JP2001255043A

JP2001255043A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2001255043A
Application number: JP2000066310A
Authority: JP
Inventors: Takeo Komatsubara; 健夫小松原; Yasuki Takahashi; 康樹高橋; Toshiyuki Ebara; 俊行江原; Miyuki Kawamura; 美由紀川村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】環境に対する負荷が小さく高熱量を取り出す
ことが可能であり、また冷凍機油の圧縮機への戻りが良
好で、かつ、冷凍回路に含まれる水により引き起こされ
る錆等を防ぐことができる冷凍装置を提供すること。【解決手段】圧縮機、放熱器、膨張機構および蒸発器
を含む冷凍回路に冷媒として二酸化炭素を循環させる冷
凍装置であって、前記圧縮機に用いる冷凍機油として粘
度が４０℃において５〜３００ｃＳｔで、体積固有抵抗
が１０⁸Ω・ｃｍ以上で、また二酸化炭素が飽和溶解し
たときの流動点が−３０℃以下である冷凍機油を使用
し、かつ、冷凍回路に冷凍回路中の水分を捕捉するため
の乾燥装置を備えたことを特徴とする冷凍装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍装置に関
し、特に環境に対する負荷が小さくまた大きな熱量を取
り出すことが可能な冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷蔵庫、自動販売機及びショーケース用
の冷凍機は従来冷媒としてジクロロジフルオロメタン
（ＣＦＣ−１２）などのクロロフルオロカーボン系冷媒
やクロロジフルオロメタン（ＨＣＦＣ−１２）などのハ
イドロクロロフルオロカーボン系冷媒が多様されてい
た。これらの冷媒は、大気中に放出されて地球上空のオ
ゾン層に到達すると、オゾン層を破壊する問題があるこ
とから、これまで冷凍機に使用されてきた冷媒であるク
ロロフルオロカーボン系フロンやハイドロクロロフルオ
ロカーボン系フロンが使用禁止または規制されつつあ
る。そのため、上記冷媒の代替フロンとして、ＣＨ₂Ｆ
ＣＦ₃（ＨＦＣ−１３４ａ）等のハイドロフルオロカー
ボン系のものが使用されるようになってきた。しかし、
ＨＦＣ冷媒であっても、地球環境問題のもう一つの課題
である地球温暖化に対する影響が、従来のＨＣＦＣ冷媒
のＨＣＦＣ−２２（ＣＨＣｌＦ₂）と同程度に近いとい
う問題点がある。また、暖房および冷房、さらにこれら
の機能に加え給湯の機能を備えた冷凍装置においては、
従来の冷媒では放熱器において８０℃程度の熱を取り出
すことしかできず、たとえば１２０℃（得られる湯温に
しておよそ８０℃）といった高熱量を取り出すことは不
可能であり、給湯機能としては不充分であった。このよ
うに、環境に対する負荷が小さくかつ大きな熱量を取り
出すことが可能な冷凍装置は実現されていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、環境に対す
る負荷が小さく高熱量を取り出すことが可能であり、ま
た冷凍機油の圧縮機への戻りが良好で、かつ、冷凍回路
に含まれる水により引き起こされる錆等を防ぐことがで
きる冷凍装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、以
下の冷凍装置を提供することにより解決される。（１）圧縮機、放熱器、膨張機構および蒸発器を含む冷
凍回路に冷媒として二酸化炭素を循環させる冷凍装置で
あって、前記圧縮機に用いる冷凍機油として粘度が４０
℃において５〜３００ｃＳｔで、体積固有抵抗が１０⁸
Ω・ｃｍ以上で、また二酸化炭素が飽和溶解したときの
流動点が−３０℃以下である冷凍機油を使用し、かつ、
冷凍回路に冷凍回路中の水分を捕捉するための乾燥装置
を備えたことを特徴とする冷凍装置。（２）乾燥装置が乾燥剤として合成ゼオライトを含むこ
とを特徴とする前記（１）に記載の冷凍装置。（３）乾燥装置が、膨張機構と蒸発器または放熱器の間
に設けられることを特徴とする前記（１）または（２）
に記載の冷凍装置。（４）乾燥装置が、乾燥装置と冷凍回路を結ぶ配管の、
冷凍回路との接続点より垂直方向において上方に配置さ
せることを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれ
か１に記載の冷凍装置。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の冷凍装置は、圧縮機、放
熱器、膨張機構および蒸発器を含む冷凍回路に冷媒とし
て二酸化炭素を循環させる冷凍装置であって、圧縮機に
用いる冷凍機油として粘度が４０℃において５〜３００
ｃＳｔであり、体積固有抵抗が１０⁸Ω・ｃｍ以上で、
かつ二酸化炭素が飽和溶解したときの流動点が−３０℃
以下であるものを使用し、また、冷凍回路に乾燥装置を
供えたことを特徴とするものである。前記のように、本
発明の冷凍装置は、冷媒として二酸化炭素を使用しかつ
圧縮機に封入する冷凍機油として、前記のごとき特徴を
有する冷凍機油を使用したことにより、環境に対する影
響が小さくまた高熱量を取り出すことが可能であり、ま
た圧縮機への冷凍機油の戻りが良好で焼きつきを起こす
ことがない。さらに、本発明の冷凍装置では乾燥装置を
設けたために、上記の効果に加え、冷凍回路に含まれる
水分により惹起される錆、冷凍機油の加水分解等を回避
することができる冷凍装置を実現することができたもの
である。本発明の冷凍装置は、冷却（冷房等）だけを目
的とするのみならず、冷却（冷房等）および加熱（暖
房、給湯等）の両機能を備えた冷凍装置にも使用するこ
とが可能である。

【０００６】次に、本発明の冷凍装置を図を用いて説明
する。図１は、本発明の冷凍装置における冷凍回路の一
例を説明する概念図である。図１は冷房および暖房が可
能な冷凍装置の冷凍回路の一例を示す。図１中、１００
は圧縮機、１２０は室外熱交換器（冷房時には放熱器と
して、暖房時（または加熱時）には蒸発器として機
能）、１４０は膨張機構、１６０は室内熱交換器（冷房
時には蒸発器として、暖房時（または加熱時）には放熱
器として機能）、１８０は四方弁、２００は乾燥装置を
それぞれ示す。また矢印は冷媒が流れる方向を示し、実
線は室内熱交換器が冷房を行う場合を、破線は室内熱交
換器が暖房を行う場合を示す。乾燥装置は、図１では膨
張弁と室内熱交換器の間に設けている例を示している
が、この位置だけでなく、低圧の位置に設けてもよい。
なお、図１の実線は冷房時の乾燥装置の位置を示してい
る。暖房（加熱）時には点線で示す位置に乾燥装置の接
続を切り換えることができるような配管切換部を設け
る。

【０００７】例えば、室内を冷房する場合、圧縮機１０
０より断熱的に圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、四方
弁２００を通り室外熱交換器１２０で冷却され、低温高
圧の冷媒液となる。この冷媒液は膨張機構１４０（例え
ば、キャピラリーチューブ、温度式膨張弁など）で断熱
的に減圧され、僅かにガスを含む低温低圧液となって室
内熱交換器１６０に至り、室内の空気から熱を得て低温
ガスの状態で再び四方弁２００を通って圧縮機１００に
至る。室内を暖房する場合は、四方弁２００によって冷
媒の流れは逆方向に変えられ、逆の作用となる。

【０００８】次に、本発明の冷凍装置において使用され
る圧縮機の一例を示す。図２は、本発明の冷凍装置に使
用する２シリンダの回転式圧縮機（ロータリ式コンプレ
ッサ）の一例を示すもので、冷媒ガスである二酸化炭素
ガスを二段階で圧縮する。図２中、１は回転式圧縮機、
２は鉄などの金属からなる密閉容器、２Ａは容器体、２
Ｂは密閉蓋、３は電動要素、４は電動要素の回転軸、５
は回転軸４により駆動される回転圧縮要素、６は密閉蓋
２Ｂに取りつけられた前記電動要素３に電力を供給す
るためのターミナル端子（配線は省略）をそれぞれ示
す。

【０００９】電動要素３は、ロータ７及びステータ８か
らなり、ロータ７は電磁鋼板からなる積層体１０の内部
に図示しない永久磁石を設けてなるもので、ステータ８
はリング状の電磁鋼板を積層した積層体１２に巻線１１
を取り付けてなるものである。尚、９はバランサーであ
る。この構造は、直流モータと称するものであるが、積
層した電磁鋼板にアルミニウム製のアルミ芯を挿入して
なる交流モータと称するモータを用いてもよい。また、
回転圧縮要素５は、プレートミドル（中間仕切板）１３
と、このプレートミドル１３の上下に取り付けられた上
シリンダ１４、下シリンダ１５と、この上下シリンダ１
４、１５内を回転軸４の上下偏心部１６、１７によ
って回転する上下ローラ１８、１９と、この上下ロー
ラ１８、１９に接して上下シリンダ１４、１５内を高圧
室と低圧室とに区画する上下ベーン２０、２１と、上下
シリンダ１４、１５の上下の開口を閉塞すると共に、前
記回転軸４の回転を許容するメインフレーム２２、ベア
リングプレート２３とで構成されている。

【００１０】更にこれらは、メインフレーム２２、上シ
リンダ１４、プレートミドル１３、下シリンダ１５、ベ
アリングプレート２３の順に配置され、ボルト２４にて
連結されているものである。

【００１１】また、前記回転軸４には、前記回転圧縮要
素５の各摺動部に潤滑油、即ちオイルを供給するための
給油孔２５が設けられている。更に、回転軸４の外周面
には、この給油孔２５と連通し、オイルを上下ローラ１
８、１９の内側に導く給油溝２６が形成されている。更
に、前記上下ベーン２０、２１には前記上下ローラ１
８、１９に対して常時付勢するためのスプリング２７が
設けられている。また、前記上下シリンダ１４、１５に
は冷媒を導入する上下導入管（図示せず）が設けられて
いると共に、冷媒を吐出する上下出口管３０、３１がそ
れぞれ設けられている。そして、これら上下導入管及び
上下出口管３０、３１には冷媒配管３４、３２がそれぞ
れ接続され、冷媒配管３３は上シリンダ１４に接続して
いる。また、冷媒配管４４は、後述の過冷却器４２から
の冷媒が通る管であり、前記冷媒配管３４とは、サクシ
ョンマフラー３６内で結合されている。尚、３５は密
閉容器２を支持するための台座である。そして、圧縮機
の容器体２Ａの底部には、冷凍機油が貯留される。

【００１２】次に前記のごとき２シリンダ回転圧縮機を
用いた冷凍サイクルについて説明する。図３は、図２で
示す２シリンダ回転圧縮機を用いる冷凍サイクルの概念
図であり、図３中、１は２シリンダ回転圧縮機、３７は
凝縮器、３８は冷却器（蒸発器）、３９は膨張弁、４１
はバイパス膨張弁、４２は過冷却器をそれぞれ示し、３
２、３３、４０、４１、４３および４４はそれぞれ冷媒
配管を示す。３４、、回転式圧縮機１の下シリンダ１５
に設けられた下出口管３１は、凝縮器３７と、吐出側冷
媒配管３２を介して接続されており、また、上シリンダ
１４は吸込側冷媒配管３３を介して冷却器３８と接続さ
れている。

【００１３】圧縮機１からの高温高圧の圧縮ガス（図の
Ｂ点）は凝縮器３７で放熱するとともに高温高圧の液体
（図のＣ点）となる。高温高圧の液体は、途中で分岐
し、１つはバイパス膨張弁４１を通って低温低圧の液体
となり（Ｄ点参照）さらに過冷却器４２を通る。Ｃ点か
らの冷媒で分岐したもう一方の冷媒は、冷媒配管４０内
を流れ、前記過冷却器４２においてバイパス膨張弁４１
を通って低温低圧の液体となった冷媒と熱交換される。
たとえば過冷却器４２を二重管に構成し、内側にバイパ
ス管４３からの冷媒を、外側に冷媒配管４０からの冷媒
が流れるようにする、あるいはこの逆にすることにより
熱交換を行って、より低温の冷媒とする。バイパス膨張
弁４１および過冷却器４２を通った冷媒は、冷媒管４４
内を流れ、後述の冷媒管３４からの冷媒と合流して圧縮
機１に入り、下シリンダ１５により圧縮を受け冷媒配管
３２に向かう。冷媒配管３４からの冷媒は、上シリンダ
１４によって圧縮され高温高圧になった冷媒である。上
記の２シリンダ回転圧縮機を用いた冷凍回路において
は、上記のような構成としたために圧縮機における圧力
を中間圧とすることができ、またバイパス膨張弁および
過冷却機圧縮機からの吐出ガスの温度を低く抑えること
ができる。上記の例では、圧縮機は２段で圧縮するタイ
プのものを説明したが、本発明の冷凍回路において使用
する圧縮機は、１段で圧縮するものであってもよい。

【００１４】本発明の冷凍装置は、放熱器からの熱を取
り出して利用する湯沸し機、蒸発器で冷却を行う通常の
冷凍庫、冷凍冷蔵庫、エアコン、除湿機、自動販売機、
ショーケース等に好ましく用いられる。

【００１５】本発明の冷凍装置で使用する冷媒である二
酸化炭素の純度は９９．９ｖｏｌ％以上であることが好
ましく、また、全硫黄分が０．１ｗｔｐｐｍ以下である
ことが好ましい。純度は９９．９ｖｏｌ％より低いと不
純物の影響が出る場合があるので、前記の純度以上であ
ることが好ましい。また全硫黄分が０．１ｗｔｐｐｍを
超えると、配管である銅との反応が許容量を超えるため
好ましくない。

【００１６】冷凍機油は、圧縮機のなかに封入される潤
滑油であり、冷凍回路を冷媒および少量の冷凍機油の混
合物がその系全体にわたって循環することになる。した
がって、この冷凍機油の低温特性および冷媒に対する混
和性は、この冷却系の性能に対して重要な要素となる。
冷媒および冷凍機油の混合物は、冷凍装置における作動
温度において安定（たとえば耐加水分解性）でなければ
ならず、しかも圧縮機をはじめとする冷凍回路において
使用する材料に対して、有害な作用（たとえば腐食性、
絶縁性低下）を及ぼしてはならない。また、冷凍機油の
一部は、圧縮された冷媒ガスに混入し、冷媒と共に冷凍
機の冷凍回路内を循環して、毛細管あるいは膨張弁など
の膨張機構を経て蒸発器に流入する。冷凍回路における
低温部分では圧縮機から移動した冷凍機油は流動性を失
いやすく、そのままそこに留まりやすい。冷凍機油が蒸
発器から圧縮機に戻らないと、圧縮機において油面低下
が起こり、かじりや焼きつきが発生する。冷凍機油の４
０℃における粘度は５〜３００ｃＳｔであることが必要
である。３００以上であると流動性が十分でなく特に低
温下では流動性を失い易い。また、５以下であると、潤
滑面における油膜強度不足や圧縮機構におけるシール効
果不足となりやすい。また、冷凍機油に対する二酸化炭
素の溶解度が大きいものが好ましい。このような冷凍機
油を用いることにより、冷凍機油に二酸化炭素が溶解す
ると、流動点を冷凍機油が本来有している流動点よりさ
らに、低温側に移行させることが可能である。すなわ
ち、二酸化炭素が飽和溶解したときの流動点が−３０℃
以下であるような冷凍機油が好ましく用いられる。さら
に、本発明の冷凍装置における冷凍機油の体積固有抵抗
は１０⁸Ω・ｃｍ以上であることが必要である。

【００１７】上記のごとき条件を満たす冷凍機油として
は、一般的な鉱油系油、エーテル系合成油、エステル系
合成油、フッ素系合成油などが使用される。鉱油系油と
しては、パラフィン油、ナフテン油などが用いられる。
また、エーテル系合成油としてはポリアルキレングリコ
ール、たとえばポリエチレングリコール、ポリプロピレ
ングリコールが用いられる。エステル系合成油として
は、たとえばポリオールエステル油、カーボネートエス
テル等が用いられる。ポリアルキレングリコールとして
はポリプロピレングリコールが好ましく使用される。ま
た前記エステル系合成油としては、多価アルコールと多
価カルボン酸からのポリエステルが好ましく用いられ、
中でもペンタエリスリトール（ＰＥＴ）、トリメチロー
ルプロパン（ＴＭＰ）、ネオペンチルグリコール（ＮＰ
Ｇ）から選ばれる多価アルコールと脂肪酸とから合成さ
れるポリオールエステル系油が好ましく使用される。前
記の冷凍機油の中でもポリアルキレングリコール等のエ
ーテル系合成油が好ましく使用される。また、前記冷凍
機油としては１種あるいは２種以上の冷凍機油を混合し
てもよい。

【００１８】前記冷凍機油には、消泡剤、酸化防止剤、
水分および／または酸捕捉剤、極圧添加剤若しくは耐摩
耗性向上剤、金属不活性化剤等の、添加剤を添加するこ
とにより、冷凍機油の変性（分解、酸化劣化、スラッジ
生成等）を防止することが好ましい。この他に耐熱性向
上剤、腐食防止剤、防錆剤等を適宜添加してもよい。冷
凍機油に対する添加剤は、冷凍機油自身に特定の効果を
発現させるのみならず、結果的にコンプレッサの摺動
部、絶縁材や配管金属に対しても効果を発揮させるもの
である。これらの添加剤は１種または２種以上を配合す
ることも可である。また、前記添加剤は、高温高圧の二
酸化炭素雰囲気下において前記冷凍機油の機能低下を抑
制するものであることが好ましい。また、前記のように
冷凍回路の中を冷媒と少量の冷凍機油の混合物が循環す
るため、冷凍機油が冷凍回路で使用する材料に有害な作
用を及ぼさないようにすることも必要である。さらに、
本件発明においては冷媒として二酸化炭素を使用するた
め、前記の添加剤は二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍
回路に用いても安定な性質を有していることが必要であ
る。

【００１９】消泡剤としては、ジメチルポリシロキサン
油、トリフルオロプロピルメチルシリコーン油、フェニ
ルメチルシリコーン油等が好ましく使用される。消泡剤
の添加量は冷凍機油に対し１〜５０ｐｐｍが好ましい。
１ｐｐｍより少ないと消泡剤としての効果が十分でな
く、また５０ｐｐｍを超えて添加しても消泡剤としての
効果が増加しないので、前記範囲が好ましい。消泡剤を
添加することにより、冷媒封入前に冷媒圧縮機と回路内
の空気を脱気する際、冷凍機油から発生する泡量を低減
し、脱気装置への泡混入を防止することができる他、冷
凍機油に溶存している気体を脱気する際の泡立ちを防止
するなどが可能である。

【００２０】また、前記酸化防止剤としてはジターシャ
リーブチルパラクレゾール（ＤＢＰＣ）、２，６−ジ−
ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、４，４′−メレチ
ンビス（２，６−ジ−ブチルフェノール）、２，２′−
チオビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等
のヒンダードフェノール系酸化防止剤、ｐ，ｐ′−ジオ
クチルジフェニルアミン、３，７−ジオクチルフェノチ
アジン、フェニルーα−ナフチルアミン、ジ（アルキル
フェニル）アミン（アルキル基は炭素数４〜２０）、フ
ェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニルアミ
ン（アルキル基は炭素数４〜２０）、Ｎ−ニトロソジフ
ェニルアミン、フェノチアジン、Ｎ、Ｎ’−ジナフチル
−ｐ−フェニレンジアミン、アクリジン、Ｎ−メチルフ
ェノチアジン、Ｎ−エチルフェノチアジン、ジビルジル
アミン、ジフェニルアミン、フェノールアミン、２，６
−ジ−ｔ−ブチル−α−ジメチルアミノパラクレゾール
等のアミン系酸化防止剤、アルキルジサルファイド等の
硫黄系などが使用できる。中でも特にＤＢＰＣが好まし
く使用される。酸化防止剤の添加量は冷凍機油に対し
０．１〜０．５重量％が好ましい。０．１重量％より少
ないと酸化防止剤としての効果が十分でなく、また０．
５重量％を超えて添加しても酸化防止剤としての効果が
それ以上得られないので前記範囲が好ましい。冷凍回路
における残留酸素は冷凍回路内容積に対し０．１ｖｏｌ
％以下であることが好ましい。

【００２１】冷凍機油には水分および／または酸捕捉剤
を添加することが好ましい。水および酸性物質は圧縮機
の中で使用される金属を腐食させる原因となる他、冷凍
機油としてエステル系油を用いた場合加水分解を起こ
し、脂肪酸成分を遊離させ、これがまた腐食や金属石鹸
の生成による閉塞現象などを起こすこと、さらに、エス
テル系絶縁材の加水分解を引き起こすことなどが危惧さ
れる。水分および／または酸捕捉剤としては、エポキ
シ化合物、カルボジイミド化合物等が用いられる。ま
た、エポキシ化合物はラジカルを補足することもでき
る。前記エポキシ系化合物としては、グリシジルエステ
ル、グリシジルエーテル等が例示される。たとえばフェ
ニルグリシジルエーテル型エポキシ化合物およびエポキ
シ化脂肪酸モノエステル等を使用することができる。例
えば、フェニルグリシジルエーテル、アルキルフェニル
グリシジルエーテルを用いることができ、アルキルフェ
ニルグリシジルエーテルとしては、炭素数１〜１３のア
ルキル基を１〜３個有するものであり、エポキシ化脂肪
酸モノエステルとしては、例えば、エポキシ化された炭
素数１２〜２０の脂肪酸と炭素数１〜８のアルコールま
たはフェノール、アルキルフェノールとのエステルを挙
げることができる。特に、エポキシステアリン酸のブチ
ル、ヘキシル、ベンジル、シクロヘキシル、メトキシエ
チル、オクチルおよびフェニル等が好ましい。

【００２２】水分および／または酸捕捉剤の添加量は冷
凍機油に対し０．１〜０．５重量％が好ましい。０．１
重量％より少ないと捕捉剤としての効果が十分でなく、
また０．５重量％を超えると重合物を生成しやすくなる
ので前記範囲が好ましい。残留水分は、冷媒と冷凍機油
の合計に対し５００ｐｐｍ以下とすることが好ましく、
２００ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。上記の
ように水分捕捉剤を用いることにより下記式で示す冷凍
回路内の平衡水分を運転初期状態において２００ｐｐｍ
以下とすることができる。前記水分量が５００ｐｐｍを
超えるとキャピラリ−チュ−ブ内での氷結となりやす
く、また、前記冷凍機油としてポリエステル系油を用い
た場合に生ずる加水分解、またそれに伴う金属セッケン
スラッジの生成等を抑制することができる。式１［（冷凍回路内の残留水分量）／（充填オイル量＋充填
冷媒量）］×１０⁶PPM

【００２３】前記極圧添加剤としては、例えば、熱的に
安定なトリフェニルホスフェート（ＴＰＰ）やトリクレ
ジルホスフェート（ＴＣＰ）等の第三級ホスフェート系
のリン化合物が用いられる。中でも特にＴＣＰが好まし
く使用される。極圧添加剤の添加量は冷凍機油に対し
０．１〜２重量％が好ましい。０．１重量％より少ない
と極圧剤としての効果が十分でない。く、また２重量％
を超えて添加しても効果が増加しないので前記範囲が好
ましい。

【００２４】前記金属（銅等）不活性化剤としては、例
えばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、トリアゾール、ト
リアゾール誘導体、チアジアゾール、チアジアゾール誘
導体、ジチオカルパメート、アリザニン、キニザリン等
が用いられるが、中でもＢＴＡが好ましく使用される。
金属不活性化剤の添加量は冷凍機油に対し１〜１００ｐ
ｐｍが好ましい。１ｐｐｍより少ないと金属不活性化剤
としての効果が十分でなく、また１００ｐｐｍを超えて
添加してもそれ以上の効果が得られないので前記範囲が
好ましい。

【００２５】また、本発明の冷凍装置においては冷媒と
して二酸化炭素を使用するため、冷凍回路を構成する部
材は二酸化炭素により物理的・化学的な攻撃を受けない
材料を用いることが必要である。加えて、二酸化炭素を
高圧状態におくと超臨界状態に移行することが往々にし
てあり、二酸化炭素を高圧で圧縮する圧縮機内では二酸
化炭素が超臨界状態になることがある。特に、超臨界状
態の二酸化炭素は有機材料に対して悪影響を与える。た
とえば超臨界状態にある二酸化炭素は有機材料たとえば
高分子材料であるシリコーン樹脂を透過し易いので、シ
リコーン樹脂からなるシール材料を圧縮機に使用するこ
とはできない。また超臨界状態の二酸化炭素は有機溶剤
としても作用するので、材料の表面が侵されるなどの物
理的および／または化学的に変性を受ける虞がある。し
たがって、圧縮機をはじめとする冷凍回路において、超
臨界状態に曝される可能性のある箇所で使用する有機材
料としては、二酸化炭素が超臨界状態であっても前記変
性を受けない有機材料を用いることが必要である。

【００２６】さらに、本発明の冷凍装置は冷媒として二
酸化炭素を使用することに起因して、冷凍回路が高温高
圧の二酸化炭素に曝されることになる。ここで高圧とは
冷凍回路の中の最も圧力が大きくなる箇所、すなわち圧
縮機内の最大圧力を意味し、また高温とは冷凍回路の中
の最も温度が上昇する箇所を意味する。したがって、冷
凍回路において使用する材料は高温高圧の二酸化炭素に
接触した場合でも、またその二酸化炭素が臨界状態にあ
る場合でも、物理的および／または化学的に変性を受け
ないことが必要となる。前記「高温高圧の二酸化炭素に
より物理的および／または化学的に変性を受けない」と
は、前記のように「冷凍回路において使用する材料は高
温高圧の二酸化炭素に接触した場合でも、またその二酸
化炭素が臨界状態にある場合でも、物理的および／また
は化学的に変性を受けないこと」を意味する。このよう
な材料として、特に耐溶剤性、耐抽出性、熱的・化学的
安定性、耐発泡性を有しているものがよい。

【００２７】したがって、冷凍回路に使用される材料、
中でも有機材料は「高温高圧の二酸化炭素により物理的
および／または化学的に変性を受けない」性質を有して
いることが必要で、特に耐溶剤性、耐抽出性、熱的・化
学的安定性、耐発泡性を有しているものが望ましい。た
とえば圧縮機のモーターの巻線の絶縁被覆材料も上記の
ごとき特性を有している必要があり、そのための絶縁被
覆材料としてはポリビニルフォルマール、ポリエステ
ル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリア
ミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミド
イミド等が使用される。中でも上層がポリアミドイミ
ド、下層がポリエステルイミドの二重被覆線が好ましく
使用される。モーターの絶縁フィルムも同様の特性を有
する材料を用いることが好ましく、たとえばポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレー
ト、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアミド
等が用いられ、ＰＥＴにより良好な結果が得られた。ま
たシール材料についても同様であり、シール材料はポリ
テトラフルオロエチレン、パーフルオロエラストマー、
フッ素ゴム等が使用され、パーフルオロエラストマーに
より良好な結果が得られた。

【００２８】また、本発明の冷凍装置は、図１に示すよ
うに冷凍回路の膨張機構と蒸発器の間に乾燥装置を配置
することが好ましく（前記のように冷房と暖房では冷媒
の流路を切り換える）、乾燥装置は冷凍回路に直列に配
置せず、回路から分岐させて配置することが好ましい。
その理由は、乾燥装置を回路に直列に挿入すると高圧冷
媒液体がその中を流通する際乾燥剤が破砕されやすいか
らである。また乾燥装置の中に入れられる乾燥剤が、乾
燥装置の回路における接続点（分岐点）よりも垂直方向
において上方に位置するように乾燥剤の配置を配慮する
ことが好ましい。これは、冷媒により乾燥剤が浸漬され
ないようにするためである。乾燥剤としては合成ゼオラ
イト等が好ましく使用され、中でもナトリウムＡ型合成
ゼオライト、カリウムＡ型合成ゼオライトが好ましい。
また、ゼオライトの粒径は、冷媒回路中の水分を有効に
捕捉するために、有効径が３〜６Åの範囲内にあること
が好ましい。冷凍装置で使用する乾燥装置としては、容
器内に乾燥剤を収容しこれを冷媒回路に配管で接続すれ
ばよい。

【００２９】

【実施例】以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。実施例１図１に示す冷凍回路および図２に示す圧縮機を用い、以
下のような材料を用いて冷凍装置を組み立てた。冷媒：二酸化炭素（純度９９．９５％）冷凍機油：ポリプロピレングリコール粘度（４０℃）１００ｃＳｔ、体積固有抵抗５×１０
⁸Ω・ｃｍ、二酸化炭素が飽和溶解したときの流動点
−７０℃ 冷凍機油添加剤（添加量は冷凍機油に対する重量％）消泡剤：シリコーン系消泡剤（１０ｐｐｍ）酸化防止剤：ＤＢＰＣ（０．３％）水分および／または酸捕捉剤：エポキシ化合物（０．２
５％）極圧添加剤：ＴＣＰ（１％）金属不活性化剤：ＢＴＡ（５ｐｐｍ）

【００３０】モーター巻線の絶縁被覆材料：上層がポリ
アミドイミド、下層がポリエステルイミド絶縁フィルム：ＰＥＴＯ−リング：フッ素ゴム乾燥剤：合成ゼオライト（有効径３Å）この冷凍機を給湯器として使用した場合、放熱部で１０
０℃の温度が得られ、熱交換により８０℃の湯を得るこ
とができた。また冷却に用いる場合は、吸熱部では−５
℃の温度が得られ、冷却冷凍にも十分対応することがで
きた。また、２０００時間運転の後、圧縮機のモーター
巻線の絶縁被覆材料、絶縁フィルム、Ｏ−リングの表面
状態を点検したところ、表面の変性（異常）は観察され
なかった。

【００３１】

【発明の効果】上記のように、本発明の冷凍装置は冷媒
として二酸化炭素を使用したため、地球の温暖化やオゾ
ン破壊を起こすなどの環境に対する負荷が小さく、熱交
換器において高温を取り出すことができ、また二酸化炭
素に対し特定の冷凍機油を使用したため、冷凍機油の圧
縮機への戻りがよく、圧縮機のかじりや焼きつきが発生
することがない。さらに本発明の冷凍装置は、冷凍回路
に含まれる水分により惹起される錆、冷凍機油の加水分
解等を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における冷凍回路の一例を示す概念図
である。

【図２】本発明の冷凍回路に用いる圧縮機の一例を示
す図である。

【図３】図２の圧縮機を用いる冷凍回路の一例を示す
図である。

【符号の説明】【符号の説明】

１２シリンダの回転式圧縮機２密閉容器３電動要素５回転圧縮要素１４上シリンダ１５下シリンダ１８上ローラ１９下ローラ２０上ベーン２１下ベーン２２メインフレーム２３ベアリングプレート３７放熱器３８蒸発器３９膨張弁４１バイパス膨張弁４２過冷却器１００圧縮機１２０室外熱交換器１４０膨張機構１６０室外熱交換器１４０乾燥装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 20:00 Ｃ１０Ｎ 20:00 ＺＡ 20:02 20:02 30:06 30:06 40:30 40:30 (72)発明者江原俊行大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者川村美由紀大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 3L092 AA01 AA05 AA14 4H104 BB34A BB37A BD05A CB14A CD04A DA02A EA01A EA02A EA04Z LA03 PA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、放熱器、膨張機構および蒸発器
を含む冷凍回路に冷媒として二酸化炭素を循環させる冷
凍装置であって、前記圧縮機に用いる冷凍機油として粘
度が４０℃において５〜３００ｃＳｔで、体積固有抵抗
が１０⁸Ω・ｃｍ以上で、また二酸化炭素が飽和溶解し
たときの流動点が−３０℃以下である冷凍機油を使用
し、かつ、冷凍回路に冷凍回路中の水分を捕捉するため
の乾燥装置を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】乾燥装置が乾燥剤として合成ゼオライト
を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】乾燥装置が、膨張機構と蒸発器または放
熱器の間に設けられることを特徴とする請求項１まはた
請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】乾燥装置が、乾燥装置と冷凍回路を結ぶ
配管の、冷凍回路との接続点より垂直方向において上方
に配置させることを特徴とする請求項１ないし請求項３
のいずれか１項に記載の冷凍装置。