JP2004190039A

JP2004190039A - 冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法

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Publication number: JP2004190039A
Application number: JP2004065638A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nagao; 智永尾; Toyokazu Handa; 豊和半田
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: JP4098263B2

Abstract

【課題】炭化水素を主成分とする冷媒を用いた圧縮式冷凍サイクルにおいて、効率よく潤滑を行うことができ、この結果耐摩耗性及び安定性を向上させることができ、かつ冷凍効率を向上させることができる冷凍機用潤滑油組成物及び潤滑方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上であるアルキルベンゼン，アルキルナフタレン及びポリ−α−オレフィンから選ばれる少なくとも一種からなる基油、を含有することを特徴とする冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いることを特徴とする圧縮型冷凍機の潤滑方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は冷凍機用潤滑油組成物及び潤滑方法に関し、さらに詳しくは、炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒を用いた冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法に関する。

一般に、冷凍機、例えば圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器からなる圧縮型冷凍機の圧縮式冷凍サイクルにおいて、冷媒と潤滑油との混合液体がこの密閉された系内を循環する構造となっている。このような圧縮型冷凍機には、冷媒として、従来ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）などが多く用いられ、また潤滑油として種々の鉱油や合成油が用いられてきた。しかし、上記Ｒ−１２やＲ−２２などのクロロフルオロカーボンは、成層圏に存在するオゾン層を破壊するなどの環境汚染をもたらすおそれがあることから、最近、世界的にその使用に対する規制が厳しくなりつつある。そのため、新しい冷媒としてハイドロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボンなどの水素含有フロン化合物が注目されるようになってきた。この水素含有フロン化合物、特に１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）で代表されるハイドロフルオロカーボンは、オゾン層を破壊するおそれがないが、大気中での寿命が長いため地球温暖化への影響が懸念され、近年このような問題のない自然系冷媒として各種の炭化水素、特に炭素数１〜８を有する炭化水素が検討されつつある。しかしながら、このような炭化水素を圧縮型冷凍機の冷媒として用いた場合、従来一般的に使用されている潤滑油を使用すると潤滑性に劣り、耐摩耗性が不十分となり、また安定性が不足して長期の安定使用ができなくなる等の結果となる。特に膨張弁としてキャピラリーチューブを使用する場合にその傾向が強い。

本発明は、上記観点からなされたもので、炭化水素を主成分とする冷媒を用いた圧縮式冷凍サイクルにおいて、効率よく潤滑を行うことができ、この結果耐摩耗性及び安定性を向上させることができ、かつ冷凍効率を向上させることのできる冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の性状を有する炭化水素化合物を潤滑油基油として使用することにより、上記本発明の目的を効果的に達成しうることを見出し本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、（１）（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上であるアルキルベンゼン，アルキルナフタレン及びポリ−α−オレフィンから選ばれる少なくとも一種の炭化水素化合物からなる基油、を含有することを特徴とする冷凍機用潤滑油組成物、及び（２）（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上であるアルキルベンゼン，アルキルナフタレン及びポリ−α−オレフィンから選ばれる少なくとも一種の炭化水素化合物からなる基油、を含有する冷凍機用潤滑油組成物を用いることを特徴とする圧縮型冷凍機の潤滑方法を提供するものである。

本発明によれば、炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒を用いた圧縮式冷凍サイクルにおいて、効率よく潤滑を行うことができ、その結果耐摩耗性及び安定性を向上させることができ、かつ冷凍効率を向上させることのできる冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。本願の第一発明の冷凍機用潤滑油組成物は、（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上である炭化水素化合物からなる基油、を含有することを特徴とするものである。

本発明において用いられる（Ａ）成分（冷媒）の主成分である炭化水素の炭素数は１〜８であり、好ましくは１〜５、更に好ましくは３〜５である。炭素数が９以上であると沸点が高くなりすぎ冷媒としては好ましくない。本発明に用いられる炭化水素の例としては、メタン，エタン，エチレン，プロパン，シクロプロパン，プロピレン，ｎ−ブタン，ｉ−ブタン，ｎ−ペンタン，ｉ−ペンタンなどを挙げることができる。その炭化水素は一種でもよく、二種以上でもよい。また、炭化水素だけで使用してもよく、これをＲ−１３４ａ等のハイドロフルオロカーボン，エーテル，ＣＯ₂などの冷媒と混合したものも使用することができる。

本発明において、（Ｂ）成分の基油としては、非芳香族不飽和度１０％以下である炭化水素化合物が使用される。非芳香族不飽和度は、非芳香族分を除いた不飽和分量を意味し、下記の式で表すことができ、算出に用いる各値はＮＭＲ法より測定することができる。
不飽和度（％）＝（分子内の芳香族基を除く不飽和結合数／分子内の全炭素炭素結合数）×１００
本発明においては、この値が１０％以下である必要がある。１０％を超えると、スラッジ発生の原因、キャピラリーの詰まりの原因となり好ましくない。この点から、本発明においては上記不飽和度は５％以下が好ましく、１％以下が更に好ましく、０．１％以下が特に好ましい。

また、本発明においては（Ｂ）成分の基油は、１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上である。この動粘度が５ｍｍ²／ｓ未満であると、シール性の低下、潤滑性能の低下が生じ好ましくない。このような観点から、この粘度範囲は１０ｍｍ²／ｓ以上、更には２０〜５００ｍｍ²／ｓであることが好ましい。
本発明で使用される上記（Ｂ）成分としては種々のものが使用可能であるが、好ましくは、高度精製鉱油，アルキルベンゼン，アルキルナフタレン又はポリ−α−オレフィンが前記の非芳香族不飽和度及び動粘度の範囲で使用される。

このような高度精製鉱油の具体例としては、例えば、パラフィン基系原油，中間基系原油あるいはナフテン基系原油を常圧蒸留するかあるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油を常法に従って精製することによって得られる精製油、あるいは精製後更に深脱ロウ処理することによって得られる深脱ろう油、更には水素化処理によって得られる水素化処理油などを挙げることができる。その際の精製法は特に制限はなく様々な方法が使用される。

通常は（ａ）水素化処理，（ｂ）脱ロウ処理（溶剤脱ロウまたは水素化脱ロウ），（ｃ）溶剤抽出処理，（ｄ）アルカリ蒸留または硫酸洗浄処理，（ｅ）白土処理を単独で、あるいは適宜順序で組み合わせて行う。また、同一処理を複数段に分けて繰り返し行うことも有効である。例えば、留出油を水素化処理するか、または水素化処理した後、アルカリ蒸留または硫酸洗浄処理を行う方法、留出油を水素化処理した後、脱ロウ処理する方法、留出油を溶剤抽出処理した後、水素化処理する方法、留出油に二段あるいは三段の水素化処理を行う、又はその後にアルカリ蒸留又は硫酸洗浄処理する方法、更には、上述した〜の如き処理の後、再度脱ロウ処理して深脱ロウ油とする方法などがある。上記の方法のうち、本発明において用いられる高度精製鉱油としては、深脱ロウ処理によって得られる鉱油が、低温流動性，低温時でのワックス析出がない等の点から好適である。この深脱ロウ処理は、苛酷な条件での溶剤脱ロウ処理法やゼオライト触媒を用いた接触脱ロウ処理などによって行われる。

また、本発明において基油として用いられるアルキルベンゼンとしては、従来冷凍機油等に用いられるアルキルベンゼンがいずれも使用可能であるが、本発明においてはこれより高粘度のものが好ましく用いられる。
このような高粘度アルキルベンゼンとしては、様々なものがあるが、アルキル基の総炭素数（アルキル基が複数の場合は、それぞれのアルキル基の総和）が２０以上のアルキルベンゼン（モノアルキルベンゼン，ジアルキルベンゼン，トリアルキルベンゼン）、好ましくは総炭素数が２０以上でしかもアルキル基を２個以上有するもの（ジアルキルベンゼンなど）が熱安定性の点から好適に使用される。なお、この高粘度アルキルベンゼンは、動粘度が前述の範囲に入るものであれば、一種を単独で、あるいは二種以上を混合したものでもよい。

更に、基油として用いられるアルキルナフタレンとしては、ナフタレン環にアルキル基が２つまたは３つ結合したものが好適に使用される。特に、このようなアルキルナフタレンとしては、熱安定性の点から総炭素数が２０以上であるものが更に好ましい。本発明においては、これらのアルキルナフタレンは単独で用いてもよいし、また混合して用いてもよい。

また、本発明において基油として用いられるポリ−α−オレフィンとしては、種々のものが使用可能であるが、通常は炭素数８〜１８のα−オレフィンの重合体である。そのうち、好ましいものとしては、１−ドデセン，１−デセンあるいは１−オクテンの重合体を熱安定性，シール性，潤滑性などの点から挙げることができる。なお、本発明においては、ポリ−α−オレフィンとして、特にその水素化処理物が熱安定性の点から好ましく用いられる。これらのポリ−α−オレフィンは単独で用いてもよいし、また混合して用いてもよい。

本発明においては、上記基油のうち、価格，精製度によって不飽和度をコントロールできるなどの点から、高度精製鉱油を好ましく使用することができる。本発明においては上記（Ａ）成分の炭化水素冷媒と（Ｂ）成分の基油の使用量については、（Ａ）成分／（Ｂ）成分の重量比で９９／１〜１０／９０の範囲にあることが好ましい。（Ａ）成分の量が上記範囲よりも少ない場合は冷凍能力の低下がみられる場合があり、また上記範囲より多い場合は潤滑性能が低下する場合があり好ましくない。このような観点から、上記（Ａ）成分／（Ｂ）成分の重量比は、９５／５〜３０／７０の範囲にあるのが更に好ましい。

本発明の冷凍機用潤滑油組成物には、必要に応じ公知の各種の添加剤、トリクレジルホスフェート（ＴＣＰ）などのリン酸エステルやトリスノニルフェニルホスファイトなどの亜リン酸エステルなどの極圧剤；フェノール系，アミン系の酸化防止剤；フェニルグリシジルエーテル，シクロヘキセンオキシド，エポキシ化大豆油などの安定剤；ベンゾトリアゾールやその誘導体などの銅不活性化剤；シリコーン油やフッ化シリコーン油などの消泡剤などを適宜配合することができる。更に、耐荷重添加剤，塩素捕捉剤，清浄分散剤，粘度指数向上剤，油性剤，防錆剤，腐食防止剤，流動点降下剤等を所望に応じて添加することができる。これらの添加剤は、通常本発明の組成物中に、０．５〜１０重量％の量で含有される。

本発明の潤滑油組成物は、種々の冷凍機に使用可能である。特に、圧縮型冷凍機の圧縮式冷凍サイクルに適用でき、添付図１で示されるように圧縮機−凝縮器−膨張弁−蒸発器からなる通常の圧縮式冷凍サイクルに好ましく適用できる。すなわち、本願の第二発明は、（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上である炭化水素化合物からなる基油、を含有する冷凍機用潤滑油組成物を用いることを特徴とする圧縮型冷凍機の潤滑方法である。
このような特徴を有する潤滑油として本発明において使用できるものとして、前述した高度精製鉱油，アルキルベンゼン，アルキルナフタレン又はポリ−α−オレフィンが好ましく挙げられる。

次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１〜７及び比較例１，２
第１表に示す性状の基油を用いて、その各々について下記の方法で実機テストを行い評価を行った。結果を第１表に示す。

（１）圧縮式冷凍サイクルの方式
通常の「圧縮機−凝縮器−膨張弁−蒸発器」（図１参照）の圧縮式冷凍サイクルにおいて、膨張弁はキャピラリーチューブ式のものを使用した。
（２）実機テスト
出力１００Ｗの上記の冷凍機について、冷媒として、モル比で１：１のプロパン−イソブタン混合物７０重量％、潤滑油３０重量％の割合で下記条件で１年間に亘って冷凍試験を実施した。
（運転状況）吸入温度：０℃
吐出温度：１００℃
凝縮器出口温度：１０℃
（評価法）運転状態に異常が生じた時点で停止し、その原因追求のため各部を観察した。

＊１：パラフィン系鉱油を深脱ロウ，水素化処理した基油
＊２：パラフィン系鉱油を深脱ロウ，水素化処理した基油
＊３：パラフィン系鉱油を深脱ロウ，水素化処理した基油
＊４：パラフィン系鉱油を溶剤精製した基油
＊５：アルキルベンゼンを水素化処理，白土処理した基油
＊６：アルキルナフタレンを水素化処理，白土処理した基油
＊７：１−デセンの重合物の水素化処理物
＊８：パラフィン系鉱油を深脱ロウ，水素化処理した基油
＊９：ナフテン系鉱油を溶剤精製した基油

本発明は、炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒を用いた圧縮式冷凍サイクルにおいて有効に適用される冷凍機用潤滑油組成物及び該組成物を用いた潤滑方法を提供するものである。

「圧縮機−凝縮器−膨張弁−蒸発器」の圧縮式冷凍サイクルの流れ図である。

符号の説明

１：圧縮機
２：凝縮器
３：膨張弁
４：蒸発器

Claims

（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上であるアルキルベンゼン，アルキルナフタレン及びポリ−α−オレフィンから選ばれる少なくとも一種の炭化水素化合物からなる基油、を含有することを特徴とする冷凍機用潤滑油組成物。
（Ａ）炭素数１〜８を有する炭化水素を主成分とする冷媒、及び（Ｂ）非芳香族不飽和度が１０％以下であり、かつ１００℃における動粘度が５ｍｍ²／ｓ以上であるアルキルベンゼン，アルキルナフタレン及びポリ−α−オレフィンから選ばれる少なくとも一種の炭化水素化合物からなる基油、を含有する冷凍機用潤滑油組成物を用いることを特徴とする圧縮型冷凍機の潤滑方法。