冷冻油和制冷剂

1、空调冷冻油（压缩机润滑油）的应用及发展当曲位匙：中国制冷网 > 产品分析 > 正文 时M： 2012-03-20 来谏：中国制冷网 点击次数：12201次台湾百达精密化学 蔡祯祥洪榮宗朱仙光一.1）将被淘汰的氛利昂制冷剂以前制冷空调行业中使用的制冷剂多为CFC （氯氛烧的统称）和HCFC（含氢氮氛烧），简称：氛利昂厂 这些物质由于对臭氧层具有破坏作用（0DP大气臭氧层损耗潜能值）和产生温室效应（GWP全球变暖潜值） 即将被186个自愿逍守或签署f茨特利尔议定书或京都议定书规定的国家淘汰。破坏臭氧层的氯原子一带来的危害据UNEP（联合国环境规划署）提供的资料.如果平流层（离地表10-

2、50公里处）的臭氧总虽减少1%. 预计到达地而的有害紫外线（UV-B）将増加2%。有害紫外线的増加会产生以下一些危書：1. 使皮肤癌和白内障患者増加：损坏人的免疫力使传染病的发病率増加°2. 破坏生态系统：过虽:的紫外线辐射会使植物的生长和光合作用受到抑制，使农作物减产：紫外线 辐射也可能导致某些生物物种的突变。3引起新的环境问題：过虽的紫外线能使塑料等商分子材料更加容易老化和分解.结果又带來光化 学大气污染。I大1此保护臭氧已经引起了各国的商度重视，成为一项全球性的紧迫任务。温室效应一带来的危害r巨大经济损失。人类对气 候变化所导致的气彖灾害的适应能力是相当弱的。按现在的一些发展趋

3、势，科学家预测有可能出现的影响和危害有1.2. 影响农业和自然生态系统:全球气溫和降雨形态的迅速变化，可能使世界许多地区的农业和自然 生态系统无法适应或不能很快适应这种变化.造成大范碉的森林植被破坏和农业灾害3. 加剧洪涝、下旱及其它气象灾吿:全球平均气温賂有上升，就可能带來频繁的气候灾吿一一过女 的降雨、大范困的T旱和持续的扁温.造成大规模的灾吿损失。4影响人类健康:气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率，増加传染病。商温会给人类的循环系统 増加负担热浪会引起死亡率的増加。2) 淘汰的时间表由干行业发展的惯性，目前使用较藝的制冷剂是CFCs和HCFCso (对于CFCs发达国家已干1996年1

4、丿J 1日起禁止生产和使用：HCFCs于2010年1月1日起禁止生产,2030禁止使用。)3) 环保冷媒的推广正因为现行的制冷剂对环境的巨大的破坏作用，促使着人们枳极的寻求能够与环境的可持续发展相适 应的新型替代制冷剂。因此理想的替代制冷剂除应有较低的0DP值和GWP值外.还应具有良好的安全性、 经济性、优良的热物性等优点，争取做到既环保又节能。新型的替代制冷剂主要包括人匸合成型和天然型两大类有爪一丄质和混合工质两个方面.混合工质 又可分为共沸混和物、近共沸混和物和非共沸混和物三种°1) HFC(R134a)R134a的0DP=0, GWP=420.不可燃.无毒，无味.工作压力低(3

5、-12公斤之间)，使用安全.其 热物性质与R12十分接近，可用來替代R12,但使用R134a,会使能耗増大.另外它还是一种温室效应气 体，所以仍然存在一定的缺陷。目前广泛使用在大型的商业空调机组上(85-2000冷吨之间居多)及汽午 空调和家用冰箱等领域。2) HFC (R152a)从物化性方面看HFC-152a也与CFC-12接近用R152a替代R12后能耗可降低3%7%.但其在 空气中含虽:达 时具有可燃性，因此推广使用收到一定的限制。比较少使用。3) HFC (R410A)R410A是近共沸混合制冷剂，是由质址分数为50%R32和50%R125组成。ODP=0,主要用來替代R22. 取位

6、容积制冷虽较大，传热性能及流动性能较好，但同温度下压力值比R22rWj约60%。目前广泛使用在 小型的家用空涮机组上(10冷吨左右)及家用冰箱等领域。4) HFC (R107C)R407C是非共沸混合制冷剂，是由质虽分数为23%的R32. 25%的R125和51%的R134a组成，0DP =0.单位容积制冷址大.但传热性能较差。目前广泛使用在小型的家用空调机组上(10冷吨左右)及 家用冰箱等领域。天然制冷剂方面主要有：5) 碳氢化合物目前作为制冷剂应用的碳氢化合物主要是丙烷(R290) . 丁烷(R600)和井丁烷(R600a)等.其中 R600a已在欧洲和一些发展中国家广泛用于冰箱中并且它符

7、合京都议定书的要求，ODP=O GWP = 15,环保性能好，成本低,运行压力低,噪声小,但其易燃.易爆。此外R290和R600a组成的混合制冷 剂也有一定的发展使用。6) 氨(R717)氨已被使用达120年之久而至今仍在使用。其ODP=0. GWP=0,7) 二氧化碳(R744)C02是自然界天然存在的物质，0DP=0. GW=lc來源广泛、成木低廉.C02安全无類 不可燃. 适应各种润滑汕常用机械零部件材料.即便在岛温下也不分解产生有害气体。C02的蒸发潜热较大.也位 容积制冷虽相X航故斥缩机及部件尺寸较小：绝热指数较商K=,压缩机压比约为、，比其它制冷系统低， 容积效率相对较大，接近于最

8、佳经济水平，有很大的发展潜力。但其丄：作压力是HFC冷媒的5-S倍，现在 处于研发阶段。结论：2010年大部分空训生产厂家开始批址生产HFC-134a. HFC-410A冷媒的家用空调机和商用空 调机。对于一个环保制冷剂(HFC)空调机的开发工作，必须结合系统.压缩机、冷媒和冷冻油等制造商 共同密切合作配合才能完成。早期开发HCFC和CFCHFC HFC冷媒的空调机的过程中.面临了许女的问题，例如新冷媒和冷冻油之间的兼容性和润 滑度：空调组件的污垢和水份问题：冷冻循环中冷冻油的流动及回油：油脂淸洗或移除后管路的淸洁情况 检验问題：以及系统管路的改善等问题。新冷冻油的选用.最重要的考虑就是信赖性

9、(reliability)和稳 定性(stability)。Fig from ExxonZl. 1)合成冷冻油的应用HF C的应用上传统的矿物油无法满足需求由于环保制冷剂(HFC)的开始广泛应用.传统的矿物润滑油已无法满足新压缩机设讣和与新型制 冷剂相搭配的需求。在一般操作条件下矿物由与HFC制冷剂并不兼容.啟独使用或勉强混掺可能会有无 法预期的后果。在这些条件下矿物油可能会热退化，出现析腊：化学性退化，酸值偏差：在一些应用中可 能发生矿物油被斥缩气体严垂稀释。这种稀释将降低润滑油的粘度，经常造成零部件的润滑不足，粘度下 降：在木质上冷冻油的使用是为斥缩设备提供保护，但在HFC系统上使用矿物油

10、将使设备因为没有适、勺的 保护而不具信赖性及稳定性。即便勉强I大1使用添加剂或配方调整解决了冷冻油与制冷剂的兼容问题随若设备的使用年数引起的磨 损而导致机温的升商，矿物汕变质的周期会越來越快.更换润滑汕的周期会越來越短，除了需繁复的更换 冷冻油外.也会导致设备的损坏。合成冷冻油将会被大址应用合成润滑油发展的目的正是为门苗足新型设备及制冷剂搭配上复杂应用的需求。它们提供了许女超越 传统矿物汕的优势。其中一些包括出色的化学安定性，商粘度指数，低倾点，良好的水解稳定性和完全反 乳化性，垠重婆的是提供厂更好的兼容性。这些合成冷冻油也提供比矿物汕更好的润滑力，出色的热稳定 性，对制冷系统提供更好的保护低

11、挥发性和与商闪点使合成冷冻汕的操作更为安全，合适的选用油品也 能达到对弹性材料及金屈的兼容性等优点特色。使用HFC制冷剂的新型制冷设备可藉由合成冷冻油得到有效的保护并发挥效能，即便是使用R22或其 它制冷剂的设备.若适、”1的搭配使用冷冻汕也能达到较好的操作及经济效益。使用合成汕后.制冷设备因 得到了润滑油的有效保护，保障了有效的使用寿命。在正确的操作应用下合成油的更换周期约为8000小时甚至更长(矿物汕为40003%-10%：酯类油还具有良好的生 物降 解性、低毒性.其CEC生物降解试验结果大女在50-100%间、0ECD 30IB的测试多数也商干60% (取 决于黏度、结构以及添加剂的搭配

12、).由于酣类油的合埋选用及操作会有效降低废旧油的处理成木，环境 保护组织极力推荐使用酯类油。2)合成冷冻汕的分类由于传统的矿物油不适合用在HFC制冷剂系统中，因此业界在70-90年代发展出备种合成的冷冻汕如 POE (Polyol ester) % PVE(Polyolvinyl Ether) % AB (Alkyl Benzene)和 PAG (Polyolalkyl Glycol)等，其 它也有些衍生或掺配性的产品。但爭实上这些合成的冷冻油都幹有优点和缺点并不是完全满足HFCHFC制冷剂搭配的性能比较：(l) POE (Polyolester.聚酯类化合物)接续简讥的双阳后，P0E冷冻油最

13、早使用在HFC-13-la冰箱系统，后來继续发展使HFCH10A利HFC-107C 的空调机上，最近厂商也在大力推介POE在R744 (二氧化碳)制冷剂的应用°以P0E的分子结构來看. 可以分为直线型(linear type).分枝?! (branched chain type)以及结合直线及分支的复合结构型(Complex type)三种。直线型P0E油有较佳的润滑性以及生物可分解性.但与制冷剂的相溶性、与水溶合的稳定度 和抗腐蚀等性能则是分枝型POE较佳，复合结构型兼取了前二者都优点。这种三型P0E油由于成木及效能 的差界被不同的制冷制造商所使用.目前主流的P0E为复合结构型因为

14、它适合用在较广泛的应用且有佼佳 的性能，但部分岛壳IK (casing pressure)位系统低压端的的回转式斥缩机(rotary compressor)系统中， 由于需求黏度较低或由于要便于配方化.也有冷冻汕制造商倾向推广使用直线型或混合使用直线及分支结 构POE的情形。POE汕是目前世界上HFC制冷系统斥缩机使用最广泛的冷冻汕.目前国内外的各大压缩机厂家的新制冷剂 系列，比如国内家用系列：笑芝的PG(R407C)、PA (R410A)系列;松下万宝的4 (R407C)、5 (R410A)系 列;上海日立的CG(R407C)系列等：汽午空凋压缩机厂有：上海松芝、广州精益、南京奥特佳等。国外

15、品 牌有：约克(YORK/FRICK/Sabroe) 持灵(Trane) 开利(Carrier)、顿汉布什(Dunham-Bush) 麦 克维尔(McQuay)等都采用T POE油。实务上目前POE藝元醇脂类合成冷冻汕被欧英及日木、中国等女数空调生产厂家广泛采用。(2) PAG (Polyalkyl glycol,烷基乙二醉化合物)PAG油和HFC制冷剂具有很好的相溶性，而且黏度抬数很商。主要用在早期开发完成的HFC-134a 汽午空调机系统。同时PAG油和魏制冷剂也有很好的相溶性。Idemitsu公司的PAG油用在汽牟空调上， 占有主要的市场。PAG油主要缺点为吸湿性太高以及电气绝缘性不佳，

16、闪点以及安定性也不如POE.目前 有厂商开发PAG的衍生物作为冷冻油吸湿以及低温特性有了一定的改善。(3) PVE (Polyvinyl ether,聚乙烯的瞇类化合物PVE油可以提升POE油在HFC制冷剂系统中水溶性的稳定度和污垢的相溶性。目前PVE油的发展相为 成功.Idemitsu (日木出光)公司占有大部份的PVE市场.主要的日木空调机制造商和南韩、笑国.欧洲 等主要空调机制造商.也开始采用PVE油T作冷冻油。PVE油的主要缺点为氧化安定性及热安定性不足. 而且吸湿性也很高.但由于没有专利的考虑及理论上成木较低因此仍然有部分在应用。(4) AB (Alkylbenzene* 烷基苯化合

17、物)AB冷冻油和HFC制冷剂不能相溶因此其应用于冷冻空调系统中的方法和其它冷冻汕不同，主要在 循环回油部分要有特别的考世。但是AB油有很强的抗腐蚀性，对污垢和水也有很商兼容性.与其它种类 的冷冻油比较.价格上也相对的较便宜。对于转换成HFC制冷剂系统使用的圧缩机或其它组件的修改费用 也较为低廉因此适合小型空调机系统上使用°HardAB油(HAB)具有低黏度及成木的优点，目前也应用 在HFC-13-la的冰箱中。主要生产AB油的厂商为Nippon-Mitsubishi 0订。AB冷冻油的低温持性不算好而 且有环保上的疑虑限制了他的应用范困。|2.天然制冷剂和其所用之冷冻汕由于环保及永续

18、生存的考虑制冷剂的"地球昵化抬数"(global warming potentia 1)仍然很高因此除 HFC系列制冷剂外天然制冷剂如C02. (ammonia)P0E油是主 要与C02搭配的冷冻油.PAG (Polyalkyl Glyco 1)油则是是可以和氨制冷剂搭配的冷冻油。碳氢化合物为制冷剂(Hydrocarbon refrigerants)以isobutane(»T烷-R600A)作为制冷剂的冷冻空调产品，通常使用含苯环的矿物油 (MmeralNaphthenic oil)或是PAG作为冷冻油，这是因为Mineral Naphthenic矿物油具有很强的润滑效 果.而且和制冷剂有很商的相溶性c虽然空调机曾经考虑使用propane （丙烷）为制冷剂.但是这种制冷剂 和isobutane 氮（ammonia-R717）在过去就类制冷剂主要使用矿物油作为润滑（Hineral'aphthenic /MineralParaffinic oil）,多数合成冷冻