JP2002129179A - 冷凍機 - Google Patents

冷凍機

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JP2002129179A
JP2002129179A JP2000324442A JP2000324442A JP2002129179A JP 2002129179 A JP2002129179 A JP 2002129179A JP 2000324442 A JP2000324442 A JP 2000324442A JP 2000324442 A JP2000324442 A JP 2000324442A JP 2002129179 A JP2002129179 A JP 2002129179A
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JP
Japan
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ester
refrigerating machine
refrigerant
oil
machine oil
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Application number
JP2000324442A
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English (en)
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Noriaki Matsunaga
訓明 松永
Shin Sekiya
慎 関屋
Shinobu Ogasawara
忍 小笠原
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/12—Inflammable refrigerants

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  • Lubricants (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩素を含まないＲ３２単一またはＲ３２を５
０％以上含む混合冷媒に対して相溶性が良く、また潤滑
特性、化学的安定性等の良好な冷凍機油を有し、耐摩耗
性、安定性に優れた圧縮機摺動部を有し、高信頼性、高
性能な冷凍機を提供する。 【解決手段】 ポリオールエステル又はコンプレックス
エステルを主成分とし、本エステルを構成する１塩基脂
肪酸の炭素数を５以下としたものを２０〜６０重量％含
み、炭素数が８より大きな脂肪酸には分岐型脂肪酸を用
い、４０℃における粘度が３２〜１００ｃｓｔであるエ
ステル系冷凍機油８Ａを使用するとともに冷凍圧縮機１
の摺動部に非金属表面処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒圧縮機を用い
た冷凍機、空気調和機等の冷凍サイクルに係り、特に、
オゾン層保護の観点から塩素を含まない代替冷媒に対し
て適合し、冷媒との相溶性、化学的安定性、耐摩耗・焼
付性に優れた冷凍機油を備え、また、化学的安定性、耐
摩耗・焼付性に優れた機械部品を備えた冷媒圧縮機を有
する冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、オゾン層保護の観点から冷凍機で
使用されるＨＣＦＣ等のフロン系冷媒が使用規制の対象
となり、代替冷媒として塩素を含まず、すなわちオゾン
を分解させず、大気中での分解期間の短いハイドロフル
オロカーボン（ＨＦＣ）が検討、実用化されている。
【０００３】しかしながら、これら分子内に塩素を含ま
ない代替冷媒はいずれも極性が高く、従来の塩素を含む
冷媒の冷凍サイクルで使用されてきた鉱油やアルキルベ
ンゼン油等の冷凍機油では、冷媒との相溶性が悪いた
め、新たな冷凍機油の開発が進められている。
【０００４】図１４は、特開平８−２４０３５１号公報
に示された従来の代替冷媒対応の冷凍サイクル、図１５
は従来の代替冷媒対応の冷凍サイクルに用いられる一般
的な冷媒圧縮機の断面図であり、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）はシリンダ上面より見た断面図である。
【０００５】ここで、１は冷媒圧縮機、２はその密閉容
器であり、３は蒸発器、４は凝縮器、５は膨張弁、毛細
管等の膨張機構を示す。回路内には塩素を含まない水素
化弗素化炭素（ＨＦＣ）が封入されて冷凍サイクルが構
成されている。
【０００６】冷媒圧縮機１の密閉容器２内には電動要素
６と圧縮要素７が収納され、また底部に冷凍機油８が貯
溜されている。また、電動要素６は固定子９、回転子１
０からなり、固定子９は巻線部１１とコア部１２から成
り、電力は気密端子１３からリード線を介して電動要素
６に供給される。圧縮要素７は回転子１０に連結された
主軸１４と主軸１４の偏心部に係合されたローリングピ
ストン１５、圧縮室を形成するシリンダ１６とシリンダ
１６の端面を閉塞するとともに主軸１４を支持する主軸
受１７、副軸受１８、ローリングピストン１５外周と摺
接して圧縮室を高低圧に仕切るベーン１９及びベーンス
プリング２０から構成されている。
【０００７】冷媒圧縮機１は吸入管２１と吐出管２２に
よって冷凍サイクルに連結されている。
【０００８】次に従来の冷凍サイクルの動作について説
明する。圧縮機を運転すると、電動要素６の回転力は回
転子１０に連結された主軸１４により圧縮要素７に伝達
され、シリンダー１６内で主軸１４の偏心部に係合され
たローリングピストン１５が偏心回転する。シリンダ１
６内を高低圧に仕切るベーン１９は、背圧とベーンスプ
リング２０のバネ力により先端をローリングピストン１
５外周に接して往復運動を行なう。
【０００９】冷媒は吸入管２１よりシリンダ１６内へ導
かれ、ローリングピストン１５の偏心回転により圧縮さ
れてシリンダー１６より密閉容器２内へ吐出され、電動
要素６を冷却した後に吐出管２２より外部の冷凍サイク
ルへ導かれる。
【００１０】冷媒圧縮機１を出た高圧、高温の過熱冷媒
ガスは凝縮器４にて外気と熱交換して潜熱を奪われて高
圧、高温の冷媒液となり、膨張機構５によって減圧され
て低圧の飽和冷媒液となり、さらに蒸発器３によって外
気と熱交換し潜熱を吸収して冷媒ガスとなる。
【００１１】ここで、冷媒圧縮機１の密閉容器２の底部
に貯溜された冷凍機油８は主軸１４の下端より給油さ
れ、圧縮要素７の各摺動部を潤滑した後、大部分は密閉
容器２の底部へ戻されるが、一部は冷媒ガスと一緒に吐
出管２２より冷媒圧縮機１外部へ吐出され冷凍サイクル
を循環して、再び吸入管２１より冷媒圧縮機１へ戻され
る。
【００１２】このように冷凍サイクルに用いられる冷凍
機油は、冷媒と共に冷凍サイクル内を循環するため、低
温から高温まで広い温度範囲において冷媒と相溶性が高
く、低温流動性に優れることが第一に要求される。
【００１３】またクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）や
ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）等、塩素
を含む従来の冷媒においては、摺動部表面で塩素が極圧
剤として機能し、潤滑性が極めて良好であったのに対
し、オゾン層を破壊しない塩素を含まない代替冷媒にお
いては、冷媒自身の極圧効果が期待できないことから、
冷凍機油として、高温・高圧部で摺動部を潤滑するため
に、耐摩耗・焼付き性、熱安定性、化学安定性に優れて
いることが要求される。
【００１４】更に、冷凍機油は電動要素６と共に密閉容
器２内部で使用されることから絶縁特性についても優れ
ていることが要求される。
【００１５】特開平８−２４０３５１号公報において、
ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）冷媒に適合する冷
凍機油として分子中にエステル結合（−Ｏ−ＣＯ−）を
少なくとも２ヶ保有する脂肪酸の冷凍機油を基油とする
下記一般式によることが示されており、多価アルコール
と炭素数６〜１３の脂肪酸を用いた分岐構造を有するヒ
ンダード系エステル、コンプレクス系エステルの例が示
されている。
【００１６】 （Ｒ1・ＣＨ2）2・Ｃ・（ＣＨ2ＣＯＯＲ2）2 ・・・（１） Ｒ1・ＣＨ2・Ｃ・（ＣＨ2・ＣＯＯＲ2）3 ・・・（２） Ｃ（ＣＨ2−ＣＨＯＯＲ2）4 ・・・（３） （Ｒ2・００ＣＨ2Ｃ）3・Ｃ・ＣＨ2・Ｏ・ＣＨ2・（ＣＨ2・ＣＯＯＲ2）3 ・・（４） ここで、Ｒ1はＨまたは炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ2
は炭素数５〜１２のアルキル基で炭素数の異なる複数種
を混合することができる。
【００１７】また特開平８−１５１５９０号公報ではポ
リオールエステルを基油とし、基油に対してリン酸エス
テルを７．０〜１５．０重量％と１、２−エポキシアル
カン及び／又はヒニールシクロヘキセンジオキシドを
０．２〜３．０重量％配合して成る冷凍機油組成物が示
されている。
【００１８】また特開平１０−３７８８１号公報ではヒ
ンダート構造をもつ多価アルコールと、分子中の炭素数
５〜１０であり炭素鎖に分岐構造を持つ脂肪酸とが水を
分離して縮合生成されたポリオールエステル冷凍機油組
成物が示されている。
【００１９】これら冷凍機油は電気絶縁性、吸湿性に優
れることから代替冷媒対応の冷凍機油として現在最も広
く検討、実用化されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在実
用化が進められているＲ１３４ａ（テトラフルオロメタ
ン）、Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３４ａ）等
のＨＦＣ混合冷媒は従来用いられてきたＲ２２（クロロ
ジフルオロメタン）冷媒に比べ効率が低下する、冷媒の
非共沸性のため冷媒組成比が冷凍サイクル中で変化し扱
いづらい等の問題から、これら混合冷媒に比べ効率向上
が見込め、かつ共沸冷媒であるＲ３２（ジフルオロメタ
ン）単一、またはＲ３２を５０％以上含有し共沸冷媒と
して扱える混合冷媒の検討が開始されている。
【００２１】Ｒ１３４ａ、Ｒ４０７Ｃ等に適した従来の
冷凍機油は、Ｒ３２単一またはＲ３２を５０％以上含有
したさらに極性の高い混合冷媒との相溶性に乏しく、圧
縮機から冷媒と共に冷凍サイクルに排出された冷凍機油
が圧縮機に戻りにく、圧縮機内部に貯留される冷凍機油
が圧縮機摺動部潤滑に必要とされる油面高さを下回った
場合、圧縮機摺動部の焼付に至るため、相溶性を改善し
た基油構造に変更する必要がある。
【００２２】これら極性の高い冷媒との相溶性を改善す
る方法としては、エステルを構成する脂肪酸を炭素数の
低いものに変更するか、炭素数の低い脂肪酸の混合比を
増加させることが有効であるが、一般的に低炭素数の脂
肪酸ほど、安定性が劣り、さらに粘度も低下するため、
何らかの対策が必要である。
【００２３】特開平１０−２９８５７２には、Ｒ３２を
主成分とする冷媒に使用できる冷凍機油としてペンタエ
リスルトールと炭素数５の直鎖脂肪酸（ｎＣ５酸）より
合成されたものが開示されているが、冷媒雰囲気下の圧
縮機の実使用温度・圧力における実粘度が不明である。
また低炭素数の脂肪酸による安定性低下に対する対策が
示されていない。
【００２４】エステル系冷凍機油は脂肪酸とアルコール
の脱水縮合反応からなる合成油であり、この反応が可逆
的であるため、水が存在すると加水分解を起こす。そし
て加水分解により酸が遊離した場合には摺動部の腐蝕摩
耗を生じることが知られている。 ＲＣＯＯＲ’＋Ｈ2Ｏ → ＲＣＯＯＨ＋Ｒ’ＯＨ ・・・・・・・（５） Ｆｅ＋２ＲＣＯＯＨ → Ｆｅ（ＯＣＯＲ）2＋２Ｈ＋ ・・・・・（６）
【００２５】金属との反応は、摩耗により新生面が発生
すると早くなることから、密閉容器２内が高温・高圧に
保持され、またベーン１９先端とローリングピストン１
５外周の様に流体潤滑が確保出来にくい摺動部をもつロ
ータリ形圧縮機などでは上記反応が促進されやすい。
【００２６】また加水分解による摩耗や冷凍機油の劣化
は、冷凍サイクルにおいて毛細管や膨張弁等の膨張機構
５にスラッジを堆積させ、膨張機構５の閉塞を引き起こ
して冷却不良や正常な運転が出来なくなるという課題が
あった。
【００２７】また、エステル系冷凍機油の分解により生
じた脂肪酸は、圧縮機の電動要素に使用される絶縁材料
を劣化させ、機械強度および絶縁特性低下を引き起こす
恐れがあった。
【００２８】さらに、空調機の場合は、据え付け工事時
に室外機と室内機を連結するため、据え付け工事におい
て冷凍サイクル内に水分が混入する可能性があり、水分
量を生産工場内のみで厳密に管理することが出来ず、混
入した水分を除去するため冷凍回路内に乾燥剤を設ける
必要がある。
【００２９】一方、冷凍回路内に設けた乾燥剤の種類に
よっては、水分以外に冷凍機油中の添加剤が吸着される
恐れがあった。
【００３０】冷凍機の冷凍サイクル配管中には、水分以
外に各種製造工程で使用される工程油、加工油等のコン
タミが残留しているが、これらのなかには塩素を含んだ
コンタミも存在し、冷凍回路内でこれら塩素系コンタミ
は金属と結合して金属塩を生成し、冷凍機油の加水分解
・劣化を著しく促進する問題があった。
【００３１】本発明は、上述のような課題を解決するた
めになされたもので、塩素を含まないＲ３２単一または
Ｒ３２を５０％以上含有した冷媒に対して相溶性が良
く、また潤滑特性、化学的安定性等の良好な冷凍機油お
よび耐摩耗性、安定性に優れた圧縮機摺動部を有し、高
信頼性、高性能な冷凍機を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る冷凍機は、
圧縮機、凝縮器、絞り機構、蒸発機より構成される冷凍
回路に、冷媒Ｒ３２単体、またはＲ３２を５０重量％以
上含有した混合冷媒を使用した冷凍機において、２０〜
６０重量％の炭素数が５以下の直鎖型の１塩基脂肪酸及
び炭素数が８以上の分岐型の脂肪酸を含み、４０℃にお
ける粘度が３２〜１００ｃｓｔのポリオールエステル又
はコンプレックスエステルを主成分としたエステル系冷
凍機油を使用し、さらに、圧縮機の摺動部に非金属表面
処理を施したものである。
【００３３】また、エステル系冷凍機油に、金属表面に
非金属摺動皮膜を生成する極圧剤を添加し、冷凍回路内
に水分補足機構として、合成ゼオライトを主成分とし、
活性アルミナを含まない乾燥剤を設けたものである。
【００３４】また、エステル系冷凍機油に、水分・酸補
足剤としてエポキシ添加剤を加えたものである。
【００３５】また、冷凍回路内の塩素系コンタミの対エ
ステル系冷凍機油の塩素濃度を８０ｐｐｍ以下の量とし
たものである。
【００３６】また、圧縮機の電動要素の絶縁材として、
ポリエステル（ＰＥ）、変性ポリエステル（変性Ｐ
Ｅ）、ポリエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミ
ド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、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（Ｐ
ＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ
ブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリフェニレンサル
ファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、
液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂から選ばれる少なくとも１
種を用いるものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】図１は本発明による冷凍サイクル
図、図２は同じく冷凍サイクルに用いられる冷媒圧縮機
の縦断面図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はシリン
ダ上面より見た断面図である。
【００３８】図１、２において１は冷媒圧縮機、２は密
閉容器、３は蒸発器、４は凝縮器５は膨張弁、毛細管等
の膨張機構を示す。回路内には塩素を含まない水素化弗
素化炭素（ＨＦＣ）が封入されて冷凍サイクルが構成さ
れている。
【００３９】冷媒圧縮機１の密閉容器２内には電動要素
６と圧縮要素７Ａが収納され、また底部に冷凍機油８Ａ
が貯溜されている。圧縮要素７は回転子１０に連結され
た主軸１４と主軸１４の偏心部に係合されたローリング
ピストン１５Ａ、圧縮室を形成するシリンダ１６Ａとシ
リンダ１６Ａの端面を閉塞するとともに主軸１４を支持
する主軸受１７Ａ、副軸受１８Ａ、ローリングピストン
１５Ａ外周と摺接して圧縮室を高低圧に仕切るベーン１
９Ａ及びベーンスプリング２０から構成されている。そ
して、圧縮要素７Ａの構成品の金属摺動部には非金属表
面処理である窒化処理を施している。
【００４０】冷凍サイクル、冷凍圧縮機１の基本的な動
作は、従来例と同じであるので説明を省略し、異なる点
について、説明する。
【００４１】冷凍機油８Ａについては、ペンタエリスル
トール（ＰＥＴ）と炭素数５の直鎖型１塩基性脂肪酸で
あるｎＣ５酸を脱水縮合して生成されたポリオールエス
テル又はコンプレックスエステルを主成分として含む冷
凍機油である。（なお、脂肪酸を示すｎＣ５、ｉＣ９等
の記号において、ｎは直鎖型を、ｉは分岐型を、数値は
炭素数を表す。）
【００４２】ポリオールエステル又はコンプレックスエ
ステルを主成分として含む冷凍機油の直鎖型の１塩基性
脂肪酸の炭素数が５を越えると、冷媒Ｒ３２単体、また
はＲ３２を５０重量％以上含有した混合冷媒に対する相
溶性が低下するので、炭素数は５以下が望ましい。ま
た、炭素数５以下の直鎖型の１塩基性脂肪酸の含有割合
が、２０重量％未満では、冷媒Ｒ３２単体、またはＲ３
２を５０重量％以上含有した混合冷媒に対する相溶性が
確保できず、また、６０重量％を越えると、冷媒共存化
において、高温高圧部で冷凍機油粘度が低下するので、
炭素数が５以下の直鎖型の１塩基脂肪酸２０〜６０重量
％とするのが望ましい。
【００４３】冷凍機に使用される冷凍機油は、低温から
高温まで広い温度範囲における冷媒との相溶性および低
温流動性に優れることが要求され、特に外気温度以下
（空調機では少なくとも１０℃以下）の２相分離温度で
あることが必要である。
【００４４】また、Ｒ３２等の極性の高い冷媒との相溶
性を改善するためには、炭素数の低い脂肪酸を一定量導
入することが有効であるが、一方低炭素数の脂肪酸ほど
冷凍機油の粘度が低く、また安定性が低下する傾向があ
るため、従来冷凍機と同等の実粘度および安定性の確保
のためには、必要に応じて炭素数の大きい脂肪酸（粘度
および安定性が高い傾向をもつ）を混合して使用するこ
とが望ましい。
【００４５】また、１価の脂肪酸には直鎖型と分岐型の
ものがあるが、分岐型の方が安定性が高いことから低炭
素数の脂肪酸に混合するものは、炭素数が８以上の分岐
型脂肪酸が望ましい。また、冷凍機油の４０℃における
粘度は３２〜１００ｃｓｔが望ましい。
【００４６】次に、本発明の低炭素数脂肪酸である炭素
数５の直鎖型脂肪酸（ｎＣ５酸）を含む冷凍機油の冷媒
Ｒ３２単体、とＲ３２の混合冷媒に対する２相分離温度
を測定した結果につき図３により説明する。本発明の試
作油Ａは、低炭素数脂肪酸である炭素数５の直鎖型脂肪
酸（ｎＣ５酸）を３０ｗｔ％及び炭素数９の分岐型脂肪
酸（ｉＣ９）を含み、粘度は４０℃で５６ｃｓｔ、試作
油Ｂは、低炭素数脂肪酸である炭素数５の直鎖型脂肪酸
（ｎＣ５酸）を５０ｗｔ％、直鎖型脂肪酸（ｎＣ７酸）
及び炭素数９の分岐型脂肪酸（ｉＣ９）を含み、粘度は
４０℃で３１ｃｓｔ、比較油Ａは直鎖型脂肪酸（ｎＣ５
酸）を含まず、分岐型脂肪酸（ｉＣ８、ｉＣ９）を含
み、粘度が６７ｃｓｔ、比較油Ｂは、低炭素数脂肪酸で
ある炭素数５の直鎖型脂肪酸（ｎＣ５酸）を１５ｗｔ
％、直鎖型脂肪酸（ｎＣ７酸）及び炭素数９の分岐型脂
肪酸（ｉＣ９）を含み、粘度は４０℃で５９ｃｓｔとし
た。そして、これらの冷凍機油について、冷媒はＲ３
２、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２：Ｒ１２５＝５０：５０ＷＴ
％）及びＲ４０７Ｃ（Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３４ａ＝
２３：２５：５２ｗｔ％）との臨海溶解温度を測定し
た。
【００４７】図３の測定結果から、冷凍機油のｎＣ５酸
の混合比が増すほど、高温側２層分離温度は上昇し、低
温側の２層分離温度は低下し、ｎＣ５酸をそれぞれ３０
％、５０％含む試作油Ａおよび試作油ＢはＲ３２、Ｒ４
１０Ａ冷媒に対して十分な相溶性を有するが、比較油
Ａ、ＢはＲ３２冷媒に非相溶であり、Ｒ４１０Ａに対し
ても分離温度範囲が狭く相溶性が不十分であることが確
認された。
【００４８】次に、本発明の試作油Ａの実使用温度、圧
力条件におけるＲ３２冷媒の溶解量および冷媒混合時の
実粘度を測定した結果について図４により説明する。
【００４９】実使用温度、圧力条件は空調機で使用され
る圧縮機の運転時の条件である、５０℃の飽和圧力、冷
凍機油の油温を９０℃として、本発明の試作油ＡのＲ３
２冷媒溶解量および実粘度、従来の比較油ＢのＲ４０７
Ｃ冷媒溶解量および実粘度及び鉱油のＲ２２冷媒溶解量
および実粘度を測定した。なお、実粘度は鉱油のＲ２２
冷媒溶解時の実粘度に対する比で示した。
【００５０】図４に示すように、試作油ＡへのＲ３２の
溶解量１３ｍａｓｓ％は、Ｒ４０７Ｃの２６ｍａｓｓ％
に比較して約半分であるが、Ｒ３２冷媒単体の粘度がＲ
４０７Ｃの約半分であることから、試作油ＡのＲ３２溶
解時の実粘度は、比較油ＢとＲ４０７Ｃおよび鉱油とＲ
２２の実粘度と同等である。
【００５１】これより、本発明の試作油ＡはＲ３２を５
０％以上含有した冷媒を冷凍機の圧縮機へ使用してもＲ
２２と鉱油の系およびＲ４０７Ｃと従来の冷凍機油の系
と同等の実粘度であり、すなわち、同等の摺動特性（油
膜生成能）を有することが確認された。
【００５２】上述の炭素数が５以下の直鎖型の１塩基脂
肪酸を有する主成分のポリオールエステル又はコンプレ
ックスエステル２０〜６０重量％を含む冷凍機油は、水
分が含まれた場合、加水分解により遊離した酸による摺
動部の腐食磨耗が生じるので、これを防止するため、圧
縮要素７Ａの金属摺動部には非金属表面処理である窒化
処理を施している。
【００５３】この窒化処理の効果について、高圧雰囲気
摩耗試験機により試験した結果を図５、６により説明す
る。
【００５４】図５は高圧雰囲気摩耗試験機により、摺動
部の窒化処理の有無と焼付面圧との関係をＲ３２および
Ｒ２２冷媒雰囲気下において試験した結果を示す。
【００５５】図５（ａ）は摺動材のＳＫＨ５１（高速工
具鋼）に窒化を施したものとＦＣ−ＭｏＮｉＣｒ（合金
鋳鉄材）を使用し、図５（ｂ）はＳＫＨ５１とＦＣ−Ｍ
ｏＮｉＣｒを使用し、Ｒ３２冷媒雰囲気、Ｒ３２冷媒雰
囲気、図５（ｃ）はＳＫＨ５１とＦＣ−ＭｏＮｉＣｒを
使用し、Ｒ２２冷媒雰囲気を用いたものを示す。冷凍機
油は試作油Ａを使用した。
【００５６】摺動速度は実際のロ−タリ−圧縮機のベ−
ンとピストンの摺動速度に近い２．６ｍ／ｓとし、摺動
部に加える加重を９８Ｎ／ｍｉｎずつ増加させ、摺動部
摩擦係数が急増したときを焼付として判定した。
【００５７】試験結果は図５から摺動部に窒化処理を行
ったものが（図（ａ））、焼付面圧がＲ２２冷媒雰囲気
下（図（ｃ））以上であるので、本実施例の冷凍機油は
摺動条件の厳しいロータリー圧縮機においても充分な摺
動性を確保できることが確認された。
【００５８】図６はシ−ルドガラスチュ−ブ試験によ
り、摺動部の非金属表面処理有無と冷凍機油の安定性と
の関係を全酸価を指標として試験した結果を示す。冷凍
機油は試作油Ａを用い、摺動材（金属触媒）はＳＫＨ５
１ＳＫＨ５１に窒化を施したものにつき、Ｒ３２冷媒雰
囲気で、温度１７５℃、５００Ｈｒで試験した。なお、
全酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）はオイルに含まれる酸の量を
あらわし、オイル１ｇを中和させるのに必要な水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）の量ｍｇを示す。
【００５９】試験結果は、窒化処理を施したものは、窒
化により金属表面に不活性な非金属皮膜を形成するた
め、冷凍機油の金属表面における触媒反応による分解が
抑えられ、全酸価が０．１２（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で、窒
化処理をしないものの半分であり、耐加水分解性（化学
的安定性）が向上している。なお、本実施例では金属摺
動部に窒化処理を施したが、非金属摺動材であるセラミ
ック、カーボン材を用いるか、あるいは金属摺動部に樹
脂コーティング、樹脂含浸等を施しても同様の効果が得
られる。
【００６０】次に、塩素を含まず冷媒自身の極圧効果を
期待できない代替冷媒において、極圧剤の添加による潤
滑性への影響を高圧雰囲気摩耗試験機により試験した結
果を図７、８により説明する。
【００６１】図７は極圧剤としてリン酸エステル系のト
リクレジルフォスフェート（ＴＣＰ）を添加した試作油
ＡとＲ３２冷媒の系と鉱油とＲ２２冷媒の系において摺
動部の焼付面圧を比較したものであり、摺動材はＳＫＨ
５１とＦＣ−ＭｏＮｉＣｒを使用し、図７（ａ）は極圧
剤のＴＣＰを添加した試作油ＡとＲ３２冷媒系、図７
（ｂ）はＴＣＰを添加しない試作油ＡとＲ３２冷媒系、
図７（ｃ）は鉱油とＲ２２冷媒のものを示す。
【００６２】試験結果は、極圧剤を添加した試作油Ａと
Ｒ３２冷媒系（図７（ａ））では、鉱油とＲ２２冷媒系
（図７（ｃ））以上の焼き付き面圧となり、極圧剤の潤
滑特性への効果は明らかであった。
【００６３】図８は上記試験後の冷凍機油の全酸価を示
すが、ＴＣＰを添加した試作油Ａは全酸価が０．０５
（ｍｇＫＯＨ／ｇ）でＴＣＰを添加しない試作油Ａの半
分であり、全酸価上昇が抑えられている。これは極圧剤
中のリンが摺動材の金属表面に吸着し、非金属のリン酸
皮膜を形成し、冷凍機油の摺動部金属表面における触媒
反応による劣化が抑えれたためと推察される。
【００６４】上記実施例では極圧剤として、トリクレジ
ルフォスフェート（ＴＣＰ）を使用したが、他にトリメ
チルフォスフェート、トリオクチルフォスフェート、ト
リブチルフォスフェート、トリアルキルフォスフォロチ
オネート、トリフェニルフォスフォロチオネート（ＴＰ
ＰＴ）等が使用できる。
【００６５】また、冷凍機油はその構造上、水分共存下
において加水分解が避けられないことから、空調機の据
え付け工事時等において冷凍サイクル内に混入した水分
を除去するため、乾燥剤の設置が必要不可欠とされ、合
成ゼオライトを主成分とした乾燥剤が一般的に使用され
る。
【００６６】しかし、乾燥剤の種類によっては、水分以
外に冷凍機油の添加剤が吸着される可能性があるので、
乾燥剤を、冷凍機油中に浸漬してオ−トクレ−ブ試験を
実施し、供試油に添加した極圧剤（ＴＣＰ）の残存率測
定を行った。その結果を図９により説明する。
【００６７】図９は、活性アルミナを２５重量％含み、
合成ゼオライトを主成分とした乾燥剤（ドライヤーＡ）
および活性アルミナを含まず合成ゼオライトを主成分と
した乾燥剤（ドライヤーＢ）それぞれを、冷凍機油中に
浸漬してオートクレーブ試験を実施し、供試油に添加し
た極圧剤（ＴＣＰ）の残存率測定を行った結果である。
なお、冷媒はＲ３２（１００ｇ）、冷凍機油は試作油Ａ
（１００ｇ、添加剤ＴＣＰＯ０．５ｗｔ％）を使用し、
試験時間は５００ｈｒである。
【００６８】試験結果は、ドライヤーＡは試験温度が高
い程、また乾燥剤量が多い程、ＴＣＰ減少量が多く、ド
ライヤーＢは試験温度、条件によらずＴＣＰの減少はみ
られなかった。
【００６９】また、ドライヤーＡは、ＴＣＰ減少量の多
い条件のものには、ＥＰＭＡによるドライヤー表面の元
素量分析からリンの吸着が認められ、ＴＣＰの減量は活
性アルミナによるＴＣＰ成分中のリンの吸着が原因であ
ることが判明した。
【００７０】以上より、合成ゼオライトを主成分とし、
活性アルミナを含まない乾燥剤を冷凍回路に使用するこ
とにより、冷凍回路内の水分を効果的に除去し、かつ冷
凍機油に添加されたリン系極圧剤の効果を損なわないの
で、摺動性および安定性に優れた高信頼性の冷凍機を提
供することが可能であることが確認された。
【００７１】本発明の冷凍機油に添加する水分・酸補足
剤としては１分子中にエポキシ基を１個のみを保有する
αオレフィンオキシド、グリシジルエーテル、グリシジ
ルエステル等のエポキシ化合物が使用できる。
【００７２】１分子中にエポキシ基を２個以上保有する
エポキシ化合物は重合性が高くそれ自身が重合、高分子
化してスラッジ化しやすいため好ましくない。
【００７３】これらのエポキシ化合物に、冷凍機油の機
能を損なわない範囲で酸化防止剤および極圧剤と併用し
て添加も良い。
【００７４】酸化防止剤としては、ヒンダードフェノー
ル系、アミン系、硫黄系等のものが使用できる。
【００７５】次に、本発明の冷凍機油への水分・酸補足
剤配合による効果を確認するため行った試験結果を、図
１０により説明する。試作油Ａ及びＢにおいて、水分・
酸補足剤としてグリシジルエステル系エポキシ化合物を
添加した場合と、添加しない場合につき、水分および、
鉄、銅、アルミの各金属触媒を耐圧ガラスに封入してシ
ールドガラスチューブ試験を行い、供試油の熱安定性及
び加水分解安定性を評価した。なお、雰囲気はＲ３２冷
媒、温度は１７５℃、試験時間は５００ｈｒである。
【００７６】試験結果より、水分・酸補足添加剤を添加
することにより冷凍機油の全酸価の上昇が抑えられ、冷
凍機油の熱・加水分解安定性を向上させることが確認さ
れた。
【００７７】冷凍回路内部には製造工程で使用される各
種加工油等のコンタミ物質が微量残留するが、これらコ
ンタミのなかでも冷凍機油の劣化を加速する可能性の高
いものとして塩素系のコンタミがあげられている。
【００７８】塩素系物質が摺動部金属と反応して金属塩
を生成した場合には、触媒として作用して冷凍機油の加
水分解を加速させ、カルボン酸が生成され、さらに生成
された酸により摺動部の腐食摩耗を引き起こす恐れがあ
る。
【００７９】そこで、塩素系コンタミの代表例として塩
化鉄を用い、冷凍機油への影響度の確認を行った。その
結果を図１１により説明する。
【００８０】塩素量１〜１０００ｐｐｍ相当の塩化鉄を
添加した試作油Ａを、高圧雰囲気摩耗試験機の耐圧容器
内に入れ、容器内に備えられた摺動部に実機に近い摺動
条件をあたえ、Ｒ３２冷媒雰囲気下で１５０℃、５００
Ｈｒの加熱を行い、塩素の濃度と、冷凍機油の加水分解
により生成する冷凍機油中のスラッジ量との関係から、
冷凍機油への影響を評価した。
【００８１】その結果、塩素の濃度と、冷凍機油の加水
分解により生成する冷凍機油中のスラッジ量との関係を
示す図１１から明らかなように、塩素量８０ｐｐｍ以上
においてスラッジ量が急激に増加している。
【００８２】従って、塩素系コンタミの対冷凍機油塩素
濃度を８０ｐｐｍ以下に管理することにより冷凍機油の
加水分解によるスラッジ生成を抑制し、化学的・熱的に
安定で信頼性を高くできることが確認された。
【００８３】次に、冷凍機油が加水分解して生成される
原料酸の、電動機の絶縁材樹脂へ与える影響を評価した
結果につき図１２、１３により説明する。絶縁材は、ポ
リエステル（ＰＥ）、変性ポリエステル（変性ＰＥ）、
ポリエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（Ｐ
ＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、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（ＰＥ
Ｎ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブ
チレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリフェニレンサルフ
ァイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥ
ＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液
晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂を用いた。
【００８４】冷凍機油の加水分解による酸生成を想定し
て、低炭素数でありかつ酸性度の非常に高いｎＣ５酸を
試作油Ｂに強制的に混入させ、全酸価を通常使用条件で
考え得る以上の値である１．５ｍｇＫＯＨ／ｇに調整
し、油中水分を４００ｐｐｍ、Ｒ３２冷媒雰囲気、圧力
３ＭＰａ、１５０℃、１６８時間、の条件で絶縁材のオ
−トクレ−ブ試験行い、さらに供試材の強度および破断
伸びの保持率を測定した。
【００８５】その結果を図１２に示す。また、電動機固
定子の巻線の芯線のエナメル被覆材として上記樹脂を用
いた電線の絶縁破壊電圧の保持率の測定結果を図１３に
示す。
【００８６】なお、ＰＡ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびＰＥ
ＥＫは板厚０．３ｍｍのフィルム形状のものを用い、Ｐ
ＴＦＥ、ＰＢＴ、ＰＢＮ、ＰＰＳ、及びＬＣＰはダンベ
ル試験片を用いた。
【００８７】また、電動機固定子の巻線の芯線のエナメ
ル絶縁被覆材としてはポリエステル（ＰＥ）／ポリアミ
ド（ＰＡ）（但し、ポリエステルが内側でポリアミドが
外側を表す、以下同じ）、変性ポリエステル（変性Ｐ
Ｅ）／ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエステルイミ
ド（ＰＥＩ）／ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミ
ドイミド（ＰＡＩ）を用いた。
【００８８】樹脂材料の特性の保持率としては一般に５
０％あれば、必要とされる機能を得ると判断され、測定
結果は図１２、１３に示すように、いずれの絶縁材も充
分な特性を維持しており、低炭素数であるｎＣ５酸を含
んだ冷凍機油が加水分解し、酸が多量に生成された場合
でも、絶縁特性は維持されるものと判断される。
【００８９】以上より、電動機の絶縁材として、ポリエ
ステル（ＰＥ）、変性ポリエステル（変性ＰＥ）、ポリ
エステルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡ
Ｉ）、ポリアミド（ＰＡ）、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（ＰＥＮ）、
ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレン
ナフタレート（ＰＢＮ）、ポリフェニレンサルファイド
（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶
ポリマー（ＬＣＰ）樹脂から選ばれる少なくとも１種を
用いて構成されているため、本発明における極性の高い
冷媒と冷凍機油の組み合わせに対して耐腐食性であり、
信頼性上問題なく適用されると言える。
【００９０】なお、本発明は、以上の実施の形態で示し
たロ−タリ−圧縮機を用いた冷凍サイクルだけでなく、
レシプロ圧縮機やスクロ−ル圧縮機を用いた冷凍サイク
ル等にも、本発明の要旨を脱しない範囲において適用で
きる。
【００９１】
【発明の効果】以上のように、この発明は、圧縮機、凝
縮器、絞り機構、蒸発機より構成される冷凍回路に、冷
媒Ｒ３２単体、またはＲ３２を５０重量％以上含有した
混合冷媒を使用した冷凍機において、２０〜６０重量％
の炭素数が５以下の直鎖型の１塩基脂肪酸及び炭素数が
８以上の分岐型の脂肪酸を含み、４０℃における粘度が
３２〜１００ｃｓｔのポリオールエステル又はコンプレ
ックスエステルを主成分としたエステル系冷凍機油を使
用し、さらに、圧縮機の摺動部に非金属表面処理を施し
たので、Ｒ３２単体またはＲ３２を５０％以上含有した
冷媒との相互溶解性に優れ、摺動部の触媒作用による冷
凍機油の劣化が抑えられ、化学的・熱的に安定で信頼性
の高い冷凍機を提供することが可能である。
【００９２】また、エステル系冷凍機油に、金属表面に
非金属摺動皮膜を生成する極圧剤を添加し、冷凍回路内
に水分補足機構として、合成ゼオライトを主成分とし、
活性アルミナを含まない乾燥剤を設けたので、冷凍機油
のリン系極圧剤が乾燥剤に吸着されず、潤滑性、安定性
に優れ長期に亘って信頼性の高い冷凍機が得られる。
【００９３】また、エステル系冷凍機油に、水分・酸補
足剤としてエポキシ添加剤を加えたので、化学的安定
性、信頼性の高い冷凍機が提供できる。
【００９４】また、冷凍回路内の塩素系コンタミの対エ
ステル系冷凍機油の塩素濃度を８０ｐｐｍ以下の量とし
たので、冷凍機油の劣化が少なく、スラッジ生成の抑制
され、信頼性を向上させることができる。
【００９５】また、圧縮機の電動要素の絶縁材として、
ポリエステル（ＰＥ）、変性ポリエステル（変性Ｐ
Ｅ）、ポリエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミ
ド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、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（Ｐ
ＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ
ブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリフェニレンサル
ファイド（ＰＰＳ）、ポリエ−テルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、
液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂から選ばれる少なくとも１
種を用いるので、絶縁性に優れ、信頼性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態を示す冷凍サイクル図で
ある。
【図２】 本発明の実施の形態を示す冷凍サイクルに使
用する冷媒圧縮機の縦断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態を示す冷凍機油と従来の
冷凍機油の冷媒との２層分離温度を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態を示す冷凍機油と従来の
冷凍機油の冷媒溶解量と粘度を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態を示す摺動材表面処理と
焼付き特性の関係を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態を示す摺動材表面処理と
冷凍機油の安定性の関係を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態を示す極圧剤添加による
摺動特性の変化を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態を示す極圧剤添加と冷凍
機油の安定性の関係示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態を示す乾燥剤と従来の乾
燥剤の摩耗防止剤の吸着特性を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態を示す冷凍機油の添加
剤の化学的安定性への影響を示す図である。
【図１１】 塩素濃度とスラッジ生成量との関係を示す
図である。
【図１２】 本発明の実施の形態を示す電動機の絶縁材
として使用する樹脂の特性図である。
【図１３】 本発明の実施の形態を示す電動機の巻線の
絶縁材として使用する樹脂の特性図である。
【図１４】 従来の冷凍サイクル図である。
【図１５】 従来の冷凍サイクルに用いられる冷媒圧縮
機の断面図である。
【符号の説明】
１ 冷媒圧縮機、３ 蒸発器、４ 凝縮器、５ 膨張機
構、６ 電動要素、７Ａ 圧縮要素、８Ａ 冷凍機油、
１５Ａ ローリングピストン、１６ シリンダ、１７Ａ
主軸受、１８ 副軸受、１９Ａ ベーン、２０ ベー
ンスプリング。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ２５Ｂ 1/00 ３９５ Ｆ２５Ｂ 1/00 ３９５Ｚ // Ｃ１０Ｎ 20:02 Ｃ１０Ｎ 20:02 30:06 30:06 30:08 30:08 40:30 40:30 (72)発明者 小笠原 忍 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4H104 AA01C BB09C BB34A BB36A EA02A LA03 LA04 PA20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、絞り機構、蒸発機より
    構成される冷凍回路に、冷媒Ｒ３２単体、またはＲ３２
    を５０重量％以上含有した混合冷媒を使用した冷凍機に
    おいて、 ２０〜６０重量％の炭素数が５以下の直鎖型の１塩基脂
    肪酸及び炭素数が８以上の分岐型の脂肪酸を含み、４０
    ℃における粘度が３２〜１００ｃｓｔのポリオールエス
    テル又はコンプレックスエステルを主成分としたエステ
    ル系冷凍機油を使用し、さらに、圧縮機の摺動部に非金
    属表面処理を施したことを特徴とする冷凍機。
  2. 【請求項２】 エステル系冷凍機油に、金属表面に非金
    属摺動皮膜を生成する極圧剤を添加し、冷凍回路内に水
    分補足機構として、合成ゼオライトを主成分とし、活性
    アルミナを含まない乾燥剤を設けたことを特徴とする請
    求項１記載の冷凍機。
  3. 【請求項３】 エステル系冷凍機油に、水分・酸補足剤
    としてエポキシ添加剤を加えたことを特徴とする請求項
    １または請求項２記載の冷凍機。
  4. 【請求項４】 冷凍回路内の塩素系コンタミの対エステ
    ル系冷凍機油の塩素濃度を８０ｐｐｍ以下の量としたこ
    とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍
    機。
  5. 【請求項５】 圧縮機の電動要素の絶縁材として、ポリ
    エステル（ＰＥ）、変性ポリエステル（変性ＰＥ）、ポ
    リエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡ
    Ｉ）、ポリアミド（ＰＡ）、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（ＰＥＮ）、
    ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレン
    ナフタレート（ＰＢＮ）、ポリフェニレンサルファイド
    （ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
    Ｋ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶
    ポリマー（ＬＣＰ）樹脂から選ばれる少なくとも１種を
    用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
    の冷凍機。
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