JPH0814444B2 - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JPH0814444B2
JPH0814444B2 JP2239347A JP23934790A JPH0814444B2 JP H0814444 B2 JPH0814444 B2 JP H0814444B2 JP 2239347 A JP2239347 A JP 2239347A JP 23934790 A JP23934790 A JP 23934790A JP H0814444 B2 JPH0814444 B2 JP H0814444B2
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憲一 川島
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伊藤  豊
茂樹 小松崎
菫 飯塚
敦夫 岸
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、フッ素系冷媒を含む作動媒体を用いた冷凍
圧縮機を備えた冷凍装置に関する。
[従来技術] 近年、冷蔵庫,エアコン等の冷凍装置に用いられる圧
縮機は、小型,高性能化の傾向から従来のレシプロ型か
らローリングピストン式で代表されるロータリ型に移行
している。
このロータリ型の採用により、インバータ制御と呼ば
れる回転数制御による冷凍能力の調節も可能となってき
た。
第1図(a)は、ローリングピストン式圧縮機の縦断
面図、第1図(b)は、ローリングピストン部の横断面
図である。
また第2図は、冷蔵庫の冷凍サイクルを示す。
第1図に示すように、圧縮機は偏心運動するシャフト
2により駆動されるローラ6が、シリンダ5の内壁に一
部がごく僅かな隙間を保持した状態で回転して冷媒を圧
縮する。低圧室と高圧室はベーン8によって仕切られて
おり、該ベーン8はシリンダ5に設けられた溝内におい
てその下端はバネ11によってローラ6に押しつけられて
おり、該ローラ6の回転に伴って上下動する。これらに
よって、冷媒は吸入ポート9から吸入され、前記ローラ
6の回転によって圧縮され、吐出ポート10から吐出され
る。
一方、潤滑油12は、ベーン8の上下動を利用したポン
プ(図示せず)により汲み上げられ、給油パイプ7を経
由して軸受3、4を始めその他の摺動部に供給される。
圧縮機13で圧縮された冷媒は、第2図の矢印しに沿っ
て送られて凝縮器14、液タンク15、膨張弁を備えたキャ
ピラリーチューブ16、蒸発器17と順次運ばれて、箱体18
内を冷却する。
こうした冷凍装置の作動媒体の冷媒として、塩化フッ
化炭化水素の一種であるジクロロジフルオロメタン(CC
l2F2;CFC12)が用いられている。また、潤滑油として
は、ナフテン系やパラフィン系の鉱油が前記冷媒との相
溶性が良いことから一般に用いられている。
前記冷媒と潤滑油との組合せにおいて、圧縮機内の温
度が高い場合、冷媒の一部が分解して塩化水素を発生す
る。この塩化水素は、銅製の凝縮器等を腐食し、冷媒中
に銅イオンを混入させる。該銅イオンは圧縮機に運ば
れ、軸受その他摺動部に沈着して銅めっきを形成する。
シャフトと軸受の双方が銅めっきされると共がね同士
の摩擦となり、焼付きを引き起こす原因となる。このた
め油中にエポキシ化合物等の塩化水素捕捉剤を添加する
方策がとられている(特公昭60−19352号公報)。
ところで前記CFC12は、地球のオゾン層を破壊すると
云う環境問題から、その使用が規制されることになり、
これに代わるものが要求されている。CFC12に代わる冷
媒として考えられるものは、CFC12と沸点が近いハイド
ロフルオロカーボンまたはフルオロカーボン等である。
現在、その代替冷媒として実用化が考えられているもの
としては、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(CF3CHF2;H
FC134a)がある。ところが、これらの冷媒は一般の鉱油
系潤滑油との相溶性が極めて悪いという欠点がある〔冷
凍60816(1985年)〕。
この理由としては、CFC12のように分子中に塩素を有
していないためと考えられる〔アシュレ ガイド アン
ド データ ブック(ASRAE Guide and Data Boo
k)307頁(1969年)〕。
[発明が解決しようとする課題] 前記ハイドロフルオロカーボン(HFC134a)に溶解す
る潤滑油として、極性基を有するポリアルキレングリコ
ールあるいはネオペンチルポリオールエステルが知られ
ている。これら極性基を有する潤滑油は、吸湿性が大き
いという問題がある。
更にこのHFC134aは、分子中に塩素を有していないの
で、前記した塩化水素に基づく銅めっき現象は起らない
と考えられていたが、本発明者等の検討によれば、予想
に反して前記極性基をもつ潤滑油と組合せ、圧縮機を運
転した場合にも銅めっき現象が認められた。圧縮機の軸
受や摺動部が銅めっきされると、同種金属の摺動となり
融着し易く、焼付きの原因となるので、こうした銅めっ
き現象は抑制する必要がある。
ところで冷媒であるフッ化炭化水素は、従来の塩素を
含むCFC12に比較して熱安定性が良好なことから、熱安
定性が一般の鉱油よりも劣る例えばポリアルキレングリ
コールと組み合わせても、CFC12を用いた場合に発生す
るHClの発生量に比較して、該HFC134a冷媒の分解により
発生するHFは非常に少ないことが分かった。しかし水分
が存在するとHFの生成量は多くなり、水分とHFとにより
潤滑油の加水分解が起り、水溶性の低級脂肪酸(C1〜C3
程度)を生成し、軸受その他摺動部に銅めっきを生起す
る。
このように作動媒体中の水分は、HFの発生、潤滑油の
加水分解による低級脂肪酸の生成に大きく係っている。
従ってHF、低級脂肪酸の生成を抑制するには油中水分を
少なくすることが最も望ましいが、吸湿性の大きい潤滑
油の水分を除去することは非常に困難である。
本発明の目的は、作動媒体中の銅イオンを効果的に除
去して、冷凍圧縮機の軸受その他摺動部の銅めっき現象
を抑制し、長寿命の冷凍装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するための本発明の要旨は次のとおり
である。
フッ化炭化水素系冷媒および脂肪族系合成潤滑油と
の混合物を作動媒体とし、冷凍圧縮機、該冷凍圧縮機で
圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、該凝縮器によって凝
縮された冷媒を断熱膨張させる膨張弁、該膨張弁により
膨張された冷媒の冷熱を交換する熱交換器を備えた冷凍
装置において、 前記フッ化炭化水素系冷媒が一般式〔I〕 CxHyFz …〔I〕 (但し、xは1〜3、yは1〜7、zは1〜7の整数)
で示され、前記作動媒体の流路中にスルホン酸基を交換
基とする強酸性陽イオン交換樹脂またはイミノジ酢酸型
のキレート化合物からなる陽イオン交換樹脂を冷媒の総
量に対して0.5〜2重量%配置したことを特徴とする冷
凍装置。
前記脂肪族系合成潤滑油が一般式〔II〕 (但し、R,R′は水素原子または炭素数1〜5のアルキ
ル基を示す)で表されるベンゾトリアゾール誘導体を0.
05〜0.2重量%含む前記冷凍装置。
前記フッ化炭化水素系冷媒としては臨界温度が40℃以
上の、例えば1,1,1,2−テトラフルオロエタン(CF3CH
F2:HFC134a)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(CHF2C
HF2:HFC134)等分子中に塩素を含まない冷媒が用いられ
る。
また、前記脂肪族系合成潤滑油としては、ポリアルキ
レングリコール,ネオペンチルポリオールエステル,ポ
リエーテル変性シロキサンから選ばれる。前記ポリアル
キレングリコールとしては、ニッサン・ユニルーブMB−
11(日本油脂製)、ネオペンチルポリオールエステルと
してはニッサン・ユニスタH308B(日本油脂製、トリメ
チロールプロパンのエステル)、ポリエーテル変性シリ
コーンとしてはPS555(チッソ製)等がある。
前記スルホン酸基を交換基とする強酸性陽イオン交換
樹脂としては、例えばアンバーリスト15(オルガノ
製),ダイヤイオンSK−1Bがある。また、イミノジ酢酸
型のキレート化合物からなる陽イオン交換樹脂として
は、例えばダイヤイオンCR−10(三菱化成製)がある。
該イオン交換樹脂は、前記HFと水分による潤滑油の加水
分解によって発生した水溶性の低級脂肪酸(C1〜C3
度)等によって溶出した銅イオンを吸着する効果があ
る。
該イオン交換樹脂は、第1図(a)に示す圧縮機の底
部、あるいは第2図の冷媒の循環経路中例えば液タンク
15の内部等に装填することができる。その際は、布製の
袋に入れて装填するのが簡便でよい。装填量としては、
冷媒の総重量に対して0.5〜2重量%用いるのが好まし
い。
また、作動媒体を構成する潤滑油中に、式〔II〕 (但し、R,R′は水素原子またはアルキル基を示す)で
示されるベンゾトリアゾール誘導体を添加することによ
り、HFの発生を抑制することができる。
該ベンゾトリアゾール誘導体としては、前記潤滑油に
可溶な、例えばチヌビンP,チヌビン320、チヌビン327
(日本チバガイギ製)、ケミソープ(住友化学製)等が
用いられ、前記潤滑油に対して0.05〜0.2重量%添加す
ることが好ましい。
なお、本発明の目的を阻害しない範囲内で、前記作動
媒体に消泡剤や潤滑特性向上のための極圧剤等を添加す
ることができる。
[作用] 本発明が、圧縮機の軸受その他の摺動部の銅めっき現
象を抑制することができるのは、銅パイプから溶出した
銅イオンを前記イオン交換樹脂が次のように吸着するこ
とによる効果と考えられる。
(1)強酸性陽イオン交換樹脂 (2)キレート化合物の陽イオン交換樹脂 また、フッ化炭化水素系冷媒の分解生成物であるHFの
発生、潤滑油の加水分解生成物である水溶性の低級脂肪
酸の腐食作用をベンゾトリアゾール誘導体が抑制するた
めである。
[実施例] 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
〔実施例1〜11〕および〔比較例1〜3〕 40℃における粘度が50cStのネオペンチルポリオール
エステル(ニッサンユニスタH308H)を用いて、前記イ
オン交換樹脂、該イオン交換樹脂とベンゾトリアゾール
誘導体配合の有無による銅めっき現象を比較した。
実験方法はシールドチューブテストと冷凍装置として
冷蔵庫を用いた実機運転試験により行なった。
前記シールドチューブテストは、内径7mm×厚さ2mm×
長さ200mmの耐圧ガラス容器中に直径1.6mm×長さ40mmの
鉄線と銅線を入れ、1mlの潤滑油ニッサンユニスタH308H
(水分量0.2重量%)を注入し、排気後、ドライアイス
−メタノール浴中に入れて冷却し、1mlの冷媒(HCF134
a)を導入し封止する。
これを金属保護管におさめ、150℃の恒温槽中で7日
間加熱後、開封して鉄線への銅の移着、即ち、銅めっき
現象の有無を調べた。
また第2図に示すようなサイクルの冷蔵庫の液タンク
15内に全冷媒量に対して0.5〜2.0重量%に相当する前記
イオン交換樹脂を、乾燥した木綿布袋に入れて装填し、
90日間の運転を行った。
運転後、圧縮機13を分解して、軸受およびその他の摺
動部の銅めっきの有無を観察した。また、ベンゾトリア
ゾール誘導体の添加は合成潤滑油に対して0.05〜0.2重
量%である。
なお、本実施例においてはベンゾトリアゾール誘導体
は、チヌビンP(R:CH3、R′:H),ケミソープ(R:C
H3、R′:CH3),チヌビン327(R:C4H9、R′:C4H9)お
よびチヌビン320(R:C5H11、R′:C5H11)をそれぞれ用
いた。
これらの結果を第1表に示す。
表から明らかなようにイオン交換樹脂を共存させたも
のは銅めっきの発生が抑制される。また、イオン交換樹
脂とベンゾトリアゾール誘導体とを共存させたものは銅
めっき発生の抑制効果がイオン交換樹脂単独の場合より
も、より優れている。
さらに冷蔵庫サイクルの運転でも軸受その他の摺動部
への銅めっきは起らず、本発明が銅めっき現象の抑制に
極めて優れていることが分かる。
本実施例においては、冷凍装置として一般の冷蔵庫を
用いたが、本発明は一般のエアコン等の冷凍装置にも適
用することができる。
[発明の効果] 本発明の冷凍装置は、圧縮機の軸受その他摺動部への
銅めっき現象を抑制することができるので、該冷凍装置
の寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は冷蔵庫用のローリングピストン式圧縮機の縦断
面図、第2図は冷蔵庫の冷凍サイクルを示す模式図であ
る。 1……モータ、2……シャフト、3……上部軸受、4、
5……下部軸受、6……ローラ、7……給油パイプ、8
……ベーン、9……吸入ポート、10……吐出ポート、11
……ばね、12……潤滑油、13……圧縮機、14……凝縮
器、15……液タンク、16……キャピラリーチューブ、17
……蒸発器、18……箱体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10M 105/38 133/44 // C10N 40:30 (72)発明者 伊藤 豊 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小松崎 茂樹 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 飯塚 菫 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 岸 敦夫 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 昭63−315869(JP,A) 実開 平2−70165(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ化炭化水素系冷媒および脂肪族系合成
    潤滑油の混合物を作動媒体とし、冷凍圧縮機、該冷凍圧
    縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、該凝縮器によ
    って凝縮された冷媒を断熱膨張させる膨張弁、該膨張弁
    により膨張された冷媒の冷熱を交換する熱交換器を備え
    た冷凍装置において、 前記フッ化炭化水素系冷媒が一般式〔I〕 CxHyFz …〔I〕 (但し、xは1〜3、yは1〜7、zは1〜7の整数)
    で示され、前記作動媒体の流路中にスルホン酸基を交換
    基とする強酸性陽イオン交換樹脂またはイミノジ酢酸型
    のキレート化合物からなる陽イオン交換樹脂を冷媒の総
    量に対して0.5〜2重量%配置したことを特徴とする冷
    凍装置。
  2. 【請求項2】前記脂肪族系合成潤滑油が一般式〔II〕 (但し、R,R′は水素原子または炭素数1〜5のアルキ
    ル基を示す)で表されるベンゾトリアゾール誘導体を0.
    05〜0.2重量%含む請求項1に記載の冷凍装置。
JP2239347A 1990-09-10 1990-09-10 冷凍装置 Expired - Lifetime JPH0814444B2 (ja)

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