JP2001234184A - 圧縮機とそれを使用した冷凍装置 - Google Patents

圧縮機とそれを使用した冷凍装置

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JP2001234184A
JP2001234184A JP2000045724A JP2000045724A JP2001234184A JP 2001234184 A JP2001234184 A JP 2001234184A JP 2000045724 A JP2000045724 A JP 2000045724A JP 2000045724 A JP2000045724 A JP 2000045724A JP 2001234184 A JP2001234184 A JP 2001234184A
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Japan
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compressor
carbonate compound
refrigerant
refrigerating machine
oil
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JP2000045724A
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English (en)
Inventor
Hironao Numamoto
浩直 沼本
Tetsuji Kawakami
哲司 川上
Koujirou Suga
広次郎 菅
Kunihiko Takeuchi
邦彦 竹内
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Mitsui Chemicals Inc
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 潤滑性が優れ、かつプロパン等の炭化水素の
溶解度が低く、更に電気絶縁性も高い、信頼性の高い冷
凍機油を使用した圧縮機と冷凍装置を提供する。 【解決手段】 冷凍機油として、下式(1)で表される
カーボネート化合物と下式(2)で表されるカーボネー
ト化合物のうちの少なくとも1種類を含むカーボネート
化合物を用いた圧縮機である。 [式(1)、および式(2)中で、R、R、R
よびRはそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が
1〜6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。ま
た、Rは炭素原子数が3〜6の炭化水素基またはエーテ
ル結合を含む炭化水素基であり、nは1〜10の整数
で、lおよびmはそれぞれ独立に1〜5の整数であ
る。]

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な冷凍装置に関
するものである。詳しく言えば、地球的規模での環境破
壊問題である地球温暖化に対応する一つの方法として、
冷凍機業界では地球温暖化係数の極めて小さい冷媒に関
心が集まっている。このような冷媒候補の一つにプロパ
ンやイソブタン等の炭化水素冷媒があり、本発明は、こ
れらの炭化水素冷媒用潤滑油に適した冷凍機油を使用し
た圧縮機とそれを用いた冷凍装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地球温暖化に対する関心の高まりを背景
として、地球温暖化係数が小さく、かつ、オゾン破壊係
数もゼロである炭化水素冷媒は、ポストHFCの一つの
有力な冷媒候補に挙げられている。事実、環境破壊問題
に関心の高いドイツを含む北欧諸国では、イソブタン冷
媒を用いた冷蔵庫が既に販売されている。
【0003】イソブタン等の炭化水素冷媒は可燃性であ
り、装置上の安全対策は施されているものの、漏洩時の
危険性に対する配慮をしておくことが望まれる。一般的
には、冷媒による危険性は冷媒量の4乗に比例するの
で、室内で使用する冷蔵庫やエアコンでは、安全性の点
から冷媒充填量は少なければ少ないほど望ましい傾向に
ある。北欧で既に販売されている冷蔵庫は内容積が小さ
くイソブタン充填量が少ないのに比べ、国内では大型冷
蔵庫が主流であり冷媒充填量が多くなる。また、冷蔵庫
より高い冷凍能力を要求されるエアコンでは冷媒充填量
がさらに多くなる。したがって、エアコンや冷蔵庫に炭
化水素冷媒を用いる場合には、装置上の安全対策と共に
充填量を削減することが望ましい。
【0004】イソブタン冷媒を用いた冷蔵庫には、イソ
ブタンとの相溶性の高い鉱油が潤滑油として使用されて
いる。また、プロパン等の炭化水素冷媒をエアコンに使
用する場合にも、これら炭化水素冷媒との相溶性が高い
鉱油やアルキルベンゼン等の潤滑油が一般的に検討され
ている。しかし、炭化水素冷媒と相溶性が低い潤滑油を
用いると、相溶性が高い潤滑油を用いる場合に比べて少
ない冷媒充填量で同じ冷凍能力が発揮できることがわか
っている。すなわち、炭化水素冷媒に対する相溶性が低
い潤滑油を使用すると、冷媒充填量を削減することが可
能になる。
【0005】以上のように、炭化水素冷媒に対する冷凍
機用潤滑油の相溶性を低下させることによる冷媒充填量
の削減は安全確保と省エネの両面から強く求められてい
る。相溶性を低下させることは、一般的には、冷媒と潤
滑油の極性の差を大きくすることにより行われる。しか
し、炭化水素冷媒においてはその極性は低いので、潤滑
油との極性の差を大きくするためには潤滑油の極性を高
くすることになり、この場合、潤滑油の電気絶縁性が低
くなって漏れ電流が大きくなる、即ち、冷凍サイクル効
率の低下などの不具合が発生する。また、鉱油はエステ
ル系やカーボネート系の潤滑油に比べると潤滑性が低い
ため、負荷が大きいロータリー等のコンプレッサーに鉱
油を用いる場合には、潤滑性不足による耐久性の低下が
懸念される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はハロゲン原子
を含まない炭化水素という可燃性ガスを冷媒に使用する
ことに付随する安全面と効率面での不具合を解消するた
め、プロパン等の炭化水素冷媒に対する溶解度が低くて
電気絶縁性も高く、かつ、潤滑性が優れた、炭化水素冷
媒用潤滑油に適した冷凍機油を封入した圧縮機とそれを
用いた冷凍装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、種
々の化学構造を持った潤滑油を合成し、合成油のプロパ
ン溶解度、体積抵抗率と化学構造との関係を詳細に検討
した結果、特定のカーボネート化合物が、プロパン溶解
度が低くて体積抵抗率も高く、かつ優れた潤滑性を有す
ることを見出して本発明を完成させるに至った。
【0008】本発明に係わる圧縮機は、冷凍機油とし
て、下式(1)で表されるカーボネート化合物と下式
(2)で表されるカーボネート化合物のうちの少なくと
も1種類を含むカーボネート化合物を用いた圧縮機であ
る。
【0009】
【化3】
【0010】[式(1)中で、R、R、Rおよび
はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が1〜
6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。また、R
は炭素原子数が3〜6の炭化水素基またはエーテル結合
を含む炭化水素基で、かつ、Rを含む繰返し部分(−R
OCO−)の溶解度パラメータ計算値(Fedors
の方法で算出)が9.5〜10.5の範囲にあるもので
ある。また、nは1〜10の整数であり、lおよびmは
それぞれ独立に1〜5の整数である。]
【0011】
【化4】
【0012】[式(2)中で、R、R、Rおよび
はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が1〜
6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。lおよび
mはそれぞれ独立に1〜5の整数である。] 上記構成によって、冷凍サイクル用途として潤滑性が優
れ、かつプロパン等の炭化水素の溶解度が低く、更に電
気絶縁性も高い冷凍機油を使用した、信頼性の高い圧縮
機と冷凍装置を提供できる。
【0013】
【発明の実施の形態】上記の課題を解決するためになさ
れた請求項1記載の発明は、冷凍機油として、下式
(1)で表されるカーボネート化合物と下式(2)で表
されるカーボネート化合物のうちの少なくとも1種類を
含むカーボネート化合物を用いた圧縮機である。
【0014】
【化5】
【0015】[式(1)中で、R、R、Rおよび
はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が1〜
6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。また、R
は炭素原子数が3〜6の炭化水素基またはエーテル結合
を含む炭化水素基で、かつ、Rを含む繰返し部分(−R
OCO−)の溶解度パラメータ計算値(Fedors
の方法で算出)が9.5〜10.5の範囲にあるもので
ある。また、nは1〜10の整数であり、lおよびmは
それぞれ独立に1〜5の整数である。]
【0016】
【化6】
【0017】[式(2)中で、R、R、Rおよび
はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が1〜
6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。lおよび
mはそれぞれ独立に1〜5の整数である。] 請求項2記載の発明は、上式(1)で表されるカーボネ
ート化合物において、R〜Rが全て水素原子で、か
つ、Rが−CHCHCHCH−または−CH
CHCHCHCH−またはこれらの混合物であ
る圧縮機である。請求項3記載の発明は、上式(1)で
表されるカーボネート化合物において、R〜Rが全
て水素原子で、かつ、Rが−CHCHCHCH
−と−CHCHOCHCH−の混合物または−
CHCHCHCHCH−と−CHCH
CHCH−の混合物である圧縮機である。請求項4
記載の発明は、冷凍機油の40℃における動粘度が5〜
50mm/sである圧縮機である。請求項5記載の発
明は、冷凍機油の100℃における動粘度が2〜10m
/sである圧縮機である。請求項6記載の発明は、
冷凍機油の体積抵抗率が1011Ωcm以上である圧縮
機である。請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のい
ずれかに記載の圧縮機、凝縮機、絞り装置、蒸発器を、
それぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構
成し、エタン、プロパン、イソブタンまたはこれらの内
の2種類以上からなる混合物を主成分とした冷媒を用い
た冷凍装置である。請求項8記載の発明は、冷凍サイク
ル内の水分を50ppm以下とする冷凍装置である。請
求項9記載の発明は、ドライヤーを冷凍サイクル内に配
置した冷凍装置である。
【0018】以下、本発明に適用する冷凍機油について
具体的に説明する。本発明においては、冷凍機油とし
て、下式(1)で表されるカーボネート化合物と下式
(2)で表されるカーボネート化合物のうちの少なくと
も1種類を含むカーボネート化合物を用いる。
【0019】
【化7】
【0020】[式(1)中で、R、R、Rおよび
はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が1〜
6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。また、R
は炭素原子数が3〜6の炭化水素基またはエーテル結合
を含む炭化水素基で、かつ、Rを含む繰返し部分(−R
OCO−)の溶解度パラメータ計算値(Fedors
の方法で算出)が9.5〜10.5の範囲にあるもので
ある。また、nは1〜10の整数であり、lおよびmは
それぞれ独立に1〜5の整数である。]
【0021】
【化8】
【0022】[式(2)中で、R、R、Rおよび
はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数が1〜
6の直鎖状または分岐状の炭化水素基である。lおよび
mはそれぞれ独立に1〜5の整数である。]
【0023】式(1)および(2)中、R、R、R
およびRは同一でも異なっていてもよく、水素原子
または炭素原子数が1〜6の直鎖状または分岐状の炭化
水素基、例えば、CH−、C−、C−、
−、C11−、C13−である。そし
て、水素原子とCH−が特に好ましい。
【0024】次に、式(1)中のRの具体例を以下に挙
げる。また、Rを含む繰返し部分(−ROCO−)の
溶解度パラメータをFedorsの方法で計算した結果
をカッコ内に示した。
【0025】炭素原子数が3〜6の炭化水素基として
は、例えば以下のものが挙げられる。 −CHCHCH−(10.5) −CHCH(CH)−(10.2) −CHCHCHCH−(10.2) −CHCH(CH)CH−(9.9) −CHCHCHCHCH−(9.9) −CHC(CHCH−(9.5) −CHCHCHCHCHCH−(9.8) −CHCHCH(CH)CHCH−(9.
6)
【0026】
【化9】
【0027】
【化10】
【0028】炭素原子数が3〜6のエーテル結合を含む
炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。 −CHCHOCHCH−(10.4) −CHCHOCHCHOCHCH−(1
0.1) −CHCH(CH)OCHCH(CH)−
(9.6)
【0029】式(1)で表されるカーボネート化合物に
おけるRは単一の基からなるものであっても良いし、勿
論2種類以上の基からなるものであっても何ら問題はな
い。そして、−CHCHCHCH−、−CH
CHCHCHCH−、−CHCHOCH
CH−の単独またはこれらの混合物が特に好ましい。
【0030】上記式中、nは1〜10の整数であり、l
およびmは1〜5の整数であるポリカーボネート等が具
体例として挙げられる。
【0031】Rで表される炭化水素基またはエーテル結
合を含む炭化水素基を含む繰返し部分(−ROCO
−)の溶解度パラメータは、カーボネート化合物の炭
化水素冷媒に対する溶解度と体積抵抗率に影響を及ぼ
す。炭化水素冷媒の溶解度を低く抑え、かつ体積抵抗率
を高く保つには、この値は9.5〜10.5が好まし
い。また、Rはカーボネート化合物の粘度と流動点にも
影響を及ぼす。本発明のカーボネート化合物は炭化水素
冷媒の溶解度が低いため、圧縮機へのオイル戻り特性を
考慮すると、カーボネート化合物の粘度は低いことが望
ましい。したがって、カーボネート化合物の低粘度化が
可能な、Rの炭素原子数は3〜6が好ましい。また、寒
冷地での使用も考慮すると流動点は低いことが望まし
く、この点からもRの炭素原子数は3〜6が好ましい。
【0032】本発明で用いる式(1)で表されるカーボ
ネート化合物や式(2)で表されるカーボネート化合物
は、例えば次のような方法により合成することができ
る。すなわち、下式(3)で表される芳香環を含有した
モノオール(モノアルコール)と、
【0033】
【化11】
【0034】[式(3)中、R、R、RおよびR
は式(1)および(2)におけるR 、R、R
よびRと同一の基である。勿論RとR、RとR
がそれぞれ同一の基であっても良い。また、lおよび
mも式(1)および(2)におけるlおよびmと同一で
ある。]下式(4)で表されるジオールと、
【0035】 HO−R−OH (4)
【0036】[式(4)中、Rは式(1)におけるRと
同一の基である。]下式(5)で表されるモノカーボネ
ートとを
【0037】 ROCO(5)
【0038】[式(5)中、RはRを有するR
Hが式(3)で表されるモノオールや式(4)で表され
るジオールよりも沸点が低い化合物である場合におけ
る、直鎖状または分岐状の炭化水素基、例えば、CH
−、C−、C−、C −である。]塩
基触媒の存在下にエステル交換反応させれば式(1)で
表されるカーボネート化合物を合成することができる。
モノオール/ジオール/モノカーボネートのモル比が
0.1〜100/1/1〜100になるように各原料を
仕込み、塩基触媒の存在下に加熱しながら生成アルコー
ル(ROH)を蒸留によって反応系外に除去して反応
率95%以上まで反応させる。次いで、上記塩基触媒を
水洗または酸で中和して除去した後、未反応の上記モノ
カーボネートを反応系外に除去して式(1)で表される
カーボネート化合物を得る。
【0039】上記塩基触媒としては、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、炭酸ナ
トリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸
塩や炭酸水素塩、ナトリウムメトキサイド、カリウムメ
トキサイド、リチウムメトキサイド等のアルカリ金属ア
ルコラート等が好ましく用いられる。
【0040】なお、この製造方法では、原料であるジオ
ールの全水酸基がカーボネート化されたカーボネート化
合物だけでなく、このジオールの一方の水酸基のみがカ
ーボネート化されたカーボネート化合物も少量生成する
可能性があるが、これらは必要ならば分離除去すればよ
い。
【0041】また、式(2)で表されるカーボネート化
合物は、上記の方法において、式(4)で表されるジオ
ールを用いず、式(3)で表される芳香環を含有したモ
ノオール(モノアルコール)と、式(5)で表されるモ
ノカーボネートだけを用い、モノオール/モノカーボネ
ートのモル比が1〜100/1〜100になるように各
原料を仕込み、反応させることにより合成することがで
きる。また、式(2)で表されるカーボネート化合物
は、式(1)で表されるカーボネート化合物を製造する
際の副生物としても得られる。
【0042】こうして得られた式(1)で表されるカー
ボネート化合物を用いた冷凍機油の40℃の動粘度は5
〜50mm/sであることが好ましく、100℃の動
粘度は2〜10mm/sであることが好ましい。ま
た、体積抵抗率は1011Ωcm以上であることが好ま
しい。
【0043】本発明の冷凍機用冷媒組成物で使用される
炭化水素冷媒は炭素原子数2〜4の炭化水素を主成分と
するものである。これらの炭化水素は単品または混合物
のいずれでも使用できる。具体的には、エタン、プロパ
ン、イソブタンまたはこれらの内の2種類以上からなる
混合物である。
【0044】本発明の冷凍機油には、従来の潤滑油に使
用されている各種の添加剤、例えば、耐荷重添加剤、塩
素捕捉剤、酸化防止剤、消泡剤、分散清浄剤、粘度指数
向上剤、油性剤、耐摩耗添加剤、極圧剤、防錆剤、腐食
防止剤、流動点降下剤等を所望に応じて添加することが
可能である。耐荷重添加剤としては、例えば、リン酸エ
ステル、第三級ホスファイト等のリン酸化合物、モノス
ルフィド類、ポリスルフィド類、スルホン類、チオスル
フィネート類、硫化油脂等の有機硫黄化合物系のもの、
塩素化炭化水素類、塩素化カルボン酸類等の有機塩素系
のもの、フッ素化エチレン樹脂、フッ素か脂肪族カルボ
ン酸類等の有機フッ素系のもの、高級アルコール等のア
ルコール系のもの、ナフテン酸塩類、脂肪酸塩類、チオ
リン酸塩類、チオカルバミン酸塩類、有機モリブデン化
合物、有機スズ化合物、ホウ酸エステル等の金属化合物
系のものがある。塩素捕捉剤としては、グリシジルエー
テル基含有化合物、エポキシ化脂肪酸モノエステル、エ
ポキシシクロアルキル基含有化合物等がある。酸化防止
剤としては2,6−ジtertブチル−p−クレゾール
等のヒンダードフェノール類、芳香族アミン類等があ
る。消泡剤としては、シリコーンオイル(ジメチルシロ
キサン)、ポリメタクリレート類等がある。清浄分散剤
としては、スルホネート類、フェネート類、コハク酸イ
ミド類等がある。粘度指数向上剤としては、ポリメタク
リレート、ポリイソブチレン、エチレン−プロピレン共
重合体、スチレン−ジエン共重合体等がある。
【0045】
【実施例】次に、本発明を代表的な実施例により更に詳
細に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるも
のではない。前述の合成方法に基づいて合成された表1
に示したカーボネート化合物の動粘度、粘度指数、体積
抵抗率、分子量、誘電率、プロパン溶解度を下記の方法
で評価した。 (1)動粘度:JIS K−2283に準拠して評価し
た。 (2)粘度指数:JIS K−2283に準拠して評価
した。 (3)体積抵抗率:ASTM D 257に準拠して評
価した。 (4)分子量:島津製作所製のGPC(ゲルパーミエー
ションクロマトグラフィー)システムを使用し、ポリス
チレン基準にて平均分子量を求めた。分析は、カラムと
してポリスチレンゲル(G−1000HXL+G−20
00HXL+G−3000HXL+G−4000HX
L)、検出器として指差屈折計、溶媒としてTHF(テ
トラヒドロフラン)を用い、溶出速度0.8ml/mi
nで行った。 (5)誘電率:JEC6150に準拠して1kHz、室
温で測定した。 (6)プロパン溶解度:カーボネート化合物に対するプ
ロパン溶解度は下記のようにして測定した。 図1のようなサンプリングキャピラリ11を装備した3
00mlオートクレーブ12に評価対象のカーボネート
化合物150gを入れ、内部を排気後、冷媒としてプロ
パン約40gを充填した。これを70℃に設定したオイ
ルバス13に投入し温度とオートクレーブ内の圧力を安
定させた。その後、マグネットスタラ14で攪拌子15
を回転させながら、液組成を真空減圧した採取容器にサ
ンプリングキャピラリ11を介して吸い上げることによ
り採取し、その採取物の重量並びに冷媒揮発による重量
減少を測定して、カーボネート化合物へのプロパン溶解
度を以下の式から測定した。
【0046】
【数1】
【0047】段階的にプロパンをオートクレーブ内から
排出して蒸気圧を減少させることにより、絶対圧2.1
〜0.3MPaの範囲で数点の蒸気圧におけるカーボネ
ート化合物へのプロパン溶解度の測定を実施し、これら
複数点の蒸気圧における溶解度から内挿により、70
℃、絶対圧1.57MPaでのカーボネート化合物のプ
ロパン溶解度を求めた。表1に合成されたカーボネート
化合物の化学構造とそれらの動粘度、粘度指数および体
積抵抗率を評価した結果を示す。表2に分子量と誘電率
を示す。表3に70℃、絶対圧1.57MPaでの各カ
ーボネート化合物のプロパン溶解度を示す。
【0048】
【表1】
【0049】カーボネート化合物の化学構造: カーボネート化合物1
【0050】
【化12】
【0051】カーボネート化合物2
【0052】
【化13】
【0053】カーボネート化合物3
【0054】
【化14】
【0055】カーボネート化合物4
【0056】
【化15】
【0057】カーボネート化合物5
【0058】
【化16】
【0059】カーボネート化合物6
【0060】
【化17】
【0061】
【表2】
【0062】
【表3】
【0063】次に、本発明の実施例に用いる冷凍サイク
ルの構成及び圧縮機について図面を用いて説明する。図
2は空気調和機における冷凍サイクル図である。図2に
示すように、圧縮機1、四方弁2、室内熱交換器3、絞
り装置4、室外熱交換器5は、それぞれ配管を介して環
状に接続されている。ここで室内熱交換器3は、暖房運
転時に凝縮器として機能し、冷房運転時に蒸発器として
機能する。また、室外熱交換器5は、暖房運転時に蒸発
器として機能し、冷房運転時に凝縮器として機能する。
同図に示すように、室内熱交換器3と室外熱交換器5と
の間の液側配管には、水分を吸収するドライヤー6を設
けている。ドライヤーは冷凍サイクル内に存在する自由
な水分を安定にトラップすることができ、冷凍機油の劣
化を防止することができる。したがって、長期的な信頼
性を考慮した場合にはゼオライトを内包したドライヤー
を配置することが好ましい。
【0064】このような冷凍サイクルは、暖房運転時に
は、圧縮機1で圧縮された冷媒は、室内熱交換器3にて
放熱された後、絞り装置4にて減圧され、室外熱交換器
5にて吸熱し圧縮機1に吸入される。また、冷房運転時
には、圧縮機1で圧縮された冷媒は、室外熱交換器5、
絞り装置4、室内熱交換器3の順に流れ、圧縮機1に吸
入される。一方、冷凍サイクル中に含まれている水分
は、冷媒とともに冷凍サイクル中を循環するが、ドライ
ヤー6を通過するときに吸収される。なお、ドライヤー
6を同図に示すように液側配管に設けることによって、
絞り装置4での絞り量をドライヤー6で生じる圧力損失
を考慮した絞り量とすることができ、冷凍サイクルの能
力を適正に保つことができる。
【0065】図3は本実施例に用いる圧縮機1の断面構
成図である。同図に示す圧縮機は、円筒形からなるシェ
ル30内に、圧縮機構部40、モーター機構部50、及
びポンプ部65を横方向に順に併設した横型の高圧タイ
プのスクロール圧縮機である。ここで圧縮機構部40
は、2枚のスクロールラップ47、48、オルダムリン
グ49等によって構成されている。圧縮機構部40に
は、圧縮機構部40の吐出口46側の空間Aとモーター
機構部50側の空間Bを連通する冷媒連通孔91を形成
している。また、モーター機構部50は、ステーター5
1及びロータ52等からなる。モーター機構部50のス
テーター51とシェル30との間には、冷媒ガスが通過
する隙間92を形成している。このロータ52とスクロ
ールラップ47とはクランクシャフト53によって連結
されている。油溜部60は、圧縮機構部40よりもモー
ター機構部50側のシェル30の下部に設けられてい
る。モーター機構部50とポンプ部65との間には、オ
イル仕切部66が設けられている。また、クランクシャ
フト53やオルダムリング49には、ポンプ部65で油
溜部60から汲み上げた冷凍機油をスクロールラップ4
7、48に供給するための給油溝が形成されている。ま
た、なお、冷媒吐出管31は、オイル仕切部66よりも
ポンプ部65側に設けている。
【0066】上記圧縮機の冷媒ガス及び冷凍機油の流れ
について以下に説明する。まず、アキュムレータ(図示
せず)から吸入ポート45を経てスクロールラップ4
7、48内の空間に吸入された冷媒は、可動側スクロー
ルラップ47の旋回運動に伴って圧縮され、この圧縮さ
れた高圧冷媒ガスは、吐出口46から空間Aに吐出され
る。そして、この空間Aに吐出された冷媒は、冷媒連通
孔91を通って圧縮機構部40とモーター機構部50と
の間の空間Bに導かれ、ステーター51とシェル30と
の隙間92を通り、オイル仕切部66を通過してオイル
分離室70に至り、冷媒吐出管31からシェル30外に
吐出される。一方、油溜部60に溜められている冷凍機
油は、ポンプ部65によって汲み上げられ、クランクシ
ャフト53やオルダムリング49等に形成された給油溝
によって、スクロールラップ47、48やオルダムリン
グ49の摺動面に供給される。そして圧縮室内に供給さ
れた冷凍機油は、冷媒とともに吐出口46から空間Aに
吐出され、冷媒ガスの流れと同様に移動する。ただし、
冷媒とともに吐出された冷凍機油は、モーター機構部5
0を通過する時に冷媒から分離する。又、モーター機構
部50を冷媒ガスとともに通過した冷凍機油は、オイル
分離室70にて冷媒から分離する。そしてこのようにし
て冷媒から分離した冷凍機油は、油溜部60に落下す
る。なお、多くの冷凍機油は、冷媒の流れによってポン
プ部65側に導かれるが、オイル仕切部66を設けてい
るので、オイル分離室70内の油溜部60に多くの冷凍
機油が溜められることになる。
【0067】図3に示す圧縮機と図2に示す冷凍サイク
ルを使用し、実施例4のカーボネート化合物260gを
冷凍機油として封入し、冷媒をプロパンとして性能評価
を行った。なおドライヤー6にはK交換A型ゼオライト
を主体としたものを内包物とした。その結果、冷媒量3
00gで暖房能力3.6kWを得ることができた。比較
として鉱物油260gを封入して、上記と同様に冷凍サ
イクルを構成して同等の暖房能力が得られるプロパン充
填量を測定した結果、350gであった。したがって、
実施例4のようなプロパンとの相互溶解性の小さな冷凍
機油を使用することによりプロパン充填量を50g低減
できることがわかった。また、下記のような一連の信頼
性評価を行った結果、特に異常は現れなかった。
【0068】
【表4】
【0069】上記実施例においては、圧縮機として横型
の高圧タイプのスクロール圧縮機を用いて説明したが、
本発明に適用できる圧縮機はこれに限定されるものでは
なく、ロータリー、ヘリカル、リニアー等方式の圧縮機
も使用できる。また、本実施例で使用したスクロール圧
縮機はメカ構造が複雑なこともあり、組立油としてハー
ドアルキルベンゼンを約4g(冷凍機油に対して1.6
wt%)使用するが信頼性の結果でこれに起因した異常
は特に検出されなかった。この組立油を使用しないでメ
カ組立を行うと、材料にキズ等の損傷を与える場合が多
く歩留まりの大きな低下となった。さらに冬場の寒い季
節には組立油を使用しない場合のほうが結露による水分
付着を誘発することがあった。したがって、大気中の水
分を吸湿し難い組立油をある程度量効果的に活用するこ
とが好ましいと考えられた。メカ構造のシンプルなリニ
アー、シングルロータリーでは必要な組立油もスクロー
ルに比べると少なくてよく、約1〜2gであった。様々
な圧縮機の構造を鑑みても組立油を冷凍機油に対して2
wt%以下に規制することで生産性良く製造できると考
えられる。
【0070】本発明ではエタン、プロパン、イソブタン
またはこれらの内の2種類以上からなる混合物を主成分
とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用するこ
とを意図しているため、相互溶解性の冷凍機油に比べる
とかなり粘度の小さなものが適用される。また、相互溶
解性を有するものの場合には低温では冷媒が冷凍機油中
に溶け込み粘度を低下させ、高温では冷媒が冷凍機油か
ら放出されて冷凍機油自体の粘度に近い状態で作動媒体
として活用されていた。しかし、相互溶解性の小さな冷
凍機油では冷凍機油自体の粘度と温度との相関傾向が直
接圧縮機の性能に影響するため、できるだけ温度に対し
て粘度依存の低いものが好ましい。圧縮機のオイルシー
ルと効率を考慮すると100℃における動粘度は2〜1
0mm/sにすることが好ましく、40℃における動
粘度は5〜50mm/sにすることが好ましかった。
また、本発明ではエタン、プロパン、イソブタンまたは
これらの内の2種類以上からなる混合物を主成分とした
冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することを意
図しているため、体積抵抗率は従来の鉱油のように10
13Ωcm以上は期待できない。しかし、冷凍装置とし
ての漏洩電流対策を考慮すると極性の大きな冷凍機油で
あっても1011Ωcm以上の特性は要求された。
【0071】また、本発明ではエタン、プロパン、イソ
ブタンまたはこれらの内の2種類以上からなる混合物を
主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用
することを意図しているため、吸湿性の大きな冷凍機油
を使用することになる。この時、冷凍機油中での水分を
自由なままにしておくと圧縮機摺動部の高温条件下で容
易に冷凍機油が分解し、それがトリガーとなって冷凍機
油の過大な分解へと発展する。さらに分解物は冷凍サイ
クルの絞り装置部で流速が低下し、管壁への堆積となっ
て詰まりを生じさせることもあった。したがって、冷凍
装置として長期信頼性を得るためには冷凍サイクル内の
水分を50ppm以下、好ましくは30ppm以下に抑
制する必要があった。
【0072】また、実施例では、ドライヤー内包物とし
てK交換A型ゼオライトを使用したが、本発明に使用で
きるゼオライトはこれに限定されるものではない。Na
交換、Ca交換のタイプでも問題なく使用できた。Na
交換、Ca交換のタイプでは構造内にプロパン冷媒も侵
入するが、ゼオライトの水分吸着力のほうが強いため次
第にプロパン冷媒と水とは置換して吸着固定された。し
かし、ゼオライト構造の細孔径を鑑み、水分子(分子径
0.28nm)だけを積極的に構造内に吸着固定するた
めにはK交換タイプを選択することが最も好ましいと考
えられる。
【0073】
【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
1記載の発明によれば、冷凍機油として適切なカーボネ
ート化合物を選択することによって、炭化水素系冷媒の
冷凍機油への溶け込み量を少なくし、冷凍装置に封入す
る冷媒量を削減することができる。プロパンやイソブタ
ンは、無極性に近い冷媒であるため、相互溶解性の小さ
な冷凍機油としては、極性の大きな冷凍機油が好ましい
が、極性の大きな冷凍機油は大気中の水分を吸水し易
く、吸水した冷凍機油をこのまま用いると、圧縮機メカ
部の激しい摺動によって冷凍機油が分解し、摺動損失が
大きくなり充分な信頼性は得られない。そこで、本発明
では分子構造と溶解度パラメータを最適化することによ
って極性の大きな冷凍機油を使用した圧縮機でも充分な
潤滑性が得られ、長期信頼性保証ができる。請求項2記
載の発明によれば、最適化学構造を有したカーボネート
化合物を冷凍機油として選択することによって、炭化水
素系冷媒の冷凍機油への溶け込み量を少なくし、冷凍装
置に封入する冷媒量を削減することができる。請求項3
記載の発明によれば、最適化学構造を有したカーボネー
ト化合物を冷凍機油として選択することによって、炭化
水素系冷媒の冷凍機油への溶け込み量を少なくし、冷凍
装置に封入する冷媒量を削減することができる。請求項
4記載の発明によれば、冷凍機油の40℃における動粘
度を5〜50mm/sとしたことによって冷媒と相互
溶解性の小さな冷凍機油を使用しても、圧縮機の摺動箇
所における潤滑性能やシール性能に不具合は発生せず、
長期信頼性が得られる。請求項5記載の発明によれば、
冷凍機油の100℃における動粘度を2〜10mm
sとしたことによって冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機
油を使用しても、圧縮機の摺動箇所における潤滑性能や
シール性能に不具合は発生せず、長期信頼性が得られ
る。請求項6記載の発明によれば、冷凍機油の体積抵抗
率を1011Ωcm以上としたことによって冷凍機油に
よる漏れ電流が抑制でき、長期信頼性が得られる。請求
項7記載の発明によれば、分子構造と溶解度パラメータ
を最適化することによって極性の大きな冷凍機油を使用
した冷凍装置でも充分な潤滑性が得られ、長期信頼性保
証ができる。請求項8記載の発明によれば、冷凍サイク
ル内の水分を50ppm以下とする。すなわち、冷凍サ
イクル内に存在する水分をドライヤーで安定に保持させ
て自由な水分は50ppm以下に維持される。このこと
によって冷凍サイクル内の水分を低濃度に規制でき、冷
凍機油の分解による劣化を防止でき、冷凍装置の長期信
頼性が充分保証できる。請求項9記載の発明によれば、
冷凍サイクル内にドライヤーを配置することによって冷
凍サイクル内の水分を安定にトラップすることで自由な
水分を低濃度に規制でき、冷凍機油の分解による劣化を
防止でき、冷凍装置の長期信頼性が充分保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷凍機油と冷媒との溶解度を測定する装置図
【図2】本発明の実施例による冷凍サイクル図
【図3】本発明の実施例による圧縮機の断面図
【符号の説明】
1 圧縮機 2 四方弁 3 室内熱交換器 4 絞り装置 5 室外熱交換器 6 ドライヤー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10N 20:02 C10N 20:02 30:00 30:00 Z 40:30 40:30 (72)発明者 川上 哲司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 菅 広次郎 千葉県市原市千種海岸3番地 三井化学株 式会社内 (72)発明者 竹内 邦彦 千葉県市原市千種海岸3番地 三井化学株 式会社内 Fターム(参考) 3H003 AA05 AB05 AC03 AD02 AD03 BD05 4H104 BB37A EA01A EA02A LA20 PA20

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷凍機油として、下式(1)で表される
    カーボネート化合物と下式(2)で表されるカーボネー
    ト化合物のうちの少なくとも1種類を含むカーボネート
    化合物を用いたことを特徴とする圧縮機。 【化1】 [式(1)中で、R、R、RおよびRはそれぞ
    れ独立に水素原子または炭素原子数が1〜6の直鎖状ま
    たは分岐状の炭化水素基である。また、Rは炭素原子数
    が3〜6の炭化水素基またはエーテル結合を含む炭化水
    素基で、かつ、Rを含む繰返し部分(−ROCO−)
    の溶解度パラメータ計算値(Fedorsの方法で算
    出)が9.5〜10.5の範囲にあるものである。ま
    た、nは1〜10の整数であり、lおよびmはそれぞれ
    独立に1〜5の整数である。] 【化2】 [式(2)中で、R、R、RおよびRはそれぞ
    れ独立に水素原子または炭素原子数が1〜6の直鎖状ま
    たは分岐状の炭化水素基である。lおよびmはそれぞれ
    独立に1〜5の整数である。]
  2. 【請求項2】 上式(1)で表されるカーボネート化合
    物において、R〜R が全て水素原子で、かつ、Rが
    −CHCHCHCH−または−CHCH
    CHCH−またはこれらの混合物であることを
    特徴とする請求項1記載の圧縮機。
  3. 【請求項3】 上式(1)で表されるカーボネート化合
    物において、R〜R が全て水素原子で、かつ、Rが
    −CHCHCHCH−と−CHCH OCH
    CH−の混合物または−CHCHCHCH
    CH−と−CHCHOCHCH−の混合物で
    あることを特徴とする請求項1記載の圧縮機。
  4. 【請求項4】 冷凍機油の40℃における動粘度が5〜
    50mm/sであることを特徴とする請求項1乃至3
    のいずれかに記載の圧縮機。
  5. 【請求項5】 冷凍機油の100℃における動粘度が2
    〜10mm/sであることを特徴とする請求項1乃至
    4のいずれかに記載の圧縮機。
  6. 【請求項6】 冷凍機油の体積抵抗率が1011Ωcm
    以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
    に記載の圧縮機。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の圧縮
    機、凝縮機、絞り装置、蒸発器を、それぞれ配管を介し
    て環状に接続して冷凍サイクルを構成し、エタン、プロ
    パン、イソブタンまたはこれらの内の2種類以上からな
    る混合物を主成分とした冷媒を用いたことを特徴とする
    冷凍装置。
  8. 【請求項8】 冷凍サイクル内の水分を50ppm以下
    とすることを特徴とする請求項7記載の冷凍装置。
  9. 【請求項9】 ドライヤーを冷凍サイクル内に配置した
    ことを特徴とする請求項7または8記載の冷凍装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005351590A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷却加温システム
JP2008215748A (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置
JP2010166643A (ja) * 2009-01-13 2010-07-29 Mitsubishi Electric Corp 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置

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