CN114058334A - 混合制冷剂及制冷系统 - Google Patents
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Abstract
一种混合制冷剂及制冷系统，所述混合制冷剂包括以下组成：含有R245fa、R600、R404A、R23/R116、R508A/R508B、R14的非共沸混合制冷剂，其在自复叠制冷系统中使用，可使其大容积的冰箱、冷柜柜内达到‑90℃以下的超低温。
Description
本申请是申请号为201910880465.3的中国发明专利申请(申请日：2019年9月18日；发明名称：混合制冷剂及制冷系统)的分案申请。
技术领域
本发明涉及制冷系统技术领域，特别涉及一种混合制冷剂及制冷系统。
背景技术
自复叠制冷系统，又称为自然复叠制冷系统，是实现-40℃～-150℃温区制冷的一种方式，能够仅用单台压缩机进行一次压缩，利用非共沸混合制冷工质中不同组分沸点各异的特征，使制冷工质自然分离，达到复叠制冷的效果。
目前有一些关于非共沸混合制冷剂的配比及应用，如制冷系统中密封有R245fa、R600、R23或R508A或R508B或R116、R14的非共沸混合制冷剂，其中制冷剂的重量比例范围具体为R245fa和R600的合计重量占40％～80％；R23或R508A或R508B或R116重量占15％～47％；R14重量占3％～20％，但是该组成配比下的非共沸混合制冷剂仅能使制冷系统库内温度达到-85℃左右的超低温，难以在合适的冷凝压力下达到更低的超低温。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种新型混合制冷剂，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，本发明提出一种混合制冷剂，包括以下组成：
含有R245fa、R600、R404A、R23、R508A、R14的非共沸混合制冷剂、含有R245fa、R600、R404A、R23、R508B、R14的非共沸混合制冷剂、含有R245fa、R600、R404A、R116、R508A、R14的非共沸混合制冷剂、或含有R245fa、R600、R404A、R116、R508B、R14的非共沸混合制冷剂；
其中，相对于非共沸混合制冷剂的总重量，R245fa与R600合计的总重量占比为30％～70％，R404A总重量占比为2％～30％，R508A或R508B总重量占比为0％～15％，包含R508A或R508B中的R23在内，R23总重量占比为2％～15％，包含R508A或R508B中的R116在内，R116总重量占比为3％～15％，R14总重量占比为5％～30％，并且相对于R245fa与R600的重量之和，R245fa的重量占70％以上。
进一步地，本发明还提出一种自复叠制冷系统，所述自复叠制冷系统中使用如上所述的混合制冷剂。
基于上述技术方案，本发明的混合制冷剂及制冷系统至少具有以下有益效果的其中之一：
(1)本发明利用高、中、低沸点制冷剂组成的非共沸制冷剂，使得制冷系统的循环回路在合适的冷凝压力下达到更优的制冷效果，尤其是发现采用R23/R116、R508A/R508B同时加入并控制在特定含量范围的方式，有利于在合适的压力下使泡点与露点之间形成合适的温度差，从而利于分凝分离循环，提高制冷效果；
(2)本发明的非共沸混合制冷剂中加入R404A，与混合制冷剂中其余组分之间具有合适的标准沸点差值(40～80℃)，在确保分凝分离效果的同时，还能够提高制冷速度，推测原因为加入R404A有利于均匀地进行相变变温，从而减少了传热损失，由此提高了单位制冷量。
附图说明
图1为本发明实施例1-3的自复叠制冷系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明的混合制冷剂中，R245fa为五氟丙烷(CHF2CH2CF3)，沸点为15.3℃。R600为正丁烷(C4H10)，沸点为-0.5℃。R404A为R125(五氟乙烷CH F2CF3)，R134a(三氟乙烷CF3CH2F)和R143(四氟乙烷CH3CF3)混合而成的非共沸混合制冷剂，沸点为-46.1℃。R116为六氟乙烷(CF3CF3)，沸点为-78.2℃。R23为三氟甲烷(CHF3)，沸点为-82.1℃。R508A为R116(六氟乙烷CF3CF3)与R23(三氟甲烷CHF3)混合而成的混合共沸制冷剂，沸点为-85.7℃。R508B为R116(六氟乙烷CF3CF3)与R23(三氟甲烷CHF3)混合而成的混合共沸制冷剂，沸点为-86.9℃。R14为四氟化碳(CF4)，沸点为-127.9℃。
本发明的混合制冷剂具体包括以下组成：含有R245fa、R600、R404A、R23、R508A、R14的非共沸混合制冷剂、含有R245fa、R600、R404A、R23、R508B、R14的非共沸混合制冷剂、含有R245fa、R600、R404A、R116、R508A、R14的非共沸混合制冷剂、或含有R245fa、R600、R404A、R116、R508B、R14的非共沸混合制冷剂；相对于非共沸混合制冷剂的总重量，R245fa与R600合计的总重量占比为30％～70％，R404A总重量占比为2％～30％，R508A或R508B总重量占比为0～15％，包含R508A或R508B中的R23在内，R23总重量占比为2％～15％，包含R508A或R508B中的R116在内，R116总重量占比为3％～15％，R14总重量占比为5％～30％，并且相对于R245fa与R600的重量之和，R245fa的重量占70％以上。
本发明的上述混合制冷剂，所使用的R600为正丁烷(C4H10)，能够很好的与制冷系统中的压缩机润滑油相融合，起到很好的回油作用，但其具有一定的可燃性，通过与不可燃的R245fa按照一定比例混合后，处理为不可燃，其两者混合后总重量中，R600所占比例在30％以下，优选为25％。
本发明的上述混合制冷剂，采用R23/R116与R508A/R508B同时加入并控制在合适范围内的方式，有利于在合适的压力下使泡点与露点之间形成合适的温度差，从而利于分凝分离循环，提高制冷效果。作为优选，R508A或R508B总重量占比为10％～15％，更优选为13％；包含R508A或R508B中的R23在内，R23总重量占比为5％～15％，更优选为15％；包含R508A或R508B中的R116在内，R116总重量占比为6％～15％，更优选为8％。其中将R23和R116的含量控制在上述范围内，有利于避免含量过高而导致的冷凝压力过高，损坏制冷系统的部件。
加入R404A后，与混合制冷剂中其他组分复配后，在确保分离分凝效果的同时，还可提高制冷速度，推测原因为加入R404A有利于均匀地进行相变变温，从而减少了传热损失，由此提高了单位制冷量，相对于非共沸混合制冷剂，R404A重量占比优选为5％～25％，更优选为17％。作为优选，所使用的R404A可以替换为R404A和正戊烷的混合物，相对于二者的混合物，正戊烷重量占比为2％～10％，其中正戊烷与制冷系统中的压缩机油也有很好的相融效果，并起到一定的回油效果，更优选地，正戊烷的重量占比为4％。
R14的低沸点有利于降低库内温度，但随着其重量占比的增加会产生高压侧压力过高的问题，导致压缩机设备的损坏或起动性变差。相对于非共沸混合制冷剂，R14的重量占比优选为10％～20％，更优选为14％。
本发明的上述混合制冷剂在自复叠制冷系统中使用，可使其大容积的冰箱、冷柜或冷库内达到-90℃以下的超低温。常规的自复叠制冷系统例如单级分凝制冷系统和多级分凝制冷系统都可使用本发明提供的混合制冷剂进行制冷。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1-3及对比例1
实施例1-3及对比例1中，以800L立式冰箱作为实验对象，此冰箱带有两套独立的自复叠制冷系统，每套系统中充注相同重量的混合制冷剂。每套自复叠制冷系统采用相同的设计，具体如图1所示，包括以下结构：压缩机1、冷凝器组合2、辅助冷凝器2a、冷凝器2b、框体管3、压缩机油冷却管4、干燥过滤器5、分流器6、毛细管7、换热器I8、换热器I内管8a、换热器I外管8b、换热器II9、换热器II内管9a、换热器II外管9b、换热器III10、换热器III外管10a、换热器III毛细管10b、蒸发器11、膨胀罐12、膨胀罐毛细管13、风机14。
在该制冷回路中密封的混合制冷剂为包含R245fa、R600、R404A、R23、R508A、R14的非共沸混合制冷剂，通过压缩机1进行压缩排出，进入到冷凝器组合2的辅助冷凝器2a中，由冷凝风机14送风，将高温高压的混合制冷剂进行散热冷却，并经过框体管3冷却后进入到压缩机1壳体内部的压缩机油冷却管4中，为压缩机1的油进行降温。
然后，混合制冷剂进入到冷凝器组合2的冷凝器2b中，由冷凝风机14送风再次为混合制冷剂降温，混合制冷剂经过冷凝器2b后，其中的R245fa、R600以及R404A被冷却为大致液态制冷剂，与未被冷却大致为气态制冷剂的R23、R508A以及R14一起，经过干燥过滤器5去除掉水分后，进入到分流器6，由分流器6将液态制冷剂与气态制冷剂进行分离。
分离后液态制冷剂经过毛细管7进行节流降温降压，节流后的液态制冷剂进入到换热器I8的换热器I外管8b中，给来自分流器6的并流经换热器I8的换热器I内管8a中气态制冷剂进行冷却降温，此时，流经换热器I外管8b中的R245fa、R600、R404A制冷剂的蒸发温度适合使制冷剂中的R23和R508A冷却为大致液态，而因R14沸点为-127.9℃，流经换热器I外管8b时不能被沸点温度高的R245fa、R600以及R404A冷却，仍保持大致气态的状态。
大致液态制冷剂的R23和R508A与大致气态制冷剂的R14流入到换热器II9的换热器II内管9a中，在此期间，通过换热器II外管9b中的、由蒸发器11蒸发而成为低温、低压的R23、R508A以及R14进行冷却，成为大致液态状态，此时未由蒸发器11蒸发的R14的一部分进行蒸发且以更低温度冷却换热器II外管9a。
流经换热器II内管9a中的大致液态制冷剂R23、R508A以及R14经过换热器III10中的换热器III毛细管10a。此时，通过与由蒸发器11返回进入到换热器III外管10b中的、并已经由蒸发器11蒸发而成为低温、低压的R23、R508A以及R14制冷剂进行热交换而进一步冷却，进一步促进液化后在蒸发器11中蒸发。换热器III10中流经换热器III毛细管10a和换热器III外管10b的制冷剂，可起到回热作用，可进一步提高制冷系统的工作效率。
从蒸发器11向换热器II外管9b流入的低温、低压的R23、R508A以及R14制冷剂，在蒸发器11中未完全蒸发的一部分在换热器II外管9b中蒸发，与换热器II内管9a中相反流向的制冷剂进行热交换，变为气态制冷剂，并向换热器I外管8b中流入，与流入到换热器I外管8b中的进行节流降压后的R245fa、R600、R404A混合，再给流经换热器I内管8a中的R23和R508A、R14气态制冷剂进行冷却，然后由换热器I8中的换热器I外管8b另一出口流出，最终返回到压缩机1的吸入管。
此外，在此制冷回路中使用了膨胀罐12与膨胀罐毛细管13。在制冷系统未运行保持静止状态时，回路中各部位压力均衡，当柜体通电压缩机运行时，混合制冷剂迅速进入压缩机1回气管，导致压缩机1排气压力过高，会使压缩机1出现过压保护而停机而容易损坏。通过使用膨胀罐12，在制冷系统静止时，使一部分制冷剂储存在膨胀罐12，从而保持制冷回路中制冷剂的量为适当。在制冷系统初始运行时，储存在膨胀罐12中的制冷剂通过膨胀罐毛细管13缓慢进入到压缩机1回气管，可抑制压缩机1排气压力上升，保护压缩机。
在实施例中混合制冷剂使用的自复叠系统，制冷剂由压缩机1经过冷凝器2到蒸发器11的流向，与由蒸发器11返回到压缩机1的流向，两者构成逆向流动，在换热器I8、换热器II9及换热器III10的内管及外管之间进行充分换热，保证蒸发器11中达到更低的温度，使冷柜内部温度充分降低。
该混合制冷剂按照如表1所示的比例混合后，可使冰箱内部温度在外界环境温度30℃时，柜内中央温度可达到-90℃以下。
表1
由表1中的结果可知，本发明实施例的混合制冷剂可有效降低大容积超低温冰箱柜内的温度，并且突破以往报道中所述的混合制冷剂种类以及比例，在匹配相近的制冷系统中进行对比，在实验中不会产生过高的冷凝压力，能够达到相近甚至更低温度的效果。并且，通过实施例1-3和对比例1可知，R404A的加入有利于提高制冷效果，且在合适的含量范围内，随着其重量占比的增加，制冷速度越快。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种混合制冷剂，其特征在于，所述混合制冷剂包括以下组成：
含有R245fa、R600、R404A、R23、R508B、R14的非共沸混合制冷剂、含有R245fa、R600、R404A、R116、R508A、R14的非共沸混合制冷剂、或含有R245fa、R600、R404A、R116、R508B、R14的非共沸混合制冷剂；
相对于非共沸混合制冷剂的总重量，
R245fa与R600合计的总重量占比为30％～70％，
R404A总重量占比为2％～30％，
R508A或R508B总重量占比为0％～15％，
包含R508B中的R23在内，R23总重量占比为2％～15％，
包含R508A或R508B中的R116在内，R116总重量占比为3％～15％，
R14总重量占比为5％～30％，
并且相对于R245fa与R600的重量之和，R245fa的重量占70％以上。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于，相对于非共沸混合制冷剂的总量，
R245fa与R600合计的总重量占比为35％～60％，
R404A总重量占比为5％～25％，
R508A或R508B总重量占比为10％～15％，
包含R508B中的R23在内，R23总重量占比为5％～15％，
包含R508A或R508B中的R116在内，R116总重量占比为6％～15％，
R14总重量占比为10％～20％，
并且相对于R245fa与R600的重量之和，R245fa的重量占75％以上。
3.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于，相对于非共沸混合制冷剂的总量，
R245fa与R600合计的总重量占比为46％，
R404A总重量占比为17％，
R508A总重量占比为13％，
R14总重量占比为14％，
并且相对于R245fa与R600的重量之和，R245fa的重量占75％。
4.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于，R404A被R404A与正戊烷的混合物替代，且相对于R404A与正戊烷的总重量，正戊烷的重量占比为2％～10％。
5.一种自复叠制冷系统，其特征在于，所述自复叠制冷系统中使用如权利要求1至4任一项所述的混合制冷剂。
6.根据权利要求5所述的自复叠制冷系统，其特征在于，所述自复叠制冷系统为冰箱、冷柜或冷库。
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