DE2345540A1

DE2345540A1 - Synthetic lubricants for sealed refrigerant systems - with limited miscibility at vaporisation temp. of the refrigerant

Info

Publication number: DE2345540A1
Application number: DE19732345540
Authority: DE
Inventors: Klaus Mall
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1973-09-10
Publication date: 1975-04-24
Also published as: CH595434A5; SE7411380L

Abstract

Synthetic oils with limited miscibility with the refrigerant at its vaporisation temp. are used as lubricants in sealed refrigerator systems. The condensed refrigerant, e.g. ammonia, separates into a phase rich in entrained oil carried over from the compressor, which has good solubility for refrigerant and good flow properties, with viscosity at 240 degrees K similar to that of petrol, and a phase consisting of almost pure refrigerant. The oil-rich phase flows under gravity and separates as a layer at the bottom of the apparatus, from which it is returned to the compressor oil without use of addnl. equipment of energy. Conventional mineral oils dissolve little ammonia and have poor flow properties at low temps. Polyglycols with suitable viscosity for use as lubricants and good flow properties when mixed with a refrigerant in the range of 200-230 degrees K. A polyglycol of medium mol. wt. with kinematic viscosity of 93 c St at 311 degrees K and 15 Cst at 372 degrees K, density of 1.003 at 288 degrees K. flash point 533 degrees K and flow pt. of 237 degrees K.

Description

LtNUE AKTIENGESELLSCHAFTLtNUE AKTIENGESELLSCHAFT

S 3υ8) 5 - S 3υ8) 5 -

Pi/KpPi / Kp

24. August 1973August 24, 1973

Synthetische Öle als SchmiermittelSynthetic oils as lubricants

Die Erfindung betrifft synthetische öle als Schmiermittel in geschlossenen, ein Kältemittel enthaltenden Kältekreis-The invention relates to synthetic oils as lubricants in a closed refrigerant circuit containing a refrigerant

laufen.to run.

■■ Um die Schmierung des mechanischen Verdichters einer Kälte-■■ In order to lubricate the mechanical compressor of a refrigeration

anlage sicherzustellen, mufi !■ Kurbelgehäuse des Verdichters ^: ständig eine gewisse ölmenge vorhanden sein. Während des i Betriebes der Kälteanlage reiflt jedoch der zu verdichtendesystem must be ensured! ■ Crankcase of the compressor ^: a certain amount of oil must always be available. During operation of the refrigeration system, however, the one to be compressed matures Ί Kältenitteldampf von den Wänden des Zylinders öl mit, so daflΊ refrigerant vapor from the walls of the cylinder with oil so that

1 der ölstand sinkt, wenn nicht für eine Rückführung dieses Öles1 the oil level drops, if not for a return of this oil

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gesorgt wird. Dies geschieht in erster Linie durch einen ölabscheider in der Druckleitung unmittelbar hinter dem Verdichter. Allerdings kann auf diese Weise nicht das gesamte mitgefUhrte öl aus dem Kältemitteldampf entfernt werden, und das restliche öl reichert sich an anderen Stellen des Kältemittelkreislaufes, vorwiegend an den wärmeUbertragenden Wänden Überfluteter Verdampfer an.is taken care of. This is primarily done by an oil separator in the pressure line immediately behind the Compressor. However, not all of the oil carried along can be removed from the refrigerant vapor in this way. and the remaining oil accumulates at other points in the refrigerant circuit, mainly at the heat transferring ones Walls flooded evaporator.

Neben dem Ölverlust hat dies auch noch eine Verschlechterung des WMrmeÜbergänges zur Folge, weshalb eine Entölung der betreffenden Apparate, Insbesondere des Überfluteten Verdampfers, notwendig wird. Bei tiefen Temperaturen ist eine Entölung von z.B. NE*- oder C-,Hg-K81teanlagen Jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, bzw. ab ca. 230 K ganz unmöglich, da sich in manchen Kältemitteln, z.B. Ammoniak, die herkömmlichen Schmieröle mineralischen Ursprungs nicht oder nur in sehr geringen Mengen lösen und die Fließfähigkeit der öle aufgrund der tiefen Temperaturen nicht mehr ausreicht, sie in einem Abscheider aufzufangen. Zwar sind Schmieröle mit Zusätzen von aromatischen Komponenten, die die Kältemittellöslichkeit verbessern, bekannt, doch können derartige Schmieröle nur in Verbindung mit aus halogenierten Kohlenwasserstoffen bestehenden Kältemitteln mit Erfolg angewendet werden. In Ammoniak z.B. ist auch deren Löslichkeit zu gering.In addition to the loss of oil, this also leads to a deterioration in the heat transfer, which is why the oil is de-oiled relevant apparatus, in particular the flooded evaporator, becomes necessary. At low temperatures, e.g. NE * or C-, Hg-K81teanlagen is also required associated with considerable difficulties, or from approx. 230 K entirely impossible because some refrigerants, e.g. ammonia, do not contain conventional lubricating oils of mineral origin or only dissolve in very small quantities and the flowability of the oils is no longer sufficient due to the low temperatures, collect them in a separator. It is true that lubricating oils are made with additions of aromatic components that reduce the refrigerant solubility improve, known, but such lubricating oils can only in connection with from halogenated hydrocarbons existing refrigerants can be used with success. In ammonia, for example, their solubility is also too low.

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UNOE AKTIENGESELLSCHAFTUNOE AKTIENGESELLSCHAFT

j Die Entölung von Überfluteten Verdampfern in Ammoniak- oder ji Propankälteanlagen erfolgt deshalb zur Zeit periodisch durch j, Außerbetriebsetzung des Verdampfers und Anwärmen des jj Apparateinhalts bis zur ausreichenden Fließfähigkeit des ,, Schmieröles. Eine andere Möglichkeit zur Lösung des Problems besteht darin, extrem dlinne mineralische Schmieröle einzusetzen, die dann durch separate ölkühler auf die geforderte Betriebszähigkeit abgekUhlt werden. Reicht die Kältefließfähigkeit dann immer noch nicht aus, so wird in der Praxis eine Vorentölung Über flüssige TelIstromverfahren bzw. einj The de-oiling of flooded evaporators in ammonia or ji propane refrigeration systems are therefore currently carried out periodically by j, shutting down the evaporator and warming up the jj contents of the apparatus up to the sufficient flowability of the ,, lubricating oil. Another way to solve the problem consists of using extremely thin mineral lubricating oils, which are then passed through separate oil coolers to the required Operating Toughness to be cooled. The cold flowability is sufficient then still not enough, so in practice a pre-oiling over liquid TelIstromverfahren or a

Ij zweites umschaltbares Verdampfungsaggregat notwendig. DieseIj second switchable evaporation unit required. These

jj Lösungen sind aber in hohem MaSe unbefriedigend, da kein sicherer kontinuierlicher Betrieb der Kälteanlage möglich ist und zusätzliche Einrichtungen notwendig sind.However, jj solutions are largely unsatisfactory because the refrigeration system cannot be operated reliably and continuously and additional facilities are necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmiermittel aufzufinden, dessen Eigenschaften auch bei tiefen Temperaturen eine problemlose Entölung der betreffenden Apparate erlauben.The invention is based on the object of finding a lubricant whose properties even at low temperatures allow easy de-oiling of the apparatus in question.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Komponentensystern Schmiermittel-Kältemittel bei der Verdampfungstemperatur des Kältemittels eine MischungslUcke aufweist.This object is achieved in that the component system Lubricant-refrigerant has a miscibility gap at the evaporation temperature of the refrigerant.

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Dadurch wird einerseits eine kältemittelreiche Phase und andererseits eine ölreiche Phase gebildet, wobei die ölreiche Phase eine gute Löslichkeit des Kältemittels aufweist und die kältemittelreiche Phase aus nahezu reinem Kältemittel besteht. Diese erstmals bei ölen fUr einen ΝΗ,-Kreislauf festgestellten Eigenschaften führen dazu, dafl die kKltemittelreiche Phase praktisch ölfrei ist und die ölreiche Phase aufgrund der sehr guten Kältemittellöslichkeit auch bei tiefen Temperaturen gute Fließeigensohaften besitzt. Mischungen von einem derartigen öl mit Ammoniak zeigen bei einer Temperatur von ca. 24o K noch einen benzinartigen Fließcharakter, so daß eine Entnahme aus den betroffenen Apparaten ohne Schwierigkeiten auf herkömmliche Weise möglich ist. Die auf den Flächen niedergeschlagene ölreiche Phase fließt unter dem Einfluß der Schwerkraft und infolge der geringen Viskosität sowie des hohen Gehaltes an gelöste« Ammoniak ab und sammelt sich, aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte, getrennt auf dem Boden des Apparates an, wo es mittels einer ölschleuse abgezogen oder in einem ülaustreiber angereichert werden kann. Es sind somit keine zusätzlichen Anlagenteile zur ölrtlckgewInnung aus dem Kältemittelkreislauf notwendig, wodurch sowohl die Anlagenkosten als auch die Energiekosten gesenkt werden und die Wirtschaftlichkeit der Anlage gesteigert wird.As a result, on the one hand, a refrigerant-rich phase and, on the other hand, an oil-rich phase is formed, the oil-rich phase has a good solubility of the refrigerant and the refrigerant-rich phase of almost pure Refrigerant. This for the first time with oils for one ΝΗ, cycle lead to that the refrigerant-rich phase is practically oil-free and the Oil-rich phase has good fluid properties even at low temperatures due to its very good refrigerant solubility. Mixtures of such an oil with ammonia still show a gasoline-like appearance at a temperature of approx Flow character, so that it can be removed from the apparatus concerned in a conventional manner without difficulty is. The oil-rich phase deposited on the surfaces flows under the influence of gravity and as a result of the low viscosity as well as the high content of dissolved ammonia and collects, due to the different specific weights, separated on the bottom of the apparatus, where it is withdrawn by means of an oil sluice or in a ülaustreiber can be enriched. So there are none additional system components for oil recovery from the refrigerant circuit necessary, whereby both the system costs and the energy costs are reduced and the economy the system is increased.

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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, kontinuierlich einen Teilstrom an Kältemittel-Öl dem Verdampfer zu entnehmen, wobei der ölanteil dieses Teilstromes so groß sein muß, daß im Verdampfer die Konzentration der kältemittel reichen Phase nicht erreicht wird. Das bedeutet, daß die mit dem Kältemittel dem Verdampfer zu entnehmende ölmenge größer oder mindestens gleich der ölmenge sein muß, die vom Verdichter in den KMltekreislauf abgegeben wird.Another possibility is to continuously take a partial flow of refrigerant oil from the evaporator, The oil content of this partial flow must be so large that the concentration of the refrigerant in the evaporator is sufficient Phase is not reached. This means that the amount of oil to be removed from the evaporator with the refrigerant is greater or must be at least equal to the amount of oil that is released from the compressor into the oil circuit.

Durch diese Maßnahme wird die Sättigungskonzentration der kältemittelreichen Phase (öl im Kältemittel) nicht erreicht, so daß sich während des Verdampfungsvorganges kein Ölfilm an den Wärmeaustauschflächen ausbilden kann.By this measure, the saturation concentration of the refrigerant-rich Phase (oil in the refrigerant) not reached, so that no oil film can form on the heat exchange surfaces during the evaporation process.

Mit besonderem Vorteil werden als Schmiermittel für Kältemittelverdichter Polyglykole in maschinengerechter Ausgangszähigkeit verwendet, die bei Temperaturen unterhalb 23o K bis zu ca. 2oo K noch ein sehr gutes Flifcßverhalten in der Mischung mit dem Kältemittel aufweisen,Are particularly advantageous as lubricants for refrigerant compressors Polyglycols used in machine-compatible initial toughness, which at temperatures below 23o K up to approx. 2oo K still have very good flow behavior in the mixture with the refrigerant,

Erfindungegemäß läßt sich zum Beispiel ein Polyglykolöl mittleren Molekulargewichtes mit einer kinematischen Viskosität von 93 cST bei 311 K und I5 cST bei JJ2 K, einer Dichte von I,oo3 g/ml bei 288 K einem Flammpunkt von 533 KAccording to the invention, for example, a polyglycol oil of medium molecular weight with a kinematic viscosity of 93 cST at 311 K and 15 cST at JJ2 K, a density of 1.03 g / ml at 288 K and a flash point of 533 K.

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und einem Fließpunkt von 237 K verwenden.and a pour point of 237 K.

Andere synthetische Schmiermittel, die in der Mischung mit dem Kältemittel bei dessen Verdampfungstemperatur ebenfalls die erfindungsgemMfl erforderliche MischungslUcke aufweisen, sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise verwendbar.Other synthetic lubricants included in the mix with the refrigerant at its evaporation temperature likewise the miscibility gap required according to the invention can be used for the purposes of the present invention in the same way.

2 Patentansprüche 2 claims

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Claims

.γ. LINDE AKTIENGESELLSCHAFT I (S 363) S 73/66 Pi / Kp August 24, 1973 Patent claims

1. Synthetische öle als Schmiermittel in geschlossenen, ein Kältemittel enthaltenden KKltekreisläufen, dadurch gekennzeichnet, daß das Konponentensystem Schmiermittel-KlQteaittel bei der Verdampfungstemperatür des Kältemittels eine Mischungslücke aufweilt.1. Synthetic oils as lubricants in closed, cooling circuits containing a refrigerant, characterized in that the component system Lubricant-cooling agent at the evaporation temperature of the refrigerant has a miscibility gap.

2. Synthetische öle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl sie aus Polyglykolen bestehen.2. Synthetic oils according to claim 1, characterized in that that they consist of polyglycols.

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