JP2785066B2 - 圧縮型冷凍機用潤滑油 - Google Patents

圧縮型冷凍機用潤滑油

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JP2785066B2
JP2785066B2 JP2146145A JP14614590A JP2785066B2 JP 2785066 B2 JP2785066 B2 JP 2785066B2 JP 2146145 A JP2146145 A JP 2146145A JP 14614590 A JP14614590 A JP 14614590A JP 2785066 B2 JP2785066 B2 JP 2785066B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な圧縮型冷凍機用潤滑油に関するもので
ある。さらに詳しくいえば、本発明は、特に、環境汚染
で問題となっている冷媒のジクロロジフルオロメタン
(以下、フロン12と称す)の代替となりうる1,1,1,2−
テトラフルオロエタン(以下フロン134aと称す)との相
溶性が良好で、かつ潤滑性能に優れた、ポリオキシアル
キレングリコール誘導体を主成分とする圧縮型冷凍機用
潤滑油に関するものである。
〔従来の技術〕
圧縮型冷凍機は、一般に圧縮機,凝縮器,膨張弁,蒸
発器から構成され、冷媒と潤滑油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
縮冷凍機においては、装置の種類にもよるが、一般に、
圧縮機内では50℃以上の温度に、冷却器内では−40℃程
度の温度となるので、冷媒と潤滑油は、通常−40〜+50
℃の範囲の温度で相分離することなく、この系内を循環
することが必要である。もし、相分離が生じると装置の
寿命や効率などに著しい悪影響をもたらす。例えば、圧
縮機部分で冷媒と潤滑油の相分離が生じると、可動部が
潤滑不良となって、焼き付きなどを起こし、装置の寿命
を著しく短くするし、一方蒸発器内で相分離が生じる
と、粘度の高い潤滑油が存在するために熱交換の効率低
下をもたらす。
また、冷凍機用潤滑油は、冷凍機の可動部分を潤滑す
る目的で用いられることから、潤滑性能も当然重要とな
り、特に圧縮機内は高温となるため、潤滑に必要な油膜
を保持しうる粘度を有することが要求される。この必要
とされる粘度は、使用する圧縮機の種類,使用条件など
により異なるが、通常冷媒と混合する前の潤滑油の粘度
は、温度100℃で2〜50センチストークスの範囲が好ま
しい。
この粘度が前記の値より低いと油膜が薄くなって潤滑
不良を起こしやすいし、高いと熱交換と効率が低下す
る。また、冷凍機用潤滑油は高温から低温の広い温度範
囲で循環使用されることから、その粘度指数が高いこと
が好ましく、通常40以上の粘度指数が要求され、さら
に、その他の性能として、膨張弁での氷結による弁の閉
塞を防止するための低い吸湿性などが要求される。
従来、圧縮型冷凍機の冷媒としては、フロン12が多く
用いられ、また潤滑油としては、前記の要求特性を満た
す種々の鉱油や合成油が用いられてきた。しかしなが
ら、フロン12は、オゾン層を破壊するなど環境汚染をも
たらすおそれがあることから、最近、世界的にその規制
が厳しくなりつつあり、そのため、新しい冷媒としてフ
ロン134aが注目されるようになってきた。このフロン13
4aは、オゾン層を破壊するおそれが少ない上に、従来の
冷凍機の構造をほとんど変更することなく、フロン12と
代替が可能であるなど、圧縮型冷凍機用冷媒として好ま
しいものである。
圧縮型冷凍機の冷媒として、フロン12の代わりに前記
のフロン134aが採用されると、潤滑油としては、当然、
このフロン134aとの相溶性に優れ、かつ前記の要求性能
を満たしうる潤滑性能に優れたものが要求されるが、従
来のフロン12と共に用いられてきた潤滑油は、フロン13
4aとの相溶性が良くないため、フロン134aに適した新し
い潤滑油が必要となる。この場合、特に自動車用空調機
においては、フロンの代替に際し、装置の構造をほとん
ど変化させないことが要望されており、潤滑油のため
に、現装置の構造を大きく変化させることは望ましいこ
とではなく、したがって、フロン134aと極めて良好な相
溶性を有する潤滑油が要求される。
フロン134aと相溶性を有する潤滑油としては、例えば
ポリアルキレングリコール系から成るウルコンLB−165
やウルコンLB−525(いずれもユニオンカーバイド社
製、商品名)が知られており、またこれらの潤滑油は、
少なくとも−50℃の低温において、フロン134aと全組成
比で相溶することが報告されている。〔「リサーチ・デ
ィスクロウジャー(Research Disclosure)」第17463号
(1978年10月)〕。
しかしながら、これらの潤滑油は、ポリプロピレング
リコールの片方の末端が水酸基で、他方の末端がn−ブ
チルエーテル結合を有するポリアルキレングリコール誘
導体であって、低温側ではフロン134aと比較的良好な相
溶性を有するものの、高温側では相溶性が十分ではな
く、例えば前記ウルコンLB−525は、室温においてはフ
ロン134aと相分離を起こすということも知られている
(米国特許第4,755,316号明細書)。
一方、フロン134aと良好な相溶性を有するものとし
て、1分子中に少なくとも2個の水酸基を有するポリグ
リコールが提案されている(米国特許第4,755,316号明
細書)。しかしながら、このポリグリコールにおいて
は、相溶性は必ずしも十分であるとはいえない上、1分
子中の水酸基数が多いことから、吸湿性の増大と粘度指
数の低下を免れないという欠点がある。吸湿性の増大
は、冷媒と潤滑油との混合物中の溶解水分量の増加をも
たらし、その結果、膨張弁が氷により閉塞を起こすおそ
れがあるし、また粘度指数の低下は、低温の蒸発器での
粘度の増大を招き、熱交換効率を低下させるおそれがあ
る。
なお、ポリグリコールは、フロンとの混合物を低温か
ら高温まで加熱すると、一般に相分離していた混合物
が、いったん相溶し、また相分離するという温度依存性
を示すことが知られている。
他方、フロン134aおよびこれを溶解しうる化合物を吸
収式冷凍機に使用することが提案されているが(特開昭
56−79175号公報)、この吸収式冷凍機は、本発明の対
象である圧縮型冷凍機とは機構が全く異なり、しかも実
施例に記載されているテトラエチレングリコールジメチ
ルエーテルは、粘度が著しく低いために、圧縮型冷凍機
の潤滑油として不適当である。
このようにして、フロン134aとの相溶性が十分に良好
で、かつ潤滑性能に優れた圧縮型冷凍機用潤滑油は、ま
だ見い出されていないのが現状であり、その開発が強く
望まれていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこのような要望にこたえ、特に環境汚染で問
題となっている冷媒のフロン12の代替となりうるフロン
134aとの相溶性が、全使用温度範囲にわたって良好であ
るとともに、潤滑性能に優れた圧縮型冷凍機溶潤滑油を
提供することを目的としてなされたものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、フロン134aとの相溶性と潤滑性能のいず
れも優れた圧縮型冷凍機用潤滑油を開発するために鋭意
研究を重ねた結果、特定の構造を有するポリオキシアル
キレングリコール誘導体を主成分とするものが、前記目
的に適合しうることを見い出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一般式 R1OR2 mOR3 (I) (式中のR1は炭素数が1〜10のアルキル基または結合部
位2〜6個を有する脂肪族炭化水素基,R2は炭素数2〜
4のアルキレン基,R3は炭素数が1〜10のアルキル基,n
は1〜6の整数,mはm×nの平均値が6〜80となる数で
ある。ただし、R1およびR3が同時にメチル基である場合
を除く。) で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体を主
成分とする圧縮型冷凍機用潤滑油を提供するものであ
る。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明潤滑油は、一般式 R1OR2 mOR3 (I) で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体を主
成分とするものである。
式中のR1は炭素数が1〜10のアルキル基または結合部
位2〜6個を有する脂肪族炭化水素基,R2は炭素数2〜
4のアルキレン基,R3は炭素数1〜10のアルキル基,nは
1〜6の整数,mはm×nの平均値が6〜80となる数であ
る。ただし、R1およびR3のすべてが同時にメチル基であ
る場合は除かれる。すなわち、一般式(I)において、
n=1のときはR1およびR3が共にメチル基である場合は
除かれ、n≧2のときはR1および全てのR3が同時にメチ
ル基である場合が除かれる。
該アルキル基は直鎖状,分枝鎖状,環状のいずれであ
ってもよい。該アルキル基の具体例としては、メチル
基,エチル基,n−プロピル基,イソプロピル基,各種ブ
チル基,各種ペンチル基,各種ヘキシル基,各種ヘプチ
ル基,各種オクチル基,各種ノニル基,各種デシル基,
シクロペンチル基,シクロヘキシル基などを挙げること
ができる。
このアルキル基の炭素数が10を超えるとフロン134aと
の相溶性が低下し、相分離を生じるようになる。好まし
いアルキル基の炭素数は1〜6である。該R1およびR
3は、同一であってもよいし、たがいに異なっていても
よい。さらにnが2以上の場合は、1分子中の複数のR3
は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
R1が結合部位2〜6個を有する炭素数1〜10の脂肪族
炭化水素基である場合、この脂肪族炭化水素基は鎖状の
ものであってもよいし、環状のものであってもよい。結
合部位2個を有する脂肪族炭化水素基としては、例えば
エチレン基,プロピレン基,ブチレン基,ペンチレン
基,ヘキシレン基,ヘプチレン基,オクチレン基,ノニ
レン基,デシレン基,シクロペンチレン基,シクロヘキ
シレン基などが挙げられる。また、結合部位3〜6個を
有する脂肪族炭化水素基としては、例えばトリメチロー
ルプロパン,グリセリン,ペンタエリスリトール,ソル
ビトール,1,2,3−トリヒドロキシシクロヘキサン,1,3,5
−トリヒドロキシシクロヘキサンなどの多価アルコール
から水酸基を除いた残基を挙げることができる。
この脂肪族炭化水素基の炭素数が10を超えるとフロン
134aとの相溶性が低下し、相分離が生じるようになる。
好ましい炭素数は2〜6である。
前記一般式(I)中のR2は炭素数2〜4のアルキレン
基であり、繰り返し単位のオキシアルキレン基として
は、オキシエチレン基,オキシプロピレン基,オキシブ
チレン基が挙げられる。1分子中のオキシアルキレン基
は同一であってもよいし、2種以上のオキシアルキレン
基が含まれていてもよいが、1分子中に少なくともオキ
シプロピレン単位を含むものが好ましく、特にオキシア
ルキレン単位中に50モル%以上のオキシプロピレン単位
を含むものが好適である。
前記一般式(I)中のnは1〜6の整数で、R1の結合
部位の数に応じて定められる。例えばR1がアルキル基の
場合、nは1であり、R1が結合部位2,3,4,5および6個
を有する脂肪族炭化水素基である場合、nはそれぞれ2,
3,4,5および6となる。また、mはm×nの平均値が6
〜80となる数であり、m×nの平均値が前記範囲を逸脱
すると本発明の目的は十分に達せられない。
本発明潤滑油に用いられる前記一般式(I)で表され
るポリオキシアルキレングリコール誘導体は、次に示す
種々の方法によって製造することができる。
(A)法: エチレンオキシドやプロピレンオキシドなどの炭素数
2〜4のアルキレンオキシドを水や水酸化アルカリを開
始剤として重合させて、一般式 HOR2 pOH (II) (式中のpは平均値が6〜80の数であり、R2は前記と同
じ意味をもつ) で表される両末端に水酸基を有するポリオキシアルキレ
ングリコールを得たのち、このものの水酸基の両方をエ
ーテル化することにより、一般式 R4OR2 pOR3 (III) (式中のR3およびR4は炭素数1〜10のアルキル基であ
り、それらは同一であってもよいし、たがいに異なって
いてもよく、R2およびpは前記と同じ意味をもつ。ただ
し、R3およびR4が同時にメチル基である場合を除く。) で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体が得
られる。
(B)法: 炭素数1〜10の一価アルコールまたはそのアルカリ金
属塩を開示剤として、炭素数2〜4アルキレンオキシド
を重合させて、一般式 R5OR2 pOH (IV) (式中のR5は炭素数1〜10のアルキル基であり、R2およ
びpは前記と同じ意味をもつ) で表される、一方の末端にエーテル結合を有し、他方の
末端が水酸基であるポリオキシアルキレングリコールモ
ノアルキルエーテルを得たのち、このものの水酸基をエ
ーテル化することにより、一般式 R5OR2 pOR3 (V) で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体が得
られる。
(C)法: 炭素数1〜10の二価ないし六価の多価アルコールまた
はアルカリ金属塩を開始剤として、炭素数2〜4のアル
キレンオキシドを重合させて、一般式 R4OR2 qOH〕 (VI) (式中のR6は結合部位2〜6を有する炭素数1〜10の脂
肪族炭化水素基,rは2〜6の整数,qはq×rの平均が6
〜80となる数であり、R2は前記と同じ意味をもつ) で表される末端に水酸基を有するポリオキシアルキレン
グリコール誘導体を得たのち、このものの水酸基をエー
テル化することにより、一般式 R6OR2 qOR3 (VII) (式中のR2,R3,R6,qおよびrは前記と同じ意味をもつ) で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体が得
られる。
末端に水酸基を有するポリオキシアルキレングリコー
ルまたはその誘導体の該水酸基をエーテル化するには、
通常このものに、金属ナトリウムなどのアルカリ金属や
ナトリウムメトキシドなどの低級アルコールのアルカリ
金属塩を反応させて、該ポリオキシアルキレングリコー
ルまたはその誘導体のアルカリ金属塩を得たのち、これ
に、炭素数1〜10のアルキルハロゲン化物,硫酸エステ
ルまたはスルホン酸エステルを反応させる方法、あるい
は、該ポリオキシアルキレングリコールまたはその誘導
体の水酸基をスルホン酸エステルやハロゲン化物に変換
後、これに炭素数1〜10の脂肪族アルコールまたはその
アルカリ金属塩を反応させる方法などが通常用いられ
る。
このようにして得られた本発明のポリオキシアルキレ
ングリコール誘導体において、オキシアルキレン単位の
結合様式は、オキシプロピレン単位やオキシブチレン単
位の場合、通常頭−尾であるが、頭−頭,尾−尾の結合
様式も少量含まれることもある。本発明潤滑油は、この
ようにして得られた前記一般式(I)で表わされるポリ
オキシアルキレングリコール誘導体を主成分とするもの
であるが、このポリオキシアルキレングリコール誘導体
は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用
いてもよい。また、該潤滑油は、前記一般式(I)で表
わされるポリオキシアルキレングリコール誘導体以外
に、末端に水酸基を有するポリオキシアルキレングリコ
ール誘導体を該水酸基の含有量が全末端に対して、30モ
ル%以下になるような割合であれば、含有していても好
適に使用することができる。この水酸基の含有量が30モ
ル%を超えると吸湿性が増大し、粘度指数が低下するの
で好ましくない。
なお、前記一般式(I)におけるR1やR3が芳香族系で
あるポリオキシアルキレングリコール誘導体では、理由
は明確ではないが、本発明の目的を達成することができ
ない。
また、本発明潤滑油は、潤滑に必要な油膜厚さを保持
するために温度100℃における粘度が2〜50センチスト
ークス,好ましくは5〜30センチストークスの範囲にあ
ることが望ましい。また、本発明潤滑油には、従来潤滑
油に慣用されている各種添加剤,例えば耐荷重添加剤,
塩素捕捉剤,酸化防止剤,金属不活性化剤,消泡剤,清
浄分散剤,粘度指数向上剤,油性剤,耐摩耗添加剤,極
圧剤,防錆剤,腐食防止剤,流動点降下剤などを、所望
に応じ添加することができる。
上記耐荷重添加剤としては、モノスルフィド類,ポリ
スルフィド類,スルホキシド類,スルホン類,チオスル
フィネート類、硫化油脂,チオカーボネート類、チオフ
ェン類,チアゾール類,メタンスルホン酸エステル類な
どの有機硫黄化合物系のもの、リン酸モノエステル類,
リン酸ジエステル類,リン酸トリエステル類(トリクレ
ジルホスフェート)などのリン酸エステル系のもの、亜
リン酸モノエステル類,亜リン酸ジエステル類,亜リン
酸トリエステル類などの亜リン酸エステル系のもの、チ
オリン酸トリエステル類などのチオリン酸エステル系の
もの、高級脂肪酸,ヒドロキシアリール脂肪酸類,含カ
ルボン酸多価アルコールエステル類,金属セッケンなど
の脂肪酸系のもの、多価アルコールエステル類,アクリ
ル酸エステル類などの脂肪酸エステル系のもの、塩素化
炭化水素類,塩素化カルボン酸誘導体などの有機塩素系
のもの、フッ素化脂肪族カルボン酸類,フッ素化エチレ
ン樹脂,フッ素化アルキルポリシロキサン類,フッ素化
黒鉛などの有機フッ素系のもの、高級アルコールなどの
アルコール系のもの、ナフテン酸塩類(ナフテン酸
鉛),脂肪酸塩類(脂肪酸鉛),チオリン酸塩類(ジア
ルキルジチオリン酸亜鉛),チオカルバミン酸塩類,有
機モリブデン化合物,有機スズ化合物,有機ゲルマニウ
ム化合物,ホウ酸エステル類などの金属化合物系のも
の、塩素捕捉剤としては、グリシジルエーテル基含有化
合物,エポキシ化脂肪酸モノエステル類,エポキシ化油
脂,エポキシシクロアルキル基含有化合物,酸化防止剤
としては、フェノール類(2,6−ジターシャリブチル−
p−クレゾール),芳香族アミン類(α−ナフチルアミ
ン)、金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール誘
導体、消泡剤としては、シリコーンオイル(ジメチルポ
リシロキサン),ポリメタクリレート類、清浄分散剤と
しては、スルホネート類,フェネート類,コハク酸イミ
ド類、粘度指数向上剤としては、ポリメタクリレート,
ポリイソブチレン,エチレン−プロピレン共重合体,ス
チレン−ジエン水素化共重合体などが挙げられる。
本発明潤滑油は、冷媒との相溶性と潤滑性能に優れ、
圧縮型冷凍機用として用いられるが、従来の潤滑油と異
なりフロン134aとの相溶性が良好であるので、特に冷媒
としてフロン134aを使用する圧縮型冷凍機用として好適
である。また冷媒との相溶性を改善する目的で、他の圧
縮型冷凍機用潤滑油に混合して使用することもできる。
〔実施例〕
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
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。
参考例1 撹拌機,滴下ロートを取り付けたガラス製200ml三つ
口フラスコに、日本油脂株式会社製ユニルーブMB−11を
50g,水酸化カリウム7.9g(0.14モル),トルエン80mlを
加えトルエン加熱還流下に撹拌しながら塩化ベンジル1
5.2g(0.12モル)を滴下ロートより30分かけて加えた。
その後4時間加熱,還流したのち、室温まで冷却し、次
いで反応混合物を分液ロートに移し、飽和食塩水、各50
mlを用いて5回洗浄した。トルエンを留去後、真空ポン
プ減圧下(0.1mmHg)、100℃,1時間乾燥して、目的とす
るユニルーブMB−11のベンジルエーテル49.0gを得た。
製造例1 撹拌機,蒸留ヘッドを取り付けたガラス製300ml三つ
口フラスコに、ポリオキシプロピレングリコールモノn
−ブチルエーテル(平均分子量1120)65g,トルエン70ml
を加え、加熱,撹拌下にトルエン約20mlを留去して水分
を除去した。冷却後、28重量%ナトリウムメトキシドの
メタノール溶液25g(0.13モル)を加え、加熱してメタ
ノールおよび約20mlのトルエンを留去した。次いで冷却
後、蒸留ヘッドを外し、冷却器,滴下ロールを取り付け
たのち、50℃加熱,撹拌下にヨウ化エチル30g(0.19モ
ル)を滴下ロートより30分かけて加えた。
50℃で1時間,70℃で3時間,さらに105℃で1.5時間
加熱,撹拌したのち、室温まで冷却した。次いで、反応
混合物を分液ロートに移し、飽和食塩水、各50mlを用い
て5回洗浄した。
トルエンを留去後、真空ポンプ減圧下、100℃,1時間
乾燥し、目的とするポリオキシプロピレングリコールモ
ノn−ブチルエーテルのエチルエーテル誘導体58gを得
た。
製造例2 ポリオキシプロピレングリコールモノn−ブチルエー
テルの代わりに、両末端が水酸基であるポリオキシプロ
ピレングリコール(平均分子量1100)65gを用い、28重
量%ナトリウムメトキシドのメタノール溶液,ヨウ化エ
チルをそれぞれ50g(0.27モル),60g(0.38モル)を用
いた以外は、製造例1と全く同じ操作を行い、目的とす
るポリオキシプロピレングリコールジエチルエーテル62
gを得た。
製造例3 ポリオキシプロピレングリコールモノn−ブチルエー
テルの代わりにグリセリンを開始剤としてプロピレンオ
キシドを重合して得た1分子中に水酸基3個有するポリ
オキシプロピレングリコール(平均分子量1000)誘導体
65gを用い、28重量%ナトリウムメトキシドのメタノー
ル溶液,ヨウ化エチルをそれぞれ50g(0.26モル),90g
(0.58モル)を用いた以外は、製造例1と全く同じ操作
を行い、目的とするポリオキシプロピレングリコールト
リエチルエーテル誘導体61gを得た。
実施例1〜3,比較例1〜5 製造例1〜5及び参考例1で得られた化合物,日本油
脂株式会社製ユニルーブMB−11(ポリオキシプロピレン
グリコールモノn−ブチルエーテル,平均分子量100
0)、ならびに製造例1〜3の原料ポリグリコールの相
溶性を測定した。
フロン134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン)に対
し10重量%および20重量%となるように所定量の試料を
耐圧ガラスアンプルに加え、これを真空配管およびフロ
ン134aガス配管に接続した。アンプルを室温で真空脱気
後、液体窒素で冷却し、所定量のフロン134aを採取し
た。次いでアンプルを封じ、恒温槽で−40℃から温度を
上昇させ相分離が始まる温度を測定した。相分離温度が
高いほど好ましい。結果を第1表に示した。
〔発明の効果〕 本発明の圧縮型冷凍機用潤滑油は、ポリオキシアルキ
レングリコールの両末端の水酸基それぞれが、エーテル
化された構造を有するポリオキシアルキレングリコール
誘導体を主成分とするものであって、特に環境汚染で問
題となっているフロン12の代替品として注目されている
フロン134aとの相溶性が全使用温度範囲にわたって良好
であるとともに、潤滑性能に優れており、したがって、
該フロン134aを使用する圧縮型冷凍機用の潤滑油として
極めて好適である。
さらに、該ポリオキシアルキレングリコール誘導体
は、冷媒との相溶性を改善する目的で、他の圧縮型冷凍
機用潤滑油に混合して使用することもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10M 107/34,105/18 C09K 5/04 C10N 30:00,40:30,70:00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 R1OR2 mOR3 (式中のR1は炭素数が1〜10のアルキル基または結合部
    位2〜6個を有する脂肪族炭化水素基,R2は炭素数2〜
    4のアルキレン基,R3は炭素数が1〜10のアルキル基,n
    は1〜6の整数,mはm×nの平均値が6〜80となる数で
    ある。ただし、R1およびR3が同時にメチル基である場合
    を除く。また、更に、nが1の場合で、R2がオキシエチ
    レン単位とオキシプロピレン単位からなり、かつR1とR3
    がメチル基とブチル基の組み合わせであるものを除
    く。) で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体(平
    均分子量700以下のものを除く)を主成分とする圧縮型
    冷凍機用潤滑油。
  2. 【請求項2】圧縮型冷凍機が冷媒として1,1,1,2−テト
    ラフルオロエタンを用いたものである請求項1記載の潤
    滑油。
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