CN105765246A - 用基于硫的油添加剂改善使用高能制冷剂的压缩机的轴承性能 - Google Patents

用基于硫的油添加剂改善使用高能制冷剂的压缩机的轴承性能 Download PDF

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Abstract

提供了用于改善压缩机，尤其是使用高能制冷剂或具有高压侧设计的压缩机的轴承性能的方法。所述压缩机包括基本上不含铅的轴承。所述轴承包含铜和选自以下中的至少一种润滑剂颗粒类型：二硫化钼(MoS2)、氟化钙(CaF2)、二硫化钨(WS2)、硫化锌(ZnS)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳颗粒、热固性聚酰亚胺、及其组合。所述压缩机处理高能制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油。基于硫的添加剂与轴承中的铜反应以增加压缩机中轴承的润滑性并改善其性能。还构思了具有这些特征和改善的轴承性能的压缩机。

Description

用基于硫的油添加剂改善使用高能制冷剂的压缩机的轴承性能
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年11月24日提交的美国专利申请No.14/551,814的优先权，并且还要求于2013年11月27日提交的美国临时申请No.61/909,501的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及通过使用基于硫的油添加剂改善压缩机中的轴承性能，尤其是使用高能制冷剂的压缩机中的轴承性能。
背景技术
本部分提供了涉及本公开内容的背景信息，所述背景信息不一定是现有技术。
多种制冷剂已被用于包括压缩机如涡旋压缩机或往复式压缩机的制冷系统。虽然一些卤代烃被广泛用作制冷剂；但是，许多这样的制冷剂具有高的全球变暖潜势(温室效应气体在大气中捕获多少热量的相对度量)。因此，使用这样的高全球变暖潜势制冷剂的制冷系统的任何泄漏可对环境不利。因此，近年来，对于开发使用具有低全球变暖潜势的制冷剂的压缩机和制冷系统的兴趣很大。对使用天然制冷剂或更为环境友好的制冷剂的压缩机的开发一直在进行。一种这样的制冷剂是二氧化碳(CO2或R-744)，其具有理想的低的全球变暖潜势，为1。另一种是丙烷(C3H8或R-290)，其全球变暖潜势小于约4。这样的低全球变暖潜势制冷剂中有许多被认为是高能制冷剂，因为其在压缩循环期间产生高温和/或高压的运行范围。
此外，包含卤素特别是氯化物的流行的常规制冷剂倾向于在压缩机内的部件之间提供更大的润滑性。但是，在具有低全球变暖潜势的许多高能制冷剂的情况下，没有这样的益处。此外，虽然铅(Pd)对于轴承是特别有效的润滑剂，但是环境法规的加强限制了铅的使用，从而进一步加重了伴随着高能制冷剂使用的润滑问题。
与其他润滑工业应用不同，在供暖、通风、空调和制冷(HVACR)应用中，润滑油在压缩机的寿命中通常不能更换。当制冷剂流经系统并与润滑油混合时，其充当减粘剂。这使得润滑剂油的有效性变小并且产生更易受高摩擦影响的条件，导致功率损耗并最终导致组件卡死(seizure)。因此，最近引入高能制冷剂以帮助减小全球变暖加剧了这种情况，原因是这些制冷剂涉及更高的温度。更高的温度在HVACR系统中引起更多的潜在问题，包括润滑剂油的粘度进一步减小、配合表面的热膨胀以及压缩机内轴承的整体损坏和磨损。
因此，需要这样的使用高能制冷剂的压缩机：其具有更大的耐磨性和耐久性，因此改善了压缩机内的轴承性能。
发明概述
本部分提供了本公开内容的总体概述，而并非是对其全部范围或其所有特征的全面公开。
在多个方面中，本公开内容构思了用于改善压缩机的轴承性能的方法。在某些方面中，所述方法可包括将基本上不含铅(Pb)的轴承提供到或并入压缩机中。所述轴承包含含铜材料(例如，铜合金)。所述轴承还包含选自以下中的至少一种润滑剂颗粒：二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、硫化锌(ZnS)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化钙(CaF2)、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳颗粒、热固性聚酰亚胺及其组合。所述压缩机处理包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体。在某些变型中，制冷剂是高能制冷剂。在另一些变型中，压缩机具有高压侧(high-side)压力设计。基于硫的添加剂能够与轴承中所包含材料中的铜反应以增加压缩机中轴承的润滑性并改善其性能。
在另一些方面中，本公开内容提供了具有改善的耐磨性的压缩机。所述压缩机可包括压缩机构，所述压缩机构被构造成用于处理包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体。在某些变型中，制冷剂是高能制冷剂。在另一些变型中，压缩机可具有高压侧压力设计。所述压缩机还包括轴承，所述轴承包含含铜材料(例如，铜合金)和选自以下中的至少一种润滑剂颗粒：二硫化钼(MoS2)、硫化锌(ZnS)、二硫化钨(WS2)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化钙(CaF2)、碳纤维、碳颗粒、石墨、石墨烯、碳纳米管、热固性聚酰亚胺及其组合。所述轴承基本上不含铅。因此，轴承材料中的铜能够与基于硫的添加剂反应以改善轴承的润滑性。
在又一些方面中，本公开内容构思了用于改善压缩机的轴承性能的方法。在某些方面中，所述方法可包括将轴承提供到或并入压缩机中。所述轴承可基本上不含铅(例如，不含铅轴承)并且包含含铜材料(例如，铜合金)。在某些方面中，所述轴承还可包含二硫化钼(MoS2)。压缩机处理包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体，所述基于硫的添加剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑或其衍生物。在某些变型中，制冷剂是高能制冷剂。在另一些变型中，压缩机可具有高压侧压力设计。基于硫的添加剂与轴承中的铜反应以增加压缩机中不含铅轴承的润滑性并改善其性能。
根据本文中所提供的描述，另外的适用领域将变得明显。该概述中的描述和具体实例仅旨在用于举例说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文所述的附图仅为了举例说明选择的实施方案而不是所有可能的实施方式的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1示出了适于在压缩机使用的示例性滑动轴承(sleevebearing)的示意图。
图2A至2C示出了常规滑动轴承的图，所述常规滑动轴承具有钢支撑层、多孔烧结青铜(例如，铜合金)中间层、和滑动复合材料层，所述滑动复合材料层包含具有分散在其中的多个铅润滑剂颗粒的聚四氟乙烯树脂。图2B是图2A中所指示的详细区域的放大图(25倍放大)。图2C是图2B中所指示的详细区域的放大图(350倍放大)。
图3是示出用于示例性压缩机中的多元醇酯油润滑剂组合物在不同温度下的动态粘度行为的图。
贯穿附图的几幅图，对应的附图标记指示对应的部件。
发明详述
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
提供这些示例性实施方案以使本公开内容将是透彻的并且将范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了诸如具体组合物、组件、装置和方法的实例的许多具体细节，以便提供对本公开内容的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员明显的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以多种不同的形式来实施并且均不应解释为限制本公开内容的范围。在一些示例性实施方案中，公知的过程、公知的装置结构和公知的技术没有进行详细描述。
本文所使用的术语的目的仅在于描述特定示例性实施方案而不旨在限制。除非上下文另有明确指示，否则无数量词限定的对象可旨在也包括复数个对象。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，因此特指存在所指特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。除非具体指出执行顺序，否则本文中所述的方法步骤、过程和操作不解释为必须要求以所讨论或说明的特定顺序对其进行执行。还应理解，可以使用附加或替代的步骤。
在元件或层被称为“在另一元件或层之上”，“接合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可以直接地在另一元件或层之上，直接接合至、连接至或联接至另一元件或层，或者可以存在中介元件或层。相比之下，当元件被称为“直接地在另一元件或层之上”，“直接地接合至”、“直接地连接至”或“直接地联接至”另一元件或层时，不存在中介元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式来解释(例如，“在……之间”对“直接地在……之间”、“相邻”对“直接地相邻”等)。如在本文中所使用的术语“和/或”包括相关的列出项目中的一个或更多个的任何组合和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文明确指示，诸如“第一”、“第二”和其他数值性术语的术语当在本文中使用时并不隐含着顺序或次序。因此，以下讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被说成第二元件、组件、区域、层或部分而不偏离示例性实施方案的教导。
空间相对术语，例如“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等可在本文中出于易于描述的目的用于描述如在附图中示出的一个元件或特征与另一个(些)元件或另一个(些)特征的关系。空间相对术语可旨在包括在使用或操作中的装置的除了在附图中描绘的指向之外的不同指向。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为在其他元件或其他特征的“下方”或“下面”的元件可以被定向为在其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上和下两种取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并因此可以解释本文中使用的空间相对描述用语。
贯通本公开内容，数值代表了对包括具有大约提到的值的给定值和实施方案以及那些具有确切的提到的值的给定值和实施方案的轻微偏差的范围的近似测量值或限值。除了在详述末尾处提供的工作实施例中之外，在包括所附权利要求的本说明书中的参数(例如，数量或条件)的所有数值均被理解为在所有情况下由术语“约”修饰，无论“约”是否实际地存在于该数值之前。“约”表明所述数值允许一些轻微的不精确(通过与值的准确度的一些近似；大致地或合理地接近该值；近似地)。如果通过“约”提供的不精确在本领域中不被另外地理解为具有该普通意义，则如本文中所使用的“约”表示了至少会因测量这些参数和使用这些参数的普通方法而引起的变化。
另外，范围的公开包括所有值以及落入整个范围中的进一步划分的子范围的公开，包括对于所述范围给出的端点以及不包括端点的子范围。
本公开内容一般性地涉及压缩式传热装置。压缩式传热装置的非限制性实例为用于制冷机、热泵和空调设备(包括汽车空调、家用空调、商业空调和工业空调)的压缩机或压缩机系统。在这些系统中，制冷剂是循环的。制冷剂通常在较低压力下蒸发，抽取了周围区域中的热。产生的蒸气然后在具有压缩机构的压缩机中压缩并传至冷凝器，在冷凝器中冷凝并将热排放至第二区域。然后，冷凝物通过膨胀阀返回至蒸发器，从而完成循环。在压缩机的压缩机构中压缩蒸气和泵送流体所需的机械能由例如电动机或内燃机提供。
可用于以上应用的压缩机类型可以分成两大类，正排量压缩机和动态压缩机二者。正排量压缩机通过通过施加至压缩机机构的功使压缩室的体积减小而使制冷剂蒸气压增加。正排量压缩机包括目前使用的多种类型的压缩机，例如往复式、旋转式(滚动活塞式、旋叶式、单螺杆、双螺杆)和循轨式(涡旋或余摆式)。动态压缩机通过以下过程使制冷剂蒸气压增加：将动能连续传递至在旋转件形式的压缩机构中的蒸气，然后将该能转化为压力上升。离心式压缩机基于这些原理发挥作用。这些用于制冷应用的压缩机的设计和功能的细节可存在于2010ASHRAEHandbook,HVACsystemsandEquipment，第37章中，其通过引用并入本文。
在多个方面中，本公开内容涉及用于各种各样的制冷和热能传递应用的压缩机，在一些情况下，涉及工业或商业空调或制冷单元，例如，用于工厂、办公楼、公寓楼、仓库和滑冰场或者用于零售的空调或制冷单元。
这样的压缩机具有轴承，所述轴承通常有助于减小界面磨损表面处的摩擦，同时支撑径向负载和轴向负载。在压缩机中，以及在其他设备中，通常使用圆筒状滑动型轴承，其通常包括外金属套筒或支撑，所述外金属套筒或支撑邻近该套筒具有多孔金属层，所述多孔金属层中设置有聚合物以形成磨损表面。在供暖、通风、空调和制冷(HVACR)工业中，使用铅(Pb)作为润滑剂材料的轴承通常用于压缩机。对于许多应用，铅可以充当可用的最有效且高性能的固体润滑剂之一。例如，用作压缩机中的轴颈轴承的常用轴承具有含有多孔青铜层的钢套筒/支撑，所述多孔青铜层具有分散很好的PTFE树脂并且还具有分散在树脂中的铅颗粒(例如，通过使用基于溶剂的浆料)。但是，在本技术的上下文中，发现当使用高能制冷剂时或者在高温系统中，铅轴承在制冷系统的压缩机内的压缩机装置中不能一直提供足够的长期润滑。
图1示出了压缩机如涡旋压缩机中通常使用的示例性自润滑滑动轴颈轴承20的示意图。滑动轴承20具有套筒支撑22。套筒支撑22通常由管状形式的钢形成(其可通过在接缝处连接钢片或者通过挤出或者以其他方式形成管钢结构来形成)。在典型的滑动轴承设计中，在套筒支撑22上设置有中间层24。这样的中间层24可包含烧结多孔材料。轴承可包含含铜材料(例如，铜合金)。在某些变型中，中间层24可包含含有铜或铜合金的多孔烧结金属材料，例如多孔烧结青铜材料。青铜通常是铜(Cu)和锡(Sn)的合金。在中间层24上设置有滑动材料26。滑动材料26形成与移动组件(如杆，未示出)的表面相互作用的滑动表面。滑动材料26可为渗透或浸渍到中间层24的开孔中的聚合物复合材料。因此，中间层24和滑动层26不能形成清楚界定的层，而是可以以某种程度组合或混合在一起。滑动材料26可包含其中分散有一种或更多种润滑颗粒的树脂基体，以向滑动轴承20提供润滑性和抗磨性。
图2A至2C示出了用于制冷系统内的压缩机的常规滑动轴承30的图。滑动轴承30具有钢套筒支撑32。套筒支撑32上设置有包含烧结多孔青铜材料的中间层34，所述烧结多孔青铜材料包含铜锡合金。中间层34上设置有滑动层复合材料36。滑动层复合材料36包含具有分散在其中的多个润滑铅颗粒42(小的白色颗粒)的聚四氟乙烯(PTFE)树脂基体40(深灰色或黑色材料)，以向滑动轴承30提供润滑性和抗磨性。从图2B和2C最好地看出，滑动层复合材料36渗透或浸渍到中间层34中的烧结多孔青铜材料44(浅灰色材料)的开孔中。因此，暴露的磨损表面46在用于压缩机之前由滑动层复合材料36限定。
中间层34内的烧结多孔青铜材料子结构帮助支撑负载并接收PTFE树脂基体40。在某些变型中，轴承30的润滑性在轴承磨损的初始阶段主要由PTFE树脂基体40和铅颗粒42提供，但是随着中间层34的烧结多孔青铜材料暴露出来，烧结多孔青铜材料承担维持润滑性的更多的责任。烧结多孔青铜材料本身常常远远不及纯铅和PTFE润滑。在另一些变型中，在将引入压缩机中之前可对轴承30的内部或直径进行加工，例如，以提供更大的尺寸精度。这样的加工过程可除去部分的滑动层复合材料36并因此在并入新的压缩机中之前使部分的中间层34暴露出来(例如，使烧结多孔青铜材料暴露出来)。在这样的变型中，经加工轴承30可具有已被除去的树脂层部分(例如，PTFE树脂基体40)。在用经加工轴承进行的这种运行条件下，使用本教导的概念以改善长期轴承性能可以是特别有利的。
在多个方面中，本公开内容涉及使用包含制冷剂和润滑油二者的工作流体的压缩机。虽然本技术可以使用任何制冷剂，但是对于使用包括一种或更多种高能制冷剂的制冷剂的压缩机是特别有用的。这样的系统通常具有相对较高的温度并因此具有更大的动能，这增加了反应性和磨损，同时降低了耐久性。因此，在某些方面中，本公开内容涉及使用包含高能制冷剂和润滑油二者的工作流体的压缩机。
此外，在采用高能制冷剂或另外经受特别高的温度条件的压缩机中(例如，在高压侧压力压缩机中)，出乎意料地发现，具有含铅(Pb)材料的轴承用制冷系统的压缩机中的某些润滑油不能一直提供足够的长期润滑。例如，当使用某些高能制冷剂如二氟乙烷(HFC-32或R32)时，通常有显著更高的压缩热并因此有显著更高的系统温度，这可降低润滑性并加剧磨损问题。出于举例说明的目的，表1包括对制冷剂的一些常见的示例性且非限制性的实例的比较以及其比较的排放管线温度和相对压缩热。排放管线温度(DLT)是压缩机制冷剂温度的实际度量(在对于典型的空调高压缩比条件示出的这种情况下，所述条件是：-20℉饱和蒸发器温度、105℉饱和冷凝器温度和0℉抽气温度)。这些DLT温度是基于理论的100％等熵压缩效率。一些常见的非限制性制冷剂(具有高全球变暖潜势的制冷剂和具有低全球变暖潜势的制冷剂二者)均包括在内。所有的值使用NISTREFPROP第9版进行计算。值得注意的是，许多压缩热较低的流体具有与其相关的高全球变暖潜势值。
*除“HFO混合物”名称之外均基于ASHRAE34标准进行命名。
**HCR条件限定为：-20℉饱和蒸发器温度、105℉饱和冷凝器温度和0℉抽气温度)。DLT温度是基于理论的100％等熵压缩效率。
如表1所示，相对压缩热I相对大并且可以被认为是高能制冷剂，等级II是中间的，而相对压缩热III被认为是低的并因此通常不是高能制冷剂。虽然高能制冷剂的分类可以是主观的并且可改变，但是在某些方面中，可认为根据本公开内容的高能制冷剂包括选自以下的制冷剂：饱和氢氟碳化物、二氟甲烷(HFC-32)、二氟乙烷(HFC-152a)、氟乙烷(HFC-161)、HFC-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的近共沸混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、二甲醚、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、双(三氟甲基)硫醚和三氟碘甲烷及其组合。如从表1的代表性制冷剂可以看出的，归类为具有I类中的相对压缩热的那些为高能制冷剂。因此，在某些变型中，高能制冷剂可包括氢氟烯烃(HFO)混合物1(约40质量％的二氟甲烷(HFC-32)、30质量％的1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、20质量％的3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)和10质量％的二氟乙烷(HFC-152a)的混合物)、HFC-410A(约50质量％的二氟甲烷(HFC-32)和50质量％的五氟乙烷(HFC-125)的近共沸混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、氢氟烯烃(HFO)混合物2(约72.5质量％的二氟甲烷(HFC-32)和27.5质量％的3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物3(约73质量％的二氟甲烷(HFC-32)和约27质量％的1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的混合物)、氨(R-717)、及其组合。在某些变型中，制冷剂包含至少一种高能制冷剂，其可与其他高能制冷剂或其他(例如，低能)制冷剂组合。本教导在使用包含以下的高能制冷剂的系统中特别有效：二氟甲烷(HFC-32)、氨(R-717)、二氧化碳(R-744)、及其组合。
因此，制冷剂可包括与其他制冷剂混合的以上所讨论的高能制冷剂和/或可独立地选自下列制冷剂。除以上所讨论的那些具体制冷剂之外，可使用的制冷剂类别的非限制性实例包括烃、氯氟碳化物、氢氯氟碳化物、氟碳化物、氢氟碳化物、和氢氟烯烃。特别地，有用的制冷剂的非限制性实例包括：C3-C8烃(包括丙烷(R-290或HC-290)、丁烷(HC-600)、异丁烯(HC-600a)、2-甲基丁烷、戊烷(HC-601)、和正戊烷)、三氯氟甲烷(CFC-11)、二氯二氟甲烷(CFC-12)、五氟乙烷(HFC-125)、1,1,2,2-四氟乙烷(HFC-134)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、氟乙烷(HFC-161)、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(HFC-236ea)、1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(HFC-236fa)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-365mfc)、HFC-404a(约44质量％的五氟乙烷(HFC-125)、52质量％的1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、4质量％的1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)的混合物)、HFC-407c(约23质量％的二氟甲烷(HFC-32)、25质量％的五氟乙烷(HFC-125)、和52质量％的1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)的混合物)，等等。
HFO制冷剂包括C2至C8氟烯烃，尤其是具有1至3个氟原子的直链或支化乙烯、具有1至5个氟原子的丙烯、具有1至7个氟原子的丁烯、具有1至9个氟原子的戊烯、具有1至11个氟原子的己烯、具有1至5个氟原子的环丁烯、具有1至7个氟原子的环戊烯、和具有1至9个氟原子的环己烯。这种类型的具体制冷剂的非限制性合适实例包括：3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)；HFO-1234制冷剂，如2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、顺式-和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ye)；五氟丙烯(HFO-1225)，例如1,1,3,3,3,五氟丙烯(HFO-1225zc)，或者在末端不饱和碳上具有氢的那些，如1,2,3,3,3,五氟丙烯(HFO-1225yez)；氟氯丙烯，例如三氟单氯丙烯(HFO-1233)如CF3CCl＝CH2(HFO-1233xf)和CF3CH＝CHCl(HFO-1233zd)，其中的许多在Smutny,美国专利No.4,788,352和Singh等，美国专利No.8,444,874中进行了描述，两篇文献的公开内容通过引用并入本文。制冷剂可组合使用，包括氟烯烃制冷剂与饱和氢氟碳化物、C3-C8烃、二甲醚、二氧化碳、双(三氟甲基)硫醚、和三氟碘甲烷制冷剂的组合。例如，在某些方面中，制冷剂可包含与HFO制冷剂组合的高能制冷剂如二氟甲烷(R32)。如以上所讨论的，合适的示例性HFO制冷剂以非限制性实例的方式包括1,1,1,2-四氟丙烯(HFO-1234yf)、顺式-和反式-1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)二者、1,1,1,三氟-2,氯-丙烯(HFCO-1233xf)、以及顺式-和反式1,1,1-三氟-3,氯丙烯二者(HFCO-1233zd)。
可使用单一制冷剂或制冷剂的混合物。在特定的实施方案中，制冷剂可为单一化合物，或者其可为化合物的混合物。混合物可为共沸混合物、非共沸混合物、或近沸点混合物。
根据本技术，发现制冷剂尤其是某些高能制冷剂与某些润滑剂油组合物的组合为特定轴承材料提供了出乎意料的益处。如以上所讨论的，润滑剂油组合物可与制冷剂组合以形成用于传热装置(例如，制冷系统中的压缩机)的润滑剂-制冷剂组合或“工作流体”。工作制冷流体通常包含少量的润滑剂组合物。因此，润滑剂和制冷剂以使得润滑剂-制冷剂组合物中的制冷剂相对多于润滑剂的量组合。基于润滑剂和制冷剂的组合重量，制冷剂大于或等于组合重量的约50重量％并且润滑剂小于或等于组合重量的约50重量％。在多个实施方案中，润滑剂油大于或等于润滑剂和高能制冷剂的组合重量的约1重量％至小于或等于该组合重量的约30重量％，大于或等于工作流体的组合重量的约5质量％至小于或等于该组合重量的约20重量％。通常，工作流体包含大于或等于约5重量％至小于或等于约20重量％或者任选地大于或等于约5重量％至小于或等于约15重量％的润滑剂，余量为制冷剂。可调整润滑剂组合物以与将与其一起用于制冷压缩机或传热装置的制冷剂具有最佳的相容性。
在多个实施方案中，以上所讨论的润滑剂和制冷剂组合可用作制冷系统中的工作流体，所述制冷系统包括汽车空调、家用或工业制冷机、冷冻机、和空调、热泵、自动贩卖机、陈列橱、以及供水系统。还公开了固定和移动的制冷和空调设备，包括包含所公开的制冷剂/润滑剂组合的所述汽车空调、家用或工业制冷机、冷冻机、和空调、热泵、自动贩卖机、陈列橱、以及供水系统；以及使包括所公开的高能制冷剂/润滑剂组合的这样的设备运行的方法。
在较高的压缩热需求(基于所需焓)下，高能制冷剂通常采用较高的温度和压力。同样地，具有高压侧压力设计的压缩机中的组件常常经受特别高的温度。如以上所讨论的，较高的温度具有造成HVACR系统中的问题的可能性，例如，较高的能量可用于使系统内的多种组合物的反应性更大，发生润滑剂油的粘度减小，可发生配合表面的热膨胀、聚合物材料的软化和/或降解以及对压缩机内轴承和磨损表面的总机械应力。举例来说，图3示出了用于HVACR压缩机的多元醇酯油组合物在不同温度下的动态粘度行为。多元醇酯(POE)油命名为3MAF，是多元醇(季戊四醇(通常约78％至91％)和二季戊四醇(通常约9％至22％))与羧酸(通常29％至34％的戊酸、通常34％至44％的庚酸和通常22％至37％的3,5,5-三甲基己酸)的反应产物。如可以在图3中看出的，随着温度增加，粘度发生快速下降。此外，使用高能制冷剂意味着获得较高的压缩热，这导致了较高的运行温度，从而必然使粘度降低。许多HVACR应用具有这样的事实：在压缩机的寿命中不能更换油，例如，压缩机可为密封的。此外，流经系统的制冷剂还充当减粘剂。这使得润滑剂有效性变小且产生更易于造成高摩擦的条件，导致功率损耗并最终导致组件卡死。
根据本技术的某些方面，发现将基于硫的添加剂引入润滑剂油组合物中有助于增加对某些所选择的轴承材料的润滑性，所述轴承材料例如为含铜(Cu)的非铁金属材料，包括铜合金(特别是包含铜和锡的青铜)。但是，还发现，当轴承包含含铅(Pb)材料时，没有出现相同程度的所述优点。虽然本教导不限于任何特定理论，但是似乎轴承中铅(Pb)的存在实际上干扰润滑剂油中的基于硫的添加剂并且可使其失活，由此使另外可以通过基于硫的添加剂与材料(例如，铜合金材料)中的铜相互作用(例如，通过表面钝化过程)而产生的润滑性增加最小化或者阻止该润滑性增加。这可能是因为硫对铅比对轴承中的非铁/铜或铜合金材料具有更高的化学吸引。另外，似乎存在加倍的有害影响，因为当添加剂中的硫与铅反应时，随后似乎会形成铅-硫化合物，其与在任何反应前原始存在于轴承中的纯固体铅相比是有效性较小的润滑剂。因此，发现当轴承材料中存在铅时向润滑剂油中添加基于硫的添加剂导致了更高的摩擦条件并因此导致了削弱的轴承性能。这个问题在构造成处理高能制冷剂的压缩机中的轴承的更高运行温度和压力下可变得甚至更显著。在这样高的温度下，动力学可在促进基于硫的添加剂与铅以更高速率反应方面起到重大作用。
作为另外的背景，当基于硫的非铁金属钝化油添加剂与压缩机中的轴承结合使用时，认为硫倾向于首先与铅反应以形成硫化铅如PbS。表2中示出的热力学特性示出了铅和铜与硫反应的比较生成热。
如可以看到的，与硫化铅(PbS)化合物相关的更负的生成热值表明其是形成的更为热力学有利的化合物。因此，通过与硫添加剂反应消耗纯铅不仅阻止纯铅发挥其最初目的(作为固体润滑剂)，而且还阻碍该添加剂与含铜材料有利地相互作用(钝化)，该相互作用被出乎意料地发现改善润滑性。基于硫的添加剂与铅的这种不良反应因高能制冷剂的更高温度而增加，因为其伴随着更高的反应速率。
通过从轴承中选择性的除去铅并将其替代为相对于硫相对稳定或惰性的至少一种润滑剂化合物(意味着其不像铅一样与基于硫的添加剂容易地反应或者不优先于铜与基于硫的添加剂反应)，油添加剂理想地与含铜材料(例如，青铜)反应并使含铜材料钝化以形成硫化铜。因此，在无铅环境下，用于润滑剂的基于硫的添加剂可以顺利地与轴承中的铜反应，产生润滑性更大的条件，从而改善轴承性能。
硫化铜为轴承或其他磨损表面提供了特别的额外的润滑性和耐磨性。根据本发明的某些方面，在含铜轴承材料中形成硫化铜与在不存在这种基于硫的润滑剂的情况下的相同含铜轴承材料(例如，铜合金)相比改善了润滑性。此外，根据本技术，存在多个有利的润滑效果，不仅在形成润滑性硫化铜方面，而且因为替代铅的新的稳定或惰性固体润滑剂物质没有发生化学变化(原因是其不容易与硫反应)，所以由于其自身固有的润滑性保持完整而进一步改善润滑性。
在某些方面中，本公开内容因此提供了具有改善的耐磨性的压缩机。压缩机可包括压缩机构，所述压缩机构被构造成用于处理包含高能制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体。示例性压缩机包括涡旋压缩机、旋叶式压缩机、离心式压缩机、单螺杆压缩机、双螺杆压缩机、往复式压缩机等。多个压缩机组件在压缩机运行期间可以经历严苛的条件，如许多组件持续地经受制冷剂材料和油、高温、腐蚀性环境、以及高的物理应力，特别是扭转应力。如上所述，具有高压侧压力设计的压缩机经历高压和高温条件，因为许多压缩机部件容纳在暴露于排气条件的室内。压缩机包括至少一个含有含铜(Cu)材料的磨损表面。该磨损表面可以是包含铜的任何磨损表面，其可以任选地是包含铜的经加工表面或涂覆有含铜材料的表面。
在某些变型中，本公开内容为其中磨损表面包含含铜(Cu)材料的压缩机组件提供了改善的磨损表面或改善的轴承性能。因此，虽然本公开内容描述了轴承，包括示例性的普通轴颈轴承或滑动型轴承或轴衬，但是在另一些方面中，根据本技术可以改善包含铜的任何磨损表面，尤其是在压缩机中不存在铅的情况下。因此，压缩机中包含铜的所有可能的轴承表面或磨损表面都被构思为根据本公开内容的原理的在基于硫的油添加剂存在下可以具有改善性能的表面。
在某些变型中，构思了含铜金属组件用于涡旋压缩机。金属组件具有包含铜的磨损表面，可选自：面密封、曲轴上的驱动平坦部、曲轴上的主轴颈轴承、曲轴上的下轴颈轴承、滑件、轴衬上的驱动平坦部、轴衬的外直径、十字滑块联接器、密封组件的上密封板、推力板、动涡旋、定涡旋、主轴承座上的推力轴承表面、下支承板组件、主轴承座上的十字滑块滑动区域等，以及其任意组合。
在另一些变型中，构思了包含铜的金属组件用于旋转式压缩机。金属组件具有包含铜的磨损表面，可选自：转子的内磨损表面、转子的外磨损表面、转子缸的磨损表面、叶片的磨损表面、上轴颈轴承座、下轴颈轴承座、轴上的上磨损表面、轴上的中间磨损表面、轴上的下磨损表面等，以及其任意组合。
根据本公开内容构思了压缩机中的所有可能的轴承表面或磨损表面(可包含铜)。Heidecker等的标题为“ANTI-WEARCOATINGSFORSCROLLCOMPRESSORWEARSURFACES”的美国专利公开No.2014/0023540(2013年7月23日提交的美国申请系列号13/948,458)和Heidecker等的标题为“ANTI-WEARCOATINGSFORCOMPRESSORWEARSURFACES”的美国专利公开No.2014/0024563(2013年7月23日提交的美国申请系列号13/948,653)中更全面地描述了这样的磨损表面和轴承，两篇文件通过引用各自整体明确地并入本文。因此，关于与压缩机中轴承的性能有关的优点的后续讨论也可适用于压缩机中的多种磨损表面，其中这样的磨损表面包含铜。
因此，在某些变型中，本公开内容构思了具有改善的耐磨性的压缩机，其中所述压缩机可包括压缩机构，所述压缩机构被构造成用于处理包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体。在某些变型中，制冷剂是高能制冷剂。在另一些变型中，压缩机可具有高压侧压力设计。在某些方面中，压缩机还包括轴承，所述轴承包含铜和选自以下中的至少一种润滑剂颗粒：二硫化钼(MoS2)、硫化锌(ZnS)、二硫化钨(WS2)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化钙(CaF2)、碳纤维、碳颗粒、石墨、石墨烯、碳纳米管、热固性聚酰亚胺、及其组合。此外，所述轴承基本上不含铅，使得铜能够与基于硫的添加剂反应以改善轴承的润滑性。
因此，在某些方面中，本技术提供了出乎意料的益处：在高能制冷剂的存在下，润滑剂油组合物(作为工作流体的一部分在压缩机中进行处理)中包含的某些基于硫的添加剂有助于钝化含铜轴承材料(例如，有助于钝化滑动轴承中青铜下层中的铜)。通过选择“基本上不含”铅的轴承材料，意味着轴承材料中没有铅，使得避免了伴随其存在产生的不期望的和/或有害的影响(例如，与润滑剂油中的基于硫的添加剂反应)。在某些实施方案中，“基本上不含”铅的轴承或其他材料在轴承中包含小于或等于约1重量％的铅，更优选小于或等于约0.75重量％，任选地小于或等于约0.5重量％，任选地小于或等于约0.25重量％，任选地小于或等于约0.1重量％，任选地小于或等于约0.05重量％，在某些实施方案中，其不含任何铅并因此包含0重量％的铅。
在某些变型中，合适的稳定或惰性的固体润滑剂颗粒为二硫化钼(MoS2)。如上所述，使用对基于硫的添加剂为化学惰性或稳定的固体润滑剂(用作替代轴承中的铅)的另外的额外益处在于：其保持完整并且不与基于硫的油添加剂反应；因此，该固体润滑剂可以完全发挥其预期的润滑目的。虽然在某些变型中，结合本教导的其他方面，MoS2是特别适合用作轴承材料的惰性固体润滑剂，但是也可选择其他惰性或稳定颗粒用于轴承材料。这样的惰性或稳定的润滑颗粒可选自：二硫化钨(WS2)、硫化锌(ZnS)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化钙(CaF2)、碳纤维、碳颗粒、石墨、石墨烯、碳纳米管、热固性聚酰亚胺、及其组合。在某些方面中，至少一种颗粒选自：二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、硫化锌(ZnS)、六方氮化硼、碳纤维、碳颗粒、石墨、石墨烯、及其组合。
在多个方面中，本公开内容还提供了用于改善压缩机的轴承性能的方法。在某些方面中，方法可包括将轴承提供到或并入压缩机中。轴承包含铜和至少一种润滑剂颗粒。至少一种润滑剂选自：二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、硫化锌(ZnS)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化钙(CaF2)、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳颗粒、热固性聚酰亚胺、及其组合。此外，选择基本上不含铅的轴承。压缩机处理压缩机中的包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体。在某些变型中，制冷剂是高能制冷剂。在另一些变型中，压缩机可具有高压侧压力设计。
在某些变型中，轴承可为不含铅的自润滑轴承。在某些方面中，特别合适的自润滑轴承材料包括覆盖有滑动层的钢支撑层或者替代地覆盖有滑动层的青铜支撑层。
这样的轴承可包括覆盖有烧结多孔青铜材料的钢支撑层。多孔青铜材料包含铜和锡。在某些变型中，多孔青铜金属材料任选地包含大于或等于约75重量％至小于或等于约95重量％的铜和大于或等于约5重量％至小于或等于约25重量％的锡。
这样的烧结多孔青铜金属材料层任选地浸渍有在暴露于高能制冷剂如氟聚合物时稳定的树脂。因此，轴承还包含具有树脂和任选的至少一种润滑剂颗粒类型的滑动复合材料。浸渍到烧结青铜材料的孔中的聚合物树脂由此形成滑动层。在另一些特别合适的变型中，多孔青铜金属材料包含大于或等于约88重量％至小于或等于约90重量％的铜和大于或等于约10重量％至小于或等于约12重量％的锡。在一个合适的变型中，滑动复合材料可包含具有在其中分布的二硫化钼(MoS2)的聚四氟乙烯(PTFE)树脂。这样的轴承作为DP10TM可商购自GGB,L.L.C。
这些类型的另一些合适的轴承在McDonald等的美国专利No.6,425,977、Davies等的美国专利No.5,911,514和McMeekin等的美国专利No.6,461,679中进行了描述，这些文献各自的相关部分通过引用并入本文。下表3以非限制性实例的方式列出了用于本公开内容的压缩机的多种合适的可商购的自润滑轴承材料。
因此，根据本公开内容的某些方法，将基于硫的添加剂引入油润滑剂组合物中。基于硫的添加剂与轴承中的铜反应以增加压缩机中轴承的润滑性并改善其性能。基于硫的油添加剂在轴承磨损的后期帮助增加润滑性，例如，在下层的含铜中间轴承材料在暴露的磨损表面处暴露更多的情况下。在另一些变型中，基于硫的添加剂帮助在压缩机中使用轴承的初期增加润滑性，例如，在轴承因尺寸精度进行加工并使铜合金可变得暴露并因此当在压缩机中首次使用时可用于与基于硫的油添加剂反应的情况下。
润滑剂油因此可包含选自以下中的基于硫的油添加剂：二芳基硫化物(二芳基硫醚)、芳基烷基硫化物(芳基烷基硫醚)、二烷基硫化物(二烷基硫醚)、二芳基二硫化物、芳基烷基二硫化物、二烷基二硫化物、二芳基多硫化物、芳基烷基多硫化物、二烷基多硫化物、二硫代氨基甲酸盐/酯、2-巯基苯并噻唑的衍生物、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的衍生物、及其组合。在某些变型中，合适的基于硫的非铁金属钝化油添加剂包括噻二唑单体衍生物。在另一些变型中，合适的基于硫的油添加剂包括杂芳族双烷基二硫化物。在某些变型中，基于硫的添加剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑或其衍生物。例如，在某些变型中，特别合适的基于硫的油添加剂包括2,5-双(正辛基二硫代)-1,3,4-噻二唑。在某些变型中，基于硫的油添加剂可包括2,5-双(正辛基二硫代)-1,3,4-噻二唑和二辛基二硫化物。例如，这样的基于硫的添加剂作为826可商购自VanderbiltComp.并且包含2,5-双(正辛基二硫代)-1,3,4-噻二唑和二辛基二硫化物。认为826包含约60％至80％的2,5-双(正辛基二硫代)-1,3,4-噻二唑和20％至40％的二辛基二硫化物。
如上所述，虽然工作流体可包含任意制冷剂，但是在某些方面中，工作流体包含高能制冷剂。合适的高能制冷剂可选自：饱和氢氟碳化物、二氟甲烷(HFC-32)、二氟乙烷(HFC-152a)、氟乙烷(HFC-161)、HFC-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、氢氟烯烃(HFO)混合物1(二氟甲烷(HFC-32)、1,2,3,3,-四氟丙烯(HFO-1234ze)、3,3,3,-三氟丙烯(HFO-1234zf)和二氟乙烷(HFC-152a)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物2(二氟甲烷(HFC-32)和3,3,3,-三氟丙烯(HFO-1234zf)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物3(二氟甲烷(HFC-32)和1,2,3,3,-四氟丙烯(HFO-1234ze)的混合物)、二甲醚、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、双(三氟甲基)硫醚、三氟碘甲烷、及其组合。在某些特定变型中，工作流体中的高能制冷剂可包括二氟甲烷(HFC-32)、氨(R-717)、二氧化碳(R-744)、及其任意组合。在某些方面中，工作流体包括合成油。在某些变型中，润滑剂油可包括聚乙烯基醚(PVE)油、聚α烯烃(PAO)、聚烷撑二醇(PAG)、或基于酯的油如多元醇酯(POE)油。在某些变型中，例如，润滑剂油可包括由羧酸和多元醇形成的多元醇酯(POE)化合物。在某些变型中，这样的POE可由这样的羧酸和这样的多元醇形成，所述羧酸选自：正戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、正庚酸、3,3,5-三甲基己酸、2-乙基己酸、正辛酸、正壬酸、和异壬酸、及其组合，所述多元醇选自：季戊四醇、二季戊四醇、新戊二醇、三甲基丙醇、及其组合。例如，一种特别合适的润滑剂油为命名为3MAF的多元醇酯油，其是多元醇(季戊四醇(通常约78％至91％)和二季戊四醇(通常约9％至22％))与羧酸(通常29％至34％的戊酸、通常34％至44％的庚酸和通常22％至37％的3,5,5-三甲基己酸)的反应产物。
在又一些变型中，本公开内容提供了用于改善压缩机的轴承性能的方法。在某些方面中，方法可包括将轴承提供到或并入压缩机中。轴承可为包含铜和二硫化钼(MoS2)的不含铅轴承。压缩机处理包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体。在某些方面中，制冷剂是高能制冷剂。在另一些变型中，压缩机可具有高压侧压力设计。基于硫的添加剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑或其衍生物。基于硫的添加剂与轴承中的铜反应以增加压缩机中轴承的润滑性并改善其性能。在某些变型中，基于硫的添加剂包括2,5-双(正辛基二硫代)-1,3,4-噻二唑和二辛基二硫化物。在某些实施方案中，高能制冷剂可选自：饱和氢氟碳化物、二氟甲烷(HFC-32)、二氟乙烷(HFC-152a)、氟乙烷(HFC-161)、HFC-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、氢氟烯烃(HFO)混合物1(二氟甲烷(HFC-32)、1,2,3,3,-四氟丙烯(HFO-1234ze)、3,3,3,-三氟丙烯(HFO-1234zf)和二氟乙烷(HFC-152a)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物2(二氟甲烷(HFC-32)和3,3,3,-三氟丙烯(HFO-1234zf)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物3(二氟甲烷(HFC-32)和1,2,3,3,-四氟丙烯(HFO-1234ze)的混合物)、二甲醚、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、双(三氟甲基)硫醚、三氟碘甲烷、及其任意组合。在某些特定变型中，工作流体中的高能制冷剂可包括二氟甲烷(HFC-32)、氨(R-717)、二氧化碳(R-744)、及其组合。
本技术特别地可用于高能制冷剂系统。本教导提供了出乎意料的发现：轴承材料、油添加剂和伴随着高能制冷剂的温度变化的组合可导致轴承或磨损表面在另外的严苛运行条件下的性能得到出乎意料的改善。在轴承基本上不含铅的情况下，较高温度的制冷剂可有助于形成低摩擦的硫/铜反应产物。此外，在某些变型中，本技术特别地可用于高压侧压缩机。高压侧压缩机可以是气密封的并且具有为排气条件或接近排气条件的温度和压力条件。因此，高压侧型压缩机内的多个部件可暴露于极端条件，特别是高温。无论本技术是否与高压侧、低压侧或其他类型的压缩机(例如，开放式驱动)结合使用，其都有助于增加轴承的可靠性(和可用寿命)。因此，现场修复的量可降低，从而将有效地降低制冷剂在任何修复期间泄漏到大气中。额外的润滑性也可以帮助降低摩擦和功率需求，从而有助于在压缩机运行期间保存电能。
实施例
通过模拟的早期轴承性能工作台测试，比较了40个经加工的滑动轴承，包括20个具有铅颗粒的常规轴承和20个根据本公开内容某些方面的不含铅轴承。轴承是典型的压缩机生产滑动轴承，由具有聚四氟乙烯(PTFE)聚合物基体的铜-青铜基底构成，其沿着聚合物基体表面已进行了加工。20个常规轴承具有含有铅颗粒的PTFE基体，而20个不含铅轴承在PTFE聚合物基体中具有二硫化钼颗粒。在多元醇酯油的存在下进行测试，所述多元醇酯油包含油的约0.25重量％的硫添加剂(826)。所述油是40℃下的粘度为约32cSt的混合酸型多元醇酯油(POE)。此处进行的工作台测试很短，但是部分地模拟且模仿某些现实的轴承条件，以便能够对不同轴承类型(在这种情况下，加铅轴承组合物对未加铅/不含铅轴承组合物)的初始相对性能进行定级。然而，此处进行的工作台测试并不代替完整的HVAC系统测试，而是补充以提供在某些具体测试条件下轴承性能的早期指示。
工作台测试包括在正常压缩机速度和负载下使轴承运转，但是故意地进行限制或没有油流动。此外，在测试期间不使用制冷剂；仅使用油。因为没有使用制冷剂，根据本公开内容多个方面描述的热激活的化学反应(例如，铜与硫的反应)经仅起因于并取决于所产生的“摩擦”热(由于在该测试期间没有施加润滑)。因此，该测试不能全面地说明压缩机系统中的实际条件，包括由于不存在制冷剂而不能提供来自压缩热的任何热。
工作台测试包括测量在每个轴承上引起特定水平的表面损坏所耗费的时间。使足够的样品运转以使用比较两个群体的威布尔分析获得结构的统计学置信度。发现根据本公开内容某些方面的不含铅轴承相对于常规加铅轴承改善了约40％(即，与常规加铅轴承相比，不含铅轴承发生故障的时间长约40％)。
如上所述，与通常运转数年的现实应用和测试相比，该工作台测试与现实的HVAC应用相比，非常短(例如，工作台测试的每个轴承在数分钟内发生故障)。因此，根据本公开内容某些方面的化学反应仅在有限的时间范围中发生。此外，由于在工作台测试中不存在高能制冷剂，所以仅摩擦热促进化学反应。在实际的系统中，高能制冷剂的压缩热和来自轴承/相对面相互作用的摩擦热二者的累加(相加)作用将导致甚至更高的反应速率，以致于预计由于所述系统中的硫添加剂将产生轴承性能的甚至更大的改善。
在多个方面中，根据本教导运行的压缩机如涡旋压缩机能够用于至少1,000小时的运行，任选地至少约1,500小时的运行，并且优选地在某些实施方案中，至少约2,000小时或更久的处理高能制冷剂的压缩机运行/服务。在某些方面中，由于基于硫的添加剂与轴承中的含铜材料(例如，铜合金)反应，压缩机能够用于至少1,000小时的使用高能制冷剂的压缩机运行。
在某些方面中，处理包含高能制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体并具有基本上不含铅的轴承的压缩机的性能为：压缩机性能经过1,000小时的性能系数(COP)损失小于或等于约5％；任选地压缩机性能经过1,000小时的COP变化小于或等于约4％；任选地压缩机性能经过1,000小时的COP变化小于或等于约3％。在某些方面中，处理包含高能制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体并具有基本上不含铅的轴承的压缩机的COP损失为：压缩机性能经过1,500小时的COP变化小于或等于约5％；任选地压缩机性能经过1,500小时的COP变化小于或等于约4％；任选地压缩机性能经过1,500小时的COP变化小于或等于约3％。在又一些方面中，压缩机的COP损失为：压缩机性能经过2,000小时的COP变化小于或等于约5％；任选地压缩机性能经过2,000小时的COP变化小于或等于约4％。因此，在某些方面中，由于基于硫的添加剂与轴承中的铜反应，压缩机经过1,000小时的使用高能制冷剂的压缩机运行，性能系数(COP)损失小于或等于约5％。
出于举例说明和描述的目的提供了实施方案的前述描述。其并不旨在穷举或限制本公开内容。特定实施方案的单独的元件或特征一般不限于该特定实施方案，而是在适用时是可互换的并且可以用于选择的实施方案，即使未具体地示出或描述也可。同样的元件或特征也可以以许多方式改变。这些变型不应被认为偏离了本公开内容，并且所有的这些改变都旨在包括在本公开内容的范围内。

Claims (26)

1.一种用于改善压缩机的轴承性能的方法，所述方法包括：
在所述压缩机中提供基本上不含铅(Pb)的轴承，所述轴承包含含铜(Cu)材料和选自以下中的至少一种润滑剂颗粒：二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、硫化锌(ZnS)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化钙(CaF2)、碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳颗粒、热固性聚酰亚胺、及其组合，其中所述压缩机处理所述压缩机中的包含制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体，其中所述基于硫的添加剂与所述轴承中的所述铜反应以增加所述压缩机中所述轴承的润滑性并改善所述轴承的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于硫的添加剂选自：二芳基硫化物、芳基烷基硫化物、二烷基硫化物、二芳基二硫化物、芳基烷基二硫化物、二烷基二硫化物、二芳基多硫化物、芳基烷基多硫化物、二烷基多硫化物、二硫代氨基甲酸盐/酯、2-巯基苯并噻唑的衍生物、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的衍生物、及其组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于硫的添加剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑或其衍生物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述制冷剂是选自以下的高能制冷剂：饱和氢氟碳化物、二氟甲烷(HFC-32)、二氟乙烷(HFC-152a)、氟乙烷(HFC-161)、HFC-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、氢氟烯烃(HFO)混合物1(二氟甲烷(HFC-32)、1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)、和二氟乙烷(HFC-152a)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物2(二氟甲烷(HFC-32)和3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物3(二氟甲烷(HFC-32)和1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的混合物)、二甲醚、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、双(三氟甲基)硫醚、三氟碘甲烷、及其组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中由于所述基于硫的添加剂与所述轴承中的所述铜反应，所述压缩机经过1,000小时的使用所述高能制冷剂的压缩机运行，性能系数(COP)损失小于或等于约5％。
6.根据权利要求4所述的方法，其中由于所述基于硫的添加剂与所述轴承中的所述铜反应，所述压缩机能够用于至少1,000小时的使用所述高能制冷剂的压缩机运行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述含铜(Cu)材料是多孔青铜材料，并且所述轴承是不含铅的自润滑轴承，所述自润滑轴承包括覆盖有所述多孔青铜材料的钢支撑层，所述多孔青铜材料浸渍有包含所述至少一种润滑剂颗粒的滑动复合材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多孔青铜材料包含大于或等于约75重量％至小于或等于约95重量％的铜和大于或等于约5重量％至小于或等于约25重量％的锡。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多孔青铜材料包含大于或等于约88重量％至小于或等于约90重量％的铜和大于或等于约10重量％至小于或等于约12重量％的锡，并且所述滑动复合材料包含其中分布有二硫化钼(MoS2)颗粒的聚四氟乙烯(PTFE)树脂。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述润滑剂油包含由羧酸和多元醇形成的多元醇酯(POE)化合物，其中所述羧酸选自：正戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、正庚酸、3,3,5-三甲基己酸、2-乙基己酸、正辛酸、正壬酸、异壬酸、及其组合，并且所述多元醇选自：季戊四醇、二季戊四醇、新戊二醇、三甲基丙醇、及其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述轴承具有经加工表面。
12.一种具有改善的耐磨性的压缩机，包括：
压缩机构，所述压缩机构被构造成用于处理包含高能制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体；
轴承，所述轴承包含含铜(Cu)材料和选自以下中的至少一种润滑剂颗粒：二硫化钼(MoS2)、硫化锌(ZnS)、二硫化钨(WS2)、氟化钙(CaF2)、六方氮化硼、聚四氟乙烯(PTFE)、碳纤维、碳颗粒、石墨、石墨烯、碳纳米管、热固性聚酰亚胺、及其组合，其中所述轴承是基本上不含铅的，使得所述铜能够与所述基于硫的添加剂反应以改善所述轴承的润滑性。
13.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述基于硫的添加剂选自：二芳基硫化物、芳基烷基硫化物、二烷基硫化物、二芳基二硫化物、芳基烷基二硫化物、二烷基二硫化物、二芳基多硫化物、芳基烷基多硫化物、二烷基多硫化物、二硫代氨基甲酸盐/酯、2-巯基苯并噻唑的衍生物、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的衍生物、及其组合。
14.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述基于硫的添加剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑或其衍生物。
15.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述高能制冷剂选自：饱和氢氟碳化物、二氟甲烷(HFC-32)、二氟乙烷(HFC-152a)、氟乙烷(HFC-161)、HFC-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、氢氟烯烃(HFO)混合物1(二氟甲烷(HFC-32)、1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)、和二氟乙烷(HFC-152a)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物2(二氟甲烷(HFC-32)和3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物3(二氟甲烷(HFC-32)和1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的混合物)、二甲醚、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、双(三氟甲基)硫醚、三氟碘甲烷、及其组合。
16.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述压缩机经过1,000小时的压缩机运行的性能系数(COP)损失小于或等于约5％。
17.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述压缩机能够用于至少1,000小时的压缩机运行。
18.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述含铜(Cu)材料是多孔青铜材料，所述轴承是不含铅的自润滑轴承，所述自润滑轴承包括钢支撑层，所述钢支撑层覆盖有所述多孔青铜材料和包含所述至少一种润滑剂颗粒的滑动复合材料。
19.根据权利要求18所述的压缩机，其中所述多孔青铜材料包含大于或等于约75重量％至小于或等于约95重量％的铜和大于或等于约5重量％至小于或等于约25重量％的锡。
20.根据权利要求19所述的压缩机，其中所述多孔青铜材料包含大于或等于约88重量％至小于或等于约90重量％的铜和大于或等于约10重量％至小于或等于约12重量％的锡，并且所述滑动复合材料包含其中分布有二硫化钼(MoS2)颗粒的聚四氟乙烯(PTFE)树脂。
21.根据权利要求12所述的压缩机，其中所述润滑剂油包含由羧酸和多元醇形成的多元醇酯(POE)化合物，其中所述羧酸选自：正戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、正庚酸、3,3,5-三甲基己酸、2-乙基己酸、正辛酸、正壬酸、异壬酸、及其组合，并且所述多元醇选自：季戊四醇、二季戊四醇、新戊二醇、三甲基丙醇、及其组合。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述轴承具有经加工表面。
23.一种用于改善压缩机的轴承性能的方法，所述方法包括：
在处理包含高能制冷剂和含有基于硫的添加剂的润滑剂油的工作流体的所述压缩机中提供不含铅轴承，所述基于硫的添加剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑或其衍生物，其中所述不含铅轴承包含二硫化钼(MoS2)颗粒和含铜材料，其中所述基于硫的添加剂与所述不含铅轴承中的所述铜(Cu)反应以增加所述压缩机中所述不含铅轴承的润滑性并改善所述不含铅轴承的性能。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述基于硫的添加剂包括2,5-双(正辛基二硫代)-1,3,4-噻二唑和二辛基二硫化物。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述高能制冷剂选自：饱和氢氟碳化物、二氟甲烷(HFC-32)、二氟乙烷(HFC-152a)、氟乙烷(HFC-161)、HFC-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的混合物)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、氢氟烯烃(HFO)混合物1(二氟甲烷(HFC-32)、1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)、和二氟乙烷(HFC-152a)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物2(二氟甲烷(HFC-32)和3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)的混合物)、氢氟烯烃(HFO)混合物3(二氟甲烷(HFC-32)和1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)的混合物)、二甲醚、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、双(三氟甲基)硫醚、三氟碘甲烷、及其组合。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述高能制冷剂选自：二氟甲烷(HFC-32)、二氧化碳(R-744)、氨(R-717)、及其组合。
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