DE69217962T2

DE69217962T2 - Fluor-Kohlenwasserstoff-Kältemittel verwendende Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE69217962T2
Application number: DE69217962T
Authority: DE
Inventors: Susumu Kawaguchi; Hiroshige Konishi; Hitoshi Maruyama; Noboru Masuda; Shinobu Ogasawara; Tatsuaki Shimizu; Yoshihiro Sumida; Satoru Toyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: DE69231130D1; ES2101050T3; EP0743496A2; EP0600131B1; EP0738858B1; EP0738858A2; DE69231131D1; ES2148635T3; US5355695A; DE69217962D1; EP0738859A3; ES2148636T3; EP0743496B1; EP0743496A3; EP0738858A3; EP0738859A2; EP0738859B1; DE69231131T2; DE69231130T2; ES2148634T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kälteeinrichtungen, wie etwa einen Kältemittelverdichter, einen Kühlapparat und eine Klimaanlage zum Kühlen, wobei ein Kältemittel verwendet wird, das als Hauptbestandteil Fluorkohlenwasserstoff hat.

2. Beschreibung des Stands der Technik

In einer herkömmlichen Kälteeinheit wird als Kältemittel ein ein Chlorelement enthaltender Fluorkohlenstoff (z. B. Chlordifluorkohlenstoff CFC12) verwendet, und als Schmieröl werden Mineralöle oder Syntheseöle, wie etwa Alkylbenzolöl, die mit dem Kältemittel löslich sind, verwendet. Seit einiger Zeit weiß man jedoch, daß Fluorkohlenstoff-Kältemittel, die ein Chlorelement enthalten, die Ozonschicht der Atmosphäre zerstören. Es wird daher gefordert, daß der ein Chlorelement enthaltende Fluorkohlenstoff durch einen Fluorkohlenstoff ersetzt wird, der Wasserstoff enthält, beispielsweise durch Fluorkohlenwasserstoff HFC134a, der die Umgebung nicht schädigt.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Kälteeinheit, bei der der Fluorkohlenwasserstoff HFC134a als Kältemittel verwendet wird, ist in Fig. 8 gezeigt.
In dem Dokument "Tribologist", Bd. 35, Nr. 9 (1990), S. 621-626, ist angegeben, daß in dem Fall, in dem eine Kälteeinheit durch Verwendung des Fluorkohlenwasserstoff-Kälte mittels, und zwar des HFC134a-Kältemittels, gebildet ist, die gegenseitige Löslichkeit des Kältemittels und eines Kältemaschinenöls einer der wichtigen Faktoren ist. Da also Mineralöle oder Syntheseöle, die bei der herkömmlichen Kältevorrichtung unter Verwendung des Kältemittels CFC12 als Schmieröl eingesetzt werden, mit dem Kältemittel HFC134a unlöslich sind, können diese Mineralöle und Syntheseöle in der Kälteeinheit, die das Kältemittel HFC134a verwendet, nicht eingesetzt werden. Daher wird als Kältemaschinenöl PAG (Polyoxyalkylenglykol) oder ein Estergruppenöl verwendet, die mit dem Kältemittel HFC134a löslich sind. Fig. 8 zeigt eine Kälteeinheit, die ein Kältemittel HFC134a verwendet. In Fig. 8 bezeichnet 1 einen Verdichter zum Verdichten eines Kältemittelgases; 2 ist ein Kondensator, um ein Hochdruck- Kältemittelgas zu verflüssigen, das aus dem Verdichter 1 abgegeben wird; 3 ist ein Kapillarrohr; 4 ist ein Verdampfer; ist ein Speicher, der die Funktion hat, die Kältemittelmenge einzustellen; und 6 ist ein Kältemaschinenöl, das in dem Verdichter 1 gesammelt wird, um die gleitenden Teile des Verdichters 1 zu schmieren und die Verdichterkammer abzudichten. Das Kältemaschinenöl 6 ist PAG 6a oder Estergruppen-Kältemaschinenöl 6b.
Das Verhalten des öls in der Kälteeinheit wird nachstehend beschrieben. Das von dem Verdichter 1 verdichtete Kältemittel wird dem Kondensator 2 zugeführt. Im Fall eines Verdichters mit einem Hochdruckbehälter wird zwar ein größerer Teil des Schmieröls 6, das beispielsweise zum Abdichten der Verdichtungskammer genutzt wird, von dem Kältemittel getrennt, aber das Schmieröl 6, das in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0 Gew.-% des Kältemittels ist, wird aus dem Verdichter 1 gemeinsam mit dem Kältemittel abgegeben. Das so abgegebene Schmieröl 6 hat, da es mit dem Kältemittel löslich ist, ein hohes Fließvermögen und wird daher durch den Kondensator 2, das Kapillarrohr 3, den Verdampfer 4 und den Speicher 5 zum Verdichter 1 rückgeführt. Somit ist in dem Verdichter 1 jederzeit Schmieröl 6 anwesend; d. h. der Schmiervorgang wird jederzeit richtig durchgeführt. Auch wenn ferner der Verdichter 1 über einen langen Zeitraum nicht in Betrieb ist, selbst dann also, wenn das Kältemittel in Ruhe gehalten wird, kann eine Schaumbildung nicht verhindert werden.
Die herkömmliche Kälteeinheit, die HFC134a-Kältemittel ver wendet, ist wie oben beschrieben aufgebaut. Das PAG 6a hat einen spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup7; bis 1010 Ohm cm und ca. 25.000 ppm an Sättigungswassergehalt; und das Estergruppe-Kältemaschinenöl hat 10¹² bis 10¹&sup4; Ohm cm und ca. 1500 ppm. Sie haben jedoch viel niedrigere elektrische Isolation und Hygroskopizität als ein Kältemaschinenöl, das mit einem CFC12-Kältemittel verwendet wird, das einen Volumenwiderstand von ca. 10¹&sup5; Ohm cm und ca. 500 ppm an Sättigungswassergehalt hat. Die elektrische Isolation wirkt sich stark auf die Langzeit-Zuverlässigkeit des Verdichters aus. Andererseits ist es recht schwierig, eine geeignete Maßnahme hinsichtlich der Hygroskopizität zu ergreifen, weil der Sättigungswassergehalt möglichst gering sein sollte, um die Komponenten des Verdichters oder den Verdichter selbst geeignet zu betreiben.
Bei der Montage eines Kühlgeräts stellen sich bei der Herstellung eine Reihe von Problemen hinsichtlich der Handhabung des Maschinenöls ein; beispielsweise muß der Zeitraum verkürzt werden, in dem das Kältemittelumwälzsystem offen ist. Wenn andererseits eine große Wassermenge in das Kältemittelumwälzsystem gelangt, besteht die Tendenz zur Schlammbildung oder zum Gefrieren von Wasser in dem Umwälzsystem, so daß sich das Kapillarrohr zusetzt, so daß die Kühlwirksamkeit beeinträchtigt wird.
Wenn ferner bei der herkömmlichen Kälteeinheit, die das Kältemittel HFC134a verwendet, das Öl hohe Hygroskopizität hat, stellen sich die folgenden Schwierigkeiten ein: Es ist ziemlich schwierig, ein Rosten der Komponenten des Verdichters zu verhindern. Eis kann sich in dem Kapillarrohr und dem Expansionsventil der Kälteeinheit bilden, so daß sie sich zusetzen. Die Hydrolyse des Esteröls wird durch den Wassergehalt beschleunigt, was zu der Bildung von Schlamm führt. Außerdem wird die Hydrolyse eines als Isolationsmaterial für den Motor verwendeten Polyethylenterephthalat-Materials beschleunigt, was zur Schlammbildung führt. Um die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bei der Herstellung der Kälteeinheit unter Verwendung von HFC134a zu beseitigen, muß Wasser aus dem Maschinenöl und dem Kältemittelkreislauf sorgfältiger entfernt werden als bei der Kälteeinheit, die CFC12-Kältemittel verwendet. Das bedeutet, daß es notwendig ist, die Fähigkeit eines Trockners zum Entfernen von Wasser in der Kälteeinheit zu steigern. Dazu ist es notwendig, einen Trockner zu verwenden, der eine größere Wassereinfangkapazität hat.
Andererseits ist eine herkömmliche Kälteeinheit, die HFC134a-Kältemittel verwendet, in folgender Hinsicht nachteilig: Wenn der Verdichter angehalten wird, wird das Flüssigphase-Kältemittel in den Behälter des Verdichters durch dessen Saugeinlaß rückgeleitet. Wenn er wieder angefahren wird, wird das Schmieröl im Verdichter gemeinsam mit dem Flüssigphase-Kältemittel in das Kältemittelumwälzsystem geleitet. Da das Kältemittel HFC134a mit dem Schmieröl schlecht löslich ist, ist es schwierig für das so geleitete Schmieröl, in den Verdichter zurückzugelangen, bis seine Durchflußrate einen bestimmten Wert erreicht. Das bedeutet, daß dem Verdichter nicht ausreichend Schmieröl zugeführt wird, so daß eine Betriebsstörung auftreten kann.
Die EP-A-0 498 317 zeigt eine Kältevorrichtung, bei der das Kältemittel und eine Lösung aus Schmieröl und einem Hilfsmittel (Butan, Propan oder Pentan) voneinander auf der Hochdruckseite des Kältekreislaufs getrennt werden, indem zugelassen wird, daß die leichtere Lösung auf dem schwereren Kältemittel in einem Sammelbehälter zwischen dem Kondensator und der Expansionseinrichtung schwimmt. Die Lösung wird aus dem Sammelbehälter einem Ölabscheider zugeführt, das Öl wird zum Verdichter rückgeführt, und das gasförmige Hilfsmittel wird zum Sammelbehälter rückgeführt, wobei alle diese Vorgänge außerhalb des Kältekreislaufs stattfinden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kältevorrichtung bereitzustellen, die zufriedenstellend betrieben wird, wobei das Öl dem für den Verdichter vorgesehenen Elektromotor zugeführt wird, das Öl die Sinterkomponenten tränkt und das zur Montage des Verdichters verwendete Öl verbesserte Hygroskopizität und hohe elektrische Isolierfähigkeit hat; wobei eine Kältevorrichtung angegeben wird, bei der für das Öl im Verdampfer und im Speicher Niedertemperatur-Fließvermögen gegeben ist und die an der Innenwand des Verdampfers gebildete Ölschicht geringe Dicke hat, so daß eine Herabsetzung des Wärmeaustausch-wirkungsgrads vermieden wird; und wobei ferner die Kältevorrichtung ausgezeichnete elektrische Isolation und Hygroskopizität zeigt und das Kältemaschinenöl ungehindert und positiv zum Verdichter rückgeleitet wird, so daß die Zuverlässigkeit der Kältevorrichtung hoch ist.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Kältesystem gemäß dem Anspruch 1 an.
Gemäß der Erfindung verwendet die Kältevorrichtung ein Fluorkohlenwasserstoff-Kältemittel, wie etwa ein HFC134a- Kältemittel. Der Verdichter verwendet ein Schmieröl, das mit dem flüssigen Kältemittel unlöslich ist. Der Verdampf er hat einen Auslaß, der mit dem oberen Endbereich eines Speichers verbunden ist, aus dem das Kältemittel und das Schmieröl nach unten fließen.
Ferner wird gemäß der Erfindung Alkylbenzol- oder Polyalpha-olefinöl als Prozeßöl verwendet, das Teilen eines Verdichters zugeführt und bei der Montage des Verdichters verwendet wird.
Ferner wird in der oben beschriebenen Kältevorrichtung ein Kältemaschinenöl verwendet, das eine Viskosität von 2000 cSt oder weniger bei einer Verdampfungstemperatur der Kältevorrichtung hat.
Ferner wird in der oben beschriebenen Kältevorrichtung ein Verdichter vom Hochdruckbehälter-Typ verwendet.
Bei der oben beschriebenen Kältevorrichtung wird ferner ermöglicht, daß das Kältemittel nach unten in einen Speicher strömt, und ein Endbereich eines unteren Rohrs ist in den Speicher eingeführt.
Ferner ist bei der oben beschriebenen Kältevorrichtung ein Mechanismus zwischen einem Verdichter und einem Verdampfer vorgesehen, um eine Rückströmung von dem Verdichter zu dem Verdampfer zu verhindern.
Ferner wird in der oben beschriebenen Kältevorrichtung ein Kältemaschinenöl verwendet, dessen Viskosität bei einer Betriebsumgebungstemperatur der Kältevorrichtung 200 cSt oder niedriger ist.
Bei der Montage des Kältemittelverdichters der Erfindung kann die Einstellung des Wassergehalts ähnlich wie im Fall des herkömmlichen CFC12-Kältemittelverdichters erreicht werden.
Die Kältevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt ausgezeichnete elektrische Isolation und Hygroskopizität, und in der Kältevorrichtung gelangt das Öl gleichmäßig zum Verdichter zurück.
Bei der Klimaanlage zum Kühlen gemäß der Erfindung ist der Volumenwiderstand des Öls verbessert, und es hat verringerte Hygroskopizität im Vergleich mit dem Esteröl oder PAG-Öl. Daher ist die Klimaanlage zum Kühlen nach dem Zusammenbau hinsichtlich der Einstellung des Wassergehalts der herkömmlichen Anlage, die ein CFC12-Kältemittel verwendet, äquivalent.
Bei der Klimaanlage zum Kühlen kann bei der Montage des Verdichters die Einstellung des Wassergehalts ähnlich wie im Fall des herkömmlichen Verdichters für das CFC12-Kältemittel durchgeführt werden.
Außerdem wird bei der Klimaanlage zum Kühlen für das Öl im Verdampfer und im Sammler ein Niedertemperatur-Fließvermögen ermöglicht, und die an der Innenwand des Verdampfers ausgebildete Ölschicht hat geringe Dicke, so daß eine Herabsetzung des Wärmeaustausch-Wirkungsgrads verhindert wird. Die Kühlkapazität ist daher im wesentlichen gleich derjenigen, die erhalten wird, wenn ein in dem Kältemittel lösliches Öl verwendet wird.
Bei der Klimaanlage zum Kühlen gemäß der Erfindung kann die Kältemittelmenge um bis zu 10 bis 20 Gew.-% der darin einge schlossenen Ölmenge verringert werden im Vergleich mit derjenigen, die vorgesehen ist, wenn ein in dem Kältemittel lösliches Öl verwendet wird.
Ferner wird bei der Klimaanlage zum Kühlen gemäß der Erfindung das Kältemaschinenöl positiv zum Verdichter rückgeleitet, ohne im Sammler zurückgehalten zu werden, und überschüssiges Kältemittel kann in Abhängigkeit von den Kühllastbedingungen gespart werden.
Bei der Klimaanlage zum Kühlen wird die Schwierigkeit beseitigt, daß dann, wenn der Verdichter angehalten wird, das Gas an der Hochdruckseite austritt und den Sammler und den Verdampfer durch das Saugrohr erreicht, so daß dadurch dessen Temperatur erhöht wird. Das trägt zu einer Herabsetzung des Energieverbrauchs bei.
Bei der Klimaanlage zum Kühlen wird verhindert, daß das Kapillarrohr sich durch das Öl zusetzt. Somit hat die Klimaanlage zum Kühlen hohe Betriebszuverlässigkeit.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schema, das die Anordnung einer Kälteeinheit unter Verwendung eines Kältemittelverdichters zeigt, der eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Viskositäten eines harten Alkylbenzolöls bei erreichbaren Temperaturen eines Verdampfers bezeichnet;
Fig. 3 ist ein Schema, das einen Kühlkreislauf in einem Kühlapparat zeigt und eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist ein Schema, das einen Teil des Kältekreislaufs im Kühlapparat im einzelnen zeigt;
Fig. 5 ist ein Schema, das die Anordnung einer Klimaanlage zum Kühlen zeigt, die eine andere Ausführungsform der Erfindung bildet;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das Ölrückströmzeiten der Klimaanlage zum Kühlen und Ölviskositäten bei einer Betriebsumgebungstemperatur derselben zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das Kühlkammertemperaturen einer Klimaanlage zum Kühlen, die eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt, sowie Ölviskositäten bei einer Verdampfungstemperatur derselben zeigt;
Fig. 8 ist ein Schema, das die Anordnung einer Kälteeinheit unter Anwendung eines herkömmlichen Kältemittelverdichters zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet 11 einen geschlossenen (d. h. hermetischen) Verdichterbehälter; 12 ist ein Elektromotor zum Treiben eines Rotationsverdichters 1; und 13 ist ein isolierter Draht in dem Motor 12. Ein hartes Alkylbenzolöl wird verwendet, um die Gleitfähigkeit des Drahts zu verbessern und so den Drahtwickelvorgang mit höherem Wirkungsgrad zu erreichen. Ein Zylinder 16, der die Verdichterkammer bildet, und Sinterkomponenten, wie etwa Lager 17, sind mit dem harten Alkylbenzolöl getränkt. Bei der Montage der gleitenden Teile des Verdichters wird das harte Alkylbenzolöl aufgebracht.
Bei einer in Fig. 1 gezeigten Kälteeinheit, die ein HFC134a- Kältemittel verwendet, wird das vorgenannte harte Alkylbenzolöl als Kältemaschinenöl 6 in dem Verdichter 1 verwendet.
In dem Kältemittelverdichter 1, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird das harte Alkylbenzolöl als Überzugsöl, Imprägnieröl und Montageöl für die Komponenten verwendet. Das Alkylbenzolöl hat niedrige Hygroskopizität. Daher können die Komponenten des Verdichters ebenso wie im Fall derjenigen des herkömmlichen Verdichters, der CFC12- Kältemittel verwendet, gehandhabt werden. Ferner hat das harte Alkylbenzolöl, das als Kältemaschinenöl verwendet wird, hohe elektrische Isolation (10¹&sup5; bis 10¹&sup6; Ohm cm Volumenwiderstand). Daher können Gegenmaßnahmen gegen den Stromverlust die gleichen wie bei dem Verdichter sein, der das Kältemittel CFC12 verwendet.
Ferner kann in der Kälteeinheit gemäß Fig. 1, die HFC134a- Kältemittel verwendet, ein hartes Alkylbenzolöl niedriger Viskosität (nachstehend dort, wo es zutrifft, als "niederviskoses hartes Alkylbenzolöl" bezeichnet) als Schmieröl des Verdichters 1 verwendet werden. Das niederviskose harte Alkylbenzolöl hat niedrigere Viskosität als ein hartes Alkylbenzolöl, das in einem herkömmlichen CFC12- Kältemittelverdichter als Schmieröl verwendet wird. Bisher verwendet eine Kälteeinheit, wie etwa ein Kühlapparat, der einen Rotationsverdichter aufweist, ein Schmieröl, das eine Viskosität von ca. 31 cSt bei einer Temperatur von 40 ºC hat; in dem Verdampfer 4 ist jedoch das Schmieröl in der Größenordnung von 1000 bis 5000 cSt, wobei die Löslichkeit des Kältemittels berücksichtigt ist. Um also zu ermöglichen, daß ein niederviskoses hartes Alkylbenzolöl, in dem das HFC134a-Kältemittel unlöslich ist, die gleiche Viskosität im Verdampfer hat, sollte die Viskosität in der Größenordnung von 10 bis 22 cSt bei einer Temperatur von 40 ºC sein. In einem Fall, in dem wie oben beschrieben das Schmieröl im Verdampfer 4 bei der gleichen Viskosität gehalten wird, können das Fließvermögen und die Dicke der Ölschicht an der Innenwand des Verdampfers im wesentlichen gleich wie im herkömmlichen Fall sein, bei dem das CFC12-Kältemittel verwendet wird. Fig. 2 zeigt Beziehungen zwischen der Viskosität des harten Alkylbenzolöls bei einer Temperatur von 40 ºC und der erreichbaren Temperatur des Verdampfers 4 mit der Maßgabe, daß der Verdichter der Kältevorrichtung im Dauerbetrieb arbeitet. Wenn das Öl eine Viskosität von 10 cSt bei einer Temperatur von 40 ºC hat, ist die erreichbare Temperatur im wesentlichen gleich wie in dem Fall des Esteröls mit 32 cSt bei einer Temperatur von 40 ºC; d. h. die Kühlkapazität ist ausreichend hoch. Andererseits ist die Viskosität des Öls an den gleitenden Teilen im Inneren des Verdichters 1 davon abhängig, ob das Öl in dem Kältemittel löslich ist.
Die Löslichkeit des CFC12-Kältemittels in dem Öl an den gleitenden Teilen im Inneren des Verdichters 1 ist jedoch im wesentlichen gleich der Löslichkeit des CFC12-Kältemittels in dem Verdampfer 4. Wenn also das oben beschriebene niederviskose Öl in der Atmosphäre von HFC134a-Kältemittel verwendet wird, dann können auch an den gleitenden Teilen die Viskosität und die Schmierung im wesentlichen gleich denjenigen im Fall des Schmieröls 6 in dem Verdichter für CFC12-Kältemittel sein.
Es ist zu beachten, daß die Verwendung des niederviskosen harten Alkylbenzolöls die Montagearbeit überhaupt nicht nachteilig beeinflußt.
In den Fig. 3 und 4 bezeichnet 1 einen Verdichter zum Verdichten eines Kältemittelgases; 2 ist ein Kondensator, um ein aus dem Verdichter 1 austretendes Hochdruck-Kältemittelgas zu verflüssigen; 3 ist ein Kapillarrohr; 4 ist ein Verdampfer; 5 ist ein Speicher als Kältemittelpool, der die Funktion hat, die Kältemittelmenge einzustellen; und 6 ist ein Schmieröl, das in dem Verdichter 1 gehalten wird, gleitende Teile desselben schmiert und die Verdichtungskammer abdichtet. Das Schmieröl ist ein hartes Alkylbenzolöl 6a, das mit einem HFC134a-Kältemittel unlöslich ist. Der obere Endbereich des Speichers 5 ist mit dem Auslaß des Verdampfers 4 verbunden, und der untere Endbereich ist mit der Saugseite des Verdichters 1 verbunden, dessen Saugrohr 7 in den Speicher 5 so eingeführt ist, daß es nach oben verläuft. Das Saugrohr 7 hat eine Ölrückströmöffnung 8 in seiner Seitenwand. Dabei ist die Öffnung 8 in der Seitenwand des oberen Bereichs des Saugrohrs 7 ausgebildet.
Da das harte Alkylbenzolöl mit dem HFC134a-Kältemittel unlöslich ist und eine geringere relative Dichte als das HFC134a-Kältemittel hat, wird das HFC134a-Kältemittel in dem unteren Teil des Speichers 5 zurückgehalten, während das harte Alkylbenzolöl im oberen Teil des Speichers 5 zurückgehalten wird. Daher wird an dem oberen Bereich gehaltenes Öl zum Verdichter 1 durch die Ölrückströmöffnung 8 rück geleitet, die an der Seitenwand des Saugrohrs 7 ausgebildet ist, das von unten in den Speicher 5 eingeführt ist. Daher kann verhindert werden, daß das Öl im Verdichter dadurch weniger wird, daß zu viel von dem Öl in dem Speicher 5 zurückgehalten wird.
Bei der in Fig. 8 gezeigten herkömmlichen Kältevorrichtung ist der untere Endbereich des Speichers 5 mit dem Auslaß des Verdampfers 4 verbunden, und der obere Endbereich ist mit der Saugseite des Verdichters 1 verbunden, und das Rohr, das von unten in den Speicher eingeführt ist, bildet einen Kältemittelsammelbereich. Daher wird in dem Fall der Verwendung eines Esteröls, das in dem HFC134a-Kältemittel löslich ist, das Esteröl in dem Kältemittel gelöst und somit nicht in dem Speicher zurückgehalten; d. h. es wird zu dem Verdichter 1 rückgeführt; und im Fall der Verwendung des harten Alkylbenzolöls, das in dem HFC134a-Kältemittel unlöslich ist, wird das harte Alkylbenzolöl in dem Speicher 5 zurückgehalten, und daher wird die Ölmenge im Verdichter 1 um ebenso viel verringert, so daß die gleitenden Teile im Verdichter nicht ausreichend geschmiert werden und die Verdichtungskammer nicht ausreichend hermetisch ist.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform dagegen ist der obere Endbereich des Speichers 5 mit dem Auslaß des Verdampfers 4 verbunden, und der untere Endbereich ist mit der Saugseite des Verdichters 1 verbunden, und die Ölrückströmöffnung 8 ist in der Seitenwand des Saugrohrs 7 ausgebildet, das in den Speicher 5 von unten eingesetzt ist. Selbst wenn also das Öl nicht im Kältemittel gelöst wird, wird das Öl zum Verdichter 1 rückgeführt; d. h. es wird zu keiner Zeit im Speicher 5 zurückgehalten.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Ölrückströmöffnung 8 in dem oberen Bereich des Rohrs 7 ausgebildet. Daher strömt das Öl, das eine geringere relative Dichte als das HFC134a- Kältemittel hat, zum Verdichter 1 zurück. In dem Speicher 5 wird das Kältemittel unter der Ölrückströmöffnung 8 gesammelt. Daher wird die Funktion der Justierung der Laständerung des Kühlapparats zufriedenstellend ausgeführt; der Kühlbetrieb wird also mit hohem Wirkungsgrad auf geeignete Weise erreicht.
Das Alkylbenzolöl ist in dein HFC134a-Kältemittel nicht löslich, und daher ist die Kältemittelmenge, die in dem Öl 6 im Verdichter gelöst wird, wenn sich die Umgebungstemperatur oder der Lastzustand des Kühlapparats ändern, sowohl hinsichtlich des Absolutwerts als auch hinsichtlich der Änderungsrate kleiner. Das führt zu den nachstehenden Vorteilen Der Speicher 5 zum Einstellen der Kältemittelmenge kann miniaturisiert werden. Die Schwierigkeit, daß der Kühlbetrieb aufgrund einer ungeeigneten Kältemittelmenge nicht richtig ausgeführt wird, wird beseitigt. Das bedeutet, daß die Kälteeinheit mit hohem Wirkungsgrad arbeitet. In dem Fall, in dem ein Rotationsverdichter vom Hochdruckbehälter- Typ verwendet wird, kann die darin befindliche Kältemittelmenge um 10 bis 20 % der darin befindlichen Ölmenge verringert werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden das HFC134a-Kältemittel und das harte Alkylbenzolöl verwendet. Die gleichen Auswirkungen können aber erreicht werden, indem irgendeine andere Kombination von Kältemittel und Öl, die miteinander nicht löslich sind, verwendet wird.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform wird ein hartes Alkylbenzolöl als Kälternaschinenöl verwendet. Experimente haben bestätigt, daß in einem Fall, in dem ein Öl für einen Kühlapparat verwendet wird, dessen Viskosität bei einer Betriebsumgebungstemperatur niedriger als 200 cSt ist und das in einem gegebenen Kältemittel löslich ist, das Öl auch dann zum Verdichter rückstörmt, wenn es in zu großer Menge ausströmt, so daß sich das Kapillarrohr des Kühlapparats zusetzt. Fig. 5 zeigt eine Experimentiervorrichtung, die zur Untersuchung der oben beschriebenen Tatsache benutzt wurde, und Fig. 6 zeigt die Untersuchungsergebnisse.
In der Vorrichtung von Fig. 5 ist auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs einer Kältevorrichtung ein Ölpool 19 vorgesehen, und das Öl wird aus seinem Verdichter 1 ent femt, und in letzterem wird ein HFC134a-Kältemittel 18 gehalten. Unter diesen Bedingungen wird der Verdichter 1 angefahren, um das Verhalten des Öls zu untersuchen. Wenn der Verdichter auf diese Weise angefahren wird, wird das Kältemittel 18 verdichtet, und der Förderdruck wird allmählich erhöht. Wie jedoch Fig. 6 zeigt, nimmt mit zunehmender Ölviskosität und abnehmender Umgebungstemperatur die Rückströmrate des Öls zum Verdichter 1 ab. Wenn, wie Fig. 6 zeigt, die Ölviskosität bei einer gegebenen Umgebungstemperatur höher als 200 cSt ist, strömt das Öl, das das Kapil larrohr 3 zusetzt, für wenigstens 240 min nicht zurück. In dem Fall, in dem die Ölviskosität niedriger als 200 cSt ist, wird das Öl im Lauf von mehreren zehn Minuten rückgeleitet; d. h., das Öl setzt das Kapillarrohr nicht zu. Indem also die Ölviskosität auf weniger als 200 cSt bei einer Betriebsumgebungstemperatur eingestellt wird, kann eine Kälteeinheit gebildet werden, in der das Öl selbst unter Grenzbedingungen positiv zum Verdichter rückgeleitet wird.
In dem Fall, in dem eine Kälteeinheit ein Öl verwendet, dessen Viskosität bei einer Verdampfungstemperatur derselben geringer als 2000 cSt ist, ist sein Kühlverhalten äquivalent zu demjenigen in dem Fall, in dem ein Öl verwendet wird, das in dem Kältemittel löslich ist. Fig. 7 zeigt Beziehungen zwischen der Ölviskosität und der Kühlleistung in dem Fall, in dem ein Kühlapparat im Dauerbetrieb betrieben wird. Wie Fig. 7 zeigt, kann in dem Fall, in dem die Ölviskosität niedriger als 2000 cSt bei der Verdampfungstemperatur ist, die Grenztemperatur erreicht werden, die im wesentlichen gleich derjenigen ist, die erreicht wird, wenn Esteröl verwendet wird.
Bei der Erfindung ist das Öl in dem Kältemittel unlöslich. In dem Fall, in dem ein Verdichter vom Hochdruckbehälter-Typ verwendet wird, tritt also die Erscheinung kaum auf, daß die Kältemittelmenge größer oder kleiner als die erforderliche Menge wird, weil die Kältemittelmenge, die in dem Öl 6 im Verdichter 1 gelöst ist, sich mit der Umgebungstemperatur ändert. Aus dem gleichen Grund kann die zu verwendende Kältemittelmenge um ebenso viel verringert werden, weil es in dem Öl 6 nicht löslich ist. Dabei kann in der Kälteeinheit die Kältemittelmenge entsprechend um 10 bis 20 Gew.-% der Ölmenge im Vergleich mit dem Fall verringert werden, in dem ein in dem Kältemittel lösliches Öl verwendet wird.
In Fig. 3 bezeichnet 20 ein Rückschlagventil, das zwischen dem Verdichter 1 und dem Verdampfer 4 angeordnet ist. Das Kältemittel ist von dem Kältemittelöl getrennt, und seine Viskosität ist niedriger als die Viskosität der Lösung, die durch Lösen des Kältemittels und des Öls gebildet wird. Wenn also der Verdichter 1 angehalten wird, fließt das Kältemittel gut, und infolgedessen wird die Kältemittelmenge größer, die dazu tendiert, zum Verdampfer 4 durch den Zwischenraum der gleitenden Teile des Verdichters 1 rückzuströmen, so daß die Temperatur des Verdampfers 4 erhöht wird und der Energieverbrauch der Kälteeinheit steigt. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist das Rückschlagventil 20 zwischen dem Verdichter 1 und dem Verdampfer 4 vorgesehen, um die Rückströmung des Kältemittels und damit den Temperaturanstieg des Verdampfers zu verhindern. Das Rückschlagventil 20 kann durch einen ein Rückströmen verhindernden Mechanismus ersetzt sein, der die gleiche Funktion hat.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das harte Alkylbenzolöl als Kälteapparatöl 6 verwendet. Die gleichen Auswirkungen können aber erhalten werden, indem eines oder mehrere der Kälteapparatöle wie etwa ein weiches Alkylbenzoll, Poly-alpha-olefin, Paraffinmineralöl und Naphthenmineralöl verwendet werden, die ein sehr gutes Niedertemperatur-Fließvermögen haben.
Die oben beschriebenen Kälteapparatöle können zufriedenstellend ohne Zusatzstoffe so eingesetzt werden, wie sie sind. Ihre Eigenschaften, wie etwa Verschleißfestigkeit, Lastbeständigkeit und Wärmestabilität, können aber verbessert werden durch Zugabe von einem oder mehreren von Additiven, wie etwa eines Oxidationshemmers, eines Extremdruckadditivs, eines Verschleißverhütungsmittels, eines die Wärmestabilität verbessernden Mittels und eines Antischaummittels.
Der Oxidationshemmer ist eine gehinderte Phenolgruppe, Amingruppe oder Schwefeigruppe. Beispiele des Oxidationshemmers sind 2,6-Di-t-butyl-4-methylphenol; 4,4'-Methylenbis(2,6-di- t-butylphenol); 2,2'-Thiobis(4-methyl-6-t-butylphenol); Trimethylhydrochinon; p,p'-Diactyldiphenylamin; 3,7-Diactylphenothiazin; Alkylphenothiazin-1-carboxylat; Phenyl-2- naphthylamin; 2,6-Di-t-butyl-2-dimethyl-p-cresol; 5-Ethyl- 10,10'-diphenylphenazalin und Alkyldisulfid, von denen jedes in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.-% eingesetzt wird.
Beispiele des Extremdruckadditivs und des Verschleißverhütungsmittels sind Esterphosphat, Esterphosphit, Alkyl- oder Arylphosphorthionat, Halogenkohlenwasserstoff, halogenierte Carbonsäure, Dialkyl- oder Diaryldithiophosphat-Metallsäure, Dialkyldithiocarbaminsäure-Metallsalz und eine öllösliches Molybdänsulfid enthaltende Verbindung, die jeweils in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% eingesetzt werden.
Ein Beispiel für das die Wärmestabilität verbessernde Mittel ist eine Epoxidverbindung, die in einer Menge von 0,2 bis Gew.-% eingesetzt wird.
Beispiele des Antischaummittels sind Polysiloxan sowie Carbonsäure-Metallsalz, die jeweils in einer Menge von 0,001 bis 0,1 Gew.-% eingesetzt werden.
In dem Kälternittelverdichter gemäß der Erfindung, der ein HFC134a-Kältemittel verwendet, ist ein Öl, das auf Komponenten des Verdichters aufgebracht und bei der Montage des Verdichters verwendet wird, in dem Kältemittel unlöslich. Daher kann der Kältemittelverdichter leicht zusammengebaut werden, und die Komponenten können ebenfalls leicht gehandhabt werden.
In der Kältevorrichtung, die das Kältekreislaufsystem hat, das das HFC134a-Kälternittel verwendet und den Verdichter, den Verdampfer und den Sammler aufweist, verwendet der Verdichter ein Schmieröl, das mit dem Kältemittel unlöslich ist, und hat ein Saugrohr, das in seinem oberen Bereich eine Ölrückströmöffnung hat und in den Sammler von unten einführbar ist, und der Auslaß des Verdampfers ist mit dem oberen Endbereich des Sammlers verbunden. Daher hat die Kältevorrichtung sehr gute elektrische Isolation und Hygroskopizität. In der Kältevorrichtung strömt das Öl außerdem gleichmäßig zum Verdichter zurück. Somit hat der Kälteapparat hohe Zuverlässigkeit.
Das Kältemaschinenöl wird ferner für den Verdichter verwendet und ist in dem Kältemittel unlöslich. Daher hat die Kälteeinheit sehr gute elektrische Isolation.
Ferner wird als das Öl, das auf die Teile des Verdichters aufgebracht und zu seiner Montage verwendet wird, Alkylbenzol oder Poly-alpha-Olefin verwendet. Der Verdichter kann somit leicht montiert werden, und die Komponenten können auf einfache Weise gehandhabt werden. Das verwendete Öl hat geringere Hygroskopizität als das Esteröl oder PAG-Öl. Daher kann die Einstellung des Wassergehalts ebenso wie im Fall der herkömmlichen Klimaanlage zum Kühlen, die ein CFC12- Kältemittel verwendet, erreicht werden.
In der Kältevorrichtung wird das Kältemaschinenöl verwendet, das bei einer Verdampfungstemperatur der Kältevorrichtung eine Viskosität von 2000 cSt oder weniger hat. Daher wird für das Öl im Verdampfer ein Niedertemperatur-Fließvermögen erhalten, und die an der Innenwand des Verdampfers ausgebildete Ölschicht hat eine geringe Dicke, so daß eine Herabsetzung des Wärmeaustausch-Wirkungsgrads verhindert wird. Die Kühlkapazität ist daher im wesentlichen gleich derjenigen, die erhalten wird, wenn ein in dem Kältemittel lösliches Öl verwendet wird.
Da die Kältevorrichtung den Verdichter vom Hochdruckbehälter-Typ verwendet, kann die Kältemittelmenge um 10 bis Gew.-% der darin dicht eingeschlossenen Ölmenge verringert werden im Vergleich mit derjenigen, die vorgesehen ist, wenn ein in dem Kältemittel lösliches Öl verwendet wird.
In der Kältevorrichtung wird es ermöglicht, daß das Kältemittel abwärts in den Sammler strömt, und der Endbereich des unteren Rohrs ist in den Sammler eingeführt. Daher wird das Kältemaschinenöl positiv zu dem Verdichter rückgeleitet, ohne in dem Sammler übermäßig zurückgehalten zu werden, und ein Kältemittelüberschuß kann je nach den Bedingungen der Kühllast eingespart werden.
In der Kältevorrichtung ist zwischen dem Verdichter und dem Verdampfer ein Mechanismus vorgesehen, um ein Rückströmen vorn Verdichter zum Verdampfer zu verhindern. Dadurch wird die Schwierigkeit beseitigt, daß dann, wenn der Verdichter angehalten wird, Gas aus der Hochdruckseite austritt und den Sammler und den Verdampfer durch das Saugrohr erreicht und die Temperatur des letzteren erhöht. Dies trägt zu einer Herabsetzung des Energieverbrauchs bei.
In der Kältevorrichtung wird das Kältemaschinenöl verwendet, dessen Viskosität bei einer Betriebsumgebungstemperatur der Klimaanlage zur Kühlung 200 cSt oder weniger ist. Dadurch wird verhindert, daß sich das Kapillarrohr durch das Öl zu setzt. Somit hat die Klimaanlage zur Kühlung hohe Zuverlässigkeit.

Claims

1. Kältesystem, das folgendes aufweist:

einen Kältemittelkreislauf, in dem ein Verdichter (1), ein Verdampfer (4) und ein Speicher (5) durch Rohre miteinander verbunden sind;

ein Kältemittel, das Fluorkohlenwasserstoff als einen Rauptbestandteil enthält und in dem Kältemittelkreislauf umgewälzt wird;

Schmieröl, das in dem Verdichter (1) aufgenommen ist, um bewegliche Teile des Verdichters zu schmieren; wobei

ein Saugrohr (7) sich von unten aufwärts in den Speicher (5) erstreckt, wobei ein oberer Endbereich des Speichers (5) mit dem Auslaß des Verdampfers (4) verbunden ist und wobei das Saugrohr (7) mit einer Saugöffnung des Verdichters (1) verbunden ist;

das Schmieröl eine geringere relative Dichte als das Kältemittel hat und mit dem Kältemittel in Flüssigphase in dem Speicher (5) unlöslich ist;

ein Kältemittelsammelbereich zwischen dem Boden des Speichers (5) und einer Öffnung (8) in einem oberen Bereich des Saugrohrs (7) gebildet ist, um das Kältemittel und das unlösliche Schmieröl in einem getrennten Zustand zu speichern; und

im Gebrauch das Kältemittel und das Schmieröl aus dem oberen Endbereich des Speichers nach unten strömen.

2. Kältesystem nach Anspruch 1, das ferner einen Motor (12) zum Antreiben des Verdichters (1) aufweist, wobei der Motor in dem Verdichtergehäuse (11) angeordnet ist.

3. Kältesystem nach Anspruch 2, wobei Wicklungen (13) des Motors mit Prozeßöl getränkt sind, das mit dem Kältemittel unlöslich ist.

4. Kältesystem nach Anspruch 3, wobei das Prozeßöl ein Alkylbenzolöl oder Poly-α-olefinöl ist.

5. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmieröl geringe Wasseraufnahmefähigkeit und/oder hohe elektrische Isolierfähigkeit hat.

6. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmieröl wenigstens eines von Alkylbenzolöl, Poly-α-olefinöl, Paraffinmineralöl und Naphthenmineralöl ist.

7. Kältesystem nach Anspruch 6, wobei das Alkylbenzolöl hartes Alkylbenzolöl ist.

8. Kältesystem nach Anspruch 7, wobei das harte Alkylbenzolöl niedrige Viskosität hat.

9. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmieröl Niedertemperatur-Fließvermögen hat.

10. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmieröl bei der Verdampfungstemperatur des Kältesystems eine Viskosität von 2000 cSt oder weniger hat.

11. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmieröl bei der Betriebsumgebungstemperatur des Systems eine Viskosität von 200 cSt oder weniger hat.

12. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Verdichter (1) ein Hermetikverdichter ist.

13. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Verdichter (1) ein Hochdruckverdichter ist.

14. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (1) ein Rotationsverdichter ist.

15. Kältesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Einrichtung (20) aufweist, um eine Rückströmung von dem Verdichter (1) zu dem Verdampfer (4) zu verhindern, wobei diese Einrichtung (20) zwischen dem Verdampfer (4) und der Saugöffnung des Verdichters (1) positioniert ist.

16. Kältesystem nach Anspruch 15, wobei die Einrichtung (20) zum Verhindern einer Rückströmung zwischen dem Speicher (5) und dem Verdichter (1) vorgesehen ist.

17. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Kältemittelkreislauf in einen Kühlapparat eingebaut ist.

18. Kältesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Kältemittelkreislauf in eine Klimaanlage eingebaut ist.