CN1840979A - 加热泵式供热水机 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是确保吸收压缩二氧化碳冷冻剂的电动压缩机的冷冻机油的油返回恃性，并且把电动压缩机的泄漏电流抑制到允许值以下。吸收压缩二氧化碳冷冻剂的电动压缩机1A、1B中使用的冷冻机油是多种油进行混合的混合油，将介电常数调整至最大3.0，通过采用与二氧化碳具有较好相溶性的冷冻机油，可以确保单独使用非相溶性冷冻机油时产生问题的向压缩机的油返回量，防止压缩机滑动部的摩耗，同时把相溶性冷冻机油单独使用时产生问题的电动压缩机的泄漏电流抑制到法定的允许值以下。

Description

加热泵式供热水机
技术领域
本发明涉及加热泵式供热水机，具体地说，涉及采用了二氧化碳冷冻剂的冷冻循环的密封型电动压缩机中使用的冷冻机油的技术。
背景技术
最近，作为冷冻循环中使用的冷冻剂，从地球环境保护、难燃性、低毒性的观点考虑，作为自然冷冻剂的二氧化碳(CO2)已引起注目。作为可采用该二氧化碳冷冻剂的制品，除加热泵式供热水机以外，还可以举出电动汽车空调装置、寒冷地区用供暖设备、自动售货机等。
另外，从地球环境保护问题的观点考虑，要求更加节能及高效化，故采用以二氧化碳作冷冻剂的加热泵式供热水机。如果采用该加热泵式供热水机，与一般的家庭用供热水机主流的煤气方式相比，运行成本低到约1/5，即使与电热水器相比，效益系数(COP：Coefficient ofPerformance)可达到3.0以上的高效率。另外，作为加热泵式供热水机的冷冻剂，当采用HFC(Hydro Fluoro Carbons)时，从冷冻剂的热物性考虑，最高仅给出约60℃的热水，另外，必需有高输出功率的压缩机，当采用以二氧化碳作冷冻剂的加热泵式供热水机时，从冷冻剂的热物性考虑，也可给出约90℃的热水。
在这里，加热泵式供热水机有2种供热水方式，一种是利用深液的电力启动加热泵循环，把家庭一天使用的热水贮存在贮槽中的贮热水方式。另一种是在使用热水时启动加热泵循环，仅给出必要量热水的瞬时供热水方式。在该瞬时供热水方式中，通过加热泵循环，在实际达到可供热水前供应热水，故必需有辅助的小容积热水贮槽。一般情况下，贮热水方式是主流，但取决于热水贮槽的容量，热水的用量受到限制，故必需有大容量热水贮槽，在加热泵循环单元内不能设置热水贮槽，而必须有另外的热水贮槽单元，所以，存在设置空间大，同时重量大等问题。反之，当采用瞬间式供热水时，虽然必需有大输出功率压缩机，通过这样运行供应热水的问题，但不必担心热水供给中断，用辅助的小容量热水贮槽就可以。因此，希望一种可在加热泵循环单元内设置热水贮槽，设置空间小并且重量轻，可容易在公寓大楼等密集住宅区的狭小空间内设置。另外，与贮热水方式相比，具有工作时间可大幅减少，COP提高，更加节能等优点。
但是，在冷冻循环的压缩机中，为进行滑动部的润滑、密封、冷却等，一般把压缩机的冷冻机油封入冷冻剂中后使用。然而，采用二氧化碳冷冻剂的冷冻循环中，压缩机的压缩条件，因在高温(120～130℃)、高压(约15MPa)下，故采用的冷冻机油的使用条件也变得严格。因此，从确保压缩机的可靠性方面考虑，要求冷冻机油的性状适应于润滑性、更加节能、高效率。另外，因电动压缩机的绝缘材料采用酯类绝缘膜(主要是耐热PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯)，故在体系内当大量水分存在时，由于生成碳酸氢离子与质子，与原来的HFC冷冻剂氛围气相比，劣化显著，因此，吸水性低的冷冻机油是优选的。
以二氧化碳作冷冻剂的加热泵式供热水机中采用的冷冻机油，如专利文献1中记载的那样，由于与冷冻剂的相溶性及热化学稳定性优良，故以两末端烷基化的聚亚烷基二醇油为主。然而，聚亚烷基二醇油，作为电绝缘油的体积电阻率大大低于标准值(1013Ω·cm)，另外，介电常数ε非常高(ε＝约5.0)，故在电动压缩机工作时泄漏电流增大，存在难以满足由电气用品安全法规定的泄漏电流(漏电)允许值(1.0mA以下)的问题。还有，电气用品安全法是在规定电气用品的制造、输入、销售等的同时，确保电气用品的安全性，促进民间个体业者自主的活动，防止电气用品引起的危险及障碍的发生为目的的法律。因此，在电动压缩机工作时泄漏的电流，已知与电动机的转数相关而增大，与瞬间式加热泵供热水机同样，当一启动大容量电动压缩机使高速旋转时，泄漏的电流变得非常大。另外，因聚亚烷基二醇油具有高的吸水性，故必需有用于水分管理的设备及时间。另外，由于聚亚烷基二醇油对水解稳定，故油中水分有利于电动压缩机内酯类绝缘膜的水解，使绝缘特性下降。
另一方面，在专利文献2中，作为与聚亚烷基二醇油以外的与二氧化碳具有相溶性的冷冻机油，记载有多元醇酯油。然而，多元醇酯油与二氧化碳冷冻剂的相溶性过高，在压缩机内的溶解粘度大幅下降，封入的油粘度也变得非常高，压缩部的密封性下降，压缩效率的提高受到限制。特别是，采用二氧化碳的加热泵循环，由于在超临界状态下运行，当相溶性过高时，从压缩机内流出后进行冷冻循环的循环油增多，有压力损失及热交换效率大幅降低的危险。
与此相对，在专利文献3、4中提出了采用介电常数等电气特性优良、吸水性低、并且与二氧化碳非相溶性的烃油的方案。然而，烃油由于润滑性差，对以二氧化碳作冷冻剂的严格滑动条件不适用。另外，作为烃油的聚α-烯烃油，粘度指数高，低温流动性优良，但从返回至压缩机的量方面考虑是不太理想的。另外，烷基苯油由于粘度指数小，在冷冻循环的低温部粘度增大而滞留，是不理想的。
[专利文献1]特开平10-46169号公报
[专利文献2]特开2000-104084号公报
[专利文献3]特开2001-294886号公报
[专利文献4]特开2000-110725号公报
发明内容
基本上以二氧化碳作冷冻剂的加热泵式供热水机的电动压缩机中使用的冷冻机油，当采用如专利文献3、4中记载的具有不溶于二氧化碳或难溶于二氧化碳的性质(非相溶性)的例如聚α-烯烃油或矿物油等烃油时，压缩机的滑动部的密封性良好，压缩效率高，是优选的。另外，这些烃油，因介电常数小、且吸水性低，故不存在泄漏电流增大、绝缘性恶化的问题。
然而，烃油即使与二氧化碳不相溶，或相溶性小，在超临界状态下运行的压缩机，因高温而流动性加大，冷冻机油与冷冻剂一起从压缩机流出，使在冷冻循环中循环。该被循环的冷冻机油，当到达冷冻循环的低温部时，流动性下降而产生滞留。因此，返回至压缩机的油量减少，从而压缩机内的油量减少，引起滑动部的油量缺乏，产生磨损或烧毁等不理想的问题。还有，聚α-烯烃油，由于粘度指数高，低温流动性优良，但从返回至压缩机的油量方面考虑未必是十分理想的。
在这里，为了确保返回至压缩机内的油量，与二氧化碳具有相溶性的冷冻机油是优选的。然而，与二氧化碳具有相溶性的聚亚烷基二醇油，由于电学特性，特别是介电常数非常高，在电动压缩机工作时泄漏电流加大，存在难以满足法定的泄漏电流允许值的问题。另外，聚亚烷基二醇油因具有高吸水性，存在使电动压缩机的绝缘特性降低的问题。即，当在冷冻循环内存在水分时，二氧化碳冷冻剂变成碳酸，产生酯类绝缘膜的机械强度大幅下降、伸长性降低等问题。
另外，与二氧化碳具有相溶性的多元醇酯油，由于与二氧化碳冷冻剂的相溶性过高，当在超临界状态下运行，采用二氧化碳的加热泵循环时，从压缩机流出后，参与冷冻循环的油增多，有压力损失及热交换效率大幅降低的危险。
在这里，本发明的课题是确保吸收压缩二氧化碳冷冻剂的电动压缩机的冷冻机油的油返回恃性，并且把电动压缩机的泄漏电流抑制到允许值以下。
本发明的特征在于，为了解决上述课题，作为密闭型电动压缩机中使用的冷冻机油，采用的是把多种油进行混合，调整介电常数达到最大3.0的冷冻机油。
基本上是，在压缩二氧化碳冷冻剂的电动压缩机中使用的冷冻机油，当考虑油的返回特性时，与二氧化碳具有良好相溶性的冷冻机油是优选的。本发明注意到，与油的返回特性优异的二氧化碳具有良好相溶性的冷冻机油，介电常数高、泄漏电流增大，而与二氧化碳不具有相溶性(或相溶性小)的冷冻机油，虽然油的返回特性差，但具有介电常数低，泄漏电流小的相反特性。
即，采用把多种油进行混合，调整介电常数至最大3.0，可以得到具有与二氧化碳相溶性良好的冷冻机油。由此，可以确保在单独使用非相溶性的冷冻机油时发生问题的返回压缩机的油返回特性，可以防止压缩机滑动部的磨损，同时，单独使用相溶性冷冻机油时的问题，即电动压缩机泄漏电流可以抑制到法定允许值以下。在这里，所谓与二氧化碳具有良好的相溶性的冷冻机油，意指可以确保返回至压缩机的油量的粘度指数与低温流动性优良的冷冻机油。另外，介电常数按照JIS C 2101规定的测定方法进行测定。
在这里，混合的多种油，至少优选是与二氧化碳的相溶性高的油以及与二氧化碳的相溶性低的油的混合油。例如，与二氧化碳的相溶性高的油是多元醇酯油，而与二氧化碳的相溶性低的油是从聚α-烯烃油与矿物油中至少选择1种是优选的。作为矿物油，可以采用萘类矿物油或石蜡类矿物油的任一种。
此时，多元醇酯油的混合比例为5～70重量％的范围，除润滑性提高剂及抗氧化剂等一般的添加剂以外，其余的是聚α-烯烃油与矿物油的至少1种。更优选的是，多元醇酯油的混合比例为5重量％～30重量％的范围。当多元醇酯油的混合比例低于5重量％时，得不到向压缩机的充分返油量，由于混合油的润滑性变差，使滑动部的摩耗增加。另外，当多元醇酯油的混合比例大于70重量％时，油流出冷冻循环的量增多，压力损失及热交换效率有大幅下降的危险。然而，多元醇酯油由于具有吸水性，水分管理不容易，会发生起因于水解的油劣化，是不理想的。
另外，在多元醇酯油中混入聚α-烯烃油与矿物油至少1种所得到的冷冻机油，动态粘度在100℃处于5～15mm2/s的范围，并且粘度指数为100以上是优选的。即，由于二氧化碳的透过性大，故本发明的冷冻机油的粘度，与氟隆类冷冻剂的冷冻机油相比，粘度虽然设定高出若干度，但从密封性考虑是优选的。具体的是，在采用旋转式冷冻剂压缩机时，100℃的粘度为2～8mm2/s，而采用涡轮式压缩机时，100℃的粘度为7～15mm2/s的范围是优选的。即，当100℃的动态粘度低于该值时，压缩机得不到充分的耐摩耗性，另外，也不能充分保持密封性，压缩效率下降。另外，当100℃的动态粘度高于该值时，由于粘性阻力、机械损失加大，使压缩效率降低，另外，存在粘度加大，向压缩机的返回流量减少的问题。还有，冷冻机油的粘度按照JIS K2283规定的测定方法进行测定。
另外，本发明的冷冻机油的粘度指数，考虑到在冷冻循环的低温部的冷冻机油的滞留，容易确保向压缩机的返回流量的粘度指数达到100以上是优选的。还有，在本发明的冷冻机油中即使添加润滑性提高剂、抗氧化剂、酸捕捉剂、消泡剂、金属钝化剂等也完全无问题。
另外，聚α-烯烃油具有分子量分布，碳数20～50范围的构成成分为全体的50重量％以上是优选的。当碳数20以下的成分含量多时，在压缩机内处于高压临界状态下的二氧化碳冷冻剂，使油从压缩机流出变得容易，当碳数50以上的成分含量多时，低温的流动性显著降低，是不优选的。
另外，作为多元醇酯油，由多元醇与1元脂肪酸合成的热稳定性优良的位阻型是优选的。例如，作为多元醇，可以举出季戊四醇、二季戊四醇。作为1元脂肪酸，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，这些既可单独使用，也可使用2种以上的混合脂肪酸。特别是，作为冷冻机油的基油，分子中至少有4个酯键的以下列通式(化1)～(化2)表示的脂肪酸的酯油中选择至少1种是优选的。但式中的R表示碳数4～11的烷基。
[化1]
Figure A20061005142500081
[化2]
(R-COO-CH2-)3-C-CH2-O-CH2-C-(-CH2-OCO-R)3
另外，作为矿物油，可以采用萘类矿物油或石蜡类矿物油。例如，石蜡基类原油、中间基类原油或萘基类原油，通过常压蒸馏，或把常压蒸馏的残渣油进行减压蒸馏，把得到的馏出油用常用方法进行精制而得到的精制油，或精制后再通过深度脱蜡处理而得到的深度脱蜡油，再通过氢化处理而得到的氢化处理油等。对此时的精制法未作特别限定，可以采用各种方法。
发明效果
按照本发明，可以确保吸收压缩二氧化碳冷冻剂的电动压缩机的冷冻机油的油返回特性，并且把电动压缩机的泄漏电流抑制到允许值以下。
附图说明
图1是本发明一实施方案的加热泵式供热水机的基本的系统构成图。
图2是图1实施方案的主要机器配置图。
图3是本发明适用的密闭型电动压缩机的一实施方案的卧式涡轮式压缩机的纵剖面图。
图4是表示本发明实施例的冷冻机油中使用的化合物A(PAO)与化合物B(POE)的性质与特性不同的化合物。
图5是表示采用本发明实施例1中冷冻机油，实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目，与采用比较例1～3的冷冻机油实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目的对比图。
图6表示是采用本发明实施例2～6中冷冻机油，实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目，与采用比较例4～6的冷冻机油实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目的对比图。
图7表示是采用本发明实施例7～9中冷冻机油，实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目，与采用比较例7～9的冷冻机油实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目的对比图。
图8表示是采用本发明实施例10中冷冻机油，实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目，与采用比较例10的冷冻机油实施的加热泵式供热水机的试验结果的评价项目的对比图。
符号说明
1A、1B  压缩机
2  水冷却剂热交换器
3A、3B  电动膨胀阀
4A、4B  空气侧热交换器
5A、5B  送风扇
6  给水口
7  热水贮槽
8  热水出口
9  固定涡轮构件
10、12  端板
11  涡卷状盖板
13  盖板
14  旋转涡轮构件
15  曲柄轴
16  排出口
18  压力容器
19  电动马达
20  冷冻机油
22  滑动轴承
具体实施方式
下面通过实施方案说明本发明。在这里，对本发明采用二氧化碳的加热泵式供热水机(下面简称供热水机)的实施方案进行说明，但本发明又不限于这些，还可以用于以二氧化碳作冷冻剂的电动汽车空调装置、寒冷地区用供暖设备、自动售货机等。
图1示出一实施方案供热水机的基本系统构成图，图2示出本实施方案的主要机器配置图。如图1所示，本实施方案的供热水机，可以分成使二氧化碳冷冻剂循环的冷冻剂循环以及加热供给水的循环。图中的实线为冷冻剂循环，虚线为水循环。另外，本实施方案的供热水机，在使用热水时，启动加热泵循环，必要量的热水供给方式为瞬间式，但又不限于这些。但是，瞬间式供热水机，由于采用高输出功率压缩机，特别是泄漏电流及压缩机摩耗成为问题。另外，由于瞬间式供热水机要求高输出功率，故在本实施方案中冷冻制循环具有2个系统，但又不限于这些。
首先，对二氧化碳冷冻剂循环加以说明。压缩机1A、1B，压缩低温、低压的冷冻剂气体，排出高温及高压的冷冻剂气体，送至水冷冻剂热交换器2。送至水冷冻剂热交换器2的冷冻剂气体，其中热量被交换至低温的水。然后，通过电动膨胀阀3A、3B，把变成低温及低压的冷冻剂送至空气侧热交换器4A、4B。进入空气侧热交换器4A、4B的冷冻剂从周围吸热而蒸发，通过送风扇5A、5B放出冷气。从空气侧热交换器4A、4B出来的低温及低压的冷冻剂气体，再次被吸入压缩机1A、1B，成为重复以下同样循环的构成。二氧化碳冷冻剂由于达到超临界循环，故在高压侧超过临界点，可任意设定压力，容易得到接近100℃的高温水。
其次，对水进行加热的循环进行说明。从给水口供结的低温水，被送至水冷冻剂热交换器2，从冷冻剂得到热而变成热水，一旦送至热水贮槽7后，从热水出口8给出热水。此时，供给的水，与从水冷冻剂热交换器2直接送出的热水混合，也可用于调节供供热水出口8的热水温度。另外，水冷冻剂热交换器2除给水以外，还把用于保温的热水贮槽7的热水进行再加热，或者，在图中未示出，可以用作浴池、浴槽追加热等、还有地板加热或浴室加热用的总能源系统的热源。
采用一般的加热泵式供热水机的热水贮藏方式，由于必需有大容量热水贮槽，热源单元与热水贮槽单元应分别安放在室内，但本实施方案的采用瞬间式供热水方式时，热水贮槽7可用容量小的辅助槽即可，因此，如图2所示，热源单元与热水贮槽单元可制成一体型，设备实现紧凑化。
作为压缩机1A、1B，采用涡轮式或旋转式等的容积形压缩机为主，作为一例，采用卧式涡轮式压缩机的密闭型电动压缩机的纵剖图示于图3。如图所示，压缩机1A、1B是将在固定涡轮构件9的端板10上直立的螺旋状盖板11；和，
与该固定涡轮构件9实质上相同形状的端板12和由盖板13构成的旋转涡轮构件14；
与盖板11及盖板13互相相对咬合，形成压缩机构部。然而，当旋转涡轮构件14通过曲柄轴15作旋转运动时，在固定涡轮构件9及旋转涡轮构件14形成的压缩室15a、15b、……中，处于最外侧的压缩室，随着作旋转运动，容积逐渐缩小，面向两固定涡轮构件9、14的中心移动。当压缩室15a、15b、……到达两固定涡轮构件9、14的中心近傍时，压缩室15a、15b、……与排出口16连通，两压缩室内的压缩气体从排出管17排至压缩机外。
在图3的压缩机中，在压力容器18内安装有电动马达19，压缩机以一定速度，或通过未图示的反相器控制电压以对应的旋转速度，使曲柄轴15旋转，进行压缩动作。另外，在排出管17的下部设置贮油部，该冷冻机油20通过压力差，通过设置在曲柄轴15上的油孔21，供给旋转涡轮构件14与曲柄轴15的滑动部、滑动轴承22等。
下面，对本实施方案的以二氧化碳作冷冻剂的供热水机的压缩机1A、1B中使用的冷冻机油的实施例说明如下。
实施例1
在实施例1中，采用图1的实施方案的供热水机，运行2160小时，进行实机试验。该实机试验在作为夏天条件20℃的恒温室内使供热水机运行，把所供热水温度设定在高温贮热水条件的60℃。另外，图4示出本发明实施例及比较例中使用的化合物(冷冻机油)A～K的性质及特性。在该图中，化合物的种类PAO为聚α-烯烃油、POE为受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇类的支链混合脂肪酸酯)、PAG为聚亚烷基二醇油(聚丙烯的两末端二甲醚)。
实施例1的冷冻机油，如图5所示，图4的化合物A(PAO)与化合物B(POE)以80/20重量％进行混合，封入压缩机。在图5的比较例1～3中，构成实施例1的混合油成分的化合物A(PAO)单独；和，化合物B(POE)单独；和，作为二氧化碳用冷冻机油主流的化合物C(PAG)封入压缩机，与实施例1同样进行实机试验。
在这里，对实机试验中的冷冻机油的评价项目进行说明。从确保供热水机的可靠性方面考虑，抑制压缩机的摩耗是重要的。因此，在供热水机的评价中着眼于压缩机的摩耗状态，测定试验前后因滑动轴承与轴间摩耗而引起的间隙增加量。当滑动轴承与轴间的间隙增加量越增加，表示摩耗量越大，一般伴随着间隙增加量增加，振动及噪声加大。另外，调查运行后压缩机的冷冻机油残留量，测定试验中使用的冷冻机油的总酸值。一般来说，当与冷冻机的相溶性变差，向压缩机的返回油量变少，引起滑动部的润滑不良。另外，为了测定泄漏电流，将一个过滤器电路与交流电源进行接地连接，测定另一端子间的交流电压，把该电压用1kΩ除的值作为泄漏电流测出。在启动供热水机时，泄漏电流加大，运行开始1分钟内的最高电流值示于图5。另外，测定COP(Coefficient of Performance)，以比较例3的COP作为100％(基准)加以记载。
本试验的目标值，因滑动轴承与轴间的摩耗，间隙增加量达到15μm以下，泄漏电流值为1.0mA以下，试验后压缩机内残留油量未减少，COP以比较例3作为100％时达到100％以上，总酸值达到0.1mgKOH/g以下，以满足上述所有项目作为目标。
实施例1及比较例1～3的评价结果示于图5。图中的( )内表示混合油的重量混合比。图5中一并示出实施例及比较例的冷冻机油的介电常数、粘度指数。从图5可知，本发明的实施例1的冷冻机油与比较例1、2的冷冻机油相比，可以抑制摩耗，因此，可以得到供热水机的高可靠性。另外，采用实施例1的冷冻机油的供热水机的泄漏电流无问题，而采用比较例3的冷冻机油的供热水机的泄漏电流非常大，有触电的问题。另外，如图5所示，介电常数因使用的冷冻机油而异，特别是比较例3的聚亚烷基二醇油的电特性差。采用实施例1的冷冻机油的供热水机的残油量，与显示二氧化碳相溶性的比较例2、3无大的差异，可以确保向压缩机的充分的返油量。另一方面，比较例1由于是显示与冷冻剂不相溶性的冷冻机油，从冷冻剂循环的低温部的电动膨胀阀3至空气侧热交换器4出现大量滞留，压缩机内的残油量大幅降低，摩耗增加。
另外，采用实施例1的冷冻机油的供热水机，因二氧化碳冷冻剂不溶于构成混合油的化合物A，故可充分确保压缩部的密封性，与比较例3相比，COP上升。反之，比较例2由于冷冻剂对冷冻机油的溶解性非常大，从压缩机向冷冻剂循环的返回油量增大，热交换效率降低。另外，因冷冻剂易溶，溶解粘度下降，压缩机压缩部不能充分保持密封性，COP下降。另外，实施例1的冷冻机油的总酸值也达到无问题的程度，但比较例2的多元醇酯油因水解而劣化，总酸值变高。
如图5的比较例1～3所示，单独使用1种冷冻机油的供热水机，得不到全部满足评价项目的供热水机。还有，图5中未示出，但即使用矿物油代替聚α-烯烃油，也可得到与实施例1同样的结果。
实施例2～实施例6
下面把供热水机的设置温度设定在比实施例1低的中间条件的7℃，其他条件与实施例1同样进行试验，得到图6所示的评价结果。还有，测定的评价项目也与图5相同。
实施例2～6，采用实施例1中可以确保性能提高的化合物A与化合物B的混合油，改变混合油的浓度。另外，比较例4、5中，化合物A与化合物B中的化合物B的混合浓度采用低于5重量％，和采用大于70重量％。比较例6，采用主流化合物C作为二氧化碳用冷冻机油，进行同样的试验。
实施例2～6及比较例4～6的评价结果如图6所示。图中的( )内表示混合油的重量混合比。图6中一并示出实施例及比较例的冷冻机油的介电常数、粘度指数。从图6可知，采用本发明的实施例2～6的冷冻机油的供热水机，化合物B(POE)的混合比例达到5重量％～70重量％，可以降低滑动轴承与轴之间的间隙增加量，并且与比较例6相比，可以大幅抑制泄漏电流。另外，残留油量也充分，以比较例6为基准的COP也上升或保持。经确认，试验中使用的实施例2～6的冷冻机油的总酸值也增加。
反之，采用比较例4的化合物B(POE)的混合浓度为3重量％的混合油的供热水机，由于与二氧化碳的相溶性不充分，残留油量少，滑动轴承与轴之间的间隙增加量加大。另外，如比较例5所示，化合物B(POE)的混合浓度大于70重量％的混合油的供热水机，由于冷冻剂对冷冻机油的溶解性非常大，从压缩机向冷冻剂循环的油量增大，热交换效率下降。另外，由于冷冻剂容易溶解，溶解粘度下降，不能确保压缩机压缩部的充分密封性，故COP降低，试验油的总酸值变高。
因此，用化合物B(多元醇酯油)对化合物A(聚α-烯烃油)的混合比例为5重量～70重量％范围内的混合油作为冷冻机油的供热水机，可以得到满足全部评价项目的供热水机。还有，化合物B(多元醇酯油)对化合物A(聚α-烯烃油)的混合比例，考虑混合油的相溶性及耐水解性，以10重量％～30重量％的比例配合是更优选的。
实施例7～实施例9
下面把供热水机的设置温度设定在比实施例2～6低的冬季条件-5℃，其他条件与实施例1同样进行试验，得到图7所示的评价结果。还有，测定的评价项目与图5相同。
实施例7～9，采用实施例2～6中可以确保性能提高的化合物A(聚α-烯烃油)与化合物B(多元醇酯油)的混合油，混合油浓度固定在80/20重量％，改变混合油的粘度进行实机试验。在实施例7中，采用图4所示的化合物D(PAO)与化合物E(POE)的混合油作为冷冻机油。实施例8采用与实施例1同样的混合油，在实施例9中采用化合物F(PAO)与化合物G(POE)的混合油，其粘度为5～15mm2/s的范围。
另一方面，在比较例7中，采用化合物H(PAO)与化合物I(POE)的混合油，在比较例8中采用化合物J(PAO)与化合物K(POE)的混合油，其粘度为低于5mm2/s，或大于15mm2/s。在比较例9中，采用化合物C(PAG)，与实施例7同样进行实机试验。
实施例7～9及比较例7～9的试验结果示于图7。图7的括号()之内表示混合油的重量比例。另外，图7上还一并示出实施例及比较例的的冷冻机油介电常数、粘度指数。从图7可知，采用本发明的实施例2～6的冷冻机油的供热水机，封入压缩机的PAO(聚α-烯烃油)与POE(多元醇酯油)的混合油粘度为5～15mm2/s的范围，可以降低滑动轴承与轴之间的间隙增加量，并且与比较例9相比，可大幅抑制泄漏电流。另外，残留油也充分，以比较例9作基准的COP也上升或保持。试验中使用的冷冻机油的总酸值也不增加。
反之，比较例7采用粘度低于5mm2/s的混合油的供热水机，粘度过低，不能形成充分的油膜，滑动轴承与轴之间的间隙增加量加大，另外，压缩部也不能保持充分的密封性，COP下降。反之，如比较例8所示，当混合油的粘度过高时，由于压缩机的粘度阻力、机械损失增大，COP下降。
从这些分析可知，按照本发明的实施例7～9，PAO(聚α-烯烃油)与POE(多元醇酯油)的混合油的粘度为5～15mm2/s的范围，可以得到满足全部评价项目的供热水机。
实施例10
下面把供热水机的设置温度设定在比实施例7～9更低的严冬条件-15℃，其他条件与实施例1同样进行试验，得到图8所示的评价结果。还有，测定的评价项目与图5相同。
实施例10，与实施例8同样，采用化合物A(PAO)与化合物B(POE)的混合油，浓度为80/20重量％，进行实机试验。比较例10，与比较例9相同，用主流化合物C(PAG)作为二氧化碳用冷冻机油。
从图8可知，按照实施例10进行试验，与实施例8相比，滑动轴承间隙增加量、泄漏电流及总酸值有若干恶化，但残留油量无问题，关于COP，可以得到优于比较例10的结果。因此可知，本发明的实施例10的冷冻机油，即使在-15℃的环境中使用也可以。
以上，从采用实施例1～10的冷冻机油的供热水机的试验结果可知，采用本发明的冷冻机油的供热水机，可以充分确保返回至压缩机的油量，抑制压缩机的摩耗，并且，可把冷冻机油的介电常数抑制到3.0以下，故泄漏电流可抑制到允许值以下。另外，因可确保返回至压缩机的油量，故COP可以提高。
还有，在本实施方案的供热水机中，用高压容器方式的涡轮式压缩机作为密闭型电动压缩机，但本发明并不限于此，采用2段压缩式压缩机，或辊与叶片一体化的振动式压缩机，也可以得到同样的效果。

Claims (6)

1.加热泵式供热水机，该加热泵式供热水机具有冷冻循环，该循环是通过：采用吸入压缩二氧化碳冷冻剂的密闭型电动压缩机；把上述压缩机排出的冷冻剂进行放热的第1热交换器；把从该第1热交换器流出的冷冻剂进行减压的减压器；和，对上述减压器减压的冷冻剂的热进行吸热的第2热交换器进行循环；并通过上述第1热交换器加热供给水，生成热水，其特征在于，上述密闭型电动压缩机的冷冻机油是多种油混合，将介电常数调整至最大3.0的冷冻机油。
2.按照权利要求1中记载的加热泵式供热水机，其特征在于，上述冷冻机油是由与二氧化碳相溶性高的油和与二氧化碳相溶性低的油的至少2种油混合构成的。
3.按照权利要求2中记载的加热泵式供热水机，其特征在于，上述与二氧化碳相溶性高的油是多元醇酯油，与二氧化碳相溶性低的油是聚α-烯烃油和矿物油的至少1种。
4.按照权利要求3中记载的加热泵式供热水机，其特征在于，上述冷冻机油中上述多元醇酯油的混合比例为5～70重量％的范围。
5.按照权利要求3中记载的加热泵式供热水机，其特征在于，上述冷冻机油的动粘度在100℃时为5～15mm2/s的范围，且粘度指数为100以上。
6.按照权利要求3中记载的加热泵式供热水机，其特征在于，上述多元醇酯油可用下式1或2表示(式中，R表示碳数4～11的烷基)；
[化1]
Figure A2006100514250002C1
[化2]
(R-COO-CH2-)3-C-CH2-O-CH2-C-(-CH2-OCO-R)3。
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