JPH11248271A - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JPH11248271A
JPH11248271A JP10066167A JP6616798A JPH11248271A JP H11248271 A JPH11248271 A JP H11248271A JP 10066167 A JP10066167 A JP 10066167A JP 6616798 A JP6616798 A JP 6616798A JP H11248271 A JPH11248271 A JP H11248271A
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oil
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍機油の吸水による分解を防止し、冷媒と
相互溶解性の小さい冷凍機油を用いることによって、冷
凍装置に用いる冷媒量を少なくし、また少冷媒化に適し
た冷凍機油を用いることによって、さらに冷凍装置に用
いる冷媒量を少なくし、また堆積物の発生が少なく、摺
動面のシール性や潤滑性に優れた冷凍機油を用いること
によって、長期信頼性が得られる冷凍装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそ
れぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成
し、冷媒としてプロパンまたはイソブタンを用い、冷凍
機油として前記冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を用
い、前記冷凍サイクル中に水分を吸収するドライヤーを
設けた冷凍装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プロパン（Ｒ２９
０）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、又はエタン（Ｒ１７
０）の単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を
主成分とした可燃性冷媒を使用した冷凍装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】現在、冷蔵庫や空気調和機等の冷凍装置
に用いられる冷媒には、物性が安定し、取扱の容易なフ
ロン系冷媒が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フロン
系冷媒は、物性が安定し、取扱が容易な半面、オゾン層
を破壊すると言われ、地球環境に悪影響を与えるところ
から、準備期間を設けて将来的には全面使用禁止とな
る。フロン系冷媒でも、ハイドロフルオロカーボン（Ｈ
ＦＣ）冷媒はオゾン層の破壊は認められないが、地球の
温暖化を促進する性質があり、特に環境問題に関心の高
い欧州ではこの冷媒も使用を禁止しようとする動きがあ
る。すなわち、人工的に製造されたフロン系冷媒を使用
禁止にし、従来からある炭化水素のような自然冷媒を用
いることになる。しかしながら、この自然冷媒は可燃性
であることおよび限られた資源を有効活用する点から、
その使用量を抑制する等が課題となっている。従って、
プロパンやイソブタンのような冷媒を冷凍装置に用いる
場合に、これらの冷媒の使用量を少なくするには、これ
らの冷媒と相互溶解性の小さい冷凍機油を用いることが
有効である。しかし、冷媒と冷凍機油との相互溶解性を
小さくするには、これらの冷媒は無極性に近いため、極
性の大きな冷凍機油を用いることが有効になるが、極性
の大きな冷凍機油は水分を吸収しやすく、水分を吸収し
た冷凍機油は激しい摺動によって分解してしまうという
課題を有している。
【０００４】そこで本発明は、冷凍機油の吸水による分
解を防止し、冷媒と相互溶解性の小さい冷凍機油を用い
ることによって、冷凍装置に用いる冷媒量を少なくする
ことを目的とする。また本発明は、少冷媒化に適した冷
凍機油を用いることによって、さらに冷凍装置に用いる
冷媒量を少なくすることを目的とする。また本発明は、
堆積物の発生が少なく、摺動面のシール性や潤滑性に優
れた冷凍機油を用いることによって、長期信頼性が得ら
れる冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそれ
ぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成
し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単
体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分と
した冷媒を用い、冷凍機油として前記冷媒と相互溶解性
の小さな冷凍機油を用い、前記冷凍サイクル中に水分を
吸収するドライヤーを設けたことを特徴とする。請求項
２記載の本発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装
置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続して冷凍
サイクルを構成し、冷媒としてプロパン、イソブタン、
又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混
合物を主成分とした冷媒を用い、冷凍機油として前記冷
媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を用い、前記冷凍機油
中に水と反応する添加剤を含めたことを特徴とする。請
求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２記載の
冷凍装置において、前記冷凍機油は、カーボネート化合
物であることを特徴とする。請求項４記載の本発明は、
請求項３記載の冷凍装置において、前記冷凍機油は、炭
酸エステル結合を構成する炭素数がカーボネート化合物
を構成する全炭素数の１０原子％以上を占めることを特
徴とする。請求項５記載の本発明は、請求項３記載の冷
凍装置において、前記冷凍機油のカーボネート化合物の
純度は、９９％以上であることを特徴とする。請求項６
記載の本発明は、請求項１または請求項２記載の冷凍装
置において、前記冷凍機油と前記冷媒との相互溶解性
は、２５℃にて５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項３記載の冷凍装置にお
いて、前記冷凍機油は、カーボネート化合物に対して鉱
油またはハードアルキルベンゼンを２ｗｔ％以下含有し
ていることを特徴とする。請求項８記載の本発明は、請
求項１または請求項２記載の冷凍装置において、前記冷
凍機油の４０℃における動粘度は、５〜２０ｃＳｔであ
ることを特徴とする。請求項９記載の本発明は、請求項
１または請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機
油の１００℃における動粘度は、２〜５ｃＳｔであるこ
とを特徴とする。請求項１０記載の本発明は、請求項１
または請求項２記載の冷凍装置において、前記冷凍機油
の誘電率は、３０以上であることを特徴とする。請求項
１１記載の本発明は、請求項１または請求項２記載の冷
凍装置において、前記冷凍機油の体積抵抗率は、１０11
Ωｃｍ以上であることを特徴とする。請求項１２記載の
本発明は、請求項１または請求項２記載の冷凍装置にお
いて、前記冷凍サイクル内の水分を、５０ｐｐｍ以下と
することを特徴とする。請求項１３記載の本発明は、請
求項１または請求項２記載の冷凍装置において、前記冷
凍サイクル内の酸素を、８００ｐｐｍ以下とすることを
特徴とする。請求項１４記載の本発明は、請求項１記載
の冷凍装置において、前記ドライヤーを前記凝縮器から
前記蒸発器までの液側配管に設けたことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１記載の冷凍装置に
おいて、前記ドライヤーを圧縮機内の油溜部に設けたこ
とを特徴とする。請求項１６記載の本発明は、請求項１
記載の冷凍装置において、前記ドライヤーは、Ｋ交換Ａ
型であるゼオライトを主体として構成されていることを
特徴とする。請求項１７記載の本発明は、請求項１記載
の冷凍装置において、前記ドライヤーは、撥水処理を施
したゼオライトを主体として構成されていることを特徴
とする。請求項１８記載の本発明は、請求項１７記載の
冷凍装置において、前記ゼオライトにおける撥水処理は
シランカップリングであることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は、圧縮機、凝縮器、絞り
装置、蒸発器をそれぞれ配管を介して環状に接続した冷
凍サイクルにおいて、冷媒としてプロパン、イソブタ
ン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からな
る混合物を主成分とした冷媒を用い、圧縮機内の冷凍機
油として、これらの冷媒と相互溶解性が小さい冷凍機油
を用いたものである。従って本発明は、このような冷媒
と潤滑油を選択することによって、冷媒の冷凍機油への
溶け込み量を少なくし、冷凍装置に封入する冷媒量を削
減することができる。本発明の第１の実施の形態は、冷
凍サイクル中に水分を吸収するドライヤーを設けたこと
を特徴とする。プロパンやイソブタンは、無極性に近い
冷媒であるため、相互溶解性の小さな冷凍機油として
は、極性の大きな冷凍機油が好ましいが、極性の大きな
冷凍機油は大気中の水分を吸水し易く、吸水した冷凍機
油をこのまま用いると、圧縮機メカ部の激しい摺動によ
って冷凍機油が分解し、摺動損失が大きくなり充分な信
頼性は得られない。そこで、冷凍サイクル内の水分を低
濃度に維持するために、冷凍サイクル内にドライヤーを
配置して水分を吸着固定保持する。このことによって極
性の大きな冷凍機油を使用した冷凍装置でも充分な信頼
性が得られる。
【０００７】本発明の第２の実施の形態は、冷凍機油中
に水と反応する添加剤を含めたことを特徴とする。この
ように冷凍機油中に水分と反応する添加剤を使用するこ
とによって、ドライヤーのような要素部品を配置するこ
となく冷凍サイクル中の水分を簡単に低濃度に維持する
ことができる。
【０００８】本発明の第３の実施の形態は、第１又は第
２の実施の形態において、冷凍機油としてカーボネート
化合物を用いたことを特徴とする。このような冷凍機油
は、分子中に直鎖状または環状の炭酸エステル結合を有
する液状物を基油とする。炭酸エステル結合は分極率が
大きく、これを分子中に有する化合物は極性が大きくな
り、無極性のプロパン、イソブタンまたはエタンとの相
互溶解性を小さく抑えることができ、冷凍装置における
少冷媒化が図れる。
【０００９】本発明の第４の実施の形態は、第３の実施
の形態において、構造的に炭酸エステル結合を構成する
炭素数が全炭素数の１０原子％以上を占めるカーボネー
ト化合物を冷凍機油として用いるものである。このよう
な構成のカーボネート化合物を使用することによって、
さらに大きな極性が得られ、プロパン、イソブタン、ま
たはエタンとの相互溶解性をより小さく抑えることがで
き、冷凍サイクルにおけるさらなる少冷媒化が図れる。
また、炭酸エステル結合部分以外の部分にエーテル結
合、エステル結合、アミド結合あるいは尿素結合などの
ヘテロ原子を含有する結合部分を有する場合にはより極
性が大きくなり相互溶解性を小さくできる。
【００１０】本発明の第５の実施の形態は、第３の実施
の形態において、冷凍機油であるカーボネート化合物の
純度を９９％以上としたことを特徴とする。これによっ
て未反応の官能基総量を規制することで冷凍機油から派
生する絞り装置部での堆積物を抑制でき、充分な長期信
頼性が得られる。
【００１１】本発明の第６の実施の形態は、第１又は第
２の実施の形態において、冷凍機油と冷媒との相互溶解
性が５ｗｔ％以下としたことを特徴とする。冷媒の充填
量を低減するためには、相互溶解性は５ｗｔ％以下であ
ることが好ましい。圧縮機からの冷凍機油吐出を完全に
抑制することは難しく、一旦圧縮機から吐出された冷凍
機油を再度圧縮機に回収するためには、ある程度の相互
溶解性を持たせることによって循環する冷媒で冷凍機油
を搬送しやすくすることができ、充分な長期信頼性が得
られる。
【００１２】本発明の第７の実施の形態は、第３の実施
の形態において、カーボネート化合物に対して鉱油また
はハードアルキルベンゼンを２ｗｔ％以下含有している
冷凍機油を用いることを特徴とする。圧縮機のメカ部を
組み立てる時にはある程度の組立油を必要とする。この
時に使用する組立油として鉱油またはハードアルキルベ
ンゼンを使用することで大気中からの水分混入を少量に
抑制できるが、これら組立油は冷媒とある程度相溶する
ので使用量を２ｗｔ％以下に規制し、この規制値内であ
ればこれら組立油が冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油
とともに使用されても冷凍装置の長期信頼性が保証でき
る。
【００１３】本発明の第８の実施の形態は、第１又は第
２の実施の形態において、冷凍機油の４０℃における動
粘度を５〜２０ｃＳｔとしたことを特徴とする。これに
よって冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用して
も、圧縮機の摺動箇所における潤滑性能やシール性能に
不具合は発生せず、長期信頼性が得られる。
【００１４】本発明の第９の実施の形態は、第１又は第
２の実施の形態において、冷凍機油の１００℃における
動粘度を２〜５ｃＳｔとしたことを特徴とする。これに
よって冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用して
も、圧縮機の摺動箇所における潤滑性能やシール性能に
不具合は発生せず、長期信頼性が得られる。
【００１５】本発明の第１０の実施の形態は、第１又は
第２の実施の形態において、冷凍機油の誘電率を３０以
上としたことを特徴とする。これによって冷媒と冷凍機
油の相互溶解性を小さく抑制でき、長期信頼性が得られ
る。
【００１６】本発明の第１１の実施の形態は、第１又は
第２の実施の形態において、冷凍機油の体積抵抗率を１
０11Ωｃｍ以上としたことを特徴とする。これによって
冷凍機油による漏れ電流が抑制でき、長期信頼性が得ら
れる。
【００１７】本発明の第１２の実施の形態は、第１又は
第２の実施の形態において、冷凍サイクル内の水分を５
０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。すなわち、冷凍
サイクル内に存在する水分をドライヤーで保持し、又は
添加剤と反応させて５０ｐｐｍ以下に維持される。この
ことによって冷凍サイクル内の水分を低濃度に規制で
き、冷凍機油の分解による劣化を防止でき、冷凍装置の
長期信頼性が充分保証できる。
【００１８】本発明の第１３の実施の形態は、第１又は
第２の実施の形態において、冷凍サイクル内の酸素を８
００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする。このことによ
って可燃性である冷媒の安全保証ができるとともに冷凍
機油の酸化による劣化を防止することができ、冷凍装置
の長期信頼性がより保証できる。
【００１９】本発明の第１４の実施の形態は、第１の実
施の形態において、ドライヤーを凝縮器から蒸発器まで
の液側配管に設けたことを特徴とする。このことによっ
て圧力損失の増加による冷凍サイクルの能力低下を生じ
ることなく、水分をより積極的に除去でき、冷凍装置の
長期信頼性がより保証できる。
【００２０】本発明の第１５の実施の形態は、第１の実
施の形態において、ドライヤーを圧縮機内の油溜部に設
けたことを特徴とする。このことによって水分の影響を
受けやすい冷凍機油中の水分をより積極的に除去でき、
冷凍装置の長期信頼性がより保証できる。
【００２１】本発明の第１６の実施の形態は、第１の実
施の形態において、ドライヤーをＫ交換Ａ型であるゼオ
ライトを主体として構成したことを特徴とする。このこ
とによって冷媒であるプロパン、イソブタン、またはエ
タンは、ゼオライト構造中に物理的に浸入することはな
く、水の分子だけが吸着固定されるので冷凍装置として
高い長期信頼性を保証できる。
【００２２】本発明の第１７の実施の形態は、第１の実
施の形態において、ドライヤーを撥水処理を施したゼオ
ライトを主体として構成したことを特徴とする。このこ
とによって、親水性が高い冷凍機油とは低反応とするこ
とができる。なお、ゼオライトの表面が撥水性であって
も、ある程度の高圧下である冷凍サイクル内では、水分
の吸着能力に問題はない。
【００２３】本発明の第１８の実施の形態は、第１７の
実施の形態において、ゼオライトにおける撥水処理をシ
ランカップリングとすることを特徴とする。このことに
よってゼオライトおよび結合材として使用される粘土の
シリカ表面が均一かつ強固に撥水化され、冷凍装置の長
期信頼性がより保証できる。
【００２４】
【実施例】まず、本発明の実施例に用いる冷凍サイクル
の構成及び圧縮機について図面を用いて説明する。図１
は空気調和装置における冷凍サイクル図、図２は同装置
に用いる圧縮機の断面図である。図１に示すように、圧
縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、絞り装置４、室外
熱交換器５は、それぞれ配管を介して環状に接続されて
いる。ここで室内熱交換器３は、暖房運転時に凝縮器と
して機能し、冷房運転時に蒸発器として機能する。また
室外熱交換器５は、暖房運転時に蒸発器として機能し、
冷房運転時に凝縮器として機能する。同図に示すよう
に、室内熱交換器３と室外熱交換器５との間の液側配管
には、水分を吸収するドライヤー６を設けている。
【００２５】上記のような冷凍サイクルに用いる冷媒と
しては、プロパン又はイソブタンを用いる。また、圧縮
機１内の冷凍機油としては、この冷媒と相互溶解性が小
さい冷凍機油を用いる。このような冷凍機油としては、
カーボネート化合物からなるものが有効であり、さらに
は構造的に炭酸エステル結合を構成する炭素数がカーボ
ネート化合物を構成する全炭素数の１０原子％以上占め
るものがよい。また、冷媒と冷凍機油との相互溶解性
は、２５℃のもとで５ｗｔ％以下の溶解性であることが
好ましい。一方ドライヤー６は、Ｋ交換Ａ型ゼオライト
を主体とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として焼成した
ものを内包して構成されている。このとき、ゼオライト
は、シランカップリングによる撥水処理を施しているこ
とが好ましい。このような冷凍サイクルは、暖房運転時
には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室内熱交換器３に
て放熱された後、絞り装置４にて減圧され、室外熱交換
器５にて吸熱し圧縮機１に吸入される。また、冷房運転
時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室外熱交換器
５、絞り装置４、室内熱交換器３の順に流れ、圧縮機１
に吸入される。一方、冷凍サイクル中に含まれている水
分は、冷媒とともに冷凍サイクル中を循環するが、ドラ
イヤー６を通過するときに吸収される。なお、ドライヤ
ー６を同図に示すように液側配管に設けることによっ
て、絞り装置４での絞り量をドライヤー６で生じる圧力
損失を考慮した絞り量とすることができ、冷凍サイクル
の能力を適正に保つことができる。
【００２６】図２は同実施例に用いる圧縮機１の断面図
である。同図に示す圧縮機は、円筒形からなるシェル３
０内に、圧縮機構部４０、モーター機構部５０、及びポ
ンプ部６５を横方向に順に併設した横型の高圧タイプの
スクロール圧縮機である。ここで圧縮機構部４０は、２
枚のスクロールラップ４７、４８、オルダムリング４９
等によって構成されている。圧縮機構部４０には、圧縮
機構部４０の吐出口４６側の空間Ａとモーター機構部５
０側の空間Ｂを連通する冷媒連通孔９１を形成してい
る。またモーター機構部５０は、ステーター５１及びロ
ータ５２等からなる。モーター機構部５０のステーター
５１とシェル３０との間には、冷媒ガスが通過する隙間
９２を形成している。このロータ５２とスクロールラッ
プ４７とはクランクシャフト５３によって連結されてい
る。油溜部６０は、圧縮機構部４０よりもモーター機構
部５０側のシェル３０の下部に設けられている。そして
この油溜部６０には、ドライヤー１００を冷凍機油に浸
かるように設けている。ここで、ドライヤー１００は、
Ｋ交換Ａ型ゼオライトを主体とし、２５ｗｔ％の粘土を
結合材として焼成したものである。ここで、ドライヤー
１００の配設される場所としては、冷凍機油と積極的に
接する任意の場所でよい。ただし、図２に示すようにポ
ンプ部６５の吸入口近くに設けることによって、水分を
除去した後の冷凍機油を効果的に供給することができ
る。しかし、絶えず冷凍機油と高圧条件下で接するた
め、ゼオライトに起因する冷凍機油分解への注意が長期
信頼性を踏まえて必要である。モーター機構部５０とポ
ンプ部６５との間には、オイル仕切部６６が設けられて
いる。またクランクシャフト５３やオルダムリング４９
には、ポンプ部６５で油溜部６０から汲み上げた冷凍機
油をスクロールラップ４７、４８に供給するための給油
溝が形成されている。また、なお、冷媒吐出管３１は、
オイル仕切部６６よりもポンプ部６５側に設けている。
【００２７】上記圧縮機の冷媒ガス及び冷凍機油の流れ
について以下に説明する。まず、アキュムレータから吸
入ポート４５を経てスクロールラップ４７、４８内の空
間に吸入された冷媒は、可動側スクロールラップ４７の
旋回運動に伴って圧縮され、この圧縮された高圧冷媒ガ
スは、吐出口４６から空間Ａに吐出される。そして、こ
の空間Ａに吐出された冷媒は、冷媒連通孔９１を通って
圧縮機構部４０とモーター機構部５０との間の空間Ｂに
導かれ、ステーター５１とシェル３０との隙間９２を通
り、オイル仕切部６６を通過してオイル分離室７０に至
り、冷媒吐出管３１からシェル３０外に吐出される。一
方、油溜部６０に溜められている冷凍機油は、ドライヤ
ー１００によって水分を除去された後、ポンプ部６５に
よって汲み上げられ、クランクシャフト５３やオルダム
リング４９等に形成された給油溝によって、スクロール
ラップ４７、４８やオルダムリング４９の摺動面に供給
される。そして圧縮室内に供給された冷凍機油は、冷媒
とともに吐出口４６から空間Ａに吐出され、冷媒ガスの
流れと同様に移動する。ただし、冷媒とともに吐出され
た冷凍機油は、モーター機構部５０を通過する時に冷媒
から分離する。又、モーター機構部５０を冷媒ガスとと
もに通過した冷凍機油は、オイル分離室７０にて冷媒か
ら分離する。そしてこのようにして冷媒から分離した冷
凍機油は、油溜部６０まで落下する。なお、多くの冷凍
機油は、冷媒の流れによってポンプ部６５側に導かれる
が、オイル仕切部６６を設けているので、オイル分離室
７０内の油溜部６０に多くの冷凍機油が溜められること
になる。なお、上記の説明では、冷凍サイクル中にドラ
イヤー６を、圧縮機１内にドライヤー１００を設けて説
明したが、いずれか一方に設けたものでもよい。
【００２８】（実施例１）図１に示す冷凍サイクル中
に、冷媒としてプロパン２５０ｇを使用し、冷凍機油と
して
【化１】 で表され、炭酸エステル結合を構成する炭素の比率２８
％、純度９９．５％のカーボネート化合物２５０ｇを使
用した。なお、冷凍サイクル中にドライヤー６を設け、
圧縮機１内にはドライヤー１００を設けないこととし
た。
【００２９】
【化１】
【００３０】上記冷凍装置に対して下記のような一連の
信頼性評価を行った結果、特に異常は現れなかった。な
お、落差条件は、室外機を室内機より５ｍ高いところに
設置した。
【００３１】
【表１】
【００３２】（比較例１）本比較例では鉱物油２５０ｇ
を封入して、上記実施例１と同様な構成で冷凍サイクル
を構成して同等の暖房能力が得られるプロパン充填量を
測定した結果、４００ｇであった。従って、実施例１の
ように、プロパンとの相互溶解性の小さなカーボネート
化合物を冷凍機油として使用することによりプロパン充
填量を約１５０ｇ低減できることがわかった。
【００３３】（実施例２）本実施例では、図１に示すド
ライヤー６を用いずに、実施例１と同じ冷凍機油中に、
水とある程度高温、高圧下で反応するエポキシ化合物を
１ｗｔ％添加したものを封入した。本実施例において
も、圧縮機１内にはドライヤー１００を設けないことと
した。実施例２の冷凍装置に対しても実施例１と同様な
信頼性評価を行った結果、特に異常は現れなかった。本
実施例ではエポキシ化合物（分子量３０６）１ｗｔ％添
加した冷凍機油を使用したが、本発明に使用できる添加
剤はこれに限定されるものではない。その他、水と反応
して安定なアルコール基等になるものであればいずれの
ものでも良い。しかし、反応性の高いエポキシ化合物は
カーボネート化合物とも反応して冷凍サイクル内の水分
を吸着できなくなるとともに、流速の低下する絞り装置
部で堆積物を生じて流量低下を引き起こす要因となる。
また冷凍機油中に添加する量についてもある程度の量に
規制しないと、安定性の劣る添加剤同志が重合して絞り
装置部で堆積物を生じて流量低下を引き起こす要因とな
る。したがって、冷凍装置の水分管理を鑑みて添加量は
多くても２ｗｔ％以下、好ましくは１ｗｔ％以下であっ
た。
【００３４】（実施例３）本実施例では、ドライヤー６
を用いずに、圧縮機１内のドライヤー１００を用いた。
このドライヤー１００の内包物としては、Ｋ交換Ａ型ゼ
オライトを主体とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として
焼成したものを用いた。なお、冷媒及び冷凍機油につい
ては、実施例１と同様とした。その結果、冷凍サイクル
内の水分は実施例１の場合よりも迅速にゼオライトで固
定保持することが可能であった。
【００３５】（実施例４）本実施例では、実施例１にお
けるドライヤー６として、Ｋ交換Ａ型ゼオライトを主体
とし、２５ｗｔ％の粘土を結合材として焼成し、その後
トリメチルクロロシランで充分にカップリング処理して
撥水化させたものを用いた。本実施例に対しても実施例
１と同様な一連の信頼性評価を行った。その結果、本実
施例では実施例１よりも冷凍機油分解に起因したと推定
される非凝縮ガスの発生量が少なかった。これはゼオラ
イトを主体とするものを撥水化されることによって冷凍
機油の吸着、付着を抑制することができ、ゼオライトが
冷凍機油分解の反応場として作用することを防止できた
ためと考えられる。本実施例ではゼオライトの撥水化に
シランカップリング処理を行ったが、本発明に適用でき
る撥水処理はこれに限定されるものではない。その他、
テフロン系の化合物で処理することも可能である。しか
し、処理するゼオライトとの相性および撥水膜の保持力
を考慮するとシランカップリングが最も好ましい処理と
考えられる。
【００３６】上記実施例においては、圧縮機として横型
の高圧タイプのスクロール圧縮機を用いて説明したが、
本発明に適用できる圧縮機はこれに限定されるものでは
なく、ロータリー、ヘリカル、リニアー等方式の圧縮機
も使用できる。また、本実施例で使用したスクロール圧
縮機はメカ構造が複雑なこともあり、組立油としてハー
ドアルキルベンゼンを約４ｇ（冷凍機油に対して１．６
ｗｔ％）使用したが信頼性の結果でこれに起因した異常
は特に検出されなかった。この組立油を使用しないでメ
カ組立を行うと、材料にキズ等の損傷を与える場合が多
く歩留まりの大きな低下となった。さらに冬場の寒い季
節には組立油を使用しない場合のほうが結露による水分
付着を誘発することがあった。したがって、大気中の水
分を吸湿し難い組立油をある程度量効果的に活用するこ
とが好ましいと考えられた。メカ構造のシンプルなリニ
アー、シングルロータリーでは必要な組立油もスクロー
ルに比べると少なくてよく、約１〜２ｇであった。様々
な圧縮機の構造を鑑みても組立油を冷凍機油に対して２
ｗｔ％以下に規制することで生産性良く製造できると考
えられる。
【００３７】また上記実施例では、冷凍機油として
【化１】で示されるカーボネート化合物（炭酸エステル
結合を構成する炭素の比率２８％）を使用したが、プロ
パン、イソブタン、またはエタンと相互溶解性を小さく
抑えるためにはカーボネート化合物では炭酸エステル結
合を構成する炭素数の比率を全体に対して１０原子％以
上にすることが好ましいことがわかった。しかし、３０
原子％を超えると冷凍機油としての熱安定性が著しく劣
るため、最適な範囲は１０〜３０原子％と考えられる。
【００３８】また上記実施例では、カーボネート化合物
の純度９９．５％のものを使用したが、下記にその製造
方法概略を示す。蒸留塔を備えた所定の容器にエチレン
グリコール、ジメチルカーボネートおよびナトリウムメ
トキシドのメタノール溶液を投入し、これを常圧下で１
１０〜１５０℃で８ｈ加熱し、生成するエタノールを留
出し、さらに減圧下２００℃まで昇温して残留ジエチル
カーボネートを留出した。得られた反応混合物にテトラ
ヒドロフランを投入して希釈した後、イオン交換樹脂ア
ンバーリスト１５を充填したカラムに通して残留触媒を
中和除去後、テトラヒドロフランを蒸留除去して（化
１）のカーボネート化合物を得た。したがって、それほ
ど反応性の高い未反応物は残留しないが、冷凍装置とし
ての長期信頼性を得るためには所望カーボネート化合物
ではない不純物を規制して管理する必要があった。具体
的には、所望カーボネート化合物によって得られる収率
および不純物の種類も異なるが、本発明に適用できるカ
ーボネート化合物であれば９９％以上、好ましくは９
９．５％以上の純度に管理する必要があった。
【００３９】また上記実施例では、ドライヤー内包物と
してＫ交換Ａ型ゼオライトを使用したが、本発明に使用
できるゼオライトはこれに限定されるものではない。Ｎ
ａ交換、Ｃａ交換のタイプでも問題なく使用できた。Ｎ
ａ交換、Ｃａ交換のタイプでは構造内にプロパン冷媒も
侵入するが、ゼオライトの水分吸着力のほうが強いため
次第にプロパン冷媒と水とは置換して吸着固定された。
しかし、ゼオライト構造の細孔径を鑑み、水分子（分子
径 0.28nm）だけを積極的に構造内に吸着固定するため
にはＫ交換タイプを選択することが最も好ましいと考え
られる。本発明ではプロパン、イソブタン、又はエタン
の単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成
分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用する
ために相互溶解性の冷凍機油に比べるとかなり粘度の小
さなものが適用される。また、相互溶解性を有するもの
の場合には低温では冷媒が冷凍機油中に溶け込み粘度を
低下させ、高温では冷媒が冷凍機油から放出されて冷凍
機油自体の粘度に近い状態で作動媒体として活用されて
いた。しかし、相互溶解性の小さな冷凍機油では冷凍機
油自体の粘度と温度との相関傾向が直接圧縮機の性能に
影響するため、できるだけ温度に対して粘度依存の低い
ものが好ましい。圧縮機のオイルシールと効率を考慮す
ると１００℃における動粘度は２〜５ｃＳｔにすること
が好ましく、４０℃における動粘度は５〜２０ｃＳｔに
することが好ましかった。本発明ではプロパン、イソブ
タン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上から
なる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷
凍機油を使用することを意図しており、そのために鋭意
研究した結果、冷凍機油の誘電率を大きくすることによ
って相互溶解性を小さくすることが可能であることがわ
かった。具体的には、誘電率を３０以上にすればプロパ
ン、イソブタン、又はエタンの単体又はこれらの内の２
種以上からなる混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性
の小さな冷凍機油を包含できるものと考えられる。本発
明ではプロパン、イソブタン、又はエタンの単体又はこ
れらの内の２種以上からなる混合物を主成分とした冷媒
と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することを意図し
ているため、体積抵抗率は従来の鉱油のように１０13Ω
ｃｍ以上は期待できない。しかし、冷凍装置としての漏
洩電流対策を考慮すると極性の大きな冷凍機油であって
も１０11Ωｃｍ以上の特性は要求された。
【００４０】本発明ではプロパン、イソブタン、又はエ
タンの単体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を
主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用
することを意図しているため、吸湿性の大きな冷凍機油
を使用することになる。この時、冷凍機油中での水分を
自由なままにしておくと圧縮機摺動部の高温条件下で容
易に冷凍機油が分解し、それがトリガーとなって冷凍機
油の過大な分解へと発展する。さらに分解物は冷凍サイ
クルの絞り装置部で流速が低下し、管壁への堆積となっ
て詰まりを生じさせることもあった。したがって、冷凍
装置として長期信頼性を得るためには冷凍サイクル内の
水分を５０ｐｐｍ以下、好ましくは３０ｐｐｍ以下に抑
制する必要があった。本発明ではプロパン、イソブタ
ン、又はエタンの単体又はこれらの内の２種以上からな
る混合物を主成分とした冷媒と相互溶解性の小さな冷凍
機油を使用することを意図しているため、吸湿性の大き
な冷凍機油を使用することになる。このような冷凍機油
は熱的にも従来の鉱油等と比較すると劣るため、冷凍サ
イクル内に残留酸素が多く存在すると圧縮機摺動部の高
温条件で容易に冷凍機油中に取り込まれたり、逆に冷凍
機油分解物と化合物化したりした。したがって、冷凍装
置として長期信頼性を得るためには冷凍サイクル内の酸
素を内容積の８００ｐｐｍ以下、好ましくは５００ｐｐ
ｍ以下に抑制する必要があった。
【００４１】
【発明の効果】上記実施例の説明から明らかなように、
発明によれば、冷凍機油の劣化、分解を防止でき、可燃
性冷媒と相互溶解性の小さな冷凍機油を使用することで
冷媒封入量を少なくし、安全性の高い冷凍装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施例による圧縮機の断面図
【符号の説明】
１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室内熱交換器 ４ 絞り装置 ５ 室外熱交換器 ６ ドライヤー ６０ 油溜部 １００ ドライヤー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 成広 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渡邊 幸男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小林 義典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 薬丸 雄一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそ
    れぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成
    し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単
    体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分と
    した冷媒を用い、冷凍機油として前記冷媒と相互溶解性
    の小さな冷凍機油を用い、前記冷凍サイクル中に水分を
    吸収するドライヤーを設けたことを特徴とする冷凍装
    置。
  2. 【請求項２】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器をそ
    れぞれ配管を介して環状に接続して冷凍サイクルを構成
    し、冷媒としてプロパン、イソブタン、又はエタンの単
    体又はこれらの内の２種以上からなる混合物を主成分と
    した冷媒を用い、冷凍機油として前記冷媒と相互溶解性
    の小さな冷凍機油を用い、前記冷凍機油中に水と反応す
    る添加剤を含めたことを特徴とする冷凍装置。
  3. 【請求項３】 前記冷凍機油は、カーボネート化合物で
    あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷
    凍装置。
  4. 【請求項４】 前記冷凍機油は、炭酸エステル結合を構
    成する炭素数がカーボネート化合物を構成する全炭素数
    の１０原子％以上を占めることを特徴とする請求項３記
    載の冷凍装置。
  5. 【請求項５】 前記冷凍機油のカーボネート化合物の純
    度は、９９％以上であることを特徴とする請求項３記載
    の冷凍装置。
  6. 【請求項６】 前記冷凍機油と前記冷媒との相互溶解性
    は、２５℃にて５ｗｔ％以下であることを特徴とする請
    求項１または請求項２記載の冷凍装置。
  7. 【請求項７】 前記冷凍機油は、カーボネート化合物に
    対して鉱油またはハードアルキルベンゼンを２ｗｔ％以
    下含有していることを特徴とする請求項３記載の冷凍装
    置。
  8. 【請求項８】 前記冷凍機油の４０℃における動粘度
    は、５〜２０ｃＳｔであることを特徴とする請求項１ま
    たは請求項２記載の冷凍装置。
  9. 【請求項９】 前記冷凍機油の１００℃における動粘度
    は、２〜５ｃＳｔであることを特徴とする請求項１また
    は請求項２記載の冷凍装置。
  10. 【請求項１０】 前記冷凍機油の誘電率は、３０以上で
    あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷
    凍装置。
  11. 【請求項１１】 前記冷凍機油の体積抵抗率は、１０11
    Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求
    項２記載の冷凍装置。
  12. 【請求項１２】 前記冷凍サイクル内の水分を、５０ｐ
    ｐｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項
    ２記載の冷凍装置。
  13. 【請求項１３】 前記冷凍サイクル内の酸素を、８００
    ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求
    項２記載の冷凍装置。
  14. 【請求項１４】 前記ドライヤーを前記凝縮器から前記
    蒸発器までの液側配管に設けたことを特徴とする請求項
    １記載の冷凍装置。
  15. 【請求項１５】 前記ドライヤーを圧縮機内の油溜部に
    設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
  16. 【請求項１６】 前記ドライヤーは、Ｋ交換Ａ型である
    ゼオライトを主体として構成されていることを特徴とす
    る請求項１記載の冷凍装置。
  17. 【請求項１７】 前記ドライヤーは、撥水処理を施した
    ゼオライトを主体として構成されていることを特徴とす
    る請求項１記載の冷凍装置。
  18. 【請求項１８】 前記ゼオライトにおける撥水処理はシ
    ランカップリングであることを特徴とする請求項１７記
    載の冷凍装置。
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