KR101943789B1 - 압축기 및 냉동사이클 장치 - Google Patents

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Abstract

인산에스테르가 첨가되지 않은 냉동기유(60), 및 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매가 봉입된 냉매 회로(11)에 사용되는 압축기(12)로서, 롤링 피스톤(32), 및 롤링 피스톤(32)에 접촉하여 서로 스치는 베인(33)을 가지며, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)은, 철강을 모재로 하고, 서로의 접촉 개소에서 모재가 노출하여 있다.

Description

압축기 및 냉동사이클 장치
본 발명은, 압축기 및 냉동사이클 장치에 관한 것으로, 특히, 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매(混合冷媒)를 사용하는 압축기 및 냉동사이클 장치에 관한 것이다.
근래, 지구온난화 방지의 관점에서, 온실효과 가스의 삭감이 요구되고 있다. 공기조화기 등의 냉동사이클 장치에 사용되고 있는 냉매에 대해서도, 지구온난화계수(GWP)가 보다 낮은 것이 검토되고 있다. 현재, 공기조화기용으로서 널리 사용되고 있는 R410A의 GWP는 2088로 매우 큰 값이다. 근래 도입되기 시작하고 있는 디플루오로메탄(R32)의 GWP도 675로 매우 큰 값으로 되어 있다.
GWP가 낮은 냉매로서는, 이산화탄소(R744 : GWP=1), 암모니아(R717 : GWP=0), 프로판(R290 : GWP=6), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf : GWP=4), 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R1234ze : GWP=6) 등이 있다.
이들의 저GWP 냉매는, 하기한 과제가 있기 때문에, 일반적인 공기조화기에 적용하는 것이 곤란하다.
·R744 : 동작 압력이 매우 높기 때문에, 내압(耐壓) 확보의 과제가 있다. 또한, 임계온도가 31℃로 낮기 때문에, 공기조화기 용도로의 성능의 확보가 과제가 된다.
·R717 : 고독성(高毒性)이기 때문에, 안전 확보의 과제가 있다.
·R290 : 강연성(强燃性)이기 때문에, 안전 확보의 과제가 있다.
·HFO-1234yf/R1234ze : 저동작압(低動作壓)에서 체적유량(體積流量)이 커지기 때문에, 압력 손실 증대에 의한 성능 저하의 과제가 있다.
상기한 과제를 해결하는 냉매로서, 1,1,2-트리플루오로에틸렌(이하, HFO-1123이라고 칭한다)을 포함하는 혼합냉매가 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). HFO-1123에는, 특히, 이하의 이점이 있다.
·동작 압력이 높고, 냉매의 체적유량이 작기 때문에, 압력 손실이 작고, 성능을 확보하기 쉽다.
·GWP가 1 미만이어서, 지구온난화 대책으로서 우위성이 높다.
특허 문헌 1 : 국제공개 제2012/157764호
HFO-1123이 분해하고, 분해시에 발생한 성분이 냉동기유 중의 첨가물(마모방지제 등) 등과 화학반응하면, 슬러지가 발생한다. 특히, HFO-1123은, 대기수명(大氣壽命)이 1.6일로 매우 짧다. 이 때문에, 냉동사이클 장치에 HFO-1123을 포함하는 혼합냉매를 사용한 경우, HFO-1123을 포함하지 않는 냉매를 사용한 경우에 비하여, 슬러지가 많이 발생하여 버려, 냉동사이클 장치의 냉매 회로가 슬러지로 막힌다는 과제가 있다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, HFO-1123을 포함하는 혼합냉매가 봉입된 냉동사이클 장치에 사용한 때, 냉매 회로가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있는 압축기, 및, 그 압축기를 갖는 냉동사이클 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 압축기는, 인산에스테르가 첨가되지 않은 냉동기유, 및 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매가 봉입된 냉매 회로에 사용되는 압축기로서, 철강(鐵鋼)을 모재(母材)로 하고, 제1 접촉부를 갖는 제1 부재와, 상기 제1 부재의 상기 제1 접촉부와 서로 스치도록(擦れ合ぅ) 접촉하는 제2 접촉부를 갖는 제2 부재를 구비하고, 상기 제1 부재의 상기 모재는, 상기 제1 접촉부에서 노출하여 있는 것이다.
HFO-1123을 포함하는 혼합냉매가 봉입된 냉동사이클 장치에 본 발명에 관한 압축기를 사용함에 의해, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온과 철(Fe) 성분이 화학반응하여, 제1 부재의 제1 접촉부(활주 개소)에 불화철이 생성된다. 이때, HFO-1123과 화학반응하기 쉬운 인산에스테르를 냉동기유에 첨가하지 않는 구성으로 함으로써, 제1 부재의 제1 접촉부(활주 개소)에는, 제1 부재 및 제2 부재에 눌어붙음(燒き付き) 등이 발생하지 않는 양(量)의 불화철이 생성된다. 이 때문에, 본 발명에 관한 압축기는, 제1 부재의 제1 접촉부(활주 개소)에서, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온을 계속 소비할 수 있다. 따라서 본 발명에 관한 압축기는, 냉매 회로 중에서 슬러지의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 압축기는, 불소 이온과 인산에스테르가 화학반응하지 않음에 의한 슬러지의 발생 억제 효과도 얻어진다. 따라서 본 발명에 관한 압축기는, 냉매 회로가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)(냉방시)의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)(난방시)의 회로도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압축기(12)의 종단면도. 또한, 이 도면에서는, 단면(斷面)을 나타내는 해칭을 생략하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 냉동사이클 장치(10)(냉방시)의 회로도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)(냉방시)의 회로도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)에서의 혼합냉매의 온도 변화를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)(냉방시)의 회로도.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 응축기의 냉매 유로를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)(냉방시)의 회로도.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량을 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량을 도시하는 도면.
도 13은 도 11 및 도 12의 비율로 냉동기유(60)에 혼합냉매를 구성하는 각 냉매가 용해한 경우에 있어서의, HFO-1234yf의 조성비를 도시하는 도면.
실시의 형태 1.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)의 회로도이다. 환언하면, 도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압축기(12)를 사용한 냉동사이클 장치(10)의 회로도이다. 또한, 도 1은, 냉방시의 냉동사이클 장치(10)의 회로도를 도시하고 있다. 도 2는, 난방시의 냉동사이클 장치(10)의 회로도를 도시하고 있다.
본 실시의 형태 1에서, 냉동사이클 장치(10)는, 공기조화기이다. 또한, 냉동사이클 장치(10)가 공기조화기 이외의 기기(예를 들면, 히트 펌프 사이클 장치)라도, 본 실시의 형태 1을 적용할 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 냉동사이클 장치(10)는, 냉매가 순환하는 냉매 회로(11)를 구비한다.
냉매 회로(11)에는, 압축기(12)와, 유로 전환 장치인 4방밸브(13)와, 실외 열교환기(14)와, 팽창기구인 팽창밸브(15)와, 실내 열교환기(16)가 접속되어 있다. 압축기(12)는, 냉매를 압축한다. 4방밸브(13)는, 냉방시와 난방시에서 냉매가 흐르는 방향을 전환한다. 실외 열교환기(14)는, 냉방시에는 응축기로서 동작하고, 압축기(12)에 의해 압축된 냉매를 방열시킨다. 실외 열교환기(14)는, 난방시에는 증발기로서 동작하고, 실외 공기와 팽창밸브(15)에서 팽창한 냉매와의 사이에서 열교환을 행하여 냉매를 가열한다. 팽창밸브(15)는, 팽창기구의 예이다. 팽창밸브(15)는, 응축기에서 방열한 냉매를 팽창시킨다. 실내 열교환기(16)는, 난방시에는 응축기로서 동작하고, 압축기(12)에 의해 압축된 냉매를 방열시킨다. 실내 열교환기(16)는, 냉방시에는 증발기로서 동작하고, 실내 공기와 팽창밸브(15)에서 팽창한 냉매와의 사이에서 열교환을 행하여 냉매를 가열한다. 또한, 냉동사이클 장치(10)가 냉방 또는 난방 중의 일방만을 행하는 것인 경우, 4방밸브(13)는 필요 없다.
냉동사이클 장치(10)는, 또한, 제어 장치(17)를 구비한다.
제어 장치(17)는, 예를 들면, 마이크로 컴퓨터이다. 도면에서는, 제어 장치(17)와 압축기(12)와의 접속밖에 나타내고 있지 않지만, 제어 장치(17)는, 압축기(12)뿐만 아니라, 냉매 회로(11)에 접속된 각 요소에 접속되어 있다. 제어 장치(17)는, 각 요소의 상태를 감시하거나, 제어하거나 한다.
본 실시의 형태 1에서, 냉매 회로(11)를 순환하는 냉매(환언하면, 냉매 회로(11)에 봉입되는 냉매)로서는, 1,1,2-트리플루오로에틸렌(이하, HFO-1123이라고 칭한다)을 포함하는 혼합냉매가 사용된다. 즉, 본 실시의 형태 1에서는, 냉매 회로(11)를 순환하는 냉매로서, HFO-1123과, 그 HFO-1123과는 다른 타냉매를 혼합한 혼합냉매가 사용된다.
알맞은 냉매로서, HFO-1123과 디플루오로메탄(R32)과의 혼합냉매를 사용할 수 있다. 또한, 상기 타냉매로서, R32 이외에, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf), 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R1234ze(E)), 시스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R1234ze(Z)), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R134a), 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄(R125)을 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11)에 냉동기유(60)가 봉입되어 있다. 냉동기유(60)는, 압축기(12)의 활주부를 윤활하는 것이다. 냉동기유(60)의 대부분은, 후술하는 바와 같이 압축기(12)의 밀폐 용기의 저부에 저류(貯留)된다.
본 실시의 형태 1에서는, 냉동기유(60)에 인산에스테르가 첨가되지 않은 구성으로 되어 있다. 인산에스테르는, 통상, 마모방지제로서 냉동기유에 첨가되는 것이다. 이 때문에, 냉동기유(60)에 마모방지제를 첨가한 경우, 인산에스테르가 첨가되지 않은 마모방지제(유황계의 마모방지제 등)를 사용하면 좋다. 또한, 냉동기유(60)에, 산화방지제(아민계의 산화방지제 등), 및, 산포착제(酸捕捉劑)(에폭시계의 산포착제 등) 등을 첨가하여도 좋다.
또한, 본 실시의 형태 1에서는, 냉동기유(60)로서, 포화 수분량이 1000wtppm(0.1wt%) 이상의 냉동기유를 사용하고 있다. 포화 수분량이 1000wtppm 이상의 냉동기유란, 폴리올에스테르, 폴리비닐에테르 또는 폴리알킬렌글리콜 등이다.
도 3은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압축기(12)의 종단면도이다. 또한, 이 도면에서는, 단면을 나타내는 해칭을 생략하고 있다.
본 실시의 형태 1에서, 압축기(12)는, 1기통의 로터리 압축기이다. 또한, 압축기(12)가 다기통의 로터리 압축기, 또는, 스크롤 압축기라도, 본 실시의 형태 1을 적용할 수 있다.
도 3에서, 압축기(12)는, 밀폐 용기(20)와, 압축 요소(30)와, 전동(電動) 요소(40)와, 축(50)을 구비한다.
밀폐 용기(20)는, 용기의 예이다. 밀폐 용기(20)에는, 냉매를 흡입하기 위한 흡입관(21)과, 냉매를 토출하기 위한 토출관(22)이 부착되어 있다.
압축 요소(30)는, 밀폐 용기(20)의 중에 수납된다. 구체적으로는, 압축 요소(30)는, 밀폐 용기(20)의 내측 하부에 설치된다. 압축 요소(30)는, 흡입관(21)에 흡입된 냉매를 압축한다.
전동 요소(40)도, 밀폐 용기(20)의 중에 수납된다. 구체적으로는, 전동 요소(40)는, 밀폐 용기(20) 중에서, 압축 요소(30)에 의해 압축된 냉매가 토출관(22)으로부터 토출되기 전에 통과하는 위치에 설치된다. 즉, 전동 요소(40)는, 밀폐 용기(20)의 내측에서, 압축 요소(30)의 상방에 설치된다. 전동 요소(40)는, 압축 요소(30)를 구동한다. 전동 요소(40)는, 집중권(集中卷)의 모터이다.
밀폐 용기(20)의 저부에는, 압축 요소(30)의 활주부를 윤활하는 냉동기유(60)가 저류되어 있다.
이하에서는, 압축 요소(30)의 상세에 관해 설명한다.
압축 요소(30)는, 실린더(31), 롤링 피스톤(32), 베인(33), 주축받이(34) 및 부축받이(35) 등을 구비한다.
실린더(31)의 외주는, 평면시(平面視) 개략 원형이다. 실린더(31)의 내부에는, 평면시 개략 원형의 공간인 압축실(31a)이 형성된다. 압축실(31a)은, 축방향 양단이 개구하고 있다.
실린더(31)에는, 압축실(31a)에 연통하고, 반경 방향으로 늘어나는 베인홈(31b)이 마련된다. 베인홈(31b)의 외측에는, 베인홈(31b)에 연통하는 평면시 개략 원형의 공간인 배압실(背壓室)이 형성된다.
실린더(31)에는, 흡입관(21)에 접속된 흡입 포트(31c)가 형성되어 있다. 흡입 포트(31c)는, 실린더(31)의 외주면부터 압축실(31a)에 관통하고 있다.
실린더(31)에는, 압축실(31a)로부터 압축된 냉매가 토출되는 토출 포트(도시 생략)가 형성되어 있다. 토출 포트는, 실린더(31)의 상단면(上端面)을 노치하여 형성되어 있다.
롤링 피스톤(32)은, 링형상이다. 롤링 피스톤(32)은, 압축실(31a) 내에서 회전 운동한다. 롤링 피스톤(32)은, 축(50)의 편심축부(51)에 활주 자유롭게 감합(嵌合)된다.
베인(33)의 형상은, 평탄한 개략 직방체이다. 베인(33)은, 실린더(31)의 베인홈(31b) 내에 설치된다. 베인(33)의 선단부(33a)는, 배압실에 마련된 베인 스프링(37)에 의해, 항상 롤링 피스톤(32)의 외주면(32a)에 꽉 눌려 있다. 즉, 롤링 피스톤(32)의 외주면(32a)은, 베인(33)의 선단부(33a)와 서로 스치도록 접촉하여 있다. 베인(33)은, 압축실(31a) 내를 , 흡입 포트(31c)가 연통하는 공간과, 토출 포트가 연통하는 공간으로 분할하는 것이다. 밀폐 용기(20) 내가 고압이기 때문에, 압축기(12)의 운전이 시작하면, 베인(33)의 배면(즉, 배압실측의 면)에 밀폐 용기(20) 내의 압력과 압축실(31a) 내의 압력과의 차에 의한 힘이 작용한다. 이 때문에, 베인 스프링(37)은, 주로 압축기(12)의 기동시(밀폐 용기(20) 내와 압축실(31a) 내의 압력에 차가 없을 때)에, 베인(33)을 롤링 피스톤(32)에 꽉 누르는 목적으로 사용된다.
주축받이(34)는, 측면시 개략 역T자형상이다. 주축받이(34)는, 축(50)의 편심축부(51)보다도 위의 부분인 주축부(52)에 활주 자유롭게 감합된다. 주축받이(34)는, 실린더(31)의 압축실(31a) 및 베인홈(31b)의 상측을 폐색한다.
부축받이(35)는, 측면시 개략 T자형상이다. 부축받이(35)는, 축(50)의 편심축부(51)보다도 아래의 부분인 부축부(53)에 활주 자유롭게 감합된다. 부축받이(35)는, 실린더(31)의 압축실(31a) 및 베인홈(31b)의 하측을 폐색한다.
주축받이(34)는, 토출 밸브(도시 생략)를 구비한다. 주축받이(34)의 외측에는, 토출 머플러(36)가 부착된다. 토출 밸브를 통하여 토출되는 고온·고압의 가스 냉매는, 일단 토출 머플러(36)에 들어가고, 그 후 토출 머플러(36)로부터 밀폐 용기(20) 내의 공간에 방출된다. 또한, 토출 밸브 및 토출 머플러(36)는, 부축받이(35), 또는, 주축받이(34)와 부축받이(35)의 양방에 마련되어도 좋다.
실린더(31), 롤링 피스톤(32), 베인(33), 주축받이(34), 부축받이(35) 및 축(50)의 각각은, 인접하는 부재와 접촉하고, 접촉 개소가 인접하는 부재와 서로 스치는 부재이다. 본 실시의 형태 1에서는, 이들의 부재는, 철(Fe)을 주성분으로 하는 철강으로 형성되어 있다. 환언하면, 이들의 부재는, 철(Fe)을 주성분으로 하는 철강을 모재로 하고 있다. 상세하게는, 실린더(31), 주축받이(34), 부축받이(35)의 재질은, 회주철, 소결강, 탄소강 등이다. 롤링 피스톤(32)의 재질은, 예를 들면, 크롬 등을 함유하는 합금강이다. 베인(33)의 재질은, 예를 들면, 고속도공구강이다. 또한, 본 실시의 형태 1에서는, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)에 표면처리를 시행하지 않는 구성으로 하고 있다. 환언하면, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)은, 모재가 노출하여 있는 구성으로 되어 있다.
여기서, 철강을 모재로 하고, 적어도 인접하는 부재와의 접촉 개소(활주 개소)에서 모재가 노출하여 있는 부재가, 본 발명의 제1 부재에 상당한다. 그리고, 그제1 부재에서의 인접하는 부재와의 접촉 개소(활주 개소)가, 본 발명의 제1 접촉부에 상당한다. 즉, 롤링 피스톤(32)은, 본 발명의 제1 부재에 상당한다. 그리고, 롤링 피스톤(32)의 외주면(32a)이, 본 발명의 제1 접촉부에 상당한다. 또한, 롤링 피스톤(32)에서 본 경우, 그 롤링 피스톤(32)과 접촉하여 활주하는 베인(33)이, 본 발명의 제2 부재에 상당한다. 그리고, 롤링 피스톤(32)의 외주면(32a)과의 접촉 개소(활주 개소)인 베인(33)의 선단부(先端部)(33a)가, 본 발명의 제2 접촉부에 상당한다.
한편, 베인(33)도 또한, 적어도 인접하는 부재와의 접촉 개소(활주 개소)에서 모재가 노출하여 있다. 이 때문에, 베인(33)도 또한, 본 발명의 제1 부재에 상당한다. 그리고, 베인(33)의 선단부(33a)가, 본 발명의 제1 접촉부에 상당한다. 또한, 베인(33)에서 본 경우, 그 베인(33)과 접촉하여 활주하는 롤링 피스톤(32)이, 본 발명의 제2 부재에 상당한다. 그리고, 베인(33)의 선단부(33a)와의 접촉 개소(활주 개소)인 롤링 피스톤(32)의 외주면(32a)이, 본 발명의 제2 접촉부에 상당한다.
밀폐 용기(20)의 옆에는, 흡입 머플러(23)가 마련된다. 흡입 머플러(23)는, 증발기로부터 유출된 저압의 가스 냉매를 흡입한다. 흡입 머플러(23)는, 액냉매가 되돌아오는 경우에 액냉매가 직접 실린더(31)의 압축실(31a)에 들어가는 것을 억제한다. 흡입 머플러(23)는, 실린더(31)의 흡입 포트(31c)에 흡입관(21)을 통하여 접속된다. 흡입 머플러(23)의 본체는, 용접 등에 의해 밀폐 용기(20)의 측면에 고정된다.
이하에서는, 전동 요소(40)의 상세에 관해 설명한다.
본 실시의 형태 1에서, 전동 요소(40)는, 브러시리스 DC(Direct·Current) 모터이다. 또한, 전동 요소(40)가 브러시리스 DC 모터 이외의 모터(예를 들면, 유도 전동기)라도, 본 실시의 형태 1을 적용할 수 있다.
전동 요소(40)는, 고정자(41)와, 회전자(42)를 구비한다.
고정자(41)는, 밀폐 용기(20)의 내주면에 당접(當接)하여 고정된다. 회전자(42)는, 고정자(41)의 내측에 0.3∼1㎜ 정도의 공극을 통하여 마련된다.
고정자(41)는, 고정자 철심(43)과, 고정자 권선(44)을 구비한다. 고정자 철심(43)은, 두께가 0.1∼1.5㎜의 복수장의 전자강판을 소정의 형상으로 타발하고, 축방향으로 적층하고, 코킹이나 용접 등에 의해 고정하여 제작된다. 고정자 권선(44)은, 고정자 철심(43)에 절연 부재(48)를 통하여 집중권으로 권회(卷回)된다. 절연 부재(48)의 재질은, 예를 들면, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트), FEP(테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체), PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), LCP(액정 폴리머), PPS(폴리페닐렌술파이드), 페놀 수지이다. 고정자 권선(44)에는, 리드선(45)이 접속되어 있다.
고정자 철심(43)의 외주에는, 둘레방향으로 개략 등간격으로 복수의 노치가 형성되어 있다. 각각의 노치는, 토출 머플러(36)로부터 밀폐 용기(20) 내의 공간에 방출되는 가스 냉매의 통로의 하나가 된다. 각각의 노치는, 전동 요소(40)의 위로부터 밀폐 용기(20)의 저부에 되돌아오는 냉동기유(60)의 통로도 된다.
회전자(42)는, 회전자 철심(46)과, 영구 자석(도시 생략)을 구비한다. 회전자 철심(46)은, 고정자 철심(43)과 마찬가지로, 두께가 0.1∼1.5㎜의 복수장의 전자강판을 소정의 형상으로 타발하여, 축방향으로 적층하고, 코킹이나 용접 등에 의해 고정하여 제작된다. 영구 자석은, 회전자 철심(46)에 형성된 복수의 삽입 구멍에 삽입된다. 영구 자석으로서는, 예를 들면, 페라이트 자석, 희토류 자석이 사용된다.
회전자 철심(46)에는, 개략 축방향으로 관통하는 복수의 관통구멍이 형성되어 있다. 각각의 관통구멍은, 고정자 철심(43)의 노치와 마찬가지로, 토출 머플러(36)로부터 밀폐 용기(20) 내의 공간에 방출된 가스 냉매의 통로의 하나가 된다.
밀폐 용기(20)의 정상부(頂部)에는, 외부 전원과 접속하는 전원 단자(24)(예를 들면, 유리 단자)가 부착되어 있다. 전원 단자(24)는, 예를 들면, 용접에 의해 밀폐 용기(20)에 고정되어 있다. 전원 단자(24)에는, 전동 요소(40)로부터의 리드선(45)이 접속된다.
밀폐 용기(20)의 정상부에는, 축방향 양단이 개구한 토출관(22)이 부착되어 있다. 압축 요소(30)로부터 토출된 가스 냉매는, 밀폐 용기(20) 내의 공간부터 토출관(22)을 통하여 외부에 토출된다.
이하에서는, 압축기(12)의 동작에 관해 설명한다.
전원 단자(24)로부터 리드선(45)을 통하여 전동 요소(40)의 고정자(41)에 전력이 공급된다. 이에 의해, 전동 요소(40)의 회전자(42)가 회전한다. 회전자(42)의 회전에 의해, 회전자(42)에 고정된 축(50)이 회전한다. 축(50)의 회전에 수반하여, 압축 요소(30)의 롤링 피스톤(32)이 압축 요소(30)의 실린더(31)의 압축실(31a) 내에서 편심 회전한다. 실린더(31)와 롤링 피스톤(32) 사이의 공간은, 압축 요소(30)의 베인(33)에 의해 2개로 분할되어 있다. 축(50)의 회전에 수반하여, 그들 2개의 공간의 용적이 변화한다. 일방의 공간에서는, 서서히 용적이 확대함에 의해, 흡입 머플러(23)로부터 혼합냉매가 흡입된다. 타방의 공간에서는, 서서히 용적이 축소함에 의해, 속(中)의 가스 상태의 혼합냉매가 압축된다. 압축된 가스 상태의 혼합냉매는, 토출 머플러(36)로부터 밀폐 용기(20) 내의 공간에 일단 토출된다. 토출된 가스 상태의 혼합냉매는, 전동 요소(40)를 통과하여 밀폐 용기(20)의 정상부에 있는 토출관(22)으로부터 밀폐 용기(20)의 밖으로 토출된다.
여기서, HFO-1123이 분해하면, 불소 이온이 발생한다. 그리고, 분해시에 발생한 불소 이온이 냉동기유 중의 첨가물(마모방지제 등) 등과 화학반응하면, 슬러지가 발생한다. 특히, HFO-1123은, 대기수명이 1.6일로 매우 짧다. 이 때문에, 냉동사이클 장치에 HFO-1123을 포함하는 혼합냉매를 사용한 본 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, HFO-1123을 포함하지 않는 냉매를 사용한 냉동사이클 장치에 비하여, 슬러지가 많이 발생하여 버려, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버린다는 우려가 있다.
그렇지만, 본 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 상술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 상세하게는, HFO-1123은 고온에서 분해하기 쉽다. 이 때문에, HFO-1123의 분해의 대부분은, 고온이 되는 압축기(12)의 활주부에서 발생한다. 본 실시의 형태 1에서는, 압축기(12)의 활주부의 하나를 구성하는 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)이, 철강으로 형성되어 있다. 또한, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)은 표면처리되어 있지 않다. 따라서 HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온과, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 철(Fe) 성분이 화학반응한다. 그리고, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 표면에, 불화철이 생성된다.
불화철은, 고체윤활(固體潤滑) 작용이 있다. 이 때문에, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 표면에 충분한 양의 불화철을 생성함에 의해, 양자의 사이의 활주성을 향상시킬 수 있고, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 마모 및 소부를 방지할 수 있다. 여기서, 발명자는, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온이 인산에스테르와 화학반응하기 쉬운 것을 발견하였다. 그리고, 냉동기유(60)를, 인산에스테르가 첨가되지 않는 구성으로 하였다. 이 때문에, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 표면에, 충분한 양의 불소 이온을 공급할 수 있다.
롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소, 즉 활주 개소에서는, 양자가 서로 스침에 의해, 양자의 표면에 생성된 불화철이 마멸(摩滅)된다. 그리고, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소에서, 불화철이 마멸된 범위에서는, 불소 이온과 철(Fe) 성분이 화학반응하여, 새로운 불화철이 형성된다. 즉, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온은, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소에서 계속 소비된다.
이상, 본 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온과 철(Fe) 성분을 화학반응시켜, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 표면에 불화철을 생성하는 구성으로 되어 있다. 또한, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소(활주 개소)에서의 눌어붙음 등이 발생하지 않을 정도로, 당해 접촉 개소(활주 개소)에 불화철이 생성되도록, HFO-1123과 화학반응하기 쉬운 인산에스테르를 냉동기유(60)에 첨가하지 않고, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소(활주 개소)에 충분한 양의 불소 이온을 공급하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태 1에 관한 압축기(12) 및 냉동사이클 장치(10)는, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소(활주 개소)에서, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온을 계속 소비할 수 있다. 따라서 본 실시의 형태 1에 관한 압축기(12) 및 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11) 중에서 슬러지의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 1에 관한 압축기(12) 및 냉동사이클 장치(10)는, 불소 이온과 인산에스테르가 화학반응하지 않음에 의한 슬러지의 발생 억제 효과도 얻어진다. 따라서 본 실시의 형태 1에 관한 압축기(12) 및 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 1에서는, 냉동기유(60)로서, 포화 수분량이 1000wtppm 이상의 냉동기유를 사용하고 있다. HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온은, 냉매 회로(11) 중의 물과도 화학반응하여, 슬러지가 된다. 포화 수분량이 1000wtppm 이상의 냉동기유(60)를 사용함에 의해, 냉매 회로(11) 중에서, 냉동기유(60)에 용해하지 않은 물의 양, 즉, HFO-1123과 화학반응하여 슬러지가 되는 물의 양을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 포화 수분량이 1000wtppm 이상의 냉동기유(60)를 사용함에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다. 또한, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)에 공급할 수 있는 불소 이온의 양도 증가하기 때문에, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소(활주 개소)에서의 눌어붙음 등이 발생하는 것을 더욱 방지할 수 있다.
여기서, 예를 들면 R32 등과 같이, HFO-1123 이외의 냉매라도, 분해에 의해 불소 이온이 생성되는 냉매가 있다. 그렇지만, R32 등은, HFO-1123에 비하여, 분해에 의해 생성되는 불소 이온의 양이 적다. 이 때문에, 본 실시의 형태 1에 관한 냉매 회로(11)에 R32 등을 봉입하여도, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 표면에 충분한 양의 불화철을 생성할 수가 없고, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 활주성을 향상시킬 수가 없다. 따라서 당업자는, 분해에 의해 불소 이온이 생성되는 HFO-1123 이외의 냉매(R32 등)를 냉동사이클 장치에 채용하는 경우, 냉동기유에 첨가된 마모방지제에 의해, 롤링 피스톤 및 베인의 활주성을 향상시키고 있다.
즉, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온을, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소에서 소비하는 본 실시의 형태 1에 관한 구성은, 당업자가 상도할 수 없는 완전히 새로운 착상에 의거한 것임을 부언하여 둔다.
또한, 본 실시의 형태 1에서는, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 쌍방이 표면처리되지 않은 구성으로 되어 있다. 이것으로 한하지 않고, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33) 중의 일방만, 표면처리가 되지 않은 구성으로 하여도 좋다. 또한, 표면처리가 되지 않는 범위는, 표면 전역(全域)으로 한정되는 것이 아니고, 적어도 접촉 개소(활주 개소)에 표면처리가 시행되어 있지 않으면 좋다. 접촉 개소(활주 개소)에서, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온을 계속 소비할 수가 있어서, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 표면처리를 시행하지 않는 철강제의 부재, 즉, 본 발명의 제1 부재에 상당하는 부재는, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)으로 한정되는 것이 아니다. 압축기의 활주부를 구성하는 부재 중의 적어도 하나를 철강으로 형성하고, 철강으로 형성된 당해 부재의 적어도 접촉 개소(활주 개소)에 표면처리를 시행하지 않으면 좋다. 이에 의해, 당해 접촉 개소(활주 개소)에서, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온을 계속 소비할 수가 있어서, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 로터리 압축기인 압축기(12)의 경우, 실린더(31), 롤링 피스톤(32), 베인(33), 주축받이(34), 부축받이(35) 및 축(50)이, 압축기(12)의 활주부를 구성한다. 이 때문에, 이들의 부재 중의 적어도 하나를 철강으로 형성하고, 철강으로 형성된 당해 부재의 적어도 접촉 개소(활주 개소)에 표면처리를 시행하지 않으면 좋다. 이에 의해, 당해 접촉 개소(활주 개소)에서, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온을 계속 소비할 수가 있어서, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소(활주 개소)는, 압축기(12)의 활주부 중에서, 가장 냉동기유(60)가 공급되기 어려운 장소이다. 즉, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33)의 접촉 개소(활주 개소)는, 압축기(12)의 활주부 중에서, 가장 고온이 되고, 가장 HFO-1123이 분해되기 쉬운 장소이다. 이 때문에, 롤링 피스톤(32) 및 베인(33) 중의 적어도 일방을 철강으로 형성하고, 철강으로 형성된 당해 부재의 적어도 접촉 개소(활주 개소)에 표면처리를 시행하지 않음에 의해, HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온의 소비량을 향상시킬 수 있고, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 1에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, 냉동기유(60)에, 인산에스테르뿐만 아니라, 마모방지제 그 자체를 첨가하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 상술한 바와 같이, 접동 부재를 철강으로 형성하고, 적어도 접촉 개소(활주 개소)에 표면처리를 시행하지 않음에 의해, 당해 접촉 개소에, 눌어붙음 등을 방지하는데 충분한 불화철을 생성할 수 있기 때문이다. 또한, HFO-1123은, 인산에스테르 이외의 마모방지제와도 화학반응하여, 슬러지가 생성된다. 마모방지제 그 자체를 냉동기유(60)에 첨가하지 않음에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
실시의 형태 2.
냉동사이클 장치(10)를 이하와 같이 구성하여도, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 2에서, 특히 기술하지 않는 항목에 관해서는 실시의 형태 1과 마찬가지로 하고, 동일한 기능이나 구성에 관해서는 동일한 부호를 사용하여 기술하는 것으로 한다.
도 4는, 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 냉동사이클 장치(10)의 회로도이다. 또한, 도 4는, 냉방시의 냉동사이클 장치(10)의 회로도를 도시하고 있다.
본 실시의 형태 2에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 실외 열교환기(14)와 팽창밸브(15)를 접속하는 배관에, 냉매 회로(11) 중의 물을 포착하는 드라이어(70)를 구비한다.
또한, 드라이어(70)의 위치는, 도 4에 도시하는 위치로 한정되는 것이 아니고, 냉매 회로(11)의 임의의 위치에 마련할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 2에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, 사용하는 냉동기유(60)의 구성은, 실시의 형태 1의 구성으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 냉동기유(60)에 인산에스테르를 첨가하여도 좋다. 또한 예를 들면, 냉동기유(60)로서, 포화 수분량이 1000wtppm보다 작은 냉동기유를 사용하여도 좋다.
상술한 바와 같이, HFO-1123은, 냉매 회로(11) 중의 물과도 화학반응하여, 슬러지가 된다. 본 실시의 형태 2에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 드라이어(70)를 구비하고 있기 때문에, 냉매 회로(11) 중에 있어서, HFO-1123과 화학반응하여 슬러지가 되는 물의 양을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태 2에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11) 중에서 슬러지의 발생을 억제할 수 있고, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 2에 관한 드라이어(70)를 채용하여도 좋다. 실시의 형태 1이 갖는 슬러지의 발생 억제 효과를 더욱 향상시킬 수 있고, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
실시의 형태 3.
냉동사이클 장치(10)를 이하와 같이 구성하여도, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 3에서, 특히 기술하지 않는 항목에 관해서는 실시의 형태 1과 마찬가지로 하고, 동일한 기능이나 구성에 관해서는 동일한 부호를 사용하여 기술하는 것으로 한다.
도 5는, 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)의 회로도이다. 또한, 도 5는, 냉방시의 냉동사이클 장치(10)의 회로도를 도시하고 있다.
본 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉방시에는 응축기로서 동작하는 실외 열교환기(14)와 팽창밸브(15)를 접속하는 배관에, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 포착하는 필터(71)를 구비한다.
또한, 본 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, 사용하는 냉동기유(60)의 구성은, 실시의 형태 1의 구성으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 냉동기유(60)에 인산에스테르를 첨가하여도 좋다. 또한 예를 들면, 냉동기유(60)로서, 포화 수분량이 1000wtppm보다 작은 냉동기유를 사용하여도 좋다.
도 6은, 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)에서의 혼합냉매의 온도 변화를 도시하는 도면이다. 또한, 실시의 형태 1, 2 및 후술하는 각 실시의 형태에서도, 혼합냉매의 온도 변화는 같다.
압축기(12)에 흡입된 가스 상태의 혼합냉매는, 압축기(12)에서 압축되어, 고온이며 가스 상태의 혼합냉매가 된다. 이 혼합냉매는, 4방밸브(13)를 통과하여, 응축기에 유입한다. 또한, 냉방시는 실외 열교환기(14)가 응축기로서 동작하고, 난방시는 실내 열교환기(16)가 응축기로서 동작한다. 응축기에 유입한 고온이며 가스 상태의 혼합냉매는, 그 응축기에 공급되는 공기 등에 의해 냉각되어 응축되어 간다. 상세하게는, 응축기에 유입한 직후의 혼합냉매는 가스 상태이기 때문에, 온도가 저하되어 간다. 그리고, 혼합냉매가 기액 2상 상태가 되면, 혼합냉매는 등온(等溫)에서 응축되어 간다. 응축이 진행되어, 혼합냉매가 액상이 되면, 혼합냉매의 온도는 더욱 저하되어 간다. 이하, 액상의 혼합냉매가 응축기 내에서 온도 저하되어 가는 상태를 과냉각 상태라고 칭한다.
응축기로부터 유출된 액상의 혼합냉매는, 팽창밸브(15)에 유입하여 팽창한다. 혼합냉매는, 팽창할 때, 온도가 더욱 저하되고, 기액 2상 상태가 된다. 팽창밸브(15)로부터 유출된 기액 2상 상태의 혼합냉매는, 증발기에 유입한다. 또한, 냉방시는 실내 열교환기(16)가 증발기로서 동작하고, 난방시는 실외 열교환기(14)가 증발기로서 동작한다. 증발기에 유입한 기액 2상 상태의 혼합냉매는, 그 증발기에 공급되는 공기 등에 의해 가열되어 증발한다. 상세하게는, 증발기에 유입한 직후의 혼합냉매는 기액 2상 상태이기 때문에, 등온에서 증발하여 간다. 그리고, 증발이 진행하여, 혼합냉매가 가스 상태가 되면, 혼합냉매의 온도는 상승하여 간다. 증발기로부터 유출된 혼합냉매는, 재차 압축기(12)에 흡입된다.
HFO-1123이 분해하고, 냉동기유(60) 중의 첨가물 등과 화학반응하여 생성된 화학반응 생성물은, 냉동기유(60)가 고온인 경우에는, 냉동기유(60) 중에 용입되어 있다. 그리고, 이 화학반응 생성물은, 냉동기유(60)가 식혀져 가는 중에, 냉동기유(60) 중에 용입될 수 없게 되어, 슬러지로서 석출한다. 이 때문에, 혼합냉매와 함께 냉동기유(60)가 냉매 회로(11) 중을 순환할 때, 냉동기유(60)가 냉각되는 상태에서, 슬러지가 발생하기 쉽다. 즉, 응축기 내에서 혼합냉매가 과냉각 상태가 되어 있을 때, 및, 팽창밸브(15)에서 혼합냉매가 팽창할 때에, 냉동기유(60) 중에 용입되어 있던 화학반응 생성물이 슬러지로서 석출하기 쉽다. 즉, 도 6에 도시하는 Z범위에서, 슬러지가 발생하기 쉽다.
또한, 냉매 회로(11)에서의 혼합냉매의 유로로서는, 팽창밸브(15)가 가장 작아진다. 이 때문에, 팽창밸브(15)에서, 슬러지가 가장 막히기 쉽다.
그래서, 본 실시의 형태 3에서는, 냉매 회로(11) 중, 냉방시에 상기 Z범위 중에서, 팽창밸브(15)보다도 혼합냉매의 흐름 방향의 상류측이 되는 위치(도 6에 「A」로서 나타내는 위치)에 필터(71)를 마련하고 있다. 즉, 냉방시에는 응축기로서 동작하는 실외 열교환기(14)와 팽창밸브(15)를 접속하는 배관에, 필터(71)를 마련하고 있다.
이와 같이 냉매 회로(11)에 필터(71)를 마련함에 의해, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 필터(71)에서 포착하여, 팽창밸브(15)에서 슬러지가 막히는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시의 형태 3에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 3에 관한 필터(71)를 채용하여도 좋다. 실시의 형태 1에서는 슬러지의 발생을 억제하고 있지만, 냉매 회로(11) 중에는 약간의 슬러지가 발생한다. 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 3에 관한 필터(71)를 채용하고, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 필터(71)에서 포착함에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 3에서는, 실외 열교환기(14)와 팽창밸브(15)와의 사이에 필터(71)를 마련하였지만, 실내 열교환기(16)와 팽창밸브(15)와의 사이에 필터(71)를 마련하여도 좋다. 난방시에 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 필터(71)에서 포착함에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다. 실외 열교환기(14)와 팽창밸브(15)와의 사이, 및, 실내 열교환기(16)와 팽창밸브(15)와의 사이의 쌍방에 필터(71)를 마련하여도 물론 좋다.
실시의 형태 4.
냉동사이클 장치(10)를 이하와 같이 구성하여도, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 4에서, 특히 기술하지 않는 항목에 관해서는 실시의 형태 1∼실시의 형태 3의 어느 하나와 마찬가지로 하고, 동일한 기능이나 구성에 관해서는 동일한 부호를 사용하여 기술하는 것으로 한다.
본 실시의 형태 4에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 3에서 나타낸 팽창밸브(15)로서, 개방도가 가변인 니들식의 팽창밸브를 사용하고 있다. 그리고, 팽창밸브(15) 내에 슬러지가 부착하여도, 슬러지의 부착량에 응하여 개방도를 크게 하여 간다. 이에 의해, 팽창밸브(15)가 슬러지로 막히는 것, 즉, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 팽창밸브(15)의 개방도의 제어는, 제어 장치(17)가 행한다. 예를 들면, 제어 장치(17)는, 응축기에서 냉매의 과냉각도를 일정하게 제어하는 과냉각도 제어, 및, 증발기에서 냉매의 과열도를 일정하게 제어하는 과열도 제어 등, 냉동사이클 장치(10)를 안정 운전시키기 위한 공지의 제어를 행하면 좋다. 이에 의해, 팽창밸브(15)의 개방도를, 슬러지의 부착량에 응하여 개방도를 크게 하여 갈 수 있다.
실시의 형태 5.
냉동사이클 장치(10)를 이하와 같이 구성하여도, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 5에서, 특히 기술하지 않는 항목에 관해서는 실시의 형태 1과 마찬가지로 하고, 동일한 기능이나 구성에 관해서는 동일한 부호를 사용하여 기술하는 것으로 한다.
도 7은, 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)의 회로도이다. 또한, 도 7은, 냉방시의 냉동사이클 장치(10)의 회로도를 도시하고 있다.
본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 4에서 나타낸 팽창밸브(15)에 대신하여, 팽창기구로서 2개의 캐피럴리 튜브(15a, 15b)를 구비한다. 이들 2개의 캐피럴리 튜브(15a, 15b)는, 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(16)를 접속하는 배관에 직렬로 마련되어 있다. 또한, 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(16)를 접속하는 배관에는, 캐피럴리 튜브(15a)와 캐피럴리 튜브(15b)의 사이에, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 포착하는 필터(72)를 구비한다. 즉, 본 실시의 형태 5에 관한 필터(72)는, 도 6에 「B」로서 나타내는 위치에 마련되어 있다.
또한, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, 사용하는 냉동기유(60)의 구성은, 실시의 형태 1의 구성으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 냉동기유(60)에 인산에스테르를 첨가하여도 좋다. 또한 예를 들면, 냉동기유(60)로서, 포화 수분량이 1000wtppm보다 작은 냉동기유를 사용하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 냉동기유(60) 중의 첨가물 등과 화학반응하여 생성된 화학반응 생성물은, 냉동기유(60)가 식혀져 가는 중에, 냉동기유(60) 중에 용입될 수 없게 되어, 슬러지로서 석출한다. 이 때문에, 캐피럴리 튜브(15a, 15b)를 직렬로 마련한 경우, 혼합냉매의 흐름 방향에서 하류측이 되는 캐피럴리 튜브가 슬러지로 막히기 쉽다. 또한, 혼합냉매의 흐름 방향에서 하류측이 되는 캐피럴리 튜브란, 냉방시에서는 캐피럴리 튜브(15b)이고, 난방시에서는 캐피럴리 튜브(15a)이다.
그렇지만, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 상술한 바와 같이, 캐피럴리 튜브(15a)와 캐피럴리 튜브(15b)의 사이에 필터(72)를 마련하고 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 혼합냉매의 흐름 방향에서 하류측이 되는 캐피럴리 튜브가 슬러지로 막히는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 혼합냉매의 팽창 과정에서 발생한 슬러지도 포착할 수 있다. 따라서 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 5에 관한 캐피럴리 튜브(15a, 15b) 및 필터(72)를 채용하여도 좋다. 실시의 형태 1에서는 슬러지의 발생을 억제하고 있지만, 냉매 회로(11) 중에는 약간의 슬러지가 발생한다. 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 5에 관한 캐피럴리 튜브(15a, 15b) 및 필터(72)를 채용하여, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 필터(72)에서 포착함에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)가 냉방 또는 난방 중의 일방만을 행하는 것으로서 구성된 경우, 혼합냉매의 흐름 방향에서 상류측이 되는 캐피럴리 튜브의 내경(유로)을, 혼합냉매의 흐름 방향에서 하류측이 되는 캐피럴리 튜브의 내경(유로)보다도 크게 형성하여도 좋다. 혼합냉매의 흐름 방향에서 상류측이 되는 캐피럴리 튜브가 슬러지로 막혀 버리는 것을 보다 방지할 수 있고, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)의 팽창기구는, 캐피럴리 튜브로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 개방도가 가변인 니들식의 팽창밸브를 직렬로 마련하여도 좋다. 그렇지만, 본 실시의 형태 5에 관한 냉동사이클 장치(10)의 팽창기구를 캐피럴리 튜브로 구성함에 의해, 냉동사이클 장치(10)의 비용을 낮게 억제할 수 있다.
실시의 형태 6.
냉동사이클 장치(10)를 이하와 같이 구성하여도, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태 6에서, 특히 기술하지 않는 항목에 관해서는 실시의 형태 1과 마찬가지로 하고, 동일한 기능이나 구성에 관해서는 동일한 부호를 사용하여 기술하는 것으로 한다.
도 8은, 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 응축기의 냉매 유로를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8에 도시하는 속이 희게 빈 화살표는, 혼합냉매의 흐름 방향을 나타내고 있다.
본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)의 전체 구성을 설명하기 전에, 도 8을 사용하여, 냉방시에 응축기로서 동작하는 실외 열교환기(14), 및, 난방시에 응축기로서 동작하는 실내 열교환기(16)의 냉매 유로(80)에 관해 설명한다.
냉방시에 응축기로서 동작하는 실외 열교환기(14), 및, 난방시에 응축기로서 동작하는 실내 열교환기(16)는, 혼합냉매가 흐르는 냉매 유로(80)를 구비하고 있다. 상술한 바와 같이, 응축기의 냉매 유로(80)를 흐르는 냉매는, 냉매 유로(80)의 유입단부터 어느 일정 위치까지는, 가스 상태 또는 기액 2상 상태로서 흐른다. 그 후, 응축기의 냉매 유로(80)를 흐르는 냉매는, 액상의 냉매가 흐르는 과냉각 상태가 된다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태 6에서는, 혼합냉매가 가스 상태 또는 기액 2상 상태로서 흐르는 냉매 유로(80) 부분을, 제1 냉매 유로(80a)라고 정의한다. 그리고, 제1 냉매 유로(80a)의 길이를 La라고 정의한다. 또한, 혼합냉매가 액상으로 흐르는 냉매 유로(80) 부분, 즉 제1 냉매 유로(80a)보다도 혼합냉매의 흐름 방향의 하류측이 되는 냉매 유로(80) 부분을, 제2 냉매 유로(80b)라고 정의한다. 그리고, 제2 냉매 유로(80b)의 길이를 Lb라고 정의한다. 제1 냉매 유로(80a)의 길이(La)는, 냉동사이클 장치(10)의 운전 상태에 따라 다르지만, 본 실시의 형태 6에서는 냉매 유로(80)의 전체 길이(L)(=La+Lb)의 50%이다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 냉매 유로(80)의 일부가, 복수의 분기 냉매 유로(81a)를 병설한 분기부(81)로서 구성되는 경우가 있다. 이 경우, 각 분기 냉매 유로(81a)의 길이를 Lc라고 정의하면, 분기부(81)의 냉매 유로의 길이를 Lc라고 한다.
도 9는, 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)의 회로도이다. 또한, 도 9는, 냉방시의 냉동사이클 장치(10)의 회로도를 도시하고 있다.
본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 응축기의 제2 냉매 유로(80b), 및, 응축기와 팽창밸브(15)를 접속한 배관 중의 적어도 일방에, 응축기의 제1 냉매 유로(80a)보다도 큰 유로 단면적의 확관부(擴管部)(73)를 구비한다. 본 실시의 형태 6에서는, 냉방시에 응축기로서 동작하는 실외 열교환기(14)와 팽창밸브(15)를 접속한 배관의 관지름을 크게 하여, 당해 배관을 확관부(73)로 하고 있다.
또한, 유로 단면적이란, 혼합냉매의 흐름 방향과 수직한 단면으로 냉매 유로(80) 및 배관을 절단한 때의, 냉매 유로(80) 및 배관 내부(혼합냉매가 흐르는 공간)의 단면적이다. 여기서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 냉매 유로(80)의 일부가, 복수의 분기 냉매 유로(81a)를 병설한 분기부(81)로서 구성되는 경우가 있다. 이 경우, 분기부(81)의 유로 단면적은, 각 분기 냉매 유로(81a)의 유로 단면적의 총합이 된다.
여기서, 응축기의 제2 냉매 유로(80b), 및, 응축기와 팽창밸브(15)를 접속하는 배관은, 액상의 혼합냉매가 흐르는 것이다. 액상의 냉매가 흐르는 유로는, 압력 손실이 적고, 냉매의 유속도 느리다. 이 때문에, 통상, 당업자는, 액상의 냉매가 흐르는 유로의 유로 단면적을, 기액 2상 상태의 냉매가 흐르는 유로의 유로 단면적보다도 작게 하는 것을 부언하여 둔다.
또한, 본 실시의 형태 6에서는, 냉동기유(60)는, 산포착제가 2wt% 이상 첨가되어 있다. 여기서, 산포착제는, 냉매 회로(11) 중의 산(酸)과 화학반응한 후, 슬러지로서 석출한다. 이 때문에, 종래, 슬러지가 너무 발생하는 것을 방지하기 위해, 냉동기유에 첨가되는 산포착제의 양을 2wt%보다도 낮게 억제하고 있다. 한편, 본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, 냉동기유(60)에 첨가하는 산포착제의 양을 종래보다도 많게 하여, 적극적으로 슬러지를 석출하는 구성으로 하고 있다.
또한, 본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)에서는, 사용하는 냉동기유(60)의 구성은, 실시의 형태 1의 구성으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 냉동기유(60)에 인산에스테르를 첨가하여도 좋다. 또한 예를 들면, 냉동기유(60)로서, 포화 수분량이 1000wtppm보다 작은 냉동기유를 사용하여도 좋다.
고온 환경하에서 분해하기 쉬운 HFO-1123은, 고온이 되는 압축기(12) 내에서 분해한다. HFO-1123의 분해에 의해 발생한 불소 이온은, 냉매 회로(11) 중의 물과 화학반응하여, 불산이 된다. 이 불산과 산포착제가 화학반응하여 생성된 화학반응 생성물은, 냉동기유(60)가 고온 중에는 냉동기유(60) 중에 용입되어 있다. 그리고, 이 화학반응 생성물은, 냉동기유(60)가 식혀져 가는 중에, 냉동기유(60) 중에 용입될 수 없게 되어, 슬러지로서 석출한다. 즉, 도 6에 도시하는 Z범위에서, 슬러지가 발생한다.
본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 상술한 바와 같이, 응축기의 제2 냉매 유로(80b), 및, 응축기와 팽창밸브(15)를 접속하는 배관 중의 적어도 일방에, 응축기의 제1 냉매 유로(80a)보다도 큰 유로 단면적의 확관부(73)를 구비한다. 즉, 본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉방시에 도 6의 Z범위 중에서, 팽창밸브(15)보다도 혼합냉매의 흐름 방향의 상류측이 되는 위치(도 6에 「C」로서 나타내는 위치)에 확관부(73)를 구비한다.
액상의 혼합냉매가 흐르는 확관부(73)의 유로 단면적은, 가스 상태 또는 기액 2상 상태의 혼합냉매가 흐르는 응축기의 제1 냉매 유로(80a)의 유로 단면적보다도 크게 되어 있다. 이 때문에, 확관부(73)에서 혼합냉매의 유속이 저하되고, 석출한 슬러지가 확관부(73)의 내벽에 부착하게 된다. 확관부(73)는, 유로 단면적이 크기 때문에, 슬러지가 내벽에 부착하여도, 막혀 버리는 일은 없다.
이와 같이 냉매 회로(11)에 확관부(73)를 마련함에 의해, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 확관부(73)에서 포착하여, 슬러지가 가장 막히기 쉬운 팽창밸브(15)에서의 슬러지가 막히는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시의 형태 6에 관한 냉동사이클 장치(10)는, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 본 실시의 형태 6의 산포착제로서는, 에폭시 화합물을 채용하는 것이 바람직하다. 에폭시 화합물은, 접착성에 우수하고, 접착제의 재료로서도 사용되는 것이다. 에폭시 화합물을 산포착제로서 사용함에 의해, 확관부(73)의 내벽에 슬러지가 부착하기 쉬워지기 때문에, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 보다 방지할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 6의 구성을 채용하여도 좋다. 즉, 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동기유(60)에 산포착제를 2wt% 이상 첨가하고, 상술한 위치에 확관부(73)를 마련하여도 좋다. 실시의 형태 1에서는 슬러지의 발생을 억제하고 있지만, 냉매 회로(11) 중에는 약간의 슬러지가 발생한다. 실시의 형태 1에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 본 실시의 형태 6의 구성을 채용하고, 냉매 회로(11) 중에 석출한 슬러지를 확관부(73)에서 포착함에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 난방시에 응축기로서 동작하는 실내 열교환기(16)의 제2 냉매 유로(80b), 및, 실내 열교환기(16)와 팽창밸브(15)를 접속한 배관 중의 적어도 일방에, 확관부(73)를 구비하여도 좋다. 난방시에, 확관부(73)에서 슬러지를 포착할 수 있다.
이상, 실시의 형태 1∼실시의 형태 6에서는 특히 언급하지 않았지만, 실시의 형태 1∼실시의 형태 6의 각각을 적절히 조합하여도 좋다. 각 실시의 형태에서 얻어지는 냉매 회로(11)의 막힘 방지 효과의 상승 작용에 의해, 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 실시의 형태 2∼실시의 형태 4에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)에, 산포착제가 2wt% 이상 첨가되어 있는 냉동기유(60)를 사용하여도 좋다. 불산이 혼합냉매와 함께 냉매 회로(11) 내를 순환하면, 냉매 회로(11)를 구성하는 금속 부품이 부식되는 경우가 있다. 그렇지만, 종래는, 상술한 바와 같이, 슬러지가 너무 발생하는 것을 방지하기 위해, 냉동기유에 첨가되는 산포착제의 양을 2wt%보다도 낮게 억제하고 있다. 실시의 형태 2∼실시의 형태 4에서 나타낸 냉동사이클 장치(10)는, 상술한 바와 같이 냉매 회로(11)가 슬러지로 막혀 버리는 것을 방지할 수 있기 때문에, 산포착제가 2wt% 이상 첨가되어 있는 냉동기유(60)를 사용함에 의해, 냉매 회로(11)를 구성하는 금속 부품의 부식을 억제할 수 있다는 효과를 얻을 수도 있다.
실시의 형태 7.
최후로, 본 실시의 형태 7 및 후술하는 실시의 형태 8에서는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 6에서 나타낸 혼합냉매 및 냉동기유(60)의 알맞은 한 예를 나타내다. 또한, 혼합냉매 및 냉동기유(60)에서, 본 실시의 형태 7 및 후술하는 실시의 형태 8에서 나타내는 구성 이외는, 실시의 형태 1∼실시의 형태 6에서 나타낸 바와 같다.
HFO-1123은, 고온부에서 불균화(不均化) 반응을 일으키고, 불균화 반응의 연쇄에 의해 폭발이 발생하는 경우가 있다. 그렇지만, 실시의 형태 1∼실시의 형태 6에서는, 상술한 바와 같이, HFO-1123과, 그HFO-1123과는 다른 타냉매를 혼합한 혼합냉매가 사용된다. 혼합냉매 중에서의 HFO-1123의 비율을 억제하고 있기 때문에, 불균화 반응의 연쇄를 억제할 수 있다. 여기서, 불균화 반응의 연쇄를 더욱 억제하기 위해서는, 냉동사이클 장치(10)의 운전 중, 냉매 회로(11) 내를 순환하는 혼합냉매에서의 HFO-1123의 비율이, 냉매 회로에 혼합냉매가 봉입된 시점보다 커지지 않은 것이 바람직하다. 이 경우, 냉동기유(60)를 이하와 같이 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시의 형태 7에 관한 냉동기유(60)는, 상기 타냉매보다도 HFO-1123의 쪽이 녹기 쉬워지도록 조정되어 있다.
본 실시의 형태 7에서 사용되는 냉동기유(60)로서, 예를 들면 폴리올에스테르를 사용할 수 있다. 폴리올에스테르는, 지방산과 다가알코올(폴리올)이 에스테르 결합한 것이다. 지방산의 탄소수, 지방산의 분자 구조(분기쇄의 지방산을 사용하는지, 또는, 비분기쇄(직쇄)의 지방산을 사용하는지), 다가알코올의 탄소수, 및, 다가알코올의 분자 구조(분기쇄의 다가알코올을 사용하는지, 또는, 비분기쇄(직쇄)의 다가알코올을 사용하는지)를 조정함에 의해, 폴리올에스테르에의 냉매의 용해성(용해의 쉬운 정도)을 조정할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 7에서 사용되는 냉동기유(60)는, 폴리올에스테르로 한하지 않고, 폴리비닐에테르 또는 폴리알킬렌글리콜을 사용할 수도 있다. 폴리비닐에테르는, 직쇄의 탄화 수소의 측쇄에, 에테르 결합으로 알킬기가 결합한 것이다. 측쇄에서 에테르 결합하고 있는 알킬기의 성분을 변화시킴에 의해, 폴리비닐에테르에의 냉매의 용해성(용해의 쉬운 정도)을 조정할 수 있다. 폴리알킬렌글리콜은, 프로필렌옥시드와 에틸렌옥시드가 에테르 결합에 의해 쇄상(鎖狀)으로 결합하고 있는 것이다. 프로필렌옥시드와 에틸렌옥시드의 비율을 변화시킴에 의해, 폴리알킬렌글리콜에의 냉매의 용해성(용해의 쉬운 정도)을 조정할 수 있다.
폴리올에스테르, 폴리비닐에테르 및 폴리알킬렌글리콜의 적어도 2개를 혼합하여, 냉동기유(60)로 하여도 물론 좋다.
또한, 냉매 회로(11)에 봉입되기 전의 혼합냉매 및 냉동기유(60)의 양으로서는, 혼합냉매가 냉동기유(60)에 대해 1배 이상 4배 이하의 중량비가 되도록 하고 있다.
냉동사이클 장치(10)는, 상술한 바와 같이, HFO-1123의 쪽이 혼합냉매 중의 타냉매보다도 잘 녹게 조정된 냉동기유(60)를 사용하고 있다. 이 때문에, 냉동사이클 장치(10)의 운전 중, 냉매 회로(11) 내를 순환하는 혼합냉매에서의 HFO-1123과 상기 타냉매와의 혼합비는, 냉매 회로에 혼합냉매가 봉입된 시점보다도, HFO-1123의 비율이 커지는 것`이 없다. 따라서 냉동사이클 장치(10)는, 냉동사이클 장치(10)의 운전 중에 있어서도, HFO-1123이 불균화 반응을 일으키는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 타냉매로서 R32를 사용함에 의해, 즉, HFO-1123과 R32의 혼합냉매를 냉동사이클 장치(10)에 사용함에 의해, 더욱이 HFO-1123이 불균화 반응을 일으키는 것을 억제할 수 있다. HFO-1123과 R32의 혼합냉매는 의사공비(疑似共沸) 냉매가 되기 때문에, HFO-1123과 R32와의 분리가 억제되고, 냉매 회로(11) 내를 순환하는 혼합냉매가 분리함에 의해 부분적으로 HFO-1123의 농도가 높아지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
이때, HFO-1123과 R32의 혼합냉매는, 냉매 회로(11)에 봉입되기 전의 상태에서, 그 혼합냉매 중의 HFO-1123의 비율이 60wt% 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 냉매는 냉매 온도가 낮을 수록, 냉동기유(60)에 용입되기 쉬워진다. 즉, 냉방시보다도 냉매 온도가 낮아지는 난방시는, 냉방시보다도 냉동기유(60)에 용입되는 냉매량이 증가한다. 그리고, 본 실시의 형태 7에 관한 냉동기유(60)는, HFO-1123의 쪽이 R32보다도 녹기 쉽게 조정되어 있다. 이 때문에, HFO-1123과 R32의 혼합냉매에서, 그 혼합냉매 중의 HFO-1123의 비율을 60wt% 이하로 함으로써, 난방 운전시, 냉매 회로(11)를 순환하는 혼합냉매 중의 R32의 비율을 증대할 수 있고, 냉동사이클 장치(10)의 성적계수(成績係數)(COP)를 향상시킬 수 있다. 또한, HFO-1123을 사용함에 의한 지구온난화계수(GWP) 저감의 효과를 생각하면, 혼합냉매 중의 HFO-1123의 비율은 10wt% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 혼합냉매가 상기 냉동기유(60)에 대해 1배 이상 4배 이하의 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입한 것이 바람직하다. 혼합냉매가 냉동기유(60)에 대해 1배 미만의 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입한 경우, 냉동기유(60)에 대한 혼합냉매의 비율이 너무 작기 때문에, 혼합냉매의 조성의 변화량(HFO-1123과 타냉매와의 비율의 변화량)이 너무 커지고, 혼합냉매의 조성이 불안정하게 되기 때문에, 냉동사이클 장치(10)의 제어가 곤란해진다. 한편, 혼합냉매가 상기 냉동기유(60)에 대해 4배보다 커지는 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입한 경우, 냉동기유(60)에 대한 혼합냉매의 비율이 너무 크기 때문에, 혼합냉매의 조성의 변화량(HFO-1123과 타냉매와의 비율의 변화량)이 작아져서, COP의 개선 효과가 작아진다. 혼합냉매가 냉동기유(60)에 대해 1배 이상 4배 이하의 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입함에 의해, 냉동사이클 장치(10)를 안정하게 제어할 수 있고, COP의 개선 효과를 충분히 얻을 수 있다.
냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량의 한 예를 소개한다.
도 10은, 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량을 도시하는 도면이다. 이 도 10은, 혼합냉매를 구성하는 HFO-1123 및 HFO-1123 이외의 타냉매의 냉동기유(60)에 대한 용해량을 도시하는 것이고, 타냉매의 한 예로서 R32를 나타내고 있다. 또한, 도 10에 도시하는 종축은, 100중량부의 냉동기유(60)에 녹일 수 있는 HFO-1123 및 R32의 양을 나타내고 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 냉동기유(60)에 대한 HFO-1123의 용해량은, 냉동기유(60)에 대한 R32의 용해량보다도 많게 되어 있다. 도 10에서 냉동기유(60)의 온도가 60℃의 위치(파선의 위치)에 주목하면, 당해 위치는, 혼합냉매의 노점온도(露点溫度)가 40℃, 압축기(12) 내에 저류되어 있는 냉동기유(60)의 온도가 60℃(환언하면 압축기(12)의 토출 과열도가 20℃)에서 냉동사이클 장치(10)를 운전하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이 운전 상태에서, HFO-1123의 용해량은 33중량부(D점)로 되어 있다. 또한, R32의 용해량은, HFO-1123의 용해량보다도 16중량부 적은 17중량부(E점)로 되어 있다. 이와 같은 냉매의 용해량이 되도록 냉동기유(60)를 조정함에 의해, 상기한 효과(특히 COP의 개선 효과)를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 상기한 운전 상태에서, HFO-1123의 용해량이 30중량부 이상이 되고, R32의 용해량이 HFO-1123의 용해량보다도 10중량부 이상 적은 용해량이 되도록 냉동기유(60)를 조정함에 의해, 상기한 효과(특히 COP의 개선 효과)를 충분히 얻을 수 있다.
실시의 형태 8.
본 실시의 형태 8에 관한 혼합냉매는, HFO-1123, R32 및 HFO-1234yf를 혼합한 것이다. 이 혼합냉매는, 냉매 회로(11)에 봉입되기 전의 상태에서, HFO-1123이 50wt% 미만이고, R32의 혼합비율이 HFO-1123에 대해 0.7배 이상 2배 이하의 중량비로 되어 있다. R32의 혼합비율을 HFO-1123에 대해 0.7배 이상 2배 이하의 중량비로 함에 의해, R32와 HFO-1123은 의사공비 상태(의사공비 냉매)가 된다.
또한, 본 실시의 형태 8에 관한 냉동기유(60)는, HFO-1123, R32 및 HFO-1234yf 중, R32가 가장 녹기 어려워지도록 조정되어 있다. 또한, 냉동기유(60)는, HFO-1234yf의 쪽이 HFO-1123보다도 녹기 쉬워지도록 조정되어 있다.
본 실시의 형태 8에서 사용되는 냉동기유(60)로서, 예를 들면 폴리올에스테르를 사용할 수 있다. 폴리올에스테르는, 지방산과 다가알코올(폴리올)이 에스테르 결합한 것이다. 지방산의 탄소수, 지방산의 분자 구조(분기쇄의 지방산을 사용하는지, 또는, 비분기쇄(직쇄)의 지방산을 사용하는지), 다가알코올의 탄소수, 및, 다가알코올의 분자 구조(분기쇄의 다가알코올을 사용하는지, 또는, 비분기쇄(직쇄)의 다가알코올을 사용하는지)를 조정함에 의해, 폴리올에스테르에의 냉매의 용해성(용해의 쉬운 정도)을 조정할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 8에서 사용되는 냉동기유(60)는, 폴리올에스테르로 한하지 않고, 폴리비닐에테르 또는 폴리알킬렌글리콜을 사용할 수도 있다. 폴리비닐에테르는, 직쇄의 탄화 수소의 측쇄에, 에테르 결합으로 알킬기가 결합한 것이다. 측쇄에서 에테르 결합하고 있는 알킬기의 성분을 변화시킴에 의해, 폴리비닐에테르에의 냉매의 용해성(용해의 쉬운 정도)을 조정할 수 있다. 폴리알킬렌글리콜은, 프로필렌옥시드와 에틸렌옥시드가 에테르 결합에 의해 쇄상으로 결합하고 있는 것이다. 프로필렌옥시드와 에틸렌옥시드의 비율을 변화시킴에 의해, 폴리알킬렌글리콜에의 냉매의 용해성(용해의 쉬운 정도)을 조정할 수 있다.
폴리올에스테르, 폴리비닐에테르 및 폴리알킬렌글리콜의 적어도 2개를 혼합하여, 냉동기유(60)로 하여도 물론 좋다.
또한, 냉매 회로(11)에 봉입되기 전의 혼합냉매 및 냉동기유(60)의 양으로서는, 혼합냉매가 냉동기유(60)에 대해 1배 이상 4배 이하의 중량비가 되도록 하고 있다.
냉동사이클 장치(10)는, 상술한 바와 같이, 냉매 회로(11)에 봉입되기 전의 상태에서, HFO-1123이 50wt% 미만으로 되어 있는 혼합냉매를 사용하여, 냉매 회로(11) 내의 HFO-1123의 양을 억제하고 있다. 냉동사이클 장치(10)는, HFO-1123이 불균화 반응을 일으키는 것을 억제할 수 있다. 또한, 냉동사이클 장치(10)는, R32가 가장 녹기 어려워지도록 조정된 냉동기유(60)를 사용하고 있다. 이 때문에, 냉동사이클 장치(10)의 운전 중에도, 혼합냉매 중에 차지하는 HFO-1123의 비율이 증가한 것을 억제할 수 있다. 따라서 냉동사이클 장치(10)는, 냉동사이클 장치(10)의 운전 중에도, HFO-1123이 불균화 반응을 일으키는 것을 억제할 수 있다. 또한, 냉동사이클 장치(10)에 사용되는 혼합냉매는, R32의 혼합비율이 HFO-1123에 대해 0.7배 이상 2배 이하의 중량비로 되어 있다. 이 때문에, HFO-1123과 R32란 의사공비 상태로 할 수 있다. 따라서 냉동사이클 장치(10)는, HFO-1123과 R32와의 분리가 억제되기 때문에, HFO-1123이 불균화 반응을 일으키는 것을 더욱 억제할 수 있다. 즉, 냉동사이클 장치(10)는, HFO-1123의 불균화 반응의 연쇄에 의해 폭발이 발생하는 것을 방지할 수 있고, HFO-1123을 사용하여도 높은 안전성을 확보할 수 있다.
또한, HFO-1123을 사용함에 의한 지구온난화계수(GWP) 저감의 효과를 생각하면, 혼합냉매 중의 HFO-1123의 비율은 10wt% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 냉동사이클 장치(10)는, 혼합냉매 중의 HFO-1123의 비율을 저하시키기 위해, R32뿐만 아니라, HFO-1234yf도 혼합하고 있다. 이 때문에, 혼합냉매의 GWP를 저하시킬 수도 있다.
여기서, 혼합냉매의 조성비의 한 예, 및, 냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량의 한 예를 소개한다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 냉동기유(60)에 대한 냉매의 용해량을 도시하는 도면이다. 도 11은, 통상운전시의 냉매 용해량을 나타내고 있다. 도 12는, 과부하 운전시의 냉매 용해량을 나타내고 있다. 또한, 도 11 및 도 12에서는, 냉매 회로에 봉입되기 전의 상태에서의 혼합냉매의 조성은, 중량비로, HFO-1123 : R32 : HFO-1234yf=40 : 40 : 20으로 되어 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시하는 종축은, 100중량부의 냉동기유(60)에 녹일 수 있는 HFO-1123 및 R32의 양을 나타내고 있다.
도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 냉동기유(60)에 대한 각 냉매(혼합냉매를 구성하는 냉매)의 용해량은, HFO-1234yf>HFO-1123>R32로 되어 있다. 통상운전시에 있어서의 냉동기유(60)의 온도가 60℃의 상태(도 11의 파선의 위치)에 주목하면, 당해 상태는, 혼합냉매의 노점온도가 40℃, 압축기(12) 내에 저류되어 있는 냉동기유(60)의 온도가 60℃(환언하면 압축기(12)의 토출 과열도가 20℃)에서 냉동사이클 장치(10)를 운전하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이 운전 상태에서, HFO-1234yf의 용해량은 38중량부(F점)로 되어 있다. HFO-1123의 용해량은 33중량부(G점)로 되어 있다. 또한, R32의 용해량은, HFO-1234yf의 용해량보다도 21중량부 적은 17중량부(H점)로 되어 있다.
즉, 냉동기유(60)에 대한 각 냉매(혼합냉매를 구성하는 냉매)의 용해량을 HFO-1234yf>HFO-1123>R32로 조정함에 의해, 냉매 회로(11)를 순환하는 혼합냉매 중의 HFO-1234yf의 비율을 저감할 수 있다. 이에 의해, 혼합냉매가 고압화하여, 응축 과정 및 증발 과정에서의 혼합냉매의 온도 구배가 저감하기 때문에, 냉동사이클 장치(10)의 성능(COP)을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉동기유(60)에 대한 각 냉매(혼합냉매를 구성하는 냉매)의 용해량을 HFO-1234yf>HFO-1123>R32로 조정함에 의해, 냉동사이클 장치(10)의 운전 중, 냉매 회로(11) 내를 순환하는 혼합냉매에서의 HFO-1234yf의 비율은, 냉매 회로(11)에 혼합냉매가 봉입된 시점보다도 커지는 일이 없다. 따라서 냉동사이클 장치(10)의 성능은 저하되지 않는다.
한편, 과부하 운전시에 있어서의 냉동기유(60)의 온도가 100℃의 상태(도 12의 파선의 위치)에 주목하면, 당해 상태는, 혼합냉매의 노점온도가 60℃, 압축기(12) 내에 저류되어 있는 냉동기유(60)의 온도가 100℃(환언하면 압축기(12)의 토출 과열도가 40℃)에서 냉동사이클 장치(10)를 운전하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이 운전 상태에서, HFO-1234yf의 용해량은 26중량부(I점)로 되어 있다. HFO-1123의 용해량은 22중량부(J점)로 되어 있다. 또한, R32의 용해량은, HFO-1234yf의 용해량보다도 19중량부 적은 7중량부(K점)로 되어 있다.
냉매는 냉매 온도가 높을수록, 냉동기유(60)에 용입되기 어려워진다. 즉, 통상운전시보다도 냉매 온도가 높아지는 과부하 운전시는, 통상운전시보다도 냉동기유(60)에 용입되는 냉매량이 감소한다. 이 때문에, 과부하 운전시에 있어서 냉매 회로(11) 내를 순환한 혼합냉매는, 통상운전시에 비하여, HFO-1234yf의 비율이 증가한다. HFO-1234yf는 저동작압이기 때문에, 냉동기유(60)에 대한 각 냉매(혼합냉매를 구성하는 냉매)의 용해량을 HFO-1234yf>HFO-1123>R32로 조정함에 의해, 과부하 운전시에 고압측의 냉매 압력을 저감시키는 효과를 얻을 수도 있다.
도 13은, 도 11 및 도 12의 비율로 냉동기유(60)에 혼합냉매를 구성하는 각 냉매가 용해한 경우에 있어서의, HFO-1234yf의 조성비를 도시하는 도면이다. 도 13의 횡축은, 냉매 회로(11)에 봉입되기 전의 혼합냉매와 냉동기유(60)와의 중량비(혼합냉매의 중량/냉동기유(60)의 중량)를 나타내고 있다. 또한, 도 13의 종축은, 냉매 회로(11) 내를 순환하는 혼합냉매 내에 차지하는 HFO-1234yf의 비율을 나타내고 있다. 또한, 곡선(N)이 통상운전시에 있어서의 HFO-1234yf의 조성비를 나타내고 있고, 곡선M)이 과부하 운전시에 있어서의 HFO-1234yf의 조성비를 나타내고 있다.
혼합냉매가 상기 냉동기유(60)에 대해 1배 미만의 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입한 경우, 냉동기유(60)에 대한 혼합냉매의 비율이 너무 작기 때문에, 혼합냉매의 조성의 변화량이 너무 커지고, 혼합냉매의 조성이 불안정하게 되기 때문에, 냉동사이클 장치(10)의 제어가 곤란해진다. 한편, 혼합냉매가 상기 냉동기유(60)에 대해 4배보다 커지는 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입한 경우, 냉동기유(60)에 대한 혼합냉매의 비율이 너무 크기 때문에, HFO-1234yf의 변화량이 작게 되어, 0.5wt% 미만이된다. 이 때문에, 상술한 COP의 개선 효과 및 고압 저감 효과가 작아진다. 본 실시의 형태 8에서는, 혼합냉매가 상기 냉동기유(60)에 대해 1배 이상 4배 이하의 중량비가 되도록, 냉매 회로(11)에 혼합냉매 및 냉동기유(60)를 봉입하고 있기 때문에, 냉동사이클 장치(10)를 안정하게 제어할 수 있고, COP의 개선 효과 및 고압 저감 효과를 충분히 얻을 수 있다.
또한, 냉매 회로에 봉입되기 전의 상태에서의 혼합냉매의 조성(HFO-1123 : R32 : HFO-1234yf=40 : 40 : 20)은, 어디까지나 한 예이다. 그렇지만, HFO-1234yf의 비율이 지나치게 증가하면, 압력 손실 증대에 의해 냉동사이클 장치(10)의 성능의 저하가 우려된다. 이 때문에, HFO-1234yf의 비율은, 50wt% 이하가 바람직하다.
또한, 도 11 및 도 12에서 도시한 각 냉매의 용해량도 어디까지나 한 예이다. 노점온도가 40℃, 압축기(12) 내에 저류되어 있는 냉동기유(60)의 온도가 60℃가 되는 운전 조건에서, HFO-1234yf의 용해량이 30중량부 이상이 되고, R32의 용해량이 HFO-1234yf의 용해량보다도 10중량부 이상 적은 용해량이 되도록 냉동기유(60)를 조정함에 의해, 상기한 효과를 충분히 얻을 수 있다.
10 : 냉동사이클 장치
11 : 냉매 회로
12 : 압축기
13 : 4방밸브
14 : 실외 열교환기
15 : 팽창밸브
15a, 15b : 캐피럴리 튜브
16 : 실내 열교환기
17 : 제어 장치
20 : 밀폐 용기
21 : 흡입관
22 : 토출관
23 : 흡입 머플러
24 : 전원 단자
30 : 압축 요소
31 : 실린더
31a : 압축실
31b : 베인홈
31c : 흡입 포트
32 : 롤링 피스톤
32a : 외주면
33 : 베인
33a : 선단부
34 : 주축받이
35 : 부축받이
36 : 토출 머플러
37 : 베인 스프링
40 : 전동 요소
41 : 고정자
42 : 회전자
43 : 고정자 철심
44 : 고정자 권선
45 : 리드선
46 : 회전자 철심
48 : 절연 부재
50 : 축
51 : 편심축부
52 : 주축부
53 : 부축부
60 : 냉동기유
70 : 드라이어
71 : 필터
72 : 필터
73 : 확관부
80 : 냉매 유로
80a : 제1 냉매 유로
80b : 제2 냉매 유로
81 : 분기부
81a : 분기 냉매 유로

Claims (25)

  1. 인산에스테르가 첨가되지 않은 냉동기유, 및 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매가 봉입된 냉매 회로에 사용되는 압축기로서,
    철강을 모재로 하고, 제1 접촉부를 갖는 제1 부재와,
    상기 제1 부재의 상기 제1 접촉부와 서로 스치도록 접촉하는 제2 접촉부를 갖는 제2 부재를 구비하고,
    상기 제1 부재의 상기 모재는, 상기 제1 접촉부에서 노출하여 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    압축실이 형성된 실린더와,
    상기 압축실의 내부에서 회전하는 롤링 피스톤과,
    선단이 상기 롤링 피스톤의 외주면과 접촉하고, 상기 압축실을 2개의 공간으로 분할하는 베인을 구비하고,
    상기 롤링 피스톤 및 상기 베인 중의 적어도 일방이 상기 제1 부재인 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 압축기를 갖는 냉매 회로와,
    상기 냉매 회로에 봉입되고, 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매와,
    상기 냉매 회로 내에 봉입되고, 인산에스테르가 첨가되지 않은 냉동기유를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉동기유는, 마모방지제가 첨가되지 않은 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 냉동기유는, 포화 수분량이 1000wtppm 이상인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 냉매 회로에, 물을 포착하는 드라이어를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 냉매 회로는, 응축기 및 팽창기구를 구비하고,
    상기 응축기와 상기 팽창기구를 접속하는 배관에, 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 냉매 회로는 팽창기구를 구비하고,
    상기 팽창기구는, 개방도가 가변인 니들식의 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉동기유는, 산포착제가 2wt% 이상 첨가된 구성인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 냉매 회로는 2개의 팽창기구를 구비하고,
    이들 상기 팽창기구는 직렬로 마련되어 있고,
    이들 상기 팽창기구의 사이에 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  11. 철강을 모재로 하고, 제1 접촉부를 갖는 제1 부재, 및 상기 제1 부재의 상기 제1 접촉부와 서로 스치도록 접촉하는 제2 접촉부를 갖는 제2 부재를 갖는 압축기, 응축기, 및, 팽창기구를 갖는 냉매 회로와,
    상기 냉매 회로에 봉입되고, 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매와,
    상기 냉매 회로 내에 봉입되고, 산포착제가 2wt% 이상 첨가되고, 인산에스테르가 첨가되지 않은 냉동기유를 구비하고,
    상기 압축기의 상기 제1 부재의 상기 모재는, 상기 제1 접촉부에서 노출하여 있고,
    상기 응축기는, 상기 혼합냉매가 흐르는 냉매 유로를 구비하고,
    그 냉매 유로에서, 상기 혼합냉매의 유입단부터, 상기 냉매 유로의 전체 길이의 50%까지의 부분을, 제1 냉매 유로라고 정의하고,
    상기 냉매 유로에서, 상기 제1 냉매 유로보다도 상기 혼합냉매의 흐름 방향의 하류측이 되는 부분을 제2 냉매 유로라고 정의한 경우,
    그 제2 냉매 유로, 및, 상기 응축기와 상기 팽창기구를 접속하는 배관 중의 적어도 일방에, 상기 제1 냉매 유로보다도 큰 유로 단면적의 확관부를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산포착제는 에폭시 화합물인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉동기유는, 마모방지제가 첨가되지 않은 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 압축기는,
    압축실이 형성된 실린더와,
    상기 압축실의 내부에서 회전하는 롤링 피스톤과,
    일단이 상기 롤링 피스톤의 외주면과 접촉하고, 상기 압축실을 저압 공간과 고압 공간에 구획하는 베인을 구비하고,
    상기 롤링 피스톤 및 상기 베인 중의 적어도 일방이 상기 제1 부재인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉동기유는, 포화 수분량이 0.1wt% 이상인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉매 회로에, 수분을 포착하는 드라이어를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 응축기와 상기 팽창기구를 접속하는 배관에, 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 팽창기구는, 개방도가 가변인 니들식의 팽창기구인 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  19. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 팽창기구를 2개 구비하고,
    이들 상기 팽창기구는 직렬로 접속되는 구성이고,
    이들 상기 팽창기구의 사이에 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  20. 압축기, 응축기 및 팽창기구를 갖는 냉매 회로와,
    상기 냉매 회로에 봉입되고, 1,1,2-트리플루오로에틸렌을 포함하는 혼합냉매와,
    상기 냉매 회로 내에 봉입되고, 산포착제가 2wt% 이상 첨가된 냉동기유를 구비하고,
    상기 응축기는, 상기 혼합냉매가 흐르는 냉매 유로를 구비하고,
    그 냉매 유로에서, 상기 혼합냉매의 유입단부터, 상기 냉매 유로의 전체 길이의 50%까지의 부분을, 제1 냉매 유로라고 정의하고,
    상기 냉매 유로에서, 상기 제1 냉매 유로보다도 상기 혼합냉매의 흐름 방향의 하류측이 되는 부분을 제2 냉매 유로라고 정의한 경우,
    그 제2 냉매 유로, 및, 상기 응축기와 상기 팽창기구를 접속하는 배관 중의 적어도 일방에, 상기 제1 냉매 유로보다도 큰 유로 단면적의 확관부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
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