CN104877636A - 一种混合制冷剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合制冷剂，包括由1,1,1,2-四氟乙烷、1,1-二氟乙烷、六氟乙烷、四氟甲烷、氮气组成的混合物，混合物中各成分的摩尔百分比浓度之和为100％，其中，1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为10％-20％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为10％-20％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为30％-40％，四氟甲烷的百分比浓度为25％-35％，氮气的摩尔百分比浓度为2％-10％。本发明还提供一种制备所述混合制冷剂的方法。本发明另外提供一种所述混合制冷剂的用途。该混合制冷剂安全高效，能够有效降低排气压力和排气温度，进而减轻压缩机机头温度过热的现象，延长压缩机工作寿命，降低故障率。

Description

一种混合制冷剂
技术领域
本发明属于制冷剂领域，具体涉及混合制冷剂，特别涉及一种高效的适用于中低温区(-120℃——-70℃)的可用于替代传统制冷工质的混合制冷剂。
背景技术
随着经济的发展和科学技术的进步，低温环境特别是-120℃——-70℃的低温人工环境在众多行业已成为必不可少的措施，其应用覆盖了航空航天工业模拟环境试验；电气、电子产品的低温可靠性试验；医疗、制药及生物领域的样品储存和运输；化学产品的生产和提纯；远洋渔业的深冷保鲜等领域。
传统的单级压缩压缩制冷循环系统的最低有效制冷温度最低只能达到-40℃左右，为了解决-40℃以下温区的制冷问题，目前常用的循环制冷方法有：两级压缩制冷循环；复叠式制冷循环；多元混合工质节流制冷。其中，两级压缩循环制冷采用两个压缩机，降低了单个压缩机的压比，但是由于仍是单一制冷剂，会受到蒸发压力、制冷剂临界温度和凝固点的限制；复叠式制冷循环获取低温的范围会低一些，现在普冷领域(环境温度到-153℃的温度范围)也多采用这种方式，但是复叠式制冷循环系统复杂，效率不高并且可靠性很低，这也制约了其进一步发展。
目前，多元混合工质节流制冷技术是国际制冷学界研究的热点。由于该领域传统采用的氟氯烃工质(CFC)中氯原子对于臭氧层的破坏，需要采用新型工质替代，其中采用几种现有或者新型的单一工质所构成的多元混合工质是一种优选的解决方案。我国专利CN101307223B、CN101270275B和CN101275067B中对多元混合工质制冷剂有所报道。其中，专利CN101307223B涉及的主要温区约为-30℃及以上，专利CN101270275B和CN101275067B涉及的则是-40℃左右温区。而根据相关研究表明，一个固定成分的多元混合工质其有效运行温度范围是较窄的，一般在5-15K左右，超出这个范围则效率急剧下降。因此，相应的混合制冷剂不能高效地运行于更低的温区。此外，专利CN1189532C中提出了一种有效作用温区在150-200K(约-73℃至-123℃)的多元混合工质节流制冷剂，但其包含了5组物质(共包含近30种物质)，成分过于复杂，制约了其进一步的应用发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的适用于中低温区(-120℃——-70℃)的多元混合工质制冷剂。与现有技术相比，本发明提出的混合工质适用温区更低，且成分简单，适于工业大规模推广应用。本发明的目的还在于提供一种制备所述混合制冷剂的方法，以及提供一种所述混合制冷剂的用途。
针对上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种混合制冷剂，所述制冷剂为由1,1,1,2-四氟乙烷、1,1-二氟乙烷、六氟乙烷、四氟甲烷、氮气组成的混合物；所述的混合制冷剂中各成分的摩尔百分比浓度之和为100％，其中，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为10％-20％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为10％-20％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为30％-40％，四氟甲烷的百分比浓度为25％-35％，氮气的摩尔百分比浓度为2％-10％。
优选地，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为12％-18％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为13％-17％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为33％-38％，四氟甲烷的百分比浓度为27％-34％，氮气的摩尔百分比浓度为3％-7％。
优选地，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为14％-16％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为13％-15％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为33％-36％，四氟甲烷的百分比浓度为29％-31％，氮气的摩尔百分比浓度为4％-6％。
优选地，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为15％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为15％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为35％，四氟甲烷的百分比浓度为30％，氮气的摩尔百分比浓度为5％。
优选地，所述地混合制冷剂中各组分是经物理混合而制成的。
如上所述，所述包括1,1,1,2-四氟乙烷、1,1-二氟乙烷、六氟乙烷、四氟甲烷、氮气的混合制冷剂存在优化浓度配比：混合制冷剂中各成分的摩尔百分比浓度之和为100％，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为12％-18％，所述1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为13％-17％，所述六氟乙烷的摩尔百分比浓度为33％-38％，所述四氟甲烷的百分比浓度为27％-34％，所述氮气的摩尔百分比浓度为3％-7％。
上述包括1,1,1,2-四氟乙烷、1,1-二氟乙烷、六氟乙烷、四氟甲烷、氮气的混合制冷剂还存在最佳浓度范围：混合制冷剂中各成分的摩尔百分比浓度之和为100％，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为14％-16％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为13％-15％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为33％-36％，四氟甲烷的百分比浓度为29％-31％，氮气的摩尔百分比浓度为4％-6％。
另一方面，本发明提供一种制备所述混合制冷剂的方法，所述方法包括：将1,1,1,2-四氟乙烷、1,1-二氟乙烷、六氟乙烷、四氟甲烷、氮气在常温下物理混合制备。
又一方面，本发明提供一种所述的混合制冷剂的用途——适用于-120℃——-70℃温区。
本发明取得的技术效果为：
本发明的混合制冷剂适用于-120℃——-70℃温区，且成分简单。与现有制冷剂对比，采用该混合制冷剂能够有效降低排气压力和排气温度，并减轻压缩机机头温度过热的现象，进而延长压缩机工作寿命，降低压缩机故障率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行进一步地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。这些实施例仅是为举例说明本发明，而不在任何方面构成对本发明范围的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：取摩尔百分比浓度为17％的1,1,1,2-四氟乙烷，摩尔百分比浓度为16％的1,1-二氟乙烷，摩尔百分比浓度为34％的六氟乙烷，摩尔百分比浓度为30％的四氟甲烷和摩尔百分比浓度为3％的氮气在常温下物理混合，获得一种混合制冷剂。
实施例2：取摩尔百分比浓度为10％的1,1,1,2-四氟乙烷，摩尔百分比浓度为13％的1,1-二氟乙烷，摩尔百分比浓度为35％的六氟乙烷，摩尔百分比浓度为33％的四氟甲烷和摩尔百分比浓度为9％的氮气在常温下物理混合，获得一种混合制冷剂。
实施例3：取摩尔百分比浓度为14％的1,1,1,2-四氟乙烷，摩尔百分比浓度为11％的1,1-二氟乙烷，摩尔百分比浓度为39％的六氟乙烷，摩尔百分比浓度为33％的四氟甲烷和摩尔百分比浓度为3％的氮气在常温下物理混合，获得一种混合制冷剂。
实施例4：取摩尔百分比浓度为17％的1,1,1,2-四氟乙烷，摩尔百分比浓度为14％的1,1-二氟乙烷，摩尔百分比浓度为35％的六氟乙烷，摩尔百分比浓度为29％的四氟甲烷和摩尔百分比浓度为5％的氮气在常温下物理混合，获得一种混合制冷剂。
实施例5：取摩尔百分比浓度为15％的1,1,1,2-四氟乙烷，摩尔百分比浓度为15％的1,1-二氟乙烷，摩尔百分比浓度为35％的六氟乙烷，摩尔百分比浓度为30％的四氟甲烷和摩尔百分比浓度为5％的氮气在常温下物理混合，获得一种混合制冷剂。
下面的表1具体显示了本发明的混合制冷剂与现有制冷剂应用于相同制冷循环中的性能优劣对比。其中CN1189532C代表中国专利CN1189532C中5组物质摩尔浓度比为20/40/3/16/21的混合物。设计工作状况为运行温度-90℃，环境温度为27℃，吸气压力为0.2MPa。
表1：实施例中混合制冷剂性能汇总及与现有制冷剂性能比较
以上结果表明，相比现有技术，本发明提供的制冷剂的实施例在热效率等方面比现有技术略低，但并无明显差异。同时，对比现有技术，本发明提供的制冷剂的实施例在排气温度、排气压力方面均优于现有技术，同时在完成相同的制冷循环后应用本发明中的实施例的压缩机头的温度也远低于应用现有技术的压缩机头的温度。这大大有利于压缩机的正常运行，延长了压缩机的使用寿命，降低了压缩机的故障率。
本发明提出的适用于-120℃——-70℃温区的混合制冷剂还具有良好的环保特性，由于本发明所述的混合制冷剂中各组分均不包含氯原子，其臭氧损耗潜值ODP为0，混合制冷剂对臭氧层不会构成破坏。可以看出本发明提出的新型混合制冷剂可以作为一种良好的替代传统CFC类制冷剂的混合制冷剂。

Claims (4)

1.一种混合制冷剂，其特征在于，所述制冷剂为由1,1,1,2-四氟乙烷、1,1-二氟乙烷、六氟乙烷、四氟甲烷、氮气组成的混合物；所述的混合制冷剂中各成分的摩尔百分比浓度之和为100％，其中，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为10％-20％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为10％-20％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为30％-40％，四氟甲烷的百分比浓度为25％-35％，氮气的摩尔百分比浓度为2％-10％。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于：所述的混合制冷剂中，所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为12％-18％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为13％-17％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为33％-38％，四氟甲烷的百分比浓度为27％-34％，氮气的摩尔百分比浓度为3％-7％。
3.根据权利要求1或2所述的混合制冷剂，其特征在于：所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为14％-16％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为13％-15％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为33％-36％，四氟甲烷的百分比浓度为29％-31％，氮气的摩尔百分比浓度为4％-6％。
4.根据权利要求1或2或3所述的混合制冷剂，其特征在于：所述1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔百分比浓度为15％，1,1-二氟乙烷的摩尔百分比浓度为15％，六氟乙烷的摩尔百分比浓度为35％，四氟甲烷的百分比浓度为30％，氮气的摩尔百分比浓度为5％。
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