JPH0885798A - 冷凍機油組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸湿性や水分との反応性が低下し、水分によ
る冷凍サイクル材料の劣化が起こりにくく、かつオイル
スラッジの発生を低減することのできる。 【構成】 密閉された容器内に圧縮機構が収容され、冷
媒としてHFC32 単独、またはHFC32 を含む HFCを用いる
冷媒圧縮機の冷凍機油組成物において、エステル系油に
エステル基を含まない冷凍機油を混合してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒圧縮機の冷凍機油
組成物に関し、特に冷媒としてジフルオロメタン（以
下、HFC32 と称する）単独、またはHFC32 を含むハイド
ロフルオロカーボン（以下、HFC と称する）を使用する
冷媒圧縮機に適した冷凍機油組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機や冷蔵庫などには、冷風や温
風を送り出すために、たとえば図１に示す密閉型冷媒圧
縮機や、カーエアコン用の半密閉型冷媒圧縮機（図示省
略）などの冷媒圧縮機が使用されている。一例として図
１に縦断面図を示した代表的な密閉型回転式冷媒圧縮機
を説明する。ステータ２とロータ３とで構成されるモー
タ機構４と、このモータ機構４の下部にシャフト８を介
して圧縮機構５とが密閉されたケーシング１内に設けら
れている。この圧縮機構５の摺動部の動作を円滑にする
ためケーシング１内には冷凍機油９が収容されている。
図示を省略したアキュームレータを介して供給管６から
導入された冷媒は、上記モータ機構４によって駆動され
る圧縮機構５によって圧縮され、ケーシング１内に一旦
吐出された後、ケーシング１の上部に設けられた吐出管
７から冷凍機側に供給される。なお、１０は軸受、１１
はサブベアリング、１２はクランク、１３はローラ、１
４はブレード、１５はスプリングをそれぞれ図示してい
る。

【０００３】このような密閉型冷媒圧縮機の冷媒として
は、ジクロロジフルオロエタン（以下、 CFC12と称す
る）やモノクロロジルフオロメタン（以下、 HCFC22 と
称する）が主に用いられており、またケーシング１内に
収容される冷凍機油としては、潤滑性を有するととも
に、 CFC12や HCFC22 に対して溶解性を示すナフテン系
やパラフィン系鉱油が用いられている。

【０００４】ところで、最近、上述したCFC 系冷媒など
からのフロンの放出がオゾン層の破壊に繋がり人体や生
物系に深刻な影響を与えることが明らかになったため、
塩素を含有するCFC12 、HCFC22、R-502 等のフロンが使
用できなくなる。その代替フロンとして、HFC32 、ペン
タフルオロエタン（以下、 HFC125 と称する）、 1,1,
1,2- テトラフルオロエタン（以下、 HFC134aと称す
る）、 1,1,1- トリフルオロエタン（以下、143aと称す
る）、 1,1- ジフルオロエタン（以下、 HFC152aと称す
る）などを単体あるいは混合して使用できるように検討
がなされている。また、これらの冷媒に適した冷凍機油
の開発が望まれている。

【０００５】ここで、冷凍機油の必要な特性のひとつと
して、冷凍サイクル内の油戻りなどを良好にするため冷
媒との相溶性を有することが挙げられる。HFC32 単独、
またはHFC32 を含む HFCは、従来の冷凍機油である鉱油
にはほとんど溶解しないため、これらと相溶性を有する
エステル系油、アルキレングリコール系油、エーテル系
油、フッ素系油などの使用が試みられており、とくにエ
ステル系油の使用が検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エステ
ル系油は吸水性（または吸湿性）が高いために、冷凍サ
イクル内に混入した水分により、キャピラリーチューブ
内での氷結や冷媒・エステル系冷凍機油の加水分解が起
こる。冷媒が分解すると塩酸やフッ酸などの強酸成分
が、エステル系油が分解すると弱酸ではあるがカルボン
酸などが生成する。これらはエステル系油に存在するエ
ステル結合の加水分解触媒となる。また、冷凍機油は、
摺動部による摩擦熱によって熱劣化を生じることなどに
より、油の劣化物質が生成する。これらの劣化物質は圧
縮された冷媒とともに冷凍サイクル内を循環し、極めて
内径の小さい（たとえばφ1.0 ｍｍ以下）キャピラリー
チューブ内に堆積する結果、冷媒の循環が妨げられ冷却
不良を生じるという問題がある。

【０００７】また、潤滑性の面からは、従来の鉱油系冷
凍機油には環状化合物が含まれており、油膜形成能力が
比較的高かったのに対し、エステル系油は、環状化合物
が含まれてない鎖状化合物であり、厳しい摺動条件では
適切な油膜厚さを保つことができないという問題があ
る。

【０００８】さらに、冷媒として従来のCFC12 や HCFC2
2 を用いた場合、CFC12 や HCFC22中の塩素（Ｃｌ）原
子が、金属基材の鉄（Ｆｅ）原子と反応して耐摩耗性の
良い塩化鉄膜を形成するのに対し、HFC32 単独、または
HFC32 を含む HFCを用いた場合には、塩素（Ｃｌ）原子
が存在しないために塩化鉄のような自己潤滑膜が形成さ
れないという潤滑面での問題もある。

【０００９】このように CFC、HCFC等に替わる冷媒であ
るHFC32 単独、またはHFC32 を含むHFC等とエステル系
油の冷凍サイクルへの適用に際して、これまでと同様の
エステル系の冷凍機油を使用すると、構成部品に欠陥が
生じて品質ならびに耐久性が大きく低下するという問題
があった。

【００１０】本発明はこのような問題に対処するために
なされたもので、吸湿性や水分との反応性が低下し、水
分による冷凍サイクル材料の劣化が起こりにくく、かつ
オイルスラッジの発生を低減することができ、その結
果、冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる冷
凍機油組成物を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍機油組成物
は、密閉された容器内に圧縮機構が収容され、冷媒とし
てHFC32 単独、またはHFC32 を含む HFCを用いる冷媒圧
縮機の冷凍機油組成物において、エステル系油にエステ
ル基を含まない冷凍機油を混合してなることを特徴とす
る。

【００１２】ここで、エステル基を含まない冷凍機油
は、ナフテン系鉱油およびパラフィン系鉱油から選ばれ
た少なくとも 1種の鉱油からなることを特徴とする。

【００１３】また、アルキルベンゼン系合成油、ポリエ
ーテル系合成油およびフッ素系合成油から選ばれた少な
くとも 1種の合成油であることを特徴とする。

【００１４】さらに、上述の鉱油および合成油の混合油
からなることを特徴とする。

【００１５】エステル系油とエステル基を含まない冷凍
機油との混合比率は、（エステル系油）／（エステル基
を含まない冷凍機油）＝ 1／1 〜 9／1 であることを特
徴とする。

【００１６】エステル系油に鉱油を配合してなる本発明
の冷凍機油組成物において、さらに、フッ素系合成油を
0.01 〜 10 体積％配合してなることを特徴とする。

【００１７】本発明に係わるHFC32 を含む HFCとして
は、HFC32 ／ HFC125 、HFC32 ／ HFC125 ／ HFC134aな
どの混合冷媒を挙げることができる。

【００１８】本発明に係わるエステル系油は、HFC32 単
独、またはHFC32 を含む HFCと相溶性を有するもので、
ジ、トリ、テトラオールなどのポリオールから得られる
エステル化合物をいう。テトラオールから誘導されるエ
ステル系油の一例としては、次の一般式で表されるもの
があり、本発明に好適である。

【化１】 ここで、Ｒは、炭化水素基を表す。本発明の冷凍機油組
成物に使用することのできるエステル系油の性状として
は、分子量が 500〜1000程度で動粘度が15〜80センチス
トークス（40℃）程度であることが好ましい。

【００１９】本発明に係わるナフテン系鉱油およびパラ
フィン系鉱油は、ナフテン系基油およびパラフィン系基
油よりなり、たとえば、ナフテン系鉱油としてはスニソ
３ＧＳ、スニソ４ＧＳ等（日本サンオイル社製）を、パ
ラフィン系鉱油としてはＳ−１５、Ｓ−３２（ジャパン
エナジー社製）を挙げることができる。これらは単独油
でも混合油であってもエステル系油と混合することがで
きる。

【００２０】本発明に係わるアルキルベンゼン系合成油
は、アルキル基を側鎖に有する芳香族化合物であり、そ
の分子構造中にエステル基を含まないものをいう。具体
的には、たとえばＨＡＢ−１５、ＨＡＢ−３２（日本石
油社製）を挙げることができる。

【００２１】本発明に係わるポリエーテル系合成油は、
エーテル結合により構成される化合物であり、その分子
構造中にエステル基を含まないものをいう。具体的に
は、たとえばＦＶ−３２（出光社製）を挙げることがで
きる。

【００２２】本発明に係わるフッ素系合成油は、HFC32
単独、またはHFC32 を含む HFCと相溶性を有するもの
で、つぎの一般式で表される。

【化２】 ここで、ｎは 5〜10の範囲のものが好適である。

【００２３】本発明に係わるエステル系油と、上述の鉱
油および合成油から選ばれた少なくとも 1種の分子構造
中にエステル基を含まない油との混合比率は重量比で
（エステル系油）／（エステル基を含まない冷凍機油）
＝ 1／1 〜 9／1 である。この範囲であるとエステル系
油の吸水率を抑え、油の劣化物質などの生成を防ぐこと
ができる。

【００２４】また、エステル系油と鉱油とを配合してな
る本発明の冷凍機油組成物にフッ素系合成油を 0.01 〜
10 体積％配合することにより、エステル系油の吸水率
を抑えるとともに、厳しい摺動条件下にあっても耐摩耗
性を向上させることができる。好ましくは 0.01 〜8 体
積％であり、より好ましくは 0.01 〜5 体積％である。

【００２５】なお、本発明の冷凍機油組成物には、添加
剤としてイオウ系、リン系、ハロゲン系の極圧添加剤、
もしくは耐摩耗性向上剤や酸化防止剤、加水分解防止
剤、耐熱性向上剤、腐食防止剤、消泡剤を含んでいても
よい。

【００２６】

【作用】HFC32 単独、またはHFC32 を含む HFCからなる
冷媒との組み合わせとしてエステル系油にエステル基を
含まず、吸湿性と反応性が低い鉱油や合成油を混合する
ことにより、鉱油混合エステル系冷凍機油の吸湿性や反
応性が低減する。

【００２７】また、フッ素系油を配合することで、吸湿
性の低減とともに金属摺動部材における潤滑性が向上す
る。

【００２８】その結果、カーボンスラッジを減少させ、
さらに潤滑性を保持することで、本発明の冷凍機油は冷
媒圧縮機としての機能を良好に維持することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例２ 冷凍機油としてヒンダードエステル系油（ジャパンエナ
ジー社製）とナフテン系鉱油（スニソ３ＧＳ、日本サン
石油社製）とを表１に示す比率で混合して冷凍機油を調
製した。なお、エステル系油単体を比較例１とナフテン
系鉱油単体を比較例２とした。

【００３０】得られた混合冷凍機油について、吸湿性試
験とシールドチューブ試験を行い評価した。吸湿性試験
は、試料油 1kgを湿度80％の雰囲気に24時間放置して水
分吸湿率を測定した。シールドチューブ試験は以下のよ
うにして行った。耐熱ガラス製の試験管を 6本準備し、
それぞれに実施例１から実施例４、比較例１および比較
例２の油を 2mlおよび銅、アルミニウム、鉄片を入れ
る。最後に HFC32を 1ml入れ、冷却しながら充分脱気脱
水した後、試験管の上部を封管してシールドチューブを
作製する。なお、油の吸湿率は 200ppm であった。この
シールドチューブを温度が 175℃に保たれた恒温槽内に
入れ、500 時間加熱した。500 時間経過後、シールドチ
ューブ内の冷凍機油の色相と沈殿物を観察した。吸湿性
試験およびシールドチューブ試験の結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】 表１の結果より、エステル系油の混合割合が高いと吸湿
率が増加し、冷凍機油の色相が濃色となり沈殿物が生成
しやすくなる傾向が認められた。

【００３２】また実施例１から実施例４、比較例１およ
び比較例２の冷凍機油を図１に示した冷媒圧縮機に封入
し、HFC32 を冷媒として運転を行ったところ、比較例２
において冷媒圧縮器内の油量低下が起こり、冷凍サイク
ル内の油戻りが良好でなかった。

【００３３】実施例５〜実施例８および比較例３ 冷凍機油として実施例１のエステル系油およびナフテン
系鉱油とアルキルベンゼン系合成油（ＨＡＢ−１５、日
本石油社製）とを表２に示す比率で混合して冷凍機油を
調製した。なお、アルキルベンゼン系合成油単体を比較
例３とした。得られた混合冷凍機油について、実施例１
と同一の条件、方法で吸湿性試験を行った。その結果を
表２に示す。

【００３４】

【表２】 表２の結果より、エステル系油の混合割合が高いと吸湿
率が増加する傾向が認められた。また実施例５から実施
例８、比較例３の冷凍機油を図１に示した冷媒圧縮機に
封入し、HFC32 を冷媒として運転を行ったところ、比較
例３において冷媒圧縮器内の油量低下が起こり、冷凍サ
イクル内の油戻りが良好でなかった。

【００３５】実施例９〜実施例１５ 冷凍機油として実施例１のエステル系油にナフテン系鉱
油（スニソ３ＧＳ、日本サン石油社製）を20％混合し、
鉱油混合エステル系油を調製した。この鉱油混合エステ
ル系油に対してフッ素系油（デムナムＳ−６５、ダイキ
ン工業社製）を表３に示す割合で配合した。

【表３】 得られた混合冷凍機油について、吸水量および摩耗特性
を測定した。摩耗特性は、図２に示すような摩耗試験機
を用いて冷媒、冷凍機油、金属材における潤滑性を評価
した。この装置は、試験用シャフト１６をＶ−ブロック
１７、１７で挟み込み、Ｖ−ブロック１７の締め付けに
よる荷重を一定の値に設定し、試験用シャフト１６の回
転を 290rpm の一定の摺動速度条件とし、冷凍機油の温
度を調節しながら冷媒 HFC32を吹込み、一定時間後の試
験用シャフト１６の摩耗量を調べる装置である。

【００３６】吸水量および摩耗量の測定結果を図３およ
び図４に示す。なお、図中の数字は実施例の番号を示
す。図３および図４から、この鉱油混合エステル系油へ
のフッ素系油の配合量が多くなるほど吸水量が低下す
る。潤滑性については、この鉱油混合エステル系油への
フッ素系油の配合量が0.01体積％未満になると金属摺動
部材の摩耗量が増加し、また、フッ素系油の配合量が 1
0 体積％の場合にも0.01体積％とほぼ同じ摩耗量を示し
た。フッ素系油の配合量が 0.01 〜5 体積％の範囲であ
ると摩耗量が最小値を示した。

【００３７】実施例１３の冷凍機油を冷媒 HFC32ととも
に実機の冷媒圧縮機に封入し、2000時間運転を行った。
運転終了後、モーターコイルの電線被覆材および絶縁フ
ィルム、さらに冷凍機油自体について特性の変化を調査
した結果、すべてについて初期性能と比較してなんら異
常なく、非常に良好であった。また、摺動部材について
は、顕著な摩耗は認められず、オイルスラッジの発生も
認められなかった。

【００３８】

【発明の効果】本発明の冷凍機油組成物は、HFC32 単
独、またはHFC32 を含む HFCを用いる冷媒圧縮機におい
て、エステル系油にエステル基を含まない冷凍機油を混
合してなるので、混合冷凍機油の加水分解を抑えること
ができる。

【００３９】本発明の冷凍機油組成物はエステル系油に
鉱油を混合してなるので、吸湿性や水分との反応性が低
下し、水分による冷凍サイクル材料の劣化が起こりにく
くなり、冷凍サイクルの信頼性が向上する。また、冷媒
圧縮機の摺動面に鉱油の油膜が形成されて摺動性も向上
する。さらに、 HFC系冷媒に相溶性がない鉱油に対して
エステル系油の混合率が高いために油戻りの問題は起こ
りにくい。その他、鉱油はエステル系油に比べて安価で
あることから、鉱油を配合することにより冷凍機油のコ
ストが安くなる。

【００４０】本発明の冷凍機油組成物はエステル系油に
合成油を混合してなるので、吸湿性や水分との反応性が
低下し、水分による冷凍サイクル材料の劣化が起こりに
くくなり、冷凍サイクルの信頼性が向上する。また、 H
FC系冷媒に対して相溶性のない合成油を混合してもエス
テル系油の混合率が高いために油戻りの問題は起こりに
くい。

【００４１】本発明の冷凍機油組成物はエステル系油に
鉱油と合成油とを混合してなるので、吸湿性を抑えるこ
とができ、上述の効果が得られる。

【００４２】また、配合割合を、エステル系油／エステ
ル基を含まない冷凍機油＝ 1／1 〜9／1 とすることに
より、より吸湿性を抑え、水分による冷凍サイクル材料
の劣化が起こりにくくなり、冷凍サイクルの信頼性が向
上する。さらに、油戻りの問題がより起こりにくくな
る。

【００４３】本発明の冷凍機油組成物は鉱油混合エステ
ル系油にフッ素系合成油を 0.01 〜10 体積％配合して
なるので吸湿性や水分との反応性が低下し、水分による
冷凍サイクル材料の劣化が起こりにくく、かつオイルス
ラッジの発生を低減し、冷凍サイクルの信頼性が向上す
る。また、冷媒圧縮機の摺動性も向上する。

【００４４】以上の結果、本発明の冷凍機油組成物はHF
C32 単独、またはHFC32 を含む HFCを用いる冷媒圧縮機
の信頼性および耐久性の大幅な向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】密閉型冷媒圧縮機の縦断面図である。

【図２】摩耗試験機の要部断面図である。

【図３】混合冷凍機油の吸水特性を示す図である。

【図４】混合冷凍機油の摩耗特性を示す図である。

【符号の説明】

１………ケーシング、２………ステータ、３………ロー
タ、４………モータ機構、５………圧縮機構、６………
供給管、７………吐出管、８………シャフト、９………
冷凍機油、１０………軸受、１１………サブベアリン
グ、１２………クランク、１３………ローラ、１４……
…ブレード、１５………スプリング、１６………試験用
シャフト、１７………Ｖ−ブロック。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 105:52） Ｃ１０Ｎ 40:30 (72)発明者 津田 達也 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉された容器内に圧縮機構が収容さ
   れ、冷媒としてジフルオロメタン単独、またはジフルオ
   ロメタンを含むハイドロフルオロカーボンを用いる冷媒
   圧縮機の冷凍機油組成物において、該冷凍機油組成物は
   エステル系油にエステル基を含まない冷凍機油を混合し
   てなることを特徴とする冷凍機油組成物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の冷凍機油組成物におい
   て、前記エステル基を含まない冷凍機油は、ナフテン系
   鉱油およびパラフィン系鉱油から選ばれた少なくとも 1
   種の鉱油からなることを特徴とする冷凍機油組成物。
3. 【請求項３】 請求項１記載の冷凍機油組成物におい
   て、前記エステル基を含まない冷凍機油は、アルキルベ
   ンゼン系合成油、ポリエーテル系合成油およびフッ素系
   合成油から選ばれた少なくとも 1種の合成油であること
   を特徴とする冷凍機油組成物。
4. 【請求項４】 請求項１記載の冷凍機油組成物におい
   て、前記エステル基を含まない冷凍機油は、ナフテン系
   鉱油およびパラフィン系鉱油から選ばれた少なくとも 1
   種の鉱油、および、アルキルベンゼン系合成油、ポリエ
   ーテル系合成油およびフッ素系合成油から選ばれた少な
   くとも 1種の合成油からなることを特徴とする冷凍機油
   組成物。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   記載の冷凍機油組成物において、前記エステル系油と前
   記エステル基を含まない冷凍機油との混合比率は、（前
   記エステル系油）／（前記エステル基を含まない冷凍機
   油）＝ 1／1〜 9／1 であることを特徴とする冷凍機油
   組成物。
6. 【請求項６】 請求項２記載の冷凍機油組成物におい
   て、さらに、フッ素系合成油を 0.01 〜 10 体積％配合
   してなることを特徴とする冷凍機油組成物。