[發明專利]適于-130～-180 °C深冷溫區的多元混合制冷劑

有效

• 申請號: 201210207993.0
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102719226A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 吳劍峰;公茂瓊;董學強;沈俊
• 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: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及制冷與低溫技術領域中的制冷劑，特別涉及一種適用于-130~-180°C深冷溫度的高效、安全和環保的多元混合制冷劑。?

背景技術

利用回熱措施的深冷多元混合工質節流制冷機具有高效、可靠及制造成本低等優點，廣泛應用于能源、化工以及低溫工程領域，用于實現器件深度冷卻和工業氣體的液化等方面，例如低溫冰箱、天然氣液化等領域。除制冷系統流程以及壓縮機和換熱器等硬件設施外，該制冷技術最為關鍵的是多元混合制冷劑。應用于混合工質節流制冷系統的多元混合制冷劑根據制冷溫區的要求和系統結構設計，通常要求3~7種組元構成，表現為典型的非共沸特征，并且利用其相變區間的焓值隨溫度變化的非線性特征，實現高低壓制冷劑之間的熱當量匹配，從而提高制冷效率。從另外一個角度闡述，各個組元在其發生相變的溫度區間具有較高的等溫節流效應，而各個具有不同沸點溫度的組元根據沸點高低匹配接力，可以構成混合制冷劑在整個制冷溫跨范圍具有較高的制冷效應。有關制冷劑篩選和熱力學優化原理可以參見有關學術文獻，這里不再贅述。?

由于受到組元的沸點、凝固點溫度等基礎物性參數限制，另外還有組元工質的可燃性、毒性等其他物理化學性質，混合工質有效組元，尤其是低溫下的可選組元非常有限。目前已經有若干授權或者專利申請涉及深冷混合工質組成和濃度配比，其中授權專利ZL?97115295.0，ZL?03121423.1，ZL?03121467.3和ZL?03121466.5分溫區提出了用于深冷節流制冷技術的系列多元混合工質，其中組元有氮氣、烷烴和部分烷烴的氟化物構成，混合物無臭氧破壞效應。混合物各組元按照沸點差異分成低溫區組元、正常制冷溫區組元，中高溫區組元和高溫區組元，每個溫區組元按照一個濃度比例獲得需求的多元混合工質，具有較高的熱力學效率。其中含有的甲烷、乙烷以及丙烷等烷烴類物質具有與潤滑油良好的互溶性，而且溫室效應小，環保特性好，但是會導致系統存在一定可燃性。并且由于可燃成分的存在，使得系統在生產、調試、維修和使用場合等環節均需要考慮防爆等措施，增加了生產成本和用戶接受?的難度。?

有專利ZL?01802606.0（公開號：CN?1388887A，與之類似內容出現在US6502410專利當中）提出了以氮氣（N2）、氬氣（Ar）和烷烴的氫氟化物（HFCs）和全氟化物（FC），例如R23、R125、R134a、R236fa以及R245fa等組成的不可燃多元混合制冷劑，其中最低溫度可以實現105K，還含有氖氣（Ne）、氦氣（He）等組成。該專利同樣根據制冷溫區不同，對于混合物內的組元根據其沸點劃分為不同區域，由各溫區不同沸點組元按照一定濃度比例范圍構成整體混合物。其整個混合物不含可燃的烷烴類成分，也不含氫氟氯烴（HCFC）類具有臭氧破壞的組分。但是其效率較含有烷烴的混合物差。其中為了采用避免可燃性，其選取的不可燃HFC類物質如HFC125、HFC236fa等高沸點組元均具有較高的溫室效應潛值（GWP）。?

另有美國專利US5408848提出了一種采用不含CFC組元的混合工質制冷技術，以滿足最低-150°C以上的制冷需求，其中在實施例中給出了以R142b、R134a、R23、R14和Ar為主的混合工質組成。該混合物組成內不含可燃組分，但是其中含有R142b為HCFC物質，具有臭氧層破壞效應，屬于限制和禁用之列。?