KR20110023764A

KR20110023764A - 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 이용한 냉동 공조 장치

Info

Publication number: KR20110023764A
Application number: KR1020100080280A
Authority: KR
Inventors: 료 오따; 츠네지 스가노; 구니나리 아라키
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2011-03-08
Also published as: CN102003840A; JP2011052032A

Abstract

본 발명은 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 이용한 냉동 공조 장치에 있어서, 압축기에의 오일 복귀성을 확보할 수 있고, 누설 전류값을 감소시킬 수 있고, 또한 친환경적인 냉동 공조 장치를 제공한다.
본 발명의 냉동 공조 장치는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 상기 냉매와의 2층 분리가 -40 내지 80 ℃의 범위에서 발생하지 않는 냉동기유를 이용한 것을 특징으로 한다.

Description

2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 이용한 냉동 공조 장치 {A REFRIGERATING AIR CONDITIONER USING 2,3,3,3-TETRAFLUOROPROPENE}

본 발명은 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 이용한 냉동 공조 장치에 관한 것이다.

냉동 공조 기기 분야에서의 지구 환경 대책으로는, 오존층 파괴 물질로서 냉매나 단열재에 이용되고 있던 CFC(Chloro Fluoro Carbons)나 HCFC(Hydro Chloro Fluoro Carbons)의 대체 및 지구 온난화 대책으로서의 고효율화나 냉매에 이용되고 있는 HFC(Hydro Fluoro Carbons)의 대체를 들 수 있고, 이 대책을 적극적으로 진행시켜 왔다.

오존층 파괴 물질인 CFC나 HCFC의 대체로서, 오존층을 파괴하지 않는 것, 독성이나 연소성이 낮은 것, 효율을 확보할 수 있는 것을 주안점으로서 냉매나 단열재의 선정 및 기기 개발이 진행되었다. 그 결과, 냉장고의 단열재로는 CFC11→HCFC141b→시클로펜탄으로 발포제를 대체하고, 현재는 진공 단열재와의 병용으로 이행되고 있다. 냉매로는 냉장고나 자동차 에어컨이 CFC12C→HFC134a(GWP(Global Warming Potential)=1430), 룸 에어컨이나 패키지 에어컨이 HCFC22→R410A(GWP=2088)로 대체되었다. 그러나 1997년에 쿄토에서 개최된 기후 변화 조약 제3회 체약국 회의(COP3)에서, HFC 배출량이 온실 효과 가스로서 CO₂ 환산되어 규제 대상이 되었기 때문에, HFC의 삭감이 진행되었다. 따라서, 가정용 냉장고에서는 냉매 봉입량이 적고 가연성 냉매도 제조상 사용 가능하다고 판단되어, HFC134a를 가연성의 R600a(이소부탄: GWP=3)로 추가로 대체하였다. 또한 여론이 높아짐에 따라, 현재는 자동차 에어컨용 HFC134a나 룸 에어컨·패키지 에어컨용 R410A에도 관심을 가지고 있다. 또한, 업무용 냉장고에서는 R600a의 봉입량이 많아 가연성의 우려가 있어 현재에도 HFC134a를 사용하고 있다.

현실에는 2001년에 시행된 가전 리사이클법(특정 가정용 기기 재상품화법)이나 2003년 시행된 자동차 리사이클법(폐자동차의 재자원화 등에 관한 법률)에 의해 기기의 리사이클이 의무화되어, 냉매로서 이용되고 있는 HFC 등이 회수되어 처리되고 있다. 그러나 EU(유럽 연합)에서는 2006년 지령(Directive 2006/40/EC)에서, 2011년 1월 출하될 자동차 에어콘부터, 이것에 이용하는 냉매로서 GWP>150 냉매의 사용을 금지하였다. 이를 받아들여 자동차 에어콘 업계에서는 다양한 움직임을 보이고 있으며, 룸 에어콘에서도 R410A가 어떠한 규제를 받는 것은 아닌가 하는 걱정을 하고 있다. 이들 대체 냉매로는, HFC134a와 동등한 열 물성을 가지고, 저GWP, 저독성, 저가연성 등의 이유로부터 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO1234yf(Hydro Fluoro Olefin)(GWP=4) 단독 또는 이 혼합 냉매(GWP<150)가 후보로 거론되고 있다. 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜과 혼합하는 냉매로는, 특허문헌 1 내지 9 등에 개시된 트리플루오로요오도메탄, 이산화탄소, 디플루오로에탄(HFC152a) 등의 공비가 되는 히드로플루오로카본을 들 수 있지만, 독성·안정성·열 물성으로부터 이들 혼합 냉매로 룸 에어컨을 효율적으로 작동시키는 것은 어렵다.

한편, 냉동기유는 밀폐형 전동 압축기에 사용되고, 그의 접동부의 윤활, 밀봉, 냉각 등의 역할을 하는 것이다. 2006년부터 개정된 에너지 절약법(에너지 사용의 합리화에 관한 법률)에 의해, 실사용 상태에 따른 에너지 절약 성능을 나타내는 지표로서 APF(Annual Performance Factor)가 채용되고, 압축기에도 추가적인 에너지 절약화, 고효율화가 필요하며, 사용 조건이 엄격해지기 때문에 신뢰성 확보의 측면에서 윤활성이 양호한 냉동기유가 요구된다. 또한, 압축기 내에는 에스테르계 절연 필름(주로 내열 PET: Poly Ethylene Terephthalate)이 사용되고 있기 때문에, 흡수성이 낮은 냉동기유가 바람직하다. 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 냉매 단독 또는 이 냉매를 포함하는 혼합 냉매를 이용한 압축기에 이용하는 냉동기유로는, 상기부터 폴리알킬렌글리콜유, 폴리올에스테르류, 광유, 폴리α올레핀유, 알킬벤젠유가 개시되어 있다. 자동차 에어컨과 같이 개방계 압축기에는 폴리알킬렌글리콜과 같은 전기 절연성이 떨어지는 냉동기유도 적용이 가능하다. 그러나 룸 에어콘과 같은 밀폐계 압축기에서는 폴리알킬렌글리콜유는 전기 절연유로서의 부피 저항률의 규격인 10¹³ Ω·cm를 크게 하회하고, 또한 유전율이 약 5.0으로 매우 높기 때문에 시스템 운전시의 누설 전류가 증대되고, 전기용품 안전법(전기용품의 제조, 수입, 판매 등을 규제함과 동시에, 전기용품의 안전성 확보에 관해 민간사업자의 자주적인 활동을 촉진시킴으로써, 전기용품에 의한 위험 및 장해의 발생을 방지하는 것을 목적)으로 정해진 누설(leak) 전류값 1.0 mA 이하를 만족시키는 것이 어렵다. 이 때문에 누설 전류 감소 회로(캔슬러 회로)를 추가하거나, 잡음 단자 전압 필터(노이즈 필터)를 최적화할 필요가 생긴다. 또한 폴리알킬렌글리콜유는 매우 흡수성이 높고, 수분을 관리하기 위해서 설비나 시간을 요한다. 폴리알킬렌글리콜유는 가수분해에 대하여 안정적이기 때문에 오일 중 수분은 압축기 내의 에스테르계 절연 필름의 가수분해에 기여한다는 문제가 있다. 또한, 광유, 폴리α올레핀유, 알킬벤젠유 등은 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매와의 상용성이 떨어지기 때문에 압축기에의 오일 복귀 특성 저하의 염려가 있다. 또한 기재 단독으로는 윤활성이 떨어진다는 문제가 있기 때문에, 환경 누설시 생태 독성이 커서, 바젤 조약의 규제 물질(국내법: 특정 유해 폐기물 등의 수출입 등의 규제에 관한 법률)에 해당하는 TCP: 트리크레실포스페이트와 같은 인계 극압제 등을 배합해야 한다.

상기한 이유로부터 냉동 공조 장치에는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매와 상용성을 나타내고, 또한 전기 절연성, 윤활성이 양호한 냉동기유를 이용하는 것이 바람직하다.

일본 특허 공표 제2007-532766호 공보 일본 특허 공표 제2007-532767호 공보 일본 특허 공표 제2007-536390호 공보 일본 특허 공표 제2007-538115호 공보 일본 특허 공표 제2008-504374호 공보 일본 특허 공표 제2008-505989호 공보 일본 특허 공표 제2008-506793호 공보 일본 특허 공표 제2008-524433호 공보 일본 특허 공개 제2008-239814호 공보

본 발명은 상기를 감안하여 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 이용한 냉동 공조 기기의 누설 전류를 용이하게 감소시킬 수 있고, 압축기의 장기간 신뢰성, 오일 복귀 특성을 확보하면서, 에너지 절약화, 고효율화가 가능한 친환경적인 냉동 공조 장치를 제공하는 것에 있다.

과제의 구체적 해결 수단은 하기와 같다.

(1) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 상기 냉매와의 2층 분리가 -40 내지 80 ℃의 범위에서 발생하지 않는 냉동기유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

(2) 상기 (1)에 기재된 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 다음 화학식(식 중, R은 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타낸다)의 폴리올에스테르유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

(3) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 다음 화학식(식 중, R은 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타냄)의 폴리올에스테르유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

<화학식 4>

(4) 상기 (3)에 기재된 상기 냉동기유에 산포착제로서 에폭시환을 가지는 화합물 또는 비스(2,6-이소프로필페닐)카르보디이미드를 1.0 중량％ 이하 배합한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

(5) 상기 (3)에 기재된 밀폐형 전동 압축기가 스크롤식 압축기이고, 폴리올에스테르유의 동점도가 40 ℃에서 40 내지 80 ㎟/s의 점도 범위인 것을 특징으로 하는 공조 장치.

(6) 상기 (3)에 기재된 밀폐형 전동 압축기가 왕복식 압축기이고, 폴리올에스테르유의 동점도가 40 ℃에서 5 내지 30 ㎟/s의 점도 범위인 것을 특징으로 하는 냉장고.

(7) 상기 (3)에 기재된 냉동 공조 장치에 이용하는 압축기 내의 유기 절연 재료가 물리적 및 화학적으로 열화를 받지 않는 재료인 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

(8) 상기 (3)에 기재된 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 냉동 공조 장치의 필터 회로의 한쪽을 교류 전원과 어스(earth)에 접속하고, 다른 한쪽의 단자간 교류 전압을 측정하고, 이 전압을 1 kΩ로 나눈 누설 전류값이 1 mA 이하가 되는 냉동기유를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

(9) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 냉동 공조 장치의 필터 회로의 한쪽을 교류 전원과 어스에 접속하고, 다른 한쪽의 단자간 교류 전압을 측정하고, 이 전압을 1 kΩ로 나눈 누설 전류값이 1 mA 이하가 되는 냉동기유를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.

본 발명에 의해 누설 전류를 용이하게 감소시킬 수 있고, 압축기의 장기간 신뢰성, 오일 복귀 특성을 확보하면서, 에너지 절약화, 고효율화가 가능한 친환경적인 냉동 공조 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 룸 에어컨을 설명하는 개략도이다.
도 2는 스크롤식 압축기를 설명하는 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 본 실시예에서는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 이용한 룸 에어컨에 관해서 기재하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 이용한 전동 자동차 에어컨, 패키지 에어컨, 업무용 냉장고 등에도 적용된다.

본 발명의 냉동 공조 장치의 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매이다. 전동 자동차 에어컨이나 업무용 냉장고와 같은 HFC134a 대체로는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독이 바람직하고, 룸 에어컨, 패키지 에어컨과 같은 공조 기기에는 냉매 유량을 확보하기 위해서 디플루오로메탄과의 혼합 냉매가 좋다. 디플루오로메탄의 혼합 비율은 GWP<150이 바람직하고, 기후 변동에 관한 정부간 패널(IPCC)의 제4차 레포트의 100년 후 GWP로 계산하면 디플루오로메탄의 혼합량은 23 중량％ 이하이면 150 이하를 만족할 수 있다. 단, 비공비이기 때문에 열 교환 효율의 저하나 냉매 조성의 변동, 또한 열 교환기에서의 온도 구배 등이 발생한다는 문제가 있다.

본 발명과 같이 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기에 상기 냉매와의 임의의 농도에서의 2층 분리 온도가 -40 내지 80 ℃의 범위에서 발생하지 않고, 전기 절연성이 우수한 냉동기유로는 폴리비닐에테르유나 폴리올에스테르유를 들 수 있다. 폴리올에스테르유로는 헥산이산(아디프산) 등의 디카르복실산을 이용한 2가 지방산 콤플렉스 에스테르유나 더욱 바람직하게는 다가 알코올과 1가의 지방산으로부터 합성되고, 열 안정성이 우수한 힌더드 타입이 좋다. 예를 들면, 다가 알코올로는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨이 있다. 1가의 지방산으로는 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 2-메틸부탄산, 2-메틸펜탄산, 2-메틸헥산산, 2-에틸헥산산, 이소옥탄산, 3,5,5-트리메틸헥산산 등이 있고, 이들 단독 또는 2종 이상의 혼합 지방산을 이용한다. 특히, 냉동기유의 기유로서, 분자 중에 에스테르 결합을 적어도 2개 보유하는 하기의 화학식 1 내지 4로 표시되는 지방산의 에스테르유의 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

<화학식 4>

단, R: 탄소수 5 내지 12의 알킬기

본 발명의 룸 에어컨, 패키지 에어컨 등의 공조 기기에 이용하는 냉동기유의 점도 등급은 압축기의 종류에 따라 다르지만, 스크롤식 냉매 압축기에서는 40 ℃에서의 점도가 40 내지 80 ㎟/s의 범위가 바람직하다. 또한, 업무용 냉장고 등에 이용하는 왕복식 압축기에서는 5 내지 30 ㎟/s의 범위가 좋다.

전기 절연의 내열 클래스는 전기 절연 JEC-6147(전기 학회 전기 규격 조사 표준 규격)로 규정되어 있고, 냉동 공조기용 압축기에 채용되어 있는 절연 재료도 상기 규격의 내열종에 의해 선정된다. 그러나, 냉동 공조 기기용 유기 절연 재료의 경우, 냉매 분위기 중이라는 특수한 환경에서 사용되기 때문에, 온도 이외에도 압력에 의한 변형·변성을 억제하는 것, 또한 냉매나 냉동기유와 같은 유극성 화합물에도 접촉하기 때문에 내용제성, 내추출성, 열적·화학적·기계적 안정성, 내냉매성(크레이징(Crazing)(피막에 스트레스를 제공한 후, 냉매에 침지하면 발생하는 미세한 주름상 균열), 브리스터(피막에 흡수된 냉매가 온도 상승에 의해서 발생되는 피막의 기포)) 등도 고려해야 한다. 이 때문에 높은 내열 클래스(E종 120 ℃ 이상)의 절연 재료를 사용할 필요가 있다. 압축기 내에서 가장 많이 사용되는 절연 재료는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)이다. 용도로는, 분포권 모터의 철심과의 코일 절연에 필름재가 이용되고, 코일의 포박사, 모터의 구출선(口出線)의 피복재에 섬유상의 PET가 사용되고 있다. 이것 이외의 절연 필름으로는 PPS(폴리페닐렌설파이드), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), PEEK(폴리에테르에테르케톤), PI(폴리이미드), PA(폴리아미드) 등을 들 수 있다. 또한, 코일의 주절연 피복 재료에는 THEIC 변성 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에스테르아미드이미드 등이 사용되고, 폴리에스테르이미드-아미드이미드의 더블 코팅을 실시한 이중 피복 동선이 바람직하게 사용된다.

본 발명에서는 상기한 냉동기유에 윤활성 향상제, 산화 방지제, 산포착제, 소포제, 금속 불활성제 등을 첨가하여도 전혀 문제는 없다. 특히 폴리올에스테르유는 수분 공존하에서 가수분해에 기인하는 열화가 발생하기 때문에, 산화 방지제, 산포착제의 배합은 필수이다. 산화 방지제로는 페놀계인 DBPC(2,6-디-t-부틸-p-크레졸)이 바람직하다. 산포착제로는, 일반적으로 에폭시환을 가지는 화합물로서 지방족의 에폭시 화합물이 사용된다. 특히 카르보디이미드계 화합물은 지방산과의 반응성이 매우 높고, 지방산으로부터 해리한 수소 이온을 포착하기 때문에 폴리올에스테르유의 가수분해 반응이 억제되는 효과가 매우 크다. 카르보디이미드계 화합물로는 비스(2,6-이소프로필페닐)카르보디이미드를 들 수 있다. 산포착제의 배합량은 냉동기유에 대하여 0.05 내지 1.0 중량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 이용한 냉난방 겸용 룸 에어컨의 개략을 도 1에 나타낸다. 실내를 냉방하는 경우, 압축기 (1)의 토출 파이프로부터 단열적으로 압축된 고온 고압의 냉매 가스는 사방 밸브 (2)를 거쳐 실외 열 교환기 (3)(응축 수단으로서 사용됨)에서 냉각되어, 고압의 액냉매가 된다. 이 냉매는 팽창 수단 (4)(예를 들면, 모세관 튜브나 온도식 팽창 밸브 등)로 팽창되고, 약간 가스를 포함하는 저온 저압액이 되어 실내 열 교환기 (5)(증발 수단으로서 사용됨)에 도달하며, 실내의 공기로부터 열을 얻어 저온 가스의 상태에서 다시 사방 밸브 (2)를 통과하여 압축기 (1)에 이른다. 실내를 난방하는 경우는, 사방 밸브 (2)에 의해서 냉매의 흐름은 반대 방향으로 바뀌어, 반대 작용이 된다.

압축기로는 스크롤식 압축기를 이용하였다. 그의 개략 구조를 도 2에 나타낸다. 압축기는 고정 스크롤 부재 (6)의 단부판 (7)에 직립하는 와권상 랩 (8)과, 이 고정 스크롤 부재 (6)과 실질적으로 동일한 형상의 단부판 (9), 랩 (10)으로 이루어지는 선회 스크롤 부재를 상호 랩 (8)과 랩 (10)을 대향하고 교합하여 압축 기구부를 형성하고, 선회 스크롤 부재를 크랭크 샤프트 (11)에 의해서 선회 운동시킨다. 고정 스크롤 부재 (6) 및 선회 스크롤 부재에 의해서 형성되는 압축실 (12) (12a, 12b……) 중, 가장 외측에 위치하고 있는 압축실은, 선회 운동에 수반되어 용적이 점차 축소되면서, 양 스크롤 부재의 중심을 향해서 이동하여 간다. 양 압축실 (12a, 12b)가 양 스크롤 부재의 중심 근방에 도달하였을 때, 양 압축실 (12a, 12b)가 토출구 (13)과 연통하여, 양 압축실 내의 압축 가스가 토출 파이프 (16)으로부터 압축기 밖으로 토출된다.

본 압축기에서는, 압력 용기 (15) 내에 전동 모터 (17)이 내장되어 있고, 압축기는 일정 속도 또는 도시하지 않는 인버터에 의해서 제어된 전압에 따른 회전 속도로 크랭크 샤프트 (11)이 회전하여 압축 동작을 행한다. 또한, 상기 전동 모터 (17)의 하부에 오일 저장부가 설치되어 있고, 이 오일은 압력차에 의해서 크랭크 샤프트에 설치된 오일 구멍 (18)을 통과하여, 선회 스크롤 부재와 크랭크 샤프트 (11)과의 접동부, 미끄럼 베어링 (19) 등의 윤활에 제공된다.

〔실시예 1 내지 3〕및〔비교예 1 내지 5〕

하기 표 1에 나타내는 냉동기유를 이용하여 상용성(용해성) 시험을 행하였다.

냉매: HFO1234yf(2,3,3,3-테트라플루오로프로펜)

냉동기유:

(A) 힌더드 타입 폴리올에스테르유(POE) 40 ℃ 점도 61.8 ㎟/s(펜타에리트리톨계의 분지쇄 혼합 지방산 에스테르)

(B) 힌더드 타입 폴리올에스테르유(POE) 40 ℃ 점도 101 ㎟/s(펜타에리트리톨계의 분지쇄 혼합 지방산 에스테르와 디펜타에리트리톨계의 분지쇄 혼합 지방산 에스테르와의 혼합 에스테르유)

(C) 폴리비닐에테르유(PVE) 40 ℃ 점도 65 ㎟/s

(D) 폴리알킬렌글리콜유(PAG) 40 ℃ 점도 71.8 ㎟/s(폴리프로필렌글리콜디메틸에테르)

(E) 폴리알킬렌글리콜유(PAG) 40 ℃ 점도 52.7 ㎟/s(폴리에틸렌글리콜/폴리프로필렌글리콜모노메틸에테르의 공중합 타입)

(F) 나프텐계 광유(MO) 40 ℃ 점도 55.1 ㎟/s

(G) 폴리α올레핀유(PAO) 40 ℃ 점도 69.4 ㎟/s

(H) 하드형 알킬벤젠유(AB) 40 ℃ 점도 60.1 ㎟/s

(I) 파라핀계 광유 40 ℃ 점도 61.16 ㎟/s

HFO1234yf와 상기 냉동기유와의 상용성 평가는 JIS K 2211에 준하여 측정하였다. 내압 유리 용기에 20 중량％의 오일 농도에서 냉매를 봉입하고, 온도를 변화시킨 상태에서의 내용물의 관찰을 행하였다. 내용물이 백탁하고 있으면 분리, 투명하면 용해라 판정하였다.

상용성 평가 결과를 하기 표 2에 나타내는 표 2 중 ○는 용해, ×가 분리를 나타낸다. 냉매와 냉동기유와의 상용성은, 압축기에의 오일 복귀양을 확보하기 위한 중요한 특성이다. 냉동 공조 사이클에서는 냉매와 마찬가지로 냉동기유도 순환하는 것이 필요하다. 상용성이 떨어지면 압축기로부터 기계적 요소에 의해 토출된 냉동기유가 순환하지 않고 특히 저온부에서 분리된 오일이 체류하기 때문에 압축기의 유량이 적어져, 접동부의 윤활유 지장을 초래한다. 이 때문에 사이클 중에서의 운전 조건 온도 범위에서 냉매와 냉동기유가 용해되어 있는 것이 필수이다. 표 2에서 나타낸 바와 같이 HFO1234yf와 전체 온도 범위에서 상용하는 냉동기유는 실시예 1 내지 3에서 나타내는 폴리올에스테르유와 폴리비닐에테르유이다. 비교예 1 내지 5에서 나타낸 오일종은 사용 범위 온도에서 분리가 보이기 때문에 상기한 우려가 발생한다.

〔실시예 4, 5〕 및〔비교예 6〕

실시예 4, 5, 비교예 6에서는 도 1에 나타내는 룸 에어컨을 이용하고, 실내기를 항온실(35 ℃, 습도 75 ％)에 설치하여 2160 시간 동안 운전하는 실기 시험을 행하였다. 냉매, 냉동기유의 조합으로는 실시예 4, 5에서는 (A) 폴리올에스테르유, 비교예 5 (D) 폴리알킬렌글리콜유를 채택하여, 수분을 100 ppm 이하로 한 오일을 압축기에 봉입하였다. 실시예 4와 비교예 6에서는, 산포착제로서 에폭시환을 가지는 화합물을, 실시예 5에서는 비스(2,6-이소프로필페닐)카르보디이미드를 각각 냉동기유에 대하여 0.5 중량％ 배합하였다. 또한, 모터의 철심과의 코일 절연에는 내열 PET 필름(B종 130 ℃)을, 코일 주절연에는 폴리에스테르이미드-아미드이미드의 더블 코팅을 실시한 이중 피복 동선을 이용하였다. 룸 에어컨의 평가에는 스크롤식 압축기의 마모 상태에 착안하여, 시험 전후에서의 프레임 내지 샤프트간의 마모에 의한 간극 증가량을 측정하였다. 프레임 내지 샤프트간의 간극 증가량이 증가할수록 마모량이 큰 것을 나타내고 있고, 일반적으로 간극 증가량이 증가됨에 따라 진동이나 소음이 커진다. 또한, 시험유의 전체 산가를 측정하였다. 또한, 누설 전류를 측정하기 위해서, 필터 회로의 한쪽을 교류 전원과 어스에 접속하고, 다른 한쪽의 단자간 교류 전압을 측정하고, 이 전압을 1 kΩ로 나눈 값을 누설 전류로서 측정하였다. 에어컨 기동시에 누설 전류가 많아지기 때문에 운전 개시 1 분 동안 가장 높은 전류값을 실시예에 기재하였다. 본 시험의 목표치는 시험 후의 압축기 내 잔유량이 감소하지 않는 것, 프레임 내지 샤프트간의 마모에 의한 간극 증가량이 10 ㎛ 이하, 냉동기유의 전체 산가가 0.1 mgKOH/g 이하이고, 누설 전류값이 1.0 mA 이하인 것의 전체 항목을 만족시키는 것을 목표로 하였다.

실시예 4, 5 및 비교예 6의 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 표 3으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 4, 5에서 나타낸 본 발명의 룸 에어컨은, 비교예 6과 비교하여 프레임 내지 샤프트간의 간극 증가량이 대폭 감소될 수 있고, 마모를 억제하기 때문에 룸 에어컨에서 높은 신뢰성이 얻어진다. 또한, 시험 후 전체 산가의 증가도 적고, 특히 실시예 5에서 나타낸 바와 같이 냉동기유에 산포착제로서 비스(2,6-이소프로필페닐)카르보디이미드를 배합한 것으로는, 폴리올에스테르유의 가수분해를 대폭 억제하기 위해 전체 산가가 낮기 때문에 보다 바람직하다. 비교예 6에서는, 상용성이 떨어지기 때문에 시험 후의 압축기 내에 존재하는 유량이 적어지고, 프레임 내지 샤프트간의 간극 증가량도 커지고 있기 때문에 신뢰성이 문제이다. 또한 폴리알킬렌글리콜유는 유전율이 약 5.0으로 매우 크기 때문에 누설 전류값이 1.0 mA를 대폭 초과하고 있기 때문에 대책이 필요하다.

시험 후 절연 재료의 평가 항목에 대해서 설명한다. 절연 필름에 대해서는, 시험 전후에서의 인장 강도 유지율 및 신도 유지율을 측정하였다. 유지율 50 ％ 이상을 목표로 하였다. 또한, 에나멜 동선에 관해서는 외관 변화나 연필 경도 변화, 권취 특성, 절연 파괴 전압(JIS C 3003)을 측정하고, 내냉매성으로는 클레딩과 브리스터를 관찰하였다. 이들 항목에 대해서는, 시험 전후에 변화가 없는 것을 목표로 하였다. 실시예 4, 5의 절연 필름의 인장 강도 유지율은 80 ％, 신도 유지율이 60 ％로 문제가 없는 것을 확인하였다. 또한, 에나멜 동선에 대해서는, 연필 경도가 5 H, 권취 특성이 자기 직경에 문제가 없어 양호하였다. 절연 파괴 전압도 초기값과 거의 동등한 14.8 kV, 클레딩이나 브리스터도 발생하지 않은 것을 외관으로부터 확인할 수 있어, 목표를 만족할 수 있었다. 이에 대하여, 비교예 6에서 나타낸 급탕기의 절연 필름은, 인장 강도 유지율과 신도 유지율이 50 ％ 이하로, 목표치를 만족하지 않았다. 또한 PET의 올리고머 성분이 다량으로 오일측에 용출되고 있어, 모터의 감합부에 들어가 기동 불량을 일으킬 위험이 있다. 또한, 에나멜 동선에 있어서도, 연필 경도의 저하를 볼 수 있으며, 내냉매성에서 문제가 되는 클레딩이나 브리스터가 발생하고 있는 것을 관찰을 통해 확인하였다.

이상의 실시예의 결과로부터, 본 발명의 냉동 공조 장치는 압축기의 마모를 억제하고, 누설 전류를 대폭 억제할 수 있으며, 장기간 절연 신뢰성을 충분히 확보할 수 있는 냉동 공조 장치가 얻어진다. 도시는 하지 않지만, 냉매에 HFO1234yf와 HFC32(20 중량％)의 혼합 냉매를 마찬가지로 실기 시험을 행했지만, 실시예 4, 5와 거의 동일한 결과가 얻어져, 혼합 냉매로도 문제가 없는 것을 확인하였다. 본 실시예에서는 고압 챔버 방식의 스크롤식 압축기를 이용했지만, 그 밖에 왕복식 압축기, 2단 압축 로터리식 압축기나 롤러와 벤이 일체화된 스윙식 압축기에서도 동일한 효과가 얻어진다.

룸 에어컨 이외에도 패키지 에어컨, 전동 자동차 에어컨, 업무용 냉장고 등에도 적용 가능하다.

1: 압축기
2: 사방 밸브
3: 실외 열 교환기
4: 팽창 수단
5: 실내 열 교환기
6: 고정 스크롤 부재
7, 9: 단부판
8: 와권상 랩
10: 랩
11: 크랭크 샤프트
12: 압축실
13: 토출구
14: 프레임
15: 압축 용기
16: 토출 파이프
17: 전동 모터
18: 오일 구멍
19: 미끄럼 베어링

Claims

2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 냉매 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 상기 냉매와의 2층 분리가 -40 내지 80 ℃의 범위에서 발생하지 않는 냉동기유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
제1항에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 상기 냉동기유로서, 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 폴리올에스테르유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

<화학식 4>

(식 중, R은 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타냄)
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 폴리올에스테르유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

<화학식 4>

(식 중, R은 탄소수 5 내지 12의 알킬기를 나타냄)
제3항에 있어서, 상기 냉동기유에 산포착제로서 에폭시환을 가지는 화합물 또는 비스(2,6-이소프로필페닐)카르보디이미드를 1.0 중량％ 이하 배합한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
제3항에 기재된 밀폐형 전동 압축기가 스크롤식 압축기이고, 폴리올에스테르유의 동점도가 40 ℃에서 40 내지 80 ㎟/s의 점도 범위인 것을 특징으로 하는 공조 장치.
제3항에 기재된 밀폐형 전동 압축기가 왕복식 압축기이고, 폴리올에스테르유의 동점도가 40 ℃에서 5 내지 30 ㎟/s의 점도 범위인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제3항에 있어서, 냉동 공조 장치에 이용하는 압축기 내의 유기 절연 재료가 물리적 및 화학적으로 열화되지 않는 재료인 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
제1항에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 상기 냉동기유로서, 냉동 공조 장치의 필터 회로의 한쪽을 교류 전원과 어스(earth)에 접속하고, 다른 한쪽의 단자간 교류 전압을 측정하고, 이 전압을 1 kΩ로 나눈 누설 전류값이 1 mA 이하가 되는 냉동기유를 이용한 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 단독 또는 상기 냉매와 디플루오로메탄과의 혼합 냉매를 흡입 압축하는 밀폐형 전동 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 방열하는 열 교환기와, 상기 열 교환기로부터 유출되는 냉매를 감압하는 감압기와, 상기 감압기에서 감압된 냉매를 흡열시키는 열 교환기를 통과하여 순환하는 냉동 사이클에 있어서, 밀폐형 전동 압축기의 냉동기유로서, 냉동 공조 장치의 필터 회로의 한쪽을 교류 전원과 어스에 접속하고, 다른 한쪽의 단자간 교류 전압을 측정하고, 이 전압을 1 kΩ로 나눈 누설 전류값이 1 mA 이하가 되는 냉동기유를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조 장치.