JP3831416B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
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(HFC,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R134a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R134a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】
そこで、本発明者らはポリオールエステル油に特定の原料を使用し、特定の物性範囲で使用したり、特殊な添加剤を加えたり、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、更には、冷凍サイクル中にスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーを設けることにより、上記の問題を解決できることを見いだした。
【0007】
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R134a)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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項1記載の如く、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であって、ポリオールエステル油は、3価以上のポリオールと、直鎖構造の脂肪酸又はアルキル基に側鎖のある脂肪酸を無触媒で重合したもので、流動点が−40℃以下、二液分離温度が−20℃以下、全酸価が0.02mgKOH/g以下で、粘度が40℃で8〜100cst、粘度指数が80以上のものとすると共に、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を配管接続して構成される冷凍サイクルの高圧側に、サイクル中の金属石鹸、高分子スラッジ及びエステル油の加水分解により生じた脂肪酸を捕獲する、活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成されるスラッジキャッチャーを設けたものである。
【0009】
また、請求項2記載の如く、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であって、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以下である請求項1記載の冷凍装置とした。
【0010】
また、請求項3記載の如く、冷凍サイクル内の平衡水分(下式Iで示す)が運転初期状態において200ppm以下である請求項1記載の冷凍装置とした。
[(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 … I
また、請求項4記載の如く、冷凍サイクル内の残留酸素量は、冷凍サイクル内容積の0.01vol%以下にされている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0011】
また、請求項5記載の如く、ポリオールエステル油には、添加剤として2,6ジターシャリブチルパラプレゾール(DBPC)等のフェノール系酸化防止剤が0.1〜0.5wt%添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0012】
また、請求項6記載の如く、ポリオールエステル油には、20ppm以下のベンゾトリアゾール(BTA)等の銅不活性化剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0013】
また、請求項7記載の如く、ポリオールエステル油には、2wt%以下のトリクレジルフォスフェート(TCP)等の極圧添加剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0014】
更に、請求項8記載の如く、ポリオールエステル油には、0.1〜0.5wt%のエポキシ系添加剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0015】
【作用】
この発明は上記のように構成したことにより、以下の作用を奏する。
【0016】
請求項1の構成により、本発明のポリオールエステル油は、冷凍装置で使用する全温度帯にて弗化炭化水素系冷媒との相溶性が良好となり、冷媒とオイルの二層分離をなくすことができる。
【0017】
このため、冷凍サイクル中の−30℃以下の低温領域で常にポリオールエステル油が弗化炭化水素系冷媒(例えば134a)に溶解した状態で存在し、全体として低粘度になるため、圧縮機への油戻りが良好となる。従って、圧縮機の油面低下はなくなり、軸受摺動部への給油を確保でき、噛りや焼付きを防止できる。
【0018】
しかも、本発明のポリオールエステル油は、油自身の保有するエステル結合が主に圧縮機の軸、軸受の鉄系摺動部表面に分子配向して潤滑性を高める作用と、冷媒(134a)に溶けやすい作用とにより、実粘度を下げることができ、機械損失を低減して圧縮機の成績係数を向上できる。
【0019】
加えて、冷凍サイクルの高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャー(例えば、活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成される)を設けたので、冷凍サイクル中に生成したスラッジやエステル油の加水分解により生じた脂肪酸をこのスラッジキャッチャーにて吸着して金属石鹸の生成を未然に防ぐことができる。
【0020】
また、請求項2の構成により、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。
【0021】
また、請求項3の構成により、冷凍装置の運転初期において、オイル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での潤滑特性を確保できる。
【0022】
また、請求項4の構成により、ポリオールエステル油の酸化劣化、重合によるスラッジ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。
【0023】
また、請求項5の構成により、このポリオールエステル油は、グリコール油等に比べて酸化劣化安定性を向上でき、圧縮機の性能、信頼性を向上できる。
【0024】
また、請求項6の構成により、軸受摺動面となる銅表面に吸着し、その触媒作用を抑制することができ、加水分解を抑制できる。
【0025】
また、請求項7の構成により、軸受摺動面に強力な化学吸着膜を形成することができ、摺動部の潤滑性をより良好として噛りや焼付きを防止できる。
【0026】
また、請求項8の構成により、加水分解を抑制することができ、全酸価を低減して金属石鹸の生成を抑制し、装置の信頼性を向上できる。
【0027】
【実施例】
以下この発明を図に示す実施例に基いて説明する。
【0028】
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、スラッジキャッチャーGを配管接続して構成される。ここで、乾燥器Fは、公知の材料であるモリキュラシーブスから形成され、スラッジキャッチャーGは、活性アルミナの粒をバインダーで粘結して形成される。
【0029】
そして、前記圧縮機Bは以下の構造を有する。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
ローラ10とベーン12とは鉄系材料で形成されている。
【0033】
密閉容器1内の底部には、ペンタエリスリトールと、直鎖構造の又はアルキル基に側鎖のある炭素数8及び9の脂肪酸とを無触媒で反応し製造したヒンダードエステルからなり、流動点が−50℃、二液分離温度が−35℃、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。
【0034】
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クレゾール(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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
R134aは、純度が99.97重量%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)/(充填オイル量+充填冷媒量)]× 106ppm … I
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内の残留酸素量は、サイクル内容積の0.005vol%に調整されている。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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R134aで形成されている。
【0041】
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。
【0042】
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20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。
【0043】
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。
【0044】
請求項1の構成により、本発明のポリオールエステル油18は、冷凍装置Aで使用する全温度帯にてR134aとの相溶性が良好となり、冷媒とオイルの二層分離をなくすことができる。
【0045】
このため、冷凍サイクルA中の−30℃以下の低温領域で常にポリオールエステル油18が134aに溶解した状態で存在し、全体として低粘度になるため、圧縮機Bへの油戻りが良好となる。従って、圧縮機Bの油面低下はなくなり、軸受摺動部8,13,14への給油を確保でき、噛りや焼付きを防止できる。
【0046】
しかも、本発明のポリオールエステル油18は、油自身が保有するエステル結合が主に圧縮機Bの軸8、軸受13,14の鉄系摺動部表面に分子配向して潤滑性を高める作用と、冷媒(134a)に溶けやすい作用とにより、実粘度を下げることができ、機械損失を低減して圧縮機Bの成績係数を向上できる。
【0047】
加えて、冷凍サイクルAの高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーG(活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成される)を設けたので、冷凍サイクルA中に生成したスラッジやエステル油18の加水分解により生じた脂肪酸をこのスラッジキャッチャーGにて吸着して金属石鹸の生成を未然に防ぐことができる。
【0048】
また、請求項2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、ポリオールエステル油18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。
【0049】
また、請求項3の構成により、冷凍装置の運転初期において、オイル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での潤滑特性を確保できる。
【0050】
また、請求項4の構成により、ポリオールエステル油18の酸化劣化、重合によるスラッジ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。
【0051】
また、請求項5の構成により、このポリオールエステル油18は、グリコール油等に比べて酸化劣化安定性を向上でき、圧縮機Bの性能、信頼性を向上できる。
【0052】
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。
【0053】
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0.01以下となり、良好な結果が得られた。
【0054】
また、請求項6の構成により、軸受摺動面8,10,13,14となる銅表面に吸着し、その触媒作用を抑制することができ、加水分解を抑制できる。
【0055】
また、請求項7の構成により、軸受摺動面8,10,13,14に強力な化学吸着膜を形成することができ、摺動部8,10,13,14の潤滑性をより良好として噛りや焼付きを防止できる。
【0056】
また、請求項8の構成により、加水分解を抑制することができ、全酸価を低減して金属石鹸の生成を抑制し、装置の信頼性を向上できる。
【0057】
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。
【0058】
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,TCP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Yを使用し、冷凍サイクルAにスラッジキャッチャーGを設けた試料IVが最良の結果を示した。即ち、添加剤として高価なエポキシまで添加したり、装置の製造基準を厳しく制限した基準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)を採用するまでもなく、スラッジキャッチャーGを設けるだけでも十分なコンタミ量の低減を図ることができた。
【0059】
尚、図2中、試料I〜Vの内容は以下の通りである。
【0060】
【表1】
【0061】
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。
【0062】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ポリオールエステル油に特定の原料を使用し冷凍サイクルの高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーを設けることにより、エステル油の加水分解により生じた脂肪酸や冷凍サイクル中に生成したスラッジをこのスラッジキャッチャーにて吸着することができ、金属石鹸の生成を未然に防止して冷凍サイクルに悪影響を与えるのを防ぐことができる。
【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
G スラッジキャッチャー
1 密閉容器
3 回転圧縮要素
10 ローラ
12 ベーン
18 オイル
【産業上の利用分野】
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(HFC,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R134a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R134a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】
そこで、本発明者らはポリオールエステル油に特定の原料を使用し、特定の物性範囲で使用したり、特殊な添加剤を加えたり、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、更には、冷凍サイクル中にスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーを設けることにより、上記の問題を解決できることを見いだした。
【0007】
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R134a)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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項1記載の如く、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であって、ポリオールエステル油は、3価以上のポリオールと、直鎖構造の脂肪酸又はアルキル基に側鎖のある脂肪酸を無触媒で重合したもので、流動点が−40℃以下、二液分離温度が−20℃以下、全酸価が0.02mgKOH/g以下で、粘度が40℃で8〜100cst、粘度指数が80以上のものとすると共に、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を配管接続して構成される冷凍サイクルの高圧側に、サイクル中の金属石鹸、高分子スラッジ及びエステル油の加水分解により生じた脂肪酸を捕獲する、活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成されるスラッジキャッチャーを設けたものである。
【0009】
また、請求項2記載の如く、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であって、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以下である請求項1記載の冷凍装置とした。
【0010】
また、請求項3記載の如く、冷凍サイクル内の平衡水分(下式Iで示す)が運転初期状態において200ppm以下である請求項1記載の冷凍装置とした。
[(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 … I
また、請求項4記載の如く、冷凍サイクル内の残留酸素量は、冷凍サイクル内容積の0.01vol%以下にされている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0011】
また、請求項5記載の如く、ポリオールエステル油には、添加剤として2,6ジターシャリブチルパラプレゾール(DBPC)等のフェノール系酸化防止剤が0.1〜0.5wt%添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0012】
また、請求項6記載の如く、ポリオールエステル油には、20ppm以下のベンゾトリアゾール(BTA)等の銅不活性化剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0013】
また、請求項7記載の如く、ポリオールエステル油には、2wt%以下のトリクレジルフォスフェート(TCP)等の極圧添加剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0014】
更に、請求項8記載の如く、ポリオールエステル油には、0.1〜0.5wt%のエポキシ系添加剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0015】
【作用】
この発明は上記のように構成したことにより、以下の作用を奏する。
【0016】
請求項1の構成により、本発明のポリオールエステル油は、冷凍装置で使用する全温度帯にて弗化炭化水素系冷媒との相溶性が良好となり、冷媒とオイルの二層分離をなくすことができる。
【0017】
このため、冷凍サイクル中の−30℃以下の低温領域で常にポリオールエステル油が弗化炭化水素系冷媒(例えば134a)に溶解した状態で存在し、全体として低粘度になるため、圧縮機への油戻りが良好となる。従って、圧縮機の油面低下はなくなり、軸受摺動部への給油を確保でき、噛りや焼付きを防止できる。
【0018】
しかも、本発明のポリオールエステル油は、油自身の保有するエステル結合が主に圧縮機の軸、軸受の鉄系摺動部表面に分子配向して潤滑性を高める作用と、冷媒(134a)に溶けやすい作用とにより、実粘度を下げることができ、機械損失を低減して圧縮機の成績係数を向上できる。
【0019】
加えて、冷凍サイクルの高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャー(例えば、活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成される)を設けたので、冷凍サイクル中に生成したスラッジやエステル油の加水分解により生じた脂肪酸をこのスラッジキャッチャーにて吸着して金属石鹸の生成を未然に防ぐことができる。
【0020】
また、請求項2の構成により、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。
【0021】
また、請求項3の構成により、冷凍装置の運転初期において、オイル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での潤滑特性を確保できる。
【0022】
また、請求項4の構成により、ポリオールエステル油の酸化劣化、重合によるスラッジ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。
【0023】
また、請求項5の構成により、このポリオールエステル油は、グリコール油等に比べて酸化劣化安定性を向上でき、圧縮機の性能、信頼性を向上できる。
【0024】
また、請求項6の構成により、軸受摺動面となる銅表面に吸着し、その触媒作用を抑制することができ、加水分解を抑制できる。
【0025】
また、請求項7の構成により、軸受摺動面に強力な化学吸着膜を形成することができ、摺動部の潤滑性をより良好として噛りや焼付きを防止できる。
【0026】
また、請求項8の構成により、加水分解を抑制することができ、全酸価を低減して金属石鹸の生成を抑制し、装置の信頼性を向上できる。
【0027】
【実施例】
以下この発明を図に示す実施例に基いて説明する。
【0028】
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、スラッジキャッチャーGを配管接続して構成される。ここで、乾燥器Fは、公知の材料であるモリキュラシーブスから形成され、スラッジキャッチャーGは、活性アルミナの粒をバインダーで粘結して形成される。
【0029】
そして、前記圧縮機Bは以下の構造を有する。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
ローラ10とベーン12とは鉄系材料で形成されている。
【0033】
密閉容器1内の底部には、ペンタエリスリトールと、直鎖構造の又はアルキル基に側鎖のある炭素数8及び9の脂肪酸とを無触媒で反応し製造したヒンダードエステルからなり、流動点が−50℃、二液分離温度が−35℃、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。
【0034】
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クレゾール(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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
R134aは、純度が99.97重量%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)/(充填オイル量+充填冷媒量)]× 106ppm … I
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内の残留酸素量は、サイクル内容積の0.005vol%に調整されている。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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R134aで形成されている。
【0041】
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。
【0042】
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20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。
【0043】
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。
【0044】
請求項1の構成により、本発明のポリオールエステル油18は、冷凍装置Aで使用する全温度帯にてR134aとの相溶性が良好となり、冷媒とオイルの二層分離をなくすことができる。
【0045】
このため、冷凍サイクルA中の−30℃以下の低温領域で常にポリオールエステル油18が134aに溶解した状態で存在し、全体として低粘度になるため、圧縮機Bへの油戻りが良好となる。従って、圧縮機Bの油面低下はなくなり、軸受摺動部8,13,14への給油を確保でき、噛りや焼付きを防止できる。
【0046】
しかも、本発明のポリオールエステル油18は、油自身が保有するエステル結合が主に圧縮機Bの軸8、軸受13,14の鉄系摺動部表面に分子配向して潤滑性を高める作用と、冷媒(134a)に溶けやすい作用とにより、実粘度を下げることができ、機械損失を低減して圧縮機Bの成績係数を向上できる。
【0047】
加えて、冷凍サイクルAの高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーG(活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成される)を設けたので、冷凍サイクルA中に生成したスラッジやエステル油18の加水分解により生じた脂肪酸をこのスラッジキャッチャーGにて吸着して金属石鹸の生成を未然に防ぐことができる。
【0048】
また、請求項2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、ポリオールエステル油18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。
【0049】
また、請求項3の構成により、冷凍装置の運転初期において、オイル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での潤滑特性を確保できる。
【0050】
また、請求項4の構成により、ポリオールエステル油18の酸化劣化、重合によるスラッジ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。
【0051】
また、請求項5の構成により、このポリオールエステル油18は、グリコール油等に比べて酸化劣化安定性を向上でき、圧縮機Bの性能、信頼性を向上できる。
【0052】
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。
【0053】
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0.01以下となり、良好な結果が得られた。
【0054】
また、請求項6の構成により、軸受摺動面8,10,13,14となる銅表面に吸着し、その触媒作用を抑制することができ、加水分解を抑制できる。
【0055】
また、請求項7の構成により、軸受摺動面8,10,13,14に強力な化学吸着膜を形成することができ、摺動部8,10,13,14の潤滑性をより良好として噛りや焼付きを防止できる。
【0056】
また、請求項8の構成により、加水分解を抑制することができ、全酸価を低減して金属石鹸の生成を抑制し、装置の信頼性を向上できる。
【0057】
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。
【0058】
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,TCP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Yを使用し、冷凍サイクルAにスラッジキャッチャーGを設けた試料IVが最良の結果を示した。即ち、添加剤として高価なエポキシまで添加したり、装置の製造基準を厳しく制限した基準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)を採用するまでもなく、スラッジキャッチャーGを設けるだけでも十分なコンタミ量の低減を図ることができた。
【0059】
尚、図2中、試料I〜Vの内容は以下の通りである。
【0060】
【表1】
【0061】
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。
【0062】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ポリオールエステル油に特定の原料を使用し冷凍サイクルの高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーを設けることにより、エステル油の加水分解により生じた脂肪酸や冷凍サイクル中に生成したスラッジをこのスラッジキャッチャーにて吸着することができ、金属石鹸の生成を未然に防止して冷凍サイクルに悪影響を与えるのを防ぐことができる。
【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
G スラッジキャッチャー
1 密閉容器
3 回転圧縮要素
10 ローラ
12 ベーン
18 オイル
Claims (8)
- 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であって、 ポリオールエステル油は、3価以上のポリオールと、直鎖構造の脂肪酸又はアルキル基に側鎖のある脂肪酸を無触媒で重合したもので、流動点が−40℃以下、二液分離温度が−20℃以下、全酸価が0.02mgKOH/g以下で、粘度が40℃で8〜100cst、粘度指数が80以上のものであり、前記冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を配管接続して構成され、この冷凍サイクルの高圧側には金属石鹸、高分子スラッジ及びエステル油の加水分解により生じた脂肪酸を捕獲する、活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成されるスラッジキャッチャーが設けられていることを特徴とする冷凍装置。
- 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であって、弗化炭化水素系冷媒は、純度が99.95重量%以上で、塩素系冷媒の混入が80ppm以下であることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- 冷凍サイクル内の平衡水分(下式Iで示す)が運転初期状態において200ppm以下であることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
[(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 … I - 冷凍サイクル内の残留酸素量は、冷凍サイクル内容積の0.01vol%以下にされていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- ポリオールエステル油には、添加剤としてフェノール系酸化防止剤が0.1〜0.5重量%添加されていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- ポリオールエステル油には、20ppm以下の銅不活性化剤が添加されていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- ポリオールエステル油には、2重量%以下の極圧添加剤が添加されていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- ポリオールエステル油には、0.1〜0.5重量%のエポキシ系添加剤が添加されていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
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