CN103874740A - 用于多级自动复叠式系统不含氯氟烃的制冷剂混合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多级自动复叠式超低温制冷系统的制冷剂混合物，尤其涉及一种包含氢氯氟碳化合物（HCFC）的制冷剂混合物，其主要成分包含氢氟碳化合物（HFC）、碳氟化合物、碳氢化合物及天然气，特别涉及一种不易燃、无毒且不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物。此外，本发明旨在提供一种具有低臭氧消耗潜能值（ODP）及低全球升温潜能值（GWP）的制冷剂混合物。

Description

用于多级自动复叠式系统不含氯氟烃的制冷剂混合物

技术领域

本发明涉及一种用于多级自动复叠式超低温制冷系统的制冷剂混合物，尤其涉及一种包含氢氯氟碳化合物（HCFC）的制冷剂混合物，其主要成份包含氢氟碳化合物（HFC）、碳氟化合物、碳氢化合物及天然气，特别涉及一种不易燃、无毒且不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物。此外，本发明旨在提供一种具有低臭氧消耗潜能值（ODP）及低全球升温潜能值（GWP）的制冷剂混合物。

背景技术

分为多个自动复叠阶段的自动复叠式低温冷却系统中的冷媒气混合物作为制冷剂，包含用于不同自动复叠阶段制冷的流体成份。每一自动复叠阶段中的流体成份在不同制冷剂沸腾温度范围发挥作用。所述流体成份通常是氯氟烃、氢氟碳化合物、氢氯氟碳化合物、碳氟化合物、碳氢化合物及天然气的混合物。在自动复叠式系统中使用所述制冷剂混合物，可实现良好的超低温制冷效果。

大部分使用含有氯氟烃和/或氢氯氟碳化合物成份取得有效作用的制冷剂混合物可能有毒、易燃且低臭氧消耗潜能值高、其全球升温潜能值也高，这些都是不再使用此类混合物的原因。由于大气臭氧层破坏加剧这一环境问题，产业内CFC制冷剂的使用量大大降低。目前使用的一些制冷剂混合物含有两种或两种以上的氢氯氟碳化合物成份，因此产生的低臭氧消耗潜能值也高。

使用时采用不含氯氟烃制冷剂混合物并减少氢氯氟碳化合物制冷剂成份会面临很多问题，如排气温度及压力高出预测范围、遗留润滑剂及系统问题。通常由于冷却不充分，压缩机会逐渐变热，需要更换润滑剂才能取得合适效果，而且大部分混合物不是直接替代品。

在其他制冷剂混合物中，易燃有毒气体所占比例高，在定期使用过程中可能令人担心，主要原因是使用时可能产生的泄露及维修。现有技术中所做讨论如下：

美国公开号为5702632的发明专利“不含氯氟烃制冷剂混合物”描述了一种循环使用大量不含氯氟烃制冷剂混合物的制冷换热器部分。但是，所述发明采用的制冷剂比例高，该制冷剂非常易燃并且含有R-142b，其中R-142b是一种具有高臭氧消耗潜能值及全球升温潜能值的氯氟烃。

美国公开号为6631625的发明专利“用于超低温度制冷系统不含氢氯氟碳化合物的制冷剂混合物”描述了一种用于制冷换热器部分循环使用大量不含氢氯氟碳化合物制冷剂混合物的方法及装置。然而，所述制冷剂混合物一般不含R-22、用于采用多元醇酯油类的设备的超低温度制冷，且不能用于采用烷基苯油类的旧设备。

美国公开号为20010042379的发明专利“用于超低温度制冷不含R-22的制冷剂混合物”描述了含R-22的制冷剂被含替代R-22的R-125、R-124及R-123，或含R-125、R-124及R-218或含R-218及R-124新型混合物所替代。

美国公开号为20050103028的发明专利“用于超低温度制冷系统不含氢氟烃的制冷剂混合物”描述了用于制冷换热器部分循环使用大量不含氢氯氟碳化合物制冷剂混合物的方法及装置。然而，该发明采用的制冷剂比例高，该制冷剂非常易燃，发明中采用的成分R-142b是一种具有高臭氧消耗潜能值及全球升温潜能值的氯氟烃。

美国公开号为RE40627的发明专利“用于极低温度节流循环制冷系统不易燃的混合制冷剂（MR）”描述了含氢氯氟烃的制冷剂被含替代氢氯氟烃的R-236fa及R-125，或含R-125及R-245fa或含R-236ea或含R-134a及R-236fa新型混合物所替代。然而，本发明所述制冷剂混合物只能用于采用多元醇酯油类的自动复叠式设备，其中所述设备并不是采用烷基苯油类设备的直接替代品。

因此，需要提供一种低臭氧消耗潜能值及全球升温潜能值极低的制冷剂混合物。本发明旨在提供一种不易燃、无毒且不含氯氟烃的制冷剂混合物。此外，有必要提供一种采用市售气体的制冷剂混合物，其与大部分标准制冷油类及压缩机材料相兼容。

发明目的

通过采用本发明的各种实施例，可以解决现有技术中的一个或多个问题。

本发明主要目的是提供一种用于多级自动复叠式超低制冷温度制冷系统的制冷剂混合物。

本发明的另一目的是提供一种包含氢氯氟碳化合物的制冷剂混合物，其主要成分包含氢氟碳化合物、碳氟化合物、碳氢化合物及天然气。

本发明的另一目的是提供一种不含氢氟烃的制冷剂混合物。

本发明的另一目的是提供一种不含氢氟烃、不易燃无毒的制冷剂混合物。

本发明的另一目的是提供一种低臭氧消耗潜能值及全球升温潜能值极低的制冷剂混合物。

本发明的另一目的是制冷剂混合物最多使用一种氢氯氟碳化合物成份。

本发明的另一目的是采用的氢氯氟碳化合物分子中只含一个氯原子。

本发明的另一目的是制冷剂混合物通过自动复叠式系统进行两级或两级以上低至超低/制冷温度的高温差制冷。

本发明的另一目的是通过制冷剂混合物使冷却温度范围在-130摄氏度与-160摄氏度之间。

本发明的另一目的是通过制冷剂混合物使制冷剂流量适当平衡并为压缩机提供必需的制冷剂降温效能。

本发明的另一目的是，不考虑润滑剂及所用机型，制冷剂混合物在现有自动复叠式系统中具有良好的可比性能。

本发明的另一目的是，制冷剂混合物化学性能稳定、采用市售气体并与大部分标准制冷油类及压缩机材料兼容。

本发明的另一目的是，制冷剂混合物的臭氧消耗潜能值范围为0.005-0.007，全球升温潜能值范围为3500-4300。

发明内容

因此，根据上述基本内容，本发明提供一种用于多级自动复叠式系统不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物，其包括：

氢氯氟碳化合物（HCFC）；

氢氟碳化合物（HFC）；

碳氟化合物；

碳氢化合物；和

天然气。

本发明的另一方面是提供一种用于多级自动复叠式系统不含氯氟烃的制冷剂混合物：

高温沸腾流体成份组中至少四种制冷剂；

低温沸腾流体成份组中至少两种制冷剂；和

制冷温沸腾制冷剂流体成份组中至少两种制冷剂。

本发明的另一方面，高温沸腾流体成份包括：

本发明的另一方面，低温沸腾流体成份包括：

本发明的另一方面，制冷温沸腾制冷剂流体成份包括：

本发明的另一方面，制冷剂混合物不易燃且无毒。

本发明的另一方面，制冷剂混合物的臭氧消耗潜能值（ODP）范围为0.005-0.007。

本发明的另一方面，制冷剂混合物的全球升温潜能值（GWP）范围为3500-4300。

本发明的另一方面，制冷剂混合物能在采用烷基苯或多元醇酯油的两类系统中发挥效力。

本发明的另一方面，制冷剂混合物的制冷温度范围在-130摄氏度与-160摄氏度之间。

本发明的另一方面，制冷剂混合物用于实现压缩机的工作温度低于28摄氏度。

本发明的另外一方面，是提供一种用于循环不含氯氟烃制冷剂混合物的多级自动复叠式系统，其包括：

压缩机；

一个或多个冷凝器；

热交换器；

分离器；和

蒸发器，

其中该系统具有两个或两个以上自动复叠阶段，

其中所述制冷剂混合物被作为一种单一混合物压缩进压缩机，

其中所述制冷剂混合物被作为一种单一混合物送入冷凝器，

其中经过所有毛细管扩张阶段后的液体部分通过热交换器降温，

其中在所有阶段将制冷剂混合物分为低值混合物和冷凝混合物，和

其中在最后自动复叠阶段中，制冷剂混合物又通过蒸发器实现目标温度。

本发明另一方面，将分离的高温流体制冷剂部分返回压缩机。

本发明另一方面，将剩余的制冷剂混合物返回压缩机。

具体实施方式

如上文所述，本发明旨在提供一种用于多级自动复叠式低温制冷系统（超低制冷温度制冷系统）的制冷剂混合物。本发明所述的制冷剂混合物包含氢氯氟碳化合物（HCFC），其主要成份包含氢氟碳化合物（HFC）、碳氟化合物、碳氢化合物和天然气。所述制冷剂混合物不含氯氟烃（CFC）且其余组分仅包括一种氢氯氟碳化合物成份，其中氢氯氟碳化合物分子中含有一个氯原子。

本发明专利文中所用的术语‘碳氢化合物’（HC）指的是氢（H₂）、甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、乙烯（C₂H₄）、丙烷（C₃H₈）、丙烯（C₃H₆）、丁烷（C₄H₁₀）和环丁烷（C₄H₈）。文中所用的术语‘天然气’指的是氮气（N₂）、氩气（Ar）、二氧化碳（CO₂）、氦气（He）、氪气（Kr）、氧气（O₂）、氖气（Ne）和氙气（Xe）。文中所用的术语‘制冷温度’为150K或低于150K（-123摄氏度或低于-123摄氏度）。文中所用的术语‘低臭氧消耗’为《蒙特利尔议定书》规定低于0.15的臭氧消耗潜能值，其中二氯氟甲烷（CC1₂F₂）的臭氧消耗潜能值为1.0。文中所用的术语‘不易燃’指的是至少600K的高燃点或无高燃点。文中所用的术语‘无毒’指的是当依据合理的暴露限度进行处理时不会引起急性或慢性危害。文中所用的术语‘标准沸点’指的是标准大气压下沸腾温度为1，即每平方英寸绝对磅数为14.696。全文中的标准国际名称‘R-XXX’指的是制冷剂气体。

本发明目的在于提供一种制冷剂混合物，该制冷剂混合物可通过三阶段或多阶段自动复叠式系统进行制冷以实现低至超低/制冷温度的高温差制冷。所述制冷剂混合物的氢氯氟碳化合物成份已被调整到最小值，但是制冷剂混合物仍然能使制冷剂流量适当平衡并为压缩机提供必需的制冷剂降温效能。制冷剂混合物无毒、不易燃，具有很低的臭氧消耗潜能值和全球升温潜能值，臭氧消耗潜能值范围为0.005-0.007，全球升温潜能值范围为3500-4300。制冷剂混合物不含氯氟烃且仅采用最低量的氢氯氟碳化合物成份。

制冷剂混合物的配方含有以下气体，按重量配比如下：

A组：高温沸腾流体

B组：低温沸腾流体

C组：制冷温沸腾制冷剂流体

本发明所述的制冷剂混合物含有：

（a）高温沸腾流体成份组中四种或四种以上制冷剂；

（b）低温沸腾流体成份组中两种或两种以上制冷剂；

（c）制冷温沸腾制冷剂流体成份组中两种或两种以上制冷剂。

所述制冷剂混合物是用于自动复叠式系统的冷媒气体混合物的直接替代品。所述制冷剂混合物无毒、化学性能稳定，采用市售气体且与大部分标准制冷油类及压缩机材料相兼容。这种新型制冷剂混合物只采用一种因子臭氧消耗潜能值大于‘0’的成份、即一种氯氟碳化合物，其配方含量很低。借由此优势，所述制冷剂混合物的臭氧消耗潜能值及全球升温潜能值极低。

所述制冷剂混合物是一种新型独特的气体混合物，用于多级自动复叠式超低制冷温制冷。不考虑设备是否采用含氯氟烃或不含氯氟烃混合物的制冷剂，制冷剂混合物在现有自动复叠式设备中能产生良好的可比性能。所述制冷剂混合物还可在专为氢氯氟碳化合物设计的设备中展现良好的性能。

所述制冷剂混合物用于采用以下方法进行制冷的设备中，其中方法包括：初始压缩所述制冷剂混合物，降温被压缩的制冷剂混合物形成一种降温的被压缩制冷剂混合物，使被降温压缩的制冷剂混合物膨胀并产生制冷以生成一种含有部分启动混合气的低温制冷剂混合物，同时加温低温制冷剂混合物，接着重复膨胀工序直至获得低温气体部分，将加温的复叠气体返回至压缩机。

本发明的另一目的是提供一种用于循环不含氯氟烃制冷剂混合物的多级自动复叠式系统。经过三个或三个以上自动复叠阶段，所述制冷剂混合物被作为单一混合物压缩进制冷压缩机之后通过冷凝器。经过所有毛细管膨胀阶段后，通过换热器降温液体部分。初始制冷剂混合物在每一阶段都会被依次分离成下分支混合物，各阶段的下分支混合物在相当小的阶段适用温度范围内冷凝。在各阶段换热完成的基础上，将分离的高温流体制冷剂一部分或几部分返回压缩机。在最后自动复叠阶段，将最冷的气体成份或混合物带回并通过蒸发器将其降温至目标温度，以待用于所需的降温工序。由于目标冷负荷，将剩余的末期制冷剂加温后返回压缩机，然后关闭制冷剂回路。

在现有自动复叠式制冷冷却设备中使用本发明就可实现与在相同的自动复叠式设备中使用现有制冷剂混合物取得效果类似的运行温度、压力及制冷量，无需更换硬件。本发明所述的制冷剂混合物还能在采用烷基苯或多元醇酯油的两类设备中发挥效力。所述制冷剂混合物的制冷温度范围在-130摄氏度与-160摄氏度之间。

采用本发明并使用传统的氯氟烃制冷剂混合物和臭氧消耗潜能值及全球升温潜能值极低的制冷剂，使用者可获得各种效益，如不更换冷藏硬件就可获得良好的降温效果、无需更换润滑剂，制冷剂直接替代品就可使冷却压缩机的工作温度低于28摄氏度，还可获得同等的设备性能。

本发明可用于多种领域，如真空室低温线圈降温、制冷冰箱腔室降温、科学工艺流程中的气体流降温、冷冻手术中的空气流降温、低温液体容器降温、空气液化、塑料及智能功率集成电路的低温磨削、食品冷冻及冷冻干燥。

采用具有上述特点的新型配方，可大大延长大部分旧的及现有自动复叠式设备的使用寿命。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于多级自动复叠式超低温制冷系统、不含氯氟烃且只包含一种氢氟烃化合物组分的制冷剂混合物，其包含：

(1)以下所列组中至少四种制冷剂：

(2)以下所列组中至少两种制冷剂：

和

(3)以下所列组中至少两种制冷剂：

其中R-134a和R-125用于多级自动复叠式系统的第一阶段及第二阶段，不含氢氟烃且仅含一种氢氟烃化合物成分的制冷剂混合物的臭氧消耗潜能值范围为0.005-0.007，全球升温潜能值范围为3500-4300，并且制冷剂混合物使多级自动复叠式系统中压缩机的工作温度低于28摄氏度，从而控制高排气温度及高初始排气压力。

2.根据权利要求1所述的不含氯氟烃制冷剂混合物，其特征在于制冷剂混合物通过多级自动复叠式系统进行低至超低制冷温度的高温差制冷。

3.根据权利要求1所述的不含氯氟烃制冷剂混合物，其特征在于制冷剂混合物不易燃且无毒。

4.根据权利要求1所述的不含氯氟烃制冷剂混合物，其特征在于制冷剂混合物能在采用烷基苯或多元醇酯油的两类系统中发挥效力。

5.根据权利要求1所述的不含氯氟烃制冷剂混合物，其特征在于采用制冷剂混合物运行的所述多级自动复叠式系统的制冷温度范围在-130摄氏度与-160摄氏度之间。

6.根据权利要求1所述的不含氯氟烃制冷剂混合物，其特征在于不考虑系统所用的润滑剂，制冷剂混合物一般是为采用烷基苯或多元醇酯油的自动复叠式系统所研发。

Claims (14)

1.本发明提供一种用于多级自动复叠式系统不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物，其包括：

氢氯氟碳化合物（HCFC）；

氢氟碳化合物（HFC）；

碳氟化合物；

碳氢化合物；和

天然气。

2.根据权利要求1所述的用于多级自动复叠式系统不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物包括：

高温沸腾流体成份组中至少四种制冷剂；

低温沸腾流体成份组中至少两种制冷剂；和

制冷温沸腾制冷剂流体成份组中至少两种制冷剂。

3.根据权利要求2所述的不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物，其特征在于所述高温沸腾流体成份包括：

4.根据权利要求2所述的不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物，其特征在于所述低温沸腾流体成份包括：

5.根据权利要求2所述的不含氯氟烃（CFC）的制冷剂混合物，其特征在于所述制冷温沸腾制冷剂流体成份包括：

6.根据权利要求1-5任一项所述的不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物，其特征在于所述制冷剂混合物不易燃且无毒。

7.根据权利要求1-6任一项所述的不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物，其特征在于所述制冷剂混合物的臭氧消耗潜能值（ODP）范围为0.005-0.007。

8.根据权利要求1-7任一项所述的不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物，其特征在于所述制冷剂混合物的全球升温潜能值（GWP）范围为3500-4300。

9.根据权利要求1-8任一项所述的不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物，其特征在于所述制冷剂混合物能在采用烷基苯或多元醇酯油的两类系统中发挥效力。

10.根据权利要求1-9任一项所述的不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物，其特征在于所述制冷剂混合物的制冷温度范围在-130摄氏度与-160摄氏度之间。

11.根据权利要求1-10任一项所述的不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物，其特征在于所述制冷剂混合物用于实现压缩机的工作温度低于28摄氏度。

12.根据权利要求1-11任一项所述的用于循环不含氯氟烃（CFC）制冷剂混合物的多级自动复叠式系统，其特征在于包括：

压缩机；

一个或多个冷凝器；

热交换器；

分离器；和

蒸发器，

其中该系统具有两个或两个以上自动复叠阶段，

其中所述制冷剂混合物被作为一种单一混合物压缩进压缩机，

其中所述制冷剂混合物被作为一种单一混合物送入冷凝器，

其中经过所有毛细管扩张阶段后的液体部分通过热交换器降温，

其中在所有阶段将制冷剂混合物分为下混合物和冷凝混合物，和

其中在最后自动复叠阶段中，制冷剂混合物又通过蒸发器实现目标温度。

13.根据权利要求12所述的多级自动复叠式系统，其特征在于将分离的高温流体制冷剂部分返回压缩机。

14.根据权利要求12或13所述的多级自动复叠式系统，其特征在于将剩余的制冷剂混合物返回压缩机。