CN107828460B - 冷冻油、其应用及压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷冻油、该冷冻油的应用以及一种压缩机，其中，所述冷冻油的基础油为多元醇酯，所述多元醇酯由选自二元醇、三元醇或四元醇的多元醇与由戊酸、庚酸和己酸组成的混合脂肪酸反应得到。可以实现冷冻油和常见制冷剂，例如R410A或R32等在低温下能够很好的相容，可以有效改善低温下压缩机的可靠性，且空调系统无需采用电阻丝等对油池辅助加热的部件，降低空调系统功耗，提高系统能效。
Description
技术领域
本发明涉及冷冻油技术领域，具体是一种冷冻油、其应用及一种压缩机。
背景技术
目前房间空调行业使用的冷媒绝大多数是R410A(50％HFC32与50％HFC125的混合物，也即50％二氟甲烷与50％五氟乙烷的混合物)或R32(HFC32，也即二氟甲烷)，要求压缩机使用的冷冻油在0℃以上某个区域和制冷剂相溶，目的是保证压缩机中排出的冷冻油可以在系统中溶解在制冷剂中，能够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。
当环境温度在0℃至-15℃时，冷冻油和R410A或R32制冷剂存在不相溶区域，经过长时间静置，系统中制冷剂会逐渐迁移至压缩机内部，当压缩机内制冷剂的质量越来越多且达到某个临界值时，冷冻油和制冷剂会出现分层现象，由于R410A或R32制冷剂的密度大于冷冻油的密度，R410A或R32制冷剂在下侧，冷冻油在上侧。当分层液面高于最低吸油面，空调开机后，压缩机立即启动，初始阶段曲轴会吸入压缩机底部贫油层的R410A或R32制冷剂到达泵体内部各摩擦副，由于R410A或R32制冷剂中溶解的冷冻油极少，无法起到润滑作用。开启次数达到某个数值，压缩机中的运动部件会出现严重异常磨损，降低压缩机的可靠性，严重者会导致压缩机启动不良，空调系统无法正常运行。
专利文献(CN104152221A)公开了一种冷冻机油和制冷剂的组合物及其应用，其中公开了所述冷冻机油可以选自多元醇酯，但没有给出所述多元醇酯的具体组成或者制备原料，并且该现有技术中的冷冻油和制冷剂在低温下容易分层，相容性不好。
为避免上述情况的发生，现有房间空调在压缩机的外壳下端油池处缠绕一定功率的电阻丝，当监测到环境温度低于预定温度时，通过电阻丝对压缩机底部油池加热到指定温度，让冷冻油和R410A或R32制冷剂处于互溶状态，不会分层。压缩机在启动初始阶段，能够吸入富含冷冻油的组合物(制冷剂和冷冻油)到达泵体内部各摩擦副，确保泵体零件各部位的润滑，压缩机正常工作，空调正常运行。为解决上述问题，空调系统必须在压缩机的外壳下端增加电阻丝，系统功耗会增加，整体能效有所降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种冷冻油，该冷冻油在低温下不会与常用制冷剂分层，能够使得压缩机在启动阶段能够吸入富含冷冻油的制冷剂。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种冷冻油，所述冷冻油的基础油为多元醇酯，所述多元醇酯由选自二元醇、三元醇、四元醇或其组合的多元醇与由戊酸、庚酸和己酸组成的混合脂肪酸反应得到。
优选地，所述基础油的制备原料中，以混合脂肪酸的总量为基准，按摩尔比率计算，戊酸的比率为20％-40％，庚酸的比率为15％-45％，己酸的比率为30％-50％。
优选地，所述基础油的制备原料中，以混合脂肪酸的总量为基准，按摩尔比率计算，戊酸的比率为25％-35％，庚酸的比率为20％-40％，己酸的比率为30％-45％。
优选地，所述二元醇选自乙二醇或丙二醇或丁二醇；
所述三元醇选自三羟甲基乙烷或三羟甲基丙烷或三羟甲基丁烷；
所述四元醇为季戊四醇；
优选三元醇与二元醇的组合，尤其优选三羟甲基丙烷与丁二醇的组合。
优选地，所述冷冻油中还含有抗氧化剂、酸捕获剂和抗磨剂。
优选地，其中各组分的含量范围按照质量比为：
基础油 90％－99％
抗氧化剂 0.1％－3％
酸捕获剂 0.1％－5％
抗磨剂 0.1％－2％。
另一方面，本发明采用如下技术方案：
一种冷冻油的应用，所述冷冻油用于压缩机内部的润滑。
优选地，所述压缩机用于对冷媒进行压缩，所述冷媒为R410A或R32。
再一方面，本发明采用如下技术方案：
一种压缩机，用于对冷媒进行压缩，在所述压缩机内设置有上述冷冻油，用于对压缩机内的部件进行润滑。
优选地，所述冷媒为R410A或R32，压缩机启动时，所述压缩机内的冷冻油与混合物(冷冻油和制冷剂)的质量比大于等于10％，小于等于40％。
本发明也提供一种多元醇酯的用途，所述多元醇酯由选自二元醇、三元醇或四元醇的多元醇与由戊酸、庚酸和己酸组成的混合脂肪酸反应得到，所述用途为用于压缩机中作为冷冻油，起到润滑的作用。具体而言，该多元醇酯用于增加冷冻油与制冷剂在0-零下20℃，或者0-零下15℃的相溶性
本发明中，冷冻油的基础油为多元醇酯，所述多元醇酯由选自二元醇、三元醇、四元醇或其组合的多元醇与由戊酸、庚酸和己酸组成的混合脂肪酸反应得到。可以实现冷冻油和常见制冷剂，例如R410A或R32等在低温下很好的相容，使得冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度小于等于-15℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于40℃；在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.0mm2/s。本申请中，通过对冷冻油和制冷剂低温下相溶性进行优化，让冷冻油和制冷剂在低温下也能够保持完全互溶状态，可以有效改善低温下压缩机的可靠性，且空调系统无需采用电阻丝等对油池辅助加热的部件，降低空调系统功耗，提高系统能效。
附图说明
图1示出本发明提供的实施例一中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图2示出本发明提供的实施例二中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图3示出本发明提供的实施例三中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图4示出本发明提供的实施例四中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图5示出本发明提供的实施例五中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图6示出对比例一中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图7示出对比例二中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图8示出对比例三中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图；
图9示出对比例四中的冷冻油和制冷剂二层分离曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明，本发明并不限于以下实施例。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可以从商业途径获得。
实施例1
按摩尔比1:2.5称取三羟基甲基丙烷和混合脂肪酸，混合脂肪酸中戊酸摩尔占比35％，庚酸摩尔占比25％，己酸摩尔占比40％。按醇和脂肪酸的质量百分比0.02％称取催化剂加入带回流装置2L烧瓶，启动真空泵，调节真空度为-0.1Mpa，逐步升温，在120℃-135℃保持9h，分去生成的水，185℃-195℃保持1h，分去生成的水，245℃-255℃保持0.5h，分去生成的水，酯化完毕后，维持真空度小于-0.1Mpa，保持265℃-275℃，向反应釜中通入适量氮气，保持0.5h，分去馏出的酸、半酯、水等混合物得基础油。其中，所述催化剂优选为对甲苯磺酸。
在调和釜中加入98.5％制得的基础油、0.3％烷基酚(抗氧化剂)、0.2％二甲基辛酸缩水甘油酯(酸捕获剂)、0.9％三甲酚磷酸酯(抗磨剂)，启动真空泵维持真空度小于-0.1Mpa，恒温0.5h，获得产品。其中，上述百分比为质量比。
将所得冷冻油与R410A或R32制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，如图1所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度小于等于-15℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于40℃。
在冷媒循环系统中，例如制冷系统、热泵系统等冷媒循环系统中，环境温度在0℃至-15℃时，本申请中的冷冻油和制冷剂能够完全互溶，冷冻油和冷媒不会出现分层现象。经长时间静置后，制冷剂会逐渐迁移至压缩机内部，此时，可以保证压缩机开启初始阶段润滑，压缩机能够正常运行。本申请中的压缩机可取消压缩机的外壳下端油池处电阻丝等辅助加热部件，降低空调系统的功率，提高空调系统的能效。
该实施例中的冷冻油和常规制冷剂的组合物在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.0mm2/s，可以保证压缩机在常规压力和温度范围内的长期可靠性。
实施例2
其它条件与实施例1相同，不同之处在于混合酸中戊酸的摩尔占比为30％，庚酸的摩尔占比为25％，己酸的摩尔占比为45％。
将所得冷冻油与R410A或R32制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，如图2所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度小于等于-16℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于40℃。
在冷媒循环系统中，例如制冷系统、热泵系统等冷媒循环系统中，环境温度在0℃至-15℃时，本申请中的冷冻油和制冷剂能够完全互溶，冷冻油和冷媒不会出现分层现象。经长时间静置后，制冷剂会逐渐迁移至压缩机内部，此时，可以保证压缩机开启初始阶段润滑，压缩机能够正常运行。本申请中的压缩机可取消压缩机的外壳下端油池处电阻丝等辅助加热部件，降低空调系统的功率，提高空调系统的能效。上述冷冻油和常规制冷剂的组合物在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.0mm2/s。可以保证压缩机在常规压力和温度范围内的长期可靠性。
实施例3
该实施例中，其它条件与实施例1相同，不同之处在于混合酸中戊酸的摩尔占比为20％，庚酸的摩尔占比为20％，己酸的摩尔占比为60％。
将所得冷冻油与R410A或R32制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，如图3所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度小于等于0℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于40℃，且冷冻油占混合物(冷冻油和制冷剂)比例为40％(也即压缩机运行的常规比例)时对应二层分离温度小于等于-15℃。
在冷媒循环系统中，例如制冷系统、热泵系统等冷媒循环系统中，环境温度在0℃至-5℃时，本申请中的冷冻油和制冷剂能够完全互溶，冷冻油和冷媒不会出现分层现象。经长时间静置后，制冷剂会逐渐迁移至压缩机内部，此时，可以保证压缩机开启初始阶段润滑，压缩机能够正常运行。本申请中的压缩机可取消压缩机的外壳下端油池处电阻丝等辅助加热部件，降低空调系统的功率，提高空调系统的能效。
上述冷冻油和常规制冷剂的组合物在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.5mm2/s。可以保证压缩机在常规压力和温度范围内的长期可靠性。
实施例4
其它条件与实施例1相同，不同之处在于混合酸中戊酸的摩尔占比为40％，庚酸的摩尔占比为35％，己酸的摩尔占比为25％。
将所得冷冻油与R410A或R32制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，如图4所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度约-8℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于38℃，且冷冻油与混合物(冷冻油和制冷剂)比例为40％时对应二层分离温度小于等于-15℃。
在冷媒循环系统中，例如制冷系统、热泵系统等冷媒循环系统中，环境温度在0℃至-8℃时，本申请中的冷冻油和制冷剂能够完全互溶，冷冻油和冷媒不会出现分层现象。经长时间静置后，制冷剂会逐渐迁移至压缩机内部，此时，可以保证压缩机开启初始阶段润滑，压缩机能够正常运行。本申请中的压缩机可取消压缩机的外壳下端油池处电阻丝等辅助加热部件，降低空调系统的功率，提高空调系统的能效。
该实施例中的冷冻油和常规制冷剂的组合物在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.2mm2/s，可以保证压缩机在常规压力和温度范围内的长期可靠性。
实施例5
其它条件与实施例1相同，不同之处用三羟基甲基丙烷和丁二醇按照羟基比1:1比例组成的混合物代替实施例1中的三羟基甲基丙烷。
将所得冷冻油与R410A或R32制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，如图5所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度约-18℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于42℃。
在冷媒循环系统中，例如制冷系统、热泵系统等冷媒循环系统中，环境温度在0℃至-18℃时，本申请中的冷冻油和制冷剂能够完全互溶，冷冻油和冷媒不会出现分层现象。经长时间静置后，制冷剂会逐渐迁移至压缩机内部，此时，可以保证压缩机开启初始阶段润滑，压缩机能够正常运行。本申请中的压缩机可取消压缩机的外壳下端油池处电阻丝等辅助加热部件，降低空调系统的功率，提高空调系统的能效。
该实施例中的冷冻油和常规制冷剂的组合物在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.0mm2/s，可以保证压缩机在常规压力和温度范围内的长期可靠性。
对比例1
现有的POE(Polyol Ester)类聚酯油与R410A制冷剂的组合物。
将现有POE(Polyol Ester)类聚酯油与R410A制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，结果如图6所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度小于等于10℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于30℃。当温度在0至-15℃时现有冷冻油和制冷剂存在不相溶区域，即分层区域。
对比例2
其它条件与实施例1相同，不同之处在于混合酸为戊酸与庚酸按照摩尔占比为3：1形成的混合物。
将所得冷冻剂组合物与R410A组成的制冷剂混合，测试其随温度变化的相溶性能，结果如图7所示。冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度约-2℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于35℃。当温度在-2至-15℃时现有冷冻油和制冷剂存在不相溶区域，即分层区域。
对比例3
其它条件与实施例1相同，不同之处在于使用戊酸与三羟基甲基丙烷聚合。
将所得冷冻剂组合物与R410A组成的制冷剂混合，测试其随温度变化的相溶性能，结果如图8所示。冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度约0℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于36℃。当温度在0至-15℃时现有冷冻油和制冷剂存在不相溶区域，即分层区域。
对比例4
现有的POE(Polyol Ester)类聚酯油与R32制冷剂的组合物。
将现有的POE(Polyol Ester)类聚酯油与R32制冷剂混合，冷冻油与组合物质量比分别为10％、20％、30％、40％、50％，测试冷冻油在不同比例下二层分离温度，得到冷冻油和制冷剂二层分离曲线，结果如图9所示，冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈类似抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度约0℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于40℃。在冷冻油含量40％或以上时，当温度在0至-15℃时现有冷冻油和制冷剂存在不相溶区域，即分层区域。
本发明中，冷冻油的基础油为多元醇酯，所述多元醇酯由选自二元醇、三元醇或四元醇的多元醇与由戊酸、庚酸和己酸组成的混合脂肪酸反应得到，本申请中的冷冻油主要由基础油、少量添加剂、抗氧化剂、酸扑捉剂等组成，添加剂可以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；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，减少氧化因子对油品的劣化作用，延长油品的使用寿命；酸捕捉剂可以将油中生产的酸性物质进行捕捉、中和、降低油品劣化，延长油品使用寿命。
本申请中的冷冻油可以实现冷冻油和常见制冷剂，例如R410A或R32等在低温下的相容性，使得冷冻油和制冷剂二层分离温度曲线呈抛物线状，低温侧为开口向下，曲线最高点对应温度小于等于-15℃，高温侧开口向上，曲线最低点对应温度大于等于40℃；在80℃、3.4Mpa压力条件下，冷冻油的运动粘度大于等于3.0mm2/s。本申请中，通过对冷冻油和制冷剂低温下相溶性进行优化，让冷冻油和制冷剂保持完全互溶状态，可以有效改善低温下压缩机的可靠性，且空调系统无需采用电阻丝等对油池辅助加热的部件，降低空调系统功耗，提高系统能效。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种冷冻油，其特征在于，所述冷冻油的基础油为多元醇酯，所述多元醇酯由选自三羟甲基丙烷与丁二醇按照羟基比1:1比例组成的多元醇与由戊酸、庚酸和己酸组成的混合脂肪酸反应得到，其中，所述基础油的制备原料中，以混合脂肪酸的总量为基准，三种脂肪酸的摩尔混合比为戊酸的比率为20%-40%，庚酸的比率为15%-45%，己酸的比率为30%-50%；
所述冷冻油中还含有抗氧化剂、酸捕获剂和抗磨剂，其中各组分的含量范围按照质量百分比为：
基础油90％－99％；
抗氧化剂0.1％－3％；
酸捕获剂0.1％－5％；
抗磨剂0.1%-2%。
2.根据权利要求1所述的冷冻油，其特征在于，所述基础油的制备原料中，以混合脂肪酸的总量为基准，三种脂肪酸的摩尔混合比：戊酸的比率为25%-35%，庚酸的比率为20%-40%，己酸的比率为30%-45%。
3.一种权利要求1或2所述的冷冻油的应用，其特征在于，所述冷冻油用于压缩机内部的润滑。
4.根据权利要求3所述的冷冻油的应用，其特征在于，所述压缩机用于对冷媒进行压缩，所述冷媒为R410A或R32。
5.一种压缩机，用于对冷媒进行压缩，其特征在于，在所述压缩机内设置有权利要求1或2所述的冷冻油，用于对压缩机内的部件进行润滑。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述冷媒为R410A或R32，压缩机启动时，所述压缩机内的冷冻油与冷冻油和制冷剂混合物的质量比大于等于10%，小于等于40%。
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