JPH0791535B2

JPH0791535B2 - 冷凍機用作動媒体および該媒体を用いた冷凍装置

Info

Publication number: JPH0791535B2
Application number: JP2086655A
Authority: JP
Inventors: 吉治本間; 憲一川島; 亮太田; 伊藤　　豊; 茂樹小松崎; 敦夫岸; 董飯塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: KR910017142A; JPH03281687A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は冷凍機用作動媒体に係り、特に、カーエアコ
ン、ルームエアコン、パッケージエアコン、冷凍機等の
回転駆動部にころ軸受を有する冷凍圧縮機の作動媒体お
よび該作動媒体を用いた冷凍装置に関する。

［従来技術］近年、自動車等の室内居住性を向上するため適正冷暖
房，低騒音が指向され、冷凍機の小型、高性能化と共
に、冷凍圧縮機の作動媒体である冷媒の流量を室内温度
により自動的に制御する方式の冷凍機が出現している。

上記の冷凍圧縮機は、第１図に示すように片方にピスト
ンを有する片斜板型で、この斜板の傾斜角度を室内温度
によって任意に変えることにより冷凍能力を制御するこ
とができる。この差板は軸受で支えられているがその負
荷が大きいことから、該軸受の回転駆動部には負荷容量
の大きいころ軸受が採用されている。

また、カーエアコン，ルームエヤコンやパッケージエア
コンでは省エネルギー、低騒音、最適冷暖房が志向さ
れ、圧縮機の高効率化、低トルク変動化、インバータに
よる回転数制御のし易さ等の面から第２図に示すような
スクロール圧縮機が主流になりつゝある。

この圧縮機は、実質的に同一形状の２つの渦巻状のラッ
プ12、12′を対向させて噛合させ、一方のラップに対し
てもう一方のラップを連結されたクランクシャフトによ
って旋回運動させることにより冷媒を吸入圧縮するもの
である。

この圧縮機では、圧縮トルクの反力を軸受で支えている
が、その負荷が大きいことから該軸受には負荷容量の大
きい円筒ころ軸受が採用されている。

こうしたカーエアコン，ルームエヤコンやパッケージエ
アコン等の冷凍機の作動媒体の冷媒として、ハロゲン化
炭化水素の一種であるジクロロジフルオロメタン（CCl₂
F₂;R12）やモノクロロジフルオロメタン（CHClF₂;R22）
が用いられている。

また、潤滑油としては、ナフテン系やパラフィン系の鉱
油が前記冷媒との相溶性が良いことから広く用いられて
いる。

しかし、前記R12及びR22は地球のオゾン層を破壊すると
いう環境問題から、その使用が規制されることになり、
これに代わるものが要求されている。

こうした冷媒として考えられるものは、上記冷媒のそれ
ぞれの沸点に近い沸点を持つもので、ハイドロフルオロ
カーボンまたはフルオロカーボン等である。

現在、R12の代替冷媒として実用化が考えられているも
のとしては、1,1,1,2−テトラフルオロエタン（CF₃HC
F₂;R134a）であり、R22の代替冷媒としては、ジフルオ
ロメタン（CH₂F₂;R32）及び上記R134a単体、あるいは上
記R134a、R32、ペンタフルオロエタン（CHF₂CF₃;R125、
1,1,2,2−テトラフルオロエタン（CHF₂CHF₂;R134）、1,
1,1−トリフルオロエタン（CF₃CH₃;R143a）等の２種を
混合した混合冷媒が挙げられる。

ところが、この冷媒は一般の鉱油系潤滑油との相溶性が
極めて悪いという欠点がある〔冷凍60 816（1985
年）〕。この理由としては、R12やR22のように分子中に
塩素を持たないためと考えられる〔アシュレガイド
アンドデータブック（ASRAE Guide and Data B
ook）307頁（1969年）〕。

［発明が解決しようとする課題］前記ハイドロフルオロカーボンやフルオロカーボンに溶
解する潤滑油として、ポリアルキレングリコール（米国
特許第4,755,316号）やポリオールエステルが提案され
ている。

しかし、これらは鉱油系の潤滑油に比べて吸湿性が大き
いと云う問題があり、こうした水分の多い潤滑油を用い
て冷凍圧縮機を運転すると、ころ軸受表面に疲労に基づ
くフレーキング（比較的大きな面積が剥離して脱落する
現象）が発生し、これによって運転不能に陥ることがあ
る。この他に、油中水分が多いと冷凍サイクルを構成す
る機器に使用されている銅部材から銅イオンが析出し
て、軸受等の鉄系部材と結合し、いわゆる銅めっき現象
を生じ、軸受の焼付きを生ずる。

このフレーキングを防ぐために、油中水分を200ppm以下
に除去したポリアルキレングリコールが提案（特開平１
−198694号）されている。しかしポリアルキレングリコ
ールやポリオールエステルは、水分を含み易い特性を有
するためにその脱水は容易でない。

また、カーエアコン特有の現象として、配管のゴムホー
ス、Ｏ−リングや軸シールと云ったゴム材を使用したシ
ール部から浸透する水分の吸収を防ぐことは極めて困難
である。従って、ある程度の水分を含む状態で使用せざ
るを得ないのが実情である。

第１図はカーエアコンの片斜板型冷凍圧縮機の一例を示
す断面図である。

冷凍圧縮機の駆動は、エンジンの回転力をＶベルト（図
示せず）を介してプーリ１に伝えることにより行われ
る。圧縮機の運転，停止は、マグネットクラッチのコイ
ル２への電流を投入または遮断することにより該クラッ
チを結合，離脱させて行われる。

クラッチの結合によりシャフト３に取付けられた斜板６
を回転することにより、コンネクチングロッド７を介し
てピストンを左右に動かす。このピストン８の往復動作
により、シリンダ内の冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガ
スとし、圧縮機の外部に設けられた凝縮器で高圧液と
し、これを膨張弁により斜熱膨張させることにより冷熱
源を得るものである。

前記圧縮機の斜板６とピストンサポート９との間にはラ
ジアル針状ころ軸受５が装着されており、また斜板６に
加わるピストンの反力を支えるために、ラジアル針状こ
ろ軸受４が装着されている。

前記ころ軸受4,5の潤滑はフロントカバー10の底部に滞
留させた冷媒と潤滑油とが混合した作動媒体を斜板の回
転運動によるはね掛けによって供給し、該軸受の摩擦低
減と焼付き防止を図っている。

このとき、含有水分量の多いポイアルキレングリコール
等の潤滑油を用いて冷凍圧縮機を運転すると、ころ軸受
表面に生ずるミクロクラック部に腐食が起こり、この腐
食に基づくミクロクラックの拡大が起こり、続いてフレ
ーキングが発生することを経験している。このフレーキ
ングは、軸受材の腐食に伴って発生した水素による脆性
破壊に基因するものと考えられる。

また、鉱油系の潤滑油の場合にも、油中水分が25、10
0、400ppmと多くなるに従いフレーキング発生までの時
間が短くなる。例えば水分100ppmを１とすると、400ppm
では0.52となることが報告されている〔ASLE Trans.20
（1977年）244〕。

このように油中水分はフレーキングの発生に大きく係わ
っている。従って、フレーキングの発生を抑制するため
には油中水分を少なくすることが最も望ましいが、吸湿
性の大きいポリアルキレングリコール等の潤滑油を用い
た場合、吸湿水分を除去することは非常に困難である。

本発明の目的は、前記の状況に鑑み、潤滑油中の水分に
基因するころ軸受のフレーキングを抑制した冷凍機用作
動媒体および該媒体を用いた冷凍機を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するための本発明の要旨は次のとおりで
ある。

（１）（ａ）フッ化炭化水素系冷媒、（ｂ）脂肪族系合成潤滑油、（ｃ）一般式〔Ｉ〕および〔II〕（式中,R¹はシクロヘキシル基，イソプロピル基、R²は
オクチル基）で表わされるジアルキルアンモニウム亜硝
酸塩およびジアルキルアミン塩の少なくとも１種を前記
潤滑油に対し0.01重量％以上含むことを特徴とする冷凍
機用作動媒体。

（２）（ａ）フッ化炭化水素系冷媒、（ｂ）ポリアルキレングリコール，ネオペンチルポリオ
ールエステルおよびポリエーテル変性シロキサンの少な
くとも一種からなる合成潤滑油、（ｃ）前記一般式〔Ｉ〕および〔II〕（式中,R¹はシクロヘキシル基，イソプロピル基、R²は
オクチル基）で表わされるジアルキルアンモニウム亜硝
酸塩およびジアルキルアミン塩の少なくとも１種を前記
潤滑油に対し0.01重量％以上含むことを特徴とする冷凍
機用作動媒体。

前記フッ化炭化水素系冷媒は一般式〔III〕 CxHyFz 〔III〕（但し、ｘは１〜３、ｙは１〜７、ｚは１〜７の整数）
で示され、臨海温度が40℃以上の冷媒から選ばれた少な
くとも一種が用いられる。例えば1,1,1,2−テトラフル
オロエタン、1,1,2,2−テトラフルオロエタン等分子中
に塩素を含まない冷媒が用いられる。

前記一般式〔Ｉ〕で示されるジアルキルアンモニウム亜
硝酸塩としては、例えば、ジシクロヘキシルナイトライ
ト（昭和シェル石油製VPI粉末）、ジイソプロピルナイ
トライトまたはこれと上記の混合物（城北化学工業製ラ
ンラン）等の気化性防錆剤がある。

また、前記一般式〔II〕で示されるジアルキルアミン塩
としては、例えば、式〔IV〕で示されるジシクロヘキシ
ルアミンオクテート（日本フェロガード社製VARDEN−10
0E）等がある。

また、潤滑油としては、例えば、ポリアルキレングリコ
ールとしてニッサン・ユニルーブMB−11（日本油脂
製）、ネオペンチルオリオールエステルとしてニッサン
・ユニスタH308B（日本油脂製、トリメチロールプロパ
ンのエステル）または、ポリエーテル変性シロキサンと
してPS555（チッソ製）等がある。

前記ジアルキルアンモニウム亜硝酸塩またはジアルキル
アミン塩の配合量を前記潤滑油に対し0.01重量％以上と
したのは、0.01重量％未満ではフレーキング発生の抑制
効果が十分得られないためである。なお、冷媒の共存あ
るいは潤滑油の種類によっては前記脂肪族塩が析出し、
冷凍機の膨張弁のノズルを目詰まりさせる心配があるの
で５重量％以下が好ましい。

なお、本発明の目的を阻害しない範囲内であれば、前記
作動媒体に消泡剤や潤滑特性向上のための極圧剤等を添
加してもよい。

［作用］潤滑油中に添加した前記ジアルキルアンモニウム亜硝酸
塩，ジアルキルアミン塩は、鉄調製の部材等を入れた密
閉雰囲気中において気化し、該鉄鋼材料の表面に防錆性
のある皮膜を形成することによって鉄鋼を防錆する防錆
剤である。

本発明においては、該ジアルキルアンモニウム亜硝酸
塩，ジアルキルアミン塩がころ軸受のフレーキングを抑
制するのは、原因となる水素の発生源である水分を抑制
するものと考える。即ち、作動媒体中に添加された該脂
肪族塩は、ころ軸受の繰返し負荷（疲労）によって生じ
た軸受表面の非常に活性なミクロクラック部に浸透し、
その表面に吸着されて水分を遮断するため水素の発生を
防止し、これによってミクロクラックの拡大が抑えられ
てフレーキングの発生が抑制できるものと考えられる。
水素発生が起こらなければミクロクラックは直ちに接合
され、拡大することはない。

［実施例］次に、本発明を実施例により具体的に説明する。

40℃における粘度が、50〜60cStのポリアルキレングリ
コール、ネオペンチルポリオールエステルおよびポリエ
ーテル変性シロキサンについて、前記ジアルキルアンモ
ニウム亜硝酸塩，ジアルキルアミン塩の有無によるころ
軸受の疲労寿命の比較を行った。

上記ころ軸受の疲労寿命試験は次のようにして行った。

試験機として、回転軸と試験容器の間にメカニカルシー
ルを設けた高圧雰囲気摩擦試験機を用いた。該試験容器
中に内径30mmのスラストニードルベアリング（基本銅定
格荷重1680kgf）を装着し、該軸受が浸るように前記潤
滑油を充填した。これを真空排気後、容器内に2kgf/cm²
Gの1,1,1,2−テトラフルオロエタンを導入した。これを
無負荷の状態で1000rpm、30分間馴らし運転を行う。

次いで、軸受の基本同定格荷重と等しい荷重を加えて、
2000rpmで運転を開始する。運転中は容器側面に取付け
た振動検出器（NSK製のベアリングモニタ）の値を監視
し、その値がフレーキングの発生によって著増した時点
で運転を停止し、それまでの運転時間（ｔ）と、次式
（１）〜（３）により計算される供試軸受の定格疲労寿
命（Ｌ）との比を求める。

Ｌ＝500・fh^10/3 ……（１） fh＝fn・Ca/p ……（２） fn＝（3.33/n）^3/10 ……（３）但し、L:ころ軸受の疲労寿命時間（ｈ） Ca:基本同定格荷重（kgf） p:軸受荷重（kgf） n:回転数（rpm）このとき潤滑が十分であれば、この定格疲労寿命との比
（t/L）は１以上となる。もし、１より低い場合には、
潤滑性に欠陥があることを示している。

実施例と比較例のt/Lを第１表〜第４表に示す。

第１表から明らかなように、実施例１〜６で示す前記ジ
アルキルアンモニウム亜硝酸塩，ジアルキルアミン塩の
配合油の場合、該塩の配合量が0.01重量％以上において
定格疲労寿命との比が0.9以上となり、油中水分に基づ
くフレーキングの抑制効果が認められる。

これに対し、前記ジアルキルアンモニウム亜硝酸塩，ジ
アルキルアミン塩の配合しない比較例１〜３のt/Lは0.3
〜0.5である。

第２表は、吸湿性の大きい３種の潤滑油について前記ジ
アルキルアンモニウム亜硝酸塩，ジアルキルアミン塩の
配合効果を比較した結果である。各油共に該塩の配合に
よりt/Lが大きくなっている。

第３表は、潤滑油として水分含有量1000ppmのポリアル
キレングリコールに前記ジアルキルアンモニウム亜硝酸
塩，アミン塩を配合し、運転したときのt/Lを示す。亜
硝酸塩，アミン塩の添加の効果が認められる。

ネオペンチルポリオールエステルには第２表に示すトリ
メチロールプロパンのエステルのほかにペンタエリスリ
トールのエステル、ネオペンチルグリコールのエステ
ル、トリメチロールエタンのエステル、ジペンタエリス
ルトールのエステル〔エイ・エス・エル・イートラン
ザクション ASLE Trans.,29No.2185（1985年）〕と、
コンプレックスエステル〔ペトロテック PTROTECH 第
８巻第８号 443〜447頁（1985年）〕がある。

第４表には、これらのポリオールエステルに水分を1000
ppm含有させ防錆剤（ジアルキルアミン塩またはジアル
キルアンモニム亜硝酸塩）を添加した場合と、無添加の
場合のt/Lを示す。いずれも防錆剤の配合の効果が認め
られる。

なお、R22の代替冷媒として考えられるR32、R134、R14
3、R125等についても前記と同様のテストを実施したと
ころ、第１〜４表の結果と同様の結果が得られた。

［発明の効果］本発明の冷凍機用作動媒体は、冷凍圧縮機の軸受表面の
腐食およびフレーキングを抑制する効果があり、前記作
動媒体を用いたエアコンや冷蔵庫の寿命を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーエアコン用の斜板式圧縮機の縦断面図，第
２図はスクロール式圧縮機の縦断面図である。１……プーリ、２……コイル、３……シャフト、4,5…
…ころ軸受、６……斜板、７……コンネクチングロッ
ド、８……ピストン、９……ピストンサポート、10……
フロントカバー、11……円筒ころ軸受、12……ラップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 129:40 105:76 133:06 133:10）Ｃ１０Ｎ 30:12 40:30 60:06 (72)発明者伊藤豊茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小松崎茂樹茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者岸敦夫茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所佐和工場内 (72)発明者飯塚董栃木県下都賀郡太平町大字富田800番地株式会社日立製作所栃木工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）フッ化炭化水素系冷媒、（ｂ）脂肪族系合成潤滑油、（ｃ）一般式〔Ｉ〕および〔II〕（式中,R¹はシクロヘキシル基，イソプロピル基、R²は
オクチル基）で表わされるジアルキルアンモニウム亜硝
酸鉛およびジアルキルアミン塩の少なくとも１種を前記
潤滑油に対し0.01重量％以上含むことを特徴とする冷凍
機用作動媒体。
【請求項２】（ａ）フッ化炭化水素系冷媒、（ｂ）ポリアルキレングリコール，ネオペンチルポリオ
ールエステルおよびポリエーテル変性シロキサンの少な
くとも一種からなる合成潤滑油、（ｃ）一般式〔Ｉ〕および〔II〕（式中,R¹はシクロヘキシル基，イソプロピル基、R²は
オクチル基）で表わされるジアルキルアンモニウム亜硝
酸鉛およびジアルキルアミン塩の少なくとも１種を前記
潤滑油に対し0.01重量％以上含むことを特徴とする冷凍
機用作動媒体。
【請求項３】回動駆動部にころ軸受を有する冷凍圧縮機
を備えた冷凍装置において、前記冷凍圧縮機の作動媒体として（ａ）フッ化炭化水素系冷媒、（ｃ）ポリアルキレングリコール，ネオペンチルポリオ
ールエステルおよびポリエーテル変性シロキサンの少な
くとも一種からなる合成潤滑油、（ｃ）一般式〔Ｉ〕および〔II〕（式中,R¹はシクロヘキシル基，イソプロピル基、R²は
オクチル基）で表わされるジアルキルアンモニウム亜硝
酸塩およびジアルキルアミン塩の少なくとも１種を前記
潤滑油に対し0.01重量％以上含む作動媒体を用いたこと
を特徴とする冷凍装置。