[發明專利]一種適用于單級壓縮制冷系統的環保型共沸制冷劑

無效

• 申請號: 200610113639.6
• 申請日: 2006-10-10
• 公開（公告）號: CN101161757A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: 吳劍峰;張宇;公茂瓊
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C09K5/04
• 分類號: C09K5/04
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳華

技術領域

本發明涉及一種混合制冷劑，特別涉及一種包含烷烴成分的，適用于單級壓縮制冷系統的環保型共沸混合制冷劑。

背景技術

單級壓縮式制冷系統作為一種普冷溫區高效、可靠的制冷方式被普遍應用于冰箱、空調和汽車空調等系統中。隨著人們生活水平的日益提高，對于此類制冷系統的環保性、節能性等方面都提出了更高的要求。此外，在最新的家用冰箱系統設計中，深冷溫區的保鮮技術已經成為發展的熱點，這就要求此類單級壓縮制冷系統在-30℃甚至-40℃仍然具有較高的效率。

常用于冰箱制冷系統的工質主要有R12(二氟二氯甲烷，CF₂Cl₂)，R134a(1，1，1，2-四氟乙烷，CH₂FCF₃)以及R600a(異丁烷，i-C₄H₁₀)等。其中R12曾經是應用最廣的中溫制冷工質，它毒性小、不可燃、不易爆，與普通礦物油具有良好的溶解特性，并具有良好的熱工性能，因此在上世紀三十年代被發現以后得以廣泛的應用。但是隨著臭氧層破壞機理和溫室效應的發現，R12以其很高的ODP和GWP系數被列入首先淘汰的工質之中。

R134a和R600a是兩種最常見的中溫替代工質。與R12比，R134a具有更好的遷移性質和更高的氣體和液體熱導率，在同樣的溫度區間內R134a的壓比略高于R12，而排氣溫度略低。該工質毒性低，不可燃，是很安全的制冷工質。但是，R134a與常規的礦物油不相溶，僅能溶解于昂貴的POE油或PAG油中，因此在使用時不能直接應用于原有的R12制冷系統中。相對于前兩種工質來說，R600a沸點較高，在大多數情況下，蒸發器中的R600a都處于負壓狀態，容易混入空氣和水蒸氣等物質導致系統性能的下降。此外，R600a的壓比一般略高于R12，而單位容積制冷量遠小于R12，因此要達到同樣的制冷能力，應該選用排氣量較大的制冷壓縮機。R600a毒性低，但是可燃，因此必須注意防火防爆，且一般應用于家用冰箱等充注量較小的系統中。另外，R600a與礦物油具有良好的互溶性，不需要采用昂貴的POE或PAG油。

此外，基于深冷保鮮技術的要求，由于以上兩種替代工質的沸點較高，采用普通壓縮機的制冷系統由于背壓太低因而很難達到低于-30℃的有效制冷溫度。綜上所述，選擇一種既有良好的熱力性能，又兼顧深冷保鮮技術的需要，并具有良好的潤滑油溶解性質的綠色工質已經成為先進制冷系統發展的迫切需要。

純物質中可供選擇的新替代工質已經十分有限，新工質的選擇已經逐步轉向到混合工質中。由于共沸混合工質在共沸點附近具有與純工質相似的性質，其又以是否具有最高共沸壓力(等溫條件下)或者最低共沸壓力可分為正共沸(positive?azeotrope)和負共沸(negative?azeotrope)兩種。大多數情況下，共沸混合物為正共沸。共沸混合物作為制冷工質使用，有以下幾個優點：1、在等壓條件下，共沸工質在共沸點附近蒸發時，蒸發溫度基本保持不變，易于獲得穩定的蒸發工況；2、對于正共沸混合工質而言，在同樣的蒸發溫度下共沸工質的背壓高于其單組分的純工質，因此具有更高的單位容積制冷量；3、避免非共沸工質在整個循環中的“相積存”而引起的濃度變化，因此可以保持制冷循環的穩定性和可靠性；4、多數共沸工質在共沸點附近比其單組分的純工質有更高的相變傳熱系數；5、可以兼顧某種組分相似的潤滑油溶解性質。因此，共沸混合工質以其優良的綜合性能成為替代工質發展的重要方向。

申請號為200310118961.4的專利申請書公開了一類近共沸制冷劑(公開號為CN1546594A)，包含了一種二元混合物和一種三元混合物，其中二元混合物(R134a+R600a)與本專利的組元相同，但濃度區間完全不同。基于本申請人對相平衡行為的研究，R134a+R600a并非200310118961.4所述的近共沸混合物，而是共沸混合物，因此該混合物享有共沸工質的諸多優點。此外，基于本申請人對R134a+R600a潤滑油溶解性質的研究，由于R134a和R600a兩種單質各自在礦物油中的溶解度相差很大，因此某個濃度的R134a+R600a混合物在帶有潤滑油的制冷系統中運行必將導致實際濃度的很大偏差。因此200310118961.4給定的濃度區間無法保證R134a+R600a混合物在實際運行過程中仍然保持共沸特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于單級壓縮制冷系統的，完全無臭氧層破壞、低溫室效應，并且與潤滑油具有良好互溶性并能保持共沸特性的高效混合制冷劑。