CN101023155A - 压缩机的制冷机油 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了压缩机用制冷机油。该油包括施用于摩擦表面上以减少其上的摩擦的润滑油以及低于1.0重量％的碳纳米粒子。

Description

压缩机的制冷机油
技术领域
本发明涉及制冷机油，更特别的是，涉及用于压缩机的具有纳米添加剂以达到优异性能的制冷机油。
背景技术
压缩机是用来压缩冷却剂的制冷系统部件。它们通常安装并用于冰箱、冰柜、空调、冷饮和冰淇淋自动售货机等。
制冷系统包括用来将低温和低压的已汽化的冷却剂转化为具有高温和高压的冷却剂的压缩机、用来将由压缩机转化成的高温和高压已汽化的冷却剂转化为具有高温和高压的液态冷却剂的冷凝器、用来将来自冷凝器的高温和高压的液态冷却剂转化为低温和低压的液态冷却剂的膨胀器以及用来从外界吸热而将来自膨胀器的低温和低压液体冷去冷却剂转化为蒸汽的蒸发器。
上述的制冷系统为闭路结构，使冷却剂循环通过冷却通道而转化为上述不同的物理形态。
特别的，冷却剂作为制冷系统的工作流体是从低温物质吸收热量并将该吸收的热量传递到高温物质的传输介质。目前通常使用的冷却剂包括氨和氯氟烃冷却剂(氟利昂)。依据冷却装置的容量以及压缩机的类型和适用性，可以选择具有适当特性的冷却剂以达到最佳的制冷效率。
这种冷却剂在冷却循环中循环并通过压缩机进行压缩。根据压缩方法可将压缩机分为往复式压缩机、旋转式压缩机和直线式压缩机。每种压缩类型在工作过程中的摩擦和损耗都很突出。因此在压缩机经历摩擦的部位需要应用润滑剂，润滑剂通常为机油。这种用来润滑压缩机的油称为制冷机油。
更详细地，制冷机油润滑压缩机的轴承、气缸和活塞并降低其损耗且还作为吸收摩擦生热的冷却剂、封闭轴和活塞环，并防止生锈和腐蚀，使得压缩机更可靠地工作。制冷机油被注入冷却剂中而在冷却循环中共循环，因此其温度根据冷却剂状态的变化而变化。此时，尽管制冷机油的极限温度发生波动但制冷机油不应该发生化学变化。尤其是，当制冷机油用于密封的压缩机时应该具有作为非导电体的特性。
制冷机油也应该保持预定的粘度以维持其润滑能力。即，如果制冷油的粘度太低，该油就起不到润滑作用；如果粘度太高，则该油就失去了密封能力而泄漏从而损害机械效率。在现有技术中，单独使用油作为压缩机中用制冷机油，因此不能满足制冷机油的基本需要。
发明内容
技术问题
为了解决这些问题，本发明提供了加入碳纳米粒子的改善的制冷机油。
本发明的另一目的是提供碳纳米粒子与润滑油的理想混合比。
解决方案
为了达到上述目的，本文提供了压缩机用制冷机油，其包括：施用于摩擦表面上以减少其上的摩擦的润滑油；以及低于10重量％的碳纳米粒子。
有益效果
根据本发明的压缩机用冷冻机油的优点是制冷机油的制冷性能随富勒烯(fullerene)的加入而提高。
换句话说，与单独由油组成的传统的制冷机油不同，富勒烯的加入使抗磨性、极限压力耐性与导热性显著提高。
通过将碳纳米粒子例如富勒烯以重量百分比低于1.0％的量混合入油中，就能以便宜的价格实现最佳性能。
当制冷机油在压缩机中充分地执行它的功能时，可以实现制冷循环性能的总体提高。
附图说明
参考附图可以更完全地了解本发明的精神，其中：
图1是表示用来制造制冷机油的超声波分散器的透视图；
图2是用于测定制冷机油的抗磨性的试验装置的分解透视图；
图3是表示说明按照富勒烯的混合百分比的润滑油的耐磨试验结果的表格；
图4到6表示按照富勒烯的混合百分比的润滑油(4GSI)的极限压力试验结果；
图7是用来测量按照富勒烯的混合百分比的润滑油的导热性的线路图；且
图8是表示与富勒烯和碳纳米管混合的润滑油的导热性的图。
最佳方式
以下将参考附图详细描述本发明的制冷机油的最优方案。虽然本文已经参考其优选方案描述和阐明了本发明，但在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对其作各种改进和变化。因此，这就意味着本发明包括归入权利要求及其等价体的范围之内的对发明所作的改进和变化。
如上所述，压缩机是用来在制冷循环中压缩冷却剂的装置，压缩机包括用于润滑的制冷机油。本发明的压缩机用制冷机油包括用来减少机械部件之间接触摩擦的润滑油以及富勒烯(C60或者C70)的碳纳米粒子。
进一步详细说明的是，名词“纳米结构化材料”指通过物理的、化学的或者机械的方法制造的粒径低于100纳米的任何材料。纳米结构化材料的应用不仅包括应生产技术要求而将粒径减小的材料，而且还包括需要通过将粒子大小减小到纳米级而表现出的物理性质(其不同于那些具有微米级粒径的相同材料所表现出的物理性质)的情况。
更特别的是，富勒烯是具有20个六边形与12个五边形构件的分子结构，如同足球中所示的，并且不同于其它的结晶体因为它缺乏周期性特点，所以不能用X轴衍射或电子轴衍射法观察到。另外，为了制造制冷机油，可以通过多种技术将富勒烯注入到润滑油中，例如利用搅拌器或者超声波分散装置。
图1是表示用来制造致冷机油的超声波分散器的透视图。
参考图1，超声波分散器是用于混合或者分散难以混合的物质的装置。
进一步详述的是，超声波分散器包括压电陶瓷材料与超声波振荡器，它运用反压电效应将电能转化成机械振荡能。超声波振荡器通过振荡器发射超声，并使用振荡器上的增强器和扩音器(horn)将超声波放大。这类超声波分散器运用振荡器和扩音器产生的超声波能量，将超声集中于液体中而在液体中产生空化气泡。
特别的，当超声被释放到液体中时，产生的空化气泡的温度与压力高。当气泡膨胀并破裂时，就产生高温和高压的冲击波。因此，超声波分散器用来混合或者分散难以混合的液体。
例如，如果将润滑油和富勒烯倒入烧瓶60(如图所示)中，超声波分散器的柱子72的下端浸渍在烧瓶60中包含的混合物中，仪器前面的控制面板部分74用来激活超声辐射，然后将富勒烯完全分散入润滑油中。理论上，分散进入液体中的纳米大小的粒子将长久地保持悬浮状态。然而，由于纳米材料的内聚性，使粒子直径增大并加速粒子的沉降。然而，当纳米大小的富勒烯混合入润滑油中时，只有极小量的粒子发生沉降。
图2是用来测定制冷机油抗磨性的试验装置的分解透视图。
参考图2，枢轴80和V形块(V-Block)82用来进行耐磨试验。特别地，枢轴80是AISI C-3135型钢，具有6 HRC的洛氏硬度，V形块82是AISIC-1137型钢，具有20-24 HRC的洛氏硬度。
图3是表示说明按照富勒烯的混合百分比的润滑油的耐磨试验结果的表格。
参考图3，该试验以100kgf的载荷和290rpm的转速来进行，持续时间为1小时。
进一步详述的是，当0.1重量％的富勒烯被加入到4GSI润滑油中时，与无添加剂的制冷机油相比，抗磨性实际下降了；并且加入0.01％的富勒烯产生最好结果(试验3)，其中V形块82的损耗最小。
图4到6表示按照富勒烯混合百分比的润滑油(4GSI)的极限压力试验结果。
图4是无添加剂的制冷机油的试验结果；图5是0.1重量％的富勒烯加到制冷机油中的试验结果；图6是0.01重量％的富勒烯加到制冷机油中的试验结果。
参考图4，未添加富勒烯时极限压力试验的结果显示在操作期间施加120kgf/cm2的力时有机械卡住(seizure)发生。参考图5，加入0.1重量％的富勒烯进行极限压力试验，显示施加的载荷增加到270kgf/cm2，此时金属部分处的温度升高。参考图6，加入0.01重量％的富勒烯进行极限压力试验，显示抗磨性增加到约270kgf/cm2的压力，此时几乎没有摩擦产生，导致润滑部分的温度相对降低。
因此，显然添加低于1.0重量％的富勒烯时导致极限压力耐性提高。
公式k＝[q/{4p(T2-T1)}]*1n(t2/t1)用来计算当添加富勒烯时制冷机油导热性的改变[Nagasaka，1984]，其中″k″是液体的导热性，″q″是每单位长度的热射线能量，″t″是测量时间，并且″T″是在时间″t″内的热射线温度。
图7是用来测量按照富勒烯的混合百分比的润滑油的导热性的粗略的电路图，图8是表示与富勒烯和碳纳米管混合的润滑油的导热性的图。
参考图7，″G″是电流计，″P″是电源。看一下通过该结构采用什么测量法，电源在可变电阻进行调整之后被供给，使得初始值是0。当根据金属丝的阻力，温度沿着铂(pt)丝升高时，阻力相应地增加，从而电流计的电压发生改变。铂丝电阻的改变由电压改变计算出来，并且温度变动数据可以由温度一电阻曲线得到。同样，导热性可以由铂丝的温度变动和热通量来计算。
参考图8，通过上述测量法和计算技术，我们可以看到纳米粒子例如富勒烯加入到制冷机油中如何增加油的导热性。如图所示，与碳纳米管化合物相比，富勒烯类化合物的导热性明显较高。
当制冷机油的导热性增加时，从压缩机的热逸散增加，并且在与冷却剂一起通过冷却剂通道时制冷机油更容易进行热迁移，从而提高了整个制冷循环的热交换效率。
本发明不局限于本文所描述的优选方案；并且对那些熟悉本技术的技术人员来说显而易见，其中在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改进和变化。
因此这就意味着本发明不仅仅包括所具体描述的加到制冷机油中的碳纳米粒子(富勒烯)，还包括纳米级材料，例如碳纳米管和石墨。
工业实用性
与传统的制冷机油相比，本发明的压缩机用制冷机油显著地增加了抗磨性、承受极限压力的能力和导热性，因此具有广泛的工业实用性。

Claims (6)

1.压缩机用制冷机油，包括：
施用于摩擦表面以减少其上的摩擦的润滑油；以及
低于1.0重量％的碳纳米粒子。
2.权利要求1所述的制冷机油，其中碳纳米粒子的重量百分比低于0.1％。
3.权利要求1或2所述的制冷机油，其中碳纳米粒子为C60或C70富勒烯。
4.权利要求1或2所述的制冷机油，其中碳纳米粒子为碳纳米管粒子。
5.权利要求1或2所述的制冷机油，其中碳纳米粒子为石墨。
6.权利要求1所述的制冷机油，其中压缩机用油使用超声波分散器生产。
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