[发明专利]能够与不混溶制冷剂共同使用的改进烃润滑剂

说明书

该申请为于1995年4月20日提交的系列号08/426 500与于1994年9月7日提交的系列号08/301 694的部分继续申请。

本发明涉及含有烃润滑剂如矿物油、不与烃润滑剂混溶的制冷剂以及能够降低烃润滑剂与不混溶制冷剂之间界面张力的添加剂的流体制冷组合物。更具体地，本发明涉及含有烃润滑剂如矿物油、不与烃润滑剂混溶的氟代烃制冷剂以及能够降低烃润滑剂与氟代烃制冷剂之间界面张力的表面活性剂的流体制冷组合物。

在过去约60年中，含氯氟烃(CFC)已经以工业规模在被设计进行制冷和空调应用的系统中被用作换热流体。这类化合物还可被用作推进剂，发泡剂和电子与航空航天工业的清洁剂。这类化合物的实例为CFC-12(二氯二氟甲烷)、CFC-115(1-氯-1，1，2，2，2-五氟乙烷)和CFC-113(1，1，2-三氯-1，2，2-三氟乙烷)。

Rowland与Molina在70年代初期提出假想：CFC固有的高稳定性使其分子在低大气层中具有非常长的寿命。其结果是它们缓慢地进入同温层，在那里由于太阳的紫外辐射效果使氯自由基脱离CFC分子。这些自由基随后进攻该大气层中的臭氧进而使其浓度下降。这就促使气溶胶工业在70年代中期逐渐用满足产品规格的对环境更安全的替代物取代这些化学品。

于80年代中期，人们检测到南极州上空臭氧浓度下降，这一效应目前已传播到世界的其它地方，这促使许多国家严格限制并且最终在本世纪末禁止生产与使用CFC。因此，已经提议采用多种化合物作为替代制冷剂，这些化合物属于氯氟烃(HCFC)和氟代烃(HFC)化学家族。HCFC的实例为R-22(氯二氟甲烷)、R-123(1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷)和R-124(1-氯-1，2，2，2-四氟乙烷)。尽管HCFC中存在氯，但是其消耗臭氧的能力远远低于CFC，其中所含的氢原子导致其在大气层的较低高度上分解。然而，由于臭氧层目前在继续被消耗而这现象在向世界的其它地区扩散，因而存在很大的立法压力以便限制与禁止使用这些化合物。因此，这些被视作短期制冷剂替代物。目前被使用的环烷基矿物油、烷基苯与环烷矿物油/烷基苯混合物从传统的观点出发已经满足了被充有HCFC的制冷系统的润滑与操作要求。

HFC的实例为R-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、R-152a(1，1-二氟乙烷)、R-32(二氟甲烷)、R-143a(1，1，1-三氟乙烷)、R-125(1，1，1，2，2-五氟乙烷)和含有其中任意一种的共沸与非共沸混合物或其它HFC组分。这些分子并非消耗臭氧的物质，因而目前被视作长期的替代制冷剂。在HFC制冷剂可以具有能够使其成为适宜的长期制冷剂替代物的所需物理特性的同时，却缺乏与传统地用作制冷压缩机润滑剂的环烷矿物油相互混溶的能力。矿物油的化学稳定性和与CFC及HCFC制冷剂的混溶性、与所有体系组分的化学相溶性、低絮凝点与低倾点、高介电强度和适宜的粘度提供了在其被导入系统之时能够使其总体性能得到提高的特性。

由于彼此不能混溶，所以某些人认为将环烷制冷油用于HFC被用作制冷剂的制冷或空调应用场合是不适宜的。人们认为在单元操作温度下制冷剂与润滑剂之间的不混溶性或低分散性会使油不适宜地回流至压缩机中。这样，由于油在换热盘管的内表面上形成涂层而导致传热不充分，在极端情况下，会使压缩机中润滑剂不足。前者导致能量利用效率下降，后者致使装置被烧毁。

Jolly等在US4941 986中指出由制冷剂与润滑剂形成的混合物必须在宽温度范围内是可以混溶/可溶性的并且是化学和热稳定的，该温度覆盖了制冷和空调系统的操作温度范围。通常期望在-40-80℃的温度范围内在约5-15％的浓度下润滑剂可以混溶/可溶于制冷剂中。该温度范围包括了许多目前市场上制冷与空调系统设计的操作温度。

这些专利权人随后指出用不同种类比烃油昂贵得多的合成材料替代烃类润滑油。显然，尽管烃油/替代制冷剂流体不混溶，但是从经济与环境保护的角度出发仍然期望将其用于这些系统。