專利名稱：一種與礦物油相溶的HFC134a基共沸混合物制冷劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷機(jī)的工作介質(zhì)，確切地說，涉及一種用于替代氟里昂12(即二氯二氟甲烷)的與礦物油相溶的HFC134a基共沸混合物制冷劑。
人類正面臨有史以來最嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)，其中不可忽視的一種現(xiàn)象就是臭氧層的耗損、變薄，臭氧層的這種變化，將會增加地球表面紫外線的照射量，有可能導(dǎo)致許多浮游生物死亡，影響水生生態(tài)系統(tǒng)，尤其令人憂慮的是臭氧層的破壞會對人類健康造成重大危害。而大氣中的臭氧層的日益損耗，主要是由于臭氧耗損物質(zhì)(如氟里昂類物質(zhì))的長期排放和積累所造成的。所以，《蒙特利爾議定書》中明確規(guī)定，在臭氧耗損物質(zhì)中，包括氟里昂12在內(nèi)的氯氟烴(CFCs)是危害最嚴(yán)重的，屬于絕對的受控和禁用物質(zhì)。
多年來，世界各國的科技人員都投入大量人力、物力尋找和開發(fā)氯氟烴的替代物。由于氟里昂12(即二氯二氟甲烷，分子式CF2Cl2，化學(xué)代號CFC12，制冷劑代號R12)具有很好的物理、化學(xué)特性，是相當(dāng)理想的電冰箱制冷劑，至今已經(jīng)沿用了六十余年，而且至今尚沒有找到CFC12的最終替代物。目前，對于家用制冷業(yè)，國際上替代CFC12的方案大致可分為三大流派以歐洲為代表的異丁烷(HC600a)，以美國為代表的四氟乙烷(HFC134a)和各國積極開發(fā)應(yīng)用的相似替代CFC12的混合工質(zhì)，如國外的MP39、MP52、FX56、G2015、GHG12和國內(nèi)的THR01、JCI-1等。但是，上述這些國內(nèi)外研制出的并且已經(jīng)試用的混合工質(zhì)制冷劑盡管很多，但它們幾乎全部都是非共沸混合物。這些非共沸混合物制冷劑都必須通過適當(dāng)調(diào)整制冷系統(tǒng)才能達(dá)到原來CFC12的性能指標(biāo)。而且，對于非共沸混合物，如因生產(chǎn)工藝控制不當(dāng)造成實(shí)際充注的混合物比例偏離額定配比時(shí)，可能導(dǎo)致制冷系統(tǒng)性能的惡化。此外，這些混合工質(zhì)中絕大部分都是基于HCFC22配置而成，而根據(jù)《蒙特利爾議定書》的修正案，作為受控物質(zhì)的HCFC22最終要被淘汰已是大勢所趨，有些發(fā)達(dá)國家已將其禁用期提前至2000年，所以，目前正在使用的所有含HCFC22的混合工質(zhì)都是過渡性的替代物。再者，上述混合工質(zhì)中有些是可燃性的，另有一些可能生成可燃性餾分，與上述歐洲采用的異丁烷替代方案一樣，不適合作為間冷式、大容積冰箱的制冷劑CFC12替代。
由于HFC134a具有不可燃的優(yōu)勢，而且它是熱物性與CFC12最接近的純制冷劑，在美國、日本等安全法規(guī)較為嚴(yán)格的發(fā)達(dá)國家中，HFC134a幾乎成為CFC12的唯一替代物。然而，HFC134a的一個(gè)重大缺陷是它與原CFC12制冷系統(tǒng)的礦物潤滑油不能相溶，因此不能用作現(xiàn)有CFC12制冷系統(tǒng)的改造替代。目前，HFC134a制冷系統(tǒng)通常使用的潤滑油是聚酯油，這種聚酯油存在兩大缺點(diǎn)一是具有高度吸濕性，二是對系統(tǒng)污染物(尤其是傳統(tǒng)的機(jī)加工油)的高度敏感性。這就決定了HFC134a+聚酯油的制冷系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格的工藝控制，否則極易造成毛細(xì)管的堵塞和壓縮機(jī)鍍銅積碳等現(xiàn)象的發(fā)生，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。
本發(fā)明的目的是提供一種對大氣臭氧層沒有破壞作用的、可以作為氟里昂12制冷劑長期替代物的新型混合物制冷劑。
本發(fā)明的又一目的是提供一種能與原CFC12制冷系統(tǒng)的礦物潤滑油相溶的HFC134a基共沸混合物制冷劑，用于替換目前HFC134a系統(tǒng)的聚酯油潤滑方案。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的它是一種混合物，其組成成分包括有四氟乙烷(分子式CF3CH2F、化學(xué)代號HFC134a、制冷劑代號R134a)和丁烷(分子式C4H10、化學(xué)代號HC600、制冷劑代號R600)；其配比范圍(質(zhì)量百分比)是四氟乙烷(HFC134a)為80％～95％，丁烷(HC600)為5％～20％。
本發(fā)明的一個(gè)最佳配比(質(zhì)量百分比)是四氟乙烷(HFC134a)為90％，丁烷(HC600)為10％；此時(shí)，其為共沸混合物。
本發(fā)明是一種HFC134a基的混合工質(zhì)制冷劑，其臭氧耗損潛值ODP為零，長期使用不會對大氣中的臭氧層產(chǎn)生破壞影響；其全球變暖潛值GWP小于HFC134a的相關(guān)參數(shù)。本發(fā)明在其要求保護(hù)的整個(gè)配比范圍內(nèi)，具有很好的近共沸特性，尤其在HFC134a配比(質(zhì)量百分比)占90％～95％時(shí)，則為共沸混合物。該最佳配比共沸混合物的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-27.0℃。本發(fā)明的安全等級為A級(根據(jù)美國ASHREA標(biāo)準(zhǔn))，完全無毒，不可燃。對應(yīng)于相同的飽和溫度，本發(fā)明與HFC134a的飽和壓力非常接近，單位容積制冷量和單位容積壓縮功也都與HFC134a相當(dāng)，其理論COP(性能系數(shù))優(yōu)于HFC134a。本發(fā)明與CFC12系統(tǒng)里所使用的礦物潤滑油完全相溶，因此，采用本發(fā)明加礦物油潤滑不僅可以用來替換目前HFC134a系統(tǒng)的聚酯油潤滑方案，以降低生產(chǎn)成本、簡化工藝控制和提高系統(tǒng)可靠性；而且，本發(fā)明還可以用作現(xiàn)有CFC12制冷系統(tǒng)的改造替代。
下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步具體介紹本發(fā)明的組成及特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明與HFC134a和CFC12的飽和溫度-飽和壓力的曲線比較圖。
圖2是同一臺壓縮機(jī)分別試用本發(fā)明及HFC134a的性能系數(shù)(COP)的比較示意圖。
本發(fā)明是一種混合制冷工質(zhì)，其組成成分包括有四氟乙烷(分子式CF3CH2F、化學(xué)代號HFC134a、制冷劑代號R134a)和丁烷(分子式C4H10、化學(xué)代號HC600、制冷劑代號R600)；其配比范圍(質(zhì)量百分比)是四氟乙烷(HFC134a)為80％～95％，丁烷(HC600)為5％～20％。
本發(fā)明的一個(gè)最佳配比(質(zhì)量百分比)實(shí)施例是四氟乙烷(HFC134a)為90％，丁烷為10％，此時(shí)，本發(fā)明為共沸混合物，其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-27.0℃。
參見圖1，能夠替代CFC12的混合工質(zhì)的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)是該制冷劑對應(yīng)于相同飽和溫度的飽和壓力應(yīng)盡量接近于CFC12的數(shù)值，圖1給出了本發(fā)明(圖中使用-◆-表示)和CFC12(圖中使用-▲-表示)與HFC134a(圖中使用-●-表示)的飽和溫度-飽和壓力曲線比較圖。由圖可知在整個(gè)制冷工況的溫度范圍(-35℃～+55℃)內(nèi)，本發(fā)明的飽和壓力與HFC134a幾乎重合，尤其在對制冷系統(tǒng)性能影響較大的蒸發(fā)溫度區(qū)間(-35℃～-15℃)，其與CFC12的接近程度要甚于HFC134a。所以，本發(fā)明的壓縮比小于HFC134a，可以改善系統(tǒng)的運(yùn)行工況，有利于延長壓縮機(jī)的使用壽命。
本發(fā)明的另一突出優(yōu)點(diǎn)是其在特定配比范圍(HFC134a的配比占90％～95％)內(nèi)，是一種共沸混合物，在生產(chǎn)工藝中完全可以被視為一種純工質(zhì)對待，特別適用于替換目前HFC134a制冷系統(tǒng)+聚酯油潤滑的方案，也適用于現(xiàn)有CFC12制冷系統(tǒng)的改造替代。
本發(fā)明曾先后在多臺不同型號、不同制造廠的CFC12和HFC134a壓縮機(jī)上進(jìn)行多次試驗(yàn)，以驗(yàn)證本發(fā)明的配比范圍及其最佳配比的各種性能。首先對兩臺不同型號(天津扎努西的ZEL牌OF1350C型和江西華意的泰康牌AE1370Y型)HFC134a壓縮機(jī)，以HFC134a作為制冷劑分別進(jìn)行全工況(冷凝溫度54.4℃，蒸發(fā)溫度分別為-35℃、-30℃、-23.3℃、-15℃)性能和噪聲的基礎(chǔ)試驗(yàn)，然后將其中聚酯油更換為礦物油，重復(fù)同樣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明與使用HFC134a+聚酯油相比，在HFC134a壓縮機(jī)上使用本發(fā)明+礦物油后，其制冷量和性能系數(shù)(COP)在全工況下都相應(yīng)增大，在標(biāo)準(zhǔn)工況(冷凝溫度54.4℃，蒸發(fā)溫度-23.3℃)下制冷量可增大7％，COP可提高4％；而兩者的噪聲指標(biāo)相當(dāng)。圖2即為該臺天津扎努西的ZEL牌OF1350型HFC134a壓縮機(jī)分別以HFC134a和本發(fā)明作為制冷劑的性能系數(shù)曲線比較圖，圖中-◆-為本發(fā)明的試驗(yàn)曲線，-■-為HFC134a的試驗(yàn)曲線，之后，還進(jìn)行了使用本發(fā)明的500小時(shí)加速壽命試驗(yàn)，并在通過壽命試驗(yàn)后，再次進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況性能試驗(yàn)和噪聲試驗(yàn)，結(jié)果表明壽命試驗(yàn)后各項(xiàng)性能指標(biāo)沒有下降趨勢。該臺天津扎努西的ZEL牌OF1350C型HFC134a壓縮機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示:
本發(fā)明還在兩臺不同型號(浙江嘉興的加西貝拉牌B1114C型和湖北黃石的東貝牌QD90A型)CFC12壓縮機(jī)上進(jìn)行全工況性能對比試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明與CFC12相比，在CFC12壓縮機(jī)上使用本發(fā)明，制冷量要下降4％～5％，而COP只下降1％～2％。
壓縮機(jī)試驗(yàn)證明，從壓縮機(jī)角度考慮，本發(fā)明輔以礦物油替換HFC134a+聚酯油而用于HFC134a制冷系統(tǒng)是優(yōu)秀的；而以本發(fā)明替代CFC12用于CFC12制冷系統(tǒng)，也是可以的。
本發(fā)明還在意大利扎努西ZEM牌GL60AA型壓縮機(jī)上進(jìn)行各種配比試驗(yàn)，其結(jié)果如下
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出本發(fā)明的最佳配比具有共沸、壓縮比小和性能系數(shù)(COP)高等特點(diǎn)。當(dāng)本發(fā)明偏離最佳配比時(shí)，隨丁烷的比例增大，溫度滑移也增大，成為近共沸混合物，但其性能始終優(yōu)于HFC134a；而隨丁烷的比例減小，保持共沸特性，但壓縮比增大，性能與HFC134a接近。
在壓縮機(jī)試驗(yàn)取得滿意結(jié)果的基礎(chǔ)上，本發(fā)明又先后在多臺不同型號不同廠家的分別以HFC134a和CFC12為制冷劑的電冰箱上進(jìn)行整機(jī)綜合性能試驗(yàn)。下面所示的是以新飛牌BCD-251G型電冰箱為例的耗電量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
上表數(shù)值表明，對于HFC134a制冷系統(tǒng)的電冰箱，直接用本發(fā)明+礦物油來替換HFC134a+聚酯油，其各項(xiàng)性能指標(biāo)相當(dāng)，但是可以降低生產(chǎn)成本、簡化工藝控制并提高系統(tǒng)可靠性。如果適當(dāng)調(diào)整毛細(xì)管長度，耗電量可以降低3％～5如能針對本發(fā)明優(yōu)化設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)，可以預(yù)期5％以上的節(jié)能效果。經(jīng)過長達(dá)半年的耗電量跟蹤試驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)耗電量隨時(shí)間增大的趨勢。上述試驗(yàn)證明本發(fā)明+礦物油可以直接替換HFC134a+聚酯油用于HFC134a制冷系統(tǒng)的電冰箱，使該電冰箱的主要性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于原來的參數(shù)，具有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。此外，本發(fā)明還可以用于現(xiàn)有的CFC12制冷系統(tǒng)的電冰箱，作為CFC12的改造替代。實(shí)際上，本發(fā)明+礦物油潤滑可用于所有的HFC134a制冷器具，以替換目前的HFC134a+聚酯油潤滑，本發(fā)明也可用于所有CFC12制冷器具的制冷劑改造替代。
權(quán)利要求
1.一種與礦物油相溶的HFC134a基共沸混合物制冷劑，其特征在于它是一種混合物，其組成成分包括有四氟乙烷(分子式CF3CH2F、化學(xué)代號HFC134a、制冷劑代號R134a)、和丁烷(分子式C4H10、化學(xué)代號HC600、制冷劑代號R600)；其配比范圍(質(zhì)量百分比)是四氟乙烷(HFC134a)為80％～95％，丁烷(HC600)為5％～20％。
2.如權(quán)利要求1所述的一種與礦物油相溶的HFC134a基共沸混合物制冷劑，其特征在于其一個(gè)最佳配比(質(zhì)量百分比)是四氟乙烷(HFC134a)為90％，丁烷(HC600)為10％。
全文摘要
一種與礦物油相溶的HFC134a基共沸混合物制冷劑,其組成配比是:四氟乙烷(HFC134a)為80%～95%、丁烷(HC600)為5%～20%。其臭氧耗損潛值ODP為零,全球變暖潛值GWP小于HFC134a的相應(yīng)參數(shù),且在其一個(gè)最佳配比,即HFC134a配比占90%時(shí),為共沸混合物,其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為－27.0℃,且完全無毒,不可燃,安全等級高。本發(fā)明加礦物油潤滑可以替換目前HFC134a加聚酯油潤滑的制冷系統(tǒng),具有降低生產(chǎn)成本、簡化工藝控制和提高系統(tǒng)可靠性等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明也可用作現(xiàn)有CFC12制冷系統(tǒng)的改造替代。
文檔編號C09K5/00GK1236001SQ9810148
公開日1999年11月24日 申請日期1998年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月19日
發(fā)明者徐敬東, 周貽博, 楊家驊 申請人:徐敬東, 周貽博, 楊家驊