專利名稱：：含有N₂O的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于利用復(fù)疊系統(tǒng)制冷的
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種含有&0(R744A)的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)。
背景技術(shù)：
：單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)所達到的最低制冷溫度一般為230K，當(dāng)冷凝壓力一定時，要想達到較低的蒸發(fā)溫度，導(dǎo)致系統(tǒng)壓比增大，輸氣系數(shù)降低，冷量減少，且使得實際壓縮機的效率降低，耗功增大，排氣溫度升高，運行條件惡化。為了達到降低的溫度可以采用多級壓縮制冷f盾環(huán)系統(tǒng)和外復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)，而多級壓縮系統(tǒng)需要專門的壓縮機，且制冷系統(tǒng)復(fù)雜化，效率不高、成本高、可靠性低。外復(fù)疊制冷系統(tǒng)在工業(yè)以及商業(yè)制冷領(lǐng)域因可以持續(xù)的滿足低溫大冷量的需求而得到了廣泛的應(yīng)用。目前采用較多的復(fù)疊制冷系統(tǒng)的工質(zhì)為R134a/R23，但是其溫室效應(yīng)潛能值(GWP)較高，且充灌量較大，容積制冷較低。為了滿足環(huán)保和大冷量需求，復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)向著環(huán)保型天然工質(zhì)方向發(fā)展。制約復(fù)疊制冷循環(huán)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，就是適宜的循環(huán)工質(zhì)。開發(fā)環(huán)境友好，熱力性能優(yōu)良的新型低溫級工質(zhì)，對于復(fù)疊制冷循環(huán)技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。復(fù)疊混合工質(zhì)的組成與實現(xiàn)制冷的硬件及這些硬件的構(gòu)成系統(tǒng)的形式是密切相關(guān)的，因此混合工質(zhì)作為冷量傳遞的載體，其固有性能是決定制冷系統(tǒng)性能的最根本因素。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種適用于180220K溫區(qū)含有N20(R744A)的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)。在具體濃度配比方面充分考慮高低溫級壓縮機適宜的運行壓比范圍，使其環(huán)境特性和循環(huán)性能最佳。以下對本發(fā)明的各組元和組分進行介紹。適用于180220K溫區(qū)含有即(R744A)的復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)，含一氧化二氮(R744A)和乙烷(R170)、三氟甲烷(R23)、六氟乙垸(R116)、氟甲烷(R41)、二氧化碳(R744)中的一種或兩種的混合物。各組元物質(zhì)的基本參數(shù)如表1所示。適用于180220K溫區(qū)含有N20(R744A)的復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)低顯級混合工質(zhì)，可以由含一氧化二氮(R744A).和乙烷(R170)、三氟甲烷(R23)、六氟乙烷(R116)、氟甲垸(R41)、二氧化碳(R744)中的一種或兩種組成。上述各組元物質(zhì)的具體配比(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為R744A/R170/R232-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;R744A/R170/R1162-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-9挑；2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-9挑；以上每組混合工質(zhì)的質(zhì)量百分比之和為100%。含有N"的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)的制備方法，將一氧化二乙烷(R170)、三氟甲烷(R23)、六氟乙烷(R116)、氟甲烷(R41)、中的一種或兩種在液相狀態(tài)下進行物理混合得到。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果R744A/R170/R41R744A/R170/R744R744A/R23/R116R744A/R23/R41R744A/R23/R744R744A/R116/R41R744A/R116/R744R744A/R41/R744二氮(R744A)和二氧化碳(R744)(1)環(huán)境性能表1給出了本發(fā)明混合工質(zhì)的組元與傳統(tǒng)復(fù)疊式低溫級工質(zhì)R23的環(huán)境性能的比較，可以看出，本發(fā)明的臭氧層破壞潛能(0DP)和R23—樣，均為零，不會破壞大氣臭氧層；但是含有仏0(R744A)的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)，其溫室效應(yīng)潛能值(GWP)較R23小，完全符合新型制冷劑的環(huán)保要求。可以減少溫室氣體的排放；(2)熱工參數(shù)在180220K溫區(qū)設(shè)計工況下，復(fù)疊系統(tǒng)的高低溫級蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、排氣溫度以及運行壓比均滿足復(fù)疊系統(tǒng)安全運行范圍；本發(fā)明除了含有R170(乙烷)的混合工質(zhì)外，其余混合工質(zhì)滑移、溫度很小，是近共沸混合物，泄露對組元成分及性能的影響非常小。(3)循環(huán)性能在本發(fā)明的設(shè)計工況下，系統(tǒng)的C0P幾乎和傳統(tǒng)工質(zhì)R134a/R23接近，單位質(zhì)量制冷量和容積制冷量均高于傳統(tǒng)工質(zhì)R134a/R23,可減少系統(tǒng)制冷劑的充灌量，具有更快的降溫速度，且能較大的滿足負(fù)荷要求。表l混合工質(zhì)中各組元的基本參數(shù)3)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>a)ThermophysicalpropertiesarebasedonREFPROP(Lemmonetal.,2007);b)Refrigerantdatasummaiy(丄M.Calmetal.,2001)具體實施例方式實施例1:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取60%的R744A和4Cm的R170，在常溫下進行物理混合后得到制冷劑。實施例2:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取50%的R744A、35%的R170和15%的R23,在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例3:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取35%的R744A、20%的R170和45%的R41,在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例4:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取30%的R744A、45%的R170和25%的R116，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例5:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取50%的R744A、35%的R170和15%的R744，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例6:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取359E)的R744A和659fe的R23，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例7:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取45%的R744A、20%的R23和35%的R41,在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例8:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取25%的R744A、65%的R23和10%的R116，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例9:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取15%的R744A、35%的R23和50%的R744，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例10:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取85%的R744A和15%的R116，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例ll:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取45°/。的R744A、15%的R116和40%的R41，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例12:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取65%的R744A、10%的R116和25%的R744，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例13:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取15%的R744A和85%的R41，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例14:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取45。/o的R744A、25%的R41和30%的R744，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例15:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取85%的R744A和15%的R744,在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例16:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取2%的R744A和98%的R744,在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例17:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取98%的R744A和2%的R41，在常溫下進行物理混合后作實施例18:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取2%的R744A、96%的R744和2%的R41，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例19:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取5%的R744A、2%的R170和93%的R41，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例20:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取2%的R744A、1%的R170和97%的R41,在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。若復(fù)疊式制冷循環(huán)的設(shè)計工況取為高溫級的冷凝溫度為4(TC，吸氣過熱度為5°C，過冷度為5°C，冷凝蒸發(fā)器的傳熱溫差為5°C，本發(fā)明的高溫級制冷劑以R134a制冷工質(zhì)為基準(zhǔn)(也可選用其余適宜的環(huán)保型工質(zhì)作為高溫級制冷劑)；低溫級的蒸發(fā)溫度取不同的制備溫區(qū)下的平均蒸發(fā)溫度，且?guī)Щ責(zé)崞?，其過冷度設(shè)為5'C;高低溫級壓縮過程定熵效率均為75°/。。根據(jù)循環(huán)模擬計算，現(xiàn)以制備190K和210K溫區(qū)含有&0(R744A)的復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)為例，其低溫級運行有關(guān)參數(shù)和整個復(fù)疊系統(tǒng)循環(huán)性能指標(biāo)如下表2.190K溫區(qū)低溫級運行參數(shù)及系統(tǒng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4.190K溫K低溫級運行參數(shù)及系統(tǒng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表6.210K溫區(qū)低溫級運行參數(shù)及系統(tǒng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表7.210K溫區(qū)低溫級運行參數(shù)及系統(tǒng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表8.210K溫區(qū)低溫級運行參數(shù)及系統(tǒng)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1、含有N2O的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)，其特征在于該低溫級混合工質(zhì)含一氧化二氮(R744A)和乙烷(R170)、三氟甲烷(R23)、六氟乙烷(R116)、氟甲烷(R41)、二氧化碳(R744)中的一種或兩種。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有N20的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)，其特征在于:低溫級混合工質(zhì)中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為R744VR170/R232-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0_96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-9挑；2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;2-98/2-98/0-96%或2-98/0-96/2-98%;t百分比之和為100%。3、一種如權(quán)利要求1所述的含有&0的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)的制備方法，其特征在于將一氧化二氮(R744A)和乙烷(R170)、三氟甲烷(R23)、六氟乙烷(R116)、氟甲垸(R41)、二氧化碳(R744)中的一種或兩種在液相狀態(tài)下進行物理混合得到。R744A/R170/R116R744A/R170/R41R744A/R170/R744R744A/R23/R116R7楊/R23/R41R744A/R23/R744R744A/R116/R41R744A/R116/R744R744A/R41/R744以上每組混合工質(zhì)的質(zhì)j全文摘要本發(fā)明涉及適用于180～220K溫區(qū)的含有N₂O的復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級混合工質(zhì)及其制備方法，該低溫級混合制冷劑含低沸點工質(zhì)N₂O(R744A)和乙烷(R170)、三氟甲烷(R23)、六氟乙烷(R116)、氟甲烷(R41)、二氧化碳(R744)中的一種或兩種，在常溫下物理混合而成。本發(fā)明不破壞臭氧層，溫室效應(yīng)勢低，符合環(huán)保要求；其熱工參數(shù)適宜，循環(huán)性能優(yōu)良，可采用現(xiàn)有的復(fù)疊低溫級壓縮機優(yōu)化設(shè)計新工質(zhì)系統(tǒng)。該混合制冷劑可作為現(xiàn)有復(fù)疊制冷低溫級系統(tǒng)中的替代制冷劑。文檔編號C09K5/04GK101434831SQ200810232588公開日2009年5月20日申請日期2008年12月5日優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日發(fā)明者馮永斌,敏張,剛晏,錢文波,鍇陶申請人:西安交通大學(xué)