[发明专利]一种适用于单级压缩制冷系统的环保型共沸制冷剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合制冷剂，特别涉及一种包含烷烃成分的，适用于单级压缩制冷系统的环保型共沸混合制冷剂。

背景技术

单级压缩式制冷系统作为一种普冷温区高效、可靠的制冷方式被普遍应用于冰箱、空调和汽车空调等系统中。随着人们生活水平的日益提高，对于此类制冷系统的环保性、节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统设计中，深冷温区的保鲜技术已经成为发展的热点，这就要求此类单级压缩制冷系统在-30℃甚至-40℃仍然具有较高的效率。

常用于冰箱制冷系统的工质主要有R12(二氟二氯甲烷，CF₂Cl₂)，R134a(1，1，1，2-四氟乙烷，CH₂FCF₃)以及R600a(异丁烷，i-C₄H₁₀)等。其中R12曾经是应用最广的中温制冷工质，它毒性小、不可燃、不易爆，与普通矿物油具有良好的溶解特性，并具有良好的热工性能，因此在上世纪三十年代被发现以后得以广泛的应用。但是随着臭氧层破坏机理和温室效应的发现，R12以其很高的ODP和GWP系数被列入首先淘汰的工质之中。

R134a和R600a是两种最常见的中温替代工质。与R12比，R134a具有更好的迁移性质和更高的气体和液体热导率，在同样的温度区间内R134a的压比略高于R12，而排气温度略低。该工质毒性低，不可燃，是很安全的制冷工质。但是，R134a与常规的矿物油不相溶，仅能溶解于昂贵的POE油或PAG油中，因此在使用时不能直接应用于原有的R12制冷系统中。相对于前两种工质来说，R600a沸点较高，在大多数情况下，蒸发器中的R600a都处于负压状态，容易混入空气和水蒸气等物质导致系统性能的下降。此外，R600a的压比一般略高于R12，而单位容积制冷量远小于R12，因此要达到同样的制冷能力，应该选用排气量较大的制冷压缩机。R600a毒性低，但是可燃，因此必须注意防火防爆，且一般应用于家用冰箱等充注量较小的系统中。另外，R600a与矿物油具有良好的互溶性，不需要采用昂贵的POE或PAG油。

此外，基于深冷保鲜技术的要求，由于以上两种替代工质的沸点较高，采用普通压缩机的制冷系统由于背压太低因而很难达到低于-30℃的有效制冷温度。综上所述，选择一种既有良好的热力性能，又兼顾深冷保鲜技术的需要，并具有良好的润滑油溶解性质的绿色工质已经成为先进制冷系统发展的迫切需要。

纯物质中可供选择的新替代工质已经十分有限，新工质的选择已经逐步转向到混合工质中。由于共沸混合工质在共沸点附近具有与纯工质相似的性质，其又以是否具有最高共沸压力(等温条件下)或者最低共沸压力可分为正共沸(positive azeotrope)和负共沸(negative azeotrope)两种。大多数情况下，共沸混合物为正共沸。共沸混合物作为制冷工质使用，有以下几个优点：1、在等压条件下，共沸工质在共沸点附近蒸发时，蒸发温度基本保持不变，易于获得稳定的蒸发工况；2、对于正共沸混合工质而言，在同样的蒸发温度下共沸工质的背压高于其单组分的纯工质，因此具有更高的单位容积制冷量；3、避免非共沸工质在整个循环中的“相积存”而引起的浓度变化，因此可以保持制冷循环的稳定性和可靠性；4、多数共沸工质在共沸点附近比其单组分的纯工质有更高的相变传热系数；5、可以兼顾某种组分相似的润滑油溶解性质。因此，共沸混合工质以其优良的综合性能成为替代工质发展的重要方向。

申请号为200310118961.4的专利申请书公开了一类近共沸制冷剂(公开号为CN1546594A)，包含了一种二元混合物和一种三元混合物，其中二元混合物(R134a+R600a)与本专利的组元相同，但浓度区间完全不同。基于本申请人对相平衡行为的研究，R134a+R600a并非200310118961.4所述的近共沸混合物，而是共沸混合物，因此该混合物享有共沸工质的诸多优点。此外，基于本申请人对R134a+R600a润滑油溶解性质的研究，由于R134a和R600a两种单质各自在矿物油中的溶解度相差很大，因此某个浓度的R134a+R600a混合物在带有润滑油的制冷系统中运行必将导致实际浓度的很大偏差。因此200310118961.4给定的浓度区间无法保证R134a+R600a混合物在实际运行过程中仍然保持共沸特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于单级压缩制冷系统的，完全无臭氧层破坏、低温室效应，并且与润滑油具有良好互溶性并能保持共沸特性的高效混合制冷剂。