CN107663444A - 一种适用于‑45℃～90℃温区的复合制冷剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于‑45℃～90℃温区的复合制冷剂，属于制冷领域。该复合制冷剂具有低毒、不燃、不爆的优点，使用安全可靠。该复合制冷剂在‑45℃的低温下压力不低于0.7MPa，90℃的高温下压力不高于4.0MPa，可以保证开式节流制冷系统在‑45℃的低温下的启动压力，同时制冷剂在90℃的高温时仍具有较高的气化潜热。该复合制冷剂用于开式节流制冷系统时，自身可维持一定压力，保证制冷剂流向冷却部件，不需要附加增压及管路，系统简单可靠。该复合制冷剂可保证在‑45℃～90℃温区可靠工作，同时单位制冷剂制冷量大，有利于开式制冷系统小型化、轻量化。

Description

一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂
技术领域
本发明涉及一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂，具体涉及一种用在贮存式开式节流的冷却系统中，可适用于-45℃～90℃宽温区环境中复合制冷剂，属于制冷领域。
背景技术
随着高超声速飞行器的发展，马赫数的增加，飞行器所处热环境越发恶劣。高超声速飞行器虽采取了必要的被动热防护措施，但飞行器舱内温度长期超过80℃，甚至高达90℃，舱内的有效载荷及电子元器件工作温度得不到保证。许多关键部位，比如红外探测窗口、舵轴传动部位等受高温外热流影响，难以正常工作，甚至结构安全都难以保证。需要采取主动冷却方式来保证舱内有效载荷及元器件的正常工作，对关键部位及部件进行有效热防护。
对于导弹等短期工作的飞行器，采用机械闭式循环制冷方式系统复杂，可靠性低，环境适应性差，所以通常采用贮存制冷剂节流制冷方式。贮存制冷剂节流制冷方式系统简单、没有复杂运动部件、可靠性高，需要工作时打开电磁阀，制冷剂流向需要冷却部位蒸发，使需要冷却对象温度得到有效控制。
由于飞行器的特殊使用及贮存环境，对制冷装置中的制冷剂提出了较高的要求，除要满足无毒、不燃、理化性质稳定等要求外，对制冷剂工作环境提出的要求为：储存温度为-45℃～90℃，同时，要求该制冷剂在低温(-45℃)下保持一定启动压力，蒸汽压力不能过低；高温(90℃)下为保证存储安全，制冷剂蒸汽压力不能过高，同时制冷剂的制冷能力不能下降太多，不低于230KJ/kg。
现有纯制冷剂在性质和品质上存在局限性，还没有一种制冷剂可以完全满足要求，只能调整制冷剂的性质来扩大制冷剂选择的自由度。对于开式节流冷却系统，现有常用制冷剂，在低温时饱和蒸气压很低，难以驱动制冷剂向蒸发器流动，不足以克服制冷剂气化后产生的气阻，从而影响冷却系统的正常启动和可靠运行。在高温状态下，普通制冷剂气化潜热迅速减小，单位制冷量迅速下降，甚至失效。同时，制冷剂贮瓶中压力快速上升，影响冷却系统的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案：
一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂，所述复合制冷剂通过以下步骤制备得到：
(1)制冷剂配制选用容器爆破压力≥6MPa的密闭耐压容器，首先采用去离子水清洗容器2次以上，再采用无水酒精清洗2次以上，清洗完毕后排空酒精。
(2)将二氯甲烷与一氟二氯乙烷按重量比为3:1～5:1的配比注入容器中，充分晃动使其混合均匀。
(3)对容器进行抽真空，真空度稳定在100Pa以下时，停止抽真空，将三氟甲烷气体加注到容器中，边注入边晃动容器，加注三氟甲烷气体时控制压力上升速度≤10KPa/min。当压力达到1.2±0.3MPa，且晃动容器压力不再下降时，停止加注三氟甲烷。
(4)将四氟甲烷气体加注到容器中，边注入边晃动容器，加注四氟甲烷气体时控制压力上升速度≤10KPa/min。当压力达到2.1±0.3MPa，且晃动容器压力不再下降时，停止加注四氟甲烷，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
或将一氟二氯乙烷替换为一氟二氯甲烷、三氟甲烷替换为三氟一氯甲烷，此时步骤(2)中将二氯甲烷与一氟二氯甲烷按重量比为3:1～5:1的配比注入容器中，其他条件都与步骤(1)～(4)相同，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
优选的，步骤(1)中的密闭耐压容器为钢制密闭耐压容器。
优选的，步骤(2)中二氯甲烷与一氟二氯乙烷的重量为4:1或者二氯甲烷与一氟二氯甲烷的重量为4:1。
有益效果：
本发明所制备的复合制冷剂能够适用于一个较宽的温区：-45℃～90℃，其特点是低温(-45℃)时系统压力不太低，保证了驱动制冷剂流动的压力，高温(90℃)时系统压力不太高，且单位质量制冷剂气化潜热大，保证了系统的安全，有利于制冷系统的小型化、轻量化。采用该复配制冷剂，可以保证高速飞行器的光学窗口、舱内电子设备等部位的冷却系统能正常启动及有效运行，能保证制冷剂即使在温度90℃时的状况下，仍然具有足够的制冷能力。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例中的制冷剂配制系统示意图。
1-1#钢瓶，2-混合容器，3-3#钢瓶，4-真空机组，5-钢制容器，6-第一减压阀，7-第一手动截止阀，8-第二减压阀，9-第二手动截止阀，10-安全阀，11-第三手动截止阀，12-第四手动截止阀，13-第一管路接头，14-第二管路接头，15-第三管路接头，16-第四管路接头，17-压力表。
具体实施方式：
下面结合具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例中的制冷剂配制系统示意图如图1所示，各部件的连接关系如下：
1#钢瓶1、混合容器2、3#钢瓶3和真空机组4分别与钢制容器5通过管路连接。1#钢瓶1、混合容器2、3#钢瓶3分别通过第一管路接头13、第二管路接头14、第三管路接头15与钢制容器5的第四管路接头16连接，1#钢瓶1与第一管路接头13之间安装第一减压阀6，混合容器2与第二管路接头14之间安装第一手动截止阀7，3#钢瓶3与第三管路接头15之间安装第二减压阀8，钢制容器5与第四管路接头16之间安装第三手动截止阀11，真空机组4与钢制容器5之间安装第二手动截止阀9，钢制容器5顶部上还安装安全阀10和压力表17，钢制容器5右下方还安装有第四手动截止阀12。
实施例中制冷剂配制系统使用前第一减压阀6、第一手动截止阀7、第二减压阀8、第二手动截止阀9、安全阀10、第三手动截止阀11、第四手动截止阀12都是关闭状态，第一管路接头13、第二管路接头14、第三管路接头15、第四管路接头16都是断开状态。
对于实施例配制的复合制冷剂进行如下项目测试：
(1)对应温度下的蒸汽压力
采用压力测试仪表XSDAL/A-4R111B1V0测定实施例制备的复合制冷剂蒸汽压力。测试条件：水浴加热或低温箱；实施例制备的复合制冷剂温度均匀；测试的温度为-45℃、80℃、90℃。
(2)对应温度下的气化潜热
对应温度下，单位质量制冷剂气化时吸收的热量为气化潜热。
其计算公式为：r＝Q/M， (1)
式中：r—复合制冷剂的气化潜热，KJ/kg；
M—气化的复合制冷剂质量，kg；
Q—电加热器在绝热条件下释放的热量，认为是复合制冷剂气化所吸收的热量，KJ。
式中：P—实测电功率，W；
U—加热电压，V；
I—加热电流，A；
t—加热时间，s；
按照式(1)、式(2)，得到复合制冷剂气化潜热
以下实施例中测试时的加热电流、加热电压分别为1.0A、36.0V，气化的复合制冷剂质量为1.0Kg，气化时间为1.0Kg复合制冷剂气化所用的时间。
所用的仪器、仪表：
名称 型号 厂家
温度巡检仪 ELXSP70a/L32S2U0USB 厦门恩莱自动化科技有限公司
压力检测仪 XSDAL/A-4R111B1V0 北京瑞嘉远怡自动化科技有限公司
电子天平 YP10KN 上海恒平科学仪器公司
数字万用表 FLUKE178 福禄克
秒表 PC396 天福秒表厂
直流稳压电源 DH1718E-4 北京大华
高低温试验箱 CK-10000CCB 东莞市勤卓环境测试设备有限公司
实施例1
(1)首先打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11、第四手动截止阀12，采用纯净水清洗钢制容器5、混合容器2两次，清洗完毕后再采用无水酒精清洗2次。清洗完毕后排空酒精，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11和第四手动截止阀12。
(2)打开第一手动截止阀7，将二氯甲烷与一氟二氯乙烷按重量比为4:1配比加入混合容器2，关闭第一手动截止阀7，充分晃动1min，得到混合液体。
(3)打开第二手动截止阀9，使用真空机组4对钢制容器5进行真空抽气，排除钢制容器5中气体，真空度稳定在100Pa以下时，抽真空结束后关闭第二手动截止阀9，真空机组4停机。
(4)连接第二管路接头14、第四管路接头16，打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，将混合容器2中混合液体注入钢制容器5中，加注完毕，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，脱开第二管路接头14、第四管路接头16的联接。
(5)连接第一管路接头13、第四管路接头16，将1#钢瓶1的第一减压阀6调至(1.0±0.2)MPa，打开第三手动截止阀11，将1#钢瓶1中三氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为10KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在1.2MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，三氟甲烷加注结束。关闭第一减压阀6、第三手动截止阀11，脱开第一管路接头13、第四管路接头16联接。
(6)连接第三管路接头15、第四管路接头16，将3#钢瓶3的第二减压阀8调至(2.0±0.3)MPa，打开第三手动截止阀11，将3#钢瓶2中四氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为10KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在2.3MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，四氟甲烷加注结束。关闭第二减压阀8、第三手动截止阀11，脱开第三管路接头15、第四管路接头16的联接，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
测试实施例1得到的复合制冷剂的性能参数：-45℃时蒸汽压力为0.73MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为2.42h，计算得气化潜热为313.6KJ/kg；80℃时蒸汽压力为3.40MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.91h，计算得气化潜热为247.5KJ/kg；90℃时蒸汽压力为3.63MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.86h，计算得气化潜热为241.1KJ/kg。
实施例2
(1)首先打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11、第四手动截止阀12，采用纯净水清洗钢制容器5、混合容器2两次，清洗完毕后再采用无水酒精清洗2次。清洗完毕后排空酒精，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11和第四手动截止阀12。
(2)打开第一手动截止阀7，将二氯甲烷与一氟二氯乙烷按重量比为3:1配比加入混合容器2，关闭第一手动截止阀7，充分晃动1min，得到混合液体。
(3)打开第二手动截止阀9，使用真空机组4对钢制容器5进行真空抽气，排除钢制容器5中气体，真空度稳定在100Pa以下时，抽真空结束后关闭第二手动截止阀9，真空机组4停机。
(4)连接第二管路接头14、第四管路接头16，打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，将混合容器2中混合液体注入钢制容器5中，加注完毕，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，脱开第二管路接头14、第四管路接头16的联接。
(5)连接第一管路接头13、第四管路接头16，将1#钢瓶1的第一减压阀6调至(1.0±0.2)MPa，打开第三手动截止阀11，将1#钢瓶1中三氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为10KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在0.9MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，三氟甲烷加注结束。关闭第一减压阀6、第三手动截止阀11，脱开第一管路接头13、第四管路接头16联接。
(6)连接第三管路接头15、第四管路接头16，将3#钢瓶3的第二减压阀8调至(2.0±0.3)MPa，打开第三手动截止阀11，将3#钢瓶2中四氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为10KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在1.8MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，四氟甲烷加注结束。关闭第二减压阀8、第三手动截止阀11，脱开第三管路接头15、第四管路接头16的联接，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
测试实施例2得到的复合制冷剂的性能参数：-45℃时蒸汽压力为0.75MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为2.35h，计算得气化潜热为304.6KJ/kg；80℃时蒸汽压力为3.27MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.87h，计算得气化潜热为242.4KJ/kg；90℃时蒸汽压力为3.55MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.82h，计算得气化潜热为235.9KJ/kg。
实施例3
(1)首先打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11、第四手动截止阀12，采用纯净水清洗钢制容器5、混合容器2两次，清洗完毕后再采用无水酒精清洗2次。清洗完毕后排空酒精，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11和第四手动截止阀12。
(2)打开第一手动截止阀7，将二氯甲烷与一氟二氯乙烷按重量比为5:1配比加入混合容器2，关闭第一手动截止阀7,充分晃动1min，得到混合液体。
(3)打开第二手动截止阀9，使用真空机组4对钢制容器5进行真空抽气，排除钢制容器5中气体，真空度稳定在100Pa以下时，抽真空结束后关闭第二手动截止阀9，真空机组4停机。
(4)连接第二管路接头14、第四管路接头16，打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，将混合容器2中混合液体注入钢制容器5中，加注完毕，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，脱开第二管路接头14、第四管路接头16的联接。
(5)连接第一管路接头13、第四管路接头16，将1#钢瓶1的第一减压阀6调至(1.0±0.2)MPa，打开第三手动截止阀11，将1#钢瓶1中三氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为9KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在1.5MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，三氟甲烷加注结束。关闭第一减压阀6、第三手动截止阀11，脱开第一管路接头13、第四管路接头16联接。
(6)连接第三管路接头15、第四管路接头16，将3#钢瓶3的第二减压阀8调至(2.0±0.3)MPa，打开第三手动截止阀11，将3#钢瓶2中四氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为9KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在2.4MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，四氟甲烷加注结束。关闭第二减压阀8、第三手动截止阀11，脱开第三管路接头15、第四管路接头16的联接，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
测试实施例3得到的复合制冷剂性能参数：-45℃时蒸汽压力为0.70MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为2.46h，计算得气化潜热为318.8KJ/kg；80℃时蒸汽压力为3.49MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.92h，计算得气化潜热为248.8KJ/kg；90℃时蒸汽压力为3.72MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.88h，计算得气化潜热为243.6KJ/kg。
实施例4
(1)首先打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11、第四手动截止阀12，采用纯净水清洗钢制容器5、混合容器2两次，清洗完毕后再采用无水酒精清洗2次。清洗完毕后排空酒精，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11和第四手动截止阀12。
(2)打开第一手动截止阀7，将二氯甲烷与一氟二氯甲烷按重量比为4:1配比加入混合容器2，关闭第一手动截止阀7，充分晃动1min，得到混合液体。
(3)打开第二手动截止阀9，使用真空机组4对钢制容器5进行真空抽气，排除钢制容器5中气体，真空度稳定在100Pa以下时，抽真空结束后关闭第二手动截止阀9，真空机组4停机。
(4)连接第二管路接头14、第四管路接头16，打开第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，将混合容器2中混合液体注入钢制容器5中，加注完毕，关闭第一手动截止阀7、第三手动截止阀11，脱开第二管路接头14、第四管路接头16的联接。
(5)连接第一管路接头13、第四管路接头16，将1#钢瓶1的第一减压阀6调至(1.0±0.2)MPa，打开第三手动截止阀11，将1#钢瓶1中三氟一氯甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为10KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在1.2MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，三氟一氯甲烷加注结束。关闭第一减压阀6、第三手动截止阀11，脱开第一管路接头13、第四管路接头16联接。
(6)连接第三管路接头15、第四管路接头16，将3#钢瓶3的第二减压阀8调至(2.0±0.3)MPa，打开第三手动截止阀11，将3#钢瓶2中四氟甲烷气体缓慢注入钢制容器5中，边注入边晃动钢制容器5，控制压力上升速度为10KPa/min。随压力不断上升，注意观察压力在2.3MPa时，晃动钢制容器5时压力不再下降，四氟甲烷加注结束。关闭第二减压阀8、第三手动截止阀11，脱开第三管路接头15、第四管路接头16的联接，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
测试实施例4得到的复合制冷剂的性能参数：-45℃时蒸汽压力为0.73MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为2.27h，计算得气化潜热为294.2KJ/kg；80℃时蒸汽压力为3.35MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.82h，计算得气化潜热为235.9KJ/kg；90℃时蒸汽压力为3.42MPa，1kg复合制冷剂气化的时间为1.67h，计算得气化潜热为216.4KJ/kg。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂，其特征在于：所述复合制冷剂通过以下步骤制备得到：
(1)制冷剂配制选用容器爆破压力≥6MPa的密闭耐压容器，首先采用去离子水清洗容器2次以上，再采用无水酒精清洗2次以上，清洗完毕后排空酒精；
(2)将二氯甲烷与一氟二氯乙烷按重量比为3:1～5:1的配比注入容器中，充分晃动使其混合均匀；
(3)对容器进行抽真空，真空度稳定在100Pa以下时，停止抽真空，将三氟甲烷气体加注到容器中，边注入边晃动容器，加注三氟甲烷气体时控制压力上升速度≤10KPa/min，当压力达到1.2±0.3MPa，且晃动容器压力不再下降时，停止加注三氟甲烷；
(4)将四氟甲烷气体加注到容器中，边注入边晃动容器，加注四氟甲烷气体时控制压力上升速度≤10KPa/min，当压力达到2.1±0.3MPa，且晃动容器压力不再下降时，停止加注四氟甲烷，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂；
或将一氟二氯乙烷替换为一氟二氯甲烷、三氟甲烷替换为三氟一氯甲烷，此时步骤(2)中将二氯甲烷与一氟二氯甲烷按重量比为3:1～5:1的配比注入容器中，其他条件都与步骤(1)～(4)相同，得到一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂。
2.如权利要求1所述一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂，其特征在于：步骤(1)中的密闭耐压容器为钢制密闭耐压容器。
3.如权利要求1或2所述一种适用于-45℃～90℃温区的复合制冷剂，其特征在于：步骤(2)中二氯甲烷与一氟二氯乙烷的重量为4:1或者二氯甲烷与一氟二氯甲烷的重量为4:1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03269083A (ja) * 1990-03-16 1991-11-29 Sanyo Electric Co Ltd 冷媒組成物
WO2002026913A2 (en) * 2000-09-27 2002-04-04 Honeywell International Inc. Fluorocarbon refrigerant compositions
CN103275674A (zh) * 2013-04-24 2013-09-04 台州市金睿德制冷设备科技有限公司 -120℃～-160℃温区混合制冷剂

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