(57)【要約】【課題】二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油として好適な潤滑油を提供する。【解決手段】この装置は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用した冷却加熱装置であり、圧縮機１、ガスクーラー２、熱交換部３、膨張弁（膨張器）４、蒸発器５、油分離器６、熱交換部７を備えている。また、圧縮機１とガスクーラー２を接続する作動流体配管１２、ガスクーラー２と蒸発器５を接続する作動流体配管２５、蒸発器５と油分離器６を接続する作動流体配管５６、油分離器６と圧縮機１を接続する作動流体配管６１を備えている。さらに、作動流体配管６１と油分離器６を接続する油回収配管８を備えている。圧縮機１の潤滑油として、テトラエチレングリコールを主成分とする潤滑油を使用する。【選択図】      図１
2006183031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機用潤滑油であって、
下記の（１）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールまたはその誘導体を、主成分として含有することを特徴とする冷却または加熱装置の圧縮機用潤滑油。
【化１】
2006183031.tif 000010
【請求項２】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機用潤滑油であって、
テトラエチレングリコールまたはその誘導体を、主成分として含有することを特徴とする冷却または加熱装置の圧縮機用潤滑油。
【請求項３】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機であって、
下記の（１）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールおよびその誘導体を主成分として含有する潤滑油で潤滑されていることを特徴とする圧縮機。
【化２】
2006183031.tif 000011
【請求項４】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機であって、
テトラエチレングリコールまたはその誘導体を主成分として含有する潤滑油で潤滑されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置であって、
下記の（１）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールおよびその誘導体を主成分として含有する潤滑油で、前記圧縮機が潤滑されていることを特徴とする冷却または加熱装置。
【化３】
2006183031.tif 000012
【請求項６】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置であって、
テトラエチレングリコールまたはその誘導体を主成分として含有する潤滑油で、前記圧縮機が潤滑されていることを特徴とする冷却または加熱装置。
【請求項７】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機用潤滑油であって、
下記の（１’）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールまたはその誘導体を、主成分として含有することを特徴とする冷却または加熱装置の圧縮機用潤滑油。
【化４】
2006183031.tif 000013
Ｒ３およびＲ４は、水素、炭化水素基、および置換基を有する炭化水素基のいずれかであって、互いに同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
【請求項８】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機であって、
下記の（１’）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールまたはその誘導体を主成分として含有する潤滑油で潤滑されていることを特徴とする圧縮機。
【化５】
2006183031.tif 000014
Ｒ３およびＲ４は、水素、炭化水素基、および置換基を有する炭化水素基のいずれかであって、互いに同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
【請求項９】
作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置であって、
下記の（１’）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールまたはその誘導体を主成分として含有する潤滑油で、前記圧縮機が潤滑されていることを特徴とする冷却または加熱装置。
【化６】
2006183031.tif 000015
Ｒ３およびＲ４は、水素、炭化水素基、および置換基を有する炭化水素基のいずれかであって、互いに同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機用潤滑油に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルノー逆サイクルを原理とする冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用した冷却加熱装置は、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、作動流体を圧縮機で断熱圧縮した後、ガスクーラーで凝縮して放熱させ、この熱で加熱対象流体（空気や水）を加熱する。次に、作動流体は膨張器で断熱膨張した後に、蒸発器で蒸発し、この蒸発に必要な熱を冷却対象流体から吸収し、再度、圧縮機に向かい、これらの断熱圧縮、等温放熱、断熱膨張、等温吸熱を繰り返す。
【０００３】
冷凍サイクルの作動流体としては、従来より、オゾン層保護の観点からクロロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンに代えてハイドロフルオロカーボン等が使用されているが、ハイドロフルオロカーボンも地球温暖化の原因物質である。そのため、近年では、これに代わる作動流体として、炭化水素、アンモニア、二酸化炭素などの自然流体が注目されている。これらのうち、炭化水素は可燃性の問題、アンモニアは臭気や毒性の問題があるのに対して、二酸化炭素はこのような問題がないため、特に有望な作動流体として期待されている。
【０００４】
しかしながら、二酸化炭素を作動流体として用いると、二酸化炭素は断熱圧縮過程で３５３〜４１３Ｋ、１０〜２０ＭＰａに達し、いわゆる超臨界状態となる。超臨界状態の二酸化炭素は物質を溶解する能力が高く、圧縮機の潤滑油は圧縮機内を通る二酸化炭素に溶解し易いため、潤滑油が溶解された二酸化炭素が作動流体として循環する場合がある。この場合、二酸化炭素に溶解した潤滑油は冷却時に凝縮する可能性があり、ガスクーラーおよび蒸発器に潤滑油が滞留することにより熱交換性能が低下する恐れがある。
【０００５】
二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用として好適な潤滑油に関しては、例えば下記の特許文献１および２に記載がある。
特許文献１には、ガスクロマトグラフ蒸留法による１０％留出点が４００℃以上且つ８０％留出点が６００℃以下、１００℃における動粘度が２〜３０ｍｍ2 ／ｓ、粘度指数が１００以上である潤滑油基油を主成分とする潤滑油組成物が好適であると、記載されている。具体的には、ポリアルファオレフィンやポリアルキレングリコールを主成分とするものが挙げられている。ポリアルキレングリコールとしては、ＣＨ3 （ＰＯ）m （ＥＯ）n ＣＨ3 で表され、ｍ／ｎ＝８／２であるものが挙げられている。
【０００６】
特許文献２には、二酸化炭素作動流体と非相溶性を示すポリ−α−オレフィンまたはパラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油またはアルキルベンゼンのいずれか一種または混合油が好適であると、記載されている。
なお、作動流体がハイドロフルオロカーボンの場合の圧縮機用潤滑剤としては、例えば、下記の（２）式で表されるポリアルキレングリコールを主成分とするもの（日本サン石油（株）製「ＳＵＮＩＣＥ  Ｐ−５６（商品名）」）が使用されている。
【０００７】
【化１】
2006183031.tif 000003
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２９４８８６号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１および２に記載の潤滑油には、二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油として更なる改善の余地がある。
本発明は、二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油として好適な、「超臨界状態で二酸化炭素に溶解し難く、密度および動粘度の温度依存性および圧力依存性が小さい」潤滑油を特定することにより、圧縮機の潤滑特性を損なわず良好に作動できる、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機用潤滑油であって、下記の（１）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールまたはその誘導体を、主成分として含有することを特徴とする冷却または加熱装置の圧縮機用潤滑油を提供する。
【００１１】
【化２】
2006183031.tif 000004
【００１２】
上記（１）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールおよびその誘導体としては、下記の表１および表２に示すものが挙げられる。
これらの物質は、超臨界状態で二酸化炭素に溶解し難く、密度および動粘度の温度依存性および圧力依存性が小さいため、二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油の主成分として好適である。これらの物質のうちの１種類を主成分として使用してもよいし、２種類以上の混合物を主成分として使用してもよい。
なお、上記（１）式で示されるポリエチレングリコールおよびその誘導体であっても、ｎが１４以上の化合物は、前述の冷却または加熱装置の作動温度で著しく粘度が高かったり、固体であったりするため、潤滑油として必要な性能が得られなかったり、作動流体の循環経路に潤滑油が滞留したりする恐れがある。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
2006183031.tif 000006
【００１５】
これらのうちｎ＝４であるテトラエチレングリコールまたはその誘導体を主成分として含有するものが好ましく、テトラエチレングリコールを主成分として含有するものが特に好ましい。
本発明はまた、作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機用潤滑油であって、下記の（１’）式で示され、ｎ＝４〜１３であるポリエチレングリコールまたはその誘導体を、主成分として含有することを特徴とする冷却または加熱装置の圧縮機用潤滑油を提供する。
【００１６】
【化３】
2006183031.tif 000007
【００１７】
Ｒ３およびＲ４は、水素、炭化水素基、および置換基を有する炭化水素基のいずれかであって、互いに同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
上記（１’）式で示されるポリエチレングリコールおよびその誘導体であっても、ｎが１４以上の化合物は、前述の冷却または加熱装置の作動温度で著しく粘度が高かったり、固体であったりするため、潤滑油として必要な性能が得られなかったり、作動流体の循環経路に潤滑油が滞留したりする恐れがある。
【００１８】
Ｒ３およびＲ４の具体例であって、前記（１）式で示されるもの以外の例を、以下に示す。
アルキル基として、ＣＨ3 ＣＨ2 −（エチル基）、ＣＨ3 ＣＨ2 ＣＨ2 −（ノルマルプロピル基）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨ−（イソプロピル基）、ＣＨ3 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 −（ノルマルブチル基）、ＣＨ3 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 −（ノルマルペンチル基）、（ＣＨ3 ）3 ＣＣＨ2 −（ネオペンチル基）、ＣＨ3 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 −（ノルマルヘキシル基）ＣＨ3 ＣＨ（ＣＨ3 ＣＨ2 ）ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 −（２エチルヘキシル基）等。
【００１９】
アルケニル基として、ＣＨ2 ＝ＣＨ−（エチレン基）、ＣＨ3 ＣＨ＝ＣＨ−（１，２−プロピレン基）等のプロピレン基、ＣＨ3 ＣＨ＝ＣＨＣＨ2 −（２，３−ブチレン基）等のブチレン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、オレイル基、リノレイル基等。
シクロアルキル基として、シクロブチレン基、１−メチルシクロブチレン基等のシクロブチレン基、シクロペンテン基、シクロヘキセン基、シクロヘプテン基、シクロオクテン基、シクロノネン基、シクロデセン基、ビシクロアルキル基等。
【００２０】
芳香族炭化水素基として、Ｃ6 Ｈ5 −（フェニル基）、アルキルフェニル基、アルキルフェニルアルキル基、Ｃ10Ｈ9 −（ナフチル基）、アルキルナフチル基、アルキルナフチルアルキル基等。
窒素からなる置換基を有する炭化水素基として、シアノアルキル基、アミノアルキル基、アルキルイミノアルキル基、アミドアルキル基等。
酸素からなる置換基を有する炭化水素基として、アルコキシカルボニルアルキル基、アルコキシアルキル基、ヒドロキシアルキル基、オキソアルキル基、オキサシクロアルキル基等。
【００２１】
硫黄からなる置換基を有する炭化水素基として、メルカプトアルキル基、アルキルチオアルキル基、アルキルスルフォニルアルキル基等。
リンからなる置換基を有する炭化水素基として、アルキルアルコキシホスフィノイル基、アルキルアルコキシホスフィノイルアルキル基、アルキルホスフィノイル基、アルキルホスフィノイルアルキル基、アルコキシホスフォリル基、アルコキシホスフォリルアルキル基等。
ホウ素からなる置換基を有する炭化水素基として、アルキルボラニルアルキル基、アルコキシボラニルオキシアルキル基等。
その他の非金属元素を含む炭化水素基、複素環を含む炭化水素基等。
【００２２】
通常、圧縮機用潤滑油は、主成分以外に添加剤として、酸化防止剤、極圧剤、および安定剤を含有する。
本発明の圧縮機用潤滑油に添加する酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤である２，６−ジ−ターシャリーブチルフェノール、２，６−ジ−ターシャリーブチルヒドロキシトルエン、２，６−ジ−ターシャリーブチル−４−エチルフェノール、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ターシャリーブチルフェノール）、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ターシャリーブチルフェノール）等が挙げられる。
【００２３】
本発明の圧縮機用潤滑油に添加する極圧剤としては、リン酸エステル系極圧剤や亜リン酸エステル系極圧剤が挙げられる。
リン酸エステル系極圧剤としては、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、トリエチルフェニルホスフェート、トリアルキル（Ｃ＝１〜１０）ホスフェート等が挙げられる。
【００２４】
亜リン酸エステル系極圧剤としては、ジペンチルホスファイト、トリジペンチルホスファイト、ジヘキシルホスファイト、トリヘキシルホスファイト、ジオクチルホスファイト、トリオクチルホスファイト、ジノニルホスファイト、トリノニルホスファイト、ジオレイルホスファイト、トリオレイルホスファイト、ジクレジルホスファイト、トリクレジルホスファイト等が挙げられる。
【００２５】
本発明の圧縮機用潤滑油に添加する安定剤としては、エポキシ化合物やカルボジイミド化合物が挙げられる。
エポキシ化合物としては、ペンチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ペンタン酸グリシジルエステル、ヘキサン酸グリシジルエステル、２−エチルヘキサン酸グリシジルエステル、ネオデカン酸グリシジルエステル、安息香酸グリシジルエステル等が挙げられる。
カルボジイミド化合物としては、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルカルボジイミド、Ｎ，Ｎ’−ジトルイルカルボジイミド、Ｎ，Ｎ’−ジキシレニルカルボジイミド、Ｎ，Ｎ’−ジ（２，６−ターシャリーブチルフェニル）カルボジイミド、Ｎ，Ｎ’−ジアルキルカルボジイミド等が挙げられる。
【００２６】
本発明はまた、作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置の圧縮機であって、本発明の圧縮機用潤滑油で潤滑されていることを特徴とする圧縮機を提供する。
本発明はまた、作動流体として二酸化炭素を用い、圧縮機、ガスクーラー、膨張器、および蒸発器を備え、冷凍サイクルで冷却またはヒートポンプサイクルで加熱する装置であって、本発明の圧縮機用潤滑油で前記圧縮機が潤滑されていることを特徴とする冷却または加熱装置を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油として好適な、「超臨界状態で二酸化炭素に溶解し難く、密度および動粘度の温度依存性および圧力依存性が小さい」潤滑油が提供される。
また、この潤滑油を用いることで圧縮機の潤滑特性が良好になる。これに伴い、冷凍サイクルで冷却する装置またはヒートポンプサイクルで加熱する装置が、圧縮機の潤滑特性を損なわず良好に作動できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に相当する冷却加熱装置を示す概略構成図である。
この装置は、冷凍サイクルおよびヒートポンプサイクルを利用した冷却加熱装置であり、圧縮機１、ガスクーラー２、熱交換部３、膨張弁（膨張器）４、蒸発器５、油分離器６、熱交換部７を備えている。また、圧縮機１とガスクーラー２を接続する作動流体配管１２、ガスクーラー２と蒸発器５を接続する作動流体配管２５、蒸発器５と油分離器６を接続する作動流体配管５６、油分離器６と圧縮機１を接続する作動流体配管６１を備えている。さらに、作動流体配管６１と油分離器６を接続する油回収配管８を備えている。
【００２９】
熱交換部３は、作動流体配管２５がコイル状に形成された部分２５ａと、このコイル状部分２５ａに近接させて設置された送風ファン３１を備えている。熱交換部７は、作動流体配管６１がコイル状に形成された部分６１ａと、このコイル状部分６１ａに近接させて設置された送風ファン７１を備えている。
作動流体として二酸化炭素を使用し、圧縮機１の潤滑油として、テトラエチレングリコールを主成分とするものを使用した。
【００３０】
この冷却加熱装置では、作動流体が圧縮機１で断熱圧縮された後、作動流体配管１２からガスクーラー２に向かい、凝縮されて放熱される。ガスクーラー２から作動流体配管２５に出た作動流体は、コイル状部分２５ａの周囲の空気を加熱する。そして、送風ファン３１の回転により、この加熱された空気が熱交換部３の外部に供給される。
次に、作動流体は膨張弁４で断熱膨張された後に蒸発器５に向かって蒸発し、油分離器６を通って作動流体配管６１に入る。この蒸発に必要な熱が、コイル状部分６１ａの周囲の空気から吸収される。そして、送風ファン７１の回転により、この吸熱で冷却された空気が熱交換部７の外部に供給される。作動流体配管６１内の作動流体は、再度、圧縮機１に向かい、これらの断熱圧縮、等温放熱、断熱膨張、等温吸熱を繰り返す。
【００３１】
圧縮機１の潤滑油は、断熱圧縮過程で超臨界状態となった二酸化炭素に溶解するため、潤滑油が溶解した状態の二酸化炭素が圧縮機１から作動流体配管１２に入り、この「潤滑油＋二酸化炭素」が、作動流体配管１２，２５，５６，６１を通って循環する。そして、この「潤滑油＋二酸化炭素」は、作動流体配管５６から油分離器６に入ると、密度の違いで二酸化炭素と潤滑油が分離され、気体の二酸化炭素は上昇して作動流体配管６１に向かい、潤滑油は油分離機６の下部に溜まる。二酸化炭素とともに作動流体配管６１に向かった潤滑油は油回収配管８で、油分離機６の下部（油溜まり）に回収される。
【００３２】
この冷却加熱装置では、圧縮機１の潤滑油として、テトラエチレングリコールを主成分とした潤滑油を使用している。テトラエチレングリコールは、超臨界状態で二酸化炭素に溶解し難く、密度および動粘度の温度依存性および圧力依存性が小さい。そのため、この冷却加熱装置は、圧縮機１の潤滑特性を損なわず良好に作動することができると考えられる。
【００３３】
なお、この冷却加熱装置は、コイル状部分２５ａ，６１ａを内部熱交換器として備えているが、これらの内部熱交換器は状況に応じて設ける場合と設けない場合がある。
この冷却加熱装置の圧縮機１の潤滑油として、テトラエチレングリコールを主成分とした潤滑油が好適なことを、以下の方法で確認した。
この方法では図２の装置を用いた。この装置は、高温高圧で「二酸化炭素＋潤滑油」の動粘度、液相密度、二酸化炭素含有率を同時に調べることができる装置である。
【００３４】
図２の装置は、内部に平衡セル１０９と密度計１１１および粘度計１１２等が配置された空気恒温槽１０４と、二酸化炭素と潤滑油を空気恒温槽１０４内の平衡セル１０９に導入する導入部と、空気恒温槽１０４の外部に配置された二酸化炭素含有率測定部とを備えている。
導入部は、二酸化炭素ボンベ１０１と、高圧注入器１０２と、高速液体クロマトグラフ用ポンプ１０３と、配管１２１，１２２，１２３を備えている。配管１２１は、二酸化炭素ボンベ１０１からの二酸化炭素ガスを高圧注入器１０２に向かわせる。高圧注入器１０２は回転式のハンドル１０２ａを備えている。配管１２２は、高圧注入器１０２からの液状二酸化炭素を平衡セル１０９に向かわせる。配管１２３は、高速液体クロマトグラフ用ポンプ１０３に入った潤滑油９１，９２を、平衡セル１０９に向かわせる。
【００３５】
配管１２１には開閉弁１２１ａが、配管１２２には開閉弁１２２ａが、それぞれ取り付けてある。配管１２２の開閉弁１２２ａは、空気恒温槽１０４の外部の位置に取り付けてある。なお、配管１２２の空気恒温槽１０４の内部の位置には、圧力センサ１０５が取り付けられている。
空気恒温槽１０４内に設置された平衡セル１０９は、ＳＵＳ３１６製で耐圧窓付で容積が５００ｃｍ3 であり、４２３Ｋにおいて２５ＭＰａの圧力に耐えられる。平衡セル１０９には、温度測定用の白金抵抗体１０６とヒータ１０７が取り付けてある。また、平衡セル１０９の液相部を攪拌する攪拌機１０８と、液相部の温度を測定する温度計１１９を備えている。
【００３６】
空気恒温槽１０４内には、配管１３１，１３２と循環ポンプ１１０Ａにより気相循環経路が形成されている。配管１３１は、平衡セル１０９の気相部から液相部まで延びているが、配管１３２の下端は平衡セル１０９の気相部に存在する。
空気恒温槽１０４内には、また、密度計１１１、粘度計１１２、試料採取ボンベ１１３、配管１３３〜１３７、および循環ポンプ１１０Ｂにより、液相循環経路が形成されている。平衡セル１０９内の液体は、循環ポンプ１１０Ｂの作動により、配管１３７、配管１３６、密度計１１１、配管１３５、粘度計１１２、配管１３４、試料採取ボンベ１１３、配管１３３の順に移動して平衡セル１０９内の液相部に戻る。
【００３７】
密度計１１１は、Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ製の高圧振動管密度計「５１２Ｐ」である。試料採取ボンベ１１３は、容積約４０ｃｍ3 のＳｗａｇｅｌｏｋ製の携帯ボンベ「３０４Ｌ−ＨＤＦ２−４０」である。
粘度計１１２は、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ製の動粘度計「ＳＰＣ−５０１」である。この動粘度計は、流路に鉛直な方向に移動する電磁ピストンを備え、ピストンが１往復する際の周期を測定して、動粘度を求めるものである。ここでは、粘度計の校正にＣａｎｎｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ製の標準粘度液「Ｓ６０」を用い、３４４．３〜３７７．６Ｋにおける動粘度６．９〜１６．１ｍｍ2 ／ｓから、周期と動粘度の関係を得た。
【００３８】
二酸化炭素含有率測定部は、空気恒温槽１０４の液相循環経路から外した試料採取ボンベ１１３を取り付けて、試料採取ボンベ１１３内の気体を放出させる容器１４１と、メータリングバルブ１１４と、空気の入った密封容器１１６と、湿式積算流量計１１５と、配管１４２，１４３を備えている。配管１４２は、容器１４１から一度上方に延びた後、横に曲がり、さらに下向きに曲がって密封容器１１６に向かい、密封容器１６内の下部まで延びている。配管１４３は、密封容器１１６内の上部から上方に延びて、湿式積算流量計１１５と接続されている。
湿式積算流量計１１５は、分解能０．１ｃｍ3 のＳｈｉｎａｇａｗａ製の積算流量計「Ｗ−ＮＫ−０５」である。また、試料採取ボンベ１１３の質量を測定する装置として、最小感量０．１ｍｇのＥＸＡＣＴ製の直示天秤「ＡＶ１５８１」を用意した。
【００３９】
図２の装置は、以下の手順で作動させて使用する。
初めに、平衡セル１０９内を真空ポンプで脱気後、高速液体クロマトグラフ用ポンプ１０３を作動させて、潤滑油９１または９２を配管１２３を通って平衡セル１０９内に導入する。次に、配管１２２の開閉弁１２２ａを閉じて、冷却した高圧注入器１０２内に、二酸化炭素ボンベ１０１から配管１２１を通って二酸化炭素を導入する。次に、配管１２１の開閉弁１２１ａを閉じて、配管１２２の開閉弁１２２ａを開け、高圧注入器１０２内で液化された二酸化炭素を、配管１２２を通って平衡セル１０９に導入する。
【００４０】
次に、攪拌機１０８を作動させて、平衡セル１０９内の潤滑油と二酸化炭素を混合するとともに、循環ポンプ１１０Ａ，１１１Ｂを作動させる。これにより、平衡セル１０９内で「潤滑油＋二酸化炭素」は気相と液相が平衡状態となり、この状態で、気相循環経路では、循環ポンプ１１０Ａにより「潤滑油＋二酸化炭素」が、平衡セル１０９内の気相部から液相部へ戻ることを繰り返す。液相循環経路では、循環ポンプ１１０Ｂにより「潤滑油＋二酸化炭素」が、平衡セル１０９内の液相部から密度計１１１、粘度計１１２、試料採取ボンベ１１３を通って平衡セル１０９内の液相部へ戻ることを繰り返す。
【００４１】
温度と圧力が一定になるのを白金測温抵抗体１０６と圧力センサ１０５で確認したら、攪拌機１０８による攪拌と循環ポンプ１１０Ａ，１１１Ｂによる循環を停止して、密度と動粘度を密度計１１１と粘度計１１２を用いて測定する。
次に、試料採取ボンベ１１３の両端のバルブ１１３ａ，１１３ｂを閉じて、試料採取ボンベ１１３を配管１３３，１３４から外して、空気恒温槽１０４の外部で試料採取ボンベ１１３の質量（Ｗb ）を測定する。予め、空の状態で試料採取ボンベ１１３の空質量（Ｗ0 ）を測定しておくことで、測定値（Ｗb ）から空ボンベの質量（Ｗ0 ）を引いた値が、試料採取ボンベ１１３内に採取された「潤滑油＋二酸化炭素」の質量Ｗm （＝Ｗb −Ｗ0 ）として得られる。
【００４２】
次に、この試料採取ボンベ１１３を二酸化炭素含有率測定部の容器１４１に取り付けた後に、容器１４１側のバルブ１１３ａを開けて、試料採取ボンベ１１３内の二酸化炭素を容器１４１内に放出させる。容器１４１に放出された二酸化炭素は、配管１４２を通って密封容器１１６に入り、密封容器１１６内の空気を配管１４３に押し出す。配管１４３を通った空気の体積（ｖ）が湿式積算流量計１１５で測定される。
【００４３】
この押し出された空気の体積ｖ（リットル）と、室温ｔ（Ｋ）と、大気圧：１（ａｔｍ）、気体定数Ｒ＝８．３１４Ｊ／ｍｏｌ・Ｋを、気体の状態方程式「ＰＶ＝ｎＲＴ」に代入して、配管１４３を通った空気のモル数ｎa を算出する。この空気のモル数ｎa が、容器１４１に放出されて密封容器１１６に入った二酸化炭素のモル数に等しいため、このモル数ｎa に二酸化炭素の分子量４４．０１をかけて得られた値が、試料採取ボンベ１１３内に入っていた二酸化炭素の質量（ＷCO2 ）となる。このＷCO2 を前述のＷm で除算した値が、試料採取ボンベ１１３内に入っていた「潤滑油＋二酸化炭素」中の二酸化炭素含有率である。
【００４４】
なお、この装置を用いて測定した温度および圧力の精度は、それぞれ０．１Ｋおよび０．０１ＭＰａである。また、試料採取ボンベ１１３の質量計測に用いた天秤の最小感量および気体積算流量計１１５の分解能に基づき、二酸化炭素含有率の測定精度は０．０１ｍａｓｓ％と推測され、密度および動粘度はそれぞれ０．０１ｋｇ／ｍ3 および０．１ｍｍ2 ／ｓと推測される。
【００４５】
この装置を用い、空気恒温槽１０４内を３７７．６Ｋに保持し、平衡セル１０９内の圧力を変化させて、「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋ポリアルキレングリコール系潤滑油（ＰＡＧ）」および「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）」について、圧力と二酸化炭素含有率との関係、圧力と密度との関係、圧力と動粘度との関係を調べた。その結果を図３〜５にグラフで示す。
【００４６】
ＰＡＧとしては、日本サン石油（株）製「ＳＵＮＩＣＥ  Ｐ−５６（商品名）」を用いた。「ＳＵＮＩＣＥ  Ｐ−５６」の公称分子量は１１８０ｇ／ｍｏｌであり、２８８Ｋにおける密度は１０１５．０ｋｇ／ｍ3 である。ＴＥＧとしては純度９９．０％のものを用意した。また、純度９９．０％のデカンも用意した。
初めに、データの健全性を調べるために、３７７．６Ｋにおいて大気圧下でのＴＥＧの密度、２．９６〜１５．３３ＭＰａでの「デカン＋二酸化炭素」中の二酸化炭素含有率と「デカン＋二酸化炭素」の液密度を測定した。その結果、それぞれ文献値と一致した値が得られたため、この装置から得られるデータは健全であると見なした。
【００４７】
図３は、圧力と二酸化炭素含有率との関係を示すグラフである。このグラフから、「ＣＯ2 ＋ＰＡＧ」よりも「ＣＯ2 ＋ＴＥＧ」の方が、圧力の変化に対するＣＯ2 含有率の変化が小さいことが分かる。「ＣＯ2 ＋ＰＡＧ」のＣＯ2 含有率は１０ＭＰａ以上で一次関数的に増大する傾向にある。一方、「ＣＯ2 ＋ＴＥＧ」では１５ＭＰａ付近からＣＯ2 含有率が頭打ちになる傾向にある。
【００４８】
図４は、圧力と密度（標準化密度）との関係を示すグラフである。このグラフから、「ＣＯ2 ＋ＰＡＧ」よりも「ＣＯ2 ＋ＴＥＧ」の方が、圧力の変化に対する密度の変化が小さいことが分かる。いずれの場合も、圧力増大に伴って密度が減少する傾向にあり、「ＣＯ2 ＋ＰＡＧ」の方がその傾向は顕著である。一方、「ＣＯ2 ＋ＴＥＧ」では、１２ＭＰａ付近から密度の減少度合が小さくなっている。
【００４９】
図５は、圧力と動粘度との関係を示すグラフである。このグラフから、「ＣＯ2 ＋ＰＡＧ」よりも「ＣＯ2 ＋ＴＥＧ」の方が、圧力の変化に対する動粘度の変化が小さいことが分かる。いずれの場合も、圧力増大に伴って動粘度は単調に減少するが、その度合いは「ＣＯ2 ＋ＰＡＧ」の方が大きい。
二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油としては、「超臨界状態で二酸化炭素に溶解し難く、密度および動粘度の温度依存性および圧力依存性が小さい」潤滑油が適している。そのため、以上の結果から、二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油として、ＰＡＧよりもＴＥＧの方が好適であることが分かる。
【実施例】
【００５０】
下記の表３に示すNo. １〜６の各潤滑油について、図６の装置を用いて「二酸化炭素＋潤滑油」の粘度を圧力を変化させながら調べた。
【００５１】
【表３】
2006183031.tif 000008
【００５２】
No. １はテトラエチレングリコール、No. ４はヘキサエチレングリコールモノメチルエーテル、No. ５は、下記の（３）式で示されるペンタエチレングリコールモノオレイルエーテルである。No. ２と３は純物質ではなく、重合度が異なるポリエチレングリコールの混合物である。
【００５３】
【化４】
2006183031.tif 000009
【００５４】
図６の装置では、耐圧容器１１がオイルバス１３内に配置され、耐圧容器１１全体がオイル１３ａ内に浸った状態としてある。耐圧容器１１には、先端にプロペラ１４ａの付いた攪拌棒１４ｂと、攪拌棒１４ｂを回転するモータ１４ｃとからなる攪拌機が取り付けてある。また、耐圧容器１１には、内部の温度を検出する温度センサ１５と、粘度を測定する粘度計１６が取り付けてある。
耐圧容器１１の上部には、耐圧容器１１内に二酸化炭素を導入する配管１７と、内部の圧力を検出する圧力センサ１８が取り付けられている。配管１７には、開度を調節するバルブ１７ａが取り付けられている。また、図示されていないが、耐圧容器１１には、内部に潤滑油９３を導入する液体導入配管と、内部の気体を排出する真空ポンプが取り付けてある。
【００５５】
この装置を用い、先ず、耐圧容器１１内に潤滑油９３を所定量導入した後、真空ポンプを作動させて内部の空気を排出する。次に、配管１７から液相の二酸化炭素を耐圧容器１１内に導入し、耐圧容器１１内の温度を１００℃に保持した状態で、０〜１０ＭＰａの範囲の複数点で、圧力を一定にして粘度測定を行った。その結果を図７にグラフで示す。
このグラフから、No. ６のＰＡＧを用いた場合よりも、本発明に含まれるNo. １〜５の潤滑油を用いた場合の方が、圧力の変化に対する粘度の変化が小さいことが分かる。いずれの場合も、圧力増大に伴って粘度は単調に減少するが、その度合いはＰＡＧを用いた場合の方が大きい。
【００５６】
二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油としては、「超臨界状態で二酸化炭素に溶解し難く、密度および動粘度の温度依存性および圧力依存性が小さい」潤滑油が適している。そのため、以上の結果から、二酸化炭素を作動流体として用いる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の圧縮機用潤滑油として、No. ６のＰＡＧよりもNo. １〜５の潤滑油（ｎが４〜６のポリエチレングリコール、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテル、ペンタエチレングリコールモノオレイルエーテル）の方が好適であることが分かる。
【００５７】
また、表３に示すように、オレイル基の付いた構造のNo. ５の潤滑油は、No. １〜４の潤滑油よりも体積抵抗率が大きく、電気絶縁性に優れている。給湯器等の密閉型圧縮機では、モータを圧縮機内に有するため、冷媒および潤滑油に高い電気絶縁性が求められる。よって、No. １〜５の潤滑油のうち、密閉型圧縮機の潤滑油として好ましいのはNo. ５の潤滑油である。No. １〜４の潤滑油では（１’）式のＲ４の炭素数が０〜１であるのに対して、No. ５の潤滑油は（１’）式のＲ４の炭素数が１８と多い。
【００５８】
（１’）式で示されるポリエチレングリコールおよびその誘導体の中では、一般に、Ｒ３およびＲ４が炭化水素基または置換基を有する炭化水素基であって、炭素数が多い基であるほど体積抵抗率が大きいが、粘度が高くなり、低温流動性が低下する傾向にある。そのため、圧縮機に使用する潤滑油は、絶縁性能の要求とその他の性能との兼ね合いで適宜選択する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に相当する冷却加熱装置を示す概略構成図である。
【図２】高温高圧で「二酸化炭素＋潤滑油」の動粘度、液相密度、二酸化炭素含有率を同時に調べることのできる装置を示す概略構成図である。
【図３】「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋ポリアルキレングリコール系潤滑油（ＰＡＧ）」および「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）」について、図２の装置を用い圧力を変化させて測定することにより得られた、圧力と二酸化炭素含有率との関係を示すグラフである。
【図４】「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋ポリアルキレングリコール系潤滑油（ＰＡＧ）」および「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）」について、図２の装置を用い圧力を変化させて測定することにより得られた、圧力と密度との関係を示すグラフである。
【図５】「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋ポリアルキレングリコール系潤滑油（ＰＡＧ）」および「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）」について、図２の装置を用い圧力を変化させて測定することにより得られた、圧力と動粘度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例で「二酸化炭素＋潤滑油」の粘度を、圧力を変化させながら調べるために使用した装置を示す概略構成図である。
【図７】「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋ポリアルキレングリコール系潤滑油（ＰＡＧ）」および「二酸化炭素（ＣＯ2 ）＋テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）」について、図２の装置を用い圧力を変化させて測定することにより得られた、圧力と粘度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１  圧縮機
２  ガスクーラー
３  熱交換部
４  膨張弁（膨張器）
５  蒸発器
６  油分離器
７  熱交換部
８  油回収配管
１１  耐圧容器
１２  作動流体配管
１３  オイルバス
１３ａ  オイル
１４ａ  プロペラ
１４ｂ  攪拌棒
１４ｃ  モータ
１５  温度センサ
１６  粘度計
１７  配管
１７ａ  バルブ
１８  圧力センサ
２５  作動流体配管
２５ａ  作動流体配管のコイル状部分
３１  送風ファン
５６  作動流体配管
６１  作動流体配管
６１ａ  作動流体配管のコイル状部分
７１  送風ファン
９１，９２，９３  潤滑油
１０１  二酸化炭素ボンベ
１０２  高圧注入器
１０２ａ  ハンドル
１０３  高速液体クロマトグラフ用ポンプ
１０４  空気恒温槽
１０５  圧力センサ
１０６  白金抵抗体
１０７  ヒータ
１０８  攪拌機
１０９  平衡セル
１１０Ａ  循環ポンプ
１１０Ｂ  循環ポンプ
１１１  密度計
１１２  粘度計
１１３  試料採取ボンベ
１１４  メータリングバルブ
１１５  湿式積算流量計
１１６  空気の入った密封容器
１１９  温度計
１２１  配管
１２１ａ  開閉弁
１２２  配管
１２２ａ  開閉弁
１２３  配管
１３１，１３２  配管
１３３〜１３７  配管
１３６，１３７  配管
１４１  容器
１４２，１４３  配管
【図１】
2006183031.tif 000016
【図２】
2006183031.tif 000017
【図３】
2006183031.tif 000018
【図４】
2006183031.tif 000019
【図５】
2006183031.tif 000020
【図６】
2006183031.tif 000021
【図７】
2006183031.tif 000022