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CN107964444A - 一种冷冻机油组合物、流体组合物、压缩机及制冷设备 - Google Patents

一种冷冻机油组合物、流体组合物、压缩机及制冷设备 Download PDF

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CN107964444A
CN107964444A CN201610914711.9A CN201610914711A CN107964444A CN 107964444 A CN107964444 A CN 107964444A CN 201610914711 A CN201610914711 A CN 201610914711A CN 107964444 A CN107964444 A CN 107964444A
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Shanghai Highly Electrical Appliances Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种冷冻机油组合物、使用该冷冻机油组合物的流体组合物、压缩机及制冷设备。该冷冻机油组合物与HFO类制冷剂一起使用，其包括：多元醇酯基础油和添加剂，所述冷冻机油组合物在40℃时的运动粘度为10～80mm2/s。本发明的冷冻机油组合物与HFO类制冷剂相配合，两者不仅具有一定的相溶性，在制冷系统中不会发生“驻油”现象，同时又能保证不与压缩机中接触的材料发生反应，有良好的相容性，能够保证压缩机的使用可靠性，而且采用该制冷剂和冷冻机油的压缩机在经过咬合试验和长期寿命试验后，压缩机的各零部件的磨耗量都在规格值之内，能够满足采用HFO类制冷剂的压缩机的可靠性要求。

Description

一种冷冻机油组合物、流体组合物、压缩机及制冷设备
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体地说，涉及一种冷冻机油组合物、使用该冷冻机油组合物的流体组合物、压缩机及制冷设备。
背景技术
现有的制冷设备通常包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀及相关连接管路，上述制冷设备充注有制冷剂，通过制冷剂的蒸发吸热和冷凝放热实现制冷或制热。
在转子式压缩机运行过程中，在其活塞、气缸、主轴承、副轴承、曲轴、进气管和排气管等摩擦部位和传动件处会产生大量的摩擦，因此，压缩机中通常还充注有用于润滑和减少机械摩擦的冷冻机油。冷冻机油在压缩机中具有至关重要的作用，具体地说，除起到上述最基本的润滑和减少机械摩擦作用外，还可以将摩擦产生的热量带走，降低摩擦表面的工作温度，减小零部件的磨耗量，同时，压缩机中的冷冻机油还可以对各个泄漏间隙进行密封，减少制冷剂由高压腔向低压腔的泄漏，提高压缩机的性能和使用可靠性。
理想的冷冻机油还需要与压缩机中接触的材料具有良好的相容性，冷冻机油不能与压缩机中接触的材料发生反应，例如不能腐蚀或溶解压缩机中接触的材料。同时，冷冻机油需要与制冷剂有一定的相溶性，在制冷剂的循环过程中，被制冷剂带入制冷系统中的冷冻机油，能够通过溶解于制冷剂中而被制冷剂顺利带回压缩机内部，避免出现“驻油”现象，使制冷系统正常运行。
1,1,1,3-四氟丙烯(1,1,1,3-tetrafluoropropene简称HFO-1234ze)是霍尼韦尔公司开发的被认为是未来可替代1,1,1,2-四氟乙烷(简称R134a)的新一代制冷剂，R134a是目前使用的用于替代氯氟烃(俗称氟利昂)的制冷剂，R134a虽然臭氧消耗潜值(OzoneDepleting Potential，简称ODP)为0，但其全球变暖潜值(Global Warming Potential，简称GWP)高，在大气中停留时间长。在此之前，霍尼韦尔公司和杜邦公司联合开发出用于替代R134a的2,3,3,3-四氟丙烯(2,3,3,3-tetrafluoropropene，简称HFO-1234yf)制冷剂，虽然HFO-1234yf的ODP为0，GWP值为7，物性也与R134a非常接近，能够直接替换，但HFO-1234yf的价格太高，很不经济。HFO-1234ze的物性与R134a接近，ODP为0，GWP值为1，但HFO-1234ze的价格只有HFO-1234yf的十分之一，是一种非常理想的制冷剂。
由于制冷剂与不同的冷冻机油共存使用时均具有不同的相容性、润滑性、溶解粘度、热化学稳定性等性能，所以必须针对每种制冷剂进行冷冻机油的开发。针对新一代制冷剂HFO-1234ze，很有必要开发出一种在压缩机中使用的能够与HFO-1234ze制冷剂相适应的冷冻机油。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明一方面提供一种冷冻机油组合物，其与HFO类制冷剂一起使用，所述冷冻机油组合物包括：多元醇酯基础油和添加剂，所述冷冻机油组合物在40℃时的运动粘度为10～80mm2/s。
优选地，所述添加剂包括抗氧化剂和酸捕捉剂。
优选地，以冷冻机油组合物的总质量计，所述抗氧化剂的含量为0.005～0.5％，所述酸捕捉剂的含量为0.01～1％。
优选地，以冷冻机油组合物的总质量计，所述抗氧化剂的含量为0.005～0.35％，所述酸捕捉剂的含量为0.01～0.7％。
优选地，所述冷冻机油组合物的倾点小于等于-35℃，所述冷冻机油组合物的闪点大于等于200℃。
本发明另一方面提供一种用于制冷的流体组合物，包括制冷剂和冷冻机油组合物，所述制冷剂为HFO类制冷剂，所述冷冻机油组合物为上述的冷冻机油组合物。
优选地，所述HFO类制冷剂为HFO-1234ze制冷剂、HFO-1234yf制冷剂、HFO-1225ye制冷剂、HFO-1234ye制冷剂、HFO-1243zf制冷剂中的至少一种。
本发明再一方面提供一种压缩机，所述压缩机中充注有上述的流体组合物。
优选地，所述压缩机为转子式压缩机。
本发明再一方面提供一种制冷设备，所述制冷设备包括上述的压缩机。
与现有技术相比，本发明提供的冷冻机油组合物、流体组合物、压缩机及制冷设备至少具有以下有益效果：
本发明的冷冻机油组合物与HFO类制冷剂相配合，两者不仅具有一定的相溶性，在制冷系统中不会发生“驻油”现象，同时又能保证不与压缩机中接触的材料发生反应，有良好的相容性，能够保证压缩机的使用可靠性，而且采用该制冷剂和冷冻机油的压缩机在经过咬合试验和长期寿命试验后，压缩机的各零部件的磨耗量都在规格值之内，能够满足采用HFO类制冷剂的压缩机的可靠性要求。
具体实施方式
现在将全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
本发明一方面提供一种冷冻机油组合物，包括：多元醇酯(Polyol Ester，简称POE)基础油和添加剂，该冷冻机油组合物特别适用于不饱和氟化烃(Hydrofluoroolefins，简称HFO)类制冷剂。
多元醇酯通常由羟基数为2～6的多元醇和脂肪酸通过酯化反应合成，多元醇酯通常具有如以下通式1或通式2所示的结构。
羟基数为2～6的多元醇优选使用二元或四元的多元醇，作为示例，多元醇包括但不限于是乙二醇、1,3-丙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、2-乙基-2-甲基-1,3-丙二醇、1,7-庚二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,11-十一烷二醇、1,12-十二烷二醇、季戊四醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、三羟甲基丁烷、双季戊四醇。用于制备多元醇酯的多元醇可以一种多元醇，也可以是分子结构不同的两种及两种以上多元醇的混合物。
脂肪酸可以是碳原子数为4～12的一元脂肪酸或二元脂肪酸，作为示例，一元脂肪酸包括但不限于是正戊酸、正己酸、正庚酸、正辛酸、2-甲基戊酸、2-乙基戊酸、2-甲基己酸、2-乙基己酸、2-甲基庚酸、2-乙基庚酸，二元脂肪酸包括但不限于是丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸。用于制备多元醇酯的脂肪酸可以一种脂肪酸，也可以是分子结构不同的两种及两种以上脂肪酸的混合物。
添加剂用于弥补多元醇酯基础油性能方面的不足，赋予其部分新的性能，是冷冻机油的重要组成部分。本发明中，添加剂包括但不限于是抗氧化剂、酸捕捉剂。
HFO类制冷剂包括但不限于是HFO-1234ze制冷剂、HFO-1234yf制冷剂、HFO-1225ye(1,2,3,3,3-五氟丙烯)制冷剂、HFO-1234ye(1,2,3,3-四氟丙烯)、HFO-1243zf(3,3,3-三氟丙烯)制冷剂，该类制冷剂是最有可能替代R134a制冷剂的新一代制冷剂。
本发明的冷冻机油组合物在40℃时的运动粘度为10～80mm2/s。发明人经研究发现，冷冻机油组合物在40℃时如果运动粘度小于10mm2/s，与HFO类制冷剂相配合，在压缩机运行过程中，大量的冷冻机油组合物被制冷剂带到制冷系统中，对压缩机中各零部件的润滑作用不够。冷冻机油组合物在40℃时如果运动粘度大于80mm2/s，冷冻机油组合物的粘度过大，大量冷冻机油组合物沉在压缩机底部，无法被制冷剂带到各零部件的摩擦表面形成油膜，无法起到润滑和降低摩擦表面的工作温度的作用。
在40℃时的运动粘度为10～80mm2/s且由多元醇酯作为基础油的冷冻机油组合物与HFO类制冷剂相配合，特别是与HFO-1234ze制冷剂相配合，两者不仅具有一定的相溶性，同时该冷冻机油组合物不与压缩机中接触的材料发生反应，而且采用该制冷剂和冷冻机油的压缩机在经过咬合试验和长期寿命试验后，压缩机的各零部件的磨耗量都在规格值之内，表明冷冻机油对各零部件能够起到有效的润滑作用，完全满足采用HFO类制冷剂的压缩机的可靠性要求。
需要说明的是，包括多元醇酯基础油和添加剂的冷冻机油组合物只要其在40℃时的运动粘度在10～80mm2/s之间，均能够实现上述效果，本发明不限制多元醇酯基础油的具体单体组成和单体比例。
本发明的冷冻机油组合物在40℃时的运动粘度可以是10～80mm2/s之间的任一值，例如可以是20mm2/s、40mm2/s、60mm2/s或70mm2/s。
在一较佳实施例中，添加剂包括抗氧化剂和酸捕捉剂。抗氧化剂能够与多元醇酯基础油中的金属碎屑等氧化物质进行反应，减少这些物质对多元醇酯基础油的劣化作用，延长多元醇酯基础油的使用寿命。本发明不限制抗氧化剂的具体类型，作为示例，抗氧化剂包括但不限于是二叔丁基对甲酚(DBPC)、双酚A、苯基-α-萘胺、N,N-二(2-萘基)-对苯基二胺。酸捕捉剂用于将冷冻机油组合物中生成的酸性物质进行捕捉和中和，调节冷冻机油组合物的极性，延长冷冻机油组合物的使用寿命。本发明不限制酸捕捉剂的具体类型，作为示例，酸捕捉剂包括但不限于是碳二酰亚胺、环氧化油脂、苯基缩水甘油基醚、烷基缩水甘油基醚、亚烷基二醇缩水甘油基醚、环己烯化氧、α-烯烃氧化物。
进一步地，以冷冻机油组合物的总质量计，抗氧化剂的含量为0.005～0.5％，酸捕捉剂的含量为0.01～1％，该含量的抗氧化剂和酸捕捉剂一方面具有较好的抗氧化作用和酸捕捉作用，能够增强冷冻机油组合物的使用可靠性和使用寿命，另一方面，对冷冻机油组合物的润滑作用、流动性无明显影响。更进一步地，以冷冻机油组合物的总质量计，抗氧化剂的含量为0.005～0.35％，酸捕捉剂的含量为0.01～0.7％。
在一较佳实施例中，冷冻机油组合物的倾点小于等于-35℃，冷冻机油组合物的闪点大于等于200℃。倾点小于等于-35℃的冷冻机油组合物具有较好的低温流动性，冷冻机油组合物和制冷剂在制冷系统中流动时，能够避免堵塞节流阀，从而避免停机现象出现，保证压缩机的可靠运行。压缩机的排气口通常温度较高，闪点大于等于200℃的冷冻机油组合物在流经这些高温区域能够避免发生闪火现象，从而保证压缩机的安全运行。
本发明另一方面提供一种用于制冷的流体组合物，包括制冷剂和冷冻机油组合物，该制冷剂为HFO类制冷剂，该冷冻机油组合物为本发明上述的冷冻机油组合物。
进一步地，HFO类制冷剂为HFO-1234ze制冷剂、HFO-1234yf制冷剂、HFO-1225ye制冷剂、HFO-1234ye制冷剂、HFO-1243zf制冷剂中的至少一种。与本发明的冷冻机油组合物相配合的HFO类制冷剂可以是单一类型制冷剂，也可以是由多种制冷剂组成的混合制冷剂。更进一步地，HFO类制冷剂为HFO-1234ze制冷剂。
采用本发明的在40℃时的运动粘度为10～80mm2/s的冷冻机油组合物和HFO-1234ze制冷剂，分别进行相容性和可靠性试验。
相容性试验方面，对冷冻机油和HFO-1234ze制冷剂与直接材料的相容性进行考核，结果见表1，从表1可以看出，该冷冻机油和HFO-1234ze制冷剂与直接材料的相容性合格。
表1
可靠性试验方面，以采用本发明的冷冻机油组合物和HFO-1234ze制冷剂的除湿机用定速压缩机为试验对象，进行寿命考核，包括咬合试验和90日长寿试验。咬合试验和寿命考核工况如表2和表3所示，
表2
表3
咬合试验和90日寿命试验结束后，解体并精测压缩机中各部品的磨耗量，测定结果表明，曲轴长轴局部、曲轴短轴部止推面局部磨耗量、上缸盖内径局部磨耗量、上缸盖端面局部磨耗量、下缸盖内径局部磨耗量、下缸盖止推面局部磨耗量、汽缸叶片槽低压面局部磨耗量、汽缸叶片槽高压面磨耗量、叶片高压面局部磨耗量等均在规格值以内。可靠性试验表明，本发明的冷冻机油组合物能够有效减小压缩机中各零部件的磨耗量，保证压缩机的可靠运行。
本发明再一方面提供一种压缩机，该压缩机中充注有上述的流体组合物。本发明不限制该压缩机的类型，作为优选方案，该压缩机为转子式压缩机。
本发明再一方面提供一种制冷设备，该制冷设备包括上述的压缩机。进一步地，该制冷设备还包括蒸发器、冷凝器、节流阀及相关连接管路。在一个实施例中，该制冷设备可以是空调、冰箱、冰柜中的一种。
综上，本发明的冷冻机油组合物与HFO类制冷剂相配合，两者不仅具有一定的相溶性，在制冷系统中不会发生“驻油”现象，同时又能保证不与压缩机中接触的材料发生反应，有良好的相容性，能够保证压缩机的使用可靠性，而且采用该制冷剂和冷冻机油的压缩机在经过咬合试验和长期寿命试验后，压缩机的各零部件的磨耗量都在规格值之内，能够满足采用HFO类制冷剂的压缩机的可靠性要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种冷冻机油组合物，其与HFO类制冷剂一起使用，其特征在于，所述冷冻机油组合物包括：多元醇酯基础油和添加剂，所述冷冻机油组合物在40℃时的运动粘度为10～80mm2/s。
2.根据权利要求1所述的冷冻机油组合物，其特征在于，所述添加剂包括抗氧化剂和酸捕捉剂。
3.根据权利要求2所述的冷冻机油组合物，其特征在于，以冷冻机油组合物的总质量计，所述抗氧化剂的含量为0.005～0.5％，所述酸捕捉剂的含量为0.01～1％。
4.根据权利要求3所述的冷冻机油组合物，其特征在于，以冷冻机油组合物的总质量计，所述抗氧化剂的含量为0.005～0.35％，所述酸捕捉剂的含量为0.01～0.7％。
5.根据权利要求1所述的冷冻机油组合物，其特征在于，所述冷冻机油组合物的倾点小于等于-35℃，所述冷冻机油组合物的闪点大于等于200℃。
6.一种用于制冷的流体组合物，包括制冷剂和冷冻机油组合物，其特征在于，所述制冷剂为HFO类制冷剂，所述冷冻机油组合物为权利要求1至5任意一项所述的冷冻机油组合物。
7.根据权利要求6所述的流体组合物，其特征在于，所述HFO类制冷剂为HFO-1234ze制冷剂、HFO-1234yf制冷剂、HFO-1225ye制冷剂、HFO-1234ye制冷剂、HFO-1243zf制冷剂中的至少一种。
8.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机中充注有权利要求6或7所述的流体组合物。
9.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机为转子式压缩机。
10.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括权利要求8或9所述的压缩机。
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