專利名稱：致冷劑混合物的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種致冷劑混合物，特別是一種用于汽車和載重汽車中的空調(diào)設(shè)備、優(yōu)選是用于車載空調(diào)設(shè)備中的致冷劑。
眾所周知，可使用鹵代烴或其混合物作為致冷劑。
近來(lái)，特別是對(duì)于用于車載空調(diào)設(shè)備中的所謂天然致冷劑已引來(lái)頗多關(guān)注。二氧化碳是一種可行的替代物，相對(duì)于至今以來(lái)所用的臭氧友好的1.1.1.2-四氟乙烷(R134a)來(lái)說(shuō)，其直接的溫室效應(yīng)潛值非常小。由于其不可燃性，二氧化碳在約1950年之前一直用作致冷機(jī)的工質(zhì)。但是，由于三相點(diǎn)和壓力狀態(tài)(Drucklage)不理想，所以隨著會(huì)產(chǎn)生FCKW而使得其作為致冷劑變得毫無(wú)意義。
已知，可將CO2單獨(dú)或與鹵代烴混合后用作致冷劑。
此外也已知，與那些特別是例如具有很高溫室效應(yīng)潛值(GWP)的氟氯烴之類的鹵代烴不同，部分氟代的烴的GWP值則要明顯低的多。在致冷技術(shù)領(lǐng)域，目前可使用許多種不具有潛在臭氧分解可能的物質(zhì)。
DE4116274中公開(kāi)了一種致冷劑混合物，其含有CO2和部分氟代的烴如R134a(CF3-CH2F)或R152a(CHF2-CH3)。這種混合物應(yīng)特別可用作致冷劑R22(CHClF2)和R502((CHClF2)(R22)和C2ClF5(R115)構(gòu)成的共沸混合物)的替代品。
WO00/39242中同樣記載了一種用作R22(CHClF2)或R502(CHClF2和C2ClF5構(gòu)成的混合物)的替代品的致冷劑混合物。這種混合物由氟乙烷(R161)和三氟碘甲烷(R13I1)組成。
本發(fā)明的目的在于提供一種致冷劑混合物，其可用作R134a的替代品。該致冷劑混合物應(yīng)具有最小的溫室效應(yīng)潛值，無(wú)毒和盡可能不可燃。
本發(fā)明的致冷劑混合物含有GWP100小于150的鹵代烴和CO2或由其組成。
作為GWP100小于150的鹵代烴，特別合適的化合物是1.1-二氟乙烷(R152a)，氟乙烷(R161)和三氟碘甲烷，它們與CO2結(jié)合起來(lái)可用作致冷劑1.1.1.2-四氟乙烷(R134a)的替代品。
氟乙烷和二氟乙烷作為單個(gè)物質(zhì)來(lái)說(shuō)是可燃的，但是它們具有的GWP100低于150，并且在空氣中是非常不穩(wěn)定的。已發(fā)現(xiàn)氟乙烷的GWP100為12，而二氟乙烷的GWP100為120。
三氟碘甲烷是不可燃的，但是在空氣中同樣是非常不穩(wěn)定的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將單個(gè)物質(zhì)與CO2結(jié)合即能彌補(bǔ)單個(gè)物質(zhì)的性能缺陷，并且本發(fā)明的致冷劑混合物也可特別用于車載空調(diào)設(shè)備中。從其直接的溫室效應(yīng)潛值方面來(lái)看，該致冷劑混合物實(shí)際上要比1.1.1.2-四氟甲烷更好，并因此可用作替代品。該致冷劑混合物的組成可以根據(jù)致冷劑體系內(nèi)的壓力而改變。
同樣，在本發(fā)明范疇內(nèi)，要選擇致冷劑混合物的組成，以減小或強(qiáng)烈抑制燃燒的險(xiǎn)性。
在某實(shí)施方式中，使用由98-70重量％的R152a和2-30重量％的CO2組成的混合物作為R134a的替代品。
本發(fā)明混合物中的兩個(gè)單個(gè)成分作為純凈物用于致冷劑時(shí)是具有缺陷的。
R152a的熱物理性能與R134a類似。但是，由于R152a的可燃性，使得其在直接蒸發(fā)的系統(tǒng)中，例如在汽車中的使用性受到很大制約。R152a的爆炸濃度范圍在4.5體積％的爆炸下限值與21.8體積％的爆炸上限值之間。當(dāng)混合以30重量％的CO2時(shí)，爆炸下限值則會(huì)提高到13體積％(參見(jiàn)
圖1)。爆炸下限值的提高也就降低了通常在可燃的致冷劑上所存在的那些風(fēng)險(xiǎn)。
CO2在熱物理性能上與R134a和R152a有很大不同。CO2是不可燃的。相比于R134a或R152a，CO2具有相當(dāng)高的壓力狀態(tài)。
31℃的臨界溫度使得適于汽車空調(diào)的CO2不可用于傳統(tǒng)的亞臨界的壓縮致冷過(guò)程中，而是必須要經(jīng)歷一個(gè)跨臨界(transkritisch)過(guò)程?？缗R界過(guò)程會(huì)帶來(lái)更高的過(guò)程壓力(＞100bar)并且會(huì)導(dǎo)致理論上可達(dá)到的最大效率大為劣化。
CO2盡管可由人體產(chǎn)生，但是在濃度高于4體積％時(shí)會(huì)產(chǎn)生毒性，即在長(zhǎng)時(shí)間吸入后會(huì)導(dǎo)致失去知覺(jué)，而超過(guò)8體積％時(shí)會(huì)致死。在與R152a混合后，這種毒性作用就會(huì)消除。
R134a的GWP100為1300，當(dāng)其到達(dá)空氣中時(shí)會(huì)對(duì)溫室效應(yīng)產(chǎn)生較高的貢獻(xiàn)。
利用GWP100為140的R152a和GWP100為1的CO2，本發(fā)明所用的成分具有比R134a更低的GWP100值。
由于R152a和CO2有著不同于R134a的比重，因此就能顯著減少它們?cè)谄嚳照{(diào)設(shè)備中所需的填充量。(參見(jiàn)表1)表1填充量比較
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，混合物有著較高的體積致冷效率。該高的致冷效率導(dǎo)致壓縮機(jī)所需的行程容積減小，并因此而減小了壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸(參見(jiàn)實(shí)施例1)。
若使用針對(duì)R134a設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)，則就能獲得更快的致冷速度。這對(duì)于汽車空調(diào)來(lái)說(shuō)具有至關(guān)重要的意義，特別是從技術(shù)可靠性原因考慮。
由R152a和CO2組成的且其中CO2含量＞2重量％的混合物具有比R134a更高的壓力狀態(tài)。更高的壓力狀態(tài)能改善傳熱和降低摩擦壓力損失。兩種效應(yīng)對(duì)于整個(gè)體系的能量效率具有積極作用。
由R152a和CO2組成的混合物具有較大的溫度滑動(dòng)性(Temperaturgleit)。當(dāng)需要在滑動(dòng)的溫度條件下進(jìn)行冷卻和加熱時(shí)，這就會(huì)起到積極作用。滑動(dòng)式熱傳遞存在于所有熱傳遞過(guò)程中，并且其中在次級(jí)側(cè)(Sekundrseite)上不會(huì)發(fā)生相變化，并因此在空氣冷卻或加熱過(guò)程中也不會(huì)發(fā)生相變化。
實(shí)施例1在模擬的汽車空調(diào)設(shè)備中，在所述條件下相互比較致冷劑或致冷劑混合物。
循環(huán)條件以內(nèi)管式換熱器來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的循環(huán)過(guò)程Tu＝30℃To＝0℃Tc＝45℃T過(guò)熱＝5KT過(guò)冷＝2K等熵效率＝1；ΔT|WT＝12K對(duì)于R152a/CO2共沸混合物的不同條件在熱交換器中，于Tm＝T”-(T”-T’)/2的平均溫度下進(jìn)行熱傳遞過(guò)程對(duì)于R152a/CO279.32/20.68重量％共沸混合物的不同條件致冷劑的流出溫度為35℃，導(dǎo)致平均溫度為Tm＝48.5℃。
對(duì)于跨臨界的CO2-過(guò)程的不同條件ΔT|WT＝5K
表2不同致冷劑的效率值(COP)與體積冷卻效率的比較
權(quán)利要求
1.一種可用作致冷劑R134a的替代品的致冷劑混合物，其含有GWP100小于150的鹵代烴和CO2或者由它們組成。
2.如權(quán)利要求1所述的致冷劑混合物，其特征在于，作為鹵代烴特別優(yōu)選包含1.1-二氟乙烷、氟乙烷和/或三氟碘甲烷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的致冷劑混合物，其由98-70重量％的1.1-二氟乙烷和2-30重量％的CO2組成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的致冷劑混合物，其特征在于，致冷劑混合物含有氟乙烷和CO2，或者由它們組成。
5.含有GWP100小于150的鹵代烴和CO2或者由它們組成的致冷劑混合物的用途，用于替代汽車和載重汽車的空調(diào)設(shè)備中的、特別是車載空調(diào)設(shè)備中的致冷劑1.1.1.2-四氟乙烷(R134a)。
6.如權(quán)利要求5所述的用途，其特征在于，由98-70重量％的R152a和2-30重量％CO2組成的致冷劑混合物用作致冷劑R134a的替代品。
7.如權(quán)利要求5所述的用途，其特征在于，致冷劑混合物含有氟乙烷和CO2或者由它們組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用作致冷劑1.1.1.2－四氟乙烷(R134a)的替代品的致冷劑混合物，其中該混合物含有GWP
文檔編號(hào)C09K5/04GK1842579SQ200480024345
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者費(fèi)利克斯·弗洛爾, 克里斯托夫·莫伊雷爾, 馬丁·施維格爾, 維爾納·克呂克 申請(qǐng)人:蘇威氟有限公司