JP3219519B2 - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は冷媒に１，１，
１，２−テトラフルオロエタン（以下Ｒ１３４ａとい
う）等の塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を用いる冷
凍サイクルで、ポリオールエステル油を基油とした冷凍
機油を有する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷蔵庫、自動販売機及びショーケース用
の圧縮機は従来冷媒としてジクロロジフルオロメタン
（以下Ｒ１２という）を多く使用していた。このＲ１２
はオゾン層の破壊の問題からフロン規制の対象となって
いる。そして、このＲ１２の代替冷媒としてＲ１３４ａ
を代表とする塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒（ＨＦ
Ｃ，ＦＣ）が冷凍機用として検討されている（例えば、
特開平１−２７１４９１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷媒Ｒ
１３４ａは現在使われている鉱物油やアルキルベンゼン
油等の冷凍機油との相溶性が悪く、圧縮機への油の戻り
の悪化や寝込み起動時の分離冷媒の吸い上げなどから圧
縮機の潤滑不良に至る問題があった。
【０００４】このため、本発明者らは冷媒Ｒ１３４ａと
相溶性のある冷凍機油としてポリオールエステル系油を
検討した。しかし、このポリオールエステル系油は冷媒
圧縮機、特に回転型圧縮機に使用する場合に、熱により
分解して生成する脂肪酸で摺動部材に腐食を起こさせ、
摩耗を生じさせることが知られている。
【０００５】そして、本発明者らは冷媒としてＲ１３４
ａと冷凍機油としてポリオールエステル系油とを組合わ
せて冷媒圧縮機に使用すべく研究を重ねた結果、上記問
題の他に、ポリオールエステル系油は、水分の影響によ
り加水分解を起こして全酸価が上昇し、金属石鹸が生成
されてスラッジとなり、冷凍サイクルに悪影響を与えた
り、酸素や塩素の影響により、分解、酸化劣化、重合反
応が起こり、金属石鹸や高分子スラッジが生成されて冷
凍サイクルに悪影響を与えることをつきとめた。
【０００６】特に、冷凍サイクルに封入される弗化炭化
水素系冷媒中にも塩素系冷媒の混入があり、この混入量
が多いと塩素量が多くなってポリオールエステル油の分
解、酸化劣化、重合反応により金属石鹸の生成や高分子
スラッジの生成を招き、冷凍サイクルの蒸発器等に停滞
してしまうという問題があることをつきとめた。
【０００７】加えて、冷凍装置を構成する圧縮機、凝縮
器、各種配管等の構成部品に残留する塩素量について
も、その量が多いと上述したような問題が生じるという
ことをつきとめた。
【０００８】しかも、従来は、構成部品の加工や組立て
には鉱物油が使用されており、この鉱物油は弗化炭化水
素系冷媒に溶解し難いため、一定量を越えて残留してい
ると冷凍サイクル中の蒸発器等に固化して停滞し、冷凍
能力を低下させたり、機器を損傷させるという問題が生
じることをつきとめた。
【０００９】そこで、本発明者らはポリオールエステル
油と弗化炭化水素系冷媒とを使用した冷凍装置におい
て、弗化炭化水素系冷媒の純度を高い値に維持したり、
冷凍サイクルの平衡水分や塩素残量を抑えたりすること
により、上記の問題を解決できることを見いだした。
【００１０】この発明は上記の問題を解決するもので、
塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒（例えばＲ１３４
ａ）との相溶性のあるポリオールエステル系油を冷凍機
油として使用したときの上記の問題を解決し、良好な冷
凍装置を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の如く、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を少
なくとも有する冷凍サイクルを備えた冷凍装置におい
て、前記冷凍サイクルに用いる冷媒が塩素を含まない弗
化炭化水素系冷媒であり、前記圧縮機に用いる冷凍機油
がポリオールエステル油を基油とした冷凍機油であり、
前記弗化炭化水素系冷媒は、純度が９９．９５ｗｔ％以
上で、塩素系冷媒の混入が８０ｐｐｍ以下であり、下記
式Ｉで表される冷凍サイクル内の平衡水分が運転初期状
態において２００ｐｐｍ以下であり、かつ、構成部品に
残留する塩素量が冷凍サイクル内に封入される油と冷媒
の総量に対して２０ｐｐｍ以下としたものである。（冷凍サイクル内の残留水分量）／（充填オイル量＋充填冷媒量） × １０ 6 ｐｐｍ … 式Ｉ
【００１２】これにより、弗化炭化水素系冷媒の純度を
極めて高いものとしたので、冷凍サイクル中の異物の混
入やＣＦＣの混入が殆どなく、塩素がポリオールエステ
ル油を分解して脂肪酸となり、金属と反応して金属石鹸
を生成するのを抑制でき、スラッジの析出を低減し、ポ
リオールエステル油と冷媒との相溶性を確保して安定し
た性能を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下この発明を図に示す実施例に
基いて説明する。
【００１４】図１は回転型圧縮機の縦断面図である。図
１において、Ａは冷凍装置を構成する冷凍サイクルであ
り、圧縮機Ｂ、凝縮器Ｃ、減圧装置Ｄ、蒸発器Ｅ、乾燥
器Ｆを配管接続して構成される。そして、前記圧縮機Ｂ
は以下の構造を有する。
【００１５】１は密閉容器で、この容器内には上側に電
動要素２が、下側にこの電動要素によって駆動される回
転圧縮要素３が夫々収納されている。電動要素２は有機
系材料で絶縁された巻線４を有する固定子５とこの固定
子の内側に設けられた回転子６とで構成されている。回
転圧縮要素３はシリンダ７と、回転軸８の偏心部９によ
ってシリンダ７の内壁に沿って回転させるローラ１０
と、このローラの周面に圧接されてシリンダ７内を吸込
側と吐出側とに区画するようにバネ１１で押圧されるベ
ーン１２と、シリンダ７の開口を封じるとともに、回転
軸８を軸支する上部軸受１３及び下部軸受１４とで構成
されている。
【００１６】そして、上部軸受１３にはシリンダ７の吐
出側と連通する吐出孔１５が設けられている。また、上
部軸受１３には吐出孔１５を開閉する吐出弁１６と、こ
の吐出弁を覆うように吐出マフラ１７とが取付けられて
いる。
【００１７】ローラ１０とベーン１２とは鉄系材料で形
成されている。
【００１８】密閉容器１内の底部には、トリメチロール
プロパンやペンタエリスリトール等の３価以上のポリオ
ールと、直鎖又は側鎖のアルキル系脂肪酸とを無触媒で
重合した原料からなり、流動点が−５０℃、二液分離温
度が−３０℃、全酸価が０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下
で、粘度が４０℃で３２ｃｓｔ、粘度指数が９５のポリ
オールエステル油のオイル１８が貯溜されている。
【００１９】このポリオールエステル油には、長期保存
下の酸化劣化を防止する目的で、添加剤として２，６ジ
ターシャリブチルパラプレソール（ＤＢＰＣ）のフェノ
ール系酸化防止剤が０．３ｗｔ％添加されており、ま
た、加水分解を防止する目的で、０．２５ｗｔ％のエポ
キシ系添加剤が添加されている。
【００２０】尚、このポリオールエステル油には、必要
に応じて５ｐｐｍのベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の銅
不活性化剤、及び１ｗｔ％のトリクレジルフォスフェー
ト（ＴＣＰ）の極圧添加剤が添加される。
【００２１】冷凍サイクルＡには、塩素を含まない弗化
炭化水素系冷媒、例えばＲ１３４ａが封入されている。
【００２２】Ｒ１３４ａは、純度が９９．９７ｗｔ％
で、塩素系冷媒の混入が５６ｐｐｍに調整される。ま
た、冷凍サイクルＡ内の平衡水分（下式Ｉで示す）が運
転初期状態において１５０ｐｐｍとなるように調整され
ている。 冷凍サイクル内の残留水分量 ───────────────── × １０6ｐｐｍ … Ｉ 充填オイル量 ＋ 充填冷媒量 また、冷凍サイクルＡに使用する乾燥器Ｆには、水分吸
着剤のポア径が３Å程度のものが使用されている。更
に、冷凍サイクルＡ内の残留空気量は、サイクル内容積
の０．００５ｗｔ％に調整されている。
【００２３】また、冷凍サイクルＡ内の残留酸素量は、
冷凍サイクル内容積の０．０１ｖｏｌ％以下に調整され
ている。
【００２４】また、冷凍装置を構成する圧縮機Ｂや凝縮
器Ｃ等の構成部品の加工や組立工程に使用する油には、
アルキルベンゼンハード油（以下、ＨＡＢという）又は
エステル系油を使用しており、ＨＡＢを使用した場合
は、その使用量を冷凍サイクルＡへの油の封入量の１０
％以下となるよう管理されている。
【００２５】また、冷凍装置の構成部品に残留する塩素
量は、冷凍サイクルＡ内に封入される油１８と１３４ａ
冷媒の総量に対して２０ｐｐｍ以下となるよう管理され
ている。
【００２６】即ち、冷凍サイクルＡ内に封入される１３
４ａ冷媒中の塩素系冷媒（ＣＦＣ，ＨＣＦＣ等）の混入
量と、冷凍装置の構成部品に残留する塩素量との総量
が、冷凍サイクルＡ内に封入される油１８と冷媒の総量
に対して１００ｐｐｍ以下となるよう管理される。
【００２７】また、圧縮機Ｂの電動要素２のうち、巻線
４は、内側に耐熱エステル（ＴＨＥＩＣ）又はエステル
イミドからなる層を施し、かつ、外側にアミドイミドか
らなる層を施した二層構造の絶縁材料が被覆されてお
り、又、巻線４間等を絶縁する絶縁紙Ｈとして低オリゴ
マ仕様（３量体として０．６ｗｔ％以下）のＰＥＴフィ
ルムが使用されている。
【００２８】そして、オイル１８は回転圧縮要素３の摺
動部材であるローラ１０とベーン１２との摺動面を潤滑
している。
【００２９】回転圧縮要素３のシリンダ７内に流入して
ローラ１０とベーン１２との協働で圧縮される冷媒はポ
リオールエステル系油のオイル１８との相溶性のあるＲ
１３４ａで形成されている。
【００３０】１９は密閉容器１に取付けてシリンダ７の
吸込側に冷媒を案内する吸込管、２０は密閉容器１の上
壁に取付けられて回転圧縮要素３で圧縮されて電動要素
２を介して密閉容器１外に冷媒を吐出する吐出管であ
る。
【００３１】このように構成された回転型圧縮機に使用
される冷凍機油組成物において、吸込管１９からシリン
ダ７内の吸込側に流入した冷媒Ｒ１３４ａはローラ１０
とベーン１２との協働で圧縮され、吐出孔１５を通って
吐出弁１６を開放して吐出マフラ１７内に吐出される。
この吐出マフラ内の冷媒は電動要素２を介して吐出管２
０から密閉容器１外に吐出される。そして、オイル１８
は回転圧縮要素３のローラ１０やベーン１２等の摺動部
材の摺動面に供給されて潤滑を行っている。また、シリ
ンダ７内で圧縮された冷媒が低圧側にリークしないよう
にしている。
【００３２】本実施例によれば上記の構成により、以下
の作用を奏する。
【００３３】請求項１の構成により、１３４ａ冷媒の純
度を極めて高いものとしたので、冷凍サイクルＡ中の異
物の混入やＣＦＣの混入が殆どなく、塩素がポリオール
エステル油１８を分解して脂肪酸となり、金属と反応し
て金属石鹸を生成するのを抑制でき、スラッジの析出を
低減し、ポリオールエステル油１８と１３４ａ冷媒との
相溶性を確保して安定した性能を得ることができる。
【００３４】また、冷凍装置の運転初期において、オイ
ル１８が加水分解を起こすのを防止することができ、全
酸価の低減、金属石鹸の生成によるスラッジの発生を抑
制して摺動部８，１３，１４での潤滑特性を確保でき
る。
【００３５】このことは、ＤＢＰＣを添加した本発明の
ポリオールエステル系油１８を封入したシールドチュー
ブテストによる実験結果からも確認された。
【００３６】即ち、９０℃×２９日のエージングで、水
分を２００ｐｐｍに調整した条件において、ＤＢＰＣを
添加した本発明のポリオールエステル系油１８によれ
ば、初期段階において、全酸価が０．０１ｍｇＫＯＨ／
ｇ以下となり、良好な結果が得られた。
【００３７】また、ポリオールエステル油１８の酸化劣
化、重合によるスラッヂを防止することができ、信頼性
に優れた冷凍装置を提供できる。
【００３８】このことは、ＤＢＰＣを添加した本発明の
ポリオールエステル系油１８を封入したシールドチュー
ブテストによる実験結果からも確認された。
【００３９】即ち、９０℃×２９日のエージングで、冷
凍サイクルＡ内の残留酸素量を０．０１ｖｏｌ％以下に
調整した条件において、ＤＢＰＣを添加した本発明のポ
リオールエステル系油１８によれば、初期段階におい
て、全酸価が０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下となり良好な
結果が得られた。
【００４０】また、構成部品の加工や組立てには１３４
ａに溶解し易いアルキルベンゼンハード油（ＨＡＢ）や
エステル油を使用し、ＨＡＢを使用した場合には、その
使用量を制限したため、工程副資材の残留塩素量を大幅
に低減でき、冷凍サイクルＡ中の蒸発器Ｅ等に固化する
のを防止して、冷凍能力の低下や機器Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，
Ｆの損傷を未然に防止できる。
【００４１】また、冷凍装置を構成する圧縮機Ｂ、凝縮
器Ｃ、各種配管等の構成部品に残留する塩素量について
も、その量を規制したため、ポリオールエステル油１８
の分解、酸化劣化、重合反応、による金属石鹸の生成や
高分子スラッジの生成を防ぎ、冷凍サイクルＡの蒸発器
Ｅ等にスラッジが停滞するのを防止できる。
【００４２】更に、冷凍サイクルＡに封入される１３４
ａ冷媒中の塩素系冷媒の混入量と、冷凍装置の構成部品
に残留する塩素量との総量を、冷凍サイクルＡ内に封入
される油１８と冷媒の総量に対して１００ｐｐｍ以下に
規制したので、冷凍サイクルＡ中の塩素の混入を装置全
体として規制でき、ポリオールエステル油１８の分解、
酸化劣化、重合反応による金属石鹸の生成や高分子スラ
ッジの生成を防ぎ、安定した性能を発揮できる冷凍装置
を提供できる。
【００４３】以上の作用効果は、図２に示す実機による
耐久試験結果からも確認された。
【００４４】即ち、横軸に耐久テストの時間を取り、縦
軸にコンタミ量（スラッジ量）を取った図２のグラフに
ついて、添加剤（ＤＢＰＣ，エポキシ等）を添加した本
発明のポリオールエステル系油１８の試料Ｚを使用し、
装置の製造基準を本発明のように制限した基準Ｂ（冷媒
の純度、冷凍サイクルＡ内の水分、塩素、酸素量を制限
したもの）による試料ＩＶが最良の結果を示した。
【００４５】尚、図２中、試料Ｉ〜ＩＶの内容は以下の
通りである。
【００４６】
【表１】
【００４７】 但し、添加剤Ｘ：ＤＢＰＣ＋ＢＴＡ 添加剤Ｙ：ＤＢＰＣ＋ＢＴＡ＋ＴＣＰ 添加剤Ｚ：ＤＢＰＣ＋ＢＴＡ＋ＴＣＰ＋エポキシ 製造基準Ａ：（従来の基準） 冷媒の純度：９９．９０ｗｔ％ 冷凍サイクルＡ内の平衡水分量：６００ｐｐｍ 冷凍サイクルＡ内の残留酸素量：０．０３ｖｏｌ％ 冷凍サイクルＡ内の塩素残量：４００ｐｐｍ 製造基準Ｂ：（本発明の基準） 冷媒の純度：９９．９５ｗｔ％ 冷凍サイクルＡ内の平衡水分量：２００ｐｐｍ 冷凍サイクルＡ内の残留酸素量：０．０１ｖｏｌ％ 冷凍サイクルＡ内の塩素残量：１００ｐｐｍ 尚、本実施例では塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒と
してＲ１３４ａを例に説明したが、これに限定されるも
のではなく、他のＨＦＣの冷媒に対しても本発明のポリ
オールエステル系油は優れた相溶性を発揮し、これらの
冷媒に対しても適用できる。
【００４８】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、弗化炭
化水素系冷媒の純度を高い値に維持したり、冷凍サイク
ルの平衡水分を抑えたり、冷凍サイクル内の残留酸素量
を制限したり、構成部品の加工や組立工程に使用する油
に、アルキルベンゼンハード油（以下、ＨＡＢという）
又はエステル系油を使用したり、塩素系冷媒の混入量や
構成部品に残留する塩素量を制限することにより、ポリ
オールエステル系油の、水分の影響による加水分解を抑
制して全酸価を低減し、金属石鹸の生成を抑制して冷凍
サイクルに悪影響を与えるのを防ぐと共に、酸素や塩素
の影響による、分解、酸化劣化、重合反応を抑制して金
属石鹸や高分子スラッジの生成を防ぎ、良好な冷凍装置
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す回転型圧縮機の縦断
面図である。
【図２】冷凍装置の実機による耐久試験結果を示すグラ
フ。
【符号の説明】
Ａ 冷凍装置 Ｂ 回転圧縮機 Ｆ 乾燥器 １ 密閉容器 ３ 回転圧縮要素 １０ ローラ １２ ベーン １８ オイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｎ 30:00 Ｃ１０Ｎ 30:00 Ｚ 30:12 30:12 40:30 40:30 (72)発明者 高橋 康樹 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 田中 清 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 赤沢 清 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 軸原 精紀 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 渡邉 正人 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−332793（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183788（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−240285（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−502472（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10M 105/00 - 105/46 C10M 131/00 - 131/14 C09K 5/00 - 5/06 F25B 49/02 C10N 30:00 C10N 30:12 C10N 40:30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器
    を少なくとも有する冷凍サイクルを備えた冷凍装置にお
    いて、前記冷凍サイクルに用いる冷媒が塩素を含まない
    弗化炭化水素系冷媒であり、前記圧縮機に用いる冷凍機
    油がポリオールエステル油を基油とした冷凍機油であ
    り、前記弗化炭化水素系冷媒は、純度が９９．９５ｗｔ
    ％以上で、塩素系冷媒の混入が８０ｐｐｍ以下であり、
    下記式Ｉで表される冷凍サイクル内の平衡水分が運転初
    期状態において２００ｐｐｍ以下であり、かつ、構成部
    品に残留する塩素量が冷凍サイクル内に封入される油と
    冷媒の総量に対して２０ｐｐｍ以下であることを特徴と
    する冷凍装置。 （冷凍サイクル内の残留水分量）／（充填オイル量＋充填冷媒量） × １０6ｐｐｍ … 式Ｉ
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