KR0137844B1 - 냉매 순환 시스템 - Google Patents

냉매 순환 시스템

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KR0137844B1
KR0137844B1 KR1019940009570A KR19940009570A KR0137844B1 KR 0137844 B1 KR0137844 B1 KR 0137844B1 KR 1019940009570 A KR1019940009570 A KR 1019940009570A KR 19940009570 A KR19940009570 A KR 19940009570A KR 0137844 B1 KR0137844 B1 KR 0137844B1
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oil
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circulation system
liquid
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KR1019940009570A
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다꾸오 히라하라
스스무 가와구찌
다쯔아끼 시미즈
가쯔유끼 가와사끼
노보루 마스다
시노부 오가사와라
히로시게 고니시
히또시 마루야마
요시히로 스미다
아께미 우에야마
사또루 도야마
소오 스즈끼
야스시 아까호리
Original Assignee
기다오까 다까시
미쯔비시 덴끼 가부시끼 가이샤
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Abstract

(구성)주로 하이드로 플루오로 카본을 주성분으로 하는 냉매등과 같이 극성이 높은 냉매를 사용하고, 액체 냉매에 대해서 응축측에서 약한 상호 용해성을 갖는 냉동기 오일을 사용하는 냉매 순환 시스템.
또, 주로 하이드로 플루오로 카본을 주성분으로 하는 냉매등과 같이 극성이 높은 냉매를 사용하고, 액체 냉매에 대해서 약한 상호 용해성을 갖지 않거나 또는 약한 상호 용해성을 갖고, 또한 비중량이 액체 냉매보다도 큰 냉동기 오일을 사용하는 냉매 순환 사이클.
(효과)전기 절연성 및 내습성이 뛰어나고, 압축기로의 오일 복귀성이 좋으며, 신뢰성이 높다.

Description

냉매 순환 시스템
제1도는 본 발명의 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제2도는 본 발명의 실시예에 의한 액채 냉매로의 냉동기 오일의 중량 용해율을 나타내는 그래프
제3도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제5도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제6도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제7도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제10도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제11도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제12도는 혼합 냉매에서의 압축기로의 이동율 특성 도시도
제13도는 혼합 냉매에서의 냉매 이행 설명도
제14도는 종래의 냉매 순환 시스템 구성도
제15도는 종래의 다른 예에 의한 냉매 순환 시스템의 구성도
제16도는 종래의 다른 예에 의한 냉동기 오일 중으로의 냉매의 중량 용해율을 도시하는 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:압축기2:응축기
3:교축 기구4:증발기
5:4망 밸브6:냉동기 오일
7:냉매8:축압기
9:체크 밸브10:개폐 밸브
11:밀폐 용기12:전동기
13:압축기구14:토출관
15:흡입관16:회전 팬
17:오일 흡입 구멍20:오일 분리기
21:오일 복귀 모세관81:도출관
82:오일 복귀 구멍
[산업상의 이용분야]
본 발명은 냉매로서, 예를 들어 주로 하이드로 플루오로 카본 및 제3세대 냉매를 주성분으로 하는 것을 사용하는 냉매 순환 시스템에 관한 것이다.
[종래의 기술]
종래의 냉매 순환 시스템의 일예를 제11도에 나타낸다.
종래 예컨대 트라이 포로지시트 제35권 제9호(1990년) 621∼626페이지에 나타나 있는 바와 같이, 하이드로 플루오로 카본인 HFC 134a 냉매를 사용해서 냉동장치를 구성하는 경우, 냉매와 냉동기 오일과의 상호 용해성이 중요한 특성의 하나이며, PAG(폴리에테르)나 에스테르계 냉동기 오일이 사용되고 있었다.
제11도는 HFC 134a냉매를 사용한 냉동장치를 나타내고, 1은 냉매가스를 압축하는 압축기, 2는 압축기(1)에서부터 토출된 고압냉매 가스를 응축시키는 응축기, 3은 교축기구, 4는 증발기이며, 5는 냉매의 흐름방향을 역전시키는 기능을 갖는 4방 밸브이며, 8은 냉매량 조정기능을 갖는 축압기이며, 6은 압축기(1)내에 저장되어 압축기(1)의 미끄러짐부의 윤활 및 압축실의 밀봉을 행하는 냉동기 오일로서 PAG 6a 또는 에스테르계 냉동기 오일(6b)이다.
다음에 오일의 거동에 대해 설명한다. 압축기(1)에 의한 압축된 냉매는, 응축기(2)로 토출된다. 압축기의 윤활 및 압축실의 밀봉에 사용된 윤활유(6a 또는 6b)는 대부분이 바닥부로 되돌아오나, 냉매와의 중량비가 0.5∼3.0%정도인 오일(6a 또는 6b)은 냉매와 함께 압축기(1)로부터 토출된다. 토출된 오일(6a 또는 6b)은 냉매와 상호 용해성이 있기 때문에 유동성이 좋고, 응축기(2), 모세관(3), 증발기(4)를 지나 축압기(8)로 유입된 후, 잉여액 냉매(7a)에 용해되어, 오일복귀 구멍(82)을 지나서 압축기(1)로 되돌아온다. 따라서, 윤활유(6)가 압축기(1)로부터 없어지는 일은 없고 정상적인 윤활이 가능하게 된다.
종래의 냉매 순환 시스템의 다른 예를 제12도에 도시한다.
종래의 예를 들어 특개평 5-17789호 공보에 개시되어 있듯이, 가연성 냉매인 HFC 32를 함유하는 혼합 냉매를 사용한 냉매 순환 시스템에도 에스테르계 냉동기 오일과 같은 용해성이 높은 것이 사용되고 있다. 예를 들어, 제12도는 HFC 32, HFC 125, HFC 134a로 구성된 혼합냉매를 사용한 공기 조화장치를 나타내며, 1은 냉매가스를 압축하는 압축기, 2는 압축기(1)로부터 토출된 고압 냉매가스를 응축시키는 응축기, 3은 교축기구, 4는 증발기이고, 5는 냉매의 흐름을 역전시키는 기능을 갖는 4방 밸브이며, 8은 냉매량 조정기능을 갖는 축압기이고, 6은 압축기(1)의 미끄러짐부의 윤활 및 압축실의 밀봉을 행하는 냉동기 오일로서 에스테르계 냉동기 오일(6b)이다.
압축기(1)에 흡입된 냉매는, 밀폐용기(11)내의 전동기(12)를 냉각한후, 압축기구(13)내에서 압축되고, 4방 밸브(5)를 통해 응축기(2)로 돌출된다. 이 과정에서, 밀폐용기(11)의 바닥부에 저장보유된 냉동기 오일(6)은 구조상, 압축기(1)에 흡입된 냉매 분위기에 놓여지게 되지만, 냉동기 오일(6)은 용해성이 높으므로 다량의 냉매가 용해된다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
종래의 HFC 134a의 냉매 순환 시스템은 이상과 같은 구성으로 되어 있으나, PAG(폴리에테르)(6a)는 체적저항율이 107∼1010Ω·㎝, 포화수분량이 약 25000 PPM이며, 또 에스테르계 냉동기 오일의 특성은 각각 1012∼1014Ω·㎝, 약 1500 PPM으로 개선되어 있으나, 현행 CFC 12용 냉동기 오일의 특성 1015Ω·㎝, 약 500 PPM과 비교하면 전기 절연성 및 흡습성에서 상당히 뒤떨어지는 특성을 나타내고 있다.
또한 하이드로플루오로카본(HFC)은 환경문제에서 소멸 및 폐지계획의 대상으로 되어 있는 CFC 12 나 HCFC 22의 대체냉매로서 유력하지만, 일반적으로 이 하이드로플루오로카본은 CFC 12 나 HCFC 22에 비해 극성이 높고, 상호 용해성이 높은 냉동기 오일은 일반적으로 극성이 높다. 따라서 하이드로플루오로카본과 상호용해성이 있는 오일은, 극성이 강한 수분과 흡착하기 쉽다. 그 결과 냉매 순환 시스템중에 수분을 갖고 들어가고, 전기 절연성의 저하 및 냉동기 오일인 에스테르 오일이나 압축기내에 사용되고 있는 유기재등의 가수분해성이 있는 물질이 열화되기 쉽고, 이 열화물이 교축기구부에 축적되는 것에 의한 냉매 순환 시스템의 성능 저하의 우려가 있다.
이 때문에 냉매 순환 시스템의 조립시에는, 시스템이 대기중에 개방상태로 방치되어 있는 시간을 짧게 하는 등 생산상 취급의 문제가 많고, 또 수분이 시스템중에 많이 들어가면 슬러지의 발생을 가속한다든가, 수분이 동결하여 교축기구를 폐색함으로써 냉각 불량을 일으키는 등의 문제점이 있었다.
또, 종래의 HFC 134a의 냉매 순환 시스템은, 시스템 구성부품의 수리교환등의 애프터 서비스의 경우에, 냉동기 오일의 흡습성이 높기 때문에 공기중의 수분이 냉동기 오일에 흡착되어, 교축기구의 모세관이나 팽창 밸브가 동결해서 폐색하기 쉽고, 또 수분에 의한 에스테르오일의 가수분해의 촉진에 따른 슬러지의 생성, 모터의 절연재로서 사용되고 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 가수분해의 촉진에 의한 슬러지의 생성등이 발생한다. 이러한 제조프로세스 및 애프터 서비스에 있어서의 결함을 방지하기 위해, CFC 12 냉매를 사용한 시스템에 비교해서, 냉동기 오일의 수분제거 및 냉매 사이클내의 수분제거를 정성들여 행할 필요가 있고, 또 냉매 사이클내에 건조기를 설치해, 수분 보충기능을 갖게 할 필요가 있다는 문제점이 있었다.
또한 상호용해성이 높은 냉동기 오일을 사용한 경우 냉동기 오일 또는 이 냉동기 오일에 접한 냉매의 온도가 냉동기 오일이 놓여진 분위기 압력에서의 냉매의 포화온도에 접근함에 따라 급격히 냉동기 오일로의 냉매의 용해량이 증가한다. 따라서 냉동기 오일은 냉동기 오일에 비해 점도가 낮은 냉매에 희석되므로 미끄러짐부에 공급되는 액체의 점도는 극단적으로 저하하고, 미끄러짐부의 윤활특성이 악화하여 늘어붙음 등을 일으킬 우려가 있었다.
또한 상호용해성이 높은 냉동기 오일이 저장되는 압축기 바닥부를 고압측에 배치한 경우, 압축기내의 미끄러짐부 면압이 높아지고 윤활특성이 필요해지는 고압분위기만큼 냉매의 용해도가 높아지며, 미끄러짐부에 공급되는 액체의 점도는 저하하고, 미끄러짐부의 윤활특성이 악화하여 늘어붙음 등을 일으킬 우려가 있었다. 따라서 종래, 상호 용해성이 높은 냉동기 오일이 저장되는 압축기 바닥부를 고압측에 배치한 경우 이 고압력에서의 냉동기 오일의 혼합용해를 고려하여 점도가 높은 냉동기 오일을 사용해 왔으나, 역으로 저압 분위기에서는 냉매의 용해가 적으므로 점도가 현저히 높아지고 윤활 베어링부 등에서 오일의 전단력에 의해 발생하는 기계적 손실이 압축일에 대한 비율이 커지며, 효율이 저하한다는 문제가 있었다.
또한 상호 용해성이 높은 냉동기 오일을 사용했을 경우, 오일 시일부에서 압축실 흡입측에 누설된 오일중에 다량의 냉매가 포함되어 있고, 이 냉매가 압축과정에서 재팽창, 재압축하는 것에 의한 손실이 발생하여 효율이 저하한다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 냉매 순환 시스템은, 여러 냉매의 혼합냉매로서, 그 구성냉매의 적어도 한 종류는 가연성인 냉매, 예를 들면 단독냉매로서 가연성인 HFC 32와 단독냉매로서 불연성인 HFC 125, HFC 134a의 혼합냉매를 사용한 경우, 냉매용해성이 높은 냉동기 오일을 사용하고 있으므로 냉동기 오일중에 다량의 냉매가 용해된다. 이때 각각의 냉매의 극성 차이로 인해 냉동기 오일에 용해되는 냉매의 양이 달라진다. 제13도는 에스테르계 냉동기 오일에 대한 HFC 32, HFC 125, HFC 134a의 용해성을 도시한 도면이다. 극성이 비교적 약한 HFC 125 및 HFC 134a쪽이 극성이 강한 HFC 32보다 선택적으로 다량 냉동기 오일에 용해된다. 그결과, 냉동기 오일에 용해되지 않은 냉매 순환 사이클중의 냉매 혼합비는 냉매 순환 사이클에 봉입하기 전의 불연성인 혼합비에 대해 단독으로는 가연성인 HFC 32의 비율이 커지고 가연성으로 되는 혼합비로 변천될 가능성이 있다. 따라서, 이 상태의 냉매가 얼마간의 트러블등으로 대기중에 방출되거나 착화 열원이 존재하는 경우, 발화 화재를 일으킬 우려가 있다는 과제가 있었다.
또한, 종래의 구성 냉매의 적어도 한 종류는 가연성인 여러 냉매의 혼합냉매를 사용한 냉매 순환 시스템에서는, 사용하고 있는 냉동기 오일이 가연성 물질이므로 얼마간의 트러블 등으로 냉매와 냉동기 오일이 안개 형상으로 되어 대기중에 방출되고 착화 열원이 존재하는 경우 발화화재를 일으킬 우려가 있다는 과제가 있었다.
여기서 가연성 냉매란, 실용적 온도 범위에서 공기와의 혼합비하에서는 착화 열원에 접하므로써 발화하는 것을 가리키는 것으로 그 예로서는 HFC 32(R32), HFC 143a(R143a), HFC 152a(R152a), 프로판(R290), 부탄(R600), 펜탄, 암모니아(R717)가 있으며, 또한 불연성 냉매란 실용적 온도범위에서 모든 공기와의 혼합비하에서 착화 열원에 접해도 발화하지 않는 것을 가리킨다. 여기서 실용적 온도범위로는 -40℃ 내지 +100℃로 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 전기 절연성 및 내습성이 우수하고, 제조 프로세스 및 애프터 서비스 관리 레벨을 종래 수준으로 유지하므로써 신뢰성이 충분히 높은 냉매 순환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소가히 위한 것으로, 어떤 문제 등이 방출되거나 착화 열원이 존재한 경우에는 인화하지 않고 화재 등을 일으킬 우려가 없는 안전성이 높은 냉매 순환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉매나 오일이 냉매 시스템내의 부적절한 개소에 정체되지 않는 냉매 순환 시스템을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 냉매 순환 시스템은 냉매로서 예를 들어 HFC134a등의 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 것을 사용하는 경우나 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란 또는 플루오로설파를 주성분으로 하는 것을 사용하는 경우에 냉동기 오일로서 응축압력 및 응축온도 조건하에서의 액체 냉매로의 오일의 중량 용해율이 0.5∼7%의 용해성을 갖는 오일을 사용한다.
본 발명의 냉매는 가연성 냉매를 포함하는 복수의 냉매의 혼합 냉매를 사용한다. 본 발명의 냉동기 오일을 상기 액체냉매보다 비중량이 작다.
본 발명의 냉동기 오일을 알킬벤젠, 폴리알파올레핀, 파라핀계 오일, 나프탄계 오일, 폴리페닐에테르, 폴리페닐티오에테르 또는 염소화 파라핀 중 적어도 하나를 주성분으로 한다.
본 발명의 냉매는 비공비(非共沸)의 냉매를 혼합한 복수의 냉매이다.
본 발명의 냉동기 오일은 적어도 냉매 순환 시스템 사용 주위 온도 범위에서 동일 온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 적은 수치를 갖는 것을 사용하고, 냉매는 비공비인 혼합냉매를 사용한다.
본 발명의 축압기에 있어서, 냉매를 외부로 도출하는 도출관에 축압기 하단으로부터의 높이가 다른 복수개의 구멍이 된다.
본 발명의 증발기와 상기 압축기의 사이 또는 시스템중의 사방 밸브와 압축기 흡입측 접속관의 사이 또는 상기 축압기와 상기 압축기 흡입측 접속관 사이중의 어느 하나에 역류방지기구를 설치한다.
본 발명의 냉동기 오일의 비중량은 액체 냉매의 비중량보다 크다.
본 발명의 냉동기 오일의 비중량은 -20℃∼+60℃의 온도범위에서 동일온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체 냉매의 비중량보다 큰 수치로 된다.
본 발명의 냉동기 오일은 클로로플루오로카본 폴리머(CIFC) 또는 퍼플루오로카본풀리머(FC) 또는 퍼플루오로알킬폴리에테르 또는 변성 실리콘 또는 염소화 방향족을 주성분으로 하는 것을 사용한다.
본 발명의 냉매는 구성 냉매중 적어도 한 종류는 가연성인 복수의 냉매의 혼합 냉매이다.
본 발명의 냉동기 오일이 저장되는 압축기 바닥부 또는 상기 별도 설치탱크를 상기 압축기 또는 상기 냉매 순환 시스템의 고압측에 설치된다.
본 발명은 고압 기체 냉매에 혼합하여 상기 압축기로부터 방출되는 냉동기 오일의 중량 혼입율이, 응축 압축 및 응축 온도 조건하에서의 액체 냉매중으로의 냉동기 오일의 중량용해율 이하로 되도록 기체 냉매보다 비중이 무거운 냉동기 오일을 분리하는 분리수단을 상기 압축기에 조립한다.
본 발명은 압축기 배출측에 오일 분리기를 접속한다.
본 발명을 압축기 토출측에 오일 분리기를 접속한다.
본 발명은 증발 압력 및 증발 온도 조건하에서 액체냉매로의 냉동기 오일의 중량 용해율이 0∼2%인 비용해성 또는 미약한 용해성을 갖는다.
본 발명의 기체 냉매 또는 일부에 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하고, 고압화 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 액체 냉매 또는 일부에 기체 냉매를 포함하는 액체 냉매를 감압하는 교축기구와, 상기 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 교축기로부터 토출된 액체 냉매 또는 기체 액체 2상 냉매를 증발시키는 증발기를, 연결시켜 냉매를 순환시키는 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 상기 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에, 윤활 또는 시일 기능 등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 당해 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되는 구조의 것에 있어서, 냉매는 HFC32, HFC125, HFC134a 의 혼합 냉매를 사용하여 응축압력 및 응축 온도 조건하에서의 액체 냉매로의 냉동기 오일의 중량 용해율이 0.5∼7%의 용해성을 갖는 동시에, 상기 냉동기 오일은 상기 액체 냉매보다 비중량이 적다.
본 발명의 냉매는, 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하거나 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란, 플루오로설퍼 중의 적어도 하나를 주성분으로 하는 비공비의 혼합 냉매이고, 냉동기 오일은 액체 냉매보다 가볍거나 약간 용해한다.
본 발명의 냉매와 냉동기 오일의 최대 이층 분리 온도가 응축 온도 이상이다.
본 발명은 포화수분량이 300 ppM 이하인 냉동기 오일을 사용한 것이다.
[작용]
본 발명은 극성이 높은 냉매에, 7%이상은 용해하지 않는 정도로 극성이 낮고 0.5∼7%는 용해하는 오일을 사용하는 것으로서, 흡습성이 낮고, 오일 복귀가 우수한 냉매 순환 시스템을 얻을 수 있다.
본 발명의 냉매는 단독으로는 가연성의 냉매를 불연성의 냉매와 혼합하여 사용하고, 오일이 조금밖에 용해하지 않으므로 조성이 변화하지 않고 가연으로 되지 않는다.
본 발명의 냉동기 오일은 액체 냉매보다 가볍고, 원자량이 작은 물질에서 양호하므로 저렴할 수 있다.
알킬벤젠, 폴리알파올레핀, 파라핀계 오일, 나프탄계 오일, 폴리페닐에테르, 폴리페닐티오에테르, 염소화 파라핀을 주성분으로 하는 냉동기 오일은, 고압 점도가 높고, 미끄럼부 신뢰성이 우수하며, 화학적 안정성이 높다. 염소등의 극압성이 있는 원자를 갖지 않는 자기 윤활성이 낮은 냉매와의 조합은 유리하다.
비공비 혼합 냉매르 사용하면 시스템 장기 정지시의 압축기내로의 냉매 이행이 적다.
복수의 오일 복귀 구멍이 있는 축압기에 의해, 축압기내에서 분리된 오열의 회수가 가능해진다.
흡입관에 역지 밸브를 설치하므로써 압축기내에서 분리한 저점도의 액체 냉매가 저압측으로 누설되어 성능이 저하하는 것을 방지한다.
액체 냉매에 비해 비중량이 큰 오일을 사용하므로 축압기로부터 오일이 회수되기 쉽다.
또한, 본 발명의 냉매 순환 시스템은 어떤 트러블 등으로 냉매가 대기중에 방출되거나 착화열원이 존재한 경우에도 인화하지 않고, 화재를 일으키는 등의 위험을 회피할 수 있다.
본 시스템의 오일 저장부를 고압측에 배치하고 오일 분리수단이나 오일 분리기를 압축기에 설치했으므로 회로중으로의 오일 방출량을 억제할 수 있다.
냉동기 오일과 액체 냉매의 이층 분리온도의 최대치가 응축온도 이상이므로, 이와 같이 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일을 사용했을 경우, 냉동기 오일 또는 이 냉동기 오일에 접한 냉매의 온도가 냉동기 오일이 놓여진 분위기 압력에서의 냉매의 포화온도에 접근할 때도 냉동기 오일로의 냉매의 용해가 적다.
[실시예]
[실시예1]
이하, 본 발명에 대응하는 실시예 1을 제1도와, 제2도에 의거 설명한다. 제1도는 예를 들면 소용량의 공조기에 적용되는 냉매 순환 시스템의 일예이며, 제1도에 있어서, 1은 냉매 가스를 압축하는 압축기, 2는 압축기(1)로부터 토출된 고압 냉매 가스를 응축시키는 응축기, 3은 교축기구, 4는 증발기이며, 5는 냉매의 흐름방향을 역전시키는 기능을 갖는 4방 밸브이며, 6은 압축기(1)내에 저장 보유되어, 압축기(1)의 미끄러짐부의 윤활 및 압축실의 밀봉을 행하는 냉동기 오일이다.
또 제2도는 본 실시예의 액체 냉매 HFC 134a로의 냉동기 오일 알킬 벤젠의 중량 용해율을 나타낸 것이다. 응축기내의 액체냉매에 대해 중량 용해율 0.5∼7%의 용해성을 가짐과 더불어, 증발기내의 액체냉매에 대해서는 중량 용해율 0∼2%의 비용해성 또는 미약한 용해성을 갖는다.
다음에 냉매 및 오일의 거동에 대해서 설명한다.
압축기(1)에 의해 압축된 냉매에는, 압축실의 밀봉 기능을 하는 냉동기 오일의 일부가 혼입해서 응축기(2)로 토출된다. 냉매가스가 흐르는 응축기(2)의 튜브 직경은, 냉매 가스 유속이 냉동기 오일을 하류로 이송하는데 충분한 유속을 확보하도록 설정되어 있다. 응축기(2)의 튜브내 벽면에는 냉매가 응축하여, 하류로 갈수록 그 응축액의 두께는 증가하나, 그만큼 가스가 흐르는 튜브 중앙부의 공극 직경은 축소된다. 따라서 가스 유속의 저하는 완만하게 진행하여, 냉동기 오일 및 튜브벽 냉매액을 하류로 계속 이송하는데 충분한 한계 유속은 유지된다.
응축기(2)의 배관 후단부 근방에서는, 대부분의 냉매는 액화하여 튜브내 유속은 현저히 저하하나, 냉동기 오일은 응축액 냉매에 대한 약한 상호 용해성을 갖기 때문에, 액체 냉매에 용해해서 하류로 이송된다. 교축기구(3)의 입구부에서는 냉매는 거의 액화되어 있고, 약한 상호 용해성을 갖는 냉동기 오일은 액체 냉매와 함께 하류로 이송된다. 교축기구(3)의 하류영역에서 냉매의 온도와 압력은 현저히 저하하고, 냉동기 오일은 액체 냉매에 대해 단지 미약한 용해성을 갖거나, 또는 비용해성으로 전환된다.
그러나, 교축기구(3)의 하류영역에서 발생하는 액체 냉매의 일부의 가스화에 의해, 냉매 유속은 급격히 증가하고 냉동기 오일은 하류로 이송된다. 증발기(4)의 배관은, 교축기구(3)의 압력 강하로 생긴 냉매 가스가, 액체 냉매 및 냉동기 오일을 하류측으로 이송하는데 충분한 튜브 직경으로 설정되어 있고, 냉동기 오일의 액체 냉매에 대한 비용해성 또는 미약한 용해성에도 불구하고, 냉동기 오일은 하류로 이송된다.
증발기(4)에서는 하류로 갈수록 기화 냉매가 증가해가므로, 냉매가스는 속도가 증가하여 냉동기 오일을 이송하는데 필요한 한계 유속을 충분히 넘는 가스 유속이 유지되고 냉매는 압축기(1)로 흡입되며, 냉동기 오일은 압축기(1)내의 바닥부에 저장된 냉동기 오일(6)에 합류한다.
따라서 냉동기 오일(6)이 압축기(1)로부터 없어지는 일이 없고, 정상적인 윤활 및 밀봉 기능이 유지된다.
이상과 같이 구성된 냉매 순환 시스템으로서, 냉매는 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 것을 사용하고, 냉동기 오일은 알킬 벤젠 또는 폴리 알파 올레핀 등을 주성분으로 하는 것을 사용할 수가 있기 때문에, 냉동기 오일의 흡습성, 전기 절연내력은, 종래의 냉매 순환 시스템의 광물성 오일과 거의 동등한 레빌이 유지된다. 또 냉매 순환 사이클 조립시 및 애프터 서비스 시의 수분관리도 종래와 같은 정도로 양호하다.
또한, 증발기와 압축기 사이 및 압축기와 응축기 사이에 설치된 2개의 접속관을 집합한 접속부에 4방 밸브를 설치하고, 4방 밸브의 유로를 절환함으로써, 냉매의 순환방향을 역전시킴과 더불어, 증발기와 응축기의 기능을 반전시키는 제어수단을 설치할 수가 있다.
본 발명은 이상과 같은 구성을 가지므로 이 냉매 순환 시스템으로 주로 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 냉매를 사용하고, 액체 냉매에 대해 응축축에서 상용성을 가지며, 증발측에서 비상용성 또는 미약한 상용성을 갖는 냉동기 오일을 사용했으므로, 전기 절연성 및 내습성이 우수하고, 압축기로의 오일 복귀가 양호하고 신뢰성이 높다.
일반적으로 냉매 순환 시스템에 사용되는 압축기는, 순환 냉매에 대한 냉동기 오일의 중량비율로 적어도 0.5%의 냉동기 오일이 냉매 회로중에 방출된다. 따라서 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서의 액체 냉매로의 냉동기 오일의 중량 용해율이 0.5%이하인 냉동기 오일을 사용했을 때는 냉매가 액화하여 유속이 현저히 저하하는 응축기의 배관후단부 근방에 있어서, 액체 냉매에 용해할 수 없는 만큼의 냉동기 오일이 체류하고 압축기내의 냉동기 오일이 고갈된다.
또한 하이드로플루오로카본 등의 극성이 높은 냉매를 사용했을 때, 응축기의 배관 후단부 근방의 액체 냉매에 냉동기 오일이 체류하지 않도록, 액체 냉매와 냉동기 오일의 용해성을 확보하기 위해서는, 극성이 높은 냉동기 오일을 사용할 필요가 있지만, 7%이상 용해하는 극성이 높은 냉동기 오일을 흡습성이 높고, 냉매 회로중에 다량의 냉동기 오일을 반입하기 쉽고, 전기 절연성의 저하, 냉매나 냉동기 오일 및 모터에 사용되는 절연재의 화학적 안정성의 저하를 유발할 우려가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서의 액체냉매로의 오일의 중량 용해율이 0.5∼7%의 용해성을 갖는 냉동기 오일을 사용하므로, 압축기로부터 냉매 회로중으로 방출된 냉동기 오일을 확실히 압축기내로 복귀할 수 있고, 흡습성이 낮은 냉동기 오일을 사용하고 있으므로, 신뢰성이 높은 냉매 순환 시스템을 얻을 수 있다.
냉동기 오일의 체류할 가능성이 있는 개소는, 응축기의 도중(보통은 절반보다 상당히 출구에 가까운 측이지만, 냉매가 저순환량의 때에는 응축기의 상당히 상류로부터 액체만의 상태로 되는 것도 있는)부터 교축까지의 배관이고, 압축기내의 오일이 감소하여, 응축기 출구로부터 교축부까지의 배관이 긴 경우 등은, 압축기내의 오일이 고갈할 우려도 있었다.
또한, 응축압력은 응축 온도 조건과 냉매 특성에 의해 결정된다. 응축 온도는 그 냉매 순환 시스템의 응축기가 놓이는 분위기 온도 및 응축기의 성능(열교환 효율)과 냉매 잠열과의 밸런스에 의해 결정된다.
예를들면, 일반적으로 냉장고의 사용되는 분위기 온도는 0∼45℃이고, 이때의 응축온도는 (냉장고의 응축기의 성능에 따라 다르지만), 분위기 온도 0℃에서 0∼1℃, 분위기 온도 45℃에서는 45∼68℃로 된다. 또한 이때의 응축압력은 냉매의 특성에 의해 결정되고, 예를들면 R134a를 냉매로서 사용한 경우, 응축온도 0℃에서 0.96㎏/㎠G, 68℃에서 19.6㎏/㎠G 로 된다.
극성이 높은지 낮은지는 상대적인 문제이다. 본건 중에는 하이드로플루오로카본이나 제3세대 냉매로 지칭되는 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란, 플루오로설파라는 냉매가 CFC12 또는 HCF22와 비교해서 극성이 높다. 또한 냉동기 오일에 관해서는 알킬 벤젠이나 폴리알파올레핀 등이 종래 기술의 에스테르오일, PAG와 비교해서 극성이 낮다.
일반적으로 용해의 용이함을 발견할 경우, 극성이 높은 물질이 용해하기 쉽다. 따라서 비교적 극성이 높은 하이드로플루오로카본에는 마찬가지로 극성이 높은 에스테르 오일이나 PAG 등밖에 용해하지 않는다. 또한 물은 비교적 극성이 높은 물질이고, 마찬가지로 극성이 높은 에스테르오일이나 PAG에 용해하기 쉽다. 결국 하이드로플루오로카본 등에 용해하기 쉬운 오일은 흡습성이 높다. 역으로 하이드로플루오로카본에 용해하기 어려운 오일은 흡습성이 낮다.
또한 하이드로플루오로카본 등의 극성이 높은 냉매를 사용했을 때, 응축기의 배관 후단부 근방의 액체 냉매에 냉동기 오일이 체류하지 않도록, 액체 냉매와 냉동기 오일의 용해성을 확보하기 위해서는 극성이 높은 냉동기 오일을 사용할 필요가 있으나, 7%이상 용해하는 극성이 높은 냉동기 오일은 흡습성이 높고, 냉매 회로중에 다량의 냉동기 오일을 반입하기 쉽고 전기 절연성의 저하, 냉매나 냉동기 오일 및 모터에 사용하는 절연재의 화학적 안정성의 저하를 유발할 우려가 있었다.
극성이란 분자내에서 양음의 전하의 중심이 일치하지 않는 경우 극성을 갖는다고 말한다. 또한 특정 화학 결합에 대해서도 양음의 전하의 치우침이 있는 경우 이 결합은 극성이 있다고 말한다. 일반적으로는 전기적 극성을 의미한다. 극성을 갖는 경우 반대 부호의 이온이나 극성 결합의 원자와 접근하기 쉽게 되고 흡착, 반응속도, 유전율 등에 영향이 나타난다.
또한, 하이드로플루오로카본(HFC)나, 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란, 플루오로설파와 같은 냉매는 환경 문제로 소멸 및 폐지 계획의 대상으로 되어 있는 CFC12 나 HCFC22 의 대체 냉매로서 유력하지만, 일반적으로 이 하이드로플루오로카본은 CFC12 나 HCFC22에 비해 극성이 높고, 이에 대해 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일은 일반적으로 극성이 낮다. 따라서 하이드로플루오로카본 등의 극성이 높은 냉매와 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일은 극성이 강한 수분과 흡착하기 어렵다. 그 결과, 냉매 순환 시스템중에 수분을 반입하는 것이 억제될 수 있고, 전기 절연성의 저하나, 압축기내에 사용되고 있는 유기재료등의 가수분해성이 있는 물질이 열화가 일어나기 어려우며, 염화물의 교축기구부에 축적에 의한 냉매 순환 시스템의 성능 저하를 억제할 수 있다.
또한, 하이드로플루오로카본(HFC)은 환경 문제로 소멸 및 폐지 계획의 대상으로 되어 있는 CFC12 나 HCFC22 의 대체냉매로서 유력하지만, 이 하이드로플루오로카본은 분자중에 염소원자를 함유하지 않으므로, 염소분자를 갖는 CFC12 나 HCFC22 와 같이, 압축기의 경계 윤활 조건하에 놓인 미끄러짐부가 금속표면에 염화철과 같은 화합물을 만들어 내마모성을 향상시킨다고 하는 효과가 기대될 수 없다.
또한, 하이드로플루오로카본에 대해 상호 용해성이 높은 에스테르 오일은 CFC12 나 HCFC22를 냉매로 하는 냉매 순환 시스템에 사용되어온 파라핀계 오일 또는 나프탄계 오일에 비해, 극압성(고압 점도지수)이 낮으므로 압축기의 미끄러짐부가 경계 윤활조건으로 되기 쉽다.
따라서, 특히 하이드로플루오로카본을 냉매로서 사용하는 냉매 순환 시스템에서는, 상호 용해성이 있는 에스테르오일을 냉동기 오일로서 사용한 경우, 압축기의 미끄러짐부의 내마모성의 점에서 문제가 있었다.
본 발명은 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 단일 또는 혼합 냉매를 사용한 실시예에 대해서 기술하겠지만, 제3세대 냉매로 지칭되는 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란, 플루오로설파라는 냉매에 대해서도, 분자 구조로부터 추측하면 극성은 완전히 높은 냉매인 물질로 고려할 수 있고, 하이드로플루오로카본과 동등한 작용, 효과가 기대될 수 있다.
또한 본 발명의 냉매 순환 시스템은 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일을 사용했으므로, 냉동기 오일의 극성이 낮고, 극성이 강한 수분과 흡착하기 어려우므로 전기 절연성의 저하나, 열화물의 교축기구부로 축적에 의한 시스템의 성능 저하를 억제하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 시스템은 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일을 사용했으므로, 미끄러짐부에 공급되는 액체의 점도는 높게 유지되고, 미끄러짐부의 늘어붙음 등이 일어나기 어려우며, 신뢰성이 높은 냉매 순환 시스템을 얻을 수 있다.
[실시예2]
이하, 본 발명의 실시예2를 제3도에 의거해서 설명한다. 제3도는 예를들어 대용량의 공조기에 적용되는 시스템의 일예이며, 1은 냉매가스를 압축하는 압축기, 2는 압축기(1)로부터 토출된 고압가스를 응축시키는 응축기, 3은 모세관, 4는 증발기이며, 8은 냉매량 조정기능을 갖는 냉매액 저장 축압기이며, 6은 압축기(1)내에 저장되어 압축기(1)의 미끄러짐부의 윤활 및 압축실의 밀봉을 행하는 냉동기 오일이며, 5는 냉매의 흐름을 역전시키는 4방 밸브이다.
증발 압력 및 증발 온도 조건하에 있어서, 냉동기 오일(6c)은 액체 냉매(7a)로의 용해성이 없거나 또는 미약하기 때문에, 냉동기 오일(6c)은 액체 냉매(7a)의 윗쪽에 분리층을 형성한다. 축압기(8)내에 위치하여 냉매를 외부로 도출하는 도출관(81)에는, 축압기 하단(8a)으로부터의 높이를 달리하는 다수의 오일 복귀 구멍(82a, 82b, 82c, 82d)이 설치되어 있고, 축압기(8)내의 냉동기 오일(6c)은 확실하게 압축기(1)로 돌아온다.
[실시예3]
이하, 본 발명의 실시예3을 제4도에 의거해서 설명한다. 제4도는 예를들어 실내실외 일체로 집의 창에 설치되는 공조기에 적용되는 시스템의 일예이며, 압축기(1)내의 압축기구(13)에 의해 고압화된 냉매는, 밀폐용기(11)내로 토출된 후 토출관(14)에 의해 외부로 도출된다. 따라서, 압축기(1)의 바닥부에 저장된 냉동기 오일(6)은 고압측의 냉매공간에 위치되어 있고, 토출 냉매가스 중에 포함된 냉동기 오일은 밀폐용기(11)내 공간인 고압공간으로부터 토출관(14)에 도달하는 사이에 그 공간중에서 냉매가스보다 비중이 무거우므로 자중에 의해 낙하한다. 이 때문에 토출관(14)으로부터 토출되는 냉매 가스 중의 냉동기 오일의 혼합율이 극히 낮아지므로, 즉 토출되는 오일이 적고 응축 압력 조건하의 액체 냉매중으로의 냉동기 오일 용해율을 밑돌기 때문에, 압축기로부터 토출된 냉동기 오일은 확실하게 압축기(1)로 돌아온다.
본 냉매 순환 시스템은 압축기의 윤활, 시일등에 사용되는 냉동기 오일의 응축기, 교축기구 및 증발기로의 유출을 억제하는 동시에, 토출 오일이 적으므로 유출한 냉동기 오일을 확실히 압축기로 되돌릴 수 있고, 응축기 및 증발기의 열교환 효율을 저하시키지 않는다.
즉, 냉동기 오일이 저장되는 압축기 바닥부를 고압측에 배치한 경우에도, 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일을 사용하면 냉동기 오일로의 냉매의 용해성의 차에 의한 점도의 변화가 적으므로 적정한 점도의 냉동기 오일을 사용하므로써 냉동기 오일이 놓여진 분위기 압력이 고압일 때의 압축기의 미끄러짐부의 신뢰성과, 저압시의 효율의 양쪽이 확보된다.
[실시예4]
이하, 본 발명의 실시예4를 제5도에 의거해서 설명한다. 제5도는 예를들면 냉장고에 적용되는 시스템의 일예이며, 9는 체크 밸브로서 압축기(1)와 증발기(4)의 사이에 설치되어 있다. 냉매와 냉동기 오일이 거의 완전히 분리되므로 냉매와 냉동기 오일이 용해되어 있는 점도보다도 냉매 단독의 점도는 낮아진다. 그 때문에, 압축기(1)의 정지중에 냉매 단독의 점도가 낮기 때문에 유동성이 좋아지고, 냉동기 오일(6)의 윗쪽층으로 분리된 액체 냉매(7a)는 압축기(1)내의 미끄러짐부의 간극을 통해서, 증발기(4)로 역류하려고 하는 냉매량이 많아지며, 그 결과 증발기(4)의 온도가 상승하고, 냉동 장치의 소비 전력량이 많아진다. 그래서, 압축기(1)와 증발기(4)의 사이에 체크밸브(9)를 설치함으로써 냉매의 역류를 억제하고, 증발기(4)의 온도 상승을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또, 체크밸브(9) 대신에 동일한 기능을 갖는 역류 방지 기능을 설치해도 좋다.
[실시예5]
이하, 본 발명의 실시예5를 제6도에 의거해서 설명한다. 제6도는 예를들어 냉방 전용의 공조기에 적용되는 시스템의 일예이며, 압축기(1)내의 압축기구(13)에 의해 고압화된 냉매는, 밀폐용기(11)내로 토출된 후 토출관(14)에 의해 외부로 배출된다. 토출관(14)의 냉매가스 입구단(14a)은, 전동기(12)의 회전자(12a)의 상단에 설치된 회전팬(16)의 중심부에 설치되어 있고, 비중이 큰 냉동기 오일은 원심력에 의해 외주부로 비산한다. 이 때문에 토출관(16)으로부터 토출되는 오일이 적고 냉매 가스중의 냉동기 오일의 혼합율은 극히 낮아지고, 응축 압력 조건하의 액체 냉매중으로의 냉동기 오일 용해율을 크게 밑돌기 때문에, 사이클로 토출된 냉동기 오일은 확실하게 압축기(1)로 돌아온다.
[실시예6]
이하, 본 발명의 실시예6을 제7도에 의거해서 설명한다. 제7도는 예를들어 냉장고 등에 적용되는 시스템의 일예이며, 압축기(1)로부터 토출된 냉매가스는, 오일분리기(20)의 도중에 넣어져 응축기(2)로의 배관에 도입될 때, 오일 분리기내의 망(mesh:83)에서 오일이 분리되어서 응축기(2)에 도달한다. 오일 분리기에서 분리된 냉동기 오일(6c)은, 오일 분리기로부터 도출된 오일 복귀 모세관(21)을 거쳐서, 흡입관(15)으로 흡인되어 압축기(1)로 돌아오기 때문에, 압축기(1)의 윤활 및 밀봉 기능은 확실히 유지된다.
또 응축기(2)로 들어가는 냉매 가스 중에 포함되는 냉동기 오일은 극히 적기 때문에, 응축 압력 조건하의 액체 냉매에 대한 냉동기 오일의 용해율 이하로 유지되고 교축기구의 상류측에 냉동기 오일이 축적 체류해서 시스템에 문제를 일으키지 않으며, 유출한 냉동기 오일은 확실히 압축기로 복귀한다. 또한 토출관(14)의 오일 분리기(20)내의 출구를 둘러싸는 형태로 망을 설치해도 좋다.
압축기(1)의 바닥부에 저장된 냉동기 오일(6)은 증발 압력하에 있게 되어, 축압기(8)내에 체류하는 냉동기 오일(6c)과 함께, 액체 냉매에 거의 용해되지 않는다. 그러나 액체 냉매(7a)의 비중량과 냉동기 오일(6c)의 비중량은 거의 같기 때문에, 양자는 거의 균일한 비율로 혼합되어 있다. 이 때문에 다량의 액체냉매(7a)가 축압기(8)에 축적된 경우에도, 냉동기 오일이 도출관(81)의 오일 복귀 구멍(82)으로부터 압축기(1)로 확실하게 복귀된다. 또 액체 냉매(7a)가 압축기(1)내로 되돌아와도, 저장되어 있는 냉동기 오일(6)과 액체 냉매(7a)는 거의 균일한 혼합비로 혼합되어 있기 때문에, 최하단에 설치된 오일 흡입구멍(17)으로부터 액체 냉매(7a)만이 흡입되어 상승되는 일은 없고, 확실하게 혼합 비율 상당의 냉동기 오일이 흡입 상승되어져서, 윤활 및 밀봉 기능이 유지된다.
[실시예7]
이하, 본 발명의 실시예7을 제8도에 의거해서 설명한다. 제8도는 예를들어 공조기에 적용되는 시스템의 일예이며, 압축기(1)에 저장된 냉동기 오일(6), 예컨대 클로로 플루오로 카본은, 증발 압략하에 놓여져 있고, 축압기(8)내에 체류하는 냉동기 오일(6c)와 함께, 액체 냉매 예컨데 HFC 134a에 거의 용해하지 않는다. 그러나, 액체 냉매(7a)의 비중량에 대해 냉동기 오일(6,6c)의 비중량이 1.9배로 크기 때문에, 냉동기 오일(6,6c)은 바닥부에 분리층을 형성한다. 이 때문에, 다량의 액체냉매(7a)가 축압기(8)에 고였을 경우에도, 도출관(81)의 오일 복귀 구멍(82)으로부터 확실하게 냉동기 오일이 압축기(1)로 복귀된다. 또 액체 냉매(7a)가 압축기(1)내로 되돌아와도 저장되어 있는 냉동기 오일(6)의 윗쪽에 분리층을 형성하기 때문에, 최하단에 설치된 오일 흡입 구멍(17)으로 부터는 냉동기 오일만이 흡입 상승되어, 압축기(1)의 윤활 및 밀봉 기능이 유지된다.
이 경우 냉매는 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 것을 사용하나, 냉동기 오일은 클로로 플루오로 카본 폴리머 또는 퍼어플루오로 카본 폴리머 또는 퍼어플루오로 알킬 폴리에테르 또는 변성 실리콘 또는 염소화 방향족을 주성분으로 하는 것을 사용한다.
[실시예8]
이하, 본 발명에 대응하는 실시예8을 제9도에 의거하여 설명한다. 여러 냉매의 혼합 냉매로서, 그 구성냉매중 적어도 한 종류는 가연성인 냉매, 예를들면 단독 냉매로서 가연성인 HFC32 와 단독 냉매로서 불연성인 HFC 125, HFC 134a의 혼합냉매를 사용한 경우, 본 발명에서는, 냉매에 대해 비용해성 또는 미약한 용해성인 냉동기 오일을 사용하고 있으므로 냉동기 오일중에 다량의 냉매가 용해되지는 않는다. 그 때문에 냉동기 오일에 용해되지 않은 냉동 순환 사이클중의 냉매 혼합비는 냉매 순환 사이클에 봉입하기 전의 불연성인 혼합비에 대해 거의 변화하지 않고, 가연성으로 되는 혼합비로 이동될 가능성은 없다. 따라서 이 상태의 냉매가 얼마간의 트러블 등에 의해 대기중으로 방출되거나 착화 열원이 존재한 경우에도, 발화하여 화재를 일으킬 우려가 없다.
제9도는 예를들면 공조기에 적용되는 시스템의 일예이며, 압축기(1)에 흡입된 냉매는 밀폐용기(11)내의 전동기(12)를 냉각한후, 압축기구(13)내에서 압축되어, 4방 밸브(5)를 통해 응축기(2)로 토출된다. 이 과정에서 밀폐용기(11)의 바닥부에 저장된 냉동기 오일(6)은 구조상, 압축기(1)에 흡입된 냉매 분위기에 처하게 되지만, 냉동기 오일(6)은 비용해성 또는 미약한 용해성밖에 갖지 않으므로 냉동기 오일(6)중에 다량의 냉매가 용해되지 않는다.
[실시예9]
이하, 본 발명에 대응하는 실시예9를 제10도를 기초로 설명한다. 복수 냉매의 혼합냉매이며, 그 구성 냉매중 적어도 한 종류는 가연성인 냉매, 예를들면 단독냉매로서 가연성인 HFC32와 단독냉매로서 불연성인 HFC125, HFC134a의 혼합냉매를 사용한 경우, 본 발명은 냉매에 대해서 비용해성, 또는 미약한 용해성인 냉동기 오일을 사용하고 있으므로 냉동기 오일중에 다량의 냉매가 용해하지 않는다. 따라서, 냉동기 오일에 용해하지 않는 냉동 순환 사이클중의 냉매 혼합비는, 냉매 순환 사이클에 봉입하기 전의 불연성인 혼합비에 대해 거의 변화하지 않으며, 가연성으로 되는 혼합비로 변이될 가능성은 없다. 또한 사용하고 있는 냉동기 오일이 불연성 물질이므로 얼마간의 트러블 등에 의해 냉매와 냉동기 오일이 안개 형상으로 되어 대기중에 방출되고 착화 열원이 존재하는 경우에는 착화 화재를 일으킬 우려가 없다.
제10도는 예를들면 공조기에 적용되는 시스템의 일예이며, 압축기(1)에 흡입된 냉매는, 밀폐용기(11)내의 압축기구(13)내에서 압축된 후, 전동기(12)를 냉각하고, 4방 밸브(5)를 통해 응축기(2)로 토출된다. 이 과정에서 밀폐용기(11)의 바닥부에 저장된 냉동기 오일(6)은 구조상, 압축기구(13)에서 압축된 냉매 분위기에 노출되지 않지만, 냉동기 오일(6)은 비용해성이거나 미약한 용해성밖에 갖고 있지 않으므로 냉동기 오일(6)중에 다량의 냉매가 용해되지 않는다.
[실시예10]
이하, 본 발명에 대응하는 실시예10을 제11도에 기초하여 설명한다. 냉동기 오일이 냉매에 대하여 상호 용해성이 낮고, 냉매 순환 시스템 사용 주위 온도 범위에 있어서, 동일 온도와 그 포화 증기압하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 작은 수치를 갖는 것을 사용한 경우, 단일 냉매 또는 복수의 혼합 냉매이어도 공비의 혼합냉매를 사용했을 때에는 압축기(1) 정지시에 있어서, 증발기(4)나 응축기(2)의 온도쪽이 압축기(1)의 온도보다 조금이라도 높은 경우는, 냉매가 압축기(1)로 이행하고, 압축기 바닥부에 액체 냉매(7a)로서 다량 체류하지만, 본 발명에 도시하듯이 냉매로서 비공비인 혼합 냉매를 사용한 경우, 냉매중의 끊는 점이 낮은 구성 냉매가 먼저 기화하므로, 압축기(1)내에 있는 냉동기 오일이 노출되어 있는 냉매중의 구성 냉매는, 증발기(4)나 응축기(2)에 보유되어 있는 액체 냉매보다 끓는 점이 낮은 냉매로 되어 있고, 증발기(4)나 응축기(2)의 온도 쪽이 압축기(1)의 온도보다 다소 높아도 압축기(1)측으로의 냉매의 이행은 일어나지 않는다. 따라서, 장기 정기후의 기동시에도, 압축기 바닥부에 액체 냉매(7a)로서 체류하는 양이 억제되고, 액체 냉매(7a)가 압축기(1)의 미끄러짐부에 공급되어 윤활효과가 저하하는 시간을 억제할 수 있다.
여기에서 공비 냉매란 냉매의 증기 조성과 액체 조성이 동일하게 되는 조건이 사용되는 압력, 온도 범위내에서 적어도 한점을 존재하는 것을 말한다. 이에 대해 비공기 혼합 냉매란 냉매의 증기 조성과 액체 조성이 동일하게 되는 조건이, 사용되는 압력, 온도 범위내에서는 없는 것을 말한다.
냉동기 오일과 냉매의 상호 용해성에 대해서는, 일반적으로 JIS K2211 부속서 3에 「냉매와의 상호용해성 시험방법」에서 「시료 오일 및 냉매를 시험관에 넣어 실온 또는 탕욕중에서 온도상승시키고 시료 오일과 냉매를 균일 투명하게 한다. 다음에 시험관을 냉각하고, 용액이 2층으로 분리하든지, 용액 전체가 우유처럼 탁해질 때의 온도를 구하여, 이 온도를 그 유분율(油分率)(시료오일, 냉매 혼합 용액중의 시료오일의 백분율)에서의 2층 분리 온도로 하고, 냉동기 오일의 냉매와의 상호용해성을 평가한다.」로 규정되어 있다. 결국 상호용해성이 높은 오일은 상기 2층 분리 온도가 낮은 오일이고, 종래 하이드로플루오로카본이 주성분인 냉매를 사용하는 냉매 순환 시스템에서 사용되어온 냉동기 오일은 에스테르 오일로 대표되는 바와 같이 적어도 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서는 일체의 냉매와 냉동기 오일의 혼합비하에서 상호 용해성이 있었다. 또한 상호용해성이 낮은 오일은 상기 2층 분리 온도가 높은 오일이고, 본 발명에 도시하는 바와 같이, 하이드로플루오로카본이 주성분인 냉매를 사용하는 냉매 순환 시스템에서 사용되는 하드알킬 벤젠오일로 대표되는 바와 같이, 응축 압력 및 응축 온도 조건에서 적어도 냉매와 냉동기 오일의 임의의 혼합비하에서는 상호 용해성이 없는, 즉 냉매와 냉동기 오일의 최대 2층 분리온도(UCST)가 응축 온도 이상이지만, 중량 혼합비로 0.5∼7%(응축온도에 따라 다름) 이하로 되는 유분율에서는 상호용해성이 있다.
실시예에 대해서 제12도를 기초로 설명한다. 제12도는 비공비 혼합 냉매로 알려져 있는 HFC32, HFC125, HFC134a 의 혼합냉매와, 공비 냉매로 알려져 있는 HFC134a, HFC125 의 혼합 냉매를 사용한 냉매 순환 시스템에 있어서, 냉매 순환 시스템에 봉입한 냉매의 압축기로의 이행율이, 냉매 순환 시스템 정지시간 경과에 따라 변화하는 상황을 도시한 것이다. 이는 단일 냉매로서 HFC32의 끓는 점이 -54.8℃, HFC125 의 끓는 점이 -48.6℃, HFC134a의 끓는 점이 -26.2℃, HFC32, HFC125가 HFC134a 보다 끓는 점이 떨어져 낮으므로, 냉매 회로 중의 가스 냉매의 조성은 액체 냉매의 조성에 비해 HFC32 나 HFC125가 많아진다. 이 결과 압축기중의 냉동기 오일에 접하고 있는 가스 냉매는 상대적으로 끓는 점이 낮게 변화하기 어려운 상태로 되므로 이행량은 억제된다. 따라서 비공비 혼합 냉매를 사용하면, 상호 용해성이 낮고, 액체 냉매보다 비중이 작은 냉동기 오일을 사용한 경우에도, 압축기로 이행하는 냉매의 양이 적으므로, 압축기 바닥부에 액체 냉매로서 저장되는 양이 억제되고, 냉매 순환 시스템 장기 정지후의 기동시에 액체 냉매가 압축기의 미끄러짐부로 공급되어 윤활 특성이 저하하는 시간을 짧게 할 수 있다.
이행율이란 다음을 가르킨다.
이행율=(압축기로 이동한 냉매량) / (냉매 순환 시스템에 봉입한 냉매량) × 100 [%]
이행을 추진하는 힘은
Δp=(냉매 회로중의 액체 냉매 저장부 압력) - (압력기내 압력)
이 Δp가 있는 것이 전제이다. 여기서 압력은 냉매 특성과 온도에 의해 결정되고, 단일 또는 공비 냉매에서는
Δt=(냉매 회로중의 액체 냉매 저장부 온도) - (압축기 온도)
이 Δt가 큰 만큼 이행하기 쉽다.
또한 Δt=0이어도 상호 용해성이 강한 냉동기 오일을 사용하면 이행한다.
따라서, 완전히 상호 용해성이 없고 Δt=0이면 이행되지 않는다.
또한, 단일 또는 공비 냉매는 Δt0이면 이행이 시작되고, 최종적으로는 전체 액체 냉매가 저온측으로 이행한다.
비공기 혼합 냉매에서는, Δt0이어도 가스와 액체의 조성이 다르므로 Δt의 크기에 따라 최종적으로 이행하는 냉매의 양은 다르다. 이 양은 가스와 액체의 조성이 차이에 의해 결정되고 전술한 끓는 점의 차이는 이를 설명한 것이다.
또한 가스와 액체의 조성의 차이는 혼합 냉매 종류, 혼합비, 액체 가스비(결국 온도와 압력), 온도분포, 냉동기 오일의 용해성에 영향된다.
예를 들어 비공비 혼합 냉매인 HFC32와 HFC134a의 혼합 냉매에 대해서 제13도에서 설명한다. 접속된 두 개의 용기가 -2.5℃의 분위기하에 있는 것으로 한다. 한쪽 용기에 HFC32:HFC134a=25:75 wt% 의 액체 냉매가 있는 경우(액체 냉매 회로중의 액체 냉매 저장부를 상정), 접속된 또 한쪽(압축기를 상정)의 가스 조성은 HFC32:HFC134a = 46:54 wt%로 되고, 양자는 3.7㎏/㎠ G에서 균압되고 있으므로 냉매의 이행은 일어나지 않는다. 이 상태에서 가스측의 용기 결국 압축기에 상당하는 측만 온도를 -2.5℃로부터 -7.5℃로 저하시킨다. 만약 이 냉매가 단일 또는 공비 혼합 냉매이면 저온측 압력이 항상 낮으므로 전체 액체 냉매가 이행하지 않더라도, 압축기측 가스 냉매의 일부가 액화하고, 아래 도면과 같이 액상이 HFC32:HFC134a=41:59 wt%, 가스상의 HFC32:HFC134a=63:37 wt% 의 상태에서, 고온측 용기와 균압상태로 될 수 있으므로, 이 이상의 냉매의 이행은 일어나지 않는다. 기체상의 확산에 의한 이행도 고려될 수 있으나, 일반적으로 기체상의 확산 속도는 상당히 늦고, 실용상 문제로 되지 않는다.
상기 기술한 바와 같이 이행은 비공비 혼합 냉매를 사용하는한, 냉동기 오일에 관계없이 개선된다. 그러나 이행의 요인에 냉동기 오일의 용해성은 관여하고 있고, 상호 용해성이 없는 오일을 사용하므로써 또한 이행을 억제할 수 있다. 무거운 오일과 가벼운 오일은 이행에 관해서는 우위성은 없으나, 상호 용해성이 없는 오일의 경우 특히 가벼운 오일에서는 신뢰성 확보의 점에서 효과가 크다.
상호 용해성이 없는 오일 + 단일 또는 공비냉매 : Δt 70에서 전체 액체 냉매가 이행한다. (Δt=0에서는 이행하지 않는다.)
상호 용해성이 없는 오일 + 비공비 냉매 : Δt0에서도 Δt가 적으면 전체 액체 냉매는 이행하지 않는다. 또한 상호 용해성이 있는 오일로부터 이행하는 냉매의 양은 다시 억제된다.
이 경우 냉동기 오일은 클로로플루오로카본폴리머, 퍼어플루오로카본폴리머, 또는 퍼어플루오로알킬폴리에테르를 주성분으로 한 것을 사용한다.
또한, 상기 설명에서는 HFC32, HFC125, HFC134a의 혼합 냉매가 기재되었지만, 이는 환경 문제로 소멸 및 폐지계획의 대상으로 되어 있는 주로 공조기에 사용되고 있는 HCFC22의 대체 냉매로서, 이 3종 혼합 비공비 냉매가 효율, 능력, 압력, 안정성의 점에서 가장 유력하다.
이 혼합 냉매중에 HFC32가 들어가므로써 들어가지 않은 경우에 비해 효율, 능력이 향상된다. 또한 HFC32는 단독으로는 가연성이지만, 불연성인 HFC125나 HFC134a인 혼합비하에서는 실용상 불연성이므로 안정성도 클리어될 수 있다. 안전성의 면에서 여유를 보려면 HFC32의 비율을 낮게 하면 좋으나 그만큼 효율이 저하되는 경향이 있다. 따라서 안전성 면에서 동일 여유도의 것은, 상호 비용해성 오일을 사용하므로서 상호 용해성 오일을 사용한 경우에 비해 가연성인 HFC32의 비율을 크게할 수 있고 효율이 좋은 냉매를 사용할 수 있다.
이와 같은 시스템은, 공조기에 사용되고 있는 HCFC22의 대체 냉매 대응 기술이다. 예를들어 냉장고에 사용하는 냉장, 냉동 시스템에 사용되고 있는 냉매 R 502의 대체 냉매에도 마찬가지로 가연성 냉매 HFC143a를 포함하는 혼합냉매를 사용해도 좋은 것은 마찬가지이다.
냉동기 오일의 불연성에 대해서는, 예를들어 JIS K2265의 인화점 측정 방법에 규정되어 있는 인화점의 유무로 구별할 수 있다.
상기 설명에서의 오일의 비충의 비교대상은 혼합 냉매의 경우 혼합 냉매의 냉동 회로내 조성에서의 액체 냉매 비중이다.
또한 가연성 냉매를 포함하는 냉매에도 공비 냉매가 존재한다. 예를들면, 가연성 냉매 HFC143a를 포함하는 HFC134a와 HFC125의 2종 혼합 냉매는 상호 끓는 점이 근접하여 공비 냉매로 되고 있다. (HFC143a의 끓는 점 : -47.7℃, HFC125의 끓는 점 : -48.1℃)
비공비냉매는 냉매의 증기 조성과 액체 조성이 동일하게 되는 조건이 사용되는 압력, 온도 범위에 없는 것이다.
또한, CST(Critical Solubility Temperature)는 JIS K2211(P106)에 도시되어 있는 2층 분리온도 바로 그것이고, JIS K2211에 개시되어 있는 시험방법에 「유분율 5∼60 중량 %의 범위」로 명문화되어 있으나, 이는 일반적으로 이 범위에서 최대치를 갖기 때문이다.
이 최대치를 UCST(Uppermost Critical Solubility Temperature)로 하고 있다.
또한 이 냉매 순환 시스템은 냉매는 비공비인 혼합 냉매를 사용하므로 냉동기 오일이 냉매 순환 시스템 사용 주위 온도 범위에서 동일 온도와 그 포화 증기압하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 적은 수치를 갖는 것을 사용한 경우에도, 장기 정지후의 기동시에 있어서, 액체 냉매가 압축기의 미끄러짐부에 공급되고 윤활 효과가 저하하는 시간을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉동기 오일의 포화 수분량을 억제했으므로, 종래와 동등한 수분관리에 의해 동등 이상의 품질 확보가 가능해진다.
포화 수분량은 냉동기 오일을 온도 30℃, 습도 85RH%의 대기중에 방지하고, 오일중 수분량의 시간변화를 측정하며, 이 값이 점차 근접하는 수분량을 포화 수분량으로 한다.
상기 실시예의 냉동기 오일은 첨가제를 사용하지 않고도 냉동기 오일로서 요구되는 성능을 구비하지만,
변화 방지제로서 힌더드페놀계, 아민계, 유황계 등의 것이고, 예를들면 3,5-디-t-부틸-4-메틸 페놀, 4, 4'-메틸렌비스(2, 6-디-t-부틸페놀), 2, 2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 트리메틸디하이드로키논, p, p'-티오크틸디페닐아민, 3, 7-티오크틸페노티아진, 알킬페노티아진-1-카르복실레이트, 페닐-2-나프틸아민, 2,6-디-t-부틸-2-디메틸-p-크레졸, 5-에틸-10, 10'-디페닐페나실린, 알킬디설파이드 등을 0.2∼5중량 %,
극압제, 마모방지제로서, 인산에스테르, 중인산 에스테르, 알킬 또는 아릴 포스포로티오네이드, 할로겐화탄화수소, 할로겐화 카본산, 티알킬 또는 티아릴디티오린산 금속영, 디알킬디티오카르퍼민산 금속염, 유용성 유화(硫化) 몰리부틴 함유화합물 등을 1∼30 중량 %,
열안정성 향상제로서, 에폭시 화합물을 0.2∼5 중량 %,
발포제로서 디메틸폴리실록산, 카르본산 금속염을 0.001∼0.1 중량%
등의 첨가제를 단독 또는 병용 첨가하므로써 내마모성, 내하중성, 열안정성 등 냉동기 오일의 성능을 향상할 수 있다.
본 발명은 이상과 같은 구성을 갖기 때문에, 본 발명 냉매 순환 시스템은, 주로 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 냉매를 사용하고, 액체 냉매에 대해서 응축축에서 상호 용해성을 갖고, 증발측에서 상호 비용해성이거나 미약한 상호 용해성을 갖는 냉동기 오일을 사용했기 때문에, 전기 절연성 및 내습성이 뛰어나고, 또한 압축기로의 오일 복귀가 양호하며 신뢰성이 높다.
또, 본 발명 냉매 순환 시스템은 축압기로부터의 냉매 도출관에 다수의 오일 복귀 구멍을 설치했기 때문에, 축압기내에 다량의 오일을 저장하는 일 없이, 확실하게 냉동기 오일을 압축기로 되돌릴 수가 있음과 더불어, 장치의 부하 상황에 대응해서 잉여 냉매를 저장할 수가 있다.
또 본 발명의 냉매 순환 시스템은, 압축기의 냉동기 오일을 고압측 냉매 공간에 배치했기 때문에, 토출 가스에 혼합해서 시스템으로 유출하는 냉동기 오일의 혼합율이 억제되어, 신뢰성이 높고 또한 열교환 효율이 좋은 시스템을 얻을 수 있다.
또, 본 발명 냉매 순환 시스템은, 증발기와 압축기의 사이에, 압축기로부터 증발기측으로의 역류 방지 기구를 설치하는 구성으로 했기 때문에 압축기 정지시에, 고압측으로부터 누설된 가스가 흡입 배관을 경유해서 증발기에 도달하여, 증발기 등의 온도를 상승시켜 버리는 것을 방지하고, 장치의 소비전력도 저감할 수 있다. 이 경우 축압기로부터의 냉매 도출관에 다수의 오일 복귀 구멍을 설치해 확실하게 오일을 복귀시킬 수 있다.
또 본 발명 냉매 순환 시스템은, 압축기로부터 토출되는 토출가스중의 냉동기 오일의 혼합율을 억제해서, 시스템으로 유출된 냉동기 오일의 오일 복귀를 확실히 하기 때문에, 신뢰성이 높은 시스템이 된다. 또 축압기로부터 냉매 도출관으로의 다수의 오일 복귀 구멍을 설치하는 구성 등을 조합시키면 한층 확실한 오일 복귀가 가능하다.
또 본 발명 냉매 순환 시스템은, 압축기 토출측에 오일 분리기를 설치하고, 토출 가스에 혼합해서 시스템으로 유출하는 냉동기 오일의 혼합율이 억제되기 때문에, 신뢰성이 높고 또한 열교환 효율이 좋은 시스템을 얻을 수 있다. 이 구성에 상기 다른 오일 복귀 대책을 조합시키면 한층 효과적이다.
또 본 발명 냉매 순환 시스템은, 증발기와 압축기의 사이에 개폐 밸브를 설치한 경우는, 상기 압축기 정지시에 상기 개폐 밸브를 폐쇄하는 제어 수단을 갖춘 구성에 의해, 압축기 정지시에, 증발기로부터 압축기로의 유입을 개폐 밸브에 의해 저지하므로써, 압축기의 윤활유 차단에 의한 샤프트의 늘어붙음 등의 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명 냉매 순환 시스템은, 주로 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 냉매를 사용하고, 액체 냉매에 대해서 증발측에서 상호 용해성을 갖지 않거나 또는 약한 상호 용해성을 갖는 냉동기 오일을 사용함과 더불어, 이 냉동기 오일의 비중량이 액체 냉매의 비중량과 거의 동등하게 되는 것을 사용한 경우에는, 전기 절연성 및 내습성이 뛰어나고, 또한 압축기로의 오일 복귀성이 좋고, 신뢰성이 높다.
본 발명 냉매 순환 시스템은, 주로 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 냉매를 사용하고, 액체 냉매에 대해서 증발측에서 상호 비용해성이거나 약한 상호 용해성을 갖는 냉동기 오일을 사용함과 더불어, 당해 냉동기 오일의 비중량이 액체 냉매의 비중량보다도 큰 것을 사용했기 때문에, 압축기의 밀봉 기능 및 윤활 기능을 현저하게 안정화시킴과 더불어, 전기 절연성 및 내습성이 뛰어나며, 냉동기 오일의 시스템으로의 유출이 적고, 또한 오일 복귀성이 양호하며, 높은 신뢰성을 갖는다.
본 발명은 하이드로플루오로카본의 분자는 수소(H), 탄소(C), 불소(F) 원자로 구성되어 있으므로, 이로인해 비중이 큰 냉동기 오일을 제조하기 위해서는, 그 구성 원자로서 적어도 불소 이상의 원자량을 갖는 원자가 필요로 하지만, 일반적으로 원자량이 큰 것으로 구성되는 물질만큼 고가이다. 본 발명과 같이 가벼운 냉동기 오일이면, 수소, 탄소, 산소로 지칭되는 원자로 구성된 물질이 좋으므로 저렴한 비용으로 실현할 수 있다.
또한 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일을 사용한 경우, 냉동기 오일 또는 이 냉동기 오일에 접한 냉매의 온도가 냉동기 오일의 놓인 분위기 압력에서의 냉매의 포화 온도에 근접한 때도, 냉동기 오일로의 냉매의 용해가 적다. 따라서 미끄러짐부에 공급되는 액체의 점도는 높게 유지되고, 미끄러짐부의 늘어붙음 등이 일어나기 어렵다.
또한, 상호 용해성이 낮은 냉동기 오일을 사용한 경우, 오일 시일부에서 압축실 흡입측에 누설된 오일중에 함유되는 냉매의 양이 적으므로, 이 냉매가 압축 과정에서 재팽창, 재압축하는 것에 의한 손실이 적고, 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한 냉매는 비공비인 혼합 냉매를 사용하면 냉동기 오일의 적어도 냉매 순환 시스템 사용 주위 온도 범위에서, 동일 온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 작은 수치를 갖는 것을 사용한 경우에도, 압축기 정지시에 증발기나 응축기로부터 냉매가 압축기로 이행하고, 압축기 바닥부에 액체 냉매로서 체류하는 양이 억제되고, 장기 정지후의 기동시에 액체 냉매가 압축기의 미끄러짐부에 공급되고 윤활 효과가 저하하는 시간을 억제할 수 있다.
이 냉매 순환 시스템은 압축기의 윤활, 시일 등에 사용되는 냉동기 오일의 응축기, 교축기구 및 증발기로의 유출을 억제하는 동시에 토출 오일이 적으므로 유출한 냉동기 오일을 확실히 압축기로 되돌릴 수 있고, 응축기 및 증발기의 열교환 효율을 저하시키지 않는다.
이 냉매 순환 시스템은, 압축기의 윤활, 시일등에 사용되는 냉동기 오일의 응축기, 교축 기구 및 증발기로의 유출을 억제하는 동시에, 유출한 냉동기 오일을 확실히 압축기로 되돌릴 수 있고, 응축기 및 증발기의 열교환 효율을 저하시키지 않는다.
본 발명의 냉매 순환 시스템은, 압축기의 윤활, 시일 등에 사용되는 냉동기 오일의 응축기, 교축기구 및 증발기로 유출한 냉동기 오일을 확실히 되돌릴 수 있고, 응축기 및 증발기의 열교환 효율을 저하시키지 않는다.
또한 본 발명의 냉매 순환 시스템은 어떤 트러블 등으로 냉매가 대기중에 방출되거나 착화 열원이 존재한 경우에도 인화하지 않고 화재를 일으키는 등의 위험을 회피할 수 있다.
본 발명의 냉매 순환 시스템은, 냉동기 오일을 불연으로 하고 있고, 미스트상으로 되어 대기중에 방출되어도 발화하지 않는다.
또한, 본 발명의 냉매 순환 시스템은 냉동기 오일중에 다량의 냉매가 용해되지 않으므로, 복수 냉매의 혼합 냉매이고 그 구성냉매 중 적어도 한 종류는 가연성인 냉매를 사용했을 때에도, 냉매 순환 사이클중의 냉매 혼합비는, 불연성이 확인된 냉매 순환 사이클에 봉입하기 전의 혼합비와 거의 변화하지 않으므로, 냉매의 냉동기 오일로의 선택 용해에 의해, 가연성으로 되는 혼합비로 추이되지 않고 불연성이 유지될 수 있으며, 이 상태의 냉매가 얼마간의 트러블등에 의해 대기중으로 방출되고 착화 열원이 존재한 경우에도 인화하지 않으며, 화재 등을 일으킬 우려가 없는 고 안전성의 냉매 순환 사이클을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 냉매 순환 시스템은 냉동기 오일중에 다량의 냉매가 용해하지 않으므로, 복수 냉매의 혼합 냉매이고 그 구성 냉매중 적어도 한 종류는 가연성인 냉매를 사용했을 때에도, 냉동 순환 사이클중의 냉매 혼합비는, 불연성이 확인된 냉매 순환 사이클에 봉입하기 전의 혼합비와 거의 변화하지 않으므로, 냉매의 냉동기 오일로의 선택 용해에 의해, 가연성으로 되는 혼합비로 추이되지 않고 불연성이 유지될 수 있으며, 사용하고 있는 냉동기 오일이 불연불이므로, 이 상태의 냉매가 얼마간의 트러블 등에 의해 대기중에 방출되거나 착화열원이 존재한 경우에도 인화하지 않으며, 화재등을 일으킬 우려가 없는 고안정성의 냉매 순환 사이클을 얻을 수 있다.
또한 하이드로플루오로카본(HFC) 은 환경 문제로 소멸 및 폐지계획의 대상으로 되어 있는 CFC12 나 HCFC22의 대체 냉매로서 유력하지만, 이 하이드로플루오로카본은 분자중에 염소원자를 포함하지 않으며, 염소 분자를 갖는 CFC12나 HCFC22와 같이, 압축기의 경계 윤활 조건하에 놓인 접동부가 금속표면에 염화 철과 같은 화합물을 만들어 내마모성을 높인다는 효과가 기대될수 있다.
또한, 하이드로플루오로카본에 대해 상호 용해성이 높은 에스테르 오일은 CFC12나 HCFC22를 냉매로 한다. 냉매 순환 시스템에 사용되온 파라핀계 오일 또는 나트탄계 오일에 비해, 극압성(고압 점도지수)이 낮으므로 압축기의 미끄러짐부가 경계 윤활 조건으로 되기 쉽다.
따라서 특히 하이드로플루오로카본을 냉매로서 사용하는 냉매 순환 시스템은, 상호 용해성이 있는 에스테르 오일을 냉동기 오일로서 사용한 경우, 압축기의 미끄러짐부의 내마모성의 점에서 문제가 있으나, 약한 상호 용해성 오일을 사용하므로써 이 문제가 없게 된다.
[발명의 효과]
본 발명은 상기와 같은 구성을 갖기 때문에, 전기 절연성 및 내습성이 뛰어나고, 또 신뢰성이 높은 시스템을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 갖기 때문에, 냉매 순환 시스템내의 압축기로부터의 오일의 유출이 억제될 수 있고, 오일이 복귀하기 쉽고 부적절한 개소에 오일이 저장되고, 정체되지 않는 신뢰성 높은 효율 좋은 시스템이 얻어진다는 효과가 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 갖기 때문에, 화재 등을 일으킬 우려가 없고 안전성이 높은 냉매 순환 사이클을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 가지므로 장기 정지후의 기동에 있어서, 압축기의 미끄러짐부에 이상이 발생하지 않고 신뢰성이 높은 시스템이 얻어진다는 효과가 있다.

Claims (50)

  1. 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 단일 냉매 또는 혼합 냉매를 사용하고, 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압 기체 냉매로서 토출하는 압축기(1)와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기(2)와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구(3)와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기(4)를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도로 설치된 탱크에 냉동기 오일(6)을 저장하고, 이 냉동기 오일의 적어도 일부가 윤활 또는 밀봉 기능을 하도록 냉매에 노출되며, 상기 냉매 오일은 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서 액체 냉매에서의 중량 용행율이 0.5 내지 7%인 용해성을 가지며, 냉매는 그중 적어도 하나가 가연성인 냉매의 혼합물 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  2. 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란 또는 플루오로설파를 주성분으로 하는 단일 또는 혼합 냉매를 사용하고, 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압 기체 냉매로서 토출하는 압축기(1)와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기(2)와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구(3)와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기(4)를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도로 설치된 탱크에 냉동기 오일(5)을 저장하고, 이 냉동기 오일의 적어도 일부가 윤활 또는 밀봉 기능을 하도록 냉매에 노출되며, 상기 냉동기 오일은 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서 액체 냉매에서의 중량 용해율이 0.5 내지 7%인 용해성을 가지며, 냉매는 그중 적어도 하나가 가연성인 냉매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 액체 냉매보다 비중이 작은 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 알킬벤젠, 폴리알파올레핀, 파리핀계 오일, 나프탄계 오일, 폴리페닐에테로, 폴리페닐디오에테르, 또는 염소화 파라핀중 적어도 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 냉매는 비공비 냉매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 적어도 냉매 순환 시스템 사용 주위 온도 범위에서 동일온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 적은 수치를 갖는 것을 사용하고, 냉매는 비공비의 혼합냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  7. 제3항에 있어서 냉매를 외부로 도출하기 위한 도출관을 갖는 축압기를 추가로 포함하며, 상기 도출관에는 축압기 하단으로부터의 높이가 다른 복수의 구멍이 설치된 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  8. 제3항에 있어서 증발기와 압축기 사이에 역류방지 기구를 설치하거나, 증발기와 압축기 사이의 제1연결부와 압축기와 응축기 사이의 제2연결부에 제공되는 4방벨브 사이에 역류방지 기구를 설치하거니, 또는 축압기와 압축기 흡입측 접속관의 사이에 역규방지 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 냉동기 오일은 액체 냉매보다 비중이 큰 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 냉동기 오일의 비중은 -20℃ 내지 +60℃의 온도 범위에서 동일 온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체냉매의 비중보다 큰 수치로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 냉동기 오일은 클로로플루오로카본폴리머, 퍼어플루오로카본 폴리머, 퍼어플루오로알킬폴리에테르, 변성 실리콘 또는 염소화 방향족을 주성분으로 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 냉매는 구성 냉매중 적어도 한 종류가 가연성인 여러 냉매의 혼합 냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 냉동기 오일이 저장되는 압축기 바닥부 또는 상기 별도 설치 탱크를 상기 압축기 또는 상기 냉매 순환 시스템의 고압측에 배치하는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 고압 기체 냉매에 혼입하여 상기 압축기로부터 토출되는 냉동기 오일의 중량 혼입율이 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서 액체 냉매중으로의 냉동기 오일의 중량 용행율 이하로 되도록 기체 냉매보다 비중이 무거운 냉동기 오일을 분리하는 분리 수단을 상기 압축기에 조립한 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 압축기의 토출측에 오일 분리기를 접속한 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 증발 압력 및 증발 온도 조건하에서 액체 냉매로의 중량 용해율이 0 내지 2%인 비용해성 또는 미약한 용해성을 갖는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  17. 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에 윤활 또는 시일 기능 등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 당해 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되며, 상기 냉매는 HFC32, HFC125 와 HFC134a의 혼합냉매이고, 상기 냉동기 오일은 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서 액체 냉매로의 중량 용해율이 0.5∼7%의 용해성을 가지며, 상기 냉동기 오일은 상기 액체 냉매보다 비중이 작은 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 냉동기 오일이 불연성인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  19. 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압화 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에 윤활 또는 시일 기능 등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되며, 상기 냉매는 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 비공비의 냉매를 혼합한 냉매이고, 상기 냉동기 오일은 액체 냉매보다 가볍고 액체 냉매에 약간 용해되는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  20. 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압화 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에 윤활 또는 시일 기능등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되며, 상기 냉매는 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란 또는 플루오로설파중 적어도 하나를 주성분으로 하는 비공비의 혼합냉매이고, 상기 냉동기 오일은 상기 액체 냉매보다 가볍고 액체 냉매에 약간 용해되는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 혼합 냉매중 적어도 하나는 가연성 냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  22. 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압화 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에 윤활 또는 시일 기능등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 당해 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되며, 상기 냉매는 구성 냉매중 적어도 하나는 가연성인 여러 냉매의 혼합 냉매를 사용하고, 상기 냉동기 오일은 상기 액체 냉매보다 가벼우며 액체 냉매에 약간 용해되는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 냉동기 오일은 불연성인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  24. 제17항에 있어서, 냉매와 냉동기 오일, 2층으로의 분리 온도는 응축 온도 이상인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  25. 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압화 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에, 윤활 또는 시일 기능등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되며, 상기 냉매는 하이드로플루오로카본을 주성분으로 하는 냉매이고, 상기 냉동기 오일은 상기 액체 냉매보다 비중이 적으며, 상기 냉동기 오일과 액체 냉매의 2층 분리 온도의 최대치가 응축 온도 이상이고, 상기 냉동기 오일의 포화 수분량이 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  26. 액체 냉매를 포함하는 기체 냉매를 흡인하여 고압화 기체 냉매로서 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 하류측에 배치되어 압축기로부터 토출되는 고압 기체 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 하류측에 배치되어 응축기에서 나온 액체 냉매의 압력을 감압시키는 교축기구와, 상기 교축기구의 하류측에 배치되어 교축기구에서 나온 액체 냉매 또는 기액 2상 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 냉매 순환 시스템으로서, 상기 시스템에 설치된 압축기의 내부 또는 별도 설치 탱크에, 윤활 또는 시일 기능등을 갖기 위한 냉동기 오일을 저장하고, 냉동기 오일의 일부 또는 전부가 냉매 분위기에 노출되며, 상기 냉매는 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄, 플루오로실란 또는 플루오로설파중 적어도 하나를 주성분으로 하는 냉매이고, 상기 냉동기 오일은 액체 냉매보다 비중이 작으며, 냉동기 오일과 액체 냉매의 2층 분리온도의 최대치가 응축 온도 이상이고, 상기 냉동기 오일의 포화 수분량이 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  27. 제1항에 있어서, 냉동기 오일의 포화 수분량은 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  28. 제2항에 있어서, 냉동기 오일의 포화 수분량은 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  29. 제20항에 있어서, 냉매와 냉동기 오일, 2층으로의 분리 온도는 응축 온도 이상인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  30. 제17항에 있어서, 냉동기 오일의 포화 수분량은 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  31. 제20항에 있어서, 혼합 냉매중 적어도 하나는 가연성 냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  32. 제22항에 있어서, 냉매와 냉동기 오일, 2층으로의 분리 온도는 응축 온도 이상인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  33. 제19항에 있어서, 냉동기 오일의 포화 수분량은 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  34. 제20항에 있어서, 냉동기 오일의 포화 수분량은 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  35. 제22항에 있어서, 냉동기 오일의 포화 수분량은 300 ppM이하인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  36. 제2항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 액체 냉매보다 비중이 작은 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 알킬벤젠, 폴리알파올레핀, 파라핀계 오일, 나프탄계 오일, 폴리페닐에테르, 폴리페닐디오에테르, 또는 염소화 파라핀 중 적어도 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  38. 제36항에 있어서,상기 냉매는 비공비 냉매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  39. 제36항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 적어도 냉매 순환 시스템 사용 주위 온도 범위에서 동일온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 적은 수치를 갖는 것을 사용하고, 냉매는 비공비의 혼합냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  40. 제36항에 있어서, 냉매를 외부로 도출하기 위한 도출관을 갖는 축압기를 추가로 포함하며, 상기 도출관에는 축압기 하단으로부터의 높이가 다른 복수의 구멍이 설치된 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  41. 제37항에 있어서, 증발기와 압축기 사이에 역류방지 기구를 설치하거나, 증발기와 압축기 사이의 제1연결부와 압축기와 응축기 사이의 제2연결부에 제공되는 4방밸브 사이에 역류방지기구를 설치하거나, 또는 축압기와 압축기 흡입측 접속관의 사이에 역류방지 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  42. 제2항에 있어서, 냉동기 오일은 액체 냉매보다 비중이 큰 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 냉동기 오일의 비중은 -20℃ 내지 +60℃의 온도 범위에서 동일온도와 그 포화 증기압 하에서 측정된 액체 냉매의 비중보다 큰 수치로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  44. 제42항에 있어서, 냉동기 오일은 클로로플루오로카본폴리머, 퍼어플루오로카본 폴리머, 퍼어플루오로알킬폴리에테르, 변성 실리콘 또는 염소화 방향족을 주성분으로 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  45. 제42항에 있어서, 상기 냉매는 구성 냉매중 적어도 한 종류가 가연성인 여러 냉매의 혼합 냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  46. 제42항에 있어서, 냉동기 오일이 불연성인 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  47. 제2항에 있어서, 냉동기 오일이 저장되는 압축기 바닥부 또는 상기 별도 설치 탱크를 상기 압축기 또는 상기 냉매 순환 시스템의 고압측에 배치하는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  48. 제2항에 있어서, 고압 기체 냉매에 혼입하여 상기 압축기로부터 토출되는 냉동기 오일의 중량 혼입율이 응축 압력 및 응축 온도 조건하에서 액체 냉매중으로의 냉동기 오일의 중량 용해율 이하로 되도록 기체 냉매보다 무거운 냉동기 오일을 분리하는 분리 수단을 상기 압축기에 조립한 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  49. 제2항에 있어서, 상기 압축기의 토출측에 오일 분리기를 접속한 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
  50. 제2항에 있어서, 상기 냉동기 오일은 증발 압력 및 증발 온도 조건하에서 액체 냉매로의 중량 용해율이 0 내지 2%인 비용해성 또는 미약한 용해성을 갖는 것을 특징으로 하는 냉매 순환 시스템.
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