可以是用于空调机的制冷循环系统。在此所参照的图3是其他实施方式的制冷循环系统的结构说明图,是示出用于空调机的制冷循环系统的图。
如图3所示,其他实施方式的制冷循环系统S2,具备前述实施方式的制冷剂压缩机C、冷凝器16、减压装置17、蒸发器18以及换向阀19,构成为空调机的制冷循环系统S2。
在该制冷循环系统S2中,制冷剂压缩机C对低温、低压的制冷剂气体(丙烷气体)进行压缩,通过换向阀19将高温、高压的制冷剂气体送至冷凝器16。被送至冷凝器16的制冷剂气体在将其热量释放到空气中的同时成为高温、高压的制冷剂液体,然后被送至减压装置17。通过减压装置17的高温高压的制冷剂液体,通过节流作用成为低温、低压的湿蒸气,被送向蒸发器18。进入到蒸发器18的制冷剂从周围吸收热量而蒸发。此外,从蒸发器18排出的低温低压的制冷剂气体被制冷剂压缩机C吸入。在该制冷循环系统S2中,上述的工序被反复进行,从而在蒸发器18侧实施冷气供应。在以该制冷循环系统S2将冷气供应切换到暖风供应的情况下,通过换向阀19使制冷剂气体的流道变更,从而冷凝器16和蒸发器18的作用发生转换。
另外,使用了制冷剂压缩机C的制冷循环系统S1、S2,能够适用于热泵式的热水机、电动车空调以及自动售货机的冷热设备等其他的制冷系统。
另外,在上述实施方式中,对涡盘式制冷剂压缩机C进行了说明,但是本发明并不限于此,也可以是基于回转式、往复式等其他方式的制冷剂压缩机。
在上述实施方式中,对假定的横置用的制冷剂压缩机C进行了说明,本发明也可以是立式的制冷剂压缩机。
实施例
接着,对验证本发明的制冷剂压缩机以及使用了该制冷剂压缩机的制冷循环系统的作用效果的实施例进行说明。
在此,首先准备作为表1中所示的No.1~No.7的化合物的多元醇酯(在表1中简写为POE)和聚亚烷基二醇(在表1中简写为PAG)。此外,测定表1中所示的化合物在15℃时的密度(g/cm3)以及在40℃和100℃时的粘度(mm2/秒),同时来评价将上述化合物用作制冷机油的情况下的油膜形成性、密封性、粘性阻抗以及回油性。其结果如表1所示。密度测定是根据JIS K 2249“原油以及石油制品-密度试验方法以及密度/质量/容量换算表规定的、附件1(I型浮标的存储检查方法)”来进行的。
需要说明的是,表1中的No.1~No.5的多元醇酯(POE)和No.6及No.7的聚亚烷基二醇(PAG),分别由下列的化学式来表示。
No.1:
下式(1)以及下式(2)所示的多元醇酯的混合物
(CH3)2-C-(CH2-O-CO-R2)2····(1)
C-(CH2-O-CO-R2)4····(2)
(式中,R2表示碳数7的烷基)
No.2:
下式(2)中所示的多元醇酯
C-(CH2-O-CO-R2)4····(2)
(式中,R2表示碳数7的烷基)
No.3:
下式(3)中所示的多元醇酯
C-(CH2-O-CO-R2)4····(3)
(式中,R2表示碳数7以及8的烷基)
No.4:
下式(3)以及下式(4)中所示的多元醇酯的混合物
C-(CH2-O-CO-R2)4····(3)
O-(CH2-C-(CH2-O-CO-R2)3)2····(4)
(式中,R2表示碳数7以及8的烷基)
No.5:
下式(3)以及下式(4)中所示的多元醇酯的混合物
C-(CH2-O-CO-R2)4····(3)
O-(CH2-C-(CH2-O-CO-R2)3)2····(4)
(式中,R2表示碳数17以及15的烷基)
No.6:
下式(5)所示的亚烷基二醇
CH2O-(C(CH3)HCH2O)n-CH3····(5)
(平均分子量(Mw)为约1200)
No.7:
下式(5)所示的亚烷基二醇
CH2O-(C(CH3)HCH2O)n-CH3····(5)
(平均分子量(Mw)为约1600)
表1
顺便提及,对油膜形成性、密封性、粘性阻抗以及回油性的评价按照以下的基准来进行。
(油膜形成性以及密封性)
对于40℃时的粘度为40mm2/秒以下的化合物的油膜形成性以及密封性,在表1中以“×”表示不好。表1中的“○”表示密封性优越,“△”表示尽管稍差但仍能够确保密封性。
(粘性阻抗)
如果40℃时的粘度超过100mm2/秒,粘性阻抗、摩擦阻抗等的机械损失会增大而使压缩机效率降低,所以粘度不到100mm2/秒的化合物的粘性阻抗为低,在表1中用“○”表示。另外,对于40℃时的粘度为100mm2/秒的化合物,记为“△”,而超过100mm2/秒的化合物的粘性阻抗为高,记为“×”。
(回油性)
对于与丙烷具有相溶性的多元醇酯(POE),在表1中以“○”表示回油性良好,对于聚亚烷基二醇(PAG),在表1中以“×”表示缺乏与丙烷的相溶性。
(实施例1~实施例4,以及比较例1和比较例2)
将表1所示的No.1~No.7的化合物以表2的质量比(质量%)混合,制成由聚亚烷基二醇(PAG)和多元醇酯(POE)形成的制冷机油。
表2
需要说明的是,将表1的化合物No.6作为实施例1的聚亚烷基二醇(PAG)使用;将表1的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1的化合物No.6作为实施例2的聚亚烷基二醇(PAG)使用;将表1的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1的化合物No.6作为实施例3的聚亚烷基二醇(PAG)使用;将表1的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1的化合物No.6作为实施例4的聚亚烷基二醇(PAG)使用;将表1的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1的化合物No.3作为比较例1的多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1的化合物No.6作为比较例2的聚亚烷基二醇(PAG)使用。
然后,关于在实施例1~实施例4以及比较例1和比较例2中分别制备的制冷机油,测定了15℃下的密度(g/cm3)、色调(ASTM)、流动点(℃)、40℃和100℃时的粘度(mm2/秒)、酸值(mgKOH/g)、体积电阻率(Ω·cm)、以及临界溶解温度(℃)。其结果显示在表2中。此外,关于临界溶解温度(℃)以及体积电阻率(Ω·cm),用曲线图一并示出。图4是表示临界溶解温度(℃)相对于制冷机油中的多元醇酯的混合率(质量%)的关系的曲线图;图5是表示体积电阻率(Ω·cm)相对于制冷机油中的多元醇酯的混合率(质量%)的关系的曲线图。在图4和图5中,将“实施例”简写为“实”,将“比较例”简写为“比”。
需要说明的是,密度的测定与前述一样,是以JIS K 2249为基准进行的。色调(ASTM)的测定是根据JIS K 2580“石油制品一色试验方法”来进行的。流动点的测定是根据JIS K 2269“原油与石油制品流动点以及石油制品模糊点试验方法”来进行的。粘度的测定是根据JIS K 2283“原油以及石油制品的动粘度测定方法”来进行的。酸值的测定是根据JIS K 2501“石油制品中和值试验方法”中规定的5.1.2电位差滴定法来进行的。体积电阻率的测定,是根据JIS C 2101“电绝缘油试验方法”中规定的体积电阻率测定试验的方法来进行的。临界溶解温度的测定,是根据JIS K 2211“制冷机油”4.12(与制冷剂的相溶性)来进行的。
从表2中可以明确,关于密度、色调、流动点以及酸值,在实施例1至实施例4、以及比较例1和比较例2中几乎没有变化。对于粘度(40℃),在未溶解丙烷的情况下,也是在40~100mm2/秒的范围之内。
此外,如图4所示,制冷机油的多元醇酯的混合率越减少,换言之,聚亚烷基二醇的混合率越增加,则临界溶解温度越上升。
另外,如图4所示,多元醇酯的混合率为80质量%时,制冷剂是完全溶解的状态(<60(℃))。多元醇酯的混合率为60质量%时,临界溶解温度表示为-50℃。因为在完全溶解的状态下无法获得制冷剂溶解性的缓和效果,所以可以确认多元醇酯的混合率优选不到80质量%。
顺便提及,在前述的用于制冷装置的制冷循环系统S1(参照图2)中,一般在蒸发器18要求低温(-40℃以下)。也就是说,在该制冷循环系统S1中,如果考虑到在蒸发器18中多元醇酯不分离的条件设定,则确认了制冷机油中的多元醇酯的混合率优选为40质量%以上。
另外,在所述用于空调机的制冷循环系统S2(参照图3)的蒸发器18中,要求以冷气温度计为-10℃以下的温度。也就是说,在该制冷循环系统S2中,如图4所示,因为制冷机油的临界溶解温度为-10℃以下,所以能够在制冷循环系统S2的蒸发器18避免多元醇酯的分离。
如图5所示,只有聚亚烷基二醇的制冷机油(参照多元醇酯为0质量%的比较例2)的体积电阻率为5.6×1010Ω·cm的低值。此外,制冷机油中的多元醇酯的混合率越增加,体积电阻率就越上升。因此,使用了含有多元醇酯的制冷机油的本发明的制冷剂压缩机C(参照图2),与使用了只有聚亚烷基二醇的制冷机油的以往的制冷剂压缩机相比(例如参照专利文献1),确认了具有优越的电绝缘性。
(实施例5~实施例8、以及比较例3)
下面,制备以表3所示的实施例5~实施例8、以及比较例3的质量比(质量%)混合的由聚亚烷基二醇(PAG)和多元醇酯(POE)形成的各制冷机油。
表3
|
实施例5 |
实施例6 |
实施例7 |
实施例8 |
比较例3 |
PAG(质量%) |
20 |
50 |
70 |
90 |
100 |
POE(质量%) |
80 |
50 |
30 |
10 |
0 |
磨耗量(μm) |
11 |
18 |
20 |
23 |
25 |
需要说明的是,将表1中的化合物No.6作为实施例5的聚亚烷基二醇(PAG)使用,将表1中的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1中的化合物No.6作为实施例6的聚亚烷基二醇(PAG)使用,将表1中的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1中的化合物No.6作为实施例7的聚亚烷基二醇(PAG)使用,将表1中的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1中的化合物No.6作为实施例8的聚亚烷基二醇(PAG)使用,将表1中的化合物No.3作为多元醇酯(POE)使用。
另外,将表1中的化合物No.6作为比较例3的聚亚烷基二醇(PAG)使用。