KR20220020931A - 냉동기유, 냉동기용 작동 유체 조성물 및 냉동기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 냉동기유는, 40℃에서의 동점도가 10㎟/s 이하인 윤활유 기유와, 에스테르 유성제 및 에테르 유성제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 유성제를 포함한다.
Description
본 발명은 냉동기유, 냉동기용 작동 유체 조성물 및 냉동기에 관한 것이다.
냉장고 등의 냉동기는 압축기, 응축기, 팽창 기구(팽창 밸브, 모세관), 증발기 등을 갖는 냉매 순환 시스템을 구비하고 있고, 냉매가 이 냉매 순환 시스템 내를 순환함으로써 냉각이 행해지고 있다.
냉동기용 압축기는 로터리식 압축기, 피스톤ㆍ크랭크식 압축기 등이 있다. 예를 들어 피스톤ㆍ크랭크식 압축기에서는, 모터의 회전 운동을 커넥팅 로드에 의해 왕복 운동으로 변환하고, 당해 커넥팅 로드와 연결한 피스톤을 왕복 운동시킴으로써 냉매를 압축한다. 냉동기유는 압축기 내에 냉매와 함께 봉입되고, 예를 들어 커넥팅 로드나 피스톤 등의 접동 부재를 윤활한다. 냉동기유로서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1에는 소정 기유와, 인계 극압제와, 에스테르계 첨가제를 함유하는 냉동기유가 개시되어 있다.
종래의 냉동기유는, 예를 들어 유체 윤활 영역에 있어서의 저마찰화에는 유효하지만, 탄성 유체 윤활 영역 및 혼합 윤활 영역, 혹은 경계 윤활 영역과 같은 미끄럼 속도가 낮은 영역에서는 저마찰화의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 이 점에 있어서 아직 개선의 여지가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서 우수한 마찰 특성을 갖는 냉동기유, 당해 냉동기유를 함유하는 냉동기용 작동 유체 조성물 및 당해 냉동기유가 충전되어 있는 냉동기를 제공하는 데 있다.
본 발명은 40℃에서의 동점도가 10㎟/s 이하인 윤활유 기유와, 에스테르 유성제 및 에테르 유성제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 유성제를 포함하는 냉동기유를 제공한다.
윤활유 기유는 광유를 포함하고 있어도 된다.
유성제는 에테르 유성제를 포함하고 있어도 된다.
에테르 유성제는 알킬 또는 알케닐글리세릴에테르여도 된다.
본 발명은 또한, 냉매와, 상기 본 발명에 따른 냉동기유를 함유하는 냉동기용 작동 유체 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기가 이 순서대로 배관 접속되어 있는 냉매 순환 시스템을 구비하고, 냉매 순환 시스템 내에, 냉매와, 상기 본 발명에 따른 냉동기유가 충전되어 있는 냉동기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서 우수한 마찰 특성을 갖는 냉동기유, 당해 냉동기유를 함유하는 냉동기용 작동 유체 조성물 및 당해 냉동기유가 충전되어 있는 냉동기를 제공할 수 있다.
도 1은 냉동기의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유는, 40℃에서의 동점도가 10㎟/s 이하인 윤활유 기유와, 에스테르 유성제 및 에테르 유성제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 유성제를 포함한다.
윤활유 기유는 광유, 합성유, 또는 양자의 혼합물 중 어느 것이어도 되지만, 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서 보다 우수한 마찰 특성을 발휘하는 관점에서, 광유를 포함하는 것이 바람직하다. 윤활유 기유가 광유를 포함하는 경우, 광유의 함유량은 윤활유 기유 전량을 기준으로 하여 50질량% 이상, 70질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다.
광유로서는, 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어진 윤활유 유분을, 용제 탈력, 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈랍, 접촉 탈랍, 수소화 정제, 황산 세정, 백토 처리 등의 정제 처리를 단독으로 또는 2개 이상 적절히 조합하여 정제한 파라핀계, 나프텐계 등의 광유 등을 들 수 있고, 특히 파라핀계 광유가 적합하게 사용된다. 또한, 이들 광유는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 임의의 비율로 조합하여 사용해도 된다.
파라핀계 광유는 %CP와 %CN의 비(%CP/%CN)가 바람직하게는 1보다 크고, 보다 바람직하게는 1.1 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.5 이상이어도 된다. 파라핀계 광유의 %CP/%CN이 1보다 큼으로써 인화점이 향상되고(예를 들어 100℃ 이상), 보다 마찰 특성이 우수한 냉동기유를 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서의 %CP 및 %CN은, 각각 ASTM D3238-95(2010)에 준거한 방법(n-d-M 환 분석)에 의해 측정된 값을 의미한다.
합성유로서는, 합성계 탄화수소유, 산소 함유유 등을 들 수 있다.
합성계 탄화수소유로서는, 알킬벤젠, 알킬나프탈렌, 폴리α-올레핀(PAO), 폴리부텐, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 등을 들 수 있다.
산소 함유유로서는, 에스테르, 에테르, 카르보네이트, 케톤, 실리콘, 폴리실록산 등을 들 수 있다. 에스테르로서는, 모노에스테르, 폴리올에스테르, 방향족 에스테르, 이염기산에스테르, 컴플렉스 에스테르, 탄산에스테르 및 이들의 혼합물 등이 예시된다. 그 중에서도, 1가 지방족 알코올 및 1가 지방산과의 모노에스테르를 사용하는 것이 바람직하고, 필요에 따라서 당해 모노에스테르와, 2 내지 6가의 알코올 및 1가 지방산과의 폴리올에스테르의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 에스테르를 구성하는 1가 지방족 알코올로서는, 예를 들어 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 4 내지 18, 더욱 바람직하게는 4 내지 12의 1가 지방족 알코올을 들 수 있다. 또한, 이와 같은 에스테르를 구성하는 1가 지방산으로서는, 예를 들어 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 4 내지 18, 더욱 바람직하게는 4 내지 12의 1가 지방산을 들 수 있다. 또한, 이와 같은 에스테르를 구성하는 2 내지 6가의 알코올로서는, 바람직하게는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 등을 들 수 있다. 에테르로서는, 폴리비닐에테르, 폴리알킬렌글리콜, 폴리페닐에테르, 퍼플루오로에테르 및 이들의 혼합물 등이 예시된다.
윤활유 기유의 40℃에서의 동점도는 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서 마찰 계수를 효과적으로 저감하는 관점에서, 10㎟/s 이하인 것이 필요하고, 바람직하게는 5㎟/s 이하, 보다 바람직하게는 4㎟/s 이하이다. 윤활유 기유의 40℃에서의 동점도의 하한은 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 1㎟/s 이상, 또는 1.5㎟/s 이상이어도 된다. 윤활유 기유의 100℃에서의 동점도는 바람직하게는 0.5㎟/s 이상, 보다 바람직하게는 1㎟/s 이상이어도 된다. 윤활유 기유의 100℃에서의 동점도는 바람직하게는 3㎟/s 이하, 보다 바람직하게는 2㎟/s 이하여도 된다. 본 발명에 있어서의 동점도는 JIS K2283:2000에 준거하여 측정된 동점도를 의미한다.
윤활유 기유의 인화점은 안전성의 관점에서, 예를 들어 100℃ 이상, 110℃ 이상, 또는 120℃ 이상이어도 된다. 또한, 윤활유 기유의 인화점은 예를 들어 155℃ 이하, 또는 145℃ 이하여도 된다. 본 발명에 있어서의 인화점은 JIS K2265-4:2007(클리브랜드 해방(COC)법)에 준거하여 측정된 인화점을 의미한다.
윤활유 기유의 유동점은 바람직하게는 -10℃ 이하, 보다 바람직하게는 -20℃ 이하여도 된다. 본 발명에 있어서의 유동점은 JIS K2269:1987에 준거하여 측정되는 유동점을 의미한다.
윤활유 기유의 함유량은, 냉동기유 전량을 기준으로 하여 50질량% 이상, 60질량% 이상, 70질량% 이상, 80질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유는, 에스테르 유성제 및 에테르 유성제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 유성제를 포함한다.
에스테르 유성제는 천연물(통상적으로는 동식물 등에서 유래하는 천연 유지에 포함되는 것)이어도 되고 합성물이어도 되지만, 얻어지는 냉동기유의 안정성이나 에스테르 성분의 균일성 등의 관점에서, 합성 에스테르인 것이 바람직하다.
에스테르 유성제로서의 합성 에스테르는, 예를 들어 알코올과 카르복실산을 반응시킴으로써 얻어진다. 알코올로서는, 1가 알코올이어도 되고 다가 알코올이어도 된다. 또한, 카르복실산으로서는, 일염기산이어도 되고 다염기산이어도 된다.
에스테르 유성제에 있어서의 알코올과 카르복실산의 조합은 임의이며, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 하기 (i) 내지 (vii)의 조합에 의한 에스테르를 들 수 있다.
(i) 1가 알코올과 일염기산의 에스테르
(ii) 다가 알코올과 일염기산의 에스테르
(iii) 1가 알코올과 다염기산의 에스테르
(iv) 다가 알코올과 다염기산의 에스테르
(v) 1가 알코올 및 다가 알코올의 혼합물과 다염기산의 혼합 에스테르
(vi) 다가 알코올과 일염기산 및 다염기산의 혼합물의 혼합 에스테르
(vii) 1가 알코올 및 다가 알코올의 혼합물과 일염기산 및 다염기산의 혼합물의 혼합 에스테르
또한, 상기 (ii) 내지 (vii)의 에스테르는, 다가 알코올의 수산기 또는 다염기산의 카르복실기 모두가 에스테르화된 완전 에스테르여도 되고, 또한 일부가 수산기 또는 카르복실기로서 잔존하는 부분 에스테르여도 되지만, 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서의 저마찰화를 보다 효과적으로 발휘하는 관점에서, 부분 에스테르인 것이 바람직하다.
에스테르 유성제를 구성하는 1가 알코올로서는, 통상 탄소수 1 내지 24, 바람직하게는 1 내지 12, 보다 바람직하게는 1 내지 8의 것이 사용되고, 이와 같은 알코올로서는 직쇄의 것이어도 되고 분지의 것이어도 되고, 또한 포화의 것이어도 되고 불포화의 것이어도 된다. 1가 알코올로서는, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올, 트리데칸올, 테트라데칸올, 펜타데칸올, 헥사데칸올, 헵타데칸올, 옥타데칸올 및 이들의 혼합물 등이 바람직하게 사용된다.
에스테르 유성제를 구성하는 다가 알코올로서는, 통상 2 내지 10가, 바람직하게는 2 내지 6가의 것이 사용된다. 다가 알코올로서는, 예를 들어 글리세린, 소르비톨, 소르비탄, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 이들의 혼합물 등이 바람직하게 사용된다.
또한, 에스테르 유성제를 구성하는 일염기산으로서는, 통상 탄소수 2 내지 24의 지방산이 사용되고, 그 지방산은 직쇄의 것이어도 되고 분지의 것이어도 되고, 또한 포화의 것이어도 되고 불포화의 것이어도 된다. 일염기산으로서는, 예를 들어 아세트산, 프로피온산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산, 테트라데칸산, 펜타데칸산, 헥사데칸산, 헵타데칸산, 옥타데칸산, 옥타데센산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 등이 바람직하게 사용된다.
에스테르 유성제를 구성하는 다염기산으로서는 이염기산, 트리멜리트산 등을 들 수 있지만, 냉매 분위기 하 및 저온 하에서의 석출 방지성의 관점에서, 이염기산인 것이 바람직하다. 이염기산은 쇄상 이염기산, 환상 이염기산 중 어느 것이어도 된다. 또한, 쇄상 이염기산의 경우, 직쇄상, 분지상 중 어느 것이어도 되고, 또한 포화, 불포화 중 어느 것이어도 된다. 이와 같은 다염기산으로서는, 탄소수 2 내지 16의 쇄상 이염기산이 바람직하고, 예를 들어 에탄이산, 프로판이산, 부탄이산, 펜탄이산, 헥산이산, 헵탄이산, 옥탄이산, 노난이산, 데칸이산 및 이들의 혼합물 등이 바람직하게 사용된다.
적합한 에스테르 유성제의 구체예로서는, 예를 들어 글리세릴모노올레이트, 글리세릴디올레이트, 글리세릴트리올레이트 및 이들의 혼합물, 소르비탄모노올레이트, 소르비탄디올레이트, 소르비탄트리올레이트 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있고, 그 중에서도 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서의 저마찰화를 보다 효과적으로 발휘하는 관점에서, 부분 에스테르를 주체로 하는 에스테르 유성제가 바람직하고, 글리세릴모노올레이트 및 글리세릴디올레이트를 주체로 하는 글리세린올레이트 등이 특히 바람직하게 사용된다.
에스테르 유성제의 비누화가는, 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서의 저마찰화를 보다 효과적으로 발휘하는 관점에서, 바람직하게는 100㎎KOH/g 이상, 보다 바람직하게는 130㎎KOH/g 이상이며, 바람직하게는 200㎎KOH/g 이하, 보다 바람직하게는 185㎎KOH/g 이하이다. 또한, 에스테르 유성제의 요오드가는 특별히 제한은 없지만, 불포화 결합을 갖는 유성제인 경우, 바람직하게는 50 이상, 보다 바람직하게는 60 이상이며, 바람직하게는 100 이하, 보다 바람직하게는 80 이하이다. 여기서, 비누화가 및 요오드가는 JIS K 0070(1992)에 준거하여 측정되는 비누화가 및 요오드가를 의미한다.
에테르 유성제로서는, 3 내지 6가의 지방족 다가 알코올의 에테르화물, 3 내지 6가의 지방족 다가 알코올의 2분자 축합물 또는 3분자 축합물의 에테르화물 등을 들 수 있다.
3 내지 6가의 지방족 다가 알코올의 구체예로서는, 글리세린, 소르비톨, 트리메틸올프로판, 에리트리톨, 펜타에리트리톨 등을 들 수 있다. 3 내지 6가의 지방족 다가 알코올의 2분자 축합물, 3분자 축합물의 구체예로서는, 디글리세린, 디 소르비톨, 트리글리세린, 트리소르비톨, 디트리메틸올프로판, 디펜타에리트리톨, 트리트리메틸올프로판, 트리펜타에리트리톨 등을 들 수 있다.
적합한 에테르 유성제의 구체예로서는, 알킬 또는 알케닐글리세릴에테르를 들 수 있고, 예를 들어 탄소수 4 내지 20, 바람직하게는 탄소수 8 내지 18의 알킬기 혹은 알케닐기를 갖는, 알킬 또는 알케닐모노글리셀리에테르, 알킬 또는 알케닐폴리글리세릴에테르 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 예를 들어 라우릴(모노 또는 폴리)글리세릴에테르, 미리스틸(모노 또는 폴리)글리세릴에테르, 팔미틸(모노 또는 폴리)글리세릴에테르, 스테아릴(모노 또는 폴리)글리세릴에테르, 올레일(모노 또는 폴리)글리세릴에테르 등을 들 수 있고, 올레일(모노 및 디)글리세릴에테르를 바람직한 예로서 들 수 있다. 이와 같은 에테르 유성제는 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서의 저마찰화를 보다 효과적으로 발휘하는 관점에서, 수산기를 분자 중에 갖고 있는 것이 바람직하고, 그의 수산기가는 바람직하게는 50㎎KOH/g 이상, 보다 바람직하게는 100㎎KOH/g 이상, 더욱 바람직하게는 200㎎KOH/g 이상, 특히 바람직하게는 250㎎KOH/g 이상이며, 바람직하게는 400㎎KOH/g 이하, 보다 바람직하게는 320㎎KOH/g 이하이다. 여기서 수산기가란, JIS K 0070(1992)에 준거하여 측정되는 수산기가를 의미한다.
유성제로서는, 상기 에스테르 유성제 및 에테르 유성제에 더하여, 다른 유성제를 더 함유하고 있어도 된다. 이와 같은 유성제로서는, 예를 들어 1가 알코올 유성제, 카르복실산 유성제 등을 들 수 있다. 1가 알코올 유성제로서는, 예를 들어 상기 에스테르 유성제의 설명에 있어서 예시된 1가 알코올을 들 수 있다. 카르복실산 유성제로서는, 예를 들어 상기 에스테르 유성제의 설명에 있어서 예시된 일염기산이나 다염기산 등을 들 수 있다.
유성제의 함유량의 합계는 특별히 제한되지 않지만, 냉동기유의 마찰 특성을 보다 향상시키는 관점에서, 냉동기유 전량을 기준으로 하여 바람직하게는 0.01질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.1질량% 이상이며, 냉매 분위기 하 및 저온 하에서의 석출을 방지하는 관점에서, 바람직하게는 10질량% 이하, 보다 바람직하게는 5질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1질량% 이하, 특히 바람직하게는 0.2질량% 이하이다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유는 본 발명의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 범위에서, 상술한 각 성분에 더하여 그 밖의 첨가제를 더 함유하고 있어도 된다. 그 밖의 첨가제로서는, 산화 방지제, 산 포착제, 극압제, 소포제, 금속 불활성화제, 내마모제, 점도 지수 향상제, 유동점 강하제, 청정 분산제 등을 들 수 있다. 이들 첨가제의 함유량은, 냉동기유 전량을 기준으로 하여 10질량% 이하 또는 5질량% 이하여도 된다.
산화 방지제로서는, 예를 들어 페놀계 산화 방지제, 아민계 산화 방지제 등을 들 수 있다. 페놀계 산화 방지제로서는, 예를 들어 2,6-디-tert.-부틸-p-크레졸(DBPC), 2,6-디-tert.-부틸-페놀, 4,4'-메틸렌비스(2,6-디-tert.-부틸-페놀) 등이 예시된다. 아민계 산화 방지제로서는, 예를 들어 페닐-α-나프틸아민류, 디알킬화디페닐아민류 등이 예시된다. 이들 산화 방지제는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
산 포착제로서는, 예를 들어 에폭시 화합물(에폭시계 산 포착제)을 들 수 있다. 에폭시 화합물로서는, 글리시딜에테르형 에폭시 화합물, 글리시딜에스테르형 에폭시 화합물, 아릴옥시란 화합물, 알킬옥시란 화합물, 지환식 에폭시 화합물, 에폭시화 지방산 모노에스테르, 에폭시화 식물유 등을 들 수 있다. 이들 산 포착제는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 냉동기유가 산 포착제를 더 포함함으로써, 가수 분해 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이것은 윤활유 기유가 에스테르를 포함하는 경우에 특히 현저하다.
극압제로서는, 예를 들어 인 함유 극압제를 들 수 있다. 인 함유 극압제는, 예를 들어 인산에스테르, 산성 인산에스테르, 산성 인산에스테르의 아민염, 염소화인산에스테르, 아인산에스테르, 포스포로티오네이트, 디티오인산에스테르, 디티오포스포릴화카르복실산 등을 들 수 있다. 인산에스테르는 바람직하게는 트리페닐포스페이트(TPP), 트리크레실포스페이트(TCP), 또는 트리페닐포스포로티오네이트(TPPT)이다. 이들 극압제는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
소포제로서는, 냉동기유용의 소포제로서 통상 사용되는 임의의 화합물이 사용 가능하며, 예를 들어 디메틸실리콘, 플루오로실리콘 등의 실리콘류를 들 수 있다. 이들 중에서 임의로 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물을 배합할 수 있다.
냉동기유의 40℃에서의 동점도는, 냉동기의 에너지 절약성이나 효율 향상의 관점에서 바람직하게는 10㎟/s 이하, 보다 바람직하게는 5㎟/s 이하, 더욱 바람직하게는 4㎟/s 이하이다. 냉동기유의 40℃에서의 동점도의 하한은 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 1㎟/s 이상, 또는 1.5㎟/s 이상이어도 된다. 냉동기유의 100℃에서의 동점도는 바람직하게는 0.5㎟/s 이상, 보다 바람직하게는 1㎟/s 이상이어도 된다. 냉동기유의 100℃에서의 동점도는 바람직하게는 3㎟/s 이하, 보다 바람직하게는 2㎟/s 이하여도 된다.
냉동기유의 점도 지수는 70 이상이어도 되고, 200 이하여도 된다. 본 발명에 있어서의 점도 지수는 JIS K2283:2000에 준거하여 측정된 점도 지수를 의미한다.
냉동기유의 유동점은 바람직하게는 -10℃ 이하, 보다 바람직하게는 -20℃ 이하여도 된다.
냉동기유의 체적 저항률은 바람직하게는 1.0×109Ωㆍm 이상, 보다 바람직하게는 1.0×1010Ωㆍm 이상, 더욱 바람직하게는 1.0×1011Ωㆍm 이상이어도 된다. 본 발명에 있어서의 체적 저항률은 JIS C2101:1999에 준거하여 측정한 25℃에서의 체적 저항률을 의미한다.
냉동기유의 수분 함유량은, 냉동기유 전량 기준으로 바람직하게는 200ppm 이하, 보다 바람직하게는 100ppm 이하, 더욱 바람직하게는 50ppm 이하여도 된다.
냉동기유의 산가는 바람직하게는 2.0mgKOH 이하, 보다 바람직하게는 1.0mgKOH/g 이하, 더욱 바람직하게는 0.1mgKOH/g 이하여도 된다. 냉동기유의 수산기가는 통상 0 내지 100㎎KOH/g이며, 바람직하게는 50㎎KOH/g 이하, 보다 바람직하게는 20㎎KOH/g 이하, 더욱 바람직하게는 5㎎KOH/g 이하이다.
냉동기유의 회분은 바람직하게는 100ppm 이하, 보다 바람직하게는 50ppm 이하여도 된다. 본 발명에 있어서의 회분은 JIS K2272:1998에 준거하여 측정된 회분을 의미한다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유는, 통상 냉동기에 있어서, 냉매와 혼합된 냉동기용 작동 유체 조성물의 상태로 존재하고 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 냉동기용 작동 유체 조성물은 상기의 냉동기유와 냉매를 함유한다. 냉동기용 작동 유체 조성물에 있어서의 냉동기유의 함유량은, 냉매 100질량부에 대하여 1 내지 500질량부, 또는 2 내지 400질량부여도 된다.
냉매로서는, 탄화수소 냉매, 포화 불화탄화수소 냉매, 불포화 불화탄화수소 냉매, 퍼플루오로에테르류 등의 불소 함유 에테르계 냉매, 비스(트리플루오로메틸)술파이드 냉매, 3불화요오드화메탄 냉매 및 암모니아나 이산화탄소 등의 자연계 냉매가 예시된다.
탄화수소 냉매는 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 보다 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 탄화수소이다. 탄화수소로서는, 구체적으로는 예를 들어 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판(R290), 시클로프로판, 노르말부탄, 이소부탄(R600a), 시클로부탄, 메틸시클로프로판, 2-메틸부탄, 노르말펜탄 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다. 탄화수소 냉매는, 이들 중에서도 바람직하게는 25℃, 1기압에서 기체인 탄화수소 냉매이며, 보다 바람직하게는 프로판, 노르말 부탄, 이소부탄, 2-메틸부탄 또는 이들의 혼합물이다.
포화 불화탄화수소 냉매는 바람직하게는 탄소수 1 내지 3, 보다 바람직하게는 1 내지 2의 포화 불화탄화수소이다. 포화 불화탄화수소 냉매로서는, 구체적으로는 디플루오로메탄(R32), 트리플루오로메탄(R23), 펜타플루오로에탄(R125), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(R134), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R134a), 1,1,1-트리플루오로에탄(R143a), 1,1-디플루오로에탄(R152a), 플루오로에탄(R161), 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(R227ea), 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(R236ea), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(R236fa), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(R245fa) 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄(R365mfc), 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
포화 불화탄화수소 냉매는 상기 중으로부터 용도나 요구 성능에 따라서 적절히 선택된다. 포화 불화탄화수소 냉매는, 예를 들어 R32 단독; R23 단독; R134a 단독; R125 단독; R134a/R32=60 내지 80질량%/40 내지 20질량%의 혼합물; R32/R125=40 내지 70질량%/60 내지 30질량%의 혼합물; R125/R143a=40 내지 60질량%/60 내지 40질량%의 혼합물; R134a/R32/R125=60질량%/30질량%/10질량%의 혼합물; R134a/R32/R125=40 내지 70질량%/15 내지 35질량%/5 내지 40질량%의 혼합물; R125/R134a/R143a=35 내지 55질량%/1 내지 15질량%/40 내지 60질량%의 혼합물 등이다. 포화 불화탄화수소 냉매는 더욱 구체적으로는, R134a/R32=70/30질량%의 혼합물; R32/R125=60/40질량%의 혼합물; R32/R125=50/50질량%의 혼합물(R410A); R32/R125=45/55질량%의 혼합물(R410B); R125/R143a=50/50질량%의 혼합물(R507C); R32/R125/R134a=30/10/60질량%의 혼합물; R32/R125/R134a=23/25/52질량%의 혼합물(R407C); R32/R125/R134a=25/15/60질량%의 혼합물(R407E); R125/R134a/R143a=44/4/52질량%의 혼합물(R404A) 등이어도 된다.
불포화 불화탄화수소(HFO) 냉매는 바람직하게는 탄소수 2 내지 3의 불포화 불화탄화수소, 보다 바람직하게는 플루오로프로펜, 더욱 바람직하게는 불소수가 3 내지 5인 플루오로프로펜이다. 불포화 불화탄화수소 냉매는 바람직하게는 1,2,3,3,3-펜타플루오로프로펜(HFO-1225ye), 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf), 1,2,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ye) 및 3,3,3-트리플루오로프로펜(HFO-1243zf) 중 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다. 불포화 불화탄화수소 냉매는 냉매 물성의 관점에서, 바람직하게는 HFO-1225ye, HFO-1234ze 및 HFO-1234yf로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이다. 불포화 불화탄화수소 냉매는 플루오로에틸렌이어도 되고, 바람직하게는 1,1,2,3-트리플루오로에틸렌이다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유 또는 냉동기용 작동 유체 조성물을 적합하게 사용할 수 있는 냉동기의 일례를 도 1에 도시한다. 도 1은, 냉동기의 일 실시 형태를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 냉동기(10)는 압축기(냉매 압축기)(1)와, 응축기(가스 쿨러)(2)와, 팽창 기구(모세관, 팽창 밸브 등)(3)와, 증발기(열교환기)(4)가 유로(5)로 순차 배관 접속된 냉매 순환 시스템(6)을 적어도 구비하고 있다.
냉매 순환 시스템(6)에 있어서는, 먼저, 압축기(1)로부터 유로(5) 내로 토출된 고온의 냉매가 응축기(2)에서 고밀도 유체(초임계 유체 등)가 된다. 계속해서, 냉매는 팽창 기구(3)를 갖는 좁은 유로를 통과함으로써 액화되고, 또한 증발기(4)에서 기화되어 저온이 된다. 냉동기(10)에 의한 냉방은, 냉매가 증발기(4)에 있어서 기화될 때에 주위로부터 열을 빼앗는 현상을 이용하고 있다.
압축기(1) 내에 있어서는, 고온 조건 하에서 소량의 냉매와 다량의 냉동기유가 공존한다. 압축기(1)로부터 유로(5)에 토출되는 냉매는 기체상이며, 소량(통상 1 내지 10체적%)의 냉동기유를 미스트로서 포함하고 있는데, 이 미스트상의 냉동기유 중에는 소량의 냉매가 용해되어 있다(도 1 중의 점 a).
응축기(2) 내에 있어서는 기체상의 냉매가 압축된 고밀도의 유체가 되고, 비교적 고온의 조건 하에서 다량의 냉매와 소량의 냉동기유가 공존한다(도 1 중의 점 b). 또한, 다량의 냉매와 소량의 냉동기유의 혼합물은 팽창 기구(3), 증발기(4)로 순차 보내져서 급격하게 저온이 되고(도 1 중의 점 c, d), 다시 압축기(1)로 되돌려진다.
압축기(1)로서는, 냉동기유를 저류하는 밀폐 용기 내에 회전자와 고정자를 포함하는 모터와, 회전자에 끼워 부착된 회전축과, 이 회전축을 개재하여, 모터에 연결된 압축기부를 수납하고, 압축기부로부터 토출된 고압 냉매 가스가 밀폐 용기 내에 체류하는 고압 용기 방식의 압축기, 냉동기유를 저류하는 밀폐 용기 내에 회전자와 고정자를 포함하는 모터와, 회전자에 끼워 부착된 회전축과, 이 회전축을 개재하여 모터에 연결된 압축기부를 수납하고, 압축기부로부터 토출된 고압 냉매 가스가 밀폐 용기 밖으로 직접 배출되는 저압 용기 방식의 압축기 등이 예시된다. 또한, 압축기로서는, 압축기(1)와 같은 로터리식의 것으로 한정되지는 않고, 피스톤ㆍ크랭크식 등의 왕복식, 스크루식, 원심식이어도 되지만, 왕복식이 특히 바람직하다. 또한, 압축기의 밀폐 구조로서는, 개방형, 반(半) 밀폐형, 밀폐형 중 어느 것이어도 되지만, 밀폐형이 특히 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유 또는 냉동기용 작동 유체 조성물은, 예를 들어 0.4m/s 이하, 바람직하게는 0.2m/s 이하, 보다 바람직하게는 0.1m/s 이하와 같은 미끄럼 속도가 낮은 영역에서 접동 부재가 접동하는 조건에서 운전되는 압축기를 구비하는 냉동기에 사용된 경우에, 우수한 마찰 특성을 얻는 것이 가능하다. 또한, 미끄럼 속도의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0m/s 이상이어도 되고, 0.001m/s 이상이어도 된다. 이와 같은 냉동기로서는, 예를 들어 왕복동식이나 회전식의 밀폐형 압축기를 갖는 냉장고, 급탕기, 냉동고, 냉동 냉장 창고, 자동 판매기, 쇼케이스, 화학 플랜트 등의 냉동기, 원심식의 압축기를 갖는 냉동기 등이 적합하다. 본 명세서에 있어서 압축기에 있어서의 「미끄럼 속도」란, 2개의 접동제가 미끄럼을 수반하여 접동할 때의 상대 속도이며, 접동부에 있어서의 접동재 (1)의 속도를 U1[m/s], 접동재 (2)의 속도를 U2[m/s]로 했을 때, 이하의 식으로 표시된다.
미끄럼 속도=|U1-U2|
또한, 상기 식에 있어서 U1과 U2는 동일값이어도 되고, 어느 것의 값이 0이어도 된다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[윤활유 기유]
이하에 나타내는 A1 내지 A3의 윤활유 기유를 준비하였다.
A1: 파라핀 광유계 기유, 40℃에서의 동점도: 3.4㎟/s, 100℃에서의 동점도: 1.3㎟/s, 유동점: -35℃, 인화점: 131℃, %CP/%CN=1.2
A2: 파라핀 광유계 기유, 40℃에서의 동점도: 2.4㎟/s, 100℃에서의 동점도: 1.0㎟/s, 유동점: -25℃, 인화점: 110℃, %CP/%CN=1.6
A3: 2-에틸헥산올과 2-에틸헥산산의 모노에스테르 및 네오펜틸글리콜과 2-에틸헥산산의 폴리올에스테르를 포함하는 에스테르계 기유, 40℃에서의 동점도: 3.0㎟/s, 산가 0.01mgKOH/g 이하, 인화점 140℃
[냉동기유]
실시예 및 비교예에 있어서는, 상기의 윤활유 기유 및 첨가제로서 각각 이하의 성분을 사용하여, 표 1에 나타내는 조성(냉동기유 전량 기준에서의 질량%)을 갖는 냉동기유를 조제하였다.
(유성제)
B1: 올레일글리세릴에테르(수산기가: 300mgKOH/g)
B2: 소르비탄모노올레이트(비누화가: 153mgKOH/g, 요오드가: 68)
B3: 글리세린모노올레이트(비누화가: 154mgKOH/g, 요오드가: 70)
(그 밖의 첨가제)
C1: 트리크레실포스페이트, 트리페닐포스포로티오네이트 및 소포제의 혼합물
C2: 글리시딜데카노에이트 및 2,6-디-tert-부틸파라크레졸의 혼합물
[마찰 특성의 평가]
실시예 및 비교예의 각 냉동기유의 마찰 특성을 평가하기 위해, 이하에 나타내는 시험을 실시하였다.
MTM(Mini Traction Machine) 시험기(PCS Instruments사제)를 사용하여, 이하의 조건에서 마찰 계수(μ)를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 마찰 계수가 작을수록, 마찰 특성이 우수한 것을 의미한다.
볼 및 디스크: 표준 시험편(AISI52100 규격)
시험 온도: 40℃
미끄럼 속도: 0.003, 0.015, 0.03, 0.9m/s
부하 하중: 10N
미끄럼률: 30%
또한, 미끄럼 속도는 |UD-UB|[m/s]의 값을 사용하였다. 여기서, UD는 접동부에 있어서의 디스크의 속도[m/s]이며, UB는 접동부에 있어서의 볼의 속도[m/s]이다.
실시예 1 내지 6의 각 냉동기유는 미끄럼 속도가 낮은 영역에서, 비교예 1 내지 3의 각 냉동기유와 비교하여 우수한 마찰 특성을 갖는 것이 나타났다. 한편, 첨가제로서 에스테르 유성제 및 에테르 유성제 어느 것도 포함하지 않는 비교예 1 내지 3의 냉동기유는, 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서 마찰 계수가 높은 결과가 되었다. 특히, 비교예 2에 있어서 나타난 바와 같이, 냉동기유의 40℃에서의 동점도를 낮게 하고, 저점도화를 도모한 경우라도, 미끄럼 속도가 높은 영역에 있어서의 마찰 특성은 개선되지만, 미끄럼 속도가 낮은 영역에 있어서의 마찰 특성은 개선되지 않았다. 또한, 비교예 2의 냉동기유에 유성제 B1을 0.1질량% 첨가한 냉동기유에서는, 특히 0.1m/s 미만의 낮은 미끄럼 속도에 있어서 마찰 계수가 저하되는 것을 확인하고 있다.
1: 압축기
2: 응축기
3: 팽창 기구
4: 증발기
5: 유로
6: 냉매 순환 시스템
10: 냉동기
2: 응축기
3: 팽창 기구
4: 증발기
5: 유로
6: 냉매 순환 시스템
10: 냉동기
Claims (6)
- 40℃에서의 동점도가 10㎟/s 이하인 윤활유 기유와,
에스테르 유성제 및 에테르 유성제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 유성제
를 포함하는 냉동기유. - 제1항에 있어서,
상기 윤활유 기유가 광유를 포함하는 냉동기유. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유성제가 에테르 유성제를 포함하는 냉동기유. - 제3항에 있어서,
상기 에테르 유성제가 알킬 또는 알케닐글리세릴에테르인 냉동기유. - 냉매와, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 냉동기유를 함유하는 냉동기용 작동 유체 조성물.
- 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기가 이 순서대로 배관 접속되어 있는 냉매 순환 시스템을 구비하고, 상기 냉매 순환 시스템 내에, 냉매와, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 냉동기유가 충전되어 있는 냉동기.
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