JPH05263071A - 圧縮型熱伝達装置用組成物 - Google Patents

圧縮型熱伝達装置用組成物

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JPH05263071A
JPH05263071A JP5009262A JP926293A JPH05263071A JP H05263071 A JPH05263071 A JP H05263071A JP 5009262 A JP5009262 A JP 5009262A JP 926293 A JP926293 A JP 926293A JP H05263071 A JPH05263071 A JP H05263071A
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ester
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スチユアート・コアー
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 潤滑剤と冷媒とを含有してなる組成物であっ
て、熱伝達装置に使用する粘稠な潤滑剤を提供する。 【構成】 ハイドロフルオロアルカンの少なくとも１種
からなる冷媒(A) と、潤滑を付与するのに十分な量の、
エステル基質の油からなる潤滑剤(B) とを含有してなる
圧縮型熱伝達装置用の組成物であって、前記のエステル
基質の油がペンタエリトリトール及びそのオリゴマー類
から選択される少なくとも１種の多価アルコールと、少
なくとも１種の脂肪族カルボン酸との反応生成物である
前記組成物において、前記の少なくとも１種の脂肪族カ
ルボン酸が脂肪族ネオ酸からなるものであることを特徴
とする圧縮型熱伝達装置用の組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、潤滑剤と冷媒とを含有
してなる組成物であって熱伝達装置に使用する組成物に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】機械的
圧縮型の熱伝達装置、例えば冷蔵庫、冷凍機、冷却機、
熱ポンプ及び空調装置は周知である。かかる装置におい
ては、適当な沸点をもつ冷媒液(refrigerant fluid) が
低圧(low pressure)で周囲帯域から熱を奪いながら蒸発
する。次いで、生成蒸気は圧縮され、凝縮機に通され、
そこで該蒸気が凝縮し、第２の帯域に対して熱を放出す
る。次いで、生成した凝縮液が膨脹弁を通して蒸発器に
返送され、そのようにして熱伝達サイクルが完結する。
前記蒸気を圧縮し、冷媒液をポンプ輸送するのに必要な
機械的エネルギーは、電動機又は内燃機関によって供給
し得る。
【０００３】従来、熱伝達装置には、完全に又は部分的
にハロゲン化されたクロロフルオロカーボン冷媒(refri
gerant) 例えばトリクロロフルオロメタン（冷媒R-1
1）、ジクロロジフルオロメタン（冷媒R-12）及びクロ
ロジフルオロメタン（冷媒R-22）が使用される傾向があ
った。しかしながら、これらの化合物は、地球を保護す
るオゾン層の破壊に関係があるとされており、その結果
として、これらの化合物の使用及び製造は国際協定によ
って厳しく制限されることになっている。
【０００４】前記の完全に又は部分的にハロゲン化され
たクロロフルオロカーボン類の代わりに、ある種のハイ
ドロフルオロアルカン類、すなわちその構造中に炭素原
子と水素原子と弗素原子のみを含有する化合物類を使用
することが提案されている。特に、1,1,1,2-テトラフル
オロエタン(R-134a)が挙げ得る。
【０００５】別の機械装置にあるように、熱伝達装置の
可動部分には適当に潤滑する(adequately lubricate)こ
とが必要であり、該熱伝達装置は一般的に前記冷媒と相
溶性の潤滑剤を使用するように作られており、鉱油類が
クロロフルオロカーボン冷媒と共に使用される場合が多
い。
【０００６】あいにく、代替冷媒として提案されている
前記化合物のうちの幾つか、例えば1,1,1,2-テトラフル
オロエタン(R-134a)は、鉱油中に十分に溶解せず鉱油を
潤滑剤として使用することを不可能にする。
【０００７】水酸基（OH基）と別の末端基とを有するポ
リオキシアルキレングリコール類（すなわちポリエーテ
ルポリオール類）が代わりとなる潤滑剤として提案され
ているが、これらポリオキシアルキレングリコール類は
多くの理由で完全に満足できるものではない。すなわ
ち、前記ポリオキシアルキレングリコール類は前記冷媒
が約40℃以上の温度で潤滑剤から分離する傾向にあるよ
うな逆(reverse) の溶解性を示すと同時に、装置中で腐
食を生起するのに十分な程度まで水分(water)を吸収す
る(attract) 場合が多い。さらに、前記ポリオキシアル
キレングリコール類は、効率的な潤滑を付与するのに十
分に金属を湿潤させる(wet) ことができない場合が多
く、しかも圧縮機を構成するのに一般的に使用されるア
ルミニウムに対して悪影響を及ぼす。
【０００８】米国特許第4,851,144 号明細書には、ペン
タエリトリトールと炭素原子７〜９個を有する酸類の混
合物とから形成されたエステルと、ポリエーテルポリオ
ールとの組合わせが、R-134a及び別の同様の冷媒に適し
た潤滑剤として使用し得ることが示されている。
【０００９】これまでに記載されている前記のエステル
を主剤とする潤滑剤(ester basedlubricant)は、ある種
の使用(duties)については、特にR-134aを使用すること
を意図する温度よりも高い温度で運転することが要求さ
れる冷媒と共に使用される場合には、十分な(adequate)
熱安定性を示し得ないし、しかも分解して冷媒を有効に
し得ないし、また冷却装置内に望ましくない汚染物(con
taminants)を生成し得る。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】ペンタエ
リトリトール及びそのオリゴマー類と、ネオ酸(neoaci
d) 類例えばピバル酸とから生成されるある種のエステ
ル類が、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(R-134a)及び幾
つかの関連ハイドロフルオロアルカン冷媒と十分な相溶
性をもつ優れた潤滑剤であり、しかもまた高められた運
転温度で熱的に安定でもあるということが、今般知見さ
れた。
【００１１】従って、本発明の要旨によれば、ハイドロ
フルオロアルカンの少なくとも１種からなる冷媒(A)
と、潤滑を付与するのに十分な量の、エステル基質の油
(esterbase oil)からなる潤滑剤(B) とを含有してなる
圧縮型熱伝達装置用の組成物であって、前記のエステル
基質の油がペンタエリトリトール及びそのオリゴマー類
から選択される少なくとも１種の多価アルコールと、少
なくとも１種の脂肪族カルボン酸との反応生成物である
前記組成物において、前記の少なくとも１種の脂肪族カ
ルボン酸が脂肪族ネオ酸からなるものであることを特徴
とする圧縮型熱伝達装置用の組成物が提供される。
【００１２】前記冷媒は、ハイドロフルオロアルカンの
１種又はそれ以上を含有し得る。適当なハイドロフルオ
ロアルカンとしては、ジフルオロメタン(R-32)、1,1,2,
2-テトラフルオロエタン(R-134）、1,1,1,2-テトラフル
オロエタン(R-134a)、ペンタフルオロエタン(R-125）、
1,1-ジフルオロエタン(R-152a)、1,1,1-トリフルオロエ
タン(R-143a)及び1,1,2-トリフルオロエタン(R-143) が
挙げられる。さらに、該冷媒は別の冷媒化合物を含有し
ていてもよく、例えば該冷媒は、ハイドロクロロフルオ
ロアルカンの１種又はそれ以上、例えばクロロジフルオ
ロメタン(R-22)、1-クロロ-1,2,2,2- テトラフルオロエ
タン(R-124）及び1-クロロ-1,1,2,2- テトラフルオロエ
タン(R-124a)の１種又はそれ以上を含有していてもよ
い。しかしながら、該冷媒はハイドロフルオロアルカン
類のみを含有してなるものであるのが好ましい。その理
由は、該化合物はオゾン消耗の可能性が望ましいほど低
いか又は全く無いからである。特に好ましい冷媒はR-13
4aを含有してなるものであるか、あるいはR-134aと別の
ハイドロフルオロアルカンの１種又はそれ以上との混合
物を含有してなるものである。R-134aと混合するのに好
ましいハイドロフルオロアルカンは、R-32とR-125 であ
る。
【００１３】前記のエステル基質の油の調製には、ペン
タエリトリトール及びそのオリゴマー類から選択される
単一の多価アルコール又はかかるアルコールの１種又は
それ以上の混合物を使用してもよい。ペンタエリトリト
ールの適当なオリゴマー類としては、ジペンタエリトリ
トール及びトリペンタエリトリトールが挙げられる。
【００１４】前記のエステル基質の油の調製に使用され
る少なくとも１種の脂肪族カルボン酸は、脂肪族ネオ酸
からなるものでなければならない。好ましい脂肪族ネオ
酸は２位で分岐している。その理由は、かかる酸が前記
のエステル基質の油に特に良好な熱安定性を付与する(i
mbue) からである。２位で分岐している脂肪族ネオ酸
は、次の式 〔式中、Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 はそれぞれ独立してアルキ
ル基、好ましくは（Ｃ１〜５）アルキル基、例えばメチ
ル基、エチル基又はプロピル基である〕を有するもので
ある。
【００１５】適当なネオ酸としては、ピバル酸（すなわ
ちトリメチル酢酸又は2,2-ジメチルプロパン酸）、2,2-
ジメチルブタン酸、ネオヘプタン酸、2,2,4,4-テトラメ
チルペンタン酸及びネオデカン酸が挙げられる。ネオ酸
中の炭素原子数が多くなるのにしたがって、該ネオ酸か
ら製造されるエステルは冷媒との相溶性を失う傾向があ
る。従って、炭素原子数が７個以下のネオ酸を使用する
ことが好ましい。特に好ましいネオ酸はピバル酸であ
る。
【００１６】前記のエステル基質の油の合成には、前記
の脂肪族ネオ酸のほかに直鎖状脂肪酸の１種又はそれ以
上もまた使用することが好ましい。適当な直鎖状脂肪酸
は、（Ｃ５〜10）直鎖状アルカン酸である。
【００１７】使用する上記の直鎖状酸(linear acid) 又
は各々の直鎖状酸が炭素原子を６個よりも多く含んでい
る場合、あるいは直鎖状酸を２種又はそれ以上含有して
なる混合物中の直鎖状酸の分子当たりの平均炭素原子数
が６個よりも多い場合には、該直鎖状酸の１種又はそれ
以上は、ネオ酸と直鎖状酸との組合わせ混合物(combine
d mixture)によって提供されるカルボキシル基の全体量
のうちの60モル％まで、例えば１〜60モル％を提供する
のが好ましい。上記の直鎖状酸（１種又はそれ以上）
は、前記組合わせ混合物中に存在するカルボキシル基の
うちの30〜50モル％を提供するのがさらに好ましい。
【００１８】使用する上記直鎖状酸又は各々の直鎖状酸
が炭素原子を６個以下含んでいる場合、又は直鎖状酸を
２種又はそれ以上含有してなる混合物中の酸分子当たり
の平均炭素原子数が６個以下である場合には、上記直鎖
状酸の１種又はそれ以上は、ネオ酸と直鎖状酸の組合わ
せ混合物によって提供されるカルボキシル基の全体量の
うちの80モル％まで例えば１〜80モル％、好ましくは75
モル％まで例えば１〜75モル％、通常的には約30モル％
〜75モル％、より通常的には約30モル％〜50モル％を提
供し得る。
【００１９】上記の上限外の直鎖状酸（１種又はそれ以
上）の割合は、直鎖状酸とネオ酸と多価アルコールの特
定の組合わせに依存して使用し得る。しかしながら、得
られるエステル基質の油は、冷媒と相溶性がより低い傾
向があり、それは使用の幾つかの条件下では望ましいも
のではあり得ない。
【００２０】前記のエステル基質の油の合成には、脂肪
族カルボン酸のエステル化性(esterifiable)誘導体、例
えばその酸ハロゲン化物、無水物及び低級アルキルエス
テルもまた使用し得ることが認められるであろう。適当
な酸ハロゲン化物は酸塩化物であり、適当な低級アルキ
ルエステルはメチルエステルである。
【００２１】本発明の組成物は、特定の圧縮冷却、冷凍
設備(system)内で適当な潤滑を付与するのに十分な量
で、前記のエステル基質とする油を含有してなる。 通
常的には、前記のエステル基質の油が、前記組成物の少
なくとも５重量％に相当する場合に十分な潤滑が付与さ
れる。しかしながら、この数値は使用される冷媒と、エ
ステル基質の油とに依存して変化させ得る。冷媒と、エ
ステル基質の油との重量比は、20：１から１：４まで、
より通常には約７：１から１：４までの範囲に及び得、
例えば家庭用冷蔵庫においては、冷媒100 ｇに対して潤
滑剤400gを使用するのは異常ではない。前記の範囲外の
比率は特定の冷却、冷凍回路内で認められ得、例えば作
業用冷凍機の圧縮機内では殆ど冷媒は保持されない。
【００２２】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳しく説
明する。本実施例において調査されるエステル潤滑剤
は、慣用のエステル化法を使用して調製した。種々の潤
滑剤の性質を表１に示した。表中では下記の略号を使用
した。 PE − ペンタエリトリトール DPE − ジペンタエリトリトール ５ − 直鎖状ペンタン酸 ６ − 直鎖状ヘキサン酸 ７ − 直鎖状ヘプタン酸 ８ − 直鎖状オクタン酸 nh − エクソン(Exxon) 社からNeoheptanoic acid と
して市販のネオヘプタン酸を含有してなる混合物 tba − t-ブチル酢酸 mb − 2-メチル酪酸 Ｔ − ピバル酸 従って、DPE5は、ジペンタエリトリトールと直鎖状ペン
タン酸とのエステルを表わす。
【００２３】各潤滑剤のcp（センチポイズ）における粘
度は40℃で測定した。冷媒R-134aと15重量％の潤滑剤と
を含有してなる種々の組成物を調製した。各組成物の曇
り点(cloud point) 、すなわち上記の２成分が相変わら
ず相溶性である最も低い温度を測定し、潤滑剤と冷媒と
の相溶性の測定値として用いた。
【００２４】
【００２５】実施例１と実施例４と実施例16の比較によ
り、直鎖状酸の鎖長が炭素原子数６個を越えると、潤滑
剤と冷媒との相溶性が著しく低下することが明らかであ
る。
【００２６】実施例５と実施例９の比較、及び実施例16
と実施例17の比較により、単一の直鎖状酸によって提供
される炭素原子数と平均数で同じ炭素原子数が得られる
ように直鎖状酸同志の混合物を使用することによって製
造された潤滑剤の粘度は、同様であることが明らかであ
る。
【００２７】実施例４と実施例５の比較により、所定の
直鎖状酸を含有してなる潤滑油については、多価アルコ
ールの分子量を大きくすると、潤滑剤と冷媒との相溶性
に必ずしも影響を及ぼすことなく潤滑剤の粘度が高くな
ることが明らかである。
【００２８】実施例８と実施例９の比較により、直鎖状
酸を、分子当たり同じ炭素原子数を有するネオ酸に置換
すると、冷媒との相溶性が向上した、より粘稠な潤滑剤
を生成することが明らかである。
【００２９】実施例６と実施例７と実施例16の比較、並
びに実施例８と実施例11の比較により、分子当たり炭素
原子を６個よりも多く有する直鎖状の酸の割合を増加さ
せると、粘度及び潤滑剤と冷媒との相溶性が低下するこ
とが明らかである。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハイドロフルオロアルカンの少なくとも
    １種からなる冷媒(A)と、潤滑を付与するのに十分な量
    の、エステル基質の油からなる潤滑剤(B) とを含有して
    なる圧縮型熱伝達装置用の組成物であって、前記のエス
    テル基質の油がペンタエリトリトール及びそのオリゴマ
    ー類から選択される少なくとも１種の多価アルコール
    と、少なくとも１種の脂肪族カルボン酸との反応生成物
    である前記組成物において、前記の少なくとも１種の脂
    肪族カルボン酸が脂肪族ネオ酸からなるものであること
    を特徴とする圧縮型熱伝達装置用の組成物。
  2. 【請求項２】 前記のエステル基質の油の合成に使用さ
    れる前記脂肪族ネオ酸が次の式： （式中、Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 はそれぞれ独立してアルキ
    ル基である）を有するものである請求項１に記載の組成
    物。
  3. 【請求項３】 Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 がそれぞれ独立して
    メチル基、エチル基又はプロピル基である請求項２に記
    載の組成物。
  4. 【請求項４】 前記脂肪族ネオ酸が炭素原子を７個以下
    含有するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載
    の組成物。
  5. 【請求項５】 前記脂肪族ネオ酸がピバル酸からなるも
    のである請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
  6. 【請求項６】 前記のエステル基質の油の合成に、前記
    脂肪族ネオ酸の他に１種又はそれ以上の直鎖状脂肪酸も
    使用される請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成
    物。
  7. 【請求項７】 前記冷媒が、1,1,1,2-テトラフルオロエ
    タンからなるものであるか、あるいは該1,1,1,2-テトラ
    フルオロエタンと別種のハイドロフルオロアルカン類の
    １種又はそれ以上との混合物からなるものである請求項
    １〜６のいずれか１項に記載の組成物。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の組
    成物を熱伝達装置に使用する方法。
  9. 【請求項９】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の組
    成物を含有する熱伝達装置。
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