KR0152537B1

KR0152537B1 - 압축식 냉동 시스템의 윤활방법

Info

Publication number: KR0152537B1
Application number: KR1019920019866A
Authority: KR
Inventors: 마사또 가네꼬
Original assignee: 이데미쓰 쇼스께; 이데미쓰 고산 가부시끼가이샤
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1998-10-01
Also published as: KR930008404A; US5295357A

Abstract

대체 프론냉매를 사용하더라도 고아물유를 포함하는 각종 냉동기유를 사용하므로써, 압축식 냉동시스템의 윤활을 효과적으로 시행할 수 있는 윤활방법을 제공하는 것으로서, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 된 아축식 냉동시스템에 있어서, 1,1,1,2-테트라플루오르에탄과, 1,1-디클로로-2,2,2-트리플루오르에탄을 주성분으로 하는 혼합냉매와 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R-134)와 디클로로 디플루오르메탄(R-22)을 주성분으로 하는 혼합냉매를 사용함과 동시에 냉동기유로서 40℃의 동적점도가 5-500cst로, 또한 계면장력이 8dyne/cm 이상의 탄화수소화합물 또는 폴리글리콜을 사용하는 압축식 냉동시스템의 윤활방법이다.

대체프론냉매로서 R-134와 R-123,R-22를 상기한 냉동기유와 조합하여 병용하므로서 내마모성 냉각성 및 안정성을 해치는 일이 없이 상기한 냉동시스템을 운전시킬 수가 있는 것이다.

Description

압축식 냉동 시스템의 윤활방법

본 발명은 압축식 냉동 시스템의 윤활방법에 관한 것이다.

보다상세하게는, 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R-134a)와 1,1-티클로로-2,2,2-트리플루오르에탄(R-123)과를 주성분으로 하는 대체프폰계 냉매와 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R-134)와 클로로 디플루오르메탄(R-22)로 된 혼합 냉매와 함께 냉동기유로서 특정의 탄학 수소화합물 및 또는 폴리글리콜을 병용하므로서 압축식 냉동시스템을 내마모성 냉각성및 안정성을 잃는 일이 없이 효율적으로 윤활하는 방법에 관한 것이다.

종래에 압축기 응축기 팽창밸브 또는 모세관 및 증발기로 된 압축식 쟁동시스템에는, 냉배로서 주로 디클로로 디플루어르메탄(R-12)등의 불화탄화수소계의 화합물이 사용되어 왔다.

그리고 이들과 병용해서 문제가 없는 냉동기유가 다수 제조되어 사용되어 왔다.

그러나 종래에 냉매로서 사용되어 온 불화탄화수소 계화합물(이후 프론화합물이라 할 때도 있다.)은 대기중에 방출되었을때 오존층을 파과한다고 하는 의구심 때문에 세계적으로 그에 대체해서 소위대체 프론계 냉매가 사용되게 되었다.

즉 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R-134a)을 위시해서 1,1,2,2-테트라플루오르에탄(R-134b)1,1-티클로로-2,2,2-트리플루오르에탄(R-123),1-클로로-1,1-디플루오르에탄(R-142b)1,1-디클로로-1-플루오르에탄(R-141b)등의 대체프론계 냉매가 개방되어 시판되게 되었다.

이들 대체프론계 냉매중에는 현재 R-134a가 종래의 R-12나 R-22대신에 권장사용되는 추세에 있다.

일반적으로 이들 대체프론계 냉매는 종래의 프론계 냉매와는 성질을 달리하고 있고, 종래의 프론계 냉매로서 주로 사용되어온 광물유와는 상호용해성이 나쁜 결정이 있다. 이 때문에 이들 대체프론계 냉매에 적합한 냉동기유로서 폴리알킬렌 글리콜 화합물(PGA)나 에스테르 화합물등의 합성유가 개발되어 사용되게 되었다(미국 특허 제4,755,316호 명세서 일본국 특개평 3-33193호 공보등).

그러나 이들 합성유도 대체프론계 냉매에 대해 얼만가의 문제점을 갖는다. 즉 R-134에 대해, PAG 나 에스테르와는 상호 용해성은 좋지만 안정성이 충분하지 않다는 결점이 있다. 또 R-134a 에 대해, 안정성이 좋은 광물유등의 탄화수소 화합물은 이번에는 상호용해성이 나쁘고, 이들 양쪽의 요청을 동시에 만족시키는 냉동기유는 좀처럼 발견되지 않은 것이 실정이다.

다시 또 R-134a는, 증기압이 높고 따라서 단독으로 압축식 냉동기에 사용할 수가 있다. 그 R-123은 단독으로는 증기압이 낮기때문에 터보식 냉동기이외에는 사용할 수가 없는 등의 문제점을 갖고, 그외에 내마모성, 냉각성등에 문제를 남기고 있다.

여기서 본 발명자는 압축식 냉동시스템에 있어서, 대체프론계 냉매중에 추천사용되고 있는 R-134a를 냉매로서 사용하는 때의 윤활방법에 대해 예의 연구를 거듭했다. 그 결과 다른 대체프론계 냉매의 병용 및 특징의 냉동기유와를 조합해서 사용하므로서 압축식 냉동시스템을 효율적으로 윤활시킬 수 있는 방법을 알아냈다.

즉 본 발명은 압축기 응축기, 팽창밸브 또는 모세관 및 증발기로 된 압축식 냉동 시스템에 있어서, 냉매로서, 1,1,1,2-테트라플루오르에탄 1,1-티클로로-2,2,2-트리플루오르에탄과를 주성분으로 하는 혼합냉매를 사용함과 동시에 냉동기유로서 40℃의 동적점도가 5-500cst로 또한 계면장력이 20dyne/Cm 이상의 탄화수소화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 압축식 냉동시스템의 윤활방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 압축기 응축기 팽창밸브 또는 모세관 및 증발기로 된 압축식 냉동시스템에 있어서, 냉매로서 1,1,1,2-테트라플루오르에탄과 클로로 디플루오르메탄과를 주성분으로 하는 혼합냉매를 사용함과 동시에 냉동기유로서 40℃의 동적점도가 5-500cst로 또한 계면장력이 8dyne/Cm 이상의 탄화수소 화합물 및/또는 폴리글리콜을 사용하는 것을 특징으로 하는 압축식 냉동시스템의 윤활방법을 제공하는 것이다.

통상 압축식 냉동시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브(또는 모세관)증발기로 이루어진다. 그리고 이 냉동 시스템에 사용되는 냉동기유는 일반적으로 냉동 시스템에 사용되는 냉매와의 상호 용해성이 양호한 것이 사용된다.

그러나, 상기한 압축식 냉동 시스템에서 대체프론 냉매를 사용한 때 냉동기에 일반적으로 사용되고 있는 냉동기유로 윤활하면, 내마모성이 불충분하거나, 상호 용해성이 나쁘고, 안정성이 부족해서 장기안정 사용이 되지 않았다. 특히 전기냉장고나 소형공기조화기등과 같은 냉동시스템에서는 팽챙밸브로서 모세관을 사용하고 있기 때문에 이 경향은 현저하다. 본 발명은 이와 같은 문제를 해소하는 데 성공하여 완성시킨 것이다.

우선 본 발명에서는 냉매로서는 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R-134a)를 주로하고, 여기에 대체프론계의 냉매중에서 1,1-티클로로-2,2,2-트리플루오르에탄(R-123)및 클로로디플루오르에탄(R-22)를 선택하여 병용하는 것이다.

이 결과 대체프론계의 냉매라도 냉동기유로서 합성유는 물론 광물유를 사용해도 압축식 냉동시스템에서 냉동효율에 전혀 지장없이 윤활시킬 수 있게 되었다.

본 발명에서는 이 R-134a 와 R-123을 병용하지만, R-134a 와 R-123의 혼합비율은 상황에 따라 적절히 선정하면 되고, 통상은 R-134a 를 40-95중량%, R-123 을 60-5 중량%의 범위로 정하고, 바람직하게는 R-134a 를 50-85중량% R-123 50-15중량%의 범위로 정한다.

이 혼합비율은 R-134a가 40중량% 미만에서는 증기압이 낮아져서, 냉동효율이 나빠지는 일이 있고, 또 R-134a 가 95 %를 초과하면, 냉매와 냉동기유와가 2층으로 분리되기 쉽게되고, 냉동효율을 내리게되기 때문에 바람직하지 않다.

또한 이 R-134a 와 R-123으로 되는 혼합냉매에는 30중량% 이내에서 하기의 제1군 및 제2군에 나타내는 냉매의 1종 이상을 배합시킬 수가 있다.

여기서 제1군의 냉매는 냉동기유의 용해성을 향상시키는 효과를 갖고, 또 제2군의 냉매는 증가압을 증기압을 상승시키는 효과를 갖는다.

또한 본 발명에서는 냉매로서 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R-134a)의 데체프론계 냉매와 여기에 클로로디플루오르에탄(R-22)를 선택하여 병용하는 것이다.

이 결과, 대체프론계의 냉매라도 냉동기유로서 합성유는 물론 광물유를 사용해도 압축식 냉동시스템에서 냉동효율에 전혀 지장없이 윤활시킬 수가 있다.

본 발명에서는 이 R-22와 R-134a를 병용하지만 R-22와 R-134a의 혼합비율은 상화에 따라 적절히 선정 하면 되고, 통상은 R-22를 30-95중량% R-134a를 70-5중량% 바람직하게는 R-22를 50-90중량% R-134a를 50-10중량%의 범위로 정한다. 이 혼합비율은 R-22가 30중량%미만에서는 증기압이 낮아져서 냉동효율이 나쁘고, 또 2층으로 분리되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.

또 R-22가 95중량%를 넘으면 안정성이 나빠 바람직하지 않다.

또한 이 R-134a와 R-22된 혼합냉매에는 제3성분의 냉매로서 상기한 제1군의 냉매 및 /또는 제2군의 냉매의 1종 이상을 1-30중량%미만의 범위에서 배합할 수가 있다. 한편, 냉동기유로서는 40℃의 동적점도가 5-500cst 바람직하게는 10-300cst이며, 또 이들 동적점도를 가짐과 동시에 계면장력 일본공업규격(JIS-K-2241)이 8dyne/Cm 이상 바람직하게는 10dyne/Cm 이상의 탄화수소 화합물이나, 폴리글리콜을 들수가 있다. 여기서 40℃의 동적좀도가 5cst미만의 탄화수소화합물이나, 폴리 글리콜에서는 윤활성이 나빠지고, 또 500cst를 초과하면, 냉매와 냉동기유가 2층으로 분리되어 안정성이 떨어지고, 동시에 기름 복귀가 나빠져서 바람직하지 않다. 또 계면장력이 8dyne/Cm 미만에서는 흡습성이 높고, 안정성이 나빠져서 사용할 수가 없다.

한편, 냉동기유로서는 40℃의 동작점도가 5-500cst 바람직하게는 10-300cst 이며, 또 이들 동적점도를 가짐과 동시에 계면장력 일본공업규격(JIS-K-2241)이 20dyne/Cm 이상, 특히 25dyne/Cm 이상의 탄화수소화합물으 들 수 있다.

여기서 40℃의 동적점도가 5cst미만에서는 윤활성이 나빠지고, 또 500cst 를 초과하면 냉매와 냉동기유와가 2층으로 분리되어 기름복귀가 나빠져서 바람직하지 않다.

이와 같은 냉동기유로서는 본 발명에서 사용할 수 있는 것을 각종의 것이 있다. 구체적으로는 광물유로서는, 파라핀계 광물유 중간기계 광물유, 나프텐계 광물유 방향족계 광물유등의 탄화수소화합물을 들수가 있다. 또 합성섬유로서는 예를 들면, 탄소수 2-16의 올레핀(혼성)중합물(올리고머 포함)알킬벤젠 알킬나프탈렌등의 탄화수소 화합물을 들 수 있다.

그리고 폴리글리콜은 예를 들면, 폴리알킬렌 글리콜로서, 폴리프로필렌글리콜모노 메틸에테르, 폴리프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 폴리플로필렌글리콜 디메틸에테르 폴리프로필렌 글리콜 디프로필 에테르 등을 들 수 있다.

이들 냉동기유는 단독 또는 혼합해서 사용된다.

다시 또 이 냉동기유에는 필요에 따라 각종 첨가제를 배합할 수 있다. 그 첨가제로서는 인산에스테르아인산 에스테르등의 급압제를 위시하여 산화방지제 염소포착제 금속 불활성화제, 소포제, 청정분산제, 점도지수향상제, 방청제, 부식방지제, 유동점강하체등을 들 수가 있다.

본 발명에서는 R-134를 주로하고, 여기에 R-123을 병용해서된 대체프론혼합 냉매와 냉동기유와는 각종의 혼합비로 사용할 수 있으나, 통상은 대체프론 혼합냉매가 50-95중량%냉동기유가 50-5중량%의 혼합비로 사용된다.

이와 같은 혼합비로 대체프론 혼합냉매와 냉동기유를 사용하므로서 양자 상호용해성을 높임과 동시에, 윤활성을 높일 수가 있다. 여기서 냉동기유 비율이 지나치게 크면, 냉매의 증기압이 저하해서 냉동효율의 저하를 초래할 우려가 또한 본 발명에서는 R-134a와 R-22로된 혼합냉매와 냉동기유와는 각종 혼합비율로 사용할 수가 있으나, 통상은 혼합냉매가 50-95중량%, 냉동기유가 50-5중량%의 혼합배로 사용된다.

이와같은 혼합비율로 혼합냉매와 냉동기유와를 사용하므로서 양자의 상호 용해성을 높임과 동시에 윤활성을 높일 수가 있다.

여기서 냉동기유가 5중량%미만에서는 윤활성이 나빠지고, 또 50중량%를 초과하면, 냉매의 증기압이 저하하여 냉동효율의 저하를 초래할 우려가 있다.

이상과 같이 대체프론계의 냉매가 R-134a 라도 R-123을 병용하고, 40℃의 동적점도가 5-500cst로 또한 계면장력이 20dyne/Cm 이상의 탄화수소화합물을 사용하므로서 경제적으로 유리한 광물유를 워시하여 합성유라도 내마모성 냉각성 및 안전성에 문제없이 운전할 수가 있다.

또한 상기와 같이, R-134a의 대체프론계 냉매와 R-22를 병용하고, 40℃의 동적점도가 5-500cst이며, 또한 계면장력 8dyne/ Cm 이상의 탄화수소화합물이나, 폴리글리콜을 사용하므로서 경제적으로 유리한 광물유를 위시하여 합성유라도 내마모성에 문제없이 운전할 수가 있다.

따라서 본 발명의 윤활방법은 냉동장치를 소형화하는 때에 특히 효과적이며, 그 공업적 이용가치는 높다.

[실시예]

다음에 본 발명을 실시예 및 비교예에 기초해서 다시 상세히 설명한다.

우선 실시예 및 비교예에서 사용한 각 냉동기유의 성상 대체혼합 프론냉매의 혼합비율 기타를 제1표, 제2표 ,제3표에 나타낸다.

계면 장력 및 흡습성은 다음과 같이 측정했다.

1)계면장력

일본 공업규격(JIS-K-2241)에 따라 측정했다.

2)흡습성

50cc의 비이커에 쟁동기유 10g을 넣고 온도 25℃, 습도 85%의 항온항습조에 2일간 정치한 후의 흡습수분량(중량%)를 측정했다.

[실시예1-7 및 비교예 1-4]

각 실싱예 및 비교예에서는 냉동기유와 냉매와의 비율을 10/90(중량비)로 압축기,응축기, 모세과, 증발기로 된 압축식 냉동기(용량160W)를 사용해서 시험을 실시했다.

시험결과는 제4표와 같다.

[실시예 8-17 비교예 5-11]

각 실시예 및 비교예에서는 냉동기유와 냉매와의 비율을 10/90(중량비)로 압축기, 응축기, 모세관, 증발기로 된 압축식 냉동기(용량 160W)를 사용하여 시험을 행했다.

시험결과를 제5표에 나타낸다.

또한 각 성능 시험은 다음과 같이 실시했다.

1)2층 분리온도의 측정

냉동기유와 냉매의 혼합비율(중량%)=10/90

2)냉동기유와 냉매혼합하의 증기압의 측정

냉동기유와 냉매의 혼합비율(중량%)=10/90

온도:40℃

3)실제기계 냉각속도의 측정

냉장고(용량160W)의 냉각기의 온도가 -20℃에 도달하는 상대냉각속도로 평가했다.

4)차폐튜우브 시험

175℃, 10일간, 촉매:Fe, Cu, Al

냉매=1g 냉동기유=4cc 물-1중량%

(기름에 대해)

시험방법:상기 실험후 냉동기유의 외관관찰과 전체산가를 측정했다.

5)파렉스(Falex)마모 시험

냉매 10중량%를 혼합하여 회전수 290rpm 하중 300 Lbs로 60분간 마모시켰다. 또한 시험편은 규격시험편을 사용했다.

Claims

압축기, 응축기, 팽창밸브 또는 모세관 및 증발기로 된 압축식 냉동시스템에 있어서, 40~95중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 60~5중량%의 1,1-디클로로-2,2,2,-트리플루오로에틴으로 구성된 혼합냉매를 사용함과 동시에, 광물유 및 합성유로부터 선택된 1종이상의 냉동기유로서 40℃의 동적점도가 5~500cSt이고, 또한 계면장력이 20dyne/cm 이상의 탄화수소화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 압축식 냉동시스템의 윤활방법.
압축기, 응축기, 팽창밸브 또는 모세관 및 증발기로 된 압축식 냉동시스템에 있어서, 70~5중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 30~95중량%의 클로로디프루오로메탄으로 구성된 혼합냉매를 사용함과 동시에, 광물유 및 합성유로부터 선택된 1종이상의 냉동기유로서 40℃의 동적점도가 5~500cSt이고, 또한 계면장력이 8dyne/cm이상의 탄화수소화합물과 폴리글리콜로부터 선택된 1종이상을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 압축식 냉동시스템의 윤활방법.
제2항에 있어서, 냉동기유가 폴리글리콜인 것을 특징으로 하는 압축식 냉동시스템의 윤활방법.