[发明专利]适用于-80～-100℃深冷温度的不可燃混合制冷剂

说明书

技术领域

本发明涉及制冷与低温技术领域中的制冷剂，特别涉及一种适用于-80～-100℃深冷温度的不可燃混合制冷剂。

背景技术

利用回热措施的深冷多元混合工质节流制冷机具有高效、可靠及制造成本低等优点，广泛应用于能源、化工以及低温工程领域，用于实现器件深度冷却和工业气体的液化等方面，例如低温冰箱、天然气液化等领域。除制冷系统流程以及压缩机和换热器等硬件设施外，该制冷技术最为关键的是多元混合制冷剂。应用于混合工质节流制冷系统的多元混合制冷剂根据制冷温区的要求和系统结构设计，通常要求3～7种组元构成，表现为典型的非共沸特征，并且利用其相变区间的焓值随温度变化的非线性特征，实现高低压制冷剂之间的热当量匹配，从而提高制冷效率。从另外一个角度阐述，各个组元在其发生相变的温度区间具有较高的等温节流效应，而各个具有不同沸点温度的组元根据沸点高低匹配接力，可以构成混合制冷剂在整个制冷温跨范围具有较高的制冷效应。有关制冷剂筛选和热力学优化原理可以参见有关学术文献，这里不再赘述。

由于受到组元的沸点、凝固点温度等基础物性参数限制，另外还有组元工质的可燃性、毒性等其他物理化学性质，混合工质有效组元，尤其是低温下的可选组元非常有限。目前已经有若干授权或者申请专利涉及深冷混合工质组成和浓度配比，其中授权专利ZL 97115295.0，ZL 03121423.1，ZL 03121467.3和ZL 03121466.5分温区提出了用于深冷节流制冷技术的系列多元混合工质，其中组元有氮气、烷烃和部分烷烃的氟化物构成，混合物无臭氧破坏效应。混合物各组元按照沸点差异分成低温区组元、正常制冷温区组元，中高温区组元和高温区组元，每个温区组元按照一个浓度比例获得需求的多元混合工质，具有较高的热力学效率。其中含有的甲烷、乙烷以及丙烷等烷烃类物质具有与润滑油良好的互溶性，而且温室效应小，环保特性好，但是会导致系统存在一定可燃性。并且由于可燃成分的存在，使得系统在生产、调试、维修等环节均需要考虑防爆等措施，增加生产成本和用户接受的难度，尤其是在北美市场。

有专利申请ZL 01802606.0(公开号：CN 1388887A，与之类似内容出现在US6502410专利当中)提出了以氮气(N2)、氩气(Ar)和烷烃的氢氟化物(HFCs)和全氟化物(FC)，例如R23、R125、R134a、R236fa以及R245fa等组成的不可燃多元混合制冷剂，其中最低温度可以实现105K，还含有氖气(Ne)、氦气(He)等组成。该专利同样根据制冷温区不同，对于混合物内的组元根据其沸点划分为不同区域，由各温区不同沸点组元按照一定浓度比例范围构成整体混合物。其整个混合物不含可燃的烷烃类成分，也不含氢氟氯烃(HCFC)类具有臭氧破坏的组分。但是其效率较含有烷烃的混合物差。其中为了采用避免可燃性，其选取的不可燃HFC类物质如HFC125、HFC236fa等高沸点组元均具有较高的温室效应潜值(GWP)。

另有美国专利US5408848提出了一种采用不含CFC组元的混合工质制冷技术，以满足最低-150℃以上的制冷需求，其中在实施例中给出了以R142b、R134a、R23、R14和Ar为主的混合工质组成。该混合物组成内不含可燃组分，但是其中含有R142b为HCFC物质，具有臭氧层破坏效应，属于限制和禁用之列。