冷凍油和制冷劑

1、空調(diào)冷凍油（壓縮機潤滑油）的應(yīng)用及發(fā)展當(dāng)曲位匙：中國制冷網(wǎng) > 產(chǎn)品分析 > 正文 時M： 2012-03-20 來諫：中國制冷網(wǎng) 點擊次數(shù)：12201次臺灣百達精密化學(xué) 蔡禎祥洪榮宗朱仙光一.1）將被淘汰的氛利昂制冷劑以前制冷空調(diào)行業(yè)中使用的制冷劑多為CFC （氯氛燒的統(tǒng)稱）和HCFC（含氫氮氛燒），簡稱：氛利昂廠 這些物質(zhì)由于對臭氧層具有破壞作用（0DP大氣臭氧層損耗潛能值）和產(chǎn)生溫室效應(yīng)（GWP全球變暖潛值） 即將被186個自愿逍守或簽署f茨特利爾議定書或京都議定書規(guī)定的國家淘汰。破壞臭氧層的氯原子一帶來的危害據(jù)UNEP（聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署）提供的資料.如果平流層（離地表10-

2、50公里處）的臭氧總雖減少1%. 預(yù)計到達地而的有害紫外線（UV-B）將増加2%。有害紫外線的増加會產(chǎn)生以下一些危書：1. 使皮膚癌和白內(nèi)障患者増加：損壞人的免疫力使傳染病的發(fā)病率増加°2. 破壞生態(tài)系統(tǒng)：過雖:的紫外線輻射會使植物的生長和光合作用受到抑制，使農(nóng)作物減產(chǎn)：紫外線 輻射也可能導(dǎo)致某些生物物種的突變。3引起新的環(huán)境問題：過雖的紫外線能使塑料等商分子材料更加容易老化和分解.結(jié)果又帶來光化 學(xué)大氣污染。I大1此保護臭氧已經(jīng)引起了各國的商度重視，成為一項全球性的緊迫任務(wù)。溫室效應(yīng)一帶來的危害r巨大經(jīng)濟損失。人類對氣 候變化所導(dǎo)致的氣彖災(zāi)害的適應(yīng)能力是相當(dāng)弱的。按現(xiàn)在的一些發(fā)展趨

3、勢，科學(xué)家預(yù)測有可能出現(xiàn)的影響和危害有1.2. 影響農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng):全球氣溫和降雨形態(tài)的迅速變化，可能使世界許多地區(qū)的農(nóng)業(yè)和自然 生態(tài)系統(tǒng)無法適應(yīng)或不能很快適應(yīng)這種變化.造成大范碉的森林植被破壞和農(nóng)業(yè)災(zāi)害3. 加劇洪澇、下旱及其它氣象災(zāi)吿:全球平均氣溫賂有上升，就可能帶來頻繁的氣候災(zāi)吿一一過女 的降雨、大范困的T旱和持續(xù)的扁溫.造成大規(guī)模的災(zāi)吿損失。4影響人類健康:氣候變暖有可能加大疾病危險和死亡率，増加傳染病。商溫會給人類的循環(huán)系統(tǒng) 増加負擔(dān)熱浪會引起死亡率的増加。2) 淘汰的時間表由干行業(yè)發(fā)展的慣性，目前使用較藝的制冷劑是CFCs和HCFCso (對于CFCs發(fā)達國家已干1996年1

4、丿J 1日起禁止生產(chǎn)和使用：HCFCs于2010年1月1日起禁止生產(chǎn),2030禁止使用。)3) 環(huán)保冷媒的推廣正因為現(xiàn)行的制冷劑對環(huán)境的巨大的破壞作用，促使著人們枳極的尋求能夠與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展相適 應(yīng)的新型替代制冷劑。因此理想的替代制冷劑除應(yīng)有較低的0DP值和GWP值外.還應(yīng)具有良好的安全性、 經(jīng)濟性、優(yōu)良的熱物性等優(yōu)點，爭取做到既環(huán)保又節(jié)能。新型的替代制冷劑主要包括人匸合成型和天然型兩大類有爪一丄質(zhì)和混合工質(zhì)兩個方面.混合工質(zhì) 又可分為共沸混和物、近共沸混和物和非共沸混和物三種°1) HFC(R134a)R134a的0DP=0, GWP=420.不可燃.無毒，無味.工作壓力低(3

5、-12公斤之間)，使用安全.其 熱物性質(zhì)與R12十分接近，可用來替代R12,但使用R134a,會使能耗増大.另外它還是一種溫室效應(yīng)氣 體，所以仍然存在一定的缺陷。目前廣泛使用在大型的商業(yè)空調(diào)機組上(85-2000冷噸之間居多)及汽午 空調(diào)和家用冰箱等領(lǐng)域。2) HFC (R152a)從物化性方面看HFC-152a也與CFC-12接近用R152a替代R12后能耗可降低3%7%.但其在 空氣中含雖:達 時具有可燃性，因此推廣使用收到一定的限制。比較少使用。3) HFC (R410A)R410A是近共沸混合制冷劑，是由質(zhì)址分數(shù)為50%R32和50%R125組成。ODP=0,主要用來替代R22. 取位

6、容積制冷雖較大，傳熱性能及流動性能較好，但同溫度下壓力值比R22rWj約60%。目前廣泛使用在 小型的家用空涮機組上(10冷噸左右)及家用冰箱等領(lǐng)域。4) HFC (R107C)R407C是非共沸混合制冷劑，是由質(zhì)雖分數(shù)為23%的R32. 25%的R125和51%的R134a組成，0DP =0.單位容積制冷址大.但傳熱性能較差。目前廣泛使用在小型的家用空調(diào)機組上(10冷噸左右)及 家用冰箱等領(lǐng)域。天然制冷劑方面主要有：5) 碳氫化合物目前作為制冷劑應(yīng)用的碳氫化合物主要是丙烷(R290) . 丁烷(R600)和井丁烷(R600a)等.其中 R600a已在歐洲和一些發(fā)展中國家廣泛用于冰箱中并且它符

7、合京都議定書的要求，ODP=O GWP = 15,環(huán)保性能好，成本低,運行壓力低,噪聲小,但其易燃.易爆。此外R290和R600a組成的混合制冷 劑也有一定的發(fā)展使用。6) 氨(R717)氨已被使用達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質(zhì)，0DP=0. GW=lc來源廣泛、成木低廉.C02安全無類 不可燃. 適應(yīng)各種潤滑汕常用機械零部件材料.即便在島溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體。C02的蒸發(fā)潛熱較大.也位 容積制冷雖相X航故斥縮機及部件尺寸較?。航^熱指數(shù)較商K=,壓縮機壓比約為、，比其它制冷系統(tǒng)低， 容積效率相對較大，接近于最

8、佳經(jīng)濟水平，有很大的發(fā)展?jié)摿?。但其丄：作壓力是HFC冷媒的5-S倍，現(xiàn)在 處于研發(fā)階段。結(jié)論：2010年大部分空訓(xùn)生產(chǎn)廠家開始批址生產(chǎn)HFC-134a. HFC-410A冷媒的家用空調(diào)機和商用空 調(diào)機。對于一個環(huán)保制冷劑(HFC)空調(diào)機的開發(fā)工作，必須結(jié)合系統(tǒng).壓縮機、冷媒和冷凍油等制造商 共同密切合作配合才能完成。早期開發(fā)HCFC和CFCHFC HFC冷媒的空調(diào)機的過程中.面臨了許女的問題，例如新冷媒和冷凍油之間的兼容性和潤 滑度：空調(diào)組件的污垢和水份問題：冷凍循環(huán)中冷凍油的流動及回油：油脂淸洗或移除后管路的淸潔情況 檢驗問題：以及系統(tǒng)管路的改善等問題。新冷凍油的選用.最重要的考慮就是信賴性

9、(reliability)和穩(wěn) 定性(stability)。Fig from ExxonZl. 1)合成冷凍油的應(yīng)用HF C的應(yīng)用上傳統(tǒng)的礦物油無法滿足需求由于環(huán)保制冷劑(HFC)的開始廣泛應(yīng)用.傳統(tǒng)的礦物潤滑油已無法滿足新壓縮機設(shè)訃和與新型制 冷劑相搭配的需求。在一般操作條件下礦物由與HFC制冷劑并不兼容.啟獨使用或勉強混摻可能會有無 法預(yù)期的后果。在這些條件下礦物油可能會熱退化，出現(xiàn)析臘：化學(xué)性退化，酸值偏差：在一些應(yīng)用中可 能發(fā)生礦物油被斥縮氣體嚴(yán)垂稀釋。這種稀釋將降低潤滑油的粘度，經(jīng)常造成零部件的潤滑不足，粘度下 降：在木質(zhì)上冷凍油的使用是為斥縮設(shè)備提供保護，但在HFC系統(tǒng)上使用礦物油

10、將使設(shè)備因為沒有適、勺的 保護而不具信賴性及穩(wěn)定性。即便勉強I大1使用添加劑或配方調(diào)整解決了冷凍油與制冷劑的兼容問題隨若設(shè)備的使用年數(shù)引起的磨 損而導(dǎo)致機溫的升商，礦物汕變質(zhì)的周期會越來越快.更換潤滑汕的周期會越來越短，除了需繁復(fù)的更換 冷凍油外.也會導(dǎo)致設(shè)備的損壞。合成冷凍油將會被大址應(yīng)用合成潤滑油發(fā)展的目的正是為門苗足新型設(shè)備及制冷劑搭配上復(fù)雜應(yīng)用的需求。它們提供了許女超越 傳統(tǒng)礦物汕的優(yōu)勢。其中一些包括出色的化學(xué)安定性，商粘度指數(shù)，低傾點，良好的水解穩(wěn)定性和完全反 乳化性，垠重婆的是提供廠更好的兼容性。這些合成冷凍油也提供比礦物汕更好的潤滑力，出色的熱穩(wěn)定 性，對制冷系統(tǒng)提供更好的保護低

11、揮發(fā)性和與商閃點使合成冷凍汕的操作更為安全，合適的選用油品也 能達到對彈性材料及金屈的兼容性等優(yōu)點特色。使用HFC制冷劑的新型制冷設(shè)備可藉由合成冷凍油得到有效的保護并發(fā)揮效能，即便是使用R22或其 它制冷劑的設(shè)備.若適、”1的搭配使用冷凍汕也能達到較好的操作及經(jīng)濟效益。使用合成汕后.制冷設(shè)備因 得到了潤滑油的有效保護，保障了有效的使用壽命。在正確的操作應(yīng)用下合成油的更換周期約為8000小時甚至更長(礦物汕為40003%-10%：酯類油還具有良好的生 物降 解性、低毒性.其CEC生物降解試驗結(jié)果大女在50-100%間、0ECD 30IB的測試多數(shù)也商干60% (取 決于黏度、結(jié)構(gòu)以及添加劑的搭配

12、).由于酣類油的合埋選用及操作會有效降低廢舊油的處理成木，環(huán)境 保護組織極力推薦使用酯類油。2)合成冷凍汕的分類由于傳統(tǒng)的礦物油不適合用在HFC制冷劑系統(tǒng)中，因此業(yè)界在70-90年代發(fā)展出備種合成的冷凍汕如 POE (Polyol ester) % PVE(Polyolvinyl Ether) % AB (Alkyl Benzene)和 PAG (Polyolalkyl Glycol)等，其 它也有些衍生或摻配性的產(chǎn)品。但爭實上這些合成的冷凍油都幹有優(yōu)點和缺點并不是完全滿足HFCHFC制冷劑搭配的性能比較：(l) POE (Polyolester.聚酯類化合物)接續(xù)簡譏的雙陽后，P0E冷凍油最

13、早使用在HFC-13-la冰箱系統(tǒng)，后來繼續(xù)發(fā)展使HFCH10A利HFC-107C 的空調(diào)機上，最近廠商也在大力推介POE在R744 (二氧化碳)制冷劑的應(yīng)用°以P0E的分子結(jié)構(gòu)來看. 可以分為直線型(linear type).分枝?! (branched chain type)以及結(jié)合直線及分支的復(fù)合結(jié)構(gòu)型(Complex type)三種。直線型P0E油有較佳的潤滑性以及生物可分解性.但與制冷劑的相溶性、與水溶合的穩(wěn)定度 和抗腐蝕等性能則是分枝型POE較佳，復(fù)合結(jié)構(gòu)型兼取了前二者都優(yōu)點。這種三型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為復(fù)合結(jié)構(gòu)型因為

14、它適合用在較廣泛的應(yīng)用且有佼佳 的性能，但部分島殼IK (casing pressure)位系統(tǒng)低壓端的的回轉(zhuǎn)式斥縮機(rotary compressor)系統(tǒng)中， 由于需求黏度較低或由于要便于配方化.也有冷凍汕制造商傾向推廣使用直線型或混合使用直線及分支結(jié) 構(gòu)POE的情形。POE汕是目前世界上HFC制冷系統(tǒng)斥縮機使用最廣泛的冷凍汕.目前國內(nèi)外的各大壓縮機廠家的新制冷劑 系列，比如國內(nèi)家用系列：笑芝的PG(R407C)、PA (R410A)系列;松下萬寶的4 (R407C)、5 (R410A)系 列;上海日立的CG(R407C)系列等：汽午空凋壓縮機廠有：上海松芝、廣州精益、南京奧特佳等。國外

15、品 牌有：約克(YORK/FRICK/Sabroe) 持靈(Trane) 開利(Carrier)、頓漢布什(Dunham-Bush) 麥 克維爾(McQuay)等都采用T POE油。實務(wù)上目前POE藝元醇脂類合成冷凍汕被歐英及日木、中國等女?dāng)?shù)空調(diào)生產(chǎn)廠家廣泛采用。(2) PAG (Polyalkyl glycol,烷基乙二醉化合物)PAG油和HFC制冷劑具有很好的相溶性，而且黏度抬數(shù)很商。主要用在早期開發(fā)完成的HFC-134a 汽午空調(diào)機系統(tǒng)。同時PAG油和魏制冷劑也有很好的相溶性。Idemitsu公司的PAG油用在汽牟空調(diào)上， 占有主要的市場。PAG油主要缺點為吸濕性太高以及電氣絕緣性不佳，

16、閃點以及安定性也不如POE.目前 有廠商開發(fā)PAG的衍生物作為冷凍油吸濕以及低溫特性有了一定的改善。(3) PVE (Polyvinyl ether,聚乙烯的瞇類化合物PVE油可以提升POE油在HFC制冷劑系統(tǒng)中水溶性的穩(wěn)定度和污垢的相溶性。目前PVE油的發(fā)展相為 成功.Idemitsu (日木出光)公司占有大部份的PVE市場.主要的日木空調(diào)機制造商和南韓、笑國.歐洲 等主要空調(diào)機制造商.也開始采用PVE油T作冷凍油。PVE油的主要缺點為氧化安定性及熱安定性不足. 而且吸濕性也很高.但由于沒有專利的考慮及理論上成木較低因此仍然有部分在應(yīng)用。(4) AB (Alkylbenzene* 烷基苯化合

17、物)AB冷凍油和HFC制冷劑不能相溶因此其應(yīng)用于冷凍空調(diào)系統(tǒng)中的方法和其它冷凍汕不同，主要在 循環(huán)回油部分要有特別的考世。但是AB油有很強的抗腐蝕性，對污垢和水也有很商兼容性.與其它種類 的冷凍油比較.價格上也相對的較便宜。對于轉(zhuǎn)換成HFC制冷劑系統(tǒng)使用的圧縮機或其它組件的修改費用 也較為低廉因此適合小型空調(diào)機系統(tǒng)上使用°HardAB油(HAB)具有低黏度及成木的優(yōu)點，目前也應(yīng)用 在HFC-13-la的冰箱中。主要生產(chǎn)AB油的廠商為Nippon-Mitsubishi 0訂。AB冷凍油的低溫持性不算好而 且有環(huán)保上的疑慮限制了他的應(yīng)用范困。|2.天然制冷劑和其所用之冷凍汕由于環(huán)保及永續(xù)

18、生存的考慮制冷劑的"地球昵化抬數(shù)"(global warming potentia 1)仍然很高因此除 HFC系列制冷劑外天然制冷劑如C02. (ammonia)P0E油是主 要與C02搭配的冷凍油.PAG (Polyalkyl Glyco 1)油則是是可以和氨制冷劑搭配的冷凍油。碳氫化合物為制冷劑(Hydrocarbon refrigerants)以isobutane(»T烷-R600A)作為制冷劑的冷凍空調(diào)產(chǎn)品，通常使用含苯環(huán)的礦物油 (MmeralNaphthenic oil)或是PAG作為冷凍油，這是因為Mineral Naphthenic礦物油具有很強的潤滑效 果.而且和制冷劑有很商的相溶性c雖然空調(diào)機曾經(jīng)考慮使用propane （丙烷）為制冷劑.但是這種制冷劑 和isobutane 氮（ammonia-R717）在過去就類制冷劑主要使用礦物油作為潤滑（Hineral'aphthenic /MineralParaffinic oil）,多數(shù)合成冷凍