(57)【要約】【課題】本発明は、冷媒としてジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンの混合冷媒を用いた場合において、冷凍機油の粘度を保ち、圧縮機の外への油吐出量を抑えた空気調和機を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機、室外熱交換器、膨張機構及び室内熱交換器と、少なくともジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンが含まれている混合冷媒と、ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上であってテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満である第１の冷凍機油成分と、ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満であってテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上である第２の冷凍機油成分とを有する冷凍機油とを備えた空気調和機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室外熱交換器、膨張機構及び室内熱交換器と、
少なくともジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンが含まれている混合冷媒と、
前記ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上であって前記テトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満である第１の冷凍機油成分と、前記ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満であって前記テトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上である第２の冷凍機油成分とを有する冷凍機油とを備えた空気調和機。
【請求項２】
前記第１の冷凍機油成分がポリオールエステル油であって前記第２の冷凍機油成分がポリビニルエーテル油であり、又は、前記第１の冷凍機油成分がポリビニルエーテル油であって前記第２の冷凍機油成分がポリオールエステル油であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記混合冷媒はジフルオロメタンが５０重量％よりも多く含まれており、
前記第１の冷凍機油成分がポリオールエステル油であって前記第２の冷凍機油成分がポリビニルエーテル油であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上であってテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満である第１の冷凍機油成分と、前記ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満であって前記テトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上である第２の冷凍機油成分とを有する冷凍機油。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機及び冷凍機油に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機では、冷媒としてＲ４１０Ａが使用されている。しかし、地球環境に及ぼす影響を低減するために、地球温暖化係数がＲ４１０Ａよりも低い冷媒への移行が検討されている。候補としては、ハイドロフルオロオレフィン系冷媒であるテトラフルオロプロペン（Ｒ１２３４ｙｆやＲ１２３４ｚｅ）と、Ｒ４１０Ａと同じくハイドロフルオロカーボン系冷媒であるジフルオロメタン（Ｒ３２）の混合冷媒などがある。
【０００３】
ところで、冷媒の種類によって、相溶する冷凍機油は異なる。相溶性とは冷媒と冷凍機油がどの程度溶けあうかを示す値であり、相溶性が高いほど冷媒と冷凍機油はよく溶けあい、相溶性が低いほど溶けあいにくくなる。
【０００４】
従来、圧縮機から吐出されてしまった油の油戻り性を考慮し、冷媒との相溶性が高い冷凍機油を選ぶ傾向にあった。
【０００５】
特許文献１には、不飽和フッ化炭化水素冷媒あるいは不飽和フッ化炭化水素と飽和ハイドロフルオロカーボン、炭素数３〜５の飽和炭化水素、ジメチルエーテル、二酸化炭素、ビス（トリフルオロメチル）サルファイドあるいは３フッ化ヨウ化メタンとの混合冷媒と共に使用可能な冷凍機油としては、鉱油、アルキルベンゼン類、ポリアルファオレフィン類、ポリアルキレングリコール類、モノエステル類、ジエステル類、ポリオールエステル類、フタル酸エステル類、アルキルエーテル類、ケトン類、炭酸エステル類、ポリビニルエーテル類などが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００６−５１２４２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の冷凍機油は、テトラフルオロプロペンとの相溶性が高いため、冷媒の冷凍機油への溶け込み量が多く、冷凍機油の粘度が低く、又、冷媒と一緒に圧縮機の外へ吐出される冷凍機油の量が多い課題があった。そのため、特許文献１に記載の冷凍機油では、このような現象に対応しつつ、且つ、高い潤滑性や安定性を維持することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、冷媒としてジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンの混合冷媒を用いた場合において、冷凍機油の粘度を保ち、圧縮機の外への油吐出量を抑えた空気調和機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】
【０００９】
本発明の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、膨張機構及び室内熱交換器と、少なくともジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンが含まれている混合冷媒と、ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上であってテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満である第１の冷凍機油成分と、ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満であってテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上である第２の冷凍機油成分とを有する冷凍機油とを備えた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷媒としてジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンの混合冷媒を用いた場合において、冷凍機油の粘度を保ち、圧縮機の外への油吐出量を抑えた空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】冷暖房兼用の空気調和機の概略図である。
【図２】密閉型圧縮機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例に係る空気調和機について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は冷暖房兼用の空気調和機の概略図である。本実施例の空気調和機は、圧縮機１、室外熱交換器３、膨張機構４、室内熱交換器５を配管で接続し、冷媒が循環する。
【００１４】
冷房運転の場合、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を介して室外熱交換器３に流れる。高温高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する室外熱交換器３で冷却され、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、膨張機構４で膨張され、僅かにガスを含む低温低圧の液冷媒となって、室内熱交換器６に流れる。低温低圧の液冷媒は、蒸発器として機能する室内熱交換器６で加熱され、低温のガス冷媒となり、再び四方弁２を介して圧縮機１に戻る。暖房運転の場合、四方弁２によって冷媒の流れが変えられ、冷媒は冷房運転と逆方向に流れる。
【００１５】
なお、四方弁２を用いずに、冷房あるいは暖房のいずれか一方のみの機能を有するように構成してもよい。また、膨張機構４として、電子膨張弁、キャピラリーチューブや温度式膨張機構などを用いることができる。
【００１６】
図２は圧縮機の概略図である。圧縮機１は、端板７と渦巻状ラップ８を有する固定スクロール部材６と、ラップ１０を有する旋回スクロール部材９をお互いにラップ８とラップ１０とを向い合わせにして噛み合わせて圧縮機構部を形成し、旋回スクロール部材９をクランクシャフト１１によって旋回運動させる。固定スクロール部材６及び旋回スクロール部材９によって形成される圧縮室１２（１２ａ、１２ｂ・・・）のうち、最も外側に位置している圧縮室は、旋回運動にともなって容積が次第に縮小しながら、固定スクロール部材６及び旋回スクロール部材９の中心に向かって移動していく。圧縮室１２が固定スクロール部材６及び旋回スクロール部材９の中心近傍に達したとき、圧縮室１２が吐出口１３と連通して、圧縮室１２で圧縮されたガス冷媒が吐出パイプ１６を通じて圧縮機１の外に吐出される。
【００１７】
圧縮機１は、圧力容器１５内に電動モータ１７を内蔵しており、圧縮機１は一定速あるいは図示しないインバータによって制御された電圧に応じた回転速度でクランクシャフト１１が回転し、圧縮動作を行う。電動モータ１７は冷媒および冷凍機油の雰囲気中で作動する。モータ１７の図示しないコイルの相間や積層鋼鈑の間には、その絶縁を保持するために絶縁フィルムが配置されている。
【００１８】
また、電動モータ１７の下部に油溜め部が設けられており、油溜め部に溜まっている冷凍機油は圧力差によってクランクシャフト１１に設けられた油孔１９を通って、旋回スクロール部材９とクランクシャフト１１との摺動部や滑り軸受け１８等の潤滑に供される。
【００１９】
本実施例において、冷媒はハイドロフルオロオレフィンとハイドロフルオロカーボンの混合冷媒を用いている。ハイドロフルオロオレフィンとしては、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆまたはＨＦＯ１２３４ｚｅ）を用い、ハイドロフルオロカーボンとしては、ジフルオロメタン（Ｒ３２）を用いている。
【００２０】
次に、本実施例の冷媒圧縮機に用いる冷凍機油と、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）とハイドロフルオロカーボン（Ｒ３２）との混合冷媒との相溶性評価を行った結果について説明する。表１は、ジフルオロメタンおよびテトラフルオロプロペンの混合冷媒に対する冷凍機油の実験結果である。実験は、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）が３０％、ハイドロフルオロカーボン（Ｒ３２）が７０％の混合冷媒を用いて行った。
【００２１】
実験結果として、冷媒と冷凍機油の相溶性、圧縮機外への油吐出量、圧縮機外へ吐出された冷凍機油の圧縮機への油戻り、運転時における冷媒が溶解した場合の冷凍機油の粘度（表中の溶解粘度）、冷凍機油単体（冷媒が溶解していない状態）での潤滑性、冷凍機油の熱安定性を示している。相溶性評価はＪＩＳ  Ｋ２２１１に準じ、耐圧ガラス容器に任意の油濃度において冷媒を封入し、温度を変化させた状態での内容物の観察を行ない、内容物が白濁していれば二層分離、透明であれば溶解と判定した。この二層に分離する温度の油濃度依存性は一般に極大値（以下「低温側臨界溶解温度」という。）を有する曲線となる。
【００２２】
冷媒と冷凍機油の相溶性は、完全溶解した場合に◎、二層分離曲線が発現し低温側臨界溶解温度が２０℃未満の場合に◎、二層分離曲線が発現し低温側臨界溶解温度が２０℃以上の場合に△とした。運転時における冷媒が溶解した場合の冷凍機油の粘度（表中の溶解粘度）は、４０ｍｍ2／ｓ以上の場合に○、４０ｍｍ2／ｓ未満の場合に△とした。
【００２３】
比較例１はポリオールエステル油（ＰＯＥ）、比較例２はポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）、実施例１はポリオールエステル油（ＰＯＥ）とポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）の混合油である。実施例１の混合油は、ポリオールエステル油（ＰＯＥ）が７０％、ポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）が３０％である。
【００２４】
比較例１のポリオールエステル油（ＰＯＥ）と、比較例２のポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）はジフルオロメタンおよびテトラフルオロプロペンと相溶性に優れるため、油戻り量は確保できる結果となった。
【００２５】
しかしながら、圧縮機１の外への油吐出量も多い結果となり、圧縮機１内での油が枯渇するおそれがある。
【００２６】
また、比較例１のポリオールエステル油（ＰＯＥ）はテトラフルオロプロペンとの相溶性に優れ、テトラフルオロプロペンとの溶解量が多いため、冷媒溶解時の油粘度（溶解粘度）が低い結果となった。
【００２７】
また、比較例２のポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）はジフルオロメタンと相溶性に優れ、ジフルオロメタンとの冷媒溶解量が多いため、冷媒溶解時の油粘度（溶解粘度）が低い結果となった。
【００２８】
すなわち、比較例１及び比較例２では、溶解粘度が低く、摺動部の潤滑を行うのに必要な粘性を維持することができないおそれがある。
【００２９】
また、比較例１のポリオールエステル油（ＰＯＥ）は、加水分解性を有するため、安定性が悪い結果となった。
【００３０】
比較例２のポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）は基油の潤滑性が低い結果となった。
【００３１】
これに対し、ポリオールエステル油（ＰＯＥ）とポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）の混合油である実施例１は、比較例１に比べてテトラフルオロプロペンとの相溶性が低く、比較例２に比べてジフルオロメタンとの相溶性が低い。そして、表１に示すように、実施例１の冷凍機油は、比較例１及び２の冷凍機油に比べて油吐出量が低く、又、溶解粘度も維持することができる結果が得られた。
【００３２】
本実施例１の冷凍機油は油戻り量も確保することができる結果となった。上述した通り、ポリオールエステル油（ＰＯＥ）はテトラフルオロプロペンとの相溶性に優れ、ポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）はジフルオロメタンとの相溶性に優れる。そのため、これらの混合である本実施例１の冷凍機油が圧縮機１の外に吐出された場合にも、何れかの冷媒に溶解し、圧縮機１に戻るからである。
【００３３】
さらに、本実施例１によれば、ポリオールエステル油（ＰＯＥ）の欠点であった安定性についても、ポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）を添加することにより、加水分解が抑制されるため、安定性を維持することが可能となった。
【００３４】
また、本実施例１によれば、ポリビニルエーテル油（ＰＶＥ）の欠点であった潤滑性は、ポリオールエステル油（ＰＯＥ）の潤滑性向上効果により極圧添加剤を添加することなく、高い潤滑性を保つことが可能となった。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
従来の冷凍サイクルでは、圧縮機１から冷凍機油が吐出された場合に圧縮機１内に戻りやすくするために、冷媒と相溶性が良い冷凍機油を使用することが重要視されていた。
【００３７】
しかし、圧縮機１から吐出される冷凍機油は、冷媒と相溶して吐出されるものと、冷媒との相溶性に関わらずポンプの圧力により吐出されてしまうものがあり、冷媒と冷凍機油の相溶性が良すぎると、冷媒と相溶して圧縮機から吐出される冷凍機油の量が多くなり、圧縮機内の油枯渇の可能性がある。
【００３８】
そこで、本実施例に係る空気調和機は、圧縮機１、室外熱交換器３、膨張機構４及び室内熱交換器５と、少なくともジフルオロメタンとテトラフルオロプロペンが含まれている混合冷媒と、ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上でありテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満である第１の冷凍機油成分Ａと、ジフルオロメタンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満でありテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃以上である第２の冷凍機油成分Ｂからなる冷凍機油とを備えている。
【００３９】
第１の冷凍機油成分Ａは、テトラフルオロプロペンに対しては低温側臨界溶解温度が２０℃未満である。すなわち、テトラフルオロプロペンとの相溶性が優れていると言える。
【００４０】
一方、第１の冷凍機油成分Ａは、ジフルオロメタンに対しては低温側臨界溶解温度が２０℃以上となっている。低温側臨界溶解温度が２０℃以上であると、溶解する温度領域が極端に狭くなり、空気調和機のサイクル中ではジフルオロメタンとはほとんど相溶しない。
【００４１】
又、第２の冷凍機油成分Ｂは、テトラフルオロプロペンに対しては低温側臨界温度が２０℃未満であるため、空気調和機の実使用低温領域ではテトラフルオロプロペンとはほとんど相溶しない。
【００４２】
一方、第２の冷凍機油成分Ｂはジフルオロメタンに対しては低温側臨界溶解温度が２０℃未満である。すなわち、ジフルオロメタンとの相溶性が優れていると言える。
【００４３】
すなわち、本実施例によれば、上記２種類の冷凍機油成分を混合することにより、混合冷媒に対する冷凍機油の溶解量を低減することができ、粘度の低下や圧縮機１の外への油吐出による油枯渇を抑制することができる。
【００４４】
さらに、第１の冷凍機油成分Ａはテトラフルオロプロペン、第２の冷凍機油成分Ｂはジフルオロメタンと相溶性を有するため、圧縮機外に吐出された油は何れかの冷媒に相溶して圧縮機１に戻ることができる。つまり、２種類の冷凍機油を混合して使用することにより油戻り性も確保することも可能となる。
【００４５】
さらに、本実施例に係る空気調和機は、第１の冷凍機油成分Ａがポリオールエステル油であって第２の冷凍機油成分Ｂがポリビニルエーテル油であり、又は、第１の冷凍機油成分Ａがポリビニルエーテル油であって第２の冷凍機油成分Ｂがポリオールエステル油である。
【００４６】
このような構成によれば、ポリオールエステル油は、エステル結合を有するためサイクル内の水分により加水分解を起こし劣化する可能性が考えられる。そこで、加水分解性を持たないポリビニルエーテル油を混合することにより、分子構造内のエステル結合の数が減少するためポリオールエステル油の加水分解を抑制することができる。
【００４７】
また、ポリビニルエーテル油は基油の潤滑性が低いため、単体で使用するには何らかの潤滑性向上剤の添加が必須となる。そこで、本発明ではポリオールエステル油を添加している。ポリオールエステル油は分子中に金属に吸着し易い極性基を持つため潤滑性向上剤の添加をしなくても潤滑性が優れる。このようなポリオールエステル油を添加することにより、ポリビニルエーテル油の潤滑性を向上させることができる。
【００４８】
特に、ジフルオロメタンが５０重量％よりも多く含まれている混合冷媒に対しては、第１の冷凍機油成分Ａがポリオールエステル油であって第２の冷凍機油成分Ｂがポリビニルエーテル油であることが好ましい。
【００４９】
ジフルオロメタンに対する低温側臨界溶解温度が２０℃以上である第１の冷凍機油成分Ａはジフルオロメタンと相溶しにくいため、ジフルオロメタンの比率が多い混合冷媒を使用した場合、第１の冷凍機油成分Ａが圧縮機から持ち出される量が少なくなる。ここで、第１の冷凍機油成分Ａにポリオールエステル油を使用することにより、潤滑性の高いポリオールエステル油を圧縮機に残存させることができる。よって、摺動部の潤滑不良による損傷が起こりにくくなり、長期に渡り信頼性を保つことが可能となる。
【００５０】
なお、上述し通り、第２の冷凍機油成分Ｂは、テトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度を２０℃以上とすることが好ましい。但し、圧縮機１から吐出される冷凍機油において、冷媒と相溶し吐出されるものは、低温側臨界溶解温度が０℃を下回ると上昇する傾向がある。そのため、冷凍機油Ａおよび冷凍機油Ｂからなる本実施例に係る冷凍機油のテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が０℃〜２０℃の範囲内であれば、第２の冷凍機油成分Ｂ単体のテトラフルオロプロペンとの低温側臨界溶解温度が２０℃未満であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…膨張機構、５…室内熱交換器
【図１】
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【図２】
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