KR102164106B1 - 전동 압축기 및 냉동 공조 장치 - Google Patents

전동 압축기 및 냉동 공조 장치 Download PDF

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히로유키 아카타
야스타카 요시다
고지 나이토
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Abstract

본 발명의 전동 압축기(3)는 냉매를 압축하는 압축 기구부(33)와, 상기 압축 기구부(33)를 구동하는 전동 모터(24)를 밀폐 용기(25) 내에 구비하고, 상기 냉매가 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하고, 상기 밀폐 용기(25)에 저류되는 냉동기유가, 기유로서의 폴리비닐에테르와, 상기 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 지환식 에폭시 화합물과, 상기 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 지방족 에폭시 화합물과, 상기 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 제3급 포스페이트를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전동 압축기 및 냉동 공조 장치
본 발명은 전동 압축기 및 냉동 공조 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 공기 조화기, 냉장·냉동 쇼케이스 등의 냉동 공조 장치에 사용되는 바람직한 냉매로서, 열물성, 저지구 온난화 계수(GWP; Global Warming Potential), 저독성, 저연소성 등의 이유로부터 하이드로플루오로카본이 주목되고 있다.
종래, R32(디플루오로메탄)를 주성분으로 하는 하이드로플루오로카본계 냉매와, 폴리비닐에테르유를 냉동기유로서 사용한 공기 조화기가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 공기 조화기에 의하면, 폴리비닐에테르유가 냉동 회로 내의 수분을 흡수하므로 전동 압축기의 전동기에 있어서의 전기적 절연성을 향상시킬 수 있다.
일본 특허 제4836305호 공보
그런데, 냉매 봉입량이 비교적 많아지는 대형의 냉동 공조 장치에서는, 상기한 하이드로플루오로카본 중에서도, 더 저연소성(불연성)이 풍부한 하이드로플루오로올레핀의 사용이 바람직하다.
그러나, 냉동기유로서 상기한 폴리비닐에테르유를 사용하면, 하이드로플루오로올레핀의 열화학 안정성이 저하된다.
또한, 폴리비닐에테르유는 비교적 윤활 성능이 나쁘다. 그 때문에 전동 압축기의 마찰 손실이 증대된다. 특히, 베어링에 구름 기구를 설치한 전동 압축기에서는, 베어링의 피로 수명도 저하된다. 그래서, 폴리비닐에테르유는 윤활성 향상제(극압 첨가제)로서의 제3급 포스페이트와 병용하는 것이 일반적이다.
그러나, 하이드로플루오로올레핀의 존재 하에 폴리비닐에테르유와 제3급 포스페이트를 병용하면, 제3급 포스페이트가 분해 소비되는 문제가 있다. 이 때문에 전동 압축기는, 충분히 제품 신뢰성을 얻을 수는 없는 과제가 있었다.
본 발명의 과제는 환경 부하가 작은 하이드로플루오로올레핀을 냉매로서 사용하고, 또한 제품 신뢰성도 양호하게 유지할 수 있는 전동 압축기 및 냉동 공조 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결한 본 발명의 전동 압축기는, 냉매를 압축하는 압축 기구부와, 상기 압축 기구부를 구동하는 회전축과, 상기 회전축을 지지하는 베어링을 밀폐 용기 내에 구비하고, 상기 냉매가 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하고, 상기 베어링이 구름 베어링이고, 상기 밀폐 용기에 저류되는 냉동기유가 폴리비닐에테르유이고, 상기 냉동기유는, 지환식 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 및 제3급 포스페이트를 각각 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하의 범위에서 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과제를 해결한 본 발명의 냉동 공조 장치는 상기 전동 압축기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 환경 부하가 작은 하이드로플루오로올레핀을 냉매로서 사용하고, 또한 제품 신뢰성도 양호하게 유지할 수 있는 전동 압축기 및 냉동 공조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 공기 조화기(냉동 공조 장치)의 구성 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 냉장·냉동 쇼케이스(냉동 공조 장치)의 구성 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 전동 압축기의 종단면도이다.
이어서, 본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대하여 도면을 적절히 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태의 전동 압축기는 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하는 냉매와, 지환식 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 및 제3급 포스페이트를 각각 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하의 범위에서 포함하는 냉동기유로서의 폴리비닐에테르유를 사용하는 것을 주된 특징으로 한다. 또한, 본 실시 형태의 냉동 공조 장치는 이 전동 압축기를 구비하는 것을 주된 특징으로 한다.
이하에는, 공기 조화기 및 냉장·냉동 쇼케이스를 예로 들어 냉동 공조 장치의 전체 구성에 대하여 설명한 후에, 전동 압축기 및 이것에 사용하는 상기한 냉매 및 냉동기유에 대하여 상세하게 설명한다.
<공기 조화기>
도 1은 냉동 공조 장치로서의 공기 조화기(50A)의 구성 설명도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 공기 조화기(50A)는 실외기(1)와, 실내기(2)를 구비하고 있다.
실외기(1)는 전동 압축기(3), 사방 밸브(4), 팽창 수단(6)(팽창부), 실외 열교환기(5) 및 어큐뮬레이터(8)가 소정의 배관으로 접속되어 구성되어 있다.
전동 압축기(3)는 나중에 상세히 설명하는 바와 같이 전동 모터(24)(도 3 참조)에 의해 구동하는 미끄럼 이동부를 갖는 냉매의 압축 기구부(33)(도 3 참조)를 구비하고 있다.
실내기(2)는 실내 열교환기(7)를 구비하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서 사용되는 냉매 및 이 전동 압축기(3)에 저류되는 냉동기유에 대해서는, 후기하는 전동 압축기(3)와 함께 상세하게 설명한다.
이 공기 조화기(50A)는 사방 밸브(4)를 전환함으로써 실내 열교환기(7)를 증발기, 실외 열교환기(5)를 응축기로서 사용하는 냉방 운전과, 실내 열교환기(7)를 응축기, 실외 열교환기(5)를 증발기로서 사용하는 난방 운전을 행하는 히트 펌프식의 것이다.
예를 들어, 냉방 운전 시의 공기 조화기(50A)에 있어서는, 전동 압축기(3)로 압축된 고온 고압의 냉매는 사방 밸브(4)를 통과하여 실외 열교환기(5)에 유입되고, 축류 팬(5a)에서 발생한 공기류와의 열교환에 의해 방열하여 응축한다. 그 후, 냉매는 팽창 수단(6)에 의해 등엔탈피 팽창하고, 저온 저압에서 가스 냉매와 액냉매가 혼재한 기액 2상류가 되어 실내 열교환기(7)로 유입된다.
관류 팬(7a)에 의해 발생한 공기류는 실내 열교환기(7)를 통류하는 액냉매와 열교환을 행한다. 실내 열교환기(7)에서의 액냉매는 공기로부터의 흡열 작용에 의해 가스 냉매로 기화한다. 즉, 액냉매가 기화할 때에 실내 열교환기(7)가 주위의 공기를 냉각함으로써 공기 조화기(50A)는 냉방 기능을 발휘한다.
이어서, 실내 열교환기(7)를 나온 저온 가스의 상태의 냉매는 사방 밸브(4)를 통과하고 나서 어큐뮬레이터(8)에 들어간다. 실내 열교환기(7)에서 증발할 수 없었던 저온 저압의 액냉매는 어큐뮬레이터(8)에서 분리되고, 저온 저압 가스의 냉매가 전동 압축기(3)로 복귀된다. 그 후, 이 냉매는 전동 압축기(3)에서 다시 고온 고압으로 압축됨과 함께, 사방 밸브(4), 실외 열교환기(5), 팽창 수단(6) 및 실내 열교환기(7)를 순환한다. 즉, 이 순환이 반복됨으로써 냉동 사이클이 구성된다.
또한, 난방 운전 시의 공기 조화기(50A)에 있어서는, 사방 밸브(4)의 전환에 의해, 상기한 냉방 운전 시와는 역방향으로 냉매의 흐름이 바뀐다. 이에 의해 전동 압축기(3)에서 압축된 고온 고압의 냉매는 사방 밸브(4)를 통과하여 실내 열교환기(7)에 유입된다. 고온 고압의 냉매는 관류 팬(7a)에서 발생한 공기류와의 열교환에 의해 방열하여 응축한다. 즉, 실내 열교환기(7)가 주위의 공기를 가열함으로써 공기 조화기(50A)는 난방 기능을 발휘한다.
<냉장·냉동 쇼케이스>
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 냉장·냉동 쇼케이스(50B)의 구성 설명도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 냉장·냉동 쇼케이스(50B)는 실외기(9)와, 쿨러 유닛(10)을 구비하고 있다.
실외기(9)는 전동 압축기(3), 응축기(12), 과냉각기(13), 팽창 수단(14, 17)(팽창부) 및 어큐뮬레이터(16)가 소정의 배관으로 접속되어 구성되어 있다.
전동 압축기(3)는, 나중에 상세히 설명하는 바와 같이 전동 모터(24)(도 3 참조)에 의해 구동하는 미끄럼 이동부를 갖는 냉매의 압축 기구부(33)(도 3 참조)를 구비하고 있다.
쿨러 유닛(10)은 증발기(15)를 구비하고 있다.
이 냉장·냉동 쇼케이스(50B)에서는, 전동 압축기(3)로 단열적으로 압축된 고온 고압의 냉매 가스가, 토출 파이프(28)(도 3 참조)를 통과하여 응축기(12)로 송출되고, 축류 팬(12a)에서 발생한 공기류와의 열교환에 의해 방열하여 응축한다. 응축기(12)에서 응축하여 고압액이 된 냉매는 과냉각기(13)로 송출되어 과냉각된다. 과냉각기(13)로부터 송출되는 과냉각의 냉매는 팽창 수단(14)(예를 들어, 온도식 팽창 밸브 등)으로 팽창하고, 약간 가스를 포함하는 저온 저압액이 되어 쿨러 유닛(10)의 증발기(15)로 송출된다.
쿨러 유닛(10)의 관류 팬(15a)에 의해 발생한 공기류는 증발기(15)를 통류하는 저온 저압액이 된 냉매와 열교환을 행한다. 증발기(15)에서의 냉매는 공기로부터의 흡열 작용에 의해 가스 냉매로 기화된다. 즉, 액냉매가 기화될 때에 증발기(15)가 주위의 공기를 냉각함으로써, 냉장·냉동 쇼케이스(50B)는 냉장·냉동 기능을 발휘한다.
증발기(15)에서 공기로부터 흡열한 냉매는 저온 가스의 상태에서 어큐뮬레이터(16)에 들어간다. 증발기(15)에서 증발할 수 없었던 저온 저압의 액냉매는 어큐뮬레이터(16)에 있어서 분리되고, 저온 저압 가스의 냉매가 전동 압축기(3)로 복귀된다. 그 후, 이 냉매는 전동 압축기(3)에서 다시 고온 고압으로 압축됨과 함께, 응축기(12), 과냉각기(13), 팽창 수단(14) 및 증발기(15)를 순환한다. 즉, 이 순환이 반복됨으로써 냉동 사이클이 구성된다.
덧붙여 말하면, 본 실시 형태의 냉장·냉동 쇼케이스(50B)에 사용되는 전동 압축기(3)는 냉매 압축비가 10 내지 20 정도로 높고, 냉매 가스가 고온이 되기 쉽다. 이 때문에 냉장·냉동 쇼케이스(50B)에 있어서는, 응축기(12)로부터 과냉각기(13)를 향하는 배관을 분기시키고, 그 분기시킨 한쪽의 배관에 팽창 수단(17)(예를 들어, 모세관 등)을 배치하고 있다.
그리고, 본 실시 형태의 냉장·냉동 쇼케이스(50B)에 있어서는, 팽창 수단(17)에 의해 냉매 가스를 포함하는 저온 저압액을 얻음으로써 주계통에 있는 고압의 액냉매를 과냉각기(13)에서 더 냉각하고 있다. 냉장·냉동 쇼케이스(50B)에서는 과냉각기(13)에서 냉각한 냉매를 전동 압축기(3)로 복귀시킴으로써, 흡입한 냉매의 온도를 낮추고, 토출 온도를 낮게 하고 있다.
<전동 압축기>
이어서, 본 발명의 냉동 공조 장치로서 설명한 상기 공기 조화기(50A)(도 1 참조) 및 상기 냉장·냉동 쇼케이스(50B)(도 2 참조)에 사용되는 전동 압축기(3)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 덧붙여 말하면, 본 실시 형태의 전동 압축기(3)는 스크롤식 압축기를 상정하고 있다.
도 3은 본 실시 형태의 전동 압축기(3)의 종단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 전동 압축기(3)는 밀폐 용기(25)와, 압축 기구부(33)와, 전동 모터(24)를 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.
밀폐 용기(25)의 밀폐 공간 내에는 압축 기구부(33)와 전동 모터(24)가 수납되어 있다. 또한, 밀폐 용기(25)의 저부에는 이후에 상세히 설명하는 냉동기유(29)(이하, 냉동기유의 부호는 생략함)가 저류되어 있다.
압축 기구부(33)는 나중에 상세하게 설명하는 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기(25) 내에 토출하는 것이고, 밀폐 용기(25) 내의 상부에 배치되어 있다.
압축 기구부(33)는 고정 스크롤 부재(19)와, 선회 스크롤 부재(21)와, 프레임(22)과, 올덤 링(38)을 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.
고정 스크롤 부재(19)는 단부판 상에 와권상 랩(18)을 갖고 있고, 프레임(22) 상에 볼트 고정되어 있다. 선회 스크롤 부재(21)는 고정 스크롤 부재(19)의 와권상 랩(18)과 맞물리는 와권상 랩(20)을 단부판 상에 갖고 있다. 이것들의 와권상 랩(18, 20)이 서로 맞물림으로써 압축실(26)이 형성된다.
또한, 본 실시 형태에서의 선회 스크롤 부재(21) 및 고정 스크롤 부재(19)는 알루미늄 합금으로 형성된 것을 상정하고 있다.
고정 스크롤 부재(19)의 주연부에는 흡입 파이프(37)에 연통하는 흡입구(35)가 마련되고, 중앙부에는 토출구(27)가 마련되어 있다. 이 토출구(27)는 밀폐 용기(25) 내의 압축 기구부(33)의 상방 공간에 연통하고 있다.
선회 스크롤 부재(21)의 반고정 스크롤 부재(19)측에는 선회 베어링이 내장되는 보스부가 설치되어 있다. 이 선회 베어링에는 선회 스크롤 부재(21)를 편심 구동시키는 편심 핀부(37)가 끼워 넣어져 있다.
올덤 링(38)은 선회 스크롤 부재(21)의 자전 규제 기구를 구성하고 있다. 올덤 링(38)은 선회 스크롤 부재(21)와 프레임(22) 사이에 설치되어, 공전하는 선회 스크롤 부재(21)의 자전을 방지하여 원 궤도 운동을 행하게 한다.
본 실시 형태에서의 프레임(22)은 밀폐 용기(25)에 용접으로 고정되어 있다. 이 프레임(22)은 고정 스크롤 부재(19), 올덤 링(38) 및 선회 스크롤 부재(21)를 지지하고 있다. 프레임(22)의 중앙에는 하방으로 돌출되는 통부가 설치되어 있다. 이 통부 내에는 크랭크 샤프트(23)를 축지지하는 주베어링(31)이 설치되어 있다.
고정 스크롤 부재(19) 및 프레임(22)의 외주부에는 고정 스크롤 부재(19)의 상방 공간과 프레임(22)의 하방 공간을 연통하는 복수의 토출 가스 통로(도시 생략)가 형성되어 있다.
전동 모터(24)는 회전자(24a)와, 고정자(24b)와, 크랭크 샤프트(23)와, 밸런스 웨이트(24c)를 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.
고정자(24b)는 전류를 흐르게 하여 회전자계를 발생시키는 복수의 도체를 갖는 코일과, 회전자계를 효율적으로 전달하기 위한 철심을 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.
고정자(24b)의 외주에는 전체 둘레에 걸쳐서 다수의 절결부가 형성되고, 이 절결부와 밀폐 용기(25) 사이에 토출 가스 통로가 형성되어 있다.
크랭크 샤프트(23)는 회전자(24a)의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 회전자(24a)와 일체화되어 있다. 크랭크 샤프트(23)의 일측(도시예에서는 상측)은 회전자(24a)보다 돌출되어 압축 기구부(33)에 걸림 결합되고, 압축 기구부(33)의 압축 동작에 의해 편심력이 가해진다. 본 실시 형태에서는, 크랭크 샤프트(23)는 그 양측이 회전자(24a)의 양측보다 돌출되고, 회전자(24a)의 양측에서 주베어링(31) 및 부베어링(32)에 의해 축지지되어, 안정적으로 회전할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서의 주베어링(31) 및 부베어링(32)은 구름 베어링으로 구성되어 있다.
크랭크 샤프트(23)의 하단은 밀폐 용기(25)의 저부의 냉동기유류로 연장되어 있다. 냉동기유는 압력차에 의해 크랭크 샤프트(23)에 마련된 오일 구멍(30)을 통해, 선회 스크롤 부재(21)와 크랭크 샤프트(23)의 미끄럼 이동부, 구름 베어링으로 이루어지는 상기한 주베어링(31), 부베어링(32) 등에 공급된다.
이상과 같은 전동 압축기(3)에 있어서는, 전동 모터(24)에 통전되어 회전자(24a)가 회전한다. 회전자(24a)는 일정속으로, 또는 도시하지 않은 인버터에 의해 제어된 전압에 따른 회전 속도로 회전한다. 회전자(24a)의 회전에 동기하여 크랭크 샤프트(23)가 회전함으로써, 선회 스크롤 부재(21)는 상기와 같이 편심 구동된다. 고정 스크롤 부재(19)와 선회 스크롤 부재(21) 사이에 형성되는 압축실(26)은 외주측으로부터 중앙부로 이동하면서 용적을 축소시킨다. 상기한 흡입 파이프(37) 및 흡입구(35)를 통해 흡입된 냉매 가스는 압축실(26)에서 압축된다. 압축된 냉매 가스는 고정 스크롤 부재(19)의 중앙부의 토출구(27)로부터 밀폐 용기(25) 내의 상부 공간(토출압 공간)으로 토출된 후, 토출 파이프(28)를 통해 밀폐 용기(25) 외부로 배출된다.
<냉매>
본 실시 형태의 전동 압축기(3)에 있어서는, 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하는 냉매가 사용된다.
하이드로플루오로올레핀으로서는, 특별히 제한은 없지만, 그 중에서도, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO1234yf), 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO1234ze), 트리플루오로에텐(HFO1123) 및 3,3,3-트리플루오로프로펜(HFO1243zf)이 바람직하다. 이것들의 하이드로플루오로올레핀은 단독으로도 2종 이상을 조합해도 사용할 수도 있다.
본 실시 형태에서의 냉매는 하이드로플루오로올레핀 단독으로 구성할 수도 있지만, 하이드로플루오로올레핀 이외의 다른 냉매를 80질량％ 이하로 포함하는 혼합 냉매를 사용할 수도 있다.
혼합 냉매를 구성하는 다른 냉매로서는, 예를 들어 디플루오로메탄, 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄, 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 모노플루오로에탄, 디플루오로에탄 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되는 것은 아니다. 이것들의 다른 냉매는 단독으로도 2종 이상을 조합해도 하이드로플루오로올레핀과 혼합 냉매를 구성할 수 있다.
하이드로플루오로올레핀과 다른 냉매의 조합으로서는, 특별히 제한은 없지만, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄의 혼합 냉매, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 디플루오로메탄과 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합 냉매, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,2,2,2-펜타플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합 냉매, 트리플루오로에텐과 디플루오로메탄의 혼합 냉매가 바람직하다.
<냉동기유>
본 실시 형태에서의 냉동기유는 폴리비닐에테르유로 이루어지는 기유와, 지환식 에폭시 화합물과, 지방족 에폭시 화합물과, 제3급 포스페이트를 포함하여 구성되어 있다.
(폴리비닐에테르유)
본 실시 형태에서의 폴리비닐에테르유는 하기 식 (1)로 나타나는 폴리비닐에테르로 이루어진다.
Figure 112018104091873-pct00001
[단, 식 (1) 중, R1은 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, m은 5 내지 15의 정수임. 또한, m개로 이루어지는 각 비닐에테르 단위끼리의 R1은 서로 독립적이고 동일해도 되고 상이해도 되고, 각 비닐에테르 단위끼리는 랜덤 결합 및 블록 결합의 어느 것이어도 됨]
상기 식 (1) 중의, R1로 나타나는 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기를 들 수 있다.
스크롤식 압축기를 상정한 본 실시 형태에서의 폴리비닐에테르유의 동점도(40℃)는 46 내지 84㎟/s의 범위가 바람직하다. 또한, 폴리비닐에테르유의 동점도는, 적용하는 전동 압축기의 종류에 따라 적절하게 변경할 수 있고, 예를 들어 로터리식 압축기에 적용하는 폴리비닐에테르유의 동점도(40℃)는 32 내지 74㎟/s의 범위 내에 설정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서의 폴리비닐에테르유의 점도 압력 계수(40℃)는 11㎬-1 이상의 것을 상정하고 있다. 특히 점도 압력 계수(40℃)가 15.1㎬-1 이상인 폴리비닐에테르유는 보다 바람직하다.
(지환식 에폭시 화합물)
본 실시 형태에서의 지환식 에폭시 화합물로서는, 에폭시기를 구성하는 탄소 원자가 직접 지환식 환을 구성하고 있는 화합물을 들 수 있다.
이와 같은 지환식 에폭시 화합물로서는, 예를 들어 1,2-에폭시시클로헥산, 1,2-에폭시시클로펜탄, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트, 엑소-2,3-에폭시노르보르난, 비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸)아디페이트, 2-(7-옥사비시클로[4.1.0]헵토-3-일)-스피로(1,3-디옥산-5,3'-[7]옥사비시클로[4.1.0]헵탄, 4-(1'-메틸에폭시에틸)-1,2-에폭시-2-메틸시클로헥산, 4-에폭시에틸-1,2-에폭시시클로헥산 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되는 것은 아니다. 이것들의 지환식 에폭시 화합물은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
그 중에서도, 하기 식 (2)로 나타나는 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트가 바람직하다.
Figure 112018104091873-pct00002
본 실시 형태에서의 냉동기유에 있어서는, 지환식 에폭시 화합물은 폴리비닐에테르유(기유)에 대하여 0.1 내지 2.0질량％ 포함된다.
(지방족 에폭시 화합물)
본 실시 형태에서의 지방족 에폭시 화합물로서는, 예를 들어 알킬글리시딜에스테르 화합물, 알킬글리시딜에테르 화합물 등을 들 수 있다.
알킬글리시딜에스테르 화합물로서는, 예를 들어 하기 식 (3)으로 나타나는 것을 들 수 있다.
Figure 112018104091873-pct00003
[단, 상기 식 (3) 중, R2는 탄소수 4 내지 12의 알킬기임]
상기 식 (3) 중의, R2로 나타나는 알킬기로서는, 직쇄 구조 또는 분지 구조의 어느 것이어도 되고, 예를 들어 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 이소프로필기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 이소헥실기, 2-에틸헥실기 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되는 것은 아니다.
상기한 알킬글리시딜에테르 화합물로서는, 예를 들어 하기 식 (4)로 나타나는 것을 들 수 있다.
Figure 112018104091873-pct00004
[단, 상기 식 (4) 중, R3은 탄소수 4 내지 12의 알킬기임]
상기 식 (4) 중, R3으로 나타나는 알킬기로서는, 상기 식 (3) 중의 R2로 나타나는 알킬기와 동일한 것을 들 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서의 지방족 에폭시 화합물로서는, 예를 들어 글리세롤, 소르비톨, 폴리글리세롤 등의 다가 알코올의 글리시딜에테르 화합물을 사용할 수도 있다.
이와 같은 지방족 에폭시 화합물로서는, 예를 들어 글리세롤디글리시딜에테르, 글리세롤트리글리시딜에테르, 폴리글리세롤폴리글리시딜에테르, 소르비톨폴리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판폴리글리시딜에테르, 펜타에리트리톨폴리글리시딜에테르 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되는 것은 아니다.
지방족 에폭시 화합물 중에서도 바람직한 것은, 상기한 알킬글리시딜에스테르 화합물 및 상기한 알킬글리시딜에테르 화합물이다.
이상과 같은 지방족 에폭시 화합물은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 실시 형태에서의 냉동기유에 있어서는, 지환식 에폭시 화합물은 폴리비닐에테르유(기유)에 대하여 0.1 내지 2.0질량％ 포함된다.
(제3급 포스페이트)
본 실시 형태에서의 제3급 포스페이트(정 인산에스테르)로서는, 예를 들어 트리크레질포스페이트, 트리페닐포스페이트 및 그의 유도체, 트리크실레닐포스페이트, 크레질디페닐포스페이트, 2-에틸헥실디페닐포스페이트, 트리스(2-에틸헥실)포스페이트 등을 들 수 있지만 이것들에 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도 바람직한 제3급 포스페이트는 트리크레질포스페이트이다.
이상과 같은 제3급 포스페이트는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 실시 형태에서의 냉동기유에 있어서는, 제3급 포스페이트는 폴리비닐에테르유(기유)에 대하여 0.1 내지 2.0질량％ 포함된다.
(그 밖의 성분)
본 실시 형태에서의 냉동기유는 필요에 따라, 그 밖의 윤활성 향상제, 산화 방지제, 산 포착제, 소포제, 금속 불활성제 등을 포함할 수 있다. 산화 방지제로서는, 페놀계인 DBPC(2,6-디-t-부틸-p-크레졸)가 바람직하다.
이어서, 본 실시 형태가 발휘하는 작용 효과에 대하여 설명한다.
상기한 공기 조화기(50A)(도 1 참조), 냉장·냉동 쇼케이스(50B)(도 2 참조) 등의 냉동 공조 장치에 있어서 사용되는 냉동기유는 전동 압축기(3)(도 3 참조)의 미끄럼 이동부에 있어서 윤활, 밀봉, 냉각 등의 역할을 한다.
또한, 전동 압축기(3)는 주베어링(31) 및 부베어링(32)(도 3 참조)에 구름 베어링을 사용함으로써 마찰 손실을 저감시켜, 통년 에너지 소비 효율(APF; Annual Performance Factor)을 향상시킬 수 있다.
종래, 냉동기유로서는, 전기 절연성이 우수한 폴리비닐에테르가 널리 사용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그런데, 환경 부하가 작은 하이드로플루오로올레핀을 냉매로서 사용하는 냉동 공조 장치에서는, 폴리비닐에테르를 냉동기유로서 사용하면, 하이드로플루오로올레핀의 열화학 안정성이 저하된다. 그 때문에 하이드로플루오로올레핀을 사용하는 냉동 공조 장치에서는, 냉동기유로서 폴리비닐에테르를 사용할 수 없다.
또한, 폴리비닐에테르는 윤활성이 떨어지기 때문에 이 윤활성을 향상시킬 목적으로 제3급 포스페이트를 첨가할 필요가 있었다.
그러나, 하이드로플루오로올레핀과 폴리비닐에테르의 공존 하에서는, 제3급 포스페이트가 분해 소비되기 때문에, 냉동기유의 성능을 양호하게 유지할 수 없다.
그래서, 폴리비닐에테르 대신에, 제3급 포스페이트 등의 첨가제를 배합하지 않아도 양호한 윤활성을 나타내는 폴리올에스테르를 냉동기유에 사용하는 것이 고려된다.
그러나, 폴리올에스테르는 점도 압력 계수가 작은 문제가 있다. 그 때문에, 구름 베어링을 사용하는 전동 압축기에 폴리올에스테르를 사용하면, 구름 베어링의 피로 수명이 저하되고, 플레이킹에 의한 진동, 소음이 빠른 기간에 발생해 버리는 문제가 있다.
또한, 스크롤 압축기의 고효율화를 목적으로 하여 와권상 랩을 알루미늄 합금화한 전동 압축기에서는, 폴리올에스테르는 트라이보케미컬 반응을 발생시킴으로써 와권상 랩 사이를 대폭으로 마모하는 문제도 있다.
이에 비해 본 실시 형태의 전동 압축기(3)는 상기 냉매가 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하고, 냉동기유가, 기유로서의 폴리비닐에테르와, 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 지환식 에폭시 화합물과, 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 지방족 에폭시 화합물과, 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 제3급 포스페이트를 포함하고 있다.
이와 같은 본 실시 형태의 전동 압축기(3)에 의하면, 상기 조성의 냉동기유를 사용하고 있으므로, 하이드로플루오로올레핀 및 제3급 포스페이트의 분해 소비를 억제할 수 있다. 냉동기유의 윤활 성능은 양호하게 유지된다. 이에 의해 전동 압축기(3)는 마찰 손실이 저감됨으로써 운전 효율이 향상된다. 또한, 미끄럼 이동부에 있어서의 마모가 방지됨으로써 전동 압축기(3)의 신뢰성이 향상됨과 함께 내용 수명이 연장된다.
또한, 본 실시 형태에서의 폴리비닐에테르유의 점도 압력 계수(40℃)는 11㎬-1 이상이 되어 있다. 따라서, 본 실시 형태의 전동 압축기(3)의 구름 베어링으로 이루어지는 주베어링(31)(도 3 참조)과 부베어링(32)(도 3 참조)은 상기한 폴리올에스테르를 사용하는 것과 달리, 피로 수명이 길고, 또한 플레이킹에 의한 진동, 소음의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전동 압축기(3)에 의하면, 폴리비닐에테르유를 사용함으로써, 상기한 폴리올에스테르를 사용하는 것과 달리, 알루미늄 합금으로 이루어지는 와권상 랩(18, 20) 사이에서의 트라이보케미컬 반응을 억제할 수 있다. 이에 의해 트라이보케미컬 반응에 수반하는 마찰 표면에 있어서의 감량을 방지할 수 있다. 이에 의해 미끄럼 이동부에 있어서의 마모가 방지됨으로써 전동 압축기(3)의 신뢰성이 향상됨과 함께 내용 수명이 연장된다.
또한, 본 실시 형태의 전동 압축기(3)를 구비하는 공기 조화기(50A) 및 냉장·냉동 쇼케이스(50B)(냉동 공조 장치)에 의하면, 전동 압축기(3)가 이상과 같은 작용 효과를 발휘함으로써, 제품 신뢰성이 한층 더 향상된다.
이상, 본 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 스크롤식의 전동 압축기(3)(도 3 참조)에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 예를 들어 로터리식 압축기, 트윈 로터리식 압축기, 2단 압축 로터리식 압축기, 스윙식 압축기, 레시프로 압축기 등의 다른 전동 압축기에 적용할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 냉동 공조 장치로서의 공기 조화기(50A)(도 1 참조) 및 냉장·냉동 쇼케이스(50B)(도 2 참조)에 대하여 설명했지만, 본 발명은 냉장고, 냉동고, 히트 펌프식 급탕 장치 등의 다른 냉동 공조 장치에 적용할 수도 있다.
실시예
이하에는, 본 발명의 작용 효과를 검증한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예의 설명에 앞서, 환경 부하가 작은 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하는 것을 냉매로서 사용하고, 폴리비닐에테르를 냉동기유로서 사용하면, 하이드로플루오로올레핀의 열화학 안정성이 저하되는 것에 대하여 검증한 참고예에 대하여 설명한다.
(참고예 1 내지 참고예 10 및 참고예 14)
참고예 1 내지 참고예 10 및 참고예 14에서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 2종류의 하이드로플루오로올레핀(HFO1234yf 및 HFO1234ze) 및 디플루오로메탄(HFC32)에서 선택되는 것으로 냉매를 구성했다. 표 1에 나타내는 냉매의 각 란의 숫자는 냉매에 차지하는 HFO1234yf, HFO1234ze 및 HFC32의 비율(％)이다. 즉, 참고예 1 내지 참고예 10 및 참고예 14에서는 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하는 냉매를 사용하고 있다.
또한, HFO1234yf는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜이고, HFO1234ze는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜이다.
Figure 112018104091873-pct00005
또한, 참고예 1 내지 참고예 10 및 참고예 14에서는 표 1 중, (A), (B) 및 (C)로 나타낸 상기 식 (1)로 나타나는 폴리비닐에테르인 하기의 냉동기유를 사용했다.
(A) 이데미츠 고산사제 폴리비닐에테르유 다프니하메틱 오일(등록 상표)
FVC68(40℃의 동점도 67.8㎟/s)
(B) 이데미츠 고산사제 폴리비닐에테르유 다프니하메틱 오일(등록 상표)
FV50(40℃의 동점도가 50.7㎟/s)
(C) 이데미츠 고산사제 폴리비닐에테르유 다프니하메틱 오일(등록 상표)
FVC32(40℃의 동점도가 31.8㎟/s)
참고예 1 내지 참고예 10 및 참고예 14에서는 함수량 100ppm 미만의 표 1에 나타내는 냉동기유(60g)와, 금속 촉매와, 냉동기유에 대하여 0.2질량％의 산화 방지제(DBPC; 2,6-디-t-부틸-p-크레졸)를 유리 용기에 넣고, 이것을 압력 용기 내에 배치했다. 금속 촉매는 알루미늄, 구리 및 철을 포함하는 합금 선재(직경 2.0, 길이 300㎜)를 코일상으로 권회한 것을 사용했다. 또한, 합금 선재는 미리 사포로 닦은 후, 아세톤 및 에탄올로 세정한 것을 사용했다.
이어서, 압력 용기 내를 100㎩ 이하로 진공 배기한 후, 압력 용기에 냉매 봄베를 접속하여 압력 용기 내에, 표 1에 나타내는 냉매 12g을 도입했다.
이 압력 용기를 175℃의 항온조에서 504시간 가열 처리했다.
이어서, 가열 처리 후의 냉동기유 및 금속 촉매를 압력 용기로부터 취출하고, 냉동기유의 전체 산가(㎎KOH/g) 및 냉동기유 중의 불소량(ppm)을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중, 냉동기유 중의 불소량(유중의 불소량)은 이온 크로마토그래피법에 의해 측정했다. 또한, 취출한 금속 촉매 표면의 변색의 유무를 눈으로 보아 관찰했다. 그 결과를 「금속 촉매 외관」이라고 하여 표 1에 나타낸다.
(참고예 11 내지 참고예 13 및 참고예 15)
참고예 11 내지 참고예 13 및 참고예 15에서는 하이드로플루오로올레핀이 20질량％ 미만인 냉매(표 1 참조)를 사용한 것 이외는, 참고예 1과 마찬가지로 하여, 가열 처리 후의 냉동기유의 전체 산가(㎎KOH/g) 및 냉동기유 중의 불소량(ppm)을 측정함과 함께, 금속 촉매 표면의 변색의 유무를 눈으로 보아 관찰했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(참고예 16)
참고예 16에서는 냉동기유로서 폴리비닐에테르 대신에, 표 1 중, (D)로 나타낸 하기의 폴리올에스테르를 사용했다.
(D) 힌더드 타입의 폴리올에스테르이며, 40℃의 동점도가 68.7㎟/s이다. 이 냉동기유를 사용한 것 이외는, 참고예 1과 마찬가지로 하여, 가열 처리 후의 냉동기유의 전체 산가(㎎KOH/g) 및 냉동기유 중의 불소량(ppm)을 측정함과 함께, 금속 촉매 표면의 변색의 유무를 눈으로 보아 관찰했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(참고예의 평가 결과)
참고예 1 내지 참고예 3에 나타낸 바와 같이, 폴리비닐에테르(냉동기유 A, B, C)와 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO1234yf)의 조합에서는, 냉동기유의 동점도의 값에 관계없이, 전체 산가(초기값 0.01㎎KOH/g 이하)의 값이 크게 되어 있다. 또한, 유중 불소량도 많고, 금속 촉매도 변색되었다.
또한, 참고예 4 내지 참고예 6에 나타낸 바와 같이, 폴리비닐에테르(냉동기유 A, B, C)와 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO1234ze)의 조합에서는, 냉동기유의 동점도의 값에 관계없이, 전체 산가(초기값 0.01㎎KOH/g 이하)의 값이 크게 되어 있다. 또한, 유중 불소량도 많게 되어 있다. 또한, 금속 촉매의 변색은 보이지 않았다.
참고예 7 내지 참고예 10 및 참고예 14에 나타낸 바와 같이, 하이드로플루오로올레핀(HFO1234yf, HFO1234ze)을 20질량％ 이상 포함하는 냉매를 사용하면, 전체 산가(초기값 0.01㎎KOH/g 이하)의 값이 크게 되어 있다. 또한, 유중 불소량도 많게 되어 있다. 또한, 참고예 7 내지 참고예 9에서는 금속 촉매가 변색되었다. 또한, 참고예 10 및 참고예 14에서는 금속 촉매의 변색은 보이지 않았다.
참고예 11, 참고예 12 및 참고예 15에 나타낸 바와 같이, 하이드로플루오로올레핀이 20질량％ 미만인 냉매(표 1 참조)를 사용한 경우에는, 전체 산가가 작고, 유중 불소량도 적었다. 또한, 금속 촉매의 변색은 보이지 않았다.
참고예 16에 나타낸 바와 같이, 냉동기유로서 표 1 중, (D)로 나타나는 폴리올에스테르를 사용한 경우에는, 전체 산가가 작고, 유중 불소량도 적었다. 또한, 금속 촉매의 변색은 보이지 않았다.
이상의 점에서, 하이드로플루오로올레핀을 20질량％ 이상 포함하는 냉매를 사용하면, 폴리비닐에테르와의 열화학 안정성이 극단적으로 저하되는 것이 확인되었다.
(실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 5)
실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 5에서는, 표 2에 나타낸 바와 같이 하기의 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)의 소정량(표 2 중의 「시험 전(질량％)」 참조)을 냉매 및 냉동기유에 더함과 함께, 이것을 상기한 참고예 1 내지 참고예 10 및 참고예 14와 마찬가지로 가열 처리했다.
Figure 112018104091873-pct00006
덧붙여 말하면, 냉매 및 냉동기유의 각각은, 표 2에 나타낸 바와 같이, 참고예 1과 동일한 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO1234yf) 단독 및 상기한 (A)의 폴리비닐에테르를 사용했다.
표 2 중, (V)로 나타나는 첨가제는 지환식 에폭시 화합물로서의, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트이다.
표 2 중, (X)로 나타나는 첨가제는 지방족 에폭시 화합물로서의, 2-에틸헥실글리시딜에테르이다.
표 2 중, (Y)로 나타나는 첨가제는 지방족 에폭시 화합물로서의, 알킬기의 탄소수가 4 내지 9인 알킬글리시딜에스테르의 혼합물로 이루어져 있다.
표 2 중, (Z)로 나타나는 첨가제는 제3급 포스페이트로서의, 트리크레질포스페이트이다.
또한, 표 2 중, 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)의 「시험 전(질량％)」은 냉동기유(폴리비닐에테르)에 대한 질량％이다.
그리고, 실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 5에서는, 참고예 1과 마찬가지로 하여, 가열 처리 후의 냉동기유의 전체 산가(㎎KOH/g) 및 냉동기유 중의 불소량(ppm)을 측정함과 함께, 금속 촉매 표면의 변색의 유무를 눈으로 보아 관찰했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 가열 처리 후의 냉동기유에 포함되는 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)의 각 성분의 잔존율을, 시험 후(％)라고 하여 표 2에 나타냈다.
(실시예 1 내지 실시예 12 및 비교예 1 내지 비교예 5의 평가 결과)
실시예 1 내지 실시예 12에서는 표 2 중, 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)로 나타낸 바와 같이, 지환식 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 및 제3급 포스페이트의 각각을, 냉동기유에 대하여 0.1질량％ 내지 2.0질량％ 포함하고 있다.
이에 비해, 비교예 1 내지 비교예 4에서는, 지환식 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 및 제3급 포스페이트 중 어느 것이, 0.1질량％ 미만으로 되어 있다.
또한, 비교예 5에서는 (V)로 나타나는 지환식 에폭시 화합물이 2.0질량％를 초과하고 있다.
비교예 1 내지 비교예 4에서는 전체 산가가 크고, 유중 불소량도 많다. 또한, 비교예 2 내지 비교예 4에서는 금속 촉매가 변색되었다.
또한, 비교예 1 내지 비교예 4에서는 가열 처리 후의 냉동기유에 있어서, 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)가 감소하고 있다. 특히, 비교예 1의 (V)로 나타나는 지환식 에폭시 화합물, 비교예 2의 (X)로 나타나는 지방족 에폭시 화합물 및 (Z)로 나타나는 제3급 포스페이트, 비교예 3의 (Y)로 나타나는 지방족 에폭시 화합물 및 (Z)로 나타나는 제3급 포스페이트, 그리고 비교예 4의 (V)로 나타나는 지환식 에폭시 화합물, (X)로 나타나는 지방족 에폭시 화합물 및 (Z)로 나타나는 제3급 포스페이트의 분해 소비가 현저하다.
또한, 비교예 5에서는 가열 처리 후의 냉동기유에 있어서, 전체 산가가 크고, (V)로 나타나는 지환식 에폭시 화합물의 분해 소비가 현저하다. 또한, 가열 처리 후의 냉동기유에는 첨가제의 중합물이라고 생각되는 석출물이 많이 확인되었다.
이에 비해, 실시예 1 내지 실시예 12에서는 전체 산가가 작고, 유중 불소량도 적다. 또한, 금속 촉매의 변색은 보이지 않았다.
그리고, 가열 처리 후의 냉동기유에 포함되는 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)의 잔존율도 크다. 이에 의해 본 발명에 있어서는, 냉동기유에 지환식 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 및 제3급 포스페이트의 각각을, 냉동기유에 대하여 0.1질량％ 내지 2.0질량％ 포함함으로써, 이것들의 조성물에 있어서의 각 성분 상호의 열화학 안정성이 우수한 것이 검증되었다.
(실시예 13 및 비교예 6)
실시예 13에서는, 표 3에 나타낸 바와 같이 냉동기유로서, 실시예 1과 동일한 (A)로 나타나는 폴리비닐에테르를 사용하여, 이 냉동기유에 대하여, 표 2에 나타내는 첨가제 (V), (X) 및 (Z)를 실시예와 동일한 비율[표 2의 시험 전(질량％) 참조]로 포함하는 것을 조제했다.
Figure 112018104091873-pct00007
이것들의 첨가제를 포함하는 냉동기유에 대하여, 낙체식 고압 점도계를 사용하여 20℃ 내지 160℃, 1 내지 130㎫에 있어서의 고압 점도를 측정했다. 그리고, 이 고압 점도에 기초하여, 문헌 「하타 외, 마찰 공학자, 55(9), 635(2010)」에 기재된 산출 방법에 준거하여 60℃에 있어서의 점도 압력 계수(㎬-1)를 산출했다. 표 3에 점도 압력 계수(㎬-1)를 기재한다.
또한, 실시예 13에서는 상기한 첨가제를 포함하는 냉동기유를 사용하여 구름 베어링 피로 평균 수명(h)을 측정했다.
구름 베어링 피로 평균 수명(h)의 측정은 IP305/79(The Institute of Petroleum)에 있어서의 유니 스틸 시험법에 의해 행하였다. 측정 조건으로서는, 단식 스러스트 볼 베어링 5110(베어링 No.51110)을 사용하여, 회전축의 회전 속도 1500rpm, 하중 4800N, 오일양 150ml, 유온 120℃로 했다. 그리고, 측정을 11건 행하여, 와이블 분포에 의해 구름 베어링의 피로 수명을 평균 수명 시간으로서 산출했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
또한, 비교예 6에서는 첨가제 (V), (X), (Y) 및 (Z)의 어느 것도 포함하지 않는 상기한 참고예 16의 (D) 힌더드 타입의 폴리올에스테르를 냉동기유로서 사용했다.
이 냉동기유에 대하여, 실시예 13과 마찬가지로 점도 압력 계수(㎬-1) 및 구름 베어링 피로 평균 수명(h)을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 13에서는 점도 압력 계수가 15.1㎬-1이고, 구름 베어링 피로 평균 수명(h)이 340시간에 도달하는 것이 판명되었다.
이에 비해, 비교예 6에서는 점도 압력 계수(㎬-1)가 실시예 13보다도 낮고, 10.2㎩-1에 멈춰 있었다. 그 때문에 구름 베어링 피로 평균 수명(h)도 126시간으로 짧은 결과가 되었다.
(실시예 14, 그리고 비교예 7 및 비교예 8)
도 3에 도시하는 스크롤식의 전동 압축기(3)를 탑재한 패키지 에어콘(14.0㎾ 기종)을 사용하여, 고속 고부하 조건에 있어서의 3000시간 내구 시험을 실시했다.
전동 압축기(3)의 회전 속도는 6000rpm으로 했다. 전동 모터(24)의 철심과 코일의 절연에는 250㎛의 내열 PET 필름(B종 130℃)을 사용했다. 코일의 주절연에는 폴리에스테르이미드-아미드이미드의 더블 코트를 실시한 이중 피복 구리선을 사용했다. 냉매에는 HFC32/HFO1234yf/HFC125의 혼합 냉매(GWP＝약 680)를 사용하여, 냉동 사이클에 4000g 밀봉했다. 냉동기유에는 실시예 1에서 사용한 40℃에 있어서의 동점도가 67.8㎟/s인 폴리비닐에테르유(기유) 1000mL를 사용했다.
이 냉동기유(기유)의 첨가제는 냉동기유(기유)에 대하여 상기한 (V)로 나타나는 지환식 에폭시 화합물로서의, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트 0.5질량％, (X)로 나타나는 지방족 에폭시 화합물로서의, 2-에틸헥실글리시딜에테르 0.5질량％, (Z)로 나타나는 제3급 포스페이트로서의, 트리크레질포스페이트 1.0질량％였다. 또한, 이 냉동기유(기유)에는 냉동기유(기유)에 대하여 0.25질량％의 산화 방지제(DBPC; 2,6-디-t-부틸-p-크레졸)를 더했다.
이에 비해 비교예 7에서는 실시예 14에 있어서의 첨가제 함유의 냉동기유 대신에, 참고예 16에 있어서의 냉동기유(D)의 폴리올에스테르(표 1 참조)를 사용한 것 이외는, 실시예 14와 동일한 조건에서 3000시간 내구 시험을 실시했다.
또한, 비교예 8에서는 비교예 2(표 2 참조)에서 사용한 냉동기유와 첨가제의 조합을 사용하여 실시예 14와 동일한 조건에서 3000시간 내구 시험을 실시했다.
이 패키지 에어콘을 3000시간 운전 후에 있어서, 탑재한 전동 압축기(3)를 해체하고, 마모의 상태나 구름 베어링[주베어링(31) 및 부베어링(32)(도 3 참조)]의 플레이킹 발생 상태에 대하여 조사했다.
실시예 14의 전동 압축기(3)의 주베어링(31), 부베어링(32)을 구성하는 구름 베어링의 전동체나 내륜 외륜의 궤도면에는 플레이킹이 보이지 않았다. 또한, 선회 스크롤 부재(21) 및 고정 스크롤 부재(19)(도 3 참조)의 이 끝, 올덤 링(38) 등의 미끄럼 이동부에 있어서도 마모가 매우 적은 것이 판명되었다.
또한, 냉동기유의 열화 판단으로서, 전체 산가를 적정법, 첨가제 잔존량을 가스 크로마토그래피에 있어서 측정했다. 시험 후의 전체 산가는 0.04㎎KOH/g으로 낮은 값을 나타냈다. 각 첨가제의 잔존량에 대해서도 상기 첨가제 (V)가 74％, 상기 첨가제(X)가 68％, 상기 첨가제(Z)가 91％이고, 장기적인 신뢰성이 우수한 것이 확인되었다.
이에 비해, 비교예 7에서는 주베어링(31) 및 부베어링(32)(도 3 참조)의 내륜 궤도면에 플레이킹 자국이 보이고, 또한 그 밖의 미끄럼 이동부에 있어서의 마모가 현저하게 보였다.
또한, 비교예 8에서는 전동 압축기(3)의 상기 미끄럼 이동부의 마모가 적었지만, 시험 후의 전체 산가는 0.95㎎KOH/g으로 증가하고 있었다. 또한, 각 첨가제의 잔존량도 첨가제(X)가 0％로 소멸하고 있고, 첨가제(Z)도 33％로 대폭으로 감소하고 있었다.
(실시예 15 및 비교예 9)
실시예 15에서는 고정 스크롤 부재(19)와 선회 스크롤 부재(21)(도 3 참조), 그리고 프레임(36)(도 3 참조)에 고강도이고 내마모성이 우수한 10 내지 12질량％의 실리콘을 함유하는 알루미늄-실리콘 공정계 합금을 사용한 전동 압축기(3)(도 3 참조)를 준비했다.
이 전동 압축기(3)에 대하여, 시험 시간을 3000시간으로부터 500시간으로 변경한 것 이외는, 실시예 14와 동일한 내구 시험을 실시했다. 또한, 이 알루미늄-실리콘 공정계 합금으로 이루어지는 고정 스크롤 부재(19)와 선회 스크롤 부재(21)(도 3 참조), 그리고 프레임(36)(도 3 참조)에는 표면 처리를 실시하고 있지 않다.
또한, 비교예 9에서는 비교예 7의 냉동기유를 사용한 것 이외는, 실시예 15와 마찬가지로 내구 시험을 실시했다.
실시예 15에서는 고정 스크롤 부재(19)와 선회 스크롤 부재(21)(도 3 참조), 그리고 프레임(36)(도 3 참조)에 있어서, 큰 마모는 진행되고 있지 않았다. 또한, 냉동기유의 전체 산가도 0.04㎎KOH/g으로 증가가 없었다.
이에 비해, 비교예 9에서는 고정 스크롤 부재(19)와 선회 스크롤 부재(21)(도 3 참조), 그리고 프레임(36)(도 3 참조)에 있어서의 미끄럼 이동부에 트라이보케미컬 반응이 진행되었다. 그 때문에 미끄럼 이동부의 마모에 의해 72시간 경과 후에 시험을 중단했다. 냉동기유의 전체 산가도 0.53㎎KOH/g으로 대폭으로 증가하여 열화가 진행되고 있었다.
이상의 실시예의 결과로부터, 본 발명은 환경 부하가 작은 고효율의 냉동 공조 장치 및 고신뢰성의 전동 압축기가 얻어지는 것을 알 수 있었다.
1 : 실외기
2 : 실내기
3 : 전동 압축기
4 : 사방 밸브
5 : 실외 열교환기
6 : 팽창 수단
7 : 실내 열교환기
7a : 관류 팬
8 : 어큐뮬레이터
9 : 실외기
10 : 쿨러 유닛
12 : 응축기
13 : 과냉각기
14 : 팽창 수단
15 : 증발기
15a : 관류 팬
16 : 어큐뮬레이터
17 : 팽창 수단
18 : 고정 스크롤 부재의 와권상 랩
19 : 고정 스크롤 부재
20 : 선회 스크롤 부재의 와권상 랩
21 : 선회 스크롤 부재
23 : 크랭크 샤프트
24 : 전동 모터
24a : 회전자
24b : 고정자
25 : 밀폐 용기
26 : 압축실
27 : 토출구
28 : 토출 파이프
30 : 오일 구멍
31 : 주베어링
32 : 부베어링
33 : 압축 기구부
35 : 냉동기유
36 : 프레임
37 : 흡입 파이프
38 : 올덤 링
50A : 공기 조화기(냉동 공조 장치)
50B : 냉동 쇼케이스(냉동 공조 장치)

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 압축 기구부와, 상기 압축 기구부를 구동하는 전동 모터를 밀폐 용기 내에 구비하고,
    상기 냉매가 하이드로플루오로올레핀 20질량％ 이상과 하이드로플루오로카본 80질량％ 이하의 혼합 냉매로 이루어지고,
    상기 밀폐 용기에 저류되는 냉동기유가,
    기유로서의 폴리비닐에테르와,
    상기 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 지환식 에폭시 화합물과,
    상기 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 지방족 에폭시 화합물과,
    상기 기유에 대하여 0.1질량％ 이상, 2.0질량％ 이하인 제3급 포스페이트를
    포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전동 모터는 상기 냉동기유로 윤활되는 구름 베어링으로 지지되는 회전축을 통해 상기 압축 기구부를 구동하는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하이드로플루오로올레핀은 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 트리플루오로에텐 및 3,3,3-트리플루오로프로펜에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지환식 에폭시 화합물은 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  5. 제1항에 있어서, 지방족 에폭시 화합물은 알킬글리시딜에스테르 화합물 및 알킬글리시딜에테르 화합물에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3급 포스페이트는 트리크레질포스페이트인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압축 기구부는, 서로 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤 부재와 고정 스크롤 부재를 구비하고,
    상기 선회 스크롤 부재 및 상기 고정 스크롤 부재는 알루미늄 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 전동 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
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