JP3012889B2

JP3012889B2 - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP3012889B2
Application number: JP12269690A
Authority: JP
Inventors: 忠男町田; 昌一郎北市; 佐藤　　忍
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH0418491A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、冷媒として1,1,1,2−テトラフルオロエタ
ンまたは1,1−ジフルオロエタンのような弗化炭化水素
系冷媒を用いる冷媒圧縮機及び冷凍機油組成物に関す
る。

（従来の技術）室内あるいは車内の空気調和機や冷蔵庫などには、冷
風あるいは温風を送り出すために、冷媒圧縮機が組み込
まれている。

冷媒圧縮機の一種としては、密閉容器内にモータ機構
と圧縮機構とが収容され、冷媒が密閉容器内を循環する
ものがある。

第１図はこのような冷媒圧縮機の一例を示す図であ
り、密閉されたケーシング１内にステータ２とロータ３
とで構成されるモータ機構４が設置され、このモータ機
構４の下部に圧縮機構５が設けられ、上記モータ機構４
によって圧縮機構５を駆動することによって、図示しな
いアキュームレータを介して供給管６から導入された冷
媒が圧縮され、ケーシング１内に一旦吐出された後、ケ
ーシング１の上部に設けられた吐出管７から冷凍機側に
供給されるものである。

密閉型冷媒圧縮機の冷媒としては、ジクロロジフルオ
ロエタン（以下CFC12と称する）やクロロジフルオロメ
タン（以下HCFC22と称する）が主に用いられており、ま
た圧縮機構５に封入される冷凍機油としては、CFC12やH
CFC22に対して溶解性を示すナフテン系やパラフィン系
鉱油が用いられている。

ところで最近、上述した冷媒であるCFC12等のフロン
の放出がオゾン層の破壊につながり、人体や生態系に深
刻な影響を与えることがはっきりしてきたため、オゾン
破壊係数（CFC12においては1.0）の高いCFC12等は段階
的に使用が削減され、将来的には使用しない方向に決定
している。

このような状況下にあって、CFC12の代替冷媒とし
て、1,1,1,2−テトラフルオロエタン（以下HFC134aと称
する）や、1,1−ジフルオロエタン（以下HFC152aと称す
る）が開発され、これに伴って新しい冷媒に適した冷凍
機油の要求が高まっている。

（発明が解決しようとする課題）このような密閉容器内を直接循環する冷凍機油に必要
な特性としては、サイクル内の油戻りを良好にするため
に冷媒との相溶性を有すること、圧縮機構の各部材を円
滑に作動させために適度な潤滑性を有することなどが重
要である。

Cl元素を含有しない新しい冷媒として注目されている
HFC134aは、これまで使用されていた冷凍機油である鉱
油にはほとんど溶解しないため、溶解性を示すポリエー
テル系油、フッ素系油などの使用が試みられている。こ
れらの分子式は次に示すとおりである。

ポリエーテル系油……R₁−ＯR₂O_nH フッ素系油……Ｆ−（C₃F₆O）_ｎ−C₂F₅ しかし、HFC134aまたはHFC152a用に冷凍機油として用
いるポリエーテル系油は、吸湿性が高く、長期間使用す
ると圧縮機内の金属材料に錆の発生、電気絶縁性の不足
等の品質低下を招くという問題がある。

また、ポリエーテル系油に含まれた水分により絶縁材
料の加水分解が生じ、品質劣化が著しく促進させること
から、長期間の使用に耐えないという問題がある。

フッ素系油に関しては、製造コストが非常に高く、実
用性の点で難点を有している。

また、潤滑性の面から見ると、従来の鉱油系冷凍機油
には環状化合物が含まれており、油膜形成能力が比較的
高かったのに対し、HFC134aまたはHFC152aとの相溶性を
有する油は、先に示した分子式から分るように鎖状化合
物であり、厳しい摺動条件下では適切な油膜厚さを保つ
ことができない。

また、従来使用されていたCFC12では、CFC12中のCl原
子が、圧縮機構における金属基材のFe原子と反応して塩
化鉄膜を形成し、この塩化鉄膜が自己潤滑膜として作用
し、耐摩耗性向上に寄与していた。これに対して、HFC1
34aまたはHFC152aを用いた場合には、分子中にCl原子が
存在しないため塩化鉄のような自己潤滑膜が形成され
ず、潤滑性の点で不利である。

このようなCFC12に替わる冷媒であるHFC134aまたはHF
C152aの冷媒圧縮機への適用に際して、これまでと同様
の冷凍機油を使用すると、構成部品に欠陥が生じて品質
並びに耐久性が大きく低下するという問題があった。

本発明はこのような従来の事情に対処してなされたも
ので、冷媒HFC134aまたはHFC152aのような弗化炭化水素
系油と相溶性を有し、吸湿性が低く圧縮機内の金属材料
に錆を発生させたり、絶縁材料を加水分解させて品質劣
化を生じさせることのない冷媒組成物を用いた冷媒圧縮
機と、上記のような弗化炭化水素系油と相溶性を有する
とともに吸湿性が低く、しかも含有成分が圧縮機構にお
けるFe原子と反応して自己潤滑性膜を形成する効果を奏
する冷凍機油組成物を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の冷媒圧縮機は、密閉容器内に冷媒および冷凍
機油と圧縮機構部およびこの圧縮機構部を駆動するモー
タ機構部が収容された冷媒圧縮機において、前記冷媒が
塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を主成分とする冷媒
が使用されているときの冷凍機油としてエステル系油を
前記密閉容器内に充填して成り、前記冷凍機油は、
（Ａ）エステル系油に対して、（Ｂ）ナフテン系鉱油、
パラフィン系鉱油およびアルキルベンゼン合成油の中の
少なくとも一種の油が（Ａ）：（Ｂ）＝1.1〜9:1の割合
で混合されて成ることを特徴としている。

エステル系油の分子式は次に示すとおりである。

（Ａ）成分のエステル系油はHFC134aと溶解性を有す
る。（Ａ）成分のエステル系油と混合する（Ｂ）成分の
油は、吸湿性の低いナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油
およびアルキルベンゼン合成油の中の少なくとも１種で
あり、２種以上を混合して用いてもよい。

エステル系油が、全体量の半分以下であると、冷媒HF
C134aとの相溶性が低下し、全体量の９割を超えると
（Ｂ）成分であるナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油お
よびアルキルベンゼン合成油の中の少なくとも１種の油
の量が少なくなるため、これらの有する特性、すなわち
吸湿性の低減効果が充分に発揮されない。

また、エステル系油と混合する（Ｂ）成分が、パラフ
ィン系鉱油単独の場合、混合割合は1:1がより好まし
く、HFC134aとの相溶性および摩耗量ともに優れた結果
が得られる。

（Ｂ）成分を組合せる場合は、たとえばパラフィン系
油とナフテン系油とを1:9〜9:1程度の割合で混合する組
合せが例示され、（Ｂ）成分の３種すべてを混合する場
合は、たとえば、ナフテン系鉱油：パラフィン系鉱油：
アルキルベンゼン合成油＝1:1:0.1や、1:1:1などの割合
で混合して（Ｂ）成分を調製する。

なお、本発明の冷媒圧縮機において用いられる冷凍機
油組成物は、必要に応じてイオウ系、リン系、ハロゲン
系の極圧添加剤を添加してもよい。この場合、鉱油は一
般に不純物としてイオウ、リン、ハロゲン化物などの不
純物を微量含んでおり、しかも極圧添加剤は微量の添加
によっても効果を発揮するから、鉱油を前述した吸湿
性、摩耗良の低減の目的の他の極圧添加剤として添加す
ることもできる。さらに、本発明の冷凍機油組成物は、
必要に応じて耐摩耗性向上剤や酸化防止剤、耐熱性向上
剤、腐食防止剤、消泡剤などを含んでもよい。、（作用）本発明の冷媒圧縮機において用いられる冷凍機油組成
物におけるエステル系油は、HFC134aまたはHFC152aと溶
解性を有するもので、冷凍機油としての溶解性を確保す
る。

ナフテン系またはパラフィン系鉱油、およびアルキル
ベンゼン合成油は吸湿性が低く、冷凍機油の吸水量を減
少させ、さらにナフテン系鉱油やアルキルベンゼン合成
油は環状化合物であるため、潤滑性の向上に寄与する。

ここで、エステル系油と鉱油との混合割合の変化に伴
う吸水量の変化を第２図に示す。

同図において、横軸はエステル系油（Ａ成分として表
示する）と鉱油との比率がA:鉱油＝0:100〜100:0まで変
化するときの混合割合を示し、縦軸は各混合比率での吸
水量を示している。

この図から、エステル系油単独の場合（すなわちＡ成
分が100％の場合）より、これに鉱油を混合することに
よって、吸水量が大きく減少することがわかる。

そして、鉱油の割合が高いほど吸水量は低減されるの
であるが、その反面HFC134aとの溶解性が低下して冷媒
圧縮機には使用できなくなる。

そこで、エステル系油と鉱油とを本発明の混合割合で
混合することにより、HFC134aとの相溶性を維持しつ
つ、かつ吸湿性を低減することができる。

また、エステル系油を単独で用いた場合に生じるカー
ボンスラッジを減少させ、本発明における（Ｂ）成分に
含まれる環状化合物によって潤滑性を保つことができ
る。

したがって、HFC134aを冷媒として使用した冷媒圧縮
機の構成部品の劣化を防止し、良好な性能の維持、耐久
性の向上を図ることができる。

（実施例）次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１エステル系油と、分子量250〜400のパラフィン系鉱油
とを1:1の割合で混合し、HFC134a用冷凍機油を調製し
た。

この冷凍機油を、第１図に示した冷媒圧縮機に封入
し、冷媒としてHFC134a（三井・デュポンフロロケミカ
ル（株）社製）を使用して、25℃における1000時間の運
転を行った。

運転終了後、モーターコイルの電線被覆材および絶縁
紙、さらには冷凍機油そのものについて調べたところ、
すべてについて異常はなく、非常に良好であることが判
明した。

摺動部材については、特に顕著な摩耗は認められず、
吐出弁におけるカーボンスラッジもほとんど認められな
かった。

さらに、第３図に示すような摩耗試験機を用いて冷
媒、冷凍機油、金属材における潤滑性を評価した。

この装置は、シャフト31をＶ−ブロック32・32で挟み
込み、Ｖ−ブロック32の締め付けによる荷重を一定の値
に設定し、シャフト31の回転を290rpmにして冷媒を吹込
み、温度調節を行いながら、一定時間の摩耗量を調べる
ものである。この結果、エステル系油：パラフィン系鉱
油の混合割合を1:1としたこの実施例によるHFC134a用冷
凍機油は、摩耗量が10mgであった。この摩耗試験の結果
を第４図に示す。

実施例２エステル系油と、分子量300〜350のナフテン系鉱油と
を9:1の割合で混合し、HFC134a用冷凍機油を調製した。

運転終了後、モーターコイルの電線被覆材および絶縁
紙、さらには冷凍機油そのものについて調べたところ異
常はなく、非常に良好であることが判明した。

摺動部材についても、顕著な摩耗は認められず、吐出
弁におけるカーボンスラッジもほとんど認められなかっ
た。

さらに、実施例１と同様に摩耗試験を行い、冷媒、冷
凍機油、金属材における潤滑性を評価した。

その結果、この実施例の冷凍機油を用いた場合のシャ
フトの摩耗量は27mgであった。この摩耗試験の結果を第
４図に示す。

実施例３エステル系油と、分子量300〜350のナフテン系鉱油お
よび分子量200〜400のアルキルベンゼン合成油とを2:2:
1の割合で混合しHFC134a用冷凍機油を調製した。

この冷凍機油を、第１図に示した冷媒圧縮機に封入
し、実施例１と同一条件で運転し、運転終了後の各部
材、冷凍機油の品質を調べた。その結果は、上述した実
施例の結果と同様に非常に良好であった。

また、実施例１と同様に摩耗試験を行ったところ、こ
の実施例の３種の油を混合した冷凍機油を用いた場合の
シャフトの摩耗量は10mgであった。この摩耗試験の結果
を第４図に示す。

実施例４エステル系油と混合するパラフィン系鉱油、ナフテン
系鉱油およびアルキルベンゼン合成油とをそれぞれにお
いて混合割合を変化させ、冷凍機油を調製した。

そして、実施例１と同様に摩耗試験を行った結果を第
５図に示す。第５図において、パラフィン系鉱油、ナフ
テン系鉱油およびアルキルベンゼン合成油をＢ成分とし
て示し、パラフィン系鉱油のみを混合した結果は実線、
ナフテン系鉱油のみを混合した結果は点線、そしてアル
キルベンゼン合成油のみを混合した結果は二点鎖線で表
した。

これと同時に、各混合割合におけるHFC134aとの相溶
性を調べた。相溶性の試験は、シールドチューブに冷媒
と上述した冷凍機油5mlとを液体状態で封じ込み、25℃
における両者の混ざり具合を目視検査で確認するという
方法で行った。

この結果から相溶性の度合を10点法で評価し、第６図
に示した。点数の高いほど相溶性に優れていることを表
している。第６図においても、第５図と同様にパラフィ
ン系鉱油の結果は実線、ナフテン系鉱油の結果は点線、
アルキルベンゼン合成油の結果は二点鎖線で表した。

エステル系油とパラフィン系鉱油との組合せでは、1:
1の混合割合で充分な相溶性を示し、エステル系油とナ
フテン系鉱油との組合せおよびエステル系油とアルキル
ベンゼン合成油との組合せでは、エステル系油が７〜８
割を占める混合割合のとき良好な相溶性が得られた。

比較例１冷凍機油としてエステル系油のみを使用し、冷媒HFC1
34a（三井・デュポンフロロケミカル（株）製）を使用
した冷媒圧縮機を用い、実施例１と同一条件で1000時間
の運転を行った。

運転終了後、冷媒圧縮機の構成部品などの検査を行っ
た結果、HFC134aとの相溶性が良好で、運転時に油戻り
などの不具合は認められなかった。モーターコイルの電
線被覆材および絶縁紙、冷凍機油そのものについては、
実施例１のものと比べて品質は劣っていたが、十分に規
格を満たすものであった。また、実施例１と同一条件で
摩耗試験を行ったところ、摩耗量は30mgであった。この
結果を第４図に実施例の結果と併せて示す。

比較例２冷凍機油としてパラフィン系鉱油のみを使用し、冷媒
にHFC134a（三井・デュポンフロロケミカル（株）製）
を使用した冷媒圧縮機を用い、実施例１と同一条件で10
00時間の運転を行い、摩耗試験を行った。

パラフィン系鉱油のみを用いた場合、摩耗試験の結果
は良好で摩耗量は8mgと低い値であったが、HFC134aとの
相溶性が低いため、運転時に油戻りの不良が生じ、構成
部品の品質劣化が認められ、耐久性は低下していた。

比較例３冷凍機油としてポリエーテル系鉱油の１種であるポリ
アルキレングリコール油のみを使用し、冷媒にHFC134a
（三井・デュポンフロロケミカル（株）製を使用した冷
媒圧縮機を用い、実施例１と同一条件で1000時間の運転
を行い、摩耗試験を行った。

このポリアルキレングリコール油は、摩耗量が43mgと
著しく、構成部品の品質劣化が認められ、信頼性の低い
ものであった。摩耗試験の結果を第４図に示す。

これらの結果から明らかなように、エステル系油は、
塩素を含まない弗化炭化水素系油との相溶性に優れてお
り、したがって、冷媒として塩素を含まない弗化炭化水
素系冷媒を主成分とするものを使用するときの冷凍機油
としてエステル系油を用いることにより、油戻りなどの
不具合なく円滑に冷媒圧縮機の運転を行うことができ
た。また、冷凍機油組成物として、エステル系油に対し
て、ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油およびアルキル
ベンゼン合成油の中の少なくとも一種を所定の割合で混
合することにより、冷媒HFC134aとの相溶性および潤滑
性を向上させ、冷媒圧縮機の耐久性を向上させることが
できた。

［発明の効果］以上述べたように、本発明の冷媒圧縮機は、弗化炭化
水素系冷媒を主成分とする冷媒が使用されているときの
冷凍機油としてエステル系油を用いたので、油戻りなど
の不具合なく円滑な運転を行うことができる。また、エ
ステル系油にナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油および
アルキルベンゼン合成油の中の少なくとも一種を混合す
ることにより、冷媒HFC134aとの相溶性を有し、かつ吸
湿性が低い冷凍機油組成物を得ることができる。

したがって、本発明による冷凍機油組成物は、HFC134
a用冷媒圧縮機に最適であり、耐久性並びに信頼性の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は密閉型冷媒圧縮機を破断して示す図、第２図は
混合割合の変化に伴う吸水量の変化を示す図、第３図は
摩耗試験機の断面図、第４図は摩耗試験結果を示す図、
第５図は冷凍機油の混合割合を変化させたときの摩耗量
の変化を示す図、第６図は冷凍機油の混合割合を変化さ
せたときの冷媒HFC134aとの相溶性の変化を示す図であ
る。１……ケーシング、２……ステータ、３……ロータ、４
……モータ機構、５……圧縮機構、６……供給管、７…
…吐出管、８……シャフト、９……軸受、10……シリン
ダ、11……サブベアリング、12……クランク、13……ロ
ーラ、14……ブレード、51……スプリング、20……冷凍
機油、31……シャフト、32……Ｖ−ブロック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ１０Ｎ 30:06 40:30 (56)参考文献特開昭53−143609（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−187791（ＪＰ，Ａ) 特開平３−252497（ＪＰ，Ａ) 特開平３−281688（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10M 105/32,101/02,105/06 C10N 40:30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器内に冷媒および冷凍機油と圧縮機
構部およびこの圧縮機構部を駆動するモータ機構部が収
容された冷媒圧縮機において、前記冷媒が塩素を含まな
い弗化炭化水素系冷媒を主成分とする冷媒が使用されて
いるときの冷凍機油としてエステル系油を前記密閉容器
内に充填して成り、前記冷凍機油は、（Ａ）エステル系
油に対して、（Ｂ）ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油
およびアルキルベンゼン合成油の中の少なくとも一種の
油が（Ａ）：（Ｂ）＝1.1〜9:1の割合で混合されて成る
ことを特徴とする冷媒圧縮機。