KR20100087200A - 냉매 압축기 및 냉동 사이클 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉동기유(14)를 저류하는 밀폐 용기(1) 내에, 모터(3)와 이 모터(3)에 크랭크축(7)을 통해 연결되어 냉매를 압축하는 압축기부(2)를 수납하는 냉매 압축기(C)에 있어서, 상기 냉매가 R290이고, 상기 냉동기유(14)가 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유인 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 종래의 냉매 압축기와 비교하여, 전기적 절연성이 우수한 동시에, 냉매로서의 프로판의 냉동기유에의 용해량을 저감시킬 수 있다.

Description

냉매 압축기 및 냉동 사이클{REFRIGERANT COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE}
본 발명은, 냉매 압축기 및 이것을 사용한 냉동 사이클에 관한 것이다.
최근, 냉동 사이클에 사용하는 냉매는, 지구 환경 보전을 목적으로 HFC(하이드로플루오로카본)로부터 자연계 냉매로 이행하고 있다. 특히, 자연계 냉매로서의 탄화수소는, 지구 온난화 계수가 낮다고 하는 관점으로부터, 냉장고의 냉매로서 이소부탄이 이미 실용화되어 있다. 또한, 탄화수소는, 유럽을 중심으로 냉동 쇼케이스나 룸 에어콘의 냉매로서도 주목받고 있다.
한편, 냉동 사이클의 냉매 압축기에 사용되는 냉동기유는, 미끄럼 이동부의 윤활, 밀봉부의 밀봉, 발열부의 냉각, 전기적인 절연 등을 담당하는 역할을 하고 있다. 그리고 냉매 압축기의 에너지 절약화, 소형화, 저소음화, 고효율화가 요구되는 오늘날에는, 냉동기유의 사용 조건이 가혹해지고 있다. 따라서, 이러한 가혹한 사용 조건에서 냉매 압축기의 신뢰성을 확보하기 위해서는, 우수한 윤활성이 냉동기유에 요구되게 된다.
종래, 자연계 냉매의 프로판을 사용하는 냉매 압축기에 있어서, 폴리알킬렌글리콜을 냉동기유로서 사용한 것(예를 들어, 특허 문헌 1 참조)이나, 광유와 폴리올에스테르의 혼합유를 냉동기유로서 사용한 것(예를 들어, 특허 문헌 2 참조)이 제안되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2000-129275호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2002-194369호 공보
그러나 폴리알킬렌글리콜을 냉동기유로서 사용한 냉매 압축기(예를 들어, 특허 문헌 1 참조)에서는, 흡습성이 높은 폴리알킬렌글리콜에 취입된 수분에 의해 냉매 압축기 내에 설치된 에스테르계 절연 필름이 가수 분해될 우려가 있고, 폴리알킬렌글리콜 자체의 체적 저항률이 낮으므로, 냉매 압축기 내에서의 전기적 절연성이 저해될 우려가 있다.
또한, 광유와 폴리올에스테르의 혼합유를 냉동기유로서 사용한 냉매 압축기(예를 들어, 특허 문헌 2 참조)에서는, 냉매로서의 프로판이 이 혼합유에 지나치게 용해된다고 하는 문제가 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 이 냉매 압축기에서는, 프로판이 용해됨으로써 냉동기유의 점도가 저하되므로, 미끄럼 이동부에 의한 유막 형성이 불충분해진다.
또한, 프로판은 HFC계 냉매와 달리, 불소를 분자 중에 포함하지 않으므로, 그 자체의 윤활성도 기대할 수 없다. 따라서, 이 혼합유를 냉동기유에 사용한 냉매 압축기에서는, 미끄럼 이동부의 윤활성이 불충분해진다. 또한, 프로판이 냉동기유에 지나치게 용해되면, 냉매 압축기에 봉입되는 프로판의 양을 미리 증가시킬 필요가 있는 바, 가연성 가스인 프로판의 봉입량을 규제하면 냉매 압축기가 초기의 성능을 발휘하지 않는 경우도 일어날 수 있다.
따라서, 자연계 냉매인 프로판을 사용한 냉매 압축기에 있어서는, 종래의 냉매 압축기와 비교하여, 전기적 절연성이 우수한 동시에, 냉동기유에의 프로판의 용해량을 저감시킬 수 있는 냉매 압축기가 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 냉매 압축기와 비교하여, 전기적 절연성이 우수한 동시에, 냉매로서의 프로판의 냉동기유에의 용해량을 저감시킬 수 있는 냉매 압축기 및 이것을 사용한 냉동 사이클을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명은, 냉동기유를 저류하는 밀폐 용기 내에, 모터와 이 모터에 회전축을 통해 연결되어 냉매를 압축하는 압축기부를 수납하는 냉매 압축기에 있어서, 상기 냉매가 R290이고, 상기 냉동기유가 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 냉동 사이클은, 이러한 냉매 압축기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기적 절연성이 우수한 동시에, 냉매로서의 프로판의 냉동기유에의 용해량을 저감시킬 수 있는 냉매 압축기 및 이것을 사용한 냉동 사이클을 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 냉매 압축기가 사용된 냉동 사이클의 구성 설명도이다.
도 2는 냉매 압축기의 단면도이다.
도 3은 다른 실시 형태에 관한 냉동 사이클의 구성 설명도이며, 공조기용 냉동 사이클을 도시하는 도면이다.
도 4는 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률(질량％)에 대한 임계 용해 온도(℃)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률(질량％)에 대한 체적 저항률(Ωㆍ㎝)의 관계를 나타내는 그래프이다.
다음에, 본 발명의 실시 형태에 대해 적절하게 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에서의 냉매 압축기 및 이것을 사용한 냉동 사이클은, 후기하는 바와 같이 프로판(R290)을 냉매로 하고, 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유를 냉동기유로 한 것을 주된 특징으로 하고 있다. 여기서는 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기가 사용된 냉동 사이클에 대해 설명한 후에, 이 냉매 압축기에 대해 설명한다. 여기서 참조하는 도면에 있어서, 도 1은 실시 형태에 관한 냉매 압축기가 사용된 냉동 사이클의 구성 설명도이다. 도 2는 냉매 압축기의 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 냉동 사이클(S1)은, 후기하는 냉매 압축기(C), 응축기(16), 감압 장치(17) 및 증발기(18)를 구비하고 있고, 냉동 장치용 냉동 사이클(S1)로서 구성되어 있다. 이 냉동 사이클(S1)에서는, 냉매 압축기(C)가, 저온이며 저압인 냉매 가스(프로판 가스)를 압축하고, 고온이며 고압인 냉매 가스를 응축기(16)로 보낸다. 응축기(16)로 보내진 냉매 가스는, 그 열을 공기 중으로 방출하면서 고온이며 고압인 냉매액이 되어, 감압 장치(17)로 보내진다. 감압 장치(17)를 통과하는 고온이며 고압인 냉매액은, 교축 효과에 의해 저온이며 저압인 습윤 증기로 되어 증발기(18)로 보내진다. 증발기(18)로 들어간 냉매는, 주위로부터 열을 흡수하여 증발된다. 그리고 증발기(18)로부터 나온 저온이며 저압인 냉매 가스는, 냉매 압축기(C)에 흡입된다. 이 냉동 사이클(S1)에서는, 이상의 공정이 반복되게 된다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에 대해 설명한다. 또한, 이하의 냉매 압축기(C)의 설명에 있어서, 상하 좌우의 방향은, 도 2의 상하 좌우의 방향을 기준으로 한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)는, 냉동기유(14)를 저류하는 오일 저류부를 겸한 밀폐 용기(1) 내에, 모터(3)와, 압축기부(2)가 수납되어 있다. 그리고 모터(3)와 압축기부(2)는 크랭크축(7)에 의해 연결되어 있다. 또한, 크랭크축(7)은 특허청구의 범위에서 말하는「회전축」에 상당한다.
모터(3)는 회전자(10)와, 고정자(11)로 주로 구성되어 있다. 그리고 압축기부(2)는 고정 스크롤(5)과, 선회 스크롤(4)과, 프레임(6)과, 올덤 링(8)으로 주로 구성되어 있다.
밀폐 용기(1)는, 밀폐 공간을 갖는 대략 원통 형상을 나타내고 있고, 그 좌측 단부측의 하방에는, 밀폐 용기(1)의 외부로부터 내부로 연통되도록 흡입 파이프(9a)가 설치되어 있다. 이 흡입 파이프(9a)는, 냉동 사이클(S1)의 증발기(18)(도 1 참조)측에 접속됨으로써, 냉매 가스인 프로판(R290)을 증발기(18)측으로부터 흡입하게 된다. 또한, 밀폐 용기(1)의 우측 단부측의 상방에는, 밀폐 용기(1)의 내부로부터 외부로 연통되도록 토출 파이프(9b)가 설치되어 있다. 이 토출 파이프(9b)는 밀폐 용기(1)의 우측에 격벽(12)에 의해 구획되는 토출실(1c)에 연통되어 있다. 덧붙여 말하면, 격벽(12)에는 작은 구멍(12a)이 형성되어 있고, 이 작은 구멍(12a)에 의해 모터실(1b)과 토출실(1c)은 연통되어 있다. 토출 파이프(9b)는 냉동 사이클(S1)의 응축기(16)(도 1 참조)측에 접속됨으로써, 압축된 프로판(R290)을 응축기(16)측으로 송출하게 된다. 덧붙여 말하면, 프로판과 상용성(相溶性)이 있는 후기하는 냉동기유(14)는, 프로판과 함께 토출 파이프(9b)를 통해 응축기(16)측으로 송출된다. 그리고 송출된 냉동기유(14)는, 프로판과 함께 흡입 파이프(9a)를 통해 증발기(18)측으로부터 복귀되게 된다.
모터(3)는 밀폐 용기(1) 중간 정도에 구획되는 모터실(1b)에 배치되어 있다. 모터(3)의 회전자(10)에는, 주철제의 후기하는 크랭크축(7)이 끼움 장착되어 있다. 고정자(11)는 회전자(10)를 둘러싸도록 밀폐 용기(1)의 내주면에 장착되어 있다. 덧붙여 말하면, 고정자(11)에 마그넷 와이어를 권취하기 위한 슬롯(도시 생략)의 표면은, 주지와 같이 절연 필름으로 피복되어 있고, 본 실시 형태에서의 절연 필름은 에스테르계 수지로 형성되어 있다.
다음에 압축기부(2)에 대해 설명한다. 고정 스크롤(5)은, 밀폐 용기(1)의 좌측 부근에 배치됨으로써, 밀폐 용기(1)의 좌측에 토출 압력 공간(1a)을 구획하고 있다. 이 고정 스크롤(5)은, 후기하는 바와 같이 프레임(6)에 고정된다. 고정 스크롤(5)에는 선회 스크롤(4)이 맞물리도록 배치됨으로써, 고정 스크롤(5)과 선회 스크롤(4) 사이에는 압축실(4a)이 형성되어 있다. 그리고 고정 스크롤(5)에는, 흡입 파이프(9a)가 압축실(4a)에 연통되도록 장착되어 있다. 또한, 고정 스크롤(5)에는 압축실(4a)로부터 토출 압력 공간(1a)으로 연통되는 토출 구멍(5a)이 형성되어 있다.
프레임(6)은 선회 스크롤(4)을 고정 스크롤(5)과의 사이에서 덮도록 배치되어 있다. 이 프레임(6)의 외주부는 밀폐 용기(1)의 내주면에 고정되어 있다. 그리고 프레임(6)은, 상기한 바와 같이 고정 스크롤(5)을 그 외주부에서 고정하고 있다. 덧붙여 말하면, 프레임(6)과 고정 스크롤(5)에는 토출 압력 공간(1a)과 모터실(1b)을 연통시키는 연통 구멍(1d)이 형성되어 있다.
올덤 링(8)은, 선회 스크롤(4)과 프레임(6) 사이에 배치되어 있다. 이 올덤 링(8)은, 주지와 같이 선회 스크롤(4)측에 형성된 도시하지 않은 올덤 홈과, 프레임(6)측에 형성된 도시하지 않은 올덤 홈에 미끄럼 이동 가능하게 배치됨으로써, 선회 스크롤(4)의 자전을 저지하면서 공전시키도록 되어 있다.
크랭크축(7)은 밀폐 용기(1)의 중심을 좌우 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 크랭크축(7)에는, 상기한 바와 같이 모터(3)의 회전자가 장착됨으로써 그 축 주위로 회전하도록 되어 있다. 이 크랭크축(7)의 좌측은, 프레임(6)에 삽입 관통되어 있고, 크랭크축(7)과 프레임(6) 사이에는 베어링(13)이 배치되어 있다.
크랭크축(7)의 좌측 단부에는, 편심부(7c)가 형성되어 있고, 이 편심부(7c)는 선회 스크롤(4)의 배면측(우측)에 형성된 오목부에 회전 가능하게 끼워 넣어져 있다. 그리고 크랭크축(7)의 우측 단부는, 격벽(12)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
이러한 크랭크축(7) 및 편심부(7c)에는, 그 길이 방향으로 관통되도록 축 구멍(7a)이 형성되어 있다. 축 구멍(7a)의 좌측 단부는, 편심부(7c)가 끼워 넣어져 있는 선회 스크롤(4)의 오목부에 개방되어 있고, 축 구멍(7a)의 우측은 토출실(1c)에 개방되어 있다. 그리고 이 축 구멍(7a)으로부터 분기된 작은 구멍(7b)은, 베어링(13)에 면하고 있다. 즉, 냉동기유(14)는 크랭크축(7)의 작은 구멍(7b)을 통해 베어링(13)에 공급되는 동시에, 편심부(7c)가 끼워 넣어진 선회 스크롤(4)의 오목부에 공급된다. 또한, 냉동기유(14)는 상기한 선회 스크롤(4)의 오목부를 통해 선회 스크롤(4)의 미끄럼 이동부, 올덤 링(8)의 미끄럼 이동부 등에도 골고루 퍼진다. 그 결과, 냉동기유(14)는 편심부(7c)나 베어링(13), 상기한 그 밖의 미끄럼 이동부에 있어서의 윤활, 냉각 등의 역할을 한다. 그리고 냉동기유(14)는, 상기한 바와 같이 베어링(13)의 밀봉을 중요한 역할로 한다.
본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에 사용되는 냉동기유(14)(이하, 부호를 생략하고 단순히「냉동기유」라고 기재하는 경우가 있음)는, 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유이다.
폴리올에스테르로서는, 다가 알코올과 1가의 지방산으로 합성되고, 열안정성이 우수한 힌더드 타입이 바람직하다. 다가 알코올로서는, 예를 들어 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨 등을 들 수 있다. 1가의 지방산으로서는, 예를 들어 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 2-메틸부탄산, 2-메틸펜탄산, 2-메틸헥산산, 2-에틸헥산산, 이소옥탄산, 3,5,5-트리메틸헥산산 등을 들 수 있다. 이들 지방산은, 소정의 다가 알코올에 대해 1종류 단독으로 또는 2종류 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
이러한 폴리올에스테르 중에서도, 분자 중에 에스테르 결합을 적어도 2개 보유하는 것이 냉동기유의 기유(基油)로서 바람직하고, 구체적으로는 다음 [화학식 1], 다음 [화학식 2] 또는 다음 [화학식 3]으로 나타내어지는 폴리올에스테르로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pct00001
(화학식 1 중, R1은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타냄)
[화학식 2]
Figure pct00002
(화학식 2 중, R1 및 R2는 상기와 동의임)
[화학식 3]
Figure pct00003
(화학식 3 중, R2는 상기와 동의임)
폴리알킬렌글리콜로서는, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜, 폴리이소피로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜ㆍ폴리이소피로필렌글리콜 공중합체, 폴리이소프로필렌글리콜모노부틸에테르, 폴리에틸렌글리콜ㆍ폴리이소피로필렌글리콜 공중합체의 모노부틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디에틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디프로필에테르, 폴리에틸렌글리콜디부틸에테르, 폴리에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 폴리에틸렌글리콜메틸프로필에테르, 폴리에틸렌글리콜메틸부틸에테르, 폴리에틸렌글리콜에틸프로필에테르, 폴리에틸렌글리콜에틸부틸에테르, 폴리에틸렌글리콜프로필부틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜디메틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜디에틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜디프로필에테르, 폴리이소프로필렌글리콜디부틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜메틸에틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜메틸프로필에테르, 폴리이소프로필렌글리콜메틸부틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜에틸프로필에테르, 폴리이소프로필렌글리콜에틸부틸에테르, 폴리이소프로필렌글리콜프로필부틸에테르, 1,2-비스(메톡시폴리에틸렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(메톡시폴리에틸렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(메톡시폴리에틸렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(에톡시폴리에틸렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(에톡시에틸렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(에톡시폴리에틸렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(프로폭시폴리에틸렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(프로폭시폴리에틸렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(프로폭시폴리에틸렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(부톡시폴리에틸렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(부톡시폴리에틸렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(부톡시폴리에틸렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(메톡시폴리이소프로필렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(메톡시폴리이소프로필렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(메톡시폴리이소프로필렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(에톡시폴리이소프로필렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(에톡시폴리이소프로필렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(에톡시폴리이소프로필렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(프로폭시폴리이소프로필렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(프로폭시폴리이소프로필렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(프로폭시폴리이소프로필렌옥시)부틸렌, 1,2-비스(부톡시폴리이소프로필렌옥시)에틸렌, 1,2-비스(부톡시폴리이소프로필렌옥시)프로필렌, 1,2-비스(부톡시폴리이소프로필렌옥시)부틸렌 등을 들 수 있다.
이러한 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유는, 폴리올에스테르의 비율이 10 내지 80질량％이며, 점도(40℃)가 40 내지 100㎟/초인 것이 바람직하다. 덧붙여 말하면, 점도는 JIS K2283에 준거하여 측정할 수 있다.
또한, 혼합유 중의 폴리올에스테르의 비율을 10질량％ 이상으로 함으로써, 냉매 압축기(C)의 각 미끄럼 이동부에서의 내마모성을 발휘시킬 수 있어, 마모량을 저감시킬 수 있다. 또한, 혼합유 중의 폴리올에스테르의 비율을 80질량％ 이하로 함으로써, 혼합유에 대한 프로판(R290)의 용해량을 저감시킬 수 있으므로, 혼합유의 점도를 높게 유지할 수 있어, 각 미끄럼 이동부에서 유막을 충분히 형성할 수 있다.
또한, 혼합유의 점도(40℃)를 40㎟/초 이상으로 함으로써, 프로판이 용해된 후에 있어서도, 후기하는 윤활성을 양호하게 유지할 수 있다. 그리고 압축기부(2)(도 1 참조)에서의 밀봉성도 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 혼합유의 점도(40℃)를 100㎟/초 이하로 함으로써, 냉매 압축기(C) 내에서 혼합유의 점성 저항, 마찰 저항 등에 의해 발생하는 기계 손실이 과대해지는 일도 없으므로 냉매 압축기(C)의 운전 효율을 양호하게 유지할 수 있다.
이러한 냉동기유에는, 예를 들어 윤활성 향상제, 산화 방지제, 산 포착제, 소포제, 금속 불활성제 등을 첨가할 수 있다. 덧붙여 말하면, 산화 방지제 및 산 포착제는, 상기한 폴리올에스테르의 가수 분해를 방지하기 위해 첨가할 수 있다. 산화 방지제로서는, 페놀계 산화 방지제인 DBPC(2,6-디-t-부틸-p-크레졸)가 바람직하다. 산 포착제로서는, 예를 들어 에폭시계 산 포착제, 카르보디이미드계 산 포착제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 지방족의 에폭시계 산 포착제가 바람직하다.
이상과 같은 냉매 압축기(C) 및 이것을 사용한 냉동 사이클(S1)에 따르면 다음과 같은 작용 효과를 발휘한다.
본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에서는, 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유를 냉동기유로서 사용하고 있다. 그 결과, 폴리올에스테르만으로 이루어지는 냉동기유를 사용한 냉매 압축기와 비교하여, 냉매로서의 프로판의 용해량을 저감시킬 수 있다.
따라서, 이 냉매 압축기(C)에서는, 냉동기유의 점도가 저하되는 것을 피할 수 있으므로, 상기한 각 미끄럼 이동부에서의 유막 형성이 충분히 행해진다. 즉, HFC계 냉매와 달리 분자 중에 불소를 포함하지 않아, 그 자체에 윤활성을 기대할 수 없는 자연계 냉매인 프로판을 사용하는 것이라도, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)는 상기한 각 미끄럼 이동부에서의 양호한 윤활성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에서는, 상기한 바와 같이 냉동기유에 대한 프로판의 용해량을 저감시킬 수 있으므로, 냉매 압축기에 봉입하는 프로판의 양을 미리 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에 따르면, 가연성의 프로판 가스를 사용하면서도, 보다 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에서는, 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유를 냉동기유로서 사용하고 있으므로, 폴리알킬렌글리콜만으로 이루어지는 냉동기유를 사용한 냉매 압축기와 비교하여, 냉매 압축기(C) 내에 사용되는 에스테르계 절연 필름에 대한 가수 분해성이 억제된다. 게다가, 폴리올에스테르는 폴리알킬렌글리콜과 비교하여 체적 저항률이 크기 때문에, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)에서는 폴리알킬렌글리콜만으로 이루어지는 냉동기유보다도 체적 저항률이 큰 냉동기유를 사용하게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C)는 종래의 냉매 압축기(예를 들어, 특허 문헌 1 참조)와 비교하여, 전기적 절연성이 우수하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 냉동 사이클(S1)에서는, 냉매 압축기(C)에 사용하는 냉동기유가, 상기한 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유이므로, 냉매로서의 프로판에 대해 적절한 상용성을 나타낸다. 그 결과, 본 실시 형태에 관한 냉동 사이클(S1)은, 냉매 압축기(C)로의 이른바 오일 복귀가 양호해진다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이 다양한 형태로 실시된다.
상기 실시 형태에서는, 냉동 장치용 냉동 사이클(S1)에 대해 설명하였지만, 본 발명은 공조기용 냉동 사이클이라도 좋다. 여기서 참조하는 도 3은, 다른 실시 형태에 관한 냉동 사이클의 구성 설명도이며, 공조기용 냉동 사이클을 도시하는 도면이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 다른 실시 형태에 관한 냉동 사이클(S2)은, 상기 실시 형태에 관한 냉매 압축기(C), 응축기(16), 감압 장치(17), 증발기(18) 및 절환 밸브(19)를 구비하고 있고, 공조기용 냉동 사이클(S2)로서 구성되어 있다.
이 냉동 사이클(S2)에서는, 냉매 압축기(C)가, 저온이며 저압인 냉매 가스(프로판 가스)를 압축하고, 절환 밸브(19)를 통해 고온이며 고압인 냉매 가스를 응축기(16)로 보낸다. 응축기(16)로 보내진 냉매 가스는, 그 열을 공기 중으로 방출하면서 고온이며 고압인 냉매액이 되어, 감압 장치(17)로 보내진다. 감압 장치(17)를 통과하는 고온이며 고압인 냉매액은, 교축 효과에 의해 저온이며 저압인 습윤 증기가 되어 증발기(18)로 보내진다. 증발기(18)로 들어간 냉매는, 주위로부터 열을 흡수하여 증발된다. 그리고 증발기(18)로부터 나온 저온이며 저압인 냉매 가스는 냉매 압축기(C)에 흡입된다. 이 냉동 사이클(S2)에서는, 이상의 공정이 반복됨으로써 증발기(18)측에서 냉방이 실시되게 된다. 이 냉동 사이클(S2)에서 냉방을 난방으로 절환하는 경우에는, 절환 밸브(19)에 의해 냉매 가스의 유로가 변경되어 응축기(16)와 증발기(18)의 작용이 바뀌게 된다.
또한, 냉매 압축기(C)를 사용한 냉동 사이클(S1, S2)은, 히트 펌프식 급탕기, 전동 카 에어컨, 자동 판매기의 온냉 기기 등의 다른 냉동 시스템에 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 스크롤식 냉매 압축기(C)에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 로터리식, 왕복식 등의 다른 방식에 의한 냉매 압축기라도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 횡치용 냉매 압축기(C)를 상정하여 설명하였지만, 본 발명은 종치용 냉매 압축기라도 좋다.
실시예
다음에, 본 발명의 냉매 압축기 및 이것을 사용한 냉동 사이클의 작용 효과를 검증한 실시예에 대해 설명한다.
여기서는 우선 표 1에 나타내는 No.1로부터 No.7까지의 화합물로서의 폴리올에스테르(표 1 중, POE라 약기함) 및 폴리알킬렌글리콜(표 1 중, PAG라 약기함)을 준비하였다. 그리고 표 1에 나타내는 화합물의 15℃에 있어서의 밀도(g/㎤), 및 40℃ 및 100℃에 있어서의 점도(㎟/초)를 측정하는 동시에, 이들을 냉동기유로서 사용한 경우의 유막 형성성, 밀봉성, 점성 저항 및 오일 복귀성에 대해 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 밀도의 측정은, JIS K 2249「원유 및 석유 제품-밀도 시험 방법 및 밀도ㆍ질량ㆍ용량 환산표」에 규정하는, 부속서 1(I형 부표의 메모리 검사 방법)에 따라서 행하였다.
또한, 표 1 중, No.1 내지 No.5의 폴리올에스테르(POE) 및 No.6 및 No.7의 폴리알킬렌글리콜(PAG)은, 각각 이하의 화학식으로 나타내어지는 것이다.
No.1 :
다음 [화학식 1] 및 다음 [화학식 2]로 나타내어지는 폴리올에스테르의 혼합물
[화학식 1]
Figure pct00004
[화학식 2]
Figure pct00005
(식 중, R2는 탄소수 7의 알킬기를 나타냄)
No.2 :
다음 [화학식 2]로 나타내어지는 폴리올에스테르
[화학식 2]
Figure pct00006
(식 중, R2는 탄소수 7의 알킬기를 나타냄)
No.3 :
다음 [화학식 3]으로 나타내어지는 폴리올에스테르
[화학식 3]
Figure pct00007
(식 중, R2는 탄소수 7 및 8의 알킬기를 나타냄)
No.4 :
다음 [화학식 3] 및 다음 [화학식 4]로 나타내어지는 폴리올에스테르의 혼합물
[화학식 3]
Figure pct00008
[화학식 4]
Figure pct00009
(식 중, R2는 탄소수 7 및 8의 알킬기를 나타냄)
No.5 :
다음 [화학식 3] 및 다음 [화학식 4]로 나타내어지는 폴리올에스테르의 혼합물
[화학식 3]
Figure pct00010
[화학식 4]
Figure pct00011
(식 중, R2는 탄소수 17 및 15의 알킬기를 나타냄)
No.6 :
다음 [화학식 5]로 나타내어지는 알킬렌글리콜
[화학식 5]
Figure pct00012
[평균 분자량(Mw)은 약 1200]
No.7 :
다음 [화학식 5]로 나타내어지는 알킬렌글리콜
[화학식 5]
Figure pct00013
[평균 분자량(Mw)은 약 1600]
Figure pct00014
덧붙여 말하면, 유막 형성성, 밀봉성, 점성 저항 및 오일 복귀성에 대한 평가는 다음 기준으로 행하였다.
(유막 형성성 및 밀봉성)
40℃에 있어서의 점도가 40㎟/초 이하인 화합물의 유막 형성성 및 밀봉성은, 나쁘다고 하여 표 1 중「×」라고 기재하였다. 표 1 중「○」는, 밀봉성이 우수한 것이고, 「△」는 약간 떨어지지만 밀봉성은 확보할 수 있는 것이다.
(점성 저항)
40℃에 있어서의 점도가 100㎟/초를 초과하면 점성 저항, 마찰 저항 등의 기계 손실이 증대되어 압축기 효율을 저하시키므로, 100㎟/초 미만인 화합물의 점성 저항은 낮다고 하여 표 1 중「○」라고 기재하였다. 또한, 40℃에 있어서의 점도가 100㎟/초인 화합물에 대해서는「△」, 100㎟/초를 초과하는 화합물의 점성 저항은 높다고 하여「×」라고 기재하였다.
(오일 복귀성)
프로판과 상용성이 있는 폴리올에스테르(POE)에 대해서는, 오일 복귀성이 양호하다고 하여 표 1 중「○」라고 기재하고, 폴리알킬렌글리콜(PAG)에 대해서는, 프로판과의 상용성이 부족하다고 하여 표 1 중「×」라고 기재하였다.
(제1 실시예 내지 제4 실시예 및 제1 비교예 및 제2 비교예)
다음에, 표 1에 나타내는 No.1로부터 No.7까지의 화합물을 표 2의 질량비(질량％)로 혼합한 폴리알킬렌글리콜(PAG)과 폴리올에스테르(POE)로 이루어지는 냉동기유를 조제하였다.
Figure pct00015
또한, 제1 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제2 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제3 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제4 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제1 비교예의 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제2 비교예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하였다.
그리고 제1 실시예 내지 제4 실시예 및 제1 비교예 및 제2 비교예의 각각에서 조제한 냉동기유에 대해, 15℃에 있어서의 밀도(g/㎤), 색상(ASTM), 유동점(℃), 40℃ 및 100℃에 있어서의 점도(㎟/초), 산가(㎎KOH/g), 체적 저항률(Ωㆍ㎝) 및 임계 용해 온도(℃)를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 그리고 임계 용해 온도(℃) 및 체적 저항률(Ωㆍ㎝)에 대해서는 그래프로 아울러 나타낸다. 도 4는 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률(질량％)에 대한 임계 용해 온도(℃)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5는 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률(질량％)에 대한 체적 저항률(Ωㆍ㎝)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4 및 도 5 중,「실시예」는「실」이라고 약기하고,「비교예」는「비」라고 약기하고 있다.
또한, 밀도의 측정은, 상기와 마찬가지로 JIS K 2249에 준거하여 행하였다. 색상(ASTM)의 측정은, JIS K 2580「석유 제품-색 시험 방법」에 따라서 행하였다. 유동점의 측정은, JIS K 2269「원유 및 석유 제품 유동점 및 석유 제품 운점 시험 방법」에 따라서 행하였다. 점도의 측정은, JIS K 2283「원유 및 석유 제품의 동점도 시험 방법」에 따라서 갔다. 산가의 측정은, JIS K 2501「석유 제품 중화가 시험 방법」에 규정하는 5.1.2 전위차 적정법에 따라서 행하였다. 체적 저항률의 측정은, JIS C 2101「전기 절연유 시험 방법」에 규정하는 체적 저항률 측정 시험의 방법에 따라서 행하였다. 임계 용해 온도의 측정은, JIS K 2211「냉동기유」 4.12(냉매와의 상용성)에 따라서 행하였다.
표 2로부터 명백한 바와 같이, 밀도, 색상, 유동점 및 산가에 대해서는 제1 실시예 내지 제4 실시예 및 제1 비교예 및 제2 비교예에 있어서 거의 변화가 없다. 점도(40℃)에 대해서도 프로판이 용해되지 않는 경우에는, 40 내지 100㎟/초의 범위로 되어 있다.
그리고 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률이 감소할수록, 환언하면 폴리알킬렌글리콜의 혼합률이 증가할수록 임계 용해 온도는 상승하고 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 폴리올에스테르의 혼합률이 80질량％에서는 완전히 냉매가 용해되어 있는 상태[＜60(℃)]였다. 폴리올에스테르의 혼합률이 60질량％에서 임계 용해 온도는 -50℃를 나타냈다. 완전히 용해된 상태에서는 냉매 용해성의 완화 효과가 얻어지지 않으므로, 폴리올에스테르의 혼합률은 80질량％ 미만이 바람직한 것이 확인되었다.
덧붙여 말하면, 상기한 냉동 장치용 냉동 사이클(S1)(도 2 참조)에 있어서는, 일반적으로 증발기(18)에서 저온도(-40℃ 이하)가 요구된다. 즉, 이 냉동 사이클(S1)에서는, 증발기(18)에서 폴리올에스테르가 분리되지 않는 조건 설정을 생각하면, 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률은 40질량％ 이상이 바람직한 것이 확인되었다.
또한, 상기한 공조기용 냉동 사이클(S2)(도 3 참조)의 증발기(18)에 있어서는, 냉방 온도로 -10℃ 이하라고 하는 온도가 요구된다. 즉, 이 냉동 사이클(S2)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 냉동기유의 임계 용해 온도가 -10℃ 이하로 되므로, 냉동 사이클(S2)의 증발기(18)에서 폴리올에스테르가 분리되는 것은 회피되게 된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 폴리알킬렌글리콜 단독의 냉동기유(폴리올에스테르 0질량％의 제2 비교예 참조)의 체적 저항률은, 5.6×1010Ωㆍ㎝로 낮은 값을 나타냈다. 그리고 냉동기유 중의 폴리올에스테르의 혼합률이 증가할수록, 체적 저항률은 상승하고 있다. 따라서, 폴리올에스테르를 포함하는 냉동기유를 사용한 본 발명의 냉매 압축기(C)(도 2 참조)는, 폴리알킬렌글리콜 단독의 냉동기유를 사용한 종래의 냉매 압축기(예를 들어, 특허 문헌 1 참조)와 비교하여, 전기적 절연성이 우수한 것이 확인되었다.
(제5 실시예 내지 제8 실시예 및 제3 비교예)
다음에, 표 3에 나타내는 제5 실시예 내지 제8 실시예 및 제3 비교예의 질량비(질량％)로 혼합한 폴리알킬렌글리콜(PAG)과 폴리올에스테르(POE)로 이루어지는 각 냉동기유를 조제하였다.
Figure pct00016
또한, 제5 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제6 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제7 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제8 실시예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하고, 폴리올에스테르(POE)로서는 표 1의 화합물 No.3을 사용하였다.
또한, 제3 비교예의 폴리알킬렌글리콜(PAG)로서는 표 1의 화합물 No.6을 사용하였다.
1 : 압축기부
3 : 모터
7 : 크랭크축(회전축)
14 : 냉동기유
C : 냉매 압축기
S1 : 냉동 사이클
S2 : 냉동 사이클

Claims (4)

  1. 냉동기유를 저류하는 밀폐 용기 내에, 모터와 이 모터에 회전축을 통해 연결되어 냉매를 압축하는 압축기부를 수납하는 냉매 압축기에 있어서,
    상기 냉매가 R290이고, 상기 냉동기유가 폴리올에스테르와 폴리알킬렌글리콜의 혼합유인 것을 특징으로 하는, 냉매 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합유에 있어서의 상기 폴리올에스테르의 비율이 10 내지 80질량％이고, 혼합유의 점도(40℃)가 40 내지 100㎟/초인 것을 특징으로 하는, 냉매 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리올에스테르가, 다음 [화학식 1], 다음 [화학식 2] 또는 다음 [화학식 3]으로 나타내어지는 폴리올에스테르로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 냉매 압축기.
    [화학식 1]
    Figure pct00017

    (화학식 1 중, R1은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, R2는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타냄)
    [화학식 2]
    Figure pct00018

    (화학식 2 중, R1 및 R2는 상기와 동의임)
    [화학식 3]
    Figure pct00019

    (화학식 3 중, R2는 상기와 동의임)
  4. 제1항에 기재된 냉매 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉동 사이클.
KR1020107012199A 2007-12-04 2008-05-16 냉매 압축기 및 냉동 사이클 KR101196536B1 (ko)

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JP2007313065A JP5086782B2 (ja) 2007-12-04 2007-12-04 冷媒圧縮機および冷凍サイクル
JPJP-P-2007-313065 2007-12-04
PCT/JP2008/059043 WO2009072314A1 (ja) 2007-12-04 2008-05-16 冷媒圧縮機および冷凍サイクル

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