JP5339788B2 - Compressor and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒とともに使用される冷凍機油、これを使用した圧縮機、及びこの圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置に関するものであり、特に分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration oil used together with a refrigerant circulating in a refrigeration cycle, a compressor using the same, and a refrigeration cycle apparatus equipped with the compressor, and in particular, a refrigerant having a double bond in a molecular structure. The present invention relates to a refrigeration oil, a compressor, and a refrigeration cycle device used together.
従来、空気調和装置や冷凍装置、ヒートポンプシステム等の冷凍サイクル装置に使用する冷媒には、オゾン層保護の観点から、塩素を含む冷凍空調機用冷媒、たとえばCFC−12やHCFC22等が用いられなくなってきており、そのような冷媒に代替して主に炭素、水素及びフッ素のみで構成されるHFC(ハイドロフルオロカーボン)系冷媒(たとえば、HFC134aや、R410A、R407C等)が用いられるようになっていた。しかしながら、近年の地球環境問題に対するさらなる関心の高まりから地球温暖化係数の大きなHFC系冷媒の使用も避けられつつあり、HFC系冷媒から地球温暖化係数の小さな冷媒への代替化が検討されている。 Conventionally, refrigerants used in refrigeration cycle apparatuses such as air conditioners, refrigeration apparatuses, heat pump systems, etc., do not use refrigerants for refrigeration air conditioners containing chlorine, such as CFC-12 and HCFC22, from the viewpoint of ozone layer protection. Instead of such refrigerants, HFC (hydrofluorocarbon) refrigerants (for example, HFC134a, R410A, R407C, etc.) mainly composed of carbon, hydrogen and fluorine have come to be used. . However, the use of HFC refrigerants with a large global warming potential is being avoided due to further increasing interest in global environmental problems in recent years, and the replacement of HFC refrigerants with refrigerants with a low global warming potential is being investigated. .
そのようなものとして、ハイドロフルオロオレフィン(フルオロアルケンとも称される)が、代替冷媒の有力候補となっている(たとえば、特許文献1参照)。このハイドロフルオロオレフィンは、従来のHFC系冷媒と比較して化学的安定性が低いことから地球温暖化係数が小さいという特性を有している。HFC系冷媒の1つであるR410Aの地球温暖化係数は、二酸化炭素の地球温暖化係数と比較して2000倍程度であるのに対し、ハイドロフルオロオレフィンの地球温暖化係数は、二酸化炭素の地球温暖化係数と比較して4倍程度である。また、ハイドロフルオロオレフィンは、圧力も従来のHFC134a冷媒並みであるという特性も有している。なお、地球温暖化係数とは、二酸化炭素の温室効果を基準にした温室効果の度合いを示す値である。 As such, hydrofluoroolefins (also referred to as fluoroalkenes) have become promising candidates for alternative refrigerants (see, for example, Patent Document 1). This hydrofluoroolefin has a characteristic that the global warming potential is small because of its low chemical stability compared to conventional HFC refrigerants. The global warming potential of R410A, one of the HFC refrigerants, is about 2000 times the global warming potential of carbon dioxide, whereas the global warming potential of hydrofluoroolefins is It is about 4 times the global warming potential. Hydrofluoroolefin also has a characteristic that its pressure is comparable to that of the conventional HFC134a refrigerant. The global warming potential is a value indicating the degree of the greenhouse effect based on the greenhouse effect of carbon dioxide.
一般的に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルを有する構成となっている。この冷凍サイクル内に冷媒及び冷凍機油を封入し、循環させることで、冷凍サイクル装置が運転される。その場合、圧縮機内部の摺動部において、メタルコンタクト(金属接触)が発生することが多い。したがって、圧縮機内部の摺動部に、摩擦係数を低減するのに十分な量の冷凍機油を供給する必要がある。そうしないと、圧縮機内部の摺動部に摩耗や焼付が生じ、圧縮機が故障することになるからである。 In general, a refrigeration cycle apparatus has a refrigeration cycle in which a compressor, a condenser, a throttling device, and an evaporator are sequentially connected by refrigerant piping. The refrigeration cycle apparatus is operated by enclosing and circulating refrigerant and refrigeration oil in the refrigeration cycle. In that case, a metal contact (metal contact) often occurs at the sliding portion inside the compressor. Therefore, it is necessary to supply a sufficient amount of refrigerating machine oil to the sliding portion inside the compressor to reduce the friction coefficient. Otherwise, the sliding portion inside the compressor will be worn and seized, and the compressor will fail.
このような冷凍機油を用いた例としては、「冷凍サイクルに用いられ、密閉容器内に潤滑油となる冷凍機油を貯溜して、少なくとも冷媒ガスを圧縮する圧縮機であって、前記冷凍機油を、臨界温度40℃以上で、粘度が40℃のとき2〜70cSt、100℃のとき1〜9cStであり、分子中にエステル結合(−O−CO−)を少なくとも2ヶ所保有する脂肪酸のエステル油を基油とした冷凍機油で構成して成る」圧縮機が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の技術では、HFCを主成分とする冷媒に、粘度が40℃のとき2〜70cSt、100℃のとき1〜9cStであり、体積抵抗率が1013Ωcm以上で、分子構造中にエステル結合を少なくとも2ヶ所保有する脂肪酸のエステル油を基油とし、油中に含まれる水分量を500ppm以下に抑制している。 As an example using such refrigeration oil, “a compressor that is used in a refrigeration cycle and that stores refrigeration oil used as a lubricating oil in an airtight container and compresses at least refrigerant gas, A fatty acid ester oil having a critical temperature of 40 ° C. or higher, a viscosity of 2 to 70 cSt when the viscosity is 40 ° C., 1 to 9 cSt when the viscosity is 100 ° C., and having at least two ester bonds (—O—CO—) in the molecule Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the technique described in Patent Document 1, a refrigerant mainly composed of HFC has a viscosity of 2 to 70 cSt when the viscosity is 40 ° C., 1 to 9 cSt when the viscosity is 100 ° C., a volume resistivity of 10 13 Ωcm or more, and a molecular A fatty acid ester oil having at least two ester bonds in the structure is used as a base oil, and the amount of water contained in the oil is suppressed to 500 ppm or less.
また、「冷媒としてHFC134aを使用する冷媒圧縮機において、該圧縮機の部品に塗布する油または圧縮機組立時に使用する油として冷媒と油が二相分離状態となり相互溶解性のない油を用いた」冷媒圧縮機が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。この特許文献2に記載の技術では、HFCを主成分とする冷媒と相互溶解性(以下、相溶性と称する)を有することなく、その粘度が200cSt以下で、その比重が冷媒よりも軽いアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油に適用するようにしている。
In addition, “in the refrigerant compressor using HFC134a as the refrigerant, the oil applied to the components of the compressor or the oil used at the time of assembling the compressor is an oil that is in a two-phase separated state and has no mutual solubility. A refrigerant compressor has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In the technique described in
特許文献1に記載の技術のように、エステル油を圧縮機の冷凍機油として適用しても、化学的に極めて良好な安定性を有する冷媒、つまり分子構造中に二重結合をしていない冷媒(たとえば、HFC134aやR410A(HFC32/HFC125=50%/50%)等の従来のHFC系冷媒)を使用するものに対しては、油中の水分量を抑制することによって良好な潤滑性能を確保することができていた。また、特許文献2に記載の技術では、HFC系冷媒に対して相溶性を有しないアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油として適用しているため、HFC系冷媒と溶解性を有するエステル油等の冷凍機油を適用する場合よりも低い粘度の冷凍機油を使用することができていた。
Even if ester oil is applied as a refrigeration oil for a compressor as in the technique described in Patent Document 1, a refrigerant having extremely good chemical stability, that is, a refrigerant having no double bond in the molecular structure. (For example, conventional HFC refrigerants such as HFC134a and R410A (HFC32 / HFC125 = 50% / 50%)) ensure good lubrication performance by suppressing the amount of water in the oil. Was able to. Further, in the technique described in
しかしながら、特許文献1に記載の技術のように、冷凍機油にエステル油を圧縮機に適用した場合には、特に冬季のような外気温が低い条件の下での冷凍サイクル装置の起動時において、圧縮機の内部に多量の液冷媒が流入することによって、エステル油が粘度低下を起こすことになってしまう。そうすると、圧縮機内部の軸受部(たとえば、上軸受や下軸受等)では油膜を形成することができずに焼付きが発生しやすくなり、圧縮機内部の摺動部(たとえば、ローリングピストンの外周面とベーンの先端部との間の接触部等)では摩耗量が増加しやすくなり、圧縮機が故障する可能性が高くなるという課題があった。 However, as in the technique described in Patent Document 1, when ester oil is applied to the compressor oil in the compressor, particularly at the start of the refrigeration cycle apparatus under conditions where the outside air temperature is low, such as in winter, When a large amount of liquid refrigerant flows into the compressor, the ester oil will cause a decrease in viscosity. If it does so, an oil film cannot be formed in the bearing part (for example, an upper bearing, a lower bearing, etc.) inside a compressor, and it will become easy to generate | occur | produce seizure, and the sliding part (for example, the outer periphery of a rolling piston) There is a problem that the amount of wear tends to increase at the contact portion between the surface and the tip of the vane, and the compressor is likely to break down.
また、特許文献2に記載の技術のように、HFC系冷媒に対して相溶性を有しないアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油として圧縮機に適用すると、圧縮機の内部に多量の液冷媒が存在する条件下で冷凍サイクル装置を起動した場合に、仮にすべり軸受で焼付きが発生せず、ベーン先端部の摩耗量が圧縮機の性能低下に繋がるほど多量にならなかったとしても、冷媒と冷凍機油との相溶性が低いために、冷凍サイクルに流出した冷凍機油が圧縮機に戻りにくくなるという課題があった。つまり、冷媒と冷凍機油との相溶性の問題を考慮しなければならないのである。
Further, as in the technique described in
さらに、分子構造の中に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィン(HFO)の1つである2、3、3、3−テトラフルオロプロペン等の冷媒を適用した圧縮機では、化学的に安定性を有している冷媒を適用する際には必要のなかった問題を考慮しなければならない。すなわち、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンは、圧縮機内部の摺動部の摩擦熱によって分解されるという化学的性質を有しているため、この点を考慮しなければ、圧縮機が故障しなかったとしても、冷凍サイクル装置の性能が低下することになってしまうのである。 Furthermore, in a compressor to which a refrigerant such as 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropene, which is one of hydrofluoroolefins (HFO) having a double bond in the molecular structure, is chemically stable. Problems that were not necessary when applying the existing refrigerant must be considered. That is, since 2,3,3,3-tetrafluoropropene has a chemical property that it is decomposed by frictional heat of the sliding portion inside the compressor, if this point is not taken into consideration, the compressor Even if they do not fail, the performance of the refrigeration cycle apparatus will be reduced.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば2、3、3、3−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用するものにおいて、その冷媒とともに循環させる冷凍機油に油性剤を加えることによって、冷媒を化学的に安定させるようにした冷凍機油、この冷凍機油を適用することで信頼性を向上させた圧縮機、及び、この圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and a refrigerant having a double bond in a molecular structure, for example, 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropene is used as a refrigerant. Equipped with a refrigerating machine oil that has been chemically stabilized by adding an oily agent to the refrigerating machine oil that is circulated together, a compressor whose reliability has been improved by applying this refrigerating machine oil, and this compressor An object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus.
本発明に係る圧縮機は、分子構造中に二重結合を有する冷媒と、前記冷媒と共に使用され、油性剤を有する冷凍機油と、前記冷媒を圧縮する圧縮機構部とを備え、前記冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンであり、前記油性剤は、前記ハイドロフルオロオレフィンよりも高い極性で、分子構造中の炭素原子の数が10〜25である1価のOH基を有するアルコールであり、前記冷凍機油は、40℃において32cSt以下の動粘度を有するアルキルベンゼンを主成分としていることを特徴とする。さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の圧縮機を搭載することを特徴とする。 The compressor according to the present invention includes a refrigerant having a double bond in a molecular structure , a refrigerating machine oil that is used together with the refrigerant and has an oily agent, and a compression mechanism unit that compresses the refrigerant. It is a hydrofluoroolefin, and the oily agent is an alcohol having a monovalent OH group having a higher polarity than the hydrofluoroolefin and having 10 to 25 carbon atoms in the molecular structure, and the refrigerating machine oil is The main component is alkylbenzene having a kinematic viscosity of 32 cSt or less at 40 ° C. Furthermore, a refrigeration cycle apparatus according to the present invention is equipped with the above-described compressor.
本発明に係る冷凍機油によれば、分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用され、この冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加することによって構成されているので、油性剤を冷媒よりも早く金属材料へ吸着させることができ、金属材料同士の直接接触を防止することができる。したがって、油性剤が吸着した部分における摩擦係数の低下を図ることができ、摩擦熱の発生を防止することができる。つまり、摩擦熱の発生を防止できることにより、冷媒の分解を抑制でき、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になる。 According to the refrigerating machine oil according to the present invention, it is used together with a refrigerant having a double bond in the molecular structure, and is constituted by adding an oily agent having a higher polarity than this refrigerant. It can be adsorbed to the metal material as soon as possible, and direct contact between the metal materials can be prevented. Accordingly, it is possible to reduce the friction coefficient in the portion where the oily agent is adsorbed, and to prevent the generation of frictional heat. That is, the generation of frictional heat can be prevented, so that the decomposition of the refrigerant can be suppressed and the refrigerant capacity can be maintained for a long period of time.
また、本発明に係る圧縮機によれば、上記の冷凍機油を使用するので、特に圧縮機内部の摺動部等における摩擦熱の発生を防止することができ、圧縮機内部での冷媒の分解を抑制でき、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になる。 Further, according to the compressor according to the present invention, since the above refrigerating machine oil is used, it is possible to prevent the generation of frictional heat, particularly in the sliding portion inside the compressor, and to decompose the refrigerant inside the compressor. The refrigerant capacity can be maintained for a long time.
さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の圧縮機を搭載するので、圧縮機内部で発生する摩擦熱により冷媒が分解されることがなく、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になり、冷凍サイクル装置の性能低下を低減できる。 Furthermore, according to the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, since the above-described compressor is mounted, the refrigerant is not decomposed by frictional heat generated inside the compressor, and the refrigerant capacity is maintained for a long period of time. It is possible to reduce the performance degradation of the refrigeration cycle apparatus.
また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の潤滑油組成物を循環させているので、冷媒の化学的性質が安定し、冷凍サイクル内に発生するスラッジを低減でき、信頼性の向上を図ることができる。 Further, according to the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, since the lubricating oil composition is circulated, the chemical properties of the refrigerant are stabilized, sludge generated in the refrigeration cycle can be reduced, and reliability is improved. Can be achieved.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1では、二重結合を有する冷媒、たとえばハイドロフルオロオレフィン(HFO)のうちの1種類である2、3、3、3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)の化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。2、3、3、3−テトラフルオロプロペンは、その構造式がCF3CF=CH2で表され、分子構造中に二重結合を有している。つまり、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、たとえばロータリ圧縮機に適用すると、油膜が形成されにくい摺動部等での摩擦熱によって分解されやすい。
Embodiments of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
In Embodiment 1 of the present invention, the chemical properties of a refrigerant having a double bond, such as 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234yf), which is one kind of hydrofluoroolefin (HFO), are used. The stabilization of the chemical properties will be described. The structural formula of 2,3,3,3-tetrafluoropropene is represented by CF 3 CF═CH 2 and has a double bond in the molecular structure. In other words, 2,3,3,3-tetrafluoropropene has a double bond in its molecular structure, so when applied to, for example, a rotary compressor, it decomposes by frictional heat at a sliding portion where an oil film is difficult to form. Easy to be.
そこで、この実施の形態1では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているアルコールを油性剤として冷凍機油に添加している。吸着性に優れているとは、メタルコンタクトが発生しやすい、たとえば圧縮機内部の摺動部のような箇所において、冷媒が金属表面に吸着するよりも早く、油性剤が金属表面に吸着することができるということである。このアルコールは、その分子構造中の炭素原子の数を10〜25とし、概ね直鎖型の構造で1価のOH基を有することが望ましい。アルコールの代表的な分子構造は、[CH3 −(CH2 )n1 −OH]で表される。 Therefore, in the first embodiment, alcohol having higher polarity than the refrigerant and excellent in adsorptivity is added to the refrigerating machine oil as an oily agent. Excellent adsorbability means that metal contacts are likely to occur. For example, in places such as sliding parts inside the compressor, the oil agent adsorbs to the metal surface faster than the refrigerant adsorbs to the metal surface. Is that you can. The alcohol preferably has 10 to 25 carbon atoms in its molecular structure, and has a linear structure and a monovalent OH group. A typical molecular structure of alcohol is represented by [CH 3 — (CH 2 ) n 1 —OH].
したがって、このようなアルコールを油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。 Therefore, by adding such alcohol as an oleaginous agent to refrigeration machine oil, this oleaginous agent adheres, for example, to the sliding part of a rotary compressor faster than the refrigerant adheres. It is possible to prevent direct contact between the metal materials at the chained portion. Moreover, since a metal contact can be prevented, a friction coefficient can be reduced. That is, since generation | occurrence | production of frictional heat can be suppressed, decomposition | disassembly of the refrigerant | coolant by frictional heat can be prevented effectively, and the chemical property of a refrigerant | coolant can be stabilized.
アルコールの分子構造中の炭素原子数が10以下では、直鎖状の部分が短くなるために、油性剤としての効果を十分に得ることができない。また、アルコールの分子構造中の炭素原子の数が26以上では、アルコールが固化してしまうことが懸念される。したがって、アルコールを構成する炭素原子の数は、10〜25とすることが望ましい。また、[(CH3 )2 −CH−(CH2 )n2 −OH]や[(CH3 CH2 )2 −CH−(CH2 )n3 −OH]等のように端部に分岐を有するアルコール、あるいは[CH3 −(CH2 )n4 −CHCH3 −(CH2 )n5 −OH]等のように一部に分岐が存在するアルコールであっても、ほぼ同等の効果を得ることができる。なお、それぞれの分子構造において炭素原子の総数が10〜25となるようにn1 からn5 が決定される。 When the number of carbon atoms in the molecular structure of the alcohol is 10 or less, the linear portion is shortened, so that the effect as an oily agent cannot be sufficiently obtained. Further, if the number of carbon atoms in the molecular structure of the alcohol is 26 or more, there is a concern that the alcohol is solidified. Therefore, the number of carbon atoms constituting the alcohol is preferably 10-25. Further, branching is made at the ends such as [(CH 3 ) 2 —CH— (CH 2 ) n 2 —OH] and [(CH 3 CH 2 ) 2 —CH— (CH 2 ) n 3 —OH]. Almost the same effect can be obtained even if the alcohol has a partial branch such as [CH 3 — (CH 2 ) n 4 —CHCH 3 — (CH 2 ) n 5 —OH]. be able to. Note that n 1 to n 5 are determined so that the total number of carbon atoms is 10 to 25 in each molecular structure.
冷凍機油には、その主成分としてアルキルベンゼンを適用することが望ましい。それは、アルキルベンゼンの体積低効率が1015〜1016Ωcmであるため、圧縮機における電気絶縁性を確保することができるからである。HFC134aやR410A冷媒等のHFC系冷媒の下でアルキルベンゼンを冷凍機油に適用するための技術は、既に実用化されている。このHFC系冷媒のアルキルベンゼンに対する溶解量は、2重量%以下である。一方、テトラフルオロプロペンのように分子構造中に二重結合を有する冷媒のアルキルベンゼンに対する溶解量は、HFC系冷媒よりも多くなる。 It is desirable to apply alkylbenzene as the main component of refrigerating machine oil. This is because the volume low efficiency of alkylbenzene is 10 15 to 10 16 Ωcm, so that electrical insulation in the compressor can be ensured. Techniques for applying alkylbenzene to refrigeration oil under HFC refrigerants such as HFC134a and R410A refrigerants have already been put into practical use. The amount of the HFC-based refrigerant dissolved in alkylbenzene is 2% by weight or less. On the other hand, the amount of the refrigerant having a double bond in the molecular structure, such as tetrafluoropropene, dissolved in alkylbenzene is larger than that of the HFC refrigerant.
したがって、圧縮機への油戻り性は、二重結合を有する冷媒において優れていることになる。つまり、HFC系冷媒は、アルキルベンゼンとの相溶性が低く、圧縮機への油戻り性が悪いという問題があったが、二重結合を有する冷媒は、HFC系冷媒よりも相溶性が高く、圧縮機への油戻り性が改善できるのである。そのため、圧縮機の内部に冷凍機油を確保しやすくなり、圧縮機内部の摺動部における焼付きや摩耗の抑制効果を向上できる。また、アルキルベンゼンを適用することにより、圧縮機の内部に液冷媒が貯留するような冬季の圧縮機の起動時においても、摺動部の焼付きや摩耗を防止することができ、圧縮機のすべての運転条件において高い油膜形成能力を確保できることになる。 Therefore, the oil return property to the compressor is excellent in the refrigerant having a double bond. In other words, the HFC refrigerant has a problem that the compatibility with the alkylbenzene is low and the oil return property to the compressor is poor, but the refrigerant having a double bond has a higher compatibility than the HFC refrigerant and is compressed. The oil return to the machine can be improved. Therefore, it becomes easy to secure refrigerating machine oil inside the compressor, and the effect of suppressing seizure and wear at the sliding portion inside the compressor can be improved. In addition, by applying alkylbenzene, seizure and wear of sliding parts can be prevented even when starting a compressor in winter when liquid refrigerant is stored inside the compressor. A high oil film forming ability can be secured under the operating conditions.
また、HFC系冷媒の下で動粘度が40℃において10〜22cStのアルキルベンゼンが既に実用化されている。上述したように、テトラフルオロプロペンのような二重結合を有する冷媒のアルキルベンゼンへの溶解量は、HFC系冷媒よりも多くなる。すなわち、テトラフルオロプロペンのような二重結合を有する冷媒の下では、40℃における動粘度が概ね32cSt以下のアルキルベンゼンを適用すれば、HFC系冷媒を使用した場合と同等の効果を確保することができるのである。 Alkylbenzene having a kinematic viscosity of 10 to 22 cSt at 40 ° C. under an HFC refrigerant has already been put into practical use. As described above, the amount of the refrigerant having a double bond such as tetrafluoropropene dissolved in alkylbenzene is larger than that of the HFC refrigerant. That is, under a refrigerant having a double bond such as tetrafluoropropene, if an alkylbenzene having a kinematic viscosity at 40 ° C. of approximately 32 cSt or less is applied, the same effect as that obtained when an HFC refrigerant is used can be secured. It can be done.
実施の形態2.
本発明の実施の形態2でも、3、3、3−テトラフルオロプロペンの化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。上述したように、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、熱が加わることよって分解されやすいという性質を有している。そこで、実施の形態1では、冷媒よりも極性の高いアルコールを油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明したが、この実施の形態2では、冷媒よりも極性の高いエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明する。
In the second embodiment of the present invention, the chemical properties of 3,3,3-tetrafluoropropene and the stabilization of the chemical properties will be described. As described above, 2,3,3,3-tetrafluoropropene has a double bond in its molecular structure, and therefore has the property of being easily decomposed by the application of heat. Therefore, in the first embodiment, the case where the chemical property of the refrigerant is stabilized by adding alcohol having a polarity higher than that of the refrigerant to the refrigerating machine oil as an oily agent has been described as an example. An example will be described in which the chemical properties of the refrigerant are stabilized by adding ester oil having a higher polarity to the refrigerating machine oil as an oily agent.
この実施の形態2では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているエステル油を油性剤として冷凍機油に添加している。このエステル油は、その分子構造中の炭素原子の数を10〜40とすることが望ましい。また、エステル油は、アルコールと脂肪酸とがエステル結合することで形成されており、このエステル油を形成するアルコール及び脂肪酸の炭素原子の数をそれぞれ5〜20とすることが望ましい。エステル油の代表的な分子構造は、[CH3−(CH2)n6 −COO−(CH2)n7−CH3 ]で表される。この分子構造は、エステル油が直鎖状であることを示しているが、分子構造中に分岐構造を有するエステル油であっても同様の効果を得ることができる。 In the second embodiment, ester oil having higher polarity than the refrigerant and excellent in adsorptivity is added to the refrigerating machine oil as an oily agent. This ester oil desirably has 10 to 40 carbon atoms in its molecular structure. Further, the ester oil is formed by an ester bond between an alcohol and a fatty acid, and it is desirable that the number of carbon atoms of the alcohol and the fatty acid forming the ester oil is 5 to 20, respectively. A typical molecular structure of an ester oil is represented by [CH 3 — (CH 2 ) n 6 —COO— (CH 2 ) n 7 —CH 3 ]. This molecular structure indicates that the ester oil is linear, but the same effect can be obtained even with an ester oil having a branched structure in the molecular structure.
したがって、このようなエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。 Therefore, by adding such ester oil to the refrigerating machine oil as an oily agent, this oily agent will adhere to the sliding portion of the rotary compressor, for example, faster than the refrigerant adheres. It is possible to prevent direct contact between the metal materials in the straight portion. Moreover, since a metal contact can be prevented, a friction coefficient can be reduced. That is, since generation | occurrence | production of frictional heat can be suppressed, decomposition | disassembly of the refrigerant | coolant by frictional heat can be prevented effectively, and the chemical property of a refrigerant | coolant can be stabilized.
また、冷凍機油には、実施の形態1と同様に、その主成分として40℃における動粘度が概ね32cSt以下のアルキルベンゼンを適用することが望ましい。なお、上述したように、エステル油の分子構造は、代表的な分子構造式で示すような直鎖状であることが望ましいが、分子構造中の一部が分岐しているようなエステル油であっても、ほぼ同等の効果を得ることができる。また、それぞれの分子構造において炭素原子の総数が10〜40となるようにn6及びn7が決定される。 In addition, as in the first embodiment, it is desirable to apply alkylbenzene having a kinematic viscosity at 40 ° C. of approximately 32 cSt or less as the main component, as in the first embodiment. As described above, the molecular structure of the ester oil is preferably a straight chain as represented by a typical molecular structural formula, but the ester oil is a partly branched ester oil. Even if it exists, the substantially equivalent effect can be acquired. Further, n 6 and n 7 are determined so that the total number of carbon atoms is 10 to 40 in each molecular structure.
実施の形態3.
本発明の実施の形態3でも、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンの化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。上述したように、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、熱が加わることよって分解されやすいという性質を有している。そこで、実施の形態1では、冷媒よりも極性の高いアルコールを油性剤として、実施の形態2では、冷媒よりも極性の高いエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明した。さらに、この実施の形態3では、冷媒よりも極性の高いグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明する。
Embodiment 3.
In Embodiment 3 of the present invention, the chemical properties of 2,3,3,3-tetrafluoropropene and stabilization of the chemical properties will be described. As described above, 2,3,3,3-tetrafluoropropene has a double bond in its molecular structure, and therefore has the property of being easily decomposed by the application of heat. Therefore, in Embodiment 1, alcohol having a polarity higher than that of the refrigerant is used as the oily agent, and in
この実施の形態3では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加している。このグリコール類としては、ポリアルキレングリコール(PAG)、ポリエチレングリコール(PEG)、又は、ポリブチレングリコール(PBG)であることが望ましい。また、PAG、PEG及びPBGの両末端部の構造は、アルキル基であることが望ましいが、別のものであってもよい。なお、PAG、PEG及びPBGは、それぞれを単独で油性剤として冷凍機油に添加してもよく、いずれか2つを油性剤として冷凍機油に添加してもよく、あるいは、それらのすべてを同時に油性剤として冷凍機油に添加してもよい。 In the third embodiment, glycols having higher polarity than the refrigerant and excellent in adsorptivity are added to the refrigerating machine oil as an oily agent. The glycols are preferably polyalkylene glycol (PAG), polyethylene glycol (PEG), or polybutylene glycol (PBG). In addition, the structures of both terminal portions of PAG, PEG and PBG are preferably alkyl groups, but may be different. Each of PAG, PEG and PBG may be added to the refrigerating machine oil alone as an oily agent, or any two may be added to the refrigerating machine oil as an oily agent, or all of them may be oily at the same time. You may add to refrigeration oil as an agent.
したがって、このようなグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。また、冷凍機油には、実施の形態1及び実施の形態2と同様に、その主成分として40℃における動粘度が概ね32cSt以下のアルキルベンゼンを適用することが望ましい。 Therefore, by adding such glycols to the refrigerating machine oil as an oily agent, the oily agent will adhere to the sliding portion of the rotary compressor, for example, faster than the refrigerant adheres, It is possible to prevent direct contact between the metal materials in the straight portion. Moreover, since a metal contact can be prevented, a friction coefficient can be reduced. That is, since generation | occurrence | production of frictional heat can be suppressed, decomposition | disassembly of the refrigerant | coolant by frictional heat can be prevented effectively, and the chemical property of a refrigerant | coolant can be stabilized. In addition, as in the first and second embodiments, it is desirable to apply alkylbenzene having a kinematic viscosity at 40 ° C. of approximately 32 cSt or less as the main component, as in the first and second embodiments.
実施の形態4.
本発明の実施の形態4では、上記の実施の形態で説明した分子構造中に二重結合を有する冷媒の一例であるテトラフルオロプロペンを使用した圧縮機について説明する。
図1は、圧縮機の一例であるロータリ圧縮機50の概略縦断面構成を示す縦断面図である。図2は、図1に示すA−A部における横断面構成を示す横断面図である。図1及び図2に基づいて、テトラフルオロプロペンを冷媒として使用するロータリ圧縮機50の構成及び動作について説明する。このロータリ圧縮機50は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置を構成する冷凍機器の1つとして搭載されるものである。
Embodiment 4 FIG.
In Embodiment 4 of the present invention, a compressor using tetrafluoropropene, which is an example of a refrigerant having a double bond in the molecular structure described in the above embodiment, will be described.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic longitudinal sectional configuration of a
ロータリ圧縮機50は、冷凍サイクルを循環する分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえばテトラフルオロプロペンの1種類である2,3,3,3−テトラフルオロプロペンを吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させる機能を有するものである。このロータリ圧縮機50は、ステータ2及びロータ3によって構成される電動機部51と、この電動機部51によって駆動される圧縮機構部52と、が密閉容器(シェル)1内に収納されて構成されている。
The
圧縮機構部52は、フレーム7と、シリンダヘッド8とによって上下開口部を閉塞されて内部空間を形成するシリンダ6と、上軸受9及び下軸受10に回転自在に支持され、偏心部4aを有するクランク軸4と、クランク軸4の偏心部4aに位置し、シリンダ6の内部空間に回転自在に設置されたローリングピストン5と、シリンダ6の切り欠き部に設置され、その先端部がローリングピストン5の外周面に接触し、シリンダ6内の内部空間を低圧側の吸入室15と高圧側の圧縮室16とに分割し、その背面を高圧に確保された背圧室17の圧力によって押し出されるベーン11と、によって構成される。
The
また、吸入管12が吸入室15に連結され、圧縮室16と密閉容器1内とが連通するように吐出口13がフレーム7に穿設されている。ロータ3は、クランク軸4のシリンダ6と相対する一端に固着され、ステータ2がロータ3を囲繞するように密閉容器1に固着されている。また、クランク軸4の偏心部4aが上軸受9と下軸受10との間に位置するようにクランク軸4の一端側に設けられている。さらに、冷凍機油14が密閉容器1の底部に貯液されている。この冷凍機油14は、40℃における動粘度が概ね32cSt以下のアルキルベンゼンであるものとする。
Further, the
次に、ロータリ圧縮機50の動作について説明する。
電動機部51に通電されると、ロータ3が回転され、ロータ3に固着されているクランク軸4が回転駆動される。このクランク軸4の回転により、クランク軸4の偏心部4aに嵌合されているローリングピストン5がシリンダ6内の内部空間の内部を偏心回転運動する。このとき、ベーン11は、このローリングピストン5の偏心回転運動に伴って、内部空間内への延出量を変化させながら背圧室17の圧力によってローリングピストン5の外周面に接触し、シリンダ6の内部空間を吸入室15と圧縮室16とに区分する。
Next, the operation of the
When the
また、このローリングピストン5の外周面は、ベーン11の先端面と線接触状態を維持しながら、ベーン11の先端面上を摺動する。そして、吸入管12を介して吸入室15に導入された作動流体(冷媒ガス)は、ローリングピストン5の偏心回転運動により圧縮され、圧縮室16の圧力が所定の値まで上昇すると吐出弁18が開き、吐出口13から密閉容器1内に高圧の作動流体が吐出され、吐出パイプ14から外部の冷凍サイクル(実施の形態5参照)に排出される。
Further, the outer peripheral surface of the rolling piston 5 slides on the tip surface of the
ここで、クランク軸4の回転に起因するポンプ作用と密閉容器1内部の差圧効果により、冷凍機油14がクランク軸4内部に形成されている図示省略の給油溝に供給され、すべり軸受(上軸受9及び下軸受10)の潤滑が行なわれる。また、すべり軸受に供給された冷凍機油14の一部がローリングピストン5の両端面からシリンダ6の内部空間に漏洩し、ローリングピストン5の外周面とベーン11の先端部との間の接触部やベーン11とシリンダ6との間の摺動部等の潤滑が行なわれる。
Here, due to the pump action caused by the rotation of the crankshaft 4 and the differential pressure effect inside the sealed container 1, the refrigerating machine oil 14 is supplied to an oil supply groove (not shown) formed inside the crankshaft 4, and slide bearing (upper The bearing 9 and the lower bearing 10) are lubricated. Further, a part of the refrigerating machine oil 14 supplied to the slide bearing leaks from the both end surfaces of the rolling piston 5 into the internal space of the cylinder 6, and the contact portion between the outer peripheral surface of the rolling piston 5 and the tip of the
このようなロータリ圧縮機50に、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用すると、たとえばベーン11の先端部のように油膜が形成されにくい摺動部では摩擦力が大きくなり、その摩擦熱によって、冷媒が分解されやすくなる。そこで、実施の形態4に係るロータリ圧縮機50では、40℃における動粘度が概ね32cSt以下のアルキルベンゼンを主成分とし、このアルキルベンゼンに油性剤(たとえば、アルコール、エステル油又はグリコール類)を添加した冷凍機油を使用している。
When 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropene is applied as a refrigerant to such a
冷凍機油に添加される油性剤は、いずれも2,3,3,3−テトラフルオロプロペン冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているので、冷媒がローリングピストン5の外周面とベーン11の先端部との間の接触部やベーン11とシリンダ6との間の摺動部等の摺動部に付着するよりも早く、それらに付着することができ、摺動部での金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。つまり、摺動部における摩擦係数を低下でき、摩擦熱の発生を防止できる。したがって、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン冷媒が、摩擦熱で分解されることがなく、この冷媒が有する能力を長期間維持することが可能になる。なお、実施の形態4では、ロータリ圧縮機を一例に説明したが、これに限定するものではなく、他の種類の圧縮機であってもよい。
Since all of the oily agent added to the refrigerating machine oil has higher polarity and better adsorbability than the 2,3,3,3-tetrafluoropropene refrigerant, the refrigerant is formed between the outer peripheral surface of the rolling piston 5 and the
実施の形態5.
図3は、本発明の実施の形態5に係る冷凍サイクル装置100の主な冷媒回路構成を示す概略構成図である。図3に基づいて、冷凍サイクル装置100の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置100は、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン冷媒に実施の形態1〜実施の形態3で説明した油性剤を添加して循環させるとともに、実施の形態4に係るロータリ圧縮機50を搭載したものである。この冷凍サイクル装置100は、冷凍サイクル(冷媒回路)を使用した装置であればよく、たとえば、空気調和装置や冷凍装置、ヒートポンプシステム、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、自動販売機等とすることができる。
Embodiment 5.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a main refrigerant circuit configuration of the
この冷凍サイクル装置100は、ロータリ圧縮機50と、凝縮器102と、絞り装置103と、蒸発器104とを冷媒配管110で順次接続して構成されている。ロータリ圧縮機50は、冷媒配管110を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態とするものである。凝縮器102は、冷媒配管110を導通する冷媒と流体(空気や水、冷媒等)との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮・液化するものである。絞り装置103は、冷媒配管110を導通する冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置3は、たとえば毛細管や電磁弁等で構成するとよい。蒸発器104は、冷媒配管110を導通する冷媒と流体との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発・ガス化するものである。
The
ここで、冷凍サイクル装置100の動作について簡単に説明する。
ロータリ圧縮機50で圧縮されて高温・高圧となった冷媒は、凝縮器102に流入する。この凝縮器102では、冷媒が流体と熱交換して凝縮し、低温・高圧の液冷媒又は気液二相冷媒となる。凝縮器102から流出した冷媒は、絞り装置103で減圧され、低温・低圧の液冷媒又は気液二相冷媒となって蒸発器104に流入する。蒸発器104では、冷媒が流体と熱交換して蒸発し、高温・低圧の冷媒ガスとなり、ロータリ圧縮機50に再度吸入される。
Here, the operation of the
The refrigerant that has been compressed by the
この冷凍サイクル装置100は、冷凍サイクル内に封入される冷凍機油に油性剤を添加し、圧縮機内部の摺動部等での摩擦熱を発生させないようにしているので、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば2,3,3,3−テトラフルオロプロペンを使用したとしても、摩擦熱によって冷媒が分解してしまうのを防止することができる。したがって、2、3、3、3−テトラフルオロプロペンの劣化防止を図ることができ、冷凍サイクル装置100の能力維持を図ることができる。
In this
1 密閉容器、 2 ステータ、 3 ロータ、 4 クランク軸、 4a 偏心部、5 ローリングピストン、 6 シリンダ、 7 フレーム、 8 シリンダヘッド、9 上軸受、10 下軸受、 11 ベーン、 12 吸入管、 13 吐出口、14 冷凍機油、 15 吸入室、 16 圧縮室、 17 背圧室、18 吐出弁、50 ロータリ圧縮機、51 電動機部、52 圧縮機構部、100 冷凍サイクル装置、102 凝縮器、103 絞り装置、104 蒸発器、110 冷媒配管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airtight container, 2 Stator, 3 Rotor, 4 Crankshaft, 4a Eccentric part, 5 Rolling piston, 6 Cylinder, 7 Frame, 8 Cylinder head, 9 Upper bearing, 10 Lower bearing, 11 Vane, 12 Intake pipe, 13 Outlet , 14 Refrigerator oil, 15 Suction chamber, 16 Compression chamber, 17 Back pressure chamber, 18 Discharge valve, 50 Rotary compressor, 51 Electric motor section, 52 Compression mechanism section, 100 Refrigeration cycle apparatus, 102 Condenser, 103 Throttle apparatus, 104 Evaporator, 110 refrigerant piping.
Claims (5)
前記冷媒と共に使用され、油性剤を有する冷凍機油と、
前記冷媒を圧縮する圧縮機構部とを備え、
前記冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンであり、
前記油性剤は、前記ハイドロフルオロオレフィンよりも高い極性で、分子構造中の炭素原子の数が10〜25である1価のOH基を有するアルコールであり、
前記冷凍機油は、40℃において32cSt以下の動粘度を有するアルキルベンゼンを主成分としている
ことを特徴とする圧縮機。 A refrigerant having a double bond in the molecular structure ;
Refrigerating machine oil used with the refrigerant and having an oily agent;
A compression mechanism for compressing the refrigerant,
The refrigerant is a hydrofluoroolefin,
The oily agent is an alcohol having a monovalent OH group having a higher polarity than the hydrofluoroolefin and having 10 to 25 carbon atoms in the molecular structure.
The compressor is characterized in that the refrigerating machine oil is mainly composed of alkylbenzene having a kinematic viscosity of 32 cSt or less at 40 ° C.
前記油性剤が前記テトラフルオロプロペンよりも高い極性を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。 The hydrofluoroolefin is tetrafluoropropene,
The compressor according to claim 1 , wherein the oily agent has a higher polarity than the tetrafluoropropene.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧縮機。 The compressor according to claim 1 or 2 , wherein the alcoholic agent has a linear molecular structure of the alcohol.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧縮機。 The compressor according to claim 1 or 2 , wherein a part of the molecular structure of the alcohol is branched as the oily agent.
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 The compressor as described in any one of the said Claims 1-4 is mounted. The refrigerating-cycle apparatus characterized by the above-mentioned.
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