CN100540892C - 具有往复式压缩机的冷却*** - Google Patents

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Abstract

一冷却***包括：蒸发器(2)，用于当致冷剂蒸发时执行冷却操作；压缩机(4)，当一动子往复移动时，对从蒸发器排出的致冷剂进行压缩；冷凝器(86)，用于将在往复式压缩机内被压缩的致冷剂改变成液态致冷剂；毛细管(8)，用于对从冷凝器排出的致冷剂进行减压，从而使致冷剂可轻易地蒸发并传送到蒸发器。包含碳与氢的碳氢化合物即一种天然致冷剂被用作致冷剂，石蜡基润滑剂即一种矿物油用作润滑剂，从而可以改善润滑性能和冷却***的性能。

Description

具有往复式压缩机的冷却***
技术领域
本发明涉及一种利用往复式压缩机对致冷剂执行压缩操作的冷却***，更具体地说，涉及一种具有往复式压缩机的冷却***，该往复式压缩机通过使用与用于使用天然气体的制冷***的往复式压缩机的天然气体具有良好的兼容性的润滑剂，能够改进润滑性能和冷却***性能。
背景技术
众所周知，由于氟氯化碳(CFC)作为一种用于致冷器、空调等的冷却剂是一种损害同温层的臭氧层的材料，目前正在积极进行对替代致冷剂的研究。
CFC包括R11(三氯-氟化甲烷)、R12(二氯二氟甲烷)、R13等，其中主要用作致冷机的致冷剂的R12由于是一种导致臭氧层减少和温室效应的源头材料，是一种受到法规限制(regulation subject)的材料。因而作为替代致冷剂，正在对天然致冷剂进行积极研制。
天然致冷剂涉及用作致冷剂的材料，它们诸如水、氨、氮化物、二氧化碳、丙烷、丁烷等天然存在于地球中且不是人工化合物，众所周知，天然致冷剂对大气环境没有坏影响，使用天然致冷剂作为致冷剂是积极的考虑。
在天然致冷剂中，碳氢化合物仅包括碳与氢，包括甲烷(R50)、乙烷(R170)、丙烷(R290)、丁烷(R600)、异丁烷(R600a)、丙烯(R1270)等。碳氢化合物无毒、化学性能稳定，并且特别地表现出在矿物油中的适当的溶解度。
此外，氢气不具有臭氧损耗潜势和非常低的全球变暖指数，也就是当将二氧化碳的全球变暖指数当作“1”时，R12的全球变暖指数是7100，R134a的全球变暖指数是1200，同时丙烷的全球变暖指数低至3。
异丁烷(R600a)是对环境无害的天然气体，对臭氧层不造成损害，对温室效应没有影响。也就是，异丁烷(R600a)，一种通过将在石油炼制工序中产生的碳氢气体精炼到非常高的纯度而获得的一种天然气，是一种不包含对环境有害因素的致冷剂。
然而带有这些优点，由于其化学和电学性能，异丁烷(R600a)很难与目前在制冷***中使用的致冷剂机油结合。因而需要研制一种能够适合于异丁烷(R600a)的致冷剂机油。特别是需要一种可适于用于压缩异丁烷(R600a)的往复式压缩机的致冷剂机油。
图1显示了一种通用制冷***的制冷循环结构。
如图1所示，目前通用的制冷循环结构包括：用于执行冷却操作的蒸发器2，使低温低压的液体致冷剂蒸发；用于将从蒸发器2排出的低温低压气态致冷剂压缩成高温高压气态致冷剂的压缩机4；冷凝器6，用于将从压缩机4排出的高温高压气态致冷剂改变成高温高压液态致冷剂；毛细管8，用于对从冷凝器6排出的致冷剂进行减压，从而使致冷剂可轻易地蒸发并传送到蒸发器2。
用于该制冷***的致冷剂是天然致冷剂，特别使用碳氢化合物。
由于用于制冷***的往复式压缩机的润滑剂50被用作包含天然致冷剂的压缩机的致冷剂机油，其物理和化学性能应该与天然致冷剂很好地协调。
换句话说，用作往复式压缩机致冷剂机油的润滑剂需要具有下述性能，也就是即使致冷剂溶解，其也能很好地保护油膜，其应该热稳定和化学稳定，使得其尽管在高温或低温下与致冷剂和有机材料金属接触，也不产生反应，其应该具有高水平的热稳定性，从而不产生碳沉淀物，或不在压缩机高温部分被氧化。
为了满足这些性能，诸如运动粘度、流动点、密度、总酸值、含水量等润滑剂性能成作为关键因素起作用。
因而，如果用于包含天然致冷剂的往复式压缩机的润滑剂不能与制冷机的致冷剂很好地协调，油就会泄漏。然后油循环恶化，从而降低了致冷剂的热传播性能以及润滑性能，导致每个运动元件的摩擦部分被磨损，从而每个元件受损。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有往复式压缩机的制冷***，通过使用天然气体作为制冷***的致冷剂，使用与用于往复式压缩机的天然气体具有良好相容性的润滑剂，能够改进润滑性能和制冷***的性能。
为了实现上述目的，提供一种具有往复式压缩机的冷却***，包括：
蒸发器，用于当致冷剂被蒸发时执行冷却操作；
往复式压缩机，其包括一驱动单元，该驱动单元包括定子，该定子包括固定在密封容器内的外定子，设置得与所述外定子的内周面具有一定空气隙的内定子，缠绕在外定子和内定子中的一个上的缠绕线圈，能量从外部施加在所述线圈上；以及一动子，所述动子包括以规则间距设置在外定子和内定子之间及当向线圈供应能量时做线性往复运动的磁体，以及将所述磁体安装在其上、用于将线性往复运动力传送到压缩单元的磁体保持器；当接收到来自驱动单元的线性往复运动力时，对致冷剂进行压缩操作的压缩单元；以及润滑单元，其将润滑剂即一种矿物油供应到驱动单元和压缩单元的每个运动部分上并且执行润滑操作；
冷凝器，用于将在往复式压缩机内压缩后的致冷剂改变成液体致冷剂；
毛细管，对从冷凝器中排出的致冷剂进行减压，并将其传送到蒸发器；
抽吸到蒸发器内的有机化合物致冷剂，其包含碳与氢，是一种天然致冷剂，具有可燃性和***性；以及
存储在往复式压缩机的密封容器内的矿物基润滑剂，对每个滑动元件进行润滑操作；
其中，将为碳氢化合物基的且具有分子式CH(CH3)3的异丁烷(R600a)用作致冷剂；
润滑剂是石蜡基润滑剂；
润滑剂在15℃下具有0.866～0.880g/cm3的密度，闪燃点大于140℃；以及
润滑剂的运动粘度在40℃下是7.2～21.8mm2/s，粘度指数为73～99。
在本发明的冷却***中，还设置一根据环境温度和环境而改变压缩机能力的控制器。
在本发明的冷却***中，所述控制器根据电流和电压的相位差确定输出值。
在本发明的冷却***中，压缩单元还包括与动子相连并线性往复移动的活塞；气缸，将活塞滑动地***该气缸内，形成一定的压缩腔；安装在形成在活塞上的致冷剂通路(56)上的吸入阀，其阻止进入压缩腔后的致冷剂反向流动；安装在气缸前侧上的排放阀，其执行对压缩后的致冷剂的开启和关闭。
在本发明的冷却***中，润滑单元包括用于泵送填充在密封容器下部的一定数量润滑剂的润滑剂泵送单元；润滑剂供给通路，将通过润滑剂泵送单元而泵送的润滑剂供应到活塞和气缸之间的摩擦部分上。
在本发明的冷却***中，润滑剂的流点小于-25℃，总酸值优选小于0.01mgKOH/g。
在本发明的冷却***中，所述润滑剂的水含量小于20ppm，击穿电压大于30kV。
附图说明
图1显示了通用冷却***的制冷循环结构；
图2是通用往复式压缩机的断面图。
具体实施方式
图1显示了通用冷却***的制冷循环结构，图2是通用往复式压缩机的断面图。
冷却***的制冷循环包括：用于执行冷却操作的蒸发器2，使低温低压的液体致冷剂蒸发；用于将从蒸发器2排出的低温低压气态致冷剂压缩成高温高压气态致冷剂的压缩机4；冷凝器6，用于将从压缩机4排出的高温高压气态致冷剂改变成高温高压液态致冷剂；毛细管8，用于对从冷凝器6排出的致冷剂进行减压，从而使致冷剂可轻易地蒸发并传送到蒸发器2。
冷却***包括控制器(未示出)，根据电流和电压之间的相位差，其确定输出值，从而根据周围大气温度和环境改变压缩机的能力。
如图2所示，压缩机4包括：密封容器24，用于抽吸致冷剂的抽吸管20和用于排出被压缩的致冷剂的排放管22与容器24相连；设置在密封容器24内的驱动单元26，其产生往复运动力；压缩单元28，一旦收到驱动单元26所产生的往复运动力，对致冷剂进行压缩操作；用于对驱动单元26和压缩单元28的每个运动部分执行润滑操作的润滑单元30。
驱动单元26包括固定在密封容器24内的定子32、与定子32间隔设置的动子34，当向定子32施加能量时，通过与定子32的相互作用，动子34线性往复运动。
定子32包括固定在密封容器24内的支撑框架36所固定的圆柱形外定子38、设置得与外定子38的内周面具有一定空气隙的内定子40、缠绕在外定子38内部的线圈42，能量从外部施加在所述线圈上。
动子34包括磁体46和磁体保持器48，磁体46设置在外定子38和内定子40之间并分别与外定子38和内定子40具有一定间隙，当向线圈42施加能量时，磁体46线性往复地运动。磁体保持器48使磁体46等间距地被安装在其外周表面上，并与压缩单元28的活塞50相连。
压缩单元28包括与磁体保持器48相连且线性往复运动的活塞50；气缸54，将活塞50可滑动地***气缸54内形成一定的压缩腔52；安装在形成在活塞50上的致冷剂通路56上的吸入阀58，其阻止致冷剂进入压缩腔52后反向流动；安装在气缸54前侧上的排放阀60，其对压缩后的致冷剂进行开启和关闭操作。
致冷剂单元30包括在密封容器24下部填充一定数量的润滑剂62；用于泵送润滑剂的润滑剂泵送单元68；润滑剂供给通路64，将通过润滑剂泵送单元68泵送的润滑剂62供应到活塞50和气缸54之间的摩擦部分上。
下文将介绍上述结构制冷***的操作。
当驱动压缩机4时，将低温低压气态致冷剂压缩成高温高压气态致冷剂，然后将高温高压气态致冷剂引导到冷凝器6而变换成液体致冷剂。在从冷凝器6排出的液体致冷剂在通过毛细管8的同时被减压，然后输送到蒸发器2，并提供给制冷***，从而执行了1次冷却操作。
下文将详细介绍往复式压缩机的操作。
当向线圈42提供能量时，在线圈42周围形成磁通，所述磁通沿外定子38和内定子40形成一封闭环。通过形成在外定子38和内定子40之间的磁通与由磁体46形成的磁通的相互作用，磁体46沿轴向线性运动。当施加在线圈42上的电流方向改变时，随着线圈42的磁通方向改变，磁体46线性往复地运动。
然后，通过磁体保持器48将磁体46的运动传送到活塞50，因而，活塞50在气缸54内做线性往复运动，从而对致冷剂进行压缩操作。
也就是当活塞50后退时，通过形成在活塞50上的抽吸通路56将通过抽吸管20引入的致冷剂供应到压缩腔52内。同时当活塞50前进时，抽吸通路56由抽吸阀58关闭，压缩腔52内的致冷剂被压缩，压缩后的致冷剂通过排放管22排放到外部。
在压缩操作期间，根据润滑剂泵送单元68的操作，对填充到密封容器24内的润滑剂62进行泵送，通过润滑剂供给通路64将其供应到活塞50和气缸54之间的摩擦部位上，进行润滑操作。
在上述结构和操作的冷却***中，使用对环境无害的天然致冷剂。
在天然致冷剂中，主要使用仅包含碳与氢的有机化合物致冷剂，其中，碳氢化合物无毒，化学稳定，不具有臭氧损耗潜势、非常低的全球变暖指数。碳氢化合物包括R50(甲烷)、R170(乙烷)、R290(丙烷)、R600(丁烷)、R600a(异丁烷)或R1270(丙烯)等。
异丁烷(R600a)是碳氢化合物基，具有分子式CH(CH3)3，是对环境无害的天然气，其既不损害臭氧层，又不影响温室效应。因此在本发明中，将异丁烷(R600a)用作由往复式压缩机压缩的致冷剂。
对于在本发明中对往复式压缩机进行润滑操作的润滑剂62，使用与碳氢化合物具有很好相容性并满足物理和化学性能的矿物油。
将矿物油划分成石蜡基矿物油和石脑油基矿物油。在本发明中，使用石蜡基矿物油。
优选在15℃下，石蜡基矿物油具有0.866～0.880g/cm3的密度。
石蜡基矿物油的闪燃点根据往复式压缩机的尺寸和类型改变。优选地，闪燃点大于140℃，根据所使用的压缩机，可以低于165℃、低于175℃、低于185℃和低于200℃。
在40℃下，石蜡基矿物油优选的运动粘度是7.2～21.8mm2/s，根据所使用的往复式压缩机的尺寸和类型，优选是8.29mm2/s和10.3mm2/s
石蜡基润滑剂的粘度指数优选为73～99。
石蜡基润滑剂的流点优选小于-25℃。
石蜡基润滑剂的总酸值优选小于0.01mgKOH/g。
润滑剂的总酸值，代表包含在油内的酸性成分数量，表明对1克样品油中包含的酸性成分进行中和所需的氢氧化钾的毫克数量。
石蜡基润滑剂的水含量优选小于20ppm。
石蜡基润滑剂的击穿电压优选大于30kV。
如上所述，具有本发明往复式压缩机的冷却***具有下述优点，由于它使用碳氢化合物、天然致冷剂和石蜡基润滑剂，即使用一种具有与碳氢化合物良好相容性的矿物油作为对往复式压缩机进行润滑操作的润滑剂。从而，往复式压缩机的润滑性能被改进，可以增强冷却***的性能。
以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。

Claims (7)

1.一种具有往复式压缩机的冷却***，包括：
蒸发器，用于当致冷剂被蒸发时执行冷却操作；
往复式压缩机，其包括一驱动单元，该驱动单元包括定子，该定子包括固定在密封容器内的外定子，设置得与所述外定子的内周面具有一定空气隙的内定子，缠绕在外定子和内定子中的一个上的缠绕线圈，能量从外部施加在所述线圈上；以及一动子，所述动子包括以规则间距设置在外定子和内定子之间及当向线圈供应能量时做线性往复运动的磁体，以及将所述磁体安装在其上、用于将线性往复运动力传送到压缩单元的磁体保持器；当接收到来自驱动单元的线性往复运动力时，对致冷剂进行压缩操作的压缩单元；以及润滑单元，其将润滑剂即一种矿物油供应到驱动单元和压缩单元的每个运动部分上并且执行润滑操作；
冷凝器，用于将在往复式压缩机内压缩后的致冷剂改变成液体致冷剂；
毛细管，对从冷凝器中排出的致冷剂进行减压，并将其传送到蒸发器；
抽吸到蒸发器内的有机化合物致冷剂，其包含碳与氢，是一种天然致冷剂，具有可燃性和***性；以及
存储在往复式压缩机的密封容器内的矿物基润滑剂，对每个滑动元件进行润滑操作；
其中，将为碳氢化合物基的且具有分子式CH(CH3)3的异丁烷(R600a)用作致冷剂；
润滑剂是石蜡基润滑剂；
润滑剂在15℃下具有0.866～0.880g/cm3的密度，闪燃点大于140℃；以及
润滑剂的运动粘度在40℃下是7.2～21.8mm2/s，粘度指数为73～99。
2.如权利要求1所述冷却***，其中还包括一用于根据环境温度和环境改变压缩机能力的控制器。
3.如权利要求2所述冷却***，其中所述控制器根据电流和电压的相位差确定一输出值。
4.如权利要求1所述冷却***，其中，压缩单元还包括：
与动子相连并线性往复运动的活塞；
气缸，将活塞滑动地***该气缸内，形成一定的压缩腔；
安装在形成在活塞上的致冷剂通路(56)上的吸入阀，其阻止进入压缩腔后的致冷剂反向流动；
安装在气缸前侧上的排放阀，其执行对压缩后的致冷剂的开启和关闭。
5.如权利要求1所述冷却***，其中，润滑单元包括：
用于泵送填充在密封容器下部的一定数量润滑剂的润滑剂泵送单元；
润滑剂供给通路，将通过润滑剂泵送单元而泵送的润滑剂供应到活塞和气缸之间的摩擦部分上。
7.如权利要求1所述冷却***，其中，润滑剂的流点小于-25℃，总酸值小于0.01mgKOH/g。
8.如权利要求1所述冷却***，其中，所述润滑剂的水含量小于20ppm，所述润滑剂的击穿电压大于30kV。
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