冷凍機油、圧縮機及び冷凍サイクル装置
【課題】分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２、３、３、３−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用するものにおいて、その冷媒とともに循環させる冷凍機油に油性剤を加えることによって、冷媒を化学的に安定させるようにした冷凍機油、この冷凍機油を適用することで信頼性を向上させた圧縮機、及び、この圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る冷凍機油は、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとともに使用される冷凍機油であって、この冷媒よりも高い極性を有する油性剤、たとえばアルコール、エステル油又はグリコール類を添加して構成されることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る冷凍機油は、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとともに使用される冷凍機油であって、この冷媒よりも高い極性を有する油性剤、たとえばアルコール、エステル油又はグリコール類を添加して構成されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒とともに使用される冷凍機油、これを使用した圧縮機、及びこの圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置に関するものであり、特に分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置や冷凍装置、ヒートポンプシステム等の冷凍サイクル装置に使用する冷媒には、オゾン層保護の観点から、塩素を含む冷凍空調機用冷媒、たとえばＣＦＣ−１２やＨＣＦＣ２２等が用いられなくなってきており、そのような冷媒に代替して主に炭素、水素及びフッ素のみで構成されるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒（たとえば、ＨＦＣ１３４ａや、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等）が用いられるようになっていた。しかしながら、近年の地球環境問題に対するさらなる関心の高まりから地球温暖化係数の大きなＨＦＣ系冷媒の使用も避けられつつあり、ＨＦＣ系冷媒から地球温暖化係数の小さな冷媒への代替化が検討されている。
【０００３】
そのようなものとして、ハイドロフルオロオレフィン（フルオロアルケンとも称される）が、代替冷媒の有力候補となっている（たとえば、特許文献１参照）。このハイドロフルオロオレフィンは、従来のＨＦＣ系冷媒と比較して化学的安定性が低いことから地球温暖化係数が小さいという特性を有している。ＨＦＣ系冷媒の１つであるＲ４１０Ａの地球温暖化係数は、二酸化炭素の地球温暖化係数と比較して２０００倍程度であるのに対し、ハイドロフルオロオレフィンの地球温暖化係数は、二酸化炭素の地球温暖化係数と比較して４倍程度である。また、ハイドロフルオロオレフィンは、圧力も従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒並みであるという特性も有している。なお、地球温暖化係数とは、二酸化炭素の温室効果を基準にした温室効果の度合いを示す値である。
【０００４】
一般的に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルを有する構成となっている。この冷凍サイクル内に冷媒及び冷凍機油を封入し、循環させることで、冷凍サイクル装置が運転される。その場合、圧縮機内部の摺動部において、メタルコンタクト（金属接触）が発生することが多い。したがって、圧縮機内部の摺動部に、摩擦係数を低減するのに十分な量の冷凍機油を供給する必要がある。そうしないと、圧縮機内部の摺動部に摩耗や焼付が生じ、圧縮機が故障することになるからである。
【０００５】
このような冷凍機油を用いた例としては、「冷凍サイクルに用いられ、密閉容器内に潤滑油となる冷凍機油を貯溜して、少なくとも冷媒ガスを圧縮する圧縮機であって、前記冷凍機油を、臨界温度４０℃以上で、粘度が４０℃のとき２〜７０ｃＳｔ、１００℃のとき１〜９ｃＳｔであり、分子中にエステル結合（−Ｏ−ＣＯ−）を少なくとも２ヶ所保有する脂肪酸のエステル油を基油とした冷凍機油で構成して成る」圧縮機が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術では、ＨＦＣを主成分とする冷媒に、粘度が４０℃のとき２〜７０ｃＳｔ、１００℃のとき１〜９ｃＳｔであり、体積抵抗率が１０13Ωｃｍ以上で、分子構造中にエステル結合を少なくとも２ヶ所保有する脂肪酸のエステル油を基油とし、油中に含まれる水分量を５００ｐｐｍ以下に抑制している。
【０００６】
また、「冷媒としてＨＦＣ１３４ａを使用する冷媒圧縮機において、該圧縮機の部品に塗布する油または圧縮機組立時に使用する油として冷媒と油が二相分離状態となり相互溶解性のない油を用いた」冷媒圧縮機が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の技術では、ＨＦＣを主成分とする冷媒と相互溶解性（以下、相溶性と称する）を有することなく、その粘度が２００ｃＳｔ以下で、その比重が冷媒よりも軽いアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油に適用するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２５３７７９号公報（第１０頁、第７図等）
【特許文献２】特開平０５−１５７３７９号公報（第５頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術のように、エステル油を圧縮機の冷凍機油として適用しても、化学的に極めて良好な安定性を有する冷媒、つまり分子構造中に二重結合をしていない冷媒（たとえば、ＨＦＣ１３４ａやＲ４１０Ａ（ＨＦＣ３２／ＨＦＣ１２５＝５０％／５０％）等の従来のＨＦＣ系冷媒）を使用するものに対しては、油中の水分量を抑制することによって良好な潤滑性能を確保することができていた。また、特許文献２に記載の技術では、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有しないアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油として適用しているため、ＨＦＣ系冷媒と溶解性を有するエステル油等の冷凍機油を適用する場合よりも低い粘度の冷凍機油を使用することができていた。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、冷凍機油にエステル油を圧縮機に適用した場合には、特に冬季のような外気温が低い条件の下での冷凍サイクル装置の起動時において、圧縮機の内部に多量の液冷媒が流入することによって、エステル油が粘度低下を起こすことになってしまう。そうすると、圧縮機内部の軸受部（たとえば、上軸受や下軸受等）では油膜を形成することができずに焼付きが発生しやすくなり、圧縮機内部の摺動部（たとえば、ローリングピストンの外周面とベーンの先端部との間の接触部等）では摩耗量が増加しやすくなり、圧縮機が故障する可能性が高くなるという課題があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術のように、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有しないアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油として圧縮機に適用すると、圧縮機の内部に多量の液冷媒が存在する条件下で冷凍サイクル装置を起動した場合に、仮にすべり軸受で焼付きが発生せず、ベーン先端部の摩耗量が圧縮機の性能低下に繋がるほど多量にならなかったとしても、冷媒と冷凍機油との相溶性が低いために、冷凍サイクルに流出した冷凍機油が圧縮機に戻りにくくなるという課題があった。つまり、冷媒と冷凍機油との相溶性の問題を考慮しなければならないのである。
【００１１】
さらに、分子構造の中に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）の１つである２、３、３、３−テトラフルオロプロペン等の冷媒を適用した圧縮機では、化学的に安定性を有している冷媒を適用する際には必要のなかった問題を考慮しなければならない。すなわち、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、圧縮機内部の摺動部の摩擦熱によって分解されるという化学的性質を有しているため、この点を考慮しなければ、圧縮機が故障しなかったとしても、冷凍サイクル装置の性能が低下することになってしまうのである。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２、３、３、３−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用するものにおいて、その冷媒とともに循環させる冷凍機油に油性剤を加えることによって、冷媒を化学的に安定させるようにした冷凍機油、この冷凍機油を適用することで信頼性を向上させた圧縮機、及び、この圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る冷凍機油は、分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油であって、前記冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加して構成されることを特徴とする。また、本発明に係る圧縮機は、上記の油性剤が添加されている冷凍機油と、分子構造中に二重結合を有する冷媒と、を使用することを特徴とする。さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の圧縮機を搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る冷凍機油によれば、分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用され、この冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加することによって構成されているので、油性剤を冷媒よりも早く金属材料へ吸着させることができ、金属材料同士の直接接触を防止することができる。したがって、油性剤が吸着した部分における摩擦係数の低下を図ることができ、摩擦熱の発生を防止することができる。つまり、摩擦熱の発生を防止できることにより、冷媒の分解を抑制でき、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る圧縮機によれば、上記の冷凍機油を使用するので、特に圧縮機内部の摺動部等における摩擦熱の発生を防止することができ、圧縮機内部での冷媒の分解を抑制でき、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になる。
【００１６】
さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の圧縮機を搭載するので、圧縮機内部で発生する摩擦熱により冷媒が分解されることがなく、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になり、冷凍サイクル装置の性能低下を低減できる。
【００１７】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の潤滑油組成物を循環させているので、冷媒の化学的性質が安定し、冷凍サイクル内に発生するスラッジを低減でき、信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１では、二重結合を有する冷媒、たとえばハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）のうちの１種類である２、３、３、３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）の化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その構造式がＣＦ3ＣＦ＝ＣＨ2で表され、分子構造中に二重結合を有している。つまり、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、たとえばロータリ圧縮機に適用すると、油膜が形成されにくい摺動部等での摩擦熱によって分解されやすい。
【００１９】
そこで、この実施の形態１では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているアルコールを油性剤として冷凍機油に添加している。吸着性に優れているとは、メタルコンタクトが発生しやすい、たとえば圧縮機内部の摺動部のような箇所において、冷媒が金属表面に吸着するよりも早く、油性剤が金属表面に吸着することができるということである。このアルコールは、その分子構造中の炭素原子の数を１０〜２５とし、概ね直鎖型の構造で１価のＯＨ基を有することが望ましい。アルコールの代表的な分子構造は、［ＣＨ3 −（ＣＨ2 ）ｎ1 −ＯＨ］で表される。
【００２０】
したがって、このようなアルコールを油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。
【００２１】
アルコールの分子構造中の炭素原子数が１０以下では、直鎖状の部分が短くなるために、油性剤としての効果を十分に得ることができない。また、アルコールの分子構造中の炭素原子の数が２６以上では、アルコールが固化してしまうことが懸念される。したがって、アルコールを構成する炭素原子の数は、１０〜２５とすることが望ましい。また、［（ＣＨ3 ）2 −ＣＨ−（ＣＨ2 ）ｎ2 −ＯＨ］や［（ＣＨ3 ＣＨ2 ）2 −ＣＨ−（ＣＨ2 ）ｎ3 −ＯＨ］等のように端部に分岐を有するアルコール、あるいは［ＣＨ3 −（ＣＨ2 ）ｎ4 −ＣＨＣＨ3 −（ＣＨ2 ）ｎ5 −ＯＨ］等のように一部に分岐が存在するアルコールであっても、ほぼ同等の効果を得ることができる。なお、それぞれの分子構造において炭素原子の総数が１０〜２５となるようにｎ1 からｎ5 が決定される。
【００２２】
冷凍機油には、その主成分としてアルキルベンゼンを適用することが望ましい。それは、アルキルベンゼンの体積低効率が１０15〜１０16Ωｃｍであるため、圧縮機における電気絶縁性を確保することができるからである。ＨＦＣ１３４ａやＲ４１０Ａ冷媒等のＨＦＣ系冷媒の下でアルキルベンゼンを冷凍機油に適用するための技術は、既に実用化されている。このＨＦＣ系冷媒のアルキルベンゼンに対する溶解量は、２重量％以下である。一方、テトラフルオロプロペンのように分子構造中に二重結合を有する冷媒のアルキルベンゼンに対する溶解量は、ＨＦＣ系冷媒よりも多くなる。
【００２３】
したがって、圧縮機への油戻り性は、二重結合を有する冷媒において優れていることになる。つまり、ＨＦＣ系冷媒は、アルキルベンゼンとの相溶性が低く、圧縮機への油戻り性が悪いという問題があったが、二重結合を有する冷媒は、ＨＦＣ系冷媒よりも相溶性が高く、圧縮機への油戻り性が改善できるのである。そのため、圧縮機の内部に冷凍機油を確保しやすくなり、圧縮機内部の摺動部における焼付きや摩耗の抑制効果を向上できる。また、アルキルベンゼンを適用することにより、圧縮機の内部に液冷媒が貯留するような冬季の圧縮機の起動時においても、摺動部の焼付きや摩耗を防止することができ、圧縮機のすべての運転条件において高い油膜形成能力を確保できることになる。
【００２４】
また、ＨＦＣ系冷媒の下で動粘度が４０℃において１０〜２２ｃＳｔのアルキルベンゼンが既に実用化されている。上述したように、テトラフルオロプロペンのような二重結合を有する冷媒のアルキルベンゼンへの溶解量は、ＨＦＣ系冷媒よりも多くなる。すなわち、テトラフルオロプロペンのような二重結合を有する冷媒の下では、４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを適用すれば、ＨＦＣ系冷媒を使用した場合と同等の効果を確保することができるのである。
【００２５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２でも、３、３、３−テトラフルオロプロペンの化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。上述したように、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、熱が加わることよって分解されやすいという性質を有している。そこで、実施の形態１では、冷媒よりも極性の高いアルコールを油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明したが、この実施の形態２では、冷媒よりも極性の高いエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明する。
【００２６】
この実施の形態２では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているエステル油を油性剤として冷凍機油に添加している。このエステル油は、その分子構造中の炭素原子の数を１０〜４０とすることが望ましい。また、エステル油は、アルコールと脂肪酸とがエステル結合することで形成されており、このエステル油を形成するアルコール及び脂肪酸の炭素原子の数をそれぞれ５〜２０とすることが望ましい。エステル油の代表的な分子構造は、［ＣＨ3−（ＣＨ2）ｎ6 −ＣＯＯ−（ＣＨ2）ｎ7−ＣＨ3 ］で表される。この分子構造は、エステル油が直鎖状であることを示しているが、分子構造中に分岐構造を有するエステル油であっても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
したがって、このようなエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。
【００２８】
また、冷凍機油には、実施の形態１と同様に、その主成分として４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを適用することが望ましい。なお、上述したように、エステル油の分子構造は、代表的な分子構造式で示すような直鎖状であることが望ましいが、分子構造中の一部が分岐しているようなエステル油であっても、ほぼ同等の効果を得ることができる。また、それぞれの分子構造において炭素原子の総数が１０〜４０となるようにｎ6及びｎ7が決定される。
【００２９】
実施の形態３.
本発明の実施の形態３でも、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンの化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。上述したように、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、熱が加わることよって分解されやすいという性質を有している。そこで、実施の形態１では、冷媒よりも極性の高いアルコールを油性剤として、実施の形態２では、冷媒よりも極性の高いエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明した。さらに、この実施の形態３では、冷媒よりも極性の高いグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明する。
【００３０】
この実施の形態３では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加している。このグリコール類としては、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、又は、ポリブチレングリコール（ＰＢＧ）であることが望ましい。また、ＰＡＧ、ＰＥＧ及びＰＢＧの両末端部の構造は、アルキル基であることが望ましいが、別のものであってもよい。なお、ＰＡＧ、ＰＥＧ及びＰＢＧは、それぞれを単独で油性剤として冷凍機油に添加してもよく、いずれか２つを油性剤として冷凍機油に添加してもよく、あるいは、それらのすべてを同時に油性剤として冷凍機油に添加してもよい。
【００３１】
したがって、このようなグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。また、冷凍機油には、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、その主成分として４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを適用することが望ましい。
【００３２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、上記の実施の形態で説明した分子構造中に二重結合を有する冷媒の一例であるテトラフルオロプロペンを使用した圧縮機について説明する。
図１は、圧縮機の一例であるロータリ圧縮機５０の概略縦断面構成を示す縦断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ部における横断面構成を示す横断面図である。図１及び図２に基づいて、テトラフルオロプロペンを冷媒として使用するロータリ圧縮機５０の構成及び動作について説明する。このロータリ圧縮機５０は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置を構成する冷凍機器の１つとして搭載されるものである。
【００３３】
ロータリ圧縮機５０は、冷凍サイクルを循環する分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえばテトラフルオロプロペンの１種類である２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させる機能を有するものである。このロータリ圧縮機５０は、ステータ２及びロータ３によって構成される電動機部５１と、この電動機部５１によって駆動される圧縮機構部５２と、が密閉容器（シェル）１内に収納されて構成されている。
【００３４】
圧縮機構部５２は、フレーム７と、シリンダヘッド８とによって上下開口部を閉塞されて内部空間を形成するシリンダ６と、上軸受９及び下軸受１０に回転自在に支持され、偏心部４ａを有するクランク軸４と、クランク軸４の偏心部４ａに位置し、シリンダ６の内部空間に回転自在に設置されたローリングピストン５と、シリンダ６の切り欠き部に設置され、その先端部がローリングピストン５の外周面に接触し、シリンダ６内の内部空間を低圧側の吸入室１５と高圧側の圧縮室１６とに分割し、その背面を高圧に確保された背圧室１７の圧力によって押し出されるベーン１１と、によって構成される。
【００３５】
また、吸入管１２が吸入室１５に連結され、圧縮室１６と密閉容器１内とが連通するように吐出口１３がフレーム７に穿設されている。ロータ３は、クランク軸４のシリンダ６と相対する一端に固着され、ステータ２がロータ３を囲繞するように密閉容器１に固着されている。また、クランク軸４の偏心部４ａが上軸受９と下軸受１０との間に位置するようにクランク軸４の一端側に設けられている。さらに、冷凍機油１４が密閉容器１の底部に貯液されている。この冷凍機油１４は、４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンであるものとする。
【００３６】
次に、ロータリ圧縮機５０の動作について説明する。
電動機部５１に通電されると、ロータ３が回転され、ロータ３に固着されているクランク軸４が回転駆動される。このクランク軸４の回転により、クランク軸４の偏心部４ａに嵌合されているローリングピストン５がシリンダ６内の内部空間の内部を偏心回転運動する。このとき、ベーン１１は、このローリングピストン５の偏心回転運動に伴って、内部空間内への延出量を変化させながら背圧室１７の圧力によってローリングピストン５の外周面に接触し、シリンダ６の内部空間を吸入室１５と圧縮室１６とに区分する。
【００３７】
また、このローリングピストン５の外周面は、ベーン１１の先端面と線接触状態を維持しながら、ベーン１１の先端面上を摺動する。そして、吸入管１２を介して吸入室１５に導入された作動流体（冷媒ガス）は、ローリングピストン５の偏心回転運動により圧縮され、圧縮室１６の圧力が所定の値まで上昇すると吐出弁１８が開き、吐出口１３から密閉容器１内に高圧の作動流体が吐出され、吐出パイプ１４から外部の冷凍サイクル（実施の形態５参照）に排出される。
【００３８】
ここで、クランク軸４の回転に起因するポンプ作用と密閉容器１内部の差圧効果により、冷凍機油１４がクランク軸４内部に形成されている図示省略の給油溝に供給され、すべり軸受（上軸受９及び下軸受１０）の潤滑が行なわれる。また、すべり軸受に供給された冷凍機油１４の一部がローリングピストン５の両端面からシリンダ６の内部空間に漏洩し、ローリングピストン５の外周面とベーン１１の先端部との間の接触部やベーン１１とシリンダ６との間の摺動部等の潤滑が行なわれる。
【００３９】
このようなロータリ圧縮機５０に、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用すると、たとえばベーン１１の先端部のように油膜が形成されにくい摺動部では摩擦力が大きくなり、その摩擦熱によって、冷媒が分解されやすくなる。そこで、実施の形態４に係るロータリ圧縮機５０では、４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを主成分とし、このアルキルベンゼンに油性剤（たとえば、アルコール、エステル油又はグリコール類）を添加した冷凍機油を使用している。
【００４０】
冷凍機油に添加される油性剤は、いずれも２，３，３，３−テトラフルオロプロペン冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているので、冷媒がローリングピストン５の外周面とベーン１１の先端部との間の接触部やベーン１１とシリンダ６との間の摺動部等の摺動部に付着するよりも早く、それらに付着することができ、摺動部での金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。つまり、摺動部における摩擦係数を低下でき、摩擦熱の発生を防止できる。したがって、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン冷媒が、摩擦熱で分解されることがなく、この冷媒が有する能力を長期間維持することが可能になる。なお、実施の形態４では、ロータリ圧縮機を一例に説明したが、これに限定するものではなく、他の種類の圧縮機であってもよい。
【００４１】
実施の形態５.
図３は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１００の主な冷媒回路構成を示す概略構成図である。図３に基づいて、冷凍サイクル装置１００の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン冷媒に実施の形態１〜実施の形態３で説明した油性剤を添加して循環させるとともに、実施の形態４に係るロータリ圧縮機５０を搭載したものである。この冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクル（冷媒回路）を使用した装置であればよく、たとえば、空気調和装置や冷凍装置、ヒートポンプシステム、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、自動販売機等とすることができる。
【００４２】
この冷凍サイクル装置１００は、ロータリ圧縮機５０と、凝縮器１０２と、絞り装置１０３と、蒸発器１０４とを冷媒配管１１０で順次接続して構成されている。ロータリ圧縮機５０は、冷媒配管１１０を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態とするものである。凝縮器１０２は、冷媒配管１１０を導通する冷媒と流体（空気や水、冷媒等）との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮・液化するものである。絞り装置１０３は、冷媒配管１１０を導通する冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置３は、たとえば毛細管や電磁弁等で構成するとよい。蒸発器１０４は、冷媒配管１１０を導通する冷媒と流体との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発・ガス化するものである。
【００４３】
ここで、冷凍サイクル装置１００の動作について簡単に説明する。
ロータリ圧縮機５０で圧縮されて高温・高圧となった冷媒は、凝縮器１０２に流入する。この凝縮器１０２では、冷媒が流体と熱交換して凝縮し、低温・高圧の液冷媒又は気液二相冷媒となる。凝縮器１０２から流出した冷媒は、絞り装置１０３で減圧され、低温・低圧の液冷媒又は気液二相冷媒となって蒸発器１０４に流入する。蒸発器１０４では、冷媒が流体と熱交換して蒸発し、高温・低圧の冷媒ガスとなり、ロータリ圧縮機５０に再度吸入される。
【００４４】
この冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクル内に封入される冷凍機油に油性剤を添加し、圧縮機内部の摺動部等での摩擦熱を発生させないようにしているので、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを使用したとしても、摩擦熱によって冷媒が分解してしまうのを防止することができる。したがって、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンの劣化防止を図ることができ、冷凍サイクル装置１００の能力維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】圧縮機の一例であるロータリ圧縮機の概略縦断面構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ部における横断面構成を示す横断面図である。
【図３】実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の主な冷媒回路構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 密閉容器、 ２ ステータ、 ３ ロータ、 ４ クランク軸、 ４ａ 偏心部、５ ローリングピストン、 ６ シリンダ、 ７ フレーム、 ８ シリンダヘッド、９ 上軸受、１０ 下軸受、 １１ ベーン、 １２ 吸入管、 １３ 吐出口、１４ 冷凍機油、 １５ 吸入室、 １６ 圧縮室、 １７ 背圧室、１８ 吐出弁、５０ ロータリ圧縮機、５１ 電動機部、５２ 圧縮機構部、１００ 冷凍サイクル装置、１０２ 凝縮器、１０３ 絞り装置、１０４ 蒸発器、１１０ 冷媒配管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒とともに使用される冷凍機油、これを使用した圧縮機、及びこの圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置に関するものであり、特に分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置や冷凍装置、ヒートポンプシステム等の冷凍サイクル装置に使用する冷媒には、オゾン層保護の観点から、塩素を含む冷凍空調機用冷媒、たとえばＣＦＣ−１２やＨＣＦＣ２２等が用いられなくなってきており、そのような冷媒に代替して主に炭素、水素及びフッ素のみで構成されるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒（たとえば、ＨＦＣ１３４ａや、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等）が用いられるようになっていた。しかしながら、近年の地球環境問題に対するさらなる関心の高まりから地球温暖化係数の大きなＨＦＣ系冷媒の使用も避けられつつあり、ＨＦＣ系冷媒から地球温暖化係数の小さな冷媒への代替化が検討されている。
【０００３】
そのようなものとして、ハイドロフルオロオレフィン（フルオロアルケンとも称される）が、代替冷媒の有力候補となっている（たとえば、特許文献１参照）。このハイドロフルオロオレフィンは、従来のＨＦＣ系冷媒と比較して化学的安定性が低いことから地球温暖化係数が小さいという特性を有している。ＨＦＣ系冷媒の１つであるＲ４１０Ａの地球温暖化係数は、二酸化炭素の地球温暖化係数と比較して２０００倍程度であるのに対し、ハイドロフルオロオレフィンの地球温暖化係数は、二酸化炭素の地球温暖化係数と比較して４倍程度である。また、ハイドロフルオロオレフィンは、圧力も従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒並みであるという特性も有している。なお、地球温暖化係数とは、二酸化炭素の温室効果を基準にした温室効果の度合いを示す値である。
【０００４】
一般的に、冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルを有する構成となっている。この冷凍サイクル内に冷媒及び冷凍機油を封入し、循環させることで、冷凍サイクル装置が運転される。その場合、圧縮機内部の摺動部において、メタルコンタクト（金属接触）が発生することが多い。したがって、圧縮機内部の摺動部に、摩擦係数を低減するのに十分な量の冷凍機油を供給する必要がある。そうしないと、圧縮機内部の摺動部に摩耗や焼付が生じ、圧縮機が故障することになるからである。
【０００５】
このような冷凍機油を用いた例としては、「冷凍サイクルに用いられ、密閉容器内に潤滑油となる冷凍機油を貯溜して、少なくとも冷媒ガスを圧縮する圧縮機であって、前記冷凍機油を、臨界温度４０℃以上で、粘度が４０℃のとき２〜７０ｃＳｔ、１００℃のとき１〜９ｃＳｔであり、分子中にエステル結合（−Ｏ−ＣＯ−）を少なくとも２ヶ所保有する脂肪酸のエステル油を基油とした冷凍機油で構成して成る」圧縮機が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術では、ＨＦＣを主成分とする冷媒に、粘度が４０℃のとき２〜７０ｃＳｔ、１００℃のとき１〜９ｃＳｔであり、体積抵抗率が１０13Ωｃｍ以上で、分子構造中にエステル結合を少なくとも２ヶ所保有する脂肪酸のエステル油を基油とし、油中に含まれる水分量を５００ｐｐｍ以下に抑制している。
【０００６】
また、「冷媒としてＨＦＣ１３４ａを使用する冷媒圧縮機において、該圧縮機の部品に塗布する油または圧縮機組立時に使用する油として冷媒と油が二相分離状態となり相互溶解性のない油を用いた」冷媒圧縮機が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の技術では、ＨＦＣを主成分とする冷媒と相互溶解性（以下、相溶性と称する）を有することなく、その粘度が２００ｃＳｔ以下で、その比重が冷媒よりも軽いアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油に適用するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２５３７７９号公報（第１０頁、第７図等）
【特許文献２】特開平０５−１５７３７９号公報（第５頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術のように、エステル油を圧縮機の冷凍機油として適用しても、化学的に極めて良好な安定性を有する冷媒、つまり分子構造中に二重結合をしていない冷媒（たとえば、ＨＦＣ１３４ａやＲ４１０Ａ（ＨＦＣ３２／ＨＦＣ１２５＝５０％／５０％）等の従来のＨＦＣ系冷媒）を使用するものに対しては、油中の水分量を抑制することによって良好な潤滑性能を確保することができていた。また、特許文献２に記載の技術では、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有しないアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油として適用しているため、ＨＦＣ系冷媒と溶解性を有するエステル油等の冷凍機油を適用する場合よりも低い粘度の冷凍機油を使用することができていた。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、冷凍機油にエステル油を圧縮機に適用した場合には、特に冬季のような外気温が低い条件の下での冷凍サイクル装置の起動時において、圧縮機の内部に多量の液冷媒が流入することによって、エステル油が粘度低下を起こすことになってしまう。そうすると、圧縮機内部の軸受部（たとえば、上軸受や下軸受等）では油膜を形成することができずに焼付きが発生しやすくなり、圧縮機内部の摺動部（たとえば、ローリングピストンの外周面とベーンの先端部との間の接触部等）では摩耗量が増加しやすくなり、圧縮機が故障する可能性が高くなるという課題があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術のように、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有しないアルキルベンゼンやポリアルファオレフィンを冷凍機油として圧縮機に適用すると、圧縮機の内部に多量の液冷媒が存在する条件下で冷凍サイクル装置を起動した場合に、仮にすべり軸受で焼付きが発生せず、ベーン先端部の摩耗量が圧縮機の性能低下に繋がるほど多量にならなかったとしても、冷媒と冷凍機油との相溶性が低いために、冷凍サイクルに流出した冷凍機油が圧縮機に戻りにくくなるという課題があった。つまり、冷媒と冷凍機油との相溶性の問題を考慮しなければならないのである。
【００１１】
さらに、分子構造の中に二重結合を有するハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）の１つである２、３、３、３−テトラフルオロプロペン等の冷媒を適用した圧縮機では、化学的に安定性を有している冷媒を適用する際には必要のなかった問題を考慮しなければならない。すなわち、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、圧縮機内部の摺動部の摩擦熱によって分解されるという化学的性質を有しているため、この点を考慮しなければ、圧縮機が故障しなかったとしても、冷凍サイクル装置の性能が低下することになってしまうのである。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２、３、３、３−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用するものにおいて、その冷媒とともに循環させる冷凍機油に油性剤を加えることによって、冷媒を化学的に安定させるようにした冷凍機油、この冷凍機油を適用することで信頼性を向上させた圧縮機、及び、この圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る冷凍機油は、分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油であって、前記冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加して構成されることを特徴とする。また、本発明に係る圧縮機は、上記の油性剤が添加されている冷凍機油と、分子構造中に二重結合を有する冷媒と、を使用することを特徴とする。さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の圧縮機を搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る冷凍機油によれば、分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用され、この冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加することによって構成されているので、油性剤を冷媒よりも早く金属材料へ吸着させることができ、金属材料同士の直接接触を防止することができる。したがって、油性剤が吸着した部分における摩擦係数の低下を図ることができ、摩擦熱の発生を防止することができる。つまり、摩擦熱の発生を防止できることにより、冷媒の分解を抑制でき、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る圧縮機によれば、上記の冷凍機油を使用するので、特に圧縮機内部の摺動部等における摩擦熱の発生を防止することができ、圧縮機内部での冷媒の分解を抑制でき、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になる。
【００１６】
さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の圧縮機を搭載するので、圧縮機内部で発生する摩擦熱により冷媒が分解されることがなく、冷媒の能力を長期間にわたって持続させることが可能になり、冷凍サイクル装置の性能低下を低減できる。
【００１７】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の潤滑油組成物を循環させているので、冷媒の化学的性質が安定し、冷凍サイクル内に発生するスラッジを低減でき、信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１では、二重結合を有する冷媒、たとえばハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）のうちの１種類である２、３、３、３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）の化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その構造式がＣＦ3ＣＦ＝ＣＨ2で表され、分子構造中に二重結合を有している。つまり、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、たとえばロータリ圧縮機に適用すると、油膜が形成されにくい摺動部等での摩擦熱によって分解されやすい。
【００１９】
そこで、この実施の形態１では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているアルコールを油性剤として冷凍機油に添加している。吸着性に優れているとは、メタルコンタクトが発生しやすい、たとえば圧縮機内部の摺動部のような箇所において、冷媒が金属表面に吸着するよりも早く、油性剤が金属表面に吸着することができるということである。このアルコールは、その分子構造中の炭素原子の数を１０〜２５とし、概ね直鎖型の構造で１価のＯＨ基を有することが望ましい。アルコールの代表的な分子構造は、［ＣＨ3 −（ＣＨ2 ）ｎ1 −ＯＨ］で表される。
【００２０】
したがって、このようなアルコールを油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。
【００２１】
アルコールの分子構造中の炭素原子数が１０以下では、直鎖状の部分が短くなるために、油性剤としての効果を十分に得ることができない。また、アルコールの分子構造中の炭素原子の数が２６以上では、アルコールが固化してしまうことが懸念される。したがって、アルコールを構成する炭素原子の数は、１０〜２５とすることが望ましい。また、［（ＣＨ3 ）2 −ＣＨ−（ＣＨ2 ）ｎ2 −ＯＨ］や［（ＣＨ3 ＣＨ2 ）2 −ＣＨ−（ＣＨ2 ）ｎ3 −ＯＨ］等のように端部に分岐を有するアルコール、あるいは［ＣＨ3 −（ＣＨ2 ）ｎ4 −ＣＨＣＨ3 −（ＣＨ2 ）ｎ5 −ＯＨ］等のように一部に分岐が存在するアルコールであっても、ほぼ同等の効果を得ることができる。なお、それぞれの分子構造において炭素原子の総数が１０〜２５となるようにｎ1 からｎ5 が決定される。
【００２２】
冷凍機油には、その主成分としてアルキルベンゼンを適用することが望ましい。それは、アルキルベンゼンの体積低効率が１０15〜１０16Ωｃｍであるため、圧縮機における電気絶縁性を確保することができるからである。ＨＦＣ１３４ａやＲ４１０Ａ冷媒等のＨＦＣ系冷媒の下でアルキルベンゼンを冷凍機油に適用するための技術は、既に実用化されている。このＨＦＣ系冷媒のアルキルベンゼンに対する溶解量は、２重量％以下である。一方、テトラフルオロプロペンのように分子構造中に二重結合を有する冷媒のアルキルベンゼンに対する溶解量は、ＨＦＣ系冷媒よりも多くなる。
【００２３】
したがって、圧縮機への油戻り性は、二重結合を有する冷媒において優れていることになる。つまり、ＨＦＣ系冷媒は、アルキルベンゼンとの相溶性が低く、圧縮機への油戻り性が悪いという問題があったが、二重結合を有する冷媒は、ＨＦＣ系冷媒よりも相溶性が高く、圧縮機への油戻り性が改善できるのである。そのため、圧縮機の内部に冷凍機油を確保しやすくなり、圧縮機内部の摺動部における焼付きや摩耗の抑制効果を向上できる。また、アルキルベンゼンを適用することにより、圧縮機の内部に液冷媒が貯留するような冬季の圧縮機の起動時においても、摺動部の焼付きや摩耗を防止することができ、圧縮機のすべての運転条件において高い油膜形成能力を確保できることになる。
【００２４】
また、ＨＦＣ系冷媒の下で動粘度が４０℃において１０〜２２ｃＳｔのアルキルベンゼンが既に実用化されている。上述したように、テトラフルオロプロペンのような二重結合を有する冷媒のアルキルベンゼンへの溶解量は、ＨＦＣ系冷媒よりも多くなる。すなわち、テトラフルオロプロペンのような二重結合を有する冷媒の下では、４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを適用すれば、ＨＦＣ系冷媒を使用した場合と同等の効果を確保することができるのである。
【００２５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２でも、３、３、３−テトラフルオロプロペンの化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。上述したように、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、熱が加わることよって分解されやすいという性質を有している。そこで、実施の形態１では、冷媒よりも極性の高いアルコールを油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明したが、この実施の形態２では、冷媒よりも極性の高いエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明する。
【００２６】
この実施の形態２では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているエステル油を油性剤として冷凍機油に添加している。このエステル油は、その分子構造中の炭素原子の数を１０〜４０とすることが望ましい。また、エステル油は、アルコールと脂肪酸とがエステル結合することで形成されており、このエステル油を形成するアルコール及び脂肪酸の炭素原子の数をそれぞれ５〜２０とすることが望ましい。エステル油の代表的な分子構造は、［ＣＨ3−（ＣＨ2）ｎ6 −ＣＯＯ−（ＣＨ2）ｎ7−ＣＨ3 ］で表される。この分子構造は、エステル油が直鎖状であることを示しているが、分子構造中に分岐構造を有するエステル油であっても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
したがって、このようなエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。
【００２８】
また、冷凍機油には、実施の形態１と同様に、その主成分として４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを適用することが望ましい。なお、上述したように、エステル油の分子構造は、代表的な分子構造式で示すような直鎖状であることが望ましいが、分子構造中の一部が分岐しているようなエステル油であっても、ほぼ同等の効果を得ることができる。また、それぞれの分子構造において炭素原子の総数が１０〜４０となるようにｎ6及びｎ7が決定される。
【００２９】
実施の形態３.
本発明の実施の形態３でも、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンの化学的性質、及び、その化学的性質の安定化について説明する。上述したように、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンは、その分子構造中に二重結合を有するため、熱が加わることよって分解されやすいという性質を有している。そこで、実施の形態１では、冷媒よりも極性の高いアルコールを油性剤として、実施の形態２では、冷媒よりも極性の高いエステル油を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明した。さらに、この実施の形態３では、冷媒よりも極性の高いグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加することで冷媒の化学的性質を安定させる場合を例に説明する。
【００３０】
この実施の形態３では、冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加している。このグリコール類としては、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、又は、ポリブチレングリコール（ＰＢＧ）であることが望ましい。また、ＰＡＧ、ＰＥＧ及びＰＢＧの両末端部の構造は、アルキル基であることが望ましいが、別のものであってもよい。なお、ＰＡＧ、ＰＥＧ及びＰＢＧは、それぞれを単独で油性剤として冷凍機油に添加してもよく、いずれか２つを油性剤として冷凍機油に添加してもよく、あるいは、それらのすべてを同時に油性剤として冷凍機油に添加してもよい。
【００３１】
したがって、このようなグリコール類を油性剤として冷凍機油に添加することによって、この油性剤がたとえばロータリ圧縮機の摺動部に、冷媒が付着するよりも早く付着することになり、分子構造中、直鎖状となっている部分で金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。また、メタルコンタクトを防止できるので、摩擦係数を低下させることができる。つまり、摩擦熱の発生を抑制することができるので、摩擦熱による冷媒の分解を効果的に防止することができ、冷媒の化学的な性質を安定させることができる。また、冷凍機油には、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、その主成分として４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを適用することが望ましい。
【００３２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、上記の実施の形態で説明した分子構造中に二重結合を有する冷媒の一例であるテトラフルオロプロペンを使用した圧縮機について説明する。
図１は、圧縮機の一例であるロータリ圧縮機５０の概略縦断面構成を示す縦断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ部における横断面構成を示す横断面図である。図１及び図２に基づいて、テトラフルオロプロペンを冷媒として使用するロータリ圧縮機５０の構成及び動作について説明する。このロータリ圧縮機５０は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置を構成する冷凍機器の１つとして搭載されるものである。
【００３３】
ロータリ圧縮機５０は、冷凍サイクルを循環する分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえばテトラフルオロプロペンの１種類である２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させる機能を有するものである。このロータリ圧縮機５０は、ステータ２及びロータ３によって構成される電動機部５１と、この電動機部５１によって駆動される圧縮機構部５２と、が密閉容器（シェル）１内に収納されて構成されている。
【００３４】
圧縮機構部５２は、フレーム７と、シリンダヘッド８とによって上下開口部を閉塞されて内部空間を形成するシリンダ６と、上軸受９及び下軸受１０に回転自在に支持され、偏心部４ａを有するクランク軸４と、クランク軸４の偏心部４ａに位置し、シリンダ６の内部空間に回転自在に設置されたローリングピストン５と、シリンダ６の切り欠き部に設置され、その先端部がローリングピストン５の外周面に接触し、シリンダ６内の内部空間を低圧側の吸入室１５と高圧側の圧縮室１６とに分割し、その背面を高圧に確保された背圧室１７の圧力によって押し出されるベーン１１と、によって構成される。
【００３５】
また、吸入管１２が吸入室１５に連結され、圧縮室１６と密閉容器１内とが連通するように吐出口１３がフレーム７に穿設されている。ロータ３は、クランク軸４のシリンダ６と相対する一端に固着され、ステータ２がロータ３を囲繞するように密閉容器１に固着されている。また、クランク軸４の偏心部４ａが上軸受９と下軸受１０との間に位置するようにクランク軸４の一端側に設けられている。さらに、冷凍機油１４が密閉容器１の底部に貯液されている。この冷凍機油１４は、４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンであるものとする。
【００３６】
次に、ロータリ圧縮機５０の動作について説明する。
電動機部５１に通電されると、ロータ３が回転され、ロータ３に固着されているクランク軸４が回転駆動される。このクランク軸４の回転により、クランク軸４の偏心部４ａに嵌合されているローリングピストン５がシリンダ６内の内部空間の内部を偏心回転運動する。このとき、ベーン１１は、このローリングピストン５の偏心回転運動に伴って、内部空間内への延出量を変化させながら背圧室１７の圧力によってローリングピストン５の外周面に接触し、シリンダ６の内部空間を吸入室１５と圧縮室１６とに区分する。
【００３７】
また、このローリングピストン５の外周面は、ベーン１１の先端面と線接触状態を維持しながら、ベーン１１の先端面上を摺動する。そして、吸入管１２を介して吸入室１５に導入された作動流体（冷媒ガス）は、ローリングピストン５の偏心回転運動により圧縮され、圧縮室１６の圧力が所定の値まで上昇すると吐出弁１８が開き、吐出口１３から密閉容器１内に高圧の作動流体が吐出され、吐出パイプ１４から外部の冷凍サイクル（実施の形態５参照）に排出される。
【００３８】
ここで、クランク軸４の回転に起因するポンプ作用と密閉容器１内部の差圧効果により、冷凍機油１４がクランク軸４内部に形成されている図示省略の給油溝に供給され、すべり軸受（上軸受９及び下軸受１０）の潤滑が行なわれる。また、すべり軸受に供給された冷凍機油１４の一部がローリングピストン５の両端面からシリンダ６の内部空間に漏洩し、ローリングピストン５の外周面とベーン１１の先端部との間の接触部やベーン１１とシリンダ６との間の摺動部等の潤滑が行なわれる。
【００３９】
このようなロータリ圧縮機５０に、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンを冷媒として適用すると、たとえばベーン１１の先端部のように油膜が形成されにくい摺動部では摩擦力が大きくなり、その摩擦熱によって、冷媒が分解されやすくなる。そこで、実施の形態４に係るロータリ圧縮機５０では、４０℃における動粘度が概ね３２ｃＳｔ以下のアルキルベンゼンを主成分とし、このアルキルベンゼンに油性剤（たとえば、アルコール、エステル油又はグリコール類）を添加した冷凍機油を使用している。
【００４０】
冷凍機油に添加される油性剤は、いずれも２，３，３，３−テトラフルオロプロペン冷媒よりも極性が高く、吸着性に優れているので、冷媒がローリングピストン５の外周面とベーン１１の先端部との間の接触部やベーン１１とシリンダ６との間の摺動部等の摺動部に付着するよりも早く、それらに付着することができ、摺動部での金属材料同士の直接接触を防止することが可能になる。つまり、摺動部における摩擦係数を低下でき、摩擦熱の発生を防止できる。したがって、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン冷媒が、摩擦熱で分解されることがなく、この冷媒が有する能力を長期間維持することが可能になる。なお、実施の形態４では、ロータリ圧縮機を一例に説明したが、これに限定するものではなく、他の種類の圧縮機であってもよい。
【００４１】
実施の形態５.
図３は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１００の主な冷媒回路構成を示す概略構成図である。図３に基づいて、冷凍サイクル装置１００の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン冷媒に実施の形態１〜実施の形態３で説明した油性剤を添加して循環させるとともに、実施の形態４に係るロータリ圧縮機５０を搭載したものである。この冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクル（冷媒回路）を使用した装置であればよく、たとえば、空気調和装置や冷凍装置、ヒートポンプシステム、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、自動販売機等とすることができる。
【００４２】
この冷凍サイクル装置１００は、ロータリ圧縮機５０と、凝縮器１０２と、絞り装置１０３と、蒸発器１０４とを冷媒配管１１０で順次接続して構成されている。ロータリ圧縮機５０は、冷媒配管１１０を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態とするものである。凝縮器１０２は、冷媒配管１１０を導通する冷媒と流体（空気や水、冷媒等）との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮・液化するものである。絞り装置１０３は、冷媒配管１１０を導通する冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置３は、たとえば毛細管や電磁弁等で構成するとよい。蒸発器１０４は、冷媒配管１１０を導通する冷媒と流体との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発・ガス化するものである。
【００４３】
ここで、冷凍サイクル装置１００の動作について簡単に説明する。
ロータリ圧縮機５０で圧縮されて高温・高圧となった冷媒は、凝縮器１０２に流入する。この凝縮器１０２では、冷媒が流体と熱交換して凝縮し、低温・高圧の液冷媒又は気液二相冷媒となる。凝縮器１０２から流出した冷媒は、絞り装置１０３で減圧され、低温・低圧の液冷媒又は気液二相冷媒となって蒸発器１０４に流入する。蒸発器１０４では、冷媒が流体と熱交換して蒸発し、高温・低圧の冷媒ガスとなり、ロータリ圧縮機５０に再度吸入される。
【００４４】
この冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクル内に封入される冷凍機油に油性剤を添加し、圧縮機内部の摺動部等での摩擦熱を発生させないようにしているので、分子構造中に二重結合を有する冷媒、たとえば２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを使用したとしても、摩擦熱によって冷媒が分解してしまうのを防止することができる。したがって、２、３、３、３−テトラフルオロプロペンの劣化防止を図ることができ、冷凍サイクル装置１００の能力維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】圧縮機の一例であるロータリ圧縮機の概略縦断面構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ部における横断面構成を示す横断面図である。
【図３】実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の主な冷媒回路構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 密閉容器、 ２ ステータ、 ３ ロータ、 ４ クランク軸、 ４ａ 偏心部、５ ローリングピストン、 ６ シリンダ、 ７ フレーム、 ８ シリンダヘッド、９ 上軸受、１０ 下軸受、 １１ ベーン、 １２ 吸入管、 １３ 吐出口、１４ 冷凍機油、 １５ 吸入室、 １６ 圧縮室、 １７ 背圧室、１８ 吐出弁、５０ ロータリ圧縮機、５１ 電動機部、５２ 圧縮機構部、１００ 冷凍サイクル装置、１０２ 凝縮器、１０３ 絞り装置、１０４ 蒸発器、１１０ 冷媒配管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油であって、
前記冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加して構成される
ことを特徴とする冷凍機油。
【請求項２】
前記冷媒をハイドロフルオロオレフィンとし、
前記油性剤が前記ハイドロフルオロオレフィンよりも高い極性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機油。
【請求項３】
前記ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンとし、
前記油性剤が前記テトラフルオロプロペンよりも高い極性を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍機油。
【請求項４】
４０℃において３２ｃＳｔ以下の動粘度を有するアルキルベンゼンを主成分としている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項５】
前記油性剤を、
分子構造中の炭素原子の数が１０〜２５であり、１価のＯＨ基を有するアルコールとしている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項６】
前記アルコールの分子構造が直鎖状になっているものを前記油性剤としている
ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍機油。
【請求項７】
前記アルコールの分子構造の一部が分岐しているものを前記油性剤としている
ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍機油。
【請求項８】
前記油性剤を、
分子構造中の炭素原子の数が１０〜２５であるエステル油としている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項９】
前記油性剤を、
ポリアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、及び、ポリブチレングリコールのうちの少なくとも１つとしている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれか一項に記載の油性剤が添加されている冷凍機油と、
分子構造中に二重結合を有する冷媒と、を使用する
ことを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】
前記冷媒をハイドロフルオロオレフィンとしている
ことを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
【請求項１２】
前記ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンとしている
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
【請求項１３】
前記請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の圧縮機を搭載する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１】
分子構造中に二重結合を有する冷媒とともに使用される冷凍機油であって、
前記冷媒よりも高い極性を有する油性剤を添加して構成される
ことを特徴とする冷凍機油。
【請求項２】
前記冷媒をハイドロフルオロオレフィンとし、
前記油性剤が前記ハイドロフルオロオレフィンよりも高い極性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機油。
【請求項３】
前記ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンとし、
前記油性剤が前記テトラフルオロプロペンよりも高い極性を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍機油。
【請求項４】
４０℃において３２ｃＳｔ以下の動粘度を有するアルキルベンゼンを主成分としている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項５】
前記油性剤を、
分子構造中の炭素原子の数が１０〜２５であり、１価のＯＨ基を有するアルコールとしている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項６】
前記アルコールの分子構造が直鎖状になっているものを前記油性剤としている
ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍機油。
【請求項７】
前記アルコールの分子構造の一部が分岐しているものを前記油性剤としている
ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍機油。
【請求項８】
前記油性剤を、
分子構造中の炭素原子の数が１０〜２５であるエステル油としている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項９】
前記油性剤を、
ポリアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、及び、ポリブチレングリコールのうちの少なくとも１つとしている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機油。
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれか一項に記載の油性剤が添加されている冷凍機油と、
分子構造中に二重結合を有する冷媒と、を使用する
ことを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】
前記冷媒をハイドロフルオロオレフィンとしている
ことを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
【請求項１２】
前記ハイドロフルオロオレフィンをテトラフルオロプロペンとしている
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
【請求項１３】
前記請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の圧縮機を搭載する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２９８９２７（Ｐ２００９−２９８９２７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５５３６９（Ｐ２００８−１５５３６９）
【出願日】平成２０年６月１３日（２００８．６．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１３日（２００８．６．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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