На сегодняшний день, исследователи и производители сосредоточили свои усилия в области изучения R1234yf главным образом на таких свойствах, как воспламеняемость, токсичность, влияние на окружающую среду, совместимость с материалами, совместимость с маслами, производительность системы кондиционирования воздуха, термодинамические свойства, и в разработке уравнения состояния. В данной статье приведены сведения о последних данных анализа по совместимости R1234yf с существующими на рынке маслами.

Достаточно низкое значение GWP равное 3 достигается за счет малого времени «жизни» молекулы в атмосфере, что является результатом наличия двойной связи С=С в ее структуре. Упомянутая двойная углеродная связь (иногда называемой «этиленовой»), может легко «разорваться» при взаимодействии с атмосферой. Молекула R134a содержит такое же количество атомов фтора и водорода, как и R1234yf, но не имеет «этиленовой» связи в своей структуре, что определяет большее время существования молекулы в атмосфере по сравнению с R1234yf. Итак, согласно «грубому» анализу, можно ожидать, что молекула R1234yf в общем случае склоняется к нестабильности также в процессе работы внутри цилиндров компрессора, где на этиленовую связь могут воздействовать несколько веществ, участвующих в процессе сжатия. Это допущение часто встречается в обсуждениях блоггеров на различных интеренет-ресурсах, но не может быть правильно обоснованно. Текущий вопрос заключается в наличие понятного объяснения достаточно сложного возможного взаимодействия хладагента с маслом и другими материалами, присутствующими в холодильном контуре. На рис. 1 приведена схема описанного взаимодействия.

Рис. 1. Схема взаимодействие хладагента в холодильном контуре (Рэндл (Randles), 2005)

Множество печатных работ были опубликованы производителями хладагентов (Шпац (Spatz) и другие, 2009 год), организациями (SAE с помощью GRP-1234yf и JAMA), исследовательскими институтами (Гримм (Grimm) 2010), производителями масел (Dixon, 2010) для исследования стабильности R1234yf и масла. В противоположность существующему, автор не смог найти значимую работу с описанием других возможных взаимодействий, как показано на рис. 1 (то есть взаимодействие с добавками, загрязнениями и тд.).

Основная часть испытаний проводилась в соответствии со стандартом ASHRAE 97: трубы были заполнены маслом и хладагентом и затем нагреты до температуры плюс 175 ⁰С в течении 14 дней с добавлением алюминия, меди и стальных опилок.

Результаты единогласно говорят о том, что стабильность существующих на рынке масел (PAG или POE) при взаимодействии с R1234yf ниже, чем при использовании R134a или R410А (Фуджитака (Fujitaka) и др., 2010), за счет того, что наблюдается появление продуктов с высоким содержанием разрушающей кислоты. Результаты, однако, заметно различаются между маслами типа PAG и между типами PAG и POE, более, чем при приведенных выше данных для R134a. Гримм (Grimm) предположил, что одна из возможных причин – степень чистоты R1234yf.

Диксон (Dixon) и Фуджитака (Fujitaka) и другие исследователи предложили 2 различных возможных механизма химической нестабильности R1234yf, связанных с присутствием –ОН групп или инициирующих радикалов соответственно. Оба механизма вызывают эффект разделения этиленовой связи. Согласно предложенному механизму, присутствие групп сложных эфиров ускоряет упомянутое разделение, таким образом, применение масла РОЕ в некоторых случаях может быть более критичным, чем применение PAG. Другой проблемой, сильно влияющей на надежность холодильной системы, является смешиваемость/растворимость хладагента в масле. Последние исследования (Шпатц (Spatz) 2009, Боббо(Bobbo) и другие 2011) показали значительную разницу в поведении R1234yf по сравнению с R134a при использовании масла PAG, специально разработанного для R134a.

Вообще R1234yf показывает более низкую растворимость, чем R134a в том же самом масле, при тех же термодинамических условиях и демонстрирует иногда большие области несмешиваемости с образованием двух фаз жидкости в равновесии с паровой фазой хладагента. Это явление признано влияющим на циркуляцию масла в холодильном контуре, возврат масла в компрессор и, следовательно, на залегание масла в конденсаторе и испарителе, тем самым уменьшая теплопередачу. Подробные результаты испытания миниканального конденсатора, работающего с R1234yf и маслом PAG, разработанного для R134a, были представлены на конгрессе Международного института холода в Праге в 2011 году.

Таким образом, работа, появившаяся в открытом доступе в течение двух лет, показывает, что существующие масла (POE или PAG), разработанные для R134a или R410a, не подходят для использования с R1234yf.

Соответственно, производители масел работают как над молекулярной структурой компонентов масляной смеси, так и над добавками (антикоррозийная, антиоксидатная, уменьшающая износ, задиры, с особым вниманием к антиоксидатным добавкам, поскольку присутствие влаги является более критичным для систем на R1234yf). Новое «улучшенное» масло PAG для транспортных систем кондиционирования на R1234yf было предложено несколькими производителями. Продолжительные испытания работы компрессора производителями оборудования дают обещающие результаты. Согласно данным, опубликованным в литературе (очень часто презентации делают сами производители) новые масла ведут себя также, как при работе с R134а в смеси с маслом при условии условии термической стабильности и смешиваемости. Роме того, новые масла также стабильны при работе с R134a.

Систематическая программа испытаний с измерением смешиваемости R1234yf с маслом PAG, специально разработанного для данного хладагента, осуществляется Институтом строительных Технологий – национальным исследовательским советом в Падове (Италия) и предварительно полученные результаты говорят о хорошей смешиваемости с R1234yf.

Имеющиеся результаты испытаний все еще не раскрывают подробное поведение масла в части взаимодействия со смолами и изоляционными материалами для обмоток электродвигателя.

Применение масел PAG и POE, разработанных для R134a или R410A, может быть подвергнуто критике в части стабильности и смешиваемости/растворимости для некоторых применений R1234yf и рекомендовано для более глубокого изучения с различным соотношением R1234yf и масла, так же как и рассмотрение эластомеров и смол (включая изоляцию электродвигателя в герметичных и полугерметичных компрессорах). Однако, появляющиеся в свободной публикации данные показывают, что холодильная промышленность не готова встретиться с проблемой перехода на новый тип масла, как это было с хладагентами HFC и, предшествующими им хладагентами CFC.

Список использованной литературы

1. Bobbo S., Groppo F., Scattolini M., Fedele L., 2011, R1234yf as a substitute of R134a in automotive air conditioning. Solubility measurements in commercial PAG, to be presented at IIR Int. Conference Refrigeration ICR2011, August 2011, Prague.

2. Dixon L., 2010, Results of Shrieve evaluations of 1234yf refrigerant on mobile A/C lubricant performanceand system chemistry, SAE 2010 Alternate Refrigerant & System Efficiency Symposium, July, Scottsdale, Arizona.

3. Fujitaka A., Shimizu T., Sato S., Kawabe Y., 2010, Application of low global warming potential refrigerants for room air conditioner, Int. Symposium on next-generation air conditioning and refrigeration technology, 17-19 February 2010, Tokyo, Japan.

4. Grimm U., 2010, Complex interactions of low GWP refrigerants, A/C oils, and materials in MAC circuits, SAE 2010 Alternate Refrigerant & System Efficiency Symposium, July, Scottsdale, Arizona.

5. Ikegami T., Iguchi M., Aoki K., Iijima K., 2008, JAMA-JAPIA new refrigerants evaluation results, SAE 2008 Alternate Refrigerant & System Efficiency Symposium, 10-12 June, Phoenix, Arizona.

6. Randles S. J., 2005, Refrigeration Lubricants, in Rudnick L.R. editor. Synthetics, Mineral Oils, and Biobased lubricants: Chemistry and Technology, CRC Press, ch. 30, pp. 493-516

7. Spatz M., 2009, HFO-1234yf Technology update, VDA 2009 Winter meeting, Saafalden, Austria.

8. Wieschollek F., 2009, Compressor testing results & findings with the usage of HFO-1234yf, VDA 2009 Winter meeting, Saafalden, Austria.

9. Zilio C., Brignoli R., Brown J.S., 2011, Experimental analysis of a minichannel air cooled condenser operating with R1234yf, to be presented at IIR Int. Conference Refrigeration ICR2011, August 2011, Prague