JPH06248285A - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JPH06248285A
JPH06248285A JP5038539A JP3853993A JPH06248285A JP H06248285 A JPH06248285 A JP H06248285A JP 5038539 A JP5038539 A JP 5038539A JP 3853993 A JP3853993 A JP 3853993A JP H06248285 A JPH06248285 A JP H06248285A
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oil
refrigerating
ester oil
cycle
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Yasuki Takahashi
康樹 高橋
Kiyoshi Akazawa
清 赤沢
Toru Ito
亨 伊藤
Yoshinori Jikuhara
精紀 軸原
Masato Watanabe
正人 渡邉
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ポリオールエステル油に特定の原
料を使用すると共に、冷凍サイクルにスラッジキャッチ
ャーを設けることにより、R134aを使用した冷凍装
置の性能、信頼性を向上することを目的とする。 【構成】 本発明は、塩素を含まない弗化炭化水素系冷
媒を用いる冷凍サイクルAで、ポリオールエステル油を
基油とした冷凍機油18を有する冷凍装置であって、ポ
リオールエステル油18は、トリメチロールプロパンや
ペンタエリスリトール等の3価以上のポリオールと、直
鎖又は側鎖のアルキル系脂肪酸を無触媒で重合した原料
とし、流動点が−40℃以下、二液分離温度が−20℃
以下、全酸価が0.02mgK0H/g以下で、粘度が
40℃で8〜100cst、粘度指数が80以上のもの
とすると共に、前記冷凍サイクルAの高圧側にはサイク
ル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーGを設
けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は冷媒に1,1,1,2
−テトラフルオロエタン(以下R134aという)等の
塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を用いる冷凍サイク
ルで、ポリオールエステル油を基油とした冷凍機油を有
する冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】冷蔵庫、自動販売機及びショーケース用
の圧縮機は従来冷媒としてジクロロジフルオロメタン
(以下R12という)を多く使用していた。このR12
はオゾン層の破壊の問題からフロン規制の対象となって
いる。そして、このR12の代替冷媒としてR134a
を代表とする塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒(HF
C,FC)が冷凍機用として検討されている(例えば、
特開平1−271491号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷媒R
134aは現在使われている鉱物油やアルキルベンゼン
油等の冷凍機油との相溶性が悪く、圧縮機への油の戻り
の悪化や寝込み起動時の分離冷媒の吸い上げなどから圧
縮機の潤滑不良に至る問題があった。
【0004】このため、本発明者らは冷媒R134aと
相溶性のある冷凍機油としてポリオールエステル系油を
検討した。しかし、このポリオールエステル系油は冷媒
圧縮機、特に回転型圧縮機に使用する場合に、熱により
分解して生成する脂肪酸で摺動部材に腐食を起こさせ、
摩耗を生じさせることが知られている。
【0005】そして、本発明者らは冷媒としてR134
aと冷凍機油としてポリオールエステル系油とを組合わ
せて冷媒圧縮機に使用すべく研究を重ねた結果、上記問
題の他に、ポリオールエステル系油は、水分の影響によ
り加水分解を起こして全酸価が上昇し、金属石鹸が生成
されてスラッジとなり、冷凍サイクルに悪影響を与えた
り、酸素や塩素の影響により、分解、酸化劣化、重合反
応が起こり、金属石鹸や高分子スラッジが生成されて冷
凍サイクルに悪影響を与えることをつきとめた。
【0006】そこで、本発明者らはポリオールエステル
油に特定の原料を使用し、特定の物性範囲で使用した
り、特殊な添加剤を加えたり、弗化炭化水素系冷媒の純
度を高い値に維持したり、冷凍サイクルの平衡水分を抑
えたり、更には、冷凍サイクル中にスラッジを捕獲する
スラッジキャッチャーを設けることにより、上記の問題
を解決できることを見いだした。
【0007】この発明は上記の問題を解決するもので、
塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒(例えばR134
a)との相溶性のあるポリオールエステル系油を冷凍機
油として使用したときの上記の問題を解決し、良好な冷
凍装置を得ることを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1記載
の如く、塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を用いる冷
凍サイクルで、ポリオールエステル油を基油とした冷凍
機油を有する冷凍装置であって、ポリオールエステル油
は、トリメチロールプロパンやペンタエリスリトール等
の3価以上のポリオールと、直鎖又は側鎖のアルキル系
脂肪酸を無触媒で重合した原料とし、流動点が−40℃
以下、二液分離温度が−20℃以下、全酸価が0.02
mgK0H/g以下で、粘度が40℃で8〜100cs
t、粘度指数が80以上のものとすると共に、圧縮機、
凝縮器、減圧装置、蒸発器を配管接続して構成される冷
凍サイクルの高圧側に、サイクル中のスラッジを捕獲す
るスラッジキャッチャーが設けたものである。
【0009】また、請求項2記載の如く、塩素を含まな
い弗化炭化水素系冷媒を用いる冷凍サイクルで、ポリオ
ールエステル油を基油とした冷凍機油を有する冷凍装置
であって、弗化炭化水素系冷媒は、純度が99.95w
t%以上で、塩素系冷媒の混入が80ppm以下である
請求項1記載の冷凍装置とした。
【0010】また、請求項3記載の如く、冷凍サイクル
内の平衡水分(下式Iで示す)が運転初期状態において
200ppm以下である請求項1記載の冷凍装置とし
た。 また、請求項4記載の如く、冷凍サイクル内の残留酸素
量は、冷凍サイクル内容積の0.01vol%以下にさ
れている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0011】また、請求項5記載の如く、ポリオールエ
ステル油には、添加剤として2,6ジターシャリブチル
パラプレゾール(DBPC)等のフェノール系酸化防止
剤が0.1〜0.5wt%添加されている請求項1記載
の冷凍装置とした。
【0012】また、請求項6記載の如く、ポリオールエ
ステル油には、20ppm以下のベンゾトリアゾール
(BTA)等の銅不活性化剤が添加されている請求項1
記載の冷凍装置とした。
【0013】また、請求項7記載の如く、ポリオールエ
ステル油には、2wt%以下のトリクレジルフォスフェ
ート(TCP)等の極圧添加剤が添加されている請求項
1記載の冷凍装置とした。
【0014】更に、請求項8記載の如く、ポリオールエ
ステル油には、0.1〜0.5wt%のエポキシ系添加
剤が添加されている請求項1記載の冷凍装置とした。
【0015】
【作用】この発明は上記のように構成したことにより、
以下の作用を奏する。
【0016】請求項1の構成により、本発明のポリオー
ルエステル油は、冷凍装置で使用する全温度帯にて弗化
炭化水素系冷媒との相溶性が良好となり、冷媒とオイル
の二層分離をなくすことができる。
【0017】このため、冷凍サイクル中の−30℃以下
の低温領域で常にポリオールエステル油が弗化炭化水素
系冷媒(例えば134a)に溶解した状態で存在し、全
体として低粘度になるため、圧縮機への油戻りが良好と
なる。従って、圧縮機の油面低下はなくなり、軸受摺動
部への給油を確保でき、噛りや焼付きを防止できる。
【0018】しかも、本発明のポリオールエステル油
は、油自身の保有するエステル結合が主に圧縮機の軸、
軸受の鉄系摺動部表面に分子配向して潤滑性を高める作
用と、冷媒(134a)に溶けやすい作用とにより、実
粘度を下げることができ、機械損失を低減して圧縮機の
成績係数を向上できる。
【0019】加えて、冷凍サイクルの高圧側にはサイク
ル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャー(例え
ば、活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成され
る)を設けたので、冷凍サイクル中に生成したスラッジ
やエステル油の加水分解により生じた脂肪酸をこのスラ
ッジキャッチャーにて吸着して金属石鹸の生成を未然に
防ぐことができる。
【0020】また、請求項2の構成により、弗化炭化水
素系冷媒の純度を極めて高いものとしたので、冷凍サイ
クル中の異物の混入やCFCの混入が殆どなく、塩素が
ポリオールエステル油を分解して脂肪酸となり、金属と
反応して金属石鹸を生成するのを抑制でき、スラッジの
析出を低減し、ポリオールエステル油と冷媒との相溶性
を確保して安定した性能を得ることができる。
【0021】また、請求項3の構成により、冷凍装置の
運転初期において、オイルが加水分解を起こすのを防止
することができ、全酸化の低減、金属石鹸の生成による
スラッジの発生を抑制して摺動部での潤滑特性を確保で
きる。
【0022】また、請求項4の構成により、ポリオール
エステル油の酸化劣化、重合によるスラッジを防止する
ことができ、信頼性に優れた冷凍装置を提供できる。
【0023】また、請求項5の構成により、このポリオ
ールエステル油は、グリコール油等に比べて酸化劣化安
定性を向上でき、圧縮機の性能、信頼性を向上できる。
【0024】また、請求項6の構成により、軸受摺動面
となる銅表面に吸着し、その触媒作用を抑制することが
でき、加水分解を抑制できる。
【0025】また、請求項7の構成により、軸受摺動面
に強力な化学吸着膜を形成することができ、摺動部の潤
滑性をより良好として噛りや焼付きを防止できる。
【0026】また、請求項8の構成により、加水分解を
抑制することができ、全酸価を低減して金属石鹸の生成
を抑制し、装置の信頼性を向上できる。
【0027】
【実施例】以下この発明を図に示す実施例に基いて説明
する。
【0028】図1は回転型圧縮機の縦断面図である。図
1において、Aは冷凍装置を構成する冷凍サイクルであ
り、圧縮機B、凝縮器C、減圧装置D、蒸発器E、乾燥
器F、スラッジキャッチャーGを配管接続して構成され
る。ここで、乾燥器Fは、公知の材料であるモリキュラ
シーブスから形成され、スラッジキャッチャーGは、活
性アルミナの粒をバインダーで粘結して形成される。
【0029】そして、前記圧縮機Bは以下の構造を有す
る。
【0030】1は密閉容器で、この容器内には上側に電
動要素2が、下側にこの電動要素によって駆動される回
転圧縮要素3が夫々収納されている。電動要素2は有機
系材料で絶縁された巻線4を有する固定子5とこの固定
子の内側に設けられた回転子6とで構成されている。回
転圧縮要素3はシリンダ7と、回転軸8の偏心部9によ
ってシリンダ7の内壁に沿って回転させるローラ10
と、このローラの周面に圧接されてシリンダ7内を吸込
側と吐出側とに区画するようにバネ11で押圧されるベ
ーン12と、シリンダ7の開口を封じるとともに、回転
軸8を軸支する上部軸受13及び下部軸受14とで構成
されている。
【0031】そして、上部軸受13にはシリンダ7の吐
出側と連通する吐出孔15が設けられている。また、上
部軸受13には吐出孔15を開閉する吐出弁16と、こ
の吐出弁を覆うように吐出マフラ17とが取付けられて
いる。
【0032】ローラ10とベーン12とは鉄系材料で形
成されている。
【0033】密閉容器1内の底部には、ペンタエリスリ
トールと、直鎖又は側鎖の炭素数8及び9のアルキル系
脂肪酸とを無触媒で反応し製造したヒンダードエステル
からなり、流動点が−50℃、二液分離温度が−35
℃、全酸価が0.01mgKOH/g以下で、粘度が4
0℃で32cst、粘度指数が95のポリオールエステ
ル油のオイル18が貯溜されている。
【0034】このポリオールエステル油には、長期保存
下の酸化劣化を防止する目的で、添加剤として2,6ジ
・ターシャリブチルパラクレゾール(DBPC)のフェ
ノール系酸化防止剤が0.3wt%添加されており、ま
た、加水分解を防止する目的で、0.25wt%のエポ
キシ系添加剤が添加されている。
【0035】尚、このポリオールエステル油には、必要
に応じて5ppmのベンゾトリアゾール(BTA)の銅
不活性化剤、及び1wt%のトリクレジルフォスフェー
ト(TCP)の極圧添加剤が添加される。
【0036】冷凍サイクルAには、塩素を含まない弗化
炭化水素系冷媒、例えばR134aが封入されている。
【0037】R134aは、純度が99.97wt%
で、塩素系冷媒の混入が56ppmに調整される。ま
た、冷凍サイクルA内の平衡水分(下式Iで示す)が運
転初期状態において150ppmとなるように調整され
ている。 また、冷凍サイクルAに使用する乾燥器Fには、水分吸
着剤のポア径が3Å程度のものが使用されている。更
に、冷凍サイクルA内の残留酸素量は、サイクル内容積
の0.005vol%に調整されている。
【0038】また、圧縮機Bの電動要素2のうち、巻線
4は、内側に耐熱エステル(THEIC)又はエステル
イミドからなる層を施し、かつ、外側にアミドイミドか
らなる層を施した二層構造の絶縁材料が被覆されてお
り、又、巻線4間等を絶縁する絶縁紙Hとして低オリゴ
マ仕様(3量体として0.6wt%以下)のPETフィ
ルムが使用されている。
【0039】そして、オイル18は回転圧縮要素3の摺
動部材であるローラ10とベーン12との摺動面を潤滑
している。
【0040】回転圧縮要素3のシリンダ7内に流入して
ローラ10とベーン12との協働で圧縮される冷媒はポ
リオールエステル系油のオイル18との相溶性のあるR
134aで形成されている。
【0041】19は密閉容器1に取付けてシリンダ7の
吸込側に冷媒を案内する吸込管、20は密閉容器1の上
壁に取付けられて回転圧縮要素3で圧縮されて電動要素
2を介して密閉容器1外に冷媒を吐出する吐出管であ
る。
【0042】このように構成された回転型圧縮機に使用
される冷凍機油組成物において、吸込管19からシリン
ダ7内の吸込側に流入した冷媒R134aはローラ10
とベーン12との協働で圧縮され、吐出孔15を通って
吐出弁16を開放して吐出マフラ17内に吐出される。
この吐出マフラ内の冷媒は電動要素2を介して吐出管2
0から密閉容器1外に吐出される。そして、オイル18
は回転圧縮要素3のローラ10やベーン12等の摺動部
材の摺動面に供給されて潤滑を行っている。また、シリ
ンダ7内で圧縮された冷媒が低圧側にリークしないよう
にしている。
【0043】本実施例によれば上記の構成により、以下
の作用を奏する。
【0044】請求項1の構成により、本発明のポリオー
ルエステル油18は、冷凍装置Aで使用する全温度帯に
てR134aとの相溶性が良好となり、冷媒とオイルの
二層分離をなくすことができる。
【0045】このため、冷凍サイクルA中の−30℃以
下の低温領域で常にポリオールエステル油18が134
aに溶解した状態で存在し、全体として低粘度になるた
め、圧縮機Bへの油戻りが良好となる。従って、圧縮機
Bの油面低下はなくなり、軸受摺動部8,13,14へ
の給油を確保でき、噛りや焼付きを防止できる。
【0046】しかも、本発明のポリオールエステル油1
8は、油自身が保有するエステル結合が主に圧縮機Bの
軸8、軸受13,14の鉄系摺動部表面に分子配向して
潤滑性を高める作用と、冷媒(134a)に溶けやすい
作用とにより、実粘度を下げることができ、機械損失を
低減して圧縮機Bの成績係数を向上できる。
【0047】加えて、冷凍サイクルAの高圧側にはサイ
クル中のスラッジを捕獲するスラッジキャッチャーG
(活性アルミナの粒をバインダで粘結して形成される)
を設けたので、冷凍サイクルA中に生成したスラッジや
エステル油18の加水分解により生じた脂肪酸をこのス
ラッジキャッチャーGにて吸着して金属石鹸の生成を未
然に防ぐことができる。
【0048】また、請求項2の構成により、134a冷
媒の純度を極めて高いものとしたので、冷凍サイクルA
中の異物の混入やCFCの混入が殆どなく、ポリオール
エステル油18と冷媒との相溶性を確保して安定した性
能を得ることができる。
【0049】また、請求項3の構成により、冷凍装置の
運転初期において、オイルが加水分解を起こすのを防止
することができ、全酸価の低減、金属石鹸の生成による
スラッジの発生を抑制して摺動部での潤滑特性を確保で
きる。
【0050】また、請求項4の構成により、ポリオール
エステル油18の酸化劣化、重合によるスラッジを防止
することができ、信頼性に優れた冷凍装置を提供でき
る。
【0051】また、請求項5の構成により、このポリオ
ールエステル油18は、グリコール油等に比べて酸化劣
化安定性を向上でき、圧縮機Bの性能、信頼性を向上で
きる。
【0052】このことは、DBPCを添加した本発明の
ポリオールエステル系油18を封入したシールドチュー
ブテストによる実験結果からも確認された。
【0053】即ち、90℃×29日のエージングで、水
分を200ppmに調整した条件において、DBPCを
添加した本発明のポリオールエステル系油18によれ
ば、初期段階において、全酸価が0.01以下となり、
良好な結果が得られた。
【0054】また、請求項6の構成により、軸受摺動面
8,10,13,14となる銅表面に吸着し、その触媒
作用を抑制することができ、加水分解を抑制できる。
【0055】また、請求項7の構成により、軸受摺動面
8,10,13,14に強力な化学吸着膜を形成するこ
とができ、摺動部8,10,13,14の潤滑性をより
良好として噛りや焼付きを防止できる。
【0056】また、請求項8の構成により、加水分解を
抑制することができ、全酸価を低減して金属石鹸の生成
を抑制し、装置の信頼性を向上できる。
【0057】以上の作用効果は、図2に示す実機による
耐久試験結果からも確認された。
【0058】即ち、横軸に耐久テストの時間を取り、縦
軸にコンタミ量(スラッジ量)を取った図2のグラフに
ついて、添加剤(DBPC,TCP等)を添加した本発
明のポリオールエステル系油18の試料Yを使用し、冷
凍サイクルAにスラッジキャッチャーGを設けた試料IV
が最良の結果を示した。即ち、添加剤として高価なエポ
キシまで添加したり、装置の製造基準を厳しく制限した
基準B(冷媒の純度、冷凍サイクルA内の水分、塩素、
酸素量を制限したもの)を採用するまでもなく、スラッ
ジキャッチャーGを設けるだけでも十分なコンタミ量の
低減を図ることができた。
【0059】尚、図2中、試料I〜Vの内容は以下の通
りである。
【0060】
【表1】
【0061】但し、添加剤X:DBPC+BTA 添加剤Y:DBPC+BTA+TCP 添加剤Z:DBPC+BTA+TCP+エポキシ 製造基準A:(従来の基準) 冷媒の純度:99.90wt% 冷凍サイクルA内の平衡水分量:600ppm 冷凍サイクルA内の残留酸素量:0.03vol% 冷凍サイクルA内の塩素残量:400ppm 製造基準B:(本発明の基準) 冷媒の純度:99.95wt% 冷凍サイクルA内の平衡水分量:200ppm 冷凍サイクルA内の残留酸素量:0.01vol% 冷凍サイクルA内の塩素残量:100ppm 尚、本実施例では塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒と
してR134aを例に説明したが、これに限定されるも
のではなく、他のHFCの冷媒に対しても本発明のポリ
オールエステル系油は優れた相溶性を発揮し、これらの
冷媒に対しても適用できる。
【0062】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ポリオ
ールエステル油に特定の原料を使用し冷凍サイクルの高
圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジキャ
ッチャーを設けることにより、エステル油の加水分解に
より生じた脂肪酸や冷凍サイクル中に生成したスラッジ
をこのスラッジキャッチャーにて吸着することができ、
金属石鹸の生成を未然に防止して冷凍サイクルに悪影響
を与えるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す回転型圧縮機の縦断
面図である。
【図2】冷凍装置の実機による耐久試験結果を示すグラ
フ。
【符号の説明】
A 冷凍装置 B 回転圧縮機 F 乾燥器 G スラッジキャッチャー 1 密閉容器 3 回転圧縮要素 10 ローラ 12 ベーン 18 オイル
───────────────────────────────────────────────────── 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 C10M 105:38 129:10 133:40 137:04 105:06 101:02 129:18) C10N 20:00 A 8217−4H 20:02 30:00 Z 8217−4H A 8217−4H 30:06 30:10 30:14 40:30 (72)発明者 軸原 精紀 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 渡邉 正人 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を用い
    る冷凍サイクルで、ポリオールエステル油を基油とした
    冷凍機油を有する冷凍装置であって、 ポリオールエステル油は、トリメチロールプロパンやペ
    ンタエリスリトール等の3価以上のポリオールと、直鎖
    又は側鎖のアルキル系脂肪酸を無触媒で重合した原料と
    し、流動点が−40℃以下、二液分離温度が−20℃以
    下、全酸価が0.02mgK0H/g以下で、粘度が4
    0℃で8〜100cst、粘度指数が80以上のもので
    あり、前記冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、減圧装
    置、蒸発器を配管接続して構成され、この冷凍サイクル
    の高圧側にはサイクル中のスラッジを捕獲するスラッジ
    キャッチャーが設けられていることを特徴とする冷凍装
    置。
  2. 【請求項2】塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を用い
    る冷凍サイクルで、ポリオールエステル油を基油とした
    冷凍機油を有する冷凍装置であって、弗化炭化水素系冷
    媒は、純度が99.95wt%以上で、塩素系冷媒の混
    入が80ppm以下であることを特徴とする請求項1記
    載の冷凍装置。
  3. 【請求項3】冷凍サイクル内の平衡水分(下式Iで示
    す)が運転初期状態において200ppm以下であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
  4. 【請求項4】冷凍サイクル内の残留酸素量は、冷凍サイ
    クル内容積の0.01vol%以下にされていることを
    特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
  5. 【請求項5】ポリオールエステル油には、添加剤として
    2,6ジターシャリブチルパラクレゾール(DBPC)
    等のフェノール系酸化防止剤が0.1〜0.5wt%添
    加されていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装
    置。
  6. 【請求項6】ポリオールエステル油には、20ppm以
    下のベンゾトリアゾール(BTA)等の銅不活性化剤が
    添加されていることを特徴とする請求項1記載の冷凍装
    置。
  7. 【請求項7】ポリオールエステル油には、2wt%以下
    のトリクレジルフォスフェート(TCP)等の極圧添加
    剤が添加されていることを特徴とする請求項1記載の冷
    凍装置。
  8. 【請求項8】ポリオールエステル油には、0.1〜0.
    5wt%のエポキシ系添加剤が添加されていることを特
    徴とする請求項1記載の冷凍装置。
JP03853993A 1993-02-26 1993-02-26 冷凍装置 Expired - Fee Related JP3831416B2 (ja)

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WO2003106601A1 (ja) * 2002-06-12 2003-12-24 新日本石油株式会社 潤滑油組成物
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