專(zhuān)利名稱(chēng)：加熱泵式供熱水機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱泵式供熱水機(jī)，具體地說(shuō)，涉及采用了二氧化碳冷凍劑的冷凍循環(huán)的密封型電動(dòng)壓縮機(jī)中使用的冷凍機(jī)油的技術(shù)。
背景技術(shù)：
最近，作為冷凍循環(huán)中使用的冷凍劑，從地球環(huán)境保護(hù)、難燃性、低毒性的觀點(diǎn)考慮，作為自然冷凍劑的二氧化碳(CO2)已引起注目。作為可采用該二氧化碳冷凍劑的制品，除加熱泵式供熱水機(jī)以外，還可以舉出電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)裝置、寒冷地區(qū)用供暖設(shè)備、自動(dòng)售貨機(jī)等。
另外，從地球環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的觀點(diǎn)考慮，要求更加節(jié)能及高效化，故采用以二氧化碳作冷凍劑的加熱泵式供熱水機(jī)。如果采用該加熱泵式供熱水機(jī)，與一般的家庭用供熱水機(jī)主流的煤氣方式相比，運(yùn)行成本低到約1/5，即使與電熱水器相比，效益系數(shù)(COPCoefficient ofPerformance)可達(dá)到3.0以上的高效率。另外，作為加熱泵式供熱水機(jī)的冷凍劑，當(dāng)采用HFC(Hydro Fluoro Carbons)時(shí)，從冷凍劑的熱物性考慮，最高僅給出約60℃的熱水，另外，必需有高輸出功率的壓縮機(jī)，當(dāng)采用以二氧化碳作冷凍劑的加熱泵式供熱水機(jī)時(shí)，從冷凍劑的熱物性考慮，也可給出約90℃的熱水。
在這里，加熱泵式供熱水機(jī)有2種供熱水方式，一種是利用深液的電力啟動(dòng)加熱泵循環(huán)，把家庭一天使用的熱水貯存在貯槽中的貯熱水方式。另一種是在使用熱水時(shí)啟動(dòng)加熱泵循環(huán)，僅給出必要量熱水的瞬時(shí)供熱水方式。在該瞬時(shí)供熱水方式中，通過(guò)加熱泵循環(huán)，在實(shí)際達(dá)到可供熱水前供應(yīng)熱水，故必需有輔助的小容積熱水貯槽。一般情況下，貯熱水方式是主流，但取決于熱水貯槽的容量，熱水的用量受到限制，故必需有大容量熱水貯槽，在加熱泵循環(huán)單元內(nèi)不能設(shè)置熱水貯槽，而必須有另外的熱水貯槽單元，所以，存在設(shè)置空間大，同時(shí)重量大等問(wèn)題。反之，當(dāng)采用瞬間式供熱水時(shí)，雖然必需有大輸出功率壓縮機(jī)，通過(guò)這樣運(yùn)行供應(yīng)熱水的問(wèn)題，但不必?fù)?dān)心熱水供給中斷，用輔助的小容量熱水貯槽就可以。因此，希望一種可在加熱泵循環(huán)單元內(nèi)設(shè)置熱水貯槽，設(shè)置空間小并且重量輕，可容易在公寓大樓等密集住宅區(qū)的狹小空間內(nèi)設(shè)置。另外，與貯熱水方式相比，具有工作時(shí)間可大幅減少，COP提高，更加節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
但是，在冷凍循環(huán)的壓縮機(jī)中，為進(jìn)行滑動(dòng)部的潤(rùn)滑、密封、冷卻等，一般把壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油封入冷凍劑中后使用。然而，采用二氧化碳冷凍劑的冷凍循環(huán)中，壓縮機(jī)的壓縮條件，因在高溫(120～130℃)、高壓(約15MPa)下，故采用的冷凍機(jī)油的使用條件也變得嚴(yán)格。因此，從確保壓縮機(jī)的可靠性方面考慮，要求冷凍機(jī)油的性狀適應(yīng)于潤(rùn)滑性、更加節(jié)能、高效率。另外，因電動(dòng)壓縮機(jī)的絕緣材料采用酯類(lèi)絕緣膜(主要是耐熱PET聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，故在體系內(nèi)當(dāng)大量水分存在時(shí)，由于生成碳酸氫離子與質(zhì)子，與原來(lái)的HFC冷凍劑氛圍氣相比，劣化顯著，因此，吸水性低的冷凍機(jī)油是優(yōu)選的。
以二氧化碳作冷凍劑的加熱泵式供熱水機(jī)中采用的冷凍機(jī)油，如專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的那樣，由于與冷凍劑的相溶性及熱化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良，故以?xún)赡┒送榛木蹃喭榛加蜑橹?。然而，聚亞烷基二醇油，作為電絕緣油的體積電阻率大大低于標(biāo)準(zhǔn)值(1013Ω·cm)，另外，介電常數(shù)ε非常高(ε＝約5.0)，故在電動(dòng)壓縮機(jī)工作時(shí)泄漏電流增大，存在難以滿(mǎn)足由電氣用品安全法規(guī)定的泄漏電流(漏電)允許值(1.0mA以下)的問(wèn)題。還有，電氣用品安全法是在規(guī)定電氣用品的制造、輸入、銷(xiāo)售等的同時(shí)，確保電氣用品的安全性，促進(jìn)民間個(gè)體業(yè)者自主的活動(dòng)，防止電氣用品引起的危險(xiǎn)及障礙的發(fā)生為目的的法律。因此，在電動(dòng)壓縮機(jī)工作時(shí)泄漏的電流，已知與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)相關(guān)而增大，與瞬間式加熱泵供熱水機(jī)同樣，當(dāng)一啟動(dòng)大容量電動(dòng)壓縮機(jī)使高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泄漏的電流變得非常大。另外，因聚亞烷基二醇油具有高的吸水性，故必需有用于水分管理的設(shè)備及時(shí)間。另外，由于聚亞烷基二醇油對(duì)水解穩(wěn)定，故油中水分有利于電動(dòng)壓縮機(jī)內(nèi)酯類(lèi)絕緣膜的水解，使絕緣特性下降。
另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，作為與聚亞烷基二醇油以外的與二氧化碳具有相溶性的冷凍機(jī)油，記載有多元醇酯油。然而，多元醇酯油與二氧化碳冷凍劑的相溶性過(guò)高，在壓縮機(jī)內(nèi)的溶解粘度大幅下降，封入的油粘度也變得非常高，壓縮部的密封性下降，壓縮效率的提高受到限制。特別是，采用二氧化碳的加熱泵循環(huán)，由于在超臨界狀態(tài)下運(yùn)行，當(dāng)相溶性過(guò)高時(shí)，從壓縮機(jī)內(nèi)流出后進(jìn)行冷凍循環(huán)的循環(huán)油增多，有壓力損失及熱交換效率大幅降低的危險(xiǎn)。
與此相對(duì)，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3、4中提出了采用介電常數(shù)等電氣特性?xún)?yōu)良、吸水性低、并且與二氧化碳非相溶性的烴油的方案。然而，烴油由于潤(rùn)滑性差，對(duì)以二氧化碳作冷凍劑的嚴(yán)格滑動(dòng)條件不適用。另外，作為烴油的聚α-烯烴油，粘度指數(shù)高，低溫流動(dòng)性?xún)?yōu)良，但從返回至壓縮機(jī)的量方面考慮是不太理想的。另外，烷基苯油由于粘度指數(shù)小，在冷凍循環(huán)的低溫部粘度增大而滯留，是不理想的。
特開(kāi)平10-46169號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]特開(kāi)2000-104084號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)3]特開(kāi)2001-294886號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)4]特開(kāi)2000-110725號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容基本上以二氧化碳作冷凍劑的加熱泵式供熱水機(jī)的電動(dòng)壓縮機(jī)中使用的冷凍機(jī)油，當(dāng)采用如專(zhuān)利文獻(xiàn)3、4中記載的具有不溶于二氧化碳或難溶于二氧化碳的性質(zhì)(非相溶性)的例如聚α-烯烴油或礦物油等烴油時(shí)，壓縮機(jī)的滑動(dòng)部的密封性良好，壓縮效率高，是優(yōu)選的。另外，這些烴油，因介電常數(shù)小、且吸水性低，故不存在泄漏電流增大、絕緣性惡化的問(wèn)題。
然而，烴油即使與二氧化碳不相溶，或相溶性小，在超臨界狀態(tài)下運(yùn)行的壓縮機(jī)，因高溫而流動(dòng)性加大，冷凍機(jī)油與冷凍劑一起從壓縮機(jī)流出，使在冷凍循環(huán)中循環(huán)。該被循環(huán)的冷凍機(jī)油，當(dāng)?shù)竭_(dá)冷凍循環(huán)的低溫部時(shí)，流動(dòng)性下降而產(chǎn)生滯留。因此，返回至壓縮機(jī)的油量減少，從而壓縮機(jī)內(nèi)的油量減少，引起滑動(dòng)部的油量缺乏，產(chǎn)生磨損或燒毀等不理想的問(wèn)題。還有，聚α-烯烴油，由于粘度指數(shù)高，低溫流動(dòng)性?xún)?yōu)良，但從返回至壓縮機(jī)的油量方面考慮未必是十分理想的。
在這里，為了確保返回至壓縮機(jī)內(nèi)的油量，與二氧化碳具有相溶性的冷凍機(jī)油是優(yōu)選的。然而，與二氧化碳具有相溶性的聚亞烷基二醇油，由于電學(xué)特性，特別是介電常數(shù)非常高，在電動(dòng)壓縮機(jī)工作時(shí)泄漏電流加大，存在難以滿(mǎn)足法定的泄漏電流允許值的問(wèn)題。另外，聚亞烷基二醇油因具有高吸水性，存在使電動(dòng)壓縮機(jī)的絕緣特性降低的問(wèn)題。即，當(dāng)在冷凍循環(huán)內(nèi)存在水分時(shí)，二氧化碳冷凍劑變成碳酸，產(chǎn)生酯類(lèi)絕緣膜的機(jī)械強(qiáng)度大幅下降、伸長(zhǎng)性降低等問(wèn)題。
另外，與二氧化碳具有相溶性的多元醇酯油，由于與二氧化碳冷凍劑的相溶性過(guò)高，當(dāng)在超臨界狀態(tài)下運(yùn)行，采用二氧化碳的加熱泵循環(huán)時(shí)，從壓縮機(jī)流出后，參與冷凍循環(huán)的油增多，有壓力損失及熱交換效率大幅降低的危險(xiǎn)。
在這里，本發(fā)明的課題是確保吸收壓縮二氧化碳冷凍劑的電動(dòng)壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油的油返回恃性，并且把電動(dòng)壓縮機(jī)的泄漏電流抑制到允許值以下。
本發(fā)明的特征在于，為了解決上述課題，作為密閉型電動(dòng)壓縮機(jī)中使用的冷凍機(jī)油，采用的是把多種油進(jìn)行混合，調(diào)整介電常數(shù)達(dá)到最大3.0的冷凍機(jī)油。
基本上是，在壓縮二氧化碳冷凍劑的電動(dòng)壓縮機(jī)中使用的冷凍機(jī)油，當(dāng)考慮油的返回特性時(shí)，與二氧化碳具有良好相溶性的冷凍機(jī)油是優(yōu)選的。本發(fā)明注意到，與油的返回特性?xún)?yōu)異的二氧化碳具有良好相溶性的冷凍機(jī)油，介電常數(shù)高、泄漏電流增大，而與二氧化碳不具有相溶性(或相溶性小)的冷凍機(jī)油，雖然油的返回特性差，但具有介電常數(shù)低，泄漏電流小的相反特性。
即，采用把多種油進(jìn)行混合，調(diào)整介電常數(shù)至最大3.0，可以得到具有與二氧化碳相溶性良好的冷凍機(jī)油。由此，可以確保在單獨(dú)使用非相溶性的冷凍機(jī)油時(shí)發(fā)生問(wèn)題的返回壓縮機(jī)的油返回特性，可以防止壓縮機(jī)滑動(dòng)部的磨損，同時(shí)，單獨(dú)使用相溶性冷凍機(jī)油時(shí)的問(wèn)題，即電動(dòng)壓縮機(jī)泄漏電流可以抑制到法定允許值以下。在這里，所謂與二氧化碳具有良好的相溶性的冷凍機(jī)油，意指可以確保返回至壓縮機(jī)的油量的粘度指數(shù)與低溫流動(dòng)性?xún)?yōu)良的冷凍機(jī)油。另外，介電常數(shù)按照J(rèn)IS C 2101規(guī)定的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。
在這里，混合的多種油，至少優(yōu)選是與二氧化碳的相溶性高的油以及與二氧化碳的相溶性低的油的混合油。例如，與二氧化碳的相溶性高的油是多元醇酯油，而與二氧化碳的相溶性低的油是從聚α-烯烴油與礦物油中至少選擇1種是優(yōu)選的。作為礦物油，可以采用萘類(lèi)礦物油或石蠟類(lèi)礦物油的任一種。
此時(shí)，多元醇酯油的混合比例為5～70重量％的范圍，除潤(rùn)滑性提高劑及抗氧化劑等一般的添加劑以外，其余的是聚α-烯烴油與礦物油的至少1種。更優(yōu)選的是，多元醇酯油的混合比例為5重量％～30重量％的范圍。當(dāng)多元醇酯油的混合比例低于5重量％時(shí)，得不到向壓縮機(jī)的充分返油量，由于混合油的潤(rùn)滑性變差，使滑動(dòng)部的摩耗增加。另外，當(dāng)多元醇酯油的混合比例大于70重量％時(shí)，油流出冷凍循環(huán)的量增多，壓力損失及熱交換效率有大幅下降的危險(xiǎn)。然而，多元醇酯油由于具有吸水性，水分管理不容易，會(huì)發(fā)生起因于水解的油劣化，是不理想的。
另外，在多元醇酯油中混入聚α-烯烴油與礦物油至少1種所得到的冷凍機(jī)油，動(dòng)態(tài)粘度在100℃處于5～15mm2/s的范圍，并且粘度指數(shù)為100以上是優(yōu)選的。即，由于二氧化碳的透過(guò)性大，故本發(fā)明的冷凍機(jī)油的粘度，與氟隆類(lèi)冷凍劑的冷凍機(jī)油相比，粘度雖然設(shè)定高出若干度，但從密封性考慮是優(yōu)選的。具體的是，在采用旋轉(zhuǎn)式冷凍劑壓縮機(jī)時(shí)，100℃的粘度為2～8mm2/s，而采用渦輪式壓縮機(jī)時(shí)，100℃的粘度為7～15mm2/s的范圍是優(yōu)選的。即，當(dāng)100℃的動(dòng)態(tài)粘度低于該值時(shí)，壓縮機(jī)得不到充分的耐摩耗性，另外，也不能充分保持密封性，壓縮效率下降。另外，當(dāng)100℃的動(dòng)態(tài)粘度高于該值時(shí)，由于粘性阻力、機(jī)械損失加大，使壓縮效率降低，另外，存在粘度加大，向壓縮機(jī)的返回流量減少的問(wèn)題。還有，冷凍機(jī)油的粘度按照J(rèn)IS K2283規(guī)定的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。
另外，本發(fā)明的冷凍機(jī)油的粘度指數(shù)，考慮到在冷凍循環(huán)的低溫部的冷凍機(jī)油的滯留，容易確保向壓縮機(jī)的返回流量的粘度指數(shù)達(dá)到100以上是優(yōu)選的。還有，在本發(fā)明的冷凍機(jī)油中即使添加潤(rùn)滑性提高劑、抗氧化劑、酸捕捉劑、消泡劑、金屬鈍化劑等也完全無(wú)問(wèn)題。
另外，聚α-烯烴油具有分子量分布，碳數(shù)20～50范圍的構(gòu)成成分為全體的50重量％以上是優(yōu)選的。當(dāng)碳數(shù)20以下的成分含量多時(shí)，在壓縮機(jī)內(nèi)處于高壓臨界狀態(tài)下的二氧化碳冷凍劑，使油從壓縮機(jī)流出變得容易，當(dāng)碳數(shù)50以上的成分含量多時(shí)，低溫的流動(dòng)性顯著降低，是不優(yōu)選的。
另外，作為多元醇酯油，由多元醇與1元脂肪酸合成的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的位阻型是優(yōu)選的。例如，作為多元醇，可以舉出季戊四醇、二季戊四醇。作為1元脂肪酸，可以舉出戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-甲基丁酸、2-甲基戊酸、2-甲基己酸、2-乙基己酸、異辛酸、3，5，5-三甲基己酸，這些既可單獨(dú)使用，也可使用2種以上的混合脂肪酸。特別是，作為冷凍機(jī)油的基油，分子中至少有4個(gè)酯鍵的以下列通式(化1)～(化2)表示的脂肪酸的酯油中選擇至少1種是優(yōu)選的。但式中的R表示碳數(shù)4～11的烷基。
[化2](R-COO-CH2-)3-C-CH2-O-CH2-C-(-CH2-OCO-R)3另外，作為礦物油，可以采用萘類(lèi)礦物油或石蠟類(lèi)礦物油。例如，石蠟基類(lèi)原油、中間基類(lèi)原油或萘基類(lèi)原油，通過(guò)常壓蒸餾，或把常壓蒸餾的殘?jiān)瓦M(jìn)行減壓蒸餾，把得到的餾出油用常用方法進(jìn)行精制而得到的精制油，或精制后再通過(guò)深度脫蠟處理而得到的深度脫蠟油，再通過(guò)氫化處理而得到的氫化處理油等。對(duì)此時(shí)的精制法未作特別限定，可以采用各種方法。
發(fā)明效果按照本發(fā)明，可以確保吸收壓縮二氧化碳冷凍劑的電動(dòng)壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油的油返回特性，并且把電動(dòng)壓縮機(jī)的泄漏電流抑制到允許值以下。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施方案的加熱泵式供熱水機(jī)的基本的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2是圖1實(shí)施方案的主要機(jī)器配置圖。
圖3是本發(fā)明適用的密閉型電動(dòng)壓縮機(jī)的一實(shí)施方案的臥式渦輪式壓縮機(jī)的縱剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例的冷凍機(jī)油中使用的化合物A(PAO)與化合物B(POE)的性質(zhì)與特性不同的化合物。
圖5是表示采用本發(fā)明實(shí)施例1中冷凍機(jī)油，實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目，與采用比較例1～3的冷凍機(jī)油實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目的對(duì)比圖。
圖6表示是采用本發(fā)明實(shí)施例2～6中冷凍機(jī)油，實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目，與采用比較例4～6的冷凍機(jī)油實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目的對(duì)比圖。
圖7表示是采用本發(fā)明實(shí)施例7～9中冷凍機(jī)油，實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目，與采用比較例7～9的冷凍機(jī)油實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目的對(duì)比圖。
圖8表示是采用本發(fā)明實(shí)施例10中冷凍機(jī)油，實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目，與采用比較例10的冷凍機(jī)油實(shí)施的加熱泵式供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)項(xiàng)目的對(duì)比圖。
符號(hào)說(shuō)明1A、1B 壓縮機(jī)2 水冷卻劑熱交換器3A、3B 電動(dòng)膨脹閥4A、4B 空氣側(cè)熱交換器5A、5B 送風(fēng)扇6 給水口7 熱水貯槽8 熱水出口9 固定渦輪構(gòu)件10、12 端板11 渦卷狀蓋板13 蓋板14 旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件15 曲柄軸16 排出口18 壓力容器19 電動(dòng)馬達(dá)20 冷凍機(jī)油22 滑動(dòng)軸承具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施方案說(shuō)明本發(fā)明。在這里，對(duì)本發(fā)明采用二氧化碳的加熱泵式供熱水機(jī)(下面簡(jiǎn)稱(chēng)供熱水機(jī))的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明又不限于這些，還可以用于以二氧化碳作冷凍劑的電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)裝置、寒冷地區(qū)用供暖設(shè)備、自動(dòng)售貨機(jī)等。
圖1示出一實(shí)施方案供熱水機(jī)的基本系統(tǒng)構(gòu)成圖，圖2示出本實(shí)施方案的主要機(jī)器配置圖。如圖1所示，本實(shí)施方案的供熱水機(jī)，可以分成使二氧化碳冷凍劑循環(huán)的冷凍劑循環(huán)以及加熱供給水的循環(huán)。圖中的實(shí)線為冷凍劑循環(huán)，虛線為水循環(huán)。另外，本實(shí)施方案的供熱水機(jī)，在使用熱水時(shí)，啟動(dòng)加熱泵循環(huán)，必要量的熱水供給方式為瞬間式，但又不限于這些。但是，瞬間式供熱水機(jī)，由于采用高輸出功率壓縮機(jī)，特別是泄漏電流及壓縮機(jī)摩耗成為問(wèn)題。另外，由于瞬間式供熱水機(jī)要求高輸出功率，故在本實(shí)施方案中冷凍制循環(huán)具有2個(gè)系統(tǒng)，但又不限于這些。
首先，對(duì)二氧化碳冷凍劑循環(huán)加以說(shuō)明。壓縮機(jī)1A、1B，壓縮低溫、低壓的冷凍劑氣體，排出高溫及高壓的冷凍劑氣體，送至水冷凍劑熱交換器2。送至水冷凍劑熱交換器2的冷凍劑氣體，其中熱量被交換至低溫的水。然后，通過(guò)電動(dòng)膨脹閥3A、3B，把變成低溫及低壓的冷凍劑送至空氣側(cè)熱交換器4A、4B。進(jìn)入空氣側(cè)熱交換器4A、4B的冷凍劑從周?chē)鼰岫舭l(fā)，通過(guò)送風(fēng)扇5A、5B放出冷氣。從空氣側(cè)熱交換器4A、4B出來(lái)的低溫及低壓的冷凍劑氣體，再次被吸入壓縮機(jī)1A、1B，成為重復(fù)以下同樣循環(huán)的構(gòu)成。二氧化碳冷凍劑由于達(dá)到超臨界循環(huán)，故在高壓側(cè)超過(guò)臨界點(diǎn)，可任意設(shè)定壓力，容易得到接近100℃的高溫水。
其次，對(duì)水進(jìn)行加熱的循環(huán)進(jìn)行說(shuō)明。從給水口供結(jié)的低溫水，被送至水冷凍劑熱交換器2，從冷凍劑得到熱而變成熱水，一旦送至熱水貯槽7后，從熱水出口8給出熱水。此時(shí)，供給的水，與從水冷凍劑熱交換器2直接送出的熱水混合，也可用于調(diào)節(jié)供供熱水出口8的熱水溫度。另外，水冷凍劑熱交換器2除給水以外，還把用于保溫的熱水貯槽7的熱水進(jìn)行再加熱，或者，在圖中未示出，可以用作浴池、浴槽追加熱等、還有地板加熱或浴室加熱用的總能源系統(tǒng)的熱源。
采用一般的加熱泵式供熱水機(jī)的熱水貯藏方式，由于必需有大容量熱水貯槽，熱源單元與熱水貯槽單元應(yīng)分別安放在室內(nèi)，但本實(shí)施方案的采用瞬間式供熱水方式時(shí)，熱水貯槽7可用容量小的輔助槽即可，因此，如圖2所示，熱源單元與熱水貯槽單元可制成一體型，設(shè)備實(shí)現(xiàn)緊湊化。
作為壓縮機(jī)1A、1B，采用渦輪式或旋轉(zhuǎn)式等的容積形壓縮機(jī)為主，作為一例，采用臥式渦輪式壓縮機(jī)的密閉型電動(dòng)壓縮機(jī)的縱剖圖示于圖3。如圖所示，壓縮機(jī)1A、1B是將在固定渦輪構(gòu)件9的端板10上直立的螺旋狀蓋板11；和，與該固定渦輪構(gòu)件9實(shí)質(zhì)上相同形狀的端板12和由蓋板13構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件14；與蓋板11及蓋板13互相相對(duì)咬合，形成壓縮機(jī)構(gòu)部。然而，當(dāng)旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件14通過(guò)曲柄軸15作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在固定渦輪構(gòu)件9及旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件14形成的壓縮室15a、15b、……中，處于最外側(cè)的壓縮室，隨著作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，容積逐漸縮小，面向兩固定渦輪構(gòu)件9、14的中心移動(dòng)。當(dāng)壓縮室15a、15b、……到達(dá)兩固定渦輪構(gòu)件9、14的中心近傍時(shí)，壓縮室15a、15b、……與排出口16連通，兩壓縮室內(nèi)的壓縮氣體從排出管17排至壓縮機(jī)外。
在圖3的壓縮機(jī)中，在壓力容器18內(nèi)安裝有電動(dòng)馬達(dá)19，壓縮機(jī)以一定速度，或通過(guò)未圖示的反相器控制電壓以對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度，使曲柄軸15旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行壓縮動(dòng)作。另外，在排出管17的下部設(shè)置貯油部，該冷凍機(jī)油20通過(guò)壓力差，通過(guò)設(shè)置在曲柄軸15上的油孔21，供給旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件14與曲柄軸15的滑動(dòng)部、滑動(dòng)軸承22等。
下面，對(duì)本實(shí)施方案的以二氧化碳作冷凍劑的供熱水機(jī)的壓縮機(jī)1A、1B中使用的冷凍機(jī)油的實(shí)施例說(shuō)明如下。
實(shí)施例1在實(shí)施例1中，采用圖1的實(shí)施方案的供熱水機(jī)，運(yùn)行2160小時(shí)，進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)。該實(shí)機(jī)試驗(yàn)在作為夏天條件20℃的恒溫室內(nèi)使供熱水機(jī)運(yùn)行，把所供熱水溫度設(shè)定在高溫貯熱水條件的60℃。另外，圖4示出本發(fā)明實(shí)施例及比較例中使用的化合物(冷凍機(jī)油)A～K的性質(zhì)及特性。在該圖中，化合物的種類(lèi)PAO為聚α-烯烴油、POE為受阻型多元醇酯油(季戊四醇/二季戊四醇類(lèi)的支鏈混合脂肪酸酯)、PAG為聚亞烷基二醇油(聚丙烯的兩末端二甲醚)。
實(shí)施例1的冷凍機(jī)油，如圖5所示，圖4的化合物A(PAO)與化合物B(POE)以80/20重量％進(jìn)行混合，封入壓縮機(jī)。在圖5的比較例1～3中，構(gòu)成實(shí)施例1的混合油成分的化合物A(PAO)單獨(dú)；和，化合物B(POE)單獨(dú)；和，作為二氧化碳用冷凍機(jī)油主流的化合物C(PAG)封入壓縮機(jī)，與實(shí)施例1同樣進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)。
在這里，對(duì)實(shí)機(jī)試驗(yàn)中的冷凍機(jī)油的評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行說(shuō)明。從確保供熱水機(jī)的可靠性方面考慮，抑制壓縮機(jī)的摩耗是重要的。因此，在供熱水機(jī)的評(píng)價(jià)中著眼于壓縮機(jī)的摩耗狀態(tài)，測(cè)定試驗(yàn)前后因滑動(dòng)軸承與軸間摩耗而引起的間隙增加量。當(dāng)滑動(dòng)軸承與軸間的間隙增加量越增加，表示摩耗量越大，一般伴隨著間隙增加量增加，振動(dòng)及噪聲加大。另外，調(diào)查運(yùn)行后壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油殘留量，測(cè)定試驗(yàn)中使用的冷凍機(jī)油的總酸值。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)與冷凍機(jī)的相溶性變差，向壓縮機(jī)的返回油量變少，引起滑動(dòng)部的潤(rùn)滑不良。另外，為了測(cè)定泄漏電流，將一個(gè)過(guò)濾器電路與交流電源進(jìn)行接地連接，測(cè)定另一端子間的交流電壓，把該電壓用1kΩ除的值作為泄漏電流測(cè)出。在啟動(dòng)供熱水機(jī)時(shí)，泄漏電流加大，運(yùn)行開(kāi)始1分鐘內(nèi)的最高電流值示于圖5。另外，測(cè)定COP(Coefficient of Performance)，以比較例3的COP作為100％(基準(zhǔn))加以記載。
本試驗(yàn)的目標(biāo)值，因滑動(dòng)軸承與軸間的摩耗，間隙增加量達(dá)到15μm以下，泄漏電流值為1.0mA以下，試驗(yàn)后壓縮機(jī)內(nèi)殘留油量未減少，COP以比較例3作為100％時(shí)達(dá)到100％以上，總酸值達(dá)到0.1mgKOH/g以下，以滿(mǎn)足上述所有項(xiàng)目作為目標(biāo)。
實(shí)施例1及比較例1～3的評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖5。圖中的( )內(nèi)表示混合油的重量混合比。圖5中一并示出實(shí)施例及比較例的冷凍機(jī)油的介電常數(shù)、粘度指數(shù)。從圖5可知，本發(fā)明的實(shí)施例1的冷凍機(jī)油與比較例1、2的冷凍機(jī)油相比，可以抑制摩耗，因此，可以得到供熱水機(jī)的高可靠性。另外，采用實(shí)施例1的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)的泄漏電流無(wú)問(wèn)題，而采用比較例3的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)的泄漏電流非常大，有觸電的問(wèn)題。另外，如圖5所示，介電常數(shù)因使用的冷凍機(jī)油而異，特別是比較例3的聚亞烷基二醇油的電特性差。采用實(shí)施例1的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)的殘油量，與顯示二氧化碳相溶性的比較例2、3無(wú)大的差異，可以確保向壓縮機(jī)的充分的返油量。另一方面，比較例1由于是顯示與冷凍劑不相溶性的冷凍機(jī)油，從冷凍劑循環(huán)的低溫部的電動(dòng)膨脹閥3至空氣側(cè)熱交換器4出現(xiàn)大量滯留，壓縮機(jī)內(nèi)的殘油量大幅降低，摩耗增加。
另外，采用實(shí)施例1的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)，因二氧化碳冷凍劑不溶于構(gòu)成混合油的化合物A，故可充分確保壓縮部的密封性，與比較例3相比，COP上升。反之，比較例2由于冷凍劑對(duì)冷凍機(jī)油的溶解性非常大，從壓縮機(jī)向冷凍劑循環(huán)的返回油量增大，熱交換效率降低。另外，因冷凍劑易溶，溶解粘度下降，壓縮機(jī)壓縮部不能充分保持密封性，COP下降。另外，實(shí)施例1的冷凍機(jī)油的總酸值也達(dá)到無(wú)問(wèn)題的程度，但比較例2的多元醇酯油因水解而劣化，總酸值變高。
如圖5的比較例1～3所示，單獨(dú)使用1種冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)，得不到全部滿(mǎn)足評(píng)價(jià)項(xiàng)目的供熱水機(jī)。還有，圖5中未示出，但即使用礦物油代替聚α-烯烴油，也可得到與實(shí)施例1同樣的結(jié)果。
實(shí)施例2～實(shí)施例6下面把供熱水機(jī)的設(shè)置溫度設(shè)定在比實(shí)施例1低的中間條件的7℃，其他條件與實(shí)施例1同樣進(jìn)行試驗(yàn)，得到圖6所示的評(píng)價(jià)結(jié)果。還有，測(cè)定的評(píng)價(jià)項(xiàng)目也與圖5相同。
實(shí)施例2～6，采用實(shí)施例1中可以確保性能提高的化合物A與化合物B的混合油，改變混合油的濃度。另外，比較例4、5中，化合物A與化合物B中的化合物B的混合濃度采用低于5重量％，和采用大于70重量％。比較例6，采用主流化合物C作為二氧化碳用冷凍機(jī)油，進(jìn)行同樣的試驗(yàn)。
實(shí)施例2～6及比較例4～6的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖6所示。圖中的( )內(nèi)表示混合油的重量混合比。圖6中一并示出實(shí)施例及比較例的冷凍機(jī)油的介電常數(shù)、粘度指數(shù)。從圖6可知，采用本發(fā)明的實(shí)施例2～6的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)，化合物B(POE)的混合比例達(dá)到5重量％～70重量％，可以降低滑動(dòng)軸承與軸之間的間隙增加量，并且與比較例6相比，可以大幅抑制泄漏電流。另外，殘留油量也充分，以比較例6為基準(zhǔn)的COP也上升或保持。經(jīng)確認(rèn)，試驗(yàn)中使用的實(shí)施例2～6的冷凍機(jī)油的總酸值也增加。
反之，采用比較例4的化合物B(POE)的混合濃度為3重量％的混合油的供熱水機(jī)，由于與二氧化碳的相溶性不充分，殘留油量少，滑動(dòng)軸承與軸之間的間隙增加量加大。另外，如比較例5所示，化合物B(POE)的混合濃度大于70重量％的混合油的供熱水機(jī)，由于冷凍劑對(duì)冷凍機(jī)油的溶解性非常大，從壓縮機(jī)向冷凍劑循環(huán)的油量增大，熱交換效率下降。另外，由于冷凍劑容易溶解，溶解粘度下降，不能確保壓縮機(jī)壓縮部的充分密封性，故COP降低，試驗(yàn)油的總酸值變高。
因此，用化合物B(多元醇酯油)對(duì)化合物A(聚α-烯烴油)的混合比例為5重量～70重量％范圍內(nèi)的混合油作為冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)，可以得到滿(mǎn)足全部評(píng)價(jià)項(xiàng)目的供熱水機(jī)。還有，化合物B(多元醇酯油)對(duì)化合物A(聚α-烯烴油)的混合比例，考慮混合油的相溶性及耐水解性，以10重量％～30重量％的比例配合是更優(yōu)選的。
實(shí)施例7～實(shí)施例9下面把供熱水機(jī)的設(shè)置溫度設(shè)定在比實(shí)施例2～6低的冬季條件-5℃，其他條件與實(shí)施例1同樣進(jìn)行試驗(yàn)，得到圖7所示的評(píng)價(jià)結(jié)果。還有，測(cè)定的評(píng)價(jià)項(xiàng)目與圖5相同。
實(shí)施例7～9，采用實(shí)施例2～6中可以確保性能提高的化合物A(聚α-烯烴油)與化合物B(多元醇酯油)的混合油，混合油濃度固定在80/20重量％，改變混合油的粘度進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)。在實(shí)施例7中，采用圖4所示的化合物D(PAO)與化合物E(POE)的混合油作為冷凍機(jī)油。實(shí)施例8采用與實(shí)施例1同樣的混合油，在實(shí)施例9中采用化合物F(PAO)與化合物G(POE)的混合油，其粘度為5～15mm2/s的范圍。
另一方面，在比較例7中，采用化合物H(PAO)與化合物I(POE)的混合油，在比較例8中采用化合物J(PAO)與化合物K(POE)的混合油，其粘度為低于5mm2/s，或大于15mm2/s。在比較例9中，采用化合物C(PAG)，與實(shí)施例7同樣進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)。
實(shí)施例7～9及比較例7～9的試驗(yàn)結(jié)果示于圖7。圖7的括號(hào)()之內(nèi)表示混合油的重量比例。另外，圖7上還一并示出實(shí)施例及比較例的的冷凍機(jī)油介電常數(shù)、粘度指數(shù)。從圖7可知，采用本發(fā)明的實(shí)施例2～6的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)，封入壓縮機(jī)的PAO(聚α-烯烴油)與POE(多元醇酯油)的混合油粘度為5～15mm2/s的范圍，可以降低滑動(dòng)軸承與軸之間的間隙增加量，并且與比較例9相比，可大幅抑制泄漏電流。另外，殘留油也充分，以比較例9作基準(zhǔn)的COP也上升或保持。試驗(yàn)中使用的冷凍機(jī)油的總酸值也不增加。
反之，比較例7采用粘度低于5mm2/s的混合油的供熱水機(jī)，粘度過(guò)低，不能形成充分的油膜，滑動(dòng)軸承與軸之間的間隙增加量加大，另外，壓縮部也不能保持充分的密封性，COP下降。反之，如比較例8所示，當(dāng)混合油的粘度過(guò)高時(shí)，由于壓縮機(jī)的粘度阻力、機(jī)械損失增大，COP下降。
從這些分析可知，按照本發(fā)明的實(shí)施例7～9，PAO(聚α-烯烴油)與POE(多元醇酯油)的混合油的粘度為5～15mm2/s的范圍，可以得到滿(mǎn)足全部評(píng)價(jià)項(xiàng)目的供熱水機(jī)。
實(shí)施例10下面把供熱水機(jī)的設(shè)置溫度設(shè)定在比實(shí)施例7～9更低的嚴(yán)冬條件-15℃，其他條件與實(shí)施例1同樣進(jìn)行試驗(yàn)，得到圖8所示的評(píng)價(jià)結(jié)果。還有，測(cè)定的評(píng)價(jià)項(xiàng)目與圖5相同。
實(shí)施例10，與實(shí)施例8同樣，采用化合物A(PAO)與化合物B(POE)的混合油，濃度為80/20重量％，進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)。比較例10，與比較例9相同，用主流化合物C(PAG)作為二氧化碳用冷凍機(jī)油。
從圖8可知，按照實(shí)施例10進(jìn)行試驗(yàn)，與實(shí)施例8相比，滑動(dòng)軸承間隙增加量、泄漏電流及總酸值有若干惡化，但殘留油量無(wú)問(wèn)題，關(guān)于COP，可以得到優(yōu)于比較例10的結(jié)果。因此可知，本發(fā)明的實(shí)施例10的冷凍機(jī)油，即使在-15℃的環(huán)境中使用也可以。
以上，從采用實(shí)施例1～10的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果可知，采用本發(fā)明的冷凍機(jī)油的供熱水機(jī)，可以充分確保返回至壓縮機(jī)的油量，抑制壓縮機(jī)的摩耗，并且，可把冷凍機(jī)油的介電常數(shù)抑制到3.0以下，故泄漏電流可抑制到允許值以下。另外，因可確保返回至壓縮機(jī)的油量，故COP可以提高。
還有，在本實(shí)施方案的供熱水機(jī)中，用高壓容器方式的渦輪式壓縮機(jī)作為密閉型電動(dòng)壓縮機(jī)，但本發(fā)明并不限于此，采用2段壓縮式壓縮機(jī)，或輥與葉片一體化的振動(dòng)式壓縮機(jī)，也可以得到同樣的效果。
權(quán)利要求
1.加熱泵式供熱水機(jī)，該加熱泵式供熱水機(jī)具有冷凍循環(huán)，該循環(huán)是通過(guò)采用吸入壓縮二氧化碳冷凍劑的密閉型電動(dòng)壓縮機(jī)；把上述壓縮機(jī)排出的冷凍劑進(jìn)行放熱的第1熱交換器；把從該第1熱交換器流出的冷凍劑進(jìn)行減壓的減壓器；和，對(duì)上述減壓器減壓的冷凍劑的熱進(jìn)行吸熱的第2熱交換器進(jìn)行循環(huán)；并通過(guò)上述第1熱交換器加熱供給水，生成熱水，其特征在于，上述密閉型電動(dòng)壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油是多種油混合，將介電常數(shù)調(diào)整至最大3.0的冷凍機(jī)油。
2.按照權(quán)利要求1中記載的加熱泵式供熱水機(jī)，其特征在于，上述冷凍機(jī)油是由與二氧化碳相溶性高的油和與二氧化碳相溶性低的油的至少2種油混合構(gòu)成的。
3.按照權(quán)利要求2中記載的加熱泵式供熱水機(jī)，其特征在于，上述與二氧化碳相溶性高的油是多元醇酯油，與二氧化碳相溶性低的油是聚α-烯烴油和礦物油的至少1種。
4.按照權(quán)利要求3中記載的加熱泵式供熱水機(jī)，其特征在于，上述冷凍機(jī)油中上述多元醇酯油的混合比例為5～70重量％的范圍。
5.按照權(quán)利要求3中記載的加熱泵式供熱水機(jī)，其特征在于，上述冷凍機(jī)油的動(dòng)粘度在100℃時(shí)為5～15mm2/s的范圍，且粘度指數(shù)為100以上。
6.按照權(quán)利要求3中記載的加熱泵式供熱水機(jī)，其特征在于，上述多元醇酯油可用下式1或2表示(式中，R表示碳數(shù)4～11的烷基)；[化1] [化2](R-COO-CH2-)3-C-CH2-O-CH2-C-(-CH2-OCO-R)3。
全文摘要
本發(fā)明的課題是確保吸收壓縮二氧化碳冷凍劑的電動(dòng)壓縮機(jī)的冷凍機(jī)油的油返回恃性，并且把電動(dòng)壓縮機(jī)的泄漏電流抑制到允許值以下。吸收壓縮二氧化碳冷凍劑的電動(dòng)壓縮機(jī)1A、1B中使用的冷凍機(jī)油是多種油進(jìn)行混合的混合油，將介電常數(shù)調(diào)整至最大3.0，通過(guò)采用與二氧化碳具有較好相溶性的冷凍機(jī)油，可以確保單獨(dú)使用非相溶性冷凍機(jī)油時(shí)產(chǎn)生問(wèn)題的向壓縮機(jī)的油返回量，防止壓縮機(jī)滑動(dòng)部的摩耗，同時(shí)把相溶性冷凍機(jī)油單獨(dú)使用時(shí)產(chǎn)生問(wèn)題的電動(dòng)壓縮機(jī)的泄漏電流抑制到法定的允許值以下。
文檔編號(hào)F25B30/02GK1840979SQ20061005142
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者太田亮, 中川路孝行, 權(quán)守仁彥, 幸野雄 申請(qǐng)人:日立家用電器公司