專利名稱：用于深度低溫的節(jié)流循環(huán)制冷系統(tǒng)中的不可燃的混合制冷劑(mr)的制作方法
本申請要求獲得早先申請的且現(xiàn)在正在審查的臨時申請No.60/214562、60/214565和60/295237的優(yōu)先權(quán)益，并且本申請是美國專利申請No.09/728501的一部分的連續(xù)，該美國專利申請No.09/728501在此將以參引的方式包含在本申請中。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種無毒、無氟且不可燃的制冷劑混合物，該混合物用于深度低溫制冷系統(tǒng)中。
制冷系統(tǒng)早在1900-1910年就已經(jīng)出現(xiàn)了，當(dāng)時已經(jīng)開發(fā)出了密封可靠的制冷系統(tǒng)。從那時起，在制冷技術(shù)方面的改進(jìn)已經(jīng)證明其既可以用于民用設(shè)備也可以用于工業(yè)設(shè)備中。特別是，低溫制冷系統(tǒng)目前為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、低溫電子學(xué)、涂漬操作以及半導(dǎo)體制造應(yīng)用領(lǐng)域提供了基本的產(chǎn)業(yè)功能。
提供溫度低于223K(-50℃)的制冷具有非常重要的用途，特別是在工業(yè)制造和測試應(yīng)用方面。本發(fā)明涉及能提供制冷溫度在223K和73K(-50℃和-200℃之間)之間的制冷系統(tǒng)。處于該范圍內(nèi)的溫度不同地被稱為低溫、超低溫和深冷溫度。就本申請而言，術(shù)語“深度”或“深度低溫”將用來表示溫度范圍在223K到73K(-50℃和-200℃之間)之間的溫度。在許多在真空條件下進(jìn)行的制造過程中，由于安裝有一個深度低溫制冷系統(tǒng)，需要對許多元件進(jìn)行快速加熱。這種加熱過程是一種除霜循環(huán)。這種加熱過程能夠加熱蒸發(fā)器并使得制冷線路與室溫相連。這使得系統(tǒng)的這些部件能夠被接觸到并通向大氣，而不會使得空氣中的水分冷凝在這些部件上。整個除霜循環(huán)和隨后產(chǎn)生深度低溫的恢復(fù)時間越長，制造系統(tǒng)的生產(chǎn)率(througput)就越低。加快除霜和加快恢復(fù)對真空腔內(nèi)低溫抽氣表面(蒸發(fā)器)的制冷能有利地增加真空工藝的生產(chǎn)率。
目前有許多需要這種深度低溫制冷的真空工藝。主要用途是用來為真空系統(tǒng)提供水蒸氣的低溫抽送。深度低溫表面俘獲并保持住水蒸氣分子的速率要比其釋放的速率要高。最終的結(jié)果是快速而顯著地降低腔體內(nèi)的水蒸氣分壓力。在用于電子存儲介質(zhì)、光反射器、金屬化部件、半導(dǎo)體裝置的真空涂漬工業(yè)中，水蒸氣的低溫抽氣過程對于許多物理(自然)蒸汽沉積過程是非常有用的。該工藝業(yè)可以用于在冷凍干燥操作時去除食品上的水分。
另一種應(yīng)用涉及熱輻射屏蔽。在這種應(yīng)用中，巨大的面板被冷卻到極低的溫度。這些經(jīng)過冷卻后的面板截留真空腔表面和加熱器放出的輻射熱量。這能夠降低需要被冷卻到溫度低于面板溫度的表面上的熱負(fù)載。還有另一種用途是用來去除所制造物件上的熱量。在許多用途中，這種物件是一種用于計算機(jī)硬盤驅(qū)動器的鋁質(zhì)盤、用于制造半導(dǎo)體裝置的硅晶片、或用于平板顯示器的象玻璃或塑料一樣的材料。在這些情況下，這種深度低溫提供了一種用于將熱量更快地從這些物件上去除掉的方法，盡管該物件在該工藝步驟的最后的最終溫度可能比室溫要高。而且，許多包括硬盤驅(qū)動介質(zhì)、硅晶片或平板顯示器材料或其他基片的應(yīng)用都涉及到這些物件上的材料沉積問題。在這種情況下，這種沉積的結(jié)果是熱量從該物件上釋放出來，且必須在保持該物件處于前述溫度內(nèi)的同時將該熱量去除掉。冷卻一個象一塊平板一樣的表面是將熱量從這種物件上去除掉的典型方式。在所有這些情況下，制冷系統(tǒng)和待冷卻物件之間的相互作用在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行處理，制冷劑在該蒸發(fā)器內(nèi)以極低的溫度將熱量從物件上帶走。
還有其他深度低溫的應(yīng)用，包括，生物流體和生物組織的保存，化學(xué)工藝過程和制藥工藝過程的反應(yīng)速度的控制。
歷史上，傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)都是采用含氯的制冷劑，現(xiàn)在已經(jīng)確定其對環(huán)境有害，且已知其有助于破壞臭氧。因此，日益增多的限制性環(huán)境法規(guī)已經(jīng)迫使制冷工業(yè)放棄采用氯氟烴(chlorinatedfluorocaborn，CFCs)而改用氫氯氟烴(hydrochloro fluorocarbon，HCFCs)。蒙特利爾協(xié)定的規(guī)定了一個停止使用氫氯氟烴(HCFCs)的階段，一項歐盟的法律也規(guī)定從2001年1月1日起禁止在制冷系統(tǒng)中采用氫氯氟烴(HCFC)。因此，開發(fā)一種替代制冷混合物成為必須。氫氟烴(hydroflurocarbon，HFC)制冷劑就是一種極好的候選，該制冷劑具有不可燃性，毒性低，且可采用工業(yè)方式獲得。HFC在工業(yè)和民用方面的使用現(xiàn)在已眾所周知。不過，這些應(yīng)用不需要這種典型的制冷劑在深度低溫下使用。因此，其在低溫下在混合物中的性能和特性還并不知曉。
在選擇替代性制冷劑時，優(yōu)選是采用非可燃性且無毒(可允許暴露極限大于400ppm)的制冷劑。
現(xiàn)有的深度低溫系統(tǒng)采用可燃的成分來構(gòu)成油。這種采用含氯制冷劑的深度低溫系統(tǒng)中所使用的油與沸點較高的成分具有較好混合性，當(dāng)該沸點較高的成分受到壓縮時能夠在室溫下液化。較沸點較低的HFC制冷劑，例如R-23，則不易與這些油相混合，且直到與制冷過程中的溫度較低的部件接觸才易于液化。這種不易混合性造成壓縮機(jī)的油分離和凍結(jié)(frezzeout)，而凍結(jié)會導(dǎo)致系統(tǒng)由于堵塞管道、過濾器、閥或節(jié)流裝置而失效。為了在這些較低的溫度下使其具有混合性，可以向這種制冷劑混合物中加入乙烷。不巧的是，乙烷具有可燃性，而這會限制用戶的接受程度，并會對系統(tǒng)的控制、安裝以及成本提出附加要求。因此，最好消除任何可燃性成分。
此外，采用有毒的制冷劑會限制用戶的接受程度，而且會對系統(tǒng)的控制、安裝以及成本提出附加要求?？稍试S的暴露極限(PEL)是指根據(jù)OSHA(職業(yè)安全和健康署)的規(guī)定一個工人暴露在一種化學(xué)品下可以承受的最大量或最大濃度。就混合制冷劑而言，任何成分的PEL低于400ppm話都被認(rèn)為是有毒的并且會對可能會暴露在這種制冷劑下的任何人員的健康產(chǎn)生危險，例如維修技術(shù)員。因此，比較有利的是采用一種其成分的PEL大于400ppm的制冷劑。
對所要開發(fā)的制冷劑的混合物的另一種要求是，該制冷劑混合物不會凍結(jié)。制冷系統(tǒng)中的“凍結(jié)”狀態(tài)是指，一種或多種制冷劑成分、或壓縮機(jī)油變成固體或者變得極端粘稠而不能流動時。在制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，吸入壓力會隨著溫度降低而降低。如果凍結(jié)狀態(tài)出現(xiàn)，吸入壓力會趨向下降，甚至?xí)M(jìn)一步產(chǎn)生正反饋并進(jìn)一步降低溫度，并造成更嚴(yán)重的凍結(jié)。目前所需要的是找到一種防止在MR制冷系統(tǒng)中產(chǎn)生凍結(jié)的方法?，F(xiàn)在可得到制冷劑HFC的凝固溫度要高于其所替代的制冷劑HCFC以及CFC的凝固溫度。由于這些制冷劑比較新，且由于其在深度低溫下的使用并不普通，因此，沒有人能預(yù)測含有這些新型制冷劑的混合物的凍結(jié)特性。
采用氫碳氟化物(HFC)時的另一個挑戰(zhàn)是，這些制冷劑不易混合到烷基苯中，因此，采用多元醇型酯(polyolester，POE)(制冷手冊第7章，第7.4頁，美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(ASHRAE)，1998年)壓縮機(jī)油與制冷劑HFC兼容。對于深度低溫系統(tǒng)而言選擇適當(dāng)?shù)挠褪潜匾模驗橛筒粌H必須為壓縮機(jī)提供較好的潤滑，而且它也應(yīng)該不會在深度低溫下與制冷劑分離和凍結(jié)。
通常，在制冷工業(yè)中，制冷劑的改變會要求在硬件上進(jìn)行改變，例如改變壓縮機(jī)或閥。因此，制冷劑改變會導(dǎo)致昂貴的設(shè)備改型和相應(yīng)的停機(jī)時間。所需要的是提供一種方法，以便能使用現(xiàn)有的與一種近期開發(fā)出的混合制冷劑HFC結(jié)合的制冷設(shè)備，這種混合制冷劑HFC可與現(xiàn)有硬件和材料相適應(yīng)。由于深度低溫系統(tǒng)必須在幾種不同的模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此這又進(jìn)一步使這種要求復(fù)雜化。由于在穩(wěn)定狀態(tài)下處于液態(tài)的多種制冷劑在系統(tǒng)處于室溫時會處于氣態(tài)，因此，甚至這些系統(tǒng)的啟動過程也會面臨著挑戰(zhàn)。而且，劇烈的運(yùn)轉(zhuǎn)變化，例如提供快速除霜，要求用于該系統(tǒng)的制冷劑混合適當(dāng)，以便在不超出運(yùn)轉(zhuǎn)溫度或壓力的極限的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。在表1(圖1)中示出了本發(fā)明的開發(fā)的各種混合物，且表示為混合物A、混合物B等。在該表中還列出了加利福尼亞的圣拉斐爾(San Rafael)的IGC Polycold Systems公司所開發(fā)的幾種商業(yè)產(chǎn)品的型號，這些產(chǎn)品中采用了這些混合物。
例如，現(xiàn)有的制冷單元，采用一種混合物，該混合物含有R-123、R-22、R-23、R-170、R-14、以及氬，該混合物已經(jīng)被混合物A(表1)成功地替代，從而實現(xiàn)了在不使用HCFC和不使用可燃的或有毒的制冷劑的條件下提供同等制冷性能的目的。
而且，根據(jù)本發(fā)明，如果使所列舉的成分的比率彼此間保持相同的比例的話，可以向上述合成物中加入另一種成分。
背景專利授予Praxair Technology公司(Danbury，CT)的美國專利6,041,621“工業(yè)氣體的單回路深冷液化”，描述了一種用于比較有效地使工業(yè)氣體液化的方法，其中采用一種被稱為多成分制冷劑液體產(chǎn)生用于液化的制冷，并通過一條單流動回路在從環(huán)境溫度到低溫學(xué)溫度的較寬溫度范圍內(nèi)提供制冷。
授予General Signal Corporation公司(Stamford，CT)的美國專利US5,702,632“無CFC的制冷劑混合物”，描述了一種制冷的熱交換器部分，該部分用于使得一種基本無CFC的制冷劑混合物循環(huán)，該制冷熱交換器部分包括壓縮機(jī)裝置，輔助冷凝器，第一冷凝器，第二冷凝器，第三冷凝器，再冷卻器以及液/氣分離器，其中被當(dāng)作殘留物(bottom)從液/氣分離器中抽出的經(jīng)過再冷的制冷劑液體混合物通過第一膨脹裝置和第二膨脹裝置而分配和膨脹，而分別形成第一和第二膨脹氣流，從而第一膨脹氣流返回到輔助冷凝器和壓縮機(jī)中，以避免壓縮機(jī)過熱。
授予General Signal Corporation公司(Stamford，CT)的美國專利US5,408,848“無CFC的自動級聯(lián)(auto-cascade)制冷系統(tǒng)”，描述了一種制冷熱交換器部分，該交換器部分在使得基本上無CFC的制冷劑混合物循環(huán)方面比較有用，該交換器部分包括一壓縮機(jī)裝置，一輔助冷凝器，一第一冷凝器，一第二冷凝器，一第三冷凝器，一再冷卻器以及一液/氣分離器，其中被當(dāng)作殘留物從液/氣分離器中抽出的制冷劑液體混合物通過第一膨脹裝置和第二膨脹裝置而分配和膨脹，而分別形成第一和第二膨脹氣流，從而第一膨脹氣流返回到輔助冷凝器和壓縮機(jī)中，以便避免壓縮機(jī)過熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于具有各種結(jié)構(gòu)的深度低溫節(jié)流循環(huán)制冷系統(tǒng)的不可燃的、無氯、無毒的混合制冷劑(MR)。
本發(fā)明的不可燃的、無氯、無毒的混合制冷劑(MR)用于深度低溫制冷系統(tǒng)或過程中，例如混合制冷劑系統(tǒng)、自動制冷級聯(lián)循環(huán)、Kleemenko循環(huán)、或單膨脹裝置系統(tǒng)。該制冷系統(tǒng)包括至少一個壓縮機(jī)，一具有單級(沒有相分離器)或多級(至少有一個相分離器)結(jié)構(gòu)的節(jié)流循環(huán)。多級節(jié)流循環(huán)還被稱之為自動制冷級聯(lián)循環(huán)，并且其特征在于在制冷過程中采用至少一個制冷劑氣-液相分離器。
本發(fā)明的不可燃的、無氯、無毒的混合制冷劑(MR)在具有延長的除霜循環(huán)的制冷系統(tǒng)中是有用的。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在此公開的不可燃的、無氯、無毒的混合制冷劑(MR)可用于深度低溫制冷系統(tǒng)中。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，在此公開了與HFC制冷劑一起用于深度低溫制冷系統(tǒng)中的合適的壓縮機(jī)油。
本發(fā)明還有一優(yōu)點在于，凝固點較高的制冷劑的極限值被確定，從而公開了在低于所述凝固點較高的成分的凝固點下使用這些混合物。
因此，本發(fā)明的目的是開發(fā)一種改進(jìn)制冷劑混合物，該制冷劑混合物不含有HCFC，而且能夠用于提供與以前含有HCFC的混合物一樣的制冷性能，同時還不需要對壓縮機(jī)、制冷劑液-氣相分離器、節(jié)流裝置以及熱交換器布置進(jìn)行改變。
因此，本發(fā)明包括制冷劑混合物和合適的壓縮機(jī)油，該壓縮機(jī)油具有在下文描述的混合物中以舉例的方式給出的成分的特征、特性以及成分之間的關(guān)系，且本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將在該說明書中清楚地顯示出來。因此，本發(fā)明包括的結(jié)構(gòu)特征，元件的的組合，以及部件布置都將在下面所給出的構(gòu)成中以舉例的方式進(jìn)行說明，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。


為了更好地理解發(fā)明，下面的說明將參考結(jié)合附圖進(jìn)行，其中圖1是深度低溫制冷系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)帶有除霜功能、采用了自動制冷級聯(lián)制冷過程、可以在不進(jìn)行硬件改動的情況下采用本發(fā)明的制冷劑混合物而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；圖2是一可替代制冷過程的局部示意圖，一個單相分離器的自動制冷級聯(lián)，其用于本發(fā)明圖1的制冷系統(tǒng)；圖3是另一可替代制冷過程的局部示意圖，其用于本發(fā)明圖1的制冷系統(tǒng)；圖4為本發(fā)明的制冷劑混合物組成成分的表1；圖5是采用本發(fā)明的制冷劑混合物的制冷系統(tǒng)的對比性能的表2；圖6是本發(fā)明可在不產(chǎn)生制冷劑凍結(jié)情況下以用來獲得低到105K制冷效果的制冷劑混合物的表3；圖7是本發(fā)明可在不產(chǎn)生制冷劑凍結(jié)情況下以用來獲得低到118K制冷效果的制冷劑混合物的表4；圖8是本發(fā)明可在不產(chǎn)生制冷劑凍結(jié)情況下以用來獲得低到130K制冷效果的制冷劑混合物的表5；圖9是本發(fā)明可在不產(chǎn)生制冷劑凍結(jié)情況下以用來獲得低到140K制冷效果的制冷劑混合物的表6；圖10是本發(fā)明可在不產(chǎn)生制冷劑凍結(jié)情況下以用來獲得低到155K制冷效果的制冷劑混合物的表7；圖11是本發(fā)明用來進(jìn)行測試以確定在表3-7中在不出現(xiàn)制冷劑凍結(jié)的情況下所使用到的極限值的制冷劑混合物的表8；
圖12是本發(fā)明的能夠與壓縮機(jī)油結(jié)合而沒有制冷劑或油凍結(jié)的各種制冷劑和制冷劑混合物的溫度的表9。
具體實施例方式
在第一實施例中，圖1所示的是一個深度低溫制冷系統(tǒng)100，該制冷系統(tǒng)采用了本發(fā)明的混合制冷劑。制冷系統(tǒng)100是一種深度低溫制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括一個壓縮機(jī)102，該壓縮機(jī)連接到一可選擇的油分離器124上，該分離器經(jīng)過一條排氣管路106連接到冷凝器104上。油分離器124的第二出口在制冷過程108和壓縮機(jī)102之間的節(jié)點處經(jīng)回油管線130連接回到壓縮機(jī)吸氣管線122上。冷凝器104經(jīng)液體管線110連接到制冷過程108的供給進(jìn)口上。制冷過程108的供給進(jìn)口經(jīng)制冷劑供給管線114與蒸發(fā)器112的進(jìn)口相連。在制冷劑供給管線114的位于制冷過程108和蒸發(fā)器112之間的管線中，有一個流動調(diào)節(jié)裝置(FMD)116，該裝置再與電磁閥118相連。蒸發(fā)器112的出口又經(jīng)制冷劑返回管線120與制冷過程108的返回進(jìn)口相連。制冷過程108的返回出口經(jīng)壓縮機(jī)吸氣管線122返回到壓縮機(jī)102而使得該環(huán)路封閉。在其他結(jié)構(gòu)中，電磁閥118位于制冷過程108和流動調(diào)節(jié)裝置116之間。
制冷系統(tǒng)100還包括除霜供給管線128，該除霜管線連接到電磁閥160上，該電磁閥在電磁閥118和蒸發(fā)器112之間的一個節(jié)點處傳送制冷劑。
如果采用的是無油壓縮機(jī)的話，就不需要油分離器124了。而且，在一些情況下，從壓縮機(jī)出來的排氣管線中的油濃度低到可足以不使用油分離器。在其他變化形式中，油分離器安裝在除霜供給管線128中。
如圖所示，蒸發(fā)器112有時作為一部件包含在整個制冷系統(tǒng)100中。在其他結(jié)構(gòu)中，蒸發(fā)器112由用戶或其他第三方提供，并在安裝整個制冷系統(tǒng)100時組裝起來。蒸發(fā)器112的制造通常極其簡單，且可以由銅管或不銹鋼管構(gòu)成。本發(fā)明主要通過對制冷系統(tǒng)100的其他部分的說明來實施。
在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中另一個共同的元件是連接管線，這些管線使得蒸發(fā)器112距離制冷系統(tǒng)100的其他元件有較長的距離，例如6英尺到100英尺。這些連接管線并不作為一個獨(dú)立的元件示出。
所示的制冷過程108是一個自動制冷級聯(lián)系統(tǒng)，該制冷過程108包括一熱交換器132，一相分離器134，一熱交換器136，一相分離器138，一熱交換器140，一相分離器142，一熱交換器144，一流動調(diào)節(jié)裝置(FMD)146，一FMD148，以及一FMD150。這些熱交換器將熱量從高壓制冷劑傳遞給低壓制冷劑。FMD的節(jié)流將高壓制冷劑變成低壓制冷劑，并由于該節(jié)流過程而產(chǎn)生制冷效果。
經(jīng)過制冷過程108的供給制冷劑的流動路徑如下熱交換器132的供給進(jìn)口與液體管線110相連，而熱交換器132的供給出口與相分離器134的供給進(jìn)口相連。相分離器134的供給出口連接到熱交換器136的供給進(jìn)口，而熱交換器136的供給出口連接到相分離器138的供給進(jìn)口。相分離器138的供給出口連接到熱交換器140的供給進(jìn)口，而熱交換器140的供給出口連接到相分離器142的供給進(jìn)口。相分離器142的供給出口連接到熱交換器144的供給進(jìn)口，而熱交換器144的供給出口連接到制冷劑供給管線114上。
經(jīng)過制冷過程108的制冷劑回流路徑如下熱交換器144的返回進(jìn)口與制冷劑返回管線120相連，熱交換器144的返回出口連接到熱交換器140的返回進(jìn)口。熱交換器140的返回出口連接到熱交換器136的返回進(jìn)口。熱交換器136的返回出口連接到熱交換器132的返回進(jìn)口。熱交換器132的返回出口連接到吸氣管線122上。
此外，相分離器134的第二出口與FMD146相連，該FMD146在熱交換器136和熱交換器140之間的節(jié)點處連接到制冷劑返回路徑中。相分離器138的第二出口與FMD148相連，該FMD148在熱交換器140和熱交換器144之間的節(jié)點處連接到制冷劑返回路徑中。同樣，相分離器142的第二出口與FMD150相連，該FMD150在熱交換器144和蒸發(fā)器112之間的節(jié)點處連接到返回管線120中。
在各種情況下，相分離器134、138、以及142都起作用而將液態(tài)的制冷劑從氣態(tài)制冷劑中分離出來。分離效率在40％到100％之間(也就是說無論如何將有60％到0％的液體通過第一出口排出)。第一出口優(yōu)選為氣態(tài)出口。第二出口可選擇為液態(tài)出口。從各相分離器出來的液體通過節(jié)流裝置膨脹，該節(jié)流裝置通常為毛細(xì)管，被稱為流動調(diào)節(jié)裝置(FMD)的。更具體而言，來自相分離器134中的液體流進(jìn)FMD146中，相分離器138中的液體流進(jìn)FMD148中，相分離器143中的液體流進(jìn)FMD150中。因此，當(dāng)液體從相分離器134、138、和142排除時其壓力較高，而當(dāng)液體與返回的低壓制冷劑混合時其壓力較低。
制冷系統(tǒng)100還包括一電磁閥152，該電磁閥與相分離器134的第一出口的一支路相連。電磁閥152的出口與膨脹箱154相連，該膨脹箱154又串聯(lián)到第二膨脹箱156上。此外，F(xiàn)MD158的進(jìn)口連接在電磁閥152和膨脹箱154之間的節(jié)點處。FMD158的出口在熱交換器136和熱交換器132之間的節(jié)點處連接到制冷劑返回路徑上。
制冷系統(tǒng)100可以在三種模式中的其中一種模式下工作，這三種模式為制冷模式、除霜模式以及備用模式。所描述的制冷劑混合物能夠在三種模式中的其中每一種模式下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁閥160和118都處于關(guān)閉狀態(tài)時，系統(tǒng)的狀態(tài)稱之為備用模式。在這種模式下沒有制冷劑流向蒸發(fā)器。制冷劑僅僅在內(nèi)部流動調(diào)節(jié)裝置(即，F(xiàn)MD146、FMD148、FMD150)的作用下在制冷過程108內(nèi)流動，該流動調(diào)節(jié)裝置使得高壓制冷劑被輸送到該過程的低壓側(cè)。這樣就使得該能夠長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的制冷過程108連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種采用單節(jié)流制冷過程的情況下，如果在備用模式期間有一種裝置能夠使得流體流過節(jié)流閥，那么備用運(yùn)行模式才可能使得制冷劑從制冷過程108的高壓側(cè)流向低壓側(cè)。在許多結(jié)構(gòu)中，這是可以通過一對電磁閥來實現(xiàn)，以便控制制冷劑流向蒸發(fā)器或回流到制冷過程。在其他結(jié)構(gòu)中，可以采用附加的節(jié)流閥和電磁閥使得制冷劑在備用模式下進(jìn)行這種內(nèi)部流動。
通過開啟電磁閥118，系統(tǒng)則處于制冷模式。在這種運(yùn)行模式下，電磁閥160處于關(guān)閉狀態(tài)。來自于制冷過程108的溫度極低的制冷劑通過FMD116而膨脹，并流經(jīng)閥118而流向蒸發(fā)器112，然后該制冷劑通過制冷劑返回管線120返回到制冷過程108。制冷系統(tǒng)100能夠在這種模式下長期運(yùn)轉(zhuǎn)下去。
制冷系統(tǒng)100在電磁閥160開啟時處于除霜模式。在這種運(yùn)行模式下，電磁閥118處于關(guān)閉狀態(tài)。在除霜模式下，來自于壓縮機(jī)102的熱氣體被輸送給蒸發(fā)器112。通常除霜是為了將蒸發(fā)器112的表面加熱到室溫，以便消除積累下來的凝結(jié)水蒸汽(即冰)，以防止在真空腔與大氣相通時在蒸發(fā)器112的表面上產(chǎn)生凝結(jié)，或者消除個人暴露在深度低溫下的危險。熱制冷劑流過油分離器124，并經(jīng)過除霜管線128流向電磁閥160，然后熱制冷劑被供應(yīng)到電磁閥118和蒸發(fā)器112之間的節(jié)點處，并流向蒸發(fā)器112。在除霜開始的時候，蒸發(fā)器112溫度極低，并使得氣態(tài)的熱制冷劑冷卻并完全或部分冷凝。接著制冷劑經(jīng)過制冷劑返回管線120返回到制冷過程108。返回的除霜制冷劑起初處于深度低溫下，其與在制冷模式下通常提供的溫度十分近似。隨著除霜過程的進(jìn)行，蒸發(fā)器112被加熱。最終，返回除霜?dú)怏w的溫度要比制冷模式下提供的溫度高得多。這就使得制冷過程108上的熱負(fù)載較大。這個過程可以承受比較短的一段時間，通常為2-7分鐘，這段時間通常足以將蒸發(fā)器112的整個表面加熱到室溫。通常有一個溫度傳感器(未示出)與制冷劑返回管線120熱接觸。當(dāng)制冷劑返回管線120處達(dá)到理想的溫度時，溫度傳感器使得控制系統(tǒng)(未示出)結(jié)束除霜，關(guān)閉電磁閥160并將制冷系統(tǒng)100置于備用模式。通常在完成除霜后，需要有較短的一段備用模式，通常為5分鐘，以使得制冷過程108能在轉(zhuǎn)換到制冷模式之前使其溫度降低。
提供除霜的另一種裝置可能和在美國專利申請NO.09/870,385中描述的一樣，該裝置能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述，將制冷系統(tǒng)100的所有元件之間互相聯(lián)接，以使得制冷劑能夠流動。制冷系統(tǒng)100的所有元件在工業(yè)領(lǐng)域是公知的(即，壓縮機(jī)102，冷凝器104，制冷過程108，蒸發(fā)器112，F(xiàn)MD116，電磁閥118，油分離器124，熱交換器132，相分離器134，熱交換器136，相分離器138，熱交換器140，相分離器142，熱交換器144，電磁閥152，膨脹箱154，膨脹箱156，以及FMD158)。盡管如此，還是要對這些元件作如下簡要的說明。
為了在本公開文本中進(jìn)行解釋，圖1中所示的制冷系統(tǒng)100的制冷過程108是一種自動制冷級聯(lián)循環(huán)的型式(version)。但是，溫度制冷系統(tǒng)100的制冷過程108可以是采用混合制冷劑的任何深度低溫制冷系統(tǒng)。
更具體地說，制冷過程108可以是的IGC Polycold Systems公司(加利福尼亞San Rafael)的自動制冷級聯(lián)過程，或者是一種IGC-APDCryogenics公司(Allentown，PA.)的APD系統(tǒng)(即不進(jìn)行相分離的單級低溫制冷機(jī))、Missimer型循環(huán)(即Missimer專利US3768273公開的自動制冷級聯(lián))、Kleemenko型(即兩相分離系統(tǒng))、單個相分離器系統(tǒng)、或Longsworth的專利US5441658描述的單膨脹裝置類型。制冷過程108還可以是與這些過程相關(guān)的變化形式，例如，在Forrest的專利US4597276和Missimer的專利US4535597中描述的制冷過程，或者是沒有相分離或者有一級或多級相分離的任何深度低溫制冷過程。對于低溫和深度低溫方面的內(nèi)容還可參見美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會編制的1998年版的ASHRAE制冷手冊的第39章。除了所用的相分離器的數(shù)量外，所采用的熱交換器的數(shù)量以及內(nèi)部節(jié)流裝置也可以根據(jù)具體的應(yīng)用情況以不同的布置方式適當(dāng)增加或減少。
圖1中示出了制冷過程108的幾種可能的基本變化形式。圖1中所示的制冷系統(tǒng)100配有單個壓縮機(jī)。不過，需要指出的是采用兩個并聯(lián)的壓縮機(jī)也能獲得相同的壓縮效果，或者通過串聯(lián)在一起的幾個壓縮機(jī)或一個兩級壓縮機(jī)將壓縮過程分成幾級。所有這些可能的變化形式都可以被認(rèn)為落入本公開的范圍之內(nèi)。該優(yōu)選實施例采用一種單個壓縮機(jī)是因為這能提高可靠性。采用兩個并聯(lián)的壓縮機(jī)有利于在制冷系統(tǒng)的負(fù)載較小時降低能耗。該方法的缺陷在于增加額外的部件、控制裝置、所需的地面空間以及成本，并且降低了可靠性。采用兩個串聯(lián)的壓縮機(jī)提供了一種降低每級壓縮比的方法。這有利于降低壓縮后的制冷劑氣體所達(dá)到的最高排氣溫度。不過，這也需要增加額外的部件、控制以及成本，并且這也會降低系統(tǒng)的可靠性。所以該優(yōu)選實施例采用單個的壓縮機(jī)。對于單個壓縮機(jī)，在單級壓縮中的混合制冷劑的壓縮已經(jīng)成功地顯示出其不會有過高的壓縮比或排氣溫度。由于依然采用了單個壓縮機(jī)，所以使用一個壓縮機(jī)來提供多級壓縮和在壓縮級之間冷卻制冷劑，這保持了獨(dú)立壓縮級的優(yōu)點，這同時使得復(fù)雜性增加的缺陷最小化。
圖1中所示的制冷系統(tǒng)100配備有一個單個蒸發(fā)器。一種普通的變化形式是向多個蒸發(fā)器提供獨(dú)立的除霜控制和冷卻控制。在這樣一種布置中，這些蒸發(fā)器都是并聯(lián)的，每個蒸發(fā)器都具有一套例如閥160和118以及必要的聯(lián)接管線，這套閥用于控制冷的制冷劑或熱的除霜?dú)怏w的流動。這樣在例如其他蒸發(fā)器可以獨(dú)立地置于制冷、除霜或備用模式中時使得該系統(tǒng)能夠有一個或多個蒸發(fā)器處于制冷、除霜或備用模式中。
制冷系統(tǒng)100還包括一個電磁閥152，該電磁閥與相分離器134的第一出口的一支路相連。電磁閥152的出口與膨脹箱154相連，膨脹箱154與第二膨脹箱156串聯(lián)。此外，F(xiàn)MD158的進(jìn)口連接到電磁閥152和膨脹箱154之間的節(jié)點上。FMD158的出口在熱交換器136和熱交換器132之間的節(jié)點處連接到制冷劑返回路徑上。
在啟動時，由于整個系統(tǒng)處于室溫狀態(tài)，因此對于整個制冷系統(tǒng)100內(nèi)的絕大部分制冷劑來說通常都處于氣態(tài)。對制冷劑氣體進(jìn)行控制而使得其冷卻下來的時間最優(yōu)化是重要的。在啟動過程中有選擇性地從制冷系統(tǒng)100的循環(huán)中移動氣體將會對這種優(yōu)化作用有利。此外，氣體被抽回到制冷系統(tǒng)100中的的速度也會影響到冷卻的速度。
在啟動時，系統(tǒng)控制器(未示出)使得電磁閥152短暫開啟，通常持續(xù)大約10到20秒。電磁閥152例如為一種Sporlan B6型閥(Washington Mo.)。結(jié)果，在啟動期間，制冷劑氣體從相分離器134中排出，并流進(jìn)串聯(lián)在一起的膨脹箱154和膨脹箱156中。FMD158調(diào)節(jié)進(jìn)出于膨脹箱154和156的制冷劑氣體的流動。關(guān)于設(shè)定通過FMD158的流動的兩方面的考慮如下流動必須緩慢到足以使得返回到制冷系統(tǒng)100的氣體能夠在任何給定時刻的任何運(yùn)行工況下在冷凝器中冷凝，由此確保冷卻最優(yōu)化。在啟動過程中，這種最初的液體形式使得冷卻下來的時間在15到60分鐘之間。不過，同時流經(jīng)FMD158的流速同時要快到足以確保足夠的制冷劑正在制冷系統(tǒng)100內(nèi)流動，從而防止由于吸入壓力較低而可能導(dǎo)致的運(yùn)轉(zhuǎn)停止。進(jìn)出膨脹箱154和156的氣流采用圖1中所示的FMD158進(jìn)行被動控制?；蛘呖梢圆捎靡环N帶有傳感器的控制器來提供主動流動控制。
膨脹箱的結(jié)構(gòu)包括至少一個壓力容器，并且可以具有串聯(lián)或并聯(lián)的幾個膨脹箱或膨脹箱組合。
圖2所示的是另一種制冷過程108的變化形式，該變化形式采用了本發(fā)明的實施例一或二中的混合制冷劑。通常，這種結(jié)構(gòu)被稱之為單個相分離器自動制冷級聯(lián)過程。圖2的制冷過程200包括一熱交換器202，一相分離器204，一熱交換器206，一熱交換器208以及一FMD210。
經(jīng)過制冷過程200的制冷劑供給流動路徑如下熱交換器202的供給進(jìn)口與液體管線110相連，而熱交換器202的供給出口與相分離器204的供給進(jìn)口相連。相分離器204的供給出口連接到熱交換器206的供給進(jìn)口，而熱交換器206的供給出口連接到熱交換器208的供給進(jìn)口。熱交換器208的供給出口連接到制冷劑供給管線114。
經(jīng)過制冷過程200的制冷劑返回流動路徑如下熱交換器208的返回進(jìn)口與制冷劑返回管線120相連，而熱交換器208的返回出口與熱交換器206的返回進(jìn)口相連。熱交換器206的返回出口連接到熱交換器202的返回進(jìn)口。熱交換器202的返回出口連接到壓縮級的吸氣管線122上。此外，來自相分離器204的中的液體流經(jīng)FMD210并在熱交換器206和熱交換器208之間的節(jié)點處流進(jìn)制冷劑返回路徑中。該液體在從相分離器204中排出時處于高壓，而與返回的低壓制冷劑混合處于低壓。
圖3所示的還是制冷過程108的另一個可替代的變化形式，該變化形式采用本發(fā)明實施例一或二的混合制冷劑。圖3的制冷過程300只含有一個熱交換器302。這種結(jié)構(gòu)被稱之為無相分離的系統(tǒng)，且該結(jié)構(gòu)與上面提到的Lngsworth所描述的結(jié)構(gòu)相似。
經(jīng)過制冷過程300的制冷劑供給流動路徑如下熱交換器302的供給進(jìn)口與液體管線110相連，而熱交換器302的供給出口連接到制冷劑供給管線114上。
經(jīng)過制冷過程300的制冷劑返回流動路徑如下熱交換器302的返回進(jìn)口與制冷劑返回管線120相連，而熱交換器302的返回出口連接到壓縮機(jī)吸氣管線122上。
制冷過程300需要有附加元件以便能夠在除霜模式或備用模式下運(yùn)轉(zhuǎn)。作為一種最小化配置，至少必須包括一個FMD，以便形成一個返回路徑，高壓制冷劑借助于該返回路徑經(jīng)節(jié)流成低壓制冷劑，并由此返回到壓縮機(jī)。除此之外，還可以增加的附加元件，例如，與FMD串聯(lián)的電磁閥，以便使得流動只在備用模式下進(jìn)行。
當(dāng)制冷系統(tǒng)100啟動并在備用模式、除霜模式以及制冷模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時，使制冷系統(tǒng)100連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)須要求該公開文本中描述的制冷劑成分的適當(dāng)平衡。當(dāng)制冷劑混合物不具有在組合物的正確范圍之內(nèi)的正確成分時，將會導(dǎo)致一種故障狀態(tài)，該故障使得制冷系統(tǒng)100被控制系統(tǒng)關(guān)閉。典型的故障狀態(tài)是吸入壓力較低、排氣壓力較高或排氣溫度較高。在制冷系統(tǒng)100中須包括檢測這些每個狀況的傳感器，并須包含在該控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖裝置之中。已經(jīng)證明，本申請中描述的這些制冷劑成分類型能用來提供深度低溫制冷而且這些成分的制冷劑也能在制冷、除霜和備用運(yùn)行模式下運(yùn)行。用來提供這三種運(yùn)行模式(即備用、制冷、除霜模式)的充入的制冷劑實例列在表1(圖4)中，如混合物A、B和C。
這些制冷劑開發(fā)出來后可用于特定制造的設(shè)備型式，該設(shè)備先前采用含有HCFC成分的混合物。這種新制冷劑混合物可以用于原有硬件沒有改變的結(jié)構(gòu)中。不需要采用任何改變就可以將相同的熱交換器、FMD、壓縮機(jī)、油分離器以及相分離器用于該系統(tǒng)的控制設(shè)備中。并且可以獲得和采用先前的含有MR的HCFC所獲得的制冷性能相同的制冷性能(除熱)。這些新的HFC混合制冷劑(MR)能夠進(jìn)行啟動和除霜之間過渡，而沒有任何運(yùn)轉(zhuǎn)困難。在不進(jìn)行基本硬件變化的情況下要獲得這種擴(kuò)展性功能范圍要求進(jìn)行大量的試驗性測試和鑒定。
表1中所示的是本發(fā)明的混合物，該混合物用于和圖1中所示的類型相似的自動制冷級聯(lián)制冷過程，不過除了PGC-152之外。表1中所有的組合物都是充入所列出的每種型號中的全部混合組合物。
在表1(圖4)中列出了四種不同的主要混合。可以預(yù)期表1中所示的組分的范圍可以用于所提到的多種不同的制冷循環(huán)中?；旌衔顰到D為混合物的幾種例子，這些混合物被實際應(yīng)用到自動制冷級聯(lián)中以鑒定本發(fā)明。每種混合物都是根據(jù)制冷單元的特定要求而為之研制的一種變體。混合物被用于四種在市場上可購買到的制冷系統(tǒng)中，這些制冷系統(tǒng)可以作一些細(xì)小的改變，這些混合物可以提供和圖1中所示的裝置相同的制冷、除霜和備用運(yùn)行模式。對于每種單元不同系統(tǒng)之間的變化源于每一單元性能方面的微小的差別。表2(圖5)給出了制冷系統(tǒng)采用含有HCFC的現(xiàn)有混合物和然后采用混合物A進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時的重要的系統(tǒng)運(yùn)行工況。數(shù)據(jù)證據(jù)表明，兩種混合物之間性能近似相同。在表2中也含有另一種替代制冷劑的例子，即混合物C。
混合物B用于一種和圖1中所示結(jié)構(gòu)一樣的能提供制冷、除霜和備用運(yùn)行模式的產(chǎn)品。
混合物C用于一種和圖1中所示結(jié)構(gòu)一樣的能提供制冷、除霜和備用運(yùn)行模式的產(chǎn)品。
混合物D用于一種能提供氣體冷卻的產(chǎn)品的應(yīng)用。PGC-152是圖1中所示結(jié)構(gòu)的一種變體。該P(yáng)GC-152結(jié)構(gòu)缺乏由部件128、160和116所提供的除霜性能。而且用于PGC-152的制冷過程還缺少部件142、144和150。PGC-152的主要目的是為了冷卻氣流。這通過將熱交換器132、136和140構(gòu)形成三個流動熱交換器就可以實現(xiàn)，其中氣流反向流向低壓制冷劑并被低壓制冷劑冷卻。預(yù)先冷卻過的氣體接著反向流向制冷劑蒸發(fā)器。
表2給出了該系統(tǒng)采用現(xiàn)有的含有HCFC的混合物和另外采用混合物A進(jìn)行運(yùn)行時的重要的系統(tǒng)運(yùn)行工況。數(shù)據(jù)證據(jù)表明，這兩種混合物的性能近似匹配?？梢詫旌衔顳進(jìn)行相同的比較。
制冷劑混合物的開發(fā)可以在不需要對壓縮機(jī)、節(jié)流裝置、制冷劑氣-液相分離器以及不對熱交換器布置進(jìn)行改變的情況下實現(xiàn)，該制冷劑混合物不含有HCFC，并且能夠和現(xiàn)有的含有以前充入HCFC一樣提供相同的制冷性能。
除了研制現(xiàn)有系統(tǒng)的替代制冷劑混合外，還開發(fā)了一些新的混合制冷劑系統(tǒng)。因此，根據(jù)這種經(jīng)驗，已經(jīng)將該范圍適當(dāng)擴(kuò)展到了標(biāo)示在表1的整個范圍內(nèi)和權(quán)利要求書中。
而且，已經(jīng)對新的制冷劑進(jìn)行了研究，以評估其在深度低溫制冷系統(tǒng)中的性能。這些制冷劑為R-245fa、R-134a、E-347以及R-4112。經(jīng)檢測，R-245fa具有和R-236fa相似的性質(zhì)。此外，對R-134a、E-347以及R-4112的檢測表明，這些制冷劑也能夠用于深度低溫制冷系統(tǒng)中。在對表3-8的說明中將會進(jìn)一步給出詳細(xì)說明。
還需要指出的是，由于含有混合制冷的HCFC采用R-170(乙烷)和R-23進(jìn)行互換，因此在這些新的制冷劑中可以采用R-170來替代R-23。當(dāng)然，當(dāng)R-170的摩爾濃度高于大約5％到10％時，采用這種可燃成分將會使得整個混合物具有可燃性。
在本發(fā)明的制冷劑的一個擴(kuò)展組中，用于深度低溫節(jié)流循環(huán)制冷系統(tǒng)的MR組成包括表3-7中所列的成分，其中各種成分都有極限范圍以確保防止制冷劑成分凍結(jié)(freezeout)。
表3-7標(biāo)示了組合物的不同范圍，這些組合物有效地工作以產(chǎn)生低到在每個表頭列出的最小溫度的制冷效果，且不會產(chǎn)生任何成分的凍結(jié)。在各種情況下，所示的制冷劑組合物是在蒸發(fā)器線圈中循環(huán)的制冷劑組合物。對于自動制冷級聯(lián)系統(tǒng)的情況，在蒸發(fā)器中循環(huán)的制冷劑組合物與在壓縮機(jī)中循環(huán)的組合物不同。這種區(qū)別是由于對可以在較高的溫度下冷凝進(jìn)行有意的分離制冷劑而產(chǎn)生的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以有各種方法來控制壓縮機(jī)中的制冷劑組合物和蒸發(fā)器中組合物之間的差別。關(guān)鍵的準(zhǔn)則是蒸發(fā)器中的制冷劑組分要控制在本申請所述的極限值之內(nèi)。在這些范圍內(nèi)，組分的數(shù)目和其性能的變化可能是無限的。
在表3-7中，制冷劑組分R-236fa、R-245fa、R-4112以及E-347的使用是可以改變的，并且組分的范圍的低端為0％。優(yōu)選實施例所采用的這些制冷劑中至少有一種的百分比有點小。當(dāng)在一種沒有相分離的系統(tǒng)中采用這些制冷劑混合物時，最大濃度受到嚴(yán)格限制以防止出現(xiàn)凍結(jié)狀況，且該最大濃度是表3-7中所述的最冷的蒸發(fā)器溫度的函數(shù)。當(dāng)在一種帶有多個相分離的系統(tǒng)中采用這些制冷劑混合物時，最大濃度可以增加到表3-7中所示的極限值之上，因為在制冷劑混合物流過蒸發(fā)器時，相分離器將會降低這些制冷劑的濃度從而使?jié)舛任挥诒?-7所列出的極限值范圍之內(nèi)。優(yōu)選的是，使得這些制冷劑成分的濃度最大化，因為在冷凝器中所形成的液體的含量越高，就會使得所排出的熱量越高。這就提高了整個制冷系統(tǒng)的效率。當(dāng)這些制冷劑成分從一制冷系統(tǒng)消除時，該系統(tǒng)的效率以及蒸發(fā)器的除熱性能將會顯著地降低。例如，這些制冷劑成分從制冷劑混合物中的消除會將降低冷凝器中排出的熱量，降低幅度件會高達(dá)大約70％。由于這樣會限制該系統(tǒng)所能排出的熱量的總量，因此，蒸發(fā)器的除熱量就會顯著地降低。另外，這些制冷劑成分的損失會造成系統(tǒng)啟動困難，且在除霜過程中導(dǎo)致壓力過高。
而且，考慮到采用R-236fa、R-245fa、R-4112以及E-347，R-236fa和R-245fa為HFC制冷劑，而-4112和E-347則不是。HFC由于其與POE型油之間的已被證明的可混合性而成為優(yōu)選。R-4112為碳氟化合物，且與POE油不相容，并且具有相對較高的使全球變暖潛力。E-347是一種醚制冷劑。其不易與POE油混合且全球變暖潛力非常低。當(dāng)所使用的壓縮機(jī)采用POE型油進(jìn)行潤滑時，推薦使用R-236fa和R-245fa，以確保油能較好地返回到壓縮機(jī)和油/制冷劑在壓縮機(jī)中的控制。當(dāng)E-247或R-4112與用于潤滑壓縮機(jī)的油共同使用時，就需要進(jìn)行特別的鑒定以確保充足的油返回到壓縮機(jī)，且確保內(nèi)部壓縮機(jī)部件與通常實際情況一樣具有良好的潤滑。
表8所示的是例示MR組分(Mol％)和相應(yīng)的凍結(jié)溫度(TFR)；(試驗性數(shù)據(jù))*)(TMIN)-在不出現(xiàn)凍結(jié)的情況下所能達(dá)到的最低溫度。通過在Longsworth的專利文獻(xiàn)中描述的一種具有單級節(jié)流的深度低溫系統(tǒng)上進(jìn)行測試已經(jīng)獲得這些數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是表3-7的基礎(chǔ)。
由美國臨時專利申請NO.60/214565公開的一相關(guān)發(fā)明采用一種蒸發(fā)器壓力控制閥，該壓力控制閥安裝在壓縮機(jī)吸氣管線122中，通過該閥至少將制冷過程的吸氣壓力維持在最小值，以防止制冷劑成分凍結(jié)，從而防止系統(tǒng)的吸氣壓力不會降得太低。吸氣壓力越低，則溫度就越冷。當(dāng)出現(xiàn)凍結(jié)狀態(tài)時，吸氣壓力會下降而造成正反饋，并進(jìn)一步降低溫度，造成更嚴(yán)重的凍結(jié)。這種閥與混合物B和C一起使用能確保防止出現(xiàn)凍結(jié)。
除了E-347和R-4112外，所列的所有制冷劑都是按照美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(ASHRAE)第34號標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)示的。
E-347被稱之為1-(甲氧基)-1，1，2，2，3，3，3-七氟代丙烷(也稱之為CH3-O-CF2-CF2-CF3)，3M產(chǎn)品指的是氫氟代醚。此時，還沒有建立該化合物的允許暴露極限(PEL)。因此，還不知道其是否滿足無毒制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)(PEL＞400ppm)。如果發(fā)現(xiàn)該化合物的PEL低于400ppm，那么可以采用其他成分進(jìn)行稀釋從而得出一種其整體PEL被認(rèn)為無毒的制冷劑混合物。
R-4112被稱之為十二氟代戊烷(也稱之為CF3CF2CF2CF2CF3)本發(fā)明的第三實施例用于一種制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)以采用油潤滑的壓縮機(jī)為基礎(chǔ)，該壓縮機(jī)采用表3-8中所列的不可燃的MR組成成分在低于200K的溫度下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明，油必須加到MR組成成分中。而且，可以要求油確保壓縮機(jī)長期運(yùn)轉(zhuǎn)并避免混有油的制冷劑凍結(jié)。
采用標(biāo)示為HFC成分的混合制冷劑進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)應(yīng)采用多元醇型酯(POE)或聚亞烷基二醇(PAG)類油，以確保長期運(yùn)轉(zhuǎn)。這種油的通常凝點溫度要高于220K(-53C)。且在該溫度范圍內(nèi)，這種油的易于與稱為HFC的純或混合制冷劑組分混合。例如，POE油Solest LT-32的凝點溫度為223K，且該油易于與純的R-23完全混合。在T＞223K的時，混合制冷劑R-404a(R-125、R-143a以及R-134a的組合)以及R-407c(R-32、R-125以及R-134a的組合)也易于與這種油混合。下面的表9所示的是例示性制冷劑組成成分和相應(yīng)的凍結(jié)溫度，其中包括帶有殘留油LT-32(CPI Engineering，Solest LT-32)的純的和混合的制冷劑。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，少量的油LT-32在深度低溫下能夠與混合物制冷劑混合而不會凍結(jié)。這顯示在表9中。這就使得該系統(tǒng)在其裝備有一種油潤滑的壓縮機(jī)和尺寸適當(dāng)?shù)挠头蛛x器時能夠長期運(yùn)轉(zhuǎn)并將油的濃度保持在表9所示的水平以下?；蛘撸谝环N自動制冷級聯(lián)系統(tǒng)中，在制冷過程中也能采用相分離器來限制與流經(jīng)系統(tǒng)的溫度最低部分的深度低溫的制冷劑混合在一起的油的濃度。要求相分離器的效率高到足以使得油濃度不會超過表9中所示的極限值。
也可以從市場上獲得顯示出相似特性的其他油，且這些油被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于深度低溫制冷系統(tǒng)中的不含HCFC的制冷劑混合物，按摩爾百分?jǐn)?shù)所述制冷劑混合物包括
2.一種不含HCFC的制冷劑混合物，該制冷劑混合物用于深度低溫制冷系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的低溫(蒸發(fā)器)的溫度低到105K，所述制冷劑混合物包括
3.一種不含HCFC的制冷劑混合物，該制冷劑混合物用于深度低溫制冷系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的低溫(蒸發(fā)器)的溫度低到118K，所述制冷劑混合物包括
4.一種不含HCFC的制冷劑混合物，該制冷劑混合物用于深度低溫制冷系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的低溫(蒸發(fā)器)的溫度低到130K，所述制冷劑混合物包括
5.一種不含HCFC的制冷劑混合物，該制冷劑混合物用于深度低溫制冷系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的低溫(蒸發(fā)器)的溫度低到140K，所述制冷劑混合物包括<p>表1大約的邊界
作為能量形式的電磁輻射能被吸收或發(fā)射，因此許多不同類型的光譜學(xué)可用于本發(fā)明中以測定光譜催化劑所需的譜型(如物理催化劑譜型)，其包括但不限于X-射線、紫外、紅外、微波、原子吸收、火焰發(fā)射、原子發(fā)射、誘導(dǎo)耦合的等離子體、DC氬等離子體、電弧光源發(fā)射、火花源發(fā)射、高分辨激光、無線電、拉曼等。</p><p>為研究電子躍遷，待研究的物質(zhì)需要加熱至高溫，如在火焰中，其中分子是原子化的和激發(fā)的。使氣體原子化的另一個有效途徑是采用氣體放電。當(dāng)氣體放置在帶電的電極間，產(chǎn)生電場，電子從電極和氣體原子本身釋放出來，并可形成等離子體或類等離子體條件。這些電子將與即將原子化、激發(fā)或離子化的氣體原子碰撞。通過使用高頻場，有可能誘導(dǎo)氣體放電而無需使用電極。通過改變場強(qiáng)度，可改變激發(fā)能。在固體物質(zhì)的情況下，能使用電火花或電弧激發(fā)。在電火花或電弧中，待分析的物質(zhì)蒸發(fā)，原子被激發(fā)。</p><p>發(fā)射分光光度計的基本流程圖包括純化的二氧化硅樣品室，含有準(zhǔn)備激發(fā)的樣品。樣品輻射經(jīng)過狹縫并借助色散元件分成光譜。光譜在每種所述混合物中的至少一種附加成分，在加入所述附加成分后，上述成分相對彼此之間保持相同的比例。
11.如權(quán)利要求5所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括在每種所述混合物中的至少一種附加成分，在加入所述附加成分后，上述成分相對彼此之間保持相同的比例。
12.如權(quán)利要求6所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括在每種所述混合物中的至少一種附加成分，在加入所述附加成分后，上述成分相對彼此之間保持相同的比例。
13.如權(quán)利要求1所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)是一具有液/氣相分離器的自動制冷級聯(lián)、一節(jié)流裝置制冷系統(tǒng)和一Klimenko型系統(tǒng)中的一個中的壓縮機(jī)循環(huán)。
14.如權(quán)利要求2所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)是一具有液/氣相分離器的自動制冷級聯(lián)、一節(jié)流裝置制冷系統(tǒng)和一Klimenko型系統(tǒng)中的一個中的壓縮機(jī)循環(huán)。
15.如權(quán)利要求3所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)是一具有液/氣相分離器的自動制冷級聯(lián)、一節(jié)流裝置制冷系統(tǒng)和一Klimenko型系統(tǒng)中的一個中的壓縮機(jī)循環(huán)。
16.如權(quán)利要求4所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)是一具有液/氣相分離器的自動制冷級聯(lián)、一節(jié)流裝置制冷系統(tǒng)和一Klimenko型系統(tǒng)中的一個中的壓縮機(jī)循環(huán)。
17.如權(quán)利要求5所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)是一具有液/氣相分離器的自動制冷級聯(lián)、一節(jié)流裝置制冷系統(tǒng)和一Klimenko型系統(tǒng)中的一個中的壓縮機(jī)循環(huán)。
18.如權(quán)利要求6所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)是一具有液/氣相分離器的自動制冷級聯(lián)、一節(jié)流裝置制冷系統(tǒng)和一Klimenko型系統(tǒng)中的一個中的壓縮機(jī)循環(huán)。
19.如權(quán)利要求1所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)可容許冷的制冷劑或熱的制冷劑交替地流向蒸發(fā)器。
20.如權(quán)利要求2所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)可容許冷的制冷劑或熱的制冷劑交替地流向蒸發(fā)器。
21.如權(quán)利要求3所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)可容許冷的制冷劑或熱的制冷劑交替地流向蒸發(fā)器。
22.如權(quán)利要求4所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)可容許冷的制冷劑或熱的制冷劑交替地流向蒸發(fā)器。
23.如權(quán)利要求5所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)可容許冷的制冷劑或熱的制冷劑交替地流向蒸發(fā)器。
24.如權(quán)利要求6所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)可容許冷的制冷劑或熱的制冷劑交替地流向蒸發(fā)器。
25.如權(quán)利要求1所述的不含HCF的制冷劑混合物，其特征在于，所述混合物作為替代在制冷系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在所述系統(tǒng)中提供與由原有成分的混合物所提供的熱動力性能大致相同的熱動力性能，在原有的所述混合物中HCF大于0摩爾百分比。
26.如權(quán)利要求2所述的不含HCF的制冷劑混合物，其特征在于，所述混合物作為替代在制冷系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在所述系統(tǒng)中提供與由原有成分的混合物所提供的熱動力性能大致相同的熱動力性能，在原有的所述混合物中HCF大于0摩爾百分比。
27.如權(quán)利要求1所述的不含HCF的制冷劑混合物，其特征在于，所述混合物作為替代在制冷系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在所述系統(tǒng)中提供與由原有成分的混合物所提供的熱動力性能大致相同的熱動力性能，在原有的所述混合物中HCF大于0摩爾百分比。
28.如權(quán)利要求4所述的不含HCF的制冷劑混合物，其特征在于，所述混合物作為替代在制冷系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在所述系統(tǒng)中提供與由原有成分的混合物所提供的熱動力性能大致相同的熱動力性能，在原有的所述混合物中HCF大于0摩爾百分比。
29.如權(quán)利要求5所述的不含HCF的制冷劑混合物，其特征在于，所述混合物作為替代在制冷系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在所述系統(tǒng)中提供與由原有成分的混合物所提供的熱動力性能大致相同的熱動力性能，在原有的所述混合物中HCF大于0摩爾百分比。
30.如權(quán)利要求6所述的不含HCF的制冷劑混合物，其特征在于，所述混合物作為替代在制冷系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在所述系統(tǒng)中提供與由原有成分的混合物所提供的熱動力性能大致相同的熱動力性能，在原有的所述混合物中HCF大于0摩爾百分比。
31.如權(quán)利要求1所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括一被制冷劑冷卻的物件，所述物件是以下物件中的一種(a)一位于真空室中的金屬元件，該金屬元件冷凍并收集不希望有的氣體，例如水蒸氣；(b)一熱交換器，該熱交換器除去第二流體流中的熱量，該第二流體流包括液體、氣體、冷凝氣體和冷凝氣體混合物中的至少一種；(c)一具有內(nèi)部制冷劑流動通道的金屬元件，并且該金屬元件冷卻硅片、玻璃件、塑料件和其上帶有或不帶有磁涂層的鋁盤中的至少一個；以及(d)一生物冷凍器，以用于冷凍、儲存、或冷凍并儲存生物組織。
32.如權(quán)利要求2所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括一個被制冷劑冷卻的物件，所述物件是以下物件中的一種(a)一位于真空室中的金屬元件，該金屬元件冷凍并收集不希望有的氣體，例如水蒸氣；(b)一熱交換器，該熱交換器除去第二流體流中的熱量，該第二流體流包括液體、氣體、冷凝氣體和冷凝氣體混合物中的至少一種；(c)一具有內(nèi)部制冷劑流動通道的金屬元件，并且該金屬元件冷卻硅片、玻璃件、塑料件和其上帶有或不帶有磁涂層的鋁盤中的至少一個；以及(d)一生物冷凍器，以用于冷凍、儲存、或冷凍并儲存生物組織。
33.如權(quán)利要求3所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括一個被制冷劑冷卻的物件，所述物件是以下物件中的一種(a)一位于真空室中的金屬元件，該金屬元件冷凍并收集不希望有的氣體，例如水蒸氣；(b)一熱交換器，該熱交換器除去第二流體流中的熱量，該第二流體流包括液體、氣體、冷凝氣體和冷凝氣體混合物中的至少一種；(c)一具有內(nèi)部制冷劑流動通道的金屬元件，并且該金屬元件冷卻硅片、玻璃件、塑料件和其上帶有或不帶有磁涂層的鋁盤中的至少一個；以及(d)一生物冷凍器，以用于冷凍、儲存、或冷凍并儲存生物組織。
34.如權(quán)利要求4所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括一個被制冷劑冷卻的物件，所述物件是以下物件中的一種(a)一位于真空室中的金屬元件，該金屬元件冷凍并收集不希望有的氣體，例如水蒸氣；(b)一熱交換器，該熱交換器除去第二流體流中的熱量，該第二流體流包括液體、氣體、冷凝氣體和冷凝氣體混合物中的至少一種；(c)一具有內(nèi)部制冷劑流動通道的金屬元件，并且該金屬元件冷卻硅片、玻璃件、塑料件和其上帶有或不帶有磁涂層的鋁盤中的至少一個；以及(d)一生物冷凍器，以用于冷凍、儲存、或冷凍并儲存生物組織。
35.如權(quán)利要求5所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括一個被制冷劑冷卻的物件，所述物件是以下物件中的一種(a)一位于真空室中的金屬元件，該金屬元件冷凍并收集不希望有的氣體，例如水蒸氣；(b)一熱交換器，該熱交換器除去第二流體流中的熱量，該第二流體流包括液體、氣體、冷凝氣體和冷凝氣體混合物中的至少一種；(c)一具有內(nèi)部制冷劑流動通道的金屬元件，并且該金屬元件冷卻硅片、玻璃件、塑料件和其上帶有或不帶有磁涂層的鋁盤中的至少一個；以及一生物冷凍器，以用于冷凍、儲存、或冷凍并儲存生物組織。
36.如權(quán)利要求6所述的制冷劑混合物，其特征在于，所述的制冷系統(tǒng)包括一個被制冷劑冷卻的物件，所述物件是以下物件中的其中一種(d)一位于真空室中的金屬元件，該金屬元件冷凍并收集不希望有的氣體，例如水蒸氣；(e)一熱交換器，該熱交換器除去第二流體流中的熱量，該第二流體流包括液體、氣體、冷凝氣體和冷凝氣體混合物中的至少一種；(f)一具有內(nèi)部制冷劑流動通道的金屬元件，并且該金屬元件冷卻硅片、玻璃件、塑料件和其上帶有或不帶有磁涂層的鋁盤中的至少一個；以及一生物冷凍器，以用于冷凍、儲存、或冷凍并儲存生物組織。
37.如權(quán)利要求1所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括重量百分比的范圍大約在1％到10％內(nèi)的潤滑油，所述油為POE型和PAG型中的一種。
38.如權(quán)利要求2所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括重量百分比的范圍大約在1％到10％內(nèi)的潤滑油，所述油為POE型和PAG型中的一種。
39.如權(quán)利要求3所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括重量百分比的范圍大約在1％到10％內(nèi)的潤滑油，所述油為POE型和PAG型中的一種。
40.如權(quán)利要求1所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括重量百分比的范圍大約在1％到10％內(nèi)的潤滑油，所述油為POE型和PAG型中的一種。
41.如權(quán)利要求5所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括重量百分比的范圍大約在1％到10％內(nèi)的潤滑油，所述油為POE型和PAG型中的一種。
42.如權(quán)利要求6所述的制冷劑混合物，其特征在于，其還包括重量百分比的范圍大約在1％到10％內(nèi)的潤滑油，所述油為POE型和PAG型中的一種。
全文摘要
采用一種新的混合物來代替含有HCFC的制冷劑,這種新的混合物采用R－236fa和R－125、或帶有R－245fa的R－125、或R－236fa、或者帶有R－236fa的R－134a來替代HCFC。不需要改變硬件或油組成成分就可以大致維持制冷系統(tǒng)中的溫度、壓力以及容量基本不變。
文檔編號F25D31/00GK1388887SQ01802606
公開日2003年1月1日 申請日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月28日
發(fā)明者K·P·弗林, O·波德特切尼埃夫, M·波伊爾斯基, V·莫戈里希尼, T·V·V·R·阿帕勞, B·于丁 申請人:Igc珀利克爾德系統(tǒng)公司