包含冷冻机油和制冷剂的组合物及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种包含冷冻机油和制冷剂的组合物及其应用，组合物中的冷冻机油和制冷剂满足下列条件：基于组合物的总质量，当冷冻机油的含量不大于50重量％，且在-50～80摄氏度的温度下时，冷冻机油在制冷剂中的饱和溶解度为5～30重量％；冷冻机油在40摄氏度时的运动粘度为5～60mm2/s。由此本发明实施例的组合物中，冷冻机油与制冷剂的适当相溶，可以有效改善压缩机可靠性和系统性能。
【专利说明】包含冷冻机油和制冷剂的组合物及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及制冷设备领域，具体而言，本发明涉及包含冷冻机油和制冷剂的组合 物及其应用。
【背景技术】
[0002] 在空调行业使用的制冷设备中，压缩机使用的冷冻机油要求在0°C以上某个区域 和制冷剂完全相溶，目的是保证压缩机中排出的冷冻机油可以在系统中溶解在制冷剂中随 制冷剂一同回到压缩机里面，保证压缩机内的油量和部品的润滑。但是近年来，随着要求 空调的使用温度更广，低温要求_20°C以下，高温要求65°C以上，而且随着热泵热水器的发 展，压缩机使用在热泵热水器系统中的温度范围更广，对冷冻机油提出新的要求。采用现有 的冷冻机油和制冷剂组合，由于两者相溶性较好，制冷剂对油品粘度的稀释较多，粘度下降 较大，为保证压缩机的润滑需要采用高粘度的油品，而油品粘度过高的话，会使制冷系统中 的残留的油品在低温时凝固，导致系统毛细管堵塞。另外，由于冷冻机油和制冷剂溶解性过 高，使得冷冻机油和制冷剂混合在一起排出压缩机，导致压缩机内部的油量下降，严重者会 影响压缩机部品的润滑性，压缩机寿命下降，而且从压缩机排出的冷冻机油附着在制冷系 统的管壁上，影响热交换器的效率，制冷系统能效下降。
[0003] 在现有技术中，有采用和制冷剂完全不相溶的油品，但是会导致排出压缩机的冷 冻机油难以回到压缩机内部，系统回油性差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的旨在提供一种冷冻机油与制冷剂的适当相溶，可以改善压缩机可靠 性和系统性能的包含冷冻机油和制冷剂的组合物以及具有该组合物的压缩机和制冷设备。
[0005] 为此，在本发明的第一个方面，本发明的提出了一种包含冷冻机油和制冷剂的组 合物，所述冷冻机油和制冷剂满足下列条件：基于所述组合物的总质量，当所述冷冻机油的 含量不大于50重量％，且在-50?80摄氏度的温度下时，所述冷冻机油在所述制冷剂中的 饱和溶解度为5?30重量％;所述冷冻机油在40摄氏度时的运动粘度为5?60mm 2/s。采 用该组合物可以有效改善压缩机的可靠性，提高蒸发器的热交换效率和系统效率。
[0006] 另外，根据本发明上述实施例的包含冷冻机油和制冷剂的组合物还可以具有如下 附加的技术特征：
[0007] 根据本发明的实施例，基于所述冷冻机油的总质量，所述冷冻机油中含有：0. 1? 5. 0重量％的极压添加剂；0. 01?2. 0重量％的抗氧化剂；以及0. 01?2. 0重量％的酸清 除剂。由此可以进一步提高冷冻机油的润滑性、稳定性以及耐久性能。
[0008] 根据本发明的实施例，所述冷冻机油为聚链烷二醇醚、聚乙烯醚、多元醇酯和聚碳 酸酯中的至少一种。由此可以进一步提高润滑作用。
[0009] 根据本发明的实施例，所述制冷剂为烃类制冷剂或者含氟类制冷剂。
[0010] 根据本发明的实施例，所述烃类制冷剂为选自乙烷、丙烷、丁烷和异丁烷中的至少 一种。
[0011] 根据本发明的实施例，所述含氟类制冷剂为R410A、R32和R1234yf中的至少一种。
[0012] 根据本发明的实施例，所述包含冷冻机油和制冷剂的组合物包含：5?95重量％ 的所述冷冻机油；以及5?95重量％的所述制冷剂。以便能够显著提高润滑剂的综合性 能。
[0013] 根据本发明的第二方面，本发明提出了一种压缩机，所述压缩机内具有前面所述 的包含冷冻机油和制冷剂的组合物。由此能够显著提高压缩机的工作效率以及性能，以便 最大限度的延长压缩机使用寿命。
[0014] 根据本发明的第三方面，本发明提出了一种制冷设备，所述制冷设备包括前面所 述的压缩机。由此能够显著提高制冷设备的综合制冷性能，以便有效提高制冷设备的使用 寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是根据本发明一个实施例的包含冷冻机油和制冷剂的组合物二层分离温度 曲线图。
[0016] 图2是根据本发明另一个实施例的包含冷冻机油和制冷剂的组合物二层分离温 度曲线图。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解 为对本发明的限制。
[0018] 本发明的是基于发明人的下列发现完成的：
[0019] 发明人发现，现有的制冷剂和润滑油组合物多存在润滑油与制冷剂的完全溶解和 分层较严重的现象，导致润滑油过多溶解在制冷剂中，使得压缩机吐油量过大，压缩机性能 降低、寿命减少，或者残留在蒸发器内，影响蒸发器的热交换效率，造成系统效率下降。本发 明的发明人着重解决润滑油与制冷剂的相容性，通过调节润滑油的分子结构，或者混合其 它种类的冷冻机油，从而得到具有更加合适冷媒溶解度的润滑油和制冷剂组合物，在保证 压缩机油量的情况下，使得润滑剂发挥较好的润滑作用，进而完成本发明。
[0020] 根据本发明的具体实施例，本发明中提到的"溶解度"是指在一定温度下，溶解在 液体制冷剂中润滑油的质量占润滑油和制冷剂混合物总质量的百分含量。
[0021] 为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种包含冷冻机油和制冷剂的组 合物。根据本发明具体实施例，所述冷冻机油和制冷剂满足下列条件：基于组合物的总质 量，当冷冻机油的含量不大于50重量％，且在-50?80摄氏度的温度下时，冷冻机油在制 冷剂中的饱和溶解度为5?30重量％。当溶解度大于30 %时，过多的润滑油溶解在制冷剂 中，随制冷剂排出压缩机的冷冻机油的含量较多，造成压缩机密封性和能效下降。当溶解度 低于5%时，随制冷剂排到制冷系统中的润滑油不能快速回到压缩机内部，造成压缩机内部 油量下降，影响压缩机的密封性和可靠性。只有溶解度在5%?30%时，既可以减小排出压 缩机的润滑油量，提高压缩机能效，又可以保证制冷系统中的冷冻机油可以快速回到压缩 机，保证压缩机内部的润滑，延长压缩机寿命。
[0022] 根据本发明具体实施例，该冷冻机油在40摄氏度时的运动粘度为5?60mm2/s。采 用较低粘度的冷冻机油能够有效的发挥较佳的润滑作用，同时减少压缩机功耗，提高压缩 机能效。同时可以更加保证从压缩机排出到制冷系统中的冷冻机油低温下的流动性，不会 堵塞系统，而且使系统的热受流效率增加，提1?系统能效。
[0023] 根据本发明具体实施例，组合物中包含的冷冻机油的类型并不受特别限制，可以 是合成润滑油，也可以是矿物油。根据本发明的具体实施例，合成润滑油可以为含氧类合 成冷冻机油，具体可以为聚链烷二醇醚（PAG)、聚乙烯醚（PVE)、多元醇酯（Ρ0Ε)、聚α烯烃 (ΡΑ0)和烷基苯（ΑΒ)中的至少一种。由此可以使得其与制冷剂配合使用发挥良好的润滑作 用，提高压缩机性能和系统效率。
[0024] 根据本发明具体实施例，冷冻机油中还可以含有0. 1?5.0重量％的极压添加剂； 0. 01?2. 0重量％的抗氧化剂以及0. 01?2. 0重量％的酸清除剂。由此进一步提高冷冻机 油的润滑性、稳定性以及耐久性能，以便使得该冷冻机油能够发挥较佳的润滑作用。根据本 发明的具体实施例，极压添加剂的类型并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，极压添 加剂可以为磷酸的一个以上的羟基被酯化而得的磷酸酯。由此可以达到在运动部件表面形 成一层保护膜，有利于减轻运动部件的磨损，由此可以进一步提高冷冻机油的润滑性能。根 据本发明的具体实施例，抗氧化剂可以与油中酸性物质和金属碎屑等氧化因子进行反应， 减少这些氧化因子对油品的劣化作用，延长油品的使用寿命。根据本发明的具体实施例，添 加适量的酸清除剂可以将油中生成的酸性物质进行捕捉、中和，降低油品劣化，延长油品寿 命，由此可以对含氧类合成冷冻机油的极性进行调节，由此可以使得含氧类合成冷冻机油 与制冷剂能够适当混合，以便进一步提包含冷冻机油和制冷剂的组合物的润滑性能以及制 冷性能。
[0025] 根据本发明具体实施例，制冷剂的类型并不受特别限制，制冷剂可以为烃类制冷 剂或者含氟类制冷剂。其中，烃类制冷剂为选自乙烷、丙烷、丁烷和异丁烷中的至少一种。 该制冷剂作为不含氯的氟化烃类以及全球变暖指数（GWP)较低的制冷剂，因此具有环保、 能效高和成本低等优异特点。同时与该冷冻机油配合使用，可以使冷冻机油具有适当的溶 解度，以便更好的发挥润滑油的润滑作用，由此可以进一步提高压缩机的性能，延长使用寿 命。
[0026] 根据本发明的具体实施例，制冷剂也可以选自下列含氟类制冷剂R410A、R32、 R1234yf中的一种。
[0027] 根据本发明具体实施例，包含冷冻机油和制冷剂的组合物包含：5?95重量份的 上述冷冻机油；以及5?95重量份的上述制冷剂。以便能够最大限度提高润滑剂的综合性 能。
[0028] 根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种压缩机，根据本发明的具体实施例， 该压缩机采用上述实施例的包含冷冻机油和制冷剂的组合物。由于该包含冷冻机油和制 冷剂的组合物中的冷冻机油与制冷剂具有适当的溶解度，使得该组合物具有良好的润滑性 能。同时采用40摄氏度时的运动粘度为5?60mm 2/s的较低粘度的冷冻机油，可以降低摩 擦功耗。本发明上述实施例的压缩机由于采用了本发明上述实施例的包含冷冻机油和制冷 剂的组合物，可以有效减少吐油量，降低功耗，因此使得本发明实施例的压缩机具有良好的 性能。前面关于包含冷冻机油和制冷剂的组合物的特征和优点所进行的描述，仍适用于该 制冷设备，在此不再赘述。
[0029] 根据本发明的第三个方面，本发明提出了一种制冷设备，根据本发明的具体实施 例，该制冷设备包括上述实施例的压缩机。由于上述压缩机具有性能较佳的包含冷冻机油 和制冷剂的组合物使得压缩机的综合性能得到显著提高，因此，采用上述具有高性能的压 缩机，能够显著提高制冷设备的综合制冷性能，同时滞留在制冷设备中的润滑油粘度较低， 热交换效率提高，而且不会堵塞制冷设备，可以在低温环境中使用，进一步提高制冷设备的 制冷效率以及扩大制冷设备使用范围。根据本发明的实施例，制冷设备的例子可以包括空 调、热水器、冰箱、冷冻机等。前面关于包含冷冻机油和制冷剂的组合物的特征和优点所进 行的描述，仍适用于该制冷设备，在此不再赘述。
[0030] 下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述 性的，而不以任何方式限制本发明。
[0031] 实施例1
[0032] 包含冷冻机油和制冷剂的组合物：制冷剂为R410A，润滑油为多元醇酯（Ρ0Ε)，40 摄氏度时的粘度为56mm 2/s，润滑油在组合物中的最大饱和溶解度为30%。
[0033] 实施例2
[0034] 包含冷冻机油和制冷剂的组合物：制冷剂为R410A，润滑油为多元醇酯（Ρ0Ε)，40 摄氏度时的粘度为22mm 2/s。润滑油在组合物中的最大饱和溶解度为5%。
[0035] 实施例3
[0036] 包含冷冻机油和制冷剂的组合物：制冷剂为R32,润滑油为多元醇酯（Ρ0Ε)，40摄 氏度时的粘度为34mm 2/s。润滑油在组合物中的最大饱和溶解度为20%，且该润滑油是由 两种不同结构的多元醇酯混合而成。
[0037] 对比例1
[0038] 包含冷冻机油和制冷剂的组合物：制冷剂为R410A，润滑油为多元醇酯（Ρ0Ε)，40 摄氏度时的粘度为74mm 2/s。该组合为目前市场上的主要方式。
[0039] 对比例2
[0040] 包含冷冻机油和制冷剂的组合物：制冷剂为R410A，润滑油为多元醇酯（Ρ0Ε)，40 摄氏度时的粘度为68mm 2/s，润滑油在组合物中的最大饱和溶解度为35%。
[0041] 对比例3
[0042] 包含冷冻机油和制冷剂的组合物：制冷剂为R410A，润滑油为多元醇酯（Ρ0Ε)，40 摄氏度时的粘度为15mm 2/s，润滑油在组合物中的最大饱和溶解度为3%。
[0043] 评价：
[0044] 1、对实施例1-3和对比例1的包含冷冻机油和制冷剂的组合物的二层分离温度进 行测定。
[0045] 2、对实施例2-3和对比例1-2的包含冷冻机油和制冷剂的组合物的排出压缩机的 油含量及溶解粘度进行测定。
[0046] 3、对实施例1-2和对比例1、3的包含冷冻机油和制冷剂的组合物的压缩机油面进 行测定。
[0047] 二层分离温度进行测定方法：将制冷剂和润滑油按一定比率混合，封入玻璃压力 容器中，将容器放入到恒温箱中，在一定的温度范围内对该混合物进行观察，混合物从单一 混合的溶液开始出现两相分层，将出现两相分层的温度记为该比率下的二层分离温度，通 过测定不同的混合比率，就可以得到一条二层分离温度曲线。
[0048] 本发明实施例1-3和对比例2的测定结果见图1。以实施例1进行说明。图中的 横坐标为冷冻机油在组合物总质量中的质量百分数，纵坐标表示温度。实施例1的两条线 之间为制冷剂和冷冻机油产生分层的区域，在线的两侧为制冷剂和冷冻机油完全互溶的区 域。其中左边的线表示冷冻机油在制冷剂中的饱和溶解度，右边的线表示制冷剂在冷冻机 油中的饱和溶解度。从实施例1的结果显示，在-50°c?80°C之间，冷冻机油在制冷剂中的 最大饱和溶解度为30% (即左边线中横坐标的最大值）。同理，实施例2的冷冻机油的最 大饱和溶解度为5%。实施例3的冷冻机油的最大饱和溶解度为20%。对比例2的冷冻机 油最大饱和溶解度为35%。对比例3由于溶解度太小，未在图中显示。
[0049] 图2为对比例1的二层分离温度曲线。在两条线之间为全溶区域，在线的两侧为 分层区域。从图中可以发现，在l〇°C?35°C之间，冷冻机油和制冷剂可以以任意比例互溶， 冷冻机油和制冷剂的相溶性较好。
[0050] 对实施例2-3和对比例1-2的组合物的排出压缩机的油含量以及溶解粘度进行测 定。溶解粘度是指压缩机运行时，压缩机内部的冷冻机油被制冷剂稀释后实际运动粘度。以 对比例1作为基准，其它实施例的测试结果与对比例1的比值进行比较，结果见如表1。从 溶解粘度来看，实施例2-3基础油粘度比对比例1和2的粘度要小，但在压缩机实际运行时 的溶解粘度与对比例1和2基本相当，因此实施例2-3采用低粘度可以保证压缩机的润滑 和可靠性。另外从吐油量结果看，可以明显减小系统中冷冻机油的含量，可提高压缩机性能 和系统能效。
[0051] 表 1
[0052]
【权利要求】
1. 一种包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，所述冷冻机油和制冷剂满足下 列条件： 基于所述组合物的总质量，当所述冷冻机油的含量不大于50重量％，且在-50?80摄 氏度的温度下时，所述冷冻机油在所述制冷剂中的饱和溶解度为5?30重量％ ; 所述冷冻机油在40摄氏度时的运动粘度为5?60mm2/s。
2. 根据权利要求1所述的包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，基于所述冷 冻机油的总质量，所述冷冻机油中含有： 0. 1?5. 0重量％的极压添加剂； 0. 01?2. 0重量％的抗氧化剂；以及 0. 01?2. 0重量％的酸清除剂。
3. 根据权利要求1所述的包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，所述冷冻机 油为聚链烷二醇醚、聚乙烯醚、多元醇酯、聚碳酸酯和矿物油中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，所述制冷剂 为烃类制冷剂或者含氟类制冷剂。
5. 根据权利要求4所述的包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，所述烃类制 冷剂为选自乙烷、丙烷、丁烷和异丁烷中的至少一种。
6. 根据权利要求4所述的包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，所述含氟类 制冷剂为R410A、R32和R1234yf中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的包含冷冻机油和制冷剂的组合物，其特征在于，所述包含冷 冻机油和制冷剂的组合物包含： 5?95重量％的所述冷冻机油；以及 5?95重量％的所述制冷剂。
8. -种压缩机，其特征在于，所述压缩机内具有权利要求1?7任一项所述的包含冷冻 机油和制冷剂的组合物。
9. 一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括权利要求8所述的压缩机。
【文档编号】C10N40/30GK104152221SQ201410378213
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】龙春仙 申请人:广东美芝制冷设备有限公司