JP2020034261A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような状況下、例えば、特許文献1には5質量%〜18質量%のトリフルオロヨードメタンを混合する方法が開示されている。
前記した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本実施形態で用いる冷媒は、ジフルオロメタン(HFC32)、ペンタフルオロエタン(HFC125)及びトリフルオロヨードメタン(R13I1)の3種の冷媒を冷媒成分として含む混合冷媒である。なお、本実施形態における冷媒は、前記3種の冷媒の他に、冷凍サイクル装置の能力に合う蒸気圧を得るために、HFO1234yf、HFO1234ze、HFC134a、HFO1123などの冷媒の1種以上を加えて、冷凍能力に関係する蒸気圧を調整してもよい。
前述した密閉型電動圧縮機に充填(封入)される前記冷凍機油は、本実施形態ではポリニビルエーテル油を使用する。なお、冷凍機油は、40℃における動粘度が22〜84mm2/sであることが好ましい。冷凍機油の40℃における動粘度がこの範囲であると、当該冷凍機油を様々な形態の密閉型電動圧縮機に適用できる。また、冷凍機油の40℃における動粘度をこの範囲にすると、圧縮機内の潤滑性や冷媒が油に溶解したときの圧縮部の密閉性を確保できる。冷凍機油の40℃における動粘度は、ISO(International Organization for Standardization;国際標準化機構)3104、ASTM(American Society for Testing and Materials;米国材料試験協会)D445、D7042等の規格に基づいて測定することができる。
モノテルペン化合物としては、例えば、単環式モノテルペンを好適に用いることができる。単環式モノテルペンとしては、例えば、シクロヘキサン環を持つリモネンキサイド、d−リモネン、l−リモネン、α−ピネン、β−ピネン、α−テルピネン、γ−テルピネンなどが挙げられる。
図1は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置100をビル用マルチエアコン(多室型空気調和機)101に適用した例を示す概略構成図である。すなわち、図1は、前記した混合冷媒及び冷凍機油を用いた冷凍サイクル装置100の一例を示すものである。
図1に示すように、ビル用マルチエコアン101は、室外機1と、複数の室内機2a、2bを備えている。なお、図1には、紙面と図示の関係で、ビル用マルチエコアン101が2台の室内機2a、2bを備えている例を示しているが、その台数はこれに限定されるものではなく、3台以上とすることができる。
また、ビル用マルチエアコン101を構成する室外機1及び室内機2a、2bには、前述した混合冷媒及び冷凍機油が封入されている。
図2は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置100を冷凍機102に適用した例を示す概略構成図である。すなわち、図2は、前記した混合冷媒及び冷凍機油を用いた冷凍サイクル装置100の一例を示すものである。
図2に示すように、冷凍機102は、熱源機12と、クーラーユニット13と、を備えている。
クーラーユニット13は、冷却対象を冷却する機器であり、例えば、ショーケース、冷凍室などである。クーラーユニット13は、蒸発器(利用側熱交換器)21と、利用側熱交換器21に通風する送風機22などで構成されている。
蒸発器21は、冷媒とユニット内の空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させる。
凝縮器15は、冷媒と外気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させる。
なお、この図2に示す例では、過冷却冷媒回路20の冷媒を圧縮機14の中間圧部に戻す例を説明したが、圧縮機14の吸入側に注入するようにしてもよい。
空気調和機101に使用されている圧縮機3や冷凍機102に使用されている圧縮機14としては、密閉型電動圧縮機が使用される。この密閉型電動圧縮機の一例を図3により説明する。図3は、密閉型電動圧縮機としてスクロール圧縮機の一例を示す縦断面図である。
表1の添加剤に関する試験前の添加量において、「AA1」などの表記と併記した括弧書きの数値(例えば“(0.1)”など)は、冷凍機油の全質量に対する、併記した添加剤の添加量(単位は質量%)を示している。つまり、添加剤に関する試験前の添加量が、冷凍機油の全質量に対して0.1質量%であることを示している。
表1の添加剤に関する試験後の残存量において、「AA1」などの表記と併記した括弧書きの数値(例えば“(65)”など)は、試験前の添加量に対する添加剤の残存量(単位は%)を示している。つまり、添加剤に関する試験後の残存量が、試験前の添加量に対して65%残存していることを示している。
表1中、「−」は、試験前の添加量については、添加剤を添加していないことを示しており、試験後の残存量については、添加剤を添加していないため含まれていないことを示している。
AA1:3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート
AA2:d−リモネン
AG1:アルキル(炭素数4から9)グリシジルエステル
AG2:2−エチルヘキシルグリシジルエーテル
EP1:トリクレジルホスフェート
EP2:トリフェニルホスフェート
A:ポリビニルエーテル油(PVE) 40℃の動粘度 67.8mm2/s
B:ポリビニルエーテル油(PVE) 40℃の動粘度 50.7mm2/s
C:ポリビニルエーテル油(PVE) 40℃の動粘度 31.8mm2/s
冷凍空調用の密閉電動圧縮機では混合冷媒と冷凍機油とが封入される。混合冷媒と冷凍機油との熱化学安定性は、機器の長期信頼性を確保する面で重要な特性の一つである。熱化学安定性の評価には、オートクレーブを用いた混合冷媒/冷凍機油共存下における加熱試験を実施した。即ち、表1における「試験前」、「試験後」とは、当該加熱試験の前後を示している。
まず、洗浄した圧力容器(耐圧<20MPa、内容積220ml)に直接容器金属に接触しないようにガラス容器を入れ、水分を<100ppmと600ppmの2水準(表1中の油中水分量にはそれぞれ「100(ppm)」及び「600(ppm)」と表記)に調節した冷凍機油50gと、紙やすりで磨き、アセトン及びエタノールで洗浄してコイル状にした金属触媒(Al,Cu,Fe:φ2.0×300mm)と、を入れて系内を100Pa以下に真空排気した。
そして、圧力容器を冷媒ボンベと接続し、混合冷媒を50g導入した後、175℃の恒温槽で504時間加熱した。
また、油中のフッ素量をイオンクロマトグラフィーにより測定した。トリフルオロヨードメタンは、HFCと比べると熱化学安定性が低下するために、適合性が劣る油と水共存下で加熱をすると、混合冷媒の分解生成物と冷凍機油とが反応したフッ素化合物が生成される。そのため、油中フッ素量が多くなるほど、混合冷媒との熱化学安定性が低いことを意味する。イオンクロマトグラフィーは燃焼式を用い、試験油を1000℃で燃焼させて過酸化水素水で捕集したフッ素成分をイオンクロマトグラフに注入し、溶離液(Na2CO3/NaHCO3)流量1.5ml/minで電気伝導度検出器を用いて測定した。
また、今回の検討では、油中フッ素量が3000ppm以下であるものを熱化学安定性に優れると判断して合格とし、3000ppmを超えるものを熱化学安定性に劣ると判断して不合格とした。
また、試験後の金属触媒の外観を観察した。金属触媒の外観に変色がないものを合格とし、金属触媒の外観に若干変色あったもの及び変色があったものを不合格とした。
混合冷媒の成分組成及び冷凍機油の性状とともに熱化学安定性評価の結果を表1に示す。
比較例1〜17について、具体的には以下のようになった。
すなわち、実施例1〜20の評価結果から、トリフルオロヨードメタンを含む混合冷媒を用いた場合でも、冷凍機油として混合冷媒との熱化学安定性が劣るポリビニルエーテル油を使用することができることが確認された。なお、実施例1〜20は、HFC32/HFC125/R13I1の3成分系の混合冷媒を用いているので燃焼性が低く、前記したようにGWPも750以下である。
前述した密閉型電動圧縮機としてスクロール圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置内に乾燥器として合成ゼオライトを配置したビル用マルチエアコンの28kW機種を用いて、高速高負荷条件における3000時間耐久試験を実施した。圧縮機の回転速度は、6000min−1で運転を行った。モータの鉄心とコイルとの絶縁には、250μmの耐熱PETフィルム(B種130℃)を用い、コイルの主絶縁には、ポリエステルイミド−アミドイミドのダブルコートを施した二重被覆銅線を用いた。
冷凍機油には、実施例2の冷凍機油Aと、添加剤として安定化剤AA1(0.5質量%)、酸捕捉剤AG1(0.5質量%)、極圧剤EP1(0.5質量%)との組合せとなるものを圧縮機内に1500ml封入した。
この実機を用いた実施例21の耐久試験の結果は次のようであった。スクロール圧縮機の転がり軸受で構成された主軸受や副軸受の転動体や、内輪や外輪の軌道面にフレーキングが見られず、旋回スクロール及び固定スクロールのラップ歯先やオルダムリングなどの摺動部の摩耗が非常に少ないことがわかった。また、試験後における冷凍機油の全酸価は、0.03mgKOH/gと低い値を示した。さらに、添加した安定化剤AA1の残存量は70%、酸捕捉剤AG1の残存量は40%、極圧剤EP1の残存量は90%となり、添加剤が多く残存していることが確認された。そのため、極圧剤を含むポリビニルエーテル油に安定化剤と酸捕捉剤とを併用する冷凍サイクル装置は、十分な長期信頼性が得られることがわかった。
比較例18は、前述した実施例21において、冷凍機油に比較例12の冷凍機油Aと添加剤として安定化剤AA1(0.5質量%)、極圧剤EP1(0.5質量%)の組合せとし、実施例21と同様の試験を実施した。この結果、スクロール圧縮機の転がり軸受で構成された主軸受にフレーキング痕が見られ、実施例21と比べて、旋回スクロール及び固定スクロールのラップ歯先やオルダムリングなどの摺動部の摩耗が多かった。試験後における冷凍機油の全酸価も0.35mgKOH/gと高い値を示し、添加した安定化剤AA1の残存量が20%、極圧剤EP1の残存量が30%と大幅に消耗しており、極圧剤を含むポリビニルエーテル油に安定化剤と酸捕捉剤とを併用しない冷凍サイクル装置では、十分な長期信頼性が得られないことがわかった。
3、14 圧縮機
5 室外熱交換器(凝縮器)
6 減圧器
9a、9b 室内熱交換器(蒸発器)
27 モータ
Claims (6)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備える冷凍サイクル装置であり、
前記冷媒は、ジフルオロメタン、ペンタフルオロエタン及びトリフルオロヨードメタンの各冷媒成分を含む混合冷媒であり、地球温暖化係数が750以下、且つ25℃の蒸気圧が1.1MPaから1.8MPaの範囲であり、
前記圧縮機は、密閉容器内に、圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動するモータと、を備え、且つ摺動部を潤滑する冷凍機油が充填されている密閉型電動圧縮機であり、
前記冷凍機油は、ポリビニルエーテル油であり、且つ脂環式エポキシ化合物及びモノテルペン化合物のうちの少なくとも一方からなる安定化剤を0.1質量%から2.0質量%含み、脂肪族エポキシ化合物からなる酸捕捉剤を0.1質量%から2.0質量%含み、第三級ホスフェートからなる極圧剤を0.1質量%から2.0質量%含む
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1において、
前記混合冷媒は、前記混合冷媒の全質量に対して、前記ジフルオロメタンが30質量%から60質量%、前記ペンタフルオロエタンが5質量%から25質量%、前記トリフルオロヨードメタンが30質量%から60質量%の範囲の冷媒組成であることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1において、
前記脂環式エポキシ化合物は、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートであることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1において、
前記モノテルペン化合物は、単環式モノテルペンであることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1において、
前記脂肪族エポキシ化合物は、アルキルグリシジルエステル及びアルキルグリシジルエーテルのうちの少なくとも一方であることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1において、
前記第三級ホスフェートは、トリクレジルホスフェートであることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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