JPH03217494A - 冷凍機油 - Google Patents

冷凍機油

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JPH03217494A
JPH03217494A JP2012303A JP1230390A JPH03217494A JP H03217494 A JPH03217494 A JP H03217494A JP 2012303 A JP2012303 A JP 2012303A JP 1230390 A JP1230390 A JP 1230390A JP H03217494 A JPH03217494 A JP H03217494A
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JP
Japan
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acid
alcohol
present
refrigerating machine
ester
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JP2012303A
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Toshiya Hagiwara
敏也 萩原
Akimitsu Sakai
酒井 章充
Kozo Kitazawa
北澤 宏造
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Priority to EP91100747A priority patent/EP0440069B1/en
Priority to DE91100747T priority patent/DE69100450T2/de
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフル才ロエタン雰囲気下で用いる潤滑油に関す
るものであり、特に水素含有フル才ロエタン系冷媒雰囲
気下で用いる冷凍機油に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕最近、
オゾン層保護のため冷蔵庫やカークーラーに使用されて
いるジクロ口ジフル才口メタン(フロン12)が使用規
制され、将来的には使用禁止されようとしている。その
ため、このフロン12の代替品として、オゾン層を破壊
することのない各種のフル才ロエタン系の冷媒が開発さ
れている。
これらのフルオロエタン系の冷媒はフロン12に比べて
極性が高く、従来より冷凍機油として使用されているナ
フテン系鉱油やポリα−オレフィン、アルキルベンゼン
等の潤滑油ではこれらのフル才ロエタン系冷媒との相溶
性が悪く、低温において二層分離を起こす。二層分離を
起こすと、オイル戻りが悪くなり、熱交換器としての凝
縮器や蒸発器の付近に厚い油膜を付着して伝熱を妨げた
り、潤滑不良や起動時の発泡の発生等の重要欠陥の原因
となる。そのために、従来の冷凍機油はこれらの新しい
冷媒雰囲気下での冷凍機油として使用することができな
い。
また、潤滑性についてもフロン12においては、それが
一部分解して塩化水素を発生させ、この塩化水素が摩擦
面と反応して、塩化物皮膜を形成し潤滑性を良好にする
という効果があった。
しかしながら、塩素原子を含んでいないペンタフル才口
エタンや1, 1. 1−トリフル才ロエタン、l,■
−シフルオ口エタン等のようなフルオロエタン系冷媒に
はこのような効果が期待できないため、これと共に使用
する冷凍機油には従来のものより一層優れた潤滑性が求
められる。
更に冷凍機油としては、冷媒雰囲気下での熱安定性の良
いことや、冷蔵庫に用いられる絶縁材、カーエアコンに
用いられるホース等の有機材料に悪影響を及ぼさないこ
とが求められる。
これらのフル才ロエタン系の冷媒との相溶性の問題に対
しては、ポリエーテル系の潤滑油が提案されている。ポ
リエーテル系潤滑油は、ナフテン系鉱油に比べ極性が高
いので、これらの冷媒との低温での相溶性はたしかに良
好である。
しかしながら、米国特許第4755316号明細書に述
べられているように、ポリエーテル系潤滑油は逆に温度
が上昇すると二層分離を起こすという問題があり、冷凍
機油として安心して使用することができない。
また、ポリエーテル系潤滑油にはこの外にもいくつかの
問題がある。1つは極性が高いために、冷蔵庫に用いら
れているPETフィルム等の絶縁材料と相互作用し、悪
影響を及ぼす。また、もう1つの問題は吸湿性の大きい
ことである。
この潤滑油中の水分のために、冷媒雰囲気下での熱安定
性を悪くしたり、有機材料であるPETフィルム等を加
水分解させたりする。
更に、潤滑性についても、ポリエーテル系潤滑油は十分
良好であるとは言えず、従来のフロン12−ナフテン系
鉱油の系に比べ、フル才口エタン系冷媒−ポリエーテル
系潤滑油の系は劣っている。
一方、冷凍機油の分野においてエステルをフル才口メタ
ンと共に使用する方法がいくつか提案されており、例え
ば、特開昭56−131548号、特開昭56−133
241号、特開昭61−181895号、特開昭62−
592号各公報等に開示されている。また、特開昭56
−125494号、特開昭56−125495号、特開
昭61−62596号各公報には、エステルを他の潤滑
油と混ぜて使用する例が述べられている。
また、エステルに添加剤を加えた使用例が、特開昭55
−155093号、特開昭56−36570号、特開昭
56−125494号、特開昭58−15592号、特
開昭58−103594号、特開昭61−171799
号、特開昭62292895号各公報に述べられている
。しかしながら、これらはいずれもジクロ口ジフル才口
メタン(フロン12)やモノクロ口ジフル才口メタン(
フロン22)系冷媒と共に用いられる系を対象としたも
のであり、フル才ロエタン系冷媒についてはまったく触
れられていない。また、その目的もフロンl2やフロン
22雰囲気下での熱安定性の改善を目的としたものであ
る。その他、特開昭53−143609号と特開昭59
−164393号公報においては、フロン雰囲気下での
熱安定性の向上とともに、フロンとの相溶性についても
述べられている。しかしながら、前者はフロンl2に、
後者はフロン22に溶けすぎないことを目的としており
、フルオロエタン系冷媒との相溶性を向上させることに
ついては何の記述も見られない。
以上述べてきたように、従来技術においては、フル才ロ
エタン系冷媒雰囲気下において、相溶性、熱安定性、潤
滑性に優れた冷凍機用潤滑油の開発が課題とされたこと
はなく、また、そのための具体的提案も全くないのが現
状である。
従って本発明の目的は、充分な粘度を持ち、低温及び高
温においてフルオロエタン系冷媒との相溶性に優れ、か
つ該冷媒雰囲気下での熱安定性、潤滑性に優れた冷凍機
油を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ね
た結果、ある種のエステル化合物が上記目的を達成し得
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、 (a)  第1ヒドロキシ基1〜6個を有する脂肪族多
価アルコールと、 (b)  炭素数1〜10の直鎖又は分岐釦の飽和脂肪
族1価アルコールと、 (c)  炭素数2〜10の多価カルボン酸又はその誘
導体 とから得られるエステルを基油とすることを特徴とする
、水素含有フル才ロエタン系冷媒雰囲気下で用いる冷凍
機油を提供するものである。
本発明のエステルの製造に用いられる(a)成分の脂肪
族多価アルコールは、そのヒドロキシ基の内、1〜6個
が第1ヒドロキシ基となったものであり、具体的には、
ネオペンチルグリコール、2,2−ジエチル−1.3−
プロパンジオール、2−n−ブチルー2−エチル−1,
3−プロパンジオール、トリメチロールエタン、トリメ
チロールプロパン、トリメチロールノナン、ペンタエリ
スリトール及びジペンタエリスリトール等のヒンダード
アルコール、あるいは、エチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレング
リコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレング
リコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタン
ジオール、l,4−ブタンジオール、■,6−ヘキサン
ジオール、2−エチルーl,3−ヘキサンジオール、グ
リセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、1, 2.
 4−ブタントリオール、1, 2. 6−ヘキサント
リオール、ソルビトール及びマンニトール等の多価アル
コールが挙げられる。これらの脂肪族多価アルコールの
炭素原子数は2〜30、好ましくは2〜20、更に好ま
しくは2〜10である。
炭素原子数が30より多いと、粘度が高くなり、フルオ
ロエタン系冷媒との相溶性も悪くなる。
また、第1ヒドロキシ基が6個より多いと粘度が高くな
りすぎる。また、耐熱性の面から、ヒンダードアルコー
ルが特に優れている。
本発明のエステルの製造に用いられる(b)成分の飽和
脂肪族1価アルコールは、炭素原子数が1〜10のもの
であり、更に好ましくは5〜8である。炭素原子数が1
0より多いとフル才ロエタン系冷媒との相溶性が悪くな
る。これらの1価アルコールの具体例としては、メタノ
ール、エタノール、プロバノール、イソプロパノール、
ブタノール、1−メチルプ口パノール、2−メチルプロ
パノール、t−ブタノール、ペンタノール、2−メチル
ブタノール、3−メチルブタノール、1−エチルブ口パ
ノール、ヘキサノール、2−メチルペンタノール、2−
エチルブタノール、2,3−ジメチルブタノール、ヘプ
タノール、2−メチルヘキサノール、3−メチルヘキサ
ノール、5−メチルヘキサノール、オクタノール、2−
エチルヘキサノール、2−メチルヘプタノール、3,5
−ジメチルヘキサノール、ノナノール、3,5.5 −
 } 1)メチルヘキサノール、デシルアルコール、2
,4.6−} IJメチルヘプタノール等が挙げられる
本発明のエステルの製造に用いられる(c)成分の多価
カルボン酸は、炭素原子数が2〜10のものであり、炭
素原子数がlOより多いとフル才ロエタン系冷媒との相
溶性が悪くなる。これらの多価カルボン酸又はその誘導
体の具体例とじてハ、シュウ酸、マロン酸、メチルマロ
ン酸、コハク酸、エチルマロン酸、ジメチルマロン酸、
メチルコハク酸、グルタル酸、アジビン酸、2,2ジメ
チルコハク酸、2,3−ジメチルコハク酸、2−メチル
グルタル酸、3−メチルグルタル酸、プチルマロン酸、
ジエチルマロン酸、2.2−ジメチルグルタル酸、2.
4−ジメチルグルタル酸、3,3−ジメチルグルタル酸
、2−エチル−2メチルコハク酸、3−メチルアジピン
酸、ピメリン酸、スベリン酸、2,2−ジメチルアジピ
ン酸、アセライン酸、セバシン酸、l,8−デカンニ酸
、1,2.3−プロパントリカルボン酸、βメチル} 
IJカルボン酸等の直鎖又は分岐鎖の飽和脂肪族多価カ
ルボン酸や、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸
、ピロメリット酸等の芳香族多価カルボン酸、あるいは
これらのメチルエステル、エチルエステル、酸無水物等
が挙げられる。
本発明に用いられるエステルは上記(a)〜(c)成分
を反応させて得られるものである。
本発明のエステルとフル才ロエタン系冷媒との低温での
相溶性は、一般に粘度が高くなるにつれて悪くなる。従
って相溶性の面で好ましいエステルは100℃における
動粘度が1 cst以上100cst以下であり、さら
に好ましくは1 cst以上30cst以下である。ま
た、フルオロエタン系冷媒との相溶性という点から、本
発明のエステルの鹸化価は330mgKOH/g以上が
好ましく、350mgKOf{/g以上がさらに好まし
い。これより小さいとフル才ロエタン系冷媒との相溶性
が悪くなる。
本発明のエステルにおいては、金属に対する腐食防止性
や加水分解安定性という点から、エステルの原料である
(a)多価アルコール、(b) 1 価アルコール、(
c)多価カルボン酸又はその誘導体は、いずれかが分岐
構造であれば、特に好ましい。
また、本発明のエステルの中で、(d) (a)成分の
うち、第1ヒドロキシ基1〜2個を有する脂肪族2価の
アルコールと、(b)成分の飽和脂肪族1価アルコール
と、(e) (c)成分のうち、炭素数2〜8の直鎖又
は分岐鎖の飽和脂肪族ジカルボン酸又はその誘導体とか
ら得られるエステルは、フル才ロエタン系冷媒との低温
での相溶性、潤滑性に特に優れている。
上記(d)成分の具体的な例としては、エチレングリコ
ール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール
、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポ
リプロピレングリコール、1.3−プロパンジオール、
1.2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1
.6−ヘキサンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサ
ンジオール等の2価アルコールや、下記式(I)で示さ
れるヒンダードアルコールが挙げられる。これらの脂肪
族2価アルコールの炭素原子数は2〜30、好ましくは
2〜20、更に好ましくは2〜10である。耐熱性の面
から、下記式(I)で示されるヒンダードアルコールが
特に優れている。
R HOCLCCl+2DH ・・・  (+) (式中、R,SR.はそれぞれ炭素数1〜6のアルキル
基を示す。) 上記(e)成分の具体的な例としては、シュウ酸、マロ
ン酸、メチルマロン酸、コハク酸、エチルマロン酸、ジ
メチルマロン酸、メチルコハク酸、グルタル酸、アジピ
ン酸、2.2−ジメチルコハク酸、2,3−ジメチルコ
ハク酸、2−メチルグルタル酸、3−メチルグルタル酸
、プチルマロン酸、ジエチルマロン酸、2,2−ジメチ
ルグルタル酸、2.4−ジメチルグルタル酸、3.3−
ジメチルグルタル酸、2−エチル−2−メチルコハク酸
、3−メチルアジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、2
,2−ジメチルアジピン酸が挙げられる。
上記(bl (d), (e)成分より得られるエステ
ルはフル才ロエタン系冷媒との低温での相溶性が、本発
明の他のエステルと比べ、動粘度が高くても十分優れて
いる。また、潤滑性についても、本発明のエステルの中
で、同じ粘度グレードの3価以上のアルコールから得ら
れるエステルと比べて良好である。
本発明に用いられるエステルは、上記に述べた(a)の
多価アルコール1種以上と、上記に述べた(b)の1価
アルコール1種以上と、上記に述べタ(c)の多価カル
ボン酸又はその低級アルキルエステル、酸無水物等の1
種以上とより、通常のエステル化反応やエステル交換反
応によって得ることができる。この際、多価カルボン酸
またはその誘導体1モルに対して多価アルコール1.5
モル以下を反応させる。1.5モルより多く反応させる
と粘度が高くなる。また、その際、得られるエステルの
酸価は低いほど好ましく、5mgKOH/g以下、特に
1 mgKOfl/g以下、さらに特に0.2mgKD
H/g以下が好ましい。
本発明の冷凍機油は上記エステルを基油とするが、鉱物
油やポリα−才レフィン、アルキルベンゼン、上記以外
のエステル、ポリエーテル、パーフルオロポリエーテル
、リン酸エステル等の合成油、またはこれらの混合油等
を配合しても良い。但し、合成油は上記の物に限定され
るものではない。本発明のエステル/他の潤滑油の混合
重量比は水素含有フルオロエタン系冷媒との相溶性等の
性能を損なわない範囲ならいくらでも良く、一般的には
100/ 0〜5/95、好ましくは100/ O〜1
0/90、更に好ましくは100/0〜30/70であ
る。
本発明のエステルはフル才ロエタン系の冷媒に対して優
れた性能を有するものであって、特に水素含有フル才口
エタン系冷媒雰囲気下に用いた場合に、相溶性、熱安定
性、潤滑性に優れた冷凍機油とすることができる。ここ
で水素含有フル才ロエタン系冷媒とは例えば、1, 1
. 1. 2テトラフル才口エタン(フロン134a)
 、1,1,1,2−テトラフルオ口−2−クロロエタ
ン(フ四ン124)、ペンタフル才口エタン(フロン1
23)、1.1−ジフル才ロー1−クロロエタン(フロ
ン142b) 、1, 1. 1 − 1−リフル才口
エタン(フロン143a> 、1.1−ジフルオ口エタ
ン(フロン152a)等のことである。
本発明の冷凍機油には、必要により通常使用される酸化
防止剤、極圧剤、油性向上剤、消泡剤、金属不活性剤等
の潤滑油添加剤を添加することもできる。
酸化防止剤として使用可能なものは、2,6ジーt−ブ
チルー4−メチルフェノール、4,4゜メチレンビス(
2. 6−ジーt−プチルフェノール)等のフェノール
系酸化防止剤や、p,p−ジオクチルフエニルアミン、
モノオクチルジフェニルアミン、フエノチアジン、3,
7−ジオクチルフエノチ了ジン、フェニル−1−ナフチ
ルアミン、フェニルー2−ナフチルアミン、アルキルフ
エニルー1−ナフチルアミン、アルキルフェニルー2−
ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤や、了ルキルジ
サルファイド、チオジプロピオン酸エステル、ペンゾチ
アゾール等の硫黄系酸化防止剤や、ジアルキルジチオリ
ン酸亜鉛、ジアリールジチオリン酸亜鉛などである。
極圧剤、油性向上剤として使用可能なものは、例えば、
ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアリールジチオリン酸
亜鉛などの亜鉛化合物や、チオジプロビオン酸エステル
、ジアルキルサルファイド、ジベンジルサルファイド、
ジアルキルポリサルファイド、アルキルメル力ブタン、
ジベンゾチオ7エン、2,2”−ジチオビス(ベンゾチ
アゾール)等の硫黄化合物、トリクレジルホスフェート
に代表されるようなトリアリールホスフエートやトリア
ルキルホスフェート、ジアルキルあるいはアリールホス
フェート、トリアルキルあるいはアリールホスファイト
、ジアルキルあるいはアリールホスファイト、モノアル
キルあるいはアリールホスファイト等の燐化合物、パー
フルオロアルキルポリエーテルや、三沸化塩化エチレン
重合物、フッ化黒鉛などの沸素化合物、脂肪酸変性シリ
コーンなどのケイ素化合物、有機モリブデン化合物、二
硫化モリブデン、グラファイト等である。
消泡剤として使用されるものは、ジメチルポリシロキサ
ン等のシリコーン油やジエチルシリケート等のオルガノ
シリケート類等である。金属不活性剤として使用される
ものは、アリザリン、キニザリン、メルカプトベンゾチ
アゾール等である。また、フエニルグリシジルエーテル
、アルキルグリシジルエーテル、エポキシステアリン酸
エステル、エポキシ化植物油などのエポキシ化合物や、
有機錫化合物、ホウ素化合物等のフロン冷媒を安定させ
る添加剤を加えてもよい。
〔発明の効果〕
本発明の冷凍機油は、十分な粘度をもち、水素含有フル
才ロエタン系冷媒との相溶性に優れ、該冷媒雰囲気下で
の熱安定性、潤滑性に優れ、冷凍機用潤滑油として優れ
たものである。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1 1βの4つロフラスコに撹拌機、温度計、窒素吹き込み
管、及び冷却器付きの脱水管を取り付けた。ネオペンチ
ルグリコール52g (0..5mol)と2−メチル
ヘキサノール116g (1,Omol)とグルタル酸
132g (1.0mol)を前記フラスコに取り、窒
素気流下240℃で10時間エステル化反応を行い本発
明品1のエステルを得た。
また表−1に示すアルコール及びカルボン酸を用い、以
下同様な反応を行って本発明品2〜7及び比較品1〜6
のエステルを得た。
得られた本発明品1〜7及び比較品1〜6のエステル、
更に表−1に示す比較品7〜12の40℃及び100℃
における動粘度、並びに粘度指数(JIS K−228
3)を測定した。また、流動点(JISK−2269)
を測定した。
その結果を表−1,に示す。
実施例2 実施例1で得られた本発明品1〜7及び比較品1〜12
の1. 1, 1. 2〜テトラフルオ口エタン(フロ
ン134a)との相溶性を調べるため、1. 1, 1
. 2テトラフル才口エタンに対する各種試料濃度10
 vol%における低温及び高温での二相分離温度を測
定した。
尚、比較品において、低温二相分離温度が不充分なもの
については高温分離温度の測定を省略した。
結果を表−2に示す。
表−2から明らかなように、本発明のエステルは低温に
おける1. 1, 1. 2−テトラフルオ口エタンと
の相溶性に優れ、かつ高温になっても相溶性が低下する
ことはなかった。また、本発明のエステルの中で(b)
, (d), (e)成分から得られるエステル(本発
明品1〜5)は、特に低温での相溶性に優れており、粘
度が高い場合(本発明品2)でも十分優れている。
表 2 実施例3 実施例1で得られた本発明品1, 2, 3. 5. 
7及び比較品7〜10を用い、Falex試験を行い耐
荷重性を調べた。
即ち、1,1,1.2−テトラフルオ口エタン(フロン
134a)を毎分150ccずつ吹き込み、無負荷で1
0分間回転し、続いて200 lbで5分間予備回転し
た後、2分毎に501b荷重を増加させた時の焼き付き
荷重を調べた。
結果を表−3に示す。
表−3から明らかなように、ナフテン油(比較品7)は
、ジクロ口ジフル才口メタン(フロン12)を吹き込ん
だ時(参考例1. 600 lb)に比べ、1, 1,
 1. 2−テトラフルオ口エタンを吹き込んだ時(4
50 lb)は耐荷重性が劣る。ポリαオレフィン(比
較品8)やポリエーテル(比較品9.  10)は1,
 1, I, 2−テトラフル才口エタン吹き込み下で
は550 +b以下であり、耐荷重性が劣っている。一
方、本発明のエステルは1,1,1,2−テトラフル才
口エタン吹き込み下でいずれも600 lb以上であり
、耐荷重性が優れている。
また、(b). (d), (e)成分から得られるエ
ステル(本発明品1.2.3.5)は特に耐荷重性が優
れている。
表−3 注) 料:比較品7のジクロ口ジフルオ口メタン(フロン12
)を吹き込んだ時の測定値 実施例4 実施例1で得られた本発明品1, 2. 3. 5. 
7及び比較品7〜10を用い、Falex試験を行い耐
摩耗性を調べた。
即ち、1. 1. 1. 2−テトラフル才口エタン(
フロン134a)を毎分150ccずつ吹き込み、無負
荷で10分間回転し、続いて200 lbで5分間予備
回転した後、350 lbで60分運転し、運転後のV
ブロックとピンの摩耗量を調べた。
結果を表−4に示す。
表−4から明らかなように、本発明のエステルは、ナフ
テン油(比較品7)やポリα−オレフィン(比較品8)
、ポリエーテル(比較品9,10)に比べ、耐摩耗性が
優れており、ナフテン油にジクロ口ジフル才口メタン(
フロン12)を吹き込んだ時(参考例1)と同等もしく
はそれ以上に優れている。また、(b), (d). 
(e)成分から得られるエステル(本発明品1.2.3
.5)は、特に耐摩耗性が優れている。
表 4 注) *1:比較品7のジクロ口ジフルオ口メタン(フロン1
2)を吹き込んだ時の測定値 実施例5 実施例1で得られた本発明品1. 2. 3, 5. 
7の1.1, 1. 2−テトラフルオ口エタン雰囲気
下での熱安定性を調べるために、鉄、銅、アルミニウム
を触媒としたシールドチューブ試験(l75℃X14日
)を行った。
結果を表−5に示す。
表−5から明らかなように、本発明のエステルは、いず
れも外観は良好で析出物も無く、熱安定性は良好である
表−5 実施例6 実施例1で得られた本発明品1. 5. 7及び比較品
9,lOの吸湿性を調べた。
即ち、25℃、湿度80%の条件下での水分の経時変化
をカールフィッシャー法により求めた。
結果を表−6に示す。
表−6から明らかなように、本発明のエステルは、 比較品のポリエーテルに比べ吸湿性が低い。
表 6

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)第1ヒドロキシ基1〜6個を有する脂肪族多
    価アルコールと、 (b)炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖の飽和脂肪族1
    価アルコールと、 (c)炭素数2〜10の多価カルボン酸又はその誘導体 とから得られるエステルを基油とすることを特徴とする
    、水素含有フルオロエタン系冷媒雰囲気下で用いる冷凍
    機油。
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