[发明专利]一种适用于两级复叠制冷系统中低温级的混合制冷剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合制冷剂，特别涉及一种适用于两级复叠制冷系统中低温级的混合制冷剂。

背景技术

现在工业界仍然较为普遍地采用两级复叠制冷循环实现-80℃左右的制冷温度。复叠制冷的基本原理就是利用一个高温级制冷系统冷却一个低温级系统，以实现较低的制冷温度，其中每级均是完整的蒸汽压缩循环。通常来讲，高温级制冷系统的蒸发温度一般在-30℃～-40℃之间，而低温级一般工作在-60～-80℃之间。

传统的可以应用于-80℃温区的复叠制冷系统中低温级的制冷剂有三氟一氯甲烷(CClF₃即R13)、三氟甲烷(CHF₃即R23)、还有二者的共沸混合物R503，其质量比组成为0.599(R13)∶0.401(R23)。由于R13中含有氯元素导致臭氧层破坏，因而R13及R503被限制使用，并逐渐淘汰。

为此，新型复叠温区的替代工质研究引起了很多人兴趣。目前由全氟乙烷(C₂F₆即R116)与R23组成的混合物，即R508系列工质，成为R503的替代工质，其中又因浓度差异而分为R508A和R508B两种，R508A(美国专利US5351499，1994)的质量比组成为0.61(R116)∶0.39(R23)，R508B的质量比组成为0.54(R116)∶0.46(R23)。因此，目前较为常用的复叠系统低温工质为R23和R508系列工质，其中R508B更为常用。

上述R23和R508系列工质由于不含有氯元素，因此不存在臭氧层破坏问题，但是由于是氟化物，其温室效应非常大。同时与润滑油的互溶性很差，尤其是在低温下容易导致出现润滑油固相析出而堵塞节流元件，使系统运行的可靠性下降。所以在实际使用中要采用高品质的聚酯类润滑油，并通常添加一定量的丙烷(C₃H₈即R290)来强化低温下对润滑油的溶解特性，提高系统的可靠性。但是R290与润滑油具有非常好的溶解特性，因此大量的R290会溶解于润滑油中，可能会导致压缩机润滑特性降低。另外由于循环工质中增加了高沸点组元，会导致制冷剂的低温制冷性能下降。

除此之外，美国专利(US5728315，1998)提出了一种采用二氧化碳(CO2，R744)、全氟乙烷(R116)、三氟甲烷(R23)和乙烷(R170)的四元近共沸工质来作为复叠温区的制冷剂。另外杜邦公司(欧洲专利EP0765924，1997)也申请了R116、R23、CO2和氧化二氮(N₂O)组合的混合物，可以作为复叠系统低温级的制冷工质。美国专利(US5340490)申请了R23、R116和CO2的混合物专利，可以作为复叠温区工质。但是由于CO₂具有很高的三相点温度(-56.6℃)，因此上述含有CO₂的混合物在低温下使用极易因二氧化碳固相析出导致系统无法正常工作。还有N₂O本身就是一种污染物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种完全无臭氧层破坏、低温室效应、并且在低温下与润滑油具有良好互溶性的用于复叠制冷系统低温级的高效混合制冷剂。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的适用于两级复叠制冷系统中低温级的混合制冷剂包括乙烷(C₂H₆即R170)和一氟甲烷(CH₃F即R41)，经过物理混合而成；

所述混合制冷剂中各组分摩尔浓度之和为100％，其中，所述乙烷的摩尔浓度为50％～75％，剩余为一氟甲烷。

上述包括乙烷和一氟甲烷组成的混合制冷剂存在优化浓度配比：混合制冷剂中各组分摩尔浓度之和为100％，其中乙烷摩尔浓度为55％～70％，剩余为一氟乙烷。其优化的依据主要是循环热力性能，即COP数值，另外综合考虑混合物的相平衡行为，使优化浓度范围内混合制冷剂中泡露点温差尽可能小，同时考虑其蒸发压力尽可能高，确保在固定排量压缩机运行范围内，系统的实际制冷量大。在该优化浓度范围内，该混合制冷剂在0.5MPa压力下泡露点温差不超过2K。

上述包括乙烷和一氟甲烷组成的混合制冷剂还存在最佳浓度配比：混合制冷剂中各组分摩尔浓度之和为100％，其中乙烷摩尔浓度为60％～68％，剩余为一氟乙烷。