(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機の摺動部を潤滑する冷凍機油と、
を備える冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機は、ネオジム磁石を有する回転子を備え、
前記冷媒はトリフルオロヨードメタンを含み、
前記冷凍機油は、基油およびキノン添加剤を含み、
前記キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記キノン添加剤は、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記キノン添加剤は、１，４−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記キノン添加剤は、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記キノン添加剤は、１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記冷凍機油中に含まれる前記キノン添加剤の量の前記冷凍機油の量に対する比率は、０．１質量％以上１０質量％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
冷凍サイクル装置に使用される圧縮機であって、
前記冷凍サイクル装置は、トリフルオロヨードメタンを含む冷媒を備え、
前記圧縮機は、ネオジム磁石を有する回転子を備え、
前記圧縮機は、前記圧縮機の摺動部を潤滑するための冷凍機油を含み、
前記冷凍機油は、基油およびキノン添加剤を含み、
前記キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である、圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷凍サイクル装置および圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止のために、気候変動に対する種々の方策が国際的に報じられている。モントリオール議定書などの冷媒規制に対応する為、低ＧＷＰ冷媒の実用化が進められている。【０００３】
冷凍サイクル装置に用いられる冷媒については、従来主に用いられていたＲ−４１０Ａから、Ｒ−４１０Ａより地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が低い冷媒への置き換えが進められている。なお、Ｒ−４１０Ａは、５０質量％のＲ−３２（ジフルオロメタン）と５０質量％のＲ−１２５（ペンタフルオロエタン）とが混合された混合冷媒であり、Ｒ−４１０ＡのＧＷＰは２０８８である。【０００４】
Ｒ−４１０Ａ代替となり得る低ＧＷＰ冷媒の組成物の例としては、Ｒ−３２（ＧＷＰ＝６７５）、Ｒ−１２３４ｙｆ（ＧＷＰ＜１）などの微燃性（ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ３４―２０１９におけるＣｌａｓｓ  ２Ｌ）冷媒、Ｒ−２９０（ＧＷＰ＝３）などの強燃性（ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ３４―２０１９におけるＣｌａｓｓ  ３）冷媒が挙げられる。その一方で、冷媒は、ＧＷＰが低いことに加えて、安全性の観点から燃焼性が低いことが望ましい。【０００５】
一方で、２０１８年６月に発表された冷媒であるＲ−４６６Ａは、ＧＷＰが７３３であり、Ｒ−４１０ＡよりもＧＷＰが低く、且つＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ３４―２０１９において、燃焼性区分が不燃性（Ｃｌａｓｓ  １）に分類される。【０００６】
Ｒ−４６６Ａは、Ｒ−３２、Ｒ−１２５およびＲ−１３Ｉ１（トリフルオロヨードメタン、ＣＦ３Ｉ）の混合冷媒である。Ｒ−３２、Ｒ−１２５およびＲ−１３Ｉ１の混合比率は、それぞれ４９．０質量％（組成公差：＋０．５／−２．０）、１１．５質量％（組成公差：＋２．０／−０．５）および３９．５質量％（組成公差：＋２．０／−０．５）である。【０００７】
特許文献１（特許第６５４５３３７号公報）および特許文献２（特許第６５４５３３８号公報）には、Ｒ−４６６Ａを冷媒として用いた冷凍サイクル装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第６５４５３３７号公報
【特許文献２】特許第６５４５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、Ｒ−４６６Ａに含まれるＲ−１３Ｉ１において、Ｃ−Ｉ結合が熱的に不安定である。このため、高温環境下では、Ｃ−Ｉ結合が開裂し、トリフルオロメチルラジカル（ＣＦ３・）およびヨウ化物ラジカル（Ｉ・）が生成する。【００１０】
生成したトリフルオロメチルラジカルおよびヨウ化物ラジカルは、冷凍機油中の水素原子や水分と反応して、三フッ化メタン（ＣＨＦ３）およびヨウ化水素（ＨＩ）を生成する。冷凍サイクル装置内の金属部材は、三フッ化メタンおよびヨウ化水素と反応することにより、劣化が促進される。【００１１】
したがって、例えば、従来のＲ−４１０Ａ、Ｒ−３２等を用いることを前提に設計された圧縮機を備える冷凍サイクル装置において、Ｒ−１３Ｉ１を含む冷媒を使用すると、金属部材の耐久性が低下し、冷凍サイクル装置の長期にわたる信頼性を確保することができなくなる可能性があった。【００１２】
特に圧縮機では、モータの発熱により高温となり、Ｒ−１３Ｉ１の熱分解（Ｃ−Ｉ結合の開裂）が生じやすい。このため、特に圧縮機の金属部材は、冷凍サイクル装置内の他の金属部材と比べて劣化が進み易い。なお、圧縮機の金属部材のうちでも、特にネオジム磁石は、他の金属材料に比べて三フッ化メタンおよびヨウ化水素によって劣化、変形等が生じ易い。【００１３】
本開示は、上記の課題に鑑み、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ：Ｒ−１３Ｉ１）を含む冷媒を用いた場合でも、長期にわたって信頼性を確保し得る冷凍サイクル装置および圧縮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】
【００１４】
本開示に係る冷凍サイクル装置は、冷媒と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の摺動部を潤滑する冷凍機油と、を備える。【００１５】
前記冷媒はトリフルオロヨードメタンを含む。
前記冷凍機油は、基油およびキノン添加剤を含む。【００１６】
前記キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である。【００１７】
また、本開示に係る圧縮機は、冷凍サイクル装置に使用される圧縮機である。
前記冷凍サイクル装置は、トリフルオロヨードメタンを含む冷媒を備える。【００１８】
前記圧縮機は、前記圧縮機の摺動部を潤滑するための冷凍機油を含む。
前記冷凍機油は、基油およびキノン添加剤を含む。【００１９】
前記キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ：Ｒ−１３Ｉ１）を含む冷媒を用いた場合でも、冷凍機油に添加された上記特定のキノン添加剤が、トリフルオロヨードメタンの分解物を捕捉することにより、三フッ化メタンおよびヨウ化水素による金属部材（特にネオジム磁石）の劣化を抑制することができるため、長期にわたって信頼性を確保し得る冷凍サイクル装置および圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】実施の形態に係る圧縮機のモータの主軸の軸方向に平行な断面を示す断面図である。
【図３】実施の形態に係る圧縮機が有する回転子の図２におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】実施の形態に係る圧縮機が有する磁石の図３におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示の実施の形態に係る冷凍サイクル装置および圧縮機について図面に基づいて説明する。なお、本開示は以降の実施の形態のみに限定されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変形または省略することが可能である。また、各図において共通する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２３】
実施の形態１．
＜冷凍サイクル装置および圧縮機＞
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【００２４】
図１に示されるように、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３および蒸発器４を備える。これらが冷媒配管５ａ〜５ｄによって接続されて、冷媒回路５が形成される。
【００２５】
冷媒回路５には、ガス状の冷媒が流れており、圧縮機１で冷媒が圧縮される。凝縮器２では、圧縮機１で圧縮したガス状の冷媒が冷却され、高圧液状の冷媒または気液２相の冷媒となる。膨張弁３では、高圧液状の冷媒または気液２相の冷媒が減圧される。蒸発器４では、減圧された冷媒が加熱されて低圧ガス状の冷媒となる。圧縮機１は、蒸発器４によって低圧ガス状となった冷媒を吸引して、再度圧縮する。このようにして、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路５内を冷媒が循環する。
【００２６】
なお、凝縮器送風機６は、凝縮器２に空気を送る構成要素であり、凝縮器２に流れる冷媒が空気と熱交換して熱を吸収または放出することを促進するために設けられている。また、蒸発器送風機７は、蒸発器４に空気を送る構成要素であり、蒸発器４に流れる冷媒が空気と熱交換して熱を吸収または放出することを促進するために設けられている。
【００２７】
なお、冷凍サイクル装置は、例えば、冷房および暖房の両方が実施可能な装置、冷房のみが実施可能な装置、または、暖房のみが実施可能な装置のいずれであってもよく、各種の冷凍空調装置に適用可能である。
【００２８】
図２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の一例を示す断面図である。
図２に示されるように、圧縮機（電動冷媒圧縮機）２００は、シェル８を備える。シェルは内部に圧縮機構９を備え、冷媒を内部に流入させるための吸入管１０と外部に流出させるための吐出管１１が接続されている。圧縮機構９は吸入管１０からシェル８に入った冷媒を圧縮して、吐出管１１から吐出するように構成されている。
【００２９】
なお、圧縮機１は、シャフト１２と回転子１７と固定子１８とを有するモータ部を備えている。圧縮機構９は、このモータ部によって駆動される。
【００３０】
そして、これらの圧縮機構９およびモータ部における摺動部を潤滑するための冷凍機油（潤滑油）が、油溜部１３に貯留されている。
【００３１】
図３は、実施の形態に係る圧縮機が有する回転子の図２におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【００３２】
図３に示されるように、回転子１７は、回転子コア４３と、複数個の磁石４４とを有する。
【００３３】
回転子コア４３は円盤状の鋼板を複数枚積層させて形成される。また、回転子コア４３には複数個の磁石挿入孔４３ａと複数個の冷媒通過孔４３ｂとシャフト孔４３ｃとが鋼板の積層方向に貫通するように形成される。磁石挿入孔４３ａには磁石４４が挿入される。
【００３４】
冷媒通過孔４３ｂは、圧縮機構９にて圧縮された冷媒が通過するための孔であり、冷媒は、ここを通過した後、吐出管１１を介して冷媒配管５ａへ吐出される。
【００３５】
シャフト孔４３ｃにはシャフト１２が挿入される。
図４は、実施の形態に係る磁石４４の図３におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【００３６】
図４に示されるように、磁石４４の表面には皮膜４５が設けられることが好ましい。皮膜４５は磁石４４の表面全体を覆うように形成される。なお、図４において紙面手前側の磁石４４の表面および紙面奥側の磁石４４の表面も皮膜４５に覆われている。皮膜４５の膜厚は特に限定されず、例えば１００μｍ以下の膜厚の皮膜４５が形成される。
【００３７】
皮膜４５は耐熱性および耐油性に優れた無機系皮膜であることがより好ましい。皮膜４５は、少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）を含むことが好ましく、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を含むことがより好ましい。なお、皮膜４５は、リン（Ｐ）を含まないことがさらに好ましい。
【００３８】
また、磁石４４に皮膜４５を形成する方法としては、特に限定されず、既存の皮膜形成方法を用いることができる。例えば、スパッタリング、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、蒸着、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着、ディップコート、スピンコート、スプレーコート、メッキおよびその他の方法を適宜選択することができる。
【００３９】
固定子１８（図２）は、例えば、ポリエステル製の絶縁フィルムを有する。ここで、ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリ−１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、または、それらの共重合体もしくは複合材料などが挙げられる。
【００４０】
このように、本実施の形態において、冷凍サイクル装置１００は、冷媒と、冷媒を圧縮する圧縮機とを備える。圧縮機は、圧縮機の摺動部を潤滑する冷凍機油を備える。以下、冷媒および冷凍機油について説明する。
【００４１】
〔冷媒〕
本実施の形態で用いられる冷媒は、少なくともトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ：Ｒ−１３Ｉ１）を含む。冷媒は、例えば、Ｒ−１３Ｉ１の単一冷媒であってもよく、他の冷媒とＲ−１３Ｉ１とを含む混合冷媒であってもよい。
【００４２】
Ｒ−１３Ｉ１は、ＧＷＰが０．４と極めて低く、ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ３４―２０１９において、燃焼性区分が不燃性（Ｃｌａｓｓ  １）に分類される。したがって、Ｒ−１３Ｉ１を含む冷媒は、ＧＷＰと燃焼性が低い特性を得ることができる。
【００４３】
（Ｒ−１３Ｉ１を含む）冷媒のＧＷＰは、７５０以下であることが好ましい。ＧＷＰが７５０以下である冷媒は環境性能に優れた冷媒であり、法令上の規制に対する適合性が高い。また、ＧＷＰが７５０以下である冷媒は冷凍サイクル装置として冷凍機のみでなく後述する空気調和機にも使用可能となる。なお、ＧＷＰは、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）第五次評価報告書（ＡＲ５）の値（１００年値）が用いられる。また、ＡＲ５に記載されていない冷媒のＧＷＰは、他の公知文献に記載された値を用いてもよいし、公知の方法を用いて算出または測定した値を用いてもよい。
【００４４】
また、冷媒は、ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ３４―２０１９において燃焼性区分が不燃性に分類される冷媒であることが好ましい。不燃性に分類される冷媒は、冷凍サイクル装置に漏洩した冷媒を拡散させる手段、設備または構造と、冷媒漏洩を検知するセンサと、センサが冷媒漏洩を検知した時に発報する発報装置と、を設ける必要がなくなる。また、不燃性に分類される冷媒は、法令上の規制で可燃性冷媒の使用が認められていない地域でも使用可能である。
【００４５】
また、冷媒は、Ｒ−３２（ＣＨ２Ｆ２）を含んでいることが好ましい。Ｒ−３２を含むことによって、高い冷凍能力および高いエネルギー効率を確保することができる。
【００４６】
また、冷媒は、Ｒ−３２に加えて、Ｒ−１２５（Ｃ２ＨＦ５）を含んでいることがより好ましい。Ｒ−１２５を含むことによって、冷媒の相変化の開始温度と終了温度の温度差である温度勾配を縮小することができる。
【００４７】
したがって、Ｒ−３２とＲ−１２５とＲ−１３Ｉ１とを含む混合冷媒は、ＧＷＰと燃焼性が低く、且つ、当該混合冷媒を用いることで冷凍能力とエネルギー効率に優れた冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００４８】
好適な冷媒の一例としては、Ｒ−１３Ｉ１を３９質量％以上４０質量％以下、Ｒ−３２を４７質量％以上４９．５質量％以下、Ｒ−１２５を１１質量％以上１３．５質量％以下含み、Ｒ−１３Ｉ１、Ｒ−３２およびＲ−１２５の含有率の和が１００質量％である冷媒が挙げられる。その中でも、特に好適な冷媒の一例としては、Ｒ−１３Ｉ１を３９．５質量％、Ｒ−３２を４９質量％、Ｒ−１２５を１１．５質量％含む冷媒が挙げられる。このような組成を有する冷媒は、ＧＷＰが７３３であり、燃焼性区分が不燃性（Ｃｌａｓｓ  １）に分類される。
【００４９】
また、冷媒は、不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素とＲ−１３Ｉ１との混合冷媒、または、それらにＲ−３２、Ｒ−１２５、Ｒ−１３４ａ、Ｒ−１５２ａ、Ｒ−４１等のハイドロフルオロカーボンを混合してなる冷媒であってもよい。不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素は、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合を有し、さらに、少なくとも一つのハロゲン元素（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等）を有する炭化水素である。不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素は、Ｒ−３２やＲ−１２５等のハイドロフルオロカーボンと比較してＧＷＰが低く、混合することで冷媒のＧＷＰを低下させることができる。
【００５０】
不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素の具体例としては、
ＨＦＯ−１１４１、Ｒ−１１３２ａ、ＨＦＯ−１１３２（Ｅ）、ＨＦＯ−１１３２（Ｚ）、ＨＦＯ−１１２３等のハイドロフルオロエチレン、
ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２２５ｚｃ、Ｒ−１２３４ｙｆ、Ｒ−１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２４３ｚｆ、ＨＦＯ−１２５２ｚｆ、ＨＦＯ−１２６１ｙｆ等のハイドロフルオロプロピレン、
Ｒ−１３３６ｍｚｚ（Ｅ）、Ｒ−１３３６ｍｚｚ（Ｚ）、ＨＦＯ−１３３６ｚｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１３３６ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１３３６ｙｆ、ＨＦＯ−１３３６ｐｙｙ、ＨＦＯ−１３２７ｃｚｅ、ＨＦＯ−１３２７ｅｔ、ＨＦＯ−１３２７、ＨＦＯ−１３４５ｃｚｆ、ＨＦＯ−１３４５ｆｙｃ、ＨＦＯ−１３４５ｃｙｅ、ＨＦＯ−１３４５ｃｙｆ、ＨＦＯ−１３４５ｅｙｅ、ＨＦＯ−１３４５ｐｙｚ、ＨＦＯ−１３４５ｐｙｙ（Ｅ）、ＨＦＯ−１３４５ｐｙｙ（Ｚ）、ＨＦＯ−１３４５ｚｙ（Ｅ）、ＨＦＯ−１３４５ｚｙ（Ｚ）等のハイドロフルオロブテン、
Ｒ−１２２４ｙｄ（Ｚ）、Ｒ−１２３３ｚｄ（Ｅ）等のハイドロクロロフルオロプロピレン、
ＰＦＯ−１２１６等のパーフルオロオレフィン
などが挙げられる。
【００５１】
特に、不飽和結合を有するハロゲン化炭化水素は、冷媒をＲ−４１０Ａに近い動作圧力を有する混合冷媒とする観点から、ハイドロフルオロエチレンまたはハイドロフルオロプロピレンであることが好ましい。それらの中でも、Ｒ−１１３２ａ、ＨＦＯ−１１３２（Ｅ）、ＨＦＯ−１１３２（Ｚ）、ＨＦＯ−１１２３、ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２２５ｚｃ、Ｒ−１２３４ｙｆ、Ｒ−１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ）、および、ＨＦＯ−１２４３ｚｆがより好ましい。
【００５２】
〔冷凍機油〕
本実施の形態で用いられる冷凍機油は、基油およびキノン添加剤を含む。
【００５３】
（基油）
基油としては、特に限定されないが、例えば、ポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、ポリアルキレングリコール油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、鉱物油、ポリα―オレフィン油、または、それらの混合物が挙げられる。なお、基油は、直鎖または分岐鎖の炭化水素鎖を有する化合物を含み得る。
【００５４】
（キノン添加剤）
キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である。
【００５５】
これらのキノン添加剤は、Ｒ−１３Ｉ１の分解により生成するラジカルを捕捉することができる。したがって、冷凍機油中にこれらのキノン添加剤を配合することで、冷凍サイクル装置および圧縮機の信頼性を向上することができる。以下、キノン添加剤について詳細に説明する。
【００５６】
本実施の形態で用いられる冷媒に含まれるＲ−１３Ｉ１は、高温で分解（Ｃ−Ｉ結合が開裂）し、トリフルオロメチルラジカル（ＣＦ３・）およびヨウ化物ラジカル（Ｉ・）を生成する。特に、圧縮機のモータ部などの摺動部、圧縮機の冷媒の吐出部は冷媒が高温になるため、冷媒の分解が懸念される。
【００５７】
生成したこれらのラジカルは、冷媒回路内の有機化合物などから水素原子（Ｈ）を引き抜き、三フッ化メタン（ＣＨＦ３：Ｒ−２３）やヨウ化水素（ＨＩ）を生成する。ここでは、例として、トリフルオロメチルラジカルによる有機化合物からの水素原子の引き抜き反応を下記式（１）に示す。ここで、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ任意の構造である。
【００５８】
【化１】
0006976494.tif 000002
【００５９】
Ｒ−２３は、Ｒ−１３Ｉ１よりも低沸点の冷媒であり、Ｒ−２３の量が増えると冷媒物性に影響を及ぼす虞がある。また、ＨＩは酸性物質であり、金属部材の腐食を引き起こす虞がある。さらに、水素原子の引き抜き反応によりラジカル化した有機化合物が周辺の有機化合物と連鎖的に反応し、高分子量の夾雑物に変化する虞がある。
【００６０】
したがって、冷媒回路内に、Ｒ−１３Ｉ１の分解により生成するラジカルを捕捉する物質を含むことで、ラジカルを捕捉し、不活性化することが望ましい。
【００６１】
本実施の形態では、Ｒ−１３Ｉ１の分解により生成するラジカルを捕捉する添加剤を、冷凍機油中に含ませる。そして、本発明者らは、ラジカルを捕捉する添加剤として、キノンの一部の化合物が特に有効であることを見出した。
【００６２】
化学大辞典（大木道則，ほか  編，第１版，東京化学同人，１９８９）によれば、キノンとは、芳香族化合物のＣＨ原子団２つをＣＯ原子団に変え、さらに二重結合をキノイド構造（式（２）に示される左側の構造または右側の構造）にするのに必要なだけ動かしてできる化合物の総称である。
【００６３】
【化２】
0006976494.tif 000003
【００６４】
キノンの中でも、１，４−ベンゾキノンおよび１，４−ナフトキノンは、ラジカル重合による高分子の合成において重合禁止剤として使用される。Ｂｉｃｋｅｌらの報告（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐ．１７６４，１９５０）によると、キノンが重合禁止剤として生長ラジカルと反応するとき、キノンの酸素原子（Ｃ＝Ｏ結合）が生長ラジカルと反応し、キノンはエーテル化合物に変化する。
【００６５】
本発明者らは、キノンが有する不飽和結合であるＣ＝Ｃ結合およびＣ＝Ｏ結合の各々によるトリフルオロメチルラジカルおよびヨウ化物ラジカルの捕捉反応について、それぞれ密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｔｈｅｏｒｙ）により反応熱を計算し、最も自発的に進行しやすい反応を求めた。そして、キノンによるトリフルオロメチルラジカルおよびヨウ化物ラジカルの捕捉反応は、Ｃ＝Ｏ結合ではなくＣ＝Ｃ結合によって起こることを明らかにした。
【００６６】
つまり、本開示では、キノンを重合禁止剤ではない新たな用途で使用している。
キノンによるトリフルオロメチルラジカルおよびヨウ化物ラジカルの捕捉反応は、これらのラジカルによる水素原子の引き抜き反応（式（１）の反応等）と競争的に起こる。このため、本発明者らは、ラジカルによる水素原子の引き抜き反応の進行を抑制して、キノンによるトリフルオロメチルラジカルおよびヨウ化物ラジカルの捕捉反応を進行させるためには、キノンの中でもトリフルオロメチルラジカルおよびヨウ化物ラジカルへの反応性の高い化合物を使用する必要があると考えた。
【００６７】
そして、２つの反応が競争的に起こる系において、圧縮機内の冷媒および冷凍機油のように反応物が高温に曝される場合、より反応熱が低い反応（より安定な状態に変化する反応）が優位に起こる。
【００６８】
このため、本発明者らは、密度汎関数法により、１２種のキノンについて、キノンによるトリフルオロメチルラジカル捕捉反応の反応熱（反応前後でのエンタルピー変化：ΔＨ）を計算し、式（１）の反応熱と比較した。
【００６９】
これにより、本発明者らは、式（１）よりもトリフルオロメチルラジカル捕捉反応の反応熱が低くなり、式（１）の反応を抑制可能であるキノンの種類を明らかにした。
【００７０】
密度汎関数法による計算の条件は、以下の通りである。
計算ソフトウェア：  ＧＡＭＥＳＳ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  Ｊｕｎｅ  ３０
汎関数：            Ｂ３ＬＹＰ
基底関数：          ６−３１１＋＋Ｇ（ｄ，ｐ）
ＲＵＮＴＹＰ：      ＯＰＴＩＭＩＺＥ
ＴＩＭＬＩＭ：      ６０００００
ＭＥＭＯＲＹ：      １０００００００
ＮＳＴＥＰ：        ２００
ＯＰＴＴＯＬ：      ０．０００１
なお、式（１）の反応熱の計算においては、冷凍機油などに含まれる有機化合物の炭化水素鎖の簡易構造としてペンタンを使用し、トリフルオロメチルラジカルによるペンタンの第３炭素からの水素抜き取り反応（式（３））（すなわち、キノンによるトリフルオロメチルラジカルの捕捉反応）の反応熱を計算した。その結果、式（３）の反応熱は−３１．４ｋＪ／ｍｏｌであることが分かった。
【００７１】
【化３】
0006976494.tif 000004
【００７２】
１２種のキノンとしては、キノンの中でも試薬として入手可能である１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、９，１０−アントラキノン、１，４−アントラキノン、および、フェナントレンキノンを選定した。
【００７３】
表１に、これら１２種のキノンについて、キノンによるトリフルオロメチルラジカルの捕捉反応の反応熱を計算した結果を示す。
【００７４】
なお、キノンに対してトリフルオロメチルラジカルが付加する位置は、全てのＣ＝Ｃ結合およびＣ＝Ｏ結合についてトリフルオロメチルラジカル付加後の構造のエネルギーを求めた上で、最もエネルギー的に安定な位置を選定した。
【００７５】
【表１】
0006976494.tif 000005
【００７６】
表１に示されるように、１２種のキノンのうちで、式（３）の反応熱（−３１．４ｋＪ／ｍｏｌ）よりも反応熱（ΔＨ）が小さいキノンは、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、１，４−アントラキノンであることが判明した。
【００７７】
これらのキノンは、Ｒ−１３Ｉ１の分解により発生したトリフルオロメチルラジカルを捕捉することができる。これにより、三フッ化メタン（ＣＨＦ３）の生成が抑制されるため、冷媒の冷却性能の低下を防ぐことができる。
【００７８】
また、キノンがトリフルオロメチルラジカル（ＣＦ３・）を捕捉することで発生するラジカルは、式（４）に示されるように、ヨウ化物ラジカル（Ｉ・）も捕捉することができる。これにより、ヨウ化水素（ＨＩ）の生成が抑制されるため、ヨウ化水素による金属部材の腐食を抑制し、冷凍サイクル装置および圧縮機の信頼性を向上することができる。
【００７９】
【化４】
0006976494.tif 000006
【００８０】
なお、特許文献１には、Ｒ１３Ｉ１を含む混合冷媒に安定剤、重合禁止剤等の添加剤を添加することで、熱化学的安定性が低いＲ−１３Ｉ１の分解が抑制されるため、混合冷媒自体の劣化、および、Ｒ−１３Ｉ１の分解に伴う劣化物質の生成を防ぐことができる旨記載され、重合禁止剤の一例としてキノン化合物が挙げられている。しかし、特許文献１では、キノンがＲ−１３Ｉ１の分解物を捕捉する反応は重合禁止反応とは異なることは記載されておらず、キノンに分類される化合物の中でもＲ−１３Ｉ１の分解物を捕捉できる効果を有する化合物は限定されることも記載されていない。
【００８１】
冷凍機油中に含まれるキノン添加剤の量の冷凍機油の量に対する比率は、好ましくは０．１質量％以上１０質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以上４質量％以下である。この場合、Ｒ−１３Ｉ１の分解物を捕捉する効果がより確実に奏される。なお、冷凍機油中のキノン添加剤の含有率（濃度）は、ガスクロマトグラフ質量分析法により、測定することができる。
【００８２】
（その他の添加剤）
なお、冷凍機油は、上記のキノン添加剤以外に、酸化防止剤、酸捕捉剤、極圧剤（摩耗防止剤）、酸素捕捉剤などを含んでいてもよい。
【００８３】
酸化防止剤としては、例えば、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−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−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）等のフェノール系、フェニル−α−ナフチルアミン、および、Ｎ．Ｎ’−ジ−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン等のアミン系が挙げられる。
【００８４】
酸捕捉剤としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α−オレフィンオキシド、および、エポキシ化大豆油などのエポキシ化合物を挙げることができる。特に、グリシジルエステル、グリシジルエーテルおよびα−オレフィンオキシドの中から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００８５】
極圧剤（摩耗防止剤）としては、例えば、リン系極圧剤などが挙げられる。リン系極圧剤としては、例えば、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル、および、これらのアミン塩などが挙げられる。特に、トリクレジルホスフェート、トリチオフェニルホスフェート、トリ（ノニルフェニル）ホスファイト、ジオレイルハイドロゲンホスファイト、２−エチルヘキシルジフェニルホスファイトなどが好ましい。
【００８６】
酸素捕捉剤としては、例えば、含硫黄芳香族化合物、各種オレフィン、脂肪族不飽和化合物（ジエン、トリエン等）、不飽和結合を有する環式テルペン類などが挙げられる。
【００８７】
含硫黄芳香族化合物としては、例えば、４，４’−チオビス（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、ジフェニルスルフィド、ジオクチルジフェニルスルフィド、ジアルキルジフェニレンスルフィド、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、フェノチアジン、ベンゾチアピラン、チアピラン、チアントレン、ジベンゾチアピラン、ジフェニレンジスルフィド等が挙げられる。
【００８８】
不飽和結合を有する環式テルペン類としては、例えば、α−ピネン、β−ピネン、リモネン、フェランドレン等が挙げられる。
【００８９】
特に、脂肪族不飽和化合物、不飽和結合を有する環式テルペン類などが好ましい。
なお、冷凍機油に含まれる水分は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。冷凍機油に含まれる水分を１００質量ｐｐｍ以下にすることによって、水分による冷媒、冷凍機油または金属部材の劣化を抑制することができる。
【００９０】
実施の形態２．
本実施の形態においては、圧縮機が、ネオジム磁石を有する回転子を備える。
【００９１】
すなわち、図３に示される磁石４４は、ネオジム磁石である。なお、ネオジム磁石はネオジム（Ｎｄ）を含む磁石である。ネオジム磁石としては、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結体が挙げられる。ネオジム磁石の代表的な一例における組成比は、鉄（Ｆｅ）が６６質量％、ネオジム（Ｎｄ）が２８質量％、ディスプロシウム（Ｄｙ）が５質量％、ホウ素（Ｂ）が１質量％である。ただし、磁石４４は、磁力的な特性または機械的な特性を向上させるなどの理由で上述の組成比が異なっているネオジム磁石であってもよく、または、上述の組成比に含まれる元素以外の元素が含まれるネオジム磁石であってもよい。なお、磁石４４は、圧縮機１の金属部材に該当する。
【００９２】
また、冷凍機油に配合されるキノン添加剤が、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である点で、実施の形態１とは異なる。
【００９３】
本実施の形態は、それ以外の点は、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、実施の形態１と同様の効果に加えて、ネオジム磁石の水素脆化を抑制する効果が奏される。以下、本実施の形態の詳細について説明する。
【００９４】
キノンは、水素分子と反応することで還元されヒドロキノンに変化するため、冷媒回路内の水素分子を捕捉する効果を有している。例として、１，４−ベンゾキノンによる水素分子の捕捉反応を式（５）に示す。
【００９５】
【化５】
0006976494.tif 000007
【００９６】
Ｒ−１３Ｉ１の分解により冷媒回路内にヨウ化水素が発生した場合、ヨウ化水素が冷媒回路内の金属部材と反応し、水素分子が発生する虞がある（式（６））。式（６）中、Ｍは金属元素であり、特に、水素よりもイオン化傾向が小さいＭｇ、Ａｌ、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）などがヨウ化水素と反応を起こす虞がある。
【００９７】
【化６】
0006976494.tif 000008
【００９８】
冷媒回路内に水素分子が発生してしまうと、ネオジム磁石が水素分子を吸収し、脆化する虞がある。ネオジム磁石は水素を吸収するとき、水素化物を形成し、崩壊、粉砕が起こる（式（７））。なお、式（７）において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂは、ネオジム磁石の主相である。
【００９９】
【化７】
0006976494.tif 000009
【０１００】
Ａｎｉｋｉｎａらの報告（Ｉｎｏｒｇ．Ｍａｔｅｒ．：Ａｐｐｌ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．４，Ｐ．４９７，２０１６）において、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂが水素分子を吸収するときの反応熱（エンタルピー変化：ΔＨ）は、水素原子の組成比（Ｈ／Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）が低い（つまり、水素化が進行していない）ほど、低い値となることが示されている。この報告の中では、０．３＜Ｈ／Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ＜０．６の範囲における−８２．８ｋＪ／ｍｏｌがΔＨの最低値である。
【０１０１】
本発明者らは、式（７）の反応を抑制するためには、式（７）の反応よりも熱力学的に優位な水素分子の捕捉反応を起こす（「ΔＨ＜−８２．８ｋＪ／ｍｏｌ」である）キノンを冷凍機油に含ませる必要があると考えた。
【０１０２】
そこで、本発明者らは、上記１１種のキノンについて、水素分子捕捉反応の反応熱を計算した。計算結果を表２に示す。なお、計算条件は、上記の「密度汎関数法による計算の条件」と同じである。
【０１０３】
【表２】
0006976494.tif 000010
【０１０４】
表２に示されるように、水素分子捕捉反応の反応熱が、式（７）の反応熱（−８２．８ｋＪ／ｍｏｌ）よりも低い値となるキノンは、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、１，４−アントラキノン、フェナントレンキノンであることが分かった。
【０１０５】
これらのキノンは、冷媒回路内に発生した水素分子を捕捉し、ネオジム磁石の脆化を抑制できるため、冷凍サイクル装置または圧縮機の信頼性向上に貢献し得る。
【０１０６】
以上のように、キノンの中でも本実施の形態で用いる上記の化合物は、Ｒ−１３Ｉ１の分解物を捕捉する効果と、冷媒回路内の水素分子を捕捉する効果と、を併せ持つため、冷凍サイクル装置および圧縮機の高信頼性化に貢献し得る。
【０１０７】
実施の形態３．
本実施の形態においては、冷凍機油に配合されるキノン添加剤が、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である。
【０１０８】
それ以外の点は、実施の形態１と同様である。
基油が直鎖の炭化水素鎖を有する化合物を含む場合であっても、これらのキノンは、冷凍機油の劣化を加速させない。これにより、冷凍サイクル装置および圧縮機の信頼性をさらに向上することができる。以下、本実施の形態の詳細について説明する。
【０１０９】
キノンは高い酸化反応性を有するために、冷凍機油にキノン添加剤が配合された場合、副作用として、周囲の有機化合物（冷凍機油、ポリエステル製絶縁フィルムなどに含まれる有機化合物）を酸化（脱水素化）させる虞がある。
【０１１０】
冷凍サイクル装置または圧縮機に用いられる材料中の有機化合物の劣化を抑制する観点から、冷凍機に配合されるキノン添加剤は、有機化合物に対する酸化反応性が低いキノンであることが好ましい。
【０１１１】
一例として、１，４−ベンゾキノンによるｎ−ペンタンの酸化反応を式（８）に示す。ここで、ｎ−ペンタンは、直鎖の炭化水素鎖構造を有する化合物の簡略な一例である。なお、ｎ−ペンタンは一例であり、直鎖の炭化水素鎖は炭素数５個に限定されない。
【０１１２】
【化８】
0006976494.tif 000011
【０１１３】
直鎖の炭化水素鎖構造の例としては、具体的には、ポリオールエステル油を構成する脂肪酸（ｎ−ペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸など）、アルキルベンゼン油およびアルキルナフタレン油を構成するアルキル鎖、ポリビニルエーテル油の側鎖（−Ｏ−ＣＨ２ＣＨ３など）、鉱物油、ポリアルキレングリコール油、ポリエステルを構成するジオール（エチレングリコール）などに由来する構造が挙げられる。
【０１１４】
式（８）の反応により、冷凍機油、ポリエステルなどの有機化合物の炭化水素鎖にＣ＝Ｃ結合が形成されると、Ｃ＝Ｃ結合の高い反応性により、有機化合物が冷媒回路内に混入した酸素などと連鎖的な反応を起こして劣化する虞がある。
【０１１５】
また、冷媒中のＲ−１３Ｉ１の分解により生成するラジカルが有機化合物のＣ＝Ｃ結合に付加して、有機化合物がラジカル化し、連鎖的な反応により有機化合物が重合してスラッジ化する虞がある。
【０１１６】
１，４−ベンゾキノンについての式（８）の反応の反応熱は、負の値（−２５．９ｋＪ／ｍｏｌ）であることから、式（８）の反応は発熱反応である。圧縮機内の冷凍機油や絶縁フィルムは高温に曝されるため、式（８）の反応が発熱反応である場合、反応系が高温により活性化エネルギーを超えることで反応が自発的に進行する虞がある。
【０１１７】
ここで、上記１１種のキノンについて、キノンによるｎ−ペンタンの酸化反応の反応熱を計算した。計算結果を表３に示す。なお、計算条件は、上記の「密度汎関数法による計算の条件」と同じである。
【０１１８】
【表３】
0006976494.tif 000012
【０１１９】
表３から、１１種のキノンのうち、ｎ−ペンタンの酸化反応（式（８））が発熱反応とならない（反応熱が正の値である）キノンは、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、９，１０−アントラキノン、１，４−アントラキノン、フェナントレンキノンであることが分かる。
【０１２０】
これらのキノンは、直鎖の炭化水素鎖を酸化させ難いため、冷媒回路内に存在する直鎖の炭化水素鎖を有する化合物の劣化を加速させない。つまり、例えば、直鎖の炭化水素鎖を有する化合物を含む冷凍機油に、これらのキノンを添加しても、冷凍機油の劣化を加速させない。
【０１２１】
ここで、上記の表１〜表３に示される３つの結果を表４にまとめた。
【０１２２】
【表４】
0006976494.tif 000013
【０１２３】
表４から、Ｒ−１３Ｉ１の分解物捕捉効果が高い実施の形態１で用いられるキノン添加剤のうち、副作用である有機化合物の直鎖の炭化水素鎖の劣化促進を起こさないキノンは、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンであることが分かる。
【０１２４】
したがって、冷凍機油に対して１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンの少なくとも何れかを添加する場合、実施の形態１の効果に加えて、有機化合物の直鎖の炭化水素鎖の劣化促進を抑制し、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。
【０１２５】
なお、表４から、圧縮機がネオジム磁石を有する回転子を備える場合、冷凍機油に配合されるキノン添加剤は、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。この場合、本実施の形態の効果に加えて、実施の形態２と同様に、ネオジム磁石の脆化を抑制する効果も得られる。
【０１２６】
実施の形態４．
本実施の形態においては、冷凍機油に配合されるキノン添加剤が、１，４−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である。
【０１２７】
それ以外の点は、実施の形態１と同様である。
基油等が分岐鎖の炭化水素鎖を有する化合物を含む場合であっても、これらのキノンは、冷凍機油等の劣化を加速させない。これにより、冷凍サイクル装置および圧縮機の信頼性をさらに向上することができる。以下、本実施の形態の詳細について説明する。
【０１２８】
基油等に含まれうる分岐鎖を有する炭化水素鎖は、少なくとも一つの第三級炭素を有する。第三級炭素は第二級炭素と比較して酸化されやすい傾向にあるため、酸化が進行しやすい。ここでは、第三級炭素を少なくとも一つ有する炭化水素鎖構造として、３−エチルペンタンを例に、１，４−ベンゾキノンによる酸化反応を式（９）に示す。
【０１２９】
【化９】
0006976494.tif 000014
【０１３０】
ここで、３−エチルペンタンは、冷凍機油やポリエステル製の絶縁フィルムなどの有機化合物が有する分岐鎖の炭化水素鎖構造を簡略化した構造として挙げている。ただし、３−エチルペンタンは一例であり、分岐鎖炭化水素鎖の分岐鎖は炭素数２個に限定されない。
【０１３１】
冷媒回路内に存在し得る分岐鎖の炭化水素鎖構造の例としては、具体的にはポリオールエステル油を構成する脂肪酸（イソブチル酸、２−エチルヘキサン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸など）由来の構造、アルキルベンゼン油およびアルキルナフタレン油を構成する炭化水素鎖、ポリビニルエーテル油の側鎖（−Ｏ−ＣＨ２−ＣＨ（−ＣＨ３）２など）、鉱物油の炭化水素鎖、ポリアルキレングリコール油の炭化水素鎖、ポリエステルを構成するジオール（１，４−シクロヘキサンジメタノールなど）由来の構造などが挙げられる。
【０１３２】
式（９）の反応により、冷凍機油やポリエステルなどの有機化合物の炭化水素鎖にＣ＝Ｃ結合が形成されると、Ｃ＝Ｃ結合の高い反応性により有機化合物が冷媒回路内に混入した酸素などと連鎖的な反応を起こし、劣化する虞がある。また、Ｒ−１３Ｉ１を含む冷媒を使用する場合、Ｒ−１３Ｉ１の分解により生成するラジカルがＣ＝Ｃ結合に付加し、有機化合物がラジカル化し、連鎖的な反応により重合し、スラッジ化する虞がある。
【０１３３】
１，４−ベンゾキノンにおける式（９）の反応熱は、−４１．６ｋＪ／ｍｏｌであり、発熱反応である。圧縮機内の冷凍機油や絶縁フィルムは高温に曝されるため、式（９）が発熱反応の場合、系が高温により活性化エネルギーを超えることで反応が自発的に進行する虞がある。
【０１３４】
上記１１種のキノンについて、キノンによる３−エチルペンタンの酸化反応の反応熱を計算した。計算結果を表５に示す。なお、計算条件は、上記の「密度汎関数法による計算の条件」と同じである。
【０１３５】
【表５】
0006976494.tif 000015
【０１３６】
表５から、１１種のキノンのうち、３−エチルペンタンの酸化反応の反応熱が発熱反応とならないキノンは、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、９，１０−アントラキノン、１，４−アントラキノン、フェナントレンキノンであることが分かる。
【０１３７】
これらのキノンは、冷媒回路内の有機化合物が有する分岐鎖の炭化水素鎖を酸化させないため、分岐鎖の炭化水素鎖を有する化合物の劣化を加速させない。つまり、第三級炭素を有する冷凍機油に添加しても、冷凍機油の劣化を加速させない。
【０１３８】
ここで、上記の表１、表２および表５に示される３つの結果を表６にまとめた。
【０１３９】
【表６】
0006976494.tif 000016
【０１４０】
表６から、Ｒ−１３Ｉ１の分解物捕捉効果が高い実施の形態１で用いられるキノン添加剤のうち、副作用である有機化合物の分岐鎖の炭化水素鎖の劣化促進を起こさない１，４−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンであることが分かる。
【０１４１】
したがって、冷凍機油に対して１，４−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンの少なくとも何れかを添加する場合、実施の形態１の効果に加えて、有機化合物の分岐鎖の炭化水素鎖の劣化促進を抑制し、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。
【０１４２】
なお、表６から、圧縮機がネオジム磁石を有する回転子を備える場合、冷凍機油に配合されるキノン添加剤は、１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。この場合、本実施の形態の効果に加えて、実施の形態２と同様に、ネオジム磁石の脆化を抑制する効果も得られる。
【０１４３】
また、上記の実施の形態１〜４で例示されなかったキノンであっても、上記の実施の形態で示された条件を満たす化合物については、実施の形態で例示されたキノンと同様の効果が得られると考えられる。
【実施例】
【０１４４】
以下、実施例を示して本開示について具体的に説明するが、本開示の技術範囲はこれらに限定されるものではない。【０１４５】
＜評価試験＞
上記の各実施の形態に係る効果を実際に確認するための評価試験を行った。具体的には、１，４−ナフトキノンを添加した冷凍機油を使用して、金属部材の劣化試験を行った。【０１４６】
金属部材の劣化試験は、オートクレーブテストであり、ＪＩＳ  Ｋ２２１１：２００９（付属書Ｃ）に準拠して行った。オートクレーブテストとは、冷媒に対する化学的安定性試験方法の一種である。具体的には、以降に記載されるような手順が実施される。【０１４７】
試験容器に冷凍機油と試料を入れて密閉し、減圧した後に冷媒を注入する。次に密封した試験容器を１２５〜２００℃で一定時間加熱後、試料の色などによって試料の化学的安定性を評価する。【０１４８】
金属部材の劣化試験では、５０ｃｍ３の試験容器（耐圧硝子工業株式会社製  ポータブルリアクター）内に、試料と冷凍機油（１５ｇ）と冷媒（１５ｇ）とが封入された。なお、冷凍機油を封入した理由は、圧縮機の内部では冷媒は冷凍機油と混合した状態であり、その状態を模擬するためである。【０１４９】
冷媒としては、Ｒ−１３Ｉ１（大陽日酸株式会社製）を使用した。
冷凍機油の基油としては、市販のポリオールエステル試薬（富士フィルム和光純薬株式会社製  製品コード３２０−６５２９５）を使用した。【０１５０】
冷凍機油は、基油以外に、酸化防止剤として０．５質量％の２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール（富士フィルム和光純薬株式会社製  製品コード０２３−０７３９５）、酸捕捉剤として２．０質量％の２−エチルヘキシルグリシジルエーテル（富士フィルム和光純薬株式会社製  製品コード３２９−７４２５）、および、極圧剤（摩耗防止剤）として２．０質量％のトリクレジルホスフェート（東京化成工業株式会社製  製品コードＰ０２７３）を含有する。この時点での冷凍機油（キノン添加剤を含まない）の処方を処方１とする。【０１５１】
そして、冷凍機油には、キノン添加剤として１，４−ナフトキノンを、冷凍機油の質量に対して、０．５質量％（処方２）、１．０質量％（処方３）、２．０質量％（処方４）、３．０質量％（処方５）、または、４．０質量％（処方６）の量で配合した。１，４−ナフトキノンとしては、市販の試薬（東京化成工業株式会社製  製品コードＮ００４０）を使用した。【０１５２】
また、当該冷凍機油の水分量が５０ｐｐｍ未満になるよう、モレキュラシーブス（富士フィルム和光純薬株式会社製  １３３−０８６５）により冷凍機油中の水分が除去された。【０１５３】
なお、試験容器には、１，４−ナフトキノンが配合され、水分が除去された後の冷凍機油が１５ｇ封入された。【０１５４】
さらに、試験容器中には、試験ごとに異なる金属部材が封入された。
試験１では、ネオジム磁石（アルミニウムとケイ素とマグネシウムが含まれ、リンが含まれていない皮膜を有するものについて、０．９１０ｇを１個）が封入された。【０１５５】
試験２では、アルミニウム棒、鉄棒、および、銅棒（それぞれ、直径１．５ｍｍ、長さ５０ｍｍを２本）が封入された。【０１５６】
試験３では、アルミニウム棒、鉄棒、および、真鍮（Ｃ２７００）棒（それぞれ、直径１．５ｍｍ、長さ５０ｍｍを２本）が封入された。【０１５７】
試験１では、加熱後に試験容器を開封し、ネオジム磁石の質量の測定を行った。ネオジム磁石の質量の測定は、加熱後の試験容器より塊状のネオジム磁石を取り出し、取り出した塊状のネオジム磁石の質量について電子天秤（株式会社島津製作所製  ＡＰ１２５ＷＤ）を用いて測定を行った。なお、ネオジム磁石の一部または全部が粉化する場合もあるため、塊状のネオジム磁石の質量を試験前のネオジム磁石の質量で除算した値をネオジム磁石の質量保持率とした。【０１５８】
試験２では、加熱後に試験容器を開封し、銅棒の外観観察と、冷媒中のＲ−２３量の測定と、冷凍機油中のヨウ化物イオン量の測定を行った。冷媒中のＲ−２３の定量の際は、ガスクロマトグラフ質量分析計（日本電子株式会社製  ＪＭＳ−Ｋ９）を使用してＲ−１３Ｉ１に対するＲ−２３の濃度を測定し、処方１の結果を基準としてＲ−２３生成量比を求めた。冷凍機油中のヨウ化物イオン濃度は、イオンクロマトグラフシステム（Ｄｉｏｎｅｘ製  ＩＣＳ−１６００）を使用して定量した。【０１５９】
試験３では、加熱後に試験容器を開封し、真鍮棒の外観観察と、冷媒中のＲ−２３量の測定と、冷凍機油中のヨウ化物イオン量とＺｎ量の測定を行った。冷媒中のＲ−２３の定量の際は、ガスクロマトグラフ質量分析計（日本電子株式会社製  ＪＭＳ−Ｋ９）を使用してＲ−１３Ｉ１に対するＲ−２３の濃度を測定し、処方１の結果を基準としてＲ−２３生成量比を求めた。冷凍機油中のヨウ化物イオン濃度は、イオンクロマトグラフシステム（Ｄｉｏｎｅｘ製  ＩＣＳ−１６００）を使用して定量した。冷凍機油中のＺｎ量は、誘導結合プラズマ発光分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製  ＳＰＳ３１００）を使用して定量した。【０１６０】
金属部材の劣化試験では、オーブン（エスペック株式会社製  ＳＰＨ―２０１Ｓ）を使用して、試料と冷凍機油と冷媒を封入した試験容器を温度１４０℃に加熱した。加熱時間は、試験１について３３６時間、試験２および試験３について７２時間とした。試験結果を表７に示す。【０１６１】
【表７】
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【０１６２】
試験１の結果、処方１ではネオジム磁石が粉状に変化してしまい、ネオジム磁石の塊が回収できなかったため、質量を測定できなかった。【０１６３】
これに対して、処方２から処方６では、ネオジム磁石の塊が回収でき、質量も変化していなかった。【０１６４】
これは、冷凍機油中の１，４−ナフトキノンが、Ｒ−１３Ｉ１の分解物（ＣＦ３・およびＩ・）を捕捉したために、ＨＩによるネオジム磁石の劣化反応が抑制されたことと、１，４−ナフトキノンが容器内に発生した水素分子を捕捉したためにネオジム磁石の水素脆化が抑制されたことと、による効果だと考えられる。【０１６５】
試験２の結果、処方１では銅棒の表面の光沢が失われ白色化が進行していた。また、冷凍機油中には４３μｇ／ｇの濃度でヨウ化物イオンが検出された。光沢が失われた銅棒の表面を、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（株式会社堀場製作所製  ＥＭＡＸ  ＥＮＥＲＧＹ  ＥＸ−２５０）を搭載した走査型電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ製  ＳＵ８０００）で観察した結果、ヨウ素（Ｉ）が検出される固体で覆われていた。【０１６６】
これに対して、処方２から処方６では、銅棒の表面の光沢は維持され、Ｒ−２３の生成量は減少し、冷凍機油中からはヨウ化物イオンは検出されなかった。【０１６７】
これは、冷凍機油中の１，４−ナフトキノンが、Ｒ−１３Ｉ１の分解物（ＣＦ３・およびＩ・）を捕捉したために、銅の劣化反応、Ｒ−２３の生成反応、ＨＩの生成反応が抑制されたためだと考えられる。【０１６８】
試験３の結果、処方１では真鍮棒の表面の光沢が失われ、白色化が進行していた。また、冷凍機油中には７１μｇ／ｇのヨウ化物イオンと５６μｇ／ｇのＺｎが検出された。光沢が失われた真鍮棒の表面を、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を搭載した走査型電子顕微鏡で観察した結果、ヨウ素（Ｉ）が検出される固体で覆われていた。【０１６９】
これに対して、処方２から処方６では、真鍮棒の表面の光沢は維持され、Ｒ−２３の生成量は減少し、冷凍機油中からヨウ化物イオンおよびＺｎは検出されなかった。【０１７０】
これは、冷凍機油中の１，４−ナフトキノンが、Ｒ−１３Ｉ１の分解物（ＣＦ３・およびＩ・）を捕捉したために、真鍮中の銅の劣化反応、真鍮中のＺｎの溶出反応、Ｒ−２３の生成反応、ＨＩの生成反応が抑制されたためだと考えられる。【０１７１】
なお、試験１から試験３の試験後の冷凍機油中に、ネオジム磁石の粉化物を除き、夾雑物は見られなかった。これは、１，４−ナフトキノンがキノンの副作用である有機化合物の炭化水素鎖の劣化促進を起こさなかったためだと考えられる。【０１７２】
以上のように、冷凍機油中に１，４−ナフトキノンを含ませることで、冷媒回路内の金属の劣化反応、Ｒ−２３の生成反応、ＨＩの生成反応が抑制され、圧縮機の性能が維持され、冷凍サイクル装置の性能が維持され得る。【０１７３】
また、表８の結果から、冷凍機油の質量に対する冷凍機油中に含まれる１，４−ナフトキノンの量の比率は、０．５〜４質量％が好ましく、Ｒ−２３の生成抑制効果の観点からは、１〜４質量％がより好ましいと考えられる。【０１７４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１７５】
１  圧縮機、２  凝縮器、３  膨張弁、４  蒸発器、５  冷媒回路、５ａ〜５ｄ  冷媒配管、６  凝縮器送風機、７  蒸発器送風機、８  シェル、９  圧縮機構、１０  吸入管、１１  吐出管、１２  シャフト、１３  油溜部、１７  回転子、１８  固定子、４３  回転子コア、４３ａ  磁石挿入孔、４３ｂ  冷媒通過孔、４３ｃ  シャフト孔、４４  磁石、４５  皮膜、１００  冷凍サイクル装置。
【要約】
冷凍サイクル装置（１００）は、冷媒と、前記冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、前記圧縮機（１）の摺動部を潤滑する冷凍機油と、を備える。前記冷媒はトリフルオロヨードメタンを含む。前記冷凍機油は、基油およびキノン添加剤を含む。前記キノン添加剤は、１，４−ベンゾキノン、１，２−ベンゾキノン、２−メチル−１，４−ベンゾキノン、２−フェニル−１，４−ベンゾキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノン、１，２−ナフトキノン、２，６−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、および、１，４−アントラキノンからなる群から選択される少なくとも１種である。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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