專利名稱：制冷循環用的近共沸多元混合工質的制作方法
技術領域：
本發明涉及制冷裝置的循環系統中所用的工作介質，尤其是實現理想制冷循環中可采用的近共沸多元混合工質。
多年來，為實現制冷裝置循環系統的工作物質以流體顯熱為變溫熱源的理想循環，即勞倫茲循環，達到節能的效果，同時兼顧到改善環境的因素，各國的有關學者、專家和科研人員已對二元或多元非共沸混合工質做了一些有價值的研究工作，對推動科研發展還是可說具有積極的作用。舉例來說，在二元非共沸混合工質方面研究比較多，也取得了某些研究成果，但由于種種原因未能在制冷裝置的制冷過程中得到應有的推廣;而在制備多元非共沸混合工質方面的研究好像國外報導不多，國內則聞有個別報導或信息，其中，比較有代表性是1989年12月9日由顧雛軍先生所申請的發明專利，申請號89105235A，題名為“顧氏熱力循環熱工裝置的工作介質”。在那個申請中申請人提出了五種類型的四元非共沸混合物構成的制冷劑，或稱四元非共沸混合工質。組成這類顧氏工質的物質則分別是由R12，R13，R22，R23，R115，R152a以及正丁烷，異丁烷配制而成，并認為由此而構成的非共沸混合工質在制冷過程中應用具有節能效果。但是，到目前為止，顧雛軍先生的上述專利申請無論從理論的介釋還是實際使用的報導，都沒有令人信服的依據。
下面我們就非共沸混合工質和共沸混合工質的某些性質作扼要分析說明就組成物的物理性質來說，所謂“非共沸混合物工質”是溶液在一定壓力下進行蒸發或冷凝時，其蒸發溫度或冷凝溫度和濃度都在變化，而所謂“共沸混合工質”，其溶液在一定壓力下進行蒸發或冷凝時，其蒸發溫度及冷凝溫度都維持不變，所以說共沸混合工質在蒸發或冷凝時，其氣相和液相都有相同的組分，而非共沸混合工質在蒸發或冷凝時，其氣相和液相的組分是變化的。同樣，在環境溫度不變的情況下，如果壓力變化，那未共沸混合工質的氣相和液相的組分是不變的，而非共沸混合工質的氣相和液相的組分是在變化的。為此，包括四元在內的多元非共沸混合工質在應用于制冷過程中，會產生一些較難克服的缺陷;其一，在制冷設備使用過程中，如果致冷劑一有泄漏，不管是泄漏氣相混合物還是液相混合物，都會使剩留在制冷設備中的混合工質不同于原來的組分;其二，如果混合工質從較大的容器中逐個注入冷箱或小型空調器的過程中，容器內的壓力在逐漸變小，其氣相和液相的組份也就發生變化，結果是各個冷箱或小空調器的制冷系統中其混合工質無法保持相同的組份。這里還不考慮非共沸混合工質在容器中靜止一段時間后，可被液相分層的情況。如果發生這種情況，則灌注入各單個冰箱或小空調器的制冷系統中的混合工質，其組份就會有更大的差異。批量生產的冰箱及小空調就不能保持穩定的質量。這些問題在實際使用中暴露出來后，確實值得我們深思。那么是否可采用共沸混合工質，而避免發生上述弊病呢？根據實際試驗除了可選用節能不大的兩元共沸型混合工質外，要配制有明顯節能效果的多元組份的共沸型混合工質，其成功率是極其微小的。
本發明目的在于克服上述多元非共沸混合工質的缺陷，而在2-4元混合工質中，按一定的比例或一定的量，加入對某一混合工質中各組份均易親和的工質，稱之為“親和工質”，能使該混合工質的物理性質非常接近于共沸混合工質。這樣的混合工質應屬于非共沸混合物中近共沸混合物或混合工質。
本發明的近共沸混合工質中包含氟里昂由混合工質和親和工質組成，其中混合工質的主要組份為a，R12，R13;
b，R11，R114，R115;
c，R123，R125，R134a，R152a，R22，R23，R32等三組。
以上a，b，c三組混合工質所列各種制冷劑均可作為節能型近共沸混合工質的主要成份，其摩爾百分含量為20～90%，其中a，b兩組中所列的制冷劑是對大氣臭氧層有嚴重破壞作用的應盡量少用，最好不用。
本發明中所述的工質中所采用的親和工質有d，R142b，R152a，R32;
e，R125，R124;
f，R225a，R225b;
g，R141b，R141，R113，R115。
以上d，e，f，g任何兩類均可配合作為一對親和工質，但在不同的重要組分的混合工質中，則要選擇最合適成分和最佳配比。我們在實踐的試制中發現d，e，一般使用量為0.1%-30%摩爾百分比，f，g，一般使用為0.1%～10%摩爾百分比。通常采用兩種適當的親和工質，以適當的比例加入混合工質中，對于整個制冷系統的節能效果以及混合工質本身的均一性、恒定性都有好處。另外，產品具體用量的比率涉及到最終配制好的近共沸混合工質的飽和蒸汽壓，應盡量接近被代用的單一工質的飽和蒸汽壓。這樣可使以上新的制冷劑在不改變或很少改變原來制冷設備系統的機械結構下使用。
經過試驗證實合理地選用混合工質和親和工質的組份及配比所構成的近共沸混合工質。對保持其本身的均一性、恒定性有著很大的益處，從而使制冷系統達到理想的循環以及產生較大的節能效果。同時，也可減少某些對大氣臭氧層有嚴重破壞作用的氟里昂品種的使用，達到改善自然環境的作用。
圖1是采用R22單一工質的卡諾循環與勞倫茲循環的比較;
圖2是經多次優選匹配代22的ESR22近共沸混合工質的卡諾循環與勞倫茲循環的比較;
圖3是以R22，R115，R152a各30%摩爾比作為混合工質的主要組份，而以R142b及R142各5%摩爾比作為親和工質的混合工質的卡諾循環與勞論茲循環的比較。
本發明的近共沸混合工質為四元以上的不同物質混合而成，優選選用的有下面六種1.近共沸混合工質22T(代R22，系統的性能系數(COP)可提高18-25%)R2240～60摩爾%R2320～25摩爾%R152a5～10摩爾%R11520～25摩爾%R142b5～10摩爾%2.近共沸混合工質-22V(代R22，COP可提高15-25%)R2240～60摩爾%R1220～30摩爾%R11520～30摩爾%R1245～10摩爾%R141b0.5～2.5摩爾%3.近共沸混合工質-12J(代R12，COP可提高15-35%)R1240～60摩爾%R2220～50摩爾%R152a20～30摩爾%R1145～10摩爾%R142b0.1～1摩爾%
4.近共沸混合工質-12M(代R12，COP可提高15-35%)R2230～60摩爾%R134a20～30摩爾%R152a20～40摩爾%R142b20～25摩爾%R1255～10摩爾%5.近共沸混合工質-11L(代R11，COP可提高15-25%)R1125～60摩爾%R2225～60摩爾%R11410～30摩爾%R11320～40摩爾%R141b5～30摩爾%6.近共沸混合工質-11N(代R11，COP可提高15-25%)R12330～70摩爾%R2220～30摩爾%R152a10～25摩爾%R12420～40摩爾%R142b5～10摩爾%上述的六種近共沸混合工質以規定的組份和配比制備成均勻混合的制冷劑后，在標準狀況下測定其比重，然后蒸發其量的30%，在以上同樣狀況，再測比重，以后再蒸發剩余量30%，在以上同樣狀況下再測比重。三次測量比重，其結果比重間誤差在3%以內，說明比重基本相等，產品符合共沸混合工質的要求。另外，R22和代R22的卡諾循環與勞倫茲循環的比較見圖1及圖2，在圖2中優選匹配的近共沸混合工質工況工質冷凝平均溫度稍有增加，而蒸發平均溫度有較大升高，因此，使壓縮功減小，結果制冷系數上升了。圖3與圖1比較，圖3工況工質冷凝平均溫度有較大升高，而蒸發平均溫度升高很小，因而壓縮功增大，結果制冷系數反而下降了。
權利要求
1.一種制冷循環用的近共沸多元混合工質，包含氟里昂，其特征在于所述的近共沸混合工質由混合工質和親和工質組成，其中混合工質包括a，R12，R13；b，R11，R114，R115；c，R123，R125，R134a，R152a，R22，R23，R32等三組。親和工質包括d，R142b，R152a，R32；e，R125，R124；f，R225a，R225b；g，R141b，R141，R113，R115。a，b，c三組混合工質作為近共沸混合工質主要成份，摩爾百分含量為20-90%，d，e，f，g中任何兩類均可配合作為一對親和工質，d，e一般使用量為0.1%～30%摩爾百分比。f，g一般使用為0.1～10%摩爾百分比。
2.根據權利要求1所述的近共混混合工質，其特征在于所述的混合和親和工質由下列物質及其配比組成R22 40～60摩爾%R23 20～25摩爾%R152a5～10摩爾%R115 20～25摩爾%R142b5～10摩爾%
3.根據權利要求1所述的近共沸混合工質，其特征在于所述的混合和親和工質由下列物質及其配比組成R12 40～60摩爾%R22 20～50摩爾%R152a20～30摩爾%R114 5～10摩爾%R142b0.1～1摩爾%
4.根據權利要求1所述的近共沸混合工質，其特征在于所述的混合和親和工質由下列物質及其配比組成R22 40～60摩爾%R12 20～30摩爾%R115 20～30摩爾%R124 5～10摩爾%R141b0.5～2.5摩爾%
5.根據權利要求1所述的近共沸混合工質，其特征在于所述的混合和親和工質由下列物質及其配比組成R22 30～60摩爾%R134a20～30摩爾%R152a20～40摩爾%R142b20～25摩爾%R125 5～10摩爾%
6.根據權利要求1所述的近共沸混合工質，其特征在于所述的混合和親和工質由下列物質及其配比組成R11 25～60摩爾%R22 25～60摩爾%R114 10～30摩爾%R113 20～40摩爾%R141b5～30摩爾%
7.根據權利要求1所述的近共沸混合工質，其特征在于所述的混合和親和工質由下列物質及其配比組成R123 30～70摩爾%R22 20～30摩爾%R152a10～25摩爾%R124 20～40摩爾%R142b5～10摩爾%
全文摘要
一種實現理想制冷循環用的近共沸多元混合工質，它由混合工質a，R12，R13；b，R11，R114，R115；C，R123，R125，R13文檔編號C09K5/00GK1069048SQ9210971
公開日1993年2月17日 申請日期1992年8月21日 優先權日1992年8月21日
發明者顧國棟 申請人:顧國棟