冷凍機油における冷媒溶解度センサの開発

冷媒圧縮機や冷凍サイクルに関する研究を行うにあたり,冷凍機油中の冷媒溶解度を測定しなければならない場合がよくあるが,通常用いられるサンプリング法や圧力・温度に対応した飽和溶解度データを使用する方法では,測定に時間がかかる,油量が変化する,局所的過渡的溶解度が得られないなどの欠点がある.本研究では比較的測定の容易な誘電率に注目し,冷媒HCFC22とナフテン系鉱物油冷媒およびHFC134aとPOE,PVE,PAGそれぞれの組合せに対して冷媒溶解度と誘電率の関係を明らかにするとともに,数種類の小形静電容量センサを試作して,センサ形状,流れ,気泡等の影響を明らかにした.その結果,静電容量50pF程度の市販のバリコンのセンサによりほぼ公表データに近い冷媒の誘電率を得ることができ,冷媒の誘電率は冷凍機油の2〜3倍であり,温度上昇とともに低下することが分かった.また,冷媒溶解度に対して誘電率はほぼ直線的に変化し,バリコンセンサを用いた場合の誘電率による冷媒溶解度の測定精度は約0.03であった.HFC134aとそれが溶解する合成油は分子の極性が強く誘電率も大きいが,特にPAGの場合には他の油と特性が異なり,溶解度センサとして使用できる範囲は溶解度が約0.5以下であった.試作した小形センサによる誘電率は浮遊容量の影響で小さくなるが,センサをシールドすることにより,バリコンセンサに近い精度での溶解度測定が可能である.また浮遊容量を補正することにより,冷媒/油の組合せで決まる相関を用いることができる.誘電率測定に対して流れの影響は少ないが,泡が電極間に進入すると誘電率は低下する.センサ形状によりセンサ内の流動は変わるため,溶解度の過渡変化に対する応答性,泡の侵入等を考慮してシールドの形状や取り付け方向を検討する必要がある.

冷媒圧縮機や冷凍サイクルに関する研究を行うにあたり,冷凍機油中の冷媒溶解度を測定しなければならない場合がよくあるが,通常用いられるサンプリング法や圧力・温度に対応した飽和溶解度データを使用する方法では,測定に時間がかかる,油量が変化する,局所的過渡的溶解度が得られないなどの欠点がある.本研究では比較的測定の容易な誘電率に注目し,冷媒HCFC22とナフテン系鉱物油冷媒およびHFC134aとPOE,PVE,PAGそれぞれの組合せに対して冷媒溶解度と誘電率の関係を明らかにするとともに,数種類の小形静電容量センサを試作して,センサ形状,流れ,気泡等の影響を明らかにした.その結果,静電容量50pF程度の市販のバリコンのセンサによりほぼ公表データに近い冷媒の誘電率を得ることができ,冷媒の誘電率は冷凍機油の2〜3倍であり,温度上昇とともに低下することが分かった.また,冷媒溶解度に対して誘電率はほぼ直線的に変化し,バリコンセンサを用いた場合の誘電率による冷媒溶解度の測定精度は約0.03であった.HFC134aとそれが溶解する合成油は分子の極性が強く誘電率も大きいが,特にPAGの場合には他の油と特性が異なり,溶解度センサとして使用できる範囲は溶解度が約0.5以下であった.試作した小形センサによる誘電率は浮遊容量の影響で小さくなるが,センサをシールドすることにより,バリコンセンサに近い精度での溶解度測定が可能である.また浮遊容量を補正することにより,冷媒/油の組合せで決まる相関を用いることができる.誘電率測定に対して流れの影響は少ないが,泡が電極間に進入すると誘電率は低下する.センサ形状によりセンサ内の流動は変わるため,溶解度の過渡変化に対する応答性,泡の侵入等を考慮してシールドの形状や取り付け方向を検討する必要がある.