KR20170132348A - 냉동 장치 - Google Patents

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시게하루 다이라
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

냉동 장치(1)는 압축기(2), 응축기(4, 6), 팽창 기구(5) 및 증발기(6, 4)를 구비한다. 냉동 장치(1)는 R32를 포함하는 냉매, 및 압축기(2)의 윤활용의 냉동기유를 사용한다. 냉동기유는 첨가량이 1.0중량％ 내지 5.0중량％인 산 포착제가 배합되어 있다. 냉동 장치(1)에 혼입되는 공기량은, 충전 냉매량에 대하여 500ppm 이하로 제어되어 있다. 냉동 장치(1)에 혼입되는 수분량은, 충전 냉매량에 대하여 300ppm 이하로 제어되어 있다. 냉동 장치(1)의 토출 가스 온도는, 120℃ 이하로 제어되어 있다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATION DEVICE}
본 발명은 냉동 장치에 관한 것이다.
종래, 공기 조화 장치 등의 냉동 장치에 사용되는 냉동기유에는, 냉매의 분해에 의해 발생하는 불산 등의 산에 의한 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 억제하기 위한 물질이 함유되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2001-226690호 공보)에 개시되는 냉동기유에는, 산 포착제가 적어도 0.05중량％ 첨가되어 있다.
또한, 종래, 공기 조화 장치 등의 냉동 장치에는, 테트라플루오로에탄인 R134a나, 혼합 냉매인 R410A 및 R407C 등의 불소계 냉매가 사용되고 있다. 그러나, 이 불소계 냉매는 염소를 포함하지 않으므로 오존층을 파괴하는 효과는 작지만, 온실 효과에 의한 지구 온난화에 대한 영향이 크다. 따라서, 최근 들어, 지구 온난화 계수가 작은 불소계 냉매로서, 분자식 CH2F2로 표현되는 R32가 주목받고 있다.
일본 특허 공개 제2001-226690호 공보
그러나, R32는, R410A 및 R407C 등의 다른 불소계 냉매와 비교하여 안정성이 낮아, 고온 환경 하에 노출되거나, 공기 및 물이 혼입되거나 함으로써, 분해되기 쉽고, 분해에 의한 불산 등의 산의 발생량도 많다. 냉매의 분해에 의해 발생하는 산은, 냉동 장치에 사용되는 냉동기유를 열화시켜서, 팽창 밸브 등의 부품을 부식시킬 우려가 있다. 또한, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2001-226690호 공보)에 기초하여, R32에 산 포착제를 0.05중량％ 첨가해도, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 억제할 수 없다. 또한, 팽창 밸브로서는, 놋쇠제 및 스테인리스강제의 팽창 밸브가 있는데, 내부식성이 높은 스테인리스강제의 팽창 밸브를 사용해도, 팽창 밸브의 부식을 충분히 억제할 수 없다.
또한, R32는, 다른 불소계 냉매와 비교하여, 냉동기유와의 상용성이 나빠서, 냉매와 오일의 분리가 일어나기 쉽다. 냉매와 오일의 분리가 일어나기 쉬우면, 공기 조화 장치를 구성하는 압축기의 미끄럼 이동부에 윤활성이 낮은 냉매만이 공급됨으로써, 압축기의 미끄럼 이동부가 이상 발열하여, 냉매의 분해에 의한 산의 발생이 촉진된다.
본 발명의 목적은, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 억제하여, 신뢰성이 높은 냉동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 관점에 관한 냉동 장치는, 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기를 구비한다. 냉동 장치에 혼입되는 공기량은, 충전 냉매량에 대하여 500ppm 이하로 제어되어 있다. 냉동 장치에 혼입되는 수분량은, 충전 냉매량에 대하여 300ppm 이하로 제어되어 있다. 냉동 장치의 토출 가스 온도는, 120℃ 이하로 제어되어 있다. 충전 냉매량은, 냉동 장치의 냉매 회로에 충전되는 냉매의 양이다. 토출 가스 온도는, 압축기로부터 토출되는 고압 냉매의 온도이다. 냉동 장치는, R32를 포함하는 냉매, 및 압축기의 윤활용의 냉동기유를 사용한다. 냉동기유는 첨가량이 1.0중량％ 내지 5.0중량％인 산 포착제가 배합되어 있다.
제1 관점에 관한 냉동 장치는, 분자식 CH2F2로 표현되는 R32를 포함하는 냉매를 사용한다. R32를 포함하는 냉매는 R32 단체, 또는, R32를 포함하는 혼합 냉매이다. 이러한 R32계 냉매는 R410A 및 R407C 등의 불소계 냉매와 비교하여 지구 온난화 계수가 작지만, 분해에 의한 불산 등의 산의 발생량이 많다. 그로 인해, R32계 냉매는 냉동 장치의 장시간의 가동에 의한 냉동기유의 열화, 및 냉동 장치가 구비하는 팽창 밸브 등의 부품의 부식의 원인이 되기 쉽다. 그러나, 냉동기유에 포함되는 산 포착제는, 냉매의 분해에 의해 발생하는 산을 포착하는 효과를 갖는다. 또한, 산 포착제의 첨가량이 5.0중량％ 이하로 제한되어 있으므로, 과잉의 산 포착제에 의한 냉동기유의 윤활 성능의 저하가 억제된다. 따라서, 제1 관점에 관한 냉동 장치는, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 관점에 관한 냉동 장치로서, 냉동기유는 첨가량이 2.0중량％ 내지 5.0중량％인 산 포착제가 배합되어 있다.
제2 관점에 관한 냉동 장치가 사용하는 냉동기유는 산 포착제의 첨가량이 적어도 2.0중량％ 이상이므로, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식이 보다 효과적으로 억제된다.
본 발명의 제3 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 관점 또는 제2 관점에 관한 냉동 장치로서, 팽창 기구는 팽창 밸브를 갖고, 또한, 팽창 밸브에 부착된 냉매의 분해물인 불소의 검출량은 6.0중량％ 이하이다.
제3 관점에 관한 냉동 장치는, 운전 후의 팽창 밸브에 부착되어 있는 냉매 분해물인 불소의 양이 적으므로, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식이 보다 효과적으로 억제된다.
본 발명의 제4 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제3 관점 중 어느 하나에 관한 냉동 장치로서, 냉동기유는 극압제가 더 배합되어 있다.
제4 관점에 관한 냉동 장치가 사용하는 냉동기유는 극압제를 포함한다. R32계 냉매는 냉동 장치의 압축기에 있어서, R410A 및 R407C 등의 불소계 냉매와 비교하여, 보다 고압의 상태에서 사용된다. 그로 인해, R32계 냉매를 압축하는 압축기의 미끄럼 이동부에 가해지는 하중은 커지기 쉬워, 미끄럼 이동하는 부재 표면 사이에 형성되는 냉동기유의 피막이 얇아지는 것에 의한 마모 및 늘어붙기가 발생하기 쉽다. 극압제는, 냉동 장치의 압축기의 미끄럼 이동부에 있어서, 미끄럼 이동하는 부재 표면과 반응하여 피막을 형성함으로써, 미끄럼 이동부의 마모 및 늘어붙기를 방지하기 위한 첨가제이다. 따라서, 제4 관점에 관한 냉동 장치는, 미끄럼 이동부의 마모 및 늘어붙기를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 제5 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제4 관점 중 어느 하나에 관한 냉동 장치로서, 냉동기유는 산화 방지제가 더 배합되어 있다.
제5 관점에 관한 냉동 장치가 사용하는 냉동기유는 산화 방지제를 포함한다. 산화 방지제는, 산소에 의한 냉매나 오일의 산화를 억제하기 위한 첨가제이다. 따라서, 제5 관점에 관한 냉동 장치는, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 제6 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제5 관점 중 어느 하나에 관한 냉동 장치로서, 냉동기유는 폴리비닐에테르유를 포함한다.
본 발명의 제7 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제5 관점 중 어느 하나에 관한 냉동 장치로서, 냉동기유는 폴리올에스테르유를 포함한다.
본 발명의 제8 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제7 관점 중 어느 하나에 관한 냉동 장치로서, 냉매는 R32를 적어도 60중량％ 포함한다.
본 발명의 제9 관점에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제8 관점 중 어느 하나에 관한 냉동 장치로서, 기동 시에 있어서 냉매와의 혼합물이 분리되지 않는 냉동기유를 사용한다.
제9 관점에 관한 냉동 장치가 사용하는 냉동기유와 냉매의 혼합물은, 냉동 장치의 기동 시에 있어서, 냉동기유와 냉매로 2층 분리되지 않는다. 그로 인해, 냉매와 냉동기유의 혼합물로부터 분리된 냉매가 분해되어, 산이 생성되는 것이 방지된다.
본 발명의 제10 관점에 관한 냉동 장치는, 제9 관점에 관한 냉동 장치로서, 오일 농도가 최솟값인 혼합물이 분리되는 온도는, -35℃ 이상, 또한, 오일 농도가 최솟값일 때의 혼합물의 온도 미만이다. 오일 농도는, 냉동기유와 냉매의 혼합물에 포함되는 냉동기유의 농도이다. 냉동 장치의 기동 시에 있어서, 오일 농도는, 혼합물의 온도가 상승하는 과정에 있어서, 최솟값을 나타낸다.
본 발명의 제1 및 제6 내지 제8 관점에 관한 냉동 장치는, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 억제할 수 있고, 또한, 과잉의 산 포착제에 의한 냉동기유의 윤활 성능의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 제2, 제3 및 제5 관점에 관한 냉동 장치는, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 제4 관점에 관한 냉동 장치는, 미끄럼 이동부의 마모 및 늘어붙기를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 제9 및 제10 관점에 관한 냉동 장치는, 냉매와 냉동기유의 혼합물로부터 분리된 냉매가 분해되어, 산이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 냉매 회로도이다.
도 2는 R32 냉매와 폴리비닐에테르유의 혼합물의 2층 분리 온도 곡선, 및 그 혼합물의 운전 궤적을 나타내는 그래프이다.
도 3은 R32 냉매와 폴리올에스테르유의 혼합물의 2층 분리 온도 곡선, 및 그 혼합물의 운전 궤적을 나타내는 그래프이다.
<실시 형태>
본 발명의 실시 형태에 따른 냉동 장치로서의 공기 조화 장치(1)에 대하여 설명한다. 도 1은, 공기 조화 장치(1)의 냉매 회로도이다. 공기 조화 장치(1)는, 주로, 압축기(2)와, 사방 전환 밸브(3)와, 실외 열교환기(4)와, 팽창 기구(5)와, 실내 열교환기(6)로 구성된다. 도 1에 있어서, 실선의 화살표는, 냉방 운전 시에 있어서의 냉매의 흐름을 나타내고, 점선의 화살표는, 난방 운전 시에 있어서의 냉매의 흐름을 나타낸다.
냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1)의 냉동 사이클에 대하여 설명한다. 처음에, 압축기(2)는, 저압의 가스 냉매를 압축하여, 고압의 가스 냉매를 토출한다. 압축기(2)로부터 토출된 냉매는 사방 전환 밸브(3)를 통과하여, 실외 열교환기(4)에 공급된다. 실외 열교환기(4)는, 고압의 가스 냉매를 응축하여, 고압의 액냉매를 토출한다. 실외 열교환기(4)로부터 토출된 냉매는 팽창 기구(5)의 팽창 밸브를 통과하여 저압의 기액 혼합 상태의 냉매가 되어, 실내 열교환기(6)에 공급된다. 실내 열교환기(6)는, 저압의 기액 혼합 상태의 냉매를 증발시켜서, 저압의 가스 냉매를 토출한다. 실내 열교환기(6)로부터 토출된 냉매는 압축기(2)에 공급된다.
냉방 운전 시에는, 실외 열교환기(4)는 응축기로서 기능하고, 실내 열교환기(6)는 증발기로서 기능한다. 즉, 실내 열교환기(6)에서 발생하는 냉매의 증발 잠열에 의해 실내가 냉각된다. 한편, 난방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(3)를 절환함으로써, 실외 열교환기(4)는 증발기로서 기능하고, 실내 열교환기(6)는 응축기로서 기능한다. 즉, 실외 열교환기(4)에서 발생하는 냉매의 응축 잠열에 의해, 실내가 가열된다.
본 실시 형태에서는, 공기 조화 장치(1)의 냉매 회로를 순환하는 냉매로서, 불소계 냉매인 R32계 냉매가 사용된다. R32계 냉매는 R32를 포함하는 냉매이다. 구체적으로는, R32계 냉매는 R32 단체, 또는, R32를 포함하는 혼합 냉매이다. R32는, 분자식 CH2F2로 표현된다. R32를 포함하는 혼합 냉매는 예를 들어, 폴리올에스테르유 등의 에스테르계 냉동기유를 포함하는 혼합 냉매, 및 R32를 적어도 60중량％ 포함하는 혼합 냉매이다. 또한, R32를 포함하는 혼합 냉매는 HFO-1234yf 및 HFO-1234ze(E) 등의 HFO계 냉매를 포함하는 것이 바람직하다. 혼합 냉매에 포함되는 R32의 지구 온난화 계수는, 바람직하게는 1000 이하이고, 보다 바람직하게는 500 이하이고, 더욱 바람직하게는 300 이하이고, 특히 바람직하게는 100 이하이다.
R32계 냉매는 다른 R410A 및 R407C 등의 불소계 냉매에 비하여 지구 온난화에 끼치는 영향이 작지만, 안정성이 낮기 때문에, 분해에 의한 불산 등의 산의 발생량이 많다. 냉매의 분해에 의해 발생하는 산은, 압축기(2)에서 사용되는 냉동기유를 열화시키고, 팽창 기구(5)의 팽창 밸브 등의 부품을 부식시킨다.
구체적으로는, R32는, R410A 및 R407C와 비교하여, 열분해 온도가 약 600℃로 낮아, 열 및 산소에 의해 분해하기 쉽다. R32는, 다음 반응식 (I)에 의해 열분해되어, 카르벤(CH2)과 불소 이온(F-)을 생성한다.
CH2F2→CH2+2F- (I)
반응식 (I)에서 생성된 카르벤은, 다음 반응식 (II)에 의해 산화되어, 포름알데히드를 생성하고, 다음 반응식 (III)에 의해 더 산화되어, 포름산을 생성한다.
2CH2+O2→2HCHO (II)
2HCHO+O2→2HCOOH (III)
또한, 반응식 (I)에서 생성된 카르벤 2 분자는, 커플링 반응에 의해 에틸렌(C2H4)을 생성한다. 에틸렌은, 다음 반응식 (IV)에 의해 산화되어, 아세트알데히드를 생성하고, 다음 반응식 (V)에 의해 더 산화되어, 아세트산을 생성한다.
2C2H4+O2→2CH3CHO (IV)
2CH3CHO+O2→2CH3COOH (V)
또한, 반응식 (I)에서 생성된 불소 이온은, 냉매 및 냉동기유에 포함되는 물과 반응하여, 다음 반응식 (VI)에 의해 불화 수소(HF)를 생성한다.
4F-+2H2O→4HF+O2 (VI)
또한, R32는, 다음 반응식 (VII)에 의해 산소와 반응하여, 불화 수소(HF)를 생성한다.
CH2F2+O2→CO2+2HF (VII)
이상에서, R32는, 분해에 의해, 불화 수소(불산), 포름산 및 아세트산 등을 생성한다. 생성된 산은, 냉매 및 냉동기유에 포함되는 물에 용해되어 냉매 회로를 순환한다. 팽창 기구(5)의 팽창 밸브에 산이 부착되면, 팽창 밸브의 금속 부품이 부식되어, 팽창 기구(5)의 문제의 원인이 된다.
이어서, R32 냉매의 분해가 발생하기 쉬운, 공기 조화 장치(1)의 운전 모드의 예를 세 가지 든다. 제1 예는, 압축기(2)로부터 토출되는 고압의 가스 냉매의 온도가, 예를 들어 120℃를 초과하는 운전이다. 이때, 압축기(2) 내부의 미끄럼 이동부의 온도가, 국부적으로 600℃ 이상이 되는 경우가 있고, 이 경우, R32 냉매가 열분해될 우려가 있다. 제2 예는, 공기 조화 장치(1)의 설치 및 보수 등의 시공 시에, 냉매 회로에 잘못하여 공기가 다량으로 혼입되어버린 후에 행하여지는 운전이다. 이 경우, 냉매 회로 내의 공기에 포함되는 산소에 의해 R32가 분해될 우려가 있다. 제3 예는, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 액냉매가 압축기(2)에 복귀되어, 압축기(2)의 내부에서 냉동기유와 액냉매가 분리되고, 액냉매가 압축기(2)의 미끄럼 이동부에 공급된 상태에서 행하여지는 운전이다. 이 경우, 액냉매에 의해 미끄럼 이동부의 정상적인 미끄럼 이동이 저해되어, 그 결과, 미끄럼 이동부의 이상 발열에 의해 R32가 열분해될 우려가 있다.
따라서, 공기 조화 장치(1)에서 사용되는 냉동기유는 산 포착제를 1.0중량％ 이상 포함하고 있다. 냉동기유는 압축기(2)의 미끄럼 이동부에 있어서의 마모 및 늘어붙기의 방지를 위하여 사용되는 윤활유이다. 압축기(2)의 미끄럼 이동부는, 예를 들어, 압축기(2)가 스크롤 압축기인 경우, 2개의 스크롤 사이의 스러스트 미끄럼 이동면, 및 크랭크축과 베어링 사이의 미끄럼 이동면 등이다. 산 포착제는, R32계 냉매의 분해에 의해 발생하는 불산 등의 산을 포착하기 위하여 사용되는 첨가제이다.
이어서, 본 실시 형태에서 사용되는 냉동기유의 조성에 대하여 설명한다. 냉동기유는 주로, 기유, 산 포착제, 극압제 및 산화 방지제를 포함한다.
기유는, 광유 또는 합성유가 사용된다. 기유는, 공기 조화 장치(1)에 사용되는 R32계 냉매와의 상용성이 좋은 것이 적절하게 선택된다. 광유는, 예를 들어, 나프텐계 광유, 파라핀계 광유이다. 합성유는, 예를 들어, 에스테르 화합물, 에테르 화합물, 폴리α-올레핀, 알킬벤젠이다. 합성유의 구체예로서는, 폴리비닐에테르, 폴리올에스테르, 폴리알킬렌글리콜 등을 들 수 있다. 본 실시 형태에서는, 기유로서, 폴리비닐에테르, 폴리올에스테르 등의 합성유를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 기유로서, 상기의 광유 또는 합성유를 2종 이상 조합한 혼합물이 사용되어도 된다.
산 포착제는, R32계 냉매의 분해에 의해 발생한 불산 등의 산과 반응함으로써, 산에 의한 냉동기유의 열화를 억제하기 위하여 사용되는 첨가제이다. 산 포착제는, 냉동기유에 1.0중량％ 이상 포함되어 있다. 산 포착제는, 예를 들어, 에폭시 화합물, 카르보디이미드 화합물, 테르펜계 화합물이다. 산 포착제의 구체예로서는, 2-에틸헥실글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르, 에폭시화 시클로헥실카르비놀, 디(알킬페닐)카르보디이미드, β-피넨 등을 들 수 있다.
극압제는, 압축기(2) 등의 미끄럼 이동부에 있어서의 마모 및 늘어붙기를 방지하기 위하여 사용되는 첨가제이다. 냉동기유는 미끄럼 이동부에 있어서 서로 미끄럼 이동하는 부재 표면의 사이에 유막을 형성함으로써, 미끄럼 이동 부재끼리의 접촉을 방지한다. 그러나, 폴리비닐에테르와 같은 저점도의 냉동기유를 사용하는 경우, 및 미끄럼 이동 부재에 걸리는 압력이 높은 경우에는, 미끄럼 이동 부재끼리가 접촉하기 쉬워진다. 극압제는, 미끄럼 이동부에 있어서 서로 미끄럼 이동하는 부재 표면과 반응하여 피막을 형성함으로써, 마모 및 늘어붙기의 발생을 억제한다. 극압제는, 예를 들어, 인산에스테르, 아인산에스테르, 티오인산염, 황화에스테르, 술피드, 티오비스페놀 등이다. 극압제의 구체예로서는, 트리크레실포스페이트(TCP), 트리페닐포스페이트(TPP), 트리페닐포스포로티오에이트(TPPT), 아민, C11-14 측쇄 알킬, 모노헥실 및 디헥실포스페이트를 들 수 있다. TCP는, 미끄럼 이동 부재의 표면에 흡착되고, 분해됨으로써 인산염의 피막을 형성한다.
산화 방지제는, 냉동기유의 산화를 방지하기 위하여 사용되는 첨가제이다. 산화 방지제의 구체예로서는, 디티오인산아연, 유기 황 화합물, 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,6-디-tert-부틸-4-에틸페놀, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸 페놀) 등의 페놀계, 페닐-α-나프틸아민, N,N'-디-페닐-p-페닐렌디아민 등의 아민계의 산화 방지제, N,N'-디살리실리덴-1,2-디아미노프로판 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에서는, R32계 냉매의 분해에 의해 발생하는 불산 등의 산은, 냉동기유에 1.0중량％ 이상 포함되는 산 포착제에 의해 포착된다. 이에 의해, R32계 냉매의 분해에 의해 발생하는 산에 기인하는 냉동기유의 열화 및 팽창 기구(5)의 팽창 밸브의 부식이 억제된다. 또한, 공기 조화 장치(1)의 다른 부품의 부식도 억제된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서의 냉동기유를 사용함으로써, 공기 조화 장치(1)의 신뢰성이 향상된다.
이어서, R32 냉매와 냉동기유의 혼합물(이하, 간단히 「혼합물」이라고 기재함)의 2층 분리 온도 곡선, 및 혼합물의 운전 궤적의 예에 대해서, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 2에 있어서, 횡축은, 혼합물에 포함되는 냉동기유인 폴리비닐에테르유의 농도(wt％)인 오일 농도이며, 종축은, 혼합물의 온도이다. 곡선 L1, L2는, 2층 분리 온도 곡선이다. 상측의 곡선 L1보다 상방의 영역 R1, 및 하측의 곡선 L2보다 하방의 영역 R2는, R32 냉매와 폴리비닐에테르유가 2층 분리되어 있는 영역이다. 곡선 L1과 곡선 L2 사이의 영역 R3은, R32 냉매와 폴리비닐에테르유가 2층 분리되지 않은 영역이다. 즉, 영역 R3은, R32 냉매와 폴리비닐에테르유가 서로 용해되어 있는 영역이다.
도 3에 있어서, 횡축은, 혼합물에 포함되는 냉동기유인 폴리올에스테르유의 농도(wt％)인 오일 농도이며, 종축은, 혼합물의 온도이다. 곡선 L4는, 2층 분리 온도 곡선이다. 곡선 L4보다 하방의 영역 R4는, R32 냉매와 폴리올에스테르유가 2층 분리되어 있는 영역이다. 곡선 L4보다 상방의 영역 R5는, R32 냉매와 폴리올에스테르유가 2층 분리되지 않은 영역이다. 즉, 영역 R5는, R32 냉매와 폴리올에스테르유가 서로 용해되어 있는 영역이다.
도 2 및 도 3에 있어서, 곡선 L3은, 공통의 혼합물의 운전 궤적을 나타낸다. 구체적으로는, 곡선 L3은, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서의, 압축기(2)의 내부에 존재하는 혼합물의 상태 추이를 나타낸다. 공기 조화 장치(1)의 기동 전에 있어서, 혼합물은, 곡선 L3의 점 P1의 상태에 있다. 점 P1에서는, 오일 농도는 약 70wt％이다. 공기 조화 장치(1)가 기동하면, 냉매 회로의 액냉매가 압축기(2)에 복귀되기 때문에, 혼합물의 오일 농도가 저하된다. 그러나, 그 후, 공기 조화 장치(1)의 운전 시간의 경과와 함께, 압축기(2)의 온도가 상승하기 때문에 혼합물의 온도도 상승하여, 혼합물에 포함되는 액냉매는 서서히 증발한다. 그 결과, 혼합물의 오일 농도는 증가한다. 즉, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서, 혼합물의 오일 농도는 저하된 후에 증가하므로, 오일 농도의 최솟값이 존재한다. 도 2에서는, 혼합물의 오일 농도는, 점 P1의 약 70wt％로부터, 점 P2의 약 30wt％까지 저하된 후에, 증가하고 있다. 점 P2는, 오일 농도가 최솟값일 때의 상태를 나타낸다. 이하, 혼합물의 오일 농도가 최솟값일 때의 혼합물의 온도를 한계 온도라고 칭한다. 도 2 및 도 3에서는, 한계 온도는, 점 P2의 상태 온도이며, 약 0℃이다.
본 실시 형태에서는, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서의 혼합물의 운전 궤적 L3은, 도 2에 있어서는, R32 냉매와 폴리비닐에테르유가 2층 분리되지 않는 영역 R3에 존재하고, 도 3에 있어서는, R32 냉매와 폴리올에스테르유가 2층 분리되지 않는 영역 R5에 존재한다. 그로 인해, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서, 혼합물은, R32 냉매와 냉동기유로 2층 분리되지 않는다. 혼합물이 2층 분리되면, 상술한 이유에 의해, 분리된 R32 냉매가 분해되어, 팽창 기구(5)의 팽창 밸브가 부식될 가능성이 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 오일 농도가 최솟값일 때의 혼합물이, R32 냉매와 냉동기유로 2층 분리되는 온도는, -35℃ 이상 또한 한계 온도 미만이다. 도 2에 있어서, 오일 농도가 최솟값일 때의 혼합물이 2층 분리되는 온도는, 점 P3으로 나타나고, 약 -10℃이다. 도 3에 있어서, 오일 농도가 최솟값일 때의 혼합물이 2층 분리되는 온도는, 점 P4로 나타나고, 약 -30℃이다. 혼합물이 2층 분리되는 온도가 한계 온도 이상일 경우, 도 2에 있어서는, 점 P2가 영역 R2에 존재하게 되고, 도 3에 있어서는, 점 P2가 영역 R4에 존재하게 되므로, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서, 혼합물은, R32 냉매와 냉동기유로 2층 분리될 가능성이 있다. R32와 냉동기유의 혼합물이 2층 분리되는 온도는, R410A 또는 R407C와 냉동기유의 혼합물이 2층 분리되는 온도보다도 높다. 그로 인해, R32와 냉동기유의 혼합물은, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 2층 분리되기 쉽다. 따라서, R32 냉매와의 혼합물이 2층 분리되는 온도가 한계 온도 미만인 냉동기유를 사용함으로써 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서의 혼합물의 2층 분리가 방지되어, 공기 조화 장치(1)의 신뢰성이 향상된다.
또한, 냉동기유의 조성에 따라 다르지만, R32 냉매의 경우, 냉매와 냉동기유의 혼합물의 오일 농도의 최솟값은, 35±10wt％이며, 혼합물의 한계 온도는, 0±10℃이다.
<실시예>
본 실시 형태에 있어서의 냉동 장치가 사용하는 냉동기유의 시험 결과에 대하여 설명한다. 냉동기유의 시험에서는, 제품 실기 시험을 행하고, 냉동기유가 냉동 장치에 끼치는 영향을 분석하였다.
시험에서는, 냉동기유에 배합되는 산 포착제의 첨가량을 변경하고, 냉동 장치를 가동시켰다. 그 후, 냉동 장치의 팽창 기구의 놋쇠제의 팽창 밸브의 상태를 확인하였다. 실기 시험의 결과를 다음의 표 1에 나타내었다. 시험 조건은, 압축기로부터 토출되는 냉매 가스의 온도가 120℃이며, 냉동 장치의 운전 시간이 2000시간이며, 냉동 장치의 운전 압력이 적절하게 설정된 값이었다. 냉동기유의 기유로서, 폴리비닐에테르유를 사용하였다. 냉동기유에, 0.3중량％ 내지 5.0중량％의 산 포착제를 첨가하였다. 시험 후의 팽창 밸브를 에너지 분산형 X선 장치로 원소 분석하여, 냉매 분해물인 불소의 양을 확인하였다.
표 1에 있어서, 냉매로서 R410A를 사용한 시험에서는, 산 포착제의 첨가량이 0.3중량％인 경우에 있어서도, 불소의 검출량이 5.2중량％이며, 팽창 밸브의 부식은 확인되지 않았다. 냉매로서 R32를 사용한 시험에서는, 산 포착제의 첨가량이 0.3wt％인 「R32-I」의 케이스에 있어서는, 불소의 검출량이 16.7중량％이며, 팽창 밸브의 부식이 확인되었다. 한편, 산 포착제의 첨가량이 1.0중량％ 내지 5.0중량％인 「R32-II」, 「R32-III」, 「R32-IV」 및 「R32-V」의 케이스에 있어서는, 불소의 검출량이 6.0중량％ 이하이고, 팽창 밸브의 부식은 확인되지 않았다.
Figure pat00001
표 1로부터, R32를 냉매로서 사용하는 냉동 장치에서는, 냉동기유의 산 포착제의 첨가량이 1.0중량％ 이상인 경우에, 팽창 밸브의 부식이 억제되었다.
또한, 폴리비닐에테르유와 R32 냉매의 용해성을 비교하는 실험을 행하였다. 그 결과, 폴리비닐에테르의 측쇄의 분자량이 작을수록, R32와의 용해성이 향상되는 것이 확인되었다. 구체예로서, 다음으로 나타내어지는 폴리비닐에테르의 화학 구조식에서는, 측쇄의 산소 원자에는 에틸기(C2H5)가 접속되어 있다.
Figure pat00002
한편, 다음으로 나타내어지는 폴리비닐에테르의 화학 구조식에서는, 측쇄의 산소 원자에는 메틸기(CH3)가 접속되어 있다.
Figure pat00003
상기의 2종류의 폴리비닐에테르에 대해서, 에틸기를 갖는 폴리비닐에테르보다도, 메틸기를 갖는 폴리비닐에테르쪽이, R32 냉매와의 용해성이 높은 것이 확인되었다. 도 2에 있어서, 냉동기유와 R32 냉매의 용해성이 높을수록, 하측의 곡선 L2는, 보다 하방으로 이동한다. 그로 인해, 냉동기유와 R32 냉매의 용해성이 높을수록, 공기 조화 장치(1)의 기동 시에 있어서, 냉동기유와 R32 냉매의 혼합물이 2층 분리되기 어려워진다. 따라서, 상기의 2종류의 폴리비닐에테르에 대해서, 에틸기를 갖는 폴리비닐에테르보다도, 메틸기를 갖는 폴리비닐에테르를 포함하는 냉동기유쪽이, R32 냉매와 2층 분리되기 어렵다. 또한, 실험에서 사용된 폴리비닐에테르유의 ISO 점도 그레이드는, VG68이다.
<변형예>
이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명의 구체적 구성은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 변경 가능하다. 이하, 본 발명의 실시 형태에 적용 가능한 변형예에 대하여 설명한다.
(1) 변형예 A
본 실시 형태에서는, 냉동기유는 산 포착제를 1.0중량％ 이상 포함하고 있다. 그러나, 냉동기유는 산 포착제를 5.0중량％ 이하 포함하는 것이 바람직하고, 산 포착제를 3.0중량％ 이하 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
(2) 변형예 B
본 실시 형태에서는, 냉동기유는 극압제 및 산화 방지제를 포함하고 있다. 그러나, 냉동기유는 극압제 및 산화 방지제의 한쪽만을 포함하고 있어도 되고, 극압제 및 산화 방지제를 포함하고 있지 않아도 된다.
(3) 변형예 C
본 실시 형태의 실시예에서는, 팽창 기구의 팽창 밸브로서, 놋쇠제의 팽창 밸브를 사용하여 냉동기유의 시험을 행했지만, 스테인리스강제의 팽창 밸브를 사용하여 냉동기유의 시험을 행해도 된다. 이 경우에 있어서도, 당연히 팽창 밸브의 부식이 효과적으로 억제된다.
본 발명에 따른 냉동 장치는, 냉동기유의 열화 및 팽창 밸브의 부식을 억제할 수 있다.
1: 공기 조화 장치(냉동 장치)
2: 압축기
4: 실외 열교환기(응축기, 증발기)
5: 팽창 기구
6: 실내 열교환기(증발기, 응축기)

Claims (10)

  1. 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기를 구비하는 냉동 장치로서,
    R32를 적어도 60중량% 포함하는 냉매, 및 상기 압축기의 윤활용의 냉동기유를 사용하고,
    상기 냉동기유는 첨가량이 1.0중량％ 내지 5.0중량％인 산 포착제가 배합되어 있는,
    냉동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉동기유는 첨가량이 2.0중량％ 내지 5.0중량％인 상기 산 포착제가 배합되어 있는,
    냉동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 팽창 기구는 팽창 밸브를 갖고,
    상기 팽창 밸브에 부착된 상기 냉매의 분해물인 불소의 검출량은 6.0중량％ 이하인,
    냉동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉동기유는 극압제가 더 배합되어 있는,
    냉동 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉동기유는 산화 방지제가 더 배합되어 있는,
    냉동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉동기유는 폴리비닐에테르유를 포함하는,
    냉동 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉동기유는 폴리올에스테르유를 포함하는,
    냉동 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매는 R32 단체인,
    냉동 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기동 시에 있어서 상기 냉매와의 혼합물이 분리되지 않는 상기 냉동기유를 사용하는,
    냉동 장치.
  10. 제9항에 있어서, 기동 시에 있어서, 상기 혼합물에 포함되는 상기 냉동기유의 농도인 오일 농도는, 상기 혼합물의 온도가 상승하는 과정에 있어서, 최솟값을 나타내고,
    상기 오일 농도가 상기 최솟값인 상기 혼합물이 분리되는 온도는, -35℃ 이상, 또한, 상기 오일 농도가 상기 최솟값일 때의 상기 혼합물의 온도 미만인,
    냉동 장치.
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