JP2001066004A - 冷凍サイクル - Google Patents

冷凍サイクル

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JP2001066004A JP23569399A JP23569399A JP2001066004A JP 2001066004 A JP2001066004 A JP 2001066004A JP 23569399 A JP23569399 A JP 23569399A JP 23569399 A JP23569399 A JP 23569399A JP 2001066004 A JP2001066004 A JP 2001066004A
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hermetic electric
compressor
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素弘 山口
Shin Nishida
伸 西田
Toshinobu Takasaki
俊伸 高崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化炭素を冷媒とし、かつ、密閉型電動圧
縮機を使用するアキュムレータサイクルにおいて、圧縮
機の効率低下を防止する。 【解決手段】 密閉型電動圧縮機１００の潤滑油とし
て、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）を主成分とす
るオイルを用いる。これにより、二酸化炭素（冷媒）と
ＰＡＧとが混合した状態では、図表４に示すように、そ
の電気絶縁抵抗が１ＧΩ以上となり、実用上問題のない
程度の電気絶縁抵抗を確保することができる。また、Ｐ
ＡＧは、二酸化炭素（冷媒）に対する相溶性がＰＯＥ
（ポリオールエステル）に比べて低いので、潤滑油と共
に潤滑油中に溶け込んだ液相冷媒が密閉型電動圧縮機１
００に多量に吸入されるといったことは発生しない。し
たがって、密閉型電動圧縮機１００の効率が低下するこ
とを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を冷媒
とする冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】冷凍サイクルの圧縮機用の潤滑油（冷凍
機油）は、周知のごとく、冷媒中に混合された状態で圧
縮機内の各摺動部に供給される。そして、１３４ａ等の
フロンを冷媒とする冷凍サイクルにおける一般的な潤滑
油としては、ポリアルキレングリコール（以下、ＰＧＡ
と記す。）やポリオールエステル（以下、ＰＯＥと記
す。）が知られている。
【０００３】ところで、密閉型電動圧縮機においては、
圧縮機構を駆動する電動モータを冷却するために、冷媒
を電動モータ（のハウジング）内に流通させる必要があ
るが、１３４ａ（フロン）とＰＡＧとが混合した状態に
おいては、図表４に示すように、電気絶縁抵抗が非常に
小さいため、１３４ａを冷媒とする冷凍サイクルにおい
ては、ＰＡＧを潤滑油として使用することができない。
【０００４】そこで、１３４ａ（フロン）を冷媒とする
冷凍サイクルにおいて、密閉型電動圧縮機を使用する場
合には、一般的に、ＰＡＧより電気絶縁抵抗が大きいＰ
ＯＥを使用していた。因みに、ＰＡＧは、一般的に、圧
縮機と電動モータ等の駆動源とが別体となった、いわゆ
る開放型圧縮機を使用する冷凍サイクルに使用されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、二酸化炭素
を冷媒とし、かつ、蒸発器から流出する冷媒中から圧縮
機の潤滑油を分離してその分離した潤滑油を気相冷媒と
共に圧縮機の吸入側に供給するアキュムレータを有する
冷凍サイクル（以下、冷凍サイクルをアキュムレータサ
イクルと呼ぶ。）にＰＯＥを使用すると、ＰＯＥは二酸
化炭素に対して相溶性が高いため、潤滑油と共に潤滑油
中に溶け込んだ多量の液相冷媒が密閉型電動圧縮機に吸
入されてしまい、密閉型電動圧縮機が液圧縮状態とな
り、圧縮機の効率が低下してしまうという問題が発生す
る。
【０００６】本発明は、上記点に鑑み、二酸化炭素を冷
媒とし、かつ、密閉型電動圧縮機を使用するアキュムレ
ータサイクルにおいて、圧縮機の効率低下を防止するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、二酸化炭素は略絶縁物質であることに着
目してなされたもので、請求項１、３、４に記載の発明
では、密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポ
リアルキレングリコールを主成分とするオイルを用いた
ことを特徴とする。
【０００８】これにより、二酸化炭素（冷媒）とＰＡＧ
とが混合した状態では、図表４に示すように、その電気
絶縁抵抗が１ＧΩ以上となり、実用上問題のない程度の
電気絶縁抵抗を確保することができる。
【０００９】また、ＰＡＧは、二酸化炭素（冷媒）に対
する相溶性がＰＯＥに比べて低いので、潤滑油と共に潤
滑油中に溶け込んだ液相冷媒が密閉型電動圧縮機（１０
０）に多量に吸入されるといったことは発生しない。し
たがって、密閉型電動圧縮機（１００）の効率が低下す
ることを防止できる。
【００１０】以上に述べたように、本発明によれば、実
用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保しつつ、密閉
型電動圧縮機の効率低下を防止することができる。
【００１１】なお、請求項２〜４に記載の発明のごと
く、密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリ
ビニルエーテルを主成分とするオイルを用いても、請求
項１に記載の発明と同様に、実用上問題のない程度の電
気絶縁抵抗を確保しつつ、密閉型電動圧縮機の効率低下
を防止することができる。
【００１２】ところで、蒸発器（４００）側の冷媒温度
が過度に低くなると（例えば、−３５℃〜−４０℃程
度）、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回る可能性が
ある。そして、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回る
と、液相冷媒が下方側に移動して、潤滑油に代わって液
相冷媒が吸入されるおそれがある。
【００１３】そこで、請求項３に記載の発明では、密閉
型電動圧縮機（１００）の潤滑油には、主成分より二酸
化炭素との相溶性の高いオイルが混合されていることを
特徴としている。
【００１４】これにより、相溶性が過度に高くなること
を防止しつつ、ある程度の相溶性を確保することより、
二酸化炭素（冷媒）の温度が過度に低下して液相冷媒が
密閉型電動圧縮機（１００）に吸入される状態となって
も、相溶性が確保されているため、液相冷媒と共に潤滑
油を密閉型電動圧縮機（１００）に供給することができ
きる。
【００１５】したがって、二酸化炭素（冷媒）の温度が
過度に低下する等して、潤滑油の供給量が低下してしま
うときであっても、十分な量の潤滑油を密閉型電動圧縮
機１００に供給することができる。
【００１６】請求項４に記載の発明では、密閉型電動圧
縮機（１００）の潤滑油には、ポリオールエステルが混
合されていることを特徴とする。
【００１７】これにより、請求項３に記載の発明と同様
に、二酸化炭素（冷媒）の温度が過度に低下する等し
て、潤滑油の供給量が低下してしまうときであっても、
十分な量の潤滑油を密閉型電動圧縮機１００に供給する
ことができる。
【００１８】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態、本
発明に係る冷凍サイクルを二酸化炭素を冷媒とするアキ
ュムレータサイクルに適用したものであって、図１は本
実施形態に係るアキュムレータサイクルの模式図であ
る。
【００２０】図１中、１００は冷媒（二酸化炭素）を吸
入圧縮する密閉型電動圧縮機（以下、圧縮機と略す。）
であり、この圧縮機１００は、図２に示すように、スク
ロール型の圧縮機構１１０と、この圧縮機構１１０を駆
動する電動モータ１２０とからなるものである。
【００２１】なお、冷媒は、略円筒状に形成された電動
モータ１２０のモータハウジング１３０の軸方向一端側
からモータハウジング１３０内に流入して電動モータ１
２０を冷却した後、モータハウジング１３０の軸方向他
端側に配設された圧縮機構１１０に吸入されて圧縮され
る。
【００２２】また、図１中、２００は圧縮機１００から
吐出される高温高圧の冷媒と空気とを熱交換して冷媒を
冷却する放熱器（ガスクーラ）であり、３００は放熱器
２００から流出した冷媒を減圧する減圧器であり、この
減圧器３００はキャピラリーチューブのごとく、開度が
固定された固定絞り型のものである。
【００２３】４００は減圧器３００にて減圧された冷媒
を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器であり、５００
は蒸発器４００から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒
とに分離するとともに、蒸発器４００から流出する冷媒
中から圧縮機１００の潤滑油を分離し、その分離した気
相冷媒及び潤滑油を圧縮機１００の吸入側に向けて流出
するアキュムレータである。
【００２４】なお、アキュムレータ５００は、図３に示
すように、略円筒状のアキュムレータハウジング５１０
の上方側に設けられた冷媒流入口５２０、及び下方側に
向けて凸となるようにＪ字状に形成された冷媒排出管５
３０等から構成されている。
【００２５】そして、冷媒排出管５３０の一端側は、ア
キュムレータハウジング５１０内に溜まった液相冷媒の
液面より上方側であって、冷媒流入口５２０より下方側
で開口して冷媒排出管５３０内に気相冷媒を導入し、そ
の導入した気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に向けて流
出する。
【００２６】また、冷媒排出管５３０の下端部には、液
相冷媒より下方側に溜まった潤滑油を吸入する潤滑油吸
入口５３１が設けられており、アキュムレータ５００に
て分離蓄えられた潤滑油は、冷媒排出管５３０内を流通
する気相冷媒と共に圧縮機１００に吸入される。
【００２７】そして、本実施形態では、ＰＡＧ（ポリア
ルキレングリコール）を主成分としたオイルが潤滑油
（冷凍機油）として使用されている。
【００２８】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２９】ＰＡＧは、従来の技術の欄で述べたよう
に、電気絶縁抵抗が非常に小さいものの、二酸化炭素は
略絶縁物質であるので、二酸化炭素とＰＡＧとが混合し
た状態では、図表４に示すように、その電気絶縁抵抗が
１ＧΩ以上となり、実用上問題のない程度の電気絶縁抵
抗を確保することができる。
【００３０】つまり、二酸化炭素は電気絶縁抵抗が非常
に大きいので、冷媒（二酸化炭素）と潤滑油とが混合し
た状態では、潤滑油の電気絶縁抵抗の大きさの如何を問
わず、ほぼ実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保
することができる。
【００３１】また、ＰＡＧは、二酸化炭素に対する相溶
性がＰＯＥに比べて低いので、潤滑油と共に潤滑油中に
溶け込んだ液相冷媒が圧縮機１００に多量に吸入される
といったことは発生しない。したがって、圧縮機１００
の効率が低下することを防止できる。
【００３２】以上に述べたように、本実施形態によれ
ば、実用上問題のない程度の電気絶縁抵抗を確保しつ
つ、圧縮機の効率低下を防止することができる。
【００３３】ところで、本実施形態に係るアキュムレー
タサイクルにて暖房運転等の熱を取り出す仕事（ヒート
ポンプ）を行った場合において、蒸発器４００側の冷媒
温度が過度に低くなると（例えば、−３５℃〜−４０℃
程度）、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回る可能性
がある。そして、液相冷媒の密度が潤滑油の密度を上回
ると、液相冷媒が下方側に移動し、潤滑油吸入口５３１
から液相冷媒が吸入されるおそれがある。
【００３４】そこで、本実施形態では、冷媒温度が−３
５℃〜−４０℃程度まで低下したときであっても、液相
冷媒の密度が潤滑油の密度を上回ることがないように、
種々の添加剤をＰＡＧに添加して潤滑油の密度を高めて
いる。具体的には、−３５℃〜−４０℃での冷媒（二酸
化炭素）の密度が約１０９５ｋｇ／ｍ3〜１１１５ｋｇ
／ｍ3であるので、−３５℃〜−４０℃での潤滑油の密
度を１１１５ｋｇ／ｍ3より大きくする必要がある。
【００３５】（第２実施形態）本実施形態は、潤滑油と
して、ポリビニルエーテル（以下、ＰＶＥと記す。）を
主成分とするオイルを用いたものである。なお、ＰＶＥ
の相溶性は、ＰＡＧより高いものの、ＰＯＥに比べて十
分に低いので、実用上、ＰＧＡとほぼ同等の特性を発揮
させることができる。
【００３６】（第３実施形態）本実施形態は、冷媒の温
度が過度に低下したときにおいても、潤滑油を圧縮機１
００に供給することができるようにしたものである。
【００３７】すなわち、ＰＧＡ又はＰＶＥを主成分とす
るオイルに、この主成分（ＰＧＡ又はＰＶＥ）より相溶
性の高いもの（本実施形態では、ＰＯＥ）を混合したも
のである。
【００３８】つまり、ＰＯＥ等の相溶性の高いものを適
量混合することにより、相溶性が過度に高くなることを
防止しつつ、ある程度の相溶性を確保することより、冷
媒の温度が過度に低下して液相冷媒が圧縮機１００に吸
入される状態となっても、相溶性が確保されているた
め、液相冷媒と共に潤滑油を圧縮機１００に供給するこ
とができきる。したがって、冷媒の温度が過度に低下す
る等して、潤滑油の供給量が低下してしまうときであっ
ても、十分な量の潤滑油を圧縮機１００に供給すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るアキュムレータサイク
ルの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアキュムレータサイク
ルに使用される密閉型電動圧縮機の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るアキュムレータサイク
ルに使用されるアキュムレータの模式図である。
【図４】冷媒及び潤滑油（オイル）の電気絶縁抵抗を示
す図表である。
【符号の説明】
１００…密閉型電動圧縮機、２００…放熱器、３００…
減圧器、４００…蒸発器、５００…アキュムレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高崎 俊伸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4H104 BB34A CB04A CB14A PA20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルで
    あって、 冷媒を吸入圧縮するとともに、冷媒が電動モータ（１２
    ０）内を流通する密閉型電動圧縮機（１００）と、 前記密閉型電動圧縮機（１００）から吐出する冷媒を冷
    却する放熱器（２００）と、 前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧する減圧
    器（３００）と、 前記減圧器（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる
    蒸発器（４００）と、 前記蒸発器（４００）から流出する冷媒を液相冷媒と気
    相冷媒とに分離するとともに、前記蒸発器（４００）か
    ら流出する冷媒中から前記密閉型電動圧縮機（１００）
    の潤滑油を分離し、その分離した気相冷媒及び潤滑油を
    前記密閉型電動圧縮機（１００）の吸入側に向けて流出
    するアキュムレータ（５００）とを有し、 前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリ
    アルキレングリコールを主成分とするオイルを用いたこ
    とを特徴とする冷凍サイクル。
  2. 【請求項２】 二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルで
    あって、 冷媒を吸入圧縮するとともに、冷媒が電動モータ（１２
    ０）内を流通する密閉型電動圧縮機（１００）と、 前記密閉型電動圧縮機（１００）から吐出する冷媒を冷
    却する放熱器（２００）と、 前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧する減圧
    器（３００）と、 前記減圧器（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる
    蒸発器（４００）と、 前記蒸発器（４００）から流出する冷媒を液相冷媒と気
    相冷媒とに分離するとともに、前記蒸発器（４００）か
    ら流出する冷媒中から前記密閉型電動圧縮機（１００）
    の潤滑油を分離し、その分離した気相冷媒及び潤滑油を
    前記密閉型電動圧縮機（１００）の吸入側に向けて流出
    するアキュムレータ（５００）とを有し、 前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑油として、ポリ
    ビニルエーテルを主成分とするオイルを用いたことを特
    徴とする冷凍サイクル。
  3. 【請求項３】 前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑
    油には、前記主成分より二酸化炭素との相溶性の高いオ
    イルが混合されていることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の冷凍サイクル。
  4. 【請求項４】 前記密閉型電動圧縮機（１００）の潤滑
    油には、ポリオールエステルが混合されていることを特
    徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル。
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