KR100475990B1 - 냉동 장치 - Google Patents

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KR100475990B1
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히데키 마츠우라
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

냉동 회로의 수분은, 흡수성이 있으며 냉동기 오일로서 작용하는 폴리비닐 에테르 오일에 의해 흡수된다. 그러므로, 압축기가 R32의 단일 물질로 이루어진 냉매의 사용에 기인해 상승된 온도를 갖는 경우에도, 압축기에 내장된 모터에 형성된 절연 필름은 가수분해되기 어렵다. 또한, 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에서 폴리비닐 에테르의 포화된 수분량을 5000 ppm 또는 그 이상으로 설정함으로써, 용이하게 가공될 수 있는 PET 또는 PEN으로 제조된 모터의 절연 필름의 인장 강도 유지율은 50% 또는 그 이상으로 설정될 수 있고, 이에 의하여 절연 필름의 열화는 방지될 수 있다. 그러므로, 압축기의 파괴가 방지되어, 냉동 장치의 성능은 장기간 동안 안정될 수 있다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATING APPARATUS}
본 발명은 HFC(하이드로플루오로카본) 냉매를 채용하는 냉동 장치에 관한 것이다.
최근에는, HCFC(하이드로클로로플루오로카본) 냉매 대신에 HFC 냉매를 채용하는 냉동 장치의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 전술한 HFC 냉매로서는, R407C(HFC32, HFC125 및 HFC134a의 혼합 냉매), R410A(HFC32 및 HFC125의 혼합 냉매) 등이 있다. 그러나, 전술한 R407C, R410A 냉매는 오존 파괴 작용은 하지 않지만 지구 온난화 효과를 크게 하고, 이들 냉매는 그것의 성능 계수가 낮기 때문에 냉동 장치의 냉각 효율이 나쁘다는 결점이 있다.
따라서, 최근에는 R32(디플루오로메탄) 단일 물질 또는 R32를 주성분으로 하는 HFC 냉매를 이용하는 냉동 장치가 제안되고 있다. R407C 및 R410A 보다 지구 온난화 효과가 적은 R32 물질은 성능 계수가 커서, 냉동 장치의 냉각 효율을 개선한다.
그러나, 상기 R32 냉매를 이용하는 냉동 장치에 있어서는, 냉매가 압축 과정 중에 압축기로부터 토출될 때의 온도는 R407C 냉매를 이용한 경우보다 약 20℃ 크므로, 상기 압축기의 온도는 상승한다. 한편, 압축기의 내장 모터가 포함하는 절연 필름은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하, PET라 칭함) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(이하, PEN이라 칭함)로 이루어지는데, 이들은 용이하게 가공될 수 있다. 그러나, 이들 PET 및 PEN 물질은 가수분해 성질이 있다. 따라서, 상기 압축기가 모터를 내장하고 있는 형태인 경우, 상기 절연 필름은, R32를 사용하는 압축기의 높은 온도에 의해서, 냉동 회로 내의 수분으로 인해 가수분해가 촉진되어 급속히 열화된다. 이 결과, 모터의 절연이 파괴되어 압축기가 고장나는 문제가 생긴다. 본원의 발명자는, R32를 주성분으로 하는 냉매와 모터가 내장된 압축기를 사용하는 경우, 전술한 문제가 존재하는 것을 발견하였다.
가수분해를 일으키지 않으며 내열 온도가 높은 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 또는 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤)을 절연 필름에 사용하면, 전술한 문제는 발생하지 않지만, 비용 상승 및 경도에 의한 생산성의 악화 문제가 발생한다.
이하, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 기초로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉동 장치의 냉동 회로를 도시한 다이어그램이고,
도 2는, 도 1에 도시된 냉동 장치에 사용되는 냉동기 오일로서의 폴리비닐 에테르 오일의 흡수성과, 압축기에 내장된 모터의 절연 필름으로서 작용하는 PET 및 PEN의 강도 유지율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
따라서, 본 발명의 목적은, R32를 주성분으로 하는 냉매를 사용할 때에도, 압축기 모터의 절연 필름이 저렴하고 가공성이 양호하며, 가수분해도 발생되지 않아서, 성능을 안정되게 유지할 수 있는 냉동 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 적어도 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기를 갖추고 있으며, R32를 주성분으로 하는 냉매와, 흡수성이 있는 냉동기 오일을 포함하는 냉동 장치로서, 상기 압축기에는 모터가 내장되어 있고, 그 모터의 절연 필름은 에스테르 결합을 갖는 중합체 수지로 이루어지는 것인 냉동 장치에 의해 달성된다.
상기 냉동 장치에 따르면, 냉동기 오일은 흡수성이 있어서, 냉동 회로를 순환하는 중에 냉동 회로 내의 수분을 흡수한다. 따라서, 상기 모터의 절연 필름에 의해 흡수되는 수분량이 감소하고 R32를 주성분으로 하는 냉매가 압축 과정에서 고온으로 되어 압축기에 고온을 야기하는 경우에도, 절연 필름은 가수분해되기 어렵다. 즉, 상기 절연 필름이 열화되기 어려우므로, 냉동 장치는 그것의 성능을 안정되게 유지할 수 있다.
냉동 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉동기 오일은 에테르 오일이다.
상기 냉동 장치에 따르면, 에테르 오일은 물에 대하여 안정하며, 가수분해를 일으키지 않는다. 따라서, 냉동 회로 내의 수분을 흡수하는 기능은 안정되게 유지된다. 그러므로, 상기 절연 필름의 열화를 장기간 동안 방지할 수 있어서, 냉동 장치의 성능이 안정된다. 또한, 본래의 윤활 기능도 안정되게 유지되므로, 냉동 장치의 성능이 안정된다.
냉동 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 모터의 절연 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트로 이루어진다.
상기 냉동 장치에 따르면, 냉동 회로 내의 수분은 냉동기 오일에 의해 흡수된다. 따라서, PET 또는 PEN로 이루어지는 모터의 절연 필름은, 그것의 가수분해 성질에도 불구하고 고온의 압축기에서도 가수분해되기 어렵다. 즉, 상기 절연 필름은 열화되기 어렵기 때문에, 압축기의 고장이 회피되어, 냉동 장치의 성능이 안정된다.
냉동 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉매는 R32를 70 중량% 이상 함유한다.
상기 냉동 장치에 따르면, R32를 70 중량% 이상 함유하는 냉매가 압축기에 있어서 고온으로 됨에도 불구하고, 냉동 회로 내의 수분이 냉동기 오일에 의해 흡수되기 때문에, 상기 압축기의 모터의 절연 필름은 가수분해되기 어렵다. 즉, 상기 절연 필름은 열화되기 어렵기 때문에, 압축기의 고장이 회피되어, 냉동 장치의 성능이 안정된다.
냉동 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉매는 실질적으로 R32의 단일 물질로 이루어진다.
상기 냉동 장치에 따르면, 실질적으로 R32의 단일 물질로 이루어지는 냉매가 압축기에 있어서 고온으로 됨에도 불구하고 냉동 회로 내의 수분이 냉동기 오일에 의해 흡수되기 때문에, 상기 압축기의 모터의 절연 필름은 가수분해되기 어렵다. 따라서, 상기 절연 필름은 열화되기 어렵기 때문에, 압축기의 고장이 회피되어, 냉동 장치의 성능이 안정된다.
냉동 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉동기 오일은, 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에 있어서의 포화 수분량이 5000 ppm 또는 그 이상을 나타낸다.
상기 냉동 장치에 따르면, 냉동기 오일이 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에 있어서 5000 ppm 또는 그 이상의 포화 수분량을 갖는 경우, 하나의 실험예에 의하면, 상기 압축기에 내장되는 모터의 절연 필름으로서 작용하는 PET 또는 PEN의 인장 강도 유지율은 50% 또는 그 이상으로 된다. 즉, 이 냉동기 오일은 상기 절연 필름의 강도를 유지함으로써 그것의 열화를 방지하므로, 압축기의 고장이 회피되고, 냉동 장치의 성능이 안정된다.
냉동 장치의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉동기 오일은 폴리비닐에테르 오일이다.
상기 냉동 장치에 따르면, 폴리비닐 에테르 오일은 흡수성이 있어서 냉동 회로 내의 수분을 흡수하며, 그에 따라 압축기에 내장되는 모터의 절연 필름의 가수분해를 방지한다. 즉, 절연 필름의 열화를 방지함으로써 압축기의 고장이 회피된다. 또한, 폴리비닐 에테르 오일은 수분에 대하여 안정하므로 수분 흡수 기능 및 윤활 기능을 안정되게 유지한다. 또한, 폴리비닐 에테르 오일은 냉매로서 기능하는 R32와의 혼합성이 좋으므로, 2상 분리 등의 문제점을 야기하지 않고 윤활 기능을 만족스럽게 수행한다. 또한, 폴리비닐 에테르 오일은 전기 절연성이 우수하므로, 모터가 내장된 압축기에 적합하다. 따라서, 폴리비닐 에테르 오일을 냉동기 오일로 이용함으로써, 냉동 장치의 성능이 장기간에 동안 안정된다.
도 1은, 본 발명의 냉동 장치의 일례로서 기능하는 공기 조화기의 냉동 회로의 다이어그램이다. 이 냉동 회로는, 압축기(1)와, 실외 열교환기(2)와, 팽창 기구(3)와, 실내 열교환기(4)와, 4방향 절환 밸브(5)를 포함한다. 상기 압축기(1)는 압축부(7)와, 이 압축부(7) 구동용 내장 모터(8)를 구비한다. 상기 모터(8)는 냉매 및 냉동기 오일의 분위기 하에서 작동한다. 모터(8)의 도시 생략된 코일의 상(phases) 사이 및 적층 강판의 사이에는, 그 사이의 절연을 유지하기 위해 절연 필름이 배치되어 있다. 이 절연 필름은 가수분해 성질이 있지만, 용이하게 가공될 수 있는 PET 또는 PEN으로 이루어진다.
도 1에 있어서, 압축기(1)로부터 토출된 고온 고압의 냉매 가스는, 실외 열교환기(2)에 의해 응축되고, 팽창 기구(3)에 의해 팽창되며, 실내 열교환기(4)에 의해 증발되어, 4방향 절환 밸브(5)를 통해 압축기(1)로 돌아간다. 이러한 과정에서, 실내 공기로부터 증발열이 제거되어 실내가 냉각된다. 또한, 4방향 절환 밸브(5)를 절환함으로써, 실내 공기는 실내 열교환기(4)를 응축기로서 사용하여 응축열에 의해 가열된다. 도 1에 도시된 구성으로부터 4방향 절환 밸브(5)를 제거함으로써, 냉방 또는 난방 중 어느 한 기능이 제공되는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 있어서, 냉매로서는 R32의 단일 물질이 사용되고, 냉동기 오일로서는 폴리비닐 에테르 오일이 사용된다. 이 폴리비닐 에테르 오일은 흡수성이 있기 때문에, 압축기 및 냉동 장치의 제조 및 구성 공정 중에 냉동 회로 내에 도입된 수분을 흡수한다. 한편, R32의 단일 물질은, 상기 압축기(1)로부터 토출될 때의 온도가 종래의 R407C 냉매의 온도보다도 약 20℃ 높고, 그에 따라 압축기(1)는 고온으로 된다. 그러나, 냉동기 오일이 냉동 회로 내에 도입된 수분을 흡수하므로, 절연 필름에 의해 유지되는 수분량은 적어진다. 그에 따라, 상기 압축기(1)의 모터(8)에 제공되는 PET 또는 PEN으로 이루어진 절연 필름은, 그것이 가수분해성의 수지 임에도 불구하고 고온의 압축기(1)에서도 가수분해되기 어렵다. 따라서, 상기 절연 필름은 열화되지 않아서 모터(8)의 절연이 유지된다. 그러므로, 압축기(1)의 고장이 회피되어, 결과적으로 공기 조화기의 성능은 안정되게 유지될 수 있다.
상기 폴리비닐 에테르 오일의 흡수성은 상기 PET 및 PEN의 강도 유지율과 상관 관계를 갖는다. 도 2는, 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에서의 폴리비닐 에테르 오일의 포화 수분량과, PET 및 PEN의 인장 강도 유지율 사이의 관계를 나타내고 있다. 상기 PET 및 PEN의 인장 강도 유지율은, 온도가 140℃인 R32의 단일 물질과 폴리비닐 에테르 오일의 혼합액 중에 500시간 동안 침지한 후의 인장 강도 유지율이다. 도 2로부터 명백한 바와 같이, 냉동 회로 내측으로 도입되는 수분량이 냉동기 오일에 대해 중량비로 1000 ppm의 일정량일 때 폴리비닐 에테르 오일의 포화 수분량이 증가하면, 즉 냉동기 오일에 의한 냉동 회로 내측의 수분 흡수량이 증가하면, 절연 필름으로서 작용하는 PET 및 PEN의 인장 강도 유지율도 향상된다.
실제 압축기를 이용한 필드 테스트로부터, 모터의 절연 필름으로서 사용되는 PET 및 PEN은 약 50%의 인장 강도 유지율을 갖도록 요구되는 것을 알 수 있었다. 도 2에 따르면, PET 및 PEN 모두의 인장 강도 유지율이 50%를 초과할 때의 폴리비닐 에테르 오일의 포화 수분량은 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에 있어서 5000 ppm이다. 전술한 바와 같이, 폴리비닐 에테르 오일의 흡수성이 상기 PET 및 PEN의 강도 유지율과 상관 관계를 가지므로, 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에 있어서의 포화 수분량이 5000 ppm 이상인 폴리비닐 에테르 오일을 사용함으로써, 상기 PET 및 PEN의 강도를 확보하여 절연 필름의 열화가 방지될 수 있는 것이다.
또한, 상기 폴리비닐 에테르 오일은 수분에 대하여 안정하기 때문에, 수분 흡수 능력과 윤활 능력을 장기간 동안 발휘할 수 있다. 또한, 폴리비닐 에테르 오일은 상기 R32의 단일 물질과의 혼합성이 좋기 때문에, 2상 분리 등의 문제를 야기하지 않고 만족스럽게 윤활 기능을 수행한다. 또한, 폴리비닐 에테르 오일은 전기 절연성이 양호하기 때문에, 모터 내장형의 압축기에 적합하다. 그러므로, 폴리비닐 에테르 오일은 전술한 실시예의 냉동 장치의 성능을 장기간 동안 유지할 수 있다.
전술한 실시예에 있어서는 공기 조화기의 경우를 예로 하여 설명하였지만, 냉동기-냉장기 등에도 적용될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 있어서는, 냉매로서 R32의 단일 물질을 이용되었지만, 예컨대 R32를 70 중량% 이상 함유하는 냉매도 전혀 동일한 작용 효과를 나타내며, R32를 주성분으로 하는 냉매에 의해서도 유사한 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 있어서는, 30℃의 온도와 80%의 상대 습도에 있어서의 포화 수분량이 5000 ppm 이상인 폴리비닐 에테르 오일을 냉동기 오일로서 이용하였지만, 냉동기 오일은 흡수성이 있는 다른 것일 수도 있다.
또한, 전술한 실시예에 있어서는, 압축기에 내장된 모터의 절연 필름이 PET 또는 PEN으로 이루어지지만, 에스테르 결합을 갖는 다른 중합체 수지도 적절하다.
본 발명의 냉동 장치는, 상기 응축기와 증발기와 분리되어 있고 냉매관을 통해 서로 연결된 독립형 또는, 복수의 응축기 또는 증발기를 갖추고 있는 복합형에 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 적어도 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기로 구성되는 냉동 장치로서,
    R32를 주성분으로 하는 냉매와,
    30℃의 온도와 80%의 상대 습도에서 포화된 수분량이 5000 ppm 또는 그 이상인 흡수성을 갖는 냉동기 오일을 포함하며,
    상기 압축기에는 모터가 내장되어 있으며, 상기 모터는 에스테르 결합을 갖는 중합체 수지로 제조되는 절연 필름을 갖는 냉동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 에테르 오일인 냉동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터의 절연 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴레에틸렌 나프탈레이트로 이루어지는 냉동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 냉매는 70 중량% 또는 그 이상의 R32를 함유하는 냉동 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉매는 실질적으로 R32의 단일 물질로 이루어지는 냉동 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 냉동 장치의 오일은 폴리비닐 에테르 오일인 냉동 장치.
  8. 삭제
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