(57)【要約】【課題】圧縮機の潤滑性とシール性を確保しながら、冷媒として二酸化炭素を用いる際の返油性も改善したオイルを提供する。【解決手段】二酸化炭素を冷媒として用いる圧縮機用のオイルにおいて、二酸化炭素との相溶性の異なる二種以上のオイルを混合する。圧縮機の潤滑性とシール性を確保するために、潤滑性能は高いが冷媒である二酸化炭素との相溶性が低いオイルを用いた場合であって、返油性が悪化する圧縮機の運転状況下においても、二酸化炭素との相溶性が高いオイルが圧縮機に戻り、潤滑性とシール性を維持することが可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を冷媒として用いる圧縮機用のオイルであって、前記二酸化炭素との相溶性の異なる二種以上のオイルを混合して成る圧縮機用オイル。
【請求項２】
ポリアルキルグリコールとポリビニルエーテルを混合して成る請求項１の圧縮機用オイル。
【請求項３】
前記ポリアルキルグリコールを５０％以上含むことを特徴とする請求項２の圧縮機用オイル。
【請求項４】
前記ポリビニルエーテルの粘度は前記ポリアルキルグリコールの粘度と同等以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３の圧縮機用オイル。
【請求項５】
前記ポリアルキルグリコールの粘度はＶＧ１００程度であり、前記ポリビニルエーテルの粘度はＶＧ３２乃至ＶＧ１００程度であることを特徴とする請求項４の圧縮機用オイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素を冷媒として用いる圧縮機に好適なオイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種圧縮機として内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサが開発されている（特許文献１参照）。即ち、係るロータリコンプレッサでは、圧縮機構部を構成する第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、この密閉容器内の中間圧のガスは第２の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧のガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管より外部に吐出される。
【０００３】
ロータリコンプレッサから吐出された冷媒ガスは冷媒回路の放熱器などに流入し、放熱した後、膨張弁で絞られてエバポレータ（蒸発器）で吸熱し、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素に吸入されるサイクルを繰り返す。
【０００４】
また、近年ではオゾン層破壊に伴う地球環境破壊に対処するため、この種圧縮機においてもオゾン層を破壊することの無い自然冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を採用することが提案されている。このような二酸化炭素をロータリコンプレッサに用いた場合、高低圧差が大きくなり、吐出冷媒圧力は高圧となる第２の回転圧縮要素で１２ＭＰａＧに達し、一方、低段側となる第１の回転圧縮要素で８ＭＰａＧ（中間圧）となる（第１の回転圧縮要素の吸込圧力は４ＭＰａＧ）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２９４５８７号公報（Ｆ０４Ｃ２３／００）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧縮機には摺動部の潤滑と圧縮機構部のシールを行うためにオイルが所定量封入されるが、このオイルは冷媒と共に冷媒回路に吐出される。この場合、二酸化炭素と相溶性が低いオイルを用いると、二酸化炭素冷媒中に溶け込んで圧縮機に戻ってくるオイル量が減少し、返油性が悪化するため、特に冷媒循環量が少ない運転状況（低外気温時など）では圧縮機内においてオイル枯渇が発生する危険性がある。
【０００７】
一方、圧縮機内の潤滑性を確保するためには粘度が高く潤滑性の良いポリアルキルグリコール（以下、ＰＡＧと云う）を用いることが一般的であるが、このＰＡＧは二酸化炭素との相溶性が低いため、上述の如く返油性が悪化する問題があった。
【０００８】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、圧縮機の潤滑性とシール性を確保しながら、冷媒として二酸化炭素を用いる際の返油性も改善したオイルを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では二酸化炭素を冷媒として用いる圧縮機用のオイルにおいて、二酸化炭素との相溶性の異なる二種以上のオイルを混合しているので、圧縮機の潤滑性とシール性を確保するために、潤滑性能は高いが冷媒である二酸化炭素との相溶性が低いオイルを用いた場合であって、返油性が悪化する圧縮機の運転状況下においても、二酸化炭素との相溶性が高いオイルが圧縮機に戻り、潤滑性とシール性を維持することが可能となる。また、相溶性の高いオイルが相溶性の低い前記オイルを圧縮機に戻すキャリアとして機能するため、当該相溶性の低いオイルも圧縮機に戻り易くなる。
【００１０】
請求項２の発明では上記においてポリアルキルグリコール（ＰＡＧ）とポリビニルエーテル（ＰＶＥ）を混合したものである。
【００１１】
請求項３の発明では上記においてポリアルキルグリコール（ＰＡＧ）を５０％以上含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明では請求項２又は請求項３の発明においてポリビニルエーテル（ＰＶＥ）の粘度はポリアルキルグリコール（ＰＡＧ）の粘度と同等以下であるものである。
【００１３】
請求項５の発明では上記においてポリアルキルグリコール（ＰＡＧ）の粘度はＶＧ１００程度であり、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）の粘度はＶＧ３２乃至ＶＧ１００程度であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２乃至請求項５の如く二酸化炭素との相溶性の低いオイルとして潤滑性の良いポリアルキルグリコール（ＰＡＧ）を用い、二酸化炭素と相溶性の高いオイルとしてポリビニルエーテル（ＰＶＥ）を用いれば、ポリアルキルグリコール（ＰＡＧ）による潤滑性とポリビニルエーテル（ＰＶＥ）による返油性の双方を確保することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する圧縮機の実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素を備えた内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図である。尚、実施例のロータリコンプレッサ１０はカーエアコンの冷媒回路を構成するものである。
【００１６】
この図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する縦型の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多段圧縮式のロータリコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素１４及びこの駆動要素１４の下側に配置され、駆動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１７】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、駆動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。エンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには駆動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１８】
駆動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００１９】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部（図示せず）に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００２０】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４にて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２１】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上カバー６６、下カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００２２】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する図示しない連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒が密閉容器１２内に吐出される。
【００２３】
また、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞する上部カバー６６は、密閉容器１２内を吐出消音室６２と駆動要素１４側とに仕切る。
【００２４】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（駆動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上に位置している。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２５】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２６】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。この冷媒導入管９４の他端は図示しないアキュムレータの下側に接続される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒導入管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００２７】
前記アキュムレータは吸込冷媒の気液分離を行うタンクである。該アキュムレータは、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定されたブラケット１４７に、図示しないブラケットにて取り付けられる。
【００２８】
そして、ロータリコンプレッサ１０の密閉容器１２内には冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ２）が所定量封入される。また、密閉容器１２内には、オイル（潤滑油）として、二酸化炭素と相溶性の異なる二種類のオイルを混合し、所定量封入する。この場合の実施例で混合するオイルとして、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）とＰＶＥ（ポリビニルエーテル）が採用される。
【００２９】
このＰＡＧは、ＶＧ１００程度の粘度（高粘度）のものを用いる。ＰＡＧは潤滑性能とシール性は良いものの、二酸化炭素との相溶性は低い。一方、ＰＶＥは、ＶＧ３２乃至ＶＧ１００（ＰＡＧと同等以下の粘度）のものを用いる。このＰＶＥは潤滑性能とシール性はＰＡＧに劣るものの、二酸化炭素との相溶性は高い。
【００３０】
また、ＰＡＧとＰＶＥの混合割合は、潤滑性を考慮してＰＡＧが５０％以上であることが必要であり、ＰＡＧ：ＰＶＥ＝９：１、若しくは、８：２程度が好ましい。また、カーエアコンでは冷媒回路中への異物の侵入が問題となるが、ＰＡＧとＰＶＥは何れも係る異物の侵入により劣化し難い特性を有している。
【００３１】
以上の構成で、ロータリコンプレッサ１０のターミナル２０及び図示しない配線を介して駆動要素１４のステータコイル２８に通電されると、駆動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００３２】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００３３】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２に流出する。冷媒導入管９２に流入した冷媒はスリーブ１４１に至り、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。
【００３４】
上シリンダ３８の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２、冷媒吐出管９６を経由して図示しない冷媒回路のガスクーラに流入する。このガスクーラで冷媒は放熱された後、図示しない膨張弁で絞られて減圧され、図示しないエバポレータ内に流入する。
【００３５】
そして、冷媒はエバポレータ内で蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮して車室内が冷房される。その後、前記アキュムレータを経て冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００３６】
ここで、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６には冷媒ガスと共に前述したオイルも吐出される。このオイルは冷媒である二酸化炭素に溶け込んで冷媒回路中を循環し、冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ１０に戻って来るものであるが、二酸化炭素と相溶性の低いＰＡＧのみを用いた場合には、特に冷媒循環量が少なくなる環境下（例えば、外気温が低く、駆動要素１４の回転数が低いなど）では返油性が悪くなり、密閉容器１２内でオイルが枯渇する危険性がある。
【００３７】
一方、本発明ではオイルとして前述したＰＡＧとＰＶＥを混合して用いている。この場合、ＰＡＧは潤滑性が良く、ロータリコンプレッサ１０の摺動部を良好に潤滑するものであるが、二酸化炭素との相溶性が低い。一方、ＰＶＥは潤滑性がＰＡＧより劣るものの、二酸化炭素との相溶性が高いため、冷媒循環量が減少する状況でも冷媒に溶け込んだ状態でロータリコンプレッサ１０に戻ってくる。従って、先ずこの戻ってきたＰＶＥによってロータリコンプレッサ１０の潤滑とシール性が維持されるようになる。
【００３８】
また、このＰＶＥはＰＡＧをロータリコンプレッサ１０に戻すためのキャリアとして機能するため、本来二酸化炭素に溶け難いＰＡＧもロータリコンプレッサ１０に運んで来るようになる。これにより、ＰＡＧの返油性も改善されるので、総じてロータリコンプレッサ１０の潤滑性とシール性が著しく改善されることになる。
【００３９】
尚、実施例ではＰＶＥの粘度をＶＧ３２乃至ＶＧ１００程度としたが、ＶＧ６８乃至Ｖ１００程度であれば更に好適である。また、実施例で示したオイルの組み合わせ及び割合はそれに限られず、二酸化炭素との相溶性の異なる二種以上のオイルを混合して用いれば、それ単体で潤滑性とシール性が良いものと、二酸化炭素との相溶性の高いものとを組み合わせれば、ロータリコンプレッサ１０の潤滑及びシール性と返油性の双方の改善を期待できる。更に、実施例ではカーエアコンを例に採って説明したが、それに限らず、ヒートポンプ式給湯器やショーケース、自動販売機など、特に、寒冷地仕様のものに本発明は有効である。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、二酸化炭素を冷媒として用いる圧縮機用のオイルにおいて、二酸化炭素との相溶性の異なる二種以上のオイルを混合しているので、圧縮機の潤滑性とシール性を確保するために、潤滑性能は高いが冷媒である二酸化炭素との相溶性が低いオイルを用いた場合であって、返油性が悪化する圧縮機の運転状況下においても、二酸化炭素との相溶性が高いオイルが圧縮機に戻り、潤滑性とシール性を維持することが可能となる。また、相溶性の高いオイルが相溶性の低い前記オイルを圧縮機に戻すキャリアとして機能するため、当該相溶性の低いオイルも圧縮機に戻り易くなる。
【００４１】
これらにより、本発明のオイルによれば冷媒として二酸化炭素を用いる場合にも、圧縮機の潤滑性とシール性を維持することが可能となる。
【００４２】
また、請求項２乃至請求項５の如く二酸化炭素との相溶性の低いオイルとして潤滑性の良いポリアルキルグリコールを用い、二酸化炭素と相溶性の高いオイルとしてポリビニルエーテルを用いれば、ポリアルキルグリコールによる潤滑性とポリビニルエーテルによる返油性の双方を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した圧縮機の実施例としての内部中間圧型多段圧縮式のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【符号の説明】
１０  多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１４  駆動要素
１８  回転圧縮機構部
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
９２、９４  冷媒導入管
９６  冷媒吐出管
【図１】
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