空调压缩机冷冻机油应用以及发展(二)

2019-05-06 14:02:53

    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CFC冷媒的冷冻空调产品过程中,组件、材质和冷冻油等机构对于任何制造商的选用,并无差别而且都能顺利搭配使用,可以开发展出性能优异的产品。但是HFC产品的开发上,不同的制造商在选择系统组件、材质、冷冻油和系统的搭配上,有很大的不同和选择。制造商在开发使用HFC冷媒的空调机的过程中,面临了许多的问题,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;油脂清洗或移除后管路的清洁情况检验问题;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(reliability)和稳定性(stability)。 

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   二、1)合成冷冻油的应用

    HFC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计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,单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压缩气体严重稀释。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;在本质上冷冻油的使用是为压缩设备提供保护,但在HFC系统上使用矿物油将使设备因为没有适当的保护而不具信赖性及稳定性。

   即便勉强因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,随着设备的使用年数引起的磨损而导致机温的升高,矿物油变质的周期会越来越快,更换润滑油的周期会越来越短,除了需繁复的更换冷冻油外,也会导致设备的损坏。

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 合成冷冻油将会被大量应用

   合成润滑油发展的目的正是为了满足新型设备及制冷剂搭配上复杂应用的需求。它们提供了许多超越传统矿物油的优势。其中一些包括出色的化学安定性,高粘度指数,低倾点,良好的水解稳定性和完全反乳化性,最重要的是提供了更好的兼容性。这些合成冷冻油也提供比矿物油更好的润滑力,出色的热稳定性,对制冷系统提供更好的保护,低挥发性和与高闪点使合成冷冻油的操作更为安全,合适的选用油品也能达到对弹性材料及金属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,若适当的搭配使用冷冻油也能达到较好的操作及经济效益。使用合成油后,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(矿物油为4000小时),有效减少换油的次数、停机的时间及运行费用;制作精良的合成油不存在析腊现象,能在高低温的工况下与制冷剂高度亲和或分离,提高蒸发器与冷凝器的热交换效果,能效大大提高,节能3%-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多在50-100%间、OECD 301B的测试多数也高于60%(取决于黏度、结构以及添加剂的搭配),由于酯类油的合理选用及操作会有效降低废旧油的处理成本,环境保护组织极力推荐使用酯类油。

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  2)合成冷冻油的分类

   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年代发展出各种合成的冷冻油如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。但事实上这些合成的冷冻油都各有优点和缺点,并不是完全满足HFC制冷系统,而且由于对臭氧破坏以及二氧化碳排放的不同影响看待,厂商在选用合成冷冻时常有不同的考虑,而近年在推展自然生质制冷剂时合成冷冻油-特别是酯类油更有其特殊的应用性。以下是这些代表性冷冻油与HFC制冷剂搭配的性能比较: 

   (1)POE (Polyolester,聚酯类化合物)

     接续简单的双酯后,POE冷冻油最早使用在HFC-134a冰箱系统,后来继续发展使HFC-410A和HFC-407C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POE的分子结构来看,可以分为直线型(linear type)、分枝型(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 POE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POE油由于成本及效能的差异被不同的制冷制造商所使用,目前主流的POE为复合结构型因为它适合用在较广泛的应用且有较佳的性能,但部分高壳压(casing pressure)位系统低压端的的回转式压缩机(rotary compressor)系统中,由于需求黏度较低或由于要便于配方化,也有冷冻油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 油是目前世界上HFC制冷系统压缩机使用最广泛的冷冻油,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:美芝的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;汽车空调压缩机厂有;上海松芝、广州精益、南京奥特佳等。国外品牌有:约克(YORK/FRICK/Sabroe)、特灵(Trane)、开利(Carrier)、顿汉布什(Dunham-Bush)、麦克维尔(McQuay)等都采用了POE 油。

实务上目前POE多元醇脂类合成冷冻油被欧美及日本、中国等多数空调生产厂家广泛采用。

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  (2)PAG (Polyalkyl glycol,烷基乙二醇化合物)

    PAG油和HFC制冷剂具有很好的相溶性,而且黏度指数很高。主要用在早期开发完成的HFC-134a汽车空调机系统。同时PAG油和氨制冷剂也有很好的相溶性。Idemitsu公司的PAG油用在汽车空调上,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,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,聚乙烯的醚类化合物) 

   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油的发展相当成功,Idemitsu(日本出光)公司占有大部份的PVE市场,主要的日本空调机制造商和南韩、美国、欧洲等主要空调机制造商,也开始采用PVE油当作冷冻油。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本较低因此仍然有部分在应用。 

   (4) AB (Alkylbenzene,烷基苯化合物) 

   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油不同,主要在循环回油部分要有特别的考虑。但是AB油有很强的抗腐蚀性,对污垢和水也有很高兼容性,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制冷剂系统使用的压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。Hard AB油(HAB)具有低黏度及成本的优点,目前也应用在HFC-134a的冰箱中。主要生产AB油的厂商为Nippon-Mitsubishi Oil。AB冷冻油的低温特性不算好而且有环保上的疑虑限制了他的应用范围。 


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