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CN104379713A - 压缩机及空调装置 - Google Patents

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CN104379713A CN201380031349.5A CN201380031349A CN104379713A CN 104379713 A CN104379713 A CN 104379713A CN 201380031349 A CN201380031349 A CN 201380031349A CN 104379713 A CN104379713 A CN 104379713A
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Abstract

本发明提供压缩机及空调装置，所述压缩机具备具有滑动部的压缩室，且被封入有作为制冷剂的二氟甲烷和冷冻机油，冷冻机油含有规定的2种多元醇酯油(第一多元醇酯油及第二多元醇酯油)，且含有第二多元醇酯油为20摩尔％以上。制冷剂和第一多元醇酯油及第二多元醇酯油的混合物的低温侧临界溶解温度为+10℃以下。冷冻机油还含有40℃的动粘度超过180mm2/s的压缩部密封剂，压缩部密封剂相对于该混合物100重量份为1～30重量份。冷冻机油的40℃的动粘度为30～90mm2/s。由此，能够抑制制冷剂泄漏并提高压缩机效率。

Description

压缩机及空调装置
技术领域
本发明涉及压缩机及空调装置。
背景技术
在空调器领域中使用的制冷剂的R410A是HFC(Hydrofluorocarbons)32/HFC125(50/50重量％)的混合物，GWP(GlobalWarming Potential)＝2088，为高，因此，当物之急是开发使用GWP为低的代替制冷剂的空调装置。
作为该替代制冷剂，从热物理性、低GWP、低毒性、低可燃性等理由考虑，候补的有2,3,3,3-四氟丙烯(HFO1234yf(Hydrofluoroolefin)(GWP＝4)、1,3,3,3-四氟丙烯(HFO1234ze)(GWP＝10)或二氟甲烷(HFC32)的单独制冷剂、或者它们的混合制冷剂。作为其它的制冷剂，可以举出：丙烷、丙烯等碳氢化合物、及氟乙烷(HFC161)、二氟乙烷(HFC152a)等低GWP的氢氟烷。在这些候补的制冷剂中，考虑到可燃性、制冷制热能力、非共沸制冷剂的温度梯度引起的设备效率下降、易操作性、制冷剂成本、设备的变更(开发)等，最优选二氟甲烷(HFC32)。
冷冻机油在密闭型电动压缩机中使用，发挥其滑动部的润滑、密封、冷却等作用。冷冻机油中重要的一个特性是与制冷剂的相溶性。但是，在HFC32中与冷冻机油的相溶性低，因此，在例如专利文献1及专利文献2中公开有提高了与HFC32的相溶性的冷冻机油。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2010-235960号公报
专利文献2:特开2002-129178号公报
发明内容
发明所要解决的课题
HFC32的绝热指数小，所以排出温度变高，由此，压缩机的温度也变高。因此，在吸入制冷剂时引起过热损失。另外，由于分子量小，分子速度快，所以容易引起制冷剂从压缩机的压缩部的泄漏。因此，发生体积效率下降导致的压缩机效率的降低。专利文献1及2记载的冷冻机油对制冷剂泄漏的问题均未充分考虑。
本发明的目的是抑制制冷剂泄漏并提高压缩机效率。
为了解决课题的手段
为实现所述目的，本发明提供压缩机，具备具有滑动部的压缩室，且封入有作为制冷剂的二氟甲烷和冷冻机油，其特征在于，冷冻机油含有用下述化学式(1)表示的第一多元醇酯油和用下述化学式(2)表示的第二多元醇酯油(式中，R1～R6为碳数3～8的烷基)，且含有20摩尔％以上的第二多元醇酯油，制冷剂和第一多元醇酯油及第二多元醇酯油的混合物的低温侧临界溶解温度为+10℃以下，冷冻机油还含有40℃的动粘度超过180mm2/s的压缩部密封剂，压缩部密封剂相对于混合物100重量份为1～30重量份，冷冻机油的40℃的动粘度为30～90mm2/s。
[化1]
[化2]
发明效果
根据本发明，能够抑制制冷剂泄漏，并能够提高压缩机效率。
附图说明
图1是表示空调装置的构成的概略图；
图2是表示涡旋式密闭型压缩机的剖面图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
压缩机具备具有滑动部的压缩室，封入有作为制冷剂的二氟甲烷和冷冻机油。在此，冷冻机油含有用下述化学式(1)表示的第一多元醇酯油和用下述化学式(2)表示的第二多元醇酯油(式中，R1～R6为碳数3～8的烷基)，且含有第二多元醇酯油20摩尔％以上。而且，制冷剂和第一多元醇酯油及第二多元醇酯油的混合物的低温侧临界溶解温度为+10℃以下，冷冻机油还含有40℃的动粘度超过180mm2/s的压缩部密封剂，压缩部密封剂相对于该混合物100重量份为1～30重量份，冷冻机油的40℃的动粘度为30～90mm2/s。
[化3]
[化4]
本实施方式对使用了二氟甲烷的压缩机及使用了该压缩机的空调装置进行了公开。制冷剂为二氟甲烷，冷冻机油为多元醇酯油。
多元醇酯油通过多元醇和一元脂肪酸的缩合反应获得。作为多元醇酯油，优选热稳定性优异的受阻型，作为原料的多元醇，优选季戊四醇及二季戊四醇。
另外，作为原料的一元脂肪酸有正丁酸、正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、2-甲基丙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、2-甲基戊酸、2-乙基丁酸、2-甲基己酸、2-乙基己酸、异辛酸、3,5,5-三甲基已酸等，它们可以单独使用或者混合两种以上使用。
冷冻机油的粘度等级因压缩机种类而不同，在涡旋式压缩机中，优选40℃的动粘度为46～90mm2/s的范围。另外，在旋转式压缩机中，优选40℃的动粘度为30～70mm2/s的范围。
压缩部密封剂为40℃的动粘度超过180mm2/s的液状化合物。
在受阻型的多元醇酯油的情况下，作为压缩部密封剂优选使用二季戊四醇系的脂肪酸酯(由下述化学式(3)表示的化合物(式中，R7、R8为碳数7～8的烷基))。这是因为容易成为高粘度，所以能够降低制冷剂泄漏。二季戊四醇不是用于在原料中大量含有季戊四醇及三季戊四醇等的纯物质，在此，表述为二季戊四醇类。
另外，作为压缩部密封剂的复合型的多元醇酯油(复合酯油)(用下述化学式(4)表示的化合物(式中，R9、R10为碳数3～9的烷基，R11为碳数1～9的烷基，n为正数))是由多元醇、二元脂肪酸和一元脂肪酸键合而成的酯化合物。
[化5]
[化6]
在此，作为原料的多元醇，例如优选为新戊二醇、三羟甲基丙烷及季戊四醇。另外，作为原料的一元脂肪酸有正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、2-甲基丁酸、2-甲基戊酸、2-甲基己酸、2-乙基已酸、异辛酸、3，5，5-三甲基已酸等，它们可以单独使用或者混合两种以上使用。另外，作为原料的二元脂肪酸有丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸等，它们也可以单独使用或者混合两种以上使用。也可以混合上述的二季戊四醇系的脂肪酸酯，另外，也可以混合作为粘度调整用的通常的多元醇酯油成分等。
另外，作为压缩部密封剂的乙烯-α-烯烃共聚物容易获得任意的高粘度，剪断稳定性也优异，数均分子量可以为800～4000。作为构成乙烯-α-烯烃共聚物的α-烯烃，可以使用碳数为3～10的物质，可以举出丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯等。这些α-烯烃可以使用一种，也可以组合使用二种以上。另外，乙烯的含量更优选为20～80摩尔％，也可以为与α-烯烃无规及嵌段共聚的任一种。
即使在上述的冷冻机油中添加润滑性改进剂、抗氧化剂、酸捕捉剂、消泡剂、金属钝化剂等也都没有问题。尤其是多元醇酯油在水分共存下因水解而发生劣化，因此，希望配合抗氧化剂和酸捕捉剂。
作为抗氧化剂，优选酚醛类的DBPC(2，6-二叔丁基对甲酚)。作为酸捕捉剂，一般使用作为具有环氧环的化合物的脂族环氧系化合物及碳二亚胺系化合物。特别是由于碳二亚胺系化合物与脂肪酸的反应性极高，捕捉从脂肪酸中解离的氢离子，因此，抑制多元醇酯油的水分解反应的效果非常大。作为碳二亚胺系化合物，可举出二(2,6-异丙基苯基)碳二亚胺。酸捕捉剂的配合量相对于冷冻机油计优选为0.05～1.0重量％。
图1是表示空调装置的概略的图。
空调装置具备室内机1和室外机2。在室内机1内装有室内热交换器5。另外，在室外机2内装有压缩机3、四通阀4、室外热交换器7及膨胀装置6。
在对室内制冷的情况下，在压缩机3中被绝热压缩的高温高压的制冷剂气体经过排出管及四通阀4后在室内热交换器5(作为冷凝装置使用)中冷却，变成高压的液态制冷剂。该制冷剂通过膨胀装置6(例如，除了温度式膨胀阀之外的膨胀阀等)中膨胀，变成仅含有少量气体的低温低压液体，到达室外热交换器7(作为蒸发装置使用)，从室内空气获得热量，以低温气体的状态再通过四通阀4到达压缩机3。在对室内制热的情况下，通过四通阀4将制冷剂的流动方向改变为反方向，实现反作用。
作为压缩机3，使用了涡旋式压缩机。
图2为表示涡旋式压缩机的概略结构的图。
压缩机3包括：具有垂直设置于端板9上的涡卷状卷体10的固定涡旋部件8、具有与该固定涡旋部件8实质上同一形状的卷体12的旋转涡旋部件11、支承旋转涡旋部件11的框架16、使旋转涡旋部件11旋转运动的曲轴13、电动机19、以及内置有上述部分的压力容器17。涡卷状卷体10与卷体12相对地啮合，形成压缩部。
在旋转涡旋部件11通过曲轴13旋转运动时，在固定涡旋部件8与旋转涡旋部件11之间形成的压缩室14中，位于最外侧的压缩室14随着旋转运动体积逐渐地缩小，同时朝向固定涡旋部件8及旋转涡旋部件11的中心部移动。在压缩室14到达固定涡旋部件8及旋转涡旋部件11的中心部附近时，压缩室14与排出口15连通，压缩室14内部的压缩气体从排出管18向压缩机3的外部排出。
在压缩机3中，曲轴13以恒定速度或与由未图示的换流器控制的电压相对应的旋转速度旋转，进行压缩动作。另外，在电动机19的下方设有储油部22，储油部22的油通过压力差经过设于曲轴13的油孔21，供旋转涡旋部件11和曲轴13的滑动部、滑动轴承20等的润滑。
以下，对冷冻机油的构成使用实施例及比较例进行说明。
(实施例1～3及比较例1、2)
基于日本工业规格(JIS C 9612-2005：室内空气调节装置)，算出一年的能量消耗效率APF。另外，再实施压缩机的性能试验，测定了代表条件下的体积效率。实施例中使用的制冷剂为二氟甲烷，下述表示主剂的冷冻机油和添加剂的压缩部密封剂。
(冷冻机油)
(A)受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇系的2-甲基丁酸/2-甲基己酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度68.7mm2/s
(B)受阻型多元醇酯油(季戊四醇系的2-甲基己酸/3,5,5-三甲基已酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度64.9mm2/s
(压缩部密封剂)
(F)受阻型多元醇酯油(二季戊四醇系的2-甲基己酸/3,5,5-三甲基已酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度217mm2/s
(G)复合型的多元醇酯油(新戊二醇、二羧酸和单羧酸键合的酯，作为二羧酸使用己二酸、作为单羧酸使用3,5,5-三甲基已酸的酯油)：40℃动粘度260mm2/s
(H)乙烯-α-烯烃共聚物(商品名：ルーカントHC-40：三井化学株式会社制、ルーカント的同社的注册商标)：40℃动粘度380mm2/s
在实施例1～3中，在冷冻机油(A)中作为压缩部密封剂配合了(F)、(G)及(H)分别为5.0重量％。所有配合后的冷冻机油的动粘度为70mm2/s左右。冷冻机油(A)与二氟甲烷的低温侧临界溶解温度为-2℃，是显示相溶性的冷冻机油。向压缩机封入的制冷剂及冷冻机油的相溶性如上述那样，在从冷冻循环向压缩机的油返回(确保压缩机内部的油量)或热交换效率的维持等，保证压缩机的可靠性这方面是重要的特性之一。二氟甲烷和冷冻机油的相溶性评价是以JIS K 2211为准测定的。在相溶性评价中，制作了将混合于制冷剂的油的浓度(油浓度)设为横轴，将溶解温度设为纵轴的坐标图。该坐标图通常表示分离为二层的温度的油浓度依存性，成为具有极大值的曲线。将该极大值定义为低温侧临界溶解温度。
在比较例1中，设定为现行的设备中使用的制冷剂R410A和使用了冷冻机油(B)的组合。低温侧临界溶解温度为+9℃，未配合压缩部密封剂。将该比较例1设为效率的基准值(APF比)100％。比较例2设为根据实施例1～3未配合压缩机密封剂的组合。测定项目为在空调装置的代表性的运转条件的制热额定、制热中间、制冷额定、制冷中间的4个条件下比较通年能量消耗效率APF和压缩机的体积效率比。以比较例1的现行设备作为基准100％，研究了实施例1～3、比较例2的APF和体积效率比。
表1表示结果。
比较比较例1和比较例2时，在使用二氟甲烷的情况下，APF提高约1.0％。这认为是由于二氟甲烷的潜热大，压力损失小，所以APF提高。但是，在观察压缩机的体积效率时，尽管APF提高，但在使用了二氟甲烷的压缩机中，体积效率无论在任一个条件下均低下。二氟甲烷的绝热指数小，排出温度变高，因此压缩机的温度也变高，容易产生吸入时的过热损失。另外，由于分子量小，分子速度快，所以制冷剂容易从压缩机的压缩部泄漏。因此，发生体积效率降低。与之相对，如实施例1～3所示，可知，在二氟甲烷和冷冻机油(A)中配合了5重量％的压缩部密封剂的空调器中，与比较例2相比，可知压缩机的体积效率提高，设备的APF也增加。
[表1]
(实施例4～6及比较例3、4)
在实施例4～6中评价了冷冻机油的润滑性。使用壳式四球摩擦磨损试验机，评价了冷冻机油的润滑性。将1/2英寸SUJ2钢球作为试验片，在载荷：280N、温度：120℃、旋转速度：1200/min、时间：10min进行试验，之后测定了固定试验片的磨损痕径(3个平均)和摩擦系数。冷冻机油(B)及压缩部密封剂(F)与实施例1～3的相同。
(冷冻机油)
(A)受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇系的2-甲基丁酸/2-甲基己酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度68.7mm2/s
二季戊四醇配合量约50摩尔％
(C)受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇系的2-甲基丁酸/2-甲基己酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度67.3mm2/s
二季戊四醇配合量约35摩尔％
(D)受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇系的2-甲基丁酸/2-甲基己酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度66.2mm2/s
二季戊四醇配合量约25摩尔％
(E)受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇系的2-甲基丁酸/2-甲基己酸的混合脂肪酸酯油)：40℃动粘度65.3mm2/s
二季戊四醇配合量约10摩尔％
作为冷冻机油，(A)、(C)及(D)混合20摩尔％以上的二季戊四醇，在任一种冷冻机油中，作为压缩部密封剂均混合5.0重量％(F)。
表2表示评价各冷冻机油的润滑性的结果。
如比较例4所示，在冷冻机油成分中未配合二季戊四醇的情况下，磨损痕径大，摩擦系数高。与之相对，如实施例4～6所示，在冷冻机油成分中配合了二季戊四醇20重量％以上的物质，能够抑制磨损痕径和摩擦系数，润滑性优异。这是由于二季戊四醇相对于摩擦面的吸附能力大，摩擦面的表面能量降低，获得了耐磨损性和摩擦系数的降低效果。如比较例3所示，在冷冻机油成分中二季戊四醇混合量不足20重量％的物质，磨损痕径大，摩擦系数也高，不能获得充分的润滑性。
[表2]
(实施例7～9及比较例5、6)
以下，使用在实施例1中确认了效果的冷冻机油和压缩部密封剂，对压缩机密封剂的配合量进行研究。测定项目、测定方法、冷冻机油(A)及压缩部密封剂(F)与实施例1～3的相同。
在实施例7～9中，在冷冻机油(A)中作为压缩部密封剂以1～30重量％范围配合了(F)。在比较例5中，作为压缩部密封剂配合了(F)0.5重量％，在比较例6中，作为压缩部密封剂配合了(F)40重量％，实施试验。
表3表示结果。
与比较例2相比，在实施例7～9中，APF提高0.5～1.0％。这是因为通过压缩部密封剂提高了压缩机的压缩部的密封性的效果。与之相对，如比较例5所示，在将作为压缩部密封剂的(F)设为0.5重量％的实施方式中，与比较例2相比，未获得压缩机的体积效率及APF的提高。另外，如比较例6所示，在作为压缩部密封剂也配合了40重量％的(F)时，冷冻机油的动粘度也大幅增加，粘性抵抗增大，由此导致APF降低。因此，压缩部密封剂相对于冷冻机油的配合量可以在1.0～30重量％的范围。
[表3]
根据以上结果，能够降低来自压缩机的压缩部的制冷剂泄漏，能够提高压缩机的体积效率，能够提高空调装置的通年能量消耗效率APF。
作为压缩机，除了涡旋式压缩机之外，确认在旋转式压缩机、双转子压缩机、两级压缩旋转式压缩机、以及辊和叶片一体化的摆动式压缩机(swing compressor)中也可获得同样的效果。
产业上的可利用性
本发明可适用于压缩机及空调装置。
符号说明
1：室内机，2：室外机，3：压缩机，4：四通阀，5：室内热交换器，6：膨胀装置，7：室外热交换器，8：固定涡旋部件，9：端板，10：涡卷状卷体，11：旋转涡旋部件，12：卷体，13：曲轴，14：压缩室，15：排出口，16：框架，17：压力容器，18：排出管，19：电动机，20：滑动轴承，21：油孔，22：储油部。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.压缩机，具备具有滑动部的压缩室，且封入有作为制冷剂的二氟甲烷和冷冻机油，其特征在于，
所述冷冻机油含有用下述化学式(1)表示的第一多元醇酯油和用下述化学式(2)表示的第二多元醇酯油，式中，R1～R6为碳数3～8的烷基，且含有20摩尔％以上的所述第二多元醇酯油，
所述制冷剂和所述第一多元醇酯油及所述第二多元醇酯油的混合物的低温侧临界溶解温度为+10℃以下，
所述冷冻机油还含有40℃的动粘度超过180mm2/s的压缩部密封剂，所述压缩部密封剂相对于所述混合物100重量份为1～30重量份，所述冷冻机油的40℃的动粘度为30～90mm2/s，
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩部密封剂为用下述化学式(3)表示的化合物、或用下述化学式(4)表示的化合物、或数均分子量为800～4000的乙烯-α-烯烃共聚物，式中，R7、R8为碳数7～8的烷基，R9、R10为碳数3～9的烷基，R11为碳数1～9的亚烷基，n为正数，
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩室由旋转涡旋部件和固定涡旋部件形成，所述冷冻机油在40℃的动粘度为46～90mm2/s。
4.空调装置，将权利要求1～3中任一项所述的压缩机、冷凝器、膨胀装置、蒸发器由配管连接。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
用修改后的权利要求书替换原权利要求书。其中，修改了权利要求第2项，将权利要求2中的“R11为碳数1～9的烷基”修改为“R11为碳数1～9的亚烷基”，这从化学式(4)是毫无疑问且唯一能够导出的，相信能够被允许，请审查员接受。
所作修改是根据PCT第19条作出的。

Claims (4)

1.压缩机，具备具有滑动部的压缩室，且封入有作为制冷剂的二氟甲烷和冷冻机油，其特征在于，
所述冷冻机油含有用下述化学式(1)表示的第一多元醇酯油和用下述化学式(2)表示的第二多元醇酯油，式中，R1～R6为碳数3～8的烷基，且含有20摩尔％以上的所述第二多元醇酯油，
所述制冷剂和所述第一多元醇酯油及所述第二多元醇酯油的混合物的低温侧临界溶解温度为+10℃以下，
所述冷冻机油还含有40℃的动粘度超过180mm2/s的压缩部密封剂，所述压缩部密封剂相对于所述混合物100重量份为1～30重量份，所述冷冻机油的40℃的动粘度为30～90mm2/s，
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩部密封剂为用下述化学式(3)表示的化合物、或用下述化学式(4)表示的化合物、或数均分子量为800～4000的乙烯-α-烯烃共聚物，式中，R7、R8为碳数7～8的烷基，R9、R10为碳数3～9的烷基，R11为碳数1～9的烷基，n为正数，
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩室由旋转涡旋部件和固定涡旋部件形成，所述冷冻机油在40℃的动粘度为46～90mm2/s。
4.空调装置，将权利要求1～3中任一项所述的压缩机、冷凝器、膨胀装置、蒸发器由配管连接。
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