JP3592514B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プロパン（Ｒ２９０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、又はエタン（Ｒ１７０）の単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした可燃性冷媒を使用した冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、冷蔵庫や空気調和機等の冷凍装置に用いられる冷媒には、物性が安定し、取扱の容易なフロン系冷媒が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フロン系冷媒は、物性が安定し、取扱が容易な半面、オゾン層を破壊すると言われ、地球環境に悪影響を与えるところから、準備期間を設けて将来的には全面使用禁止となる。フロン系冷媒でも、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）冷媒はオゾン層の破壊は認められないが、地球の温暖化を促進する性質があり、特に環境問題に関心の高い欧州ではこの冷媒も使用を禁止しようとする動きがある。すなわち、人工的に製造されたフロン系冷媒を使用禁止にし、従来からある炭化水素のような自然冷媒を用いることになる。しかしながら、この自然冷媒は可燃性であることおよび限られた資源を有効活用する点から、その使用量を抑制する等が課題となっている。
従って、プロパンやイソブタンのような冷媒を冷凍装置に用いる場合に、これらの冷媒の使用量を少なくするには、これらの冷媒と相互溶解性の小さい冷凍機油を用いることが有効である。
しかし、冷媒と冷凍機油との相互溶解性を小さくするには、これらの冷媒は無極性に近いため、極性の大きな冷凍機油を用いることが有効になるが、極性の大きな冷凍機油は水分を吸収しやすく、水分を吸収した冷凍機油は激しい摺動によって分解してしまうという課題を有している。
【０００４】
そこで本発明は、冷凍機油の吸水による分解を防止し、冷媒と相互溶解性の小さい冷凍機油を用いることによって、冷凍装置に用いる冷媒量を少なくすることを目的とする。
また本発明は、少冷媒化に適した冷凍機油を用いることによって、さらに冷凍装置に用いる冷媒量を少なくすることを目的とする。
また本発明は、堆積物の発生が少なく、摺動面のシール性や潤滑性に優れた冷凍機油を用いることによって、長期信頼性が得られる冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒を用い、冷凍機油としてカーボネート化合物を用い、前記冷凍サイクル中に水分を吸収するドライヤーを設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒を用い、冷凍機油としてカーボネート化合物を用い、前記冷凍機油中に水と反応する添加剤を含めたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油は、炭酸エステル結合を構成する炭素数がカーボネート化合物を構成する全炭素数の１０原子％以上を占めることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油のカーボネート化合物の純度は、９９％以上であることを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油と前記冷媒との相互溶解性は、２５℃にて５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油は、カーボネート化合物に対して鉱油又はハードアルキルベンゼンを２ｗｔ％以下含有していることを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油の４０℃における動粘度は、５〜２０ｃＳｔであることを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油の１００℃における動粘度は、２〜５ｃＳｔであることを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油の誘電率は、３０以上であることを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油の体積抵抗率は、１０¹¹Ωｃｍ以上であることを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍サイクル内の水分を、５０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍サイクル内の酸素を、８００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項１記載の冷凍装置において、前記ドライヤーを前記凝縮器から前記蒸発器までの液側配管に設けたことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項１記載の冷凍装置において、前記ドライヤーを圧縮機内の油溜部に設けたことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１記載の冷凍装置において、前記ドライヤーは、Ｋ交換Ａ型であるゼオライトを主体として構成されていることを特徴とする。
請求項１６記載の本発明は、請求項１記載の冷凍装置において、前記ドライヤーは、撥水処理を施したゼオライトを主体として構成されていることを特徴とする。
請求項１７記載の本発明は、請求項１６記載の冷凍装置において、前記ゼオライトにおける撥水処理はシランカップリングであることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続した冷凍サイクルにおいて、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒を用い、圧縮機内の冷凍機油として、これらの冷媒と相互溶解性が小さい冷凍機油を用いたものである。
従って本発明は、このような冷媒と潤滑油を選択することによって、冷媒の冷凍機油への溶け込み量を少なくし、冷凍装置に封入する冷媒量を削減することができる。
本発明の第１の実施の形態は、冷凍サイクル中に水分を吸収するドライヤーを設けたことを特徴とする。プロパンやイソブタンは、無極性に近い冷媒であるため、相互溶解性の小さな冷凍機油としては、極性の大きな冷凍機油が好ましいが、極性の大きな冷凍機油は大気中の水分を吸水し易く、吸水した冷凍機油をこのまま用いると、圧縮機メカ部の激しい摺動によって冷凍機油が分解し、摺動損失が大きくなり充分な信頼性は得られない。そこで、冷凍サイクル内の水分を低濃度に維持するために、冷凍サイクル内にドライヤーを配置して水分を吸着固定保持する。このことによって極性の大きな冷凍機油を使用した冷凍装置でも充分な信頼性が得られる。また本実施の形態は、冷凍機油としてカーボネート化合物を用いたことを特徴とする。このような冷凍機油は、分子中に直鎖状又は環状の炭酸エステル結合を有する液状物を基油とする。炭酸エステル結合は分極率が大きく、これを分子中に有する化合物は極性が大きくなり、無極性のプロパン、イソブタン又はエタンとの相互溶解性を小さく抑えることができ、冷凍装置における少冷媒化が図れる。
【０００７】
本発明の第２の実施の形態は、冷凍機油中に水と反応する添加剤を含めたことを特徴とする。このように冷凍機油中に水分と反応する添加剤を使用することによって、ドライヤーのような要素部品を配置することなく冷凍サイクル中の水分を簡単に低濃度に維持することができる。また本実施の形態は、冷凍機油としてカーボネート化合物を用いたことを特徴とする。このような冷凍機油は、分子中に直鎖状又は環状の炭酸エステル結合を有する液状物を基油とする。炭酸エステル結合は分極率が大きく、これを分子中に有する化合物は極性が大きくなり、無極性のプロパン、イソブタン又はエタンとの相互溶解性を小さく抑えることができ、冷凍装置における少冷媒化が図れる。
【０００９】
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、構造的に炭酸エステル結合を構成する炭素数が全炭素数の１０原子％以上を占めるカーボネート化合物を冷凍機油として用いるものである。このような構成のカーボネート化合物を使用することによって、さらに大きな極性が得られ、プロパン、イソブタン、又はエタンとの相互溶解性をより小さく抑えることができ、冷凍サイクルにおけるさらなる少冷媒化が図れる。また、炭酸エステル結合部分以外の部分にエーテル結合、エステル結合、アミド結合あるいは尿素結合などのヘテロ原子を含有する結合部分を有する場合にはより極性が大きくなり相互溶解性を小さくできる。
【００１０】
本発明の第４の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍機油であるカーボネート化合物の純度を９９％以上としたことを特徴とする。これによって未反応の官能基総量を規制することで冷凍機油から派生する絞り装置部での堆積物を抑制でき、充分な長期信頼性が得られる。
【００１１】
本発明の第５の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍機油と冷媒との相互溶解性が５ｗｔ％以下としたことを特徴とする。冷媒の充填量を低減するためには、相互溶解性は５ｗｔ％以下であることが好ましい。圧縮機からの冷凍機油吐出を完全に抑制することは難しく、一旦圧縮機から吐出された冷凍機油を再度圧縮機に回収するためには、ある程度の相互溶解性を持たせることによって循環する冷媒で冷凍機油を搬送しやすくすることができ、充分な長期信頼性が得られる。
【００１２】
本発明の第６の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、カーボネート化合物に対して鉱油又はハードアルキルベンゼンを２ｗｔ％以下含有している冷凍機油を用いることを特徴とする。圧縮機のメカ部を組み立てる時にはある程度の組立油を必要とする。この時に使用する組立油として鉱油又はハードアルキルベンゼンを使用することで大気中からの水分混入を少量に抑制できるが、これら組立油は冷媒とある程度相溶するので使用量を２ｗｔ％以下に規制し、この規制値内であればこれら組立油が冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油とともに使用されても冷凍装置の長期信頼性が保証できる。
【００１３】
本発明の第７の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍機油の４０℃における動粘度を５〜２０ｃＳｔとしたことを特徴とする。これによって冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用しても、圧縮機の摺動箇所における潤滑性能やシール性能に不具合は発生せず、長期信頼性が得られる。
【００１４】
本発明の第８の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍機油の１００℃における動粘度を２〜５ｃＳｔとしたことを特徴とする。これによって冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用しても、圧縮機の摺動箇所における潤滑性能やシール性能に不具合は発生せず、長期信頼性が得られる。
【００１５】
本発明の第９の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍機油の誘電率を３０以上としたことを特徴とする。これによって冷媒と冷凍機油の相互溶解性を小さく抑制でき、長期信頼性が得られる。
【００１６】
本発明の第１０の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍機油の体積抵抗率を１０¹¹Ωｃｍ以上としたことを特徴とする。これによって冷凍機油による漏れ電流が抑制でき、長期信頼性が得られる。
【００１７】
本発明の第１１の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍サイクル内の水分を５０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。すなわち、冷凍サイクル内に存在する水分をドライヤーで保持し、又は添加剤と反応させて５０ｐｐｍ以下に維持される。このことによって冷凍サイクル内の水分を低濃度に規制でき、冷凍機油の分解による劣化を防止でき、冷凍装置の長期信頼性が充分保証できる。
【００１８】
本発明の第１２の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態において、冷凍サイクル内の酸素を８００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。このことによって可燃性である冷媒の安全保証ができるとともに冷凍機油の酸化による劣化を防止することができ、冷凍装置の長期信頼性がより保証できる。
【００１９】
本発明の第１３の実施の形態は、第１の実施の形態において、ドライヤーを凝縮器から蒸発器までの液側配管に設けたことを特徴とする。このことによって圧力損失の増加による冷凍サイクルの能力低下を生じることなく、水分をより積極的に除去でき、冷凍装置の長期信頼性がより保証できる。
【００２０】
本発明の第１４の実施の形態は、第１の実施の形態において、ドライヤーを圧縮機内の油溜部に設けたことを特徴とする。このことによって水分の影響を受けやすい冷凍機油中の水分をより積極的に除去でき、冷凍装置の長期信頼性がより保証できる。
【００２１】
本発明の第１５の実施の形態は、第１の実施の形態において、ドライヤーをＫ交換Ａ型であるゼオライトを主体として構成したことを特徴とする。このことによって冷媒であるプロパン、イソブタン、又はエタンは、ゼオライト構造中に物理的に浸入することはなく、水の分子だけが吸着固定されるので冷凍装置として高い長期信頼性を保証できる。
【００２２】
本発明の第１６の実施の形態は、第１の実施の形態において、ドライヤーを撥水処理を施したゼオライトを主体として構成したことを特徴とする。このことによって、親水性が高い冷凍機油とは低反応とすることができる。なお、ゼオライトの表面が撥水性であっても、ある程度の高圧下である冷凍サイクル内では、水分の吸着能力に問題はない。
【００２３】
本発明の第１７の実施の形態は、第１６の実施の形態において、ゼオライトにおける撥水処理をシランカップリングとすることを特徴とする。このことによってゼオライトおよび結合材として使用される粘土のシリカ表面が均一かつ強固に撥水化され、冷凍装置の長期信頼性がより保証できる。
【００２４】
【実施例】
まず、本発明の実施例に用いる冷凍サイクルの構成及び圧縮機について図面を用いて説明する。
図１は空気調和装置における冷凍サイクル図、図２は同装置に用いる圧縮機の断面図である。
図１に示すように、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、絞り装置４、室外熱交換器５は、それぞれ配管を介して環状に接続されている。ここで室内熱交換器３は、暖房運転時に凝縮器として機能し、冷房運転時に蒸発器として機能する。また室外熱交換器５は、暖房運転時に蒸発器として機能し、冷房運転時に凝縮器として機能する。
同図に示すように、室内熱交換器３と室外熱交換器５との間の液側配管には、水分を吸収するドライヤー６を設けている。
【００２５】
上記のような冷凍サイクルに用いる冷媒としては、プロパン又はイソブタンを用いる。また、圧縮機１内の冷凍機油としては、この冷媒と相互溶解性が小さい冷凍機油を用いる。このような冷凍機油としては、カーボネート化合物からなるものが有効であり、さらには構造的に炭酸エステル結合を構成する炭素数がカーボネート化合物を構成する全炭素数の１０原子％以上占めるものがよい。また、冷媒と冷凍機油との相互溶解性は、２５℃のもとで５ｗｔ％以下の溶解性であることが好ましい。一方ドライヤー６は、Ｋ交換Ａ型ゼオライトを主体とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として焼成したものを内包して構成されている。このとき、ゼオライトは、シランカップリングによる撥水処理を施していることが好ましい。
このような冷凍サイクルは、暖房運転時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室内熱交換器３にて放熱された後、絞り装置４にて減圧され、室外熱交換器５にて吸熱し圧縮機１に吸入される。
また、冷房運転時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室外熱交換器５、絞り装置４、室内熱交換器３の順に流れ、圧縮機１に吸入される。
一方、冷凍サイクル中に含まれている水分は、冷媒とともに冷凍サイクル中を循環するが、ドライヤー６を通過するときに吸収される。なお、ドライヤー６を同図に示すように液側配管に設けることによって、絞り装置４での絞り量をドライヤー６で生じる圧力損失を考慮した絞り量とすることができ、冷凍サイクルの能力を適正に保つことができる。
【００２６】
図２は同実施例に用いる圧縮機１の断面図である。
同図に示す圧縮機は、円筒形からなるシェル３０内に、圧縮機構部４０、モーター機構部５０、及びポンプ部６５を横方向に順に併設した横型の高圧タイプのスクロール圧縮機である。ここで圧縮機構部４０は、２枚のスクロールラップ４７、４８、オルダムリング４９等によって構成されている。圧縮機構部４０には、圧縮機構部４０の吐出口４６側の空間Ａとモーター機構部５０側の空間Ｂを連通する冷媒連通孔９１を形成している。
またモーター機構部５０は、ステーター５１及びロータ５２等からなる。モーター機構部５０のステーター５１とシェル３０との間には、冷媒ガスが通過する隙間９２を形成している。このロータ５２とスクロールラップ４７とはクランクシャフト５３によって連結されている。
油溜部６０は、圧縮機構部４０よりもモーター機構部５０側のシェル３０の下部に設けられている。そしてこの油溜部６０には、ドライヤー１００を冷凍機油に浸かるように設けている。ここで、ドライヤー１００は、Ｋ交換Ａ型ゼオライトを主体とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として焼成したものである。ここで、ドライヤー１００の配設される場所としては、冷凍機油と積極的に接する任意の場所でよい。ただし、図２に示すようにポンプ部６５の吸入口近くに設けることによって、水分を除去した後の冷凍機油を効果的に供給することができる。しかし、絶えず冷凍機油と高圧条件下で接するため、ゼオライトに起因する冷凍機油分解への注意が長期信頼性を踏まえて必要である。
モーター機構部５０とポンプ部６５との間には、オイル仕切部６６が設けられている。またクランクシャフト５３やオルダムリング４９には、ポンプ部６５で油溜部６０から汲み上げた冷凍機油をスクロールラップ４７、４８に供給するための給油溝が形成されている。また、なお、冷媒吐出管３１は、オイル仕切部６６よりもポンプ部６５側に設けている。
【００２７】
上記圧縮機の冷媒ガス及び冷凍機油の流れについて以下に説明する。
まず、アキュムレータから吸入ポート４５を経てスクロールラップ４７、４８内の空間に吸入された冷媒は、可動側スクロールラップ４７の旋回運動に伴って圧縮され、この圧縮された高圧冷媒ガスは、吐出口４６から空間Ａに吐出される。そして、この空間Ａに吐出された冷媒は、冷媒連通孔９１を通って圧縮機構部４０とモーター機構部５０との間の空間Ｂに導かれ、ステーター５１とシェル３０との隙間９２を通り、オイル仕切部６６を通過してオイル分離室７０に至り、冷媒吐出管３１からシェル３０外に吐出される。
一方、油溜部６０に溜められている冷凍機油は、ドライヤー１００によって水分を除去された後、ポンプ部６５によって汲み上げられ、クランクシャフト５３やオルダムリング４９等に形成された給油溝によって、スクロールラップ４７、４８やオルダムリング４９の摺動面に供給される。そして圧縮室内に供給された冷凍機油は、冷媒とともに吐出口４６から空間Ａに吐出され、冷媒ガスの流れと同様に移動する。ただし、冷媒とともに吐出された冷凍機油は、モーター機構部５０を通過する時に冷媒から分離する。又、モーター機構部５０を冷媒ガスとともに通過した冷凍機油は、オイル分離室７０にて冷媒から分離する。そしてこのようにして冷媒から分離した冷凍機油は、油溜部６０まで落下する。なお、多くの冷凍機油は、冷媒の流れによってポンプ部６５側に導かれるが、オイル仕切部６６を設けているので、オイル分離室７０内の油溜部６０に多くの冷凍機油が溜められることになる。
なお、上記の説明では、冷凍サイクル中にドライヤー６を、圧縮機１内にドライヤー１００を設けて説明したが、いずれか一方に設けたものでもよい。
【００２８】
（実施例１）
図１に示す冷凍サイクル中に、冷媒としてプロパン２５０ｇを使用し、冷凍機油として
【化１】

で表され、炭酸エステル結合を構成する炭素の比率２８％、純度９９．５％のカーボネート化合物２５０ｇを使用した。なお、冷凍サイクル中にドライヤー６を設け、圧縮機１内にはドライヤー１００を設けないこととした。
【００２９】
【化１】
【００３０】
上記冷凍装置に対して下記のような一連の信頼性評価を行った結果、特に異常は現れなかった。なお、落差条件は、室外機を室内機より５ｍ高いところに設置した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
（比較例１）
本比較例では鉱物油２５０ｇを封入して、上記実施例１と同様な構成で冷凍サイクルを構成して同等の暖房能力が得られるプロパン充填量を測定した結果、４００ｇであった。
従って、実施例１のように、プロパンとの相互溶解性の小さなカーボネート化合物を冷凍機油として使用することによりプロパン充填量を約１５０ｇ低減できることがわかった。
【００３３】
（実施例２）
本実施例では、図１に示すドライヤー６を用いずに、実施例１と同じ冷凍機油中に、水とある程度高温、高圧下で反応するエポキシ化合物を１ｗｔ％添加したものを封入した。本実施例においても、圧縮機１内にはドライヤー１００を設けないこととした。
実施例２の冷凍装置に対しても実施例１と同様な信頼性評価を行った結果、特に異常は現れなかった。
本実施例ではエポキシ化合物（分子量３０６）１ｗｔ％添加した冷凍機油を使用したが、本発明に使用できる添加剤はこれに限定されるものではない。その他、水と反応して安定なアルコール基等になるものであればいずれのものでも良い。しかし、反応性の高いエポキシ化合物はカーボネート化合物とも反応して冷凍サイクル内の水分を吸着できなくなるとともに、流速の低下する絞り装置部で堆積物を生じて流量低下を引き起こす要因となる。また冷凍機油中に添加する量についてもある程度の量に規制しないと、安定性の劣る添加剤同志が重合して絞り装置部で堆積物を生じて流量低下を引き起こす要因となる。したがって、冷凍装置の水分管理を鑑みて添加量は多くても２ｗｔ％以下、好ましくは１ｗｔ％以下であった。
【００３４】
（実施例３）
本実施例では、ドライヤー６を用いずに、圧縮機１内のドライヤー１００を用いた。このドライヤー１００の内包物としては、Ｋ交換Ａ型ゼオライトを主体とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として焼成したものを用いた。
なお、冷媒及び冷凍機油については、実施例１と同様とした。
その結果、冷凍サイクル内の水分は実施例１の場合よりも迅速にゼオライトで固定保持することが可能であった。
【００３５】
（実施例４）
本実施例では、実施例１におけるドライヤー６として、Ｋ交換Ａ型ゼオライトを主体とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として焼成し、その後トリメチルクロロシランで充分にカップリング処理して撥水化させたものを用いた。
本実施例に対しても実施例１と同様な一連の信頼性評価を行った。その結果、本実施例では実施例１よりも冷凍機油分解に起因したと推定される非凝縮ガスの発生量が少なかった。これはゼオライトを主体とするものを撥水化されることによって冷凍機油の吸着、付着を抑制することができ、ゼオライトが冷凍機油分解の反応場として作用することを防止できたためと考えられる。
本実施例ではゼオライトの撥水化にシランカップリング処理を行ったが、本発明に適用できる撥水処理はこれに限定されるものではない。その他、テフロン系の化合物で処理することも可能である。しかし、処理するゼオライトとの相性および撥水膜の保持力を考慮するとシランカップリングが最も好ましい処理と考えられる。
【００３６】
上記実施例においては、圧縮機として横型の高圧タイプのスクロール圧縮機を用いて説明したが、本発明に適用できる圧縮機はこれに限定されるものではなく、ロータリー、ヘリカル、リニアー等方式の圧縮機も使用できる。また、本実施例で使用したスクロール圧縮機はメカ構造が複雑なこともあり、組立油としてハードアルキルベンゼンを約４ｇ（冷凍機油に対して１．６ｗｔ％）使用したが信頼性の結果でこれに起因した異常は特に検出されなかった。この組立油を使用しないでメカ組立を行うと、材料にキズ等の損傷を与える場合が多く歩留まりの大きな低下となった。さらに冬場の寒い季節には組立油を使用しない場合のほうが結露による水分付着を誘発することがあった。したがって、大気中の水分を吸湿し難い組立油をある程度量効果的に活用することが好ましいと考えられた。メカ構造のシンプルなリニアー、シングルロータリーでは必要な組立油もスクロールに比べると少なくてよく、約１〜２ｇであった。様々な圧縮機の構造を鑑みても組立油を冷凍機油に対して２ｗｔ％以下に規制することで生産性良く製造できると考えられる。
【００３７】
また上記実施例では、冷凍機油として
【化１】で示されるカーボネート化合物（炭酸エステル結合を構成する炭素の比率２８％）を使用したが、プロパン、イソブタン、またはエタンと相互溶解性を小さく抑えるためにはカーボネート化合物では炭酸エステル結合を構成する炭素数の比率を全体に対して１０原子％以上にすることが好ましいことがわかった。しかし、３０原子％を超えると冷凍機油としての熱安定性が著しく劣るため、最適な範囲は１０〜３０原子％と考えられる。
【００３８】
また上記実施例では、カーボネート化合物の純度９９．５％のものを使用したが、下記にその製造方法概略を示す。
蒸留塔を備えた所定の容器にエチレングリコール、ジメチルカーボネートおよびナトリウムメトキシドのメタノール溶液を投入し、これを常圧下で１１０〜１５０℃で８ｈ加熱し、生成するエタノールを留出し、さらに減圧下２００℃まで昇温して残留ジエチルカーボネートを留出した。得られた反応混合物にテトラヒドロフランを投入して希釈した後、イオン交換樹脂アンバーリスト１５を充填したカラムに通して残留触媒を中和除去後、テトラヒドロフランを蒸留除去して（化１）のカーボネート化合物を得た。したがって、それほど反応性の高い未反応物は残留しないが、冷凍装置としての長期信頼性を得るためには所望カーボネート化合物ではない不純物を規制して管理する必要があった。具体的には、所望カーボネート化合物によって得られる収率および不純物の種類も異なるが、本発明に適用できるカーボネート化合物であれば９９％以上、好ましくは９９．５％以上の純度に管理する必要があった。
【００３９】
また上記実施例では、ドライヤー内包物としてＫ交換Ａ型ゼオライトを使用したが、本発明に使用できるゼオライトはこれに限定されるものではない。Ｎａ交換、Ｃａ交換のタイプでも問題なく使用できた。Ｎａ交換、Ｃａ交換のタイプでは構造内にプロパン冷媒も侵入するが、ゼオライトの水分吸着力のほうが強いため次第にプロパン冷媒と水とは置換して吸着固定された。しかし、ゼオライト構造の細孔径を鑑み、水分子（分子径 ０．２８ｎｍ）だけを積極的に構造内に吸着固定するためにはＫ交換タイプを選択することが最も好ましいと考えられる。
本発明ではプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用するために相互溶解性の冷凍機油に比べるとかなり粘度の小さなものが適用される。また、相互溶解性を有するものの場合には低温では冷媒が冷凍機油中に溶け込み粘度を低下させ、高温では冷媒が冷凍機油から放出されて冷凍機油自体の粘度に近い状態で作動媒体として活用されていた。しかし、相互溶解性の小さな冷凍機油では冷凍機油自体の粘度と温度との相関傾向が直接圧縮機の性能に影響するため、できるだけ温度に対して粘度依存の低いものが好ましい。圧縮機のオイルシールと効率を考慮すると１００℃における動粘度は２〜５ｃＳｔにすることが好ましく、４０℃における動粘度は５〜２０ｃＳｔにすることが好ましかった。
本発明ではプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することを意図しており、そのために鋭意研究した結果、冷凍機油の誘電率を大きくすることによって相互溶解性を小さくすることが可能であることがわかった。具体的には、誘電率を３０以上にすればプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を包含できるものと考えられる。
本発明ではプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することを意図しているため、体積抵抗率は従来の鉱油のように１０^１３Ωｃｍ以上は期待できない。しかし、冷凍装置としての漏洩電流対策を考慮すると極性の大きな冷凍機油であっても１０^１１Ωｃｍ以上の特性は要求された。
【００４０】
本発明ではプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することを意図しているため、吸湿性の大きな冷凍機油を使用することになる。この時、冷凍機油中での水分を自由なままにしておくと圧縮機摺動部の高温条件下で容易に冷凍機油が分解し、それがトリガーとなって冷凍機油の過大な分解へと発展する。さらに分解物は冷凍サイクルの絞り装置部で流速が低下し、管壁への堆積となって詰まりを生じさせることもあった。したがって、冷凍装置として長期信頼性を得るためには冷凍サイクル内の水分を５０ｐｐｍ以下、好ましくは３０ｐｐｍ以下に抑制する必要があった。
本発明ではプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することを意図しているため、吸湿性の大きな冷凍機油を使用することになる。このような冷凍機油は熱的にも従来の鉱油等と比較すると劣るため、冷凍サイクル内に残留酸素が多く存在すると圧縮機摺動部の高温条件で容易に冷凍機油中に取り込まれたり、逆に冷凍機油分解物と化合物化したりした。したがって、冷凍装置として長期信頼性を得るためには冷凍サイクル内の酸素を内容積の８００ｐｐｍ以下、好ましくは５００ｐｐｍ以下に抑制する必要があった。
【００４１】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、発明によれば、冷凍機油の劣化、分解を防止でき、可燃性冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することで冷媒封入量を少なくし、安全性の高い冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施例による圧縮機の断面図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室内熱交換器
４ 絞り装置
５ 室外熱交換器
６ ドライヤー
６０ 油溜部
１００ ドライヤー

Claims (17)

1. 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒を用い、冷凍機油としてカーボネート化合物を用い、前記冷凍サイクル中に水分を吸収するドライヤーを設けたことを特徴とする冷凍装置。
2. 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒を用い、冷凍機油としてカーボネート化合物を用い、前記冷凍機油中に水と反応する添加剤を含めたことを特徴とする冷凍装置。
3. 前記冷凍機油は、炭酸エステル結合を構成する炭素数がカーボネート化合物を構成する全炭素数の１０原子％以上を占めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
4. 前記冷凍機油のカーボネート化合物の純度は、９９％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
5. 前記冷凍機油と前記冷媒との相互溶解性は、２５℃にて５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
6. 前記冷凍機油は、カーボネート化合物に対して鉱油又はハードアルキルベンゼンを２ｗｔ％以下含有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
7. 前記冷凍機油の４０℃における動粘度は、５〜２０ｃＳｔであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
8. 前記冷凍機油の１００℃における動粘度は、２〜５ｃＳｔであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
9. 前記冷凍機油の誘電率は、３０以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
10. 前記冷凍機油の体積抵抗率は、１０¹¹Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
11. 前記冷凍サイクル内の水分を、５０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
12. 前記冷凍サイクル内の酸素を、８００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
13. 前記ドライヤーを前記凝縮器から前記蒸発器までの液側配管に設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
14. 前記ドライヤーを圧縮機内の油溜部に設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
15. 前記ドライヤーは、Ｋ交換Ａ型であるゼオライトを主体として構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
16. 前記ドライヤーは、撥水処理を施したゼオライトを主体として構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
17. 前記ゼオライトにおける撥水処理はシランカップリングであることを特徴とする請求項１６記載の冷凍装置。

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