CN105086945A - 在移动式空调系统中使用具有代用制冷剂的pve润滑油 - Google Patents

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Abstract

一种用于在车辆中的移动式空调系统中使用的传热组合物，包括由氢氟烯烃制冷剂组成的第一组分。组合物的第二组分包括聚乙烯醚润滑油。当移动式空调系统通过机械地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物是相容的，且当移动式空调系统通过电力地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物也是相容的。

Description

在移动式空调系统中使用具有代用制冷剂的PVE润滑油
技术领域
本发明总体上涉及一种用于在移动式空调(MAC)系统中使用的组合物，并且更具体地，涉及包含用于在具有皮带驱动的或电力驱动的压缩机的MAC系统中使用的代用制冷剂和聚乙烯醚(PVE)润滑油的制冷剂组合物。
背景技术
基于碳氟化合物的流体——比如制冷剂——已在各种应用中使用，比如空调，制冷系统，和其它传热系统。随着关于在这样的系统中使用基于碳氟化合物的流体的关心增加，代用制冷剂相比于具有氯氟烃(CFC)和氢氟烃(HCFC)的制冷剂作为更环境友好地选择已被开发和销售。尽管这些代用制冷剂总体上提供用于在各种应用中使用的必要的传热性能，但是在那一点上与用于在不同系统中使用的各种润滑油的相容性是变化的，以致于不同的润滑油经常需要在特定系统中使用。例如，当使用氢氟烯烃(HFO)制冷剂时，聚亚烷基二醇(PAG)润滑油总体上与在MAC系统中的机械皮带驱动的压缩机一起使用。相同的制冷剂经常与在MAC系统中的电力驱动的压缩机中的多元醇酯(POE)润滑油一起使用归因于PAG润滑油的低电阻率。一般而言，HFO制冷剂不会与在皮带驱动的压缩机中的POE润滑油一起使用归因于与在MAC系统中通常使用的弹性体的材料相容性的关心。因此，制冷剂组合物是期望的，其中代用制冷剂与可以在机械地皮带驱动的压缩机，以及电力地驱动的压缩机中使用的润滑油结合使用。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于在车辆中的移动式空调系统中使用的传热组合物，包括由氢氟烯烃制冷剂组成的第一组分。组合物的第二组分包括聚乙烯醚润滑油。当移动式空调系统通过机械地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物是相容的，且当移动式空调系统通过内置到移动式空调系统中的电力地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物也是相容的。
通过本领域技术人员研究下面的说明书，权利要求书，本发明的这些和其它方面，目的，和特征将被理解和领会。
具体实施方式
本发明涉及包含用于在MAC系统中使用的代用制冷剂和润滑油的组合物。代用制冷剂，为了本发明的目的，总体上是氢氟烯烃(HFO)制冷剂，其包括所有四氟丙烯，比如2,3,3,3-四氟丙烯，HFO-1234yf或R-1234yf。如贯穿本公开内容使用的，代用制冷剂将总体上称为HFO-1234yf，尽管这个名称仅仅是示例性的且其他代用制冷剂可以与本发明结合使用。HFO是由氢，氟和碳组成的化合物。HFO不同于氢氟烃(HFC)，因为HFO是烯属烃(烯烃)的衍生物，而不是烷烃的衍生物。
HFO-1234yf是具有如在化学式I中所示的具有化学式CH2＝CFCF3的氢氟烯烃。
化学式I：
作为代用制冷剂，HFO-1234yf已被用作对汽车空调系统中R134a的替代物。HFO-1234yf是优选的代用品，因为它具有小于1的全球变暖潜能值(GlobalWarmingPotential)。HFO-1234yf，如在MAC系统中使用的，符合欧洲议会MAC指令2006-40-EC。进一步地，HFO-1234yf具有在美国在轻型车辆温室气体排放量和企业平均燃料经济性标准下的A/C信用资格。因此，HFO-1234yf是用于与本发明组合物一起使用的合适的代用制冷剂。
当制备在MAC系统中使用的组合物时，与制冷剂和相关润滑油的相容性有关的几个问题必须考虑以优化系统性能。这些因素包括溶解性，可混合性，毒性，分解作用，电阻率，润滑性，和将接触到MAC系统内的组合物的材料的考虑。
对于溶解性，选择的润滑油在皮带驱动的和逆变器驱动的压缩机中实现的操作温度的合适的范围在代用制冷剂中应该是充分可溶的。皮带驱动的(机械的)和逆变器驱动的(电力的)压缩机在各种车辆中的MAC系统中使用。润滑油和代用制冷剂之间适当的溶解性允许润滑油通过降低润滑油的粘度来适当地使系统润滑。适当的溶解性进一步有助于通过避免在MAC系统中的任何一个部分中的积聚来保持系统的效率。申请人已经发现，HFO-1234yf和PVE润滑油之间的溶解性提供在皮带驱动的或逆变器驱动的MAC系统中工作必需的溶解性。在组合物中，代用制冷剂(HFO-1234yf)的量是总组合物的至少约50％，并且更优选地，总组合物的至少约70％。PVE润滑油将总体上包含如与代用制冷剂一起使用的总组合物的剩余百分比的大多数。进一步地，组合物的操作温度范围可以从约-7℃或-40℃到约130℃用于在变化条件下的各种系统中使用。
如上所述，在代用制冷剂中的润滑油的溶解性降低用于系统改进的润滑性的润滑油的粘度，然而，值得注意的是，代用制冷剂不应该以在MAC系统的压缩机中有润滑不足这样的方式降低润滑油的粘度。润滑不足会导致增加的磨损和可能对MAC系统损害。润滑油应该配置为提供润滑性和粘度之间的平衡以确保与选择的压缩机适当的相容。申请人已经发现，在上面指出的量中的HFO-1234yf和PVE润滑油的传热组合物，提供合适的溶解性，可混合性和皮带驱动的压缩机或逆变器驱动的压缩机的正常工作必需的粘度。与本发明一起使用的PVE润滑油的粘度可以具有约32或68的粘度指数。其它粘度同样可以与本发明组合物一起起作用。
特别地，申请人已经发现，在HFO-1234yf中PVE润滑油的可混合性比在HFO-1234yf中PAG润滑油中的可混合性更好。这种增加的可混溶性可以允许较低量的PVE润滑油在MAC系统中使用。一般而言，如在MAC系统中使用的，润滑油将降低热交换器的传热能力。因此，当MAC系统中的润滑油的量降低时，较大的性能系数(COP)被实现。这种改进的COP在本发明的组合物中被发现。
具体地，在HFO-1234yf中的PVE润滑油的更高的可混合性导致更好的整体系统的润滑，因为压缩机的某些部分被涂覆材料以减少摩擦。这些材料可以包括金属，比如旋转斜盘上的锡或活塞上的聚四氟乙烯(PTFE或铁氟龙)，其可以与PAG或POE润滑油不相容。使用具有HFO-1234yf的PVE润滑油的本发明的组合物即使当接触到金属部件和弹性材料时也提供稳定的组合物。在本发明组合物中发现的这种改进的润滑性和稳定性具有允许更低成本涂料的可能性。
对于代用制冷剂和润滑油组合物的电阻率，指的是电绝缘或体积电阻率，适当的电阻率水平用于与封闭式压缩机一起使用是非常重要的。随着电动汽车的日益普及，通过电动逆变器驱动的压缩机正变得越来越普遍。以区别于皮带驱动的压缩机，电动逆变器压缩机通过内置到压缩机壳体中的电动马达驱动和通过来自车辆的供电系统的电压供电。在这样的系统中，电机绕组暴露到或以其他方式接触润滑油。因此，润滑油最具有良好的电绝缘性能，以避免来自电机绕组的可能的漏电流。合适的电绝缘性以总体上约1x1014欧姆-厘米的高体积电阻率被发现。如上所述，PAG润滑油具有低电阻率，约1x1010欧姆-厘米，以致于在PAG润滑油内的电荷的运动的低反相增加短路高压逆变器驱动的压缩机的机会，其可能不仅导致关闭MAC系统的关闭，而且导致整个电动的车辆的关闭。由于PAG润滑油的这种低电阻率，POE润滑油总体上已用于电动或混合动力车辆归因于POE润滑油的同等更高的电阻率。PAG润滑油的低电阻率是这么关心的以致于在系统中甚至1％PAG油的交叉污染都可以降低电阻率足够来损害MAC系统。申请人已经发现，使用具有HFO-1234yf制冷剂的PVE油提供逆变器驱动的压缩机的正常工作所必需的高电阻率，同时也具有与在皮带驱动的压缩机系统中发现的弹性体材料合适的材料相容性。因此，本申请人主张本发明的组合物是适合于与车辆中的皮带驱动的MAC系统和逆变器驱动的MAC系统一起使用。使用单一的代用制冷剂(HFO-1234yf)和单一的润滑油(PVE润滑油)来形成用于皮带驱动和电力驱动的压缩机的组合物有助于避免PAG和POE润滑油——其适合于仅仅与如上所述的特定的压缩机类型一起使用——的交叉污染。
如上面进一步所指出的，PVE润滑油的显著益处是用于与电动压缩机一起适当使用的高电阻率。用这种方法，PVE润滑油类似于POE润滑油，但是，上面还指出，PVE润滑油不能遭受在POE润滑油中发现的同样材料的相容性问题。在机械皮带驱动的压缩机中，基于橡胶的与低渗透软管材料一起使用的内衬总体上与POE润滑油不相容。然而，本组合物，与这样的内衬很像使用PAG润滑油的组合物是相容的。目前，POE润滑油需要具有用于避免材料相容性问题的尼龙内衬的软管结构。这些尼龙衬的软管更难以卷曲成铝线和具有不希望的更高的渗透水平。因为EPAA/C温室气体(GHG)信用部分地基于在MAC系统中使用的软管的渗透速率，PVE润滑油和HFO-1234yf的本组合物导致如与低渗透性软管一起使用的更高的信用。这样的系统更好用于环境总体。
进一步地，用于在电力和皮带驱动的压缩机之间使用的普通的润滑油降低在装配工厂中的复杂性和在车辆服务期间在经销商处降低成本的复杂性和出错的可能性。在本发明的组合物中的PVE润滑油提供与电力和皮带驱动的压缩机必需的交叉相容性，同时也表现出来源于具有代用制冷剂——比如HFO-1234yf——的系统的期望的生态效益。
应当理解的是，在上述结构中可以做出变化和修改，而不脱离本发明的概念，并且进一步应该理解的是，这些概念旨在通过下面的权利要求覆盖，除非这些权利要求通过它们的语言以其他方式清楚地声明。

Claims (11)

1.一种用于在车辆中的移动式空调系统中使用的传热组合物，包含：
包括氢氟烯烃制冷剂的第一组分；
包括聚乙烯醚润滑油的第二组分；以及
其中当移动式空调系统通过机械地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物是相容的，且进一步其中当移动式空调系统通过电力地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物是相容的。
2.根据权利要求1所述的传热组合物，其中组合物包括约1x1014欧姆-厘米的电阻率。
3.根据权利要求1所述的传热组合物，其中机械地驱动的压缩机是皮带驱动的压缩机。
4.根据权利要求3所述的传热组合物，其中组合物与移动式空调系统的弹性体和金属组合物是相容的。
5.根据权利要求1所述的传热组合物，其中电力地驱动的压缩机是逆变器驱动的压缩机。
6.根据权利要求1所述的传热组合物，其中第二组分在第一组分中是可溶的。
7.根据权利要求1所述的传热组合物，其中传热组合物具有32的粘度指数。
8.根据权利要求1所述的传热组合物，其中传热组合物具有68的粘度指数。
9.根据权利要求1所述的传热组合物，其中组合物表现出从约-7℃到约130℃的操作温度范围。
10.根据权利要求1所述的传热组合物，其中组合物表现出从约-40℃到约130℃的操作温度范围。
11.一种用于在车辆中的移动式空调系统中使用的传热组合物，包含：
包括HFO-1234yf类型的代用制冷剂的第一组分；
包括聚乙烯醚润滑油的第二组分；以及
其中当移动式空调系统通过机械地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物是相容的，且进一步其中当移动式空调系统通过电力地驱动的压缩机提供动力时，用于在移动式空调系统中使用的传热组合物是相容的。
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