JP7250229B1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
圧縮機を含む冷媒回路を備え、
前記冷媒回路内に冷媒が封入されており、
前記冷媒は、炭素数が1から4の炭化水素と、硫黄系付臭剤と、を含み、
前記圧縮機内に冷凍機油が充填されており、
前記冷凍機油は、基油を含み、
前記基油の分子構造中の酸素原子数と炭素原子数の比率は、0.50未満である。
圧縮機を含む冷媒回路を備え、
前記冷媒回路内に冷媒が封入されており、
前記冷媒は、炭素数が1から4の炭化水素と、硫黄系付臭剤と、を含み、
前記圧縮機内に冷凍機油が充填されており、
前記冷凍機油は、基油を含み、
前記基油と前記硫黄系付臭剤とのHSP距離と、前記基油と前記炭素数が1から4の炭化水素とのHSP距離との差は、-2.0以上である。
まず、本実施の形態の冷凍サイクル装置の概要について簡単に説明する。図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の一例を示す概略構成図である。室外機1は、圧縮機3、凝縮器4、室外送風機5等を備え、圧縮機3と凝縮器4とが配管で接続されている。室内機2は、膨張弁6、蒸発器7、室内送風機8等を備え、膨張弁6と蒸発器7とが配管で接続されている。
次に、本実施の形態において、冷媒回路内に封入される冷媒について説明する。冷媒は、冷媒として機能する主成分を含み、さらに、冷媒の漏出を検知するための硫黄系付臭剤を含む。
冷媒中に配合される硫黄系付臭剤とは、硫黄元素を含む付臭剤である。硫黄系付臭剤としては、例えば、メルカプタン類、スルフィド類、チオフェン類等が挙げられる。メルカプタン類としては、例えば、メチルメルカプタン(MM)、エチルメルカプタン(EM)、ノルマルプロピルメルカプタン(NPM)、イソプロピルメルカプタン(IPM)、ターシャリーブチルメルカプタン(TBM)等が、スルフィド類としては、例えば、ジメチルスルフィド(DMS)、ジエチルスルフィド(DES)、メチルエチルスルフィド(MES)等が、チオフェン類としては、例えば、テトラヒドロチオフェン(THT)等が挙げられる。これらの硫黄系付臭剤は、燃料ガスに使用実績のある化合物であり、不快臭を有する化合物である。これらの硫黄系付臭剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施の形態において、冷凍サイクル装置は、圧縮機を備える。冷媒は、圧縮機の内部を通過する。圧縮機内に冷凍機油が充填されている。冷凍機油は、基油を含む。
次に、本実施の形態において、圧縮機内を潤滑するために充填される冷凍機油について説明する。冷凍機油は、基油を含む。基油は、含酸素油、炭化水素油からなる群から選択される少なくとも1種である。含酸素油としては、例えば、ポリアルキレングリコール(PAG)、ポリオールエステル(POE)、ポリビニルエーテル(PVE)等が挙げられる。炭化水素油としては、例えば、ポリアルファオレフィン(PAO)、アルキルベンゼン(AB)、アルキルナフタレン(AN)、鉱油等が挙げられる。
PAGは、下記化学式1で表されるエキレンオキサイド基(EO基)およびプロピレンオキサイド基(PO基)からなる群より選択される少なくとも1種の重合体である。
m+n≦100・・・(1)
n/(m+n)≧0.20・・・(2)
POEは、多価アルコールと脂肪酸とから合成されるエステルである。POEの合成方法としては、特に限定はないが、例えば、多価アルコールと脂肪酸との脱水縮合等が挙げられる。
PVEは、ビニルエーテル化合物の重合反応により得られる化合物であり、下記化学式2に示すポリビニルエーテル構造を有する。
PAOとしては、例えば、オレフィン性二重結合を有する炭化水素モノマーを重合して得られたもの等が挙げられる。オレフィン性二重結合を有する炭化水素モノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、各種ブテン、各種ペンテン、各種ヘキセン、各種ヘプテン、各種オクテン、ジイソブチレン、トリイソブチレン、スチレン、α-メチルスチレン、各種アルキル置換スチレン等が挙げられる。オレフィン性二重結合を有する炭化水素モノマーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ABは、ベンゼンの水素原子のうち少なくとも1つが炭化水素基で置換された化合物である。ABとしては、水素原子のうち1から4個が炭化水素基で置換されたものが好ましく、水素原子のうち1から2個が炭化水素基で置換されたものがより好ましい。安定性、入手可能性に優れるためである。炭化水素基としては、炭素数が1から19の炭化水素基が好ましい。炭素数が1から19の炭化水素基である場合、ABの動粘度が圧縮機の摺動部を潤滑するのに十分かつ冷凍サイクル装置の冷却効率を著しく低下させないためである。
ANは、ナフタレンの水素原子(H)のうち少なくとも1つが炭化水素基で置換された化合物である。ANとしては、水素原子(H)のうち1から4個が炭化水素基で置換されたものが好ましく、水素原子(H)のうち1から3個が炭化水素基で置換されたものがより好ましい。安定性、入手可能性に優れるためである。炭化水素基は、炭素数が1から19の炭化水素基が好ましい。炭素数が1から19の炭化水素基である場合、ANの動粘度が圧縮機の摺動部を潤滑するのに十分かつ冷凍サイクル装置の冷却効率を著しく低下させないためである。
鉱油は、原油の分離、精製により得られる潤滑油である。鉱油としては、パラフィン系鉱油およびナフテン系鉱油があるが、いずれであってもよく、これらの混合物であってもよい。
また、冷凍機油には、油中添加剤として、酸化防止剤、酸捕捉剤、極圧剤(摩耗防止剤)が含まれていてもよい。
冷凍機油には、冷媒および冷凍機油を視覚で検知できるように、蛍光剤、着色剤等を含ませていてもよい。蛍光剤および着色剤は、低温で析出を起こさないよう、冷凍機油の飽和溶解量以下の添加量であることが好ましい。
基油の分子構造中の酸素原子(O)数と炭素原子(C)数との比率(O/C比)(以下、単に「O/C比」とも称する。)は、0.50未満である。O/C比が0.50未満の場合、分極による極性が小さくなり、基油と硫黄系付臭剤との分子間相互作用が小さくなり、基油への硫黄系付臭剤の溶解量が小さくなり、冷媒回路から放出された冷媒を嗅覚で認識することが可能となる。O/C比は、0.43以下であることが好ましく、0.39以下であることがより好ましい。また、O/C比の下限は、特に制限はなく、炭化水素油のように0であってもよい。
基油と硫黄系付臭剤とのHSP距離と、基油と炭素数が1から4の炭化水素とのHSP距離との差([基油と硫黄系付臭剤とのHSP距離]-[基油と炭素数が1から4の炭化水素とのHSP距離])は、-2.0以上である。なお、以下、基油と硫黄系付臭剤とのHSP距離を「硫黄系付臭剤とのHSP距離」と、基油と炭素数が1から4の炭化水素とのHSP距離を「炭化水素とのHSP距離」と、それぞれ称することがある。
HSP距離={4×(dD1-dD2)2+(dP1-dP2)2+(dH1-dH2)2}0.5・・・(3)
冷媒、硫黄系付臭剤および冷凍機油を混合した場合に、冷媒と共に放出される硫黄系付臭剤の量を評価するために、冷媒、硫黄系付臭剤および冷凍機油を混合した冷媒ガスを表1に示す条件で準備した。冷凍機油としては、PAGを基油とするものを使用し、基油は、上述の化学式1におけるmが7(小数点第1位を四捨五入した値)、nが36(小数点第1位を四捨五入した値)、R1およびR2がCH3であった。また、冷媒ガス中の硫黄系付臭剤(THT)の濃度を表2に示す。
空気中の硫黄系付臭剤の濃度と臭気の強さとの関係を定量評価するために、空気と硫黄系付臭剤(THT)とを混合したサンプルガスを表3に示す条件で準備した。また、サンプルガス中のTHTの濃度を表4に示す。
冷凍機油の分子構造による評価試験1の結果への影響を確認するため、冷媒として硫黄系付臭剤(THT)を含むR-290と、表6に示すPAGを基油とする冷凍機油とを混合した冷媒ガスを表7に示す条件で準備した。冷媒中のTHTの濃度は、表5に記載の冷媒の臭気強度が3となるように600質量ppmとした。
評価試験3の結果より、O/C比が小さい基油としてPAGを使用することで、THTのPAGへの溶解性を小さくし、THTをR-290と共に放出させられることが確認できた。しかしながら、PAG3~13の冷媒の臭気強度の差異は説明することができない。そこで、HSPを使用して、PAGの分子構造とTHTの放出量との相関を調べた。THT、R-290および各No.のPAGのHSPを表9に示す。THTおよびR-290のHSPは、コンピューターソフトウェアであるHSPiP Ver.5.3のデータベースに登録された数値を使用し、各No.のPAGのHSPは、HSPiP Ver.5.3に搭載された計算方法であるVan Krevelen法で算出した。
冷媒回路を有する市販の家庭用ルームエアコン(三菱電機株式会社製、室内機型番MSZ-GV5620S/室外機型番MUCZ-G5620S)を使用し、冷媒回路から放出された冷媒ガスを回収した。冷媒回路には、冷媒の主成分としてR-290を450g封入し、硫黄系付臭剤としてTHTを290mg(冷媒の質量に対して643質量ppm)封入した。圧縮機には、冷凍機油として評価試験1で用いたPAG(評価試験3のPAGNo.10)を基油とする冷凍機油を400g封入した。
Claims (8)
- 圧縮機を含む冷媒回路を備え、
前記冷媒回路内に冷媒が封入されており、
前記冷媒は、炭素数が1から4の炭化水素と、硫黄系付臭剤と、を含み、
前記圧縮機内に冷凍機油が充填されており、
前記冷凍機油は、基油を含み、
前記基油は、含酸素油(ポリアルキレングリコールを除く)、炭化水素油からなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記基油の分子構造中の酸素原子数と炭素原子数との比率は、0.50未満である、冷凍サイクル装置。 - 圧縮機を含む冷媒回路を備え、
前記冷媒回路内に冷媒が封入されており、
前記冷媒は、炭素数が1から4の炭化水素と、硫黄系付臭剤と、を含み、
前記圧縮機内に冷凍機油が充填されており、
前記冷凍機油は、基油を含み、
前記基油は、下記化学式1で表されるポリアルキレングリコールを含み、
前記基油の分子構造中の酸素原子数と炭素原子数との比率は、0.50未満である、冷凍サイクル装置。
前記化学式1中、mおよびnは、それぞれエチレンオキサイド基およびプロピレンオキサイド基の数の平均を表す0以上の数値であり、R 1 およびR 2 は、水素原子または炭素数が1以上の炭化水素鎖であり、
下記式(1)および式(2):
m+n≦100・・・(1)
n/(m+n)≧0.20・・・(2)
を満たす。 - 圧縮機を含む冷媒回路を備え、
前記冷媒回路内に冷媒が封入されており、
前記冷媒は、炭素数が1から4の炭化水素と、硫黄系付臭剤と、を含み、
前記圧縮機内に冷凍機油が充填されており、
前記冷凍機油は、基油を含み、
前記基油と前記硫黄系付臭剤とのHSP距離と、前記基油と前記炭素数が1から4の炭化水素とのHSP距離との差は、-2.0以上である、冷凍サイクル装置。 - 前記基油は、含酸素油、炭化水素油からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項3に記載の冷凍サイクル装置。
- 下記式(1)および式(2):
m+n≦100・・・(1)
n/(m+n)≧0.20・・・(2)
を満たす、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記硫黄系付臭剤は、テトラヒドロチオフェンであり、
前記冷媒は、プロパンである、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒中の前記硫黄系付臭剤の濃度は、50質量ppm以上1100質量ppm未満である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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