一种适用于制冷系统的冷冻机油与阻燃剂的混合物

1.本发明申请涉及制冷系统中冷冻机油产品的技术领域，具体而言，涉及一种适用于制冷系统的冷冻机油与阻燃剂的混合物。


背景技术：

2.能源与环境问题是当今社会发展中关注的主要焦点，在制冷与空调领域，制冷工质在给我们带来舒适便捷生活的同时，也造成了非常严重的环境问题。在早期的研究中发现氟氯烃类(cfcs)和氢氟氯烃类(hcfcs)制冷工质可通过链式反应不断消耗臭氧层物质，从而造成了南极臭氧层的空洞现象。但作为cfcs和hcfcs类工质的替代物，氢氟烃类(hfcs)制冷工质臭氧层破坏潜值虽然为零，但其具有较强的温室效应。因此，为应对日益严峻的环境问题，国际社会颁布了一系列法规与政策，以逐步消减与淘汰对环境危害的工质。目前可供选择的新一代环保工质主要分为以下3类：自然工质类、低gwp的hfcs类，不饱和烯烃类(hfos)。其中自然工质主要包括：碳氢类(如r290、r600a和r600等)、r744、r717和r718等，低gwp的hfcs主要包括：r32、r152a和r161等，不饱和烯烃类包括：r1234yf、r1234ze(e)等。但而对于新一代具有低温室效应的环保工质而言，其大多数都具有可燃性。面对不断严苛环保政策，具有优异环保优势的可燃工质将是未来应用的主要趋势。但是这些易燃易爆的制冷工质在使用中存在泄漏燃爆的风险，为提高可燃工质在应用中的安全性，降低燃爆风险，亟需研究可燃工质的燃爆抑制技术。
3.而现如今，针对可燃工质的燃爆抑制技术，主要是在可燃工质添加阻燃工质，配比成混合制冷剂，如为抑制r1234yf的可燃性，开发的不可燃工质r513a(r1234yf/r134a)等。当阻燃工质与可燃工质混合使用时，虽然可有效的弱化甚至抑制可燃工质的可燃性，但与此同时，阻燃工质的加入将会对可燃工质的环保特性、热物性和系统的性能产生影响，例如，阻燃工质hfcs通常具有较高的gwp值，而hfos工质与可燃工质hcs物性差异较大。因此，现有的阻燃技术并不能有效抑制可燃工质的可燃性，并且兼顾环保的要求及系统的性能。
4.因此，亟需寻找新的燃爆抑制技术，以降低可燃工质泄漏燃爆过程中的风险性，并且兼顾其环保特性和系统性能。


技术实现要素：

5.在制冷系统中，压缩机为其核心部件，而压缩机中通常存在着冷冻机油，为了方便系统回油，制冷工质与润滑油需具备优异的互溶性。在目前的应用中，碳氢工质适用于矿物油，而hfcs和hfos工质更适用于多元醇酯油。在制冷系统的运行过程中，由于制冷工质与适配冷冻机油具有良好的互溶性，因此冷冻机油会伴随着制冷工质一起流动，而当制冷系统发生泄漏时，系统内的高压工质将裹携这部分冷冻机油一同释放，泄漏点附近将是泄漏工质浓度分布最大的区域，如果系统中的制冷工质为可燃气体，那么泄漏点附近将是最易发生燃爆风险的区域。此外，由于冷冻机油具有较低的闪点，冷冻机油的存在也将会促进可燃工质的燃烧。综合考虑制冷系统发生泄漏时的过程特点，本发明提出将冷冻机油与阻燃剂
按一定的比例配比成混合物，其中冷冻机油将与阻燃剂具有良好的互溶性，当可燃工质发生泄漏时，混合物中的阻燃剂将随着冷冻机油一同流出，当泄漏口附近的可燃工质遇到潜在点火源发生燃烧时，由于冷冻机油中阻燃剂的存在，可燃工质及冷冻机油的可燃性将被及时抑制，从而达到降低可燃工质泄漏燃爆风险，和提高系统安全性的目的。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种适用于制冷系统的冷冻机油与阻燃剂的混合物，该混合物由制冷系统中多元醇酯油和阻燃剂2-溴-3,3,3-三氟丙烯(分子式：cf3cbr＝ch2)组成。
8.上述多元醇酯油为多种化学成分组成的混合物，其主要成分为二元酸酯和多元醇酯，其主要的生产厂家及型号有美国冰熊emkarate rl32和emkarate rl68h、美国路博润solest lt-32和，solest 68。该多元醇酯油是制冷系统中常用的润滑油，其与hfcs和hfos工质具有良好的互溶性，其中常用的hfcs和hfos工质主要有r32(分子式：ch2f2)、r152a(分子式：ch3chf2)、r161(分子式：ch3ch2f)和r1234yf(分子式：ch2＝cf2cf3)等。
9.阻燃剂类型很多，但适用于本发明需要筛选和斟酌，根据多方试验和研究，本发明提出阻燃剂2-溴-3,3,3-三氟丙烯，是一种高效的灭火剂，臭氧消耗潜能值为0.0028，温室效应潜能值为0.005，其温室效应和对臭氧层破坏方面的影响均较小，因此2-溴-3,3,3-三氟丙烯兼具灭火特性和环保特性方面的优势。
10.混合物中多元醇酯油的质量百分数占比为80％-95％；2-溴-3,3,3-三氟丙烯的占比为5-20％。
11.本发明冷冻机油与阻燃剂的混合物，适用于蒸气压缩制冷系统，主要涵盖低温制冷领域。
12.由上述的多元醇酯油与阻燃剂2-溴-3,3,3-三氟丙烯具有良好的互溶性，相比于传统的冷冻机油，由多元醇酯油与阻燃剂2-溴-3,3,3-三氟丙烯配比而成的混合物，在做为冷冻机油使用时，具有优异的阻燃特性和灭火特性，特别适用于充注有hfcs和hfos等可燃工质的制冷系统。因此，由多元醇酯油与阻燃剂2-溴-3,3,3-三氟丙烯配比而成的冷冻机油在制冷系统中应用时，可降低可燃工质泄漏燃爆的风险，提高系统的安全性。
13.本发明具有以下优点及有益效果：
14.该冷冻机油与阻燃剂的混合物，可替代传统的冷冻机油，并配合hfcs和hfos类可燃工质使用。相较于传统的冷冻机油，该混合物具有较强的灭火特性，在制冷系统中与可燃工质配合使用时，可降低可燃工质泄漏时的燃爆风险，提高制冷系统安全性，因此可以促进环保型可燃工质的推广和使用。此项专利的取得可以尽快替代具有较高gwp值的制冷工质，促进在低温领域中环保工质的推广，从而达到保护环境和提高系统安全性的目的。
具体实施方式
15.本发明涉及的冷冻机油与阻燃剂的制备方法是将多元醇酯油与2-溴-3,3,3-三氟丙烯按照不同的质量百分比进行物理混合而成。
16.由于多元醇酯油为一类冷冻机油其主要的生产厂商和型号为美国冰熊emkarate rl32和emkarate rl68h、美国路博润solest lt-32和，solest 68。在实施例中则以美国冰熊生产的emkarate rl32为例。
17.可与上述多元醇酯油和2-溴-3,3,3-三氟丙烯混合物适配的制冷工质主要有r32、
r152a、r161和r1234yf等，在实施例中则以r1234yf为例。
18.下面给出具体实施例，其中组分的比例均为质量百分比，每种混合物中各组元的质量百分比之和为100％。
19.具体实施例如下：
20.实施例1，取质量分数为95％的多元醇酯油和5％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯，将这两种组分混合后作为冷冻机油。
21.实施例2，取质量分数为90％的多元醇酯油和10％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯，将这两种组分混合后作为冷冻机油。
22.实施例3，取质量分数为85％的多元醇酯油和15％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯，将这两种组分混合后作为冷冻机油。
23.实施例4，取质量分数为80％的多元醇酯油和20％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯，将这两种组分混合后作为冷冻机油。
24.表1多元醇酯油的物性参数
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表2混合物对可燃工质燃爆极限的影响
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多元醇酯油的物性参数如表1所示。依据美国采暖、制冷与空调工程师学会
(ashrae)制定的制冷剂可燃极限的测试方法《designation and safety classification of refrigerants》，对上述实施例开展可燃性测试实验。实验装置主要由三部分组成：反应容器、配气系统和点火系统。其中反应容器为12l的球形玻璃烧瓶，依据道尔顿分压定律进行精准配气，点火装置采用的是输出电压为15kv的电压控制器，放电电流为30ma，点火持续时间为0.4s。通过可燃气体点燃后的实验现象来判定气体的可燃性，判定标准为：通过观察燃烧火焰的传播现象，当火焰向上向外延伸时，以电火花位置为圆心，火焰达到的容器壁为边界的最大扇形角是否达到90度作为标准。当扇形角小于90度时，气体不可燃，当扇形角等于或大于90度时，气体可燃。依据上述实验方法及实验标准，实验测试了混合物对可燃工质r1234yf可燃上限和可燃下限的影响，如表2所示，每组实验中混合物的质量约1g，由柱塞泵高压雾化后喷入反应容器。
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在实施例1中，混合物的添加可使r1234yf的可燃下限从7.2％提高至7.8％，可燃上限从12％降低至11.8％，r1234yf的可燃极限范围由4.8％缩减至4.0％，表明混合物中含5％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯的加入减弱了r1234yf的可燃性。
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在实施例2，混合物的添加可使r1234yf的可燃下限从7.2％提高至8.3％，可燃上限从12％降低至11.4％，r1234yf的可燃极限范围由4.8％缩减至3.1％，表明混合物中含10％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯的加入进一步减弱了r1234yf的可燃性。
[0031]
在实施例3，混合物的添加可使r1234yf的可燃下限从7.2％提高至9.2％，可燃上限从12％降低至10.9％，r1234yf的可燃极限范围由4.8％缩减至1.7％，表明混合物中含15％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯的加入进一步减弱了r1234yf的可燃性。
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在实施例4，混合物的添加可使r1234yf的可燃下限从7.2％提高至10.3％，可燃上限从12％降低至10.3％，r1234yf仅在体积浓度为10.3％时可燃，表明混合物中含20％的2-溴-3,3,3-三氟丙烯的加入进一步减弱了r1234yf的可燃性。
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各实施例均表明，该混合物可有效提高可燃工质r1234yf的燃烧下限和降低其燃烧上限，使可燃极限范围逐渐变窄，从而减弱可燃气体的燃烧。
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根据上述的介绍，本发明冷冻机油与阻燃剂的混合物，可对可燃气体的燃烧产生抑制作用，在制冷系统中应用时，可降低可燃工质泄漏燃爆的风险。
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本发明涉及的是制冷系统中常用的冷冻机油，与一种阻燃剂的混合物。近年来，随着环境问题的不断加剧，对环境具有危害作用的制冷工质，正在逐步淘汰，而可燃工质凭借优异的环保性能将成为新的应用趋势。因此，为降低可燃工质在使用过程的泄漏燃爆风险，本发明提出一种阻燃方法，将具有较高灭火效率的阻燃剂与制冷系统中普遍存在的冷冻机油进行适配，形成混合物，应用于制冷系统中。当制冷系统发生泄漏时，可燃工质会携带该混合物一同释放，当遇到点火源时，由于混合物中包含的阻燃剂，会对可燃工质的燃烧反应产生抑制作用，达到灭火的或者降低燃爆风险的目的。
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以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。