JP2002318020A - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JP2002318020A
JP2002318020A JP2001121157A JP2001121157A JP2002318020A JP 2002318020 A JP2002318020 A JP 2002318020A JP 2001121157 A JP2001121157 A JP 2001121157A JP 2001121157 A JP2001121157 A JP 2001121157A JP 2002318020 A JP2002318020 A JP 2002318020A
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JP
Japan
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refrigerant
compressor
refrigerating machine
machine oil
oil
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JP2001121157A
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English (en)
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Narihiro Sato
成広 佐藤
Shigeto Yamaguchi
成人 山口
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間に渡って安定的に動作可能な炭化水素
冷媒と鉱物油系冷凍機油を作動媒体とする高圧タイプの
冷凍圧縮機を用いた冷凍サイクルを実現する。 【解決手段】 高圧タイプの冷凍圧縮機に炭化水素冷媒
を用い、冷凍機油組成物として40℃での動粘度が10
0mm2/s以上であってかつ極圧添加剤を1%以下含
む鉱物油を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素冷媒と冷
凍機油を作動媒体とする、高圧タイプの冷凍圧縮機、凝
縮器、キャピラリチューブなどの膨張機構、ならびに蒸
発器を備えた冷凍空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、冷凍機、冷蔵庫、空調機などに
は、冷媒としてフッ素と塩素を含むフロン、例えばクロ
ロフルオロカーボン(CFC)であるR11(トリクロ
ロモノフルオロメタン)やR12(ジクロロジフルオロ
メタン)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCF
C)であるR22(モノクロロジフルオロメタン)など
が使用されてきた。しかしながら、この種のフロン化合
物は、大気中に放出された場合に、そのほとんどが分解
されず、成層圏のオゾン層を破壊し、生体系に悪影響を
及ぼすとして国際的に使用が規制されつつある。そのた
め、これら塩素を含まない代替フロン物質の検討が広く
なされている。
【0003】これらCFC、HCFCの代替物質とし
て、塩素原子を含まないハイドロフルオロカーボン(H
FC)が使用されるようになった。しかしながら、HF
Cはオゾン層破壊はしないものの地球温暖化係数が大き
いためさらに地球温暖化の少ない冷媒の検討が進められ
ている。このような冷媒としてイソブタンやプロパンな
どの炭化水素が用いられようとしている。
【0004】このような炭化水素系の冷媒を用いた圧縮
機としては特開2000−297753号公報に示され
るような40℃の時の動粘度が25mm2/s(25c
St)以下の低粘度の鉱物油を使用してなおかつMoS
2微粒子、極圧剤、酸化防止剤、エステル系整泡剤を添
加する必要がある。しかしながらここで示されている密
閉型圧縮機はピストンで冷媒を圧縮するレシプロ型圧縮
機であり圧縮機内の冷媒は吸入圧力と同じ低い圧力のま
まの低圧タイプの圧縮機である。低圧タイプの圧縮機で
あれば冷凍機油への冷媒の溶けこみも高圧タイプに比べ
て少なく、一般に40℃の動粘度が30mm2/s以下
の低粘度の冷凍機油を用いることができる。
【0005】炭化水素系冷媒に用いる冷凍機油は相溶性
を有する鉱物油を用いる場合が多い。相溶性を有する鉱
物油を用いることで、従来R22冷媒と鉱物油を使用し
ているエアコンなどの冷凍サイクルをそのまま利用する
ことも可能となる。また炭化水素系冷媒も鉱物油も水分
を溶解しにくいので、HFC冷媒とエステル油を用いた
エアコンなどのようにドライヤを付加したり製造時の水
分管理を入念に実施する必要がなくなりコストダウンを
することができる。
【0006】鉱物油は冷媒よりも分子量の大きいものの
同じ炭化水素であり、非常に高い相溶性を有している。
また通常用いるイソブタンやプロパンなどの炭化水素系
冷媒は分子径がHFC系冷媒より小さく冷媒が冷凍機油
に溶けこみやすい。特に圧縮機の温度が低い低周波数で
の運転が多い場合や断続運転が続く場合などに冷媒の冷
凍機油への溶けこみ量が増加する。冷媒が冷凍機油に溶
けこむことで冷凍機油の溶解粘度が低下し摺動部分の油
膜厚さが減少する。これに加えて摺動部への油供給量が
減少し摩耗が進行してしまうと考えられる。
【0007】一方、圧縮機シェル内が吐出圧と同程度に
なる高圧タイプの圧縮機は、従来から低圧タイプに比
べ、高粘度の冷凍機油を使用している。具体的にはHF
C系圧縮機では40℃の動粘度が50〜60mm2/s
のものを使用してきた。しかしながら高圧型圧縮機を用
いた冷凍サイクルでは従来用いてきた粘度グレードの冷
凍機油では不十分であることが明らかになってきた。す
なわち炭化水素系冷媒を用いた高圧型圧縮機の場合、摺
動部の雰囲気圧力が高く冷媒の冷凍機油の溶けこみによ
り油膜厚さの低下が著しい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】高圧タイプの圧縮機で
は炭化水素系冷媒が冷凍機油中へ溶け込んで冷凍機油の
粘度低下、油膜厚みの減少を起こし異常摩耗を引き起こ
してしまうという課題があった。
【0009】本発明は、このような従来の冷凍サイクル
の課題を考慮し、長期間に渡って安定した動作をおこな
わせることができる、炭化水素系冷媒と冷凍機油を作動
媒体とする冷凍サイクルを提供することを目的とするも
のである。
【0010】
【課題を解決する手段】上記目的を達成するために、本
発明のうちで請求項1に記載の発明は、炭化水素冷媒を
圧縮する、高圧タイプの冷凍圧縮機と、前記冷媒を凝縮
させる凝縮器と、前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記
冷媒を膨張させる膨張手段とを備え、前記冷媒と冷凍機
油を作動媒体とする冷凍空調装置であって、前記冷凍機
油組成物として40℃での動粘度が100mm2/s以
上であってなおかつ極圧添加剤を1%以下含む冷凍機油
組成物を使用する冷凍装置である。
【0011】また、請求項2に記載の発明は、炭化水素
冷媒を圧縮する、高圧タイプの冷凍圧縮機と、前記冷媒
を凝縮させる凝縮器と、前記冷媒を蒸発させる蒸発器
と、前記冷媒を膨張させる膨張手段とを備え、前記冷媒
と冷凍機油を作動媒体とする冷凍空調装置であって、前
記冷凍機油組成物として40℃での動粘度が200mm
2/s以上である、ナフテン系鉱油よりなる冷凍機油組
成物を使用する冷凍装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の冷凍装置に使用される冷
凍機油組成物は、40℃での動粘度が100mm2/s
以上であってなおかつ極圧添加剤を1%以下含む冷凍機
油組成物を使用する。40℃での動粘度が100mm2
/s以上であれば、冷媒の溶解粘度が高くなり油膜切れ
を起こしにくくなる。ただし動粘度が高くなりすぎると
鉱物油系冷凍機油の流動点が高くなり、冬季の圧縮機製
造工程での冷凍機油注入が困難になる。鉱物油系冷凍機
油の流動点はその種類によって若干異なるが40℃での
動粘度が100mm2/sのもので−15℃〜−23
℃、220mm2/sのもので−12.5℃〜−17℃
となる。鉱物油の場合、動粘度220mm2/s程度で
は十分使用可能である。
【0013】本発明の冷凍機油組成物は、このような4
0℃の動粘度が100mm2/s以上の鉱物油だけでは
不十分で、さらに圧縮機内の摺動部の潤滑性を高めるた
めに極圧添加剤を1%以下含む必要がある。高粘度の鉱
物油により起動時の冷凍機油に対する冷媒溶けこみ量が
多い時の摺動部の油膜を確保し、高温時やシビアな摩耗
時に極圧添加剤により摺動部の摩耗を低減する。この場
合、鉱物油としてはパラフィン系、ナフテン系のどちら
も使用可能である。
【0014】極圧添加剤は公知の種々のものを用いるこ
とができるがリン系極圧剤が冷凍サイクルに対する悪影
響が少なく最適である。リン系極圧剤としてはリン酸ト
リフェニル(略称TPP)やリン酸トリクレジルなどの
正リン酸エステル以外にも酸性リン酸エステルや亜リン
酸エステルなどを用いることができる。正リン酸エステ
ルが摺動表面への反応がマイルドで好ましい。
【0015】また本発明の請求項2記載の冷凍機油組成
物は40℃での動粘度が200mm 2/S以上のナフテ
ン系鉱物油を用いる。この場合は極圧添加剤を使用しな
くても構わない。ナフテン系鉱物油はその分子構造にナ
フテン環を有しており、パラフィン系鉱物油に比べて分
子の形状が丸いため摩擦係数が小さいと考えられる。摩
擦係数が小さくなるために摩耗が少なくなる。ナフテン
系鉱物油であればその種類を問わないが流動点が低いも
のの方が好ましい。
【0016】以下、本発明の冷凍装置について、図面を
参照しながら説明する。 図1は本発明の一実施例であ
る、冷凍圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を備えた冷
凍空調装置の全体構成図である。
【0017】冷凍空調装置は、図1に示すように高圧タ
イプの冷凍圧縮機1、凝縮器2、キャピラリ等の膨張機
構3、蒸発器4さらにこれらを連結する配管5で構成さ
れる。また、四方弁6を有し、この回転によって作動媒
体の流路を転換し、凝縮器と蒸発器の機能を交換させる
ことができるものである。高圧タイプの冷凍圧縮機はそ
の圧縮機構としてロータリタイプやスクロールタイプな
どの公知のものを用いることができる。
【0018】本実施例の冷凍空調装置では特別な鉱物油
を冷凍機油内に添加することを除き、冷凍サイクル自体
の構成は従来公知のものとほぼ同一であり、冷凍サイク
ルの詳細な説明は省略する。
【0019】また本発明の冷凍機油組成物にさらに酸化
防止剤、酸捕捉剤など公知の添加剤を追加することもで
きる。酸化防止剤としてはジブチルパラクレゾールなど
のフェノール系やナフチルアミン系など公知のものを用
いることができる。酸捕捉剤としては一分子中に一つの
エポキシ基を有する化合物が重合反応を起こさずに用い
られる。
【0020】以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
【0021】(実施例1)40℃での動粘度が100m
2/Sであるパラフィン系鉱物油にリン酸トリクフェ
ニル1%添加した冷凍機油を作成した。この冷凍機油を
高圧タイプの圧縮機である、ロータリ型圧縮機内に導入
し、2.8kWタイプのルームエアコンの冷凍サイクル
を作成した。
【0022】(実施例2)40℃での動粘度が220m
2/sであるナフテン系鉱物油を冷凍機油として採用
した。この冷凍機油を高圧タイプの圧縮機である、ロー
タリ型圧縮機内に導入し2.8kWタイプのルームエア
コンの冷凍サイクルを作成した。
【0023】(実施例3)40℃での動粘度が100m
2/sであるナフテン系鉱物油にリン酸トリフェニル
1%添加した冷凍機油を作成した。この冷凍機油を高圧
タイプの圧縮機である、ロータリ型圧縮機内に導入し、
2.8kWタイプのルームエアコンの冷凍サイクルを作
成した。
【0024】(実施例4)40℃での動粘度が220m
2/sであるパラフィン系鉱物油にリン酸トリクレジ
ル1%添加した冷凍機油を作成した。この冷凍機油を高
圧タイプの圧縮機である、ロータリ型圧縮機内に導入
し、2.8kWタイプのルームエアコンの冷凍サイクル
を作成した。
【0025】(比較例1)40℃での動粘度が100m
2/sであるナフテン系鉱物油を入れた冷凍機油を作
成した。この冷凍機油を高圧タイプの圧縮機である、ロ
ータリ型圧縮機内に導入し、2.8kWタイプのルーム
エアコンの冷凍サイクルを作成した。
【0026】(比較例2)40℃での動粘度が220m
2/sであるパラフィン系鉱物油を入れた冷凍機油を
作成した。この冷凍機油を高圧タイプの圧縮機である、
ロータリ型圧縮機内に導入し、2.8kWタイプのルー
ムエアコンの冷凍サイクルを作成した。
【0027】(信頼性試験)これら実施例1〜4および
比較例1〜2で作成したルームエアコンについて暖房低
温連続運転を実施した。ここで室外機を0℃〜−3℃程
度に放置し、圧縮機回転数を10〜50Hzとして実施
した。また作成したルームエアコンには冷凍機油を30
0g、冷媒プロパンを300g充填した。
【0028】3000時間運転後、冷凍空調装置を分解
して構成部品について解析したしたところ、比較例では
オイルが変色しており濁りが発生していた。実施例では
すべて透明であった。また、キャピラリチューブを切断
したところ、実施例では配管内面に目立った付着物が見
られないのに対し、比較例では配管内面にスラッジ状の
ものが付着していた。
【0029】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。本
発明のうちで請求項1に記載の発明によれば、炭化水素
冷媒を圧縮する、高圧タイプの冷凍圧縮機の冷凍機油組
成物として40℃での動粘度が100mm2/s以上で
あってなおかつ極圧添加剤を1%以下含む鉱物油を使用
するで起動時には高い動粘度により摺動部の油膜を確保
し、シビアな摺動状態の時には極圧添加剤により摺動表
面の摩擦係数を低減させるために摺動面の摩耗を抑える
ことができる。そのため従来に比べてより一層長期間の
信頼性が向上する。
【0030】また、本発明のうち請求項2に記載の発明
によれば、炭化水素冷媒を圧縮する、高圧タイプの冷凍
圧縮機の冷凍機油組成物として40℃での動粘度が20
0mm2/s以上である、ナフテン系鉱鉱物油よりなる
ため摺動面の摩擦係数を低減させ摺動面の摩耗を抑える
ことができる。そのため従来に比べてより一層長期間の
信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である高圧タイプの冷凍
圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を有する冷凍空調装
置の全体構成図
【符号の説明】
1 高圧タイプの冷凍圧縮機 2 凝縮器 3 膨張機構 4 蒸発器 5 配管 6 四方弁 7 アキュムレータ
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 13/00 F25B 13/00 A // C10N 20:02 C10N 20:02 30:06 30:06 40:30 40:30 Fターム(参考) 3L092 AA08 FA34 4H104 BH02 BH03 DA02 EA02 LA03 PA20

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素冷媒を圧縮する、高圧タイプの
    冷凍圧縮機と、 前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、 前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、 前記冷媒を膨張させる膨張手段とを備え、 前記冷媒と冷凍機油を作動媒体とする冷凍空調装置であ
    って、前記冷凍機油組成物として40℃での動粘度が1
    00mm2/s以上であってかつ極圧添加剤を1%以下
    含む鉱物油を使用することを特徴とする冷凍装置。
  2. 【請求項2】 炭化水素冷媒を圧縮する、高圧タイプの
    冷凍圧縮機と、 前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、 前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、 前記冷媒を膨張させる膨張手段とを備え、 前記冷媒と冷凍機油を作動媒体とする冷凍空調装置であ
    って、前記冷凍機油組成物として40℃での動粘度が2
    00mm2/s以上であるナフテン系鉱鉱物油よりなる
    ことを特徴とする冷凍装置。
JP2001121157A 2001-04-19 2001-04-19 冷凍装置 Pending JP2002318020A (ja)

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