JP2001152172A

JP2001152172A - 冷凍機油

Info

Publication number: JP2001152172A
Application number: JP33721299A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawashima; 憲一川島; Yutaka Ito; 伊藤　　豊; Hideyuki Ueda; 英之植田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はＨＦＣ系冷媒を使用した空調機の冷凍
サイクルに使用される冷凍機油として、該冷媒には非相
溶の炭化水素油と、この炭化水素油及びＨＦＣ系冷媒の
双方に相溶な油状の流動性向上剤を混合することによっ
て、熱交換器から圧縮機への油戻し性を向上させると同
時に冷凍機油の飽和水分量を低減する方法に関する。【解決手段】ＨＦＣ系冷媒とは非相溶だが吸湿性が小さ
い炭化水素油（例えばアルキルベンゼン、鉱油）(A)
と、前記炭化水素油及びＨＦＣ系冷媒の双方に相溶な油
状の流動性向上剤として環状エーテル(B)とを混合する
ことによって圧縮機への油戻り性を確保すると同時に油
の飽和吸湿量を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＨＦＣ（フッ化炭化
水素）系冷媒を使用した冷凍・空調システム、例えば冷
蔵庫、冷凍庫、ショーケース、ルームエアコン、パッケ
ージエアコン、除湿機等の冷凍サイクルに使用される冷
凍機油に係わり、圧縮機への油戻り性に優れかつ飽和吸
湿量の少ない冷凍機油に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＨＦＣ系冷媒を用いた冷凍サイク
ルに使用される冷凍機油には室内器、室外器或いは冷媒
配管から圧縮機への油戻りを保証する目的で、ＨＦＣ系
冷媒と相溶性のある油が使用されている。例えば、ポリ
オールエステルやポリビニルエーテル、ポリグリコール
などに代表されるような油で、分子の中に酸素を有する
極性油が使用されている。これらの油は吸湿性が大きく
水に拘わるトラブルが避けられない。その例を列挙する
と、(1)膨張弁の出口で水が氷結して冷暖房が不能にな
る、(2)冷凍サイクル中に僅かに残存する工程副資材と
水とが反応して酸性物質を生成しこれが金属摺動材料の
摩耗を促進したり、転がり軸受の転動体やレースの転動
面に銅めっき現象を起こし、騒音を発生させる、(3)転
がり軸受のフレーキング寿命を低下させる、(4)特にポ
リオールエステルを用いた場合にはエステルが加水分解
して脂肪酸を生成し、これが上記(2)と全く同様の不具
合を発生する、(5)樹脂の電気絶縁性を低下させる、と
いった欠点があった。ポリビニルエーテルは加水分解し
て脂肪酸を生成することはないが、飽和水分量はポリオ
ールエステルの３倍以上に及ぶことから上記(1)、(2)、
(3)及び(5)に述べた現象が発生する可能性が大きい。

【０００３】これらの現象を回避するためには水が入ら
ないように工程管理を厳しくする、冷凍機油に混入した
酸（工程副資材から混入）や冷凍機油の加水分解によっ
て生成した酸を無害なものに変えるための酸捕捉剤を添
加する、乾燥器を取り付けるといった方法が採られてき
た。しかし、工程管理を厳しくしても混入する水を０に
はできないこと、酸捕捉剤はその種類の選定と添加量の
調整が難しく、その種類によっては添加剤が重合反応を
起こして所期の効果が得られないばかりでなく重合した
物質が冷媒の膨張手段であるキャピラリーチューブを閉
塞し冷暖房の能力低下や圧縮機の焼付きを引き起こすこ
とがある。したがって、できれば酸捕捉剤の使用は避け
るべきである。また、乾燥器を設置すると、流路抵抗が
増加してシステムの効率が低下するといった直接的な悪
影響のほかに、乾燥剤として使用される合成ゼオライト
の粉末が冷凍サイクルに混入して摺動部分を著しく摩耗
させる懸念がある。このような水に拘わる種々の課題を
回避する手段として、冷蔵庫の分野では特開平5−15737
9号に開示されるようにＨＦＣ系冷媒とは非相溶の油す
なわち、吸湿性が小さいアルキルベンゼンを用いる提案
がなされている。しかし、冷媒と非相溶の油即ち炭化水
素油を用いると、前述したように冷凍サイクルから圧縮
機への油戻りが著しく低下することから、サイクル内に
特殊な油分離器を設置しなければならないといった課題
を有している。また、ルームエアコンやパッケージエア
コンの場合には一台の圧縮機で幾つかの部屋を同時或い
は選択的に冷暖房する所謂マルチエアコンが普及してい
る。このようなマルチエアコンの場合には、各室内器に
かかる熱負荷は均等でないから、室内器の中を流れる冷
媒の流速は各々の部屋で違いがある。そうすると、流速
が遅い部屋の熱交換器内に油が溜まるから、圧縮機内の
油量が低下し、最悪の場合には圧縮機が潤滑不良となっ
て焼付きを生ずる危険性があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
欠点に鑑みて成されたもので、本発明の目的はＨＦＣ系
冷媒とは非相溶でしかも吸湿性の小さい炭化水素油に、
この炭化水素油及びＨＦＣ系冷媒の双方に相溶な油状の
流動性向上剤を混合することによって、熱交換器から圧
縮機へ効率的に油を戻すと同時に飽和吸湿量が少ない冷
凍機油を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記に示
す通りである。

【０００６】（１）ＨＦＣ系冷媒を使用した冷凍サイク
ルに使用される冷凍機油において、該冷凍機油がナフテ
ン系鉱油と環状エーテル油との混合油であって、前記ナ
フテン系鉱油の粘度グレードがＶＧ２２〜ＶＧ４６の範
囲であり、前記環状エーテルの粘度グレードがＶＧ６８
であると共に、混合油に対するナフテン系鉱油の配合比
率が１２〜８０重量％であることを特徴とする冷凍機
油。

【０００７】（２）ＨＦＣ系冷媒を使用した冷凍サイク
ルに使用される冷凍機油において、該冷凍機油が分岐鎖
型アルキルベンゼン油と環状エーテル油との混合油であ
って、前記分岐鎖型アルキルベンゼン油の粘度グレード
がＶＧ２２〜ＶＧ４６の範囲であり、前記環状エーテル
の粘度グレードがＶＧ６８であると共に、混合油に対す
る分岐鎖型アルキルベンゼン油の配合比率が１２〜８０
重量％であること特徴とする冷凍機油。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の対象とする空調シ
ステムに内蔵される冷凍サイクルの概略構成を示したも
ので、ここでは１室冷暖房エアコンの例を示している。
冷凍サイクルは圧縮機、四方弁、室外器（熱交換器）、
膨張弁、室内器（熱交換器）、受液器とこれらを順次連
結する冷媒配管とから構成されている。室内を冷房する
場合には圧縮機で高温・高圧の状態に圧縮された冷媒ガ
スを四方弁で室外器へ導入し、ここで放熱して低温・高
圧の液とし、膨張弁でほぼ断熱状態で減圧して低温・低
圧の気液二相流として室内器に導入する。冷媒は室内器
で室内の空気と熱交換し、室内の空気を冷却する。一
方、吸熱してガス化した冷媒は再び圧縮機に戻る。暖房
時には、四方弁を切り替えることによって圧縮機から高
温・高圧の冷媒ガスを室内器に導入して、室内の空気に
熱エネルギーを与える。なお、ここでは１室冷暖房エア
コンについてのみ説明したが、マルチエアコン（多室冷
暖房機）の場合には、２つ以上の室内器がそれぞれオン
・オフ弁を介して図１の室内器と並列に設置してあり、
それぞれの室内器は各々別の部屋に設置される。希に一
つの部屋に二つの室内器を設置する場合もあるが、これ
もマルチエアコンに含める。

【０００９】図２に１室エアコンやマルチエアコンに数
多く使用されているスクロール圧縮機の構造を示す。本
機の動作を説明すると、熱交換器から圧縮機の吸入口を
通って圧縮機内に流入した冷媒はモータによって駆動さ
れる軸の回転中心に対して偏芯したクランクピンと該ピ
ンとは相対的に回転するようにはめ込まれ、しかもオル
ダムリングによって自転を阻止された旋回ラップとチャ
ンバに固定された固定ラップとで構成される圧縮室へ入
って圧縮され、チャンバ内の吐出室で冷媒に含まれた油
を分離し、高温・高圧の冷媒ガスは吐出口から流出す
る。圧縮機チャンバ内の吐出室で冷媒から分離した油は
チャンバ底部に溜まる。この油は吐出室の圧力（高圧）
と両ラップで構成される圧縮室内圧力（高圧と低圧との
中間圧力）との差圧によって、軸中心に設けられた給油
孔を通ってクランクピンと旋回ラップ、軸受、オルダム
リング等の潤滑を行う。従って、チャンバ内の油量が低
減すると、圧縮機は潤滑不良に陥って致命的な損傷を受
ける。

【００１０】図３は図２に示したスクロール圧縮機を１
室冷房用ルームエアコンの冷凍サイクルに組み込んで運
転したときの圧縮機内油面高さの時間変化を見たもので
ある。本実験では、ＨＦＣ系冷媒にはＲ４０７Ｃを使用
した。また、冷凍機油には冷媒と非相溶な油として粘度
グレード（ＪＩＳＫ２００１(1993)）がＶＧ１０〜Ｖ
Ｇ６０の分岐鎖型アルキルベンゼン｛後記の（化式３）
参照｝を、冷媒と相溶な油としてＶＧ６８の環状エーテ
ル油｛（化式１）参照｝、ＶＧ６８のポリビニルエーテ
ル油｛（化式２）参照｝及びＶＧ６８のポリオールエス
テル油｛（化式４）参照｝を使用して同一封入油量、同
一運転条件で運転したときの油面高さを示す。実験に際
しては圧縮機チャンバ内に予め浮子式の油面高さ計を設
置しておき、圧縮機始動からの時間に対する油面高さを
測定した。その結果を運転開始から２０分後の環状エー
テル油の油面高さを１００％として各油の油面高さをパ
ーセントで示した。冷媒と相溶、非相溶に拘わらず圧縮
機起動から２分後に油面が低下しはじめる。しかし、相
溶油の場合は約３分後に油面高さは最小の約６０％にな
るが、その後油面は上昇する。これに対して分岐鎖型ア
ルキルベンゼンの場合には粘度グレードがＶＧ６０では
起動後約４分で油面は圧縮機駆動軸中心に設けた給油孔
下端まで低下し、その後１０分間待っても油面高さが回
復する兆候がみられなかったので、試験を中断した。Ｖ
Ｇ４６は起動後約１０分で油面高さが僅かに回復する兆
候が見られたが、相溶油の約２０％までしか回復しなか
った。ＶＧ１０の場合にはＶＧ４６より時間的に早くし
かも回復した油面高さが高いことがわかる。しかし、相
溶油の約４５％程度である。このように、非相溶油であ
っても粘度グレードが低下すると圧縮機へ油が戻る傾向
が認められるが、図３に記したように許容下限値の６０
％には到達しない。これらの結果に分岐鎖型アルキルベ
ンゼンについてはＶＧ１５、ＶＧ２２、ＶＧ３２、ＶＧ
５６を追加し、ナフテン系鉱油については粘度グレード
がＶＧ１５、ＶＧ２２、ＶＧ４６及びＶＧ９０（いずれ
も日本サン石油（株）製で、商品名はスニソ１ＧＳ、２
ＧＳ、４ＧＳ及び５ＧＳ）について上記と同一条件で行
った試験結果を表１の比較例１〜１４に圧縮機内油面高
さ（％）として示した。

【００１１】

【表１】

【００１２】ポリビニルエーテル油、環状エーテル油及
びポリオールエステル油など冷媒と相溶な油はいずれも
１００％の油面高さを確保できるのに対して鉱油や分岐
鎖型アルキルベンゼンのように冷媒と非相溶な油は圧縮
機内の油面高さの許容下限値である６０％を満足しな
い。

【００１３】炭化水素油としてナフテン系鉱油を用い、
これの流動性向上剤として粘度グレードがＶＧ６８の環
状エーテルを配合した場合の実施例を表２に、比較例を
表３及び表４に記す。

【００１４】

【表２】

【００１５】

【表３】

【００１６】

【表４】

【００１７】また、炭化水素油としてナフテン系鉱油を
用い、これの流動性向上剤として粘度グレードがＶＧ６
８のポリビニルエーテルを配合した場合の比較例を表５
に示す。

【００１８】

【表５】

【００１９】なお、ここで使用した鉱油はいずれも上記
した日本サン石油（株）製のスニソ油で、酸化防止剤の
ＤＢＰＥ(2,6−di−t−butyl p−cresol)のみを配合し
てある。また、環状エーテル油は（化式１）に示す分子
構造で粘度グレードはＶＧ６８のものを用いた。

【００２０】

【化１】

【００２１】（ここに、Ｒは水素または炭素数が１〜８
のアルキル基で、同一であっても異なっても良い）また、ポリビニルエーテル油の分子構造は（化式２）に
示すようなもので、粘度グレードがＶＧ６８のものを用
いた。

【００２２】

【化２】

【００２３】（ここに、ｎ、ｍは整数）次に、炭化水素油として分岐鎖型アルキルベンゼン油を
用い、これの流動性向上剤として粘度グレードがＶＧ６
８の環状エーテルを配合した場合の実施例を表６に、そ
の比較例を表７及び表８に示す。

【００２４】

【表６】

【００２５】

【表７】

【００２６】

【表８】

【００２７】また、炭化水素油として分岐鎖型アルキル
ベンゼンゆを用い、これの流動性向上剤として粘度グレ
ードがＶＧ６８のポリビニルエーテル油を配合した場合
の比較例を表９に示す。

【００２８】

【表９】

【００２９】なお、分岐鎖型アルキルベンゼンの分子構
造は（化式３）に示すものであり、環状エーテル油及び
ポリビニルエーテル油は上記したものと同一である。

【００３０】

【化３】

【００３１】（ここに、nは整数）次に、流動性向上剤としてのポリオールエステル油の効
果を見るために、炭化水素油として分岐鎖型アルキルベ
ンゼン油を用い、流動性向上剤として粘度グレードがＶ
Ｇ６８のポリオールエステルを使用した時の比較例を表
１０に示す。

【００３２】

【表１０】

【００３３】ここで用いたポリオールエステル油の分子
構造は（化式４）に示す通りである。

【００３４】

【化４】

【００３５】（ここに、ＥはE₁：−COCH(C₂H₅)(CH₃)
₄H)、E₂:−COCH₂CH(CH₃)CH₂C(CH₃)₃、E₁:E₂≒4:6) 本発明を詳細に説明するに当たって、まず許容値と評価
方法とを明確にしておく。

【００３６】圧縮機内油面高さの許容下限値は上記の
ように６０％である。同値以下になると、圧縮機を起動
してから３〜５分後に機内油面高さが最小値となったと
きに給油不能になる。以下に述べる表２から表１０中の
圧縮機油面高さの試験方法は図３の説明のところで述べ
た通りである。

【００３７】飽和吸湿量の許容上限値は４０００ｐｐ
ｍである。空調機の組立て工程において、冷凍サイクル
に冷凍機油を封入するに必要な時間内における油の吸水
量を抑制するための因子は飽和吸湿量である。飽和吸湿
量が小さいほど一定時間（冷凍機油封入時間）内に油が
吸収する水分量は少なくなる。このような観点からみた
飽和吸湿量の許容上限値は温度３０℃、相対湿度６０％
の条件で４０００ｐｐｍである。温度３０℃、相対湿度
６０％の条件で４８時間放置した後の油中水分量を測定
した結果を飽和吸湿量として表１の比較例１〜１４に示
した。以下に述べる表２〜表１０中の飽和吸湿量は表１
の比較例に示す油単独における飽和吸湿量（実測値）と
各油の混合比率から計算した値である。

【００３８】加熱試験後の全酸価値の上限は０．１ｍ
ｇＫＯＨ／ｇである。油が劣化して全酸価が上昇する
と、金属摺動材料の摩耗が進行するから、製品寿命期間
内の全酸価上昇を想定しておく必要がある。水分管理値
を勘案して油中水分量を１０００ｐｐｍとし、冷媒Ｒ４
０７Ｃ共存、温度１７５℃で１０００時間加熱した後の
油の全酸価を測定し、この値を示した。

【００３９】次に、冷凍機油が本来要求される重要な特
性に潤滑性がある。炭化水素油と流動性向上剤との配合
比率に対する諸特性を評価する前にまず、潤滑性につい
て評価したものが図４である。実験はＦＡＬＥＸ社製の
ファレックス試験機と標準材質のピン及びＶブロックと
を供試して、荷重０．２３ｋＮで５時間に亘って摩耗試
験を実施し、この間の摩耗速度を測定した。１０年間の
製品寿命とこの間の稼働率とを勘案した場合、摩耗速度
の上限値は０．０１３７μｍ／ｈである。試験の結果は
図４に示すように、摩耗速度は流動性向上剤がＶＧ６８
の環状エーテルであってもＶＧ６８のポリビニルエーテ
ルであってもその種類には関係がなく、炭化水素油の種
類、粘度グレード及び配合比率によって影響を受ける。
両流動性向上剤共に炭化水素油がナフテン系鉱油の場合
の摩耗速度は同油の配合比率が５〜９０重量％の範囲で
は鉱油の配合比率の増加に伴って摩耗速度が僅かに増加
する、鉱油の粘度グレードが大きくなるほど摩耗速度が
小さくなるなどの特徴があるが、粘度グレードがＶＧ１
５〜９０の範囲に含まれる鉱油であればいずれも許容値
以下である。従って、粘度グレードがこの範囲に含まれ
るナフテン系鉱油の場合は配合比率が５〜９５重量％の
配意であれば摩耗速度の面から配合比率に制約はない。
これに対して、炭化水素油が分岐鎖型アルキルベンゼン
油の場合には、同油の粘度グレードが大きくなると摩耗
速度が小さくなる傾向はナフテン系鉱油と同じである
が、粘度グレードがＶＧ２２ではアルキルベンゼン油の
配合比率が２５重量％以上の領域で摩耗速度が増加する
傾向が認められる。しかし、ＶＧ２２の分岐鎖型アルキ
ルベンゼン油の場合は配合量が５〜９５重量％の範囲で
の摩耗速度は許容値を満足する。しかし、粘度グレード
がＶＧ１５の場合には、アルキルベンゼン油の配合比率
が４０重量％を超えると摩耗速度が急激に増加しはじめ
６０重量％以上では許容値を超える。従って、炭化水素
油がＶＧ１５の分岐鎖型アルキルベンゼン油の場合には
同油の配合比率は６０重量％以下にする必要がある。但
し、粘度グレードがＶＧ２２〜ＶＧ６０までの範囲に含
まれる場合には摩耗速度から配合比率の制約は受けな
い。

【００４０】以下、本発明の詳細を説明する。

【００４１】〔実施例１〜４〕は炭化水素油としてＶＧ
２２のナフテン系鉱油を、流動性向上剤としてＶＧ６８
の環状エーテル油を選び、その配合比率を変化させた。

【００４２】〔実施例５〜８〕は炭化水素油としてＶＧ
４６のナフテン系鉱油を、流動性向上剤としてＶＧ６８
の環状エーテル油を選び、その配合比率を変化させた。

【００４３】〔比較例１５〕はＶＧ２２のナフテン系鉱
油の配合比率を上記〔実施例１〕より低減し、１０重量
％にした。

【００４４】〔比較例１６〕はＶＧ２２のナフテン系鉱
油の配合比率を上記〔実施例４〕より増加し、９０重量
％にした。

【００４５】〔比較例１７〕はＶＧ４６のナフテン系鉱
油の配合比率を上記〔実施例５〕より低減し１０重量％
にした。

【００４６】〔比較例１８〕はＶＧ４６のナフテン系鉱
油の配合比率を上記〔実施例８〕より増加し、９０重量
％にした。

【００４７】〔比較例１５〕及び〔比較例１６〕と〔実
施例１〜４〕とを対比すれば分るように、混合比率が
〔実施例１〜４〕の範囲を外れると飽和吸湿量や圧縮機
内油面高さが許容値を満足しなくなる。つまり、〔実施
例１〜４〕の配合範囲即ち、ＶＧ２２のナフテン系鉱油
に流動性向上剤としてＶＧ６８の環状エーテルを混合す
る場合には鉱油の混合比率が１２〜８０重量％の範囲で
冷凍機油として使用できる。また、同様に〔比較例１
７〕及び〔比較例１８〕と〔実施例５〜８〕とを対比す
ることによって、ＶＧ４６のナフテン系鉱油に流動性向
上剤としてＶＧ６８の環状エーテルを混合する場合には
鉱油の混合比率が１２〜８０重量％の範囲で冷凍機油と
して使用できる。

【００４８】次に、表４の〔比較例１９〜２２〕及び
〔比較例２３〜２６〕はナフテン系鉱油の粘度グレード
が〔実施例１〜８〕の範囲を外れた領域での諸特性を示
したものである。すなわち、〔比較例１９〜２２〕はナ
フテン系鉱油の粘度グレードをＶＧ１５として同鉱油の
配合比率を１２〜８０重量％に変化させた。

【００４９】〔比較例２３〜２６〕はナフテン系鉱油の
粘度グレードをＶＧ９０として同鉱油の配合比率を１２
〜８０重量％に変化させた。

【００５０】〔比較例１９〜２２〕と〔実施例１〜４〕
とを対比すると、ナフテン系鉱油の粘度グレードがＶＧ
１５の場合には〔比較例２１〜２２〕に示すように鉱油
の配合比率が５０重量％以上で加熱後の全酸価が０．１
ｍｇＫＯＨ／ｇを超えており、許容値を満足しない。つ
まり、この場合に冷凍機油として使用可能な鉱油の配合
比率は１２重量％以上５０重量％未満である。また、ナ
フテン系鉱油の粘度グレードがＶＧ９０の場合には〔比
較例２５〜２６〕と〔実施例７〜８〕とを対比すれば分
るように、ナフテン系鉱油の配合比率が５０重量％を超
えると圧縮機内油面高さが許容値を満足しない。つま
り、この場合には冷凍機油として使用可能な鉱油の配合
比率は１２重量％以上５０重量％未満である。

【００５１】以上述べたように、ナフテン系鉱油とＶＧ
６８の環状エーテルとを混合した冷凍機油では、ナフテ
ン系鉱油の粘度グレードをＶＧ２２〜ＶＧ４６の範囲に
含まれるものを使用することによって、同鉱油の混合比
率を１２〜８０重量％の広い範囲で使用できるといった
効果がある。

【００５２】次に、ナフテン系鉱油の流動性向上剤とし
てＶＧ６８のポリビニルエーテルを使用した場合につい
て述べる。

【００５３】表５の〔比較例２７〜２９〕は〔実施例２
〜４〕と同様にＶＧ２２のナフテン系鉱油を用い、流動
性向上剤をＶＧ６８のポリビニルエーテル油に代えたし
たもので、同鉱油の配合比率を２０〜８０重量％に変化
させた。

【００５４】〔比較例３０〜３２〕は〔実施例６〜８〕
と同様にＶＧ４６のナフテン系鉱油を用い、流動性向上
剤をＶＧ６８のポリビニルエーテル油に代えたもので、
同鉱油の配合比率を２０〜８０重量％に変化させた。

【００５５】〔実施例２〜４〕と〔比較例２７〜２９〕
とを対比すると、ナフテン系鉱油の配合比率が２０重量
％のとき飽和吸湿量が４０００ｐｐｍを超えており許容
値を満足しない。この理由は第１表〔比較例１２〕から
分るようにポリビニルエーテルの飽和吸湿量が多いため
で、鉱油の粘度グレードには関係なく、鉱油とポリビニ
ルエーテルとの配合比率のみで決まる値である。つま
り、鉱油の配合比率が２４．３重量％以下になると飽和
吸湿量は４０００ｐｐｍを超えてしまう。従って、流動
性向上剤にポリビニルエーテルを使用すると、ナフテン
系鉱油の粘度グレードには関係なく同鉱油の配合比率の
下限値が２５重量％にまで大きくなるから、流動性向上
剤に環状エーテルを使用した場合のように鉱油の配合比
率を１２重量％にまでは拡大できない。一方、〔比較例
２９〕から鉱油の配合比率が８０重量％の時圧縮機内油
面高さが許容値の下限である６０％しかない。表２〜表
４に示した圧縮機内油面高さの傾向から見て、鉱油の粘
度グレードが大きくなるに従って圧縮機内油面高さが低
くなり、かつ鉱油の配合比率が多くなるに従って圧縮機
内油面高さは低くなることは明らかである。このことか
ら、〔比較例２９〕より更に鉱油の配合比率を増加させ
ると圧縮機内油面高さは許容値の６０％を満足しなくな
ることは容易に推察できる。つまり、ＶＧ２２のナフテ
ン系鉱油とＶＧ６８のポリビニルエーテルとの混合油で
は冷凍機油として使用できる鉱油の配合比率は２５〜８
０重量％の範囲である。このように、〔実施例１〜４〕
と同一粘度グレードのナフテン系鉱油を使用しても流動
性向上剤にＶＧ６８のポリビニルエーテル油を用いる
と、冷凍機油として使用可能な鉱油の配合比率範囲が狭
くなるので好ましくない。一方、〔実施例６〜８〕と
〔比較例３０〜３２〕とを対比すると、ナフテン系鉱油
の粘度グレードがＶＧ４６で同鉱油の配合比率が２０重
量％の時、飽和吸湿量が許容値の４０００ｐｐｍを超え
ている他に、８０重量％のとき圧縮機内油面高さが許容
値を満足していない。つまり、ＶＧ４６のナフテン系鉱
油とＶＧ６８のポリビニルエーテルとの混合油では冷凍
機油として使用できる鉱油の配合比率は２５重量％以上
で８０重量％未満の範囲でなければならない。また、上
記のように、ナフテン系鉱油の粘度グレードが更に大き
くなると圧縮機内油面高さは更に低くなるから、ナフテ
ン系鉱油の粘度グレードがＶＧ９０のものを使用すると
更に圧縮機内油面高さが低下することは自明である。

【００５６】即ち、ナフテン系鉱油の流動性向上剤とし
てポリビニルエーテルを使用すると、環状エーテルを使
用した場合に比べて同鉱油の配合範囲が狭くなるので好
ましくない。

【００５７】以上述べたように、炭化水素油として粘度
グレードがＶＧ２２〜４６のナフテン系鉱油を使用する
場合には、同油の流動性向上剤としてＶＧ６８のポリビ
ニルエーテルを使用するのではなく、環状エーテル油を
用いることによって、圧縮機の信頼性確保の観点から前
記鉱油の比率を１２〜８０重量％の広い範囲で冷凍機油
として使用できるといった効果がある。

【００５８】次に、炭化水素油に分岐鎖型アルキルベン
ゼンを使用し、流動性向上剤に環状エーテル油を使用し
た時の圧縮機内油面高さ、飽和吸湿量及び加熱後の全酸
価を表６から表９に記す。

【００５９】〔実施例９〜１２〕は炭化水素油としてＶ
Ｇ２２の分岐鎖型アルキルベンゼンを、流動性向上剤と
してＶＧ６８の環状エーテル油を選び、その配合比率を
変化させた。

【００６０】〔実施例１３〜１６〕は炭化水素油として
ＶＧ４６の分岐鎖型アルキルベンゼンを、流動性向上剤
としてＶＧ６８の環状エーテル油を選び、その配合比率
を変化させた。

【００６１】〔比較例３３〕はＶＧ２２の分岐鎖型アル
キルベンゼン油の配合比率を上記〔実施例９〕より低減
し、１０重量％にした。

【００６２】〔比較例３４〕はＶＧ２２の分岐鎖型アル
キルベンゼン油の配合比率を上記〔実施例１２〕より増
加し、９０重量％にした。

【００６３】〔比較例３５〕はＶＧ４６の分岐鎖型アル
キルベンゼン油の配合比率を上記〔実施例１３〕より低
減し、１０重量％にした。

【００６４】〔比較例３６〕はＶＧ４６の分岐鎖型アル
キルベンゼン油の配合比率を上記〔実施例１６〕より増
加し、９０重量％にした。

【００６５】〔比較例３３〕及び〔比較例３４〕と〔実
施例９〜１２〕とを対比すれば分るように、配合比率が
〔実施例９〜１２〕の範囲を外れると飽和吸湿量や圧縮
機内油面高さが許容値を満足しなくなるが、〔実施例９
〜１２〕の配合範囲即ち、ＶＧ２２の分岐鎖型アルキル
ベンゼン油に流動性向上剤としてＶＧ６８の環状エーテ
ルを混合することによって、アルキルベンゼン油の混合
比率を１２〜８０重量％の範囲で冷凍機油として使用で
きる。また、同様に〔比較例３５〕及び〔比較例３６〕
と〔実施例１３〜１６〕とを対比すれば分るように、前
記ＶＧ４６の分岐鎖型アルキルベンゼン油に流動性向上
剤としてＶＧ６８の環状エーテルを混合することによっ
て、アルキルベンゼン油の混合比率を１２〜８０重量％
の範囲で冷凍機油として使用できる。

【００６６】次に、表８の〔比較例３７〜４０〕及び
〔比較例４１〜４４〕は分岐鎖型アルキルベンゼン油の
粘度グレードが〔実施例９〜１６〕の範囲を外れた領域
での諸特性を示したものである。すなわち、〔比較例３
７〜４０〕は分岐鎖型アルキルベンゼン油の粘度グレー
ドをＶＧ１５として同油の配合比率を１２から８０重量
％に変化させた。

【００６７】〔比較例４１〜４４〕は分岐鎖型アルキル
ベンゼン油の粘度グレードをＶＧ５６として同鉱油の配
合比率を１２から８０重量％に変化させた。

【００６８】まず、分岐鎖型アルキルベンゼン油の粘度
グレードが実施例より大きい場合には、〔比較例４３〜
４４〕と〔実施例１５〜１６〕とを対比すれば明らかな
ように、分岐鎖型アルキルベンゼン油の粘度グレードが
ＶＧ５６になると圧縮機内油面高さが６０％に達してお
らず許容値を満足しない。第６表及び第７表からアルキ
ルベンゼンの粘度グレードには関係なく同油の混合比率
が１０重量％になると飽和吸湿量が許容値を満足しなく
なる。これらを勘案すると、粘度グレードがＶＧ５６の
分岐鎖型アルキルベンゼンとＶＧ６８の観光エーテルと
を混合したときに冷凍機油として使用できるアルキルベ
ンゼンの配合比率は１２重量％以上で５０重量％未満と
狭くなるので好ましくない。次に、分岐鎖型アルキルベ
ンゼン油の粘度グレードが実施例より小さい場合には、
〔実施例９〜１２〕と〔比較例３７〜４０〕とを対比す
れば分るように圧縮機内油面高さ、飽和吸湿量並びに加
熱後の全酸価値のいずれも目標値を満足する。しかし、
図４でＶＧ１５の分岐鎖型アルキルベンゼン油とＶＧ６
８の環状エーテル油との混合油では同アルキルベンゼン
油の配合比率が６０重量％を超えると摩耗速度が許容値
を満足しないことを詳述した。これを勘案すると、冷凍
機油として使用可能なアルキルベンゼンの配合比率は１
２〜６０重量％であり、第６表に示した実施例に比べて
配合比率の範囲が狭くなるので好ましくない。

【００６９】以上述べたように、分岐鎖型アルキルベン
ゼンとＶＧ６８の環状エーテルとを混合する場合には、
同アルキルベンゼン油をＶＧ２２〜ＶＧ４６の範囲に含
まれるの粘度グレードのものを用いることによって、同
アルキルベンゼン油の配合比率を１２〜８０重量％と広
い範囲で冷凍機油に使用出来るといった効果がある。

【００７０】次に、分岐鎖型アルキルベンゼン油に流動
性向上剤として粘度グレードがＶＧ６８のポリビニルエ
ーテルを用いた場合の例を表９に示す。

【００７１】〔比較例４５〜４７〕は〔実施例１０〜１
２〕と同様にＶＧ２２の分岐鎖型アルキルベンゼン油を
用いて流動性向上剤をＶＧ６８のポリビニルエーテル油
に代え、アルキルベンゼン油の配合比率を２０〜８０重
量％に変化させた。

【００７２】〔比較例４８〜５０〕は〔実施例１４〜１
６〕と同様にＶＧ４６の分岐鎖型アルキルベンゼン油を
用いて流動性向上剤をＶＧ６８のポリビニルエーテル油
に代え、アルキルベンゼン油の配合比率を２０〜８０重
量％に変化させた。

【００７３】〔実施例１０〜１２〕と表９の〔比較例４
５〜４７〕とを対比すると、分岐鎖型アルキルベンゼン
油の配合比率が２０重量％のとき飽和吸湿量が４０００
ｐｐｍを超えて許容値を満足しない。この理由は表１
〔比較例１２〕から分るようにポリビニルエーテルの飽
和吸湿量が多いためで、分岐鎖型アルキルベンゼン油の
粘度グレードには全く無関係である。従って、流動性向
上剤にポリビニルエーテルを使用すると、分岐鎖型アル
キルベンゼン油の粘度グレードには無関係に使用可能な
配合比率の範囲が狭くなる。飽和吸湿量が許容上限の４
０００ｐｐｍに達するアルキルベンゼン油の配合比率は
表１に示す飽和吸湿量から計算すると、２３．３重量％
である。従って、分岐鎖型アルキルベンゼン油とＶＧ６
８のポリビニルエーテル油との混合油ではアルキルベン
ゼン油の粘度に関係なくアルキルベンゼン油の配合比率
の最小値は２４重量％である。一方、アルキルベンゼン
油の配合比率が大きい領域では〔比較例４７〕から同油
の配合比率が８０重量％で全ての許容値を満足してい
る。このことから、ＶＧ２２の分岐鎖型アルキルベンゼ
ン油とＶＧ６８のポリビニルエーテル油との混合油では
冷凍機油として使用可能なアルキルベンゼン油の配合範
囲は２４〜８０重量％であり、〔実施例９〜１２〕に比
べて範囲が狭くなる。同様に粘度グレードがＶＧ４６の
分岐鎖型アルキルベンゼン油とＶＧ６８のポリビニルエ
ーテル油との混合油について見ると、第９表〔比較例５
０〕からアルキルベンゼン油の配合比率が８０重量％の
ときに圧縮機内油面高さが許容値を満足しない。従っ
て、これら両油の混合油では冷凍機油として使用可能な
アルキルベンゼン油の配合比率は２４重量％以上で８０
重量％未満となる。アルキルベンゼン油の粘度グレード
がＶＧ１５以下になると、図４に示したように同油の配
合比率の上限が６０重量％以下になる。また、流動性向
上剤として環状エーテルを使用した時の例から分るよう
に、分岐鎖型アルキルベンゼン油の粘度グレードが大き
くなるに従って、圧縮機内油面高さは低くなるから、同
油の粘度グレードがＶＧ５６のものを使用すると更に圧
縮機内油面高さが低下することは自明である。即ち、分
岐鎖型アルキルベンゼン油の流動性向上剤としてポリビ
ニルエーテルを使用すると、環状エーテルを使用した場
合に比べて同鉱油の配合範囲が狭くなるので好ましくな
い。

【００７４】以上述べたように、炭化水素油として粘度
グレードがＶＧ２２〜４６の分岐鎖型アルキルベンゼン
を、同油の流動性向上剤としてＶＧ６８の環状エーテル
油を用いることによって、前記アルキルベンゼン油の配
合比率が１２〜８０重量％の広い範囲で冷凍機油として
使用できるといった効果がある。

【００７５】次に、図３又は〔比較例１４〕から、ポリ
オールエステル油単独では圧縮機内油面高さが１００％
だから、同油は流動性向上剤として使用できる可能性が
ある。そこで、流動性向上剤としてのポリオールエステ
ルの効果を見るために、粘度グレードがＶＧ４６の分岐
鎖型アルキルベンゼン油とＶＧ６８のポリオールエステ
ル油との混合油を供試し、混合油に対するアルキルベン
ゼン油の配合比率を１２〜８０重量％の範囲で変化させ
た時の諸特性を表１０の〔比較例５１〜５４〕に示し
た。これと表６の〔実施例１３〜１６〕とを対比する
と、分岐鎖型アルキルベンゼン油の配合比率には無関係
に加熱後の全酸価値が３ｍｇＫＯＨ／ｇであり、許容値
を満足しない。これは、ポリオールエステル油の加水分
解によるものである。これを確認するために、粘度グレ
ードがＶＧ１５、ＶＧ４６及びＶＧ６８のポリオールエ
ステル油を、加水分解して酸性成分を生成しない油（試
験ではアルキルベンゼン油と環状エーテル油を使用し
た）に対して５重量％配合して混合油の油中水分量を１
０００ｐｐｍとして１７５℃で１０００時間加熱した。
その結果、ポリオールエステル油の粘度および相手の油
種には全く無関係に３ｍｇＫＯＨ／ｇ以上に達した。こ
のことから、流動性向上剤にポリオールエステル油を使
用するのは好ましくない。

【００７６】なお、本発明では発明本来の目的を阻害し
ない範囲で、フルオロシリコーン等の消泡剤、トリクレ
ジルホスファイト等の極圧剤、ベンゾトリアゾール等の
金属不活性剤、エポキシ系やカルボジイミド系の酸捕捉
剤、アルコール系等の油性剤などを単独或いは混合して
添加することを制限しない。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、ＨＦＣ系冷媒を使用し
た冷凍・空調機に用いられる冷凍機油において、ＨＦＣ
系冷媒には不溶であるが飽和吸湿量が少ない炭化水素油
として粘度グレードがＶＧ２２〜ＶＧ４６の範囲に含ま
れるナフテン系鉱油或いは分岐鎖型アルキルベンゼン油
のいずれか一方と、ＨＦＣ系冷媒と前記炭化水素油の双
方に溶解する流動性向上剤としてＶＧ６８の環状エーテ
ル油とを混合することによって、炭化水素油の配合比率
を１２〜８０重量％の広い範囲で圧縮機内の油量を十分
に確保できると同時に冷凍機油の飽和吸湿量を低減でき
るといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となった冷凍サイクルの概略構成
を示す図。

【図２】図１の冷凍サイクルに一般的に使用されるスク
ロール圧縮機の構造を示す図。

【図３】本発明の必要性を説明するための図で、圧縮機
内油面高さの時間変化を示す図。

【図４】炭化水素油と流動性向上剤との配合比率と摩耗
速度との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｎ 40:30 Ｃ１０Ｎ 40:30 (72)発明者植田英之東京都千代田区神田須田町一丁目23番地２株式会社日立空調システム内Ｆターム(参考） 4H104 BA02A BA03A BB10C EA02A EA02C LA01 LA13 PA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＨＦＣ系冷媒を使用した冷凍サイクルに
使用される冷凍機油において、該冷凍機油がナフテン系
鉱油と環状エーテル油との混合油であって、前記ナフテ
ン系鉱油の粘度グレードがＶＧ２２〜ＶＧ４６の範囲で
あり、前記環状エーテルの粘度グレードがＶＧ６８であ
ると共に、混合油に対するナフテン系鉱油の配合比率が
１２〜８０重量％であることを特徴とする冷凍機油。
【請求項２】ＨＦＣ系冷媒を使用した冷凍サイクルに
使用される冷凍機油において、該冷凍機油が分岐鎖型ア
ルキルベンゼン油と環状エーテル油との混合油であっ
て、前記分岐鎖型アルキルベンゼン油の粘度グレードが
ＶＧ２２〜ＶＧ４６の範囲であり、前記環状エーテルの
粘度グレードがＶＧ６８であると共に、混合油に対する
分岐鎖型アルキルベンゼン油の配合比率が１２〜８０重
量％であること特徴とする冷凍機油。