JP2000088372A - アンモニア冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンモニア冷媒と相溶性が極めて良好で、し
かも潤滑性および安定性にも優れた潤滑油とアンモニア
冷媒とを混合してなる冷凍機用作動流体組成物を用いた
冷凍装置の提供。 【解決手段】 アンモニア冷凍サイクル中にアンモニア
冷媒の蒸発温度でも２層分離することのないアンモニア
冷媒とその中にある潤滑油で構成される作動流体組成物
を含み、前記アンモニア冷媒内でのアンモニア冷媒と潤
滑油の比率は、その重量比が、７０：３０から９７：３
であることを特徴とし、特に前記圧縮機側に供給される
作動流体組成物内の潤滑油の重量は少なくとも１０％あ
り、圧縮機を介してアンモニア冷媒に導入される潤滑油
の配合割合はその重量比が７％以下になるように設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンモニアを主成
分とする冷媒を用いた、冷凍サイクル若しくはヒートポ
ンプサイクルを構成するアンモニア冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より冷凍及びヒートポンプ装置（以
下冷凍装置という）の冷媒としてフロンが広く用いられ
ていたが、フロンは大気中に放出され蓄積されると、太
陽の紫外線によって分解して塩素原子を生じ、地球を太
陽の強い紫外線から守る働きを持つオゾン層を破壊する
ことから、その使用が制限されるようになってきた。そ
こで、近年フロンの代替冷媒としてのアンモニアが見直
されてきている。

【０００３】即ちアンモニア冷媒はフロンの様な地球環
境破壊の恐れはなく、その冷凍効果はフロンに勝るとも
劣らず、而も安価である。しかし、アンモニアは毒性、
可燃性、圧縮機の潤滑油として使用する鉱物油に非溶解
性であり、さらに圧縮機よりの吐出温度が高い等の欠点
を有するために、これらの欠点により不具合が生じない
ような冷凍システム構成がとられている。

【０００４】その具体的構成を図６に基づいて説明する
に、５０は蒸発器側で例えば−１０℃、凝縮器側で＋３
５℃前後の熱を得るための単段圧縮タイプの直接膨張式
冷凍システムであり、その構成を作用を中心に説明する
と、冷媒圧縮機５１で圧縮された油混合アンモニア冷媒
は、油分離器５２で油分離した後、凝縮器５３内で冷却
水６４との熱交換（取得熱：３５℃前後）により凝縮器
５３内で凝縮液化される。そして該凝縮時に液化分離し
た油を更に高圧受液器５４底部に設けた油溜め５５で分
離した後、アンモニア冷媒を膨張弁５６により減圧気化
させ、蒸発器５７内でファン５８より供給された送風負
荷と熱交換（取得熱：−１０℃）した後、更にアンモニ
ア液／油分離器５９を介して圧縮機５１の吸気側に吸引
され前記冷凍サイクルを繰り返す。

【０００５】そして前記油分離器５２、受液器底部の油
溜め５５及び蒸発器５７の底部に溜まった油はいずれも
油抜き弁６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄを介して油受
液器６１に溜まり、再度圧縮機５１の油噴射部５２ａよ
り前記圧縮機５２内に戻入され、可動部分の潤滑、シー
ル及び冷却等を行なう。尚、前記冷凍装置５０は凝縮器
５３側より熱を取り出すことによりヒートポンプ装置と
して応用できることは周知であり、従ってこれらを総称
して冷凍装置という。

【０００６】さて前記潤滑油には一般にパラフィン系、
ナフテン系等の鉱物系潤滑油を用いているが、これらの
潤滑油はアンモニアと溶解しない為に、前記圧縮機の吐
出側に油分離器を設け、前記圧縮機より吐出されたアン
モニアガスと潤滑油を分離し、更に前記分離器を設けて
いてもミスト状化した潤滑油を完全に取り切れず、又、
前記圧縮機の吐出側は高温化しているために、アンモニ
ア中に潤滑油が僅かに溶解若しくはミストが混入し、該
アンモニアに同伴して冷凍サイクル内に入り込み、そし
てサイクル内に入り込んだ潤滑油は、アンモニアに対し
非溶性で且つ比重が重い為に、前記サイクルの配管経路
に溜まりやすく、この為前記高圧受液器５４の底部、蒸
発器５７の下部入口側に夫々油抜き部５５、６０を、又
圧縮機５１の吸気側にも油分離器５９を設けねばなら
ず、而もこれらの分離油は油受液器６１で回収した後、
再度圧縮機側に戻す必要があり、構成が極めて煩雑化す
る。

【０００７】又、前記のように潤滑油が冷媒に対し非溶
性であることは、凝縮器５３や蒸発器５７内の熱交換コ
イル壁面に前記油が付着し伝熱効率が低下するのみなら
ず、特に低温度の蒸発器においては、油の粘度が高くな
り且つ油抜き流動性が下がり、伝熱効率が一層低下す
る。この為、前記非溶性の油を蒸発器５７の入口側で極
力分離する必要があるが、それには膨張弁５６通過後の
減圧冷媒を蒸発器５７の上方より導入しようとすると、
例え特別な分離器を用いても比重差により蒸発器５７内
に入り込むのを防ぐことが出来ず、この為前記構成のシ
ステムにおいては蒸発器５７の底側に導入部を設けたい
わゆるボトムフィード構造を取らざるを得ない。

【０００８】しかしながらボトムフィード構造を取る
と、必然的に冷媒を蒸発器５７の高さに対応する重力に
抗して蒸発器上端より排出可能な、いわゆる満液構造を
取らざるを得ず、結果として冷凍サイクル内に多くの冷
媒を必要とする。

【０００９】さて前記したアンモニア冷凍システムはそ
の使用限界が−２０℃前後であるが、近年産業用プロセ
スの温度が著しく低下し、特に食品業界においては解凍
時の脂肪の融出防止その他の品質保持の面より要求冷凍
温度が−３０℃から以下が殆どであり、特にマグロ等の
高価格食品においては凍結保存温度は−５０℃〜−６０
℃と大幅に低くなっている。そしてこの様な凍結温度は
前記の様な単段圧縮機では得ることが出来ず、通常は２
段圧縮機を用いているが、前記従来技術の様に、前記蒸
発器温度が−４０℃以下に冷却した場合、後記表３に示
すように、潤滑油の流動性が大幅に低下し、蒸発器内に
詰まり等が生じやすい。

【００１０】かかる欠点を解消する為に、図７に示す様
な極低温アンモニア二段圧縮式液ポンプ再循環システム
が提案されている。その構成を前記従来技術の差異を中
心に簡単に説明するに、高圧受液器５４より液管６６に
排出された凝縮液は膨張弁６７により中間冷却器６８内
を冷却し、一方前記液管６６の終端側は、中間冷却器６
８内の過冷却管６９内に導入され、該過冷却管６９内で
−１０℃前後に冷却した後、膨張弁７４により減圧気化
させて低圧受液器７０内に導入する。

【００１１】この結果、前記受液器７０内には−４０〜
−５０℃以下に冷却された冷媒液が貯溜されることにな
る。そしてこの冷媒液を液ポンプ７１及び流量調整弁７
２を介して蒸発器７３に導き、該蒸発器７３内でファン
７４より供給された送風負荷との熱交換（取得熱例：−
４０℃）により蒸発した冷媒は、再度低圧受液器７０内
に導入されて冷却且つ凝縮液化される。

【００１２】一方前記低圧受液器７０内の気化冷媒は、
低段圧縮機７５に吸入され且つ圧縮されてその圧縮ガス
は中間冷却器６８内で冷却されて、中間冷却器６８内の
熱交換用過冷却管６９に導入されて前記液管６６よりの
凝縮冷媒を−１０℃前後に過冷却し、膨張弁７４により
減圧気化させて低圧受液器７０内に導入する。そして中
間冷却器６８内の気化冷媒は、高段圧縮機５１’で圧縮
されて前記サイクルを繰り返す。そして前記高圧受液器
５４、中間冷却器６８、低圧受液器７０のいずれの底部
にも油溜まり５５，６８ａ，７０ａを設け、これらの分
離油は油受液器６１で回収した後、再度圧縮機５１’、
７５側の油噴射部５１ａ，７５ａに戻す。尚、図中７６
は液面フロート弁である。

【００１３】しかしながらかかる従来技術においても、
油回収構成の煩雑化や、伝熱効率の低下等の基本的な欠
点が解消されないのみならず、特に前記低圧受液器７０
側では、−４０〜−５０℃に冷却された冷媒液が貯溜さ
れることになる為に、その油溜めに貯溜された潤滑油も
同じく−４０〜−５０℃前後に冷却され、流動性が大幅
に低下し前記油抜きを行なうには油の温度を一時的に上
げねばならず、結果として冷凍サイクルの連続運転に支
障が生じ、前記油が所定量貯溜される毎に前記サイクル
を停止し油回収を図るためのメンテナンスが必要とな
る。

【００１４】一方、家庭用の冷蔵庫や空調機には密閉型
圧縮機が多く採用され、従来からジクロロジフルオロメ
タン（Ｒ１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ２２）な
どのＣＦＣやＨＣＦＣ冷媒が使用され、将来は塩素を含
有しないＨＦＣ例えば１、１、１、２−テトラフルオロ
カ−ボン（Ｒ１３４ａ）などが使用されることになって
いるが、かかるフロンガスは高価であり、一方アンモニ
アは前記フロンに比較して安価で、しかも熱伝達率がよ
い、冷媒としての許容温度（臨界温度）や圧力が高い、
水に溶解する為膨張弁の詰りがない、蒸発潛熱が大きく
冷凍効果が大きい等の理由によりアンモニアの採用が有
利であるが、密封型圧縮機は電動機と圧縮機を一体的に
密封する構造の為に、アンモニア自身が銅系統の材料に
腐触性を有するために使用不可能であり、且つアンモニ
アと潤滑油が非溶融性の為に、油のみの回収循環が極め
て困難等の理由により現状では使用できない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記アン
モニアと優れた溶解性を持ち、しかも長期間使用によっ
ても品質的に劣化をしない潤滑油が開発されれば、前記
問題点の殆どの部分が解決される。そしてこの様な相溶
性を有する潤滑油はフロンの分野では既に提案されてお
り、例えば多価アルコールのエステルや、ポリオキシア
ルキレングリコール系化合物が知られているが、アンモ
ニア冷媒用としては例が無い。アンモニアは反応性が強
いため、エステルは加水分解が少しでも起こると、酸ア
ミドを形成してスラッジ析出の原因になるし、アンモニ
アとの溶解性が劣る為に、これらの潤滑油をアンモニア
冷媒と組合せて使用することは困難である。

【００１６】本発明はかかる技術的課題に鑑み、アンモ
ニア冷媒と相溶性が極めて良好で、しかも潤滑性および
安定性にも優れた潤滑油とアンモニア冷媒とを混合して
なる冷凍機用作動流体組成物（以下単に作動流体組成物
という）を用いた場合に好適な冷凍装置を提供すること
にある。又、本発明の他の目的は、更に一歩進めて前記
したアンモニアの持つ欠点をも解消し得る冷凍装置を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は請求項１に記載
したように、冷凍サイクル若しくはヒートポンプサイク
ルを構成するアンモニア冷凍装置における冷凍サイクル
中にはアンモニア冷媒の蒸発温度でも２層分離すること
のないアンモニア冷媒とその中にある潤滑油で構成され
る作動流体組成物を含み、前記冷凍サイクル内でのアン
モニア冷媒と潤滑油の比率は、その重量比が、７０：３
０から９７：３であることを特徴とするアンモニア冷凍
装置にあり、好ましくは請求項２記載のように、冷媒圧
縮機側に供給される作動流体組成物内の潤滑油の重量は
少なくとも１０％あり、圧縮機を介してアンモニア冷媒
に導入される作動流体組成物内の潤滑油の配合割合はそ
の重量比が７％以下になるように設定したことを特徴と
する。

【００１８】更に請求項１記載の発明は、前記凝縮器で
凝縮後のアンモニア冷媒と潤滑油が溶解した作動流体組
成物を冷媒と潤滑油を分離させることなく膨張弁又は／
及び中間冷却器に導入するのがよく、更に好ましくは、
前記膨張弁若しくは中間冷却器通過後のアンモニア冷媒
と潤滑油が溶解した作動流体組成物を、蒸発器上端側に
設けた導入口より底側に設けた排出口側に向けトップフ
ィードで導入可能に構成するのがよい。

【００１９】又、請求項５に記載のように、前記蒸発器
より導出された、アンモニア冷媒と潤滑油が溶解した作
動流体組成物を、凝縮器で凝縮後の作動流体組成物の保
有熱と熱交換させた後、圧縮機側に導入可能に構成して
もよい。この場合において、平均粒径が１５０Å以下、
好ましくは５０Å以下の超微粒ダイヤモンドを前記潤滑
油中に添加するのがよい。

【００２０】請求項８記載の発明は、前記請求項１記載
のアンモニア冷凍装置の圧縮機側を特定したもので、密
封型アンモニア圧縮機と、固定子と回転子からなる耐圧
密封型電動機を直結して構成されており、該電動機側に
回転子の周囲に位置する固定子鉄心内周面側に、機密性
シール部を介して前記回転子と所定空隙介して囲繞する
と共に、前記回転子空間と圧縮機間に前記組成物が導通
可能な導通部を設けていることを特徴とする。

【００２１】又、請求項９記載の発明も、前記請求項１
記載のアンモニア冷凍装置の圧縮機側を特定したもの
で、密封型アンモニア圧縮機と電動機を直結して構成さ
れ、前記電動機側に回転子の周囲に位置する固定子鉄心
を耐圧密封構造体容器として構成すると共に、該固定鉄
心の巻線挿入後の開溝の回転子と対面する前面側にシー
ル部材を配設し、該シール部材を介して前記開溝内を機
密シール可能に構成していることを特徴とする。

【００２２】又請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
いて、好ましくは前記潤滑油の基油が、ポリオキシアル
キレングルコ−ルの末端のＯＨ基の水素の少なくとも一
部が、炭素数１−６の炭化水素基によって封鎖されてい
る１種又は２種以上のポリエーテル化合物であることを
特徴とするものである。この場合、前記アンモニア冷媒
と潤滑油とは前もって混合して作動流体組成物となして
もよく、又夫々別個に冷凍若しくはヒートポンプサイク
ル中に充填し、該サイクル中で作動流体組成物を構成し
てもよい。

【００２３】即ち、特定の構造を有するポリオキシアル
キレングルコ−ルの末端ＯＨ基をＯＲ基で置換したエー
テル化合物（以下単にポリエーテルと称する）が、アン
モニアとの相溶性に優れ、アンモニア存在下でも優れた
潤滑性および安定性を発揮することを見出した。

【００２４】このようなエーテル化合物とは例えば下記
の化学式（Ｉ）の化合物を潤滑油の基油とするアンモニ
ア圧縮機用潤滑油とアンモニアとの混合物よりなる作動
流体組成物が上げられる。 R₁ -[-O-(PO)_m-(EO)_n-R₂ ]_x （Ｉ） （一般式（Ｉ）において、Ｒ₁ は炭素数１−６の炭化水
素基、Ｒ₂ は炭素数１−６個のアルキル基であり、ＰＯ
はオキシプロピレン基、ＥＯはオキシエチレン基、ｘは
１−４の整数、mは正の整数であり、nは０または正の整
数である。） 又、本発明の潤滑油は第１発明のみに限定されることな
く、アンモニア冷媒に容易に溶解し得、且つ冷媒の蒸発
温度でも２層分離することのない潤滑油であればよい。

【００２５】更に前記一般式（Ｉ）の化合物を基油とす
る潤滑油は必ずしもアンモニアと相溶させる作動流体と
してのみ用いるものではなく、アンモニア圧縮機の潤滑
油として単独に用いることも出来る。前記一般式(Ｉ)で
表わされる化合物について詳細に説明する。前記式
（Ｉ）の化合物は、いわゆるポリオキシアルキレングリ
コール系化合物と総称され、これをＨＣＦＣあるいはＣ
ＦＣを冷媒とする冷凍機用潤滑油として使用する例は多
数知られている。例えばＵＳ４９４８５２５（対応日本
出願：公開公報２−４３２９０、同２−８４４９１）に
は、一般式Ｒ₁−（ＯＲ₂）ａ−ＯＨの構造のポリオキシ
アルキレングリコールモノエーテル（Ｒ₁は炭素数１−
１８のアルキル基、Ｒ₂はＣ１−Ｃ４のアルキレン
基）、ＵＳ４２６７０６４（対応日本出願：公告公報６
１−５２８８０）やＵＳ４２４８７２６（対応日本出
願：公告公報５７−４２１１９）に、Ｒ₁−［Ｏ−（Ｒ₂
Ｏ）ｍ−Ｒ₃］ｎやＲ₁−Ｏ−（Ｒ₂Ｏ）ｍ−Ｒ₃の構造の
ポリグリコール（Ｒ₁，Ｒ₃は水素、炭化水素基、アリ−
ル基）が、ＵＳ４７５５３１６（対応日本出願：公表公
報２−５０２３８５）に、少なくとも２個の水酸基を有
するポリアルキレングリコールが、ＵＳ４８５１１４４
（対応日本出願：公開公報２−２７６８９０）に、ポリ
エーテルポリオ−ルとエステルの組合せが、ＵＳ４９７
１７１２（対応日本出願：公開公報３−１０３４９７）
にＥＯとＰＯを共重合して、水酸基１個を有するポリオ
キシアルキレングリコールが紹介されている。これらい
ずれもＨＦＣやＨＣＦＣとの溶解性に優れることが述べ
られている。

【００２６】一方、ＨＦＣ用圧縮機用潤滑油として、Ｒ
₁−Ｏ−（ＡＯ）ｎ−Ｈ、Ｒ₁−Ｏ−（ＡＯ）_n−Ｒ₂の構
造のポリオキシアルキレングリコールモノエーテル、ポ
リオキシアルキレングリコールジエーテルに関する特
許、日本公開公報１−２５９０９３、同１−２５９０９
４、同１−２５９０９５、同３−１０９４９２が存在す
る。

【００２７】しかしながら、これら公知文献には、アン
モニアとの関係については何ら記載されていない。ＨＦ
ＣやＨＣＦＣは不活性であり、一方アンモニアは反応性
が大きいこと、溶解性も両者全く異なるため、アンモニ
ア冷媒との共存下で使用する本発明の完成には、これら
情報は参考にならない。

【００２８】また、アンモニア冷媒に関して、"Synthet
ic Lubricant and Their Refrigeration Application
s", Lubrication Engineering,Vol.46, No.4, Page239-
249 に、アンモニア冷媒の潤滑油として、高粘度指数の
ポリα−オレフィン及びイソパラフィン系鉱油が有用で
あり、エステルはスラッジを生成し、長期使用で固化す
ると記載されており、ＵＳ４４７４０１９（対応日本出
願：公開公報５８−１０６３７０）にはアンモニア冷媒
の冷凍システムの改良について記述されている。しか
し、これらの公知文献にもアンモニア冷媒とポリエーテ
ル化合物との関係については何も記載されていない。

【００２９】一般式（Ｉ）のポリエーテルは、潤滑油と
して必要な粘度を有するものであり、用途により４０℃
で２２−６８ｃＳｔ，１００Ｃで５−１５ｃＳｔの粘度
を有するものである。この粘度に大きく影響する要因は
分子量であり、上記粘度に設定するためには分子量は３
００−１８００が好ましい。

【００３０】一般式（Ｉ）のポリエーテルは、Ｒ₁およ
びＲ₂によって全ての末端が封鎖されているポリエーテ
ルである。ここでＲ₁ は炭素数１−６を有する炭化水素
基である。ここで炭化水素基とは、以下の（ｉ）あるい
は（ｉｉ）を意味する。すなわちＲ₁ は、（ｉ）飽和の
直鎖あるいは分岐のＣ１−Ｃ６鎖状炭化水素基、具体的
にはＣ１−Ｃ６の脂肪族１価アルコ−ルから誘導される
Ｃ１−Ｃ６のアルキル基、すなわちメチル基、エチル
基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチ
ル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、イソ
ヘキシル基のいずれかであるが、特に２層分離温度を低
下させる観点からは、炭素数が１−４、更に好ましくは
炭素数１−２のアルキル基すなわちメチルまたはエチル
基、あるいは、（ｉｉ）２−４価の飽和脂肪族多価アル
コ−ル、具体的にはエチレングリコール、プロピレング
リコール、ジエチレングリコール、１，３−プロパンジ
オール、１，２−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジ
オール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、ネオ
ペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチ
ロールプロパン、トリメチロールブタン、ペンタエリス
リトールから誘導される炭化水素残基、すなわちこれら
２−４価アルコ−ルが有する２−４個の水酸基の水素が
全て置換された炭化水素基を意味する。したがって、一
般式（Ｉ）のｘは、前記Ｒ₁ の炭化水素基の基になるア
ルコ−ルの価数に対応した１−４の整数である。アンモ
ニアとの溶解性を特に高めるためには、ｘは１で、Ｒ₁
はメチルあるいはエチル基が好ましい。

【００３１】またＲ₂ は炭素数１−６個のアルキル基で
ある。７以上のアルキル基では、アンモニアとの２層分
離温度が高くなる。Ｒ₂ が炭素数１−４、さらには１−
２の場合、アンモニアとの相溶性、すなわち２層分離温
度は一層低下するので好ましい。ｘが２−４の場合、Ｒ
₂ は２〜４個のアルキル基をとり、該アルキル基は同一
であっても異なっていても良く、また好ましい相溶性を
維持するのは、Ｒ₂ は１−４、特には１−２が好まし
い。概してＲ₁ 及びＲ₂ の炭素数が多くなるとアンモニ
アとの２層分離温度は高くなる傾向にあるから、良好な
相溶性を維持するには、Ｒ₁ とＲ₂ の炭素数の合計は１
０以下、より好ましく６以下、更に好ましくは４以下、
最も好ましくは２である。なおＲ₁あるいはＲ₂の一方も
しくは両方が水素の場合、アンモニアとの反応でスラッ
ジを生成してしまう。

【００３２】一般式（Ｉ）の化合物を合成する際に、１
−４価アルコ−ルの水酸基が、一部分でも未反応のまま
で残存するなら、得られたポリオ−ルは、長期間使用す
る間で、スラッジを生成するため、好ましくない。した
がってアルコ−ルの水酸基は可能な限り残存しないこ
と、具体的には、一般式（Ｉ）の化合物の水酸基価は１
０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、更には５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下が
好ましい。

【００３３】前記のとおり、一般式(Ｉ)で表わされるポ
リエーテル化合物を基油とする潤滑油の粘度は、４０℃
で２２−６８ｃＳｔ，１００Ｃで５−１６ｃＳｔであ
る。この粘度はアンモニア共存下で良好な潤滑性を維持
のために必要である。またアンモニアとの良好な溶解性
の維持のためには、平均分子量は、３００〜１８００が
好ましく、平均分子量が３００未満では、粘度が低くな
り、良好な潤滑性が得られず、一方、１，８００を超え
ると、アンモニアとの相溶性が悪くなる。該平均分子量
の制御は、Ｒ₁ 、Ｒ₂ の他、重合度ｍ及びｎを適宜選択
することによって達成される。

【００３４】さらにはオキシプロピレン基の重合度
（ｍ）及びオキシエチレン基の重合度（ｎ）の相対割
合、すなわちｍ／（ｍ＋ｎ）の値が、潤滑性、低温流動
性およびアンモニアとの相溶性に重要である。すなわち
ｍに対して、ｎが大き過ぎると、低温流動点が高くなっ
たり、アンモニアとの相溶性が低下する。この観点から
ｍ／（ｍ＋ｎ）の値は０．５以上が好ましい。ｎが０の
一般式（Ｉ）の化合物は、アンモニアとの相溶性も潤滑
性も良好である。しかしながらオキシプロピレン（Ｐ
Ｏ）の単独重合体よりも、オキシプロピレン（ＰＯ）と
オキシエチレン（ＥＯ）との共重合体で、しかもｍ／
（ｍ＋ｎ）を０．５以上にしたポリエーテルは、相溶性
を良好に保持しながら、潤滑性が一層向上したものにな
る。一方、オキシエチレンのみ、あるいはオキシエチレ
ンをオキシプロピレンより多量に重合したポリエーテル
は、流動点及び吸湿性が高くなり、注意を要する。アン
モニアとの相溶性、潤滑性、流動性の見地から、ｍ／
（ｍ＋ｎ）の値の好ましい範囲は０．５〜１．０、より
好ましくは０．５〜０．９、更に好ましくは０．７−
０．９である。

【００３５】また、オキシエチレンとオキシプロピレン
の共重合体は、一般式（Ｉ）において便宜上ブロック共
重合体が表示されているが、実際にはブロック共重合体
に限らず、ランダム共重合体でも交互共重合体でも構わ
ない。また、ブロック共重合におけるオキシエチレン部
分とオキシプロピレン部分の結合順序は、どちらが先で
あっても、つまりＲ₁ とどちらが結合してもよい。なお
オキシブチレンなど炭素数４以上のオキシアルキレンを
重合したポリエーテル化合物は、アンモニアと相溶しな
いため好ましくない。

【００３６】次にアンモニア冷媒との相溶性すなわち２
層分離温度の設定は、使用される用途に基づいて決定さ
れる。例えば極低温冷凍機には、２層分離温度が−５０
℃以下の潤滑油が必要であり、通常の冷蔵庫では−３０
℃以下であれば充分であり、空調機では−２０℃以下の
潤滑油でよい。特に２層分離温度が低いものが必要な場
合、Ｒ₁はメチル基が最も好ましい。

【００３７】一般式(Ｉ)の化合物は、単独もしくは２種
以上を混合して組み合わせて用いることが出来る。例え
ば分子量８００−１０００のポリオキシプロピレンジメ
チルエーテルと分子量１２００−１３００のポリオキシ
エチレンプロピレンジエチルエーテルを、それぞれ単独
あるいは１０：９０−９０：１０（重量）などの混合物
で、４０℃粘度が３２−５０ｃＳｔが例示される。

【００３８】一般式（Ｉ）のポリエーテル化合物は、炭
素数１−６の１−４価のアルコール又はそのアルカリ金
属塩を出発原料として、炭素数２−３のアルキレンオキ
サイドを重合させ、鎖状のポリアレキレン基の一方の端
がエーテル結合により前記原料アルコールの炭化水素基
に結合し、他方の末端が水酸基であるエーテル化合物を
得た後、この水酸基をエーテル化することにより得るこ
とができる。末端に水酸基を有するエーテル化合物の水
酸基をエーテル化するには、金属ナトリウムなどのアル
カリ金属やナトリウムメチラートなどの低級アルコール
のアルカリ金属塩を反応させて、前記エーテル化合物の
アルカリ金属塩を得た後、該アルカリ金属塩に炭素数１
−６のアルキルハロゲン化物を反応させる方法、あるい
はエーテル化合物の水酸基をハロゲン化物に変換した
後、炭素数１−６の１価アルコールを反応させる方法な
どがある。

【００３９】従って、必ずしもアルコールを出発原料と
せずに、両末端に水酸基を有するポリオキシアルキレン
グリコールを出発原料に用いることもできる。いずれに
せよ、一般式（Ｉ）のポリエーテル化合物は、公知の適
宜の方法で製造すればよい。

【００４０】従って前記冷凍機油は、アンモニアと極め
て広い混合割合で安定的に溶解する。またアンモニア存
在下で、良好な潤滑性発揮する。又、更に後記するよう
に、ダイヤモンドクラスタ等の添加材を加えることによ
り、前記潤滑性を確保した状態で潤滑油の混合割合を更
に低下させることが出来る。したがって本発明の冷凍機
用潤滑油は、一般式（Ｉ）で表される化合物を基油とす
るものであり、また本発明の冷凍及びヒートポンプサイ
クルに循環する作動流体組成物は、アンモニアと一般式
（Ｉ）のポリエーテル化合物が、９８：２（重量比）以
上の混合割合がよい。

【００４１】又本発明の潤滑油および冷凍機用作動流体
組成物には、各種の添加剤、例えばトリクレジルホスフ
ェート等の耐荷重向上剤、アミン系酸化防止剤、ベンゾ
トリアゾール系金属不活性化剤、シリコーン類の消泡剤
等を必要に応じて添加することが出来るが、アンモニア
との反応で固形物を形成しないものを選択すべきであ
る。したがってフェノ−ル系酸化防止剤は使用できな
い。又、アンモニアと反応する危険のある潤滑油、例え
ばポリオールエステルは混合すべきでなく、又アンモニ
アと溶解しない鉱油系潤滑油も混合すべきでない。

【００４２】次に前記作動流体組成物を用いた本発明に
ついて詳細に説明する。本発明は、アンモニア冷媒と、
該アンモニア冷媒に溶解し得且つ冷媒の蒸発温度でも２
層分離することのない潤滑油とを冷凍装置内に充填させ
るとともに、前記両者の充填比がアンモニア冷媒に対し
潤滑油を２重量％以上充填させて冷凍若しくはヒートポ
ンプサイクルを構成するものである。アンモニアと潤滑
油の割合は、圧縮機の種類により異なるが、基本的には
潤滑性能を維持する限りにおいて、極力潤滑油を少なく
するのが伝熱効率を上げる上で好ましい。例えば回転圧
縮機を用いた本発明における冷凍装置においては、一般
的にはアンモニア冷媒と潤滑油との充填重量配合比を、
７０〜９７：３０〜３程度に設定しても充分なる潤滑性
と冷凍能力を得ることが出来、更に後記するよう性能の
大幅向上につながる。

【００４３】即ち、潤滑油が３％以上溶解しておれば、
油の溶解が圧縮機の滑動部に入りやすくかじりが少なく
なるとともに冷凍サイクル構成が極めて簡単化する。而
も前記作動流体組成物を構成する潤滑油中に少なくとも
平均粒径が１５０Å以下、好ましくは平均粒径が略５０
Å以下の超微粒ダイヤモンド若しくはグラファイトに被
覆された超微粒子ダイヤモンドを添加することにより、
前記潤滑油の配合割合を略２％程度まで落としても問題
が生じない。

【００４４】そしてこの様なダイヤモンドは、例えば
（NEW DAIAMOND 1991 VOL8 Ｎｏ．１，新しい爆発法
による超微粒子ダイヤモンドパウダの特性とその応用）
に記載されているように、不活性ガスを満した爆発室の
中で爆発性物質を爆発させて合成させた超微粒子ダイヤ
モンドを精製して得られるクラスタダイヤモンドや該ク
ラスタダイヤモンドにグラファイトが被膜されている炭
素クラスタダイヤモンドを用いるのがよく、これを前記
潤滑油中に２〜３重量％添加することにより、前記作動
流体中の潤滑油の配合割合を２重量％にまで低減させる
ことが可能となる。

【００４５】又前記潤滑油は冷媒の蒸発温度でも２層分
離することがなく、低温流動性に優れているために、凝
縮器側は勿論蒸発器側でも熱交換コイルに分離した油が
付着する恐れがなく、これにより伝熱効率が大幅に向上
するのみならず、前記油回収機構や油分離器を前記冷凍
サイクル中に設ける必要がなく、これにより回路構成も
大幅に簡単化する。

【００４６】又、圧縮機内では潤滑油は冷媒に溶解しな
がら摺動部に入り込み、一層のかじり防止に役立つ。こ
の場合、前記圧縮機で圧縮後の前記アンモニア冷媒と潤
滑油とを混合してなる作動流体組成物を油回収器を介在
させることなく冷凍及びヒートポンプサイクルを循環さ
せるよう構成してもよい。この場合、前記潤滑油の充填
比が１０重量％以上でも圧縮機内である程度の潤滑油が
貯油されるために、冷凍サイクル中の潤滑油の配合割合
を特に蒸発器内の作動流体組成物の潤滑油の配合割合を
７％以下に設定することが出来、より好ましい伝熱効率
を得ることが出来る。

【００４７】又前記圧縮機で圧縮後の前記作動流体組成
物中の潤滑油の一部を圧縮機側に戻入可能に構成しても
よい。特に後者の場合は、圧縮機側では潤滑油の配合比
を多くし、循環サイクル、特に蒸発器側に導入される潤
滑油の配合比を極力少なくすることが容易となる。勿論
本発明は、単段圧縮タイプの冷凍装置においても、又２
段圧縮タイプの冷凍装置にも適用可能である。

【００４８】又、前記組成物が冷媒の蒸発温度以下でも
優れた潤滑性と相溶性を有する為に、膨張弁若しくは中
間冷却器通過後の組成物を蒸発器の上方より導入するト
ップフィード構造を取ることが出来、これによりいわゆ
る満液構造を取る必要がなく冷媒（組成物）のサイクル
循環量の低減と高い冷凍効果を得ることが出来る。又前
記組成物は冷媒の蒸発温度以下でも潤滑油と相溶性を有
するが、蒸発器内の低温気化という苛酷な条件下で分離
してしまう恐れがあり、而も前記蒸発器でトップフィー
ド構成を取ると、分離した油が直接圧縮機内に導入さ
れ、ノッキングその他の問題を生じさせてしまう。

【００４９】そこで前記蒸発器より圧縮機間を連絡する
導入管路途中に、例えばダブルライザの様に、前記分離
した油を一時貯溜する油溜まりと該油溜まり中の潤滑油
を前記管路中で圧縮機に導入される作動流体組成物と再
混合させる再混合部とを設けるのがよい。

【００５０】さて前記構成を取ることによりアンモニア
と冷媒の非溶性に対する問題は解決した。しかしなが
ら、アンモニアの強い腐食性と導電性、特に銅材に対す
る腐触性の問題が解決しておらず、その解決を行なわな
ければ密封型圧縮機、特に家庭用の冷凍機への適用は困
難である。そこで本発明はアンモニア冷媒圧縮機に電動
機を直結してなる密封型アンモニア圧縮機を用いたアン
モニア冷凍装置において、前記電動機側に回転子の周囲
に位置する固定子鉄心内周面側に、気密性シール部を介
して前記回転子と所定空隙を介して囲繞すると共に、前
記回転子内空間と圧縮機間に前記組成物が導通可能な導
通部を設けた技術を提案する。

【００５１】かかる発明によれば巻線が装着されている
固定子側は気密性シール部によりアンモニア冷媒等が流
入する回転子収納空間と隔絶されている為に、前記巻線
等が侵される恐れはなく、而も該回転子収納空間側は潤
滑油含有組成物が流入されるために、該回転子の回転軸
等の軸受部の潤滑に支障が生じる恐れがなく且つ前記両
空間における流体組成物の均圧化を図ることが出来る。
この場合前記気密性シール部を、回転子の周囲に囲繞す
る円筒状キャンで構成してもよいが、キャンを用いた場
合は、固定子線輪の励磁による交番磁束は回転磁束をな
して前記空隙部のキャンを透過し、固定子を回転させる
が、キャンには渦電流が流れ、渦流損失を発生させ、そ
の損失はモータ損失の半ば程度を占め、モータを加熱
し、効率を低下させる。

【００５２】そこで固定子鉄心を耐圧密封構造体容器と
して構成するとともに、該固定鉄心の内周側に絶縁性薄
膜を介在させるか、該固定鉄心の巻線挿入後の開溝の回
転子と対面する前面側にシール部材を配設し、該シール
部材を介して前記開溝内を気密シール可能に構成しても
よい。これによりキャンの有する前記欠点を解消し得る
と共に、固定子鉄心自体が耐圧容器として機能する為
に、キャンが不用になり、而も固定子鉄心は厚肉の界磁
鉄心で形成されている為に、充分なる耐圧強度をもたす
ことが出来る。前記回転子の回転を圧縮機側に伝達する
伝達軸部より前記組成物が漏洩可能に構成することによ
り電動機側の潤滑等が容易になるとともに、不完全シー
ルであるためにその構成が容易である。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００５４】先ず、潤滑油として、表１に示すポリエー
テル化合物（実施例１〜８）、及び表２に示すナフテン
鉱油系冷凍機油（比較例１）、分岐鎖型アルキルベンゼ
ン（比較例２）及び（ポリ）エーテル化合物（比較例３
〜８）を用い、アンモニアとの相溶性、ファレックス焼
付荷重、アンモニア雰囲気下でのボンベテスト前後にお
ける試料の色相、全酸価及び外観の変化を測定して評価
した。なお、表２の比較例１のナフテン鉱油系冷凍機油
及び比較例２の分岐鎖型アルキルベンゼンの物性は次の
通りである。 ナフテン鉱油系 分岐鎖型 冷凍機油 アルキルベンゼン 密度 0.888 0.870 動粘度 cSt (100℃) 4.96 4.35 引火点 ℃ 180 178

【００５５】また、本発明の組成物の評価等に用いた各
種試験方法の概要は次の通りである。 平均分子量：重量平均分子量をＧＰＣ（ゲル浸透クロマ
トグラフィー）で測定した。 動粘度：ＪＩＳＫ ２２８３に基づいて測定した。 アンモニアとの相溶性：試料油５ｇとアンモニア１ｇを
ガラスチューブに封入した後、室温から毎分１℃の速度
で冷却を行ない、二層分離を起こす温度を測定した。 ファレックス焼付荷重：ＡＳＴＭ Ｄ−３２３３−７３
に準拠してファレックス焼付荷重を測定した。 ボンベテスト：触媒として径１．６ｍｍの鉄線３ｍを装
填した３００ｍｌのボンベに試料油を５０ｇ入れ、アン
モニアで０．６ｋｇ／ｃｍ²Ｇまで加圧し、さらに窒素
ガスで５．７ｋｇ／ｃｍ²Ｇまで加圧した。その後、１
５０℃まで加熱して、その温度にて７日間保持した。室
温に冷却後、試料油からアンモニアを減圧下で除去し、
テスト前後における色相及び全酸価を測定し、外観の変
化を目視にて観察し、アンモニア雰囲気下での試料の安
定性を評価した。なお、外観は次の基準で評価した。 変化なし：テスト前後において、外観に変化がない 固化 ：テスト後試料が固結した

【００５６】前記試験の結果を表１及び表２に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】表１及び表２から実施例１乃至８のポリエ
ーテル化合物は、アンモニアとの相溶性、潤滑性、及び
にアンモニア雰囲気下での安定性に優れていることが分
かる。このようなポリエーテル化合物とアンモニアの混
合物は、アンモニア圧縮機に充填、使用されてその機能
を十分に発揮する。その結果アンモニア圧縮機をコンパ
クト、メンテナンスフリーなものとすることができ、ア
ンモニア圧縮機の用途を広げる等の格別の効果を有す
る。

【００６０】しかしながら、表２に示すナフテン鉱油系
冷凍機油、分岐鎖型アルキルベンゼン及び比較例３〜８
の各（ポリ）エーテルは室温で不溶であるか、若しくは
−５０℃の低温で相溶性を有していてもボンベテストで
個化することが分かる。この結果これらの油は圧縮／凝
縮／膨張を繰り返す冷凍サイクルに使用できないもので
ある。

【００６１】次にかかる潤滑油とアンモニア冷媒を混合
した作動流体組成物を用いた冷凍システムについて説明
する。図１は、本発明の実施例に係る単段圧縮タイプの
直接膨張式冷凍装置で、冷媒としてＲ−７１７（アンモ
ニア冷媒）及び潤滑油として前記実施例１のポリエーテ
ルを、９０重量部：１０重量部の割合で冷凍サイクルに
充填した一例を示す。図中１１は冷媒圧縮機で、該圧縮
機１１で圧縮されたアンモニア冷媒と潤滑油が相溶して
なる冷媒作動流体は油分離器を介することなく、直接凝
縮器１２に導かれ、該凝縮器１２内で冷却水（冷却水管
１８）との熱交換（取得熱：３０℃前後）により凝縮液
化される。

【００６２】そして該凝縮された作動液を高圧受液器１
４に貯溜させた後、膨張弁１３により減圧気化させ、蒸
発器１５の上端に設けた導入口１５ａよりトップフィー
ドで該蒸発器１５内に導入し、ファン１６より供給され
た送風負荷と熱交換（取得熱：−１５〜−２０℃前後）
した後、ダブルライザ１７を介して圧縮機１１の吸気側
に吸引され前記冷凍サイクルを繰り返す。ここでダブル
ライザ１７とは公知の様に、蒸発器１５導出部１５ｂの
出口側に設けたＵ字状の局部的な油溜まり１７２を具え
た主管路１７１と該主管路をバイパスするバイパス管路
１７３を有し、前記蒸発器１５内の蒸発により僅かに分
離した油を前記油溜まり１７２に油溜めを行ないながら
主管路１７１を通して低圧吸入管１９側に導くと共に、
バイパス管路１７３を細管にして絞り抵抗を与えること
により前記主管路１７１が油溜めにより閉塞した場合に
バイパス管路１７３を通過する潤滑油を含む気化冷媒の
流速により閉塞した油が低圧吸入管１９側に導出されて
再度混合溶解した状態で圧縮機１１の吸入側に導くもの
である。

【００６３】従って係る実施例によれば、油分離器等が
不用であり、而も図６に示す従来技術の様に、受液器底
部に油溜めを設けることなく、又ダブルライザ１７によ
る局部的な油溜まり１７２を設けるも、これは再度混合
溶解して圧縮機１１側に導入される為に、油回収機構
や、再度圧縮機１１側に戻す戻入回路等が不用になり、
サイクル構成が極めて簡単化する。

【００６４】又本実施例は冷媒が蒸発温度以下でも潤滑
油と相溶性の為に、膨張弁１３通過後の減圧冷媒を蒸発
器１５の上方より導入するトップフィード構造を取るこ
とが出来るために、重力に沿って蒸発器内を冷媒が通過
させることが出来、これによりいわゆる満液構造を取る
必要がなく、本発明者たちの実験では図６に示す従来例
に比較して重量比で１０％以上冷媒を少なくしても前記
従来例より高い冷凍効果を得ることが出来た。

【００６５】尚、本実施例においてはアンモニア冷媒と
潤滑油とを、９０重量部：１０重量部の割合で充填して
も圧縮機１１中にある程度の潤滑油が貯油されるために
冷凍サイクル中を循環する作動流体組成物の重量比は前
記充填重量比より低下し、特に蒸発器を循環する配合比
は５％以下となる為、蒸発器側の伝熱効率は一層向上す
る。尚、前記圧縮機は可変翼タイプのロータリ圧縮機や
往復圧縮機に好適である。又本実施例においては蒸発温
度を−１５〜−２０℃と、前記従来技術より圧縮比を高
くして運転したが、このような構成を取っても作動流体
が劣化したり、スラッジ化することなく、長期に亙って
高信頼性を得ることが出来る。

【００６６】又前凝縮器１２や蒸発器１５内の熱交換コ
イル壁面に前記潤滑油が付着することなく、伝熱効率
が、ナフテン鉱油系冷凍機油を用いた図６に示す従来例
に比較して６０％以上も向上した。又前記作動流体を構
成するアンモニアと潤滑油は水を溶解する能力があるた
めに、フロン系冷凍サイクルの様に、シリカゲル等の除
湿剤や除湿機構を設けなくてもよい。

【００６７】さて前記作動流体は圧縮機１１の潤滑性が
低減しない範囲で冷媒の割合を多くする必要があるが、
実際的には潤滑油を５重量％以下にすると、潤滑能力が
低下する。そこでこの様な場合には、前記したように平
均粒径が約５０Å以下のクラスタダイヤモンドや該クラ
スタダイヤモンドにグラファイトが被膜されている炭素
クラスタダイヤモンドを前記潤滑油中に２〜３重量％添
加することにより、前記作動流体中の潤滑油の配合割合
を更に低減させることが出来た。

【００６８】又前記ダブルライザ１７も例えば図３にし
めすように、凝縮器１４通過後の液冷媒を利用して前記
蒸発器１５内の蒸発により僅かに分離した油を含む作動
流体組成物を熱交換器１５０により加温することにより
前記分離油が再度組成物中に溶融し前記ダブルライザが
不要になる。尚、潤滑性の向上を図るために、前記作動
流体組成物の潤滑油の配合割合を多くすると共に、前記
圧縮機の出口側に油分離器２５と該分離器２５で分離し
た油を再度圧縮機１１側に戻す戻入回路２６を設ける方
策を取ってもよい。

【００６９】特に、油冷式スクリュー圧縮機の場合は、
前記圧縮機１１の出口側に油分離器２５と該分離器２５
で分離した油を再度圧縮機側に戻す戻入回路２６を設け
た法が好ましい。この場合はアンモニア冷媒と潤滑油と
の充填重量比が、９０〜８０重量部：１０〜２０重量部
の割合で充填しても圧縮機１１／油分離器２５／戻入回
路２６の閉サイクルにおける潤滑油の配合割合を多く
し、他の冷凍サイクルの潤滑油の配合割合を極力少な
く、例えば圧縮機１１側で潤滑油を９０％以上、蒸発器
１５側の潤滑油の配合割合を３％以下、更には０．５％
程度に設定することも可能である。

【００７０】又前記表中の実施例４、６、７、８に示す
ように、二層分離温度が−５０℃以下の潤滑油を用いて
作動流体を構成することにより液ポンプ再循環システム
構成を取ることなく、極低温冷凍装置を簡単に構成出来
る。その構成を図２に基づいて簡単に説明するに、図２
は冷媒としてＲ−７１７（アンモニア冷媒）と潤滑油と
して前記実施例６のポリエーテルを、９５重量部：５重
量部の割合で冷凍サイクル内に充填させた極低温冷凍シ
ステムで、２１は低段圧縮機でそのアンモニア冷媒と潤
滑油が相溶した圧縮作動流体は中間冷却器２２で−１０
℃前後に冷却して高段側圧縮機１１に導かれる。そして
高段圧縮機１１で圧縮された前記冷媒作動流体は直接凝
縮器１２に導かれ、該凝縮器１２内で冷却水（冷却水管
１８）との熱交換（取得熱：３５℃前後）により凝縮液
化される。

【００７１】そして該凝縮された作動液を高圧受液器１
４に貯溜させた後、膨張弁２０により減圧気化させて中
間冷却器２２を−１０℃前後に冷却させると共に、該冷
却により液化した作動液を、蒸発器１５の上端に設けた
導入口１５ａよりトップフィードで該蒸発器１５内に導
入し、ファン１６より供給された送風負荷と熱交換（取
得熱：−５０℃）した後、ダブルライザ１７を介して圧
縮機２１の吸気側に吸引され前記冷凍サイクルを繰り返
す。従って係る実施例においても、高圧受液器１４や中
間冷却器２２内の油溜まりや油回収構成が不用になると
共に、図７に示す従来技術と異なり低圧受液器と蒸発器
間の冷媒液を循環させる液ポンプ再循環サイクルが不用
となり、冷凍サイクル構成が大幅に簡単化される。

【００７２】又本実施例に用いる作動流体組成物は表３
に示すように、流動性が蒸発温度以下の−５０℃でも冷
媒と相溶性がよく、且つ流動性も４．５秒前後と良好な
ために、トップフィード構造を取ることが出来冷媒を少
なくしても前記ボトムフィード構造の従来例より高い冷
凍効果を得ることが出来るとともに極低温の蒸発器内で
の伝熱効率も向上する。

【００７３】

【表３】

【００７４】又蒸発器１５の出口側に設けたダブルライ
ザ等の局部的な油溜まりと再混合溶解構造を設けるのみ
で足りるために、油抜きの為に一時停止させることなく
冷凍サイクルの連続運転を長期に亙って継続でき、これ
により無人化及びフリーメインテナンス化が容易であ
る。

【００７５】さて前記構成を取ることによりアンモニア
と冷媒の非溶性に対する問題は解決した。しかしなが
ら、アンモニアの強い腐食性と導電性、特に電気銅線に
対する腐触性の問題が解決しておらず、その解決を行な
わなければ密封型圧縮機、特に家庭用の冷凍機への適用
は困難である。その第１がキャンドモータの適用であ
る。即ちアンモニア冷媒を用いた流体機械と直結する密
封型電動機においては、固定子と回転子の間に円筒シリ
ンダ状のキャンを嵌入固定し、キャンの外周側に位置す
る固定子までアンモニア冷媒が漏洩しない構成としたキ
ャン型モータの採用が検討される。

【００７６】しかしながら前記キャンは高密度の交流磁
束が鎖交しており、渦電流損失及びキャンを含めた空隙
における磁気抵抗を増加させて、励磁損失等による多量
の熱が発生し、キャンドモータの効率を低下させる。そ
こでキャンを用いなくても前記固定子と回転子間を隔壁
し、固定子側のアンモニアの漏洩を封止できれば特に問
題が生じない。

【００７７】図４及び図５はかかる構成の実施例で、電
動機とスクリュー圧縮機を直結してなる密封型圧縮機の
本体構成を示し、先ずスクリュー圧縮機Ａ側の構成を説
明するに、３１は矢示のように前記した相溶性の作動流
体を圧縮するために取入れられる吸入孔、３２はスクリ
ューロータ３０により圧縮された冷媒ガスを凝縮器側に
吐出する吐出口、３３はこれを包被するロータハウジン
グ、３４Ａは円板状の軸受ハウジング３５に嵌合された
軸受で、電動機Ｂ側の回転軸３６をスプロケット軸嵌合
させたロータ軸３７ａを支承する。又他側のロータ軸３
７ｂは軸受３４Ｂに支承されている。この場合、ロータ
軸３７ａと軸受３４Ａ間は不完全シール状態を構成し、
圧縮機Ａ側より電動機Ｂ側に作動流体組成物が導入可能
に構成する。

【００７８】又前記円板状の軸受ハウジング３５の下側
には電動機Ｂ側に流れた作動流体のリターン穴３９を設
け、圧縮機Ａ側と電動機側の回転子４１空間の均圧化を
図る。一方、電動機Ｂ側は、前記回転軸３６に固定され
た回転子４１、該回転子４１の周囲を囲繞する固定子４
２とを具え、そして前記固定子４２は、図５に示すよう
に、多数枚の界磁鉄心板４３ａを積層してなる固定子鉄
心４３と、該固定子鉄心４３の内周面側に、軸方向に延
在してなる断面コの字状の開溝４４に収納させた巻線４
５と、前記固定子鉄心４３の軸方向両側に位置する４５
ａは巻線のコイルが延設された部分である。

【００７９】そして、前記固定子鉄心４３は、多数枚の
界磁鉄心板４３ａの積層面上に絶縁性樹脂コーティング
剤その他の接着剤４６を塗布して気密的にシールさせる
か若しくは熱溶融性の絶縁膜４６を介在させて熱圧着に
より両者を一体的に固化させて耐圧的に気密保持させ
る。又更に前記固定子鉄心４３の内周面側に非磁性薄板
４７若しくは樹脂薄膜４７を圧着して被覆形成すること
により前記気密性の一層の増進を図る。

【００８０】そして前記固定子鉄心４３は略円筒状をな
し、その軸方向両端側を圧縮機Ａ側の軸受ハウジング３
５に気密的に固定された外枠ハウジング４８のフランジ
４８ａと前記回転軸３６の自由端側軸受２９と一体化さ
せた鏡板状ハウジング２８のフランジ部２８ａに当接さ
せて一体的に且つ気密的に固着させる。

【００８１】かかる構成によれば前記固定子鉄心４３
は、その両端側を前記したように圧縮機Ａ側に気密的に
固定された外枠ハウジング４８と前記回転軸３６の自由
端側に位置する鏡板状ハウジング２８に一体的に固着さ
れている為にこれらの部材との協動作用により耐圧容器
として機能し得、従って、冷媒ガスの圧縮が２０Ｋｇ／
ｍ²にも及ぶ冷凍機に対しても、十分な耐圧性を確保す
ることが出来る。

【００８２】一方、前記固定子鉄心４３の開溝４４に収
納されている巻線４５は、回転子４１と同一空間内に位
置している為に、不完全シール状態にある圧縮機Ａのロ
ータ軸３７ａと軸受３４部間より電動機Ｂ内に腐触性の
アンモニア冷媒を含む作動流体組成物が侵入するため
に、前記回転子４１とともに巻線４５も併せて耐蝕絶縁
処理を施す必要があるが、巻線の耐アンモニア絶縁処理
は中々困難である。

【００８３】そこで図５（Ｂ）に示すように、前記開溝
４４内にバインド樹脂４９を充填するとともに、その内
周側に前記絶縁性樹脂薄膜４７’を被覆して気密的にシ
ールさせるか、又図５（Ａ）に示すように、前記開溝４
４内にバインド樹脂を充填するとともに、前記開溝４４
の開口端にその両側部をテーパ状に形成したシール板２
７を嵌着させることにより容器内の冷媒ガス圧により前
記シール板２７の背面側より背圧が印加されて前記開溝
４４開口端を嵌着し気密的にシールすることが可能であ
る。この結果固定子巻線４４の開溝１２内での固定とと
もに、その開口面が閉鎖されて強靱な機械的強度と耐触
性並びに気密性をも同時に保持せしめることができる。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、アンモニアと低温でも
優れた溶解安定性を有し、またアンモニア冷媒雰囲気下
で優れた潤滑性を発揮し、しかも圧縮機運転中に固形物
の生成もない。従って、従来のアンモニア冷媒の冷凍装
置で不可欠であった油回収装置を省略することができ、
そのため小型冷凍機としても適用することが可能にな
る。これにより装置構成の簡単化と伝熱効率の向上等、
実用的に極めて有利な冷凍装置を提供し得る。特に本発
明によればアンモニアの持つ潤滑油に対する非溶性とと
もに腐触性の解消し、これによりアンモニア密封型圧縮
機を容易に提供でき、その実用的価値は極めて大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る単段圧縮タイプの直接
膨張式冷凍装置を示す概略図である。

【図２】 本発明の実施例に係る２段圧縮タイプの極低
温凍装置を示す概略図である。

【図３】 本発明の他の実施例に係る単段圧縮タイプの
直接膨張式冷凍装置を示す概略図である。

【図４】 本発明の実施例に係る電動機直結型の密封型
圧縮機の縦断面図である。

【図５】 図４の固定子の断面構造を示す要部拡大図で
ある。

【図６】 従来技術に係る単段圧縮タイプの直接膨張式
冷凍装置を示す概略図である。

【図７】 従来技術に係る２段圧縮タイプの極低温凍装
置を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ 冷媒圧縮機 １２ 凝縮器 １３ 膨張弁 １４ 高圧受液器 １５ 蒸発器 １５ａ 導入口 １６ ファン １７ ダブルライザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 開米 貴 埼玉県戸田市新曽南三丁目17番35号 (72)発明者 矢野 久 埼玉県戸田市新曽南三丁目17番35号

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器
   を含む冷凍サイクルにより、冷凍若しくはヒートポンプ
   サイクルを構成したアンモニア冷凍装置において、 前記冷凍サイクル中にはアンモニア冷媒の蒸発温度でも
   ２層分離することのないアンモニア冷媒とその中にある
   潤滑油で構成される作動流体組成物を含み、前記サイク
   ル内でのアンモニア冷媒と潤滑油の比率は、その重量比
   が、７０：３０から９７：３であることを特徴とするア
   ンモニア冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 冷媒圧縮機側に供給される作動流体組成物内の潤滑油の
   重量は少なくとも１０％あり、圧縮機を介してアンモニ
   ア冷凍サイクルに導入される作動流体組成物内の潤滑油
   の配合割合はその重量比が７％以下になるように設定し
   たことを特徴とするアンモニア冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 前記凝縮器で凝縮後のアンモニア冷媒と潤滑油が溶解し
   た作動流体組成物を冷媒と潤滑油を分離させることなく
   膨張弁又は／及び中間冷却器に導入したことを特徴とす
   るアンモニア冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 前記膨張弁若しくは中間冷却器通過後のアンモニア冷媒
   と潤滑油が溶解した作動流体組成物を、蒸発器上端側に
   設けた導入口より底側に設けた排出口側に向けトップフ
   ィードで導入可能に構成したことを特徴とするアンモニ
   ア冷凍装置。
5. 【請求項５】 前記蒸発器より導出された、アンモニア
   冷媒と潤滑油が溶解した作動流体組成物を、凝縮器で凝
   縮後の作動流体組成物の保有熱と熱交換させた後、圧縮
   機側に導入可能に構成したことを特徴とする請求項１記
   載のアンモニア冷凍装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 平均粒径が１５０Å以下の超微粒ダイヤモンドを前記潤
   滑油中に添加していることを特徴とするアンモニア冷凍
   装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 前記潤滑油の基油が、ポリオキシアルキレングルコ−ル
   の末端のＯＨ基の水素の少なくとも一部が、炭素数１−
   ６の炭化水素基によって封鎖されている１種又は２種以
   上のポリエーテル化合物であることを特徴とする冷凍若
   しくはヒートポンプサイクルを構成するアンモニア冷凍
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 密封型アンモニア圧縮機と、固定子と回転子からなる耐
   圧密封型電動機を直結して構成されており、該電動機側
   に回転子の周囲に位置する固定子鉄心内周面側に、機密
   性シール部を介して前記回転子と所定空隙介して囲繞す
   ると共に、前記回転子空間と圧縮機間に前記組成物が導
   通可能な導通部を設けていることを特徴とするアンモニ
   ア冷凍装置。
9. 【請求項９】 請求項１記載のアンモニア冷凍装置にお
   いて、 密封型アンモニア圧縮機と電動機を直結して構成され、
   前記電動機側に回転子の周囲に位置する固定子鉄心を耐
   圧密封構造体容器として構成すると共に、該固定鉄心の
   巻線挿入後の開溝の回転子と対面する前面側にシール部
   材を配設し、該シール部材を介して前記開溝内を機密シ
   ール可能に構成していることを特徴とするアンモニア冷
   凍装置。