JP2024052371A - 圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示が解決しようとする課題は、ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を使用が用いられる圧縮機および冷凍サイクル装置において、圧縮機の腐食を抑制することである。【解決手段】圧縮機（３０）は、ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を使用し、ポリオールエステルまたはポリビニルエーテルを含む冷凍機油を使用して、冷凍サイクルを行う冷凍サイクル装置（２０）における圧縮機（３０）である。圧縮機（３０）は、摺動部（７９ｓ）を備える。摺動部（７９ｓ）は、５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下のシリコンを含むアルミニウム合金で構成される。冷凍機油は、酸捕捉剤または酸素捕捉剤を含み、下記関係式を満たす。冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧２．３＋２．６×（冷媒におけるハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコンの含有量［ｗｔ％］）【選択図】図２

Description

圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

従来より、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置は、空気調和装置や給湯機等に広く適用されている。

特許文献１（特開２０１０－２６５７７７号公報）には、この種の冷凍サイクル装置が開示されている。この特許文献１の冷媒回路には、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ、またはＨＦＯ－１２３４ｙｆを一成分とする混合冷媒が用いられている。この冷媒は、塩素原子や臭素原子を含まず、オゾン層の破壊への影響が小さいことが知られている。

ところで、特許文献１に記載の冷媒は、水分や酸素等に対して比較的不安定な分子構造を有するため、長期の冷凍サイクルに伴い冷媒が劣化して不純物等が生成してしまうことがある。このような不純物が生成されると、たとえば可動スクロールの摺動面や軸受け等の圧縮機における摺動部が腐食してしまうおそれがある。

本願の発明者らは、圧縮機の摺動部における腐食を抑制すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム合金により構成された摺動部の腐食抑制には、冷媒に配合されるハイドロフルオロオレフィンの量と摺動部のアルミニウム合金に含まれるシリコンの量とが関係することを新規に見出した。本願の発明者らは、かかる知見に基づきさらに研究を重ね、本開示の内容を完成するに至った。本開示は、以下の各観点に係る冷媒としての使用、および冷凍サイクル装置を提供する。

第１観点の圧縮機は、ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を使用し、ポリオールエステルまたはポリビニルエーテルを含む冷凍機油を使用して、冷凍サイクルを行う冷凍サイクル装置における圧縮機である。圧縮機は、摺動部を備える。摺動部は、５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下のシリコンを含むアルミニウム合金で構成される。冷凍機油は、酸捕捉剤または酸素捕捉剤を含み、下記関係式を満たす。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧２．３＋２．６×（冷媒におけるハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコンの含有量［ｗｔ％］）
第１観点の圧縮機では、上記式を満たす酸捕捉剤と酸素捕捉剤を含む冷凍機油が用いられている。したがって、ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒の劣化に起因する圧縮機の摺動部の腐食が抑制される。

第２観点の圧縮機は、第１観点の圧縮機であって、冷凍機油は、極圧剤を含む。

第３観点の圧縮機は、第１観点または第２観点の圧縮機であって、冷凍機油は、酸化防止剤を含む。

第４観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかに記載の圧縮機を備える。

図１は、実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る圧縮機の縦断面図である。 図３は、実施形態に係る圧縮機の圧縮機構の横断面図である。

冷凍サイクル装置の一例としての空気調和装置２０を例に挙げて説明する。

（１）空気調和装置の全体構成
本実施形態の空気調和装置２０は、図１に示すように、室外機２２と３台の室内機２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを備えている。なお、室内機２３の台数は、単なる例示である。

上記空気調和装置２０は、冷媒を充填されて冷凍サイクルを行う冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、室外機２２に収容される室外回路９と、各室内機２３に収容される室内回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、これらの室内回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃと室外回路９を接続する液側連絡配管１８およびガス側連絡配管１９と、を備えている。これらの室内回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、室外回路９に対して互いに並列に接続されている。

本実施形態の冷媒回路１０には、冷媒としてハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒が充填されている。ハイドロフルオロオレフィンは、たとえば、２，３，３，３－テトラフルオロ－１－プロペン（以下、「ＨＦＯ－１２３４ｙｆ」という）、１，２，３，３－テトラフルオロ－１－プロペン（以下、「ＨＦＯ－１２３４ｙｅ」という）、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（以下、「ＨＦＯ－１２３４ｚｅ」という）、３，３，３－トリフルオロ－１－プロペン（以下、「ＨＦＯ－１２４３ｚｆ」という）、１，１，２－トリフルオロエチレン（以下、「ＨＦＯ－１１２３」という）、１，２－ジフルオロエチレン（以下、「ＨＦＯ－１１３２」という）、１，１－ジフルオロエチレン（以下、「ＨＦＯ－１１３２ａ」という）、モノフルオロエチレン（以下、「ＨＦＯ－１１４１」という）、１，２，３，３，３－ペンタフルオロ－１－プロペン（以下、ＨＦＯ－１２２５ｙｅ）という）、１，２，２－トリフルオロ－１－プロペン、２－フルオロ－１－プロペン、およびこれらの混合冷媒が挙げられる。なお、１，２－ジフルオロエチレンは、トランス－１，２－ジフルオロエチレン［（Ｅ）－ＨＦＯ－１１３２］であってもよく、シス－１，２－ジフルオロエチレン［（Ｚ）－ＨＦＯ－１１３２］であってもよく、これらの混合物であってもよい。

冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒であってもよいし、ハイドロフルオロオレフィンのみからなる冷媒であってもよい。

冷媒は、上記ハイドロフルオロオレフィン以外の成分として、たとえば、ジフルオロメタン（以下、「ＨＦＣ－３２」という）、ペンタフルオロエタン（以下、「ＨＦＣ－１２５」という）、１，１，２，２－テトラフルオロエタン（以下、「ＨＦＣ－１３４」という）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（以下、「ＨＦＣ－１３４ａ」という）、１，１，１－トリフルオロエタン（以下、「ＨＦＣ－１４３ａ」という）、１，１－ジフルオロエタン（以下、「ＨＦＣ－１５２ａ」という）、ＨＦＣ－１６１、ＨＦＣ－２２７ｅａ、ＨＦＣ－２３６ｅａ、ＨＦＣ－２３６ｆａ、ＨＦＣ－３６５ｍｆｃ、メタン、エタン、プロパン、プロペン、ブタン、イソブタン、ペンタン、２－メチルブタン、シクロペンタン、ジメチルエーテル、ビストリフルオロメチル－サルファイド、二酸化炭素、ヘリウムのうち少なくとも１つが配合された混合冷媒であってもよい。

たとえば、冷媒としては、ＨＦＯ－１２３４ｙｆとＨＦＣ－３２の２成分からなる混合冷媒を用いてもよい。この場合は、ＨＦＯ－１２３４ｙｆとＨＦＣ－３２の混合冷媒は、冷凍サイクル装置で用いた場合の性能の観点から、ＨＦＯ－１２３４ｙｆの割合が３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であり、ＨＦＣ－３２の割合が２０ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下であることが好ましい。

また、ＨＦＯ－１２３４ｙｆとＨＦＣ－１２５の混合冷媒を用いてもよい。この場合は、ＨＦＣ－１２５の割合が１０ｗｔ％以上であるのが好ましく、さらに１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であるのがさらに好ましい。

また、ＨＦＯ－１２３４ｙｆとＨＦＣ－３２とＨＦＣ－１２５の３成分からなる混合冷媒を用いてもよい。

（２）室外回路
室外回路９には、圧縮機３０、室外熱交換器１１、室外膨張弁１２、および四路切換弁１３が設けられている。

圧縮機３０は、たとえば運転容量が可変なインバータ式の圧縮機として構成されている。圧縮機３０には、インバータを介して電力が供給される。圧縮機３０は、吐出側が四路切換弁１３の第２ポートＰ２に接続され、吸入側が四路切換弁１３の第１ポートＰ１に接続されている。なお、圧縮機３０についての詳細は後述する。

室外熱交換器１１は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器として構成されている。室外熱交換器１１の近傍には、室外ファン１４が設けられている。室外熱交換器１１では、室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。室外熱交換器１１は、一端が四路切換弁１３の第３ポートＰ３に接続され、他端が室外膨張弁１２に接続されている。また、四路切換弁１３の第４ポートＰ４は、ガス側連絡配管１９に接続されている。

室外膨張弁１２は、室外熱交換器１１と室外回路９の液側端との間に設けられている。室外膨張弁１２は、開度可変の電子膨張弁として構成されている。

四路切換弁１３は、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４とが連通して第２ポートＰ２と第３ポートＰ３とが連通する第１状態、つまり図１に実線で示す状態と、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３とが連通して第２ポートＰ２と第４ポートＰ４とが連通する第２状態、つまり図１に破線で示す状態とが切り換え自在に構成されている。

（３）室内回路
各室内回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃには、そのガス側端から液側端へ向かって順に、室内熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、室内膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃとが設けられている。

室内熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器として構成されている。室内熱交換器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの近傍には、室内ファン２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。室内熱交換器１５では、室内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。また、室内膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、開度可変の電子膨張弁として構成されている。

（４）圧縮機の構成
圧縮機３０は、たとえば全密閉の高圧ドーム型のスクロール圧縮機として構成されている。圧縮機３０の構成を図２および図３にしたがって説明する。

圧縮機３０は、縦型の密閉容器を形成するケーシング７０を備えている。ケーシング７０の内部には、下から上へ向かって、電動機８５と圧縮機構８２とが配置されている。

電動機８５は、ステータ８３とロータ８４とを備えている。ステータ８３は、ケーシング７０の胴部に固定されている。一方、ロータ８４は、ステータ８３の内側に配置され、クランク軸９０が連結されている。

圧縮機構８２は、可動スクロール７６と固定スクロール７５とを備え、スクロール式の圧縮機構を構成している。可動スクロール７６は、略円板状の可動側鏡板７６ｂと、渦巻き状の可動側ラップ７６ａとを備えている。可動側ラップ７６ａは可動側鏡板７６ｂの前面、つまり上面に立設されている。また、可動側鏡板７６ｂの背面、つまり下面には、クランク軸９０の偏心部が挿入された円筒状の突出部７６ｃが立設されている。可動スクロール７６は、オルダムリング７９を介して、可動スクロール７６の下側に配置されたハウジング７７に支持されている。一方、固定スクロール７５は、略円板状の固定側鏡板７５ｂと、渦巻き状の固定側ラップ７５ａとを備えている。固定側ラップ７５ａは固定側鏡板７５ｂの前面、つまり下面に立設されている。圧縮機構８２では、固定側ラップ７５ａと可動側ラップ７６ａとが互いに噛み合うことによって、両ラップ７５ａ，７６ａの接触部の間に複数の圧縮室７３が形成されている。

なお、本実施形態の圧縮機３０では、いわゆる非対称渦巻き構造が採用されており、固定側ラップ７５ａと可動側ラップ７６ａとで巻き数、つまり渦巻きの長さが相違している。上記複数の圧縮室７３は、固定側ラップ７５ａの内周面と可動側ラップ７６ａの外周面との間に構成される第１圧縮室７３ａと、固定側ラップ７５ａの外周面と可動側ラップ７６ａの内周面との間に構成される第２圧縮室７３ｂとから構成されている。

圧縮機構８２では、固定スクロール７５の外縁部に吸入ポート９８が形成されている。吸入ポート９８には、ケーシング７０の頂部を貫通する吸入管５７が接続されている。吸入ポート９８は、可動スクロール７６の公転運動に伴って、第１圧縮室７３ａと第２圧縮室７３ｂのそれぞれに間欠的に連通する。また、吸入ポート９８には、圧縮室７３から吸入管５７へ戻る冷媒の流れを禁止する吸入逆止弁が設けられている（図示省略）。

また、圧縮機構８２では、固定側鏡板７５ｂの中央部に吐出ポート９３が形成されている。吐出ポート９３は、可動スクロール７６の公転運動に伴って、第１圧縮室７３ａと第２圧縮室７３ｂのそれぞれに間欠的に連通する。吐出ポート９３は、固定スクロール７５の上側に形成されたマフラー空間９６に開口している。

ケーシング７０内は、円盤状のハウジング７７によって、上側の吸入空間１０１と下側の吐出空間１００とに区画されている。吸入空間１０１は、図示しない連通ポートを通じて、吸入ポート９８に連通している。吐出空間１００は、固定スクロール７５とハウジング７７とにわたって形成された連絡通路１０３を通じて、マフラー空間９６に連通している。運転中の吐出空間１００は、吐出ポート９３から吐出された冷媒がマフラー空間９６を通じて流入するので、圧縮機構８２で圧縮された冷媒で満たされる高圧空間になる。吐出空間１００には、ケーシング７０の胴部を貫通する吐出管５６が開口している。

本実施形態の圧縮機３０のケーシング７０内には、有機材料によって構成された部品として、ステータ８３の巻き線の絶縁被覆材料、絶縁フィルム、および圧縮機構８２のシール材料が用いられている。これらの部品には、高温高圧の冷媒に接触した場合でも、冷媒により物理的や化学的に変性を受けない物質で、特に耐溶剤性、耐抽出性、熱的・化学的安定性、耐発泡性を有する物質が用いられている。

具体的に、ステータ８３の巻き線の絶縁被覆材料は、ポリビニルフォルマール、ポリエステル、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミドの何れかが用いられている。なお、好ましいのは、上層がポリアミドイミド、下層がポリエステルイミドの二重被覆線である。また、上記物質以外に、ガラス転移温度が１２０℃以上のエナメル被覆を用いてもよい。

また、絶縁フィルムには、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）の何れかが用いられている。なお、絶縁フィルムに、発泡材料が冷凍サイクルの冷媒と同じ発泡フィルムを用いることも可能である。インシュレーター等の巻き線を保持する絶縁材料には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）の何れかが用いられている。ワニスには、エポキシ樹脂が用いられている。また、シール材料には、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド繊維やＮＢＲからなるパッキン、パーフルオロエラストマー、シリコンゴム、水素化ＮＢＲゴム、フッ素ゴムの何れかが用いられている。

また、ケーシング７０の底部には、冷凍機油が貯留される油溜まりが形成されている。また、クランク軸９０の内部には、油溜まりに開口する第１給油通路１０４が形成されている。また、可動側鏡板７６ｂには、第１給油通路１０４に接続する第２給油通路１０５が形成されている。この圧縮機３０では、油溜まりの冷凍機油が第１給油通路１０４および第２給油通路１０５を通じて低圧側の圧縮室７３に供給される。

上述のように、可動スクロール７６とハウジング７７との間には、オルダムリング７９が設けられている。オルダムリング７９は、可動スクロール７６の自転を防止するための自転防止機構を構成している。オルダムリング７９は、リング状に形成されており、リングの上側には互いに対向する位置にそれぞれスクロールキーが突設されている。また、オルダムリング７９の下側には、上記スクロールキーに対して周方向に９０度ずれた位置に一対のハウジングキーが突設されている。つまり、オルダムリング７９では、スクロールキーとハウジングキーとが、リング周方向において９０度ずれた位置に交互に設けられている。

上記可動スクロール７６の可動側鏡板７６ｂの背面側には、オルダムリング７９のスクロールキーに対応するように径方向に延びる第１ガイド溝が形成されている。また、ハウジング７７の上面には、オルダムリング７９のハウジングキーに対応するように径方向に延びる第２ガイド溝が形成されている。オルダムリング７９は、スクロールキーが第１ガイド溝に、ハウジングキーが第２ガイド溝にそれぞれ嵌合して摺動するように構成されている。これにより、可動スクロール７６は、クランク軸９０の回転するときに、オルダムリング７９によって自転が防止され、公転運動、つまり旋回運動のみが許容されている。このように、オルダムリング７９は、可動スクロール７６と摺接する摺動面と、ハウジング７７と摺接する摺動面と、を有している。

本実施形態のオルダムリング７９は、その全体が、ハイシリコンアルミニウム材料と称されるシリコンを含有するアルミニウム合金で構成されている。オルダムリング７９を構成するアルミニウム合金は、そのシリコンの含有量が５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下となっている。オルダムリング７９は、冷媒および冷凍機油に接触可能に配設され、可動スクロール７６やハウジング７７に対して互いに摺接する部位である摺動部７９ｓが５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下のシリコンを含有するアルミニウム合金で構成されている。なお、オルダムリング７９について、その摺動部７９ｓである外表面にだけに上記のアルミニウム合金を別体で形成しても良い。摺動部７９ｓのアルミニウム合金のシリコン含有量の好ましい下限は、たとえば、７ｗｔ％である。シリコン含有量の多い高価なアルミニウム合金の使用を抑制できる点で、摺動部７９ｓのアルミニウム合金のシリコン含有量の好ましい上限は２０ｗｔ％であり、さらに好ましくは１８ｗｔ％である。

（５）冷凍機油について
本実施形態では、ポリオールエステルおよびポリビニルエーテルの２種類の基油のうち少なくとも１種類を主成分とする冷凍機油を圧縮機３０に用いる。たとえば、本実施形態の冷凍機油には、この２種類のうちポリビニルエーテルを主成分とする冷凍機油が用いられている。なお、ここでの主成分は、冷凍機油のうち最も重量割合が大きな成分を意味する。

本実施形態の冷凍機油では、下記一般式Ｉで表される構成単位を有するポリビニルエーテルを主成分とする冷凍機油が用いられている。この構造のポリビニルエーテルは、ポリビニルエーテルの中でも、分子構造中に二重結合を１個有する冷媒との相溶性に優れている。

一般式Ｉにおいて、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、水素または炭素数が１以上８以下の炭化水素基を表している。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、同一でもよく、互いに異なっていてもよい。また、一般式Ｉにおいては、構成単位毎において、Ｒ４が炭素数が１または２のアルキル基が４０％以上１００％以下、炭素数が３または４のアルキル基が０％以上６０％以下の構成比を有している。

上記冷凍機油は、動粘度が４０℃において３０ｃＳｔ以上４００ｃＳｔ以下で、流動点が－３０℃以下で、表面張力が２０℃において０．０２Ｎ／ｍ以上０．０４Ｎ／ｍ以下で、さらに密度が１５℃において０．８ｇ／ｃｍ³以上１．８ｇ／ｃｍ³以下になっている。また、冷凍機油は、温度３０℃、相対湿度９０％における飽和水分量が２０００ｐｐｍ以上になり、アニリン点が所定の数値範囲の値となっている。ここで、「アニリン点」は、たとえば炭化水素系溶剤等の溶解性を示す数値であり、試料（ここでは冷凍機油）を等容積のアニリンと混合して冷やしたときに、互いに溶解し合えなくなって濁りがみえ始めたときの温度を表すものである（詳細は、ＪＩＳ Ｋ ２２５６で定義）。なお、これらの値は、冷媒が溶解しない状態の冷凍機油自体の値である。この点は、その他の実施形態に記載した冷凍機油も同じである。

本実施形態では、冷凍機油の主成分となるポリビニルエーテルが、冷媒としてのハイドロフルオロオレフィンに対して相溶性を有している。そして、冷凍機油の動粘度は、４０℃において４００ｃＳｔ以下である。このため、冷媒としてのハイドロフルオロオレフィンが、冷凍機油にある程度溶解する。また、冷凍機油の流動点が－３０℃以下であるため、冷媒回路１０において比較的低温部位でも、冷凍機油の流動性を確保できる。また、表面張力が２０℃において０．０４Ｎ／ｍ以下であるため、圧縮機３０から吐出された冷凍機油が冷媒によって押し流されにくくなるような大きな油滴になりにくい。したがって、圧縮機３０から吐出された冷凍機油は、冷媒に溶解して、冷媒と共に圧縮機３０に戻ってくる。

また、冷凍機油の動粘度が４０℃において３０ｃＳｔ以上であるため、動粘度が低すぎて油膜強度が不十分になることはなく、潤滑性能が確保される。また、表面張力が２０℃において０．０２Ｎ／ｍ以上であるため、圧縮機３０内のガス冷媒中で小さな油滴になりにくく、圧縮機３０から多量に冷凍機油が吐出されることがない。このため、圧縮機３０における冷凍機油の貯留量を充分に確保することができる。

また、冷凍機油の飽和水分量が、温度３０℃でかつ相対湿度９０％において２０００ｐｐｍ以上であるため、冷凍機油の吸湿性が比較的高いものとなる。これにより、冷媒中の水分を冷凍機油によって有る程度捕捉することが可能となる。ハイドロフルオロオレフィンは、含有される水分の影響により、変質または劣化し易い分子構造を有する。よって、冷凍機油による吸湿効果により、このような劣化を抑制することができる。

さらに、冷凍機油のアニリン点を所定の数値範囲の値とすることで、冷凍機油と所定の樹脂製機能部品（冷凍機油や冷媒に接触可能に配設された有機材から成る機能部品であり、たとえば摺動部材やシール部材等）との適合性が向上する。つまり、アニリン点を所定の数値範囲の値とすると、冷凍機油の影響により樹脂製機能部品が膨潤または縮小してしまうのを防止でき、樹脂製機能部品の機能が損なわれてしまうのを回避できる。

また、本実施形態の冷凍機油には、添加剤として、酸捕捉剤または酸素捕捉剤が添加されており、必要に応じてさらに極圧剤、酸化防止剤、消泡剤、油性剤、および銅不活性化剤が添加されている。酸捕捉剤と酸素捕捉剤以外の個々の添加剤の配合量は、冷凍機油に含まれる割合が０．０１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下になるように設定されることが好ましい。

酸捕捉剤の配合量、および酸素捕捉剤の配合量の合計配合量は、下記関係式を満たす。ただし、上記のとおり、酸捕捉剤と酸素捕捉剤とは、どちらか一方のみが配合されていてもよい。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］）
上記関係式は、次の方法により得られた。シリコン含有量が異なる複数のアルミ合金を用意し、スラスト摺動試験用のリングとした。それぞれのリングを用いて、ハイドロフルオロオレフィン含有量、ならびに、冷凍機油に配合される酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量を変更して、スラスト摺動試験を行った。試験条件は、速度５ｃｍ／ｓｅｃとした。スラスト摺動試験において、リングが焼付く直前のハイドロフルオロオレフィン含有量と、酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量と、の組合せをリングごとにプロットし、回帰直線を得た。この回帰直線の式を上記関係式とした。

Ｆ１＝２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］）と定義する。Ｆ１は、酸捕捉剤および酸素捕捉剤が捕捉できる冷媒中の酸の量を示す指標である。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量がＦ１未満であれば、酸捕捉剤および酸素捕捉剤による酸の捕捉が不十分となり、捕捉できなかった酸によりアルミ部品の腐食が発生しやすい。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量がＦ１以上であれば、酸捕捉剤および酸素捕捉剤による酸の捕捉が十分となり、アルミ部品の腐食を抑制することができる。

冷媒が一種または複数種類のハイドロフルオロオレフィンのみから構成されている場合には、酸捕捉剤の配合量および酸素捕捉剤の配合量の合計配合量は、たとえば、３．０ｗｔ％より多いことが好ましく、３．２ｗｔ％より多いことがより好ましい。

酸捕捉剤の配合量および酸素捕捉剤の配合量の合計配合量の上限は、たとえば、１０．０ｗｔ％である。酸捕捉剤の配合量および酸素捕捉剤の配合量の合計配合量が１０．０ｗｔ％を超えると、冷凍機油の粘性が低下する。その結果、潤滑性が低下し、摩耗が発生しやすい。なお、冷凍機油の粘性低下を抑制する観点から、冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量の上限は、たとえば「Ｆ１＋５．０ｗｔ％」であることが好ましく、「Ｆ１＋２．０ｗｔ％」であることがより好ましい。

酸捕捉剤には、たとえば、フェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α－オレフィンオキシド、エポキシ化大豆油などのエポキシ化合物を用いることができる。なお、これらの中で冷媒との相溶性の観点から好ましい酸捕捉剤は、フェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α－オレフィンオキシドである。アルキルグリシジルエーテルのアルキル基、およびアルキレングリコールグリシジルエーテルのアルキレン基は、分岐を有していてもよい。これらの炭素数は、３以上３０以下であればよく、４以上２４以下であればより好ましく、６以上１６以下であればさらに好ましい。また、α－オレフィンオキシドは、全炭素数が４以上５０以下であればよく、４以上２４以下であればより好ましく、６以上１６以下であればさらに好ましい。酸捕捉剤は、１種だけを用いてもよく、複数種類を併用することも可能である。

酸素捕捉剤には、たとえば、４，４’－チオビス（３－メチル－６－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール）、ジフェニルスルフィド、ジオクチルジフェニルスルフィド、ジアルキルジフェニレンスルフィド、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、フェノチアジン、ベンゾチアピラン、チアピラン、チアントレン、ジベンゾチアピラン、ジフェニレンジスルフィド等の含硫黄芳香族化合物、各種オレフィン、ジエン、トリエン等の脂肪族不飽和化合物、二重結合を持ったテルペン類等を用いることができる。酸素捕捉剤は、１種だけを用いてもよく、複数種類を併用することも可能である。

なお、極圧剤には、リン酸エステル類を含むものを用いることができる。リン酸エステル類としては、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、および酸性亜リン酸エステル等を用いることができる。また、極圧剤には、リン酸エステル類には、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル、および酸性亜リン酸エステルのアミン塩を含むものを用いることもできる。

また、上記以外の極圧剤を添加することも可能である。たとえば、モノスルフィド類、ポリスルフィド類、スルホキシド類、スルホン類、チオスルフィネート類、硫化油脂、チオカーボネート類、チオフェン類、チアゾール類、メタンスルホン酸エステル類等の有機硫黄化合物系の極圧剤、チオリン酸トリエステル類等のチオリン酸エステル系の極圧剤、高級脂肪酸、ヒドロキシアリール脂肪酸類、多価アルコールエステル類、アクリル酸エステル類等のエステル系の極圧剤、塩素化炭化水素類、塩素化カルボン酸誘導体等の有機塩素系の極圧剤、フッ素化脂肪族カルボン酸類、フッ素化エチレン樹脂、フッ素化アルキルポリシロキサン類、フッ素化黒鉛等の有機フッ素化系の極圧剤、高級アルコール等のアルコール系の極圧剤、ナフテン酸塩類（ナフテン酸鉛等）、脂肪酸塩類（脂肪酸鉛等）、チオリン酸塩類（ジアルキルジチオリン酸亜鉛等）、チオカルバミン酸塩類、有機モリブデン化合物、有機スズ化合物、有機ゲルマニウム化合物、ホウ酸エステル等の金属化合物系の極圧剤を用いることが可能である。

また、酸化防止剤には、フェノール系の酸化防止剤やアミン系の酸化防止剤を用いることができる。フェノール系の酸化防止剤には、２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール（ＤＢＰＣ）、２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－エチルフェノール、２，２’－メチレンビス（４－メチル－６－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール）、２，４－ジメチル－６－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール等がある。また、アミン系の酸化防止剤には、Ｎ，Ｎ’－ジイソプロピル－ｐ－フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’－ジ－ｓｅｃ－ブチル－ｐ－フェニレンジアミン、フェニル－α－ナフチルアミン、Ｎ．Ｎ’－ジフェニル－ｐ－フェニレンジアミン等がある。なお、酸化防止剤には、酸素を捕捉する酸素捕捉剤も用いることができる。

また、銅不活性化剤としては、ベンゾトリアゾールやその誘導体等を用いることができる。消泡剤としては、ケイ素化合物を用いることができる。油性剤としては、高級アルコール類を用いることができる。

また、本実施形態の冷凍機油には、必要に応じて、耐荷重添加剤、塩素捕捉剤、清浄分散剤、粘度指数向上剤、防錆剤、安定剤、腐食防止剤、および流動点降下剤等を添加することも可能である。個々の添加剤の配合量は、冷凍機油に含まれる割合が０．０１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であればよく、０．０５ｗｔ％以上３ｗｔ％以下であることが好ましい。また、本実施形態の冷凍機油は、塩素濃度が５０ｐｐｍ以下、さらに硫黄濃度が５０ｐｐｍ以下になっている。

（６）全体動作
上記空気調和装置２０の運転動作について説明する。この空気調和装置２０は、冷房運転と暖房運転とが実行可能になっており、四路切換弁１３によって冷房運転と暖房運転との切り換えが行われる。

（６－１）冷房運転
冷房運転時には、四路切換弁１３が第１状態に設定される。この状態で、圧縮機３０の運転が行われると、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒が、室外熱交換器１１において室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器１１で凝縮した冷媒は、各室内回路１７へ分配される。各室内回路１７では、流入した冷媒が、室内膨張弁１６で減圧された後に、室内熱交換器１５において室内空気から吸熱して蒸発する。一方、室内空気は冷却されて室内へ供給される。

各室内回路１７で蒸発した冷媒は、他の室内回路１７で蒸発した冷媒と合流して、室外回路９へ戻ってくる。室外回路９では、各室内回路１７から戻ってきた冷媒が、圧縮機３０で再び圧縮されて吐出される。なお、冷房運転中は、各室内膨張弁１６の開度が、室内熱交換器１５の出口における冷媒の過熱度が一定値になるように過熱度制御される。室内熱交換器１５の出口における冷媒の過熱度の一定値とは、たとえば５℃である。

（６－２）暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁１３が第２状態に設定される。この状態で、圧縮機３０の運転が行われると、圧縮機３０から吐出された高圧冷媒が、各室内回路１７へ分配される。各室内回路１７では、流入した冷媒が室内熱交換器１５において室内空気へ放熱して凝縮する。一方、室内空気は加熱されて室内へ供給される。室内熱交換器１５で凝縮した冷媒は、室外回路９で合流する。

室外回路９で合流した冷媒は、室外膨張弁１２で減圧された後、室外熱交換器１１において室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１１で蒸発した冷媒は、圧縮機３０で再び圧縮されて吐出される。なお、暖房運転中は、各室内膨張弁１２の開度が、室内熱交換器１５の出口における冷媒の過冷却度が一定値になるようにサブクール制御される。室内熱交換器１５の出口における冷媒の過冷却度の一定値とは、たとえば５℃である。

（７）特徴
（７－１）
上記のとおり、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ等のハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒は、水分や酸素等に対して比較的不安定な分子構造を有する。そのため、長期の冷凍サイクルに伴い冷媒が劣化してフッ酸やトリフルオロ酢酸などの強酸が生成してしまうことがある。このような強酸が生成されると、圧縮機３０の摺動部が物理的、または化学的に変性して劣化または損耗してしまう場合がある。その結果、圧縮機３０の摺動部において異常摩耗が発生しがちになる。

圧縮機３０の摺動部に使用するアルミ部品のＳｉ含有量を高めることで腐食を抑制することも考えられる。しかしながら、Ｓｉ含有量の高いアルミ合金は特殊な技術を必要とし、高価である。

ここで、本実施形態では、酸捕捉剤の配合量、および酸素捕捉剤の配合量の合計配合量は、下記関係式を満たす。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］）
Ｆ１＝２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］）と定義する。冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量がＦ１以上であれば、酸捕捉剤および酸素捕捉剤が冷媒中の酸を十分に捕捉できる。そのため、アルミ部品の腐食を抑制することができる。その結果、アルミ部品の異常摩耗の発生を抑制することができる。

（７－２）
また、本実施形態では、冷凍機油は、極圧剤を含む。このため、アルミ部品の腐食をさらに抑制することができる。

（７－３）
また、本実施形態では、冷凍機油は、酸化防止剤を含む。このため、アルミ部品の腐食をさらに抑制することができる。

（８）その他の実施形態
上記実施形態は、以下のように構成してもよい。

（８－１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、圧縮機構８２のオルダムリング７９の摺動部７９ｓを、５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下のシリコンを含有するアルミニウム合金で構成しているが、このアルミニウム合金を圧縮機構８２の他の摺動部に適用しても良い。

具体的には、上記の可動スクロール７６の摺動部や、クランク軸９０のジャーナル軸受けやスラスト軸受け等の軸受けに対する摺動部や、ジャーナル軸受けやスラスト軸受け等の軸受けのクランク軸９０に対する摺動部等に、上記のアルミニウム合金を適用しても良い。

可動スクロール７６の摺動部としては、たとえば、突出部７６ｃのうちクランク軸９０の偏心部に対して摺接する部分、可動側ラップ７６ａのうち固定スクロール７５の固定側ラップ７５ａに対して摺接する部分、可動側鏡板７６ｂのうちオルダムリング７９に対して摺接する部分等が挙げられる。

なお、摺動部を有する部材は、当該部材全体を上記アルミニウム合金で構成してもよいし、摺動面に露出している摺動部のみを上記アルミニウム合金で構成してもよい。

（８－２）他の実施形態Ｂ
また、上記実施形態では、圧縮機３０の圧縮機構８２がスクロール式の圧縮機構により構成されている。しかしながら、圧縮機構８２は、スイング式、ロータリ式、スクリュー式等の他の方式の圧縮機構であっても良い。このような他の方式においても、圧縮機構の所定の摺動部に上記のアルミニウム合金を適用しても良い。

（８－３）他の実施形態Ｃ
上記実施形態では、ポリオールエステルおよびポリビニルエーテルの２種類の基油のうちポリビニルエーテルを主成分とする冷凍機油が用いられる場合を例に挙げて説明した。これに対して、冷凍機油としては、ポリオールエステルを主成分とする冷凍機油を用いてもよい。

ポリオールエステルとしては、たとえば、「脂肪族多価アルコールと直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪酸とのエステル」、「脂肪族多価アルコールと直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪酸との部分エステル」、および、「脂肪族多価アルコールと炭素数が３以上９以下の直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪酸との部分エステルと、脂肪族二塩基酸若しくは芳香族二塩基酸とのコンプレックスエステル」のいずれかまたはその混合物を用いることが好ましい。これらのポリオールエステルは、ポリオールエステルの中でも、ハイドロフルオロオレフィン冷媒との相溶性に優れる。

「脂肪族多価アルコールと直鎖状または分岐鎖状の脂肪酸とのエステルまたは部分エステル」を形成する脂肪族多価アルコールには、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ソルビトール等を用いることができる。このうち脂肪族多価アルコールとしては、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、およびトリペンタエリスリトールが好ましい。

また、脂肪酸には、炭素数が３以上１２以下のものを用いることができ、たとえばプロピオン酸、酪酸、ピバリン酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、イソ吉草酸、ネオペンタン酸、２－メチル酪酸、２－エチル酪酸、２－メチルヘキサン酸、２－エチルヘキサン酸、イソオクタン酸、イソノナン酸、イソデカン酸、２，２－ジメチルオクタン酸、２－ブチルオクタン酸、３，５，５－トリメチルヘキサン酸を用いることができる。脂肪酸としては、炭素数が５以上１２以下の脂肪酸が好ましく、炭素数が５以上９以下の脂肪酸がさらに好ましい。具体的には、吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、２－メチルヘキサン酸、２－エチルヘキサン酸、イソオクタン酸、イソノナン酸、イソデカン酸、２，２－ジメチルオクタン酸、２－ブチルオクタン酸、３，５，５－トリメチルヘキサン酸等が好ましい。

また、「脂肪族多価アルコールと炭素数が３以上９以下の直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪酸との部分エステルと、脂肪族二塩基酸若しくは芳香族二塩基酸とのコンプレックスエステル」では、炭素数が５以上７以下の脂肪酸が好ましく、炭素数が５または６の脂肪酸がさらに好ましい。具体的には、吉草酸、ヘキサン酸、イソ吉草酸、２－メチル酪酸、２－エチル酪酸またはその混合物が好ましい。また、炭素数が５の脂肪酸と炭素数が６の脂肪酸を重量比で１０：９０以上９０：１０以下の割合で混合した脂肪酸を使用することができる。

また、脂肪族二塩基酸には、コハク酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、ドコサンナ二酸がある。また、芳香族二塩基酸には、フタル酸、イソフタル酸がある。コンプレックスエステルを調製するためのエステル化反応は、多価アルコールと二塩基酸を所定の割合で反応させて部分エステル化した後に、その部分エステルと脂肪酸とを反応させる。なお、二塩基酸と脂肪酸の反応順序を逆にしてもよく、二塩基酸と脂肪酸を混合してエステル化に供してもよい。

また、冷凍機油には、ポリアルキレングリコールが配合されていてもよい。ポリアルキレングリコールとしては、ハイドロフルオロオレフィン冷媒との相溶性が良好である観点から、分子式：Ｒ１（Ｒ２）_m（Ｒ３Ｏ）_nＲ４（但し、ｍおよびｎは整数で、Ｒ１およびＲ４は、水素、炭素数が１以上６以下のアルキル基またはアリール基を表し、Ｒ２およびＲ３は、炭素数が１以上４以下のアルキル基を表す。）で表される分子構造のポリアルキレングリコールが好ましい。

（８－４）他の実施形態Ｄ
また、上記実施形態について、ケイ酸や合成ゼオライトが乾燥剤として充填された乾燥機を冷媒回路１０に設けてもよい。

（８－５）他の実施形態Ｅ
また、上記実施形態について、冷凍サイクル装置２０が、暖房専用の空気調和装置であってもよいし、食品を冷却するための冷蔵庫や冷凍庫であってもよいし、空調機と冷蔵庫や冷凍庫とを組み合せた冷凍サイクル装置であってもよいし、冷媒回路１０の放熱器で水を加熱する給湯装置であってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以下に、本開示を実施例に基づいて説明する。なお、本開示は以下の実施例に記載したものに限定されるものではない。

本実施形態における圧縮機および冷凍サイクル装置が用いる冷凍機油の試験結果について説明する。冷凍機油の試験では、表１に記載の試験片を用いたスラスト摺動試験を実施して、冷凍機油が圧縮機および冷凍サイクル装置に与える影響を分析した。

冷凍機油には、ポリビニルエーテルと、表１に記載の配合量の酸捕捉剤および酸素捕捉剤を混合したものを用いた。

試験では、冷媒の種類および配合量、試験片のアルミ合金に含まれるシリコン含有量、ならびに、冷凍機油に配合される酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量を変更した。冷凍機油をディスクに塗布し、スラスト摺動試験を行った。試験条件は、速度５ｃｍ／ｓｅｃとした。スラスト摺動試験においてリングが焼付いた時の面圧（以下、焼付面圧という）（ＭＰａ）を測定し、現行品の焼付面圧と比較した。試験の結果を表１に示す。

表１より、酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量が、関係式から計算される酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量以上の実施例１～実施例６において、焼付面圧は現行品よりも高かった。

酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量が、関係式から計算される酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量未満の比較例１～比較例６において、焼付面圧は現行品よりも低かった。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

以上説明したように、本開示は、冷凍サイクルを行う冷凍サイクル装置および圧縮機について有用である。

１０ 冷媒回路
２０ 空気調和装置（冷凍サイクル装置）
３０ 圧縮機
７３ 圧縮室
７５ 固定スクロール
７６ 可動スクロール
７９ オルダムリング
７９ｓ 摺動部
８２ 圧縮機構

特開２０１０－２６５７７７号公報

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧（２．３＋２．６×（冷媒におけるハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコンの含有量［ｗｔ％］））／１００
第１観点の圧縮機では、上記式を満たす酸捕捉剤と酸素捕捉剤を含む冷凍機油が用いられている。したがって、ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒の劣化に起因する圧縮機の摺動部の腐食が抑制される。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧（２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］））／１００
上記関係式は、次の方法により得られた。シリコン含有量が異なる複数のアルミ合金を用意し、スラスト摺動試験用のリングとした。それぞれのリングを用いて、ハイドロフルオロオレフィン含有量、ならびに、冷凍機油に配合される酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量を変更して、スラスト摺動試験を行った。試験条件は、速度５ｃｍ／ｓｅｃとした。スラスト摺動試験において、リングが焼付く直前のハイドロフルオロオレフィン含有量と、酸捕捉剤および酸素捕捉剤の合計配合量と、の組合せをリングごとにプロットし、回帰直線を得た。この回帰直線の式を上記関係式とした。

Ｆ１＝（２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］））／１００と定義する。Ｆ１は、酸捕捉剤および酸素捕捉剤が捕捉できる冷媒中の酸の量を示す指標である。

冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧（２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］））／１００
Ｆ１＝（２．３＋２．６×（冷媒中のハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコン含有量［ｗｔ％］））／１００と定義する。冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量がＦ１以上であれば、酸捕捉剤および酸素捕捉剤が冷媒中の酸を十分に捕捉できる。そのため、アルミ部品の腐食を抑制することができる。その結果、アルミ部品の異常摩耗の発生を抑制することができる。

Claims (4)

1. ハイドロフルオロオレフィンを含む冷媒を使用し、ポリオールエステルまたはポリビニルエーテルを含む冷凍機油を使用して、冷凍サイクルを行う冷凍サイクル装置（２０）における圧縮機（３０）であって、
   ５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下のシリコンを含むアルミニウム合金で構成された摺動部７９ｓを備え、
   前記冷凍機油は、酸捕捉剤または酸素捕捉剤を含み、下記関係式を満たす、
   圧縮機。
   冷凍機油における酸捕捉剤と酸素捕捉剤の合計含有量［ｗｔ％］≧２．３＋２．６×（冷媒におけるハイドロフルオロオレフィンの含有量［ｗｔ％］）－１．６×（摺動部におけるシリコンの含有量［ｗｔ％］）
2. 前記冷凍機油は、極圧剤を含む、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記冷凍機油は、酸化防止剤を含む、
   請求項１に記載の圧縮機。
4. 請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機（３０）を備える、冷凍サイクル装置（２０）。

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