[发明专利]新的制冷剂组合物

说明书

以碳氟化合物为基的流体已被广泛地用于制冷，空调及热泵的领域中。

蒸汽压缩循环是制冷的一种普通形式。在其最简单的方式中，蒸汽压缩循环包括通过低压吸热使液态制冷剂变成汽态制冷剂，然后通过高压排热使其由汽态变成液态。

然而，制冷的主要目的是移去低温处的能量，而热泵的主要目的是向高温提供能量。热泵被认为是可逆循环系统，因为从加热角度考虑，冷凝器的运行与制冷蒸发器的运行是可互换的。

本技术是继续寻找新的以碳氟化合物为基的流体，这些流体可以作为制冷和热泵领域的替代物。目前，特别感兴趣的是以碳氟化合物为基的混合物，因为这种混合物被认为符合环保要求而可取代目前所用的含氯氟烃的化合物。人们怀疑氯氟烃化合物，如二氟一氯甲烷（HCFC-22）可能带来与保护地球的臭氧层有关的环境影响问题。

替代物质同样必须具有氯氟烃所具有的独一无二的性能，这些氯氟烃类化合物都具有相似的制冷特性，化学稳定性，低毒性，不易燃，使用有效且温度渐变性小（low    temperature    glides）。

对于相似制冷特性是指在相同的温度情况下蒸汽压力是标准制冷剂的±20%。

使用有效的特性是重要的，例如，在空调和制冷过程中，制冷剂的热力性能降低或能量利用率降低会对环境造成进一步的影响，这是因为对电能需求的增加必然会增加使用矿物燃料的损耗。

温度渐变性小具有下述意义。很明显，单组份的制冷剂流体的冷凝温度和蒸发温度是一定的。如果略去制冷剂管道内的较小压降不计的话，那么在与冷凝或蒸发压力相对应的某一温度下会发生冷凝或蒸发。对于作为制冷剂的混合物来说，不存在某一相变温度，而出现相变温区。该温区受混合物的汽-液平衡状态的影响。混合物的这种性能是导致下述情况的主要原因，即，当制冷循环中使用非共沸混合物时，若不考虑压降的影响，冷凝器内或蒸发器内的温度也不再为某一均匀值，相反，在整个装置上存在与压降无关的温度变化。在本技术领域中，整个装置上的这种温度变化称之为温度渐变。

对于非等温热源和非等温散热，可以利用混合物的这种温度渐变以使效率更高。然而为了从该效果中获益，必须对传统的制冷循环加以重新设计，如参见T.Atwood“NARBs-展望与问题”美国机械工程师学会论文86-WA/Ht-61。在现有的大多数制冷设备的设计中，温度渐变成为人们关注的焦点。因此非共沸制冷剂混合物并没有得到广泛的使用。温度较小渐变和具有与其它公知的纯液体（如HCFC-22）相似的制冷能力的符合环保要求的非共沸混合物将推动该技术的发展。

1，1，1，2-四氟乙烷（HFC-134a）被认为是一种满足环保要求的制冷剂，不过它的挥发性远低于HCFC-22，因此制冷能力也远低于HCFC-22。用HFC-134a代替HCFC-22需要重新设计设备，工作量大，费用高。而且，在较低的蒸发温度的情况下，HFC-134a具有低于大气压的蒸汽压。系统泄漏导致空气流入，从而影响性能并使可靠性下降。

五氟乙烷（MFC-125）也被认为是一种符合环保要求的制冷剂，但其临界温度很低，约为54°F，比HCFC-22的临界温度低。由于临界温度低，在高冷凝温度下HFC-125的制冷能力下降，因此采用HFC-125系统效率非常低。

1，1-二氟乙烷（HFC-152a）和丙烷是符合环保要求的流体，但它们易燃。

三氟甲烷（HFC-23）也符合环保要求，但它的临界点为室温，这使其在任何HCFC-22应用场合都不实用。

本发明所公开的非共沸组合物包含HFC-134a，HFC-125和选自HFC-152a，丙烷和HFC-23组中的一种组分，该组合物在-40°F时其蒸汽压为约12.2磅/英寸²-约18.4磅/英寸²。

当选择的组分为HFC-152a时，该组合物包含约15%-约70%摩尔的HFC-134a，约30%-约85%摩尔的HFC-125和约1%-约35%摩尔的HFC-152a。优选的组合物包含约20%-约45%摩尔的HFC-134a，约40%-约70%摩尔的HFC-125和约2%-约25%摩尔的HFC-152a。

当选择的组分为丙烷时，该组合物包含约15%-约70%摩尔的HFC-134a，约30%-约85%摩尔的HFC-125和约1%-约12%摩尔的丙烷。优选的组合物包含约20%-约45%摩尔的HFC-134a，约40%-约70%摩尔的HFC-125和约2%-约10%摩尔的丙烷。