[发明专利]超低温用非共沸冷媒

说明书

提供一种非共沸混合冷媒，其在具有热交换器的制冷机中，能达成‑100℃～‑150℃的超低温度。达成‑100℃以下低温的非共沸混合冷媒由基础冷媒与R‑14构成，其为含有5重量％～40重量％的R‑14的非共沸混合冷媒，其中，基础冷媒是由丁烷+丙烷、及相对于此为低沸点冷媒的R‑23+R‑116构成。并且，达成‑120℃以下的非共沸混合冷媒由基础冷媒与R‑14及R‑50+R‑740构成，其为基础冷媒/R‑14为95/5～60/40，且分别含有1重量％～10重量％的R‑50及R‑740的非共沸混合冷媒，而且，达成‑150℃左右的冷却温度的非共沸混合冷媒是分别含有4重量％～10重量％的上述非共沸混合冷媒R‑50及R‑740的非共沸混合冷媒。

技术领域

本发明涉及一种在制冷机中达成-100℃～-150℃的超低温度的非共沸混合冷媒，尤其涉及一种非常适合于以一元单段式的简单制冷机的系统结构来达成-100℃～-150℃的超低温度的非共沸混合冷媒。

现有技术

制冷机从适合于食品等的保存、贮藏的负数十度的低温领域，至为了将食品的鲜度保持为冷冻当初的状态，或者，为了在医疗领域等使活体组织保持原样的冷冻库内温度-50℃以下的超低温度，其正得到实用化。

对于达成上述超低温度的制冷机而言，在利用应用于空气液化等的由气体的绝热膨胀产生的焦耳-汤姆逊效应的设备中，从冷却能力或设备方面的限制考虑并不常见，在常温环境下予以压缩液化而释出冷凝热，通过该液相的蒸发潜热进行冷却的制冷机更为一般。

在这种制冷机系统中使用的冷媒需要具有如下相反的性质，即，从实用性的压缩机的能力考虑，应在常温附近在十数巴左右的压力下冷凝，同时为了达成作为目标的超低温度，其沸点应为作为目标的该超低温度以下。

为了满足这些条件，在以往使用的制冷机中，是组合利用在常温下冷凝的高沸点冷媒运转的制冷机和使用达成低温的低沸点冷媒的制冷机，通过高沸点冷媒的制冷机冷却低沸点冷媒的制冷机的冷凝器，以使低沸点冷媒冷凝，从而达成作为目标的超低温。

这种方式虽然原理上简单，但由于组合以两种或两种以上的冷媒各自独立运转的制冷机，因此，零件数量多，导致设备复杂而大型化，不仅容易发生故障，而且产品成本也较高。

相对于此，通过采用混合这些沸点不同的两种以上的冷媒的冷媒，使得以一台压缩机运转的制冷机系统已得到实用化。

大多数这种混合冷媒是非共沸的，沸点等成为各个冷媒的中间性特性，所以，通过这些冷媒的组合，可获得作为目标特性的冷媒，但是，由于非共沸这一性质，沸点会随温度及压力而变化，在冷凝及蒸发过程中，液相与气相的构成发生变化，同时沸点也发生变化。

因此，对于要组合的冷媒，人们做了各种努力，例如使用沸点等性质接近的冷媒，利用返回到蒸发后的压缩机的低温冷媒冷却前往蒸发器的冷媒，以促进其冷凝，从而能够与单一冷媒同样地进行处理等。

但是，在达成冷却温度更低的-50℃以下的超低温度的混合冷媒中，在这种系统中低沸点的冷媒的冷凝并不进行，制冷机很难稳定运转。

因此，在使用组合在常温下可冷凝的高沸点冷媒和达成作为目标的超低温的低沸点冷媒的非共沸冷媒的制冷机系统中，对在常温环境下冷凝的富高沸点冷媒的液相和不冷凝的富低沸点冷媒的气相进行分离，利用液相的高沸点冷媒的蒸发潜热，对低沸点冷媒进行冷却和冷凝(专利文献1：日本特开平3-255856号公报)。

这种方式具有只需要一台压缩机的优点，但根据作为目标的超低温度，需要这种多级气液分离和由蒸发·冷凝而进行的热交换过程，因此，此部分难免变得复杂。