JP2001181660A - 作動流体および冷凍装置 - Google Patents

作動流体および冷凍装置

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JP2001181660A JP37344699A JP37344699A JP2001181660A JP 2001181660 A JP2001181660 A JP 2001181660A JP 37344699 A JP37344699 A JP 37344699A JP 37344699 A JP37344699 A JP 37344699A JP 2001181660 A JP2001181660 A JP 2001181660A
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繁治 平良
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＨＦＣ系冷媒を使用しても、減圧機構で詰ま
りが生じにくい作動流体および冷凍装置を提供するこ
と。 【解決手段】 冷凍回路１に、Ｒ３２を５０ｗｔ％以上
含むＨＦＣ系冷媒と混合冷凍機油からなる作動流体を充
填する。この混合冷凍機油は、エーテル油やエステル油
等の合成油とアルキルベンゼン系油とからなり、このア
ルキルベンゼン系油は、混合冷凍機油に対して１〜９０
ｗｔ％を占めている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍装置に使用
する作動流体および冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、冷凍装置においては、ＨＣＦＣ
（ハイドロクロロフルオロカーボン）系冷媒がオゾン層
を破壊するため規制の対象になったことから、その代替
冷媒としてＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒
が用いられるようになった。そして、このＨＦＣ系冷媒
とともに用いる冷凍機油としては、ＨＦＣ系冷媒との相
互溶解性が重要な特性の一つとなるため、エーテル油や
エステル油等の合成油が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記エーテ
ル油やエステル油等の合成油は極性が強いため、ＨＦＣ
系冷媒以外の残留不純物を溶かし易いという性質を有し
ている。そのため、ＨＦＣ系冷媒と合成油とからなる作
動流体を用いた冷凍装置では、電動膨張弁やキャピラリ
で構成された減圧機構において、ＨＦＣ系冷媒が蒸発し
た後に、スラッジ、コンタミが現れて、詰まりが生じ易
いという問題がある。この詰まりが生じると、冷凍装置
が作動しなくなる。
【０００４】そこで、この発明の課題は、ＨＦＣ系冷媒
を使用しても、減圧機構で詰まりが生じにくい作動流体
および冷凍装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明の作動流体は、Ｒ３２を少なくとも
５０ｗｔ（重量）％含むＨＦＣ系冷媒と、合成油とアル
キルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油とを備え、上
記アルキルベンゼン系油は混合冷凍機油に対して１〜９
０ｗｔ％であることを特徴としている。
【０００６】ここで合成油とは、鉱物油以外の油で、例
えば、エーテル油、エステル油、フッ素油等を言う。ア
ルキルベンゼン系油とは、アルキルベンゼンを主成分と
する油で、微量の添加物を含んでいてもよいのは勿論で
ある。
【０００７】上記Ｒ３２を５０ｗｔ％以上含むＨＦＣ系
冷媒と、エーテル油やエステル油等の合成油と１〜３０
ｗｔ％のアルキルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油
とから構成された作動流体は、極性の強い合成油を使用
しているため、コンタミやスラッジが生成され易く、そ
のコンタミ、スラッジがキャピラリや電動膨張弁等の減
圧機構に一時的に付着する可能性がある。しかし、アル
キルベンゼン系油がこのコンタミ、スラッジを減圧機構
から引き剥がし、洗浄するから、減圧機構での詰まりが
防止される。また、上記混合冷凍機油は、合成油を含む
から、Ｒ３２を５０ｗｔ％以上含むＨＦＣ系冷媒と混合
冷凍機油との相互溶解性がよくて、良好な潤滑性が得ら
れる。したがって、圧縮機の信頼性が向上する。また、
上記作動流体は電気絶縁性がよいから、冷凍装置の電気
系の故障を防止できる。
【０００８】より詳しくは、エーテル油、エステル油ま
たはフッ素油等の合成油を含む混合冷凍機油に対してア
ルキルベンゼン系油の割合が１ｗｔ％を超えると、詰ま
り率の改善が認められ、アルキルベンゼン系油の割合が
１ｗｔ％よりも増大すると、アルキルベンゼン系油のｗ
ｔ％の増大につれて詰まり率がよくなる。また、アルキ
ルベンゼン系油が９０ｗｔ％を超えても、９０ｗｔ％時
の詰まり防止性能とあまり変化がない。なお、詰まり率
とは、キャピラリの詰まりによる流量の低下率（％）で
ある。例えば、詰まり率が１０％とは、キャピラリの詰
まりが全くないときに比べて、キャピラリが詰まりによ
り流量が１０％低下したことを意味する。
【０００９】また、エーテル油やエステル油やフッ素油
等の合成油に対してアルキルベンゼン系油の割合を増や
すと、混合冷凍機油と、Ｒ３２を５０ｗｔ％以上含むＨ
ＦＣ系冷媒との相互溶解性（相溶性）が悪くなる。しか
し、アルキルベンゼン系油が混合冷凍機油に対して、９
０ｗｔ％を超えないと、相溶性が実際上問題になる程に
は悪くならない。
【００１０】また、作動流体の電気絶縁性について、混
合冷凍機油においてアルキルベンゼン系油が９０ｗｔ％
を超えると、作動流体の電気絶縁性が悪くなって、漏れ
電流が大きくなって、冷凍装置に使えない。アルキルベ
ンゼン系油が９０ｗｔ％以下であると、実用上、作動流
体の漏れ電流は問題がない。
【００１１】請求項２の発明の作動流体は、請求項１の
作動流体において、上記アルキルベンゼン系油は混合冷
凍機油に対して５〜９０ｗｔ％であることを特徴として
いる。
【００１２】混合冷凍機油においてアルキルベンゼン系
油が５ｗｔ％を超えると、著しい剥離、洗浄効果が得ら
れる。
【００１３】請求項３の発明の作動流体は、請求項１ま
たは２の作動流体において、上記合成油は、実質的に、
エーテル油、エステル油またはフッ素油であることを特
徴としている。なお、この明細書で、「実質的に」と
は、当業者にて一般に「何々油」という場合に無視する
微量の添加物、例えば、安定剤、酸化防止剤等を含んで
いてもよいことを確認的に述べるときに使用する。
【００１４】上記合成油が、実質的に、エーテル油、エ
ステル油またはフッ素油からなるから、この合成油を含
む混合冷凍機油と、Ｒ３２を５０ｗｔ％以上含むＨＦＣ
系冷媒との相溶性がよい。したがって、圧縮機に十分に
給油を行うことができて、圧縮機の信頼性が増す。
【００１５】請求項４の発明の作動流体は、請求項１乃
至３のいずれか１つの作動流体において、上記ＨＦＣ系
冷媒は実質的にＲ３２単一冷媒であることを特徴として
いる。
【００１６】請求項４の発明によれば、上記ＨＦＣ系冷
媒は実質的にＲ３２単一冷媒であるので、請求項１乃至
３のＲ３２を少なくとも５０ｗｔ％含むＨＦＣ系冷媒の
場合と、同じ作用効果を奏する。しかも、Ｒ３２単一冷
媒を使用しているので、ＣＯＰ（成績係数）がさらに向
上する。
【００１７】請求項５の発明の冷凍装置は、請求項１乃
至４のいずれか１つの作動流体を冷凍回路に充填したこ
とを特徴としている。
【００１８】請求項５の発明の冷凍装置は、Ｒ３２を少
なくとも５０ｗｔ％含むＨＦＣ系冷媒を使用しているか
ら、オゾン層を破壊することがない上に、ＣＯＰ（成績
係数）がよい。さらに、上記作動流体が、Ｒ３２を少な
くとも５０ｗｔ％含むＨＦＣ系冷媒と、合成油と１〜９
０ｗｔ％より好ましくは５〜９０ｗｔ％のアルキルベン
ゼン系油を含む混合冷凍機油とからなるので、減圧機構
にコンタミ、スラッジが付着しても、そのコンタミ、ス
ラッジをアルキルベンゼン系油が剥離、洗浄するので、
減圧機構で詰まりが生じることがない。また、混合冷凍
機油が合成油を含み、かつ、アルキルベンゼン系油を１
〜９０ｗｔ％、より好ましくは５〜９０ｗｔ％含むの
で、ＨＦＣ系冷媒と混合冷凍機油との相溶性がよくて、
潤滑性がよくなって、圧縮機の信頼性が高くなり、か
つ、電気絶縁性が高くて、漏れ電流が実質的にない。し
たがって、この発明の冷凍装置は、信頼性の高いもので
ある。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。
【００２０】図１は冷凍装置の一例としての空気調和機
の冷凍回路１を示し、この冷凍回路１は、圧縮機２と四
路切換弁３と室外熱交換器５と減圧機構の一例としての
電動膨張弁６と室内熱交換器７とを順次接続してなる。
【００２１】この冷凍回路１にＲ３２を５０ｗｔ％以上
含むＨＦＣ系冷媒と混合冷凍機油からなる作動流体を充
填している。この混合冷凍機油は、合成油の一例として
のエーテル油と詰まり防止剤としてのアルキルベンゼン
系油とからなり、このアルキルベンゼン系油は、混合冷
凍機油に対して１〜９０ｗｔ％を占めている。なお、こ
こで、Ｒ３２を少なくとも５０ｗｔ％含むＨＦＣ系冷媒
は、残りの冷媒としてＲ１２５またはＲ２２または炭酸
ガス等を用いる。
【００２２】上記Ｒ３２を５０ｗｔ％以上含むＨＦＣ系
冷媒と、エーテル油の他にアルキルベンゼン系油を１〜
９０ｗｔ％含む混合冷凍機油とからなる作動流体は、極
性の強いエーテル油に起因してコンタミ、スラッジが生
じても、このコンタミ、スラッジをアルキルベンゼン系
油が剥がして，洗浄するから、電動膨張弁６等の個所で
詰まりが生じることがない。また、上記混合冷凍機油
は、エーテル油を含むから、Ｒ３２を５０ｗｔ％以上含
むＨＦＣ系冷媒と上記混合冷凍機油との相溶性がよく
て、圧縮機２の潤滑性を損ねることがなく、かつ、電気
絶縁性もよい。したがって、上記空気調和機は信頼性が
極めて高い。このように、上記作動流体が相溶性、詰ま
り防止性能、電気絶縁性がよいのは、Ｒ３２を５０ｗｔ
%以上含むＨＦＣ系冷媒と、混合冷凍機油がエーテル油
を含むことと、この混合冷凍機油に１〜９０ｗｔ％含ま
れるアルキルベンゼン系油との相乗作用による。
【００２３】上記作動流体は、Ｒ３２を少なくとも５０
ｗｔ％含むＨＦＣ系冷媒を使用しているから、オゾン層
を破壊することがない上に、ＣＯＰ（成績係数）が良
い。
【００２４】図２は、ＨＦＣ系冷媒の１つであるＲ３２
単一冷媒と、エーテル油（出光興産製：型番ＦＶＣ６８
Ｄ）とアルキルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油と
から構成される作動流体について、混合冷凍機油に対す
るアルキルベンゼン系油のｗｔ％を変化させて、詰まり
率をみたものである。なお、評価時間は、空気調和機の
１０年間の使用時間に相当する４，０００時間である。
【００２５】この図２から分かるように、上記混合冷凍
機油に対するアルキルベンゼン系油のｗｔ％の増大につ
れて詰まり率が少なくなった。特に、混合冷凍機油に対
するアルキルベンゼン系油のｗｔ％が５ｗｔ％を超える
と、詰まり率が極めて小さくなって、実用的に略完全な
ものであった。なお、図２からは明確ではないが、混合
冷凍機油に対してアルキルベンゼン系油の割合が１ｗｔ
％を超えると詰まり率の改善が認められた。また、図２
から明らかなように、アルキルベンゼン系油が９０ｗｔ
％を超えても、９０ｗｔ％時の詰まり防止性能とあまり
変化がなかった。詰まり率の観点から、上記混合冷凍機
油に対するアルキルベンゼン系油の割合は、１〜９０ｗ
ｔ％にするのが望ましく、５〜９０ｗｔ％にするのが最
も望ましいことが分かった。
【００２６】この傾向は、混合冷凍機油の基油として、
エーテル油に代えてエステル油またはフッ素油を用いて
も、また、冷媒としてＲ３２単一冷媒に代えてＲ３２を
５０ｗｔ％以上含むＨＦＣ系冷媒を用いても、殆ど同じ
であった。
【００２７】図５、図６は、７０ｗｔ％のエーテル油と
３０ｗｔ％のアルキルベンゼン系油とからなる混合冷凍
機油とＲ３２単一冷媒とから構成した作動流体と、Ｒ３
２単一冷媒とエーテル油とから構成した作動流体とに、
夫々、詰まりの発生したキャピラリを３００時間つけた
ときの化学変化状態を示す写真である。この図５，６か
ら、アルキルベンゼン系油を含む混合冷凍機油を使用す
ると、コンタミ、スラッジを効果的に剥離できることが
分かる。
【００２８】図３は、ＨＦＣ系冷媒であるＲ３２単一冷
媒と、エーテル油（出光興産製：型番ＦＶＣ６８Ｄ）と
アルキルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油とから構
成される作動流体について、混合冷凍機油に対するアル
キルベンゼン系油のｗｔ％を変化させて、上記Ｒ３２単
一冷媒と混合冷凍機油との相溶性を示すものである。
【００２９】この図３から分かるように、混合冷凍機油
に対するアルキルベンゼン系油のｗｔ％を増やすにつれ
て、混合冷凍機油とＲ３２との相溶性が悪くなって、ア
ルキルベンゼン系油のｗｔ％が９０ｗｔ％を超えると、
相溶性が許容値よりも悪くなって、２層分離が生じた。
また、アルキルベンゼン系油が混合冷凍機油に対して、
９０ｗｔ％を超えないと、相溶性が実際上問題ないこと
が分かった。つまり、アルキルベンゼン系油が９０ｗｔ
％を超えないと、圧縮機２のトライボロジー（潤滑性）
に悪影響を与えることがなく、空気調和機の信頼性を損
なうことがなかった。
【００３０】この傾向は、混合冷凍機油の基油として、
エーテル油に代えてエステル油またはフッ素油を用いて
も、また、冷媒としてＲ３２単一冷媒に代えてＲ３２を
５０ｗｔ％以上含むＨＦＣ系冷媒を用いても、殆ど同じ
であった。
【００３１】図４は、ＨＦＣ系冷媒であるＲ３２単一冷
媒と、エーテル油（出光興産製：型番ＦＶＣ６８Ｄ）と
アルキルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油とから構
成される作動流体について、混合冷凍機油に対するアル
キルベンゼン系油のｗｔ％を変化させて、漏れ電流すな
わち電気絶縁性を測定したものである。
【００３２】この図４から分かるように、混合冷凍機油
に対するアルキルベンゼン系油のｗｔ％を増やすにつれ
て、漏れ電流が多くなって、電気絶縁性が悪くなった。
そして、混合冷凍機油に対するアルキルベンゼン系油の
ｗｔ％が９０ｗｔ％を超えると、漏れ電流が許容値（日
本規格である１ｍＡ）を超えた。また、アルキルベンゼ
ン系油が混合冷凍機油に対して、３０ｗｔ％を超えない
と、電気絶縁性が実際上問題ないことが分かった。
【００３３】この傾向は、混合冷凍機油の基油として、
エーテル油に代えてエステル油を用いても、また、冷媒
としてＲ３２単一冷媒に代えてＲ３２を５０ｗｔ％以上
含むＨＦＣ系冷媒を用いても、略同じであった。
【００３４】上述した詰まり防止性能、相溶性、漏れ電
流（電気絶縁性）の観点から、Ｒ３２を５０ｗｔ％以上
含むＨＦＣ系冷媒と、エーテル油やエステル油やフッ素
油等の合成油とアルキルベンゼン系油とからなる混合冷
凍機油とから構成された作動流体においては、アルキル
ベンゼン系油は混合冷凍機油に対して１〜９０ｗｔ％で
あることが必要であり、５〜９０ｗｔ％が最も望ましい
ことが分かった。上記作動流体は、化学的にも安定で、
長期間に渡って、劣化しなかった。
【００３５】また、上記作動流体は、詰まりにくいの
で、空気調和機において、電動膨張弁に代えて、安価な
キャピラリを使用できる。
【００３６】上記実施の形態では、合成油としてエーテ
ル油を用いたが、エーテル油に代えてエステル油または
フッ素油を用いても、同様な作用効果を奏する。
【００３７】また、上記実施の形態では、冷凍装置とし
て空気調和機を説明したが、冷凍装置は製氷機、冷蔵
庫、冷蔵装置であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の作動流体は、Ｒ３２を少なくとも５０ｗｔ％含むＨ
ＦＣ系冷媒と、エーテル油やエステル油やフッ素油等の
合成油と詰まり防止剤としての１〜９０ｗｔ％のアルキ
ルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油とから構成して
いるので、キャピラリや電動膨張弁等の減圧機構で詰ま
りが生じることを防止でき、かつ、ＨＦＣ系冷媒と混合
冷凍機油との相溶性がよくて潤滑性がよくて圧縮機の故
障を防止でき、かつ、電気絶縁性もよいという利点を有
する。
【００３９】請求項２の発明の作動流体は、アルキルベ
ンゼン系油が混合冷凍機油に対して５〜９０ｗｔ％含ま
れているので、著しい詰まり防止効果を有する。
【００４０】請求項３の発明の作動流体は、合成油が、
実質的に、エーテル油、エステル油またはフッ素油であ
るので、この合成油を含む混合冷凍機油と、Ｒ３２を５
０ｗｔ％以上含むＨＦＣ系冷媒との相溶性がよく、した
がって、圧縮機に十分に給油を行うことができて、圧縮
機の信頼性を増すことができる。
【００４１】請求項４の発明の作動流体は、請求項１乃
至３のいずれか１つの作動流体において、上記ＨＦＣ系
冷媒は実質的にＲ３２単一冷媒であるので、請求項１乃
至３のＲ３２を少なくとも５０ｗｔ％含むＨＦＣ系冷媒
の場合と、同じ作用効果を奏する上に、Ｒ３２単一冷媒
を使用しているので、ＣＯＰ（成績係数）をさらに向上
することができる。
【００４２】請求項５の発明の冷凍装置は、請求項１乃
至４のいずれか１つの作動流体を冷凍回路に充填してい
るので、冷媒回路における減圧機構の詰まりを防止で
き、かつ、ＨＦＣ系冷媒と混合冷凍機油との相溶性がよ
くて潤滑性がよくて圧縮機の信頼性を高めることがで
き、かつ、作動流体の電気絶縁性が高いので、信頼性が
高いという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態の空気調和機の冷凍回
路図である。
【図２】 混合冷凍機油に対するアルキルベンゼン系油
のｗｔ％と詰まり率の関係を示すグラフである。
【図３】 混合冷凍機油に対するアルキルベンゼン系油
のｗｔ％と、Ｒ３２と混合冷凍機油との相溶性との関係
を示すグラフである。
【図４】 混合冷凍機油に対するアルキルベンゼン系油
のｗｔ％と漏れ電流との関係を示すグラフである。
【図５】 ７０ｗｔ％のエーテル油と３０ｗｔ％のアル
キルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油とＲ３２単一
冷媒とから構成した作動流体に、詰まりの発生したキャ
ピラリを３００時間つけた後の化学変化状態を示す写真
である。
【図６】 Ｒ３２単一冷媒とエーテル油とから構成した
作動流体に、詰まりの発生したキャピラリを３００時間
つけたときの化学変化状態を示す写真である。
【符号の説明】
１ 冷凍回路 ２ 圧縮機 ５ 室外熱交換器 ６ 電動膨張弁 ７ 室内熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 107/38 Ｃ１０Ｍ 107/38 Ｆ２５Ｂ 1/00 ３９５ Ｆ２５Ｂ 1/00 ３９５Ｚ // Ｃ０９Ｋ 5/04 Ｃ０９Ｋ 5/04 Ｃ１０Ｎ 30:00 Ｃ１０Ｎ 30:00 Ｚ 30:04 30:04 40:08 40:08 40:30 40:30

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｒ３２を少なくとも５０ｗｔ％含むＨＦ
    Ｃ系冷媒と、 合成油とアルキルベンゼン系油とからなる混合冷凍機油
    とを備え、 上記アルキルベンゼン系油は混合冷凍機油に対して１〜
    ９０ｗｔ％であることを特徴とする作動流体。
  2. 【請求項２】 請求項１の作動流体において、上記アル
    キルベンゼン系油は混合冷凍機油に対して５〜９０ｗｔ
    ％であることを特徴とする作動流体。
  3. 【請求項３】 請求項１または２の作動流体において、
    上記合成油は、実質的に、エーテル油、エステル油また
    はフッ素油であることを特徴とする作動流体。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つの作動流
    体において、上記ＨＦＣ系冷媒は実質的にＲ３２単一冷
    媒であることを特徴とする作動流体。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つの作動流
    体を冷凍回路に充填したことを特徴とする冷凍装置。
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