CN102712872B - 往复式压缩机以及使用该往复式压缩机的冷藏库 - Google Patents

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Abstract

在提高使用异丁烷作为制冷剂的往复式压缩机的耐磨耗性的同时，实现使用该往复式压缩机的冷藏库的高效化。使用异丁烷作为制冷剂，使用密封有冷冻机油的往复式压缩机，所述冷冻机油含有冷冻机油主剂和向其中添加的附加多元醇酯油，所述冷冻机油主剂含有单酯油或多元醇酯油，并且将所述附加多元醇酯油的组成设为1～30重量％。所述冷冻机油主剂在40℃下的动粘度优选为10mm2/s以下，所述附加多元醇酯油在40℃下的动粘度优选为130mm2/s以上。

Description

往复式压缩机以及使用该往复式压缩机的冷藏库
技术领域
本发明涉及往复式压缩机以及使用该往复式压缩机的冷藏库。
背景技术
对于冷冻空调机器领域中的地球环境对策而言，作为臭氧层破坏物质，可举出在制冷剂或绝热材料中所使用的CFC(Chlorofluorocarbons)、HCFC(Hydrochlorofluorocarbons)的替代，以及作为地球温室效应对策的高效化或在制冷剂中所使用的HFC(Hydrofluorocarbons)的替代，且它们得到了积极的推进。
作为臭氧层破坏物质即CFC、HCFC的替代，以不破坏臭氧层、毒性或燃烧性低、能够确保效率为主要着眼点，推进了制冷剂或绝热材料的选定以及机器开发。结果，对于冷藏库的绝热材料，按照CFC11、HCFC141b、环戊烷的顺序替代发泡剂，目前，推行的是与真空绝热材料的并用。
作为制冷剂，对于冷藏库或汽车空调，按照CFC12C、HFC134a(GWP(GlobalWarmingPotential)＝1430)的顺序进行替代，对于室内空调或箱型空调，按照HCFC22、R410A(GWP＝2088)的顺序进行替代。
但是，在1997年于京都召开的气候变化框架公约第3次缔约国会议(COP3)中，对作为温室效应气体的HFC排出量进行了CO2换算，成为了限制对象，因此推进了HFC的消减。
而且，对于家庭用冷藏库而言，制冷剂密封量少，因此判断出还可使用可燃性制冷剂，将HFC134a替代成了可燃性的R600a(异丁烷：GWP＝3)。进而，伴随着舆论的高涨，目前还将目光朝向了汽车空调用的HFC134a、室内空调和箱型空调用的R410A。另外，对于工作用冷藏库，R600a的密封量多，出于可燃性的担忧，目前使用HFC134a。
另一方面，冷冻机油被用于密闭型电动压缩机，发挥它的滑动部的润滑、密封、冷却等作用。
对于冷藏库，为了减少一年的电消耗量，需要提高压缩机的性能。因此，以减少压缩机的机械损失为目的，研究了冷冻机油的低粘度化。
但是，由于冷冻机油的低粘度化而使滑动部的油膜变薄，因此存在制冷剂泄露损失增加的问题。
专利文献1和专利文献2公开了冷冻空调机器，所述冷冻空调机器使用了混合有不同的油粘度的冷冻机油。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭58-93796号公报
专利文献2：日本特表2009-540170号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提高使用异丁烷作为制冷剂的往复式压缩机的耐磨耗性，并且实现使用该往复式压缩机的冷藏库的高效化。
解决课题的手段
本发明的往复式压缩机的特征在于，是一种使用异丁烷作为制冷剂且密封有冷冻机油的往复式压缩机，所述冷冻机油含有冷冻机油主剂和添加到所述冷冻机油中的附加多元醇酯油，所述冷冻机油主剂含有单酯油或多元醇酯油，其中，所述附加多元醇酯油的组成为1～30重量％。
发明效果
利用本发明，可得到能够实现冷冻机油的低粘度化、不使用有害的磷系高压润滑油添加剂就兼顾到压缩机的性能提高和耐磨耗性的压缩机。
另外，利用本发明，可得到能够实现冷冻机油的低粘度化、不使用对环境有害的磷系高压润滑油添加剂就可兼顾冷藏库的性能提高和长期可靠性的考虑到环境的冷藏库。
附图说明
图1是表示实施例的冷藏库的概略纵剖面图。
图2是表示冷藏库的冷冻循环的概略图。
图3是表示实施例的冷藏库用往复式密闭型压缩机的剖面图。
具体实施方式
以下，对本发明的一种实施方式所述的往复式压缩机以及使用该往复式压缩机的冷藏库进行说明。
上述往复式压缩机使用异丁烷(R600a)作为制冷剂且密封有冷冻机油，所述冷冻机油含有冷冻机油主剂和下述化学式(4)表示的附加多元醇酯油(式中，R4表示碳数7～9的烷基。)，所述冷冻机油主剂含有选自下述化学式(1)表示的单酯油(式中，R1表示碳数5～9的烷基，R2表示碳数8～10的烷基。)、下述化学式(2)表示的多元醇酯油(式中，R3表示碳数5～9的烷基。)和下述化学式(3)表示的多元醇酯油(式中，R3表示碳数5～9的烷基。)中的至少一种基油。而且，附加多元醇酯油的组成为1～30重量％。
对于上述往复式压缩机，优选的是冷冻机油主剂在40℃下的动粘度为10mm2/s以下，附加多元醇酯油在40℃下的动粘度为130mm2/s以上。
上述往复式压缩机包括由铁系材料形成的滑动部，滑动部中的接触面压力为10MPa以上。
在上述往复式压缩机中，相对于冷冻机油主剂，附加多元醇酯油对铁系材料的吸附能力高1.6倍以上。进而，附加多元醇酯油对铁系材料的吸附能力优选为2倍以上，更优选为4倍以上。
上述冷藏库是使用上述往复式压缩机的冷藏库。
以下，使用实施例详细地进行说明。
实施例公开了有关使用异丁烷的压缩机以及使用该压缩机的冷藏库的情况。
实施例的制冷剂为异丁烷，冷冻机油包含对铁系材料的吸附能力低的基油(难以吸附的基油)和对铁系材料的吸附能力高的基油(易于吸附的基油)。
作为吸附能力低的基油，是在分子结构中具有酯基的化合物，可举出单酯油和多元醇酯油。
单酯油是通过一元醇与一元脂肪酸的缩合反应而制得的。
作为一元醇，有正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、正十一烷醇、异庚醇、异辛醇、异壬醇、异癸醇、异十一烷醇、2-乙基己醇、1-甲基庚醇、3、5、5-三甲基己醇、2、6-二甲基-4-庚醇等，它们可以单独使用或混合使用2种以上。
作为一元脂肪酸，有正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、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，它们可以单独使用或混合使用2种以上。
多元醇酯油是通过多元醇与一元脂肪酸的缩合反应而制得的。
作为多元醇酯油，优选为热稳定性优异的受阻型，作为多元醇而优选的醇例如为新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等。
作为一元脂肪酸，有正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、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，它们可以单独使用或混合使用2种以上。
作为对铁系材料的吸附能力高的基油，是在分子结构中大量含有酯基的多元醇酯油，优选为使用己烷二酸(己二酸)等二羧酸的而形成的二元脂肪酸复合酯油，更优选为利用多元醇和一元脂肪酸合成的受阻型。
作为多价醇的例子，有二季戊四醇。
作为一元脂肪酸，有正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、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，它们可以单独使用或混合使用2种以上。
实施例的冷藏库中所使用的冷冻机油的粘度级别根据压缩机的种类而不同，对于往复式压缩机，优选40℃下的粘度为2.5～15mm2/s的范围。
在本发明中，可以向上述冷冻机油中添加润滑性改进剂、抗氧化剂、吸酸剂(酸補足剤)、消泡剂、金属惰性剂等。尤其是单酯油、多元醇酯油在水分共存下会发生因水解而导致的劣化，因此必须配合抗氧化剂和吸酸剂。
作为抗氧化剂，优选为酚系的DBPC(2、6-二叔丁基对甲酚)。
作为吸酸剂，通常可使用脂肪族的环氧化合物作为具有环氧环的化合物。另外，碳化二亚胺系化合物与脂肪酸的反应性极高，捕捉从脂肪酸解离出的氢离子，因此抑制多元醇酯油的水解反应的效果非常高。作为碳化二亚胺系化合物，可举出双(2、6-异丙基苯基)碳化二亚胺。相对于冷冻机油，优选将吸酸剂的配合量设为0.05～1.0重量％。
(冷冻机油成分)
对于往复式制冷剂压缩机的高效化，降低粘性阻力的冷冻机油的低粘度化是有效的。但是，若进行油的低粘度化，则压缩机滑动部中的油膜强度降低，因此会推进磨耗。因此，冷冻机油成分对于滑动部的吸附性成为重要的参数。
滑动部基本由铁系材料形成，在其表面形成了氧化铁。
本说明书中的冷冻机油向铁系材料的吸附能力实际上可认为是冷冻机油向氧化铁的吸附能力。
基于上述可虑，在本实施例中，使用平均粒径1μm的Fe3O4(四氧化三铁)的粉末(比表面积1.57m2/g)，进行冷冻机油的吸附能力的评价。
利用核磁共振分析(NMR)对在溶剂中稀释而得的冷冻机油成分的吸附前后的浓度进行定量，算出吸附于氧化铁粉的量。溶剂使用的是己烷，以达到0.3mol-ppm的方式对各冷冻机油成分进行调整。在20ml螺旋管中采取氧化铁粉3g后，投入冷冻机油成分的溶液10g，在超声波清洗器中分散30分钟，对放置48小时后的上清液进行1H-NMR分析。
在此，mol-ppm是摩尔基准的ppm(百万分之)。即，将溶液(溶剂和溶质的混合物)的摩尔数作为分母，将溶质的摩尔数作为分子，所算出的百万分率。
作为冷冻机油成分而使用的基油如下所述。在此，40℃粘度是40℃下的粘度。
(A)单酯油(辛醇与2-乙基己酸的缩合物)：40℃粘度2.8mm2/s
(B)单酯油(2-乙基己醇与2-乙基己酸的缩合物)：40℃粘度2.7mm2/s
(C)受阻型多元醇酯油(POE)(新戊二醇系的2-乙基己酸酯油)：40℃粘度7.5mm2/s
(D)受阻型多元醇酯油(POE)(新戊二醇系的3、5、5-三甲基己酸酯油)：40℃粘度13.1mm2/s
(E)受阻型多元醇酯油(POE)(季戊四醇系的3、5、5-三甲基己酸酯油)：40℃粘度44.8mm2/s
(F)受阻型多元醇酯油(POE)(二季戊四醇系的2-乙基己酸酯油)：40℃粘度150mm2/s
(G)受阻型多元醇酯油(POE)(二季戊四醇系的3、5、5-三甲基己酸酯油)：40℃粘度417mm2/s
(H)受阻型多元醇酯油(POE)(二季戊四醇系的支链混合脂肪酸酯油)：40℃粘度217mm2/s
(I)聚乙烯醚油(PVE)：40℃粘度65mm2/s
(J)聚亚烷基二醇油(PAG)(聚丙二醇二甲基醚)：40℃粘度22.36mm2/s
(K)环烷系矿物油：40℃粘度4.85mm2/s
(L)聚α-烯烃油：40℃粘度30.3mm2/s
(M)软性烷基苯油：40℃粘度4.24mm2/s
(N)石蜡系矿物油：40℃粘度：7.8mm2/s
(O)环烷系矿物油：40℃粘度145mm2/s
对化合物对氧化铁粉的吸附量进行测定的结果由表1示出。
根据各化合物不同，对氧化铁粉的吸附量(吸附能力)不同，可知具有极性的化合物更易吸附于铁系材料。
对于具有极性的化合物而言，可知：分子结构中大量存在酯基的化合物(F)、(G)和(H)的吸附量特别多。即，可知(F)、(G)和(H)对于铁系材料(氧化铁)的吸附能力比其他的冷冻机油成分(A)～(E)和(I)～(O)对于铁系材料(氧化铁)的吸附能力高1.6倍以上。
由此，可认为基油6～8(冷冻机油成分(F)、(G)和(H))在压缩机滑动部易于形成油膜。
这种考虑基于如下的理由。
酯基所含的碳与氧的双键(C＝O)的氧存在带负电的趋势。与此相对，氧化铁所含的铁易于带正电(易于成为阳离子)。因此，可认为在氧化铁的铁与双键的氧之间产生基于库伦力的引力，变得易于吸附。
根据该结果，将基油6～8(冷冻机油成分(F)、(G)和(H))用作本发明中的附加多元醇酯油。另外，将基油1～5和9～15(冷冻机油成分(A)～(E)和(I)～(O))用作本发明中的冷冻机油主剂。
(实施例1～3)
(比较例1～4)
本实施例的具体的冷藏库的例子如图1所示。
在冷藏库箱体1内有冷蔵室2和冷冻室3，两室利用隔壁隔开。用于对冷藏库内进行冷却的冷冻循环是包含压缩机4、凝缩器5、脱水器6、毛细管、蒸发器7和送风扇8的构成。
利用蒸发器7冷却了的冷气在下述流路中循环，所述流路是将所述冷气通过送风扇8被送至冷冻室3，然后，如图中的箭头所示，通过调节风门(ダンパ一)9被送至冷蔵室2，并经由调节风门9，再次利用蒸发器7进行冷却的流路。
然后，对于图1所示的冷藏库的冷冻循环进行说明。冷藏库的基本冷冻循环构成图如图2所示。
压缩机4压缩低温、低压的制冷剂气体，排放高温、高压的制冷剂气体，送至凝缩器5。送至凝缩器5的制冷剂气体将其热量释放到空气中，与此同时，形成高温、高压的制冷剂液，通过脱水器6被送至毛细管10。通过毛细管10的高温、高压的制冷剂液通过拧挤效应而成为低温、低压的湿润蒸汽，被送至蒸发器7。进入到蒸发器7中的制冷剂从周围吸收热而进行蒸发，由此所产生的冷气通过送风扇8被送至箱体内。形成了如下机构：离开蒸发器7的低温、低压的制冷剂气体被吸入到压缩机4中，重复相同的冷冻循环。
冷藏库用的制冷剂压缩机主要为往复式等容積形压缩机。
作为压缩装置，往复式制冷剂压缩机的概略结构如图3所示。
在本图中，往复式的制冷剂压缩机在密闭容器11内收纳压缩部和发动机12，在密闭容器底部(发动机12的下部)的油积存部贮留冷冻机油13。
在构成压缩部的料筒14的内径嵌合能够滑动的活塞15，该活塞15通过旋转轴的曲轴16的离心旋转，在料筒14内进行往复运动，由此形成了使制冷剂气体吸入、压缩、排放的结构，所述旋转轴是传递发动机12的旋转力的旋转轴。
经压缩的制冷剂气体通过排放口17被排放到外部冷冻循环中。在设在发动机12的下部的油积存部中贮留的冷冻机油13通过设置于曲轴16的油孔18而被供给至压缩机的各滑动部的润滑。
在实施例1～3中，使用作为一种成分组合了在由表1示出的基油1～15(冷冻机油成分(A)～(O))中向铁系材料的吸附能力高的基油6～8(冷冻机油成分(F)～(H))。
将包含上述冷冻机油的制冷剂密封在往复式压缩机中，设置在如图1所示的冷藏库中，在恒温室(40℃)中，在高压、高负荷下进行运转2160小时的长期寿命实机试验。
冷冻机油的组合如表2所示。
表2
()内：冷冻机油的混合比例(重量％)
在本表中，冷冻机油成分(A)～(O)是表1示出的成分。
即，利用了将(A)80重量％与吸附能力高的(H)20重量％混合并使40℃下的动粘度达到5.2mm2/s的实施例1、将(C)97重量％与吸附能力高的(H)3重量％混合并使40℃下的动粘度达到8.1mm2/s的实施例2、以及将(C)97重量％与吸附能力高的(F)3重量％混合并使40℃下的动粘度达到8.0mm2/s的实施例3。
作为比较例1和2，使用的是吸附能力低的化合物彼此的组合。
具体而言，利用了将(K)80重量％与吸附能力相等且动粘度高的(O)20重量％混合并使40℃下的动粘度达到8.5mm2/s的比较例1、以及将(C)80重量％与相比于实施例1～3而言吸附能力更低的(E)20重量％混合并使40℃下的动粘度达到10.2mm2/s的比较例2。
另外，对于是与实施例2相同的成分的组合且将成分2(H)的浓度设为0.5重量％的比较例3、以及将成分2(H)的浓度设为40重量％的比较例4进行试验。
在上述实施例和比较例的冷冻机油中均未配合磷系高压润滑油添加剂。
对于冷藏库的可靠性的提高，抑制压缩机的摩擦磨耗是很重要的。因此，对于冷藏库的评价，着眼于往复式压缩机的磨耗状态，对滑动部的加工铁系材料而形成的零件即连杆外球和活塞内球的磨耗量进行测定，所述滑动部的滑动面压力达到10MPa以上而置于最严酷的条件下。
另外，对于使用实施例1～3的冷冻机油的冷藏库，按照JISC9801(家庭用电冷藏库和电冰柜的特性以及试验方法)进行消耗电量测定，算出一年的消耗电量。
在此，将使用比较例2的冷冻机油的冷藏库的一年的消耗电量表示为100％。
上述试验的目标值是活塞内球面的磨耗量为10μm以下，一年的消耗电量不足100％。
实施例1～3和比较例1～4的结果由表2示出。
由表2可知，使用实施例1～3的冷冻机油的冷藏库与使用比较例1和2的冷冻机油的冷藏库的往复式压缩机相比，能够使活塞内球的磨耗量大幅地降低，得到更高的可靠性。进而，使用实施例1～3的冷冻机油的冷藏库与比较例2相比，通过使冷冻机油的动粘度降低，可减少机械损失，使一年的消耗电量变少。
对于比较例1，通过使冷冻机油的动粘度降低，发现了一年的消耗电量的减少。但是，即使将低粘度油与高粘度油混合，也是对铁系材料的吸附能力低的组合，因此无法确保润滑性，从试验开始数小时中，在滑动最厉害的连杆-活塞间发生烧熔(焼付き)，中断了试验。因此，无法完成磨耗量的测定。
对于将动粘度低的多元醇酯油与动粘度高的多元醇酯油混合而得的比较例2，配合了吸附能力低的化合物，因此压缩机的滑动部的磨耗增加，无法达到目标值的磨耗量10μm以下。
由该结果可知，在使用组合对铁系材料的吸附能力均低的低粘度油与高粘度油而得到的冷冻机油的情况下，无法兼顾冷藏库和往复式压缩机的磨耗量的抑制与効率提高。
另外，比较例3是在实施例2中确认了效果的冷冻机油的组合中将对铁系材料的吸附能力高的化合物(H)的配合量设为0.5重量％的例子。可知虽然能够降低冷藏库的一年的消耗电量，但无法抑制磨耗。可认为这是压缩机的滑动部未吸附足够量的冷冻机油的原因。
进而，对于在与此相同的冷冻机油的组合中将吸附能力高的化合物(H)配合为40重量％的冷藏库而言，能够大幅地抑制磨耗，但是无法减少一年的消耗电量。可认为这是在压缩机的滑动部吸附了足够量的冷冻机油，但是动粘度变高，压缩机的效率降低的原因。
由以上可知，为了得到大幅地抑制往复式压缩机的磨耗且一年的消耗电量少的冷藏库，优选使用的是配合了1～30重量％的对铁系材料的吸附能力高的化合物的冷冻机油。另外，更优选的是使用配合了2～25重量％的对铁系材料的吸附能力高的化合物的冷冻机油。
在对铁系材料的吸附能力高的化合物的配合量不足1重量％的情况下，无法得到压缩机滑动部的足够的耐磨耗性，若超过30重量％，则一年的消耗电量难以减少，因而无法兼顾特性。
利用本发明，在降低冷冻机油的粘度(动粘度)的同时，能够维持滑动面的油膜，抑制滑动面的磨耗。
利用本发明，能够单独利用矿物油维持滑动面的润滑性，无需使用环境泄漏时的生态毒性大且以属于巴塞尔条约的限制物质(国内法：有关特定有害废弃物等的输出输入等的限制的法律)的TCP：磷酸三甲苯酯为代表的高压润滑油添加剂，就能够提高耐磨耗性。
工业上的可利用性
本发明可适用于往复式制冷剂压缩机和冷藏库。
符号的说明
1：箱体、
2：冷蔵室、
3：冷冻室、
4：压缩机、
5：凝缩器、
6：脱水器、
7：蒸发器、
8：送风扇、
9：调节风门、
10：毛细管、
11：密闭容器、
12：发动机、
13：冷冻机油、
14：料筒、
15：活塞、
16：曲轴、
17：排放口、
18：油孔。

Claims (2)

1.一种往复式压缩机，其特征在于，是使用异丁烷作为制冷剂且密封有冷冻机油的往复式压缩机，所述冷冻机油由冷冻机油主剂和下述化学式(4)表示的附加多元醇酯油构成，所述冷冻机油主剂为下述化学式(2)表示的多元醇酯油，其中，所述附加多元醇酯油的组成相对于冷冻机油的总量为1～30重量％，
所述冷冻机油主剂在40℃下的动粘度为10mm2/s以下，所述附加多元醇酯油在40℃下的动粘度为130mm2/s以上，
所述往复式压缩机包括由铁系材料形成的滑动部，所述滑动部的接触面压力为10MPa以上，
所述附加多元醇酯油为二季戊四醇系的支链混合脂肪酸酯油，
相对于所述冷冻机油主剂，所述附加多元醇酯油对铁系材料的吸附能力高1.6倍以上，
式(2)中，R3表示碳数5～9的烷基，
式(4)中，R4表示碳数7～9的烷基，
2.一种冷藏库，其特征在于，使用了权利要求1所述的往复式压缩机。
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