JP2004515600A - 相溶化剤を含有する冷却組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、従来の無極性圧縮冷却潤滑剤およびハイドロフルオロカーボンおよび/またはハイドロクロロフルオロカーボン冷媒を圧縮冷却装置において相容させるのに有用な組成物を提供する。さらに、これらの組成物は、前述の冷却装置の非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへの潤滑剤の効率的な戻りを促す。
Description
【0001】
(関連出願の相互参照)
本出願は、2000年12月8日出願の米国特許仮出願第60/254,208号および2001年7月11日出願の米国特許仮出願第60/304,552号遡及の特典を請求するものである。
【0002】
(発明の分野)
本発明は、比較的極性のハロゲン化炭化水素冷却剤と、比較的非極性の従来の圧縮冷却潤滑剤と、前記極性ハロゲン化炭化水素と非極性潤滑剤を相容させる化合物とを含む冷却組成物に関する。相溶化剤は、ハロゲン化炭化水素と潤滑剤を相容させることにより、圧縮冷却装置の最も冷たい部分において潤滑剤の粘度を減じ、その結果、圧縮冷却システムにおける非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへの潤滑剤の戻りを効率的にする。
【0003】
(背景)
過去20年間にわたって、クロロフルオロカーボンの大気への放出が成層オゾン層に影響するかどうか議論されてきた。この議論および国際条約の結果、冷却および空調業界は、特定クロロフルオロカーボン(CFC)およびハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)の使用および製造から撤退している。現在、これら業界では、オゾン破壊可能性がゼロのハイドロフルオロカーボン(HFC)の使用に移行している。鉱油、ポリα−オレフィンおよびアルキルベンゼンのような従来の潤滑剤はHFC冷媒とは非混和性であるため、HFCへの移行には、新たな種類の潤滑剤の出現が必要とされた。
【0004】
この新たな種類の潤滑剤としては、ポリアルキレングリコール(PAG)およびポリオールエステル(POE)潤滑剤が挙げられる。PAGおよびPOE潤滑剤は好適な潤滑剤特性を有しているが、極めて吸湿性であり、湿潤空気に晒されると数千ppm(百万分の一)の水を吸収してしまう。この吸収された水によって酸が形成されてしまい、冷却システムの腐食を招いたり、扱い難いスラッジが形成し望ましくない。比較すると、従来の冷媒潤滑剤はかなり吸湿性が低く、水について100ppm未満と溶解度が低い。さらに、PAGやPOEは、従来の冷媒潤滑剤に比べ、かなり高価であり、一般的に3〜6倍以上である。PAGやPOEはまた電気絶縁特性が好ましくないことも分かっている。
【0005】
従って、冷媒業界が従来の非極性鉱油およびアルキルベンゼン潤滑剤を極性HFCベースの冷媒と共に利用できるよう、この溶解性の問題を解決する要望および余地があった。業界が、純粋なCFC冷媒の代替としてHCFC−ベースの冷媒の使用に移行し始めたときに、他の要望や余地もあった。HCFCは鉱油にあまり溶解しないため、この要望は明らかとなった。適正な潤滑および冷却特性を得るために、潤滑剤をアルキルベンゼンに変える追加の費用が業界に強いられた。
【0006】
過去10年間にわたって、冷却および空調業界はこれらの長く感じるが未解決の要望と戦ってきた。ついに、本発明は業界の緊急の必要性を満たした。従来の非極性潤滑剤を極性ハイドロフルオロカーボン冷媒と共に用いる数多くの試みがなされてきたが、非極性の従来の潤滑剤に極性冷媒は溶解しないため、非コンプレッサーゾーンにおいて極めて粘性の潤滑剤となり、残念ながら、潤滑剤がコンプレッサーに十分に戻らない。非極性の従来の潤滑剤および極性の冷媒が、コンプレッサーから自然に逃れて非コンプレッサーゾーンに入ると、潤滑剤および冷媒の相分離/不溶解性が生じる。この相分離は、非コンプレッサーゾーンに残る極めて粘性の潤滑剤に寄与し、冷媒は冷却システム全体にわたってその経路に留まる。潤滑剤の不溶解性および極粘性の性質によって、非コンプレッサーゾーンにおいて潤滑剤が固まって、非コンプレッサーゾーンに潤滑剤が蓄積されてしまい望ましくない。潤滑剤のこの蓄積と潤滑剤のコンプレッサーゾーンへの戻りを欠くことから、コンプレッサーが潤滑剤を渇望する結果、コンプレッサーが過熱して焼き付いてしまう。かかる固まった潤滑剤は、熱交換器(凝縮機や蒸発器)の内部表面に厚い潤滑剤膜があるために、伝熱が妨げられて、冷却システムの効率も減じる恐れがある。さらに、冷コンプレッサーが始動する間、潤滑性に乏しく、潤滑剤が発泡するために、冷媒と潤滑剤がコンプレッサーを焼き付ける恐れがある。
【0007】
上述の長く感じるが未解決の要望を解決する多くの商業的な関心は、数多くの特許および/または特許出願から明らかである。例えば、米国特許第5368765号、同第5254280号、同第5154846号、同第6074573号、同第5431835号、同第4755316号、JP 2930963(1999年)、JP 02286780(1990年)、EP 784090、EP 406433およびEP 645443は、アルキルベンゼンおよび/または鉱油、およびポリエーテルおよび/またはグリコールを含む冷媒潤滑剤を開示している。JP 05202389(1993年)は、グリコールおよびエーテルを用いて、脂肪族炭化水素と共にパーフルオロカーボンを溶解することを開示している。EP 571091およびJP 10140175(1998号)は、窒素含有複素環式添加剤を含有するポリエステル冷媒潤滑剤を開示している。米国特許第5023007号、同第5194171号、JP 2997908(2000年)およびJP 104087(2000年)は、フッ素含有炭化水素と窒素含有複素環式潤滑剤を含む冷却組成物を開示している。米国特許第5300245号は分子構造中にベース潤滑剤およびハイドロフルオロカーボンとして1個以上のケトン基を有する化合物を含む冷媒潤滑剤を含む冷媒加工流体を開示している。米国特許第5104560号、同第4359394号およびCA 973700は、冷媒潤滑剤およびハロゲン化パラフィン添加剤を含むクロロフルオロカーボンベースの冷媒と共に用いる冷媒潤滑剤組成物を開示している。米国特許第4355960号は潤滑剤と、少量のアルキルポリハロフェニルエーテルを含む冷媒潤滑剤を開示している。
【0008】
上述した理由から、冷却および空調業界において、極性ハロゲン化炭化水素および非極性の従来の潤滑剤を、圧縮冷却システムにおいて相容させ、潤滑剤をコンプレッサーに効率的に戻すのを促す相溶化剤について、よく認識された要望がある。
【0009】
(概要)
本発明は、従来の非極性圧縮冷媒潤滑剤と極性ハイドロフルオロカーボンおよび/またはハイドロクロロフルオロカーボン冷媒間の不溶解性という冷却および空調業界の問題を満足させる相溶化剤を含有する潤滑および冷却組成物に係る。相溶化剤は、非コンプレッサーゾーンにおいて極性ハロゲン化炭化水素と潤滑剤を相容させることにより、圧縮冷却装置の最も冷たい部分において非極性潤滑剤の粘度を減じ、その結果、潤滑剤を非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ効率的に戻す。本発明はまた、圧縮冷却システムにおいて潤滑剤を非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すための方法、潤滑剤中のハロゲン化炭化水素を溶解させる方法、およびハロゲン化炭化水素冷却剤を含有する圧縮冷却装置においてコンプレッサーを潤滑する方法にも係る。
【0010】
本発明は、(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリ−α−オレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、(b)少なくとも1種類の相溶化剤とを含む圧縮冷却および空調に用いる潤滑剤組成物を包含する。本発明はさらに、(a)ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択される少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素と、(b)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリ−α−オレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、(c)少なくとも1種類の相溶化剤とを含む圧縮冷却および空調に用いる冷却組成物を包含する。本発明はさらに、(a)ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択される少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素と、(b)少なくとも1種類の相溶化剤とを含むパラフィン、ナフテン、芳香族および/またはポリ−α−オレフィン潤滑剤を含有する圧縮冷却および空調に用いる組成物を包含する。
【0011】
本発明はまた、(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される潤滑剤を、前記非コンプレッサーゾーンにおいて、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素と、相溶化剤の存在下に接触させ、前記潤滑剤、前記ハロゲン化炭化水素および前記相溶化剤を含む溶液を形成する工程と、(b)前記溶液を冷却システムの前記非コンプレッサーゾーンから前記コンプレッサーゾーンに移す工程とを含む、圧縮冷却システムにおいて、非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ潤滑剤を戻す方法も提供する。
【0012】
本発明はさらに、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素冷却剤を、パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される潤滑剤において溶解する方法であって、前記潤滑剤を前記ハロゲン化炭化水素冷却剤と、有効量の相溶化剤の存在下に接触させる工程と、前記潤滑剤および前記ハロゲン化炭化水素冷却剤の溶液を形成する工程とを含む方法を提供する。
【0013】
本発明はさらに、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素冷却剤を含有する圧縮冷却装置においてコンプレッサーを潤滑する方法であって、(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、(b)少なくとも1種類の相溶化剤とを含む組成物を前記コンプレッサーに加える工程を含む方法にも係る。本発明はさらに、相溶化剤を圧縮冷却装置に供給する方法にも係る。
【0014】
潤滑剤および/または冷却組成物、および上述の方法および/またはプロセスは任意選択的に香料を含むことができる。
【0015】
本発明の相溶化剤は以下を含む。
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、前記ポリオキシアルキレングリコールエーテルの分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素から独立に選択され、前記ケトンの分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから選択され、前記ニトリルの分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、式中、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル。
【0016】
本発明の組成物において、前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比は99:1〜1:1である。
【0017】
以下の図面を参照することにより、本発明をよりよく理解できるであろう。
【0018】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様および利点は、詳細な説明および添付の請求項を参照するとよりよく理解できるであろう。
【0019】
(詳細な説明)
本発明者らは、従来の圧縮冷媒潤滑剤中に有効量の本発明の相溶化剤を用いると、潤滑剤を圧縮冷却システムにおける非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ効率的に戻せるということを知見した。相溶化剤は、圧縮冷媒システム全体に行き渡り、冷媒および、コンプレッサーから逃れる潤滑剤と混合される。相溶化剤を用いることにより、圧縮冷却システムの最も冷たい部分、例えば、蒸発器において、潤滑剤の粘度が減じ、それによって、潤滑剤が蒸発器からコンプレッサーに戻される。本発明者らは、本発明の相溶化剤を用いると、圧縮冷却システムの最も冷たい部分における潤滑剤の粘度が減じることを知見した。この潤滑剤粘度の減少は、相溶化剤を含有する潤滑剤においてハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度が増大するためである。相溶化剤中の炭素対極性基(例えば、エーテル、カルボニル、ニトリル、ハロゲン)比を制御することによって、本発明者らは、極性基含有相溶化剤は意外なことに、圧縮冷却装置の最も冷たい部分において実質的に非極性の潤滑剤と混和性のままでありながら、同時に、潤滑剤中のハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度を増大することを知見した。理論に拘束されることは望むところではないが、本発明の相溶化剤中の極性官能基は、比較的極性のハロゲン化炭化水素冷却剤に付加し、一方、相溶化剤の炭化水素部分は比較的低い極性の潤滑剤と混和する。本発明の相溶化剤を本発明で規定した従来の潤滑剤中で用いると、有効量の相溶化剤を含有する潤滑剤中でのハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度が増大する。従来の潤滑剤中の比較的非粘性のハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度のこの増大によって、潤滑剤の粘度が下がり、圧縮冷却システム中の非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ潤滑剤が効率的に戻る。蒸発器ゾーン中の潤滑剤の量を減らすと、冷媒の伝熱も改善され、冷却能力およびシステムの効率が改善される。このように、本発明の相溶化剤によって、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のような比較的極性のハロゲン化炭化水素冷却剤を比較的非極性の従来の潤滑剤、通常は非混和性で、以前は圧縮冷却システムの冷却組成物として一緒に使用できないと考えられていた混合物、と共に用いることができる。
【0020】
従来の潤滑剤においてハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度が増大する結果、さらに、液体冷媒が、凝縮器から出た固まった潤滑剤を溶解し運ぶことができ、潤滑剤の戻りと、凝縮器における伝熱の両方が改善され、冷却システムの能力および効率が改善される。
【0021】
本発明の相溶化剤は、蒸発器中の潤滑剤および相溶化剤組成物からのハロゲン化炭化水素冷却剤の脱離に際しエンタルピー変化、および凝縮器中の潤滑剤および相溶化剤組成物への冷媒の吸収を増大させることによって、圧縮冷却システムのエネルギー効率および能力を改善する。理論に拘束されることは望むところではないが、冷媒と極性官能基含有相溶化剤間の引力を形成および破壊すると、エンタルピー変化が増大するものと考えられる。
【0022】
多くの場合、現在、ハイドロフルオロカーボンベースの冷媒と共に用いられているポリオールエステルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤の体積抵抗(オーム×cm)は許容できないほど低い。相溶化剤と従来の潤滑剤を含む本発明の組成物は、ポリオールエステルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤に比べて体積抵抗が増大している。
【0023】
本発明の相溶化剤は、従来の潤滑剤の粘度指数を増大させるという利点がある。これによって、高温での粘度を大幅に減じることなく、低温で低い粘度、多くのポリオールエステルと同様の粘度プロフィールという望ましい結果が得られる。かかる粘度指数だと、コンプレッサー操作について許容できる粘度を維持しながら、蒸発器からの潤滑剤の戻りが確実なものとなる。
【0024】
潤滑剤と相溶化剤を含む本発明の組成物においては、潤滑剤と相溶化剤組成物を併せたものを1〜50重量パーセント、好ましくは6〜45重量パーセント、最も好ましくは10〜40重量パーセントが相溶化剤である。重量比に関して、潤滑剤および相溶化剤を含む本発明の組成物において、潤滑剤対相溶化剤の重量比は99:1〜1:1、好ましくは15.7:1.2:1、最も好ましくは9:1〜1.5:1である。相溶化剤は、相溶化剤とハロゲン化炭化水素冷却剤の組成物として圧縮冷却システムに充填してもよい。本発明の相溶化剤およびハロゲン化炭化水素冷却組成物を圧縮冷却システムに充填して、上述の相対量の相溶化剤および潤滑剤を満足するような量の相溶化剤を供給するときは、相溶化剤およびハロゲン化炭化水素冷却組成物は、一般的に、相溶化剤とハロゲン化炭化水素冷却組成物を併せたものにおいて、0.1〜40重量パーセント、好ましくは0.2〜20重量パーセント、最も好ましくは0.3〜10重量パーセントの相溶化剤を含む。ハロゲン化炭化水素冷却剤、潤滑剤および相溶化剤を含む本発明の組成物を含有する圧縮冷却システムにおいて、1〜70重量パーセント、好ましくは10〜60重量パーセントのハロゲン化炭化水素冷却剤、潤滑剤および相溶化剤組成物が潤滑剤および相溶化剤であるのが好ましい。非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへの許容できる潤滑剤の戻りを得るのに、潤滑剤と相溶化剤組成物を組み合わせたものが50重量パーセントを超える相溶化剤濃度は、一般的には必要ない。潤滑剤と相溶化剤組成物を組み合わせたものが50重量パーセントを超える相溶化剤濃度は、潤滑剤の粘度にマイナスの影響を与え、潤滑が不適切となったり、コンプレッサーへの応力や機械的故障を招く恐れがある。さらに、潤滑剤と相溶化剤組成物を組み合わせたものが50重量パーセントより高い相溶化剤濃度は、圧縮冷却システムにおける冷媒能力および冷却組成物の性能にマイナスの影響を与える恐れがある。本発明の組成物における有効量の相溶化剤によって、ハロゲン化炭化水素および潤滑剤が、圧縮冷媒システムにおいて非コンプレッサーゾーン(すなわち、蒸発器または凝縮器)からコンプレッサーゾーンへの潤滑剤の適正な戻りが得られる範囲まで溶解させることができる。
【0025】
本発明のハロゲン化炭化水素冷却剤は、少なくとも1個の炭素原子と1個のフッ素原子を含有している。特に有用なのは、少なくとも1個のフッ素原子を含有し、任意選択的に塩素および酸素原子を含有し、通常沸点が−90℃〜80℃の1〜6個の炭素原子を有するハロゲン化炭化水素である。これらのハロゲン化炭化水素は、一般式CwF2w+2−x−yHxClyOz(式中、wは1〜6、xは1〜9、yは0〜3、zは0〜2である)で表すことができる。ハロゲン化炭化水素としては、wが1〜6、xが1〜5、yが0〜1およびzが0〜1のものが好ましい。ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンベースの冷媒と共に用いると本発明は特に有用である。ハロゲン化炭化水素冷却剤は、E.I. du Pont de Nemours&Co., Fluoroproducts(デラウェア州、ウィルミントン、19898、米国)のような数多くの源より入手可能な市販の製品や、PCR Inc.,P.O. Box 1466(フロリダ州、ゲインスヴィル、32602、米国)のような特注化学合成会社、およびフッ素化学ジャーナルや有機フッ素化合物の化学、Milos Hudlicky編、The MacMillan Company(ニューヨーク州、ニューヨーク)発行(1962年)のような業界で開示された合成プロセスによるものである。代表的なハロゲン化炭化水素としては、CHClF2(HCFC−22)、CHF3(HFC−23)、CH2F2(HFC−32)、CH3F(HFC−41)、CF3CF3(FC−116)、CHClFCF3(HCFC−124)、CHF2CF3(HFC−125)、CH2ClCF3(HCFC−133a)、CHF2CHF2(HFC−134)、CH2FCF3(HFC−134a)、CClF2CH3(HCFC−142b)、CHF2CH2F(HFC−143)、CF3CH3(HFC−143a)、CHF2CH3(HFC−152a)、CHF2CF2CF3(HFC−227ca)、CF3CFHCF3(HFC−227ea)、(HFC−236ca)、CH2FCF2CF3(HFC−236cb)、CHF2CHFCF3(HFC−236ea)、CF3CH2CF3(HFC−236fa)、CH2FCF2CHF2(HFC−245ca)、CH3CF2CF3(HFC−245cb)、CHF2CHFCHF2(HFC−245ea)、CH2FCHFCF3(HFC−245eb)、CHF2CH2CF3(HFC−245fa)、CH2FCF2CH2F(HFC−254ca)、CH2CF2CHF2(HFC−254cb)、CH2FCHFCHF2(HFC−254ea)、CH3CHFCF3(HFC−254eb)、CHF2CH2CHF2(HFC−254fa)、CH2FCH2CF3(HFC−254fb)、CH3CF2CH3(HFC−272ca)、CH3CHFCH2F(HFC−272ea)、CH2FCH2CH2F(HFC−272fa)、CH3CH2CF2H(HFC−272fb)、CH3CHFCH3(HFC−281ea)、CH3CH2CH2F(HFC−281fa)、CHF2CF2CF2CF2H(HFC−338pcc)、CF3CHFCHFCF2CF3(HFC−43−10mee)、C4F9OCH3およびC4F9OC2H5が挙げられる。
【0026】
本発明は、CHClF2(HCFC−22)、CHF3(HFC−23)、CH2F2(HFC−32)、CHClFCF3(HCFC−124)、CHF2CF3(HFC−125)、CHF2CHF2(HFC−134)、CH2FCF3(HFC−134a)、CF3CH3(HFC−143a)、CHF2CH3(HFC−152a)、CHF2CF2CF3(HFC−227ca)、CF3CFHCF3(HFC−227ea)、CF3CH2CF3(HFC−236fa)、CHF2CH2CF3(HFC−245fa)、CHF2CF2CF2CF2H(HFC−338pcc)、CF3CHFCHFCF2CF3(HFC−43−10mee)のようなハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンベースの冷媒、およびHCFC−22/HFC−152a/HCFC−124(ASHRAE商品名、R−401A、R−401BおよびR−401Cとして知られている)、HFC−125/HFC−143a/HFC−134a(ASHRAE商品名、R−404Aとして知られている)、HFC−32/HFC−125/HFC−134a(ASHRAE商品名、R−407A、R−407BおよびR−407Cとして知られている)、HCFC−22/HFC−143a/HFC−125(ASHRAE商品名、R−408Aとして知られている)、HCFC−22/HCFC−124/HCFC−142b(ASHRAE商品名:R−409Aとして知られている)、HFC−32/HFC−125(R−410A)およびHFC−125/HFC−143a(ASHRAE商品名:R−507として知られている)のような共沸および共沸様ハロゲン化炭化水素冷却組成物と共に用いるのに特に有用である。
【0027】
本発明のハロゲン化炭化水素は任意選択的にさらに、10重量パーセントまでのジメチルエーテル、または少なくとも1個のC3〜C5炭化水素、例えば、プロパン、プロピレン、シクロプロパン、n−ブタン、i−ブタンおよびn−ペンタンを含んでいてもよい。C3〜C5の炭化水素を含有するハロゲン化炭化水素としては、HCFC−22/HFC−125/プロパン(ASHRAE商品名、R−402AおよびR−402Bとして知られている)、およびHCFC−22/オクタフルオロプロパン/プロパン(ASHRAE商品名、R−403AおよびR−403Bとして知られている)が例示される。
【0028】
本発明の潤滑剤は、クロロフルオロカーボン冷媒を利用する圧縮冷却装置に従来用いられてきたものである。かかる潤滑剤およびその特性については、ここに参考文献として組み込まれる1990年ASHRAEハンドブック、冷却システムおよび用途、8章、「冷却システムにおける潤滑剤」8.1〜8.21頁に述べられている。本発明の潤滑剤は、あるコンプレッサーの要件および潤滑剤が晒される環境を考慮して選択される。本発明の潤滑剤の40℃での動粘度は少なくとも15cs(センチストークス)であるのが好ましい。本発明の潤滑剤はさらに、圧縮冷却潤滑の分野において「鉱油」として一般的に知られているものを含む。鉱油はパラフィン(例えば、直鎖および分岐炭素鎖、飽和炭化水素)、ナフテン(例えば、環状パラフィン)および芳香族(例えば、不飽和、交互の二重結合を備えた1個以上の環を含む環状炭化水素)を含む。本発明の潤滑剤は、圧縮冷却潤滑の分野において「合成油」として一般的に知られているものを含む。合成油は、アルキルアリール(例えば、鎖状および分岐アルキルアルキルベンゼン)、合成パラフィンおよびナフテンおよびポリ(アルファオレフィン)を含む。本発明の代表的な従来の潤滑剤は、BVM 100N(BVA Oilsより市販されているパラフィン鉱油)、Suniso(登録商標)3GS(Crompton Co.より市販されているナフテン鉱油)、Sontex(登録商標)372LT(Pennzoilより市販されているナフテン鉱油)、Calumet(登録商標)RO−30(Calument Lubricantsより市販されているナフテン鉱油)、Zerol(登録商標)75およびZerol(登録商標)150(Shrieve Chemicalsより市販されている鎖状アルキルベンゼン)およびHAB22(Nippon Oilより市販されている分岐アルキルベンゼン)より市販されているものである。
【0029】
本発明の相溶化剤は、式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン(hydrocarbylene)ラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルであり、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテルを含む。R1[(OR2)xOR3]yで表される本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤において、xは好ましくは1〜2、yは好ましくは1、R1およびR3は好ましくは水素および1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから独立に選択され、R2は2または3個の炭素原子、最も好ましくは3個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量は100〜250原子質量単位、最も好ましくは125から250原子質量単位であり、炭素対酸素比はハイドロフルオロカーボンをハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき好ましくは2.5〜4.0、ハイドロフルオロカーボンをハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき最も好ましくは2.7〜3.5、ハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒をハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき好ましくは3.5〜5.0、ハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒をハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき最も好ましくは4.0〜4.5である。1〜6個の炭素原子を有するR1およびR3炭化水素ラジカルは鎖状、分岐または環状であってもよい。代表的なR1およびR3炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチルおよびシクロヘキシルが挙げられる。本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤のヒドロキシルフリーラジカルの特定の構造の圧縮冷却装置材料(Mylar(登録商標))と相容しない場合には、R1およびR3は1〜4個の炭素原子、最も好ましくは1個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルであるのが好ましい。2〜4個の炭素原子を有するR2脂肪族ヒドロカルビレンラジカルは、オキシエチレンラジカル、オキシプロピレンラジカルおよびオキシブチレンラジカルを含む繰り返しオキシアルキレンラジカル−(OR2)x−を形成する。1つのポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤分子中にR2を含むオキシアルキレンラジカルは、同じであっても、1つの分子が異なるR2オキシアルキレン基を含有していてもよい。本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤は、少なくとも1個のオキシプロピレンラジカルを含むのが好ましい。R1が1〜6個の炭素原子およびy結合部位を有する脂肪族または脂環式炭化水素ラジカルにある場合には、ラジカルは鎖状、分岐または環状であってもよい。2個の結合部位を有する代表的なR1脂肪族炭化水素ラジカルとしては、例えば、エチレンラジカル、プロピレンラジカル、ブチレンラジカル、ペンチレンラジカル、ヘキシレンラジカル、シクロペンチレンラジカルおよびシクロへキシレンラジカルが挙げられる。3または4個の結合部位を有する代表的なR1脂肪族炭化水素ラジカルとしては、ヒドロキシラジカルを除去することにより、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、1,2,3−トリヒドロオキシシクロヘキサンおよび1,3,5−トリヒドロキシシクロヘキサンのようなポリアルコールから誘導された残基が挙げられる。代表的なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤としては、CH3OCH2CH(CH3)O(HまたはCH3)(プロピレングリコールメチル(またはジメチル)エーテル)、CH3O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはCH3)(ジプロピレングリコールメチル(またはジメチル)エーテル)、CH3O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはCH3)(トリプロピレングリコールメチル(またはジメチル)エーテル)、C2H5OCH2CH(CH3)O(HまたはC2H5)(プロピレングリコールエチル(またはジエチル)エーテル、C2H5O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはC2H5)(ジプロピレングリコールエチル(またはジエチル)エーテル)、C2H5O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはC2H5)(トリプロピレングリコールエチル(またはジエチル)エーテル)、C3H7OCH2CH(CH3)O(HまたはC3H7)(プロピレングリコールn−プロピル(またはジ−n−プロピル)エーテル、C3H7O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはC3H7)(ジプロピレングリコールn−プロピル(またはジ−n−プロピル)エーテル)、C3H7O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはC3H7)(トリプロピレングリコールn−プロピル(またはジ−n−プロピル)エーテル)、C4H9OCH2CH(CH3)OH(プロピレングリコールn−ブチルエーテル)、C4H9O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはC4H9)(ジプロピレングリコールn−ブチル(またはジ−n−ブチル)エーテル)、C4H9O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはC4H9)(トリプロピレングリコールn−ブチル(またはジ−n−ブチル)エーテル)、(CH3)3COCH2CH(CH3)OH(プロピレングリコールt−ブチルエーテル)、(CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]2(Hまたは(CH3)3)(ジプロピレングリコールt−ブチル(またはジ−t−ブチル)エーテル)、(CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]3(Hまたは(CH3)3)(トリプロピレングリコールt−ブチル(またはジ−t−ブチル)エーテル)、C5H11OCH2CH(CH3)OH(プロピレングリコールn−ペンチルエーテル)、C4H9OCH2CH(C2H5)OH(ブチレングリコールn−ブチルエーテル)、C4H9O[CH2CH(C2H5)O]2H(ジブチレングリコールn−ブチルエーテル)、トリメチロールプロパントリ−n−ブチルエーテル(C2H5C(CH2O(CH2)3CH3)3)およびトリメチロールプロパンジ−n−ブチルエーテル(C2H5C(CH2OC(CH2)3CH3)2CH2OH)が挙げられる。
【0030】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミドを含む。前記アミドの分子量は好ましくは160〜250原子質量単位である。前記アミド中の炭素対酸素比は好ましくは7〜16、最も好ましくは10〜14である。R1、R2、R3およびR5は任意選択的に置換炭化水素ラジカル、例えば、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素)およびアルコキシド(例えば、メトキシ)から選択される非炭化水素置換基を含有するラジカルを含んでいてもよい。R1、R2、R3およびR5は任意選択的にヘテロ原子置換炭化水素ラジカル、例えば、ラジカル鎖に原子窒素(アザ−)、酸素(オキサ−)または硫黄(チア−)を含有し、それ以外は炭素原子から構成されるラジカル鎖を含んでいてもよい。一般的に、4個以下、好ましくは2個以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がR1−3の各10個の炭素原子について存在し、上述の炭素対酸素比および分子量の限定を適用する際にはかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在を考慮しなければならない。好ましいアミド相溶化剤は炭素、水素、窒素および酸素からなる。代表的なR1、R2、R3およびR5脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体が挙げられる。アミド相溶化剤の好ましい実施形態は、上述の式シクロ−[R4CON(R5)−]のR4が、ヒドロカルビレンラジカル(CR6R7)nで表される。すなわち、式シクロ−[(CR6R7)nCON(R5)−]であり、(a)炭素対酸素の比率および(b)分子量について前述の値が適用され、nは3〜5の整数、R5は1〜12個の炭素原子を含有する飽和炭化水素ラジカルであり、R1−3を定義するのに前述した規則によってR6およびR7は独立に選択される(各nについて)。式シクロ−[(CR6R7)nCON(R5)−]で表されるラクタムにおいて、全てのR6およびR7は好ましくは水素であるか、あるいはnメチレン単位中で一つの飽和炭化水素ラジカルを含有しており、R5は3〜12個の炭素原子を含有する飽和炭化水素ラジカルである。例えば、1−(飽和炭化水素ラジカル)−5−メチルピロリジン−2−オンである。代表的なアミド相溶化剤としては、1−オクチルピロリジン−2−オン、1−デシルピロリジン−2−オン、1−オクチル−5−メチルピロリジン−2−オン、1−ブチルカプロラクタム、1−シクロヘキシルピロリジン−2−オン、1−ブチル−5−メチルピペリジン−2−オン、1−ペンチル−5−メチルピペリド−2−オン、1−ヘキシルカプロラクタム、1−ヘキシル−5−メチルピロリジン−2−オン、5−メチル−1−ペンチルピペリド−2−オン、1,3−ジメチルピペリド−2−オン、1−メチルカプロラクタム、1−ブチル−ピロリジン−2−オン、1,5−ジメチルピペリド−2−オン、1−デシル−5−メチルピロリジン−2−オン、1−ドデシルピロリド−2−オン、N,N−ジブチルホルムアミドおよびN,N−ジイソプロピルラアセトアミドが挙げられる。
【0031】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトンを含む。前記ケトンにおけるR1およびR2は好ましくは、1〜9個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択される。前記ケトンの分子量は好ましくは100〜200原子質量単位である。前記ケトンにおける炭素対酸素比は好ましくは7〜10である。R1およびR2を併せ、結合したヒドロカルビレンラジカルを形成し、五、六または七員環環状ケトン、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノンおよびシクロヘプタノンを形成してもよい。R1およびR2は任意選択的に置換炭化水素ラジカル、例えば、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素)およびアルコキシド(例えば、メトキシ)から選択される非炭化水素置換基を含有するラジカルを含んでいてもよい。R1およびR2は任意選択的にヘテロ原子置換炭化水素ラジカル、例えば、ラジカル鎖に原子窒素(アザ−)、酸素(オキサ−)または硫黄(チア−)を含有し、それ以外は炭素原子から構成されるラジカルを含んでいてもよい。一般的に、4個以下、好ましくは2個以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がR1およびR2の各10個の炭素原子について存在し、上述の炭素対酸素比および分子量の限定を適用する際にはかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在を考慮しなければならない。一般式R1COR2における代表的なR1およびR2脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体、同様にフェニル、ベンジル、クメニル、メシチル、トリル、キシリルおよびフェネチルが挙げられる。代表的なケトン相溶化剤としては、2−ブタノン、2−ペンタノン、アセトフェノン、ブチロフェノン、ヘキサフェノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、5−メチル−2−ヘキサノン、2−オクタノン、3−オクタノン、ジイソブチルケトン、4−エチルシクロヘキサノン、2−ノナノン、5−ノナノン、2−デカノン、4−デカノン、2−デカロン、2−トリデカノン、ジヘキシルケトンおよびジシクロヘキシルケトンが挙げられる。
【0032】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリルを含む。前記ニトリル相溶化剤におけるR1は好ましくは、8〜10個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される。前記ニトリルの分子量は好ましくは120〜140原子質量単位である。前記ニトリル相溶化剤における炭素対窒素比は好ましくは8〜9である。R1は任意選択的に置換炭化水素ラジカル、例えば、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素)およびアルコキシド(例えば、メトキシ)から選択される非炭化水素置換基を含有するラジカルを含んでいてもよい。R1は任意選択的にヘテロ原子置換炭化水素ラジカル、例えば、ラジカル鎖に原子窒素(アザ−)、酸素(ケト−、オキサ−)または硫黄(チア−)を含有し、それ以外は炭素原子から構成されるラジカル鎖を含んでいてもよい。一般的に、4個以下、好ましくは2個以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がR1の各10個の炭素原子について存在し、上述の炭素対窒素比および分子量の限定を適用する際にはかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在を考慮しなければならない。一般式R1CNにおける代表的なR1脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルとしては、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体、同様にフェニル、ベンジル、クメニル、メシチル、トリル、キシリルおよびフェネチルが挙げられる。代表的なニトリル相溶化剤としては、1−シアノペンタン、2,2−ジメチル−4−シアノペンタン、1−シアノヘキサン、1−シアノヘプタン、1−シアノオクタン、2−シアノオクタン、1−シアノノナン、1−シアノデカン、2−シアノデカン、1−シアノウンデカンおよび1−シアノドデカンが挙げられる。ニトリル相溶化剤は、HFC冷媒を芳香族およびアルキルアリール潤滑剤と相容させるのに特に有用である。
【0033】
本発明の相溶化剤はさらに、式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボンを含む。前記クロロカーボン相溶化剤の分子量は好ましくは120〜150原子質量単位である。前記クロロカーボン相溶化剤における炭素対塩素比は好ましくは6〜7である。一般式RClxにおける代表的なR脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体が挙げられる。代表的なクロロカーボン相溶化剤としては、3−(クロロメチル)ペンタン、3−クロロ−3−メチルペンタン、1−クロロヘキサン、1,6−ジクロロヘキサン、1−クロロヘプタン、1−クロロオクタン、1−クロロノナン、1−クロロデカンおよび1,1,1−トリクロロデカンが挙げられる。
【0034】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカル、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテルを含む。前記アリールにおける炭素対酸素比は好ましくは7〜10である。一般式R1OR2の代表的なR1アリールラジカルとしては、フェニル、ビフェニル、クメニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチルおよびピリジルが挙げられる。一般式R1OR2の代表的なR2脂肪族炭化水素ラジカルとしてはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチルおよびtert−ブチルが挙げられる。代表的な芳香族エーテル相溶化剤としては、メチルフェニルエーテル(アニソール)、1,3−ジメチルオキシベンゼン、エチルフェニルエーテルおよびブチルフェニルエーテルが挙げられる。
【0035】
本発明の相溶化剤はさらに、式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカル、好ましくは第1級、鎖状、飽和、アルキルラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカンを含む。代表的な1,1,1−トリフルオロアルカン相溶化剤としては1,1,1−トリフルオロヘキサンおよび1,1,1−トリフルオロドデカンが挙げられる。
【0036】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカル、好ましくは第1級、鎖状、飽和、アルキルラジカルから選択されるフルオロエーテルを含む。代表的なフルオロエーテル相溶化剤としてはC8H17OCF2CF2HおよびC6H13OCF2CF2Hが挙げられる。
【0037】
本発明の相溶化剤は単一の相溶化剤種または任意の比率で複数の相溶化剤種を含んでいてもよい。例えば、相溶化剤は、単一の相溶化剤種内からの化合物の混合物(例えば、ポリオキシアルキレングリコールエーテルの混合物)または異なる相溶化剤種から選ばれた化合物の混合物(例えば、ポリオキシアルキレングリコールエーテルとケトンの混合物)を含んでいてもよい。
【0038】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに、相溶化剤の総量に基づいて1〜50重量パーセント、好ましくは1〜10重量パーセントの官能基−CO2−を含有し、炭素対エステル官能基カルボニル酸素比が2〜6のエステルを含んでいてもよい。任意のエステルは、一般式R1CO2R2(式中、R1およびR2は鎖状および環状、飽和および不飽和、アルキルおよびアリールラジカルから独立に選択される)で表される。R1およびR2は任意選択的に結合されてラクトンのような環を形成する。好ましい任意のエステルは、分子量が80〜550原子質量単位の元素C、HおよびOから実質的になる。代表的な任意のエステルとしては、(CH3)2CHCH2OOC(CH2)2−4OCOCH2CH(CH3)2(ジイソブチル二塩基エステル)、エチルヘキサノエート、エチルヘプタノエート、n−ブチルプロプリオネート、n−プロピルプロプリオネート、プロピルベンゾエート、ジ−n−プロピルフタレート、安息香酸エトキシエチルエステル、ジプロピルカーボネート「Exxate 700」(市販のC7アルキルアセテート)、「Exxate 800」(市販のC8アルキルアセテート)、ジブチルフタレートおよびt−ブチルアセテートが挙げられる。
【0039】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに、ポリビニルエーテルホモポリマー、ポリビニルエーテルコポリマーおよびビニルエステルと炭化水素アルケン(例えば、エチレンおよびプロピレン)および/または官能性炭化水素アルケン(例えば、ビニルアセテートおよびスチレン)のコポリマーをはじめとする少なくとも1種類のポリビニルエーテルポリマーを含む。代表的なポリビニルエーテルは、出光興産より販売されている、40℃での動粘度が32csのPVE32である。
【0040】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに5〜15個の炭素原子を含有する鎖状または環状脂肪族または芳香族炭化水素を0.5〜50重量パーセント(相溶化剤の総量に基づいて)含む。代表的な炭化水素としては、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、Isopar(登録商標)H(高純度のC11〜C12イソパラフィン)、Aromatic150(C9〜C11芳香族)、Aromatic200(C9〜C15芳香族)およびNaptha140が挙げられる。これらの炭化水素は全てExxon Chemical(米国)より販売されている。
【0041】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに潤滑剤の金属に対する接着力を減じるようなやり方で熱交換器にあるような金属銅、アルミニウム、鋼またはその他金属の表面エネルギーを減じる添加剤を0.01〜30重量パーセント(相溶化剤の総量に基づいて)含有していてもよい。金属表面エネルギーを減じる添加剤としては、WIPO PCT公開公報WO96/7721に開示されているようなZonyl(登録商標)FSA、Zonyl(登録商標)FSPおよびZonyl(登録商標)FSj、全てE.I. du Pont de Nemours and Co.の製品が例示される。実際に、金属と潤滑剤間の接着力を減じる(すなわち、より緊密に金属に結合する化合物に代える)ことによって、潤滑剤は、金属表面に層として残らずに、より自由に空調または冷却システム内の熱交換器および結合管を循環する。これによって、金属への伝熱が増大し、潤滑剤がコンプレッサーに効率的に戻される。
【0042】
一般的に用いられている冷却システム添加剤を任意選択的に、所望であれば、潤滑性およびシステム安定性を高めるために本発明の組成物に加えてもよい。これらの添加剤は冷却コンプレッサー潤滑の分野で一般的に知られており、耐摩耗剤、極圧潤滑剤、耐食および酸化防止剤、金属表面不活性剤、遊離基スカベンジャー、抑泡剤等が挙げられる。一般に、これらの添加剤は潤滑剤組成物全体に対して少量で存在している。これらは一般的に各添加剤について0.1%未満から3%までの濃度で用いられる。これらの添加剤は個々のシステム要件に基づいて選択される。かかる添加剤のいくつか代表例を挙げると、リン酸およびチオリン酸のアルキルまたはアリールエステルのような潤滑性向上添加剤があるがこれらに限られるものではない。これらとしては、ブチル化トリフェニルホスフェート(BTPP)やその他のアルキル化トリアリールホスフェートエステル、例えば、Akzo Chemicals製Syn−0−Ad8478、トリクレジルホスフェートおよび関連化合物のようなEP潤滑性添加剤トリアリールホスフェート系列の部類が挙げられる。さらに、金属ジアルキルジチオホスフェート(例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛またはZDDP、Lubrizol1375)およびこの系列の化学薬品のその他部類を本発明の組成物に用いてもよい。その他の耐摩耗性添加剤としては、天然油およびSynergol TMS(International Lubicants)のような非対称ポリヒドロキシル潤滑性添加剤が挙げられる。同様に、酸化防止剤、遊離基スカベンジャーおよび水スカベンジャーのような安定化剤も用いてよい。この部類の化合物としては、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)およびエポキシドが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【0043】
ケトンのような相溶化剤は、悪臭マスキング剤や香料の添加によりマスクできる不快な悪臭を有していることがある。悪臭マスキング剤または香料の代表例としては、エバーグリーン、フレッシュレモン、チェリー、シナモン、ペパーミント、フローラルまたはオレンジピールまたはIntercontinental Fragranceより販売されているもの、同様にd−リモネンおよびピネンが挙げられる。かかる悪臭マスキング剤は、悪臭マスキング剤および相溶化剤を組み合わせた重量に基づいて0.001重量%から15重量%の濃度で用いてよい。
【0044】
本発明はさらに、本発明のハロゲン化炭化水素含有冷却組成物を冷却すべき本体近傍で蒸発させることによる冷媒生成プロセス、および加熱すべき本体を存在させ、潤滑剤および相溶化剤の存在下にハロゲン化炭化水素冷却剤を凝縮することによる熱生成プロセスを含む。
【0045】
本発明はさらに、有効量の相溶化剤の存在下に、ハロゲン化炭化水素冷却剤を潤滑剤と接触させ、ハロゲン化炭化水素冷却剤および潤滑剤の溶液を形成することを含む、潤滑剤にハロゲン化炭化水素冷却剤を溶解するプロセスを含む。
【0046】
本発明はさらに、
(a)非コンプレッサーゾーンの潤滑剤を少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素冷却剤と有効量の相溶化剤の存在下に接触させ、
(b)潤滑剤を冷却システムの非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すことを含む、潤滑剤を圧縮冷媒システムにおいて非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すプロセスに関する。
【0047】
本発明はさらに、
(a)冷却システムの低圧ゾーンの潤滑剤を少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素冷却剤と有効量の相溶化剤の存在下に接触させ、
(b)潤滑剤を冷却システムの低圧ゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すことを含む、潤滑剤を冷媒システムにおいて低圧ゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すプロセスに関する。
【0048】
(実施例)
以下の実施例は本発明の特定の態様を例証するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【0049】
特に断らない限り、パーセンテージ(%)は全て重量パーセンテージである。
【0050】
Naptha140(通常沸点が188〜208℃のパラフィンおよびシクロパラフィン)、Aromatic150(通常沸点が184〜204℃の芳香族)およびIsopar(登録商標)H(通常沸点が161〜203℃のイソパラフィン)は全てExxon Chemicalsの製品である。Exxate700はExxon製C7アルキルアセテートである。「POE22」はここではMobil Oil製品Arctic EAI22の略称であり、40℃での動粘度が22csのポリオールエステル潤滑剤である。「POE32」はここではUniquma製品Emkarate RL32の略称であり、40℃での動粘度が32csのポリオールエステル潤滑剤である。Zerol 75は40℃での動粘度が15csのアルキルベンゼン潤滑剤であり、Zerol 150は40℃での動粘度が32csのアルキルベンゼン潤滑剤であり、Zerol 200TDは40℃での動粘度が40csのアルキルベンゼン潤滑剤であり、Zerol 300は40℃での動粘度が57csのアルキルベンゼン潤滑剤である。Zerol(登録商標)製品はShrieve Corporationにより販売されている。PVE32は、出光興産より販売されている、40℃での動粘度が32csのポリビニルエーテルである。Ucon LB−65はUnion Carbideより販売されている、平均分子量が約340のポリオキシプロピレングリコール潤滑剤である。Ucon 50−HB−100はUnion Carbideより販売されている、平均分子量が約520の、等量のオキシエチレンとオキシプロピレンを含有する潤滑剤である。Ucon 488は、Union Carbideより販売されている、40℃での動粘度が130csのポリアルキレングリコール潤滑剤である。Suniso(登録商標)3GS(ここでは「3GS」と省略されることもある)は、40℃での動粘度が33csのナフテン鉱油であり、Suniso(登録商標)4GS(ここでは「4GS」と省略されることもある)は、40℃での動粘度が62csのナフテン鉱油である。Suniso(登録商標)製品はCrompton Corporationにより販売されている。HAB22は、40℃での動粘度が22csで、日本石油より販売されている分岐アルキルベンゼン潤滑剤である。
【0051】
HCFC−22はクロロジフルオロメタンである。HFC−134aは1,1,1,2−テトラフルオロエタンである。R401Aは、53wt%のHCFC−22、13wt%のHFC−152a(1,1−ジフルオロエタン)および34wt%のHCFC−124(2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタン)を含有する冷媒ブレンドである。R404Aは、44wt%のHCFC−125(ペンタフルオロエタン)、52wt%のHFC−143a(1,1,1−トリフルオロエタン)および4wt%のHFC−134aを含有する冷媒ブレンドである。R407Aは、23wt%のHCF−32(ジフルオロエタン)、25wt%のHFC−125および52wt%のHFC−134aを含有する冷媒ブレンドである。R410Aは、50wt%のHCF−32および50wt%のHFC−125を含有する冷媒ブレンドである。
【0052】
数多くの材料についてここで用いる略称、および関連の式および分子量を、対応の材料名と共に以下の表に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
(実施例1)
本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、裸眼で2相が観察されるまで温度を下げた(すなわち、相分離温度、ここでは「PST」とも称す)。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%の相溶化剤であった。結果を下記および図1に示す。
【0055】
【表2】
【0056】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤の特定の炭素対酸素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0057】
(実施例2)
本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のR401A、40wt%のSuniso 3GSおよび10wt%のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤であった。結果を下記および図2に示す。
【0058】
【表3】
【0059】
データによれば、相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GS鉱油に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤の特定の炭素対酸素比で生じており、鉱油潤滑剤においてハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0060】
ブチルフェニルエーテル(C10H14O)、アリールエーテル相溶化剤、もまた測定したところ、−32℃という意外にも低い相分離温度を示した。
【0061】
(実施例3)
本発明のケトン相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%のケトン相溶化剤であった。結果を下記および図3に示す。
【0062】
【表4】
【0063】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ケトン相溶化剤の特定の炭素対酸素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0064】
(実施例4)
本発明のニトリル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%のニトリル相溶化剤であった。結果を下記および図4に示す。
【0065】
【表5】
【0066】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ニトリル相溶化剤の特定の炭素対窒素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0067】
(実施例5)
本発明のクロロカーボン相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%のクロロカーボン相溶化剤であった。結果を下記および図5に示す。
【0068】
【表6】
【0069】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離を示している。データによれば、最小相分離温度は、クロロカーボン相溶化剤の特定の炭素対塩素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0070】
(実施例6)
本発明のクロロカーボン相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のR401A冷媒、40wt%のSuniso 3GSおよび10wt%のクロロカーボン相溶化剤であった。結果を下記および図6に示す。
【0071】
【表7】
【0072】
データによれば、相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GS鉱油に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、クロロカーボン相溶化剤の特定の炭素対塩素比で生じており、鉱油潤滑剤においてハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒の最大の溶解度が示されている。
【0073】
(実施例7)
本発明のアミド相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成はHFC−134aかR401A冷媒、Zerol 150かSuniso 3GS潤滑剤およびアミド相溶化剤であった。結果を下記および図7および8に示す。
【0074】
【表8】
【0075】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150、および相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GSに比べて、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒/潤滑剤系は大幅に低い相分離温度を示している。HFC−134aおよびZerol 150を入れたアミド相溶化剤についての最小相分離温度は、特定の炭素対アミド酸素比で生じており、ハイドロフルオロカーボン冷媒およびアルキルベンゼン潤滑剤について最大の溶解度が示されている。R401A冷媒およびSuniso 3GS鉱油潤滑剤を入れたアミド相溶化剤の相分離温度は、炭素対アミド酸素比の増大と共に減少している。
【0076】
(実施例8)
本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は25wt%のZerol 150、25wt%の相溶化剤および50wt%のHFC−32、HFC−125またはR410A冷媒であった。結果を下記および図9に示す。
【0077】
【表9】
【0078】
データによれば、HFC−32およびHFC−125冷媒を組み合わせてR410Aを形成すると、純粋なHFC−32またはHFC−125に比べて意外にも低い相分離温度を示す。
【0079】
(実施例9)
本発明のアリールエーテル、1,1,1−トリフルオロアルカンおよびフルオロエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a冷媒、25wt%のZerol 150潤滑剤および25wt%の相溶化剤であった。結果を下記に示す。
【0080】
【表10】
【0081】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150、および相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GSに比べて、これらのハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒は大幅に低い相分離温度を示している。
【0082】
(実施例10〜28)
試験管に7.5グラムのHFC−43−10mee(CF3CF2CHFCHFCF3)(ここでは「4310」と称す)および2.5グラムの選択した潤滑剤を充填した。本発明の相溶化剤を1グラムの増分で4310/潤滑剤混合物に加え、管の内容物を25℃で攪拌した。相レベルの変化を記録し、層の組成をガスクロマトグラフィーにより分析した。管の内容物が1つの均質な相になるまで1グラムの増分で相溶化剤を加えた。結果を下記に示す。
【0083】
【表11】
【0084】
【表12】
【0085】
【表13】
【0086】
【表14】
【0087】
【表15】
【0088】
【表16】
【0089】
【表17】
【0090】
【表18】
【0091】
【表19】
【0092】
【表20】
【0093】
【表21】
【0094】
【表22】
【0095】
【表23】
【0096】
【表24】
【0097】
【表25】
【0098】
【表26】
【0099】
【表27】
【0100】
【表28】
【0101】
【表29】
【0102】
結果によれば、本発明の相溶化剤は、大量の冷媒(4310)を潤滑相(上層)へ、そして潤滑剤(3GSまたはZerol 150)を冷媒相(下層)へ引くことにより、ハイドロフルオロカーボンと従来の潤滑剤間の溶解度が改善されることが分かる。これらの相溶化剤は、一相に到達することのないIsopar(登録商標)Hのみよりも大幅に溶解度を改善する。PnB、DPnBおよびIsopar Hの組み合わせは、PnB、DPnBまたはIsopar Hのみ(15%、13%および0.4%)のいずれかをそれぞれ1グラムを加えた後よりも、4310を潤滑剤相(17%)へ意外にも引く。この方法で最も好ましい相溶化剤は1−オクチルピロリジン−2−オンであり、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤により1層に達するのにわずか3グラムしか必要としなかった。
【0103】
HFC−4310meeおよびZerol 150の比較データとしてヘキシレングリコールも試験したが、ヘキシレングリコールを10グラム加えた後でも溶液は2層のままであった。
【0104】
(実施例29)
潤滑剤の戻りを、次のようにして潤滑剤戻り装置で試験した。液体潤滑剤を加圧シリンダーから銅管を通してヒーターへ供給し、そこで蒸発させた。冷媒蒸気は圧力制御器および計量弁を通過して、フローを毎分1,100ccおよび101kPa(1気圧)の圧力の一定のレートで制御した。冷媒蒸気を、長さ180cmおよび外径0.635cmで、U形に成形され、恒温浴に置いた別の導管に供給した。U形管(U管)は、37cmの直線垂直部で始まり、浴の下部で長さ27cmの水平部まで湾曲していた。管は、23cmの長さで4つのジグザグパターンで垂直に上がり、さらに長さ23cmの垂直直線部があった。U管に任意選択的に相溶化剤を含有する10グラムの潤滑剤を充填し、37cmの垂直管を通してこのU管に加えた。蒸気冷媒は、U管内で潤滑剤を徐々に通過した。U管を出た冷媒および潤滑剤を受け器に集め、冷媒を潤滑剤から蒸発させた。潤滑剤を秤量し、どのくらいの潤滑剤が冷媒によりU管から出たか求めた。
【0105】
冷媒R407Cを冷媒シリンダに入れた。Suniso 3GS鉱油またはSuniso3GS油および本発明の相溶化剤を銅のU管に入れた。潤滑剤と相溶化剤を組み合わせたものは10グラムとなるようにした。恒温浴を−20℃の温度で保持した。冷媒R407C蒸気を、毎分1,100立方センチメートルの流量でU管を通して供給し、受け器の潤滑剤の重量を6、10および20分の時間の間隔で測定した。結果を下記に示す。
【0106】
【表30】
【0107】
結果によれば、2−ヘプタノンおよび5−メチル−2−ヘキサノンケトン相溶化剤を3GS鉱油に添加すると、純粋な3GSまたは3GS中のIsopar Hに比べて潤滑剤の戻りにおいて大幅な改善が示されている。
【0108】
(実施例30)
実施例29の装置および手順を用いて、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒HFC−134aを試験した。結果を下記に示す。
【0109】
【表31】
【0110】
結果によれば、ポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、任意選択的に耐摩耗性剤または炭化水素のような追加の添加剤と共に添加すると、アルキルベンゼン潤滑剤の潤滑剤戻りが大幅に改善され、POE22ポリオールエステル潤滑剤と同等の性能が得られる。比較データによれば、高分子量ポリプロピレン潤滑剤だと許容される潤滑剤戻りは成されない。
【0111】
(実施例31)
実施例29の装置および手順を用いて、POE22ポリオールエステル潤滑剤と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒R404Aを試験した。結果を下記に示す。
【0112】
【表32】
【0113】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、ポリオールエステル潤滑剤POE22ポリオールエステル潤滑剤に比べて潤滑剤戻りが大幅に改善される。
【0114】
(実施例32)
実施例29の装置および手順を用いて、POE22ポリオールエステル潤滑剤と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒HFC−134aを試験した。結果を下記に示す。
【0115】
【表33】
【0116】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、POE22ポリオールエステル潤滑剤に匹敵する潤滑剤戻りが得られる。
【0117】
(実施例33)
実施例29の装置および手順を用いて、純粋なZerol 150と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Suniso 3GSを入れた冷媒R401Aを試験した。結果を下記に示す。
【0118】
【表34】
【0119】
結果によれば、本発明の相溶化剤をSuniso 3GSに加えると、Zerol 150に比べて潤滑剤の戻りが改善される。
【0120】
(実施例34)
実施例29の装置および手順を用いて、POE22ポリオールエステル潤滑剤と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒R410Aを試験した。結果を下記に示す。
【0121】
【表35】
【0122】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、POE22ポリオールエステル潤滑剤に匹敵する改善された潤滑剤戻りが得られる。
【0123】
(実施例35〜36)
冷媒R410AをHCFC−22キャリア熱ポンプ(型番Tech2000)に用いることができるかどうか、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤および本発明の相溶化剤を用いて試験を行った。熱ポンプを、潤滑剤溜めにのぞき窓およびレベル管を備えたR410Aコープランドスクロールコンプレッサー(ZP32K3E R−410)に装備した。ファン−コイルユニットを環境チャンバーの室内に取り付け、屋外ユニットを屋外に取り付けた。吸引ラインにある外径1.59cm(5/8インチ)の銅管および液体ラインにある外径1.27cm(1/2インチ)の銅管により2つのユニットを接続した。システムに冷媒3,180グラムおよび相溶化剤を含有する潤滑剤1,110グラムを充填した。ポリオールエステル潤滑剤を入れた冷媒R410Aを比較のための基準線として用いた。ASHRAE冷却および低温加熱条件で試験を行った。冷却について、屋内は26.7℃(80°F)および50%の相対湿度、屋外27.8℃(82°F)および40%の相対湿度に制御した。低温加熱について、屋内は21.1℃(70°F)および57%の相対湿度、屋外−8.3℃(17°F)および60%の相対湿度に制御した。冷媒側測定の結果を下記に示す。
【0124】
【表36】
【0125】
【表37】
【0126】
結果によれば、相溶化剤をZerol 150、Suniso 3GSまたは4GSに加えると、潤滑剤戻り、エネルギー効率および容量が大幅に増大し、いくつかのケースにおいてはポリオールエステルに匹敵またはこれを超える性能である。同様に、加熱中に大幅にEERも改善される。
【0127】
(実施例37)
実施例32の装置および手順を用いて、本発明の相溶化剤を入れたR410Aを試験した。冷却の結果を以下の表に示す。
【0128】
【表38】
【0129】
データによれば、ペンタンのみを用いると潤滑油の戻り、容量およびエネルギー効率が不適切である。相溶化剤としてのPnB/DPnBは、性能を増大し、相溶化剤としてのPnB/DPnB/ペンタンは、ポリオールエステル潤滑剤POE22を含むEERに匹敵する最良の性能を与える。
【0130】
(実施例38)
実施例32の装置および手順を用いて、本発明の相溶化剤を入れたR410Aを試験した。ただし、この試験では、HCFC−22蒸発器をR410A蒸発器に代えた。冷却についての結果を下記に示す。
【0131】
【表39】
【0132】
データによれば、システムがHCFC−22凝縮器およびR410A蒸発器を有していても、純粋なZerol 150に対し、相溶化剤を用いると、容量、エネルギー効率および潤滑剤戻りにおいて大幅な改善を示している。
【0133】
(実施例39)
R410A冷媒をR410A熱ポンプに用いることができるかどうか、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤および本発明の相溶化剤を用いて試験を行った。熱ポンプを、潤滑剤溜めののぞき窓およびレベル管に装着した。ファン−コイルユニットを環境チャンバーの室内に取り付け、屋外ユニットを屋外に取り付けた。吸引ラインにある外径1.59cm(5/8インチ)の銅管および液体ラインにある外径1.27cm(1/2インチ)の銅管により2つのユニットを接続した。システムに冷媒3,860グラムおよび本発明の相溶化剤を含有する潤滑剤1270mlを充填した。POE22ポリオールエステル潤滑剤を入れた冷媒R410Aを比較のための基準線として用いた。ASHRAE冷却条件で試験を行った。冷却について、屋内は26.7℃(80°F)および50%の相対湿度、屋外27.8℃(82°F)および40%の相対湿度に制御した。冷媒側測定の結果を下記に示す。
【0134】
【表40】
【0135】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、潤滑剤の戻り、容量および効率が改善される。1−オクチルピロリジン−2−オンアミド相溶化剤を用いると、POE22ポリールエステル潤滑剤基準線に匹敵する性能を示す。
【0136】
(実施例40)
HFC−134aを家庭用冷蔵庫(Whirlpool21立方フィート)に用いることができるかどうか、従来の潤滑剤Zerol 150またはSuniso 3GSおよび本発明の相溶化剤を用いて試験を行った。冷蔵庫には、圧力および温度測定装置ならびに密閉往復コンプレッサーおよび2つのファンに取り付けられた電力測定装置が装着されていた。コンプレッサーにまた、のぞき窓を取り付けて、操作中の潤滑剤レベルを監視した。冷蔵庫を27.8℃および40%の相対湿度に制御された部屋で試験した。冷蔵庫をオンにし、冷凍庫が3.3℃になるまで冷却した。温度、圧力および電力投入に基づいて熱力学モデルを用いてエネルギー効率(COP)および容量を計算した。全ての試験において、潤滑剤レベルは適正で、潤滑剤戻りの問題はなかった。
【0137】
【表41】
【0138】
結果によれば、本発明の相溶化剤を従来の潤滑剤と共に用いると、エネルギー効率が大幅に改善する。低粘度アルキルベンゼン潤滑剤(Zerol 75)のみを用いるのと比べても改善が示されている。POE22ポリオールエステル潤滑剤に対して容量も改善された。
【0139】
(実施例41)
本発明の相溶化剤を、Zerol 150と混合し、50%の一定湿度チャンバーにおいて浅い皿に入れた。組成物の周期的試料を取り出し、水のカールフィッシャー滴定により分析した。ポリオールエステル、ポリビニルエーテルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤に対する結果をppm水で示す。
【0140】
【表42】
【0141】
結果によれば、本発明の相溶化剤/潤滑剤組成物は、ポリオールエステルより水の吸収が少なく、ポリビニルエーテルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤よりも水の吸収が大幅に少ない。本発明の相溶化剤/潤滑剤組成物はある程度水を吸収するため、Zerol 150よりも利用可能な遊離(非混和性)水のリスクも少ない。遊離水は、膨張装置で凍結して、コンプレッサーを故障させる可能性がある。
【0142】
(実施例42)
本発明の組成物の熱安定性を試験した。ステンレス鋼、アルミニウムおよび銅切取り試片を、R410A冷媒、Zerol 150潤滑剤および本発明の相溶化剤を含有する封止したガラス管に入れた。4つのケースについて、1,000ppmの水を加えた。管を175℃で14日間保持した。結果を下記の表に示す。
【0143】
【表43】
【0144】
結果によれば、本発明の組成物は、1,000ppmの水があっても熱的に安定であり、酸は形成されていない。水の存在するポリオールエステル潤滑剤は、加水分解および酸の形成のために銅の腐食を招いた。
【0145】
(実施例43)
Keithley型番617電位計に接続されたBalsbaugh液体試験セルを用いてASTM D−1169により体積抵抗を測定した。Keithley型番247高圧電源を励起光源として用いた。抵抗および誘電率の両方を計算するのに用いたキャパシタンスをGenRad型番1189キャパシタンスブリッジにより測定した。結果を下記に示す。
【0146】
【表44】
【0147】
結果によれば、本発明の組成物は、POE22ポリオールエステル潤滑剤に比べて電気特性が改善された。体積抵抗の増大および誘電率の減少が示され、これによって電気絶縁特性が改善され、コンプレッサーの電気モーター巻き線材料が保護される。
【0148】
(実施例44)
Zerol 150中でのR140A冷媒を入れた本発明の組成物について溶解度および粘度測定を行った。データを用いて、10℃、1MPaでの蒸発器条件下、および後に粘度を減少させた状態で、潤滑剤中に溶解した冷媒の量を求めた。データをR410A/POE22およびR410A/Zerol 150と比較した。圧縮条件で、潤滑剤に溶解させた粘度およびパーセント冷媒も80℃、2.5MPaで求めた。結果を下記に示す。
【0149】
【表45】
【0150】
結果によれば、従来のアルキルベンゼン潤滑剤に加えると、本発明の相溶化剤により蒸発器中で冷媒の溶解度が大幅に増大し、続いて粘度が減少している。この粘度の減少の結果、潤滑剤のコンプレッサーへの戻りが改善できる。圧縮条件ではPOE22よりも潤滑剤中での冷媒の溶解が少ないため、コンプレッサーを効率的に潤滑するほど十分に粘度は高いままである。
【0151】
(実施例45)
ViscoPro2000粘度計を用いて、POE22、Zerol 150および10wt%のPnBおよび5wt%のDPnBを含有するZerol 150の動粘度測定を行った。結果を図10に示す。結果によれば、10%PnBおよび5%DPnBはZerol 150の粘度指数を増やしている。これによって、高温での粘度を減じることなく、低温で低い粘度、POE22と同様のプロフィールという望ましい結果が得られる。これによって、コンプレッサー中の良好な粘度を維持しながら、蒸発器からの潤滑剤の戻りが向上する。
【0152】
(実施例46)
ASTM D4172Bを用いた4個のボール摩耗試験を鋼ボールを用いて行い、本発明の組成物について潤滑特性を評価した。アルキルベンゼン潤滑剤中異なる組み合わせの相溶化剤を用いて試験を60分間実施し、相溶化剤なしの潤滑剤と比べた。摩耗傷および平均摩擦係数を測定した。結果を下記に示す。
【0153】
【表46】
【0154】
結果によれば、本発明の相溶化剤を従来の潤滑剤に添加すると、潤滑特性は同一または改善されている。このことは、摩耗傷のサイズの減少および同様に、摩擦係数の減少から明らかである。Synergolのような耐摩耗性添加剤を添加するとさらに潤滑特性が改善される。
【0155】
(実施例47)
本発明の組成物を用いてコンプレッサー耐久性試験を行った。満液開始試験(flooded start test)をスクロールおよびロータリコンプレッサーで行った。満液開始試験は、コンプレッサー溜めがシャットダウン時に冷媒で溢れるという厳しい条件である。始動中、冷媒の存在によって、潤滑剤の粘度が減少し、その結果、コンプレッサーの潤滑性が不適切となる可能性がある。2層がコンプレッサー溜め中で形成され、潤滑剤がコンプレッサーベアリングへと通常引かれる点で下部に冷媒層を備える非混和性の冷媒/潤滑剤系では、これは特に難しい。コンプレッサーを−12.2℃の吸引温度および37.8℃の吐出し温度で試験した。コンプレッサーを3分間オン、15ミュートオフにするのを1,000サイクルでサイクル動作させた。試験後、コンプレッサーを分解し、摩耗性について検査した。大きな摩耗は観察されなかった。
【0156】
【表47】
【0157】
(実施例48)
本発明の相溶化剤の特定の密閉コンプレッサーに用いられるポリエステルモーター材料との相容性について試験した。ポリエステルフィルム片を、HFC−134a冷媒および異なる潤滑剤/相溶化剤の組み合わせを入れた封止管に入れた。管を150℃で2週間保持した。ポリエステル片を取り出し、180°の弧で10回曲げ、脆化を評価した。液相および気相の両方の片について評価した。結果を下記の表に示す。
【0158】
【表48】
【0159】
データによれば、遊離の水酸基のないDMM(CH3O[CH2CH(CH3)O]2CH3)は、末端水酸基のあるPnB(C4H9OCH2CH(CH3)OH)およびDPnG(C4H9O(CH2CH(CH3)O)2H)に比べて、ポリエステルモーター材料相容性が大幅に改善された。データによればまた、1−オクチル−2−ピロリドンのようなアルキルピロリドンは、ポリエステルモーター材料と相容性があり、ある密閉コンプレッサーに用いるのに好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】様々なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(Shrieve Chemicals製アルキルベンゼン潤滑剤)(25wt%)についての相分離温度(「PST」)(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図2】様々なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤(10wt%)、R401A冷媒(50wt%)およびSuniso(登録商標)3GS(Crompton Co.製鉱油潤滑剤)(40wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図3】様々なケトン相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図4】様々なニトリル相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素窒素比のグラフである。
【図5】様々なクロロカーボン相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素塩素比のグラフである。
【図6】様々なクロロカーボン相溶化剤(10wt%)、R401A冷媒(50wt%)およびSuniso(登録商標)3GS(40wt%)についての相分離温度(℃)対炭素塩素比のグラフである。
【図7】様々なアミド相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図8】様々なアミド相溶化剤(10wt%)、R401A冷媒(50wt%)およびSuniso(登録商標)3GS(40wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図9】様々なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤(25wt%)、Zerol(登録商標)150(25wt%)および冷媒HFC−32、HFC−125またはR410A(50wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図10】POE22(モービル石油製品Arctic EAL22、40℃での動粘度が22csのポリオールエステル潤滑剤)、Zerol(登録商標)150、および10wt%のポリプロピレングリコールn−ブチルエーテル(PnB)、5wt%ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル(DPnB)および85wt%Zerol(登録商標)150の組成物についての動粘度対温度のグラフである。
(関連出願の相互参照)
本出願は、2000年12月8日出願の米国特許仮出願第60/254,208号および2001年7月11日出願の米国特許仮出願第60/304,552号遡及の特典を請求するものである。
【0002】
(発明の分野)
本発明は、比較的極性のハロゲン化炭化水素冷却剤と、比較的非極性の従来の圧縮冷却潤滑剤と、前記極性ハロゲン化炭化水素と非極性潤滑剤を相容させる化合物とを含む冷却組成物に関する。相溶化剤は、ハロゲン化炭化水素と潤滑剤を相容させることにより、圧縮冷却装置の最も冷たい部分において潤滑剤の粘度を減じ、その結果、圧縮冷却システムにおける非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへの潤滑剤の戻りを効率的にする。
【0003】
(背景)
過去20年間にわたって、クロロフルオロカーボンの大気への放出が成層オゾン層に影響するかどうか議論されてきた。この議論および国際条約の結果、冷却および空調業界は、特定クロロフルオロカーボン(CFC)およびハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)の使用および製造から撤退している。現在、これら業界では、オゾン破壊可能性がゼロのハイドロフルオロカーボン(HFC)の使用に移行している。鉱油、ポリα−オレフィンおよびアルキルベンゼンのような従来の潤滑剤はHFC冷媒とは非混和性であるため、HFCへの移行には、新たな種類の潤滑剤の出現が必要とされた。
【0004】
この新たな種類の潤滑剤としては、ポリアルキレングリコール(PAG)およびポリオールエステル(POE)潤滑剤が挙げられる。PAGおよびPOE潤滑剤は好適な潤滑剤特性を有しているが、極めて吸湿性であり、湿潤空気に晒されると数千ppm(百万分の一)の水を吸収してしまう。この吸収された水によって酸が形成されてしまい、冷却システムの腐食を招いたり、扱い難いスラッジが形成し望ましくない。比較すると、従来の冷媒潤滑剤はかなり吸湿性が低く、水について100ppm未満と溶解度が低い。さらに、PAGやPOEは、従来の冷媒潤滑剤に比べ、かなり高価であり、一般的に3〜6倍以上である。PAGやPOEはまた電気絶縁特性が好ましくないことも分かっている。
【0005】
従って、冷媒業界が従来の非極性鉱油およびアルキルベンゼン潤滑剤を極性HFCベースの冷媒と共に利用できるよう、この溶解性の問題を解決する要望および余地があった。業界が、純粋なCFC冷媒の代替としてHCFC−ベースの冷媒の使用に移行し始めたときに、他の要望や余地もあった。HCFCは鉱油にあまり溶解しないため、この要望は明らかとなった。適正な潤滑および冷却特性を得るために、潤滑剤をアルキルベンゼンに変える追加の費用が業界に強いられた。
【0006】
過去10年間にわたって、冷却および空調業界はこれらの長く感じるが未解決の要望と戦ってきた。ついに、本発明は業界の緊急の必要性を満たした。従来の非極性潤滑剤を極性ハイドロフルオロカーボン冷媒と共に用いる数多くの試みがなされてきたが、非極性の従来の潤滑剤に極性冷媒は溶解しないため、非コンプレッサーゾーンにおいて極めて粘性の潤滑剤となり、残念ながら、潤滑剤がコンプレッサーに十分に戻らない。非極性の従来の潤滑剤および極性の冷媒が、コンプレッサーから自然に逃れて非コンプレッサーゾーンに入ると、潤滑剤および冷媒の相分離/不溶解性が生じる。この相分離は、非コンプレッサーゾーンに残る極めて粘性の潤滑剤に寄与し、冷媒は冷却システム全体にわたってその経路に留まる。潤滑剤の不溶解性および極粘性の性質によって、非コンプレッサーゾーンにおいて潤滑剤が固まって、非コンプレッサーゾーンに潤滑剤が蓄積されてしまい望ましくない。潤滑剤のこの蓄積と潤滑剤のコンプレッサーゾーンへの戻りを欠くことから、コンプレッサーが潤滑剤を渇望する結果、コンプレッサーが過熱して焼き付いてしまう。かかる固まった潤滑剤は、熱交換器(凝縮機や蒸発器)の内部表面に厚い潤滑剤膜があるために、伝熱が妨げられて、冷却システムの効率も減じる恐れがある。さらに、冷コンプレッサーが始動する間、潤滑性に乏しく、潤滑剤が発泡するために、冷媒と潤滑剤がコンプレッサーを焼き付ける恐れがある。
【0007】
上述の長く感じるが未解決の要望を解決する多くの商業的な関心は、数多くの特許および/または特許出願から明らかである。例えば、米国特許第5368765号、同第5254280号、同第5154846号、同第6074573号、同第5431835号、同第4755316号、JP 2930963(1999年)、JP 02286780(1990年)、EP 784090、EP 406433およびEP 645443は、アルキルベンゼンおよび/または鉱油、およびポリエーテルおよび/またはグリコールを含む冷媒潤滑剤を開示している。JP 05202389(1993年)は、グリコールおよびエーテルを用いて、脂肪族炭化水素と共にパーフルオロカーボンを溶解することを開示している。EP 571091およびJP 10140175(1998号)は、窒素含有複素環式添加剤を含有するポリエステル冷媒潤滑剤を開示している。米国特許第5023007号、同第5194171号、JP 2997908(2000年)およびJP 104087(2000年)は、フッ素含有炭化水素と窒素含有複素環式潤滑剤を含む冷却組成物を開示している。米国特許第5300245号は分子構造中にベース潤滑剤およびハイドロフルオロカーボンとして1個以上のケトン基を有する化合物を含む冷媒潤滑剤を含む冷媒加工流体を開示している。米国特許第5104560号、同第4359394号およびCA 973700は、冷媒潤滑剤およびハロゲン化パラフィン添加剤を含むクロロフルオロカーボンベースの冷媒と共に用いる冷媒潤滑剤組成物を開示している。米国特許第4355960号は潤滑剤と、少量のアルキルポリハロフェニルエーテルを含む冷媒潤滑剤を開示している。
【0008】
上述した理由から、冷却および空調業界において、極性ハロゲン化炭化水素および非極性の従来の潤滑剤を、圧縮冷却システムにおいて相容させ、潤滑剤をコンプレッサーに効率的に戻すのを促す相溶化剤について、よく認識された要望がある。
【0009】
(概要)
本発明は、従来の非極性圧縮冷媒潤滑剤と極性ハイドロフルオロカーボンおよび/またはハイドロクロロフルオロカーボン冷媒間の不溶解性という冷却および空調業界の問題を満足させる相溶化剤を含有する潤滑および冷却組成物に係る。相溶化剤は、非コンプレッサーゾーンにおいて極性ハロゲン化炭化水素と潤滑剤を相容させることにより、圧縮冷却装置の最も冷たい部分において非極性潤滑剤の粘度を減じ、その結果、潤滑剤を非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ効率的に戻す。本発明はまた、圧縮冷却システムにおいて潤滑剤を非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すための方法、潤滑剤中のハロゲン化炭化水素を溶解させる方法、およびハロゲン化炭化水素冷却剤を含有する圧縮冷却装置においてコンプレッサーを潤滑する方法にも係る。
【0010】
本発明は、(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリ−α−オレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、(b)少なくとも1種類の相溶化剤とを含む圧縮冷却および空調に用いる潤滑剤組成物を包含する。本発明はさらに、(a)ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択される少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素と、(b)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリ−α−オレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、(c)少なくとも1種類の相溶化剤とを含む圧縮冷却および空調に用いる冷却組成物を包含する。本発明はさらに、(a)ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択される少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素と、(b)少なくとも1種類の相溶化剤とを含むパラフィン、ナフテン、芳香族および/またはポリ−α−オレフィン潤滑剤を含有する圧縮冷却および空調に用いる組成物を包含する。
【0011】
本発明はまた、(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される潤滑剤を、前記非コンプレッサーゾーンにおいて、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素と、相溶化剤の存在下に接触させ、前記潤滑剤、前記ハロゲン化炭化水素および前記相溶化剤を含む溶液を形成する工程と、(b)前記溶液を冷却システムの前記非コンプレッサーゾーンから前記コンプレッサーゾーンに移す工程とを含む、圧縮冷却システムにおいて、非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ潤滑剤を戻す方法も提供する。
【0012】
本発明はさらに、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素冷却剤を、パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される潤滑剤において溶解する方法であって、前記潤滑剤を前記ハロゲン化炭化水素冷却剤と、有効量の相溶化剤の存在下に接触させる工程と、前記潤滑剤および前記ハロゲン化炭化水素冷却剤の溶液を形成する工程とを含む方法を提供する。
【0013】
本発明はさらに、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素冷却剤を含有する圧縮冷却装置においてコンプレッサーを潤滑する方法であって、(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、(b)少なくとも1種類の相溶化剤とを含む組成物を前記コンプレッサーに加える工程を含む方法にも係る。本発明はさらに、相溶化剤を圧縮冷却装置に供給する方法にも係る。
【0014】
潤滑剤および/または冷却組成物、および上述の方法および/またはプロセスは任意選択的に香料を含むことができる。
【0015】
本発明の相溶化剤は以下を含む。
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、前記ポリオキシアルキレングリコールエーテルの分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素から独立に選択され、前記ケトンの分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから選択され、前記ニトリルの分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、式中、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル。
【0016】
本発明の組成物において、前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比は99:1〜1:1である。
【0017】
以下の図面を参照することにより、本発明をよりよく理解できるであろう。
【0018】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様および利点は、詳細な説明および添付の請求項を参照するとよりよく理解できるであろう。
【0019】
(詳細な説明)
本発明者らは、従来の圧縮冷媒潤滑剤中に有効量の本発明の相溶化剤を用いると、潤滑剤を圧縮冷却システムにおける非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ効率的に戻せるということを知見した。相溶化剤は、圧縮冷媒システム全体に行き渡り、冷媒および、コンプレッサーから逃れる潤滑剤と混合される。相溶化剤を用いることにより、圧縮冷却システムの最も冷たい部分、例えば、蒸発器において、潤滑剤の粘度が減じ、それによって、潤滑剤が蒸発器からコンプレッサーに戻される。本発明者らは、本発明の相溶化剤を用いると、圧縮冷却システムの最も冷たい部分における潤滑剤の粘度が減じることを知見した。この潤滑剤粘度の減少は、相溶化剤を含有する潤滑剤においてハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度が増大するためである。相溶化剤中の炭素対極性基(例えば、エーテル、カルボニル、ニトリル、ハロゲン)比を制御することによって、本発明者らは、極性基含有相溶化剤は意外なことに、圧縮冷却装置の最も冷たい部分において実質的に非極性の潤滑剤と混和性のままでありながら、同時に、潤滑剤中のハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度を増大することを知見した。理論に拘束されることは望むところではないが、本発明の相溶化剤中の極性官能基は、比較的極性のハロゲン化炭化水素冷却剤に付加し、一方、相溶化剤の炭化水素部分は比較的低い極性の潤滑剤と混和する。本発明の相溶化剤を本発明で規定した従来の潤滑剤中で用いると、有効量の相溶化剤を含有する潤滑剤中でのハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度が増大する。従来の潤滑剤中の比較的非粘性のハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度のこの増大によって、潤滑剤の粘度が下がり、圧縮冷却システム中の非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ潤滑剤が効率的に戻る。蒸発器ゾーン中の潤滑剤の量を減らすと、冷媒の伝熱も改善され、冷却能力およびシステムの効率が改善される。このように、本発明の相溶化剤によって、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のような比較的極性のハロゲン化炭化水素冷却剤を比較的非極性の従来の潤滑剤、通常は非混和性で、以前は圧縮冷却システムの冷却組成物として一緒に使用できないと考えられていた混合物、と共に用いることができる。
【0020】
従来の潤滑剤においてハロゲン化炭化水素冷却剤の溶解度が増大する結果、さらに、液体冷媒が、凝縮器から出た固まった潤滑剤を溶解し運ぶことができ、潤滑剤の戻りと、凝縮器における伝熱の両方が改善され、冷却システムの能力および効率が改善される。
【0021】
本発明の相溶化剤は、蒸発器中の潤滑剤および相溶化剤組成物からのハロゲン化炭化水素冷却剤の脱離に際しエンタルピー変化、および凝縮器中の潤滑剤および相溶化剤組成物への冷媒の吸収を増大させることによって、圧縮冷却システムのエネルギー効率および能力を改善する。理論に拘束されることは望むところではないが、冷媒と極性官能基含有相溶化剤間の引力を形成および破壊すると、エンタルピー変化が増大するものと考えられる。
【0022】
多くの場合、現在、ハイドロフルオロカーボンベースの冷媒と共に用いられているポリオールエステルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤の体積抵抗(オーム×cm)は許容できないほど低い。相溶化剤と従来の潤滑剤を含む本発明の組成物は、ポリオールエステルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤に比べて体積抵抗が増大している。
【0023】
本発明の相溶化剤は、従来の潤滑剤の粘度指数を増大させるという利点がある。これによって、高温での粘度を大幅に減じることなく、低温で低い粘度、多くのポリオールエステルと同様の粘度プロフィールという望ましい結果が得られる。かかる粘度指数だと、コンプレッサー操作について許容できる粘度を維持しながら、蒸発器からの潤滑剤の戻りが確実なものとなる。
【0024】
潤滑剤と相溶化剤を含む本発明の組成物においては、潤滑剤と相溶化剤組成物を併せたものを1〜50重量パーセント、好ましくは6〜45重量パーセント、最も好ましくは10〜40重量パーセントが相溶化剤である。重量比に関して、潤滑剤および相溶化剤を含む本発明の組成物において、潤滑剤対相溶化剤の重量比は99:1〜1:1、好ましくは15.7:1.2:1、最も好ましくは9:1〜1.5:1である。相溶化剤は、相溶化剤とハロゲン化炭化水素冷却剤の組成物として圧縮冷却システムに充填してもよい。本発明の相溶化剤およびハロゲン化炭化水素冷却組成物を圧縮冷却システムに充填して、上述の相対量の相溶化剤および潤滑剤を満足するような量の相溶化剤を供給するときは、相溶化剤およびハロゲン化炭化水素冷却組成物は、一般的に、相溶化剤とハロゲン化炭化水素冷却組成物を併せたものにおいて、0.1〜40重量パーセント、好ましくは0.2〜20重量パーセント、最も好ましくは0.3〜10重量パーセントの相溶化剤を含む。ハロゲン化炭化水素冷却剤、潤滑剤および相溶化剤を含む本発明の組成物を含有する圧縮冷却システムにおいて、1〜70重量パーセント、好ましくは10〜60重量パーセントのハロゲン化炭化水素冷却剤、潤滑剤および相溶化剤組成物が潤滑剤および相溶化剤であるのが好ましい。非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへの許容できる潤滑剤の戻りを得るのに、潤滑剤と相溶化剤組成物を組み合わせたものが50重量パーセントを超える相溶化剤濃度は、一般的には必要ない。潤滑剤と相溶化剤組成物を組み合わせたものが50重量パーセントを超える相溶化剤濃度は、潤滑剤の粘度にマイナスの影響を与え、潤滑が不適切となったり、コンプレッサーへの応力や機械的故障を招く恐れがある。さらに、潤滑剤と相溶化剤組成物を組み合わせたものが50重量パーセントより高い相溶化剤濃度は、圧縮冷却システムにおける冷媒能力および冷却組成物の性能にマイナスの影響を与える恐れがある。本発明の組成物における有効量の相溶化剤によって、ハロゲン化炭化水素および潤滑剤が、圧縮冷媒システムにおいて非コンプレッサーゾーン(すなわち、蒸発器または凝縮器)からコンプレッサーゾーンへの潤滑剤の適正な戻りが得られる範囲まで溶解させることができる。
【0025】
本発明のハロゲン化炭化水素冷却剤は、少なくとも1個の炭素原子と1個のフッ素原子を含有している。特に有用なのは、少なくとも1個のフッ素原子を含有し、任意選択的に塩素および酸素原子を含有し、通常沸点が−90℃〜80℃の1〜6個の炭素原子を有するハロゲン化炭化水素である。これらのハロゲン化炭化水素は、一般式CwF2w+2−x−yHxClyOz(式中、wは1〜6、xは1〜9、yは0〜3、zは0〜2である)で表すことができる。ハロゲン化炭化水素としては、wが1〜6、xが1〜5、yが0〜1およびzが0〜1のものが好ましい。ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンベースの冷媒と共に用いると本発明は特に有用である。ハロゲン化炭化水素冷却剤は、E.I. du Pont de Nemours&Co., Fluoroproducts(デラウェア州、ウィルミントン、19898、米国)のような数多くの源より入手可能な市販の製品や、PCR Inc.,P.O. Box 1466(フロリダ州、ゲインスヴィル、32602、米国)のような特注化学合成会社、およびフッ素化学ジャーナルや有機フッ素化合物の化学、Milos Hudlicky編、The MacMillan Company(ニューヨーク州、ニューヨーク)発行(1962年)のような業界で開示された合成プロセスによるものである。代表的なハロゲン化炭化水素としては、CHClF2(HCFC−22)、CHF3(HFC−23)、CH2F2(HFC−32)、CH3F(HFC−41)、CF3CF3(FC−116)、CHClFCF3(HCFC−124)、CHF2CF3(HFC−125)、CH2ClCF3(HCFC−133a)、CHF2CHF2(HFC−134)、CH2FCF3(HFC−134a)、CClF2CH3(HCFC−142b)、CHF2CH2F(HFC−143)、CF3CH3(HFC−143a)、CHF2CH3(HFC−152a)、CHF2CF2CF3(HFC−227ca)、CF3CFHCF3(HFC−227ea)、(HFC−236ca)、CH2FCF2CF3(HFC−236cb)、CHF2CHFCF3(HFC−236ea)、CF3CH2CF3(HFC−236fa)、CH2FCF2CHF2(HFC−245ca)、CH3CF2CF3(HFC−245cb)、CHF2CHFCHF2(HFC−245ea)、CH2FCHFCF3(HFC−245eb)、CHF2CH2CF3(HFC−245fa)、CH2FCF2CH2F(HFC−254ca)、CH2CF2CHF2(HFC−254cb)、CH2FCHFCHF2(HFC−254ea)、CH3CHFCF3(HFC−254eb)、CHF2CH2CHF2(HFC−254fa)、CH2FCH2CF3(HFC−254fb)、CH3CF2CH3(HFC−272ca)、CH3CHFCH2F(HFC−272ea)、CH2FCH2CH2F(HFC−272fa)、CH3CH2CF2H(HFC−272fb)、CH3CHFCH3(HFC−281ea)、CH3CH2CH2F(HFC−281fa)、CHF2CF2CF2CF2H(HFC−338pcc)、CF3CHFCHFCF2CF3(HFC−43−10mee)、C4F9OCH3およびC4F9OC2H5が挙げられる。
【0026】
本発明は、CHClF2(HCFC−22)、CHF3(HFC−23)、CH2F2(HFC−32)、CHClFCF3(HCFC−124)、CHF2CF3(HFC−125)、CHF2CHF2(HFC−134)、CH2FCF3(HFC−134a)、CF3CH3(HFC−143a)、CHF2CH3(HFC−152a)、CHF2CF2CF3(HFC−227ca)、CF3CFHCF3(HFC−227ea)、CF3CH2CF3(HFC−236fa)、CHF2CH2CF3(HFC−245fa)、CHF2CF2CF2CF2H(HFC−338pcc)、CF3CHFCHFCF2CF3(HFC−43−10mee)のようなハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンベースの冷媒、およびHCFC−22/HFC−152a/HCFC−124(ASHRAE商品名、R−401A、R−401BおよびR−401Cとして知られている)、HFC−125/HFC−143a/HFC−134a(ASHRAE商品名、R−404Aとして知られている)、HFC−32/HFC−125/HFC−134a(ASHRAE商品名、R−407A、R−407BおよびR−407Cとして知られている)、HCFC−22/HFC−143a/HFC−125(ASHRAE商品名、R−408Aとして知られている)、HCFC−22/HCFC−124/HCFC−142b(ASHRAE商品名:R−409Aとして知られている)、HFC−32/HFC−125(R−410A)およびHFC−125/HFC−143a(ASHRAE商品名:R−507として知られている)のような共沸および共沸様ハロゲン化炭化水素冷却組成物と共に用いるのに特に有用である。
【0027】
本発明のハロゲン化炭化水素は任意選択的にさらに、10重量パーセントまでのジメチルエーテル、または少なくとも1個のC3〜C5炭化水素、例えば、プロパン、プロピレン、シクロプロパン、n−ブタン、i−ブタンおよびn−ペンタンを含んでいてもよい。C3〜C5の炭化水素を含有するハロゲン化炭化水素としては、HCFC−22/HFC−125/プロパン(ASHRAE商品名、R−402AおよびR−402Bとして知られている)、およびHCFC−22/オクタフルオロプロパン/プロパン(ASHRAE商品名、R−403AおよびR−403Bとして知られている)が例示される。
【0028】
本発明の潤滑剤は、クロロフルオロカーボン冷媒を利用する圧縮冷却装置に従来用いられてきたものである。かかる潤滑剤およびその特性については、ここに参考文献として組み込まれる1990年ASHRAEハンドブック、冷却システムおよび用途、8章、「冷却システムにおける潤滑剤」8.1〜8.21頁に述べられている。本発明の潤滑剤は、あるコンプレッサーの要件および潤滑剤が晒される環境を考慮して選択される。本発明の潤滑剤の40℃での動粘度は少なくとも15cs(センチストークス)であるのが好ましい。本発明の潤滑剤はさらに、圧縮冷却潤滑の分野において「鉱油」として一般的に知られているものを含む。鉱油はパラフィン(例えば、直鎖および分岐炭素鎖、飽和炭化水素)、ナフテン(例えば、環状パラフィン)および芳香族(例えば、不飽和、交互の二重結合を備えた1個以上の環を含む環状炭化水素)を含む。本発明の潤滑剤は、圧縮冷却潤滑の分野において「合成油」として一般的に知られているものを含む。合成油は、アルキルアリール(例えば、鎖状および分岐アルキルアルキルベンゼン)、合成パラフィンおよびナフテンおよびポリ(アルファオレフィン)を含む。本発明の代表的な従来の潤滑剤は、BVM 100N(BVA Oilsより市販されているパラフィン鉱油)、Suniso(登録商標)3GS(Crompton Co.より市販されているナフテン鉱油)、Sontex(登録商標)372LT(Pennzoilより市販されているナフテン鉱油)、Calumet(登録商標)RO−30(Calument Lubricantsより市販されているナフテン鉱油)、Zerol(登録商標)75およびZerol(登録商標)150(Shrieve Chemicalsより市販されている鎖状アルキルベンゼン)およびHAB22(Nippon Oilより市販されている分岐アルキルベンゼン)より市販されているものである。
【0029】
本発明の相溶化剤は、式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン(hydrocarbylene)ラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルであり、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテルを含む。R1[(OR2)xOR3]yで表される本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤において、xは好ましくは1〜2、yは好ましくは1、R1およびR3は好ましくは水素および1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから独立に選択され、R2は2または3個の炭素原子、最も好ましくは3個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量は100〜250原子質量単位、最も好ましくは125から250原子質量単位であり、炭素対酸素比はハイドロフルオロカーボンをハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき好ましくは2.5〜4.0、ハイドロフルオロカーボンをハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき最も好ましくは2.7〜3.5、ハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒をハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき好ましくは3.5〜5.0、ハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒をハロゲン化炭化水素冷却剤として用いるとき最も好ましくは4.0〜4.5である。1〜6個の炭素原子を有するR1およびR3炭化水素ラジカルは鎖状、分岐または環状であってもよい。代表的なR1およびR3炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチルおよびシクロヘキシルが挙げられる。本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤のヒドロキシルフリーラジカルの特定の構造の圧縮冷却装置材料(Mylar(登録商標))と相容しない場合には、R1およびR3は1〜4個の炭素原子、最も好ましくは1個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルであるのが好ましい。2〜4個の炭素原子を有するR2脂肪族ヒドロカルビレンラジカルは、オキシエチレンラジカル、オキシプロピレンラジカルおよびオキシブチレンラジカルを含む繰り返しオキシアルキレンラジカル−(OR2)x−を形成する。1つのポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤分子中にR2を含むオキシアルキレンラジカルは、同じであっても、1つの分子が異なるR2オキシアルキレン基を含有していてもよい。本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤は、少なくとも1個のオキシプロピレンラジカルを含むのが好ましい。R1が1〜6個の炭素原子およびy結合部位を有する脂肪族または脂環式炭化水素ラジカルにある場合には、ラジカルは鎖状、分岐または環状であってもよい。2個の結合部位を有する代表的なR1脂肪族炭化水素ラジカルとしては、例えば、エチレンラジカル、プロピレンラジカル、ブチレンラジカル、ペンチレンラジカル、ヘキシレンラジカル、シクロペンチレンラジカルおよびシクロへキシレンラジカルが挙げられる。3または4個の結合部位を有する代表的なR1脂肪族炭化水素ラジカルとしては、ヒドロキシラジカルを除去することにより、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、1,2,3−トリヒドロオキシシクロヘキサンおよび1,3,5−トリヒドロキシシクロヘキサンのようなポリアルコールから誘導された残基が挙げられる。代表的なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤としては、CH3OCH2CH(CH3)O(HまたはCH3)(プロピレングリコールメチル(またはジメチル)エーテル)、CH3O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはCH3)(ジプロピレングリコールメチル(またはジメチル)エーテル)、CH3O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはCH3)(トリプロピレングリコールメチル(またはジメチル)エーテル)、C2H5OCH2CH(CH3)O(HまたはC2H5)(プロピレングリコールエチル(またはジエチル)エーテル、C2H5O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはC2H5)(ジプロピレングリコールエチル(またはジエチル)エーテル)、C2H5O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはC2H5)(トリプロピレングリコールエチル(またはジエチル)エーテル)、C3H7OCH2CH(CH3)O(HまたはC3H7)(プロピレングリコールn−プロピル(またはジ−n−プロピル)エーテル、C3H7O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはC3H7)(ジプロピレングリコールn−プロピル(またはジ−n−プロピル)エーテル)、C3H7O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはC3H7)(トリプロピレングリコールn−プロピル(またはジ−n−プロピル)エーテル)、C4H9OCH2CH(CH3)OH(プロピレングリコールn−ブチルエーテル)、C4H9O[CH2CH(CH3)O]2(HまたはC4H9)(ジプロピレングリコールn−ブチル(またはジ−n−ブチル)エーテル)、C4H9O[CH2CH(CH3)O]3(HまたはC4H9)(トリプロピレングリコールn−ブチル(またはジ−n−ブチル)エーテル)、(CH3)3COCH2CH(CH3)OH(プロピレングリコールt−ブチルエーテル)、(CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]2(Hまたは(CH3)3)(ジプロピレングリコールt−ブチル(またはジ−t−ブチル)エーテル)、(CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]3(Hまたは(CH3)3)(トリプロピレングリコールt−ブチル(またはジ−t−ブチル)エーテル)、C5H11OCH2CH(CH3)OH(プロピレングリコールn−ペンチルエーテル)、C4H9OCH2CH(C2H5)OH(ブチレングリコールn−ブチルエーテル)、C4H9O[CH2CH(C2H5)O]2H(ジブチレングリコールn−ブチルエーテル)、トリメチロールプロパントリ−n−ブチルエーテル(C2H5C(CH2O(CH2)3CH3)3)およびトリメチロールプロパンジ−n−ブチルエーテル(C2H5C(CH2OC(CH2)3CH3)2CH2OH)が挙げられる。
【0030】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミドを含む。前記アミドの分子量は好ましくは160〜250原子質量単位である。前記アミド中の炭素対酸素比は好ましくは7〜16、最も好ましくは10〜14である。R1、R2、R3およびR5は任意選択的に置換炭化水素ラジカル、例えば、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素)およびアルコキシド(例えば、メトキシ)から選択される非炭化水素置換基を含有するラジカルを含んでいてもよい。R1、R2、R3およびR5は任意選択的にヘテロ原子置換炭化水素ラジカル、例えば、ラジカル鎖に原子窒素(アザ−)、酸素(オキサ−)または硫黄(チア−)を含有し、それ以外は炭素原子から構成されるラジカル鎖を含んでいてもよい。一般的に、4個以下、好ましくは2個以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がR1−3の各10個の炭素原子について存在し、上述の炭素対酸素比および分子量の限定を適用する際にはかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在を考慮しなければならない。好ましいアミド相溶化剤は炭素、水素、窒素および酸素からなる。代表的なR1、R2、R3およびR5脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体が挙げられる。アミド相溶化剤の好ましい実施形態は、上述の式シクロ−[R4CON(R5)−]のR4が、ヒドロカルビレンラジカル(CR6R7)nで表される。すなわち、式シクロ−[(CR6R7)nCON(R5)−]であり、(a)炭素対酸素の比率および(b)分子量について前述の値が適用され、nは3〜5の整数、R5は1〜12個の炭素原子を含有する飽和炭化水素ラジカルであり、R1−3を定義するのに前述した規則によってR6およびR7は独立に選択される(各nについて)。式シクロ−[(CR6R7)nCON(R5)−]で表されるラクタムにおいて、全てのR6およびR7は好ましくは水素であるか、あるいはnメチレン単位中で一つの飽和炭化水素ラジカルを含有しており、R5は3〜12個の炭素原子を含有する飽和炭化水素ラジカルである。例えば、1−(飽和炭化水素ラジカル)−5−メチルピロリジン−2−オンである。代表的なアミド相溶化剤としては、1−オクチルピロリジン−2−オン、1−デシルピロリジン−2−オン、1−オクチル−5−メチルピロリジン−2−オン、1−ブチルカプロラクタム、1−シクロヘキシルピロリジン−2−オン、1−ブチル−5−メチルピペリジン−2−オン、1−ペンチル−5−メチルピペリド−2−オン、1−ヘキシルカプロラクタム、1−ヘキシル−5−メチルピロリジン−2−オン、5−メチル−1−ペンチルピペリド−2−オン、1,3−ジメチルピペリド−2−オン、1−メチルカプロラクタム、1−ブチル−ピロリジン−2−オン、1,5−ジメチルピペリド−2−オン、1−デシル−5−メチルピロリジン−2−オン、1−ドデシルピロリド−2−オン、N,N−ジブチルホルムアミドおよびN,N−ジイソプロピルラアセトアミドが挙げられる。
【0031】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトンを含む。前記ケトンにおけるR1およびR2は好ましくは、1〜9個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択される。前記ケトンの分子量は好ましくは100〜200原子質量単位である。前記ケトンにおける炭素対酸素比は好ましくは7〜10である。R1およびR2を併せ、結合したヒドロカルビレンラジカルを形成し、五、六または七員環環状ケトン、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノンおよびシクロヘプタノンを形成してもよい。R1およびR2は任意選択的に置換炭化水素ラジカル、例えば、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素)およびアルコキシド(例えば、メトキシ)から選択される非炭化水素置換基を含有するラジカルを含んでいてもよい。R1およびR2は任意選択的にヘテロ原子置換炭化水素ラジカル、例えば、ラジカル鎖に原子窒素(アザ−)、酸素(オキサ−)または硫黄(チア−)を含有し、それ以外は炭素原子から構成されるラジカルを含んでいてもよい。一般的に、4個以下、好ましくは2個以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がR1およびR2の各10個の炭素原子について存在し、上述の炭素対酸素比および分子量の限定を適用する際にはかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在を考慮しなければならない。一般式R1COR2における代表的なR1およびR2脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体、同様にフェニル、ベンジル、クメニル、メシチル、トリル、キシリルおよびフェネチルが挙げられる。代表的なケトン相溶化剤としては、2−ブタノン、2−ペンタノン、アセトフェノン、ブチロフェノン、ヘキサフェノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、5−メチル−2−ヘキサノン、2−オクタノン、3−オクタノン、ジイソブチルケトン、4−エチルシクロヘキサノン、2−ノナノン、5−ノナノン、2−デカノン、4−デカノン、2−デカロン、2−トリデカノン、ジヘキシルケトンおよびジシクロヘキシルケトンが挙げられる。
【0032】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリルを含む。前記ニトリル相溶化剤におけるR1は好ましくは、8〜10個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される。前記ニトリルの分子量は好ましくは120〜140原子質量単位である。前記ニトリル相溶化剤における炭素対窒素比は好ましくは8〜9である。R1は任意選択的に置換炭化水素ラジカル、例えば、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素)およびアルコキシド(例えば、メトキシ)から選択される非炭化水素置換基を含有するラジカルを含んでいてもよい。R1は任意選択的にヘテロ原子置換炭化水素ラジカル、例えば、ラジカル鎖に原子窒素(アザ−)、酸素(ケト−、オキサ−)または硫黄(チア−)を含有し、それ以外は炭素原子から構成されるラジカル鎖を含んでいてもよい。一般的に、4個以下、好ましくは2個以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がR1の各10個の炭素原子について存在し、上述の炭素対窒素比および分子量の限定を適用する際にはかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在を考慮しなければならない。一般式R1CNにおける代表的なR1脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルとしては、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体、同様にフェニル、ベンジル、クメニル、メシチル、トリル、キシリルおよびフェネチルが挙げられる。代表的なニトリル相溶化剤としては、1−シアノペンタン、2,2−ジメチル−4−シアノペンタン、1−シアノヘキサン、1−シアノヘプタン、1−シアノオクタン、2−シアノオクタン、1−シアノノナン、1−シアノデカン、2−シアノデカン、1−シアノウンデカンおよび1−シアノドデカンが挙げられる。ニトリル相溶化剤は、HFC冷媒を芳香族およびアルキルアリール潤滑剤と相容させるのに特に有用である。
【0033】
本発明の相溶化剤はさらに、式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボンを含む。前記クロロカーボン相溶化剤の分子量は好ましくは120〜150原子質量単位である。前記クロロカーボン相溶化剤における炭素対塩素比は好ましくは6〜7である。一般式RClxにおける代表的なR脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルとしては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびその配置異性体が挙げられる。代表的なクロロカーボン相溶化剤としては、3−(クロロメチル)ペンタン、3−クロロ−3−メチルペンタン、1−クロロヘキサン、1,6−ジクロロヘキサン、1−クロロヘプタン、1−クロロオクタン、1−クロロノナン、1−クロロデカンおよび1,1,1−トリクロロデカンが挙げられる。
【0034】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカル、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテルを含む。前記アリールにおける炭素対酸素比は好ましくは7〜10である。一般式R1OR2の代表的なR1アリールラジカルとしては、フェニル、ビフェニル、クメニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチルおよびピリジルが挙げられる。一般式R1OR2の代表的なR2脂肪族炭化水素ラジカルとしてはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチルおよびtert−ブチルが挙げられる。代表的な芳香族エーテル相溶化剤としては、メチルフェニルエーテル(アニソール)、1,3−ジメチルオキシベンゼン、エチルフェニルエーテルおよびブチルフェニルエーテルが挙げられる。
【0035】
本発明の相溶化剤はさらに、式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカル、好ましくは第1級、鎖状、飽和、アルキルラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカンを含む。代表的な1,1,1−トリフルオロアルカン相溶化剤としては1,1,1−トリフルオロヘキサンおよび1,1,1−トリフルオロドデカンが挙げられる。
【0036】
本発明の相溶化剤はさらに、式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカル、好ましくは第1級、鎖状、飽和、アルキルラジカルから選択されるフルオロエーテルを含む。代表的なフルオロエーテル相溶化剤としてはC8H17OCF2CF2HおよびC6H13OCF2CF2Hが挙げられる。
【0037】
本発明の相溶化剤は単一の相溶化剤種または任意の比率で複数の相溶化剤種を含んでいてもよい。例えば、相溶化剤は、単一の相溶化剤種内からの化合物の混合物(例えば、ポリオキシアルキレングリコールエーテルの混合物)または異なる相溶化剤種から選ばれた化合物の混合物(例えば、ポリオキシアルキレングリコールエーテルとケトンの混合物)を含んでいてもよい。
【0038】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに、相溶化剤の総量に基づいて1〜50重量パーセント、好ましくは1〜10重量パーセントの官能基−CO2−を含有し、炭素対エステル官能基カルボニル酸素比が2〜6のエステルを含んでいてもよい。任意のエステルは、一般式R1CO2R2(式中、R1およびR2は鎖状および環状、飽和および不飽和、アルキルおよびアリールラジカルから独立に選択される)で表される。R1およびR2は任意選択的に結合されてラクトンのような環を形成する。好ましい任意のエステルは、分子量が80〜550原子質量単位の元素C、HおよびOから実質的になる。代表的な任意のエステルとしては、(CH3)2CHCH2OOC(CH2)2−4OCOCH2CH(CH3)2(ジイソブチル二塩基エステル)、エチルヘキサノエート、エチルヘプタノエート、n−ブチルプロプリオネート、n−プロピルプロプリオネート、プロピルベンゾエート、ジ−n−プロピルフタレート、安息香酸エトキシエチルエステル、ジプロピルカーボネート「Exxate 700」(市販のC7アルキルアセテート)、「Exxate 800」(市販のC8アルキルアセテート)、ジブチルフタレートおよびt−ブチルアセテートが挙げられる。
【0039】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに、ポリビニルエーテルホモポリマー、ポリビニルエーテルコポリマーおよびビニルエステルと炭化水素アルケン(例えば、エチレンおよびプロピレン)および/または官能性炭化水素アルケン(例えば、ビニルアセテートおよびスチレン)のコポリマーをはじめとする少なくとも1種類のポリビニルエーテルポリマーを含む。代表的なポリビニルエーテルは、出光興産より販売されている、40℃での動粘度が32csのPVE32である。
【0040】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに5〜15個の炭素原子を含有する鎖状または環状脂肪族または芳香族炭化水素を0.5〜50重量パーセント(相溶化剤の総量に基づいて)含む。代表的な炭化水素としては、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、Isopar(登録商標)H(高純度のC11〜C12イソパラフィン)、Aromatic150(C9〜C11芳香族)、Aromatic200(C9〜C15芳香族)およびNaptha140が挙げられる。これらの炭化水素は全てExxon Chemical(米国)より販売されている。
【0041】
本発明の相溶化剤は任意選択的にさらに潤滑剤の金属に対する接着力を減じるようなやり方で熱交換器にあるような金属銅、アルミニウム、鋼またはその他金属の表面エネルギーを減じる添加剤を0.01〜30重量パーセント(相溶化剤の総量に基づいて)含有していてもよい。金属表面エネルギーを減じる添加剤としては、WIPO PCT公開公報WO96/7721に開示されているようなZonyl(登録商標)FSA、Zonyl(登録商標)FSPおよびZonyl(登録商標)FSj、全てE.I. du Pont de Nemours and Co.の製品が例示される。実際に、金属と潤滑剤間の接着力を減じる(すなわち、より緊密に金属に結合する化合物に代える)ことによって、潤滑剤は、金属表面に層として残らずに、より自由に空調または冷却システム内の熱交換器および結合管を循環する。これによって、金属への伝熱が増大し、潤滑剤がコンプレッサーに効率的に戻される。
【0042】
一般的に用いられている冷却システム添加剤を任意選択的に、所望であれば、潤滑性およびシステム安定性を高めるために本発明の組成物に加えてもよい。これらの添加剤は冷却コンプレッサー潤滑の分野で一般的に知られており、耐摩耗剤、極圧潤滑剤、耐食および酸化防止剤、金属表面不活性剤、遊離基スカベンジャー、抑泡剤等が挙げられる。一般に、これらの添加剤は潤滑剤組成物全体に対して少量で存在している。これらは一般的に各添加剤について0.1%未満から3%までの濃度で用いられる。これらの添加剤は個々のシステム要件に基づいて選択される。かかる添加剤のいくつか代表例を挙げると、リン酸およびチオリン酸のアルキルまたはアリールエステルのような潤滑性向上添加剤があるがこれらに限られるものではない。これらとしては、ブチル化トリフェニルホスフェート(BTPP)やその他のアルキル化トリアリールホスフェートエステル、例えば、Akzo Chemicals製Syn−0−Ad8478、トリクレジルホスフェートおよび関連化合物のようなEP潤滑性添加剤トリアリールホスフェート系列の部類が挙げられる。さらに、金属ジアルキルジチオホスフェート(例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛またはZDDP、Lubrizol1375)およびこの系列の化学薬品のその他部類を本発明の組成物に用いてもよい。その他の耐摩耗性添加剤としては、天然油およびSynergol TMS(International Lubicants)のような非対称ポリヒドロキシル潤滑性添加剤が挙げられる。同様に、酸化防止剤、遊離基スカベンジャーおよび水スカベンジャーのような安定化剤も用いてよい。この部類の化合物としては、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)およびエポキシドが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【0043】
ケトンのような相溶化剤は、悪臭マスキング剤や香料の添加によりマスクできる不快な悪臭を有していることがある。悪臭マスキング剤または香料の代表例としては、エバーグリーン、フレッシュレモン、チェリー、シナモン、ペパーミント、フローラルまたはオレンジピールまたはIntercontinental Fragranceより販売されているもの、同様にd−リモネンおよびピネンが挙げられる。かかる悪臭マスキング剤は、悪臭マスキング剤および相溶化剤を組み合わせた重量に基づいて0.001重量%から15重量%の濃度で用いてよい。
【0044】
本発明はさらに、本発明のハロゲン化炭化水素含有冷却組成物を冷却すべき本体近傍で蒸発させることによる冷媒生成プロセス、および加熱すべき本体を存在させ、潤滑剤および相溶化剤の存在下にハロゲン化炭化水素冷却剤を凝縮することによる熱生成プロセスを含む。
【0045】
本発明はさらに、有効量の相溶化剤の存在下に、ハロゲン化炭化水素冷却剤を潤滑剤と接触させ、ハロゲン化炭化水素冷却剤および潤滑剤の溶液を形成することを含む、潤滑剤にハロゲン化炭化水素冷却剤を溶解するプロセスを含む。
【0046】
本発明はさらに、
(a)非コンプレッサーゾーンの潤滑剤を少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素冷却剤と有効量の相溶化剤の存在下に接触させ、
(b)潤滑剤を冷却システムの非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すことを含む、潤滑剤を圧縮冷媒システムにおいて非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すプロセスに関する。
【0047】
本発明はさらに、
(a)冷却システムの低圧ゾーンの潤滑剤を少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素冷却剤と有効量の相溶化剤の存在下に接触させ、
(b)潤滑剤を冷却システムの低圧ゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すことを含む、潤滑剤を冷媒システムにおいて低圧ゾーンからコンプレッサーゾーンへ戻すプロセスに関する。
【0048】
(実施例)
以下の実施例は本発明の特定の態様を例証するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【0049】
特に断らない限り、パーセンテージ(%)は全て重量パーセンテージである。
【0050】
Naptha140(通常沸点が188〜208℃のパラフィンおよびシクロパラフィン)、Aromatic150(通常沸点が184〜204℃の芳香族)およびIsopar(登録商標)H(通常沸点が161〜203℃のイソパラフィン)は全てExxon Chemicalsの製品である。Exxate700はExxon製C7アルキルアセテートである。「POE22」はここではMobil Oil製品Arctic EAI22の略称であり、40℃での動粘度が22csのポリオールエステル潤滑剤である。「POE32」はここではUniquma製品Emkarate RL32の略称であり、40℃での動粘度が32csのポリオールエステル潤滑剤である。Zerol 75は40℃での動粘度が15csのアルキルベンゼン潤滑剤であり、Zerol 150は40℃での動粘度が32csのアルキルベンゼン潤滑剤であり、Zerol 200TDは40℃での動粘度が40csのアルキルベンゼン潤滑剤であり、Zerol 300は40℃での動粘度が57csのアルキルベンゼン潤滑剤である。Zerol(登録商標)製品はShrieve Corporationにより販売されている。PVE32は、出光興産より販売されている、40℃での動粘度が32csのポリビニルエーテルである。Ucon LB−65はUnion Carbideより販売されている、平均分子量が約340のポリオキシプロピレングリコール潤滑剤である。Ucon 50−HB−100はUnion Carbideより販売されている、平均分子量が約520の、等量のオキシエチレンとオキシプロピレンを含有する潤滑剤である。Ucon 488は、Union Carbideより販売されている、40℃での動粘度が130csのポリアルキレングリコール潤滑剤である。Suniso(登録商標)3GS(ここでは「3GS」と省略されることもある)は、40℃での動粘度が33csのナフテン鉱油であり、Suniso(登録商標)4GS(ここでは「4GS」と省略されることもある)は、40℃での動粘度が62csのナフテン鉱油である。Suniso(登録商標)製品はCrompton Corporationにより販売されている。HAB22は、40℃での動粘度が22csで、日本石油より販売されている分岐アルキルベンゼン潤滑剤である。
【0051】
HCFC−22はクロロジフルオロメタンである。HFC−134aは1,1,1,2−テトラフルオロエタンである。R401Aは、53wt%のHCFC−22、13wt%のHFC−152a(1,1−ジフルオロエタン)および34wt%のHCFC−124(2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタン)を含有する冷媒ブレンドである。R404Aは、44wt%のHCFC−125(ペンタフルオロエタン)、52wt%のHFC−143a(1,1,1−トリフルオロエタン)および4wt%のHFC−134aを含有する冷媒ブレンドである。R407Aは、23wt%のHCF−32(ジフルオロエタン)、25wt%のHFC−125および52wt%のHFC−134aを含有する冷媒ブレンドである。R410Aは、50wt%のHCF−32および50wt%のHFC−125を含有する冷媒ブレンドである。
【0052】
数多くの材料についてここで用いる略称、および関連の式および分子量を、対応の材料名と共に以下の表に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
(実施例1)
本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、裸眼で2相が観察されるまで温度を下げた(すなわち、相分離温度、ここでは「PST」とも称す)。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%の相溶化剤であった。結果を下記および図1に示す。
【0055】
【表2】
【0056】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤の特定の炭素対酸素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0057】
(実施例2)
本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のR401A、40wt%のSuniso 3GSおよび10wt%のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤であった。結果を下記および図2に示す。
【0058】
【表3】
【0059】
データによれば、相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GS鉱油に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤の特定の炭素対酸素比で生じており、鉱油潤滑剤においてハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0060】
ブチルフェニルエーテル(C10H14O)、アリールエーテル相溶化剤、もまた測定したところ、−32℃という意外にも低い相分離温度を示した。
【0061】
(実施例3)
本発明のケトン相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%のケトン相溶化剤であった。結果を下記および図3に示す。
【0062】
【表4】
【0063】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ケトン相溶化剤の特定の炭素対酸素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0064】
(実施例4)
本発明のニトリル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%のニトリル相溶化剤であった。結果を下記および図4に示す。
【0065】
【表5】
【0066】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、ニトリル相溶化剤の特定の炭素対窒素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0067】
(実施例5)
本発明のクロロカーボン相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a、25wt%のZerol 150および25wt%のクロロカーボン相溶化剤であった。結果を下記および図5に示す。
【0068】
【表6】
【0069】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150アルキルベンゼン潤滑剤に比べて大幅に低い相分離を示している。データによれば、最小相分離温度は、クロロカーボン相溶化剤の特定の炭素対塩素比で生じており、アルキルベンゼン潤滑剤においてハイドロフルオロカーボン冷媒の最大の溶解度の改善が示されている。
【0070】
(実施例6)
本発明のクロロカーボン相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のR401A冷媒、40wt%のSuniso 3GSおよび10wt%のクロロカーボン相溶化剤であった。結果を下記および図6に示す。
【0071】
【表7】
【0072】
データによれば、相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GS鉱油に比べて大幅に低い相分離温度を示している。データによれば、最小相分離温度は、クロロカーボン相溶化剤の特定の炭素対塩素比で生じており、鉱油潤滑剤においてハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒の最大の溶解度が示されている。
【0073】
(実施例7)
本発明のアミド相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成はHFC−134aかR401A冷媒、Zerol 150かSuniso 3GS潤滑剤およびアミド相溶化剤であった。結果を下記および図7および8に示す。
【0074】
【表8】
【0075】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150、および相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GSに比べて、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒/潤滑剤系は大幅に低い相分離温度を示している。HFC−134aおよびZerol 150を入れたアミド相溶化剤についての最小相分離温度は、特定の炭素対アミド酸素比で生じており、ハイドロフルオロカーボン冷媒およびアルキルベンゼン潤滑剤について最大の溶解度が示されている。R401A冷媒およびSuniso 3GS鉱油潤滑剤を入れたアミド相溶化剤の相分離温度は、炭素対アミド酸素比の増大と共に減少している。
【0076】
(実施例8)
本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は25wt%のZerol 150、25wt%の相溶化剤および50wt%のHFC−32、HFC−125またはR410A冷媒であった。結果を下記および図9に示す。
【0077】
【表9】
【0078】
データによれば、HFC−32およびHFC−125冷媒を組み合わせてR410Aを形成すると、純粋なHFC−32またはHFC−125に比べて意外にも低い相分離温度を示す。
【0079】
(実施例9)
本発明のアリールエーテル、1,1,1−トリフルオロアルカンおよびフルオロエーテル相溶化剤を、冷媒および潤滑剤と共に好適な容器に入れ、2相が観察されるまで温度を下げた。容器の中の組成は50wt%のHFC−134a冷媒、25wt%のZerol 150潤滑剤および25wt%の相溶化剤であった。結果を下記に示す。
【0080】
【表10】
【0081】
データによれば、相分離温度が137℃の50wt%のHFC−134a/50wt%のZerol 150、および相分離温度が24℃の50wt%のR401A冷媒/50wt%のSuniso 3GSに比べて、これらのハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボン含有冷媒は大幅に低い相分離温度を示している。
【0082】
(実施例10〜28)
試験管に7.5グラムのHFC−43−10mee(CF3CF2CHFCHFCF3)(ここでは「4310」と称す)および2.5グラムの選択した潤滑剤を充填した。本発明の相溶化剤を1グラムの増分で4310/潤滑剤混合物に加え、管の内容物を25℃で攪拌した。相レベルの変化を記録し、層の組成をガスクロマトグラフィーにより分析した。管の内容物が1つの均質な相になるまで1グラムの増分で相溶化剤を加えた。結果を下記に示す。
【0083】
【表11】
【0084】
【表12】
【0085】
【表13】
【0086】
【表14】
【0087】
【表15】
【0088】
【表16】
【0089】
【表17】
【0090】
【表18】
【0091】
【表19】
【0092】
【表20】
【0093】
【表21】
【0094】
【表22】
【0095】
【表23】
【0096】
【表24】
【0097】
【表25】
【0098】
【表26】
【0099】
【表27】
【0100】
【表28】
【0101】
【表29】
【0102】
結果によれば、本発明の相溶化剤は、大量の冷媒(4310)を潤滑相(上層)へ、そして潤滑剤(3GSまたはZerol 150)を冷媒相(下層)へ引くことにより、ハイドロフルオロカーボンと従来の潤滑剤間の溶解度が改善されることが分かる。これらの相溶化剤は、一相に到達することのないIsopar(登録商標)Hのみよりも大幅に溶解度を改善する。PnB、DPnBおよびIsopar Hの組み合わせは、PnB、DPnBまたはIsopar Hのみ(15%、13%および0.4%)のいずれかをそれぞれ1グラムを加えた後よりも、4310を潤滑剤相(17%)へ意外にも引く。この方法で最も好ましい相溶化剤は1−オクチルピロリジン−2−オンであり、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤により1層に達するのにわずか3グラムしか必要としなかった。
【0103】
HFC−4310meeおよびZerol 150の比較データとしてヘキシレングリコールも試験したが、ヘキシレングリコールを10グラム加えた後でも溶液は2層のままであった。
【0104】
(実施例29)
潤滑剤の戻りを、次のようにして潤滑剤戻り装置で試験した。液体潤滑剤を加圧シリンダーから銅管を通してヒーターへ供給し、そこで蒸発させた。冷媒蒸気は圧力制御器および計量弁を通過して、フローを毎分1,100ccおよび101kPa(1気圧)の圧力の一定のレートで制御した。冷媒蒸気を、長さ180cmおよび外径0.635cmで、U形に成形され、恒温浴に置いた別の導管に供給した。U形管(U管)は、37cmの直線垂直部で始まり、浴の下部で長さ27cmの水平部まで湾曲していた。管は、23cmの長さで4つのジグザグパターンで垂直に上がり、さらに長さ23cmの垂直直線部があった。U管に任意選択的に相溶化剤を含有する10グラムの潤滑剤を充填し、37cmの垂直管を通してこのU管に加えた。蒸気冷媒は、U管内で潤滑剤を徐々に通過した。U管を出た冷媒および潤滑剤を受け器に集め、冷媒を潤滑剤から蒸発させた。潤滑剤を秤量し、どのくらいの潤滑剤が冷媒によりU管から出たか求めた。
【0105】
冷媒R407Cを冷媒シリンダに入れた。Suniso 3GS鉱油またはSuniso3GS油および本発明の相溶化剤を銅のU管に入れた。潤滑剤と相溶化剤を組み合わせたものは10グラムとなるようにした。恒温浴を−20℃の温度で保持した。冷媒R407C蒸気を、毎分1,100立方センチメートルの流量でU管を通して供給し、受け器の潤滑剤の重量を6、10および20分の時間の間隔で測定した。結果を下記に示す。
【0106】
【表30】
【0107】
結果によれば、2−ヘプタノンおよび5−メチル−2−ヘキサノンケトン相溶化剤を3GS鉱油に添加すると、純粋な3GSまたは3GS中のIsopar Hに比べて潤滑剤の戻りにおいて大幅な改善が示されている。
【0108】
(実施例30)
実施例29の装置および手順を用いて、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒HFC−134aを試験した。結果を下記に示す。
【0109】
【表31】
【0110】
結果によれば、ポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤を、任意選択的に耐摩耗性剤または炭化水素のような追加の添加剤と共に添加すると、アルキルベンゼン潤滑剤の潤滑剤戻りが大幅に改善され、POE22ポリオールエステル潤滑剤と同等の性能が得られる。比較データによれば、高分子量ポリプロピレン潤滑剤だと許容される潤滑剤戻りは成されない。
【0111】
(実施例31)
実施例29の装置および手順を用いて、POE22ポリオールエステル潤滑剤と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒R404Aを試験した。結果を下記に示す。
【0112】
【表32】
【0113】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、ポリオールエステル潤滑剤POE22ポリオールエステル潤滑剤に比べて潤滑剤戻りが大幅に改善される。
【0114】
(実施例32)
実施例29の装置および手順を用いて、POE22ポリオールエステル潤滑剤と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒HFC−134aを試験した。結果を下記に示す。
【0115】
【表33】
【0116】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、POE22ポリオールエステル潤滑剤に匹敵する潤滑剤戻りが得られる。
【0117】
(実施例33)
実施例29の装置および手順を用いて、純粋なZerol 150と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Suniso 3GSを入れた冷媒R401Aを試験した。結果を下記に示す。
【0118】
【表34】
【0119】
結果によれば、本発明の相溶化剤をSuniso 3GSに加えると、Zerol 150に比べて潤滑剤の戻りが改善される。
【0120】
(実施例34)
実施例29の装置および手順を用いて、POE22ポリオールエステル潤滑剤と比べるために、相溶化剤を入れた場合と入れない場合での、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤を入れた冷媒R410Aを試験した。結果を下記に示す。
【0121】
【表35】
【0122】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、POE22ポリオールエステル潤滑剤に匹敵する改善された潤滑剤戻りが得られる。
【0123】
(実施例35〜36)
冷媒R410AをHCFC−22キャリア熱ポンプ(型番Tech2000)に用いることができるかどうか、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤および本発明の相溶化剤を用いて試験を行った。熱ポンプを、潤滑剤溜めにのぞき窓およびレベル管を備えたR410Aコープランドスクロールコンプレッサー(ZP32K3E R−410)に装備した。ファン−コイルユニットを環境チャンバーの室内に取り付け、屋外ユニットを屋外に取り付けた。吸引ラインにある外径1.59cm(5/8インチ)の銅管および液体ラインにある外径1.27cm(1/2インチ)の銅管により2つのユニットを接続した。システムに冷媒3,180グラムおよび相溶化剤を含有する潤滑剤1,110グラムを充填した。ポリオールエステル潤滑剤を入れた冷媒R410Aを比較のための基準線として用いた。ASHRAE冷却および低温加熱条件で試験を行った。冷却について、屋内は26.7℃(80°F)および50%の相対湿度、屋外27.8℃(82°F)および40%の相対湿度に制御した。低温加熱について、屋内は21.1℃(70°F)および57%の相対湿度、屋外−8.3℃(17°F)および60%の相対湿度に制御した。冷媒側測定の結果を下記に示す。
【0124】
【表36】
【0125】
【表37】
【0126】
結果によれば、相溶化剤をZerol 150、Suniso 3GSまたは4GSに加えると、潤滑剤戻り、エネルギー効率および容量が大幅に増大し、いくつかのケースにおいてはポリオールエステルに匹敵またはこれを超える性能である。同様に、加熱中に大幅にEERも改善される。
【0127】
(実施例37)
実施例32の装置および手順を用いて、本発明の相溶化剤を入れたR410Aを試験した。冷却の結果を以下の表に示す。
【0128】
【表38】
【0129】
データによれば、ペンタンのみを用いると潤滑油の戻り、容量およびエネルギー効率が不適切である。相溶化剤としてのPnB/DPnBは、性能を増大し、相溶化剤としてのPnB/DPnB/ペンタンは、ポリオールエステル潤滑剤POE22を含むEERに匹敵する最良の性能を与える。
【0130】
(実施例38)
実施例32の装置および手順を用いて、本発明の相溶化剤を入れたR410Aを試験した。ただし、この試験では、HCFC−22蒸発器をR410A蒸発器に代えた。冷却についての結果を下記に示す。
【0131】
【表39】
【0132】
データによれば、システムがHCFC−22凝縮器およびR410A蒸発器を有していても、純粋なZerol 150に対し、相溶化剤を用いると、容量、エネルギー効率および潤滑剤戻りにおいて大幅な改善を示している。
【0133】
(実施例39)
R410A冷媒をR410A熱ポンプに用いることができるかどうか、Zerol 150アルキルベンゼン潤滑剤および本発明の相溶化剤を用いて試験を行った。熱ポンプを、潤滑剤溜めののぞき窓およびレベル管に装着した。ファン−コイルユニットを環境チャンバーの室内に取り付け、屋外ユニットを屋外に取り付けた。吸引ラインにある外径1.59cm(5/8インチ)の銅管および液体ラインにある外径1.27cm(1/2インチ)の銅管により2つのユニットを接続した。システムに冷媒3,860グラムおよび本発明の相溶化剤を含有する潤滑剤1270mlを充填した。POE22ポリオールエステル潤滑剤を入れた冷媒R410Aを比較のための基準線として用いた。ASHRAE冷却条件で試験を行った。冷却について、屋内は26.7℃(80°F)および50%の相対湿度、屋外27.8℃(82°F)および40%の相対湿度に制御した。冷媒側測定の結果を下記に示す。
【0134】
【表40】
【0135】
結果によれば、本発明の相溶化剤をZerol 150に加えると、潤滑剤の戻り、容量および効率が改善される。1−オクチルピロリジン−2−オンアミド相溶化剤を用いると、POE22ポリールエステル潤滑剤基準線に匹敵する性能を示す。
【0136】
(実施例40)
HFC−134aを家庭用冷蔵庫(Whirlpool21立方フィート)に用いることができるかどうか、従来の潤滑剤Zerol 150またはSuniso 3GSおよび本発明の相溶化剤を用いて試験を行った。冷蔵庫には、圧力および温度測定装置ならびに密閉往復コンプレッサーおよび2つのファンに取り付けられた電力測定装置が装着されていた。コンプレッサーにまた、のぞき窓を取り付けて、操作中の潤滑剤レベルを監視した。冷蔵庫を27.8℃および40%の相対湿度に制御された部屋で試験した。冷蔵庫をオンにし、冷凍庫が3.3℃になるまで冷却した。温度、圧力および電力投入に基づいて熱力学モデルを用いてエネルギー効率(COP)および容量を計算した。全ての試験において、潤滑剤レベルは適正で、潤滑剤戻りの問題はなかった。
【0137】
【表41】
【0138】
結果によれば、本発明の相溶化剤を従来の潤滑剤と共に用いると、エネルギー効率が大幅に改善する。低粘度アルキルベンゼン潤滑剤(Zerol 75)のみを用いるのと比べても改善が示されている。POE22ポリオールエステル潤滑剤に対して容量も改善された。
【0139】
(実施例41)
本発明の相溶化剤を、Zerol 150と混合し、50%の一定湿度チャンバーにおいて浅い皿に入れた。組成物の周期的試料を取り出し、水のカールフィッシャー滴定により分析した。ポリオールエステル、ポリビニルエーテルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤に対する結果をppm水で示す。
【0140】
【表42】
【0141】
結果によれば、本発明の相溶化剤/潤滑剤組成物は、ポリオールエステルより水の吸収が少なく、ポリビニルエーテルおよびポリアルキレングリコール潤滑剤よりも水の吸収が大幅に少ない。本発明の相溶化剤/潤滑剤組成物はある程度水を吸収するため、Zerol 150よりも利用可能な遊離(非混和性)水のリスクも少ない。遊離水は、膨張装置で凍結して、コンプレッサーを故障させる可能性がある。
【0142】
(実施例42)
本発明の組成物の熱安定性を試験した。ステンレス鋼、アルミニウムおよび銅切取り試片を、R410A冷媒、Zerol 150潤滑剤および本発明の相溶化剤を含有する封止したガラス管に入れた。4つのケースについて、1,000ppmの水を加えた。管を175℃で14日間保持した。結果を下記の表に示す。
【0143】
【表43】
【0144】
結果によれば、本発明の組成物は、1,000ppmの水があっても熱的に安定であり、酸は形成されていない。水の存在するポリオールエステル潤滑剤は、加水分解および酸の形成のために銅の腐食を招いた。
【0145】
(実施例43)
Keithley型番617電位計に接続されたBalsbaugh液体試験セルを用いてASTM D−1169により体積抵抗を測定した。Keithley型番247高圧電源を励起光源として用いた。抵抗および誘電率の両方を計算するのに用いたキャパシタンスをGenRad型番1189キャパシタンスブリッジにより測定した。結果を下記に示す。
【0146】
【表44】
【0147】
結果によれば、本発明の組成物は、POE22ポリオールエステル潤滑剤に比べて電気特性が改善された。体積抵抗の増大および誘電率の減少が示され、これによって電気絶縁特性が改善され、コンプレッサーの電気モーター巻き線材料が保護される。
【0148】
(実施例44)
Zerol 150中でのR140A冷媒を入れた本発明の組成物について溶解度および粘度測定を行った。データを用いて、10℃、1MPaでの蒸発器条件下、および後に粘度を減少させた状態で、潤滑剤中に溶解した冷媒の量を求めた。データをR410A/POE22およびR410A/Zerol 150と比較した。圧縮条件で、潤滑剤に溶解させた粘度およびパーセント冷媒も80℃、2.5MPaで求めた。結果を下記に示す。
【0149】
【表45】
【0150】
結果によれば、従来のアルキルベンゼン潤滑剤に加えると、本発明の相溶化剤により蒸発器中で冷媒の溶解度が大幅に増大し、続いて粘度が減少している。この粘度の減少の結果、潤滑剤のコンプレッサーへの戻りが改善できる。圧縮条件ではPOE22よりも潤滑剤中での冷媒の溶解が少ないため、コンプレッサーを効率的に潤滑するほど十分に粘度は高いままである。
【0151】
(実施例45)
ViscoPro2000粘度計を用いて、POE22、Zerol 150および10wt%のPnBおよび5wt%のDPnBを含有するZerol 150の動粘度測定を行った。結果を図10に示す。結果によれば、10%PnBおよび5%DPnBはZerol 150の粘度指数を増やしている。これによって、高温での粘度を減じることなく、低温で低い粘度、POE22と同様のプロフィールという望ましい結果が得られる。これによって、コンプレッサー中の良好な粘度を維持しながら、蒸発器からの潤滑剤の戻りが向上する。
【0152】
(実施例46)
ASTM D4172Bを用いた4個のボール摩耗試験を鋼ボールを用いて行い、本発明の組成物について潤滑特性を評価した。アルキルベンゼン潤滑剤中異なる組み合わせの相溶化剤を用いて試験を60分間実施し、相溶化剤なしの潤滑剤と比べた。摩耗傷および平均摩擦係数を測定した。結果を下記に示す。
【0153】
【表46】
【0154】
結果によれば、本発明の相溶化剤を従来の潤滑剤に添加すると、潤滑特性は同一または改善されている。このことは、摩耗傷のサイズの減少および同様に、摩擦係数の減少から明らかである。Synergolのような耐摩耗性添加剤を添加するとさらに潤滑特性が改善される。
【0155】
(実施例47)
本発明の組成物を用いてコンプレッサー耐久性試験を行った。満液開始試験(flooded start test)をスクロールおよびロータリコンプレッサーで行った。満液開始試験は、コンプレッサー溜めがシャットダウン時に冷媒で溢れるという厳しい条件である。始動中、冷媒の存在によって、潤滑剤の粘度が減少し、その結果、コンプレッサーの潤滑性が不適切となる可能性がある。2層がコンプレッサー溜め中で形成され、潤滑剤がコンプレッサーベアリングへと通常引かれる点で下部に冷媒層を備える非混和性の冷媒/潤滑剤系では、これは特に難しい。コンプレッサーを−12.2℃の吸引温度および37.8℃の吐出し温度で試験した。コンプレッサーを3分間オン、15ミュートオフにするのを1,000サイクルでサイクル動作させた。試験後、コンプレッサーを分解し、摩耗性について検査した。大きな摩耗は観察されなかった。
【0156】
【表47】
【0157】
(実施例48)
本発明の相溶化剤の特定の密閉コンプレッサーに用いられるポリエステルモーター材料との相容性について試験した。ポリエステルフィルム片を、HFC−134a冷媒および異なる潤滑剤/相溶化剤の組み合わせを入れた封止管に入れた。管を150℃で2週間保持した。ポリエステル片を取り出し、180°の弧で10回曲げ、脆化を評価した。液相および気相の両方の片について評価した。結果を下記の表に示す。
【0158】
【表48】
【0159】
データによれば、遊離の水酸基のないDMM(CH3O[CH2CH(CH3)O]2CH3)は、末端水酸基のあるPnB(C4H9OCH2CH(CH3)OH)およびDPnG(C4H9O(CH2CH(CH3)O)2H)に比べて、ポリエステルモーター材料相容性が大幅に改善された。データによればまた、1−オクチル−2−ピロリドンのようなアルキルピロリドンは、ポリエステルモーター材料と相容性があり、ある密閉コンプレッサーに用いるのに好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】様々なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(Shrieve Chemicals製アルキルベンゼン潤滑剤)(25wt%)についての相分離温度(「PST」)(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図2】様々なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤(10wt%)、R401A冷媒(50wt%)およびSuniso(登録商標)3GS(Crompton Co.製鉱油潤滑剤)(40wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図3】様々なケトン相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図4】様々なニトリル相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素窒素比のグラフである。
【図5】様々なクロロカーボン相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素塩素比のグラフである。
【図6】様々なクロロカーボン相溶化剤(10wt%)、R401A冷媒(50wt%)およびSuniso(登録商標)3GS(40wt%)についての相分離温度(℃)対炭素塩素比のグラフである。
【図7】様々なアミド相溶化剤(25wt%)、HFC−134a冷媒(50wt%)およびZerol(登録商標)150(25wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図8】様々なアミド相溶化剤(10wt%)、R401A冷媒(50wt%)およびSuniso(登録商標)3GS(40wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図9】様々なポリオキシアルキレングリコールエーテル相溶化剤(25wt%)、Zerol(登録商標)150(25wt%)および冷媒HFC−32、HFC−125またはR410A(50wt%)についての相分離温度(℃)対炭素酸素比のグラフである。
【図10】POE22(モービル石油製品Arctic EAL22、40℃での動粘度が22csのポリオールエステル潤滑剤)、Zerol(登録商標)150、および10wt%のポリプロピレングリコールn−ブチルエーテル(PnB)、5wt%ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル(DPnB)および85wt%Zerol(登録商標)150の組成物についての動粘度対温度のグラフである。
Claims (11)
- 圧縮冷却および空調に用いる潤滑組成物であって、
(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリ−α−オレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、
(b)
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル、
からなる群より選択される少なくとも1種類の相溶化剤とを含み、
前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比が99:1〜1:1であることを特徴とする潤滑組成物。 - 圧縮冷却および空調に用いる冷却組成物であって、
(a)ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択される少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素と、
(b)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリ−α−オレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、
(c)
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル、
からなる群より選択される少なくとも1種類の相溶化剤とを含み、
前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比が99:1〜1:1であることを特徴とする冷却組成物。 - パラフィン、ナフテン、芳香族および/またはポリ−α−オレフィン潤滑剤を含有する圧縮冷却および空調に用いる冷却組成物であって、
前記冷却組成物は、
(a)ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択される少なくとも1種類のハロゲン化炭化水素と、
(b)
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル、
からなる群より選択される少なくとも1種類の相溶化剤とを含むことを特徴とする冷却組成物。 - 圧縮冷却システムにおいて、非コンプレッサーゾーンからコンプレッサーゾーンへ潤滑剤を戻す方法であって、
(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される潤滑剤を、前記非コンプレッサーゾーンにおいて、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素と、相溶化剤の存在下に接触させ、前記潤滑剤、前記ハロゲン化炭化水素および前記相溶化剤を含む溶液を形成する工程と、
(b)前記溶液を前記冷却システムの前記非コンプレッサーゾーンから前記コンプレッサーゾーンに移す工程とを含み、
前記相溶化剤が、
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル、
からなる群より選択され、
前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比が99:1〜1:1であることを特徴とする方法。 - ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素冷却剤を、パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される潤滑剤において溶解する方法であって、
前記潤滑剤を前記ハロゲン化炭化水素冷却剤と、有効量の相溶化剤の存在下に接触させる工程と、
前記潤滑剤および前記ハロゲン化炭化水素冷却剤の溶液を形成する工程とを含み、前記相溶化剤が、
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素ラジカルから独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル、
からなる群より選択され、
前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比が99:1〜1:1であることを特徴とする方法。 - ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選択されるハロゲン化炭化水素冷却剤を含有する圧縮冷却装置においてコンプレッサーを潤滑する方法であって、
(a)パラフィン、ナフテン、芳香族およびポリアルファオレフィンからなる群より選択される少なくとも1種類の潤滑剤と、
(b)
(i)式R1[(OR2)xOR3]yで表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルであって、xは1〜3の整数から選択され、yは1〜4の整数から選択され、R1は水素および1〜6個の炭素原子とy結合部位を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、R2は2〜4個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、R3は水素および1〜6個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、R1とR3のうち少なくとも1つが前記炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.3〜5.0であるポリオキシアルキレングリコールエーテル、
(ii)式R1CONR2R3およびシクロ−[R4CON(R5)−]で表されるアミドであって、R1、R2、R3およびR5は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、R4は3〜12個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、分子量が120〜300原子質量単位であり、および炭素対酸素比が7〜20であるアミド、
(iii)式R1COR2で表されるケトンであって、R1およびR2は1〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素から独立に選択され、分子量が70〜300原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜13であるケトン、
(iv)式R1CNで表されるニトリルであって、R1は5〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素ラジカルから選択され、分子量が90〜200原子質量単位であり、炭素対窒素比が6〜12であるニトリル、
(v)式RClxで表されるクロロカーボンであって、xは1または2の整数、Rは1〜12個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対塩素比が2〜10であるクロロカーボン、
(vi)式R1OR2で表されるアリールエーテルであって、R1は6〜12個の炭素原子を有するアリール炭化水素ラジカルから選択され、R2は1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから選択され、分子量が100〜150原子質量単位であり、炭素対酸素比が4〜20であるアリールエーテル、
(vii)式CF3R1で表される1,1,1−トリフルオロアルカンであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択される1,1,1−トリフルオロアルカン、および
(viii)式R1OCF2CF2Hで表されるフルオロエーテルであって、R1は5〜15個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択されるフルオロエーテル、
からなる群より選択される少なくとも1種類の相溶化剤とを含む組成物を前記コンプレッサーに加える工程を含み、
前記潤滑剤対前記相溶化剤の重量比が99:1〜1:1であることを特徴とする方法。 - (i)式R1[(OR2)xOR3]yにより表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルにおいて、xは1または2の整数から選択され、yは1であり、R1およびR3は水素および1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから独立に選択され、R2は2または3個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、前記ポリオキシアルキレングリコールエーテルの分子量が100〜250原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.5〜4.0であり、
(ii)前記アミドの分子量は160〜250原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜16であり、
(iii)式R1COR2により表されるケトンにおいて、R1およびR2は1〜9個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから独立に選択され、前記ケトンの分子量が100〜200原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜10であり、
(iv)式R1CNで表されるニトリルにおいて、R1は8〜10個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素ラジカルから選択され、前記ニトリルの分子量が120〜140原子質量単位、炭素対窒素比が8〜9であり、
(v)前記クロロカーボンの分子量は120〜150原子質量単位であり、炭素対塩素比が6〜7であり、
(vi)前記アリールエーテルの炭素対酸素比が7〜10であることを特徴とする、請求項1、2もしくは3に記載の組成物、または請求項4に記載の方法、または請求項5もしくは6に記載の方法。 - 式R1[(OR2)xOR3]yにより表されるポリオキシアルキレングリコールエーテルにおいて、xは1または2の整数から選択され、yは1であり、R1およびR3は水素および1〜4個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ラジカルから独立に選択され、R2は3個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレンラジカルから選択され、前記ハロゲン化炭化水素がハイドロフルオロカーボンからなるときは、前記ポリオキシアルキレングリコールエーテルの分子量が125から250原子質量単位であり、炭素対酸素比が2.5〜4.0であり、前記ハロゲン化炭化水素が少なくとも1種類のハイドロクロロフルオロカーボンを含むときは、炭素対酸素比が3.5〜5.0であることを特徴とする、請求項2もしくは3に記載の組成物、または請求項4に記載の方法、または請求項5もしくは6に記載の方法。
- 前記アミドが、式シクロ−[(CR6R7)nCON(R5)−]により表され、nは3〜5の整数から選択され、R6およびR7は水素であるか、またはnメチレン単位中に一つの飽和炭化水素ラジカルを含有し、R5は1〜12個の炭素原子を含有する飽和炭化水素ラジカルから選択され、前記アミドの分子量が160〜250原子質量単位であり、炭素対酸素比が7〜16であることを特徴とする、請求項1、2もしくは3に記載の組成物、または請求項4に記載の方法、または請求項5もしくは6に記載の方法。
- 請求項3に記載の組成物を前記装置に加える工程を含む、相溶化剤を圧縮冷却装置に供給することを特徴とする方法。
- 任意選択的に有効量の香料を含むことを特徴とする、請求項1、2もしくは3の組成物、または請求項4に記載の方法、または請求項5もしくは6に記載の方法。
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