CN102618220B - 一种适用于120k～150k深冷温区的混合制冷剂 - Google Patents
一种适用于120k～150k深冷温区的混合制冷剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及的提供一种适用于单机自动复叠制冷系统120K～150K深冷温区的混合制冷剂，它由六类制冷剂组成，各自占总摩尔浓度为：第一类为R740、R728或两种混合物占3％～20％；第二类为R50、R784或两种混合物占5％～25％；第三类为R14占15％～30％；第四类为R23占15％～25％；第五类为R125、R218、R22、R32或其中两种、三种四种的混合物占5％～15％；第六类为R236fa、R123、R124或其中两种、三种混合物占20％～30％。在常温下进行物理混合，到相应的混合制冷剂，可以使系统温度达到120K～150K，与润滑油具有良好的互溶性，ODP值几乎为零。它具有经济、环保、安全、不可燃等优点。
Description
发明领域
本发明属于制冷系统领域，涉及一种制冷剂，特别涉及一种适用于单机自动复叠制冷系统120K～150K深冷温区的混合制冷剂。
背景技术
在现代制冷技术中，如果通过使用压缩机制冷到120K～150K深冷温区通常需要使用三元或四元复叠式制冷方式。而多元复叠式系统复杂，需要的压缩机、附属元件及控制元件较多，故障率较高，技术相对落后。所以通过单机自动复叠制冷系统来实现120K～150K的低温技术将得到长足发展。
现有技术中如美国专利：US5,441,658和我国专利：CN97,115,295.0均是应用于液氮温区(80K)为目的。但现行市场上真正广泛应用的温区大多数在120K～150K(-123～-153℃)之间，如：-150℃超低温冰箱、-140℃低温金属处理箱、-135℃水汽捕集泵(Water-VaporCryopump)和低温冷阱(Cryotrap)、-125℃航天热沉实验箱等。显然液氮温区的技术应用到120K～150K温区相对能耗较高、效率低，所以并不适用。
目前还有一个国内专利CN1475544A，它的使用温区为(100K-150K)，可以覆盖120K～150K深冷温区，但在实际生产过程中还存在诸多问题。该项专利只是粗略给出六组不同温区的几种制冷剂，而且很多制冷剂为非主流制冷剂，具有不便购买、价格昂贵、等不利因数。实际的生产者技术人员他们并非研究人员，很难在近二十种制冷剂中准确找出想要使用的制冷剂，及制冷剂间的比例，配置制冷剂的工作变得十分繁琐，所以制约了此技术的发展。在此项技术中，大量使用了具有可燃性的制冷剂(R50、R170、R1150、R290、R600a等)，特别是该专利提到的第六组物质全部是可燃性制冷剂。虽然我国对可燃性制冷剂无严格的规定，但许多国家明文规定了家用冰箱或小型室内制冷设备R600a的充注量不得超过150克，可见其危险性还需特别注意。该混合制冷剂应用到一般小型的制冷系统中，可燃性制冷剂往往都超过数公斤，如果应用到更大一些的系统，整个系统将是一个危险的火药桶，一旦泄漏后果不堪设想。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种适用单机自动复叠制冷系统120K～150K深冷温区的混合制冷剂，它由六类制冷剂组成：第一类为R740(氩气)或R728(氮气)；第二类为R50(甲烷)或R784(氪)；第三类为R14(四氟化碳)；第四类为R23(三氟甲烷)第五类为R125(五氟乙烷)、R218(全氟丙烷)、R22(二氟一氯甲烷)、R32(二氟甲烷)；第六类为R236fa(六氟丙烷)、R123(二氯三氟乙烷)、R124(一氯四氟乙烷)。六类制冷剂的摩尔浓度总和为100％，它们各自所占的比例范围为：
第一类占总摩尔浓度的3％～20％；
第二类占总摩尔浓度的5％～25％；
第三类占总摩尔浓度的15％～30％；
第四类占总摩尔浓度的15％～25％；
第五类占总摩尔浓度的5％～15％；
第六类占总摩尔浓度的20％～30％。
六类制冷剂按照配比，在常温下进行物理混合，就可得到相应的混合制冷剂。使用该混合制冷剂可以使系统温度达到120K～150K，并且在系统中与润滑油具有良好的互溶性，而且ODP值几乎为零。在保证用户经济效益的前提下达到了环保、方便、安全、不可燃的要求。
一般来说，高沸点的制冷剂越多，相应的压缩机运行压力越低，蒸发器内的温度越高。反之，低沸点制冷剂含的比例越高，相应的压缩机运行压力越高，蒸发器内的温度越低。压缩机工作压力(绝对压力)高压一般在9bar～17bar之间，低压在2bar～3bar之间。根据实际工况，可以加以改动。各温区具体配比为：
1、适用于120K温区：
第一类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度5％～10％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％；
2、适用于130K温区：
第一类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度15％～25％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度8％～12％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％；
3、适用于140K温区：
第一类制冷剂占总摩尔浓度5％～10％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度25％～30％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度15％～25％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度25％～30％；
4、适用于150K温区：
第一类制冷剂占总摩尔浓度3％～5％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度5％～15％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度20％～30％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度25％～30％；
它们在五级蒸发器的系统中(参见附图1)分别形成-10～-25℃、-45～-55℃、-75～-90℃、-100～-120℃、-125～-155℃五个梯度的不同温区，是相邻两种温区的制冷剂在相应温区共同发挥作用所致。
附图说明
图1为适用于本发明的单机自动复叠五级制冷系统原理图，其中1为压缩机，2为油分离器，3为冷凝器，4、7、8、9为气液分离器，5为干燥过滤器，6为节流装置，10为负载，11、12、13、14、15为蒸发冷凝器。
本发明的优点如下：
1、符合环保要求：
消耗臭氧潜能值ODP值越小，制冷剂的环境特性越好。根据目前的水平，认为ODP值小于或等于0.05的制冷剂是可以接受的。本发明的混合制冷剂中大部分制冷剂ODP为0；少数制冷剂ODP较低，其中R22为0.034，R123、R124为0.02，符合相关环保标准中保护臭氧层，减少温室效应的要求。
2、低温下流动性好：
现代制冷技术中，由于环保环保制冷剂的使用，压缩机油大多采用POE(多元醇脂油)，而第3、4、5、6类制冷剂都与多元醇脂润滑油有良好的互溶性，低温下流过毛细管、膨胀阀节流装置不会出现油凝固及蜡堵现象；由于系统中有多达四级的气液分离器，压缩机油不可能到达-120度的温区，所以第1、2类制冷剂不用考虑其溶油性。
3、不燃性、安全性：
除R50外所有制冷剂都不可燃，无毒，无爆炸危险。因混合制冷剂中R50所占的比例较小，即使使用R50，危险系数也比较低。也可以考虑使用不燃的R784代替R50。
4、购买方便，价格低廉：
所有制冷剂都被广泛应用到制冷行业或其它行业中，价格低廉，采购方便。
5、配置简单：
六类制冷剂在常温下进行物理混合，就可得到相应的混合制冷剂。在六类制冷剂中，根据市场情况，每类只选其中一种，即可进行配置。在研制、开发及维修过程中，因为它们共同作用到5个温区的蒸发器，想知道哪种制冷剂多或少，只需探测其对应温区的温度的高低，就可决定其充注量的增减。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
配置适用于单机自动复叠制冷系统120K～150K深冷温区的混合制冷剂，它包括以下6类制冷剂：第一类为R740(氩气)或R728(氮气)；第二类为甲烷(R50)或R784(氪)；第三类为R14(四氟化碳)；第四类为R23(三氟甲烷)；第五类为R125(五氟乙烷)、R218(全氟丙烷)、R22(二氟一氯甲烷)、R32(二氟甲烷)；第六类为R236fa(六氟丙烷)、R123(二氯三氟乙烷)、R124(一氯四氟乙烷)。
实施例1：配置使用在120K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R728占总摩尔浓度10％，R740占总摩尔浓度10％；
第二类：R50占总摩尔浓度10％；R784占总摩尔浓度5％；
第三类：R14占总摩尔浓度20％；
第四类：R23占总摩尔浓度20％；
第五类：R22占总摩尔浓度5％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度20％，其余为0％。
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度120K，压缩机排气温度380K，高压220psi，低压25psi。
实施例2：配置使用在120K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R728占总摩尔浓度5％，R740占总摩尔浓度15％；
第二类：R50占总摩尔浓度5％；R784占总摩尔浓度10％；
第三类：R14占总摩尔浓度15％；
第四类：R23占总摩尔浓度20％；
第五类：R32占总摩尔浓度5％，R22占总摩尔浓度5％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度20％，其余为0％。
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度120K，压缩机排气温度380K，高压215PSI，低压22psi。
实施例3：配置使用在130K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R740占总摩尔浓度15％，其余为0％；
第二类：R784占总摩尔浓度20％，其余为0％；
第三类：R14占总摩尔浓度20％；
第四类：R23占总摩尔浓度15％；
第五类：R125占总摩尔浓度3％，R218占总摩尔浓度7％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度10％，R124占总摩尔浓度10％，其余为0％；
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度130K，压缩机排气温度375K，高压205PSI，低压25psi。
实施例4：配置使用在130K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R740占总摩尔浓度8％，R728占总摩尔浓度5％；
第二类：R784占总摩尔浓度5％，R50占总摩尔浓度12％，；
第三类：R14占总摩尔浓度20％；
第四类：R23占总摩尔浓度20％；
第五类：R32占总摩尔浓度5％，R218占总摩尔浓度5％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度10％，R124占总摩尔浓度10％，其余为0％；
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度130K，压缩机排气温度375K，高压200PSI，低压22psi。
实施例5：配置使用在140K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R740占总摩尔浓度8％，其余为0％；
第二类：R50占总摩尔浓度10％；R728占总摩尔浓度5％
第三类：R14占总摩尔浓度25％；
第四类：R23占总摩尔浓度17％；
第五类：R218占总摩尔浓度5％；R125占总摩尔浓度5％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度10％；R236fa占总摩尔浓度15％，其余为0％；
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度140K，压缩机排气温度365K，高压190psi，低压20psi。
实施例6：配置使用在140K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R740占总摩尔浓度3％，R728占总摩尔浓度2％；
第二类：R50占总摩尔浓度5％；R784占总摩尔浓度10％
第三类：R14占总摩尔浓度30％；
第四类：R23占总摩尔浓度15％；
第五类：R218占总摩尔浓度2％；R125占总摩尔浓度3％，R125占总摩尔浓度5％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度10％；R236fa占总摩尔浓度15％，其余为0％；
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度140K，压缩机排气温度365K，高压190psi，低压22psi。
实施例7：配置使用在150K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R740占总摩尔浓度3％，其余为0％；
第二类：R50占总摩尔浓度3％；R784为4％
第三类：R14占总摩尔浓度25％；
第四类：R23占总摩尔浓度25％；
第五类：R218占总摩尔浓度5％；R125占总摩尔浓度10％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度10％；R236fa占总摩尔浓度15％，其余为0％；
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度150K，压缩机排气温度365K，高压180psi，低压15psi。
实施例8：配置使用在150K温区的混合制冷剂，每类制冷剂摩尔浓度如下：
第一类：R728占总摩尔浓度3％，其余为0％；
第二类：R50占总摩尔浓度7％；R784为3％
第三类：R14占总摩尔浓度27％；
第四类：R23占总摩尔浓度20％；
第五类：R125占总摩尔浓度5％，R32总摩尔浓度5％，其余为0％；
第六类：R123占总摩尔浓度10％；R236fa占总摩尔浓度10％，R124占总摩尔浓度10％。
运行参数为：冷凝温度300K，制冷温度150K，压缩机排气温度365K，高压170psi，低压18psi。
从以上实施案例可以看出，在单机复叠式五级制冷系统中，采用压缩比在10以下的压缩机，应用本发明的混合制冷剂，运行时，其蒸发温度完全可达到120K～150K之间，而且所用的制冷剂ODP(臭氧破坏系数)均达到环保要求，可燃性极低，可称为环保型混合制冷剂。
Claims (5)
1.一种适用于120K～150K深冷温区的混合制冷剂，其特征在于它由六类制冷剂组成：第一类为R740(氩气)或R728(氮气)或两种的混合物；第二类为R50(甲烷)或R784(氪)或两种的混合物；第三类为R14(四氟化碳)；第四类为R23(三氟甲烷)；第五类为R125(五氟乙烷)、R218(全氟丙烷)、R22(二氟一氯甲烷)、R32(二氟甲烷)或任意两种、三种或四种的混合物；第六类为R236fa(六氟丙烷)、R123(二氯三氟乙烷)、R124(一氯四氟乙烷)或其中任意两种、三种的混合物；R22(二氟一氯甲烷)的ODP值为0.034，R123(二氯三氟乙烷)、R124(一氯四氟乙烷)的ODP值为0.02；六类制冷剂的摩尔浓度总和为100％，它们各自所占的比例范围为：
第一类占总摩尔浓度的3％～20％；
第二类占总摩尔浓度的5％～25％；
第三类占总摩尔浓度的15％～30％；
第四类占总摩尔浓度的15％～25％；
第五类占总摩尔浓度的5％～15％；
第六类占总摩尔浓度的20％～30％。
2.如权利要求1所述的适用于120K～150K深冷温区的混合制冷剂，其特征在于所述适用于120K深冷温区的混合制冷剂每类制冷剂所占总摩尔浓度的比例为：
第一类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度5％～10％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％。
3.如权利要求1所述的适用于120K～150K深冷温区的混合制冷剂，其特征在于所述适用于130K深冷温区的混合制冷剂每类制冷剂所占总摩尔浓度的比例为：
第一类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度15％～25％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度15％～20％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度8％～12％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％。
4.如权利要求1所述的适用于120K～150K深冷温区的混合制冷剂，其特征在于所述适用于140K深冷温区的混合制冷剂每类制冷剂所占总摩尔浓度的比例为：
第一类制冷剂占总摩尔浓度5％～10％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度25％～30％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度15％～25％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度25％～30％。
5.如权利要求1所述的适用于120K～150K深冷温区的混合制冷剂，其特征在于所述适用于150K深冷温区的混合制冷剂每类制冷剂所占总摩尔浓度的比例为：
第一类制冷剂占总摩尔浓度3％～5％；
第二类制冷剂占总摩尔浓度5％～15％；
第三类制冷剂占总摩尔浓度20％～30％；
第四类制冷剂占总摩尔浓度20％～25％；
第五类制冷剂占总摩尔浓度10％～15％；
第六类制冷剂占总摩尔浓度25％～30％。
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