CN1475544A - 适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的适用于深冷多元混合工质节流制冷剂，包括6组物质，其摩尔浓度之和为100％，第1组为氮气、氩气或混合物，总摩尔浓度5％～50％；第2组为甲烷、氪或混合物，总摩尔浓度15％～55％；第4组为乙烯、乙烷、三氟甲烷或混合物，总摩尔浓度5％～30％；第5组为丙稀、丙烷、全氟丙烷或混合物，总摩尔浓度5％～30％；第6组为1－丁烯、异丁烷、2－甲基丁烷、1－戊烯、3－甲基－1－丁烯、2－甲基戊烷或混合物，总摩尔浓度5％～25％；第3组为四氟甲烷、三氟化氮或混合物，总摩尔浓度为余量。不同组分在不同温区发挥主要作用，从而获得一种适用于100～150K温区的多元混合物工质节流制冷剂。
Description
发明领域
本发明涉及低温制冷技术，特别涉及一种适用于深冷温区(100～150K)的多元混合物工质节流制冷剂。
背景技术
根据低温热力学理论，复叠和回热是实现低温制冷的两个可能的方法。通过利用复叠或回热可以降低实现低温所必需的高的广义力。混合工质应用于回热式节流制冷循环中，可以大大降低工作压力、减小节流过程及回热过程损失，提高系统效率。混合工质回热式节流制冷机的系统示意图见图1，主要由压缩机CP、冷却器AC、逆流回热换热器HX、节流元件JT和低温蒸发器EV构成，有时为了考虑回油等措施，可以在承担回热作用的部件上做一些变化，构成具有汽液分离器的内复叠循环形式，见图2。混合工质节流制冷剂的组成与实现制冷的硬件及这些硬件的构成系统的形式是密切相关的，但是经过深入研究表明，混合工质固有性能是决定制冷系统性能的最根本因素。经过进一步研究，混合工质在各种制冷系统中的选择原则均可以从以下几个方面考虑：
一是确保混合物在运行压力范围内能够达到所需低温，二是确保制冷循环过程中不可逆损失降低到最小，三是保证混合工质符合相关环保规定，并且具有良好的物理、化学稳定性，以及其他诸如来源及经济性的考虑等。
目前尚无直接应用于该温区的混合工质专利。现有的技术如美国专利US5,441,658和我国专利CN97,115,295.0均是应用于以液氮温区(80K)为主要目的的。其中，美国专利给出了固定混合浓度组份，是应用于液氮温度的，经过深入研究发现，该专利所给出的混合工质热效率仍然不够高。因此，我们在深入研究基础上提出了一种适用于低温区的混合工质制冷剂，专利CN97115295.0，其主要目的是进一步提高混合工质节流制冷剂的热效率，并且降低制冷剂的可燃性，获得高效的低温混合工质节流制冷剂，该技术仍然以80K温区为应用目标。
由此看出现有技术所给出的混合工质制冷剂应用目标是低温领域，主要在液氮温区(80K)。如果应用在液氮温度(80K)以上，效率就会下降。这里需要提及一点：在专利CN97,115,295.0中对制冷热效率的定义中，有关压缩过程耗功的计算采用的是等温压缩，而对于制冷工业常用的全封闭压缩机来说，其中发生的压缩过程实际上更接近于绝热压缩。绝热压缩耗功要比等温压缩耗功大，并且该专利给出的实施例中只考虑了工质固有特性，给出的压力条件不适合于单级压缩机运行工况(压比过高，有25)。对于同一种已知组成的工质，采用绝热压缩耗功计算的热效率要比采用等温压缩计算效率小15％～25％。
综上所述，现有技术主要是针对液氮温区提出的混合工质，而最新研究表明，一个固定成分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，液氮温区的混合物工质不能高效地运行在100K以上温区，另外现有技术没充分考虑具体压缩机运行工况等实际因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于深冷温区(100～150K)的高效多元混合物工质节流制冷剂。与现有技术比较，本发明提出的混合工质适用温区更高，并且在具体浓度配比方面充分考虑了单级压缩机适宜的运行压比工况，而且针对100～150K温区中每隔10K给出其对应的浓度范围。
进行温区划分的依据在于混合工质固有的热力特性上，在某已知具体组成的混合物中，混合物中各组成在制冷机工作温区到环境温度之间不同温区发挥不同作用，但是每种组元只在一个相对固定的温区发挥有效制冷作用，而在其他温区发挥较小作用，由此，可以期望在混合物中通过各组元之间的配合形成类似一种接力作用，实现从环境温度到所需制冷温度之间的高效组合，见图3。
混合工质节流制冷机组成部件相对简单，对应于不同部件发生的是不同的热力过程，参见图4，包括在压缩机内进行的绝热压缩、冷却器内等压放热，回热换热器内的回热过程，节流元件内的节流膨胀过程，这是实现能量转换的过程，由压缩机输入的功转换为冷量火用，在蒸发器内实现冷量火用的利用，低压低温工质进入回热换热器冷却高压来流工质，自身温度恢复到环境温度后，进入压缩机完成一个热力循环。因此，混合工质对制冷机性能的影响最终要体现在对上述几个热力过程的影响。另外，不同热力过程在制冷机中的地位并不完全一致，其中回热过程对制冷机的影响(尤其是采用多元混合物工质时)最大，同时回热过程的效果对节流过程也有很大影响，具体表现在当回热完善时，导致节流前温度降低，使节流过程的损失也大大降低。因此对混合物工质选择要综合考虑对各个热力过程的影响，对于优选的工质是使每个过程的不可逆损失降低，最终系统获得最佳性能。
根据上述分析，以图1、图4所示循环过程为例说明混合工质节流制冷循环热力性能的计算原则：
单位制冷量：qc＝hL2-hL3
单位功耗：W1n＝hG01-hL1(绝热压缩)
制冷系数：
热效率：
上述式中：qc为单位制冷量，h表示焓，W1n为耗功，Tc、T0分别表示制冷温度和环境温度，下标表示各状态点，参见图例说明。实现上述热力性能的条件是：必需满足各热力过程正常进行的设备约束条件，如回热换热器内不能出现“负”温差现象。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，包括6组物质，该6组物质分别为：
第1组物质：氮气(N2)、氩气(Ar)或者是二者的混合物，主要是改变工质相平衡特性，确保制冷温度达到110K以下，尤其是在循环背压高于0.1MPa时(绝对压力)，该组物质在本发明提出的混合物中有效作用温区在80～120K之间；
第2组物质：甲烷(CH4)、氪(Kr)或者是二者的混合物，有效工作温区为110～150K，是基本工作物质；
第3组物质：四氟甲烷(CF4)、三氟化氮(F3N)或者是二者的混合物，有效作用温区为145～180K；
第4组物质：乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、三氟甲烷(CHF3)或者是该组物质中任二种物质的混合物，或者为该组物质中三种物质的混合物，有效工作温区为170～230K；
第5组物质：丙稀(C3H6)、丙烷(C3H8)、全氟丙烷(C3F8)或者为该组物质中任二种物质的混合物，或者为该组物质中三种物质的混合物，有效工作温区为230～270K；
第6组物质为：1-丁烯(1-C4H8)、异丁烷(C1H10)、2-甲基丁烷(C5H12)、1-戊烯(1-C5H10)、3-甲基-1-丁烯(C5H10)、2-甲基戊烷(C6H14)或者为该组物质中任二种物质、三种、多种物质或所有物质的混合物，其有效工作温区260～350K。
这里所指各组元的有效工作温区是对应于工作压力范围在：高压在1.2～2.5MPa范围，低压在0.1～0.7MPa范围内(均为绝对压力)。
从制冷循环的角度考虑，上述各组物质在循环中发挥不同作用，第1组物质是确保实现所需制冷温度，尤其是在循环工作低压较高时；第2组物质是基本工作物质，第3组至第6组物质主要是减小回热过程、节流过程的损失，并且增大等温节流效应，减小压缩机排气温度，降低冷凝过程损失。上述物质组元均为无臭氧消耗工质(ODP为零)。
上述本发明提供的适用于深冷温区的混合工质节流制冷剂，每一组物质的总摩尔浓度还可满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：5％～50％；
第2组物质的总摩尔浓度：15％～55％；
第4组物质的总摩尔浓度：5％～30％；
第5组物质的总摩尔浓度：5％～30％；
第6组物质的总摩尔浓度：5％～25％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；
并且这个浓度范围可以在更具体的温度范围内细分和优化，具体为：1、针对100K温区(100K±5K)：
第1组物质的总摩尔浓度：35％～50％；
第2组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第4组物质的总摩尔浓度：5％～20％；
第5组物质的总摩尔浓度：5％～20％；
第6组物质的总摩尔浓度：5％～15％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；2、针对110K温区(110K±5K)：
第1组物质的总摩尔浓度：30％～40％；
第2组物质的总摩尔浓度：20％～35％；
第4组物质的总摩尔浓度：8％～22％；
第5组物质的总摩尔浓度：8％～22％；
第6组物质的总摩尔浓度：8％～18％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；3、针对120K温区(120K±5K)：
第1组物质的总摩尔浓度：20％～35％；
第2组物质的总摩尔浓度：25％～40％；
第4组物质的总摩尔浓度：10％～24％；
第5组物质的总摩尔浓度：10％～24％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～20％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；4、针对130K温区(130K±5K)：
第1组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第2组物质的总摩尔浓度：30％～45％；
第4组物质的总摩尔浓度：12％～25％；
第5组物质的总摩尔浓度：12％～25％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～22％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；5、针对140K温区(140K±5K)：
第1组物质的总摩尔浓度：10％～25％；
第2组物质的总摩尔浓度：35％～50％；
第4组物质的总摩尔浓度：14％～27％；
第5组物质的总摩尔浓度：14％～27％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～23％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；6、针对150K温区(150K±5K)：
第1组物质的总摩尔浓度：5％～20％；
第2组物质的总摩尔浓度：35％～55％；
第4组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第5组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～25％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量；
上述浓度范围对应于工作压力范围在：高压在1.2～2.5MPa范围，低压在0.1～0.7MPa范围内(均为绝对压力)，压比在3～10。其中浓度变化趋势是随低压增大，低沸点组元浓度增大，相对应中高沸点组元浓度减小，反之亦然。
附图说明
图1是混合工质回热式一次节流循环的流程信息图。
图2是混合工质回热式带一级汽液相分离的内复叠节流制冷循环的流程信息图。
图3为部分工质组元发挥作用温区图。
图4为对应于图1所示循环的焓温示意图。
其中：CP为压缩机，AC为冷却器，JT、JT1、JT2为节流元件，HX、HX1、HX2、HX3为回热换热器，SP为相分离器，EV为蒸发器，MIX为混合器；其中L1～L7，G01、G0～G5为工质各状态点，R14为四氟甲烷(CF4)，iC4H10为异丁烷，iC5H12为2-甲基丁烷，又称异戊烷，C3H8为丙烷，C2H6为乙烷，CH4为甲烷，N2为氮气，T0为环境温度，Tc为制冷温度，W为压缩机功耗，qc为制冷量。
具体实施方式
结合图1及图4具体阐明本发明所提出的混合工质节流制冷剂的热力工作过程：本发明的混合工质节流制冷剂从状态L1进入压缩机CP，被压缩至状态G01；然后进入冷却器AC冷却到状态G0；进入回热换热器HX，被进一步冷却到G1；然后经过节流元件JT节流后成为L3；进入蒸发器EV，提取冷量后成为L2；接着进入回热换热器HX复温，恢复到状态L1，完成一个热力循环。
对于图2所示的热力循环，其基本工作过程相同，只不过增加了一级汽液分离SP及中间级节流JT1和混合过程MIX。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
制备适用于深冷温区的多元混合工质节流制冷剂，该多元混合工质节流制冷剂，包括下述6组物质，该6组物质分别为：
第1组物质：氮气(N2)、氩气(Ar)或者是二者的混合物；
第2组物质：甲烷(CH4)、氪(Kr)或者是二者的混合物；
第3组物质：四氟甲烷(CF4)、三氟化氮(F3N)或者是二者的混合物；
第4组物质：乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、三氟甲烷(CHF3)或者是该组物质中
任2种物质的混合物、或者为该组物质中所有物质的混合物；
第5组物质：丙稀(C3H6)、丙烷(C3H8)、全氟丙烷(C3F8)或者为该组物质中任
2种物质的混合物；或者为该组物质中所有物质的混合物；
第6组物质为：1-丁烯(1-C4H8)、异丁烷(C4H10)、2-甲基丁烷(C5H12)、1-戊烯
(1-C5H10)、3-甲基-1-丁烯(C5H10)、2-甲基戊烷(C6H14)或者为该组物
质中任2种物质、多种物质或所有物质的混合物。
实施例1：制备-种高效地运行在100K温区的混合物工质制冷剂(优化浓度)，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为50％，其中氮气(N2)摩尔浓度为50％，其余物质
的摩尔浓度为0％；
第2组物质：总摩尔浓度为15％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为15％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第4组物质：总摩尔浓度为10％，其中乙烷(C2H6)摩尔浓度为10％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第5组物质：总摩尔浓度为5％，其中全氟丙烷(C3F8)摩尔浓度为5％，其余
物质的摩尔浓度为0％；
第6组物质：总摩尔浓度为15％，其中1-丁烯(1-C4H8)摩尔浓度为8％，2-
甲基丁烷(C5H12)摩尔浓度为7％，其余物质的摩尔浓度为0％；
第3组物质：总摩尔浓度为5％，其中四氟甲烷(CF4)摩尔浓度为5％，其余
物质的摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度100K；高压2.0MPa，低压0.3MPa，制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.225，热效率CEF为45％。
实施例2：制备100K温区的深冷混合物工质，环境温度为300K；混合物浓度配比、制冷机工作参数及混合工质热力性能见下表：
实施例2中制取100K温区部分混合物浓度配比及热力参数表
| 项目 | 混合物1摩尔浓度％ | 混合物2摩尔浓度％ | 混合物3摩尔浓度％ |
| 第1组 | 35(氩Ar) | 40(氮气30，氩10) | 50(氩15，氮35) |
| 第2组 | 30(甲烷20，氪10) | 25(甲烷) | 15(氪) |
| 第3组 | 10(四氟甲烷) | 5(三氟化氟) | 5(四氟甲烷3，三氟化氮2) |
| 第4组 | 10(乙烷5，三氟甲烷5) | 5(乙烯) | 10(乙烷5，三氟甲烷5) |
| 第5组 | 5(丙烷) | 20(丙烷10，丙稀5，全氟丙烷5) | 5(全氟丙烷) |
| 第6组 | 10(3-甲基-1-丁烯6，2-甲基戊烷2，2-甲基戊烷2) | 5(2-甲基丁烷) | 15(异丁烷) |
| 高压/低压 | 1.8/0.2(MPa) | 2.0/0.4(MPa) | 2.4/0.6(MPa) |
| COP | 0.08 | 0.116 | 0.24 |
| CEF％ | 16 | 23.2 | 48 |
实施例3：制备-种应用在110K的深冷温区混合物工质，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为30％，其中氮气(N2)摩尔浓度为20％，
(Ar)摩尔浓度为10％；
第2组物质：总摩尔浓度为35％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为25％，氪(Kr)
摩尔浓度为10％；
第4组物质：总摩尔浓度为8％，其中乙烯(C2H4)摩尔浓度为3％，乙烷(C2H6)
摩尔浓度为3％，三氟甲烷(CHF3)摩尔浓度为2％；
第5组物质：总摩尔浓度为8％，其中丙稀(C3H6)摩尔浓度为2％，丙烷(C3H8)
摩尔浓度为2％，全氟丙烷(C3F8)摩尔浓度为4％；
第6组：总摩尔浓度为8％，其中1-丁烯(1-C1H8)3％，异丁烷(C4H10)、2-
甲基丁烷(C5H12)、1-戊烯(1-C5H10)、3-甲基-1-丁烯(C5H10)和2-
甲基戊烷(C6H14)的摩尔浓度各为1％；
第3组物质：总摩尔浓度为11％，其中四氟甲烷(CF4)摩尔浓度为7％，三氟
化氮(F3N)摩尔浓度为4％。
工作参数：环境温度为300K，制冷温度110K；高压2.4MPa，低压0.2MPa，制
冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.128，热效率CEF为22％。
实施例4：制备110K温区的深冷混合物工质，环境温度为300K；混合物浓度配比、制冷机工作参数及混合工质热力性能见下表：
实施例4中制取110K温区部分混合物浓度配比及热力参数表
| 项目 | 混合物1摩尔浓度％ | 混合物2摩尔浓度％ | 混合物3摩尔浓度％ |
| 第1组 | 30(氮) | 34(氮气20，氩14) | 40(氩15，氮25) |
| 第2组 | 25(甲烷15，氪10) | 23(甲烷) | 20(氪) |
| 第3组 | 5(四氟甲烷) | 5(三氟化氮) | 2(四氟甲烷) |
| 第4组 | 22(乙烷17，三氟甲烷5) | 10(乙烯) | 8(乙烷3，三氟甲烷3，乙烯2) |
| 第5组 | 8(丙烷) | 10(丙烷2，丙稀3，全氟丙烷5) | 22(全氟丙烷) |
| 第6组 | 10(异丁烷5，2-甲基戊烷5) | 18(1-丁烯12，2-甲基丁烷，6) | 8(异丁烷) |
| 高压/低压 | 2.0/0.2(MPa) | 1.8/0.2(MPa) | 2.0/0.2(MPa) |
| COP | 0.154 | 0.244 | 0.097 |
| CEF％ | 26.6 | 42.1 | 16.75 |
实施例5：制备一种运行在120K温区的混合物制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为20％，其中氮气(N2)摩尔浓度为20％，其余物质
的摩尔浓度为0％；
第2组物质：总摩尔浓度为40％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为40％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第4组物质：总摩尔浓度为10％，其中乙烷(C2H6)摩尔浓度为10％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第5组物质：总摩尔浓度为10％，其中丙烷(C3H8)摩尔浓度为10％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第6组物质：总摩尔浓度为20％，其中1-丁烯(1-C4H8)摩尔浓度为5％，异
丁烷(C4H10)摩尔浓度为12％，2-甲基丁烷(C5H12)摩尔浓度为3％，
其余物质的摩尔浓度为0％；
第3组物质：总摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度120K；高压1.8MPa，低压0.3MPa，制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为O.138，热效率CEF为20.7％。
实施例6：制备120K温区的深冷混合物工质，环境温度为300K；混合物浓度配比、制冷机工作参数及混合工质热力性能见下表：
实施例6中制取120K温区部分混合物浓度配比及热力参数表
| 项目 | 混合物1摩尔浓度％ | 混合物2摩尔浓度％ | 混合物3摩尔浓度％ |
| 第1组 | 20(氮) | 26(氮气20，氩6) | 35(氩20，氮15) |
| 第2组 | 30(甲烷20，氟10) | 28(甲烷) | 25(氪) |
| 第3组 | 6(四氟甲烷) | 2(三氟化氮) | 4(四氟甲烷2，三氟化氮2) |
| 第4组 | 24(乙烷14，三氟甲烷10) | 10(乙烯) | 12(乙烷4，三氟甲烷4，乙烯4) |
| 第5组 | 10(丙烷) | 24(丙烷14，丙稀5，全氟丙烷5) | 12(全氟丙烷) |
| 第6组 | 10(异丁烷7，2-甲基戊烷3) | 10(1-丁烯4，2-甲基丁烷，6) | 12(异丁烷) |
| 高压/低压 | 2.0/0.2(MPa) | 1.8/0.2(MPa) | 2.0/0.2(MPa) |
| COP | 0.116 | 0.248 | 0.096 |
| CEF％ | 17.4 | 37.2 | 14.4 |
实施例7：制备一种高效地运行在130K温区的混合物工质制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为30％，其中氩气(Ar)摩尔浓度为30％，其余物质
的摩尔浓度为0％；
第2组物质：总摩尔浓度为30％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为30％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第4组物质：总摩尔浓度为12％，其中乙烷(C2H6)摩尔浓度为12％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第5组物质：总摩尔浓度为12％，其中丙烷(C3H8)摩尔浓度为12％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第6组物质：总摩尔浓度为10％，其中2-甲基丁烷(C5H12)摩尔浓度为6％，
异丁烷(C4H10)的摩尔浓度为4％，其余物质摩尔浓度为0％；
第3组物质：总摩尔浓度为6％，其中四氟甲烷(CF4)摩尔浓度为6％，其余
物质的摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度120K；高压2.0MPa，低压0.4MPa，制冷循环为图2所示一级分离循环，工质制冷系数COP为0.281，热效率CEF为36.7％。
实施例8：制备130K温区的深冷混合物工质，环境温度为300K；混合物浓度配比、制冷机工作参数及混合工质热力性能见下表：
实施例8中制取130K温区部分混合物浓度配比及热力参数表
| 项目 | 混合物1摩尔浓度％ | 混合物2摩尔浓度％ | 混合物3摩尔浓度％ |
| 第1组 | 15(氮) | 18(氮气20，氩6) | 15(氮) |
| 第2组 | 45(甲烷35，氪10) | 32(甲烷) | 30(氪) |
| 第3组 | 6(四氟甲烷) | 0 | 6(四氟甲烷4，三氟化氮2) |
| 第4组 | 12(乙烷7，三氟甲烷5) | 15(乙烯) | 12(乙烷4，三氟甲烷4，乙烯4) |
| 第5组 | 12(丙烷) | 25(丙烷14，丙稀5，全氟丙烷5) | 15(全氟丙烷) |
| 第6组 | 10(异丁烷7，2-甲基戊烷3) | 10(1-丁烯4，2-甲基丁烷，6) | 22(异丁烷) |
| 高压/低压 | 2.0/0.2(MPa) | 1.8/0.2(MPa) | 1.8/0.2(MPa) |
| COP | 0.103 | 0.282 | 0.272 |
| CEF％ | 13.5 | 36.8 | 35.6 |
实施例9：制备一种应用在130K温区的混合物工质制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为18％，其中氮气(N2)摩尔浓度为18％，其余物质
的摩尔浓度为0％；
第2组物质：总摩尔浓度为32％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为32％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第4组物质：总摩尔浓度为25％，其中乙烷(C2H6)摩尔浓度为25％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第5组物质：总摩尔浓度为15％，其中丙烷(C3H8)摩尔浓度为15％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第6组物质：总摩尔浓度为10％，其中2-甲基丁烷(C5H12)摩尔浓度为10％，
其余物质的摩尔浓度为0％；
第3组物质：总摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度120K；高压2.0MPa，低压0.2MPa，
制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.277，热效率CEF
为36.2％。
实施例10：制备一种高效地运行在140K温区的混合物工质制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为25％，其中氮气(N2)摩尔浓度为20％，氩气
(Ar)摩尔浓度为5％；
第2组物质：总摩尔浓度为35％，其中氪(Kr)摩尔浓度为35％，其余物质摩
尔浓度为0％；
第4组物质：总摩尔浓度为14％，其中乙烷(C2H6)摩尔浓度为14％，其余物
质摩尔浓度为0％；
第5组物质：总摩尔浓度为14％，其中全氟丙烷(C3F8)摩尔浓度为14％，其
余物质摩尔浓度为0％；
第6组物质：总摩尔浓度为10％，其中异丁烷(C4H10)摩尔浓度为5％，2-甲
基丁烷(C5H12)摩尔浓度为5％，其余物质摩尔浓度为0％；
第3组物质：总摩尔浓度为2％，其中四氟甲烷(CF4)摩尔浓度为2％，其余
物质摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度130K；高压1.6MPa，低压0.3MPa，制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.129，热效率CEF为14.7％。
实施例11：制备140K温区的深冷混合物工质，环境温度为300K；混合物浓度配比、制冷机工作参数及混合工质热力性能见下表：
实施例11中制取140K温区部分混合物浓度配比及热力参数表
| 项目 | 混合物1摩尔浓度％ | 混合物2摩尔浓度％ | 混合物3摩尔浓度％ |
| 第1组 | 10(氮) | 12(氮) | 11(氮) |
| 第2组 | 50(甲烷40，氪10) | 36(甲烷) | 37(氪) |
| 第3组 | 2(四氟甲烷) | 0 | 0 |
| 第4组 | 14(乙烷7，三氟甲烷7) | 15(乙烯) | 27(乙烷14，三氟甲烷10，乙烯3) |
| 第5组 | 14(丙烷) | 27(丙烷17，丙稀5，全氟丙烷5) | 15(全氟丙烷) |
| 第6组 | 10(异丁烷7，2-甲基戊烷3) | 10(1-丁烯4，2-甲基丁烷，6) | 10(异丁烷) |
| 高压/低压 | 1.8/0.2(MPa) | 2.0/0.2(MPa) | 2.2/0.3(MPa) |
| COP | 0.123 | 0.332 | 0.142 |
| CEF％ | 15.3 | 41.5 | 17.8 |
实施例12：制备一种应用于140K温区的混合物工质制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为13％，其中氮气(N2)摩尔浓度为10％，氩气
摩尔浓度为4％；
第2组物质：总摩尔浓度为36％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为38％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第4组物质：总摩尔浓度为14％，其中乙烷(C2H6)摩尔浓度为14％，其余物
质的摩尔浓度为0％；
第5组物质：总摩尔浓度为14％，其中全氟丙烷(C3F8)摩尔浓度为14％，其
余物质的摩尔浓度为0％；
第6组物质：总摩尔浓度为23％，其中异丁烷(C4H10)摩尔浓度为5％，1-戊
烯(1-C5H10)摩尔浓度为10％、3-甲基-1-丁烯(C5H10)摩尔浓度
为5％、2-甲基丁烷(C5H12)摩尔浓度为3％，其余物质的摩尔
浓度为0％；
第3组物质：总摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度140K；高压1.8MPa，低压0.2MPa，制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.337，热效率CEF为42.1％。
实施例13：制备一种应用于150K温区的混合物工质制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为20％，其中氮气(N2)摩尔浓度为10％，氩气(Ar)
摩尔浓度为10％；
第2组物质：总摩尔浓度为35％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为25％，氪(Kr)
摩尔浓度为10％；
第4组物质：总摩尔浓度为15％，其中乙烯(C2H4)摩尔浓度为5％，乙烷(C2H6)
摩尔浓度为5％，三氟甲烷(CHF3)5％；
第5组物质：总摩尔浓度为15％，其中丙稀(C3H6)摩尔浓度为5％、丙烷(C3H8)
摩尔浓度为5％，全氟丙烷(C3F8)摩尔浓度为5％；
第6组物质：总摩尔浓度为12％，其中异丁烷(C4H10)摩尔浓度为10％、2-甲
基丁烷(C5H12)摩尔浓度为2％；
第3组物质：总摩尔浓度为3％，其中四氟甲烷(CF4)摩尔浓度为3％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度150K；高压2.4MPa，低压0.6MPa，制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.458，热效率CEF为45.8％。
实施例14：制备一种应用于150K温区的混合物工质制冷剂，该混合物工质制冷剂包括第1组至第6组物质，各组物质的摩尔浓度之和为100％，每组物质的总摩尔浓度如下：
第1组物质：总摩尔浓度为5％，其中氮气(N2)摩尔浓度为5％；
第2组物质：总摩尔浓度为35％，其中甲烷(CH4)摩尔浓度为25％，氪(Kr)
摩尔浓度为10％；
第4组物质：总摩尔浓度为17％，其中乙烯(C2H4)摩尔浓度为7％，乙烷(C2H6)
摩尔浓度为5％，三氟甲烷(CHF3)5％；
第5组物质：总摩尔浓度为18％，其中丙稀(C3H6)摩尔浓度为8％、丙烷(C3H8)
摩尔浓度为5％，全氟丙烷(C3F8)摩尔浓度为5％；
第6组物质：总摩尔浓度为25％，其中1-丁烯摩尔浓度为10％、异丁烷(C4H10)
摩尔浓度为13％、2-甲基戊烷(C6H14)摩尔浓度为2％；
第3组物质：总摩尔浓度为0％。
工作参数为：环境温度为300K，制冷温度150K；高压2.0MPa，低压0.4MPa，制冷循环为图1所示，工质制冷系数COP为0.303，热效率CEF为30.3％。
实施例15：制备150K温区的深冷混合物工质，环境温度为300K；混合物浓度配比、制冷机工作参数及混合工质热力性能见下表：实施例15中制取150K温区部分混合物浓度配比及热力参数表
| 项目 | 混合物1摩尔浓度％ | 混合物2摩尔浓度％ | 混合物3摩尔浓度％ |
| 第1组 | 5(氮) | 7(氮) | 8(氩) |
| 第2组 | 55(甲烷) | 38(甲烷) | 37(氪) |
| 第3组 | 0 | 0 | 0 |
| 第4组 | 15(乙烷7，三氟甲烷7) | 15(乙烯) | 30(乙烷14，三氟甲烷10，乙烯3) |
| 第5组 | 15(丙烷) | 30(丙烷20，丙稀5，全氟丙烷5) | 15(全氟丙烷) |
| 第6组 | 10(异丁烷7，2-甲基戊烷3) | 10(1-丁烯4，2-甲基丁烷，6) | 10(异丁烷) |
| 高压/低压 | 2.0/0.5(MPa) | 2.0/0.4(MPa) | 2.2/0.5(MPa) |
| COP | 0.323 | 0.39 | 0.342 |
| CEF％ | 32.3 | 39 | 34.2 |
Claims (7)
1.一种适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，包括6组物质，该6组物质分别为：
第1组物质：氮气、氩气或者是二者的混合物；
第2组物质：甲烷、氪或者是二者的混合物；
第3组物质：四氟甲烷、三氟化氮或者是二者的混合物；
第4组物质：乙烯、乙烷、三氟甲烷或者是该组物质中任二种物质的混合物，或者为该组物质中三种物质的混合物；
第5组物质：丙稀、丙烷、全氟丙烷或者为该组物质中任二种物质的混合物，或者为该组物质中三种物质的混合物；
第6组物质为：1-丁烯、异丁烷、2-甲基丁烷、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基戊烷或者为该组物质中任二种物质、三种、多种物质或所有物质的混合物；
各组物质的摩尔浓度之和为100％，其中每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：5％～50％；
第2组物质的总摩尔浓度：15％～55％；
第4组物质的总摩尔浓度：5％～30％；
第5组物质的总摩尔浓度：5％～30％；
第6组物质的总摩尔浓度：5％～25％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
2.按权利要求1所述的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，所述每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：35％～50％；
第2组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第4组物质的总摩尔浓度：5％～20％；
第5组物质的总摩尔浓度：5％～20％；
第6组物质的总摩尔浓度：5％～15％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
3.按权利要求1所述的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，所述每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：30％～40％；
第2组物质的总摩尔浓度：20％～35％；
第4组物质的总摩尔浓度：8％～22％；
第5组物质的总摩尔浓度：8％～22％；
第6组物质的总摩尔浓度：8％～18％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
4.按权利要求1所述的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，所述每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：20％～35％；
第2组物质的总摩尔浓度：25％～40％；
第4组物质的总摩尔浓度：10％～24％；
第5组物质的总摩尔浓度：10％～24％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～20％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
5.按权利要求1所述的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，所述每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第2组物质的总摩尔浓度：30％～45％；
第4组物质的总摩尔浓度：12％～25％；
第5组物质的总摩尔浓度：12％～25％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～22％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
6.按权利要求1所述的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，所述每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：10％～25％；
第2组物质的总摩尔浓度：35％～50％；
第4组物质的总摩尔浓度：14％～27％；
第5组物质的总摩尔浓度：14％～27％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～23％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
7.按权利要求1所述的适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂，其特征在于，所述每一组物质的总摩尔浓度满足下面要求：
第1组物质的总摩尔浓度：5％～20％；
第2组物质的总摩尔浓度：35％～55％；
第4组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第5组物质的总摩尔浓度：15％～30％；
第6组物质的总摩尔浓度：10％～25％；
第3组物质的总摩尔浓度：余量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 03121423 CN1204222C (zh) | 2002-05-14 | 2003-03-28 | 适用于深冷温区的多元混合物工质节流制冷剂 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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