JP2006177665A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素を冷媒とし、かつ、密閉型電動圧縮機を使用するアキュムレータサイクルにおいて、圧縮機の効率低下を防止する。
【解決手段】密閉型電動圧縮機１００の潤滑油として、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）を主成分とするオイルを用いる。これにより、二酸化炭素（冷媒）とＰＡＧとが混合した状態では、図表４に示すように、その電気絶縁抵抗が１ＧΩ以上となり、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保することができる。また、ＰＡＧは、二酸化炭素（冷媒）に対する相溶性がＰＯＥ（ポリオールエステル）に比べて低いので、潤滑油と共に潤滑油中に溶け込んだ液相冷媒が密閉型電動圧縮機１００に多量に吸入されるといったことは発生しない。したがって、密閉型電動圧縮機１００の効率が低下することを防止できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルに関するものである。

冷凍サイクルの圧縮機用の潤滑油（冷凍機油）は、周知のごとく、冷媒中に混合された状態で圧縮機内の各摺動部に供給される。そして、１３４ａ等のフロンを冷媒とする冷凍サイクルにおける一般的な潤滑油としては、ポリアルキレングリコール（以下、ＰＡＧと記す。）やポリオールエステル（以下、ＰＯＥと記す。）が知られている。

ところで、密閉型電動圧縮機においては、圧縮機構を駆動する電動モータを冷却するために、冷媒を電動モータ（のハウジング）内に流通させる必要があるが、１３４ａ（フロン）とＰＡＧとが混合した状態においては、図表４に示すように、電気絶縁抵抗が非常に小さいため、１３４ａを冷媒とする冷凍サイクルにおいては、ＰＡＧを潤滑油として使用することができない。

そこで、１３４ａ（フロン）を冷媒とする冷凍サイクルにおいて、密閉型電動圧縮機を使用する場合には、一般的に、ＰＡＧより電気絶縁抵抗が大きいＰＯＥを使用していた。因みに、ＰＡＧは、一般的に、圧縮機と電動モータ等の駆動源とが別体となった、いわゆる開放型圧縮機を使用する冷凍サイクルに使用されている。

ところで、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、蒸発器から流出する冷媒中から圧縮機の潤滑油を分離してその分離した潤滑油を気相冷媒と共に圧縮機の吸入側に供給するアキュムレータを有する冷凍サイクル（以下、冷凍サイクルをアキュムレータサイクルと呼ぶ。）にＰＯＥを使用すると、ＰＯＥは二酸化炭素に対して相溶性が高いため、潤滑油と共に潤滑油中に溶け込んだ多量の液相冷媒が密閉型電動圧縮機に吸入されてしまい、密閉型電動圧縮機が液圧縮状態となり、圧縮機の効率が低下してしまうという問題が発生する。

本発明は、上記点に鑑み、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、密閉型電動圧縮機を使用するアキュムレータサイクルにおいて、圧縮機の効率低下を防止することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、二酸化炭素は略絶縁物質であることに着目してなされたもので、請求項１、３、４に記載の発明では、密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリアルキレングリコールを主成分とするオイルを用いたことを特徴とする。

これにより、二酸化炭素（冷媒）とＰＡＧとが混合した状態では、図表４に示すように、その電気絶縁抵抗が１ＧΩ以上となり、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保することができる。

また、ＰＡＧは、二酸化炭素（冷媒）に対する相溶性がＰＯＥに比べて低いので、潤滑油と共に潤滑油中に溶け込んだ液相冷媒が密閉型電動圧縮機（１００）に多量に吸入されるといったことは発生しない。したがって、密閉型電動圧縮機（１００）の効率が低下することを防止できる。

以上に述べたように、本発明によれば、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保しつつ、密閉型電動圧縮機の効率低下を防止することができる。

なお、請求項２〜４に記載の発明のごとく、密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリビニルエーテルを主成分とするオイルを用いても、請求項１に記載の発明と同様に、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保しつつ、密閉型電動圧縮機の効率低下を防止することができる。

ところで、蒸発器（４００）側の冷媒温度が過度に低くなると（例えば、−３５℃〜−４０℃程度）、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回る可能性がある。そして、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回ると、液相冷媒が下方側に移動して、潤滑油に代わって液相冷媒が吸入されるおそれがある。

そこで、請求項３に記載の発明では、密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油には、主成分より二酸化炭素との相溶性の高いオイルが混合されていることを特徴としている。

これにより、相溶性が過度に高くなることを防止しつつ、ある程度の相溶性を確保することより、二酸化炭素（冷媒）の温度が過度に低下して液相冷媒が密閉型電動圧縮機（１００）に吸入される状態となっても、相溶性が確保されているため、液相冷媒と共に潤滑油を密閉型電動圧縮機（１００）に供給することができる。

したがって、二酸化炭素（冷媒）の温度が過度に低下する等して、潤滑油の供給量が低下してしまうときであっても、十分な量の潤滑油を密閉型電動圧縮機１００に供給することができる。

請求項４に記載の発明では、密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油には、ポリオールエステルが混合されていることを特徴とする。

これにより、請求項３に記載の発明と同様に、二酸化炭素（冷媒）の温度が過度に低下する等して、潤滑油の供給量が低下してしまうときであっても、十分な量の潤滑油を密閉型電動圧縮機１００に供給することができる。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本実施形態、本発明に係る冷凍サイクルを二酸化炭素を冷媒とするアキュムレータサイクルに適用したものであって、図１は本実施形態に係るアキュムレータサイクルの模式図である。

図１中、１００は冷媒（二酸化炭素）を吸入圧縮する密閉型電動圧縮機（以下、圧縮機と略す。）であり、この圧縮機１００は、図２に示すように、スクロール型の圧縮機構１１０と、この圧縮機構１１０を駆動する電動モータ１２０とからなるものである。

なお、冷媒は、略円筒状に形成された電動モータ１２０のモータハウジング１３０の軸方向一端側からモータハウジング１３０内に流入して電動モータ１２０を冷却した後、モータハウジング１３０の軸方向他端側に配設された圧縮機構１１０に吸入されて圧縮される。

また、図１中、２００は圧縮機１００から吐出される高温高圧の冷媒と空気とを熱交換して冷媒を冷却する放熱器（ガスクーラ）であり、３００は放熱器２００から流出した冷媒を減圧する減圧器であり、この減圧器３００はキャピラリーチューブのごとく、開度が固定された固定絞り型のものである。

４００は減圧器３００にて減圧された冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器であり、５００は蒸発器４００から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離するとともに、蒸発器４００から流出する冷媒中から圧縮機１００の潤滑油を分離し、その分離した気相冷媒及び潤滑油を圧縮機１００の吸入側に向けて流出するアキュムレータである。

なお、アキュムレータ５００は、図３に示すように、略円筒状のアキュムレータハウジング５１０の上方側に設けられた冷媒流入口５２０、及び下方側に向けて凸となるようにＪ字状に形成された冷媒排出管５３０等から構成されている。

そして、冷媒排出管５３０の一端側は、アキュムレータハウジング５１０内に溜まった液相冷媒の液面より上方側であって、冷媒流入口５２０より下方側で開口して冷媒排出管５３０内に気相冷媒を導入し、その導入した気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に向けて流出する。

また、冷媒排出管５３０の下端部には、液相冷媒より下方側に溜まった潤滑油を吸入する潤滑油吸入口５３１が設けられており、アキュムレータ５００にて分離蓄えられた潤滑油は、冷媒排出管５３０内を流通する気相冷媒と共に圧縮機１００に吸入される。

そして、本実施形態では、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）を主成分としたオイルが潤滑油（冷凍機油）として使用されている。

次に、本実施形態の特徴を述べる。

ＰＡＧは、従来の技術の欄で述べたように、電気絶縁抵抗が非常に小さいものの、二酸化炭素は略絶縁物質であるので、二酸化炭素とＰＡＧとが混合した状態では、図表４に示すように、その電気絶縁抵抗が１ＧΩ以上となり、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保することができる。

つまり、二酸化炭素は電気絶縁抵抗が非常に大きいので、冷媒（二酸化炭素）と潤滑油とが混合した状態では、潤滑油の電気絶縁抵抗の大きさの如何を問わず、ほぼ実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保することができる。

また、ＰＡＧは、二酸化炭素に対する相溶性がＰＯＥに比べて低いので、潤滑油と共に潤滑油中に溶け込んだ液相冷媒が圧縮機１００に多量に吸入されるといったことは発生しない。したがって、圧縮機１００の効率が低下することを防止できる。

以上に述べたように、本実施形態によれば、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保しつつ、圧縮機の効率低下を防止することができる。

ところで、本実施形態に係るアキュムレータサイクルにて暖房運転等の熱を取り出す仕事（ヒートポンプ）を行った場合において、蒸発器４００側の冷媒温度が過度に低くなると（例えば、−３５℃〜−４０℃程度）、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回る可能性がある。そして、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回ると、液相冷媒が下方側に移動し、潤滑油吸入口５３１から液相冷媒が吸入されるおそれがある。

そこで、本実施形態では、冷媒温度が−３５℃〜−４０℃程度まで低下したときであっても、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回ることがないように、種々の添加剤をＰＡＧに添加して潤滑油の密度を高めている。具体的には、−３５℃〜−４０℃での冷媒（二酸化炭素）の密度が約１０９５ｋｇ／ｍ³〜１１１５ｋｇ／ｍ³であるので、−３５℃〜−４０℃での潤滑油の密度を１１１５ｋｇ／ｍ³より大きくする必要がある。

（第２実施形態）
本実施形態は、潤滑油として、ポリビニルエーテル（以下、ＰＶＥと記す。）を主成分とするオイルを用いたものである。なお、ＰＶＥの相溶性は、ＰＡＧより高いものの、ＰＯＥに比べて十分に低いので、実用上、ＰＡＧとほぼ同等の特性を発揮させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、冷媒の温度が過度に低下したときにおいても、潤滑油を圧縮機１００に供給することができるようにしたものである。

すなわち、ＰＡＧ又はＰＶＥを主成分とするオイルに、この主成分（ＰＡＧ又はＰＶＥ）より相溶性の高いもの（本実施形態では、ＰＯＥ）を混合したものである。

つまり、ＰＯＥ等の相溶性の高いものを適量混合することにより、相溶性が過度に高くなることを防止しつつ、ある程度の相溶性を確保することより、冷媒の温度が過度に低下して液相冷媒が圧縮機１００に吸入される状態となっても、相溶性が確保されているため、液相冷媒と共に潤滑油を圧縮機１００に供給することができきる。したがって、冷媒の温度が過度に低下する等して、潤滑油の供給量が低下してしまうときであっても、十分な量の潤滑油を圧縮機１００に供給することができる。

本発明の実施形態に係るアキュムレータサイクルの模式図である。 本発明の実施形態に係るアキュムレータサイクルに使用される密閉型電動圧縮機の断面図である。 本発明の実施形態に係るアキュムレータサイクルに使用されるアキュムレータの模式図である。 冷媒及び潤滑油（オイル）の電気絶縁抵抗を示す図表である。

符号の説明

１００ 密閉型電動圧縮機
２００ 放熱器
３００ 減圧器
４００ 蒸発器
５００ アキュムレータ

Claims (4)

1. 二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルであって、
   冷媒を吸入圧縮するとともに、冷媒が電動モータ（１２０）内を流通する密閉型電動圧縮機（１００）と、
   前記密閉型電動圧縮機（１００）から吐出する冷媒を冷却する放熱器（２００）と、
   前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧する減圧器（３００）と、
   前記減圧器（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４００）と、
   前記蒸発器（４００）から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離するとともに、前記蒸発器（４００）から流出する冷媒中から前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油を分離し、その分離した気相冷媒及び潤滑油を前記密閉型電動圧縮機（１００）の吸入側に向けて流出するアキュムレータ（５００）とを有し、
   前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリアルキレングリコールを主成分とするオイルを用いたことを特徴とする冷凍サイクル。
2. 二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルであって、
   冷媒を吸入圧縮するとともに、冷媒が電動モータ（１２０）内を流通する密閉型電動圧縮機（１００）と、
   前記密閉型電動圧縮機（１００）から吐出する冷媒を冷却する放熱器（２００）と、
   前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧する減圧器（３００）と、
   前記減圧器（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４００）と、
   前記蒸発器（４００）から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離するとともに、前記蒸発器（４００）から流出する冷媒中から前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油を分離し、その分離した気相冷媒及び潤滑油を前記密閉型電動圧縮機（１００）の吸入側に向けて流出するアキュムレータ（５００）とを有し、
   前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリビニルエーテルを主成分とするオイルを用いたことを特徴とする冷凍サイクル。
3. 前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油には、前記主成分より二酸化炭素との相溶性の高いオイルが混合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。
4. 前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油には、ポリオールエステルが混合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。

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