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CN105473953B - 压缩机和制冷循环装置 - Google Patents

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CN105473953B
CN105473953B CN201480045231.2A CN201480045231A CN105473953B CN 105473953 B CN105473953 B CN 105473953B CN 201480045231 A CN201480045231 A CN 201480045231A CN 105473953 B CN105473953 B CN 105473953B
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Abstract

根据实施方式，压缩机使用R32作为制冷剂并且内部装有制冷机油。上述制冷机油与上述制冷剂的液体状混合物在10～40质量％范围的制冷机油含有率和‑40℃～60℃的温度范围内发生两层分离，并且在5质量％以下的制冷机油含有率和20℃～40℃的温度范围内以及在55质量％以上的制冷机油含有率和20℃～50℃的温度范围内相容。

Description

压缩机和制冷循环装置
技术领域
本发明的实施方式总体来说涉及压缩机和制冷循环装置。
背景技术
在冰箱、制冷机中组装有制冷剂压缩机。作为在该压缩机中使用的制冷剂，过去使用了CFC-12(R12)、HCFC-22(R22)，但这些制冷剂的臭氧层破坏系数(ODP)高，现在它们的使用受到限制。因此，据说ODP为零(0)的R-404A、R-410A、HFC-134a(R-134a)的使用现在已成为了主流。然而，虽然这些制冷剂的ODP为零，但也被指出有全球暖化系数(GWP)比较高(GWP：约1300～3300)的一面。
由于这样的情况，作为ODP为零并且GWP也比较低(GWP：约650)的氢氟碳化合物的R32最近逐渐受到关注。
于是，对于制冷剂压缩机而言，例如为了对其滑动部赋予润滑性，而且提高密封部的密封性，内部装有制冷机油。对于制冷机油，要求与制冷剂具有良好的适合性。作为将R32用作制冷剂的压缩机的制冷机油，研究了几种油，但认为以与制冷剂R32的组合可在长时间内稳定地向压缩机提供润滑性的制冷机油更为必需。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-184536号公报
发明内容
发明所要解决的课题
即，进一步存在对下述压缩机的需求：使用了R32作为制冷剂且在滑动部以外的其他部位处的润滑性在长时间内没有有意地降低的压缩机。
用于解决课题的手段
根据实施方式，提供使用R32作为制冷剂并且内部装有制冷机油的压缩机。所述制冷机油与所述制冷剂的液体状混合物在10～40质量％范围的制冷机油含有率和-40℃～60℃的温度范围内发生两层分离，并且在5质量％以下的制冷机油含有率和20℃～40℃的温度范围内以及在55质量％以上的制冷机油含有率和20℃～50℃的温度范围内相容。
附图说明
图1为表示实施方式的制冷剂R32与制冷机油的相容性行为的坐标图。
图2为表示实施方式的具备压缩机的制冷循环装置的局部剖视图。
图3为例示具备液体注入回路的制冷循环装置的概略图。
具体实施方式
以下对几个实施方式进行说明。
实施方式的(制冷剂)压缩机使用R32作为制冷剂并且内部装有特定的制冷机油。用作制冷剂的R32为二氟甲烷，据说其ODP为零，其GWP为约650。
就在使用R32作为制冷剂的上述压缩机中内部装有的制冷机油而言，其与制冷剂R32的液体状混合物在该制冷机油的含有率(油分率)为10～40质量％、温度为-40℃～60℃下分离为两层。
图1表示制冷剂R32与本制冷机油的液体状混合物显示的相容性行为。该相容性行为按照日本工业标准(JIS)K2211-2009的附属书D中规定的“与制冷剂的相容性试验方法”测定。实施方式的制冷剂R32与制冷机油的液体状混合物在图1中用斜线表示的区域、即油分率为10～40质量％且温度为-40℃～+60℃的全部区域内发生两层分离。分离后的两层的油分率不同。一般来说，在油分率为a～b质量％的整个范围内制冷剂R32与制冷机油发生两层分离，在这以外的油分率下两者相容的情况下，该分离后的两层由油分率为a质量％的层和油分率为b质量％的层构成。
在此，在油分率为50质量％以上的情况下，由于制冷机油与制冷剂相比比率升高，因此液体状混合物的润滑性由制冷机油确保。另一方面，如果油分率不到50质量％，制冷剂的比率升高，成为制冷机油被高稀释的状态，不能获得充分的润滑性能。为了防止由高稀释得到的溶解有制冷剂的制冷机油(制冷机油与其中溶解的制冷剂的混合物；以下简称为“制冷剂溶解油”)的粘度下降，发现了优选的是制冷剂R32与制冷机油的液体状混合物在油分率为40质量％以下的情况下发生两层分离，不易产生更多的制冷剂溶入到制冷机油中。这对于确保制冷剂的一部分以液相状态被吸入压缩机的滑动部中的回液运转时的可靠性(长时间稳定的润滑性)是有效的。另外，制冷机油与制冷剂一起在制冷循环内循环，但此时相对于制冷剂的循环量，数％左右的制冷机油循环。因此，从确保可靠性的观点出发，在数％左右的比率下制冷机油与制冷剂相容变得必要。因此，在油分率为5质量％以下的情况下，制冷剂R32与制冷机油的液体状混合物必须没有层分离。
实施方式的制冷机油与制冷剂R32的液体状混合物在上述油分率和温度范围内分离为两层，但在5质量％以下的油分率、20℃～40℃的温度范围内相容，并且在55质量％以上的油分率、20℃～50℃的温度范围内也相容。
制冷机油通过对制冷剂R32显示这样的部分相容性，从而能够提供例如滑动部中的润滑性在长时间内没有有意地降低的压缩机。
实施方式的制冷机油满足全部的上述技术特征。
对制冷剂R32显示出部分相容性的所述制冷机油在一个实施方式中在100℃下显示7.5mm2/s以上的运动粘度。制冷剂R32与制冷剂R410A这样的现有技术的制冷剂相比，具有从压缩机的排出温度上升的特性(美国暖气制冷空调学会(ASHRAE)规定的条件下，与制冷剂R410A这样的现有技术的制冷剂相比，排出气体温度提高15℃以上)。通过制冷机油在100℃这样的高温下也具有上述运动粘度特性，从而在为了抑制该排出温度的上升而使压缩机吸入湿气体的情况下由液体制冷剂R32导致的制冷机油的冲刷作用变小，因此能够长期确保压缩机滑动部的润滑性，即，确保高的可靠性。
另外，一个实施方式中，制冷剂R32与上述制冷机油的液体状混合物(制冷剂溶解油)在油分率为60质量％和温度为40℃下显示1.0mm2/s以上的运动粘度。制冷剂R32与以往的制冷剂相比分子量小，如使用了以往的制冷剂的情况那样对制冷剂应用了相容性高的制冷机油的情况下制冷剂溶解油的粘度大幅地下降。但是，本实施方式的制冷机油对制冷剂R32为部分相容性，并且在油分率为60质量％和温度为40℃下与制冷剂R32形成的液体状混合物(制冷剂溶解油)显示上述运动粘度，因此能够确保高可靠性。
在对于制冷剂R32显示部分相容性并且显示上述各种特性的制冷机油通常包含合成酯油，或者实质上由合成酯油组成，或者由合成酯油组成。该合成酯油优选地可为多元醇(多元醇)与一元羧酸的酯化反应产物。
多元醇的例子包括新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇。
一元羧酸的例子包括具有7～9个碳原子的饱和脂肪酸。该饱和脂肪酸中包含支链一元羧酸例如2-乙基己酸、3,5,5-三甲基己酸。一个实施方式中，为了生成与受阻型多元醇形成的酯(油)，使用2种以上的一元羧酸。
优选的实施方式中，制冷机油为季戊四醇与2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸的酯化反应产物。该酯化反应产物中，以相对于季戊四醇1摩尔，2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸合计为4摩尔的比例进行了酯化。这种情况下，在2-乙基己酸与3,5,5-三甲基己酸的合计量中2-乙基己酸所占的比例可为40～50摩尔％(3,5,5-三甲基己酸的比例为60～50摩尔％)。通过酯化反应来副产生水，通过将该水除去，反应更高效率地进行。
实施方式的制冷机油(上述合成酯油、酯化反应产物)的在温度为30℃、相对湿度为90％下的饱和水分量可为不到2000ppm。制冷剂R32如上述那样，排出温度高，在这样高的温度环境下，润滑性容易受到水分的影响。但是，饱和水分量这样地少，因此吸湿性低(吸湿速度慢)的制冷机油可长时间稳定地提供润滑性。
在上述制冷机油中可以配合选自抗氧化剂、稳定剂和铜钝化剂中的添加剂。
抗氧化剂的例子包括二丁基对甲酚(DBPC)。抗氧化剂可以以相对于制冷机油为0.05～1.0质量％的比例配合。发现了如果抗氧化剂的量不到0.05质量％，则效果缺乏；另一方面，在抗氧化剂的量比0.5质量％多的情况下，效果接近饱和状态，因此没有必要添加超过1.0质量％的量。从添加效果和经济性的观点出发，抗氧化剂的添加量优选为0.1～0.5质量％。
稳定剂的例子包括环氧化合物(例如，缩水甘油酯、缩水甘油醚)。稳定剂可以以相对于制冷机油为0.2～1.5质量％的比例配合。发现了如果稳定剂的量不到0.2质量％，则效果缺乏；另一方面，在稳定剂的量超过1.5质量％的情况下，可对电绝缘阻抗产生不利影响。稳定剂的添加量优选为0.25～1.5质量％。
铜钝化剂的例子包括苯并三唑(BTA)。铜钝化剂可以以相对于制冷机油为25ppm以下的比例添加。
一个实施方式的制冷循环装置具备上述实施方式的压缩机、与所述压缩机连接的冷凝器、与所述冷凝器连接的膨胀装置和连接在所述膨胀装置与所述压缩机之间的蒸发器。
图2例示出了更具体的实施方式的具备压缩机的制冷循环装置。使用R32作为制冷剂，使用实施方式的制冷机油作为制冷机油。
图2中例示的制冷循环装置1具有压缩机主体2和储蓄器3，还具有：将作为工作流体的低压气体制冷剂压缩而成为高压的气体制冷剂的密闭型压缩机4、与压缩机主体2的排出侧连接并将高压的气体制冷剂冷凝而成为液体制冷剂的冷凝器5、与冷凝器5连接并将液体制冷剂减压的膨胀装置6和连接在膨胀装置6与储蓄器3之间并使液体制冷剂蒸发的蒸发器7。
压缩机主体2具有被形成为圆筒状的密闭容器8，在密闭容器8内的底部贮存制冷机油9。进而，在密闭容器8内容纳有位于上部侧的电动机部10和位于下部侧的压缩机构部11。这些电动机部10与压缩机构部11经由具有上下方向的中心线并围绕该中心线旋转的旋转轴12来连接。
电动机部10具有固定于旋转轴12上的转子13和固定于密闭容器8上并配置在包围转子13的位置处的定子14。在转子13中设置永久磁铁(未图示)，在定子14上卷绕有线圈(未图示)。
压缩机构部11具有位于上部侧的第1汽缸15a和位于下部侧的第2汽缸15b。在这些第1汽缸15a与第2汽缸15b之间设置有隔板17。另外，在第1汽缸15a的上端面固定着可旋转地支承旋转轴12的主轴承16a，在第2汽缸15b的下端面固定着可旋转地支承旋转轴12的副轴承16b。
使旋转轴12以贯通第1、第2汽缸15a、15b的方式配置，在该旋转轴12上以180°的相位差设置有相同直径的第1偏心部18a和第2偏心部18b。第1辊19a被嵌合于第1偏心部18a上，第2辊19b被嵌合于第2偏心部18b上。
在第1汽缸15a的内部形成了通过主轴承16a和隔板17将第1汽缸15a的两端闭塞而成的第1汽缸室20a。在第2汽缸15b的内部形成了通过隔板17和副轴承16b将第2汽缸15b的两端闭塞而成的第2汽缸室20b。在第1汽缸室20a内容纳有嵌合于第1偏心部18a上的第1辊19a，在第2汽缸室20b内容纳有嵌合于第2偏心部18b上的第2辊19b。这些第1、第2辊19a、19b被配置成使得旋转轴12的旋转时一边使其外周面与第1、第2汽缸15a、15b的内周面进行线接触一边进行偏心移动(偏心旋转)。
另外，在第1、第2汽缸室20a、20b内容纳有使前端部与第1、第2辊19a、19b的外周面抵接、伴随着第1、第2辊19a、19b的旋转将第1、第2汽缸室20a、20b内分隔为容积和压力发生变化的二个空间的叶片(未图示)。
在主轴承16a上设置有第1排出阀机构21a。该第1排出阀机构21a具有在主轴承16a上形成的第1排出口22a、被螺纹固定于主轴承16a上而将第1排出口22a开闭的第1排出阀即第1引导阀23a和与第1引导阀23a一起被螺纹固定于主轴承16a上而限制第1引导阀23a的最大开度的第1阀挡块24a。该第1排出阀机构21a被安装于主轴承16a上的第1消声器25a覆盖。在第1消声器25a上形成有将第1消声器25a的内外连通的排出孔26。
在副轴承16b上设置有第2排出阀机构21b。该第2排出阀机构21b为与上述的第1排出阀机构21a相同的构成，具有在副轴承16b上形成的第2排出口22b、被螺纹固定于副轴承16b上而将第2排出口22b开闭的第2排出阀即第2引导阀23b和与第2引导阀23b一起被螺纹固定于副轴承16b上而限制第2引导阀23b的最大开度的第2阀挡块24b。该第2排出阀机构21b被安装于副轴承16b上的第2消声器25b覆盖。第2消声器25b内与第1消声器25a内通过将副轴承16b、第2汽缸15b、隔板17、第1汽缸15a和主轴承16a贯通形成的气体制冷剂导向通路(未图示)连通。
储蓄器3具有圆筒状的密闭壳体27，将储蓄器3与蒸发器7连接以使得被蒸发器7气化了的气体制冷剂或者未被蒸发器7气化的液体制冷剂流入密闭壳体27内。在该密闭壳体27内设置有以一端在密闭壳体27内的上部侧开口、只有密闭壳体27内的气体制冷剂流入的方式配置的两根吸入管28。这些吸入管28的另一端从密闭壳体27的下端侧向密闭壳体27外延伸出来，与压缩机构部11的第1、第2汽缸室20a、20b连通。这些吸入管28中的位于密闭壳体27内的下部侧的部分上形成有用于蓄积于密闭壳体27内的底部的制冷机油流入的回油孔29。
通过这样的构成，在该密闭型压缩机4中，通过向电动机部10通电，从而第1辊19a与第2辊19b围绕旋转轴12的中心线进行偏心旋转，压缩机构部11被驱动。
在压缩机构部11被驱动了的情况下，伴随着第1、第2辊19a、19b的偏心旋转，第1、第2汽缸室20a、20b内的二个空间的容积和压力发生变化。通过该容积和压力发生变化，从储蓄器3内将低压气体制冷剂通过吸入管25吸入第1、第2汽缸室20a、20b内，将吸入的低压气体制冷剂在第1、第2汽缸室20a、20b内压缩，成为高压的气体制冷剂。
在第1汽缸15a中，在第1汽缸室20a内的气体制冷剂的压力上升到规定值的时刻，将第1引导阀23a打开，第1汽缸室20a内的高压的气体制冷剂通过第1排出口22a被排出到第1消声器25a内。被排出到第1消声器25a内的气体制冷剂通过第1消声器25a的排出孔26被排出到密闭容器8内。
另外，在第2汽缸15b中，在第2汽缸室20b内的气体制冷剂的压力上升到规定值的时刻，将第2引导阀23b打开，第2汽缸室20b内的高压的气体制冷剂通过第2排出口22b被排出到第2消声器25b内。被排出到第2消声器25b内的气体制冷剂通过气体制冷剂导向通路流入第1消声器25a内，从第1消声器25a内通过排出孔26被排出到密闭壳体8内。
在第1、第2汽缸室20a、20b内被压缩后向密闭容器8内排出的高压的气体制冷剂流入冷凝器5内，通过在冷凝器5中使其放热而成为液体制冷剂。该液体制冷剂流入膨胀装置6而被减压，被减压后流入蒸发器7内进行吸热，从而蒸发成为气体制冷剂。在蒸发器7内蒸发的气体制冷剂流入储蓄器3内进行气液分离(气体制冷剂中所含的液体成分的分离)，只有气体制冷剂通过储蓄器3的吸入管28内被供给到压缩机构部11的第1、第2汽缸室20a、20b内，再次被压缩。
图3中所示的制冷循环装置1’在图2中所示的制冷循环装置1中附设了贮存在冷凝器5中被冷凝的液体制冷剂的液体槽31、将液体槽31内的液体制冷剂的一部分导入压缩机主体2的压缩机构部中的液体注入管线32。向压缩机主体2的压缩机构部注入液体作为抑制压缩机主体2的滑动部的过热的手段是有效的，但一般来说，由于导入的液体制冷剂，会产生制冷机油的冲刷、稀释度的上升，可靠性下降。但是，按照实施方式，通过对制冷剂R32使用部分相容性的制冷机油，即使进行了液体注入的情况下也能够确保高的可靠性。
实施例
实施例1
相对于季戊四醇1摩尔，使乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸合计比4摩尔略微过量地使用(两者的比率为50摩尔％：50摩尔％)，使两者反应，合成了所期望的酯化反应产物(受阻型多元醇脂肪酸酯油)。
对于得到的酯化反应产物，通过气相色谱确认了由以下的表1中所示的比率(面积比率)的酯组成。
表1
酯化产物的成分 成分的比率(％)
PE+(i-C8脂肪酸)4 4
PE+(i-C8脂肪酸)3(i-C9脂肪酸)1 20
PE+(i-C8脂肪酸)2(i-C9脂肪酸)2 36
PE+(i-C8脂肪酸)1(i-C9脂肪酸)3 29
PE+(i-C9脂肪酸)4 9
其他 2
注：“PE”为季戊四醇；“i-C8脂肪酸”为2-乙基己酸；
“i-C9脂肪酸”为3,5,5-三甲基己酸；
“+”为酯键；所附数字为相对于PE1摩尔的摩尔数。
如上述表1中所示那样，该酯化反应产物(酯油)含有相对于季戊四醇1摩尔、2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸各自分别为2摩尔进行酯化而成的产物作为主成分(36％)。
按照JIS K2283测定得到的酯油的100℃下的运动粘度，结果为8.2mm2/s。另外，将该酯油与制冷剂R32混合，按照JIS K2283对该液体状混合物(油分率为60质量％)的40℃下的运动粘度进行测定，结果为1.1mm2/s。
对于该酯油与制冷剂R32的液体状混合物，按照JIS K2211中规定的“与制冷剂的相容性试验方法”进行了测定，结果确认在油分率为10～40质量％、温度为-40℃～60℃下发生两层分离，并且在5质量％以下的油分率和20℃～40℃的温度范围内以及在55质量％以上的油分率和20℃～50℃的温度范围内相容。
实施例2
除了使2-乙基己酸与3,5,5-三甲基己酸的摩尔比率为40摩尔％：60摩尔％以外，与实施例1同样地得到了所期望的酯化反应产物。
对于所得到的酯化反应产物(酯油)，通过气相色谱确认了由以下的表2中所示的比率(面积比率)的酯组成。
表2
酯化产物的成分 成分的比率(％)
PE+(i-C8脂肪酸)4 2
PE+(i-C8脂肪酸)3(i-C9脂肪酸)1 13
PE+(i-C8脂肪酸)2(i-C9脂肪酸)2 32
PE+(i-C8脂肪酸)1(i-C9脂肪酸)3 35
PE+(i-C9脂肪酸)4 14
其他 4
注：“PE”为季戊四醇；“i-C8脂肪酸”为2-乙基己酸；
“i-C9脂肪酸”为3,5,5-三甲基己酸；
“+”为酯键；所附数字为相对于PE1摩尔的摩尔数。
如表2中所示那样，该酯化反应产物(酯油)含有相对于季戊四醇1摩尔、2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸合计为4摩尔，以摩尔比为50％：50％进行酯化而成的产物、以摩尔比为25％：75％进行酯化而成的产物作为主成分(32％+35％＝67％)。
对所得到的酯油的在100℃下的运动粘度进行了测定，结果为8.7mm2/s。另外，将该酯油与制冷剂R32混合，按照JIS K2283测定了该液体状混合物(油分率为60质量％)的在40℃下的运动粘度，结果为1.2mm2/s。
对于该酯油与制冷剂R32而成的液体状混合物，按照JIS K2211中规定的“与制冷剂的相容性试验方法”进行了测定，结果确认在油分率为10～40质量％、温度为-40℃～60℃下发生两层分离，并且在5质量％以下的油分率和20℃～40℃的温度范围内以及在55质量％以上的油分率和20℃～50℃的温度范围内相容。
实施例3
将实施例1或2中合成的酯油作为制冷机油，封入图2中所示的构造的密闭型压缩机中，将其组装到空调机中。首先，使吸入气体为湿气体(回液状态)并运转了1000小时，结果确认了各叶片、各辊、轴、轴承的磨耗量与使吸入气体为干气体进行运转的情形同等，为良好。
另外，确认了配管长为75m的长配管、将室内机与室外机的落差设定为50m的高落差的上述空调机的回油性，结果都没有发现压缩机内的油面下降，确认了回油性充分。
实施例4
将实施例3中制作的空调机在排出气体温度为125℃的高温条件下连续运转1000小时，结果叶片和各辊的磨耗量没有问题，即使在高温条件下也确认了充分的润滑性。
实施例5
除了在制冷机油中添加了0.1质量％的二丁基对甲酚作为抗氧化剂以外，进行了与实施例4同样的操作，结果虽然是在高温条件下操作，但没有发现制冷机油的氧化劣化，确认了充分的氧化-热稳定性。
实施例6
除了在制冷机油中添加了0.5质量％的缩水甘油酯作为稳定剂以外，进行了与实施例3同样的操作，结果没有发现由制冷机油的水解引起酸值的上升，确认了充分的化学稳定性。
实施例7
除了在制冷机油中添加了10ppm的苯并三唑作为铜钝化剂以外，进行了与实施例3同样的操作，结果没有生成由配管等中使用的铜的腐蚀以及溶出引起的镀铜现象、铜主体的淤渣，确认了充分的化学稳定性。
根据以上所述的实施方式、实施例，能够提供滑动部以外的部位中的润滑性在长时间内没有有意地降低的压缩机和具有其的制冷循环装置。
上面对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为实例提出的，并不旨在限定发明的范围。这些新型的实施方式可以以其他的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种的省略、替换、改变。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨中，同时包含在权利要求书中所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (8)

1.一种压缩机，其特征在于，其是使用R32作为制冷剂并且内部装有制冷机油的压缩机，所述制冷机油与所述制冷剂的液体状混合物在10～40质量％范围的制冷机油含有率和-40℃～60℃的温度范围内发生两层分离，并且在5质量％以下的制冷机油含有率和20℃～40℃的温度范围内以及在55质量％以上的制冷机油含有率和20℃～50℃的温度范围内相容。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述制冷机油是多元醇与选自具有7～9个碳原子的饱和脂肪酸中的2种或更多种的一元羧酸的酯化反应产物。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，所述多元醇选自由新戊二醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇组成的组中。
4.根据权利要求2或3所述的压缩机，其特征在于，所述2种或更多种的一元羧酸包含2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的压缩机，其特征在于，所述制冷机油在100℃下显示7.5mm2/s以上的运动粘度。
6.根据权利要求1～3的任一项所述的压缩机，其特征在于，所述液体状混合物在60质量％的制冷机油含有率和40℃的温度下显示1.0mm2/s以上的运动粘度。
7.根据权利要求1～3的任一项所述的压缩机，其特征在于，在所述制冷机油中配合有选自由抗氧化剂、稳定剂和铜钝化剂组成的组中的添加剂。
8.一种制冷循环装置，其特征在于，其具备：权利要求1～7的任一项所述的压缩机、与所述压缩机连接的冷凝器、与所述冷凝器连接的膨胀装置和连接在所述膨胀装置与所述压缩机之间的蒸发器。
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