DE69133264T2

DE69133264T2 - Kälteanlage und Kältemittelverdichter

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Publication number: DE69133264T2
Application number: DE69133264T
Authority: DE
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2011-11-14
Also published as: CN1053957C; SG102554A1; DE69118658D1; KR950005695B1; KR920010228A; DE69118658T2; CN1210961A; CN1063351A; ES2085943T3; JP2967574B2; DE69133264D1; DE69132074T2; US5711165A; ES2194036T3; SG75085A1; EP0485979A3; EP0688854A1; US5711165B1; EP0485979B1; EP0688855B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlzyklus und einen Kühlverdichter. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Materialsystem für einen Kühlzyklus, das folgendes umfaßt: eine Kältemaschinen-Ölzusammensetzung, die sich für ein Kältemittel vom Flon-Typ ohne einen Gehalt an Chlor und mit einer kritischen Temperatur von 40°C oder mehr eignet, z. B. Flon 134a, und elektrisch isolierende Materialien und Trocknungsmittel, die durch die Kältemaschinen-Ölzusammensetzung kaum beeinträchtigt werden.
Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden chlorhaltige Flon-Produkt (Chlorfluorkohlenstoffe, abgekürzt CFC) auf der ganzen Welt in die Liste von Verbindungen, die Anwendungsbeschränkungen unterliegen, aufgenommen, da sie Probleme in bezug auf eine Umweltverschmutzung und insbesondere in bezug auf die Zerstörung von Ozon und eine globale Erwärmung verursachen.
Sämtliche in der Liste von Verbindungen mit eingeschränkter Verwendung enthaltenen Flon-Produkte sind chlorhaltige Flon-Produkte, wie Flon 11, Flon 12, Flon 113, Flon 114, Flon 115 und dergl. Flon 12, das ausschließlich als Kältemittel in Kältevorrichtungen, wie Kühlschränken, Entfeuchtern und dergl., eingesetzt wird, ist ebenfalls in dieser Liste enthalten.
Somit besteht ein Bedarf an einem Kältemittel, das anstelle von Flon 12 eingesetzt werden kann. Fluorkohlenwasserstoffe (HFC), die eine relativ geringe Reaktivität mit Ozon besitzen und eine kurze Zersetzungsdauer an Luft aufweisen, wurden kürzlich als Ersatzkältemittel erwähnt. Flon 134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan, CH₂FCF₃) ist ein typisches Beispiel für ein derartiges Kältemittel. Setzt man beispielsweise das Ozonzerstörungspotential (ODP, ozone depletion potential) von Flon 12 (Dichlordifluormethan, CCl₂F₂) als 1, so beträgt der entsprechende Wert von Flon 134a Null. Setzt man das globale Erwärmungspotential (GWP, global warming potential) von Flon 12 als 1, so beträgt der Wert von Flon 134a 0,3 oder weniger. Flon 134a ist nicht-brennbar und verhält sich in bezug auf seine thermischen Eigenschaften, wie die Temperatur-Druck-Kennlinie, ähnlich wie Flon 12. Daher wird von Flon 134a behauptet, daß es insofern vorteilhaft ist, als es in der Praxis eingesetzt werden kann, ohne daß die Bauweise von Kühlvorrichtungen, wie Kühlschränken, Entfeuchtern und Kühlverdichtern, in denen Flon 12 bisher eingesetzt worden ist, stark verändert werden muß.
Flon 134a weist jedoch eine besondere chemische Struktur auf und hat somit besonders charakteristische Eigenschaften. Es zeigt nämlich eine sehr geringe Verträglichkeit mit Kältemaschinenölen, wie Mineralölen und Alkylbenzolölen, die in herkömmlichen Kühlsystemen unter Verwendung von Flon 12 eingesetzt werden. Somit kann es in der Praxis überhaupt nicht verwendet werden. Ferner stellt die Eignung dieses Produkts, wozu die Verbesserung der Schmierung und die Beständigkeit gegen Reibungsabtrieb der Gleitteile von mechanischen Kompressionsteilen, der Einfluß auf elektrische Isolationsmaterialien, der Einfluß auf Trocknungsmittel und dergl. gehören, ein Problem dar. Daher besteht ein ernsthaftes Bedürfnis zur Entwicklung eines neuen Materialsystems für einen Kompressor und eine Kühlvorrichtung.
Bevor auf das Problem der Mischbarkeit eines Kältemittels mit einem Kältemaschinenöl eingegangen wird, werden zunächst ein herkömmlicher Kühlverdichter und eine Kühlvorrichtung, in denen ein Kältemittel vom Flon-Typ verwendet wird, unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 näher erläutert.
7 ist eine senkrechte Querschnittansicht des Hauptteils eines herkömmlichen geschlossenen Drehkolbenverdichters. 8 ist eine Querschnittansicht zur Erläuterung des Verdrängungsvolumens des Verdichtungsabschnitts des Verdichters. 9 ist eine Darstellung des Aufbaus eines üblichen Kühlzyklus.
In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gehäuse, das sowohl als geschlossener Behälter als auch als Ölwanne ver wendet wird. Im Gehäuse 1 befinden sich ein Abschnitt 22 für den Elektromotor und ein Verdichterabschnitt 23. Der Elektromotor 22 besteht aus einem Stator 19 und einem Rotor 20 sowie einer in den Rotor 20 eingepaßten Drehwelle 4A aus Gußeisen. Die Drehwelle 4A weist einen exzentrischen Bereich 3 auf, und ein Wellenhohlraum 17 ist auf der einen Seite des exzentrischen Bereichs 3 ausgebildet.
Der Kerndraht des Wicklungsbereichs 19a des Stators 19 ist mit einem Esterimid-Film überzogen. Zwischen dem Kernbereich und dem Wicklungsbereich des Stators befindet sich ein elektrischer Isolationsfilm aus Polyethylenterephthalat. Der Rotor 4A weist eine geschliffene Oberfläche auf.
Der Verdichter 23 umfaßt als hauptsächliche mechanische Komponenten einen Zylinder 2 aus gesintertem Eisen; eine Walze 7 aus Gußeisen, die in den exzentrischen Bereich 3 der Drehwelle 4A eingepaßt ist und sich exzentrisch entlang der Innenseite des Zylinders 2 dreht; einen Drehschieber aus Schnellarbeitsstahl, der sich in der Nut 8 des Zylinders 2 hin- und herbewegt, wobei ein Ende davon in Kontakt mit der Walze 7 steht und das andere Ende durch eine Feder 9 angedrückt wird; und ein Hauptlager 5 und ein Nebenlager 6, die aus Gußeisen oder Sintereisen hergestellt sind, an beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind und sowohl als Lager für die Drehwelle 4A als auch als Seitenwand des Zylinders 2 dienen.
Das Nebenlager 6 weist ein Auslaßventil 27 auf und ist mit einer Auslaßabdeckung 25 abgedeckt, so daß sich ein Schalldämpfer 28 ergibt. Das Hauptlager 5, der Zylinder 2 und das Nebenlager 6 sind mit einem Bolzen 21 gesichert.
Eine Pumpenkammer 12 besteht aus einem Raum und den Raum umgebenden Teilen, d. h. der Rückseite des Drehschiebers 10 die Nut 8 des Zylinders 2, dem Hauptlager 5 und dem Nebenlager 6.
Das Hauptlager 5 weist ein Saugstück 14 auf, das Kältemaschinenöl 13A vom Naphthentyp oder Alkylbenzoltyp, in dem ein Kältemittel-Flon-Gas, das am Boden des Gehäuses 1 gelagert ist, gelöst ist, in die Pumpenkammer 12 ansaugen kann. Das Nebenlager 6 weist eine Auslaßöffnung 16 auf, die das Kältemaschinenöl 13A aus der Pumpenkammer 12 in die Ölleitung 15 abgeben kann. Die Ölleitung 15 ist so konstruiert, daß sie das Kältemaschinenöl 13A in der. Wellenhohlraum 17 der Drehwelle 4A und sodann aus dem Wellenhohlraum 17 durch ein Verzweigungsloch 18 in bestimmte Gleitbereiche einspeisen kann.
Nachstehend wird die Funktionsweise dieses Drehkolbenverdichters unter Bezugnahme auf die 7 und 8 erläutert. Bei Betrieb des Verdichters unter Drehung der Drehwelle 4A aus Gußeisen wird eine Walze 7 aus wärmebehandeltem Gußeisen zusammen mit der Drehung der Drehwelle 4A in Drehbewegung versetzt. Der Drehschieber 10 aus Schnellarbeitsstahl wird in der Nut 8 des Zylinders 2 aus Gußeisen oder Sintereisen hin- und herbewegt, während er durch die Feder 9 angedrückt und an seinem Ende mit der Walze 7 in Kontakt steht. Somit komprimiert der Drehschieber 10 ein Kältemittel (Flon 12), das durch eine (nicht abgebildete) Kältemittel-Ansaugöffnung geströmt ist. Das Kältemittel wird aus einem Abgaberohr 29 über einen Kältemittel-Abgabeauslaß 24 aus dem Verdichter abgegeben. Der Wicklungsbereich 19a und die (nicht abgebildete) elektrisch isolierende Schicht des Stators 19 tauchen in das Kältemaschinenöl mit dem darin gelösten Flon ein oder sind einer durch Versprühen eines Nebels des Kälteöls gebildeten Umgebung ausgesetzt.
Im Fall einer Kombination eines herkömmlichen Kältemaschinenöls, das aus einem Mineralöl oder einem Alkylbenzol und Flon 12 besteht, ist das Flon 12 vollständig mit dem Kältemaschinenöl in sämtlichen Anwendungsbereichen mischbar, so daß es überhaupt nicht erforderlich ist, sich mit den verschiedenen Schwierigkeiten bezüglich der Mischbarkeit von Flon 134a mit einem Kältemaschinenöl, die nachstehend näher beschrieben werden, zu befassen. Diese Schwierigkeiten betreffen nämlich die Auftrennung in einem Verdichter in zwei Schichten, nämlich in das Kältemaschinenöl und das Kühlmittel, sowie die Verweilzeit des Kältemaschinenöls in einem Wärmetauscher. Jedoch stellt im Fall von Kältemitteln vom Fluorkohlenwasserstofftyp ohne einen Gehalt an Chlor, die besondere Eigenschaften aufweisen, z. B. Flon 134a, die Mischbarkeit des Kältemittels mit einem Kältemaschinenöl in der Praxis die Hauptschwierigkeit dar, da es kein für die Praxis geeignetes Kältemaschinenöl gibt, das leicht im Kältemittel gelöst werden kann.
Im allgemeinen ist es zur Verbesserung der Leistungseigenschaften eines Verdichters, nämlich des Leistungskoeffizienten (COP, coefficient of performance), der den energetischen Wirkungsgrad angibt, erforderlich, den mechanischen Verlust des Verdichters auf einem Minimum und den volumetrischen Wirkungsgrad auf einem Maximum zu halten.
Der mechanische Verlust eines Kühlverdichters umfaßt hauptsächlich den Reibungsverlust am Achslager und am Drucklager im mechanischen Teil sowie die Energie zum Bewegen des Öls. Im allgemeinen wird angegeben, daß die günstigste Maßnahme darin besteht, den Wert für den Reibungskoeffizienten (μ) zu minimieren, wobei dieser Koeffizient durch die folgende Gleichung auf der Basis der hydrodynamischen Schmierungstheorie eines Achslagers definiert ist: μ = 2π2(D/C)ηN/P (9) worin
N: Drehzahl
P: Druck auf die Oberfläche
η: Viskosität
D: Durchmesser der Welle
C: Diametraler Abstand.
Diese Tatsache zeigt, daß in einem Kühlverdichter, der unter hydrodynamischen Schmierungsbedingungen betrieben wird, nicht nur strukturelle Faktoren im Hinblick auf Abmessungen und Formen, sondern auch die tatsächliche Viskosität eines Kältemaschinenöls mit einem Gehalt an darin gelöstem Flon (d. h. ein Faktor, der durch die Betriebsumstände beeinflußt wird) in enger Beziehung zum mechanischen Kompressionsverlust stehen.
Um andererseits den volumetrischen Wirkungsgrad möglichst hoch zu halten, ist es erforderlich, daß in einer mechanischen Kammer zum Komprimieren eines Kühlgases eine Leckage des Kühlgases von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verhindert wird, indem man eine Dichtung zwischen Teilen, die die Kompression des Kühlgases bewirken, vornimmt. Es ist darauf hinzuweisen, daß auch in diesem Fall die tatsächliche Viskosität eines Kältemaschinenöls, in dem das Kältemittel gelöst ist, eine wichtige Funktion hat.
Wie vorstehend beschrieben, ist es in einem herkömmlichen Kühlverdichter bei Verwendung von Flon 12 und in einer Kältemaschine unter Verwendung dieses Kühlverdichters im Hinblick auf eine Verbesserung der Leistungsmerkmale des Verdichters wichtig, die tatsächliche Viskosität eines Kältemaschinenöls mit dem darin gelösten Kältemittel auf einen im Hinblick auf übliche Betriebsbedingungen festgelegten Betriebspunkt zu optimieren.
Eine Kühlvorrichtung, wie ein Kühlschrank oder ein Entfeuchter, werden in seltenen Fällen unter Hochtemperaturbedingungen, die erheblich drastischer als übliche Betriebsbedingungen sind, betrieben. In diesem Fall gelangt die Schmierung der Vorrichtung in einen sog. Grenzschmierungsbereich, in dem eine Verdünnung der Schmiermittelschicht eintritt, so daß die Metallflächen von Gleitbereichen eines Lagers miteinander in Kontakt kommen. Infolgedessen erhöht sich der Reibungskoeffizient plötzlich, was zur Wärmeerzeugung führt. Daher kommt es zur Riefenbildung oder zu einem Festfressen zwischen dem Lager und der Drehwelle, was die Zuverlässigkeit eines Kühlverdichters beeinträchtigt. Daher sind gewisse Überlegungen erforderlich, um das Auftreten von schwerwiegenden Problemen unter Grenzschmierungsbedingungen zu verhindern. In einem herkömmlichen Kühlverdichter unter Verwendung von Flon 12 wirkt das Chlor im Flon 12 als Extremdruckmittel. Dabei wird im einzelnen dann, wenn eine Riefenbildung oder ein Festfressen zwischen einem Lager und einer Drehwelle stattfindet, das Kältemittel Flon 12 in einem als Lagerschmieröl dienenden Kältemaschinenöl durch die Reibungswärme, die bei der Riefenbildung oder beim Festfressen erzeugt wird, zersetzt. Das Zersetzungsprodukt Chlor reagiert mit dem Eisen auf der Oberfläche des Lagers unter Bildung von Eisenchlorid, das als Schmiermittel wirkt.
Wie vorstehend beschrieben erweisen sich Kühlvorrichtungen unter Verwendung eines Drehkolbenverdichters mit einem Hochdruckgefäß, z. B. ein Kühlschrank, ein Kühlkompressor und eine Kühlvorrichtung, die den Anforderungen unter den nach stehend beschriebenen Betriebsbedingungen bei Umgebungstemperatur von 30°C gewachsen sind, als zufriedenstellend in bezug auf den Leistungskoeffizienten, der den energetischen Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit eines Produkts angibt. Die meisten Produkte werden in derartigen Bereichen eingesetzt. Es betragen: Verdichtungsdruck des Kompressors: etwa 10 kg/cm² abs, Öltemperatur: etwa 100°C, Kältemaschinenöl: ein Alkylbenzolöl oder ein Mineralöl mit einer Viskosität bei 40°C von 56 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 6 cSt, wobei die tatsächliche Viskosität 1 bis 4 cSt erreicht.
Andererseits wurden im Fall einer Kühlvorrichtung unter Verwendung eines Hubkolbenverdichters mit einem Niederdruckgefäß (die Erläuterung von dessen Struktur und Betriebsweise wird weggelassen), beispielsweise eines Kühlschranks, ein Kühlverdichter und eine Kühlvorrichtung verwendet, die bei einer Umgebungstemperatur von 30°C folgende Betriebsbedingungen erfüllen: Ansaugdruck des Verdichters: etwa 1,6 kg/cm² abs, Öltemperatur: 85°C, Kältemaschinenöl: Mineralöl mit einer Viskosität bei 40°C von 8 bis 15 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 1,8 bis 4,2 cSt, wobei die tatsächliche Viskosität einen Wert von 2 bis 6 cSt erreicht.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 9 ein grundlegender Kühlzyklus mit einem Kühlverdichter, der ein Kühlmittel vom Flon-Typ ansaugt, verdichtet und sodann abgibt, erläutert.
Wie in 9 gezeigt, komprimiert ein Verdichter 40 bei niedriger Temperatur ein Niederdruck-Kühlgas, gibt das gebildete Kühlgas von hoher Temperatur und hohem Druck ab und leitet es in einen Kühler 41. Das Kühlgas, das in den Kondensatorkühler 41 geleitet wird, verwandelt sich in ein Kühlfluid von hoher Temperatur und hohem Druck, wobei Wärme an die Luft abgegeben wird. Anschließend wird das Fluid einem Entspannungsmechanismus 42 (z. B. einem Entspannungsventil oder einem Kapillarrohr) zugeführt, wobei es durch einen Trockner 42 von Wasser befreit wird. Das Kühlfluid von hoher Temperatur und hohem Druck, das durch den Entspannungsmechanismus geführt wird, verwandelt sich durch den "Squeezing"-Effekt in Naßdampf von niedriger Temperatur und niedrigem Druck und wird in den Verdampfer 43 geleitet. Das in den Verdampfer 43 geleitete Kältemittel wird verdampft, wobei es Wärme aus der Umgebung absorbiert. Das aus dem Verdampfer 43 kommende Kühlgas von niedriger Temperatur und niedrigem Druck wird in den Verdichter 40 gesaugt. Der vorstehende Zyklus wird sodann wiederholt.
Als Kältemittel wurde bisher Flon 12 verwendet. Jedoch unterliegt die Verwendung von Flon 12 Einschränkungen, wie vorstehend ausgeführt wurde. Die Verwendung von Flon 134a anstelle von Flon 12 bringt zahlreiche Probleme mit sich, da herkömmliche Kältemaschinenöle vom Mineralöltyp oder Alkylbenzoltyp, die für Flon 12 geeignet sind, eine sehr geringe Mischbarkeit mit Flon 134a aufweisen. Daher wurden große Anstrengungen unternommen, Kältemaschinenöle mit einer guten Mischbarkeit mit Flon 134a zu entwickeln. Diesbezüglich wurden verschiedene Kältemaschinenöle vorgeschlagen. Typische Beispiele für deratige Kältemaschinenöle sind die nachstehend aufgeführten bekannten Verbindungen mit Etherverknüpfungen. JP-A-1-259093 beschreibt beispielsweise ein "Kältemaschinenöl für einen Flon-Verdichter", der ein Basisöl aus einem Propylenglykolmonoether der folgenden allgemeinen Formel enthält
worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet und n eine ganze Zahl von 4 bis 19 ist. JP-A-1-259094 beschreibt eine Verbindung vom Diether-Typ, die durch Veretherung von einem Ende von Propylenglykol erhalten wird und die folgende allgemeine Formel aufweist
worin R₁ und R₂ jeweils einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten und n eine ganze Zahl (Molekulargewichtsmittel: 300 bis 600) ist. JP-A-1-259095 beschreibt eine Verbindung vom Monoethertyp, bei der es sich um ein Copolymeres aus Propylenglykol und Ethylenglykol der folgenden allgemeinen Formel handelt
worin R einen Alkylrest mit 1 bis 14 Kohlenstoffatomen bedeutet und m und n ganze Zahlen sind, wobei das Verhältnis m : n 6 : 4 bis 1 : 9 beträgt (Molekulargewichtsmittel: 300 bis 2000).
Der Unterschied dieser Polyalkylenglykole gegenüber herkömmlichen Mineralölen und Alkylbenzolölen wird nachstehend erläutert. Durch die Einführung von Etherbindungen in das Molekül wird die Affinität für Flon 134a verstärkt, um die Mischbarkeit mit Flon 134a zu verbessern. Die Kältemittelschmierung aufgrund der Erscheinung einer Trennung in zwei Schichten (die Erscheinung, daß das Kältemittel und das Kältemaschinenöl wechselseitig unlöslich sind und sich voneinander trennen; nachstehend kurz als "Zweiphasentrennung" bezeichnet) in den Gleitteilen eines Verdichters läßt sich verhindern. Die Rückführung des Öls in den Verdichter, die durch eine Verweilerscheinung aufgrund der Haftung des Öls an der Innenwand eines Wärmetauschers hervorgerufen wird, läßt sich unterdrücken. Die Schwierigkeiten im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Verdichters und der Kühlvorrichtung, beispielsweise ein Festfressen und die Riefenbildung in Gleitteilen des Verdichters lassen sich lösen.
Derartige Verbindungen, die eine große Anzahl an Etherbindungen (C-O-C) enthalten, erweisen sich jedoch in folgenden Punkten als nachteilig:

(1) Sie weisen eine hohe Wassersättigungs-Absorptionsrate auf (sie neigen zur Absorption von Wasser).
(2) Sie weisen einen geringen spezifischen Volumenwiderstand auf.
(3) Sie zeigen eine geringe Oxidationsstabilität, so daß der Gesamtsäurewert sich erhöhen kann.

Daher eignen sich diese Verbindungen nicht für Kühlverdichter und Kühlvorrichtungen, bei denen ein hermetisch abgeschlossener Motor als Elektromotor verwendet wird. Somit sind die Verbindungen trotz ihrer verbesserten Mischbarkeit mit dem Kältemittel insofern nachteilig, als sie die Isoliermaterialien des Motors angreifen und die elektrischen Isoliereigenschaften beeinträchtigen. In sämtlichen vorgenannten Verbindungen ist die Endgruppe mit einer Etherverknüpfung mit Wasserstoff verkappt. Dieser Wasserstoff bewirkt eine weitere Erhöhung der hygroskopischen Beschaffenheit. Daher wurde vorgeschlagen, den Wasserstoff durch eine Estergruppe zu ersetzen, um ein Kältemaschinenöl der nachstehend angegebenen Formel zu erhalten (vgl. JP-A-2-132178):
worin R einen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, R¹ einen Alkylenrest bedeutet, R² eine Alkylgruppe bedeutet und n eine ganze Zahl bedeutet, die so beschaffen ist, daß die Viskosität der Verbindung (bei 40°C) einen Wert von 10 bis 300 aufweist.
Jedoch wird die verbesserte Mischbarkeit dieser Verbindung mit dem Kältemittel ebenfalls durch eine große Anzahl von Etherbindungen im Molekül hervorgerufen, wie es bei den vorstehenden Verbindungen der Fall ist. Somit treten bei dieser Verbindung die gleichen Schwierigkeiten wie im Fall der vorerwähnten Verbindungen auf.
Deshalb neigen die Verbindungen mit Etherverknüpfungen aufgrund der vorerwähnten Schwierigkeit (1) zur Absorption von Wasser. Die Verbindungen selbst werden durch Wasser hydrolysiert und werden instabil. Außerdem gefriert das Wasser, verstopft die Kapillare eines Kühlzyklus und stört das Druckgleichgewicht. Der spezifische Volumenwiderstand der Verbindungen ist nieder, wie vorstehend als Schwierigkeit (2) angegeben ist, so daß die elektrischen Isoliereigenschaften beeinträchtigt werden. Bei Erhöhung der Gesamtsäurezahl, die vorstehend als Schwierigkeit (3) beschrieben ist, kommt es zu einer Hydrolyse und somit zu einer instabilen Beschaffenheit der Verbindungen.
Wie vorstehend beschrieben, tritt bei Verwendung von Flon 134a als Ersatzkältemittel für das herkömmliche Kältemittel Flon 12 das folgende schwerwiegende Problem auf. Aufgrund seiner besonderen Molekülstruktur weist Flon 134a eine geringe Affinität für Kältemaschinenöle vom Mineralöltyp und Alkylbenzolöltyp, die bisher verwendet wurden, auf. Es fehlt ihm daher an einer Mischbarkeit mit den Kältemaschinenölen, die in einem Kühlverdichter und einer Kühlvorrichtung wesentlich ist.
Es wurden Versuche zur Verbesserung der Mischbarkeit gemacht, jedoch sind diese beispielsweise von einer Beeinträchtigung der elektrischen Isoliereigenschaften, den Schwierigkeiten mit Wasser und Instabilitätsproblemen, beispielsweise einer Hydrolyse und Zersetzung der Verbindung durch eine Säure, behaftet. Die einzelnen Probleme werden nachstehend ausführlicher erläutert.
Das Patent US-A 2 807 155 betrifft ein Kühlgerät, bei dem ein Difluormonochlormethan-Kältemittel und ein Schmiermittel, das einen organischen Ester von Pentaerythrit enthält, verwendet werden.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter vom Hochdruckgefäß-Typ wie im unabhängigen Anspruch 1 offenbart, einen Kältemittelverdichter vom Niederdruckgefäß-Typ wie im unabhängigen Anspruch 2 offenbart und deren Verwendung, wie sie im unabhängigen Anspruch 9 beansprucht wird. Weitere Ausführungsformen sind im Wortlaut der abhängigen Ansprüche 3 bis 8 offenbart.

(1) Ein Kältemaschinenöl mit schlechter Mischbarkeit kann in der Praxis in einem Kühlverdichter und einer Kühlvorrichtung im Hinblick auf die Leistungsmerkmale und die Zuverlässigkeit nicht eingesetzt werden, wie nachstehend ausgeführt wird.

Im allgemeinen wird bei einer geringen Löslichkeit eines Kältemaschinenöls in einem Kältemittel das aus einem Verdichter abgegebene Öl in einem Wärmetauscher abgetrennt. Die Ölkomponente bleibt an der Wandoberfläche haften, so daß es zu einer Verringerung der in den Verdichter zurückgeführten Ölmenge kommt. Infolgedessen sinkt der Ölspiegel im Verdichter und es kommt zu einer sog. Ölaustrocknung, so daß der Schmierungsgrad verringert wird.
Wird ein Verdichter in einer Kühlvorrichtung mit einer großen Menge an Kältemittel niederen Temperaturen ausgesetzt, so kommt es zu folgender Schwierigkeit. In einem sog. untäti gen Zustand, in dem flüssiges Kältemittel vorwiegend am Boden des Verdichters vorliegt, wird flüssiges Kältemittel von niedriger Viskosität, das am Boden aufgrund der Zweiphasentrennung vorhanden ist, der Gleitoberfläche einer Drehwelle zugeführt, so daß die Gewährleistung einer Schmierölschicht erschwert wird, was den Verdichter gefährdet.
Was andererseits die Kühlvorrichtung betrifft, haftet ein Kältemaschinenöl, das sich abgetrennt hat, an der Innenwand eines Verdampfers mit niedriger Temperatur unter Bildung einer Wärmeisolationsschicht. Dadurch wird das Wärmeübertragungsvermögen ernsthaft beeinträchtigt. Wenn außerdem dieses Kältemaschinenöl in Wachsform einen Entspannungsmechanismus (ein Kapillarrohr) oder eine Rohrleitung verstopft, so nimmt die Menge an im Kreislauf geführtem Kältemittel stark ab, was zu einem verringerten Kühlvermögen führt. Beim Verdichter wird der Druck des angesaugten Gases verringert und der Druck des abgegebenen Gases erhöht. Somit werden eine Wärmeschädigung des Kältemaschinenöls und eine Schädigung von Lagern hervorgerufen, so daß die Langzeitzuverlässigkeit des Kühlverdichters und der Kühlvorrichtung stark beeinträchtigt werden.
Demzufolge besteht eine erste Aufgabe der Erfindung darin, derartige herkömmliche Schwierigkeiten zu lösen und eine Kühlvorrichtung und einen Kühlverdichter bereitzustellen, die mit einem Kältemaschinenöl versehen sind, das in hohem Maße mit chlorfreien Kältemitteln vom Flon-Typ, für die Flon 134a ein typisches Beispiel ist, mischbar ist und sich somit für diesen Kältemitteltyp eignet. Außerdem sollen erfindungsgemäß grundlegende Verbesserungen beispielsweise in bezug auf (1) die Wasserabsorptionseigenschaften, (2) den spezifischen Volumenwiderstand und (3) eine oxidative Beeinträchtigung erreicht werden. Es soll eine neue Kältemaschinen-Ölzusammensetzung bereitgestellt werden, die unter allen Betriebsbedingungen eines Kühlverdichters und einer Kühlvorrichtung mit Flon 134a mischbar ist. Ferner ist beabsichtigt, ein Kühlsystem bereitzustellen, das in bezug auf Leistungseigenschaft, Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit in Kühlvorrichtungen und Kühlverdichtern, die unterschiedlichen Zwecken dienen, be reitzustellen, indem mindestens die folgenden beiden Kälteöle entwickelt werden: ein Kälteöl für eine Kühlvorrichtung von mäßiger Temperatur, z. B. für Entfeuchter, wobei mit dem Öl ein erstes Ziel erreicht wird, d. h. die Erzielung einer kritischen Lösungstemperatur von 0°C oder darunter; und ein Kälteöl für eine Niedertemperatur-Kühlvorrichtung, wie Kühlschränke, das ein zweites Ziel erreicht, d. h. die Erreichung einer kritischen Temperatur von –30°C oder darunter.

(2) Beim Langzeitbetrieb ist es günstig, die globale Erwärmung (GWP, prevention of global warming) zu verhindern, um den Leistungskoeffizienten (COP, coefficient of performance) (der den energetischen Wirkungsgrad angibt, d. h. das Verhältnis des Kühlvermögens eines Kühlverdichters zur zugeführten Leistung) unter üblichen Betriebsbedingungen, unter denen Kühlverdichter und Kühlvorrichtungen normalerweise betrieben werden, zu erhöhen.

Um die einem Verdichter zugeführte Leistung zu verringern und um damit die Leistungseigenschaften des Verdichters zu verbessern, ist es erforderlich, den Reibungskoeffizienten auf der Basis der hydrodynamischen Schmierungstheorie von koaxialen Lagern zu vermindern. Für die Verminderung ist es erforderlich, die Löslichkeit von Flon 134a im erfindungsgemäß verwendeten Kältemaschinenöl zu messen und dadurch den optimalen Wert für die tatsächliche Viskosität des im Verdichter verwendeten Öls zu bestimmen. Wird die tatsächliche Viskosität auf diese Weise optimiert, so erreicht der Reibungskoeffizient eines Lagers ein Minimum und der Leistungskoeffizient des Verdichters und der Kühlvorrichtung unter Verwendung des Verdichters erreichen ein Maximum.
Somit besteht eine zweite Aufgabe der Erfindung in der Erzielung von hochwertigen Leistungseigenschaften und einer hohen Zuverlässigkeit, indem man einen Viskositätsbereich für das Kältemaschinenöl, der sich besonders gut für eine Kühlvorrichtung unter Verwendung eines Drehkolbenverdichters mit einem Hochdruckgefäß oder eines Hubkolbenverdichters mit einem Niederdruckgefäß eignet, auf der Basis der vorstehenden Lagertheorie angibt.

(3) In der Praxis kommt es jedoch, wenn auch sehr selten, dazu, daß der Betrieb unter äußerst drastischen Bedingungen, beispielsweise bei hohen Temperaturen oder unter Überlastung, erfolgt, die über das hinausgehen, was der Konstrukteur erwartet hatte. Auch in diesem Fall soll eine ausreichende Zuverlässigkeit gewährleistet sein.

In einem Verdichter unter Verwendung von Flon 134a besteht häufiger die Tendenz zum Festfressen oder zur Riefenbildung des Gleitteils eines Lagers des Verdichters als bei einem Verdichter unter Verwendung des herkömmlichen Kältemittels Flon 12. Diese Erscheinungen treten im sog. Grenzschmierbereich (wo der Kontakt zwischen den Metalloberflächen erfolgt) jenseits des hydrodynamischen Schmierbereichs eines koaxialen Lagers auf.
Wenn ein Kontakt zwischen Metallflächen im Gleitbereich eines Lagers stattfindet, wird in einem Öl gelöstes Flon 12 zersetzt, wobei sich eine umgewandelte Schicht aus Eisenchlorid auf einer Gleitreibungsoberfläche auf Eisenbasis bildet. Dieses Eisenchlorid wirkt als Extremdruckmittel und unterdrückt die Haftung und das Festfressen.
Da andererseits Flon 134a ein Kältemittel ohne einen Gehalt an Chlor darstellt, kann bei Verwendung von Flon 134a für den Verdichter kein Chlor bereitgestellt werden. Daher ist bei Flon 134a anders als bei Flon 12 nicht zu erwarten, daß es die vorstehende Wirkung als Extremdruckmittel ausübt.
Demgemäß besteht eine dritte Aufgabe der Erfindung darin, eine Kühlvorrichtung und einen Kühlverdichter bereitzustellen, bei dem bei Verwendung eines Kältemittels vom Flon-Typ ohne einen Gehalt an Chlor, beispielsweise Flon 134a, und eines Kältemaschinenöls mit einem Gehalt an einem Extremdruckmittel eine Verhinderung der Riefenbildung und des Festfressens der Gleitbereiche sowie die Gewährleistung einer ausreichend zuverlässigen Betriebsweise erreicht werden können, selbst wenn kein Öl mehr in den Gleitbereichen des Verdichters vorhanden ist und ein Betrieb unter äußerst drastischen Bedingungen erfolgt.

(4) Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlverdichter und eine Kühlvorrichtung bereitzustel len, die sich einer Zusammensetzung mit einem Gehalt an einem Kältemittel vom Flon-Typ ohne einen Gehalt an Chlor, wie Flon 134a, und eines Kältemaschinenöls bedienen und ein elektrisches Isolationssystem aufweisen, bei dem elektrische Isolationsmaterialien, wie elektrisch isolierende Filme und ein isolierend beschichteter Wickeldraht, die den Bereich des Elektromotors bilden, eine ausreichende Langzeitzuverlässigkeit aufweisen.
(5) Flon 134a besitzt eine hohe Wasserabsorptionsrate, so daß Kältemaschinenöle, die mit Flon 134a mischbar sind, trotz ihrer verbesserten Beschaffenheit relativ hydrophil sind. Daher besteht bei beiden Produkten die Tendenz, daß sie in einem Kühlzyklus Wasser transportieren. Das Wasser in einer Kühlvorrichtung gefriert im Verdampfer auf der Niedertemperaturseite und führt zur Verstopfung von Rohren von geringem Durchmesser, beispielsweise von Kapillarrohren, und vermindert das Kühlvermögen. Ferner unterliegen beim Langzeitbetrieb das Kältemaschinenöl, das Kältemittel, die elektrisch isolierenden Materialien und dergl. einer Hydrolysereaktion, so daß eine Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften erfolgt, beispielsweise durch Bildung von sauren Substanzen, und es zu einer Verringerung ihrer mechanischen Festigkeit kommt.

Demgemäß besteht eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kühlvorrichtung bereitzustellen, in der ein Kältemittel vom Flon-Typ ohne einen Gehalt an Chlor, wie Flon 134a, und ein Kältemaschinenöl gleichzeitig vorliegen und die einen Trockner aufweist, der mit einem Trocknungsmittel gepackt ist, das eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Kühlvorrichtung bewirkt, indem es eine Trennung bewirkt und nur Wasser adsorbiert, während keine Absorption von Kältemittel erfolgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Zweiphasentrennungstemperatur zur Erläuterung der Mischbarkeit von Flon 134a mit einzelnen Kältemaschinenölen.
2 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem in den verschiedenen Kältemaschinenölen gelösten Wasseranteil und ihrem spezifischen Volumenwiderstand.
3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der tatsächlichen Viskosität der einzelnen Kältemaschinenöle und dem Leistungskoeffizienten während des berechneten Betriebs eines Drehkolbenverdichters mit Hochdruckgefäß.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der tatsächlichen Viskosität und dem Leistungskoeffizienten während des berechneten Betriebs eines Hubkolbenverdichters mit Niederdruckgefäß.
5 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem FALEX-Test unter Verwendung einer Reibungsgleitfläche auf Eisenbasis und einem Reibungstest unter Hochdruckatmosphäre bei Verwendung eines Öls mit darin gelöstem Flon 134a.
6 ist ein Diagramm zur Darstellung des bei einem FALEX-Test hervorgerufenen Abriebverlustes.
7 ist eine senkrechte Querschnittansicht des Hauptteils eines geschlossenen Drehkolbenverdichters.
8 ist eine senkrechte Querschnittansicht des Hauptteils des mechanischen Verdichterteils eines Drehkolbenverdichters.
9 ist eine schematische Darstellung des Kühlzyklus einer Kühlvorrichtung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

1. Die vorstehend genannte erste Aufgabe der Erfindung läßt sich durch eine Kühlvorrichtung lösen, die einen Kühlzyklus mit mindestens folgenden Bestandteilen umfaßt: einen Verdichter, einen Kondensatorkühler, einen Trockner, einen Expansionsmechanismus und einen Verdampfer, sowie ein Kältemittel, das hauptsächlich aus einem Kältemittel vom Fluorkohlenstofftyp ohne einen Gehalt an Chlor zusammengesetzt ist und eine kritische Temperatur von 40°C oder mehr aufweist, und ein Kältemaschinenöl, das als Basisöl ein Esteröl von einer oder mehreren Fettsäuren enthält, die mindestens zwei Esterbindungen
im Molekül enthält und eine Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und eine Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt aufweist.

Wie vorstehend beschrieben, ist es unbedingt erforderlich, daß es sich beim Esteröl um einen Ester von einer oder mehreren Fettsäuren mit einem Gehalt an mindestens zwei Esterbindungen im Molekül handelt. Esteröle aus einer oder mehreren Fettsäuren, die nur eine Esterbindung aufweisen, besitzen eine schlechte Mischbarkeit mit dem Kältemittel und können daher nicht verwendet werden. Das geeignete Esteröl aus einer oder mehreren Fettsäuren läßt sich durch eine Veresterungsreaktion eines Alkohols mit einer oder mehreren Fettsäuren erhalten. Als Alkohol wird ein mehrwertiger Alkohol bevorzugt. Als Fettsäuren werden solche mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bevorzugt. Die Fettsäuren können einbasig oder mehrbasig sein. Unter die Esteröle fallen sterisch gehinderte Esteröle und komplexe Esteröle. Im Hinblick auf die Mischbarkeit mit dem Kältemittel sind tendentiell Esteröle mit einer verzweigtkettigen Struktur gegenüber Esterölen mit einer geradkettigen Struktur bevorzugt. Nachstehend werden Beispiele für praktische Esteröle von einer oder mehreren Fettsäuren anhand der allgemeinen Formeln (1) bis (5) aufgeführt.
Die Esteröle der Formeln (1) bis (4) sind sterisch gehinderte Esteröle. Bei den Esterölen der Formel (5) handelt es sich um komplexe Esteröle.
Diese Esteröle können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr Bestandteilen verwendet werden. Das Kältemaschinenöl enthält mindestens 50 Gew.-% dieser Esteröle als Basisöl, wobei der Rest aus weiteren bekannten Kältemaschinenölen bestehen kann.
(R₁CH₂)₂C(CH₂OCOR₂)₂ (1)
(Beispielsweise Ester von Alkoholen vom Neopentylglykol-Typ (abgekürzt als NPG), die zwei Esterbindungen im Molekül enthalten).
R₁CH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (2)
(Beispielsweise Ester von Trimethylolalkylpropanen (abgekürzt als TMP), die drei Esterbindungen im Molekül enthalten).
C(CH₂OCOR₂)₄ (3)
(Beispielsweise Ester von Pentaerythrit (abgekürzt als PET), die vier Esterbindungen im Molekül enthalten).
(R₂COOCH₂)₃CCH₂OCH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (4)
(Beispielsweise Ester von Dipentaerythrit (abgekürzt als DPET), die sechs Esterbindungen im Molekül enthalten).
(Beispielsweise komplexe Ester mit vier oder mehr Esterbindungen im Molekül.
In den vorstehenden allgemeinen Formeln bedeutet R₁ H oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, R₂ einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, R₃ einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und n eine ganze Zahl von 0 bis 5.
Bei den Estern der vorstehenden allgemeinen Formeln (1) bis (4) handelt es sich um Ester von mehrwertigen Alkoholen und Monocarbonsäuren. Als derartige Ester lassen sich Ester mit einem gewünschten Viskositätsgrad erhalten, indem man je nach Wunsch eine Kombination des Alkohols und einer oder mehreren Monocarbonsäuren sowie die Mengenverhältnisse dieser Komponenten auswählt.
Als komplexe Ester der allgemeinen Formel (5) lassen sich Ester mit einer hohen Viskosität und einem breiten kritischen Lösungstemperaturbereich erhalten, indem man die chemische Struktur der zentralen zweibasigen Säurekomponente (Dicarbonsäure) unter verschiedenen chemischen Strukturen auswählt, die sich von Bernsteinsäure (n = 2), Glutarsäure (abgekürzt als Glut), Adipinsäure (abgekürzt als AZP), Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure und Sebacinsäure (n = 8) auswählt, die mehrwertige Alkoholkomponente und die endständige Monocarbonsäurekomponente unter verschiedenen Verbindun gen auswählt und die Mischungsverhältnisse (Molanteile) variiert.
Die Monocarbonsäuren der Formeln R₂COOH können geradkettig oder verzweigt sein. Zu den letztgenannten Säuren gehören 2-Ethylhexansäure (2EH), 2-Methylhexansäure (i-C₇), 3,5,5,-Trimethylhexansäure, 3,5-Dimethylhexansäure (i-C₈) und 2-Methylheptansäure. Die Monocarbonsäuren können einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr dieser Säuren eingesetzt werden.
Das Basisöl des Kältemaschinenöls wird hergestellt, indem man die Viskosität durch Verwendung entsprechender sterisch gehinderter Esteröle und komplexer Ester einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr dieser Bestandteile einstellt.
Zu den erfindungsgemäß verwendeten Kältemitteln, die vorwiegend aus einem Kältemittel vom Fluorkohlenstofftyp, die kein Chlor enthalten und eine kritische Temperatur von 40°C oder mehr aufweisen, gehören Fluorkohlenwasserstoffe und Fluorkohlenstoffe. Spezielle Beispiele für Fluorkohlenwasserstoffe sind Difluormethan (R32), Pentafluorethan (R125), 1,1,2,2-Tetrafluorethan (R134), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a), 1,1,2-Trifluorethan (R143), 1,1,1-Trifluorethan (R143a), 1,1-Difluorethan (R152a) und Monofluorethan (R161). Spezielle Beispiele für Fluorkohlenstoffe sind Hexafluorpropan (C216) und Octafluorcyclobutan (C318). Darunter werden 1,1,2,2-Tetrafluorethan (R134), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a), 1,1,2-Trifluorethan (R143), 1,1,1-Trifluorethan (R143a) und Hexafluorpropan (C216), deren Siedepunkte nahe am Siedepunkt des herkömmlichen Kältemittels Dichlordifluormethan (R12) liegen, bevorzugt als Kältemittelersatzprodukte verwendet. Die vorstehend aufgeführten Kältemittel vom Fluorkohlenwasserstofftyp oder Fluorkohlenstofftyp können einzeln oder in Form von Gemischen eingesetzt werden.
Der Grund für die Einstellung der kritischen Temperatur des Kältemittels auf 40°C oder mehr liegt darin, daß ein Bedarf an einer Kühlvorrichtung besteht, in der die Kondensationstemperatur im Kühler 40°C beträgt.

1) Die vorstehende zweite Aufgabe der Erfindung wird einerseits durch einen in einem Kühlzyklus verwendeten Kühlverdichter mit einem Hochdruckgefäß gelöst, wobei der Kühl verdichter ein mit Kältemaschinenöl beschicktes, geschlossenes Gefäß umfaßt, in dem sich ein aus einem Rotor und einem Stator zusammengesetzter Motor, eine in den Rotor eingepaßte Drehwelle und ein mit dem Motor über die Drehwelle verbundener Verdichterabschnitt befindet und sich in dem Gefäß ein aus dem Verdichterabschnitt abgegebenes Hochdruck-Kühlgas befindet, wobei das Kältemittel vorwiegend aus einem Kältemittel vom Fluorkohlenstofftyp zusammengesetzt ist, kein Chlor enthält und eine kritische Temperatur von 40°C oder mehr aufweist und wobei das Kältemaschinenöl ein Basisöl eines Esteröls von einer oder mehreren Fettsäuren mit einem Gehalt an mindestens zwei Esterbindungen
im Molekül enthält und eine Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und eine Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt aufweist.

Nachstehend wird das Esteröl aus einer oder mehreren Fettsäuren mit mindestens zwei Esterbindungen im Molekül näher beschrieben.
In einem Drehkolbenverdichter mit einem Hochdruckgefäß ist das vorerwähnte Kältemaschinenöl mit einer Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und vorzugsweise von 5,0 bis 32 cSt eingeschlossen, wobei die tatsächliche Viskosität (bei einem Gasdruck von 9 bis 11 kg/cm² abs und einer Öltemperatur von etwa 100°C) des Öls, in dem Flon 134a gelöst enthalten ist, 1,0 bis 4,0 cSt betragen kann.

2) Ferner läßt sich die vorerwähnte zweite Aufgabe der Erfindung durch einen Kühlverdichter mit einem Niederdruckgefäß lösen, der folgende Bestandteile umfaßt: ein mit einem Kältemaschinenöl beschicktes, geschlossenes Gefäß, in dem sich ein aus einem Rotor und einem Stator zusammengesetzter Motor, eine in den Rotor eingepaßte Drehwelle und ein mit dem Motor über die Drehwelle verbundener Verdichterabschnitt befindet, wobei aus dem Verdichterabschnitt abgegebenes Hochdruck-Kühlgas aus dem geschlossenen Gefäß abgeführt wird, wobei das Kältemittel vorwiegend aus einem Kältemittel vom Fluorkohlenstofftyp ohne Chlorgehalt zusammengesetzt ist und eine kriti sche Temperatur von 40°C oder mehr aufweist und wobei das Kältemaschinenöl als Basisöl einen Ester von einer oder mehreren Fettsäuren mit mindestens zwei Esterbindungen
im Molekül und mit einer Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt umfaßt.

Diese Esteröle von einer oder mehreren Fettsäuren mit mindestens zwei Esterbindungen im Molekül sind vorstehend ausführlich beschrieben.
In einem Hubkolbenverdichter mit einem Niederdruckgefäß ist beispielsweise das vorerwähnte Kältemaschinenöl mit einer Viskosität bei 40°C von 5,0 bis 15 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 2,0 bis 4,0 cSt eingeschlossen, wobei die tatsächliche Viskosität (bei einem Ansaug-Gasdruck von 1,0 bis 2,0 kg/cm² abs und einer Öltemperatur von 85°C) des Öls, das gelöstes Flon 134a enthält, 2,0 bis 4,5 cSt betragen kann.

3) Die vorstehende dritte Aufgabe läßt sich durch Zugabe eines Extremdruckmittels zum vorerwähnten Kältemaschinenöl lösen.

Das Extremdruckmittel dient als Mittel zur Verhinderung des Abriebs in den Gleitbereichen und enthält beispielsweise Alkylpolyoxyalkylenphosphatester der allgemeinen Formeln (6) und (7) und Dialkylphosphatester der allgemeinen Formel (8)
worin R₄ einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet und R₅ H oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet (Molekulargewicht 400 bis 700);
worin R₆ eine Alkylgruppe mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Diese Phosphorsäureester können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr dieser Verbindungen zugesetzt werden. Eine praxisgerechte Menge der Zugabe an Phosphorsäureester zum Kältemaschinenöl beträgt 0,05 bis 10 Gew.-%.
Es können auch ein Säureabfangmittel, ein Antioxidationsmittel, ein Entschäumungsmittel und dergl. zusammen mit dem Extremdruckmittel (Abriebverhinderungsmittel) zugesetzt werden.
Wenn im Kältemaschinenöl eine Säurekomponente vorhanden ist, kommt es zu einer Zersetzung des Esteröls durch die Säurekomponente und dadurch zu einer Instabilität. Daher wird das Säureabfangmittel zugesetzt, um die Säurekomponente zu entfernen. Als Säureabfangmittel werden beispielsweise Verbindungen, die mit Säuren reaktiv sind, wie Epoxyverbindungen, bevorzugt. Besonders bevorzugte Beispiele für Säureabfangmittel sind Verbindungen mit einer Epoxygruppe und einer Etherbindung, beispielsweise Diglycidyletherverbindungen, wie Polyalkylenglykoldiglycidylether; Monoglycidyletherverbindungen, wie Phenylglycidylether; und aliphatische cyclische Epoxyverbindungen. Die Wirkung beruht darauf, daß die Epoxygruppe einer derartigen Verbindung die Säure abfängt und die Etherbindung in gewissem Umfang zu einer Verbesserung der Mischbarkeit des Kältemaschinenöls mit dem Kältemittel beiträgt.
Bei den übrigen, vorstehend erwähnten Additiven handelt es sich beispielsweise um Mittel zum Abfangen von Chlor, um den Einfluß von Resten, beispielsweise von chlorhaltigen Detergentien, die zur Herstellung des Verdichters oder der Kühlvorrichtung verwendet werden, Additive zur Verhinderung einer oxidativen Beeinträchtigung während der Kreislaufführung und der Lagerung des Öls und Additive zur Verhinderung der Schaumbildung. Diese Additive können gemäß herkömmlichen all gemeinen Techniken ausgewählt werden und sind für die Erfindung nicht kritisch.
Zur Lösung der vierten Aufgabe werden der Isolierfilm eines Elektromotorabschnitts und die isolierend beschichtete Drahtwicklung, die nachstehend beschrieben werden, in einer Kühlvorrichtung und in einem Kühlverdichter eingesetzt, in denen gleichzeitig ein chlorfreies Kältemittel vom Flon-Typ, beispielsweise Flon 134a, und ein Kältemaschinenöl, das als Basisöl eines der vorstehend erwähnten Esteröle von einer oder mehreren Fettsäuren enthält, verwendet wird. Als Isolierfilm wird ein kristalliner Kunststoffilm mit einem Glasübergangspunkt von 50°C oder mehr oder ein Verbundfilm, der durch Beschichten eines Films mit einem niedrigen Glasübergangspunkt mit einer Harzschicht mit einem hohen Glasübergangspunkt erhalten worden ist, verwendet. Als isolierend beschichteter Draht wird ein lackierter Draht, der einen Lacküberzug mit einem Glasübergangspunkt von 120°C oder mehr aufweist, oder ein lackierter Draht mit einem Verbundüberzug aus einer unteren Schicht mit einem niedrigen Glasübergangspunkt und einer oberen Schicht mit einem hohen Glasübergangspunkt verwendet.
Als Isolierfilm ist es für praktische Zwecke bevorzugt, mindestens eine Art von Isolierfilmen zu verwenden, die aus der Gruppe von Filmen von Polyethylenterephthalaten, Polybutylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polyetherketonen, Polyethylennaphthalaten, Polyamid-imiden und Polyimiden ausgewählt sind. Als Lacküberzug ist es bevorzugt, mindestens eine Art von isolierenden Schichten, die aus der Gruppe isolierende Schichten aus Polyesterimiden, Polyamiden und Polyamid-imiden ausgewählt sind, zu verwenden.

5) Zur Lösung der fünften Aufgabe wird ein synthetischer Zeolith aus einem Verbundsalz aus Alkalimetallsilicaten und Alkalimetallaluminaten mit einem Porendurchmesser von 3,3 Å oder weniger und einem Kohlendioxid-Gasabsorptionsvermögen (bei 25°C und bei einem Kohlendioxid-Gaspartialdruck von 250 mmHg) von 1,0% oder weniger als Trocknungsmittel, das in den Trockner gepackt ist, wobei in der Kältevorrichtung gleichzeitig ein chlorfreies Kältemittel vom Flon- Typ, wie Flon 134a, und ein Kältemaschinenöl, das als Basisöl das vorerwähnte Esteröl von einer oder mehreren Fettsäuren umfaßt, enthalten ist.

In einer Kältevorrichtung mit mindestens einem Verdichter, einem Kondensatorkühler, einem Expansionsmechanismus und einem Verdampfer, in dem ein chlorfreies Kältemittel vom Flon-Typ, wie Flon 134a, verwendet wird, besitzt das erfindungsgemäß verwendete Kältemaschinenöl, das mindestens einen Ester aus der Gruppe der sterisch gehinderten Ester oder komplexen Ester mit zwei oder mehr Esterbindungen im Molekül ausgewählt ist und eine Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und vorzugsweise von 5 bis 32 cSt und eine Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt und vorzugsweise von 2 bis 6 cSt aufweist, eine gute Mischbarkeit mit dem Kältemittel in den gesamten Temperaturbereichen der in der Kühlvorrichtung verwendeten Teile. Daher kommt es nicht zu einer Zweiphasentrennung zwischen dem Kältemittel und dem Kältemaschinenöl. Demgemäß kommt es im Öllagerraum im Verdichter nicht zu einer Zweiphasentrennung, so daß die Zufuhr des Öls zu den Gleitbereichen der Lager gewährleistet ist und gasförmiges Flon aus dem Verdichter aufgrund der Wirkung des Kondensatorkühlers in einem verflüssigten Zustand abgeführt wird, d. h. einem Zustand, bei dem das Öl immer im Flon 134a mit einer niedrigen Viskosität in einer Niedertemperaturumgebung von –30°C oder weniger im Verdampfer gelöst ist. Somit befindet sich das Flon-Gas insgesamt in einem niedrigviskosen Zustand, so daß die Rückführung des Öls in den Verdichter verbessert wird.
Somit wird eine Senkung des Ölstands im Verdichter verhindert, so daß die Ölzufuhr zu den Gleitbereichen der Lager gewährleistet wird. Somit werden Schwierigkeiten durch Riefenbildung und Festfressen vermieden.
Ferner weist das vorerwähnte Kältemaschinenöl im Gegensatz zu herkömmlichen Polyoxyalkylenglykolölen folgende Merkmale auf: Es besitzt einen niedrigen Sättigungswassergehalt von 1/10 oder weniger im Vergleich zu herkömmlichen Ölen, es verbessert in erheblichem Maße die Stabilität gegenüber einer oxidativen Beeinträchtigung und zeigt einen spezifischen Volumenwiderstand von 10¹³ Ωcm, was ebenso hoch wie der Wert eines elektrisch isolierenden Öls ist. Somit ist in einem Kühlverdichter mit einem Druckgefäß, in dem ein Motorbereich enthalten ist und in einer Kühlvorrichtung unter Verwendung des Kühlverdichters gewährleistet, daß sich das erfindungsgemäße Kältemaschinenöl nicht vom Flon 134a abtrennt und hervorragende Eigenschaften in bezug auf die Leistungsmerkmale und die Zuverlässigkeit des Verdichters gegeben sind. Da das Kältemaschinenöl eine hervorragende Mischbarkeit auch mit herkömmlichen chlorhaltigen Flon-Kältemitteln, wie Flon 12 und Flon 22 aufweist, können gegebenenfalls derartige herkömmliche chlorhaltige Kältemittel anstelle eines Teils von Flon 134a im Gemisch mit Flon 134a eingesetzt werden.
Bei Einschließen des erfindungsgemäßen Kältemaschinenöls mit einer Ölviskosität bei 40°C von 5 bis 32 cSt in einem Drehkolbenverdichter mit einem Hochdruckgefäß und bei Messung des Leistungskoeffizienten des Verdichters erreichte dieser Leistungskoeffizient ein Maximum bei einem Öl mit einer Viskosität von 15 cSt. Bei Verwendung von Öl mit einer Viskosität von 5 bis 32 cSt betrug der Leistungskoeffizient etwa 1,4 oder mehr, was einem Wert von 0,95 bis 0,93 entspricht, wenn der Leistungskoeffizient im Fall der Verwendung einer herkömmlichen Kombination von Flon 12 und einem Alkylbenzolöl als 1 gesetzt wird. Ein derartiger Wert zeigt, daß das Öl in der Praxis keine Probleme mit sich bringt. Das erfindungsgemäße Kältemaschinenöl mit einer Viskosität bei 40°C von 56 cSt erwies sich in bezug auf den Leistungskoeffizienten des Verdichters gegenüber Polyoxypropylenglykol-Ölen als überlegen. Nachstehend wird der Grund für diese Überlegenheit angegeben. Die Esterbindungen im Öl selbst unterliegen einer molekularen Orientierung vorwiegend an den Oberflächen von Gleitbereichen auf Eisenbasis der Welle und der Lager des Verdichters zur Verbesserung der Schmierung. Außerdem wird die tatsächliche Viskosität des Öls aufgrund seiner hohen Löslichkeit in Flon 134a vermindert, um den mechanischen Verlust zu verringern. Diese Wirkungen verursachen in synergistischer Weise eine Verbesserung des Leistungskoeffizienten des Verdichters. Auf der anderen Seite variieren im Fall eines Hubkolbenverdichters mit Niederdruckgefäß die Menge des gelösten Flon 134a und die tatsächliche Viskosität nur innerhalb enger Bereiche, da der Verdichter im Gefäß bei einem niedrigen Druck von 1 bis 2 kg/cm² abs. betrieben wird. Daher hängen die Eigenschaften eines Kältemittels und eines Kältemaschinenöls kaum vom Typ ab, und es wurde festgestellt, daß Öl mit einer Viskosität bei 40°C von 5 bis 15 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 2 bis 4 cSt sich in bezug auf Zuverlässigkeit und Leistungseigenschaften günstig verhält.
Wenn das erfindungsgemäße Kältemaschinenöl mit einer angemessenen Menge (0,05 bis 10 Gew.-%) eines Extremdruckmittels, wie eines starken primären oder sekundären Phosphorsäureesters, der OH-Gruppen im Molekül enthält, beispielsweise einem Alkylpolyoxyalkylenphosphatester oder einem Dialkylphosphatester, vermischt wird, kann das erhaltene Gemisch einen Schmierölfilm mit Esterbindungen, die einer molekularen Orientierung auf den Oberflächen von Gleitteilen auf Eisenbasis, die die Welle und die Lager des Verdichters bilden, wegstoßen und einen stärkeren chemischen Adsorptionsfilm des Phosphorsäureesters bilden. Daher kann das Gemisch zusätzlich die Schmierung der Gleitbereiche verbessern und eine Riefenbildung und ein Festfressen verhindern.
Bei Prüfung der Gleiteigenschaften des erfindungsgemäßen Kältemaschinenöls mit einem Gehalt an dem Extremdruckmittel wurde in einem FALEX-Test (ein Test auf das Festfressen am Öl), der ohne die Lösung von Flon 134a im Öl durchgeführt wurde, der kritische Festfreßdruck auf der Oberfläche stark erhöht. Ferner konnte bei Messung des Abriebverlustes eines Gleitelements auf Eisenbasis im Fall der Verwendung des Kältemaschinenöls mit einem Gehalt an dem Extremdruckmittel, das ferner 50% gelöstes Flon 134a enthielt, als Simulation der Lösung von Flon 134a in hoher Konzentration, der Abriebverlust auf 1/5 oder weniger des Werts verringert werden, der im Fall des Öls, das kein Extremdruckmittel enthielt, hervorgerufen wurde. Der geeignete Bereich für den Anteil des zugesetzten Extremdruckmittels beträgt, wie vorstehend angegeben, 0,05 bis 10 Gew.-%. Die Ergebnisse des Abriebverlusttests sind in 6 gezeigt und in den nachstehenden Beispielen ausführlich beschrieben. Wie in 6 gezeigt, ist bei Zugabe des Extremdruckmittels die Wirkung zur Verringerung des Abriebverlustes beträchtlich.
Herkömmliche Additive, wie Säureabfangmittel, Antioxidationsmittel, Entschäumungsmittel und dergl., können mit dem Extremdruckmittel vermischt werden.
Nachstehend werden die elektrischen Isoliermaterialien für den Kühlverdichter bei gleichzeitiger Verwendung von Flon 134a mit dem erfindungsgemäßen Kältemaschinenöl erläutert. Als elektrisches Isoliermaterial für den Motorabschnitt wird ein isolierender Film aus kristallinen Kunststoffilmen mit einer Glasübergangstemperatur von 50°C oder mehr verwendet. Der Isolierfilm umfaßt Filme aus Polyethylenterephthalaten, Polybutylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polyetheretherketonen, Polyethylennaphthalaten, Polyamid-imiden und Polyimiden sowie Verbundfilme, die durch Beschichten eines Films mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur mit einer Harzschicht mit einer hohen Glasübergangstemperatur erhalten werden. Diese Filme unterliegen kaum einer Beeinträchtigung ihrer Zugfestigkeitseigenschaften und elektrischen Isoliereigenschaften und bringen daher in der Praxis keine Probleme mit sich. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Filme im Vergleich zu herkömmlichen Polyoxyalkylenglykolölen wesentlich geringere Wassermengen aufweisen und wesentlich geringere Säuremengen bilden. Daher werden sie durch Hydrolyse der Filme selbst kaum beeinträchtigt.
Ein Lacküberzug mit einer Glasübergangstemperatur von 120°C oder mehr wird auf einem magnetischen Draht im Motorbereich verwendet. Beispiele für den Lacküberzug sind Monolayers aus Polyesterimiden, Polyamiden, Polyamid-imiden und dergl. und Verbund-Lacküberzugsfilme, die durch Ausbilden einer oberen Schicht mit einer hohen Glasübergangstemperatur auf einer unteren Schicht mit einer niederen Glasübergangstemperatur gebildet werden. Wie die vorerwähnten Filme zeigen diese Lacküberzüge kaum eine Beeinträchtigung durch Hydrolyse, Cracken, Erweichen, Quellen, Verringerung der Durchschlagsspannung und dergl. und eignen sich daher zur Verbesserung der Zuverlässigkeit in der Praxis. In einigen Fällen ist im Lacküberzug am Magnetdraht ein selbstschmieren des Mittel oder ein externes Gleitmittel enthalten, um selbstschmierende Eigenschaften zur Verbesserung der elektrischen Betriebsweise zu verleihen. Im Grunde genommen werden die vorstehenden Eigenschaften, die der Lacküberzug selbst vor der Einverleibung hat, beibehalten.
Als letzter Bestandteil wird das Trocknungsmittel, das in den Trockner der Kühlvorrichtung, in dem Flon 134a und das vorerwähnte erfindungsgemäße Kältemaschinenöl gemeinsam vorliegen, gepackt ist, erläutert. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, einen synthetischen Zeolith aus einem Verbundsalz aus Alkalimetallsilicaten und Alkalimetallaluminaten zu verwenden, der einen Porendurchmesser von 3,3 Å oder weniger, ein Kohlendioxid-Absorptionsvermögen bei 25°C und einem Kohlendioxid-Partialdruck von 250 mmHg von 1,0% oder weniger aufweist. Beispiele für derartige synthetische Zeolithe sind XH9 und XH-600 (Handelsbezeichnungen für Produkte der Fa. Union Showa K. K.). Beide Produkte weisen eine geringe Adsorption von Fluorionen auf. Der gleiche synthetische Zeolith, der aber ein Kohlendioxid-Gasadsorptionsvermögen von 1,5% oder mehr aufweist, zeigt eine hohe Fluoradsorption von 0,24% oder mehr und ist daher wie Molekularsiebe in bezug auf Adsorptionseigenschaften und Durchschlagfestigkeit beeinträchtigt. Außerdem verstopfen durch Korrosion entstandene Zerfallsprodukte der Kristalle eines derartigen synthetischen Zeoliths die Rohrleitungen des Kühlzyklus oder beeinträchtigen die Gleitbereiche der Lager des Verdichters. Wenn der erfindungsgemäß angegebene Porendurchmesser in bezug zum vorstehenden Kohlendioxid-Adsorptionsvermögen eingehalten wird, entstehen die vorerwähnten Schwierigkeiten nicht und es wird möglich, eine sehr zuverlässige Kühlvorrichtung bereitzustellen. Nachstehend werden erfindungsgemäße Beispiele unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 und die Tabellen 1 bis 4 erläutert.
Beispiele 1 bis 17
Diese Beispiele zeigen Ausführungsformen zur Lösung der ersten Aufgabe der vorliegenden Erfindung. In einem geschlossenen Drehkolbenverdichter mit einem Kühlzyklus und einem Kühlverdichter wurde Flon 134a als Kältemittel verwendet. Als Kältemaschinenöl wurden die einzelnen in Tabelle 1 aufgeführten Esteröle mit zwei oder mehr Estergruppen im Molekül und mit einer Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt verwendet. Zum Vergleich sind die Daten von herkömmlichen Kältemaschinenölen ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt.
1 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Zweiphasentrenntemperatur, das die Mischbarkeit von Flon 134a mit den einzelnen Kältemaschinenölen zeigt. Das Diagramm wurde erhalten, indem man Flon 134a und das Kältemaschinenöl in ein Hochdruck-Glasgefäß gab, den Zweiphasentrennungszustand bei den einzelnen Temperaturen und den einzelnen Konzentrationen des Kältemaschinenöls visuell prüfte und die Beobachtungsergebnisse zusammenstellte. Die Abszissenachse bezieht sich auf die Konzentration des Öls in Flon 134a und die Ordinatenachse auf die Temperatur. Der in 1 dargestellte erste Zielwert ist eine untere kritische Lösungstemperatur, die für eine Kühlvorrichtung, beispielsweise einen Entfeuchter, mit einer mäßigen Verdampfertemperatur (0°C oder weniger) erforderlich ist. Der zweite Zielwert ist eine untere kritische Lösungstemperatur, die für eine Kühlvorrichtung, wie einen Kühlschrank mit einer niedrigen Verdampfertemperatur (–30°C oder weniger) erforderlich ist. Beide Verdampfertemperaturen sind vorgegebene Werte.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß SUNISO 4GSD (Warenbezeichnung, Naphthen-Typ) und Z300A (Warenbezeichnung, Alkylbenzol-Typ), beides Produkte der Fa. Japan Sun Oil Co., Ltd., nicht gelöst wurden. Ein Polyalkylenglykol, PAG56 (Handelsbezeichnung der Fa. Japan Sun Oil Co., Ltd.) wies eine untere kritische Lösungstemperatur (angegeben mit L1) von –60°C und eine obere kritische Lösungstemperatur (angegeben mit U1) von 35°C auf. Die erfindungsgemäßen Esteröle mit zwei oder mehr Estergruppen im Molekül erweisen sich in bezug auf ihre kritische Lösungstemperatur als so günstig, daß ihre untere kritische Lösungstemperatur (angegeben mit L2) –70°C und ihre obere kritische Lösungstemperatur (angegeben mit U2) 70°C oder mehr betragen. Die unteren kritischen Lösungstemperaturen stellen für praktische Zwecke im Wärmeaustauscher einer Kühlvorrichtung einen wichtigen Faktor dar. Die obere kritische Lösungstemperatur ist ein wichtiger Faktor für praktische Zwecke in einem Kühlverdichter.
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Struktur des Kühlzyklus einer Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung mit einem Kühlverdichter 40, einem Kondensatorkühler 41, einem Trockner 45, einem Expansionsmechanismus 42 und einem Verdampfer 43 wurde unter Verwendung der einzelnen vorerwähnten Kältemaschinenöle zusammen mit Flon 134a betrieben. Dabei waren im Fall von SUNISO 4GSD (naphthenisches Mineralöl) und Z300A (Alkylbenzolöl) (Handelsbezeichnungen für Produkte der Fa. Japan Sun Oil Co., Ltd.), wobei das Kältemittel in einem großen Anteil enthalten war und ruhig im Verdichter lag, eine Kältemittelschicht von hoher Dichte und eine Kältemaschinenölschicht von geringer Dichte als eine untere Schicht bzw. als eine obere Schicht vorhanden, was auf die Zweiphasentrennung zurückzuführen war. Daher wird, wie in 7 gezeigt, wo eine vertikale Querschnittansicht zur Darstellung des Hauptteils eines Kühlverdichters (ein Beispiel für einen geschlossenen Drehkolbenverdichter) dargestellt ist, die Ölzufuhr zu einer Welle 4A, einem Hauptlager 5 und einem Nebenlager 6 durch Ansaugen der lediglich als untere Schicht vorhandenen Kältemittelschicht durch die Ansaugöffnung 14 einer Pumpe vorgenommen. Die Kältemittelschicht weist eine geringere Viskosität als das Kältemaschinenöl auf. Wird daher die Kältemittelschicht den Lagern zugeführt, so ist der gebildete Ölfilm dünn, so daß es zu einem Kontakt zwischen den Metalloberflächen kommen kann. Da außerdem die Temperatur von der Reibung unterliegenden Gleitflächen schlagartig ansteigt, kam es zu einer Verdampfung des Kältemittels, was die Bedingungen noch verschlechterte. Bei Wiederholung dieses Vorgangs werden Schädigungen aufgrund von Riefenbildung und Festfressen an der Welle und an den Lagern hervorgerufen, so daß die Leistungseigenschaften des Kühlverdichters verlorengehen.
Bei Verwendung des herkömmlichen Kältemaschinenöls im wärmeaustauscher der in 9 dargestellten Kühlvorrichtung, wobei der Verdampfer 43 beispielsweise bei 0 bis –60°C be trieben wird, unterliegt das Kältemaschinenöl, das zusammen mit Kältemittelgas aus dem Verdichter 40 abgeführt worden ist, einer Zweiphasentrennung im Verdampfer 43 und haftet an der Innenwand der Rohrleitung des Wärmeaustauschers. Dort kommt es zu einem Verweilen des Kältemaschinenöls oder einer Wärmeisolierung des Wärmeaustauschers. Daher beeinträchtigen herkömmliche Kältemaschinenöle in starkem Umfang das Kühlvermögen der Kühlvorrichtung und sind ohne praktischen Wert. In dieser Hinsicht ist das in Tabelle 1 beim herkömmlichen Beispiel 3 aufgeführte Polyalkylenglykol vorteilhaft, da es eine niedrigere kritische Lösungstemperatur von –60°C aufweist und somit im Verdampfer 43 keiner Zweiphasentrennung unterliegt. Jedoch unterliegt es aufgrund seiner oberen kritischen Lösungstemperatur von 35°C vollständig einer Zweiphasentrennung, da die Temperatur des Verdichters 40 während des Betriebs auf mindestens 80°C steigt. Wie im Fall der herkömmlichen Beispiele 1 und 2 werden bei Zuführung des Polyalkylenglykols zu den Lagern Schäden aufgrund von Riefenbildung und Festfressen an der Welle und dem Lager hervorgerufen, so daß der Kühlverdichter seine Leistungsmerkmale verliert.
In einem Kühlverdichter mit einem hermetisch verschlossenen Motor, beispielsweise dem Drehkolbenverdichter von 7, ist es selbstverständlich erforderlich, daß ein Kältemaschinenöl auch als elektrisch isolierendes Öl wirkt.
2 zeigt die Beziehung zwischen der Wasserabsorption und dem spezifischen Volumenwiderstand der einzelnen erfindungsgemäßen Esteröle sowie von herkömmlichem Mineralöl und Polyalkylenglykol. Selbst dann, wenn der Wassergehalt auf 500 ppm oder weniger eingestellt wird, weist das Polyalkylenglykol des herkömmlichen Beispiels einen geringen spezifischen Volumenwiderstand von 10¹² Ωcm oder weniger auf, was auf die Etherbindungen im Molekül zurückzuführen ist. Dieses Produkt ist somit nicht bevorzugt.
Andererseits weist das erfindungsgemäß zugeführte Kältemaschinenöl mit Esterbindungen einen hohen spezifischen Volumenwiderstand (ein hohes Isolationsvermögen) von 10¹³ Ωcm oder mehr auf und entspricht somit dem Standardwert für ein elektrisch isolierendes Öl gemäß der Vorschrift in JIS C2320.
Daher erweist es sich für die praktische Anwendung als zufriedenstellend. Obgleich das als herkömmliches Beispiel verwendete Mineralöl ein hohes Isolationsvermögen aufweist, besitzt es eine schlechte Mischbarkeit mit Flon 134a und kann daher für praktische Zwecke nicht eingesetzt werden.
Nachstehend wird die Beziehung zwischen der Art, der chemischen Struktur und der unteren kritischen Lösungstemperatur von Esterölen, die für Flon 134a geeignet sind, unter Bezugnahme auf Tabelle 1 ausführlich erläutert.
Das Esteröl mit einem Gehalt an zwei oder mehr Estergruppen im Molekül, das erfindungsgemäß verwendet wird, umfaßt Ester von einbasigen oder mehrbasigen organischen Säuren und mehrwertigen Alkoholen. Typische Beispiele für das Esteröl sind sterisch gehinderte Esteröle und komplexe Esteröle, wie Ester von Neopentylglykol, Ester von Trimethylolpropan oder Trimethylolethan sowie Ester von Pentaerythrit. Tabelle 1 zeigt die Zusammenhänge zwischen Art, Viskosität und kritischer Lösungstemperatur von typischen, chemisch synthetisierten Produkten.
Tabelle 1
Von den in Tabelle 1 als Proben eingesetzten Ölen sind die Bezeichnungen der chemisch synthetisierten Esteröle abgekürzt wiedergegeben. Beispielsweise stellt im Fall von NPG/n-C₈ NPG eine Abkürzung für Neopentylglykol und n-C₈ eine Abkürzung für eine normale organische Säure (geradkettige Fettsäure) mit 8 Kohlenstoffatomen dar. NPG/n-C₈ bedeutet somit einen Ester von Neopentylglykol und der normalen organischen Säure (der geradkettigen Fettsäure) mit 8 Kohlenstoffatomen. Im Fall von NPG/2EH ist 2EH eine Abkürzung für 2-Ethylhexansäure. NPG/2EH bedeutet somit den Ester von Neopentylglykol und 2-Ethylhexansäure.

1) Wie in den Beispielen 1 bis 4 gezeigt, handelt es sich bei den Estern von Neopentylglykol (NPG) um Ester von Neopentylglykol als zweiwertigen Alkohol und einer Monocarbonsäure als einbasiger organischer Säure. Diese Ester sind durch zwei Estergruppen im Molekül gekennzeichnet. Eine derartige chemische Struktur hat einen wichtigen Einfluß auf die Mischbarkeit mit Flon 134a und die Viskositätseigenschaften der Öle.

Dies bedeutet, daß Esteröle einer Monocarbonsäure mit 7 bis 8 Kohlenstoffatomen sich als zufriedenstellend erwiesen und eine untere kritische Lösungstemperatur von –29°C bis –70°C und eine Viskosität bei 40°C von 2,8 bis 7,0 cSt aufwiesen.
Je geringer die Anzahl an Kohlenstoffatomen der Monocarbonsäure (der Fettsäure) ist, desto niedriger ist die untere kritische Lösungstemperatur. Es wurde festgestellt, daß die untere kritische Lösungstemperatur des Esters von 2-Ethylhexansäure (2EH) von Beispiel 3 und des Esters von Isoheptansäure (i-C₇) von Beispiel 4, der eine verzweigte Kette im Molekül aufweist, in günstiger Weise niedriger als der Wert der Ester der Beispiele 1 und 2 ist. Der Fall der Erhöhung der Anzahl der Kohlenstoffatome der Carbonsäure auf 11 zur Erhöhung der Viskosität liegt in Beispiel 5 vor. Der Ester von Beispiel 5 wies eine Viskosität bei 40°C von 14,9 cSt und eine untere kritische Lösungstemperatur von –40°C auf.

2) Nachstehend werden die Ester von Trimethylolpropanol (TMP) mit einem Gehalt an drei Esterbindungen im Molekül unter Bezugnahme auf die Beispiele 6 bis 10 erläutert.

Die durch Kondensation von Trimethylolpropan (TMP) als dreiwertigem Alkohol und einer Monocarbonsäure als einbasiger organischer Säure erhaltenen Esteröle weisen drei Estergruppen im Molekül auf, wobei die Monocarbonsäure 6 bis 8 Kohlenstoffatome aufweist. Diese Esteröle besitzen eine Viskosität bei 40°C von 10,8 bis 32,2 cSt und eine untere kritische Lösungstemperatur von –20 bis –60°C. Darunter finden sich als Esteröle mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur von –20°C oder weniger das Esteröl von Heptansäure (n-C₇) von Beispiel 6, das Esteröl von Octansäure (n-C₈) von Beispiel 8 und das Esteröl von 2-Ethylhexansäure (2EH) von Beispiel 9. Esteröle mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur von –60°C oder weniger sind das Esteröl von Hexansäure (n-C₆) von Beispiel 7 und das Esteröl von Isoheptansäure (i-C₇) von Beispiel 10. Die Esteröle der Beispiele 6 bis 10 sind ferner dadurch gekennzeichnet, daß je kleiner die Anzahl der Kohlenstoffatome ist, die untere kritische Lösungstemperatur umso niedriger ist, und daß die untere kritische Lösungstemperatur der Esteröle mit einem Gehalt an einer verzweigten Kette niedriger als die der Esteröle ohne verzweigte Kette ist, selbst wenn die erstgenannten Esteröle und die letztgenannten Esteröle die gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen.

3) Wie in den Beispielen 11 bis 13 gezeigt, enthalten die durch Kondensation von Pentaerythrit (PET) als mehrwertigem Alkohol und einer Monocarbonsäure erhaltenen Esteröle vier Estergruppen im Molekül, wobei die Monocarbonsäure 6 bis 8 Kohlenstoffatome aufweist. Die Esteröle weisen eine hohe Viskosität bei 40°C von 17,5 bis 52,0 cSt und eine untere kritische Lösungstemperatur von –8°C bis –44°C auf. Somit wird die untere kritische Lösungstemperatur im Vergleich mit den vorerwähnten Esterölen von zweiwertigen Alkoholen und dreiwertigen Alkoholen zu höheren Temperaturen verschoben. Unter den Esterölen der Beispiele 11 bis 13 sind Esteröle mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur von –40°C oder weniger das Esteröl von Hexansäure (n-C₆) von Beispiel 11 und das Esteröl von Isoheptansäure (i-C₇) von Beispiel 13. Die Esteröle der Beispiele 11 bis 13 sind auch dadurch gekennzeichnet, daß je kleiner die Anzahl der Kohlenstoffatome ist, desto niedriger die untere kritische Lösungstemperatur ist, und daß die untere kritische Lösungstemperatur der Esteröle mit einem Gehalt an einer verzweigten Kette niedriger als der Wert des Esteröls ohne verzweigte Kette ist.
4) Als Verfahren zur Einführung von vier Estergruppen in das Molekül kommt ein Verfahren in Frage, bei dem die Veresterung durch Kondensation eines mehrwertigen Alkohols und einer Monocarbonsäure unter Verwendung einer Dicarbonsäure (d. h. einer typischen zweibasigen organischen Säure) als zentraler Bestandteil durchgeführt wird. Durch dieses Verfahren läßt sich die untere kritische Lösungstemperatur leicht verringern und die Viskosität leicht steigern. Ester, die eine derartige Molekülstruktur aufweisen, sind komplexe Ester und werden bei den erfindungsgemäßen Beispielen 14 bis 17 erläutert.

Beispiel 14 zeigt einen komplexen Ester von Glutarsäure (abgekürzt als Glut) als Dicarbonsäure, von Neopentylglykol (MPG) als zweiwertigen Alkohol und von Hexansäure (C₆) als Monocarbonsäure. Dieser komplexe Ester wies eine Viskosität bei 40°C von 32,6 cSt, eine Viskosität bei 100°C von 5,9 cSt und eine untere kritische Lösungstemperatur von –75°C oder weniger auf.
Beispiel 15 zeigt den Fall, bei dem Ester mit einer mäßigen Viskosität durch Vermischen der Ester der Beispiele 4 und 16 hergestellt wurde. Es wurde ferner festgestellt, daß dieser Ester keine wesentlich veränderte untere kritische Lösungstemperatur besitzt.
Beispiel 16 zeigt einen komplexen Ester von Adipinsäure (abgekürzt als AZP) als Dicarbonsäure, von Neopentylglykol (NPG) als zweiwertigen Alkohol und von Decansäure (n-C₁₀) als Monocarbonsäure. Beispiel 17 zeigt einen komplexen Ester von Glutarsäure (Glut) als Dicarbonsäure, von Neopentylglykol (NPG) als zweiwertigen Alkohol und Isohexansäure (i-C₆) als Monocarbonsäure. Diese komplexen Ester erweisen sich insofern als hervorragend, als sie eine Viskosität bei 40°C von 54,5 bis 56,6 cSt, eine Viskosität bei 100°C von 7,3 bis 8,6 cSt und eine untere kritische Lösungstemperatur von –60°C aufweisen. Diese Ergebnisse zeigen, daß ein komplexer Ester mit einer geeigneten Viskosität hergestellt werden kann, indem man in geeigneter Weise die Anzahl der Kohlenstoffatome (C₂ bis C₁₀) einer Dicarbonsäure als zweibasiger organischer Säure und die Anzahl an Kohlenstoffatomen (C₅ bis C₁₀) einer Monocarbonsäure als einbasiger Säure festlegt und die Dicarbonsäure, die Monocarbonsäure und den mehrwertigen Alkohol in einem in geeigneter Weise gewählten Molverhältnis kondensiert.
In diesen Beispielen lassen sich die Ester durch folgende allgemeine Formeln wiedergeben:
Ester von Neopentylglykol: (R₁-CH₂)₂-C-(CH₂OCOR₂)₂ (1) Ester von Trimethylolalkan: R₁-CH₂-C-(CH₂OCOR₂)₃ (2) Ester von Pentaerythrit: C-(CH₂-OCOR₂)₄ (3) Komplexe Ester:
Zusätzliche Beispiele für leicht erhältliche Ester sind die Ester von Dipentaerythrit: (R₂COOCH₂)₃C-CH₂-O-CH₂-C(CH₂-OCOR₂)₃ (5)
In den vorstehenden Formeln (1) bis (5) bedeutet R₁ H oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, R₂ einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, R₃ einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und n eine ganze Zahl von 0 bis 5.
Die Viskosität konnte nach Wunsch durch Wahl der Art des mehrwertigen Alkohols und der Carbonsäure(n) festgelegt werden.
Eine mäßige Viskosität ließ sich leicht durch Vermischen eines Öls von niedriger Viskosität mit einem Öl von hoher Viskosität erreichen.
Im Fall einer Kühlvorrichtung unter Verwendung eines Kältemittels vom Flon-Typ ohne Gehalt an Chlor, beispielsweise von Flon 134a, läßt sich ein Kältemaschinenöl, das dazu in der Lage ist, einem Verdichter und der Kühlvorrichtung grundlegende zufriedenstellende Eigenschaften in bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit zu verleihen, erhalten, indem man ein Öl mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur von 0°C oder darunter (der erste Zielwert) oder ein Öl mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur von –30°C oder darunter (der zweite Zielwert) wählt, wobei beide eine Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und vorzugsweise von 5 bis 32 cSt und eine Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt und vorzugsweise von 2 bis 6 cSt aufweisen, wobei man die Wahl unter sterisch gehinderten Estern und komplexen Estern, die zwei oder mehr Esterbindungen im Molekül enthalten, trifft.
Es wurde bestätigt, daß diese Kältemaschinenöle vom Estertyp eine gute Mischbarkeit nicht nur mit Flon 134a aufweisen, sondern mit sämtlichen Kühlgasen vom Flon-Typ ohne Chlorgehalt, beispielsweise Flon 152a (Difluorethan, CH₃CHF₂). Die Kältemaschinenöle konnten einer Kühlvorrichtung in wirksamer Weise hochwertige Leistungseigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit verleihen.
Ferner wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Esteröle aufgrund der Tatsache, daß sie auch in herkömmlichen chlorhaltigen Kältemitteln vom Flon-Typ (Kältemittel vom Chlorfluorkohlenwasserstoff-Typ), wie Flon 12 und Flon 22, in hohem Maße löslich sind, auch wirksam sind, wenn sie als Bestandteil im Gemisch mit diesen Kältemitteln eingesetzt werden.
Da jedoch die herkömmlichen chlorhaltigen Kältemittel vom Flon-Typ aufgrund von Umweltproblemen auf der Liste der eingeschränkt verwendbaren Verbindungen stehen, ist es bevorzugt, den Anteil dieser Kältemittel auf 50% oder weniger und den der erfindungsgemäßen Esteröle auf 50% oder mehr einzustellen.
Nachstehend findet sich ein Beispiel für eine Kühlvorrichtung zur Lösung der zweiten Aufgabe der Erfindung.
Beispiel 18
Der in 7 dargestellte Drehkolbenverdichter mit einem Kühlverdichter wurde der Kühlvorrichtung mit der in 9 gezeigten Bauart einverleibt. Bei einer Verdichtertemperatur von 100°C und einem Überdruck des abgeführten Gases von 9,5 bis 10 kp/cm² (Bedingungen zur Prüfung der Zuverlässigkeit eines Kühlschranks) wurde die Beziehung zwischen der Viskosität eines im Verdichter befindlichen Kälteöls und des Leistungskoeffizienten (COP), d. h. des Verhältnisses der Kühlkapazität des Verdichters zur Leistungsaufnahme, unter Verwendung der Esteröle mit dem in Tabelle 1 aufgeführten typischen Viskositätsgrad gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 dargestellt.
3 zeigt die Beziehung zwischen der tatsächlichen Viskosität der einzelnen Kältemaschinenöle und des Leistungskoeffizienten (COP), die für die erfindungsgemäßen Esteröle mit einer Viskosität bei 40°C von 5 bis 56 cSt und für herkömmliche Beispiele, d. h. ein Polyalkylenglykol und ein Alkylbenzolöl (SUNISO Z-300A), bei kombinierter Verwendung mit Flon 12 bestimmt wurde. In 3 bedeutet die Abszissenachse die tatsächliche Viskosität der einzelnen Kältemaschinenöle im Drehkolbenverdichter und die Ordinatenachse den Leistungskoeffizienten (angegeben als relativer Wert) des Verdichters.
Vergleicht man in 3 den Leistungskoeffizienten von Kältemaschinenölen, wobei man den Leistungskoeffizienten, der mit der herkömmlichen Kombination von Flon 12 und Z-300A (ein Alkylbenzolöl) mit einer Viskosität bei 40°C von 56 cSt auf 1,0 setzt, so ergibt sich für die Kombination aus Polyalkylenglykol (PAG56) des herkömmlichen Beispiels 3 und Flon 134a ein geringer Wert von 0,859, was zeigt, daß der energetische Wirkungsgrad um 14% gesunken ist.
Andererseits ergab der erfindungsgemäße komplexe Ester mit einer Viskosität bei 40°C von 56,6 cSt von Beispiel 17 einen zufriedenstellenden Leistungskoeffizienten von 0,906. Es läßt sich annehmen, daß dieses Ergebnis folgenden Einflüssen zuzuschreiben ist: Verringerung des Reibungsverlustes, der auf der Basis der anhand der Formel (9) dargestellten Zapfenlager-Theorie hervorgerufen wird; Verringerung der Leistungsaufnahme für die Bewegung des Öls; Wärmeableitungswirkung und dergl. Diese Einflüsse entstehen, da die Viskosität des Kältemaschinenöls mit einem Gehalt an darin gelöstem Flon 134a unter den gleichen Betriebsbedingungen den niederen Wert von 4,35 cSt erreicht.
Wenn die erfindungsgemäßen Esteröle mit einer noch geringeren Viskosität von 5 bis 32 cSt (bei 40°C) in bezug auf den Leistungskoeffizienten unter den gleichen Bedingungen zum Vergleich herangezogen wurden, ergaben das Esteröl mit einer Viskosität von 32,6 cSt (bei 40°C) von Beispiel 14, das Esteröl mit einer Viskosität von 14,9 cSt (bei 40°C) von Beispiel 5 und das Esteröl mit einer Viskosität von 14,9 cSt (bei 40°C) von Beispiel 10 Koeffizienten von 0,926, 0,966 bzw. 0,973. Somit stieg der Leistungskoeffizient in dieser Reihenfolge. Andererseits zeigte im Fall des Esteröls mit einer Viskosität von 5,5 cSt (bei 40°C) von Beispiel 4 der Leistungskoeffizient von 0,953 eine Tendenz zu einer geringfügigen Abnahme.
Diesen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß ein ideales Esteröl für einen Drehkolbenverdichter ein Esteröl mit einer Viskosität bei 40°C im Bereich von 5 bis 32 cSt (genau 5,5 bis 32,6 cSt), d. h. ein Bereich um den besonders geeigneten Wert von 14,9 cSt, das zwei oder mehr Esterbindungen im Molekül enthält, ist, wie vorstehend beschrieben worden ist.
Beispiel 19
Flon 134a und die einzelnen in Tabelle 1 aufgeführten erfindungsgemäßen Kältemaschinenöle wurden in einem Hubkolbenverdichter mit einem Niederdruckgefäß eingesetzt. Der Verdichter wurde in einen Kühlschrank, d. h. eine Kühlvorrichtung, eingesetzt. Der Kühlschrank wurde sodann einem Hochtemperatur-Zuverlässigkeitstest unterworfen (Druck im Gehäuse 1,6 kg/cm² abs., Gehäusetemperatur 85°C, 100 V, 50 Hz). 4 zeigt die Testergebnisse. In diesem Diagramm bedeutet die Abszissenachse den gemessenen Wert der Viskosität des Kältemaschinenöls und die Ordinatenachse den Leistungskoeffizienten (COP). Das Diagramm wurde erhalten, indem man den Leistungskoeffizienten gegen die tatsächliche Viskosität beim tatsächlichen Betrieb bei Verwendung der einzelnen Kältemaschinenöle mit einer Viskosität bei 40°C von 5,5, 14,9, 22,0, 32,6 bzw. 56,6 cSt, die in den Beispielen von Tabelle 1 auf geführt sind, auftrug. Der Leistungskoeffizient steht in linearer Beziehung zur tatsächlichen Viskosität.
Aus den in 4 aufgeführten Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Viskosität des Kältemaschinenöls umso niedriger ist, je höher der Leistungskoeffizient des Hubkolbenverdichters mit Niederdruckgefäß ist. Die Kältemaschinenöle mit einer tatsächlichen Viskosität von 2 bis 4,2 cSt und einer Viskosität bei 40°C von 5,5 bis 14,9 cSt lassen sich als hervorragend bezeichnen. Beträgt die tatsächliche Viskosität weniger als 2 cSt, so kommt es tendentiell zu einer Verringerung des Leistungskoeffizienten und der Zuverlässigkeit der Lager, da im Fall der Verwendung eines herkömmlichen Materials, wie Gußeisen oder eines Sintermaterials auf Eisenbasis, zur Herstellung der Gleitteile des Verdichters die Präzision der Endbearbeitung der Oberflächen der Gleitteile beschränkt ist, so daß bei einer zu geringen tatsächlichen Viskosität die Schmierung an den Oberflächen in den sogenannten Grenzschmierungsbereich gelangt, bei dem es zum Kontakt zwischen Metallflächen kommt.
Beispiel 20
Die Schmierung in einer Kältemaschine und einem Kühlverdichter zur Lösung der dritten Aufgabe der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel erläutert.
Zur Bewertung der Schmierung wurde ein FALEX-Test, bei der die Belastung bis zum Festfressen in der Luft gemessen wurde, und ein Hochdruck-Reibungstest, bei der die Festfreß-Belastung in einem Kältemaschinenöl mit einem Gehalt an 50% darin gelöstem Flon 134a gemessen wurde, durchgeführt. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen den Ergebnissen der beiden Tests. Die Festfreß-Belastung erfolgt folgendermaßen: Eine zunehmende Last wurde von beiden Seiten auf einen rotierenden Probestift angelegt. Die Belastung, bei der es zum Festfressen kam, wurde in lb angegeben.
Im vorliegenden Beispiel wurde das Esteröl aus Trimethylolpropan (TMP) und Isoheptansäure (i-C₇) von Beispiel 10, das in Tabelle 1 aufgeführt ist, als typisches Beispiel für ein Kältemaschinenöl in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung verwendet. Es wurde die Beziehung zwischen der Art und der Menge eines Extremdruckmittels, das dem Esteröl zugesetzt wurde, und den Schmiereigenschaften bestimmt. Als Materialien für die Teststücke zur Bewertung der Schmierung wurden für den Stift und einen Block Standardmaterialien verwendet, d. h. SNC-21 (Nickel-Chrom-Stahl) gemäß JIS-Standard bzw. SUM 41 (rückgeschwefelter Automatenstahl) gemäß JIS-Standard. Andererseits wurde in einem Hochdruck-Reibungstest die Belastung gemessen, bei der ein Festfressen aufgrund von Reibung zwischen Zylindern aus einem Material für die Welle (eutektisches Graphit-Gußeisen) und einem Material für die Walze (getempertes eutektisches Graphit-Gußeisen), die in Drehkolbenverdichtern zufriedenstellende Ergebnisse geliefert hatten, verursacht wurde.
Wie im Fall der Probe Nr. 1 in 5 gezeigt ist, ergab das Esteröl (Öl von Beispiel 10) ohne Extremdruckmittel eine FALEX-Festfreß-Belastung von 700 lb und eine Festfreß-Belastung von 90 kp/cm² in einer Flon 134a-Atmosphäre. Andererseits wurde im Fall der Probe Nr. 2 und der Probe Nr. 3 die FALEX-Festfreß-Belastung um weitere 400 lb auf 1100 lb erhöht und die Festfreß-Belastung in einer Flon 134a-Atmosphäre nahm um 90 kg/cm² auf 180 kg/cm² zu, was auf die Zugabe der nachstehenden einzelnen Extremdruckmittel zurückzuführen ist. Im Fall der Probe Nr. 2 wurde CHELEX H-10 (Handelsprodukt der Fa. Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), bei dem es sich um Phosphorsäure mit einem Gehalt an einer aktiven OH-Gruppe im Molekül handelte, in einer Menge von 1% zugegeben. Im Fall der Probe Nr. 3 wurde eine Esterverbindung aus einem Alkylenglykol und Phosphorsäure (Butylpolyoxypropylenphosphatester) in einer Menge von 1% zugegeben.
Dabei wurde tatsächlich nachgewiesen, daß die phosphorhaltigen Verbindungen, wie saure Phosphorsäureester und Alkylenglykolphosphatester in wirksamer Weise als Extremdruckmittel zur Verhinderung des Festfressens unabhängig von der Anwesenheit von Flon 134a wirken.
Sodann wurde ein FALEX-Test kontinuierlich für eine maximale Zeit von 120 Minuten durchgeführt, wobei die aufgebrachte Last konstant auf 100 lb gehalten wurde. Der Abrieb verlust eines Stiftes, d. h. eines Teststücks auf Eisenbasis, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 6 aufgeführt. Im Fall des Öls von Probe Nr. 4, das kein Extremdruckmittel enthielt, ergab sich ein Abrieb des Stiftes von 25 mg. Andererseits betrug bei beiden Ölen mit einem Gehalt an den vorerwähnten phosphorhaltigen Verbindungen der Abriebverlust nur 0,4 mg für die Probe Nr. 7 und für die Probe Nr. 8, was bedeutet, daß der Abriebverlust auf 1/5 oder weniger verringert werden konnte. Die phosphorhaltige Verbindung entfaltet ihre Wirkung ab einer Zugabemenge von etwa 0,05 Gew.-%, wie für Probe Nr. 5 gezeigt ist. Der Einfluß der Verbindung steigt mit zunehmender Menge. Übersteigt dieser Anteil jedoch 10 Gew.-%, so erreicht die verbessernde Wirkung in bezug auf die Schmierung ihre Obergrenze, so daß die Zugabe der Verbindung wirtschaftlich nachteilig und somit unzweckmäßig wird.
Der Abriebverlust konnte durch Erhöhung der Viskosität des Öls von 14,9 cSt (bei 40°C) von Probe Nr. 4 auf 56,6 cSt (40°C) von Probe Nr. 6 verringert werden.
Aus dem vorstehend geschilderten Sachverhalt ergibt sich, daß eine erhebliche Verbesserung in bezug auf Festfreß-Belastung, Abriebbeständigkeit und Schmierung der Gleitelemente auf Eisenbasis erreicht werden konnte, indem man eine phosphorhaltige Verbindung, wie einen sauren Phosphorsäureester, Phosphorsäureester, Alkylenglykolphosphatester oder dergl., als Extremdruckmittel zum erfindungsgemäß verwendeten Kältemaschinenöl in einer Menge von 0,05 bis 10 Gew.-% zusetzte oder indem man anstelle der Zugabe des Extremdruckmittels die Viskosität des Öls auf einen hohen Wert einstellte. Das Kältemaschinenöl, das das Extremdruckmittel enthält, zeigt hervorragende Leistungseigenschaften insbesondere in Gegenwart eines chlorfreien Kältemittels vom Flon-Typ, wie Flon 134a.
Beispiel 21
Nachstehend wird ein Beispiel zur Lösung der vierten Aufgabe der Erfindung beschrieben. Das Verhalten von elektrisch isolierenden Materialien, die im hermetisch abgeschlossenen Motor eines Verdichters verwendet werden, in Gegenwart sowohl von Flon 134a als auch von erfindungsgemäßem Kältemaschinenöl wurde bewertet. Die Ergebnisse werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Tabellen 2 und 3 erläutert.
Flon 134a und Kältemaschinenöle wurden bewertet, indem man den Grad der Beeinträchtigung der Eigenschaften eines Magnetdrahts (eines lackierten Drahts) und eines isolierenden Filmmaterials durch einen Test in einem verschlossenen Rohr zur Verhinderung von äußeren Einflüssen ermittelte.
(1) Isoliereigenschaften eines magnetischen Drahts (lackisolierter Draht)
Als magnetische Drahtteststücke wurden zwei Arten von Teststücken, d. h. um 5% gedehnte Produkte und verdrillte, paarweise Teststücke 40 Tage bei 150°C einem Test in einem verschlossenen Röhrchen unterworfen. Nachstehend werden die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse erläutert.
Beim Test im verschlossenen Röhrchen, der mit einer Kombination aus Flon 134a und dem in Tabelle 1 als herkömmliches Beispiel 3 aufgeführten Polyalkylenglykol, einem angeblich für Flon 134a geeigneten Kältemaschinenöl, durchgeführt wurde, kam es bei den um 5% gedehnten Produkten aus Polyester-Draht (PEW) von Beispiel 9 und Esterimid-Draht (EIW-R) von Probe Nr. 10 in Tabelle 2 zur Rißbildung. Die Retention der dielektrischen Durchschlagspannung von verdrillten, paarweisen Teststücken dieser beiden Drahtarten war erheblich auf 30 bis 32% vermindert.
Andererseits wurde die gleiche Bewertung für eine Kombination aus Flon 134a und dem Verbundesteröl aus Glutarsäure (Glut), Neopentylglykol (NPG) und Isohexansäure (i-C₆), ein erfindungsgemäß verwendetes, in Tabelle 1 beispielhaft aufgeführtes Kältemaschinenöl, durchgeführt. Dabei zeigte der gleiche Polyester-Draht (dessen Glasübergangstemperatur in Tabelle 2 aufgeführt ist) und der gleiche Polyesterimid-Draht, die den vorstehend beschriebenen Drähten entsprachen und die als beispielhafte herkömmliche Proben Nr. 9 und Nr. 10 einer Beeinträchtigung unterlagen, keine Abnormalität des Erscheinungsbilds, wie für die Proben Nr. 11 und Nr. 12 angegeben ist. Die Retention der dielektrischen Durchschlagspannung dieser Proben wies einen hohen Wert von 95% oder mehr auf, was zeigt, daß der Beeinträchtigungsgrad der magneti schen Drähte sehr nieder ist. Der Grund hierfür ist folgender. Das erfindungsgemäße Kältemaschinenöl weist in den frühen Stadien einen niederen Wassergehalt und eine hohe thermische Stabilität auf, so daß kaum saure Substanzen, die die Hydrolyse beschleunigen, entstehen. Diese Eigenschaften führen zu den genannten Verbesserungswirkungen.
Die Probe Nr. 13 wurde erhalten, indem man den Esterimid-Draht von Probe Nr. 12 mit einer Polyimid-Schicht unter Bildung eines Verbundmaterials beschichtete. Bei der Probe Nr. 14 handelte es sich um einen Draht, der nur mit Polyamid-imid allein beschichtet war (AIW). Beide Proben zeigten zufriedenstellende Eigenschaften. Es wurde festgestellt, daß ein derartiger magnetischer Draht, der durch Aufbringen einer Schicht mit einer hohen Glasübergangstemperatur auf eine Schicht mit einer niederen Glasübergangstemperatur erhalten worden ist, einen Beitrag bei der Verbesserung der Zuverlässigkeit eines Verdichters leistet, da die obere Schicht eine wirksame Schutzschicht gegen den Angriff durch Flon 134a und das Kältemaschinenöl darstellt.
(2) Isolierende Eigenschaften von isolierenden Filmen
Ein Test an isolierenden Filmen für Motoren wurde in einem verschlossenen Röhrchen durchgeführt. Dabei wurde ein 40-tägiger Test der Isolationsstärke bei 130°C durchgeführt, wobei die Filme in bezug auf Erscheinungsbild und Retention der Zugfestigkeit bewertet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Bei Verwendung eines Polyesterfilms (Lumilar X₁₀, Handelsbezeichnung, Produkt der Fa. Toray Industries, Inc.) in herkömmlicher Weise im hermetisch abgeschlossenen Motor eines Verdichters im herkömmlichen Polyalkylenglykolöl von Probe Nr. 15 wurde dessen oligomere Komponente im Öl ausgefällt. Die Retention der Zugfestigkeit betrug 83%.
Andererseits wurde bei einer Kombination des komplexen Esteröls des erfindungsgemäßen Beispiels 17 mit Flon 134a kein Oligomeres ausgefällt. Die Retention der Zugfestigkeit erreichte einen hohen Wert von 89% oder mehr in sämtlichen Fällen von Lumilar X₁₀ von Probe Nr. 16, PA-61M (Warenbezeichnung, Produkt der Fa. Hitachi Kasei Co., Ltd.), d. h. dem mit Polyamid-imid beschichteten Polyester von Beispiel Nr. 17, dem Polyphenylensulfid-Film (PPS) von Probe Nr. 18 und dem Polyetheretherketon-Film (PEEK) von Probe Nr. 19. Auf diese Weise wurde festgestellt, daß die Zuverlässigkeit eines elektrisch isolierenden Systems eines Verdichters unter Verwendung von Flon 134a erheblich verbessert werden kann.
Es wurde festgestellt, daß das isolierende System eines hermetisch verschlossenen Motors durch entsprechende Auswahl eines Films aus der Gruppe Polyesterfilme, mit Polyamid-imid beschichtete Polyesterfilme, PPS-Filme und PEEK-Filme, die eine Glasübergangstemperatur von 65°C oder mehr aufweisen, bei deren Verwendung in Gegenwart sowohl von Flon 134a als auch von erfindungsgemäßem Kältemaschinenöl mit einem Gehalt an zwei oder mehr Estergruppen im Molekül perfektioniert werden kann. Es wurde festgestellt, daß bei einer derartigen Perfektionierung des Isoliersystems das Problem der Ausfällung einer oligomeren Komponente (das vorstehend für das Öl des herkömmlichen Beispiels 3 anhand von Probe Nr. 15 beschriebene Problem) gelöst werden kann. Ferner lassen sich die Schwierigkeiten bezüglich der Leistungseigenschaften eines Verdichters und einer Kühlvorrichtung, die durch eine Verringerung der Filmfestigkeit hervorgerufen werden, sowie die praktischen Probleme der Langzeitzuverlässigkeit lösen.
Tabelle 2
Tabelle 3
Beispiel 22
Nachstehend wird ein Beispiel zur Lösung der fünften Aufgabe der Erfindung beschrieben.
Es ist bekannt, daß insbesondere in einer Kühlvorrichtung unter Verwendung eines Wärmeaustauschers bei 0°C oder darunter die Kontrolle des Wassergehalts in der Kühlvorrichtung einen wichtigen Einfluß auf das Kühlvermögen und die Gewährleistung der Qualität des elektrisch isolierenden Materials hat. Daher ist die Bereitstellung einer Technik zur Entfernung von Wasser für das System der Kühlvorrichtung unerläßlich.
In einem Kühlzyklus der in 9 gezeigten Art wird gasförmiges Flon 134a, das von einem Verdichter 40 abgegeben wird, durch Wärmeverteilung in einem Kühler 41 zu einem flüssigen Kältemittel kondensiert. Dieses flüssige Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck wird durch einen Expansionsmechanismus 42 in einen feuchten Dampf von niederer Temperatur und niederem Druck umgewandelt und in einen Verdamp fer 43 geleitet. Bei dieser Stufenfolge wird das Wasser in der Kühlvorrichtung adsorbiert und durch ein Trocknungsmittel in Form von synthetischem Zeolith in einem Trockner 45, der zwischen dem Kondensatorkühler 41 und dem Expansionsmechanismus 42 angeordnet ist, entfernt. Es ist wichtig, die Art des Trocknungsmittels im Hinblick auf die Umgebung, in der das erfindungsgemäße Kältemaschinenöl und Flon 134a gemeinsam vorliegen, auszuwählen. Die Eignung des Trocknungsmittels wird nachstehend unter Bezugnahme auf in Tabelle 4 aufgeführte Beispiele erläutert.
Bei den getesteten Trocknungsmitteln handelt es sich um synthetische Zeolithe, die unter der Warenbezeichnung Molekularsiebe von der Fa. Union Showa K. K. vertrieben werden. Diese synthetischen Zeolithe werden je nach ihrem Adsorptionsvermögen (%) bei 25°C und einem Kohlendioxid-Partialdruck von 250 mmHg, wobei diese Größe als ein Hinweis für die Durchmesserverteilung der Poren für die Adsorption herangezogen wird, eingeteilt.
Was die Eignung der synthetischen Zeolithe für Flon 134a und das erfindungsgemäße Kältemaschinenöl betrifft, sind die Ergebnisse eines Tests in einem geschlossenen Röhrchen in Tabelle 4 aufgeführt.
Es wurde festgestellt, daß der hauptsächlich aus Natriumaluminat und Natriumsilicat bestehende Zeolith von Probe Nr. 20 (ein herkömmliches Beispiel; Handelsbezeichnung 4ANRG) eine hohe Fluorionen-Adsorption von 1,05% aufweist, so daß Schwierigkeiten aufgrund einer Verringerung der Festigkeit oder der Entstehung eines Pulvers durch Reaktion des synthetischen Zeoliths hervorgerufen werden. Die Probe Nr. 21 (ein Vergleichsbeispiel; Warenbezeichnung 4AXH-6) und die Probe Nr. 22 (ein Vergleichsbeispiel; Warenbezeichnung XH-7), die vorwiegend aus Natriumaluminat, Kaliumaluminat, Natriumsilicat und Kaliumsilicat bestehen, weisen ein Kohlendioxid-Gasadsorptionsvermögen von 4,5 bis 1,5% und eine verminderte Fluorionen-Adsorption von 0,24% auf. Sie können aber in der Praxis nicht eingesetzt werden, da ihre Fluorionen-Adsorption immer noch zu groß ist.
Die Probe Nr. 23 (ein erfindungsgemäßes Beispiel; Warenbezeichnung XH-600) und die Probe Nr. 24 (ein erfindungsgemäßes Beispiel; Warenbezeichnung XH-9), bei denen es sich um synthetische Zeolithe handelt, die vorwiegend aus Kaliumaluminat, Natriumaluminat, Kaliumsilicat und Natriumsilicat bestehen, weisen ein Kohlendioxid-Gasadsorptionsvermögen von 0,2% und eine stark verringerte Fluoradsorption von 0,04% auf. Da die Fluorionen-Adsorption, die eine praktische Anwendung erlaubt, 0,1% oder weniger beträgt, zeigt der Wert von 0,2%, daß diese Proben gut geeignet sind.
Die Beeinträchtigung der Eigenschaften eines synthetischen Zeoliths durch die Adsorption von Molekülen von Flon 134a hängt von der Verteilung des Porendurchmessers des synthetischen Zeoliths ab. Es wurde bestätigt, daß bei einer Einstellung der Fluorionen-Adsorption auf 0,1% oder weniger, die Verwendung eines synthetischen Zeoliths, dessen Kohlendioxid-Gasadsorptionsvermögen auf 1,0% oder weniger eingestellt worden ist, ausreicht. Es wurden folgende Feststellungen getroffen. Bei Verwendung eines synthetischen Zeoliths aus Alkalimetallsilicaten und Alkalimetallaluminaten, dessen Kohlendioxid-Gasadsorption bei 25°C und einem Kohlendioxid-Gaspartialdruck von 250 mmHg auf 1,0% oder weniger eingestellt worden ist (z. B. Molekularsiebe XH-600 oder XH-9; Warenbezeichnung für Produkte der Fa. Union Showa K. K.) als Trocknungsmittel in einer Kühlvorrichtung unter Verwendung von Flon 134a und dem erfindungsgemäßen Kältemaschinenöl mit zwei oder mehr Esterbindungen im Molekül, die zusammen eingesetzt wurden, kann ausschließlich Wasser in wirksamer Weise entfernt werden und ruft die Fluorionen-Adsorption kaum Einflüsse auf die Entstehung eines Pulvers oder eine Verringerung der Festigkeit der Kügelchen hervor. Daher sind derartige Trocknungsmittel für praktische Zwecke hervorragend geeignet.
Tabelle 4
Das Kohlendioxid-Gasadsorptionsvermögen bei 25°C und einem Kohlendioxid-Gaspartialdruck von 250 mmHg soll 1,0% oder weniger betragen und vorzugsweise möglichst gering sein. Bei einem Wert von 0% absorbiert das Trocknungsmittel nur in selektiver Weise Wasser, während es keine Fluorionen absorbiert, so daß es sich beim Trocknungsmittel um ideale Molekularsiebe handelt.
Die Erfindung wurde vorstehend erläutert und weist folgende vorteilhafte Wirkungen auf.

(1) Aufgrund der Verwendung des nachstehend beschriebenen Kältemaschinenöls in einer Kühlvorrichtung mit einem Verdichter, einem Kondensatorkühler, einem Trockner, einem Expansionsmechanismus und einem Verdampfer und unter Verwendung eines Kältemittels vom Flon-Typ ohne Gehalt an Chlor und mit einer kritischen Temperatur von 40°C oder mehr, wofür Flon 134a ein Beispiel ist, lassen sich die Leistungseigenschaften und die Zuverlässigkeit des Verdichters und der Kühlvorrichtung in erheblichem Maße verbessern, da das Kältemaschinenöl und das Kältemittel in hohem Maße miteinander mischbar sind, ohne daß es zur Trennung in zwei Phasen kommt. Dies gilt für den gesamten Temperaturbereich, in dem der Verdichter und die Kühlvorrichtung eingesetzt werden. Somit werden die Bildung eines schmierenden Ölfilms an der Welle und den Lagern des Verdichters sowie ein günstiges Kältemittel-Wärmeübertragungsvermögen des Wärmeaustauschers gewährleistet. Das Kälte maschinenöl enthält als Basisöl ein erfindungsgemäßes Esteröl, das 2 oder mehr Esterbindungen im Molekül enthält und eine Kältemaschinenöl-Viskosität bei 40°C von zwei bis 70 cSt und vorzugsweise von 5 bis 32 cSt und eine Kältemaschinenöl-Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt und vorzugsweise von 2 bis 6 cSt aufweist. Das Kältemaschinenöl weist eine untere kritische Lösungstemperatur von 0°C oder weniger bzw. von –30°C oder weniger auf und wird für den ersten Anwendungszweck, d. h. in einer Kühlvorrichtung von mäßiger Temperatur, wie einem Entfeuchter, oder in einem zweiten Anwendungszweck, d. h. einer Niedertemperatur-Kühlvorrichtung, wie einem Kühlschrank, eingesetzt.
(2) Außerdem lassen sich die Leistungseigenschaften und die Zuverlässigkeit durch Verbesserung der Schmierung in den Gleitbereichen der Lager des Kühlverdichters verbessern, indem man ein Extremdruckmittel vom Phosphorsäureestertyp mit OH-Gruppen im Molekül und andere Additive, wie Mittel zur Verhinderung des Abriebs, Säureabfangmittel, Antioxidationsmittel, Entschäumungsmittel und dergl., dem vorerwähnten Kältemaschinenöl zusetzt.
(3) Durch gleichzeitige Verwendung des nachstehend angegebenen Kältemaschinenöls mit einem Gehalt an zwei oder mehr Esterbindungen im Molekül und von Flon 134a lassen sich die sog. Leistungseigenschaften, nämlich der die Leistungseigenschaften eines Verdichters angegebene Leistungskoeffizient erhöhen, der Energieverbrauch der Kühlvorrichtung unter Verwendung des Verdichters verringern und die Kühlkapazität steigern. In einem Drehkolbenverdichter mit einem Hochdruckgefäß handelt es sich beim Kältemaschinenöl um ein Öl mit einer Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und vorzugsweise von 5 bis 32 cSt. In einem Hubkolbenverdichter mit einem Niederdruckgefäß handelt es sich beim Kältemaschinenöl um ein Öl mit einer Viskosität bei 40°C von 2 bis 70 cSt und vorzugsweise von 5 bis 15 cSt.
(4) Die elektrischen Isoliereigenschaften und die Langzeit-Zuverlässigkeit der Kühlvorrichtung lassen sich in ausgeprägtem Umfang verbessern, indem man einen Wicklungsdraht mit einer Isolierbeschichtung mit einer Glasübergangstempera tur von 120°C oder mehr und einen Isolierfilm mit einer Glasübergangstemperatur von 70°C oder mehr als Isoliermaterialien für einen Motor sowie ein Kältemaschinenöl mit einem Gehalt an dem erfindungsgemäßen Esteröl als Basisöl in einem Kühlverdichter unter Verwendung eines chlorfreien Kältemittels vom Flon-Typ, wie Flon 134a, verwendet.
(5) Durch Verwendung eines synthetischen Zeoliths aus Alkalimetallsilicaten und Alkalimetallaluminaten mit einem Kohlendioxid-Gasadsorptionsvermögen bei 25°C und einem Kohlendioxid-Gaspartialdruck von 250 mmHg von 1,0% oder weniger läßt sich im Trockner der Kühlvorrichtung das Wasser im Kühlzyklus in wirksamer Weise abtrennen und adsorbieren. Auf diese Weise lassen sich Schwierigkeiten durch Verformung des Trocknungsmittels zu einem Pulver durch Beeinträchtigung des Trocknungsmittels selbst verhindern, d. h. die Schwierigkeiten, die durch Verstopfen einer Rohrleitung für das Kältemittel mit dem Trocknungsmittel und durch einen unnormalen Abrieb aufgrund eines Eintrags des Kältemittels in die Gleitbereiche des Verdichters hervorgerufen werden. Daher bewirkt die Verwendung des synthetischen Zeoliths eine deutliche Verbesserung der Leistungseigenschaften und der Langzeitzuverlässigkeit.
(6) Die Kühlvorrichtung mit der vorstehend erläuterten Bauweise ermöglicht die Verringerung des Ozonverarmungspotentials (ODP, ozone depletion potential) und des globalen Erwärmungspotentials (GWP, global warming potential), die in der Erdumgebung gegeben sind, auf Null bzw. 0,3 oder weniger im Vergleich zu Werten, die mit herkömmlichen, chlorhaltigen Kältemitteln von Flon-Typ (wie Flon 12) erhalten werden.

Claims

Kältemittelverdichter vom Hochdruckgefäß-Typ, der ein mit einem Kältemaschinenöl beschicktes geschlossenes Gefäß umfasst, in dem sich ein aus einem Rotor und einem Stator mit einem Wickeldraht und einem isolierenden Film zusammengesetzter Motor, eine in den Rotor eingepasste Drehwelle und ein mit dem Motor über die Drehwelle verbundener Verdichterabschnitt befindet, und in dem sich ein aus dem Verdichterabschnitt abgegebenes Hochdruck-Kältemittelgas befindet, wobei das Kältemittel einen Fluorkohlenstoff und/oder Fluorkohlenwasserstoff, der kein Chlor enthält, enthält und eine kritische Temperatur von 40°C oder mehr aufweist, und wobei das Kältemaschinenöl als Grundöl ein Esteröl von einer oder mehreren Fettsäuren mit einem Gehalt an mindestens zwei Esterbindungen
im Molekül und mit einer Viskosität bei 40°C von 5 bis 32 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 1 bis 9 cSt und mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von 10¹³ Ωcm oder mehr enthält, und mindestens einen Bestandteil ausgewählt aus den durch die folgenden allgemeinen Formeln (1) bis (5) dargestellten Esterölen umfasst (R₁CH₂)₂C(CH₂OCOR₂)₂ (1) R₁CH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (2) C(CH₂OCOR₂)₄ (3) (R₂COOCH₂)₃CCH₂OCH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (4)
wobei R₁ H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, R₂ eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, R₃ eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und n eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist, wobei der Wickeldraht des Stators einen Kerndraht mit einem Lacküberzug umfasst, der eine Glasübergangstemperatur von 120°C oder mehr aufweist, und mindestens eine isolierende Schicht ausgewählt aus Schichten von Polyestern, Polyesterimiden, Polyamiden und Polyamidimiden umfasst; und der isolierende Film des Motors einen kristallinen Kunststofffilm mit einer Glasübergangstemperatur von 50°C oder mehr umfasst und wenigstens einen isolierenden Film ausgewählt aus Filmen von Polyethylenterephthalaten, Polybutylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polyetheretherketonen, Polyethylennaphthalaten, Polyamidimiden und Polyimiden umfasst.
Kältemittelverdichter vom Niederdruckgefäß-Typ, der ein mit einem Kältemaschinenöl beschicktes geschlossenes Gefäß umfasst, in dem sich ein aus einem Rotor und einem Stator mit einem Wickeldraht und einem isolierenden Film zusammengesetzter Motor, eine in den Rotor eingepasste Drehwelle und ein mit dem Motor über die Drehwelle verbundener Verdichterabschnitt befindet, und aus dem ein aus dem Verdichterabschnitt abgegebenes Hochdruck-Kältemittelgas direkt abgeführt wird, wobei das Kältemittel einen Fluorkohlenstoff und/oder Fluorkohlenwasserstoff, der kein Chlor enthält, enthält und eine kritische Temperatur von 40°C oder mehr aufweist, und wobei das Kältemaschinenöl als Grundöl ein Esteröl von einer oder mehreren Fettsäuren mit einem Gehalt an mindestens zwei Esterbindungen
im Molekül und mit einer Viskosität bei 40°C von 5 bis 15 cSt und einer Viskosität bei 100°C von 2 bis 4 cSt und mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von 10¹³ Ωcm oder mehr enthält, und mindestens einen Bestandteil ausgewählt aus den durch die folgenden allgemeinen Formeln (1) bis (5) dargestellten Esterölen umfasst (R₁CH₂)₂C(CH₂OCOR₂)₂ (1) R₁CH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (2) C(CH₂OCOR₂)₄ (3) (R₂COOCH₂)₃CCH₂OCH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (4)
wobei R₁ H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, R₂ eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, R₃ eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und n eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist, wobei der Wickeldraht des Stators einen Kerndraht mit einem Lacküberzug umfasst, der eine Glasübergangstemperatur von 120°C oder mehr aufweist, und mindestens eine isolierende Schicht ausgewählt aus Schichten von Polyestern, Polyesterimiden, Polyamiden und Polyamidimiden umfasst; und der isolierende Film des Motors einen kristallinen Kunststofffilm mit einer Glasübergangstemperatur von 50°C oder mehr umfasst und wenigstens einen isolierenden Film ausgewählt aus Filmen von Polyethylenterephthalaten, Polybutylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polyetheretherketonen, Polyethylennaphthalaten, Polyamidimiden und Polyimiden umfasst.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Esteröl durch die Formel: (R₁CH₂)₂C(CH₂OCOR₂)₂ (1) dargestellt wird, wobei R₁ H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und R₂ eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Esteröl durch die Formel: R₁CH₂C(CH₂OCOR₂)₃ (2) dargestellt wird, wobei R₁ H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und R₂ eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Esteröl durch die Formel: C(CH₂OCOR₂)₄ (3) dargestellt wird, wobei R₂ eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dem Kältemaschinenöl ein Mittel für extremen Druck zugesetzt ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 6, wobei mindestens ein Bestandteil ausgewählt aus säureabfangenden Mitteln, Antioxidantien und entschäumenden Mitteln dem Kältemaschinenöl zusammen mit dem Mittel für extremen Druck zugesetzt ist.
Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, wobei das Esteröl mindestens ein Bestandteil ausgewählt aus den Esterölen der Formeln (1) bis (4) ist.
Verwendung eines Kältemittelverdichters wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert, in einem Kühlzyklus, der mindestens folgende Bestandteile umfasst: den Verdichter, einen Kondensator, einen Trockner, einen Expansionsmechanismus und einen Verdampfer.