KR20160030998A - 압축기 및 냉동 사이클 장치 - Google Patents

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노리히사 와타나베
히데아키 스즈키
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도시바 캐리어 가부시키가이샤
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Abstract

실시형태에 의하면, 압축기는, 냉매로서 R32를 이용하는 동시에 냉동기유를 내장한다. 상기 냉동기유와 상기 냉매의 액상 혼합물은 10질량% 내지 40질량%의 범위의 냉동기유 함유율 및 -40℃ 내지 60℃의 온도 범위에서 2층으로 분리되며, 또한 5질량% 이하의 냉동기유 함유율 및 20℃ 내지 40℃의 온도 범위 그리고 55질량% 이상의 냉동기유 함유율 및 20℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 상용한다.

Description

압축기 및 냉동 사이클 장치{COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE DEVICE}
본 발명의 실시형태는 일반적으로 압축기 및 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.
냉장고나 냉동기에는 냉매 압축기가 조립되어 있다. 이 압축기에 사용되는 냉매로서, 이전에는 CFC-12(R12)나 HCFC-22(R22)가 이용되고 있었지만, 이들 냉매는 오존층 파괴 계수(ODP)가 높아 현재는 그 사용이 규제되고 있다. 그래서, ODP가 제로(0)라 일컬어지는 R-404A, R-410A, HFC-134a(R-134a)의 사용이 현재 주류로 되어 있다. 그러나, 이들 냉매는, ODP가 제로인 반면, 지구 온난화 계수(GWP)가 비교적 높은(GWP: 약 1300 내지 3300) 점이 지적되고 있다.
이러한 사정으로, ODP가 제로인 동시에, GWP도 비교적 낮은(GWP: 약 650) 하이드로플루오로카본 화합물인 R32가 최근 주목받고 있다.
그런데, 냉매 압축기에는, 예컨대 그 슬라이딩부에 윤활성을 부여하고 또한 시일부의 시일성을 향상시키기 위해서, 냉동기유가 내장된다. 냉동기유는 냉매와의 양호한 적합성을 가질 것이 요구된다. 냉매로서 R32를 이용하는 압축기의 냉동기유로서, 몇 가지의 오일이 검토되고 있지만, 냉매 R32와의 조합에 있어서 장시간에 걸쳐서 안정되게 윤활성을 압축기에 제공할 수 있는 냉동기유가 더욱 필요하다.
일본 특허 공개 제 2011-184536 호 공보
즉, 냉매로서 R32를 사용한 압축기로서 장시간에 걸쳐서 슬라이딩부 그 이외의 부위에서의 윤활성이 유의하게 저하되지 않는 압축기에 대한 요구가 여전히 존재한다.
실시형태에 의하면, 냉매로서 R32를 이용하는 동시에, 냉동기유를 내장한 압축기가 제공된다. 상기 냉동기유와 상기 냉매의 액상 혼합물은 10질량% 내지 40질량%의 범위의 냉동기유 함유율 및 -40℃ 내지 60℃의 온도 범위에서 2층으로 분리되며, 또한 5질량% 이하의 냉동기유 함유율 및 20℃ 내지 40℃의 온도 범위 그리고 55질량% 이상의 냉동기유의 함유율 및 20℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 상용(相溶)한다.
도 1은 실시형태의 냉매 R32와 냉동기유의 상용성 거동을 나타내는 그래프,
도 2는 실시형태에 따른 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치를 도시하는 부분 단면도,
도 3은 액 인젝션 회로를 구비한 냉동 사이클 장치를 예시하는 개략도.
이하, 몇 가지 실시형태에 대해 설명한다.
실시형태에 따른 (냉매) 압축기는, 냉매로서 R32를 이용하는 동시에, 특정 냉동기유를 내장한다. 냉매로서 이용하는 R32는 디플루오로메탄으로서, 그 ODP는 제로이며, 그 GWP는 약 650인 것으로 되어 있다.
냉매로서 R32를 이용하는 상기 압축기에 내장되는 냉동기유는, 그것과 냉매 R32의 액상 혼합물이 해당 냉동기유의 함유율(유분율) 10질량% 내지 40질량%이며 온도 -40℃ 내지 60℃에서 2층으로 분리되는 것이다.
도 1은 냉매 R32와 본 냉동기유의 액상 혼합물이 나타내는 상용성 거동을 도시한다. 이 상용성 거동은, 일본 공업 규격(JIS) K2211-2009의 부속서 D에 규정되는 「냉매와의 상용성 시험 방법」에 준하여 측정되는 것이다. 실시형태에 따른 냉매 R32와 냉동기유의 액상 혼합물은, 도 1에 있어서 사선으로 도시하는 영역, 즉, 유분율 10질량% 내지 40질량%이며 온도 -40℃ 내지 ＋60℃의 전체 영역에서 2층으로 분리된다. 분리된 2층은 유분율이 다르다. 일반적으로는, 유분율 a질량% 내지 b질량%의 전체 범위에서 냉매 R32와 냉동기유가 2층으로 분리되며, 그 이외의 유분율에서는 양자가 상용하는 경우, 그 분리된 2층은 유분율 a질량%의 층과 유분율 b질량%의 층에 의해 구성된다.
여기서, 유분율이 50질량% 이상인 경우는, 냉동기유가 냉매보다 비율이 높아지기 때문에, 액상 혼합물의 윤활성은 냉동기유에 의해 확보된다. 한편, 유분율이 50질량% 미만에서는, 냉매의 비율이 높아지고, 냉동기유가 고 희석된 상태가 되어, 충분한 윤활 성능을 얻을 수 없다. 고 희석에 의한, 냉매가 용해된 냉동기유(냉동기유와 그것에 용해된 냉매와의 혼합물; 이하, 간략히 「냉매 용해유」라 함)의 점도의 저하를 방지하기 위해서는, 냉매 R32와 냉동기유의 액상 혼합물은, 유분율이 40질량% 이하에서는 2층으로 분리되어, 그 이상의 냉매의 냉동기유 중으로의 용입이 생기기 어려워지는 것이 바람직한 것을 발견했다. 이것은 압축기의 슬라이딩부에 냉매의 일부가 액상 상태로 흡입되는 액 백(back) 운전시에 있어서의 신뢰성(장시간에 걸친 안정된 윤활성)의 확보에 유효하다. 또한, 냉동기유는 냉매와 함께 냉동 사이클 내를 순환하지만, 그때 냉매의 순환량에 대해 수% 정도의 냉동기유가 순환한다. 그 때문에, 수% 정도의 비율로 냉동기유가 냉매와 상용하는 것이 신뢰성의 확보의 관점에서 필요하다. 따라서, 유분율 5질량% 이하에서는, 냉매 R32와 냉동기유의 액상 혼합물은 층분리되지 않는 것이 필요하다.
실시형태에 따른 냉동기유와 냉매 R32의 액상 혼합물은, 상기 유분율 및 온도 범위에서 2층으로 분리되지만, 5질량% 이하의 유분율이며 20℃ 내지 40℃의 온도 범위에서는 상용하는 동시에, 55질량% 이상의 유분율이며 20℃ 내지 50℃의 온도 범위에서도 상용한다.
냉동기유가, 냉매 R32에 대하여, 이러한 부분 상용성을 나타냄으로써, 장시간에 걸쳐서 예컨대 슬라이딩부에 있어서의 윤활성이 유의하게 저하되지 않는 압축기를 제공할 수 있는 것이다.
실시형태의 냉동기유는 상기 요건을 모두 만족한다.
냉매 R32에 대해 부분 상용성을 나타내는 상기 냉동기유는, 하나의 실시형태에 있어서, 100℃에서 7.5㎟/s 이상의 동점도를 나타낸다. 냉매 R32는 냉매 R410A와 같은 선행 기술의 냉매에 비해 압축기로부터의 토출 온도가 상승하는 특성을 갖는다(미국 난방 냉동 공조 학회(ASHRAE)가 규정하는 조건에서는 냉매 R410A와 같은 선행 기술의 냉매에 비해 15℃ 이상이나 토출 가스 온도가 높아짐). 냉동기유가 100℃라는 고온에서도 상기 동점도 특성을 가짐으로써, 이 토출 온도의 상승을 억제하기 위해서 압축기에 습식 가스를 흡입시킨 경우에도 액냉매 R32에 의한 냉동기유의 씻김 작용이 적어지기 때문에, 압축기 슬라이딩부의 윤활성을 장기간에 걸쳐서 확보하는, 즉 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 하나의 실시형태에 있어서, 냉매 R32와 상기 냉동기유의 액상 혼합물(냉매 용해유)은 유분율 60질량% 및 온도 40℃에서 1.0㎟/s 이상의 동점도를 나타낸다. 냉매 R32는 종래의 냉매에 비해 분자량이 작아서, 종래의 냉매를 이용한 경우와 같이 냉매에 대해 상용성이 높은 냉동기유를 적용한 경우에는 냉매 용해유의 점도가 대폭적으로 저하되어 버린다. 그렇지만, 본 실시형태의 냉동기유는, 냉매 R32에 대해 부분 상용성이며, 게다가 유분율 60질량% 및 온도 40℃에서 냉매 R32와의 액상 혼합물(냉매 용해유)이 상기 동점도를 나타내므로, 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
냉매 R32에 대해 부분 상용성을 나타내는 동시에 상기 여러 가지의 특성을 나타내는 냉동기유는 통상 합성 에스테르 오일을 포함하거나, 합성 에스테르 오일로 실질적으로 이루어지거나, 합성 에스테르 오일로 이루어진다. 이 합성 에스테르 오일은 바람직하게는 폴리올(다가 알코올)과 모노카르복실산의 에스테르화 반응 생성물일 수 있다.
다가 알코올의 예에는, 네오펜틸 글리콜(neopentyl glycol), 트리메틸올프로판(trimethylolpropane), 펜타에리트리톨(pentaerythritol)이 포함된다.
모노카르복실산의 예에는, 7개 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 포화지방산이 포함된다. 이러한 포화지방산에는, 분지쇄 모노카르복실산, 예컨대 2-에틸헥산산, 3,5,5-트리메틸헥산산이 포함된다. 하나의 실시형태에 있어서, 힌더드(hindered)형 폴리올과의 에스테르(오일)를 생성하기 위해서 2종 이상의 모노카르복실산이 사용된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 냉동기유는 펜타에리트리톨과 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산의 에스테르화 반응 생성물이다. 이러한 에스테르화 반응 생성물에 있어서, 펜타에리트리톨 1몰에 대하여, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산은 합계 4몰의 비율로 에스테르화한다. 이 경우, 2-에틸헥산산과 3,5,5-트리메틸헥산산의 합계에서 차지하는 2-에틸헥산산의 비율은 40몰% 내지 50몰%일 수 있다(3,5,5-트리메틸헥산산의 비율: 60몰% 내지 50몰%). 에스테르화 반응에 의해 물이 부생하지만, 이 물을 제거함으로써 반응이 보다 효율적으로 진행된다.
실시형태에 따른 냉동기유(상기 합성 에스테르 오일, 에스테르화 반응 생성물)은 온도 30℃, 상대 습도 90%에 있어서의 포화수분량이 2000ppm 미만일 수 있다. 냉매 R32는, 상술한 바와 같이, 토출 온도가 높으며, 이와 같이 높은 온도 환경하에서는 윤활성이 수분의 영향을 받기 쉽다. 그렇지만, 이와 같이 포화수분량이 적고, 따라서 흡습성이 낮은(흡습 속도가 느림) 냉동기유는 장시간 안정되게 윤활성을 제공할 수 있다.
상기 냉동기유에는, 산화방지제, 안정제 및 구리 불활성화제로부터 선택되는 첨가제를 배합할 수 있다.
산화방지제의 예에는, 디부틸파라크레졸(DBPC)이 포함된다. 산화방지제는, 냉동기유에 대하여, 0.05질량% 내지 1.0질량%의 비율로 배합할 수 있다. 산화방지제의 양이 0.05질량% 미만에서는 효과가 부족한 한편, 0.5질량%보다 많은 경우, 효과가 포화 상태에 가까워지므로, 1.0질량%를 초과하는 양의 첨가는 필요하지 않은 것을 발견했다. 첨가 효과 및 경제성의 관점에서, 산화방지제의 첨가량은 0.1질량% 내지 0.5질량%인 것이 바람직하다.
안정제의 예에는, 에폭시 화합물(예컨대, 글리시딜에스테르, 글리시딜에테르)이 포함된다. 안정제는, 냉동기유에 대하여, 0.2질량% 내지 1.5질량%의 비율로 배합할 수 있다. 안정제의 양이 0.2질량% 미만에서는 효과가 부족한 한편, 그 양이 1.5질량%를 초과하는 경우, 전기 절연 저항에 악영향을 미칠 수 있는 것을 발견했다. 안정제의 첨가량은 0.25질량% 내지 1.5질량%인 것이 바람직하다.
구리 불활성화제의 예에는, 벤조트리아졸(BTA)이 포함된다. 구리 불활성화제는, 냉동기유에 대하여, 25ppm 이하의 비율로 첨가할 수 있다.
하나의 실시형태에 따른 냉동 사이클 장치는, 상기 실시형태에 따른 압축기와, 상기 압축기에 접속된 응축기와, 상기 응축기에 접속된 팽창 장치와, 상기 팽창 장치와 상기 압축기 사이에 접속된 증발기를 구비한다.
도 2는 보다 구체적인 실시형태에 따른 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치를 예시한다. 냉매로서 R32가 이용되며, 냉동기유로서 실시형태에 따른 냉동기유가 이용된다.
도 2에 예시되는 냉동 사이클 장치(1)는, 압축기 본체(2)와 어큐뮬레이터(3)를 갖고, 작동 유체인 저압의 가스 냉매를 압축하여 고압의 가스 냉매로 하는 밀폐형 압축기(4)와, 압축기 본체(2)의 토출측에 접속되며 고압의 가스 냉매를 응축하여 액냉매로 하는 응축기(5)와, 응축기(5)에 접속되며 액냉매를 감압하는 팽창 장치(6)와, 팽창 장치(6)와 어큐뮬레이터(3) 사이에 접속되며 액냉매를 증발시키는 증발기(7)를 갖고 있다.
압축기 본체(2)는 원통형상으로 형성된 밀폐 용기(8)를 갖고, 밀폐 용기(8) 내의 바닥부에 냉동기유(9)이 저류되어 있다. 또한, 밀폐 용기(8) 내에는, 상부측에 위치하는 전동기부(10)와, 하부측에 위치하는 압축 기구부(11)가 수용되어 있다. 이들 전동기부(10)와 압축 기구부(11)는 상하 방향의 중심선을 갖고 그 중심선 주위로 회전하는 회전축(12)을 거쳐서 연결되어 있다.
전동기부(10)는, 회전축(12)에 고정된 회전자(13)와, 밀폐 용기(8)에 고정되며 회전자(13)를 둘러싸는 위치에 배치된 고정자(14)를 갖고 있다. 회전자(13)에는 영구 자석(도시 생략)이 마련되며, 고정자(14)에는 코일(도시 생략)이 감겨 있다.
압축 기구부(11)는, 상부측에 위치하는 제 1 실린더(15a)와, 하부측에 위치하는 제 2 실린더(15b)를 갖고 있다. 이들 제 1 실린더(15a)와 제 2 실린더(15b) 사이에는 구획판(17)이 마련되어 있다. 또한, 제 1 실린더(15a)의 상단면에는 회전축(12)을 회전 가능하게 축지지하는 주 베어링(16a)이 고정되며, 제 2 실린더(15b)의 하단면에는 회전축(12)을 회전 가능하게 축지지하는 부 베어링(16b)이 고정되어 있다.
회전축(12)은 제 1 및 제 2 실린더(15a, 15b)를 관통하여 배치되어 있으며, 이 회전축(12)에는 180°의 위상차로 동일 직경의 제 1 편심부(18a)와 제 2 편심부(18b)가 마련되어 있다. 제 1 편심부(18a)에는 제 1 롤러(19a)가 끼워맞춰지며, 제 2 편심부(18b)에는 제 2 롤러(19b)가 끼워맞춰져 있다.
제 1 실린더(15a)의 내부에는, 제 1 실린더(15a)의 양단을 주 베어링(16a)과 구획판(17)에 의해 폐색한 제 1 실린더실(20a)이 형성되어 있다. 제 2 실린더(15b)의 내부에는, 제 2 실린더(15b)의 양단을 구획판(17)과 부 베어링(16b)에 의해 폐색한 제 2 실린더실(20b)이 형성되어 있다. 제 1 실린더실(20a) 내에는 제 1 편심부(18a)에 끼워맞춰진 제 1 롤러(19a)가 수용되며, 제 2 실린더실(20b) 내에는 제 2 편심부(18b)에 끼워맞춰진 제 2 롤러(19b)가 수용되어 있다. 이들 제 1 및 제 2 롤러(19a, 19b)는 회전축(12)의 회전시에 그 외주면을 제 1 및 제 2 실린더(15a, 15b)의 내주면에 선접촉시키면서 편심 이동(편심 회전)하도록 배치되어 있다.
또한, 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내에는, 선단부를 제 1 및 제 2 롤러(19a, 19b)의 외주면에 접촉시켜, 제 1 및 제 2 롤러(19a, 19b)의 회전에 수반하여 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내를 용적과 압력이 변화하는 2개의 공간으로 구획하는 블레이드(도시 생략)가 수용되어 있다.
주 베어링(16a)에는 제 1 토출 밸브 기구(21a)가 마련되어 있다. 이 제 1 토출 밸브 기구(21a)는, 주 베어링(16a)에 형성된 제 1 토출 포트(22a)와, 주 베어링(16a)에 나사 고정되어 제 1 토출 포트(22a)를 개폐하는 제 1 토출 밸브인 제 1 리드 밸브(23a)와, 주 베어링(16a)에 제 1 리드 밸브(23a)와 함께 나사 고정되어 제 1 리드 밸브(23a)의 최대 개방도를 규제하는 제 1 밸브 스토퍼(24a)를 갖고 있다. 이 제 1 토출 밸브 기구(21a)는 주 베어링(16a)에 장착된 제 1 머플러(25a)에 의해 덮여 있다. 제 1 머플러(25a)에는, 제 1 머플러(25a)의 내외를 연통하는 토출 구멍(26)이 형성되어 있다.
부 베어링(16b)에는 제 2 토출 밸브 기구(21b)가 마련되어 있다. 이 제 2 토출 밸브 기구(21b)는 상술한 제 1 토출 밸브 기구(21a)와 동일한 구성으로서, 부 베어링(16b)에 형성된 제 2 토출 포트(22b)와, 부 베어링(16b)에 나사 고정되어 제 2 토출 포트(22b)를 개폐하는 제 2 토출 밸브인 제 2 리드 밸브(23b)와, 부 베어링(16b)에 제 2 리드 밸브(23b)와 함께 나사 고정되어 제 2 리드 밸브(23b)의 최대 개방도를 규제하는 제 2 밸브 스토퍼(24b)를 갖고 있다. 이 제 2 토출 밸브 기구(21b)는 부 베어링(16b)에 장착된 제 2 머플러(25b)에 의해 덮여 있다. 제 2 머플러(25b) 내와 제 1 머플러(25a) 내는, 부 베어링(16b)과 제 2 실린더(15b)와 구획판(17)과 제 1 실린더(15a)와 주 베어링(16a)을 관통하여 형성된 가스 냉매 안내 통로(도시 생략)에 의해 연통되어 있다.
어큐뮬레이터(3)는 원통형상의 밀폐 케이스(27)를 갖고, 증발기(7)에서 기화된 가스 냉매, 또는 증발기(7)에서 기화되지 않은 액냉매가 밀폐 케이스(27) 내에 유입하도록 어큐뮬레이터(3)와 증발기(7)가 접속되어 있다. 이 밀폐 케이스(27) 내에는, 일단이 밀폐 케이스(27) 내의 상부측에서 개구되며, 밀폐 케이스(27) 내의 가스 냉매만 유입하도록 배치된 2개의 흡입관(28)이 마련되어 있다. 이들 흡입관(28)의 타단은 밀폐 케이스(27)의 하단측으로부터 밀폐 케이스(27) 외부로 연장되며, 압축 기구부(11)의 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b)에 연통되어 있다. 이들 흡입관(28)에 있어서의 밀폐 케이스(27) 내의 하부측에 위치하는 부분에는, 밀폐 케이스(27) 내의 바닥부에 저류된 냉동기유가 유입하는 오일 복귀 구멍(29)이 형성되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 이 밀폐형 압축기(4)에서는, 전동기부(10)에 통전됨으로써 제 1 롤러(19a)와 제 2 롤러(19b)가 회전축(12)의 중심선 주위로 편심 회전하여, 압축 기구부(11)가 구동된다.
압축 기구부(11)가 구동된 경우에는, 제 1 및 제 2 롤러(19a, 19b)의 편심 회전에 수반하여 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내의 2개의 공간의 용적과 압력이 변화한다. 이 용적과 압력이 변화함으로써, 어큐뮬레이터(3) 내로부터 저압의 가스 냉매가 흡입관(25)을 통해 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내에 흡입되고, 흡입된 저압의 가스 냉매가 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내에서 압축되어, 고압의 가스 냉매가 된다.
제 1 실린더(15a)에서는, 제 1 실린더실(20a) 내의 가스 냉매의 압력이 소정 값으로 상승한 타이밍에 제 1 리드 밸브(23a)가 개방되고, 제 1 실린더실(20a) 내의 고압의 가스 냉매가 제 1 토출 포트(22a)를 통과하여 제 1 머플러(25a) 내에 토출된다. 제 1 머플러(25a) 내에 토출된 가스 냉매는 제 1 머플러(25a)의 토출 구멍(26)을 통해 밀폐 용기(8) 내에 토출된다.
또한, 제 2 실린더(15b)에서는, 제 2 실린더실(20b) 내의 가스 냉매의 압력이 소정 값으로 상승한 타이밍에 제 2 리드 밸브(23b)가 개방되고, 제 2 실린더실(20b) 내의 고압의 가스 냉매가 제 2 토출 포트(22b)를 통과하여 제 2 머플러(25b) 내에 토출된다. 제 2 머플러(25b) 내에 토출된 가스 냉매는 가스 냉매 안내 통로를 통해 제 1 머플러(25a) 내에 유입되며, 제 1 머플러(25a) 내로부터 토출 구멍(26)을 통해 밀폐 케이스(8) 내에 토출된다.
제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내에서 압축되어 밀폐 용기(8) 내에 토출된 고압의 가스 냉매는 응축기(5) 내에 유입되고, 응축기(5)에서 방열됨으로써 액냉매가 된다. 이 액냉매는 팽창 장치(6)에 유입되어 감압되며, 감압된 후에 증발기(7) 내에 유입되어 흡열됨으로써 증발하여 가스 냉매가 된다. 증발기(7) 내에서 증발한 가스 냉매는 어큐뮬레이터(3) 내에 유입되어 기액 분리(가스 냉매에 포함된 액체 성분의 분리)가 실행되고, 가스 냉매만이 어큐뮬레이터(3)의 흡입관(28) 내를 통해 압축 기구부(11)의 제 1 및 제 2 실린더실(20a, 20b) 내에 공급되어, 다시 압축된다.
도 3에 도시하는 냉동 사이클 장치(1')는, 도 2에 도시하는 냉동 사이클 장치(1)에, 응축기(5)에서 응축된 액냉매를 저류하는 리퀴드 탱크(31)와, 리퀴드 탱크(31) 내의 액냉매의 일부를 압축기 본체(2)의 압축 기구부로 인도하는 액 인젝션 라인(32)을 부설한 것이다. 압축기 본체(2)의 압축 기구부로의 액 인젝션은 압축기 본체(2)의 슬라이딩부의 과열을 억제하는 수단으로서는 유효하지만, 일반적으로, 도입된 액냉매에 의해 냉동기유의 씻김이나 희석도의 상승이 생겨 신뢰성이 저하된다. 그렇지만, 실시형태에 따라서, 냉매 R32에 대해 부분 상용성의 냉동기유를 이용하는 것에 의해, 액 인젝션을 실행한 경우에도, 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
실시예
실시예 1
펜타에리트리톨 1몰에 대하여, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산을 합계 4몰보다 약간 과잉으로 이용하여(양자의 비율 50몰% : 50몰%), 양자를 반응시켜, 소망의 에스테르화 반응 생성물(힌더드형 폴리올 지방산 에스테르 오일)을 합성했다.
얻어진 에스테르화 반응 생성물은 가스크로마토그래피에 의해, 이하의 표 1에 나타내는 비율(면적 비율)의 에스테르로 이루어지는 것을 확인했다.
에스테르화 생성물의 성분 성분의 비율(%)
PE+(i-C8 지방산)4 4
PE+(i-C8 지방산)3(i-C9 지방산)1 20
PE+(i-C8 지방산)2(i-C9 지방산)2 36
PE+(i-C8 지방산)1(i-C9 지방산)3 29
PE+(i-C9 지방산)4 9
그 이외 2
주: 「PE」는 펜타에리트리톨;「i-C8 지방산」은 2-에틸헥산산;
「i-C9 지방산」은 3,5,5-트리메틸헥산산;
「+」는 에스테르 결합; 첨자는 PE 1몰에 대한 몰수
상기 표 1에 나타내는 바와 같이, 이 에스테르화 반응 생성물(에스테르 오일)은, 펜타에리트리톨 1몰에 대하여, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산이 각각 2몰씩 에스테르화된 것을 주성분(36%)으로서 포함하고 있다.
얻어진 에스테르 오일의 100℃에서의 동점도를 JIS K2283에 준거하여 측정한바, 8.2㎟/s였다. 또한, 이 에스테르 오일을 냉매 R32와 혼합하고, 그 액상 혼합물(유분율 60질량%)의 40℃에서의 동점도를 JIS K2283에 준거하여 측정한바, 1.1㎟/s였다.
이 에스테르 오일과 냉매 R32의 액상 혼합물은 JIS K2211에 규정되는 「냉매와의 상용성 시험 방법」에 준하여 측정한바, 유분율 10질량% 내지 40질량%이며 온도 -40℃ 내지 60℃에서 2층으로 분리되는 동시에, 5질량% 이하의 유분율 및 20℃ 내지 40℃의 온도 범위 그리고 55질량% 이상의 유분율 및 20℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 상용하는 것을 확인했다.
실시예 2
2-에틸헥산산과 3,5,5-트리메틸헥산산의 몰 비율을, 40몰% : 60몰%로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 소망의 에스테르화 반응 생성물을 얻었다.
얻어진 에스테르화 반응 생성물(에스테르 오일)은, 가스크로마토그래피에 의해, 이하의 표 2에 나타내는 비율(면적비율)의 에스테르로 이루어지는 것을 확인했다.
에스테르화 생성물의 성분 성분의 비율(%)
PE+(i-C8 지방산)4 2
PE+(i-C8 지방산)3(i-C9 지방산)1 13
PE+(i-C8 지방산)2(i-C9 지방산)2 32
PE+(i-C8 지방산)1(i-C9 지방산)3 35
PE+(i-C9 지방산)4 14
그 이외 4
주: 「PE」는 펜타에리트리톨;「i-C8 지방산」은 2-에틸헥산산;
「i-C9 지방산」은 3,5,5-트리메틸헥산산;
「+」는 에스테르 결합; 첨자는 PE 1몰에 대한 몰수
표 2에 나타내는 바와 같이, 이 에스테르화 반응 생성물(에스테르 오일)은, 펜타에리트리톨 1몰에 대하여, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산이 합계 4몰로 몰비가 50% : 50%로 에스테르화한 것, 25% : 75%로 에스테르화한 것을 주성분(32%+35%=67%)으로서 포함하고 있다.
얻어진 에스테르 오일의 100℃에서의 동점도를 측정한바, 8.7㎟/s였다. 또한, 이 에스테르 오일을 냉매 R32와 혼합하고, 그 액상 혼합물(유분율 60질량%)의 40℃에서의 동점도를 JIS K2283에 준거하여 측정한바, 1.2㎟/s였다.
이 에스테르 오일과 냉매 R32의 액상 혼합물은 JIS K2211에 규정되는 「냉매와의 상용성 시험 방법」에 준거하여 측정한바, 유분율 10질량% 내지 40질량%이며 온도 -40℃ 내지 60℃에서 2층으로 분리되는 동시에, 5질량% 이하의 유분율 및 20℃ 내지 40℃의 온도 범위 그리고 55질량% 이상의 유분율 및 20℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 상용하는 것을 확인했다.
실시예 3
실시예 1 또는 실시예 2에서 합성된 에스테르 오일을 냉동기유로서, 도 2에 도시하는 구조의 밀폐형 압축기에 봉입하고, 이것을 공기 조화기에 조립했다. 우선, 흡입 가스를 습식 가스(액 백 상태)에서 1000시간 운전한바, 각 블레이드, 각 롤러, 축, 베어링의 마모량은 흡입 가스를 건식 가스로 하여 운전한 경우와 동등하며, 양호하다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 배관 길이 75m의 긴 배관이나, 실내기와 실외기의 낙차를 50m의 고 낙차로 설정한 상기 공기 조화기의 오일 복귀성을 확인한바, 모두 압축기 내에서의 오일면 저하는 보이지 않아, 오일 복귀성은 충분하다는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4
실시예 3에서 제작한 공기 조화기를, 토출 가스 온도 125℃로 한 고온 조건하에서 연속 1000시간 운전한바, 블레이드 및 각 롤러의 마모량에 문제는 없어서, 고온 조건하에서도 충분한 윤활성이 확인되었다.
실시예 5
냉동기유에 산화방지제로서 디부틸파라크레졸을 0.1질량% 첨가한 것 이외는 실시예 4와 동일한 조작을 실행한바, 고온 조건하에서의 조작이었지만, 냉동기유의 산화 열화는 확인되지 않아서, 충분한 산화·열안정성이 확인되었다.
실시예 6
냉동기유에 안정제로서 글리시딜에스테르를 0.5질량% 첨가한 것 이외는 실시예 3과 동일한 조작을 실시한바, 냉동기유의 가수분해에 의한 산가의 상승은 보이지 않아서, 충분한 화학 안정성이 확인되었다.
실시예 7
냉동기유에 구리 불활성화제로서 벤조트리아졸을 10ppm 첨가한 것 이외는 실시예 3과 동일한 조작을 실행한바, 배관 등에 사용된 구리의 부식 및 용출에 의한 구리 도금 현상이나 구리 주체의 슬러지는 생성되지 않아서, 충분한 화학 안정성이 확인되었다.
이상 설명한 실시형태, 실시예에 의하면, 장시간에 걸쳐서 슬라이딩부 그 이외의 부위에 있어서의 윤활성이 유의하게 저하되지 않는 압축기 및 그것을 구비한 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이러한 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규한 실시형태는 그 이외의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 생략, 치환, 변경을 실행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되는 동시에, 청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 냉매로서 R32를 이용하는 동시에, 냉동기유를 내장한 압축기에 있어서,
    상기 냉동기유와 상기 냉매의 액상 혼합물은, 10질량% 내지 40질량%의 범위의 냉동기유 함유율 및 -40℃ 내지 60℃의 온도 범위에서 2층으로 분리되며, 또한 5질량% 이하의 냉동기유 함유율 및 20℃ 내지 40℃의 온도 범위 그리고 55질량% 이상의 냉동기유의 함유율 및 20℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 상용(相溶)하는 것을 특징으로 하는
    압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉동기유가, 다가 알코올과, 7개 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 포화지방산으로부터 선택되는 2종 또는 그 이상의 모노카르복실산과의 에스테르화 반응 생성물인 것을 특징으로 하는
    압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다가 알코올이, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올프로판 및 펜타에리트리톨로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는
    압축기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 2종 또는 그 이상의 모노카르복실산이, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산을 포함하는 것을 특징으로 하는
    압축기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉동기유가, 100℃에서 7.5㎟/s 이상의 동점도를 나타내는 것을 특징으로 하는
    압축기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액상 혼합물이, 60질량%의 냉동기유의 함유율 및 40℃의 온도에서 1.0㎟/s 이상의 동점도를 나타내는 것을 특징으로 하는
    압축기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉동기유에, 산화방지제, 안정제 및 구리 불활성화제로 이루어지는 군 중에서 선택되는 첨가제가 배합되어 있는 것을 특징으로 하는
    압축기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기와,
    상기 압축기에 접속된 응축기와,
    상기 응축기에 접속된 팽창 장치와,
    상기 팽창 장치와 상기 압축기 사이에 접속된 증발기를 구비하는 것을 특징으로 하는
    냉동 사이클 장치.
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