CN1099010C - 致冷剂循环系统 - Google Patents

Abstract

一种致冷剂循环系统采用一典型地以氢氟烃为基的高极性致冷剂，及使用一种相对冷凝侧的液态致冷剂具有微溶解度的冷冻机油。在一致冷剂循环周期中，采用一种典型地以氢氟烃为基的高极性致冷剂和一种相对液态致冷剂具有微溶解度的冷冻机油，该油的比重大于液态致冷剂。因此提供了一种高电绝缘性和抗潮性且冷冻机油能有效返回压缩机中及高度可靠的系统。

Description

致冷剂循环系统

本发明涉及一种致冷剂循环系统，它所采用的致冷剂主要含有氢氟烃。

传统的致冷剂循环系统例示于图11中。

这一例子可参看期刊《Tribologist》(《摩擦学家》)，1990，35卷，9期，621-626页所述，在采用含氢氟烃的一种HFC134a致冷剂来形成冷冻机时，用到了PAG(聚酯)或酯类冷冻机油，这是因为致冷剂与冷冻机油的可混溶性是决定致冷剂循环系统性能的重要因素之一。图11所示的传统的致冷剂循环系统是采用了HFC134a致冷剂的冷冻机。在图11中，参考数字1指用于压缩致冷剂气体的压缩器；参考数字2表示将从压缩器1排出的高压致冷剂气体冷凝用的冷凝器；3是节流机构；4是蒸发器；5是具有反转致冷剂流向功能的四通阀；8是合适于调致冷剂数量的储液器；6是保持在压缩器1内的冷冻机油，用来润滑压缩机1的滑动部分和密封此压缩机的压缩室，此种油是PAG 6a或酯类冷冻机油66。

下面描述上述系统中这类油的行为。经压缩机1压缩的致冷剂供应给冷凝器2。用来润滑压缩机与密封压缩室的大部分润滑剂6a或6b返回到压缩机的底部；然而有相当于约0.5～3.00％(重量)的这种润滑剂6a或6b随致冷剂从压缩机中排出。这样排出的润滑剂6a或6b与致冷剂互溶，之后平滑地流过冷凝器2、毛细管3与蒸发器4进入储液器8中，在此溶解于过剩的液体致冷剂7a中，经回油孔82返回压缩机1内。由此，压缩机1中始终保存有润滑剂6，能满意地进行润滑。

另一种传统的致冷剂循环系统例子如图12所示。

上述例子可参看日本特许公开平5-17789((1992年)所公开的内容，在采用了含可燃性致冷剂HFC32的致冷剂混合物的一种致冷剂循环系统中，所用的冷冻机油为酯类的高溶解性的冷冻机油。图12所示的空调机采用了HFC32、HFC125与HFC134a的致冷剂混合物。在图12中，参考数号1指用于压缩致冷剂气体用的压缩机；2指用来冷凝从压缩机1排出的高压致冷剂的冷凝器；3指节流机构；4指蒸发器；5指四通阀，用于使致冷剂流换向；8指能调节致冷剂数量的储液器；以及6指用来润滑压缩机1各滑动部件和密封压缩室的冷冻机油。更确切地说，该冷冻机油是一种酯类的冷冻机油6a。

吸入压缩机1的致冷剂在使封闭容器11中的马达12冷却后，为压缩机构13所压缩，经四通阀5排入冷凝器2中。在以上运行过程中，汇集于封闭容器11底部中的冷冻机油6便暴露在吸入压缩机的致冷剂气氛中，由于冷冻机油6有很高的溶解本领，便有大量的致冷剂溶解于此冷冻机油6中。

传统的HFC134a致冷剂循环系统的设计即如以上所述。PAG(聚酯)6a的体积电阻率为10⁷-10¹⁰Ωcm，其饱和水分约为25000PPM，但酯类的冷冻机油在性能上优于PAG，体积电阻率为10¹²至10¹⁴Ωcm，饱和水分约1500PPM。但上述这两类油在绝缘与吸水性方面不如CFC12冷冻机油，后者的体积电阻率为10¹⁵Ωcm，而饱和水分约为300PPM。

氢氟烃类(HFC)有希望代替CFC12和HCFC22，后二者出于对环境问题的考虑而属于限制使用或完全不用的材料之列。氢氟烃一般比CFC12及HCFC22的极性要大，能高度溶于这种氢氟烃类的冷冻机油一般也有很高的极性。固此，可溶于氢氟烃类的这类机油倾向于吸收高极性的水分。其结果，水分被带入致冷剂循环系统，所以极有可能不仅会破坏电绝缘性，而且还会破坏象冷冻机油(酯类)之类的用于压缩机中有机的可水解材料的性能。如果劣化的材料积聚在节流机构中，整个致冷剂循环系统的性能会下降。

因此，在装配致冷剂循环系统时，必须尽可能缩短此系统暴露于空气中的时间。这是由于在致冷剂循环系统的生产中，于处理它的部件时会遇到种种问题。进一步，此系统还涉及以下问题：要是有大量水分进入此系统，则会加速淤渣的形成，或致此种成分冻结而闭塞节流机构，阻碍制冷作业。

此外，传统的HFC134a致冷剂循环系统还有以下一些缺点：在系统的保养中，例如在修复或更换系统的零部件时，由于冷冻机油有很高的吸水性，空气中的水分便被吸附到此种油上，使得节流机构的毛细管或膨胀阀易于冻塞。还有，这种水分也会加速酯类油的水解而形成淤浆。此水分还同样会加速用作马达绝缘材料的聚对苯二甲酸二乙酯的水解而形成淤浆。为了克服这种致冷剂循环系统制造或保养中的上述困难，需要比采用CFC12致冷剂的系统更为充分地从此种冷冻机油和致冷剂循环系统中除去水分。另外需要在此种系统中设置干燥机以调节水分。

如果致冷剂与溶解度高的冷冻机油一起使用，当油或与之相接触的致冷剂的温度接近致冷剂在大气压下(冷冻机油在此条件下置入)的饱和点的温度时，溶解在冷冻机油中的致冷剂量会显著增加，由于所述冷冻机油被粘度较小的致冷剂所稀释，这样将会引起供给滑动部件的液体粘度大幅度下降，润滑性能下降，从而会引起卡住及其它问题。

当保持高溶解度的冷冻机油的压缩机底部布置在高压侧时，致冷剂的溶解度在压缩机的高压气氛下将会增加，其中滑动部件表面压力的增加要求油有更好的润滑特性。但由于供给滑动部件的液体粘度下降，其润滑性能下降而会引起卡住及其它问题。因此，考虑到上述这种情况(即，含有高溶解度的冷冻机油的压缩机底部布置在高压侧时)，通常做法是采用一种高粘度的冷冻机油，这种机油已计及在高压下的稀释情形，但在低压情况下会产生新的问题，即此时由于致冷剂溶解度较小，供给滑动部件的液体粘度很大，由于在滑动支承及其它处油中的剪切应力，机械能损失与压缩功的比值将增加，导致效率降低。

还有，由于采用高溶解度的冷冻机油，由于从油密封部分泄出而流向压缩腔的吸气侧的这部分油含有大量的致冷剂，它们将在压缩循环中进行膨胀和压缩，会引起损耗，进而降低效率。

当传统的致冷剂循环系统中采用了含有至少一种可燃性致冷剂的混合物，更确切地说，采用了含有可燃性致冷剂HFC32和不可燃性致冷剂HFC125与HFC134a的混合物时，由于上述冷冻机油有很高的可溶性，故此种致冷剂混合物中有大量的致冷剂溶于这类油中。在上述情形下，溶解在冷冻机油中的致冷剂数量取决于致冷剂的极性。图13表明HFC32、HFC125与HFC134a相对于酯类冷冻机油的溶解度。极性较低的致冷剂HFC125与HFC134a在这种冷冻机油中，要比极性较高的致冷剂HFC32溶解得多。结果使得，在致冷剂循环周期内在冷冻机油中还未被溶解的致冷剂混合物的混合比，可以改变到一个具有可燃性的混合比，这是因为此时可燃性致冷剂HFC32，相对于它被投入此致冷剂循环周期中之前且测定为不可燃时的混合比所占的比例是提高了。此后，如果不慎将这种致冷剂混合物排放到空气中而附近又有着火源时，就会被点燃而引致火灾。

采用了含有多种致冷剂而其中至少有一种是可燃的那种传统的致冷剂循环系统，用到了一种可燃性冷冻机油。因此这种系统就会遇到下述问题：当因某种故障使致冷剂混合物与冷冻机油以雾滴形式排入空气中，且其附近又有着火源，它们就会被点燃而可能引致火灾。

这里所用的“可燃性致冷剂”一词是指这样一种致冷剂，如果它的温度处于一实际应用的温度范围而它与空气的混合比又处于一预定值时，一旦与一着火源接触就会点燃。这种可燃性致冷剂的例子例如有HFC32(R32)、HFC143a(R143a)、HFC152a(R152a)、丙烷(R290)、丁烷(R600)、戊烷与氨(R717)。而这里所用的“不可燃致冷剂”则是指这样一种致冷剂，如果其自身温度处于实用温度范围内时，不论它与空气的混合比如何，也绝不会为着火源点燃。在上述定义中，所述实用温度范围是从-40℃至+100℃。

本发明的目的在于解决与传统致冷剂循环系统有关的上述问题。更具体地说，本发明的目的在于提供这样一种冷却剂循环系统，它有很高的电绝缘性与抗潮性，可靠性高且在通常水平下进行制造与保养工作。

本发明的另一目的在于消除上述缺点。更具体地说，该目的在于提供一种安全性高的致冷剂循环系统，它经设计成，即使当致冷剂不慎排入空气中而它邻近又有着火源时，它也绝不会被点燃，就是说不会因此发生火灾。

根据本发明提供的一种致冷剂用的致冷剂循环系统配置有HFC134a之类致冷剂，它主要含氢氟烃，采用一种冷冻机油。这种冷冻机油为液体致冷剂时的溶解度按重量计，在冷凝压力和冷凝温度下为0.5～7％；在蒸发压力和蒸发温度下为0～2％，亦即此种冷冻机油的溶解度是零或很低。

在此种致冷剂循环系统中的压缩机的吸入侧设有一储液器，此储液器包含一延伸至压缩机吸管侧的导出管，导出管上有一些距储液器底部成不等高度的孔。

在此系统中，压缩机用的冷冻机油保持在其高压侧的致冷剂空间中。

在此系统的压缩机吸管中还设有阻止回流的机构。

此系统尚包括：用来分离冷冻机油的分离装置，使得混合有高压气体致冷剂且自压缩机排出之冷冻机油按重量计的混合百分率，小于或等于此冷冻机油为冷凝压力和冷凝温度下之液体致冷剂所溶解的按重量计的百分率。

在此系统中，有一油分离器连接在压缩机的排出侧。

在此系统中，致冷剂主要含氢氟烃，而冷冻机油主要含烷基苯，或聚α-烯烃，或石蜡油，或环烷油，或聚苯醚，或聚苯硫醚，或磷酸酯，或亚磷酸酯，或氯化石蜡。

本发明的另一种致冷剂循环系统也配置有主要含氢氟烃的HFC134a之类的致冷剂。在此系统中，冷冻机油在蒸发压力与蒸发温度下的液态致冷剂中按重量计的溶解百分率为0～2％，亦即溶解度是零或很低，同时，此冷冻机油的温度在-20～+60℃间的比重大于液态冷却剂在相同温度且在饱和蒸气压下测得的比重。

本发明还提供一种致冷剂循环系统，它将防止致冷剂或油滞留在系统中任何不合适的区域。

当采用如HFC134a的氢氟烃为基的致冷剂或以氟胺、氟醚、氟丙烷、氟乙烷、氟硅烷或氟化硫为基的致冷剂时，本发明的致冷剂循环系统所采用的冷冻机油相对于处于冷凝压力与温度下的液态致冷剂中的溶解重量百分率为0.5％至7％。

用于本发明的上述致冷剂是一种含有一批致冷剂的致冷剂混合物，而这批致冷剂中至少有一种是可燃的。

本发明所用的上述冷冻机油的比重小于液态致冷剂。

该用于本发明的冷冻机油是以下列一组物质中的至少一个为基的，即烷基苯类、聚α-烯烃类、石腊油类、环烷油类、聚苯醚类、聚苯硫醚类及氯化石蜡中的一种。

用于本发明的这种致冷剂是一种若干非共沸致冷剂的混合物。

本发明的上述冷冻机油，至少在所说致冷剂工作时的环境温度范围，其比重小于在同样温度及相应的饱和蒸气压下所测得的液态致冷剂的比重，以及所说的致冷剂为一种非共沸混合致冷剂。

作为本发明致冷剂循环系统一部分的储液器，它具有一将致冷剂从储液器引出用的导出管，此导出管具有一批孔，这批孔距储液器底部的高度彼此不等。

本发明的系统还设有一回流阻止机构。它被设置在以下三种情况之一，即设在所说蒸发器与压缩机之间，设在此系统的一个四通阀与一连至压缩机吸入侧的管道之间，以及在储液器与上述连至压缩机吸入侧的管道之间。

本发明所用的上述冷冻机油的比重比液态致冷剂的比重要大。

上述冷冻机油的比重在-20℃至+60℃温度范围内大于液态致冷剂在同样温度及相应的饱和蒸气压下所测得的比重。

用于本发明的上述冷冻机油是以氯氟烃聚合物(CIFC)，或全氟烃聚合物(FC)，或全氟烷基聚醚，或改性聚硅氧烷，或氯化芳族化合物为基的。

用于本发明的上述致冷剂是一种含有一批致冷剂的致冷剂混合物，而这批致冷剂中至少有一种是可燃的。

在本发明中，含有所述冷冻机的上述压缩机的底部或所述单独设置的容器是配置在此压缩机或所述系统的高压侧上。

本发明的用于分离比气态致冷剂比重要大的冷冻机油的装置装在所述的压缩机中，这样当作为高压气体致冷剂一部分的冷冻机油从压缩机排出时，其按重量的混合百分率不大于此冷冻机油在处于冷凝压力与冷凝温度下的所述液态致冷剂中的重量溶解百分率。

在本发明中，一个油分离器被连接到所述压缩机的排出侧。

本发明的所述冷冻机油相对于处于蒸发压力与蒸发温度下的所述液态致冷剂的溶解度为零或是稍溶，其溶解的重量百分率为0％至2％。

根据本发明的系统，它包括下列联在一起的装置：压缩机，它吸入一种可任意含有液态致冷剂的气态致冷剂，排出时将其作为一高压气态致冷剂排出；节流机构，用来降低可以任意含有气态致冷剂的液态致冷剂的压力；冷凝器，用来冷凝从上述压缩机排出的高压气态致冷剂；以及蒸发器，用来蒸发离开上述节流机构的液态致冷剂或气-液相致冷剂，以及在该系统中，起润滑、密封及类似功能的冷冻机油，或是保持在设在系统中的上述压缩机内，或是保持在一个单独的容器或其它上，所述冷冻机油有部分或全部暴露于致冷剂气氛中，该系统的特征在于：所述致冷剂是HFC32，HFC125及HFC134a的混合物，所述的冷冻机油相对于处在冷凝压力和温度下的液态致冷剂中的按重量计的溶解百分率为0.5％至7％，以及所述的冷冻机油的比重小于液态致冷剂的比重。

所述用于本发明的致冷剂是以一氢氟烃为基的非共沸混合致冷剂，或是以一组化合物，即氟胺、氟醚、氟丙烷、氟乙烷、氟硅烷、氟化硫中至少一个为基的非共沸混合致冷剂，所述的冷冻机油比所述液态致冷剂要轻，及只略溶于后者。

在本发明中，致冷剂和冷冻机油分成二层的温度最高值等于或高于所述的冷凝温度。

本发明所采用的冷冻机油的饱和水分不大于300ppm。

在本发明中，一种高极性的致冷剂与一种低极性的冷冻机油结合使用，它达到这样的程度，即油的溶解度不超过7％，只在0.5％至7％范围内，这有利于生产低水分吸收性的致冷剂循环系统，其特点是可以进行有效的冷冻机油返回。

在本发明中，一个单独使用时是可燃的致冷剂与一种不可燃的致冷剂相混合，且由于极微的油溶解度，该混合的致冷剂不会变成可燃的成分。

用于本发明中的所述冷冻机油比液态致冷剂要轻，它可以由大原子量的物质组成，因此该机油生产成本较低。

以烷基苯类、聚α-烯烃类、石蜡油类、环烷油类、聚苯醚类、聚苯硫醚类或氯化石蜡为基的冷冻机油具有在高压下的高粘度性，高度可靠地用于滑动部件中，有较高的化学稳定性。它们与无好的高压特性的致冷剂结合是有利的，所述的致冷剂的本身润滑性能较差。

采用非共沸混合致冷剂，使得只有有限的致冷剂在系统较长的停机时间内进入所述的压缩机中。

由于所述的储液器具有若干油返回孔，使在该储液器中分离的油可被回收。

由于在吸管上设有止回阀，所以在储液器中分离的低粘度液态致冷剂不可能泄漏到低压侧而引起性能降低。

具有比液态致冷剂比重大的冷冻机油有利于从所述储液器中返回。

本发明的致冷剂循环系统的另一个优点是，即使因某种原因将致冷剂排到空气中且附近存在火源，也不会点燃致冷剂，从而能避免火灾之类的危害。

本系统中的油槽位于高压侧，或油分离装置(或油分离器)设在压缩机内，因此可以阻止冷冻机油带进循环回路中。

致冷剂和冷冻机油分成二层的温度最高值等于或高于冷凝温度。用这种具有低溶解度的冷冻机油保证了只有一小部分致冷剂溶于该冷冻机油中，即使冷冻机油或与之接触的致冷剂温度接近该致冷剂在环境压力下的饱和温度，此时置入的冷冻机油也只有一小部分致冷剂溶于其中。

下面简述本发明的附图。

图1示意表明一种致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第一实施例；

图2是一曲线图，表明第一实施例中冷冻机油相对于液体致冷剂按重量计的溶解度百分数；

图3为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第二实施例；

图4为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第三实施例；

图5为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第四实施例；

图6为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第五实施例；

图7为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第六实施例；

图8为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第七实施例；

图9为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第八实施例；

图10为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成了本发明的第九实施例；

图11为一示意简图，示出致冷剂循环系统装置，它构成本发明的第十实施例；

图12是曲线图，表明两种混合型致冷剂进入压缩机的转移特性的百分率；

图13示出了一混合型致冷剂从高温向低温侧转移的过程；

图14示意地例释一种传统的致冷剂循环系统装置；

图15示意地例释另一种传统的致冷循环系统装置；

图16是曲线图，表明致冷剂相对于一种图15所示实施例中润滑油按重量计的溶解度百分率。

下面详述本发明的最佳实施例。

第一实施例

现参考图1与2来描述本发明的第一实施例。图1示意地表明一种致冷剂循环系统装置，它适用于例如一种小容量的空调机。在图1中，参考数号1指用于压缩致冷剂气体的压缩机；2是用来冷凝从压缩机1排出的高压致冷剂气体的冷凝器；3是节流机构；4是蒸发器；5是具有反转致冷剂流向功能的一种四通阀；而6是指冷冻机油，它保持于压缩机1中，用来润滑压缩机1的滑动部件并密封其压缩室。图2以曲线图示明本实施例中的冷冻机油(烷基苯)当液态致冷剂采用HFC134a时按重量计的百分溶解率。此溶解率在冷凝器中为0.5～7％，而在蒸发器中为0～2％。

现来叙述这种致冷剂和冷冻机油的行为。用来密封压缩室的部分冷冻机油与压缩机1所压缩的致冷剂混合，而由压缩机1排出并进入冷凝器2。在冷凝器2中，致冷剂气体流经管的直径经选定应可使致冷剂的流率高到足以将冷冻机油输送到下游。在此冷凝器2内，致冷剂被冷凝于该管的内表面上。这种冷凝了的致冷剂其厚度朝下游渐增，因而此管道中为气体流通的中央空间相应地减小。于是，气体的流率也逐渐减小，且它的受到限制的流率仍保持到很高，可足以输送冷冻机油和冷凝到该管内表面上的致冷剂液体到达下游。在冷凝器2中接近所述管的后端，大部分致冷剂的液化结果使得致冷剂气体的流速下降很多。然而因冷冻机油相对冷凝的液态致冷剂的溶解率很低，输送到下游的冷冻机油才可能溶解于液态致冷剂中。在节流机构3的入口，致冷剂已基本上液化，而溶解率低的冷冻机油便随液态致冷剂一起输送至下游。流到节流机构3下游的致冷剂的温度与压力均大大下降，因而冷冻机油只在液体冷却剂中稍稍溶解甚至于不为其溶解。

另一方面，由于位于节流机构3下游处的部分液态致冷剂气化，此致冷剂的流率便剧增而把冷冻机油输送至下游。在蒸发器4中，上述管的直径选定成：可使由于节流机构的压力降所形成的致冷剂气体能充分地把液态致冷剂与冷冻机油输送到下游。因此，尽管冷冻机油不能或较少地在液态致冷剂中溶解，冷冻机油还是能输到下游。在蒸发器4中，致冷剂在流到下游时被气化，也即是致冷剂气体的流率加大了。结果，由于致冷剂气体的流率远高于输送冷冻机油所要求的限定的流率，致冷剂便被吸收到压缩机1内，而如上所述输送来的冷冻机油和保持在压缩机1底部中的冷冻机油汇合。

由于压缩机1内始终有冷冻机油6，因此，压缩机能获得充分的润滑与密封。

在如上所述建立的致冷剂循环系统中，可采用主要是含氢氟烃的致冷剂，以及主要是含烷基苯或聚α-烯烃的冷冻机油。因而此系统中的冷冻机油在吸水与绝缘性方面基本上与传统制冷系统中的矿物油相等。此外，在装配与保养这种致冷剂循环系统过程中，可按类似于传统致冷剂循环系统中的情形来控制水分。

有控制装置即前述的四通阀设在一连接段中，在此连接段会合有设在蒸发器与压缩器间的连通管，以及设在压缩机与冷凝器间的连通管。变换此四通阀中的流路即可反转致冷剂的循环方向，而蒸发器与冷凝器二者的功能可相互变换。

上述本发明的致冷剂循环系统主要用一种基本为氢氟烃的致冷剂，所用的冷冻机油在液态致冷剂冷凝时有溶解度，而在蒸发状态则具有不溶或低溶性。因此该系统电绝缘性及抗湿性均高，并由于油能顺利地流回压缩机，因而可靠性较高。

在致冷剂循环系统中的所述压缩机一般都带有冷冻机油或称机油，被带入进循环回路中的机油重量至少为循环致冷剂重量的0.5％。因此，如果所用的冷冻机油在冷凝压力和温度下溶于液态致冷剂的重量百分率为0.5％或更少，该未溶于液态致冷剂中的其余冷冻机油便会停留在穿过冷凝器的管子后端附近，在该冷凝器中液化的致冷剂流速很低，结果该冷冻机油会在压缩腔中耗尽。

当采用高极性(例如氢氟烃类)致冷剂时，为了保证二种成分的良好溶解度，也必须采用高极性的冷冻机油，这样方能使冷冻机油不停留在穿过冷凝器的管子后端附近。但是，这种具有至少为7％溶解度的高极性冷冻机油较容易吸收水分，而机油很可能被大量带入致冷剂循环回路中，这样会破坏致冷剂、冷冻机油及甚至用于马达中的绝缘体的电绝缘性或化学稳定性。

本发明成功地解决了上述已有技术的不足之处，其特征是采用一种相对于处于冷凝压力与温度下的液态致冷剂中的溶解百分率为0.5％至7％的冷冻机油。在本发明中，从压缩机中被带入致冷剂循环回路的冷冻机油可有效地返回该压缩机中。作为另一个优点，该冷冻机油的吸水性较低，有利于生产出高度可靠的致冷剂循环系统。

在本系统中，有可能发生冷冻机油滞留的区域会在冷凝器一部分(一般在第二个一半部分及较接近出口侧，但如果致冷剂循环较低，有时液体在冷凝器较上游就发生滞流)至节流机构之间的管路上发生，当油量下降及从冷凝器出口至节流机构之间的管路长度较长时，就有可能耗尽压缩机中的机油。

所述冷凝压力是由该冷凝温度和致冷剂特性决定的，而确定冷凝器温度则不仅与放置致冷剂循环系统中的冷凝器周围的大气温度有关，而且还要考虑冷凝器特性(热交换率)与致冷剂潜热之间的平衡状况。

例如，冷冻机一般的环境温度为0℃至45℃，在这种情况下，冷凝温度(取决于冷冻机中冷凝器的特性)在环境温度为0℃时为0℃至15℃，而当环境温度为45℃时为45℃至68℃。另一方面，在这种情况下的该冷凝压力是由所用的致冷剂的特性所决定：如果用R134a作为致冷剂，则冷凝压力在冷凝温度0℃时为1.96kg/cm²G，当冷凝温度为68℃时为19.6kg/cm²G。

所述的极性高低是相对的。在本发明中，氢氟烃类及“第三代”致冷剂，例如，氟胺、氟醚、氟丙烷、氟乙烷、氟硅烷及氟化硫，比CFC12或HCFC22更具有极性。至于冷冻机油，如烷基苯类、聚α-烯烃类等，比已有技术中的酯类油PAG的极性要小。

谈到溶解的难易性，任何两种具有高极性或低极性的物质是高度可溶的。因此，相对有较高极性的氢氟烃只溶解具有高极性的酯类油、PAG及类似物。水是较高极性的物质，因而它较容易溶于同样具有高极性的酯类油及PAG中。换句话说，较易溶于氢氟烃类物质中的油类物质具有较高的吸水性。相反，不易溶于氢氟烃类物质中的油类吸水能力较低。

当采用诸如氢氟烃之类的高极性致冷剂时，还必需采用高极性的冷冻机油，以保证两种成分之间有较好的互溶性，这样在致冷剂中的冷冻机油不会停留在穿过冷凝器的管子后端附近。但是，溶解度至少为7％的高极性冷冻机油其吸水本领也较大，较易被大量带进致冷剂循环回路中而破坏致冷剂、冷冻机油及甚至用在马达上的绝缘体的绝缘性能及化学稳定性。

关于极性问题，一般认为，如果一种物质其分子中的正电荷的重心与负电荷不相重合，就具有极性。一特定的化学键如果正负电荷不规则也具有极性。电极性现象一般用术语“极性”称之。由于具有极性，正负离子或极性键的原子之间较易靠近，因而对吸附、反应速率及介电常数均有影响。

前面已经提到过，氢氟烃类(HFC)或氟胺、氟醚、氟丙烷、氟乙烷、氟硅烷、氟化硫之类的致冷剂是有希望取代CFC12及HCFC22的，后二者是出于对环境问题的考虑而属于限制使用或完全不用的材料之列。氢氟烃一般比CFC12及HCFC22更有极性，而相对氢氟烃有较低溶解率的冷冻机油类一般具有较低的极性。因此，那些相对诸如氢氟烃之类的高极性致冷剂有较低溶解率的冷冻机油很难吸收高极性的水分。这样就阻止了水分被带入致冷剂循环系统中，因而不仅不易破坏电绝缘性，而且也不会对用于压缩机中的有机水解材料构成威胁，因此防止了致冷剂循环系统性能的劣化。否则的话，有害物质将积聚在节流机构内。

虽然氢氟烃类(HFC)是取代CFC12及HCFC22的较好致冷剂，后二者是出于对环境问题的考虑而属于限制使用或完全不用的材料之列。但是，这种氢氟烃分子中不含氯原子，它不象CFC12及HCFC22含有氯分子，所以不能期望产生下述的优点，即处于边界润滑条件下的压缩机滑动部件可在其金属表面上形成诸如铁的氯化物之类的化合物，它能提高滑动部件的耐磨性。

再者，相对于氢氟烃具有高溶解度的酯类油具有低的高压特性(高压粘度指数)，因而与迄今为止采用CFC12或HCFC22作为致冷剂的致冷剂循环系统中所用的石蜡族油或环烷油相比，增加了压缩机的滑动部件处于边界润滑条件的机会。

因此，用氢氟烃类作为致冷剂的致冷剂循环系统，特别是用可溶的酯类油作为冷冻机油，遇到了压缩机滑动部件的耐磨性问题。

上述本发明结合一个具体例子的描述涉及用氢氟烃为基的单一或混合致冷剂。但应当知道，当测定分子结构后，包括氟胺、氟醚、氟丙烷、氟乙烷、氟硅烷及氟化硫的“第三代致冷剂”均被认为有较高的极性，预料它们也具有氢氟烃的性能与优点。

另外，本发明的致冷剂循环系统采用了相对致冷剂具有低溶解性的冷冻机油，因此其极性较低，不易吸收高极性的水分。它不仅有效地防止了电绝缘性能的下降，而且还防止了由于有害物质积聚在节流机构中而使系统性能下降的情形。

使用低溶解度冷冻机油的本发明致冷剂循环系统具有另一个优点为：供给滑动部件的液体的粘度维持在足够高的水平上，减少了产生卡住及滑动部件其它问题的概率，从而提高了系统的稳定性。

第二实施例

参看图3来描述本发明的第二实施例。图3例示了可适用于例如一种大容量空调机的致冷剂循环系统。在图3中，参考数号1指用于压缩致冷剂气体的一种压缩机；2指用来冷凝从压缩机1排出的高压致冷剂气体的冷凝器；3是毛细管；4是蒸发器；8为能调节致冷剂数量的汇集致冷剂液体的聚液器；6是保持于压缩机1中用来润滑压缩机1滑动部件和密封其压缩室的冷冻机油；以及5是用来使致冷剂反向流动的四通阀。

当冷冻机油60处在蒸发压力与蒸发温度下时，它不为或很少为液态致冷剂7a溶解。因此，在液态致冷剂7a上便形成一层冷冻机油6c。在储液器8内设有一导出管81，用来让致冷剂从储液器8中排出。导出管81有一批回油孔82a、82b、82c与82d，它们至储液器8底部8a处的高度彼此不等，得以使储液器8中的冷冻机油60可靠地返回到压缩机1内。

第三实施例

下面参考图4描述本发明的第三实施例。图4示出适用于这样一种空调机的致冷剂循环系统装置的示意图，此种空调机安装在室窗上且以其内外两部作为一个整体。在此实施例中，通过压缩机1的压缩机构13加压的致冷剂排入压缩机1的封闭容器11内，而后经排出管14引出。因而，贮留于压缩机1底部的冷冻机油6即处于一高压侧的致冷剂空间内，而包含在排出的致冷剂气体中的冷冻机油在从此封闭容器向排出管14的过程中借自重下落。因此，在经排出管14排出的致冷剂气体中，冷冻机油所占的混合百分比极低，且其溶解率低于此冷冻机油在冷凝压力下为液态致冷剂所溶解的溶解率。这样，从压缩机1所排出的冷冻机油便能可靠地流回压缩机1内。

所述本发明的致冷剂循环系统保证了用于压缩机润滑、密封及其它目的之用的冷冻机油只有少量流入冷凝器、节流机构及蒸发器中，同时压缩机只排出有限量的机油，因此该流出的冷冻机油可以有效地返回压缩机内，从而防止了冷凝器和蒸发器的热交换效率下降的问题。

因此，即使含有冷冻机油的压缩机底部布置在高压侧，利用上述溶解度低的冷冻机油也能克服上述的问题，这是因为致冷剂在机油中的溶解度会变化而使粘度波动不大。因此，选择合适的润滑油的粘度，不仅在高压环境下能保证压缩机滑动部件的可靠性，而且还确保低压情况下的效率。

第四实施例

下面参看图5来描述本发明的第四实施例。图5是表示一种适用于例如冷冻机的致冷剂循环系统的示意图。在图5中，参考数号9指一连接在压缩机1与蒸发器4之间的止回阀。由于这里的致冷剂与冷冻机油基本上相互分开，因而单独的致冷剂的粘度低于其中溶解有冷冻机油的致冷剂的粘度。这样，当压缩机1不运行时，未混合的致冷剂的粘度就低，但流动性好，于是因分离而聚集于冷冻机油上方的液态致冷剂的较大部分，就得以通过压缩机1中滑动部件间的空隙流回蒸发器4中。结果使蒸发器4的温度增加，而加大了此种冷冻机的耗损。为了消除这一缺点，采用了止回阀9。即将此止回阀9连接在压缩机1与蒸发器4之间以阻止致冷剂的回流，由此来防止蒸发器4升温。显然，此止回阀9可以代之以任何能用来防止致冷剂回流的装置。

第五实施例

参看图6来描述本发明的第五实施例。图6是表示可适用于例如仅用于冷却一个房间的空调机的致冷剂循环系统。为压缩机1的压缩机构3所加压的致冷剂排入此压缩机的封闭容器11内，然后经排出管14从压缩机1中引出。排出管14的致冷剂气体入口端14a面朝装在马达12的转子12a上端处的旋转风扇16的中心。在致冷剂气体入口端，比重较大的冷冻机油因离心力的作用而向周围溅射。因而冷冻机油在通过排出管14a排出的致冷剂气体中的混合百分率极低，而它的溶解率远低于此冷冻机油为液态致冷剂在冷凝压力下所溶解的溶解率。于是，从压缩机1中排出的冷冻机油就能可靠地流回压缩机1。

第六实施例

现参考图7描述本发明的第六实施例。图7是表示了一种例如适用于冷冻机的致冷剂循环系统装置示意图。当从压缩机1排出的致冷剂气体经油分离器20输送到一连至冷凝器2的管中时，冷冻机油即借设在油分离器20中的筛网从该致冷剂气体中分离出来。这样分离出的冷冻机油受到抽吸，通过一从此油分离器延伸出的回油管21，并经一吸管15返回到压缩机1，从而可靠地润滑与密封压缩机1。冷冻机油在进入冷凝器之中的致冷剂中的混合百分比极低，而它的溶解度低于冷冻机油为液态致冷剂在冷凝压力下所溶解的溶解度。因此，此系统不存在有将冷冻机油保持于节流机构上游的缺点而妨碍此系统的工作。上述筛网则可环绕油分离器20中的排出管14的端部设置。

在压缩机1底部中的冷冻机油6保持在蒸发压力下，油6和储液器8中的冷冻机油6c很难溶解于此液态致冷剂中。但由于液态致冷剂7a的比重基本上等于冷冻机油6c的比重，它们能基本上以相同的比例混合。这样，即使有大量的液态致冷剂7a汇集在储液器8中，此冷冻机油能可靠地经导出管81的回油孔82返回到压缩机1内。在液态致冷剂7a返回到压缩机1内时，由于会集于其中的冷冻机油6与液态致冷剂7a基本上等比例地混合，此系统就不会有仅仅是液态冷却剂7a通过一形成在压缩机最低端部中的吸油管17而抽吸的缺点，即也吸入混合比相当的冷冻机油来润滑和密封压缩机。

第七实施例

下面参考图8描述本发明的第七实施例。图8是表示适用于例如空调机的致冷剂循环系统装置的示意图。压缩机1中的冷冻机油6例如氯氟烃处在蒸发压力下，压缩机1中的油6和储液器8中的油6c则很难在HFC134a之类的液态致冷剂中溶解。冷冻机油6与6c的比重相当于液态致冷剂7a的比重1.9倍。因此，该冷冻机油(6与6c)便以层状形式保持于储液器的底部，且使这种层与液态致冷剂7a的层分离。这样，即使有大量的液态致冷剂7a聚集于储液器8中时，上述冷冻机油也肯定能通过导液管81的回油孔82返回到压缩机1中。当液态致冷剂7a返回到压缩机1时，它便以层状形式被贮存在保持在压缩机中冷冻机油6这一层的上面。因而只是冷冻机油才通过压缩机最低端部中的吸油孔17上吸，使压缩机得以润滑与密封。

在此系统中，此致冷剂主要含氢氟烃，而冷冻机油主要含氯氟烃聚合物，全氟烃聚合物，全氟烷基聚醚，改性聚硅氧烷，氯化芳族化合物。

第八实施例

下面参考图9描述本发明的第八实施例。

当用到的致冷剂混合物所含的一批致冷剂至少有一种是可燃的时，更确切地说，当所用致冷剂混合物包括有独立时为可燃的致冷剂HFC32以及独立时为不可燃的致冷剂HFC125与HFC134a时，就绝不会有大量的致冷剂溶解于冷冻机油中，这是因为在本发明的致冷剂循环系统中，所用的冷冻机油是不会或很少同这种致冷剂混合物溶解的。因此，这种致冷剂混合物在致冷剂循环周期中由于未被溶解于冷冻机油中，也就几乎不改变它投入此循环周期前且经测定为不可燃时的混合物的混合比，且不会改变到使之可燃的那种混合比。于是，即使这种致冷剂混合物因偶然事故而排入空气中，且附近又存在着火源时，也绝不会被点燃而起火。

图9示出了适用于例如一种空调机的致冷剂循环系统的例子。吸入压缩机1中的致冷剂混合物在使封闭容器11中的马达12冷却后，通过压缩机构13压缩，并经四通阀5排入冷凝器2内。作业中，汇集在封闭容器11底部中的油6暴露在吸入压缩机1内的致冷剂混合物的气氛中，由于冷冻机油6的溶解率为零或极低，因而此种致冷剂混合物几乎不会溶解于油6内。

第九实施例

下面参看图10描述本发明的第九实施例。

当采用的致冷剂混合物所含的一批致冷剂中至少有一种为可燃的时，更确切地说，当采用的致冷剂混合物包含有独立时为可燃的致冷剂HFC32以及独立时为不可燃的致冷剂HFC125与HFC134a时，这种致冷剂混合物几乎不溶解于冷冻机油中，因为在本发明的致冷剂循环系统中，此冷冻机油是不会或几乎不会同这种致冷剂混合物溶解的。因此，在致冷剂循环周期中未溶解于冷冻机油中的致冷剂混合物的混合比，是很难从它投入此循环周期前且测定为不可燃时所具有的混合比改变到使之成为可燃时的混合比。此外，所用冷冻机油是不可燃的，因而即使因不慎致这种致冷剂混合物排入空气中，而附近又存在着火源时，也不会被点燃而起火。

图10示出了适用于例如空调机的一种致冷剂循环系统的例子。吸入到压缩机1中的致冷剂混合物在为封闭容器11中的压缩机构13所压缩后，冷却马达12，然后经四通阀5排入冷凝器2内。在此项作业中，汇集于闭合容器11底部中的冷冻机油6便暴露在吸入压缩机内的致冷剂混合物气氛中，由于冷冻机油6的溶解度为零或是极低，因而这种致冷剂混合物基本上不会溶解于冷冻机油6中。

第十实施例

本发明的第十实施例将参照图11来描述。假定这里所用的冷冻机油相对于致冷剂的溶解度较低，并在致冷剂循环系统工作环境温度下的比重小于液态致冷剂在同样温度及相应的饱和蒸气压下所测得的比重；还假定用单一的致冷剂或采用形成共沸系统的二种或二种以上致冷剂的混合物。如果蒸发器4或冷凝器2中的温度高于压缩机1的温度，哪怕是高一点点，在压缩机1不工作期间，致冷剂将转移到压缩机中，很大一部分作为液态致冷剂7a而停留在压缩机的底部。在另一方面，如果采用上述的非共沸混合型致冷剂系统，则沸点较低的组分将首先蒸发，以及压缩机1内冷冻机油暴露于致冷剂中，该致冷剂的组分比停留在蒸发器4或冷凝器2中的液态致冷剂的沸点要低，结果是，即使蒸发器4或冷凝器2中的温度有点高于压缩机1的温度，但没有致冷剂转移到压缩机1中。因此，即使经一段关机时间后重新启动，也只有有限量的液态致冷剂7a停留在压缩机的底部，这样液态致冷剂7a供给压缩机1的滑动部件的持续时间缩短了，因而降低了其作润滑的供给量。

上述的“共沸混合型致冷剂”是这样的一种致冷剂，它在使用的压力和温度范围之内至少有一点的蒸气组分与液态致冷剂的成分一样。另一方面，所说“非共沸混合型致冷剂”是指这样的致冷剂，该致冷剂的蒸气成分在使用的压力和温度范围内的任何点上均不与液态致冷剂的成分相同。

关于冷冻机油和致冷剂之间的溶解度，参看JIS K2211附录3，《测定致冷剂溶解度的方法))一书，它作了如下描述：把一油和一致冷剂试样放入试管中，在室温下置放或在热水槽中加热，直到该油和致冷剂试样混匀并变成透明的溶液。然后，冷却该试管，确定出溶液分成两层或整体混浊时的温度。在该油的份额下(油试样在溶液中与致冷剂相混合的百分数)测出的温度称为“分离成二层的温度”，并作为评估这种冷冻机油相对致冷剂的溶解度的指数。该测试过程所用的油的重量百分比在5％至60％之间。因此，高溶解度的油的“分离成二层的温度”值较低。在采用以氢氟烃为基的致冷剂的致冷剂循环系统中，迄今为止所用的冷冻机油(典型为酯类油)至少在冷凝压力和温度条件下具有高度可溶性。低溶解度的油具有高的“分离成二层的温度”值，如硬质烷基苯油，它用在上述类的采用以氢氟烃为基的致冷剂的致冷剂循环系统中，该油在冷凝压力和温度条件下至蒸发压力和温度条件下的整个范围内，至少在一特定的混合比下呈不溶性。也就是说，该溶解度在这种情况下表示为该致冷剂和冷冻机油分离成二层的最高温度(UCST)大于冷凝温度值，及该冷冻机油溶解的重量百分比小于0.5％至7％(取决于所述的冷凝温度)。

本发明的该实施例参照图12来说明，该图显示了注入致冷剂循环系统的致冷剂(一种为HFC32、HFC125及HFC134a的非共沸混合型致冷剂，另一种为HFC134a及HFC125的共沸混合型致冷剂)输送到压缩机中随系统关机时间变化的百分率。单个来考虑，HFC32的沸点为-54.8℃，HFC125为-48.6℃及HFC134a为-26.2℃。由于HFC32和HFC125的沸点远比HFC134a的沸点低，在致冷剂循环回路上气态致冷剂中的HFC32和HFC125多于液态致冷剂中。结果，由于与压缩机中冷冻机油相接触的气态致冷剂具有较低的沸点以及很难液化，从而抑制了致冷剂输入压缩机中。因此，如果使用非共沸混合型致冷剂，转移到压缩机中的致冷剂量很少，即使所用的冷冻机油具有低溶解度并比液态致冷剂比重小也如此。因此，只有少量的液态致冷剂停留在压缩机的底部，这样经长时间关机后再次起动时供给压缩机的滑动部件的液态致冷剂的持续时间就缩短了，因而降低了其作润滑用的供给量。

所述的转移百分率由以下方程表示：

转移百分率＝(转移至压缩机的致冷剂量)/(注入到致冷剂循环回路中的致冷剂量)×100(％)

由下述压力使上述转移保持下去：

ΔP＝(致冷剂回路中液态致冷剂储器的压力)-(压缩机内的压力)

存在ΔP是一个必要条件。在该方程式中，压力是由致冷剂的特性及温度决定的。对于单一或共沸的致冷剂来说，下述的Δt增加时会提高致冷剂的转移率：

Δt＝(致冷剂回路中液态致冷剂储器的温度)-(压缩机内的温度)

如果使用一种高溶解性的冷冻机油，即使Δt＝0，致冷剂的转移过程也会发生。

因此，如果冷冻机油无溶解性且Δt＝0，则不会发生致冷剂转移。

当采用单一或共沸致冷剂，如果Δt＞0，则发生转移，最后所有的液态致冷剂将转移至低温侧。

当采用非共沸混合型致冷剂时，即使Δt＞0，其气态组分不同于液态组分，因此最终转移的致冷剂量将随Δt值的幅值而变化。最后转移的量由气态组分与液态组分的差异决定。前面对这种沸点不同而造成的差异的描述曾用于解释这一事实。还必需注意到，这种气态组分与液态组分的差异是受混合的致冷剂种类、混合比、液-气比(即温度和压力)，温度分布及冷冻机油的溶解度的影响。

举一个例子，参考图13来描述非共沸HFC32/HFC134a致冷剂。假定两连接在一起的容器的环境温度保持在-2.5℃。如果一个容器含有液态致冷剂，其HFC32/HFC134a之比按重量百分比的比例为25∶75(假设该液态致冷剂储器在致冷剂回路中)，另一容器(假定为压缩机)中为气态组分，该容器与该第一容器相接，其中HFC32/HFC134a按重量百分比的比例为46∶54；由于两容器中的压力均为3.7kg/cm²G，不会发生致冷剂转移。然后假如在含气体的容器(即等同于压缩机)中的温度从-2.5℃降至-7.5℃。如果致冷剂为单一或共沸混合型致冷剂，将连续进行转移过程，因为低压侧的压力一直是低的，最后，所有的液态致冷剂将被转移。但事实上该致冷剂为非共沸型的，如图13所示，压缩机中的部分气态致冷剂被液化，低温容器的压力会变得与高温容器一样，其中液态组分中HFC32/HFC134a的重量百分比的比例为41∶59，而气态组分中的重量百分比的比例为63∶37；因而不会有进一步的致冷剂转移过程。有人会说，由于蒸气相的扩散，致冷剂的转移过程仍在继续。但所述的蒸气相扩散率一般相当缓慢，在实际中无任何意义。

如上面所述，只要所用的致冷剂为非共沸混合型致冷剂，其致冷剂的转移过程就会改善，不用考虑冷冻机油的种类。但应当明白，冷冻机油的溶解性也是一个影响致冷剂转移特性的因素，如果采用无溶解度的油，则会抑制致冷剂的进一步转移。对于致冷剂的转移特性而言，重油与轻质油之间无实质性区别，但油无溶解度，特别是轻质油，将证明对确保系统的可靠性是很有效的。

上述讨论可总结如下：

1.无溶解度的油及单一或共沸致冷剂：如果Δt＞0，所有液态致冷剂均被转移(如Δt＝0，则不发生转移)。

2.无溶解度的油及非共沸致冷剂：如果Δt＞0，液态致冷剂将会转移，但Δt较小时并非全部液态致冷剂被转移。与用可溶的油相比，其致冷剂的转移进一步受到限制。

在此实施例中，冷冻机主要含氯氟烃聚合物，或全氟烃聚合物，或全氟烷基聚醚。

在上述实施例中，所用的致冷剂混合物包含致冷剂HFC32、HFC125与HFC134a。这种非共沸的三元致冷剂混合物在效率、性能、压力与安全性方面，最适用于作为一种致冷剂HCFC22的置换物，后者主要用于空调机内，由于污染环境，正在减少或禁止使用。

含HFC32的致冷剂混合物在效率与性能上远高于不含HFC32的致冷剂混合物。致冷剂HFC32独立时为可燃的，然而当依某种混合比例与不可燃的致冷剂HFC125或HFC134a混合时，在实际应用时就成为不可燃的。因而，这种致冷剂混合物是安全的。为了进一步改进此致冷剂混合物的安全性，应该减小HFC32致冷剂混合物中的百分比，然而这同样会降低效率。为此，在安全系数维持不变时，最好采用一种不溶性的油。也就是说，在采用这种不溶性的油时，可使HFC32的百分比大于未采用不溶性油的情形。由此可以配制出高效的致冷剂混合物。

本发明的系统关系到置换用于空调机的可燃性致冷剂HCFC22的技术。例如可用含可燃性致冷剂HFC143a的致冷剂混合物(共沸性的)，作为用于制冷系统例如冷冻机中的致冷剂R502的置换物。

一种冷冻机油的不可燃性，可以根据它是否具有JIS(日本工业标准)K2265的闪点测量法所规定的闪点来确定。

前面解释的关于比较油比重的基准(在混合型致冷剂的情况下)是该致冷剂回路中在该混合型致冷剂的组分下的液态致冷剂的比重。

必须指出，共沸致冷剂也可以是一种含一可燃致冷剂的混合物。例如，可燃的HFC143a与HFC125两种致冷剂的混合物；这两种致冷剂的沸点较接近，能保持共沸(HFC143a沸点为-47.7℃，HFC125的沸点为-48.1℃)。

所述“非共沸混合型致冷剂”是指满足下列的条件，即在使用的压力和温度范围内，无任何点能使致冷剂的蒸气成分与液态成分相同。

应注意到，按照JIS K2211第106页规定，CST(临界溶解温度)就是分离成二层时的温度。按JIS K2211规定的测试方法只涉及“油的重量百分比为5％至60％”，这是因为CST在该范围内有一个最大值，该最大值就称为UCST(最高临界溶解温度)。

本发明的致冷剂循环系统使用非共沸混合型致冷剂，因此，即使使用了冷冻机油，该油至少在系统工作的环境温度之内的比重小于液态致冷剂在同样温度和相应的饱和蒸气压下所测得的比重，当该系统停机一段时间后重新启动时，该液态致冷剂供给压缩机的滑动部件的持续时间将缩短，这样就降低了其作润滑用的供给量。

此外，冷冻机油中的饱和水分的含量维持在很低水平上，因而，对水分的控制足以保证远超出已有技术的水平。

饱和水分是由下述确定的：一冷冻机油的试样放在环境温度为30℃相对湿度为85％的大气中，持续地测定油中水分的变化，许多实测值所趋近的值定义为“饱和水分”。

上述的冻冷机油在不使用添加剂的情况下也可以满意地使用。但如果加入一种或一些如抗氧化剂之类的添加剂、抗高压老化剂，抗磨剂、热稳定改进剂及防沫剂，可以改善冻冷机油的耐磨性、高负载性及热稳定性。

抗氧化剂为受阻酚类，胺类或硫化合物类。抗氧化剂例子可举出2，6-二叔丁基-4-甲基酚；4，4′-亚甲基双(2，6-二叔丁基酚)；2，2′-硫双(4-甲基-6-叔丁基酚)；三甲基氢醌；p，p′-二辛基二苯基胺；3，7-二辛基吩噻嗪；烷基吩噻嗪-1-羧酸盐；苯基-2-萘基胺；2，6-二叔丁基-2-二甲基对甲酚；5-乙基-10，10′-二苯基非那啉(phenazaline)和烷基二硫化物，其中每种用量可高达0.2-5％(重量)。

抗高压老化剂和抗磨剂可为磷酸酯，亚磷酸酯，硫代磷酸烷基酯或芳基酯，卤代烃，卤代碳酸，二硫代磷酸二烷基或二芳基酯金属盐，二烷基二硫代氨基甲酸金属盐和油溶性含钼硫化物的化合物，其中每种用量可高达1-30％(重量)。

热稳定改进剂的一个例子是用环氧化合物，其用量可高达0.2～5％(重量)。

防沫剂的例子是采用二甲基硅氧烷及羧酸金属盐，其中每种用量可高达0.001～0.1％(重量)。

本发明如上所述的致冷剂循环系统主要用到一种基本上含氢氟烃的致冷剂，以及这样一种冷冻机油，它与一种液体致冷剂在冷凝时为可略微溶解的，而当蒸发时为不可溶的或只有极低的溶解率。因此，此系统为高绝缘以及高抗潮性的，并且由于这种冷冻机油能平稳地返回到压缩机内而有很高的可靠性。

在此系统中，从储液器延伸出的冷却剂导出管有一批回油孔。因此，储液器中不会汇集大量的冷冻机油，亦即冷冻机油能可靠地返回压缩机内，且能根据装置的负荷贮存剩余的致冷剂。

在此系统中，压缩机的冷冻机油保持于高压侧的致冷剂空间内，这就能降低与排出气体相混合而在此系统中流动的冷冻机油的混合百分比。因此，本发明的系统具有很高的可靠性和优越的换热效率。

本系统中在蒸发器与压缩机之间设有防止气流从压缩机流回蒸发器用的回流阻止机构，这就能在压缩机不运行时，制止从高压侧泄漏出气体经吸管流到蒸发器，致使蒸发器及其相关部件升温，且相应降低能耗。按这种方式，冷冻机油能通过自储液器延伸出的致冷剂导出管上形成的一批回油管，可靠地返回。

此外，在本发明的系统中，冷冻机油与自压缩机排出的气体的混合百分率减小了，使得在此系统中流动的冷冻机油可靠地返回压缩机。因而本系统的可靠性高。当把这种特点与使冷冻机油经过从储液器延伸出的致冷剂导出管上形成的一批回油孔而返回的回油技术相结合时，就能更可靠地使油回到压缩机内。

在此系统中，在压缩机的排出侧设有油分离器以降低冷冻机油与排出气体的混合百分比。因此，本系统具有高可靠性和高换热效率。当此种技术与前述回油技术结合时，就能更有效地使冷冻机油返回压缩机。

此系统有设在蒸发器与压缩机间的控制阀以及在压缩机停止运行时用来关闭此阀的控制装置。因此，当压缩机不工作时，能关闭控制阀而阻止从蒸发器到压缩机的流动，这就能消除因压缩机润滑不充分而致例如使轴咬住等问题发生。

在此系统中，致冷剂主要含氢氟烃，而冷冻机油在蒸发侧是不为或很少为液态致冷剂所溶解的，且冷冻机油的比重与液态致冷剂的比重基本相等。因此，本系统的绝缘与抗潮性均高。

另外，根据本发明的另一组成部分，此系统所用的致冷剂主要含氢氟烃，而冷冻机油在蒸发侧是不为或很少为液态致冷剂所溶解，且此冷冻机油的比重则大于液态致冷剂的比重。因此，本系统具有高的绝缘性与抗潮性。压缩机的密封与润滑功能比较稳定，且改进了它的绝缘性与抗潮性。此外，很少有可能让冷冻机油流入此系统内，即使在此系统内流动，也肯定能返回到压缩机中。这样，本发明的这种系统是高度可靠的。

氢氟烃的分子是由氢(H)，碳(C)及氟(F)原子组成，为了生产较大比重的冷冻机油，其分子中必需含比氟原子量大的原子，但较大原子量的物质一般较贵。另一方面，由于由氢、碳、氧原子组成的物质已足够满足需要，所以用于本发明的轻质冷冻机油可以以低成本生产出来。

如果致冷剂与低溶解性的冷冻机油结合使用，则甚至当该油或与之接触的致冷剂的温度接近在环境压力下(在该压力下冷冻机油置入)致冷剂的饱和点时其溶解度也不会提高。这样，供给滑动部件的液体粘度保持在一个足够高的水平，减少了发生咬住及滑动部件其它事故的可能性。

再次说到低溶解性的冷冻机油，由于从油封部分泄出流向压缩腔的吸气侧的一部分冷冻机油中只含很小部分的致冷剂，因而在该压缩循环中由于二次膨胀和压缩造成的损失大幅度下降，从而防止了效率下降。

如果使用非共沸混合型致冷剂，如果所使用的冷冻机油至少在系统工作的环境温度之内的比重小于液态致冷剂在同样温度和相应的饱和蒸气压下所测得的比重，则这种冷冻机油是可接受的。在压缩机停机期间，只有有限量的致冷剂从蒸发器或冷凝器转移到该压缩机中，它们作为液态致冷剂而留在压缩机底部。其结果，当该系统经很长时间关机而重新启动时，液态致冷剂供给压缩机的滑动部件的持续时间缩短了，这样减少了其作润滑的供给量。

本发明的致冷剂循环系统确保用于压缩机润滑、密封及其它目的的冷冻机油只有少量流到冷凝器、节流机构及蒸发器中；同时，所述压缩机也只排出少量冷冻机油，以及由于流出的冷冻机油能有效地返回到压缩机中，因此防止了冷凝器和蒸发器的热交换效率的下降。

本发明的致冷剂循环系统确保用于压缩机润滑、密封及其它目的的冷冻机油只有少量流到冷凝器、节流机构及蒸发器中；同时，流出的冷冻机油能有效地返回压缩机，因此防止了冷凝器和蒸发器的热交换效率的下降。

本发明的致冷剂循环系统确保用于压缩机的润滑、密封及其它目的、且流到冷凝器、节流机构及蒸发器中的冷冻机油能有效地返回到压缩机中，因而防止了冷凝器和蒸发器的热交换效率的下降。

本发明的致冷剂循环系统还有一个优点是，纵使致冷剂不慎排入空气中，且附近又存在着火源时，也不致被点燃，因此可以避免火灾之类的事故。

此外，本发明致冷剂循环系统中使用了不可燃的冷冻机油，所以当后者甚至以雾状形式排到大气中也不能点燃。

在本发明的系统中，致冷剂混合物几乎不能溶解于冷冻机油中。因此，当用到的致冷剂混合物所含的一批致冷剂中至少有一种是可燃的时，此致冷剂混合物的混合比在致冷剂循环周期中，是很难从其投入此循环周期前已有的且经测定为不可燃的混合比而发生改变的。因此，此系统就不存在有致冷剂混合物会部分溶解于冷冻机油中的缺陷，即不会使其混合比改变到使致冷剂混合物变为可燃的那种混合比值。也就是说，这里的致冷剂混合物是不可燃的。于是，纵使此致冷剂混合物不慎排放入空气中且附近又存在着火源时，也绝不致被点燃而引起火灾，亦即本发明的这种致冷剂循环系统是高度安全的。

又，在本发明的系统中，致冷剂混合物是基本上不溶解于冷冻机油中的。因此，当用到的致冷剂混合物所含的一批致冷剂中至少有一种是可燃的时，此致冷剂混合物的混合比在致冷剂循环周期中，是很难从其投入此循环周期前已有的且经肯定为不可燃的混合比而发生改变。这样，此种系统就不存在有致冷剂混合物会部分溶解于冷冻机油中的缺陷，即不会使其混合比改变到能让此致冷剂混合物变为可燃的那种混合比值。也就是说，这里的致冷剂混合物是不可燃的。而且，冷冻机油也不可燃的。于是，纵使此致冷剂混合物不慎排入空气中，且附近又存在着火源时，也绝不致被点燃而引起火灾。也即本发明的这种致冷剂循环系统是高度安全的。

氢氟烃(HFC)是较有希望代替CFC12和HCFC22，后二者出于环境问题而属于限制使用或禁止使用的材料之列。但是，氢氟烃不含氯原子，所以不象CFC12和HCFC22它们含有氯分子。这种氢氟烃不能期望能获得下述的优点，即在边界润滑条件下的压缩机滑动部件能在表面形成诸如铁的氯化物之类的化合物，它们能提高耐磨性。

此外，相对氢氟烃具有高溶解度的酯类油的高压性能(高压粘度指数)较低，因此，与使用CFC12或HCFC22作为致冷剂的致冷剂循环系统中所用的石蜡或环烷油类相比，增加了压缩机滑动部件处于边界润滑条件的机会。

因此，采用氢氟烃作为致冷剂的致冷剂循环系统，特别是当使用酯类油作为冷冻机油时，会遇到压缩机的滑动部件的耐磨性问题。

但该问题当使用稍微可溶的油时能解决。

按照以上设计，本发明的致冷剂循环系统在电绝缘性与抗潮性能两方面都是很优越的，而且高度可靠。

由于具有上述的结构特征，本发明提供了一种具有高度可靠及高效率的致冷剂循环系统，它能抑制油从系统中的压缩机内泄漏出来，并能保证泄出的油顺利返回因此油不会积聚或停留在任何不合适的区域。

本发明的致冷剂循环系统由于有上述的结构，是极为安全的，不必担心引起火灾。

由于具有上述的结构特征，本发明提供了高可靠性系统这一附加优点，即使该系统停机较长时间后重新启动也不会使压缩机的滑动部件出现不正常现象。

Claims (17)

1.一种致冷剂循环系统包括：

一压缩机(1)，它吸入可以含有液态致冷剂的气态致冷剂并排出高压气态致冷剂；

一冷凝器(2)，位于压缩机下游，冷凝从压缩机排出的高压气态致冷剂；

一节流机构(3)，其位于冷凝器的下游，减小离开冷凝器(2)的可以含有气态致冷剂的液态致冷剂的压力；

一蒸发器(4)，其位于节流机构的下游，蒸发离开带流机构(3)的液态致冷剂或气一液相致冷剂，蒸发的致冷剂构成吸入压缩机(1)的可以包含液态致冷剂的气态致冷剂；其特征在于：

在压缩机(1)或一个另设的容器内含有冷冻机油，至少有部分冷冻机油暴露于致冷剂中以完成润滑或密封功能；

致冷剂为以氢氟烃、氟胺、氟醚、氟丙烷、氟乙烷、氟硅烷或氟比硫为基的混合致冷剂，该混合致冷剂包括至少其中之一为不可燃致冷剂的一批致冷剂的混合物，该混合物是不可燃的；

在系统中液态致冷剂的工作冷凝压力和温度条件下冷冻机油在液态致冷剂中的溶解率为重量百分比0.5至7％。

2.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：所述冷冻机油的比重小于所述的液态致冷剂的比重。

3.按权利要求2所述的致冷剂循环系统，：所述冷冻机油是以下列一组物质中的至少一个为基的，即烷基苯类、聚α-烯烃类、石蜡族油类、环烷油类、聚苯醚类、聚苯硫醚类及氯化石蜡中的一种。

4.按权利要求2所述的致冷剂循环系统，其特征在于，所述混合致冷剂是非共沸的。

5.按权利要求2所述的致冷剂循环系统，其特征在于：所述的冷冻机油至少在该系统工作的环境温度范围内的比重应小于在同样温度及相应的饱和蒸气压力下的液态致冷剂的比重，其中所说的混合致冷剂是非共沸的。

6.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：它还包括一储液器，此储液器设有一将致冷剂从储液器引出用的导出管，此导出管具有一批孔，这批孔距储液器底部的高度彼此不等。

7.按前述任一权利要求所述的致冷剂循环系统，其特征在于：一回流阻止机构被设置在以下三种情况之一，即设在所说蒸发器与压缩机之间，设在此系统的一个四通阀与一连至压缩机吸入侧的管道之间，以及在储液器与上述连至压缩机吸入侧的管道之间。

8.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：所述冷冻机油的比重比液态致冷剂的比重要大。

9.按权利要求8所述的致冷剂循环系统，其特征在于：所述冷冻机油的比重在-20℃至+60℃温度范围内大于液态致冷剂在同样温度及对应的饱和蒸气压下所测得的比重。

10.按权利要求8所述的致冷剂循环系统，其特征在于：所述的冷冻机油是以氯氟烃聚合物，全氟烃聚合物，全氟烷基聚醚，改性聚硅氧烷或氯化芳族化合物的一种为基的。

11.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：保持有所述冷冻机油的前述压缩机的底部或所述单独设置的容器是配置在此压缩机或所述系统的高压侧上。

12.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：用于分离比气态致冷剂比重要大的冷冻机油的装置装在所述的压缩机中，这样当作为高压气体致冷剂的一部分的冷冻机油从压缩机排出时，其按重量的混合百分率不大于此冷冻机油在处于冷凝压力与冷凝温度下的所述液态致冷剂中溶解的重量百分率。

13.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：一油分离器连接到所述压缩机的排出侧。

14.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：在系统中工作蒸发压力和温度条件下冷冻机油在液态致冷剂中的溶解率为按重量百分比0至2％。

15.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：致冷剂包括HFC32，HFC125和HFC134a的混合物。

16.按权利要求1所述的致冷剂循环系统，其特征在于：冷冻机油比液态致冷剂具有较小的比重，并且分离成两层——一层为冷冻机油而另一层为液态致冷剂——的最高温度等于或高于冷凝温度。

17.按前述任一权利要求的致冷剂循环系统，其特征在于：所述冷冻机油的饱和水分低于300ppm。

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