JPH10279930A - 冷凍サイクル用組成物および冷凍装置 - Google Patents

冷凍サイクル用組成物および冷凍装置

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JPH10279930A
JPH10279930A JP9083459A JP8345997A JPH10279930A JP H10279930 A JPH10279930 A JP H10279930A JP 9083459 A JP9083459 A JP 9083459A JP 8345997 A JP8345997 A JP 8345997A JP H10279930 A JPH10279930 A JP H10279930A
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JP
Japan
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sodium
potassium
refrigerant
refrigeration cycle
weight
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JP9083459A
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Shigeo Ushimaru
茂雄 牛丸
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドライヤーに充填される乾燥剤に純合成ゼオ
ライトを使用していたため、その作用により、不飽和炭
化水素の反応性が促進されて、スラッジ生成が起こりや
すくなり、コンプレッサー摺動部の破損する等の問題が
生じていた。 【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明では
乾燥剤がナトリウム・カリウムA型ゼオライトであっ
て、ナトリウム量が6重量%以上、カリウム量が5重量
%以上であり、かつナトリウム及びカリウムの合計量が
13〜17重量%である冷凍サイクル用組成物である。
また、冷媒は炭化水素を含む冷媒、前記冷凍機油は鉱油
系油を含む冷凍機油、前記乾燥剤はナトリウム・カリウ
ムA型ゼオライトであって、ナトリウム量が6重量%以
上、カリウム量が5重量%以上であり、かつナトリウム
及びカリウムの合計量が13〜20重量%とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば冷蔵庫や
空気調和機等に組み込まれる冷凍装置に関し、特に炭化
水素系冷媒を用いた冷媒圧縮機および冷凍装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】冷蔵庫や空調調和機などは、冷風や温風
などを作り出して周囲を一定温度雰囲気にする機能を有
している。このために密閉型冷媒圧縮機やカーエアコン
用半密閉型冷媒圧縮機などの冷媒圧縮機が用いられてい
る。
【0003】従来、これらの圧縮機の冷媒としては、ジ
クロロジフロロメタン(以下、CFC-12と省略)やモノク
ロロジフロロメタン(以下、HCFC-22 と省略)およびR-
502などが主に用いられてきた。また、これらの冷媒と
共に使用される冷凍機油には高い潤滑性を有するととも
に、CFC-12,HCFC-22 ,R-502 に対して溶解性を有する
ナフテン系やパラフィン系の冷凍機油が用いられてき
た。しかしながら、CFC-12,HCFC-22 ,R-502 等のフロ
ン放出がオゾン層の破壊に繋がり、人体や生態系に深刻
な影響を与えるため、フロン規制に伴って、オゾン破壊
係数(ODP)の高いCFC-12(ODP値:1.0 )の使用
禁止やODP値が0 以上であるHCFC-22 (ODP値:0.
05)の段階的な使用削減が提案され、将来的には不使用
の方向にある。
【0004】このため、代替フロンとして、ジフロロメ
タン(以下、HFC-32と省略)、ペンタフルオロエタン
(以下、HFC-125 と省略)、1,1,1,2-テトラフルオロエ
タン(以下、HFC-134aと省略)、1,1,1-トリフルオロエ
タン(以下、HFC-143aと省略)、1,1-ジフルオロエタン
(以下、HFC-152aと省略)などの単体あるいは混合の使
用が検討されている。これらの代替冷媒に適合する冷凍
機油としては、エステル系油,ポリアルキレングリコー
ル系油,エーテル系油やフッ素系油が開発されている。
たとえば、HFC-134aやHFC-125 を単体あるいは混合した
冷媒を使用して、冷蔵庫や空調調和機などの冷凍サイク
ルにはポリエステル系油が、カーエアコンにはポリアル
キレングリコール系油が主に使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、HFC 系
代替フロンはオゾンの分解性は低いが、地球を温暖化す
る作用があるとの問題があり、将来的には使用しにくく
なる。また、ポリエステル系油やポリアルキレングリコ
ール系油は吸湿性が高いために、冷凍サイクル材料の劣
化が促進されやすいとの問題がある。
【0006】このため、オゾン分解係数(ODP)と地
球温暖化係数(GWP)が共に低い冷媒およびこれに適
応した冷凍機油ならびに冷凍サイクル材料の開発が望ま
れている。そのような冷媒としては、炭化水素系物質
(HC)およびHFC-134aやHFC-125 以外のHFC 系の使用が
検討されている。特に欧州を中心にHCの冷蔵庫が研究開
発および製造販売されている。この冷凍サイクルの冷媒
にはエタン(以下、R-170 と省略)、プロパン(以下、
R-290 と省略)やイソブタン(以下、R-600aと省略)等
の炭化水素を単体あるいは混合して用いている。現在供
給可能なこの炭化水素は従来のフロンに比べて純度が低
く、エチレン、アセチレン、プロピレンや2-ブチン等の
二重結合や三重結合を有する不飽和炭化水素を含んでい
る。これら不飽和炭化水素は化学反応性が高く、油等と
反応して冷凍サイクル内にスラッジを生成させる懸念が
ある。この冷媒に適合する冷凍機油は吸湿性の低い鉱油
が使用されている。冷凍サイクルには製造上水分の混入
が考えられるため、該水分をサイクル内で除去する乾燥
剤を充填したドライヤーをサイクルには装着している。
ドライヤーがない状態で水分が混入すると水分凍結によ
るキャピラリー詰まりが発生する。このキャピラリー詰
まりを防止するために、冷凍サイクルにはドライヤーが
不可欠である。しかし、この乾燥剤には一般に触媒作用
があるといわれているアルミノケイ酸ナトリウムからな
る純合成ゼオライトを使用している。炭化水素系冷凍サ
イクルにおいて、この合成ゼオライトの作用で不飽和炭
化水素の反応性が促進されてスラッジ生成が起こりやす
くなる問題があった。
【0007】本発明はこのような課題を対処するために
なされたもので、不飽和炭化水素の反応性を抑制して、
冷凍サイクル内の水分濃度を低下させることができる冷
凍サイクル用組成物およびそれを用いた冷凍装置を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の冷凍サイクル用
組成物は、ナトリウム量が6重量%以上、カリウム量が
5重量%以上であり、かつナトリウムおよびカリウムの
合計量が13〜20重量%であるナトリウム・カリウム
A型ゼオライトの乾燥剤を使用することを特徴とする。
なお、本発明において冷凍サイクル用組成物とは、冷凍
サイクル内で使用される冷媒や冷凍機油、乾燥剤等の集
合体をいう。
【0009】本発明に係る好ましい乾燥剤はアルミノケ
イ酸ナトリウムからなるナトリウム・カリウムA型純合
成ゼオライトである。一般にA型ゼオライトは天然には
見出だされない純合成的ゼオライトであって、比較的単
純な分子の大きさに近い一定の細孔径をもち、分子径が
この細孔径より小さい分子しか吸着しないという特徴を
有する。このことから、モレキュラーシーブ(molecula
r sieve )または分子ふるいともいわれ、冷媒などの乾
燥剤として多く用いられている。まず、ナトリウムA型
ゼオライト(試料A)は4A型と呼ばれ、細孔径が約0.
4 nmである。カリウムA型ゼオライト(試料B)は前
記試料AのNa(理論半径:0.116 nm)をイオン半径
の大きいK(0.152 nm)に交換して細孔径を縮小した
3A型と呼ばれ、細孔径が約0.3 nmといわれている。
【0010】モレキュラーシーブの細孔径は最大酸素環
付近に位置する金属イオン(Na,K,Ca等)が細孔
の一部を制約し、イオン交換による金属イオンの数や位
置の変化あるいはイオン半径の変化が起きると、それに
伴なって細孔径が変化する。一般にゼオライト中の金属
イオン(カチオン:Na,K,Ca等)は、分子ふるい
作用に関与しないところに位置しているものと、分子ふ
るい作用に影響を与える細孔に存在しているものとがあ
り、後者の金属イオン種により細孔径の変化が起こる。
【0011】また、該モレキュラーシーブの触媒反応は
表面よりも細孔内の方が活性である。従って、冷凍サイ
クル内では水(理論分子径:0.28nm)のみを細孔径内
に吸着して、他の冷媒や冷凍機油を細孔径に入れないこ
とが望ましい。
【0012】本提案のナトリウム・カリウムA型ゼオラ
イト(試料C)は、分子ふるいに影響を与えるNaのみ
をKに交換したもので、試料Bと同等以下の細孔径を有
する3A型である。
【0013】
【作用】本提案に係るナトリウム・カリウムA型ゼオラ
イト(試料C)を用いれば、炭化水素系冷凍サイクルの
不飽和炭化水素を吸着することなく、水分のみを吸着除
去することができる。また、不飽和炭化水素が吸着しに
くいことから、不飽和炭化水素の重合反応等によるスラ
ッジ生成が起こり難く、該スラッジによるコンプレッサ
ーの油劣化やスラッジによるキャピラリー閉塞を抑える
ことができる
【0014】
【発明の実施の形態】
−実施例1− 本提案に係るナトリウム・カリウムA型ゼオライトへの
不飽和炭化水素の代表としてエチレン吸着量をマックベ
イン法により測定した。供試ナトリウム・カリウムA型
ゼオライトのNaおよびK量とともに測定結果を表1に
示す。なお、比較例としてナトリウムA型ゼオライト
(4A型)およびカリウムA型ゼオライト(3A型)の
測定結果を同時に示す。
【0015】
【表1】 注)試料名A:ナトリウムA型ゼオライト(4A型) B:カリウムA型ゼオライト(3A型) C〜E:ナトリウム・カリウムA型ゼオライト(Na・
K−A型) 表1の結果より、ナトリウム・カリウムA型ゼオライト
はエチレンの吸着量が大幅に少ないことがわかる。この
ことは、本発明のナトリウム・カリウムA型ゼオライト
が冷凍サイクル内で水のみを吸着して、エチレンの反応
性を抑えられることを示している。
【0016】また、オートクレーブ試験により、不飽和
炭化水素を含む炭化水素冷媒と冷凍機油の反応性を確認
した結果を表2に示す。今回の試験では、ステンレス製
の耐圧容器に不飽和炭化水素等の不純物0.02wt%を含
むイソブタン99.8wt%炭化水素冷媒を約10g、ナフテ
ン系鉱油を約20g、前記ゼオライト試料を約50g、それ
ぞれ封入して175 ℃に保たれた恒温槽で500 時間エージ
ングした。エージング後のナフテン系鉱油の色相を比較
した。
【0017】
【表2】
【0018】注)ナフテン系鉱油の初期値:L0.5 表2の結果から、試料Cが鉱油に対して安定しているこ
とがわかる。したがって、本発明のナトリウム・カリウ
ムA型ゼオライトを炭化水素系冷凍サイクルの乾燥剤に
用いることにより、冷媒や冷凍機油に悪影響を与えるこ
となく、冷凍サイクル内の水分を除去して冷凍サイクル
の信頼性を向上させることができる。
【0019】次に、上述のゼオライト試料の破壊強度お
よび摩耗率を以下の試験法により測定した。破壊強度は
圧縮強度測定、摩擦率はペイントシェーカー法によって
減少した重量割合によって求めた。その結果を表3に示
す。
【0020】
【表3】
【0021】表3の結果より、ナトリウム・カリウムA
型ゼオライトは平均破壊強度が高く、摩耗率が低い。こ
のことは冷凍サイクル内での乾燥剤の破壊が起こりにく
く、微粉も発生しにくいことを示している。
【0022】このように本発明の冷凍サイクル用組成物
は不飽和炭化水素を含む炭化水素系冷媒に安定で、熱安
定性に優れ、かつ機械的強度が強いという特性を有して
いる。
【0023】−実施例2− 冷蔵庫を例にとり本発明の冷凍装置を図1により説明す
る。図1は冷凍サイクルを示す図である。不飽和炭化水
素を含む炭化水素系冷媒は圧縮機構である圧縮機3によ
り圧縮され、凝縮機構である受台パイプ4、放熱パイプ
5、クリーンパイプ6を通り冷却され、ドライヤー8を
経て膨張機構であるキャピラリーチューブ1を通り膨張
して、蒸発機構である蒸発器2において蒸発して、冷蔵
庫7内を冷却する。その後再び圧縮機3で圧縮される。
【0024】本実施例においては、冷媒としてR-290 と
R-600aの混合物、冷凍機油としてミネラル系鉱油を用
い、ドライヤー8内に実施例1の試料Cのナトリウム・
カリウムA型ゼオライトを充填した。なお、このナトリ
ウム・カリウムA型ゼオライトはナトリウム量が7.9 重
量%、カリウム量が6.5 重量%であった。この冷蔵庫を
室温25℃において4000時間の運転を行った。
【0025】運転時、圧縮機3より異常音も発生せず、
コンプレッサー摺動部の破損も生じなかった。また運転
終了後、冷凍サイクル内のキャピラリーチューブを分解
してスラッジの付着状況を調査したが、キャピラリーチ
ューブ内にスラッジの生成はほとんど認められなかっ
た。さらに、冷凍機油中の水分量は運転開始時と比較し
て、減少していた。現状の炭化水素系冷媒冷蔵庫と比べ
ても、ミネラル系鉱油は劣化していない。
【0026】
【発明の効果】上述したように、本発明の冷凍サイクル
組成物および冷凍装置は不飽和炭化水素を含む炭化水素
系冷媒に安定で、熱安定性に優れ、かつ機械的強度が強
いという特性を有している。したがって、冷凍サイクル
内での乾燥剤破壊が起こりにくく、微粉も発生しにくい
ので、微粉によるコンプレッサー摺動部の破損を防止す
ることができる。また、冷凍サイクル内にスラッジなど
が生成しないことから、耐久性に優れた冷凍装置を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷凍サイクルを示す図である。
【符号の説明】
1…キャピラリーチューブ、2…蒸発器、3…圧縮機、
4…受台パイプ、5…放熱パイプ、6…クリーンパイ
プ、7…冷蔵庫、8…ドライヤー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C10N 40:30

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不飽和炭化水素を含む飽和炭化水素から
    なることを特徴とする冷媒、冷凍機油および乾燥剤を含
    む冷凍サイクル用組成物において、前記乾燥剤はナトリ
    ウム・カリウムA型ゼオライトであって、ナトリウム量
    が6重量%以上、カリウム量が5重量%以上であり、か
    つナトリウムおよびカリウムの合計量が13〜17重量
    %であることを特徴とする冷凍サイクル用組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の冷凍サイクル組成物にお
    いて、前記ナトリウム・カリウムA型ゼオライトはアル
    ミノケイ酸ナトリウムからなる純合成ゼオライトであっ
    て、平均細孔径が0.3nm以下であることを特徴とす
    る冷凍サイクル用組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の冷凍サイクル組成物にお
    いて、前記乾燥剤は圧縮破壊強度が5.0kg以上で、
    摩擦摩耗強度が0.1重量%以下であることを特徴とす
    る冷凍サイクル用組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の冷凍サイクル組成物にお
    いて、前記乾燥剤は初期水分吸着量が10重量%以上で
    あることを特徴とする冷凍サイクル組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の冷凍サイクル組成物にお
    いて、前記冷凍機油はナフテン系鉱油、パラフィン系鉱
    油およびアルキルベンゼン等の合成油から選ばれた少な
    くとも1つであるあることを特徴とする冷凍サイクル組
    成物。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の冷凍サイクル組成物にお
    いて、前記冷媒に水素化弗化炭素および弗化炭素系冷媒
    から選ばれた少なくとも1つの冷媒をさらに含むことを
    特徴とする冷凍サイクル組成物。
  7. 【請求項7】 冷媒、冷凍機油および乾燥剤を有し、前
    記冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮された冷媒を冷
    却する凝縮機構と、前記凝縮された冷媒を膨張させる膨
    張機構と、前記膨張した冷媒を蒸発させる蒸発機構とか
    らなる密閉された冷凍サイクルを有する冷凍装置におい
    て、前記冷媒は炭化水素を含む冷媒、前記冷凍機油は鉱
    油系油を含む冷凍機油、前記乾燥剤はナトリウム・カリ
    ウムA型ゼオライトであって、ナトリウム量が6重量%
    以上、カリウム量が5重量%以上であり、かつナトリウ
    ムおよびカリウムの合計量が13〜20重量%であるこ
    とを特徴とする冷凍装置。
JP9083459A 1997-04-02 1997-04-02 冷凍サイクル用組成物および冷凍装置 Pending JPH10279930A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009154151A1 (ja) * 2008-06-16 2009-12-23 三菱電機株式会社 スクロール圧縮機

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