JPH05140571A - 圧縮式冷凍システムの潤滑方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 代替フロン系の冷媒を用いた場合でも、鉱油
をはじめ様々な冷凍機油が使用可能な効率のよい圧縮式
冷凍システムの潤滑方法を開発すること。 【構成】 圧縮機，凝縮器，膨張弁又はキャピラリーチ
ューブ及び蒸発器からなる圧縮式冷凍システムにおい
て、冷媒として、１，１，１，２−テトラフルオロエタ
ン（Ｒ−１３４ａ）とクロロジフルオロメタン（Ｒ−２
２）とを主成分とする混合冷媒を用いるとともに、冷凍
機油として、４０℃の動粘度が５〜５００cSt でかつ界
面張力が８dyne／cm以上の炭化水素化合物あるいはポリ
グリコールを用いる圧縮式冷凍システムの潤滑方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮式冷凍システムの
潤滑方法に関し、詳しくは１，１，１，２−テトラフル
オロエタン（Ｒ−１３４ａ）の代替フロン系冷媒とクロ
ロジフルオロメタン（Ｒ−２２）とからなる混合冷媒と
共に、冷凍機油として特定の炭化水素化合物及び／又は
ポリグリコールを併用することにより、圧縮式冷凍シス
テムを、安定性及び耐摩耗性を損なうことなく効率的に
潤滑する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
圧縮機，凝縮器，膨張弁又はキャピラリーチューブ及び
蒸発器からなる圧縮式冷凍システムには、冷媒として主
にジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）等の塩化弗化
炭化水素系のフロン化合物が用いられてきた。また、そ
れらと併用して問題のない冷凍機油が多数製造され、使
用されてきた。しかし、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、オゾン層を破壊するとの疑いから、世界的にそれに
替わって所謂代替フロン系冷媒が使用されるようになっ
て来た。すなわち、１，１，１，２−テトラフルオロエ
タン（Ｒ−１３４ａ）をはじめとして、１，１，２，２
−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ｂ）、１，１−ジ
クロロ−２，２，２−トリフルオロエタン（Ｒ−１２
３）、１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン（Ｒ−１
４２ｂ）、１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン（Ｒ
−１４１ｂ）等の代替フロン系冷媒が開発され、上市さ
れるようになった。これらの代替フロン系冷媒の中で
は、現在、Ｒ−１３４ａが、従来のＲ−１２に代わって
奨用される趨勢にある。一般に、これらの代替フロン系
冷媒は、従来のフロン系冷媒とは性質を異にしており、
従来のフロン系冷媒に主として使用されて来た鉱油とは
相溶性が悪い欠点を有する。このため、これらの代替フ
ロン系冷媒に適した冷凍機油として、ポリアルキレング
リコール化合物（ＰＡＧ）やエステル化合物等の合成油
が開発され、使用されるようになった（米国特許第4,７
５5,３１６号明細書，特開平３−３３１９３号公報
等）。しかるに、これらの合成油も、代替フロン系冷媒
に対して幾つかの問題点を有する。すなわち、代替フロ
ン系冷媒のＲ−１３４ａに対して、ＰＡＧやエステルと
は相溶性は良いが、安定性が充分でないという欠点を有
する。また、Ｒ−１３４ａに対して、安定性の良い鉱油
等の炭化水素化合物は、Ｒ−１３４ａに対して相溶性が
悪く、これら相溶性と安定性の両方の要請を同時に満足
する冷凍機油は、なかなか見当たらないのが実情であ
る。

【０００３】そこで、本発明者は、圧縮式冷凍システム
において、代替フロン系冷媒の中で奨用されているＲ−
１３４ａを冷媒として用いるときの潤滑方法について鋭
意研究を重ねた。その結果、Ｒ−２２とＲ−１３４ａ冷
媒との併用及び特定の冷凍機油とを組み合わせて使用す
ることによって、圧縮式冷凍システムを効率よく潤滑で
きる方法を見出した。本発明はこのような知見に基いて
完成したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、圧
縮機，凝縮器，膨張弁又はキャピラリーチューブ及び蒸
発器からなる圧縮式冷凍システムにおいて、冷媒とし
て、１，１，１，２−テトラフルオロエタンとクロロジ
フルオロメタンとを主成分とする混合冷媒を用いるとと
もに、冷凍機油として、４０℃の動粘度が５〜５００cS
t でかつ界面張力が８dyne／cm以上の炭化水素化合物及
び／又はポリグリコールを用いることを特徴とする圧縮
式冷凍システムの潤滑方法を提供するものである。

【０００５】通常、圧縮式冷凍システムは、圧縮機−凝
縮器−膨張弁（又はキャピラリーチューブ）−蒸発器か
らなる。そして、この冷凍システムに用いられる冷凍機
油は、一般に、冷凍システムに使用される冷媒との相溶
性が良好な、安定性の優れたものが使用される。しか
し、上記の圧縮式冷凍システムで代替フロン冷媒を用い
たときに、冷凍機に一般的に使用されている冷凍機油で
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ような冷凍システム
では、膨張弁としてキャピラリーチューブを使用してい
るのでこの傾向が著しい。本発明は、このような問題を
解消することに成功し、完成させたものである。

【０００６】先ず、本発明では、冷媒としては１，１，
１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）の代替
フロン系冷媒と、これにクロロジフルオロメタン（Ｒ−
２２）を選択し、併用するものである。この結果、代替
フロン系の冷媒であっても、冷凍機油として合成油は勿
論のこと、鉱油を用いても、圧縮式冷凍システムで冷凍
効率に全く支障なく潤滑することができるようになっ
た。本発明においては、このＲ−２２とＲ−１３４ａと
を併用するが、Ｒ−２２とＲ−１３４ａとの混合比率
は、状況に応じて適宜選定すればよく、通常はＲ−２２
を３０〜９５重量％、Ｒ−１３４ａを７０〜５重量％、
好ましくはＲ−２２を５０〜９０重量％、Ｒ−１３４ａ
を５０〜１０重量％の範囲で定める。この混合比率は、
Ｒ−２２が３０重量％未満では、蒸気圧が低くなって冷
凍効率が悪く、また二層に分離しやすくなることがあり
好ましくない。また、Ｒ−２２が９５重量％を超える
と、安定性が悪くなり好ましくない。なお、このＲ−１
３４ａとＲ−２２とからなる混合冷媒には、第３成分の
冷媒として、下記の第一群の冷媒及び／又は第二群の冷
媒の一種以上を１〜３０重量％未満の範囲で配合するこ
とができる。 第一群 １，３−ジクロロ−１，１，２，２，３−ペンタフルオ
ロプロパン（Ｒ−２２５ｃｂ） １，１−ジクロロ−２，２，３，３，３−ペンタフルオ
ロプロパン（Ｒ−２２５ｃａ） １，１−ジクロロトリフルオロエタン（Ｒ−１４１ｂ） １−クロロ−１，１−ジフルオロエタン（Ｒ−１４２
ｂ） クロロテトラフルオロエタン（Ｒ−１２４） 第二群 ジフルオロエタン（Ｒ−１５２ａ） ペンタフルオロエタン（Ｒ−１２５） トリフルオロエタン（Ｒ−１４３ａ） ジフルオロメタン（Ｒ−３２） トリフルオロメタン（Ｒ−２３） ここで、第一群の冷媒は、冷凍機油の溶解性を向上させ
る効果を有し、また第二群の冷媒は、蒸気圧を上昇させ
る効果を有する。

【０００７】一方、冷凍機油としては、４０℃の動粘度
が５〜５００cSt 、好ましくは１０〜３００cSt であ
り、またこれらの動粘度を有すると同時に、界面張力
（ＪＩＳ−Ｋ−２２４１）が８dyne／cm以上、好ましく
は１０dyne／cm以上の炭化水素化合物やポリグリコール
が挙げられる。ここで、４０℃の動粘度が５cSt 未満の
炭化水素化合物やポリグリコールでは、潤滑性が悪くな
り、また５００cSt を超えると冷媒と冷凍機油とが二層
に分離し安定性に欠け、同時に油戻りが悪くなって好ま
しくない。また、界面張力が８dyne／cm未満では、吸湿
性が高く、安定性が悪くなって使用できない。このよう
な冷凍機油として、本発明において使用することができ
るものは、様々なものがある。具体的には、鉱油として
は、パラフィン系鉱油，中間基系鉱油，ナフテン系鉱
油，芳香族系鉱油等の炭化水素化合物を挙げることがで
きる。また、合成油としては、例えば、炭素数２〜１６
のオレフィン（共）重合物（オリゴマーを含む），アル
キルベンゼン，アルキルナフタレン等の炭化水素化合物
等を挙げることができる。そして、ポリグリコールは、
例えば、ポリアルキレングリコールとして、ポリプロピ
レングリコールモノメチルエーテル，ポリプロピレング
リコールモノブチルエーテル，ポリプロピレングリコー
ルジメチルエーテル，ポリプロピレングリコールジプロ
ピルエーテル等を挙げることができる。これらの冷凍機
油は、単独もしくは混合して使用される。さらに、これ
らの冷凍機油には、必要に応じて各種添加剤を配合する
ことができる。その添加剤としては、リン酸エステル，
亜リン酸エステル等の極圧剤をはじめ、酸化防止剤，塩
素捕捉剤，金属不活性化剤，消泡剤，清浄分散剤，粘度
指数向上剤，防錆剤，腐食防止剤，流動点降下剤等を挙
げることができる。

【０００８】本発明においては、Ｒ−１３４ａとＲ−２
２とからなる混合冷媒と冷凍機油とは、様々な混合比率
で使用できるが、通常は混合冷媒が５０〜９５重量％、
冷凍機油が５０〜５重量％の混合比で使用される。この
ような混合比率で混合冷媒と冷凍機油とを用いることに
よって、両者の相溶性を高めるとともに、潤滑性を高め
ることができる。ここで、冷凍機油が５重量％未満で
は、潤滑性が悪くなり、また５０重量％を超えると、冷
媒の蒸気圧が低下して、冷凍効率の低下を招くおそれが
ある。

【０００９】

【実施例】次に、本発明を実施例及び比較例に基づい
て、更に詳しく説明する。先ず、実施例及び比較例で用
いた各冷凍機油の性状，代替混合フロン冷媒の混合比率
その他を第１表，第２表に示す。なお、界面張力及び吸
湿性は、次の通り測定した。 1)界面張力 ＪＩＳ−Ｋ−２２４１に従って測定した。 2)吸湿性 ５０ccのビーカーに冷凍機油１０g を取り、温度２５
℃，湿度８５％の恒温恒湿槽に２日間静置した後の吸湿
水分量（重量％）を測定した。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【表２】

【００１２】

【表３】

【００１３】

【表４】

【００１４】実施例１〜１０及び比較例１〜７ 各実施例及び比較例では、冷凍機油と冷媒との比率を１
０／９０（重量比率）で、「圧縮機−凝縮器−キャピラ
リーチューブ−蒸発器」からなる圧縮式冷凍機（容量１
６０Ｗ）を用いてテストを実施した。テストの結果は、
第３表の通りであった。

【００１５】

【表５】

【００１６】

【表６】

【００１７】なお、各性能試験は、次の通り実施した。 1)二層分離温度の測定 冷凍機油と冷媒の混合比率（重量％）＝１０／９０ 2)油冷媒混合下の蒸気圧の測定 冷凍機油と冷媒の混合比率（重量％）＝１０／９０ 温度４０℃ 3)実機冷却速度の測定 冷蔵庫（容量１６０Ｗ）のフリーザーの温度が−２０℃
に到達する相対冷却速度比で評価した。 4)シールドチューブ試験 １７５℃，１０日間、触媒：Ｆe ，Ｃu ，Ａl 冷媒＝１g ，冷凍機油＝４cc，水＝１wt％（油に対し
て） 試験方法 上記実験後、冷凍機油の外観観察と全酸価の測定を行っ
た。 5)ファレックス摩耗試験 冷媒１０wt％混合し、回転数２９０rpm ，荷重３００Ｌ
bsで６０分間摩耗させた。なお、テストピースは、規格
テストピースを使用した。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、Ｒ−１３４ａの代替フロ
ン系冷媒と、Ｒ−２２を併用し、４０℃の動粘度が５〜
５００cSt でかつ界面張力が８dyne／cm以上の炭化水素
化合物やポリグリコールを使用することによって、経済
的に有利な鉱油をはじめ、合成油であっても、耐摩耗
性，冷却性及び安定性に問題なく運転することができ
る。したがって、本発明の潤滑方法は、冷凍装置を小型
化する際に特に効果的であり、その工業的利用価値は高
い。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ１０Ｎ 20:00 Ｚ 8217−4Ｈ 20:02 30:00 Ｃ 8217−4Ｈ 30:06 40:30 8217−4Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機，凝縮器，膨張弁又はキャピラリ
   ーチューブ及び蒸発器からなる圧縮式冷凍システムにお
   いて、冷媒として、１，１，１，２−テトラフルオロエ
   タンとクロロジフルオロメタンとを主成分とする混合冷
   媒を用いるとともに、冷凍機油として、４０℃の動粘度
   が５〜５００cSt でかつ界面張力が８dyne／cm以上の炭
   化水素化合物及び／又はポリグリコールを用いることを
   特徴とする圧縮式冷凍システムの潤滑方法。