專利名稱：致冷循環(huán)用流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于致冷循環(huán)作為氟氯烴(CFC)代用品的親致冷劑介質(zhì)，以減少環(huán)境污染的危險(xiǎn)，特別是減少對(duì)同溫層中臭氧層的損耗。臭氧層在保護(hù)地球免受太陽(yáng)紫外線輻射中起極其重要的作用。
大家都知道，這一點(diǎn)是目前在整個(gè)環(huán)保問(wèn)題中辯論最多的問(wèn)題之一，科學(xué)和工業(yè)組織和管理機(jī)構(gòu)都在做巨大努力，來(lái)尋找和實(shí)驗(yàn)可能有助于解決這一問(wèn)題的新介質(zhì)。
在這方面，最經(jīng)常采用的方法之一看來(lái)是確定適合的共沸混合物。但是，共沸是一不能預(yù)料的現(xiàn)象，并且尋找實(shí)際上具有能有效用作致冷劑介質(zhì)所需的所有性質(zhì)的新共沸混合物是不容易的。
專利說(shuō)明書(shū)US-A-4155865公開(kāi)一種主要由約69.1～99.5％(重)1，1，2，2—四氟乙烷和約0.5～30.9％(重)1，1，1，2-四氟氯乙烷組成的共沸混合物。但是，這樣的混合物仍含有一種包括在1991年3月4日開(kāi)始執(zhí)行的EEC條約594/91號(hào)中的流體，也就是四氟氯乙烷，該法令涉及可能損耗臭氧層的那些物質(zhì)。它的生產(chǎn)和使用將因此而逐步停止。
所以，本發(fā)明的主要目的是確定不含有任何可能被禁止的對(duì)環(huán)境有害的流體的共沸混合物，考慮到它們?cè)谥吕溲h(huán)和類似的應(yīng)用中用作致冷劑介質(zhì)。
根據(jù)附后的權(quán)利要求1所示的特征，在這方而確定的共沸混合物含有異丁烷(在貿(mào)易中也稱為R600a)作為一共同的組分和氟化的烴類作為另一組分，所述的組分都不在根據(jù)國(guó)際條約必須禁止的物質(zhì)清單之列。
通常已知這些共沸混合物的主要優(yōu)點(diǎn)有在于，在相轉(zhuǎn)變過(guò)程中，也就是在汽化和冷凝過(guò)程中，壓力和溫度參數(shù)的始終如一。這樣的特殊性質(zhì)消除了在熱交換器和節(jié)流部件內(nèi)出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此使設(shè)備設(shè)計(jì)容易得多。
從以下的描述將更清楚地理解本發(fā)明這些優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)以及另外的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，根據(jù)在這里詳細(xì)描述的實(shí)施例以及附表1～6，通過(guò)非限制的實(shí)施例給出這些描述。
正如所提到的，本發(fā)明涉及的共沸混合物基于異丁烷(R600a)的使用。這些混合物是純共沸流體，也就是恒定在20℃下汽化的流體。當(dāng)然所有那些混合物都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，雖然在每一情況下它們的組分保持不變，但是在混合物中相同組分的百分含量彼此不同。這些混合物象純的共沸流體一樣，甚至在與在本文具體表明的溫度和壓力不同的另一溫度和壓力條件下；但是，在致冷以及其他應(yīng)用中，就它們的熱力學(xué)性質(zhì)和在沸騰階段中不分凝或分鎦的特性來(lái)說(shuō)，它們基本上為共沸流體。
第一類共沸混合物混合物的基本組成在20℃下是純共沸物，它由80％四氟乙烷[C2H2F4]和20％異丁烷[(CH3)2CHCH3]組成。
該混合物在0.1013兆帕下的沸點(diǎn)為-33.35℃。組成范圍定義如下在該組成范圍內(nèi)的混合物的共沸性能與通常的共沸性能沒(méi)有明顯的差別50～95％(重)四氟乙烷和5～50％(重)異丁烷。在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，混合物的重量百分組成為78～82％(重)四氟乙烷和18～22％(重)異丁烷。
這樣的混合物可用于按壓縮和膨脹循環(huán)操作的致冷設(shè)備，與傳統(tǒng)的致冷劑流體相比，裝在循環(huán)中的流體數(shù)量更少，而且設(shè)備的能量消耗減少。此外，這種混合物較使用傳統(tǒng)的致冷劑介質(zhì)，在提高密封式壓縮機(jī)的性能方面是有效的。最后，這種混合物可用于礦物油作潤(rùn)滑劑的壓縮機(jī)中。
為測(cè)試這一革新混合物的性能并與傳統(tǒng)的致冷劑比較，在壓縮機(jī)中和在完整的致冷設(shè)備中進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)大部分重要的結(jié)果都匯于下表1的2。
具體地說(shuō)，表1匯集了整套量熱試驗(yàn)的結(jié)果，試驗(yàn)在活塞排氣體積為5.7毫升的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)上進(jìn)行。從該表可以得出，與用相同的壓縮機(jī)，使用四氟乙烷(R134a)作為致冷劑介質(zhì)，也就是迄今使用的物質(zhì)(它作為本說(shuō)明書(shū)的參考)得到的對(duì)應(yīng)數(shù)值相比，在致冷能力和性能系數(shù)兩方面都有提高。
具體地說(shuō)，可以指出在參考溫度為-23.3℃下性能系數(shù)(COP)提高大約10％。
表2匯集了在總?cè)萘繛?22升的深冷冷凍箱上進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。從所述表中的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的混合物的使用如何使裝有致冷循環(huán)中的致冷劑量減少，與使用四氟乙烷(R124a)時(shí)的通常用量相比，減少量大約為30％，而與使用二氯二氟甲烷(R12)的通常用量相比，減少量大約為80％。
同樣，當(dāng)在冷凍箱的貯藏室的平均溫溫度保持實(shí)際上不變時(shí)，與四氟乙烷(R134a)相比減少約4％，與二氯二氟甲烷(R12)相比減少約11％。
從上述表中可以看出，本發(fā)明混合物的致冷能力看來(lái)明顯大于使用R134a或R12達(dá)到的致冷能力。
在以下工藝條件下在裝有東歐國(guó)家制造的XKB-6型密封式壓縮機(jī)的致冷機(jī)上進(jìn)行了進(jìn)一步試驗(yàn)，使用不同重量百分組成的R134a的R600a，并與僅使用R134a比較沸點(diǎn)253°K(-20℃)、冷凝溫度313°K(40℃)、壓縮機(jī)吸入口溫度305°K(32℃)。在分析表3中的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以得出本發(fā)明的致冷劑混合物使熱力學(xué)性能提高，因此使熱力學(xué)效率提高。
具體地說(shuō)，與參考的致冷劑相比，致冷能力看來(lái)提高3～19％。此外，本發(fā)明的混合物對(duì)同溫層中的臭氧層無(wú)害，因?yàn)樗旧嫌肦600a代替了R12。
第二類共沸混合物在20℃下混合物的基本組成是由75％二氟乙烷[C2H4F2]和25％導(dǎo)丁烷[(CH3)2CHCH3]組成的純共沸物。
在0.1013兆帕壓力下這一混合物的沸點(diǎn)為-29.42℃。
組成范圍定義如下，在該組成范圍內(nèi)的混合物的共沸性能與通常的共沸性能沒(méi)有明顯的差別55～92％(重)二氟乙烷和8～45％(重)異丁烷。在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，混合物的重量百分組成為73～77％(重)二氟乙烷和23～27％異丁烷。
這樣的混合物可用于按壓縮和膨脹循環(huán)操作的致冷設(shè)備，與傳統(tǒng)的致冷劑流體相比，裝在循環(huán)中的流體數(shù)量更少，而且設(shè)備的能量消耗減少。此外，這種混合物較使用傳統(tǒng)的致冷劑介質(zhì)，在提高密封式壓縮機(jī)的性能水平方面是有效的。
為了測(cè)試這種混合物的性能水平，在家用致冷設(shè)備的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)上進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的大部分重要結(jié)果都匯于表4。
具本地說(shuō)，表4匯集了整套量熱試驗(yàn)的結(jié)果，試驗(yàn)在活塞排氣體積為5.7毫升的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)上進(jìn)行。從該表可以得出，與用相同壓縮機(jī)，使用四氟乙烷(R134a)作為致冷劑介質(zhì)，也就是迄今使用的物質(zhì)(它作為本說(shuō)明書(shū)的友參考)得到的相應(yīng)數(shù)值相比，在致冷能力和性能系數(shù)兩方面都提高。
具體地說(shuō)，可以指出在參考溫度為-25℃下性能系數(shù)提高大約8％。甚至致冷能力比使用R134a，在相同的汽化溫度下得到的提高13.6％。
在以下工藝條件下，在裝有東歐國(guó)家制造的XKB-6型密封式壓縮機(jī)的致冷機(jī)上進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，使用不同重量百分組成的R152a和R600a，并與使用R152a和R12R的混合物(在貿(mào)易中也稱為R500)比較，基中R12的重量百分?jǐn)?shù)為74％沸點(diǎn)253°K(-20℃)、冷凝溫度313°K(40℃)、壓縮機(jī)吸入口溫度305°K(32℃)。在分析表5中的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以得出本發(fā)明的致冷劑混合物使熱力學(xué)性能提高。因此使熱力學(xué)效率提高。具體地說(shuō)，與參考的致冷劑相比，致冷能力看來(lái)提高2～5％。此外，本發(fā)明的混合物對(duì)同溫層中的臭氧層無(wú)害，因?yàn)樗旧嫌肦600a代替了R12。
第三類共沸混合物根據(jù)本發(fā)明該混合物的組成如下95～98％(重)共沸混合物R507和2～5％(重)異丁烷(R600a)，其中所述的共沸混合物R507由16.5％(摩爾)二氟乙烷和83.5％(摩爾)八氟丙烷(R218)組成。
第三類混合物不含任何可能對(duì)同溫層中臭氧層有害的流體，可用于按壓縮和膨脹循環(huán)操作的致冷設(shè)備。
在以下工藝條件下，在裝有東歐國(guó)家制造的XKB-6型密封式壓縮機(jī)的致冷機(jī)上進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，使用不同摩爾百分組成的混合物，并與僅使用R507混合物比較沸點(diǎn)253°K(-20℃)、冷凝溫度313°K(40℃)、壓縮機(jī)吸入口溫度305°K(32℃)。在分析表6中數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以得出本發(fā)明的致冷劑混合物使熱力能性能提高，因此使熱力學(xué)效率提高。具本地說(shuō)，與參考的致冷劑相比，致冷能力看來(lái)提高2～6％，而性能系數(shù)提高1～4％。
確實(shí)應(yīng)當(dāng)理解到，根據(jù)本發(fā)明用作致冷劑介質(zhì)的共沸混合物是對(duì)臭氧層無(wú)害的，同時(shí)又能達(dá)到明顯優(yōu)于使用傳統(tǒng)的致冷劑介質(zhì)可得到的性能水平的物質(zhì)。還應(yīng)理解到，在不違背附后的權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍的情況下，與上述組成相比，按任何不同的組成組合的混合物組分都包括在上面說(shuō)明的混合物中。
表2
表3
表4
<p>表5
表權(quán)利要求
1.一種由共沸混合物組成的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，它含有50～95％(重)氟化烴類和5～50％(重)異丁烷(CH3)2CHCH3(R600a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，所述的氟化烴類是四氟乙烷C2H2F4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，它含有50～95％(重)四氟乙烷和5～50％(重)異丁烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，它含有78～82％(重)四氟乙烷和18～22％(重)異丁烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，所述的氟化烴類是二氟乙烷C2H4F2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，它含有55～92％(重)二氟乙烷和8～45％(重)異丁烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，它含有73～77％(重)二氟乙烷和23～27％(重)異丁烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，所述的氟化烴類是由二氟乙烷和八氟丙烷(R218)組成的共沸混合物(R507)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的致冷劑介質(zhì)，其特征在于，它含有95～98％(重)R507和2～5％(重)異丁烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于致冷循環(huán)作為氟氯烴(CFC)代用品的新致冷劑介質(zhì)，以減少環(huán)境污染的危險(xiǎn)，特別是減少對(duì)同溫層中臭氧層的損耗。該致冷介質(zhì)含有50～95％(重)氟化烴類和5～50％(重)異丁烷(R600a)。
文檔編號(hào)C09K5/04GK1119023SQ94191439
公開(kāi)日1996年3月20日 申請(qǐng)日期1994年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月15日
發(fā)明者M·貝羅莫, M·G·克美林朱克, G·K·拉倫徹科, O·普拉尼科夫, L·波爾, V·沃茲尼基 申請(qǐng)人:扎納西電機(jī)公司