WO2014069603A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

冷凍装置（１）は、圧縮機（２）、凝縮器（４，６）、膨張機構（５）および蒸発器（６，４）を備える。冷凍装置（１）は、Ｒ３２を含む冷媒、および、圧縮機（２）の潤滑用の冷凍機油を用いる。冷凍機油は、添加量が１．０重量％から５．０重量％である酸捕捉剤が配合されている。冷凍装置（１）に混入する空気量は、充填冷媒量に対して５００ｐｐｍ以下に制御されている。冷凍装置（１）に混入する水分量は、充填冷媒量に対して３００ｐｐｍ以下に制御されている。冷凍装置（１）の吐出ガス温度は、１２０℃以下に制御されている。

Description

冷凍装置

　本発明は、冷凍装置に関する。

　従来、空気調和装置等の冷凍装置に用いられる冷凍機油には、冷媒の分解により発生するフッ酸等の酸による冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食を抑制するための物質が含有されている。例えば、特許文献１（特開２００１－２２６６９０号公報）に開示される冷凍機油には、酸捕捉剤が少なくとも０．０５重量％添加されている。

　また、従来、空気調和装置等の冷凍装置には、テトラフルオロエタンであるＲ１３４ａや、混合冷媒であるＲ４１０ＡおよびＲ４０７Ｃ等のフッ素系冷媒が使用されている。しかし、これらのフッ素系冷媒は、塩素を含まないのでオゾン層を破壊する効果は小さいが、温室効果による地球温暖化への影響が大きい。そこで、近年、地球温暖化係数が小さいフッ素系冷媒として、分子式ＣＨ₂Ｆ₂で表されるＲ３２が注目されている。

　しかし、Ｒ３２は、Ｒ４１０ＡおよびＲ４０７Ｃ等の他のフッ素系冷媒と比べて、安定性が低く、高温環境下にさらされたり、空気および水が混入したりすることで、分解しやすく、分解によるフッ酸等の酸の発生量も多い。冷媒の分解により発生する酸は、冷凍装置に用いられる冷凍機油を劣化させ、膨張弁等の部品を腐食させるおそれがある。また、特許文献１（特開２００１－２２６６９０号公報）に基づいて、Ｒ３２に酸捕捉剤を０．０５重量％添加しても、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食を抑制することができない。なお、膨張弁としては、真鍮製およびステンレス鋼製の膨張弁があるが、耐腐食性の高いステンレス鋼製の膨張弁を用いても、膨張弁の腐食を十分に抑制することができない。

　また、Ｒ３２は、他のフッ素系冷媒と比べて、冷凍機油との相溶性が悪く、冷媒と油との分離が起こりやすい。冷媒と油との分離が起こりやすいと、空気調和装置を構成する圧縮機の摺動部に潤滑性の低い冷媒のみが供給されることにより、圧縮機の摺動部が異常発熱して、冷媒の分解による酸の発生が促進される。

　本発明の目的は、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食を抑制し、信頼性の高い冷凍装置を提供することである。

　本発明の第１観点に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器を備える。冷凍装置に混入する空気量は、充填冷媒量に対して５００ｐｐｍ以下に制御されている。冷凍装置に混入する水分量は、充填冷媒量に対して３００ｐｐｍ以下に制御されている。冷凍装置の吐出ガス温度は、１２０℃以下に制御されている。充填冷媒量は、冷凍装置の冷媒回路に充填される冷媒の量である。吐出ガス温度は、圧縮機から吐出される高圧冷媒の温度である。冷凍装置は、Ｒ３２を含む冷媒、および、圧縮機の潤滑用の冷凍機油を用いる。冷凍機油は、添加量が１．０重量％から５．０重量％である酸捕捉剤が配合されている。

　第１観点に係る冷凍装置は、分子式ＣＨ₂Ｆ₂で表されるＲ３２を含む冷媒を用いる。Ｒ３２を含む冷媒は、Ｒ３２単体、または、Ｒ３２を含む混合冷媒である。このようなＲ３２系冷媒は、Ｒ４１０ＡおよびＲ４０７Ｃ等のフッ素系冷媒と比べて、地球温暖化係数が小さいが、分解によるフッ酸等の酸の発生量が多い。そのため、Ｒ３２系冷媒は、冷凍装置の長時間の稼働による冷凍機油の劣化、および、冷凍装置が備える膨張弁等の部品の腐食の原因となりやすい。しかし、冷凍機油に含まれる酸捕捉剤は、冷媒の分解により発生する酸を捕捉する効果を有する。また、酸捕捉剤の添加量が５．０重量％以下に制限されているので、過剰な酸捕捉剤による冷凍機油の潤滑性能の低下が抑制される。従って、第１観点に係る冷凍装置は、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食を抑制することができる。

　本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、冷凍機油は、添加量が２．０重量％から５．０重量％である酸捕捉剤が配合されている。

　第２観点に係る冷凍装置が用いる冷凍機油は、酸捕捉剤の添加量が少なくとも２．０重量％以上であるので、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食がより効果的に抑制される。

　本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点または第２観点に係る冷凍装置であって、膨張機構は、膨張弁を有し、かつ、膨張弁に付着した冷媒の分解物であるフッ素の検出量は、６．０重量％以下である。

　第３観点に係る冷凍装置は、運転後の膨張弁に付着している冷媒分解物であるフッ素の量が少ないので、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食がより効果的に抑制される。

　本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１乃至第３観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、冷凍機油は、極圧剤がさらに配合されている。

　第４観点に係る冷凍装置が用いる冷凍機油は、極圧剤を含む。Ｒ３２系冷媒は、冷凍装置の圧縮機において、Ｒ４１０ＡおよびＲ４０７Ｃ等のフッ素系冷媒と比べて、より高圧の状態で使用される。そのため、Ｒ３２系冷媒を圧縮する圧縮機の摺動部にかかる荷重は大きくなりやすく、摺動する部材表面間に形成される冷凍機油の被膜が薄くなることによる摩耗および焼き付きが発生しやすい。極圧剤は、冷凍装置の圧縮機の摺動部において、摺動する部材表面と反応して被膜を形成することで、摺動部の摩耗および焼き付きを防止するための添加剤である。従って、第４観点に係る冷凍装置は、摺動部の摩耗および焼き付きをより効果的に抑制することができる。

　本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１乃至第４観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、冷凍機油は、酸化防止剤がさらに配合されている。

　第５観点に係る冷凍装置が用いる冷凍機油は、酸化防止剤を含む。酸化防止剤は、酸素による冷媒や油の酸化を抑制するための添加剤である。従って、第５観点に係る冷凍装置は、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食をより効果的に抑制することができる。

　本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第１乃至第５観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、冷凍機油は、ポリビニルエーテル油を含む。

　本発明の第７観点に係る冷凍装置は、第１乃至第５観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、冷凍機油は、ポリオールエステル油を含む。

　本発明の第８観点に係る冷凍装置は、第１乃至第７観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、冷媒は、Ｒ３２を少なくとも６０重量％含む。

　本発明の第９観点に係る冷凍装置は、第１乃至第８観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、起動時において冷媒との混合物が分離しない冷凍機油を用いる。

　第９観点に係る冷凍装置が用いる冷凍機油と冷媒との混合物は、冷凍装置の起動時において、冷凍機油と冷媒とに二層分離しない。そのため、冷媒と冷凍機油との混合物から分離した冷媒が分解して、酸が生成されることが防止される。

　本発明の第１０観点に係る冷凍装置は、第９観点に係る冷凍装置であって、油濃度が最小値である混合物が分離する温度は、－３５℃以上、かつ、油濃度が最小値であるときの混合物の温度未満である。油濃度は、冷凍機油と冷媒との混合物に含まれる冷凍機油の濃度である。冷凍装置の起動時において、油濃度は、混合物の温度が上昇する過程において、最小値を示す。

　本発明の第１および第６乃至第８観点に係る冷凍装置は、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食を抑制することができ、かつ、過剰な酸捕捉剤による冷凍機油の潤滑性能の低下を抑制することができる。

　本発明の第２，第３および第５観点に係る冷凍装置は、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食をより効果的に抑制することができる。

　本発明の第４観点に係る冷凍装置は、摺動部の摩耗および焼き付きをより効果的に抑制することができる。

　本発明の第９および第１０観点に係る冷凍装置は、冷媒と冷凍機油との混合物から分離した冷媒が分解して、酸が生成されることを防止することができる。

本発明の実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 Ｒ３２冷媒とポリビニルエーテル油との混合物の二層分離温度曲線、および、当該混合物の運転軌跡を表すグラフである。 Ｒ３２冷媒とポリオールエステル油との混合物の二層分離温度曲線、および、当該混合物の運転軌跡を表すグラフである。

　＜実施形態＞
　本発明の実施形態に係る冷凍装置としての空気調和装置１について説明する。図１は、空気調和装置１の冷媒回路図である。空気調和装置１は、主として、圧縮機２と、四方切替弁３と、室外熱交換器４と、膨張機構５と、室内熱交換器６とから構成される。図１において、実線の矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを表し、点線の矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを表す。

　冷房運転時における空気調和装置１の冷凍サイクルについて説明する。最初に、圧縮機２は、低圧のガス冷媒を圧縮して、高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機２から吐出された冷媒は、四方切替弁３を通過して、室外熱交換器４に供給される。室外熱交換器４は、高圧のガス冷媒を凝縮して、高圧の液冷媒を吐出する。室外熱交換器４から吐出された冷媒は、膨張機構５の膨張弁を通過して低圧の気液混合状態の冷媒となり、室内熱交換器６に供給される。室内熱交換器６は、低圧の気液混合状態の冷媒を蒸発させて、低圧のガス冷媒を吐出する。室内熱交換器６から吐出された冷媒は、圧縮機２に供給される。

　冷房運転時では、室外熱交換器４は凝縮器として機能し、室内熱交換器６は蒸発器として機能する。すなわち、室内熱交換器６で発生する冷媒の蒸発潜熱によって、室内が冷却される。一方、暖房運転時では、四方切替弁３を切り換えることで、室外熱交換器４は蒸発器として機能し、室内熱交換器６は凝縮器として機能する。すなわち、室外熱交換器４で発生する冷媒の凝縮潜熱によって、室内が加熱される。

　本実施形態では、空気調和装置１の冷媒回路を循環する冷媒として、フッ素系冷媒であるＲ３２系冷媒が用いられる。Ｒ３２系冷媒は、Ｒ３２を含む冷媒である。具体的には、Ｒ３２系冷媒は、Ｒ３２単体、または、Ｒ３２を含む混合冷媒である。Ｒ３２は、分子式ＣＨ₂Ｆ₂で表される。Ｒ３２を含む混合冷媒は、例えば、ポリオールエステル油等のエステル系冷凍機油を含む混合冷媒、および、Ｒ３２を少なくとも６０重量％含む混合冷媒である。また、Ｒ３２を含む混合冷媒は、ＨＦＯ－１２３４ｙｆおよびＨＦＯ－１２３４ｚｅ（Ｅ）等のＨＦＯ系冷媒を含むことが好ましい。混合冷媒に含まれるＲ３２の地球温暖化係数は、好ましくは１０００以下であり、より好ましくは５００以下であり、さらに好ましくは３００以下であり、特に好ましくは１００以下である。

　Ｒ３２系冷媒は、他のＲ４１０ＡおよびＲ４０７Ｃ等のフッ素系冷媒に比べて、地球温暖化に与える影響が小さいが、安定性が低いため、分解によるフッ酸等の酸の発生量が多い。冷媒の分解により発生する酸は、圧縮機２で使用される冷凍機油を劣化させ、膨張機構５の膨張弁等の部品を腐食させる。

　具体的には、Ｒ３２は、Ｒ４１０ＡおよびＲ４０７Ｃと比べて、熱分解温度が約６００℃と低く、熱および酸素によって分解しやすい。Ｒ３２は、次の反応式（Ｉ）により熱分解して、カルベン（ＣＨ₂）とフッ素イオン（Ｆ^-）を生成する。

　ＣＨ₂Ｆ₂→ＣＨ₂＋２Ｆ^-　　　（Ｉ）
　反応式（Ｉ）で生成されたカルベンは、次の反応式（ＩＩ）により酸化して、ホルムアルデヒドを生成し、次の反応式（ＩＩＩ）によりさらに酸化して、ギ酸を生成する。

　２ＣＨ₂＋Ｏ₂→２ＨＣＨＯ　　　（ＩＩ）
　２ＨＣＨＯ＋Ｏ₂→２ＨＣＯＯＨ　　　（ＩＩＩ）
　また、反応式（Ｉ）で生成されたカルベン２分子は、カップリング反応によってエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）を生成する。エチレンは、次の反応式（ＩＶ）により酸化して、アセトアルデヒドを生成し、次の反応式（Ｖ）によりさらに酸化して、酢酸を生成する。

　２Ｃ₂Ｈ₄＋Ｏ₂→２ＣＨ₃ＣＨＯ　　　（ＩＶ）
　２ＣＨ₃ＣＨＯ＋Ｏ₂→２ＣＨ₃ＣＯＯＨ　　　（Ｖ）
　また、反応式（Ｉ）で生成されたフッ素イオンは、冷媒および冷凍機油に含まれる水と反応して、次の反応式（ＶＩ）によりフッ化水素（ＨＦ）を生成する。

　４Ｆ^-＋２Ｈ₂Ｏ→４ＨＦ＋Ｏ₂　　　（ＶＩ）
　また、Ｒ３２は、次の反応式（ＶＩＩ）により酸素と反応して、フッ化水素（ＨＦ）を生成する。

　ＣＨ₂Ｆ₂＋Ｏ₂→ＣＯ₂＋２ＨＦ　　　（ＶＩＩ）
　以上より、Ｒ３２は、分解により、フッ化水素（フッ酸）、ギ酸および酢酸等を生成する。生成された酸は、冷媒および冷凍機油に含まれる水に溶解して冷媒回路を循環する。膨張機構５の膨張弁に酸が付着すると、膨張弁の金属部品が腐食して、膨張機構５の不具合の原因となる。

　次に、Ｒ３２冷媒の分解が発生しやすい、空気調和装置１の運転モードの例を３つ挙げる。第１の例は、圧縮機２から吐出される高圧のガス冷媒の温度が、例えば１２０℃を超える運転である。この時、圧縮機２内部の摺動部の温度が、局部的に６００℃以上になることがあり、この場合、Ｒ３２冷媒が熱分解するおそれがある。第２の例は、空気調和装置１の設置および保守等の施工時に、冷媒回路に誤って空気が多量に混入してしまった後に行われる運転である。この場合、冷媒回路内の空気に含まれる酸素によって、Ｒ３２が分解するおそれがある。第３の例は、空気調和装置１の起動時に液冷媒が圧縮機２に戻り、圧縮機２の内部で冷凍機油と液冷媒とが分離し、液冷媒が圧縮機２の摺動部に供給された状態で行われる運転である。この場合、液冷媒によって摺動部の正常な摺動が阻害され、その結果、摺動部の異常な発熱によってＲ３２が熱分解するおそれがある。

　そこで、空気調和装置１で使用される冷凍機油は、酸捕捉剤を１．０重量％以上含んでいる。冷凍機油は、圧縮機２の摺動部における摩耗および焼き付きの防止のために用いられる潤滑油である。圧縮機２の摺動部は、例えば、圧縮機２がスクロール圧縮機の場合、２つのスクロール間のスラスト摺動面、および、クランク軸と軸受との間の摺動面等である。酸捕捉剤は、Ｒ３２系冷媒の分解によって発生するフッ酸等の酸を捕捉するために用いられる添加剤である。

　次に、本実施形態で使用される冷凍機油の組成について説明する。冷凍機油は、主として、基油、酸捕捉剤、極圧剤および酸化防止剤からなる。

　基油は、鉱油または合成油が用いられる。基油は、空気調和装置１に使用されるＲ３２系冷媒との相溶性が良いものが、適宜に選択される。鉱油は、例えば、ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油である。合成油は、例えば、エステル化合物、エーテル化合物、ポリα‐オレフィン、アルキルベンゼンである。合成油の具体例としては、ポリビニルエーテル、ポリオールエステル、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。本実施形態では、基油として、ポリビニルエーテル、ポリオールエステル等の合成油を用いることが好ましい。なお、基油として、上記の鉱油または合成油を２種以上組み合わせた混合物が用いられてもよい。

　酸捕捉剤は、Ｒ３２系冷媒の分解によって発生したフッ酸等の酸と反応することにより、酸による冷凍機油の劣化を抑制するために用いられる添加剤である。酸捕捉剤は、冷凍機油に１．０重量％以上含まれている。酸捕捉剤は、例えば、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、テンペン系化合物である。酸捕捉剤の具体例としては、２－エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、エポキシ化シクロヘキシルカルビノール、ジ（アルキルフェニル）カルボジイミド、β－ピネン等が挙げられる。

　極圧剤は、圧縮機２等の摺動部における摩耗および焼き付きを防止するために用いられる添加剤である。冷凍機油は、摺動部において互いに摺動する部材表面の間に油膜を形成することで、摺動部材同士の接触を防止する。しかし、ポリビニルエーテルのような低粘度の冷凍機油を使用する場合、および、摺動部材にかかる圧力が高い場合には、摺動部材同士が接触しやすくなる。極圧剤は、摺動部において互いに摺動する部材表面と反応して被膜を形成することで、摩耗および焼き付きの発生を抑制する。極圧剤は、例えば、リン酸エステル、亜リン酸エステル、チオリン酸塩、硫化エステル、スルフィド、チオビスフェノール等である。極圧剤の具体例としては、トリクレジルホスフェート（ＴＣＰ）、トリフェニルフォスフェート（ＴＰＰ）、トリフェニルホスホロチオエート（ＴＰＰＴ）、アミン、Ｃ１１－１４側鎖アルキル、モノヘキシルおよびジヘキシルフォスフェートが挙げられる。ＴＣＰは、摺動部材の表面に吸着し、分解することで、リン酸塩の被膜を形成する。

　酸化防止剤は、冷凍機油の酸化を防止するために用いられる添加剤である。酸化防止剤の具体例としては、ジチオリン酸亜鉛、有機硫黄化合物、２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール、２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－エチルフェノール、２，２’－メチレンビス（４－メチル－６－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール）等のフェノール系、フェニル－α－ナフチルアミン、Ｎ，Ｎ’－ジ－フェニル－ｐ－フェニレンジアミン等のアミン系の酸化防止剤、Ｎ，Ｎ’‐ジサリシリデン‐１，２‐ジアミノプロパン等が挙げられる。

　本実施形態では、Ｒ３２系冷媒の分解によって発生するフッ酸等の酸は、冷凍機油に１．０重量％以上含まれる酸捕捉剤によって捕捉される。これにより、Ｒ３２系冷媒の分解によって発生する酸に起因する冷凍機油の劣化および膨張機構５の膨張弁の腐食が抑制される。また、空気調和装置１の他の部品の腐食も抑制される。従って、本実施形態における冷凍機油を使用することにより、空気調和装置１の信頼性が向上する。

　次に、Ｒ３２冷媒と冷凍機油との混合物（以下、単に「混合物」と記載する。）の二層分離温度曲線、および、混合物の運転軌跡の例について、図２および図３を参照しながら説明する。

　図２において、横軸は、混合物に含まれる冷凍機油であるポリビニルエーテル油の濃度（ｗｔ％）である油濃度であり、縦軸は、混合物の温度である。曲線Ｌ１，Ｌ２は、二層分離温度曲線である。上側の曲線Ｌ１より上方の領域Ｒ１、および、下側の曲線Ｌ２より下方の領域Ｒ２は、Ｒ３２冷媒とポリビニルエーテル油とが二層分離している領域である。曲線Ｌ１と曲線Ｌ２との間の領域Ｒ３は、Ｒ３２冷媒とポリビニルエーテル油とが二層分離していない領域である。すなわち、領域Ｒ３は、Ｒ３２冷媒とポリビニルエーテル油とが互いに溶解している領域である。

　図３において、横軸は、混合物に含まれる冷凍機油であるポリオールエステル油の濃度（ｗｔ％）である油濃度であり、縦軸は、混合物の温度である。曲線Ｌ４は、二層分離温度曲線である。曲線Ｌ４より下方の領域Ｒ４は、Ｒ３２冷媒とポリオールエステル油とが二層分離している領域である。曲線Ｌ４より上方の領域Ｒ５は、Ｒ３２冷媒とポリオールエステル油とが二層分離していない領域である。すなわち、領域Ｒ５は、Ｒ３２冷媒とポリオールエステル油とが互いに溶解している領域である。

　図２および図３において、曲線Ｌ３は、共通の混合物の運転軌跡を表す。具体的には、曲線Ｌ３は、空気調和装置１の起動時における、圧縮機２の内部に存在する混合物の状態の推移を表す。空気調和装置１の起動前において、混合物は、曲線Ｌ３の点Ｐ１の状態にある。点Ｐ１では、油濃度は、約７０ｗｔ％である。空気調和装置１が起動すると、冷媒回路の液冷媒が圧縮機２に戻るため、混合物の油濃度が低下する。しかし、その後、空気調和装置１の運転時間の経過と共に、圧縮機２の温度が上昇するため混合物の温度も上昇し、混合物に含まれる液冷媒は徐々に蒸発する。その結果、混合物の油濃度は増加する。すなわち、空気調和装置１の起動時において、混合物の油濃度は低下した後に増加するので、油濃度の最小値が存在する。図２では、混合物の油濃度は、点Ｐ１の約７０ｗｔ％から、点Ｐ２の約３０ｗｔ％まで低下した後に、増加している。点Ｐ２は、油濃度が最小値であるときの状態を示す。以下、混合物の油濃度が最小値であるときの混合物の温度を、限界温度と呼ぶ。図２および図３では、限界温度は、点Ｐ２の状態の温度であり、約０℃である。

　本実施形態では、空気調和装置１の起動時における混合物の運転軌跡Ｌ３は、図２においては、Ｒ３２冷媒とポリビニルエーテル油とが二層分離しない領域Ｒ３に存在し、図３においては、Ｒ３２冷媒とポリオールエステル油とが二層分離しない領域Ｒ５に存在する。そのため、空気調和装置１の起動時において、混合物は、Ｒ３２冷媒と冷凍機油とに二層分離しない。混合物が二層分離すると、上述の理由により、分離したＲ３２冷媒が分解して、膨張機構５の膨張弁が腐食する可能性がある。

　また、本実施形態では、油濃度が最小値であるときの混合物が、Ｒ３２冷媒と冷凍機油とに二層分離する温度は、－３５℃以上かつ限界温度未満である。図２において、油濃度が最小値であるときの混合物が二層分離する温度は、点Ｐ３で示され、約－１０℃である。図３において、油濃度が最小値であるときの混合物が二層分離する温度は、点Ｐ４で示され、約－３０℃である。混合物が二層分離する温度が限界温度以上である場合、図２においては、点Ｐ２が領域Ｒ２に存在することになり、図３においては、点Ｐ２が領域Ｒ４に存在することになるので、空気調和装置１の起動時において、混合物は、Ｒ３２冷媒と冷凍機油とに二層分離する可能性がある。Ｒ３２と冷凍機油との混合物が二層分離する温度は、Ｒ４１０ＡまたはＲ４０７Ｃと冷凍機油との混合物が二層分離する温度よりも高い。そのため、Ｒ３２と冷凍機油との混合物は、空気調和装置１の起動時に二層分離しやすい。従って、Ｒ３２冷媒との混合物が二層分離する温度が、限界温度未満である冷凍機油を用いることで、空気調和装置１の起動時における混合物の二層分離が防止され、空気調和装置１の信頼性が向上する。

　なお、冷凍機油の組成にもよるが、Ｒ３２冷媒の場合、冷媒と冷凍機油との混合物の油濃度の最小値は、３５±１０ｗｔ％であり、混合物の限界温度は、０±１０℃である。

　＜実施例＞
　本実施形態における冷凍装置が用いる冷凍機油の試験結果について説明する。冷凍機油の試験では、製品実機試験を行って、冷凍機油が冷凍装置に与える影響を分析した。

　試験では、冷凍機油に配合される酸捕捉剤の添加量を変更して、冷凍装置を稼働させた。その後、冷凍装置の膨張機構の真鍮製の膨張弁の状態を確認した。実機試験の結果を次の表１に示す。試験条件は、圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度が１２０℃であり、冷凍装置の運転時間が２０００時間であり、冷凍装置の運転圧力が適宜に設定された値であった。冷凍機油の基油として、ポリビニルエーテル油を用いた。冷凍機油に、０．３重量％から５．０重量％の酸捕捉剤を添加した。試験後の膨張弁をエネルギー分散型Ｘ線装置で元素分析して、冷媒分解物であるフッ素の量を確認した。

　表１において、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた試験では、酸捕捉剤の添加量が０．３重量％の場合においても、フッ素の検出量が５．２重量％であり、膨張弁の腐食は確認されなかった。冷媒としてＲ３２を用いた試験では、酸捕捉剤の添加量が０．３ｗｔ％である「Ｒ３２－Ｉ」のケースにおいては、フッ素の検出量が１６．７重量％であり、膨張弁の腐食が確認された。一方、酸捕捉剤の添加量が１．０重量％から５．０重量％である「Ｒ３２－ＩＩ」、「Ｒ３２－ＩＩＩ」、「Ｒ３２－ＩＶ」および「Ｒ３２－Ｖ」のケースにおいては、フッ素の検出量が６．０重量％以下であり、膨張弁の腐食は確認されなかった。

　表１より、Ｒ３２を冷媒として使用する冷凍装置では、冷凍機油の酸捕捉剤の添加量が１．０重量％以上の場合に、膨張弁の腐食が抑制された。

　また、ポリビニルエーテル油とＲ３２冷媒との溶解性を比較する実験を行った。その結果、ポリビニルエーテルの側鎖の分子量が小さいほど、Ｒ３２との溶解性が向上することが確認された。具体例として、次に示されるポリビニルエーテルの化学構造式では、側鎖の酸素原子には、エチル基（Ｃ₂Ｈ₅）が接続されている。

　一方、次に示されるポリビニルエーテルの化学構造式では、側鎖の酸素原子には、メチル基（ＣＨ₃）が接続されている。

　上記の２種類のポリビニルエーテルに関して、エチル基を有するポリビニルエーテルよりも、メチル基を有するポリビニルエーテルの方が、Ｒ３２冷媒との溶解性が高いことが確認された。図２において、冷凍機油とＲ３２冷媒との溶解性が高いほど、下側の曲線Ｌ２は、より下方に移動する。そのため、冷凍機油とＲ３２冷媒との溶解性が高いほど、空気調和装置１の起動時において、冷凍機油とＲ３２冷媒との混合物が二層分離しにくくなる。従って、上記の２種類のポリビニルエーテルに関して、エチル基を有するポリビニルエーテルよりも、メチル基を有するポリビニルエーテルを含む冷凍機油の方が、Ｒ３２冷媒と二層分離しにくい。なお、実験で使用されたポリビニルエーテル油のＩＳＯ粘度グレードは、ＶＧ６８である。

　＜変形例＞
　以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本発明の実施形態に適用可能な変形例について説明する。

　（１）変形例Ａ
　本実施形態では、冷凍機油は、酸捕捉剤を１．０重量％以上含んでいる。しかし、冷凍機油は、酸捕捉剤を５．０重量％以下含むことが好ましく、酸捕捉剤を３．０重量％以下含むことがさらに好ましい。

　（２）変形例Ｂ
　本実施形態では、冷凍機油は、極圧剤および酸化防止剤を含んでいる。しかし、冷凍機油は、極圧剤および酸化防止剤の一方のみを含んでいてもよく、極圧剤および酸化防止剤を含んでいなくてもよい。

　（３）変形例Ｃ
　本実施形態の実施例では、膨張機構の膨張弁として、真鍮製の膨張弁を用いて冷凍機油の試験を行ったが、ステンレス鋼製の膨張弁を用いて冷凍機油の試験を行ってもよい。この場合においても、当然に、膨張弁の腐食が効果的に抑制される。

　本発明に係る冷凍装置は、冷凍機油の劣化および膨張弁の腐食を抑制することができる。

　　１　　　空気調和装置（冷凍装置）
　　２　　　圧縮機
　　４　　　室外熱交換器（凝縮器、蒸発器）
　　５　　　膨張機構
　　６　　　室内熱交換器（蒸発器、凝縮器）

特開２００１－２２６６９０号公報

Claims (10)

1. 　圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器を備える冷凍装置であって、
   　混入する空気量が充填冷媒量に対して５００ｐｐｍ以下に制御され、混入する水分量が充填冷媒量に対して３００ｐｐｍ以下に制御され、吐出ガス温度が１２０℃以下に制御され、
   　Ｒ３２を含む冷媒、および、前記圧縮機の潤滑用の冷凍機油を用い、
   　前記冷凍機油は、添加量が１．０重量％から５．０重量％である酸捕捉剤が配合されている、
   冷凍装置。
2. 　前記冷凍機油は、添加量が２．０重量％から５．０重量％である前記酸捕捉剤が配合されている、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 　前記膨張機構は、膨張弁を有し、
   　前記膨張弁に付着した前記冷媒の分解物であるフッ素の検出量は、６．０重量％以下である、
   請求項１または２に記載の冷凍装置。
4. 　前記冷凍機油は、極圧剤がさらに配合されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
5. 　前記冷凍機油は、酸化防止剤がさらに配合されている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
6. 　前記冷凍機油は、ポリビニルエーテル油を含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
7. 　前記冷凍機油は、ポリオールエステル油を含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
8. 　前記冷媒は、Ｒ３２を少なくとも６０重量％含む、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の冷凍装置。
9. 　起動時において前記冷媒との混合物が分離しない前記冷凍機油を用いる、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の冷凍装置。
10. 　起動時において、前記混合物に含まれる前記冷凍機油の濃度である油濃度は、前記混合物の温度が上昇する過程において、最小値を示し、
    　前記油濃度が前記最小値である前記混合物が分離する温度は、－３５℃以上、かつ、前記油濃度が前記最小値であるときの前記混合物の温度未満である、
    請求項９に記載の冷凍装置。

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