DE69011573T2 - Öl für Kühlmaschine. - Google Patents

Öl für Kühlmaschine.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Öl für eine Kühlmaschine. Die Kühlmaschinen, auf die hierin Bezug genommen wird, schließen Wärmepumpen ein.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Die bis jetzt bekannten Öle für Kühlmaschinen sind Mineralöle wie Paraffinöle, Naphthenöle und dergleichen, sowie synthetische Öle wie Alkylbenzolöle, Esteröle u.dergl. Diese Öle werden hauptsächlich für Kühlmaschinen benutzt, in denen Trichlorfluormethan (R-11), Dichlordifluormethan (R-12) oder dergleichen als Kühlmittel verwendet wird. In den letzten Jahren ist jedoch vorgebracht worden, daß Chlor enthaltende voll halogenierte Kohlenwasserstoffe wie R-11 oder R-12, die in die Atmosphäre entweichen, die Ozonschicht in der Stratosphäre beschädigten, wodurch dem Ökosystem einschließlich der Menschen auf der Erde ein ernsthafter nachteiliger Einfluß zugefügt wird. Als Folge hiervon ruft ein weltweites Abkommen, "Das Montreal Protokoll", unterzeichnet im September 1987, zur Einschränkung von Verbrauch und Produktion der am meisten das Ozon schädigenden Gase wie R-11 und R-12 auf.
  • Als Ersatz für R-11 oder R-12 ist die Verwendung von CH&sub2;FCF&sub3; (R-134a) oder ähnlicher Wasserstoff enthaltender fluorierter Kohlenwasserstoffe vorgeschlagen worden.
  • Es ist unwahrscheinlich, daß die vorgeschlagenen Kohlenwasserstoffe die Ozonschicht schädigen, jedoch ist ihre Verträglichkeit mit herkömmlichen Ölen für Kühlmaschinen sehr gering. Wegen dieses Nachteils verringert der Wasserstoff enthaltende fluorierte Kohlenwasserstoff,der als Kältemittel in einer Kühlmaschine zusammen mit einem konventionellen Kühlmaschinenöl verwendet wird, die Kühlkapazität und den Leistungskoeffizienten signifikant.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Maschinenöl vorgesehen, das in einer Kühlmaschine unter Verwendung eines Wasserstoff enthaltenden halogenierten Kohlenwasserstoffs als Kühlmittel Anwendung findet, wobei das Öl einen Fluor enthaltenden Polyäther umfaßt,der sich wiederholende Struktureinheiten hat, repräsentiert durch die Formel (I)
  • (CF&sub2;CF&sub2;CF&sub2;O) (CHFCF&sub2;CF&sub2;O)(CH&sub2;CF&sub2;CF&sub2;O) (I)
  • worin l ,m und n sämtlich eine ganze Zahl von wenigstens Null sind, und der Polyäther in der Lage ist, die Beziehung zu erfüllen, die durch
  • repräsentiert wird.
    • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Wir haben eine extensive Forschung durchgeführt, um die vorstehenden Probleme nach dem bisherigen Stand der Technik zu überwinden und haben festgestellt, daß, wenn spezifisches Fluor enthaltendes Öl in einer Kühlmaschine benutzt wird, in der ein Wasserstoff enthaltender halogenierter Kohlenwasserstoff als Kühlmittel Verwendung findet, die Maschine ohne Verringerung der Kühlkapazität und des Leistungskoeffizienten im Vergleich mit konventionellen Kältemschinen, die R-12 (Kühlmittel) und in Kombination mit einem bekannten Kühlmaschinenöl auf mineralischer Basis, betrieben wird.
  • Das Maschinenöl der Erfindung, das in einer Kühlmaschine benutzt wird, in der halogenierter Kohlenwasserstoff als Kältemittel Verwendung findet,umfaßt einen Fluor enthaltenden Polyäther, der sich wiederholende Struktureinheiten hat, repräsentiert durch die Formel (I)
  • (CF&sub2;CF&sub2;CF&sub2;O) (CHFCF&sub2;CF&sub2;O) (CH&sub2;CF&sub2;CF&sub2;O) (I)
  • worin l, m und n sämtlich eine ganze Zahl von wenigstens Null sind und der Polyäther in der Lage ist, die Beziehung zu erfüllen, die durch
  • repräsentiert wird.
  • Solche Fluor enthaltenden Polyäther sind in der Verträglichkeit mit Wasserstoff enthaltenden halogenierten Kohlenwasserstoffen als Kühlmittel über einen weiten Temperaturbereich ausgezeichnet. Diese als Öl für Kühlmaschinen verwendeten Polyäther versetzen die Kühlmschine infolge ausgezeichneter Beständigkeit gegen Abrieb in die Lage, über eine ausgedehnte Zeitspanne zu laufen. Mit einem hohen Durchgangswiderstand und einer niedrigen dielektrischen Konstante weisen die Polyäther ein hohes elektrisches Isoliermerkmal auf und sind zur Verhinderung des Entweichens von Elektrizität brauchbar.
  • Unter den Fluor enthaltenden Polyäthern, die sich wiederholende Einheiten der Formel (I) haben, werden jene bevorzugt, die an einem oder beiden Endungen Gruppen als Substituenten enthalten, ausgewählt aus der Gruppe -CH&sub2;OH, Gruppe
  • und Gruppe -CF&sub2;CF&sub3;.
  • Unter den Fluor enthaltenden Polyäthern, die sich wiederholende Einheiten der Formel (I) haben, sind jene, die in der Lage sind, die Beziehung zu erfüllen, ausgedrückt durch
  • ausgezeichnet in ihrer Beständigkeit gegen Abrieb und von daher begehrter.
  • Das Öl für Kühlmaschinen der vorliegenden Erfindung kann zusammen mit einem konventionellen Öl für Kühlmaschinen verwendet werden, was die Eigenschaften des Öls der Erfindung nicht nachteilig beeinflussen würde. Die Verwendung solch eines herkömmlichen Öls kann die Kosten reduzieren und erleichtert das Befeuchten der Maschinenelemente. Das Öl der Erfindung kann, wenn es mit dem konventionellen Öl in einem geeigneten Verhältnis gemischt wird, unerwartet trotz der Unverträglichkeit der beiden Öle miteinander emulgiert werden und kann eine hoch-stabile gleichmäßige Schicht über einen weiten Temperaturbereich bilden. Eine solche Mischung, die mit dem in der Erfindung aufgeführten Kühlmittel verwendet wird, kann mit dem Kühlmaschinenöl,wie erörtert, funktionieren. Beispiele herkömmlicher Öle zur Verwendung darin sind Mineralöle (Paraffinöle, Naphthenöle, usw.), Öle aus Alkylbenzol, Polybuten, α-Olefin-Oligomer, Polyalkylenglycol, Diester,Polyolester, Estersulfat, Estersilikat, Silikon, Polyphenyläther oder dergleichen.
  • Es besteht keine spezifische Begrenzung der als Kühlmittel in dieser Erfindung brauchbaren Wasserstoff enthaltenden halogenierten Kohlenwasserstoffe. Solche Kohlenwasserstoffe schließen Wasserstoff enthaltende fluorierte Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff enthaltende chlorierte fluorierte Kohlenwasserstoffe usw. ein. Diese Kohlenwasserstoffe sind allein verwendbar oder wenigstens zwei von ihnen können in der Mischung verwendet werden.
  • Die Wasserstoff enthaltenden fluorierten Kohlenwasserstoffe (hierin nachstehend als "HFC" bezeichnet) sind nicht besonders begrenzt. Die hierin verwendete Abkürzung HFC bezieht sich auf chlor-freie Wasserstoff enthaltende fluorierte Kohlenwasserstoffe. Beispiele solcher Kohlenwasserstoffe sind:
  • CHF&sub3; (HFC 23), CH&sub2;F&sub2; (HFC 32), CH&sub3;F (HFC 41), CHF&sub2;CF&sub3; (HFC 125), CHF&sub2;CHF&sub2; (HFC 134), CF&sub3;CH&sub2;F (HFC 134a), CHF&sub2;CH&sub2;F (HFC 143), CF&sub3;CH&sub3; (HFC 143a), CH&sub2;FCH&sub2;F (HFC 152), CHF&sub2;CH&sub3; (HFC 152a), CH&sub2;FCH&sub3; (HFC 161), CHF&sub2;CF&sub2;CF&sub3; (HFC 227ca), CH&sub2;FCF&sub2;CF&sub3; (HFC 236cb), CH&sub3;CF&sub2;CF&sub3; (HFC 245cb), CH&sub3;CF&sub2;CHF&sub2; (HFC 254cb), CH&sub3;CH&sub2;CF&sub3; (HFC 236fb), usw. Unter ihnen werden HFC 125, HFC 134a, HFC 143a, HFC 152a und dergleichen bevorzugt. HFC's sind allein verwendbar oder wenigstens zwei von ihnen können in der Mischung verwendet werden.
  • Die Wasserstoff enthaltenden chlorierten fluorierten Kohlenwasserstoffe (hierin nachstehend als "HCFC" bezeichnet), die mit dem Öl der Erfindung verwendbar sind, sind nicht besonders begrenzt. Beispiele solcher Kohlenwasserstoffe sind CHClF&sub2; (HCFC 22), CHCl&sub2;CF&sub3; (HCFC 123), CHClFCClF&sub2; (HCFC 123a), CHF&sub2;CCl&sub2;F (HCFC 123b), CHClFCF&sub3; (HCFC 124), CHF&sub2;CClF&sub2; (HCFC 124a), CHClFCHF&sub2; (HCFC 133), CH&sub2;ClCF&sub3; (HCFC 133a), CClF&sub2;CH&sub2;F (HCFC 133b), CHCl&sub2;CH&sub2;F (HCFC 141a), CCl&sub2;FCH&sub3; (HCFC 141b), CHF&sub2;CH&sub2;Cl (HCFC 142), CHClFCH&sub2;F (HCFC 142a), CClF&sub2;CH&sub3; (HCFC 142b), CHClFCF&sub2;CF&sub3; (HCFC 226ca), CH&sub2;ClCF&sub2;CF&sub3; (HCFC 235cb), CH&sub3;CF&sub2;CClF&sub2; (HCFC 244cc), CH&sub3;CHClCF&sub3; (HCFC 253db), CH&sub3;CH&sub2;CClF&sub2; (HCFC 262fc), usw.
  • Unter ihnen sind HCFC 22, HCFC 123, HCFC 141b, HCFC 142b, HCFC 235cb, usw., begehrt. HCFC's sind allein verwendbar oder wenigstens zwei von ihnen können in der Mischung verwendet werden.
  • Das Mischungsverhältnis von HFC und HCFC ist nicht besonders begrenzt. Gewöhnlich wird ein Mischungsverhältnis ausgewählt, bei welchem die Kühlmaschine die höchste Kühlkapazität aufweisen kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Öle der Erfindung für Kühlmaschinen sind in der Verträglichkeit mit dem Wasserstoff enthaltenden halogenierten Kohlenwasserstoff über einen weiten Temperaturbereich hervorragend und zur Verwendung in einer Kühlmaschine, in der ein Wasserstoff enthaltender halogenierter Kohlenwasserstoff als Kältemittel verwendet wird, geeignet. Die mit einer Kombination aus einem Wasserstoff enthaltenden halogenierten Kohlenwasserstoff (Kühlmittel) und dem Kühlmaschinenöl der Erfindung ausgestattete Kühlmaschine kann eine Kühlkapazität und einen Leistungskoeffizienten aufweisen, die so hoch oder höher sindals konventionelle Techniken, die eine Kombination von R-12 (Kühlmittel) und ein Kühlmaschinenöl auf Mineral-Basis anwenden.
  • Die Kühlmaschinenöle der Erfindung haben eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Abrieb und halten dadurch die Kühlmaschine für eine ausgedehnte Lebensdauer betriebsbereit.
    • Beispiel
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele detaillierter beschrieben werden.
    • Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3
  • Eine Kühlmaschine wurde 2 856 Stunden unter den unten in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen betrieben, wobei Kühlmittel und Kühlmaschinenöle verwendet wurden, wie es unten in Tabelle 2 aufgezeigt wird. Tabelle 2 zeigt auch die Kühlkapazität (kcal/h), das Verhältnis der Kühlkapazität und den Leistungskoeffizienten (COP). Tabelle 1 Einlaß des Verdampfers Einlaß des Kondensators Bedingg. Nr. Menge (l/min) Temperatur (ºC)
    • Anmerkung:
  • Die Menge und Temperatur in Tabelle 1 sind jene von Wasser.
  • Die Temperatur am Auslaß des Verdampfers beträgt 8ºC.
  • Die Temperatur am Auslaß des Kondensators beträgt 6ºC
  • In Beispielen 2 und 7 betrug das Verhältnis der beiden Kühlmittel in der HFC 134a/HFC 143a - Mischung 90/10 (Gewichts-%).
  • In Beispielen 3 und 8 betrug das Verhältnis der beiden Kühlmittel in der HFC 134a/HCFC 124 - Mischung 90/10 (Gewichts-%).
  • Buchstaben A bis D in Tabellen 2 bis 7 repräsentieren die folgenden Kühlmaschinenöle. Unter ihnen bezeichnen A bis C die Kühlmaschinenöle der Erfindung und D ein konventionelles Kühlmaschinenöl zum Vergleich.
  • (worin l=15, m=14, n=1), Fluorierungsprozentgehalt 74%.
  • (worin l=15, m=14,n=1), Fluorierungsprozentgehalt 74%.
  • (worin l=17, m=5 n=0), Fluorierungsprozentgehalt 88%.
  • D: Kühlmaschinenöl: Mineralöl vom Naphthen-Typ (Handelsbezeichnung "Suniso 4GS", Produkt der Nihon Sun Petroleum Co., Ltd.). Tabelle 2 Kühlmittel Kühlmaschinenöl Bedingg. Kühlkapazität (Kcal/h) Kühlkapazitätsverhältnis COP-Verhältnis
  • Tabelle 2 zeigt, daß die Kombination des Kühlmittels (Wasserstoff enthaltender halogenierter Kohlenwasserstoff) und das Kühlmaschinenöl (das Fluor enthaltende Öl der Formel (I) ) gemäß der Erfindung einen Kühlungseffekt so hoch oder höher als die Kombination des konventionellen Kühlmittels (R-11 oder -12) und des konventionellen Kühlmaschinenöls (Mineralöl oder synthetisches Öl) erzeugen.
    • Beispiel 11
  • Eine Kühlmaschine wurde 2 856 Stunden unter den Bedingungen (1) in Tabelle 1 betrieben, wobei die Kühlmittelmischung und das Kühlmaschinenöl verwendet wurden, die in Tabelle 3 aufgezeigt sind. Tabelle 3 zeigt auch die Kühlkapazität (kcal/h), das Kühlkapazitätsverhältnis, Leistungskoeffizienten (COR) und das Leistungskoeffizientenverhältnis. Das Verhältnis des ersteren zum letzteren der beiden Kühlmittel in der Kühlmittelmischung sind 90/10 (Gewichts-%). Tabelle 3 Kühlmittelmischung Kühlmaschinenöl Kühlkapazität (Kcal/h) Kühlkapazitätsverhältnis COP-Verhältnis
    • Beispiele 12 bis 15 und Vergleichsbeispiel 4
  • Eine Menge von 0,3 bis 0,5 g des Kühlmaschinenöls und 1,2 bis 2,0 g des Kühlmittels wie in Tabelle 2 gezeigt, wurden in ein versiegeltes und druckfestes Glasrohr unter einem Vakuum bei einem Öl/Kühlmittel-Gewichtsverhältnis von 1 : 4 eingefüllt. Die Inhalte des Rohres wurden gekühlt oder erhitzt und der Temperaturbereich, über den das Öl und das Kühlmittel miteinander verträglich blieben, wurde durch visuelle Prüfung bestimmt. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 4 Kühlmittel Külmaschinenöl Temp.-Bereich für Verträglichkeit niedriger Temp.-Bereich hoher Temp.-Bereich unverträglich
    • Anmerkung:
  • Das Zeichen " " zeigt, daß das Öl und Kühlmittel miteinander verträglich blieben, bis die kritische Temperatur des Kühlmittels erreicht wurde.
  • Das Zeichen " " zeigt, daß das Öl und das Kühlmittel miteinander verträglich blieben, bis der Fließpunkt des Öls erreicht wurde.
  • Tabelle 4 offenbart, daß die Kühlmaschinenöle der Erfindung ausgezeichnet in der Verträglichkeit mit Wasserstoff enthaltenden Kohlenwasserstoffen als Kühlmittel über einen weiten Temperaturbereich sind.
    • Beispiele 16 und 17 und Vergleichsbeispiel 5
  • Der Wert des Durchgangswiderstandes (Ωcm) und die spezifische dielektrische Konstante des Kühlmaschinenöls der Erfindung wurden gemäß JIS C2101-1982 gemessen. Tabelle 5 unten zeigt die Ergebnisse. Tabelle 5 Beispiel Kühlmaschinenöl Durchgangswiderstand (Ωcm) Dielektrische Konstante Anmerkung: PAG ist die Abkürzung für Polyalkylenglycol.
  • Tabelle 5 zeigt, daß die Kühlmaschinenöle der Erfindung einen hohen Durchgangswiderstand und eine niedrige dielektrische Konstante haben und ausgezeichnet in der elektrischen Isoliereigenschaft und zur Verhinderung des Entweichens von Elektrizität brauchbar sind.
    • Beispiele 18 und 19 und Vergleichsbeispiele 6 und 7
  • Die Kühlmaschinenöle der Erfindung wurden dem Falex-Test gemäß ASTM D-3233 unterworfen, um den kritischen Belastungswert für das Festfressen (Lbs) zu bestimmen.
  • Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 6 Kühlmaschinenöl Kritischer Belastungswert für Festfressen (Lbs) Beisp. 3000 oder mehr
  • Tabelle 6 zeigt auf, daß die Kühlmaschinenöle der Erfindung eine hohe Schmierfähigkeit besitzen.
    • Beispiel 20 und Vergleichsbeispiele 8 und 9
  • Der Abriebverlust wurde durch Ausführung des Falex-Testes gemäß ASTM D-3233-73 bestimmt. Spezifischer dargestellt wurde HFC 134a unter einer Belastung von 600 Lbs eingeblasen und der Gewichtsverlust des Blocks und des Stiftes, der während einer 10 minütigen Zeitspanne verursacht wurde, wurde bestimmt. Tabelle 7 unten zeigt die Ergebnisse. Tabelle 7 Kühlmaschinenöl Gewichtsverlust Block (mg) Stift (Stift brach in 30 Sek.)
  • Tabelle 7 zeigt auf, daß die Kühlmaschinenöle der Erfindung, die für eine Kühlmaschine verwendet werden, wegen ihrer hohen Abriebbeständigkeit die Lebensdauer der Maschine verbessern.

Claims (4)

1. Ein Maschinenöl, das in einer Kühlmaschine verwendet wird, bei der ein wasserstoffhaltiger halogenierter Kohlenwasserstoff als Kühlmittel verwendet wird, wobei das Öl einen fluorhaltigen Polyether mit wiederkehrenden Struktureinheiten umfaßt, die durch die Formel (I)
-(CF&sub2;CF&sub2;CF&sub2;O)l-(CHFCF&sub2;CF&sub2;O)m-(CH&sub2;CF&sub2;CF&sub2;O)n- (I)
dargestellt werden, worin l, m und n alle jeweils eine ganze Zahl von wenigstens Null sind, wobei der Polyether in der Lage ist, die Beziehung zu erfüllen, die durch
dargestellt wi-rd.
2. Ein Kühlmaschinenöl nach Anspruch 1, bei dem der fluorhaltige Polyether mit den wiederkehrenden Einheiten der Formel (I) als einen Substituenten an einem oder beiden Enden eine Gruppe enthält, die aus der Gruppe -CH&sub2;OH, der Gruppe
und der Gruppe -CF&sub2;CF&sub3; ausgewählt ist.
3. Ein Kühlmaschinenöl nach Anspruch 1, bei dem der fluorhaltige Polyether mit den wiederkehrenden Einheiten der Formel (I) in der Lage ist, die Beziehung zu erfüllen, die durch
ausgedrückt wird.
4. Ein Kühlmaschinenöl nach Anspruch 1, bei dem der wasserstoffhaltige halogenierte Kohlenwasserstoff wenigstens ein Kohlenwasserstoff ist, der aus wasserstoffhaltigen fluorierten Kohlenwasserstoffen und wasserstoffhaltigen chlorierten fluorierten Kohlenwasserstoffen ausgewählt ist.
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