JP2000169869A - 冷凍機油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法 - Google Patents
冷凍機油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法Info
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Abstract
式冷凍サイクルにおいて、潤滑性能及びシール性が良好
で、長期の安定使用が可能な冷凍機油組成物及び該組成
物を用いた潤滑方法を提供する。 【解決手段】 (1)CO2 を主成分とする冷媒と潤滑
油組成物とからなり、該潤滑油組成物が、エステル油を
主成分とし、40℃における動粘度が56〜130mm
2 /sである基油を含有し、該エステル油が、ペンタエ
リスリトールと炭素数8及び/又は炭素数9の脂肪酸と
のエステル化合物、及び/又は炭酸エステル化合物であ
る冷凍機油組成物、及び(2)油分離器及び/又はホッ
トガスラインを有する圧縮式冷凍サイクルにおいて、上
記冷凍機油組成物を用いる潤滑方法を提供するものであ
る。
Description
物に関し、さらに詳しくは、CO2 を主成分をとする冷
媒を用いた冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いた
潤滑方法、特に油分離器及び/又はホットガスラインを
有する圧縮式冷凍サイクルにおける潤滑方法に関する。
器,膨張弁,蒸発器からなる圧縮型冷凍機の圧縮式冷凍
サイクルは、冷媒と潤滑油との混合液体がこの密閉され
た系内を循環する構造となっている。このような圧縮型
冷凍機には、冷媒として、従来ジクロロジフルオロメタ
ン(R−12)やクロロジフルオロメタン(R−22)
等のクロロフルオロカーボンが用いられており、また、
それと併用する多数の潤滑油が製造され使用されてき
た。しかるに、従来冷媒として使用されてきたこれらの
フロン化合物は、大気中に放出されたときに、成層圏に
存在するオゾン層を破壊するなどの環境汚染をもたらす
おそれがあることから、最近、世界的にその使用に対す
る規制が厳しくなりつつある。そのため、新しい冷媒と
してハイドロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオ
ロカーボンなどの水素含有フロン化合物が注目されるよ
うになってきた。この水素含有フロン化合物、特に1,
1,1,2−テトラフルオロエタン(R−134a)で
代表されるハイドロフルオロカーボンは、オゾン層を破
壊するおそれがないが、大気中での寿命が長いため地球
温暖化への影響が懸念され、近年このような問題のない
自然系冷媒の使用が考えられてきた。
り、人に対する安全性という観点では優れたものであ
り、更に、経済的に最適水準に近い圧力、従来の冷
媒に比べ、非常に小さい圧力比、通常のオイルと機械
の構造材料に対して優れた適合性、いたる場所で簡単
に入手可能、回収不要で非常に安価である、などの利
点を有しており、従来から冷凍機などの冷媒として通常
使用されてきたものである。しかしながら、このような
炭酸ガスを冷媒として使用した場合、冷凍機の潤滑油と
して、従来一般的に使用されている潤滑油で潤滑すると
潤滑性に劣り、耐摩耗性が不充分となり、その結果安定
性が悪くなり長期の安定使用ができなくなる。更に、炭
酸ガスを用いた系では、R−134aなどを用いた系に
比べ吐出圧が高く、その結果潤滑油の粘度が低下し、系
のシール性が悪化するという問題も生じていた。
らなされたもので、CO2 を主成分とする冷媒を用いた
圧縮式冷凍サイクルにおいて、潤滑性能及びシール性が
良好で、長期の安定使用が可能な冷凍機油組成物及び該
組成物を用いた潤滑方法を提供することを目的とするも
のである。
重ねた結果、基油の主成分として特定のエステル油を使
用することにより、上記本発明の目的を効果的に達成し
うることを見出し本発明を完成したものである。すなわ
ち、本発明は、(1)CO2 を主成分とする冷媒と潤滑
油組成物とからなり、該潤滑油組成物が、エステル油を
主成分とし、40℃における動粘度が56〜130mm
2 /sである基油を含有し、該エステル油が、ペンタエ
リスリトールと炭素数8及び/又は炭素数9の脂肪酸と
のエステル化合物、及び/又は炭酸エステル化合物であ
る冷凍機油組成物、及び(2)油分離器及び/又はホッ
トガスラインを有する圧縮式冷凍サイクルにおいて、C
O2 を主成分とする冷媒と潤滑油組成物とからなり、該
潤滑油組成物が、エステル油を主成分とし、40℃にお
ける動粘度が56〜130mm2 /sである基油を含有
し、該エステル油が、ペンタエリスリトールと炭素数8
及び/又は炭素数9の脂肪酸とのエステル化合物、及び
/又は炭酸エステル化合物である冷凍機油組成物を用い
ることを特徴とする潤滑方法を提供するものである。
明する。本発明の冷凍機油組成物は、CO2 を主成分と
する冷媒と潤滑油組成物とからなり、該潤滑油組成物
が、エステル油を主成分とし、40℃における動粘度が
56〜130mm2 /sである基油を含有し、該エステ
ル油が、ペンタエリスリトールと炭素数8及び/又は炭
素数9の脂肪酸とのエステル化合物、及び/又は炭酸エ
ステル化合物である。本発明に用いられるCO2 を主成
分とする冷媒としては、CO2 をそのまま使用する場合
のほか、これを炭化水素、R−134a等のフッ化炭化
水素(あるいは塩化フッ化炭化水素)、エーテルなどの
冷媒等と混合したものを使用することができる。
度は、40℃における動粘度が56〜130mm2 /s
のものが使用される。40℃における動粘度が56〜1
30mm2 /s、特に70〜120mm2 /sであるこ
とが、圧縮機の効率、潤滑性の点から好ましい。該基油
の主成分であるエステル油としては、ペンタエリスリ
トールと炭素数8及び/又は炭素数9の脂肪酸とのエス
テル化合物、炭酸エステル及びそれらの混合物を挙げ
ることができる。順に説明する。
状でもよい。また、飽和脂肪酸でもよいし、不飽和脂肪
酸でもよいが飽和脂肪酸の方が好ましい。炭素数8の脂
肪酸は一種でもよいし二種以上でもよい。炭素数9の脂
肪酸も一種でもよいし二種以上でもよい。さらに、炭素
数8の脂肪酸と9の脂肪酸の混合酸がよく、中でも分岐
鎖状の混合酸が好ましい。その場合、炭素数8の脂肪酸
と炭素数9の脂肪酸の割合は、モル分率で90:10〜
10:90の範囲で選択できる。炭素数8の好ましい脂
肪酸として、オクタン酸、イソオクタン酸、2−エチル
ヘキサン酸などを挙げることができる。炭素数9の好ま
しい脂肪酸として、ノナン酸、イソノナン酸、2−エチ
ルヘプタン酸、3,3,5−トリメチルヘキサン酸など
を挙げることができる。
との部分エステルも使用できる。また、ペンタエリスリ
トールと炭素数8及び/又は炭素数9の脂肪酸との部分
エステルと、脂肪族二塩基酸又は芳香族二塩基酸とのコ
ンプレックスエステルをも使用することができる。その
場合の脂肪族二塩基酸としては、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,
ドコサンナ二酸を挙げることができ、芳香族二塩基酸と
してフタル酸,イソフタル酸を挙げることができる。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、まず多価アルコールと二塩基酸とを所定の割合で反
応させて部分エステル化し、次いでその部分エステルと
脂肪酸とを反応させてもよいし、また二塩基酸と脂肪酸
の反応順序を逆にしてもよく、また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。
基、R2 は炭素数2〜10のアルキレン基又はシクロア
ルキレン基、aは1〜4の整数を示す。)で表される化
合物、又は下記一般式(II)
する多価アルコール残基、R4 は炭素数2〜10のアル
キル基、bは2〜6の整数を示す。)で表される化合物
を挙げることができる。上記の炭酸エステルは、ジメチ
ルカーボネートとアルコール類を塩基性触媒の存在下で
のエステル交換反応により調製される。また、下記一般
式(III)
基、R6 は炭素数2〜10のアルキル基を示し、cは2
〜10の整数、dは2〜100の整数を示し、−AO−
は−CH2 −CH(CH3 )−O−、又は−CH2 −C
H2 −O−を示す。)で表される化合物も使用できる。
この炭酸エステルは、例えば炭酸とアルキレンオキシド
とを反応させて得られるものであるが、そのアルキレン
オキシドの付加形態は、エチレンオキサイド単独又はプ
ロピレンオキサイド単独でもよく、混合体でもよい。
ル油を一種又は二種以上を混合して使用してもよいし、
とのエステル油を混合して使用してもよい。なお、
基油の粘度について40℃における動粘度を前述のよう
に56〜130mm2 /sに調節する必要がある。該エ
ステル油を基油に使用する際、その粘度の範囲をはずれ
た場合には、他の成分で添加して調節すればよい。粘度
が高い場合には、例えば、脂肪族多価アルコールと炭素
数3〜9の脂肪酸のエステル油で、100℃における動
粘度が6mm2 /s以下のものを適宜添加して適正範囲
に調整することができる。また、粘度が低い場合には、
ポリマー類を添加して粘度を調節するとよい。該ポリマ
ーは100℃における動粘度が10mm2 /s以上のも
のが好ましい。
ルメタクリレート(例えば、アルキル基が1〜8のも
の)、ポリアルキレングリコール(例えば、ポリプロピ
レングリコール,ポリプロピレングリコール成分とポリ
エチレングリコール成分からなる共重合体,ポリプロピ
レングリコール成分とポリブチレングリコール成分から
なる共重合体等),ネオペンチルグリコールと脂肪族ジ
カルボン酸とのポリエステルで、下記式(IV)
0の整数を示す。)で表されるもの等を挙げることがで
きる。なお、上記のエステル油を主成分として含む基油
は、油分10重量%(冷媒90重量%)の二層分離温度
(高温側)を通常5℃以上のものを使用すればがよい。
好ましくは10℃以上、更に好ましくは15℃以上のも
のを使用すればよい。この温度は実機系内の油と冷媒と
の相溶性を示すもので、潤滑性にも大いに関係する。
組成物においては、基油に必要に応じ公知の各種の添加
剤、例えばトリクレジルホスフェート(TCP),ジオ
レイルハイドロゲンホスファイト,2−エチルヘキシル
ジフェニルホスファイト,トリブチルホスファイトなど
の極圧剤;フェニルグリシジルエーテル,シクロヘキセ
ンオキシド,α−オレフィンオキサイドなどの酸捕捉
剤;フェノール系,アミン系の酸化防止剤;ベンゾトリ
アゾールやその誘導体などの銅不活性化剤;シリコーン
油やフッ化シリコーン油などの消泡剤などを適宜配合す
ることができる。更に、清浄分散剤,粘度指数向上剤,
油性剤,防錆剤,腐食防止剤,流動点降下剤等を所望に
応じて添加することができる。これらの添加剤は、通常
潤滑油組成物中に、0.5〜10重量%の量で含有され
る。
油組成物の使用量については、冷媒/潤滑油組成物の重
量比で99/1〜10/90の範囲にあることが好まし
い。冷媒の量が上記範囲より少ない場合は冷凍能力の低
下が見られ、また上記範囲よりも多い場合は潤滑性能が
低下し好ましくない。このような観点から、冷媒/潤滑
油組成物の重量比は、95/5〜30/70の範囲にあ
ることが更に好ましい。
に使用可能であるが、特に、圧縮型冷凍機の圧縮式冷凍
サイクルに好ましく適用できる。とりわけ、本発明の冷
凍機油組成物は、例えば添付図1〜3の各々で示される
ような油分離器及び/又はホットガスラインを有する圧
縮式冷凍サイクルに適用する場合にその効果を有効に奏
する。通常、圧縮式冷凍サイクルは、圧縮機−凝縮機−
膨張弁−蒸発器からなる。また、冷凍機用の潤滑油は、
一般に、冷凍機に使用される冷媒と相溶性が良好なもの
が使用される。しかし、上記の冷凍サイクルで炭酸ガス
を主成分とする冷媒を用いたときに、冷凍機を一般に使
用されている潤滑油で潤滑すると、耐摩耗性が不十分で
あったり、安定性が不足して長期安定使用ができなかっ
た。特に、電気冷蔵庫や小型エアコンディショナーなど
の冷凍サイクルのように、膨張弁としてキャピラリーチ
ューブを使用する場合にこの傾向が著しい。そこで、本
発明の潤滑方法は、油分離器及び/又はホットガスライ
ンを有する圧縮式冷凍サイクルを炭酸ガスを主成分とす
る冷媒を使用して運転する場合に、潤滑油組成物とし
て、40℃の動粘度が56〜130mm2 /sの前記基
油を含有する組成物を用いることを特徴とするものであ
る。
説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定さ
れるものではない。 実施例1〜9及び比較例1〜3 第1表に示す性状の基油を用いて下記の方法で各試験を
行い評価を行った。結果を第2表に示す。
従って求めた。 (1)溶解性 油100gに50kg/cm2 の加圧条件で炭酸ガスを
吹き込み、油中における炭酸ガスの溶解量(重量%)を
測定した。 (2)二層分離温度(高温側) 試料油0.2g、冷媒(炭酸ガス)1.8gをガラスチ
ューブに入れ封管した。−10℃より1℃/分割合で加
熱し高温側での二層分離温度を求めた。
/水=0.5g/4g/0.02gの割合で試料を充填
し封管した。175℃で10日間保持した後、油外観、
触媒外観、全酸価及びスラッジの有無を評価した。 (4)吸湿性試験 油10gを湿度85%R.H.(30℃)にて120時
間放置した後の吸湿量(重量%)を求めた。 (5)ファレックス焼付試験 ファレックス試験機を用い、ピン/ブロック材料材料を
AISIC1137/SAE3135とした。ピン/ブ
ロックをセットし、試験容器内に試料の油200gを入
れ炭酸ガスを5リットル/hで吹き込んだ後、回転数2
90rpm、油温50℃で焼付荷重を測定した。
レジルホスフェート(TCP)及び1.5重量%のα−
オレフィンオキサイド(実施例10,11)、1.5重
量%のフェニルグリシジルエーテル(実施例12〜14
及び比較例4〜6)を添加した潤滑油組成物について下
記の方法で実機テストを行い評価を行った。結果を第3
表に示す。
は、下記に示す圧縮式冷凍サイクルを用いて行った。圧縮式冷凍サイクルの方式 A:油分離器を有する「圧縮機−凝縮器−膨張弁−蒸発
器」の圧縮式冷凍サイクル(図2参照) なお、膨張弁はキャピラリーチューブ式のものを使用し
た。
について、冷媒として炭酸ガスを用い、炭酸ガス70重
量%、潤滑油組成物30重量%の割合で下記条件で1年
間に亘って冷凍試験を実施した。運転状況 吸入温度 : 0℃ 吐出温度 : 100℃ 凝縮器出口温度 : 10℃評価法 運転状態に異常が生じた時点で停止し、その原因追求の
ため各部を観察した。
冷媒を用いた圧縮式冷凍サイクルにおいて、潤滑性能及
びシール性が良好で、長期の安定使用が可能な冷凍機油
組成物及び該組成物を用いた潤滑方法を提供することが
できる。
機−凝縮器−膨張弁−蒸発器」の圧縮式冷凍サイクルの
一例を示す流れ図である。
蒸発器」の圧縮式冷凍サイクルの一例を示す流れ図であ
る。
膨張弁−蒸発器」の圧縮式冷凍サイクルの一例を示す流
れ図である。
冷凍サイクルの一例を示す流れ図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 CO2 を主成分とする冷媒と潤滑油組成
物とからなり、該潤滑油組成物が、エステル油を主成分
とし、40℃における動粘度が56〜130mm2 /s
である基油を含有し、該エステル油が、ペンタエリスリ
トールと炭素数8及び/又は炭素数9の脂肪酸とのエス
テル化合物、及び/又は炭酸エステル化合物である冷凍
機油組成物。 - 【請求項2】 CO2 を主成分とする冷媒と潤滑油組成
物とからなり、該潤滑油組成物が、エステル油を主成分
とし、40℃における動粘度が56〜130mm2 /s
である 基油を含有し、該エステル油が、ペンタエリス
リトールと炭素数8及び/又は炭素数9の脂肪酸とのエ
ステル化合物、及び/又は炭酸エステル化合物である、
油分離器及び/又はホットガスラインを有する圧縮式冷
凍サイクルに用いる冷凍機油組成物。 - 【請求項3】 油分離器及び/又はホットガスラインを
有する圧縮式冷凍サイクルにおいて、CO2 を主成分と
する冷媒と潤滑油組成物とからなり、該潤滑油組成物
が、エステル油を主成分とし、40℃における動粘度が
56〜130mm2 /sである基油を含有し、該エステ
ル油が、ペンタエリスリトールと炭素数8及び/又は炭
素数9の脂肪酸とのエステル化合物、及び/又は炭酸エ
ステル化合物である冷凍機油組成物を用いることを特徴
とする潤滑方法。 - 【請求項4】 脂肪酸が、炭素数8の分岐鎖状脂肪酸と
炭素数9の分岐鎖状脂肪酸の混合酸である請求項1又は
2に記載の冷凍機油組成物。 - 【請求項5】 脂肪酸が、炭素数8の分岐鎖状脂肪酸と
炭素数9の分岐鎖状脂肪酸の混合酸である請求項3記載
の潤滑方法。
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