WO2015033653A1 - 圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2015033653A1
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compressor
refrigerating machine
machine oil
oil
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哲永 渡辺
鈴木　秀明
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東芝キヤリア株式会社
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    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/30—Refrigerators lubricants or compressors lubricants

Definitions

  • Embodiments of the present invention generally relate to a compressor and a refrigeration cycle apparatus.
  • Refrigerant compressors are incorporated in refrigerators and refrigerators.
  • CFC-12 (R12) and HCFC-22 (R22) were once used as refrigerants for this compressor, but these refrigerants have a high ozone depletion potential (ODP) and are currently used. Is regulated. Therefore, the use of R-404A, R-410A, and HFC-134a (R-134a), which are said to have zero ODP, is currently mainstream.
  • GWP global warming potential
  • GWP global warming potential
  • R32 which is a hydrofluorocarbon compound having zero ODP and relatively low GWP (GWP: about 650), has recently been attracting attention.
  • the refrigerant compressor incorporates refrigerating machine oil, for example, in order to impart lubricity to the sliding portion and to improve the sealing performance of the seal portion.
  • Refrigerating machine oil is required to have good compatibility with refrigerants.
  • a compressor using R32 as a refrigerant and incorporating refrigeration oil is provided.
  • the liquid mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant is separated into two layers at a refrigerating machine oil content of 10 to 40% by mass and a temperature range of ⁇ 40 ° C. to 60 ° C., and the refrigerating machine oil content of 5% by mass or less.
  • a temperature range of 20 ° C to 40 ° C a content of refrigeration oil of 55% by mass or more, and a temperature range of 20 ° C to 50 ° C.
  • the graph which shows the compatible behavior of refrigerant
  • Schematic which illustrates the refrigerating-cycle apparatus provided with the liquid injection circuit.
  • the (refrigerant) compressor according to the embodiment uses R32 as a refrigerant and incorporates specific refrigeration oil.
  • R32 used as a refrigerant is difluoromethane, its ODP is zero, and its GWP is about 650.
  • the refrigerating machine oil incorporated in the compressor using R32 as the refrigerant has two layers at a temperature of ⁇ 40 ° C. to 60 ° C. when the liquid mixture of the refrigerant and the refrigerant R32 has a content (oil content) of the refrigerating machine oil of 10 to 40 mass%. Is to be separated.
  • FIG. 1 shows the compatibility behavior exhibited by the liquid mixture of refrigerant R32 and the refrigerating machine oil. This compatibility behavior is measured in accordance with the “Compatibility Test Method with Refrigerant” defined in Annex D of Japanese Industrial Standard (JIS) K2211-2009.
  • JIS Japanese Industrial Standard
  • the liquid mixture of the refrigerant R32 and the refrigerating machine oil is separated into two layers in the region indicated by diagonal lines in FIG. 1, that is, in the entire region where the oil content is 10 to 40% by mass and the temperature is ⁇ 40 ° C. to + 60 ° C. .
  • the separated two layers have different oil fractions.
  • the refrigerant R32 and the refrigerating machine oil are separated into two layers in the entire range of the oil fraction a to b mass%, and the other oil fractions are compatible with each other, the separated two layers are separated into the oil fraction a It is comprised by the layer of a mass%, and the layer of an oil fraction b mass%.
  • the oil content is 50% by mass or more, since the ratio of the refrigerating machine oil is higher than that of the refrigerant, the lubricity of the liquid mixture is ensured by the refrigerating machine oil.
  • the oil content is less than 50% by mass, the ratio of the refrigerant becomes high, and the refrigerating machine oil is highly diluted, and sufficient lubrication performance cannot be obtained.
  • refrigerant-dissolving oil a mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant dissolved in the refrigerant; hereinafter simply referred to as “refrigerant-dissolving oil”
  • refrigerant-dissolving oil a mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant dissolved in the refrigerant
  • the refrigeration oil circulates in the refrigeration cycle together with the refrigerant. At that time, about several percent of the refrigeration oil circulates with respect to the circulation amount of the refrigerant. Therefore, it is necessary from the viewpoint of ensuring reliability that the refrigeration oil is compatible with the refrigerant at a ratio of about several percent. Therefore, when the oil content is 5% by mass or less, the liquid mixture of the refrigerant R32 and the refrigerating machine oil needs not to be separated into layers.
  • the liquid mixture of the refrigerating machine oil and the refrigerant R32 according to the embodiment is separated into two layers in the oil fraction and the temperature range, but is compatible in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. with an oil fraction of 5% by mass or less.
  • the oil content of 55% by mass or more is compatible even in the temperature range of 20 ° C to 50 ° C.
  • the refrigerating machine oil of the embodiment satisfies all the above requirements.
  • the refrigerating machine oil that is partially compatible with the refrigerant R32 exhibits a kinematic viscosity of 7.5 mm 2 / s or more at 100 ° C.
  • Refrigerant R32 has a characteristic that the discharge temperature from the compressor is higher than that of the prior art refrigerant such as refrigerant R410A (under the conditions specified by the American Society for Heating, Refrigerating and Air Conditioning (ASHRAE), the prior art like refrigerant R410A
  • the discharge gas temperature is 15 ° C. or more higher than that of the refrigerant.
  • the refrigerating machine oil has the above kinematic viscosity characteristics even at a high temperature of 100 ° C.
  • the washing action of the refrigerating machine oil by the liquid refrigerant R32 can be achieved even when the compressor is inhaled with wet gas in order to suppress an increase in the discharge temperature. Therefore, the lubricity of the compressor sliding portion can be ensured over a long period, that is, high reliability can be ensured.
  • coolant R32 and the said refrigerating machine oil shows kinematic viscosity of 1.0 mm ⁇ 2 > / s or more in 60 mass% of oil fractions, and the temperature of 40 degreeC.
  • Refrigerant R32 has a molecular weight smaller than that of a conventional refrigerant, and the viscosity of refrigerant-dissolved oil is greatly reduced when refrigeration oil having high compatibility with the refrigerant is applied as in the case of using a conventional refrigerant. .
  • the refrigerating machine oil of the present embodiment is partially compatible with the refrigerant R32, and the liquid mixture (refrigerant dissolved oil) with the refrigerant R32 exhibits the kinematic viscosity at an oil content of 60% by mass and a temperature of 40 ° C. High reliability can be ensured.
  • the refrigerating machine oil that shows partial compatibility with the refrigerant R32 and that exhibits the above-mentioned various characteristics usually contains a synthetic ester oil, consists essentially of a synthetic ester oil, or consists of a synthetic ester oil.
  • This synthetic ester oil may preferably be an esterification reaction product of a polyol (polyhydric alcohol) and a monocarboxylic acid.
  • polyhydric alcohols examples include neopentyl glycol, trimethylol propane, and pentaerythritol.
  • monocarboxylic acids include saturated fatty acids having 7 to 9 carbon atoms. Such saturated fatty acids include branched monocarboxylic acids such as 2-ethylhexanoic acid, 3,5,5-trimethylhexanoic acid. In one embodiment, two or more monocarboxylic acids are used to produce an ester (oil) with a hindered polyol.
  • the refrigerating machine oil is an esterification reaction product of pentaerythritol with 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid.
  • 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid are esterified in a total of 4 moles per mole of pentaerythritol.
  • the proportion of 2-ethylhexanoic acid in the total of 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid can be 40 to 50 mol% (3,5,5-trimethylhexanoic acid). Ratio: 60 to 50 mol%).
  • the refrigerating machine oil (the synthetic ester oil and the esterification reaction product) according to the embodiment may have a saturated water content of less than 2000 ppm at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 90%.
  • the refrigerant R32 has a high discharge temperature, and the lubricity is easily affected by moisture under such a high temperature environment.
  • the refrigerating machine oil having a low saturated moisture content and thus low hygroscopicity (low hygroscopic speed) can provide lubricity stably for a long time.
  • an additive selected from an antioxidant, a stabilizer and a copper deactivator can be blended.
  • antioxidants examples include dibutyl paracresol (DBPC).
  • DBPC dibutyl paracresol
  • the antioxidant can be blended at a ratio of 0.05 to 1.0 mass% with respect to the refrigerating machine oil.
  • the amount of the antioxidant is less than 0.05% by mass, the effect is poor.
  • the amount is more than 0.5% by mass, the effect approaches a saturated state, so it is not necessary to add more than 1.0% by mass. I found nothing.
  • the addition amount of the antioxidant is preferably 0.1 to 0.5% by mass.
  • the stabilizer examples include an epoxy compound (for example, glycidyl ester, glycidyl ether).
  • the stabilizer can be blended at a ratio of 0.2 to 1.5 mass% with respect to the refrigerating machine oil. It has been found that if the amount of stabilizer is less than 0.2% by weight, the effect is poor, whereas if the amount exceeds 1.5% by weight, the electrical insulation resistance can be adversely affected.
  • the addition amount of the stabilizer is preferably 0.25 to 1.5% by mass.
  • copper deactivators examples include benzotriazole (BTA).
  • BTA benzotriazole
  • the copper deactivator can be added at a ratio of 25 ppm or less with respect to the refrigerating machine oil.
  • a refrigeration cycle apparatus includes a compressor according to the above embodiment, a condenser connected to the compressor, an expansion device connected to the condenser, the expansion device and the compressor. And an evaporator connected between the two.
  • FIG. 2 illustrates a refrigeration cycle apparatus including a compressor according to a more specific embodiment.
  • R32 is used as the refrigerant
  • the refrigerating machine oil according to the embodiment is used as the refrigerating machine oil.
  • a refrigeration cycle apparatus 1 illustrated in FIG. 2 includes a compressor main body 2 and an accumulator 3, and compresses a low-pressure gas refrigerant that is a working fluid into a high-pressure gas refrigerant, and a compression A condenser 5 connected to the discharge side of the machine main body 2 to condense the high-pressure gas refrigerant into a liquid refrigerant, an expansion device 6 connected to the condenser 5 to decompress the liquid refrigerant, an expansion device 6 and an accumulator 3 And an evaporator 7 for evaporating the liquid refrigerant.
  • the compressor main body 2 has a sealed container 8 formed in a cylindrical shape, and refrigerating machine oil 9 is stored at the bottom of the sealed container 8. Furthermore, in the sealed container 8, an electric motor unit 10 located on the upper side and a compression mechanism unit 11 located on the lower side are accommodated. The electric motor unit 10 and the compression mechanism unit 11 are connected via a rotating shaft 12 having a vertical center line and rotating around the center line.
  • the electric motor unit 10 includes a rotor 13 fixed to the rotary shaft 12 and a stator 14 fixed to the sealed container 8 and disposed at a position surrounding the rotor 13.
  • the rotor 13 is provided with a permanent magnet (not shown), and the stator 14 is wound with a coil (not shown).
  • the compression mechanism unit 11 has a first cylinder 15a located on the upper side and a second cylinder 15b located on the lower side.
  • a partition plate 17 is provided between the first cylinder 15a and the second cylinder 15b.
  • a main bearing 16a that rotatably supports the rotary shaft 12 is fixed to the upper end surface of the first cylinder 15a, and a sub bearing 16b that rotatably supports the rotary shaft 12 to the lower end surface of the second cylinder 15b. Is fixed.
  • the rotary shaft 12 is disposed through the first and second cylinders 15a and 15b.
  • the rotary shaft 12 includes a first eccentric portion 18a and a second eccentric portion 18b having the same diameter with a phase difference of 180 °. Is provided.
  • a first roller 19a is fitted to the first eccentric portion 18a, and a second roller 19b is fitted to the second eccentric portion 18b.
  • a first cylinder chamber 20a is formed in which both ends of the first cylinder 15a are closed by the main bearing 16a and the partition plate 17.
  • a second cylinder chamber 20b is formed in which both ends of the second cylinder 15b are closed by the partition plate 17 and the auxiliary bearing 16b.
  • a first roller 19a fitted in the first eccentric portion 18a is accommodated in the first cylinder chamber 20a
  • a second roller 19b fitted in the second eccentric portion 18b is accommodated in the second cylinder chamber 20b. Is housed.
  • These first and second rollers 19a and 19b move eccentrically (eccentric rotation) while the outer peripheral surface thereof is in line contact with the inner peripheral surfaces of the first and second cylinders 15a and 15b when the rotary shaft 12 rotates. Has been placed.
  • the tip portions are brought into contact with the outer peripheral surfaces of the first and second rollers 19a and 19b, and the first and second rollers 19a and 19b are rotated.
  • a blade (not shown) that divides the first and second cylinder chambers 20a and 20b into two spaces in which the volume and pressure change is accommodated.
  • the main bearing 16a is provided with a first discharge valve mechanism 21a.
  • the first discharge valve mechanism 21a includes a first discharge port 22a formed in the main bearing 16a and a first reed valve 23a that is a first discharge valve that is screwed to the main bearing 16a to open and close the first discharge port 22a. And a first valve stopper 24a that is screwed to the main bearing 16a together with the first reed valve 23a to restrict the maximum opening of the first reed valve 23a.
  • the first discharge valve mechanism 21a is covered with a first muffler 25a attached to the main bearing 16a.
  • the first muffler 25a is formed with a discharge hole 26 that communicates the inside and outside of the first muffler 25a.
  • the second discharge valve mechanism 21b is provided in the auxiliary bearing 16b.
  • the second discharge valve mechanism 21b has the same configuration as the first discharge valve mechanism 21a described above.
  • the second discharge port 22b formed in the sub bearing 16b and the second discharge port 22b are screwed to the sub bearing 16b.
  • the second discharge valve mechanism 21b is covered with a second muffler 25b attached to the auxiliary bearing 16b.
  • the inside of the second muffler 25b and the inside of the first muffler 25a are gas refrigerant guide passages (not shown) formed through the auxiliary bearing 16b, the second cylinder 15b, the partition plate 17, the first cylinder 15a, and the main bearing 16a. )).
  • the accumulator 3 has a cylindrical sealed case 27, and the accumulator 3 and the evaporator are arranged so that the gas refrigerant evaporated by the evaporator 7 or the liquid refrigerant not evaporated by the evaporator 7 flows into the sealed case 27. 7 is connected.
  • the sealed case 27 there are provided two suction pipes 28, one end of which opens at the upper side in the sealed case 27 and is arranged so that only the gas refrigerant in the sealed case 27 flows.
  • the other ends of these suction pipes 28 extend from the lower end side of the sealed case 27 to the outside of the sealed case 27 and communicate with the first and second cylinder chambers 20 a and 20 b of the compression mechanism section 11.
  • An oil return hole 29 into which the refrigerating machine oil accumulated at the bottom of the airtight case 27 flows is formed in a portion of the suction pipe 28 located on the lower side in the airtight case 27.
  • the volume and pressure of the two spaces in the first and second cylinder chambers 20a and 20b change with the eccentric rotation of the first and second rollers 19a and 19b. .
  • the low-pressure gas refrigerant is sucked from the accumulator 3 through the suction pipe 25 into the first and second cylinder chambers 20a and 20b, and the sucked-in low-pressure gas refrigerant is the first. 1.
  • the first reed valve 23a is opened at the timing when the pressure of the gas refrigerant in the first cylinder chamber 20a rises to a predetermined value, and the high-pressure gas refrigerant in the first cylinder chamber 20a is discharged to the first cylinder 15a. It passes through the port 22a and is discharged into the first muffler 25a. The gas refrigerant discharged into the first muffler 25a is discharged into the sealed container 8 through the discharge hole 26 of the first muffler 25a.
  • the second reed valve 23b is opened at the timing when the pressure of the gas refrigerant in the second cylinder chamber 20b rises to a predetermined value, and the high-pressure gas refrigerant in the second cylinder chamber 20b is the first. It passes through the two discharge ports 22b and is discharged into the second muffler 25b. The gas refrigerant discharged into the second muffler 25b flows into the first muffler 25a through the gas refrigerant guide passage, and is discharged from the first muffler 25a through the discharge hole 26 into the sealed case 8.
  • the high-pressure gas refrigerant compressed in the first and second cylinder chambers 20a and 20b and discharged into the sealed container 8 flows into the condenser 5 and is dissipated in the condenser 5 to become liquid refrigerant. .
  • the liquid refrigerant flows into the expansion device 6 and is depressurized. After being depressurized, the liquid refrigerant flows into the evaporator 7 and absorbs heat to evaporate to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant evaporated in the evaporator 7 flows into the accumulator 3 to perform gas-liquid separation (separation of liquid components contained in the gas refrigerant), and only the gas refrigerant is compressed through the suction pipe 28 of the accumulator 3. It is supplied into the first and second cylinder chambers 20a and 20b of the mechanism unit 11 and compressed again.
  • the refrigeration cycle apparatus 1 ′ shown in FIG. 3 compresses part of the liquid refrigerant in the liquid tank 31 and the liquid tank 31 that stores the liquid refrigerant condensed in the condenser 5 in the refrigeration cycle apparatus 1 shown in FIG.
  • a liquid injection line 32 leading to the compression mechanism of the machine main body 2 is provided.
  • the liquid injection into the compression mechanism section of the compressor body 2 is effective as a means for suppressing overheating of the sliding section of the compressor body 2, but in general, the refrigeration oil is washed away or diluted by the introduced liquid refrigerant. Increases and reduces reliability.
  • the refrigerating machine oil partially compatible with the refrigerant R32 high reliability can be ensured even when liquid injection is performed.
  • Example 1 Using 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid in a slightly more excess than 4 moles per mole of pentaerythritol (ratio of both: 50 mole%: 50 mole%), both were reacted.
  • the desired esterification reaction product hindered polyol fatty acid ester oil was synthesized.
  • this esterification reaction product (ester oil) is esterified with 2 moles of 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid for each mole of pentaerythritol. Is contained as a main component (36%).
  • This liquid mixture of ester oil and refrigerant R32 was measured in accordance with “Testing of compatibility with refrigerant” defined in JIS K2211, and the oil content was 10 to 40% by mass and the temperature was ⁇ 40 ° C. to 60 ° C. While separating into two layers, it was confirmed that the oil content was 5% by mass or less and a temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. and an oil content of 55% by mass or more and a temperature range of 20 ° C. to 50 ° C. were compatible.
  • Example 2 A desired esterification reaction product was obtained in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of 2-ethylhexanoic acid to 3,5,5-trimethylhexanoic acid was 40 mol%: 60 mol%. .
  • esterification reaction product (ester oil) was composed of esters in the ratios (area ratios) shown in Table 2 below.
  • esterification reaction product (ester oil) had a total of 4 moles of 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid per mole of pentaerythritol and a molar ratio of 50.
  • This liquid mixture of ester oil and refrigerant R32 was measured in accordance with “Testing of compatibility with refrigerant” defined in JIS K2211, and the oil content was 10 to 40% by mass and the temperature was ⁇ 40 ° C. to 60 ° C. While separating into two layers, it was confirmed that the oil content was 5% by mass or less and a temperature range of 20 ° C. to 40 ° C. and an oil content of 55% by mass or more and a temperature range of 20 ° C. to 50 ° C. were compatible.
  • Example 3 The ester oil synthesized in Example 1 or 2 was sealed as a refrigerating machine oil in a hermetic compressor having the structure shown in FIG. 2 and incorporated in an air conditioner. First, when the suction gas was operated for 1000 hours in a humid gas (liquid back state), the amount of wear of each blade, each roller, shaft, and bearing was the same as when the suction gas was operated as a dry gas, which was good. It was confirmed that there was.
  • Example 4 When the air conditioner manufactured in Example 3 was operated continuously for 1000 hours under a high temperature condition with a discharge gas temperature of 125 ° C., there was no problem in the amount of wear of the blade and each roller, and sufficient lubricity was achieved even under high temperature conditions. Admitted.
  • Example 5 Except for adding 0.1% by mass of dibutylparacresol as an antioxidant to the refrigerating machine oil, the same operation as in Example 4 was performed, but the operation was performed under high temperature conditions. It was not recognized, and sufficient oxidation / thermal stability was recognized.
  • Example 6 Except for adding 0.5% by mass of glycidyl ester as a stabilizer to the refrigerating machine oil, the same operation as in Example 3 was performed. As a result, the acid value was not increased by hydrolysis of the refrigerating machine oil, and sufficient chemical stability was obtained. Sex was recognized.
  • Example 7 Except for adding 10 ppm of benzotriazole as a copper deactivator to the refrigerating machine oil, the same operation as in Example 3 was performed. Was not formed and sufficient chemical stability was observed.

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Abstract

　実施形態によると、圧縮機は、冷媒としてＲ３２を用いると共に、冷凍機油を内蔵する。前記冷凍機油と前記冷媒との液状混合物は、１０～４０質量％の範囲の冷凍機油含有率および－４０℃～６０℃の温度範囲において二層分離し、かつ５質量％以下の冷凍機油含有率および２０℃～４０℃の温度範囲並びに５５質量％以上の冷凍機油の含有率および２０℃～５０℃の温度範囲で相溶する。

Description

圧縮機および冷凍サイクル装置
　本発明の実施形態は、一般に、圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
　冷蔵庫や冷凍機には、冷媒圧縮機が組み込まれている。この圧縮機に使用される冷媒として、かつてはＣＦＣ－１２（Ｒ１２）やＨＣＦＣ－２２（Ｒ２２）が用いられていたが、これら冷媒は、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）が高く、現在ではその使用が規制されている。そこで、ＯＤＰがゼロ（０）といわれているＲ－４０４Ａ、Ｒ－４１０Ａ、ＨＦＣ－１３４ａ（Ｒ－１３４ａ）の使用が現在主流となっている。しかし、これら冷媒は、ＯＤＰがゼロである反面、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が比較的高い（ＧＷＰ：約１３００～３３００）点が指摘されている。
　このような事情から、ＯＤＰがゼロであると共に、ＧＷＰも比較的低い（ＧＷＰ：約６５０）ヒドロフルオロカーボン化合物であるＲ３２が、最近、注目されてきている。
　ところで、冷媒圧縮機には、例えばその摺動部に潤滑性を付与し、またシール部のシール性を向上させるために、冷凍機油が内蔵される。冷凍機油は、冷媒との良好な適合性を有することが求められる。冷媒としてＲ３２を用いる圧縮機の冷凍機油として、いくつかの油が検討されているが、冷媒Ｒ３２との組み合わせにおいて長時間にわたって安定して潤滑性を圧縮機に提供し得る冷凍機油がなお必要とされている。
特開２０１１－１８４５３６号公報
　すなわち、冷媒としてＲ３２を使用した圧縮機であって長時間にわたって摺動部その他の部位における潤滑性が有意に低下しない圧縮機についてのニーズがなお存在する。
　実施形態によれば、冷媒としてＲ３２を用いると共に、冷凍機油を内蔵した圧縮機が提供される。前記冷凍機油と前記冷媒との液状混合物は、１０～４０質量％の範囲の冷凍機油含有率および－４０℃～６０℃の温度範囲において二層分離し、かつ５質量％以下の冷凍機油含有率および２０℃～４０℃の温度範囲並びに５５質量％以上の冷凍機油の含有率および２０℃～５０℃の温度範囲で相溶する。
実施形態の冷媒Ｒ３２と冷凍機油との相溶性挙動を示すグラフ。 実施形態に係る、圧縮機を備える冷凍サイクル装置を示す部分断面図。 液インジェクション回路を備えた冷凍サイクル装置を例示する概略図。
　以下、いくつかの実施形態について説明する。
　実施形態に係る（冷媒）圧縮機は、冷媒としてＲ３２を用いると共に、特定の冷凍機油を内蔵する。冷媒として用いるＲ３２は、ジフルオロメタンであり、そのＯＤＰはゼロであり、そのＧＷＰは約６５０であるとされている。
　冷媒としてＲ３２を用いる上記圧縮機に内蔵される冷凍機油は、それと冷媒Ｒ３２との液状混合物が当該冷凍機油の含有率（油分率）１０～４０質量％で温度－４０℃～６０℃において二層に分離するものである。
　図１は、冷媒Ｒ３２と本冷凍機油との液状混合物が示す相溶性挙動を示す。この相溶性挙動は、日本工業規格（ＪＩＳ）　Ｋ２２１１－２００９の附属書Ｄに規定される「冷媒との相溶性試験方法」に準じて測定されるものである。実施形態に係る、冷媒Ｒ３２と冷凍機油との液状混合物は、図１において斜線で示す領域、すなわち、油分率１０～４０質量％で温度－４０℃～＋６０℃の全領域において、二層分離する。分離した二層は、油分率が異なる。一般的には、油分率ａ～ｂ質量％の全範囲で冷媒Ｒ３２と冷凍機油が二層分離し、それ以外の油分率では両者が相溶する場合、その分離した二層は、油分率ａ質量％の層と、油分率ｂ質量％の層とにより構成される。
　ここで、油分率が５０質量％以上の場合は、冷凍機油が冷媒よりも比率が高くなるため、液状混合物の潤滑性は冷凍機油により確保される。他方、油分率が５０質量％未満では、冷媒の比率が高くなり、冷凍機油が高希釈された状態となり、十分な潤滑性能を得ることができない。高希釈による、冷媒が溶解した冷凍機油（冷凍機油とそれに溶解した冷媒との混合物；以下単に、「冷媒溶解油」という）の粘度の低下を防止するためには、冷媒Ｒ３２と冷凍機油との液状混合物は、油分率が４０質量％以下では二層分離し、それ以上の冷媒の冷凍機油中への溶込みが生じにくくなることが望ましいことが見いだされた。このことは、圧縮機の摺動部に冷媒の一部が液相状態で吸い込まれる液バック運転時における信頼性（長時間にわたる安定した潤滑性）の確保に有効である。また、冷凍機油は、冷媒と共に冷凍サイクル内を循環するが、その際冷媒の循環量に対し数％程度の冷凍機油が循環する。そのため、数％程度の比率で冷凍機油が冷媒と相溶することが信頼性の確保の観点から必要となる。従って、油分率５質量％以下では、冷媒Ｒ３２と冷凍機油との液状混合物は、層分離しないことが必要である。
　実施形態に係る冷凍機油と冷媒Ｒ３２との液状混合物は、上記油分率および温度範囲において二層に分離するが、５質量％以下の油分率で２０℃～４０℃の温度範囲では相溶すると共に、５５質量％以上の油分率で２０℃～５０℃の温度範囲においても相溶する。
　冷凍機油が、冷媒Ｒ３２に対し、このような部分相溶性を示すことにより、長時間にわたって例えば摺動部における潤滑性が有意に低下しない圧縮機が提供できるのである。
　実施形態の冷凍機油は、上記要件をすべて満足する。
　冷媒Ｒ３２に対して部分相溶性を示す前記冷凍機油は、一つの実施形態において、１００℃において７．５ｍｍ2／ｓ以上の動粘度を示す。冷媒Ｒ３２は、冷媒Ｒ４１０Ａのような先行技術の冷媒に比べ圧縮機からの吐出温度が上昇するという特性を持つ（米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）の規定する条件では、冷媒Ｒ４１０Ａのような先行技術の冷媒に比べ１５℃以上も吐出ガス温度が高くなる）。冷凍機油が１００℃という高温においても上記動粘度特性を持つことにより、この吐出温度の上昇を抑制するために圧縮機に湿りガスを吸入させた場合においても液冷媒Ｒ３２による冷凍機油の洗い流し作用が少なくなるため、圧縮機摺動部の潤滑性を長期にわたって確保する、すなわち高い信頼性を確保することができる。
　また、一つの実施形態において、冷媒Ｒ３２と上記冷凍機油との液状混合物（冷媒溶解油）は、油分率６０質量％および温度４０℃において１．０ｍｍ2／ｓ以上の動粘度を示す。冷媒Ｒ３２は、従来の冷媒に比べ分子量が小さく、従来の冷媒を用いた場合のように冷媒に対し相溶性の高い冷凍機油を適用した場合には冷媒溶解油の粘度が大幅に低下してしまう。しかしながら、本実施形態の冷凍機油は、冷媒Ｒ３２に対し部分相溶性であり、しかも油分率６０質量％および温度４０℃において冷媒Ｒ３２との液状混合物（冷媒溶解油）が上記動粘度を示すので、高い信頼性を確保することができる。
　冷媒Ｒ３２に対して部分相溶性を示すとともに上記種々の特性を示す冷凍機油は、通常、合成エステル油を含むか、合成エステル油から実質的になるか、合成エステル油からなる。この合成エステル油は、好ましくは、ポリオール（多価アルコール）とモノカルボン酸とのエステル化反応生成物であり得る。
　多価アルコールの例には、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが含まれる。
　モノカルボン酸の例には、７～９個の炭素原子を有する飽和脂肪酸が含まれる。かかる飽和脂肪酸には、分枝鎖モノカルボン酸、例えば２－エチルヘキサン酸、３，５，５－トリメチルヘキサン酸が含まれる。一つの実施形態において、ヒンダード型ポリオールとのエステル（油）を生成するために２種以上のモノカルボン酸が使用される。
　好ましい実施形態において、冷凍機油は、ペンタエリスリトールと２－エチルヘキサン酸および３，５，５－トリメチルヘキサン酸とのエステル化反応生成物である。かかるエステル化反応生成物において、ペンタエリスリトール１モルに対し、２－エチルヘキサン酸および３，５，５－トリメチルヘキサン酸は、合計で、４モルの割合でエステル化している。その場合、２－エチルヘキサン酸と３，５，５－トリメチルヘキサン酸との合計に占める２－エチルヘキサン酸の割合は、４０～５０モル％であり得る（３，５，５－トリメチルヘキサン酸の割合：６０～５０モル％）。エステル化反応により水が副生するが、この水を除去することにより反応がより効率的に進行する。
　実施形態に係る冷凍機油（上記合成エステル油、エステル化反応生成物）は、温度３０℃、相対湿度９０％における飽和水分量が２０００ｐｐｍ未満であり得る。冷媒Ｒ３２は、上述したように、吐出温度が高く、このように高い温度環境下では潤滑性が水分の影響を受けやすい。しかしながら、このように飽和水分量が少なく、従って吸湿性の低い（吸湿速度の遅い）冷凍機油は、長時間安定して潤滑性を提供し得る。
　上記冷凍機油には、酸化防止剤、安定剤および銅不活性化剤から選ばれる添加剤を配合することができる。
　酸化防止剤の例には、ジブチルパラクレゾール（ＤＢＰＣ）が含まれる。酸化防止剤は、冷凍機油に対し、０．０５～１．０質量％の割合で配合することができる。酸化防止剤の量が０．０５質量％未満では効果が乏しい一方、０．５質量％より多い場合、効果が飽和状態に近づいてゆくので、１．０質量％を超える量の添加は必要ではないことが見いだされた。添加効果および経済性の観点から、酸化防止剤の添加量は、０．１～０．５質量％であることが好ましい。
　安定剤の例には、エポキシ化合物（例えば、グリシジルエステル、グリシジルエーテル）が含まれる。安定剤は、冷凍機油に対し、０．２～１．５質量％の割合で配合することができる。安定剤の量が０．２質量％未満では効果が乏しい一方、その量が１．５質量％を超える場合、電気絶縁抵抗に悪影響を及ぼし得ることが見いだされた。安定剤の添加量は、０．２５～１．５質量％であることが好ましい。
　銅不活性化剤の例には、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）が含まれる。銅不活性化剤は、冷凍機油に対し、２５ｐｐｍ以下の割合で添加することができる。
　一つの実施形態に係る冷凍サイクル装置は、上記実施形態に係る圧縮機と、前記圧縮機に接続された凝縮器と、前記凝縮器に接続された膨張装置と、前記膨張装置と前記圧縮機との間に接続された蒸発器とを備える。
　図２は、より具体的な実施形態に係る圧縮機を備える冷凍サイクル装置を例示する。冷媒としてＲ３２が用いられ、冷凍機油として実施形態に係る冷凍機油が用いられる。
　図２に例示される冷凍サイクル装置１は、圧縮機本体２とアキュムレータ３とを有し、作動流体である低圧のガス冷媒を圧縮して高圧のガス冷媒にする密閉型圧縮機４と、圧縮機本体２の吐出側に接続されて高圧のガス冷媒を凝縮して液冷媒にする凝縮器５と、凝縮器５に接続されて液冷媒を減圧する膨張装置６と、膨張装置６とアキュムレータ３との間に接続されて液冷媒を蒸発させる蒸発器７とを有している。
　圧縮機本体２は、円筒状に形成された密閉容器８を有し、密閉容器８内の底部に冷凍機油９が貯留されている。さらに、密閉容器８内には、上部側に位置する電動機部１０と、下部側に位置する圧縮機構部１１とが収容されている。これらの電動機部１０と圧縮機構部１１とは、上下方向の中心線を有してその中心線回りに回転する回転軸１２を介して連結されている。
　電動機部１０は、回転軸１２に固定された回転子１３と、密閉容器８に固定されて回転子１３を囲む位置に配置された固定子１４とを有している。回転子１３には永久磁石（図示せず）が設けられ、固定子１４にはコイル（図示せず）が巻かれている。
　圧縮機構部１１は、上部側に位置する第１シリンダ１５ａと、下部側に位置する第２シリンダ１５ｂとを有している。これらの第１シリンダ１５ａと第2シリンダ１５ｂとの間には、仕切板１７が設けられている。また、第１シリンダ１５ａの上端面には回転軸１２を回転可能に軸支する主軸受１６ａが固定され、第2シリンダ１５ｂの下端面には回転軸１２を回転可能に軸支する副軸受１６ｂが固定されている。
　回転軸１２は、第１・第２シリンダ１５ａ、１５ｂを貫通して配置されており、この回転軸１２には１８０°の位相差で同一直径の第１偏心部１８ａと第２偏心部１８ｂとが設けられている。第１偏心部１８ａには第１ローラ１９ａが嵌合され、第２偏心部１８ｂには第２ローラ１９ｂが嵌合されている。
　第１シリンダ１５ａの内部には、第１シリンダ１５ａの両端を主軸受１６ａと仕切板１７とにより閉塞された第１シリンダ室２０ａが形成されている。第２シリンダ１５ｂの内部には、第２シリンダ１５ｂの両端を仕切板１７と副軸受１６ｂとにより閉塞された第２シリンダ室２０ｂが形成されている。第１シリンダ室２０ａ内には、第１偏心部１８ａに嵌合された第１ローラ１９ａが収容され、第２シリンダ室２０ｂ内には、第２偏心部１８ｂに嵌合された第２ローラ１９ｂが収容されている。これらの第１・第２ローラ１９ａ、１９ｂは、回転軸12の回転時にその外周面を第１・第2シリンダ１５ａ、１５ｂの内周面に線接触させながら偏心移動（偏心回転）するように配置されている。
　また、第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内には、先端部を第１・第２ローラ１９ａ、１９ｂの外周面に当接させ、第１・第２ローラ１９ａ、１９ｂの回転に伴って第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内を容積と圧力とが変化する二つの空間に仕切るブレード（図示せず）が収容されている。
　主軸受１６ａには第１吐出弁機構２１ａが設けられている。この第１吐出弁機構２１ａは、主軸受１６ａに形成された第１吐出ポート２２ａと、主軸受１６ａにネジ止めされて第１吐出ポート２２ａを開閉する第１吐出弁である第１リード弁２３ａと、主軸受１６ａに第１リード弁２３ａと共にネジ止めされて第１リード弁２３ａの最大開度を規制する第１弁ストッパ２４ａとを有している。この第１吐出弁機構２１ａは、主軸受１６ａに取付けられた第１マフラ２５ａにより覆われている。第１マフラ２５ａには、第１マフラ２５ａの内外を連通する吐出孔２６が形成されている。
　副軸受１６ｂには第２吐出弁機構２１ｂが設けられている。この第２吐出弁機構２１ｂは上述した第１吐出弁機構２１ａと同じ構成であり、副軸受１６ｂに形成された第２吐出ポート２２ｂと、副軸受１６ｂにネジ止めされて第２吐出ポート２２ｂを開閉する第２吐出弁である第２リード弁２３ｂと、副軸受１６ｂに第２リード弁２３ｂと共にネジ止めされて第２リード弁２３ｂの最大開度を規制する第２弁ストッパ２４ｂとを有している。この第２吐出弁機構２１ｂは副軸受１６ｂに取付けられた第２マフラ２５ｂにより覆われている。第２マフラ２５ｂ内と第１マフラ２５ａ内とは、副軸受１６ｂと第２シリンダ１５ｂと仕切板１７と第１シリンダ１５ａと主軸受１６ａとを貫通して形成されたガス冷媒案内通路（図示せず）により連通されている。
　アキュムレータ３は円筒状の密閉ケース２７を有し、蒸発器７で気化されたガス冷媒、又は、蒸発器７で気化されなかった液冷媒が密閉ケース２７内に流入するようにアキュムレータ３と蒸発器７とが接続されている。この密閉ケース２７内には、一端が密閉ケース２７内の上部側で開口し、密閉ケース２７内のガス冷媒のみが流入するように配置された二本の吸込管２８が設けられている。これらの吸込管２８の他端は、密閉ケース２７の下端側から密閉ケース２７外に延出し、圧縮機構部１１の第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂに連通されている。これらの吸込管２８における密閉ケース２７内の下部側に位置する部分には、密閉ケース２７内の底部に溜まった冷凍機油が流入する油戻し孔２９が形成されている。
　このような構成において、この密閉型圧縮機４においては、電動機部１０に通電されることにより第１ローラ１９ａと第２ローラ１９ｂとが回転軸１２の中心線回りに偏心回転し、圧縮機構部１１が駆動される。
　圧縮機構部１１が駆動された場合には、第１・第２ローラ１９ａ、１９ｂの偏心回転に伴って第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内の二つの空間の容積と圧力とが変化する。この容積と圧力とが変化することにより、アキュムレータ３内から低圧のガス冷媒が吸込管２５を通って第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内に吸込まれ、吸込まれた低圧のガス冷媒が第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内で圧縮され、高圧のガス冷媒になる。
　第１シリンダ１５ａでは、第１シリンダ室２０ａ内のガス冷媒の圧力が所定値に上昇したタイミングで第１リード弁２３ａが開弁され、第１シリンダ室２０ａ内の高圧のガス冷媒が第１吐出ポート２２ａを通過して第１マフラ２５ａ内に吐出される。第１マフラ２５ａ内に吐出されたガス冷媒は、第1マフラ２５ａの吐出孔２６を通って密閉容器８内に吐出される。
　また、第２シリンダ１５ｂでは、第２シリンダ室２０ｂ内のガス冷媒の圧力が所定値に上昇したタイミングで第２リード弁２３ｂが開弁され、第２シリンダ室２０ｂ内の高圧のガス冷媒が第２吐出ポート２２ｂを通過して第２マフラ２５ｂ内に吐出される。第２マフラ２５ｂ内に吐出されたガス冷媒は、ガス冷媒案内通路を通って第１マフラ２５ａ内に流入し、第1マフラ２５ａ内から吐出孔２６を通って密閉ケース８内に吐出される。
　第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内で圧縮されて密閉容器８内に吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器５内に流入し、凝縮器５において放熱されることにより液冷媒となる。この液冷媒は、膨張装置６に流入して減圧され、減圧された後に蒸発器７内に流入して吸熱することにより蒸発してガス冷媒となる。蒸発器７内で蒸発したガス冷媒はアキュムレータ３内に流入して気液分離（ガス冷媒に含まれる液体成分の分離）が行われ、ガス冷媒のみがアキュムレータ３の吸込管２８内を通って圧縮機構部１１の第１・第２シリンダ室２０ａ、２０ｂ内に供給され、再び圧縮される。
　図３に示す冷凍サイクル装置１’は、図２に示す冷凍サイクル装置１に、凝縮器５で凝縮された液冷媒を貯留するリキッドタンク３１と、リキッドタンク３１内の液冷媒の一部を圧縮機本体２の圧縮機構部へ導く液インジェクションライン３２を付設したものである。圧縮機本体２の圧縮機構部への液インジェクションは、圧縮機本体２の摺動部の過熱を抑える手段としては有効であるが、一般に、導入された液冷媒によって冷凍機油の洗い流しや希釈度の上昇が生じ信頼性が低下する。しかしながら、実施形態に従い、冷媒Ｒ３２に対し部分相溶性の冷凍機油を用いることにより、液インジェクションを行った場合でも、高い信頼性を確保することができる。
　実施例１
　ペンタエリスリトール１モルに対し、２－エチルヘキサン酸および３，５，５－トリメチルヘキサン酸を合計で４モルよりやや過剰に用い（両者の比率５０モル％：５０モル％）、両者を反応させて、所望のエステル化反応生成物（ヒンダード型ポリオール脂肪酸エステル油）を合成した。
　得られたエステル化反応生成物は、ガスクロマトグラフィーにより、以下の表１に示す比率（面積比率）のエステルからなることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１に示すように、このエステル化反応生成物（エステル油）は、ペンタエリスリトール１モルに対し、２－エチルヘキサン酸および３，５，５－トリメチルヘキサン酸がそれぞれ２モルずつエステル化されたものを主成分（３６％）として含んでいる。
　得られたエステル油の１００℃における動粘度をＪＩＳ　Ｋ２２８３に準拠して測定したところ、８．２ｍｍ2／ｓであった。また、このエステル油を冷媒Ｒ３２と混合し、その液状混合物（油分率６０質量％）の４０℃における動粘度をＪＩＳ　Ｋ２２８３に準拠して測定したところ、１．１ｍｍ2／ｓであった。
　このエステル油と冷媒Ｒ３２との液状混合物は、ＪＩＳ　Ｋ２２１１に規定される「冷媒との相溶性試験方法」に準じて測定したところ、油分率１０～４０質量％で温度－４０℃～６０℃において二層分離すると共に、５質量％以下の油分率および２０℃～４０℃の温度範囲並びに５５質量％以上の油分率および２０℃～５０℃の温度範囲で相溶することを確認した。
　実施例２
　２－エチルヘキサン酸と３，５，５－トリメチルヘキサン酸とのモル比率を、４０モル％：６０モル％とした以外は、実施例１と同様にして所望のエステル化反応生成物を得た。
　得られたエステル化反応生成物（エステル油）は、ガスクロマトグラフィーにより、以下の表２に示す比率（面積比率）のエステルからなることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、このエステル化反応生成物（エステル油）は、ペンタエリスリトール１モルに対し、２－エチルヘキサン酸および３，５，５－トリメチルヘキサン酸が合計４モルでモル比が５０％：５０％でエステル化したもの、２５％：７５％でエステル化したものを主成分（３２％＋３５％＝６７％）として含んでいる。
　得られたエステル油の１００℃における動粘度を測定したところ、８．７ｍｍ2／ｓであった。また、このエステル油を冷媒Ｒ３２と混合し、その液状混合物（油分率６０質量％）の４０℃における動粘度をＪＩＳ　Ｋ２２８３に準拠して測定したところ、１．２ｍｍ2／ｓであった。
　このエステル油と冷媒Ｒ３２との液状混合物は、ＪＩＳ　Ｋ２２１１に規定される「冷媒との相溶性試験方法」に準じて測定したところ、油分率１０～４０質量％で温度－４０℃～６０℃において二層分離すると共に、５質量％以下の油分率および２０℃～４０℃の温度範囲並びに５５質量％以上の油分率および２０℃～５０℃の温度範囲で相溶することを確認した。
　実施例３
　実施例１または２で合成したエステル油を冷凍機油として、図２に示す構造の密閉型圧縮機に封入し、これを空気調和機に組み込んだ。まず、吸入ガスを湿りガス（液バック状態）にて１０００時間運転したところ、各ブレード、各ローラ、軸、軸受けの磨耗量は、吸入ガスを乾きガスとして運転した場合と同等であり、良好であることが確認できた。
　また、配管長７５ｍの長配管や、室内機と室外機との落差を５０ｍの高落差に設定した上記空気調和機の油戻り性を確認したところ、いずれも圧縮機内での油面低下は見られず、油戻り性は十分であることが確認できた。
　実施例４
　実施例３で作製した空気調和機を、吐出ガス温度１２５℃とした高温条件下で連続１０００時間運転したところ、ブレードおよび各ローラの磨耗量に問題はなく、高温条件下でも十分な潤滑性が認められた。
　実施例５
　冷凍機油に酸化防止剤としてジブチルパラクレゾールを０．１質量％添加した以外は、実施例４と同様の操作を行ったところ、高温条件下での操作であったが、冷凍機油の酸化劣化は認められず、十分な酸化・熱安定性が認められた。
　実施例６
　冷凍機油に安定剤としてグリシジルエステルを０．５質量％添加した以外は、実施例３と同様の操作を行ったところ、冷凍機油の加水分解による酸価の上昇は見られず、十分な化学安定性が認められた。
　実施例７
　冷凍機油に銅不活性化剤としてベンゾトリアゾールを１０ｐｐｍ添加した以外は、実施例３と同様の操作を行ったところ、配管等に使用された銅の腐食並びに溶出による銅メッキ現象や銅主体のスラッジは生成せず、十分な化学安定性が認められた。
　以上述べた実施形態、実施例によれば、長時間にわたって摺動部その他の部位における潤滑性が有意に低下しない圧縮機およびそれを備えた冷凍サイクル装置を提供することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (8)

  1. 　冷媒としてＲ３２を用いると共に、冷凍機油を内蔵した圧縮機であって、前記冷凍機油と前記冷媒との液状混合物は、１０～４０質量％の範囲の冷凍機油含有率および－４０℃～６０℃の温度範囲において二層分離し、かつ５質量％以下の冷凍機油含有率および２０℃～４０℃の温度範囲並びに５５質量％以上の冷凍機油の含有率および２０℃～５０℃の温度範囲で相溶することを特徴とする圧縮機。
  2. 　前記冷凍機油が、多価アルコールと、７～９個の炭素原子を有する飽和脂肪酸から選ばれる２種またはそれ以上のモノカルボン酸とのエステル化反応生成物であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
  3. 　前記多価アルコールが、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、およびペンタエリスリトールからなる群の中から選ばれることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
  4. 　前記２種またはそれ以上のモノカルボン酸が、２－エチルヘキサン酸および３，５，５－トリメチルヘキサン酸を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の圧縮機。
  5. 　前記冷凍機油が、１００℃において７．５ｍｍ2／ｓ以上の動粘度を示すことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の圧縮機。
  6. 　前記液状混合物が、６０質量％の冷凍機油の含有率および４０℃の温度において１．０ｍｍ2／ｓ以上の動粘度を示すことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の圧縮機。
  7. 　前記冷凍機油に、酸化防止剤、安定剤および銅不活性化剤からなる群の中から選ばれる添加剤が配合されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の圧縮機。
  8. 　請求項１ないし７のいずれか一項に記載の圧縮機と、前記圧縮機に接続された凝縮器と、前記凝縮器に接続された膨張装置と、前記膨張装置と前記圧縮機との間に接続された蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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