用于超低温致冷的不含R-22的制冷剂混合物
阅读：2发布：2020-06-08
专利汇可以提供用于超低温致冷的不含R-22的制冷剂混合物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用使用R-125、或者R-125与R-124、或者R-218、或者R-218与R-124代替R-22的新混合物代替含R-22的制冷剂。不需要改变 硬件 或油组合物来维持制冷体系中的 温度 、压 力 和性能基本不变。，下面是用于超低温致冷的不含R-22的制冷剂混合物专利的具体信息内容。
1.用在制冷体系中的不含R-22的制冷剂混合物，所述制冷剂混合物由以下组分组成：
0.12摩尔分数的R-123，
0.20摩尔分数的R-170，
0.25摩尔分数的R-14，
0.26摩尔分数的氩，
0.08摩尔分数的R-124，和
0.09摩尔分数的R-128。
用于超低温致冷的不含R-22的制冷剂混合物
[0002] 本申请要求在先申请和待审批的临时申请60/168,931号的利益。
[0003] 发明背景
[0004] 本文中参考的制冷剂在欧洲很快会不合法，因为它们含有R-22。但是它们在2020年前在世界上其他地方仍是合法的。此外，欧洲法律要求公开制冷剂的组成。对于含R-22的混合物的生产者来说，先有组合物仍是一个商业秘密。但是如果焦点集中在识别用来代替R-22的R-125和R-218上，则本发明将可以应用于可预见的未来。
[0005] 本发明概述
[0006] 本发明的一个目的是开发一种制冷剂混合物，它不含R-22，并可在不要求压缩机、压缩机油、制冷剂液-气相分离器或者换热器布置改变的条件下，被用来提供与先有混合物相同的制冷效果。
[0007] 德国法律要求消除R-22。但是，没有一种可提供同样的制冷效果、低的凝固点温度以及与矿物油和烷基苯油的良好溶混性的R-22替代品。在没有R-22的情况下实现相同的效果通常要求压缩机油的改变和系统组成如膨胀装置的改变。
[0008] 开发出了一种新的填入物，它不需要不同的油、不同的压缩机或改变膨胀装置、换热器或相分离器。所述布置不是显而易见的，需要有效的开发和实验效果。考虑了两种方案来代替R-22。第一种方案基于R-125与R-123和R-124的结合使用。第二种方案基于与R-123和R-124混合的R-218。与R-218相比，纯的制冷剂R-125具有较高的凝固点温度。但R-125与其他组分如R-23、R-124和R-123更可溶。该特性有助于降低混合物在系统中低温下的凝固温度。
[0009] 对于这两种方案来说，R-124与R-123的适当的比例是重要的。该比例是R-123的较高制冷能力、R-124的较低凝固温度和更好的油处理之间的平衡。所述油处理是依靠R-124的较高的蒸汽压由第一个相分离器下游的R-124提供的。
[0010] 用上述制冷剂完成了新体系的开发。新的填入物维持了类似的操作压缩机的温度和压力。提供的温度在所有类型的旧额定效果的4C之内。使用含R-22的混合物和不含R-22的混合物的体系的代表性数据如表II所示。在自动制冷串级系统(Missimer专利3,768,273号)上进行混合物的开发。该循环是Klimenko循环(A.P.Klimenko″One-flow cascade cycle″，IIR Int′l Congress of Refrig./Copenhagen，Denmark，1959)的一个修改配置。但是，在一个类似于5,44,658号专利类型体系的单独膨胀装置体系上进行测试。因此，新的混合物可以被用于5,441,658号专利体系。预期这些混合物也可应用于Klimenko循环的任何配置。
[0011] 将具有下述组成的制冷剂混合物用在闭环蒸汽压缩制冷循环中。在单级压缩机的基础上选择所述循环以实现在-70C至-165C范围内的制冷。所述混合物通过使用R-125、或者R-125与R-124、或者R-218、或者R-218与R-124来代替R-22。相对于R-22混合物，替代混合物的易燃性相同或更小。开发了这些替代混合物以与过去与R-22一起使用的压缩机油如矿物油或烷基苯油一起使用。
[0012] 本发明单独开发的混合物如表I(图1)所示，被表示为混合物A、混合物B等。表中也列出了开发的商品的型号(IGC Polycold Systems，Inc.，San Rafael，California)，所述商品使用这些混合物。
[0013] 例如，先有技术制冷单元使用一种含R-123、R-22、R-23、R-170、R-14和氩的混合物。用混合物B(表I)成功地取代了该混合物，从而在不使用R-22的条件下实现了提供同等制冷效果的目标。
[0014] 而且，根据本发明，也可以向上述组合物中加入另一种组分，条件是所列组分(表I)的比例仍保持彼此之间相同的比例。此外，认识到互相独立使用的R-218和R-125也可以被结合入相同的混合物。
[0015] Weng在美国专利5,408,848中描述了一种不含CFC的混合物，该混合物使用HCFC′s。Weng发明人提到了当使用它们的混合物时，在维持可接受的排气温度时的困难。在先有设备中需要对硬件进行修改来使它们的混合物起作用。本发明可以在不进行如Weng专利所述的硬件修改的条件下提供相同的效果。
[0016] 因此，本发明的一个目的是开发改进的制冷剂混合物，所述混合物不含R-22，并且可以在不要求压缩机、压缩机油、制冷剂液-气相分离器和换热器布置改变的条件下，被用于提供与含R-22的先有混合物相同的制冷效果。
[0019] 为了更完整地理解本发明，需要参考下述关于附图的说明，附图中：
[0020] 图1是本发明的制冷剂混合物组成的表I；
[0021] 图2是使用本发明的制冷剂混合物的对照制冷体系效果的表II；
[0022] 图3是制冷体系的概图，该体系是自动制冷级联的，可以使用本发明的制冷剂混合物在不进行修改的条件下操作。
[0023] 优选实施方案的描述
[0024] 先有混合物包括R-123、R-22、R-23、R-24和氩。在其他混合物中R-170被用来与R-23一起使用或者代替R-23。本发明的新混合物替换了R-22，而是包括用R-125，或者使用R-125与R-124来代替R-22，或者R-218来代替R-22，或者使用R-218与R-124来代替R-22。各混合物必须具有这些制冷剂中的一种来代替先前使用的R-22。
[0025] 本发明提供了一种用在制冷体系中的不含R-22的制冷剂混合物，所述制冷剂混合物包含：
[0026] 组分 摩尔分数范围
[0027] A 0.01-0.45
[0028] B 0.00-0.40
[0029] C 0.00-0.30
[0030] D 0.10-0.35
[0031] E 0.00-0.35
[0032] F 0.00-0.25
[0033] G 0.10-0.25，
[0034] 其中A为R-123，B为R-23，C为R-170，D为R-14，E为氩，F为R-124，G为R-125。本发明用在制冷体系中的不含R-22的制冷剂混合物中各自的摩尔分数优选为：
[0035] 混合物1 混合物2 混合物3 混合物4[0036] A为R-123 0.09-0.14 0.29-0.35 0.12 0.29[0037] B为R-23 0.09-0.14 0.11 0.00 0.31[0038] C为R-170 0.11-0.14 0.11 0.20 0.00[0039] D为R-14 0.25-0.29 0.17 0.25 0.22[0040] E为氩 0.09-0.15 0.16 0.26 0.08[0041] F为R-124 0.06-0.13 0.00 0.08 0.00[0042] G为R-125 0.10-0.16 0.10 0.10 0.10。
[0043] 本发明还提供了一种用在制冷体系中的不含R-22的制冷剂混合物，所述制冷剂混合物包含：
[0044] 组分 摩尔分数范围
[0045] A 0.01-0.45
[0046] B 0.00-0.40
[0047] C 0.00-0.30
[0048] D 0.10-0.35
[0049] E 0.00-0.35
[0050] F 0.00-0.25
[0051] H 0.09-0.20，
[0052] 其中A为R-123，B为R-23，C为R-170，D为R-14，E为氩，F为R-124，H为R-218。在本发明上述制冷剂混合物中，各自的摩尔分数优选为：
[0053] 混合物5 混合物6 混合物7 混合物8[0054] A为R-123 0.09-0.14 0.29-0.35 0.12 0.29
[0055] B为R-23 0.09-0.14 0.11 0.00 0.31
[0056] C为R-170 0.11-0.14 0.11 0.20 0.0
[0057] D为R-14 0.25-0.29 0.17 0.25 0.22
[0058] E为氩 0.09-0.15 0.16 0.26 0.08
[0059] F为R-124 0.06-0.13 0.00 0.08 0.00
[0060] H为R-218 0.10-0.16 0.10 0.09 0.10。
[0061] 在本发明的一个实施方案中，各所述制冷剂混合物中还包含至少一种添加组分，在加入所述添加组分后组分A-G仍维持彼此之间相同的比例。本发明的制冷剂混合物优选用于自动制冷级联、单独膨胀装置制冷体系和Klimenko型体系之一中的一个单级压缩机循环，其中所述不包括R-218的混合物优选被用来实现在-60℃和-163℃之间的制冷温度。本发明的制冷剂混合物优选用于允许冷的制冷剂和热的制冷剂交替流向蒸发器的制冷体系。
[0062] 在本发明的另一个实施方案中，各所述制冷剂混合物中还包含至少一种添加组分，在加入所述添加组分后组分A-F和H仍维持彼此之间相同的比例。本发明的制冷剂混合物优选用于自动制冷级联、单独膨胀装置制冷体系和Klimenko型体系之一中的一个单级压缩机循环，其中所述包括R-218的混合物优选被用来实现在-60℃和-183℃之间的制冷温度。本发明的制冷剂混合物优选用于允许冷的制冷剂和热的制冷剂交替流向蒸发器的制冷体系。
[0063] 本发明不含R-22的制冷剂混合物优选作为制冷体系中的一个替代品进行运转，以在所述体系中提供基本上与由组分A、B、C、D、E、R-22组成的混合物提供的相同的热力学效果，在所述混合物中组分A-E各自等于或大于0％摩尔，R-22大于0％摩尔。
[0064] 本发明制冷剂混合物中的所述制冷体系优选包括一个被制冷剂冷却的物体，所述物体至少为下述物体之一：
[0066] (b)从包括至少一种液体、气体、冷凝气和冷凝气混合物的二次流体物流中移出热量的换热器，
[0068] (d)对生物组织至少进行冷冻和储藏之一的生物冷冻装置。
[0069] 本发明还提供了一种不含R-22并且在通常使用R-22的制冷循环中代替R-22的制冷剂混合物，所述混合物包含选自R-123、R-124、R-218、R-23、R-170、R-14和氩的至少五种组分。
[0070] 由使用含R-22的旧混合物或者本文所述的新混合物的体系提供的制冷效果具有多种不同的用途。所述体系可以被用来例如提供气体的水蒸汽低温抽吸，以增加在物理蒸汽沉积工艺期间的产品收率。与此类似，这些制冷体系可以被用于经水蒸汽低温抽吸从食品中除去水的冷冻干燥工艺。所述体系也可以被用于冷却二次液体或气体，或者液化二次气体或气体混合物。
[0071] 所述制冷体系也可以被用于冷却物体，在该物体结构中，致冷剂流经处于通常为金属的材料中的通道(散热器)，然后将热量从待冷却的物体(负载)中导出。例子包括冷却处理硅晶片时所用的压盘，冷却用于平板显示装置的玻璃或塑料板以及冷却在硬盘驱动器的生产中所用的铝片。所述体系也可以被用于冷冻和储藏需在极低温下长期保存的生物标本。
[0072] 除了基本的制冷效果外，任何制冷体系都必须能够在启动模式期间操作。存在许多混合的制冷剂样品以预测多种给出的混合物的制冷效果。但是，开发实际硬件和对照物的工作体系需要那种模拟混合物，所述混合物可以是明显干燥的(obvious-to-dry)，是经筛选用于各种过渡态如启动态的，而对所述过渡态的具有任何显著可信度的模拟常常很难。
[0073] 此外，一些体系要求对正被冷却的管子或热界面进行快速解冻。在解冻期间和之后的操作条件显示出一个性能过渡态，这是更难以预知的。一些含R-22的先有技术体系提供了解冻功能。本发明的新替代混合物提供了相同的快速解冻能力。提供快速解冻的布置如图3所示。在这个构造中，两个阀20、22被用来选择是将冷的制冷剂还是热的压缩机气体输送给消费者的蒸发器24。当通过打开阀20，关闭阀22选择热气体时，通常是蒸发器被加温，直到返回制冷体系10的气体温度达到+20C。这时，随着阀20和22的关闭有一个待机时期，此时没有冷的制冷剂或热的气体流向蒸发器。但是，压缩机26继续运行，自动制冷体系10继续为制冷剂提供流动道路，以对制冷剂自身进行冷却。为了冷却蒸发器24，将阀20关闭，阀22打开。
[0074] 四种不同的基础混合物如表I(图1)所示。希望表I所示范围的组合物可应用于上述多种不同的制冷循环。混合物A-D是在评估本发明时在自动制冷级联中实际开发的混合物的例子。每一种混合物都是基于它所针对的制冷单元的具体要求而进行变化的结果。包括混合物A-D的所有混合组合物显示在表I的左边一栏，以确定在本发明的范围内的组合物的范围。在这些范围中，组合物的数目和它们的性能是潜在无尽的。本领域技术人员将理解如何去调整混合组合物以使每个具体硬件布置的性能最佳化。
[0075] 将混合物用在三种不同的可买到的对其进行最小修改的制冷体系中，如Missimer专利中所描述的。不同体系间的变化是各单元的性能说明书中轻微差异的结果。表II(图2)给出了当用含R-22的先有混合物和混合物A对制冷体系交替进行操作时重要的体系操作条件。由数据明显可以看出，两种混合物的性能几乎一致。另一个用混合物C作为替代制冷剂的例子也包括在表II中。
[0076] 将上面提到的临时申请60,168,931号完全地结合到本文作为参考。
[0077] 由此，在由前述说明而变得显而易见的内容中，可明显看出有效地获得了上述的各项目的，并且由于在不背离本发明的精神和范围的条件下可以对上述制冷剂混合物做某些改变，倾向于将上面的说明书中所包含的所有物质解释为用于说明而不是用于限制。
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