一种最低温度可达-150℃的混合制冷剂配方的制作方法

本发明涉及深冷温区制冷技术领域，具体为一种最低温度可达-150℃的混合制冷剂配方。

背景技术：

制冷剂又称冷媒，是制冷设备中借以完成能量转化的媒介物质。在现代制冷设备中，如果通过使用压缩机制冷到-100℃～-150℃的深冷温区，通常使用三元或四元复叠式制冷方式，一般两级复叠式制冷循环的有效工作范围在-80℃以上，为了获取更低的温度，需要采用三级重叠式制冷循环，最低蒸发温度可达-140℃，但是三级以上的重叠式制冷循环由于工作效率低下和经济性较差等原因在工业应用中一般不采用。

目前现有技术还可以通过使用混合制冷剂采用自然复叠制冷循环(acr)的方式来制冷到-100℃～-150℃的深冷温区，而acr中所使用的制冷剂，通常需要多种制冷剂混合而成，要达到-100℃～-150℃的深冷温区，一般采用五级自动复叠制冷系统，所使用的混合制冷剂通常需要五种以上制冷剂混合而成。

授权公告号为cn102618220b的发明专利公开了一种适用于单机自动复叠制冷系统120k～150k(-123℃～-153℃)深冷温区的混合制冷剂，由六类制冷剂组成：第一类为r740(氩)或r728(氮)或两种的混合物占3％～20％；第二类为r50(甲烷)或r784(氪)或两种的混合物占5％～25％；第三类为r14(四氟化碳)占15％～30％；第四类为r23(三氟甲烷)占15％～25％；第五类为r125(五氟乙烷)、r218(全氟丙烷)、r22(二氟一氯甲烷)、r32(二氟甲烷)或任意两种、三种或四种的混合物占5％～15％；第六类为r236fa(六氟丙烷)、r123(二氯三氟乙烷)、r124(一氯四氟乙烷)或其中任意两种、三种的混合物占20％～30％；其中，r22(二氟一氯甲烷)的odp值为0.034，r123(二氯三氟乙烷)、r124(一氯四氟乙烷)的odp值为0.02，六类制冷剂的摩尔浓度总和为100％。

尽管上述发明专利中的混合制冷剂可以使系统达到120k～150k的深冷温区，即-123℃～-153℃的深冷温区，其低温下流动性好、与润滑油具有良好的互溶性，符合环保要求、odp值几乎为零，但是随着环保要求的不断提高，在制备混合制冷剂时，不仅需要从性能角度考虑各组分制冷剂的可燃性、沸点等参数，更需要从环保角度考虑制冷剂的odp值(臭氧消耗潜能值)及gwp值(全球变暖潜能值)，尤其是随着欧盟等地区对于制冷剂环保要求的日趋严格，一些高gwp值的制冷剂将逐步被禁止使用。

因此，在充分考虑混合制冷剂的性能指标的基础上，为了最大程度满足环保要求，亟需一种odp值、gwp值均低，且不易燃、最低温度可达-150℃深冷温区的制冷性能优异的混合制冷剂配方。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种最低温度可达-150℃的混合制冷剂配方，解决了目前现有的最低温度可达-150℃深冷温区的混合制冷剂配方，无法在深冷温区内实现优异制冷性能的同时，进一步使混合制冷剂实现最大程度满足环保要求的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种最低温度可达-150℃的混合制冷剂配方，所述混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：r134a(四氟乙烷ch2fcf3)、r142b(一氯二氟乙烷cclf2ch3)、r141b(二氯一氟乙烷ch3ccl2f)、r600a{异丁烷(ch3)2chch3}中的一种或几种，质量分数20％～40％；

二级为：r22(二氟一氯甲烷chclf2)、r404a{44％r125(五氟乙烷c2hf5)、4％r134a(四氟乙烷ch2fcf3)、52％r143(三氟乙烷c2h3f3)}、r407c{23％r32(二氟甲烷ch2f2)、25％r125(五氟乙烷c2hf5)、52％r134a(四氟乙烷ch2fcf3)}、r290(丙烷c3h8)、r125(五氟乙烷c2hf5)中的一种或几种，质量分数2％～20％；

三级为：r23(三氟甲烷chf3)，质量分数10％～30％；

四级为：r14(四氟甲烷cf4)，质量分数20％～40％；

五级为：r728(氮n2)、r740(氩ar)、r784(氪kr)、r50(甲烷ch4)中的一种或几种，质量分数5％～10％。

优选的，所述混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：70％质量份的r134a、30％质量份的r142b，质量分数20％；

二级为：60％质量份的r22、20％质量份的r404a、20％质量份的r290，质量分数10％；

三级为：r23，质量分数25％；

四级为：r14，质量分数40％；

五级为：60％质量份的r728、40％质量份的r50，质量分数5％。

优选的，所述混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：50％质量份的r134a、50％质量份的r141b，质量分数40％；

二级为：40％质量份的r22、20％质量份的r407c、40％质量份的r290，质量分数2％；

三级为：r23，质量分数10％；

四级为：r14，质量分数38％；

五级为：75％质量份的r740、25％质量份的r50，质量分数10％。

优选的，所述混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：60％质量份的r134a、40％质量份的r600a，质量分数30％；

二级为：40％质量份的r22、40％质量份的r290、20％质量份的r125，质量分数20％；

三级为：r23，质量分数20％；

四级为：r14，质量分数20％；

五级为：70％质量份的r728、30％质量份的r784，质量分数10％。

优选的，所述混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：40％质量份的r134a、10％质量份的r142b、10％质量份的r141b、40％质量份的r600a，质量分数20％；

二级为：30％质量份的r22、20％质量份的r404a、20％质量份的r407c、20％质量份的r290、10％质量份的r125，质量分数20％；

三级为：r23，质量分数30％；

四级为：r14，质量分数25％；

五级为：30％质量份的r728、30％质量份的r740、20％质量份的r784、20％质量份的r50，质量分数5％。

(三)有益的技术效果

与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：

1.本发明通过将五级不同沸点的制冷剂按照一定的配方比例，在常温下进行物理混合，制备得到最低温度可达-150℃深冷温区的非共沸混合制冷剂配方，如一级的r134a(沸点-26.50℃)、二级的r22(沸点-40.80℃)、三级的r23(沸点-84.00℃)、四级的r14(沸点-128.10℃)和五级的r728(沸点-195.60℃)，它们在相同的冷凝压力和蒸发压力下工作，因而在自然复叠制冷循环(acr)中只需要一台压缩机，该acr系统通过“一级压缩、多次复叠、自动分离”，即混合工质一次压缩后，在多级复叠管路中的多个冷凝器中逐级分离，使沸点最低的制冷剂进入蒸发器，来制取温度可达-150℃深冷温区的低温；

acr系统的制冷过程，采用非共沸混合制冷剂配方中的工质r134a与r23具体举例说明如下：在压缩机被压缩出来进入冷凝器时，通常的冷却水温度(或空气温度)不足以使r23冷凝成液态的制冷剂，故r23仍保持气体状态，气态的r23进入冷凝蒸发器中，而对于r134a，由于其冷凝温度较高，在冷凝器内被冷却水(或空气)冷凝成液体，冷凝液体经节流阀后进入冷凝蒸发器，产生较低的温度使r23冷凝成液体，液态的r23经过节流阀进入蒸发器蒸发实现低温制冷，制冷剂r134a吸收了r23冷凝时放出的热量变成蒸气，与来自蒸发器的r23蒸气相汇合，进入压缩机中，从而完成整个制冷循环。

2.本发明的混合制冷剂配方，由于采用非共沸的混合方式，所以混合工质中化学性质稳定且绝缘性能优良的组分r22能够有效地改善混合制冷剂的稳定性、不易燃且不易爆炸的r134a和r22能够有效地抑制混合制冷剂的可燃性，从而取得了在深冷温区内实现优异制冷性能的技术效果。

3.本发明的混合制冷剂配方，由于采用非共沸的混合方式，所以混合工质中破坏臭氧潜能值odp为0.15、全球变暖系数值gwp为0.15的r141b(二氯一氟乙烷ch3ccl2f)、破坏臭氧潜能值odp为0且全球变暖系数值gwp仅为3的r600a{异丁烷(ch3)2chch3}、破坏臭氧潜能值odp为0且全球变暖系数值gwp仅为3.3的r290(丙烷c3h8)等破坏臭氧潜能值odp较低且全球变暖系数值gwp较低的组分，不仅能够有效地降低混合制冷剂的破坏臭氧潜能值odp、而且能够有效地降低混合制冷剂的全球变暖系数值gwp，从而取得了在深冷温区内实现优异制冷性能的同时，进一步使混合制冷剂实现最大程度满足环保要求的技术效果。

具体实施方式

实施例一：

混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：70％质量份的r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.50℃、破坏臭氧潜能值odp为0、无毒不可燃)，30％质量份的r142b(一氯二氟乙烷cclf2ch3、沸点-9.6℃)，质量分数20％；

二级为：60％质量份的r22(二氟一氯甲烷chclf2、沸点-40.80℃、破坏臭氧潜能值odp为0.05)，20％质量份的r404a{44％r125(五氟乙烷c2hf5、沸点-48.45℃、破坏臭氧潜能值odp为0)、4％r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.5℃、破坏臭氧潜能值odp为0)、52％r143(三氟乙烷c2h3f3、沸点-4.7℃)}，20％质量份的r290(丙烷c3h8、沸点-42.09℃、破坏臭氧潜能值odp为0、全球变暖系数值gwp为3.3)，质量分数10％；

三级为：r23(三氟甲烷chf3、沸点-84.00℃)，质量分数25％；

四级为：r14(四氟甲烷cf4、沸点-128.10℃)，质量分数40％；

五级为：60％质量份的r728(氮n2、沸点-195.60℃)、40％质量份的r50(甲烷ch4、沸点-161.50℃)，质量分数5％；

自然复叠制冷循环(acr)系统的运行参数为：冷凝温度25℃、制冷温度-152℃、压缩机排气温度75℃、高压220psi、低压25psi。

实施例二：

混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：50％质量份的r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.50℃、破坏臭氧潜能值odp为0、无毒不可燃)，50％质量份的r141b(二氯一氟乙烷ch3ccl2f、沸点32.05℃、破坏臭氧潜能值odp为0.15、全球变暖系数值gwp为0.15)，质量分数40％；

二级为：40％质量份的r22(二氟一氯甲烷chclf2、沸点-40.80℃、破坏臭氧潜能值odp为0.05)，20％质量份的r407c{23％r32(二氟甲烷ch2f2、沸点-51.60℃)、25％r125(五氟乙烷c2hf5、沸点-48.45℃、破坏臭氧潜能值odp为0)、52％r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.20℃、破坏臭氧潜能值odp为0、无毒不可燃)}，40％质量份的r290(丙烷c3h8、沸点-42.09℃、破坏臭氧潜能值odp为0、全球变暖系数值gwp为3.3)，质量分数2％；

三级为：r23(三氟甲烷chf3、沸点-84.00℃)，质量分数10％；

四级为：r14(四氟甲烷cf4、沸点-128.10℃)，质量分数38％；

五级为：75％质量份的r740(氩ar、沸点-185.7℃)、25％质量份的r50(甲烷ch4、沸点-161.50℃)，质量分数10％；

自然复叠制冷循环(acr)系统的运行参数为：冷凝温度30℃、制冷温度-153℃、压缩机排气温度80℃、高压220psi、低压25psi。

实施例三：

混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：60％质量份的r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.50℃、破坏臭氧潜能值odp为0、无毒不可燃)，40％质量份的r600a{异丁烷(ch3)2chch3、沸点-11.73℃、破坏臭氧潜能值odp为0、全球变暖系数值gwp为3}，质量分数30％；

二级为：40％质量份的r22(二氟一氯甲烷chclf2、沸点-40.80℃、破坏臭氧潜能值odp为0.05)，40％质量份的r290(丙烷c3h8、沸点-42.09℃、破坏臭氧潜能值odp为0、全球变暖系数值gwp为3.3)，20％质量份的r125(五氟乙烷c2hf5、沸点-48.45℃、破坏臭氧潜能值odp为0)，质量分数20％；

三级为：r23(三氟甲烷chf3、沸点-84.00℃)，质量分数20％；

四级为：r14(四氟甲烷cf4、沸点-128.10℃)，质量分数20％；

五级为：70％质量份的r728(氮n2、沸点-195.60℃)，30％质量份的r784(氪kr、沸点-152.30℃)，质量分数10％；

自然复叠制冷循环(acr)系统的运行参数为：冷凝温度20℃、制冷温度-151℃、压缩机排气温度75℃、高压220psi、低压25psi。

实施例四：

混合制冷剂配方包括以下重量份数配比的原料：

一级为：40％质量份的r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.50℃、破坏臭氧潜能值odp为0、无毒不可燃)，10％质量份的r142b(一氯二氟乙烷cclf2ch3、沸点-9.6℃)，10％质量份的r141b(二氯一氟乙烷ch3ccl2f、沸点32.05℃、破坏臭氧潜能值odp为0.15、全球变暖系数值gwp为0.15)，40％质量份的r600a{异丁烷(ch3)2chch3、沸点-11.73℃、破坏臭氧潜能值odp为0、全球变暖系数值gwp为3}，质量分数20％；

二级为：30％质量份的r22(二氟一氯甲烷chclf2、沸点-40.80℃、破坏臭氧潜能值odp为0.05)，20％质量份的r404a{44％r125(五氟乙烷c2hf5、沸点-48.45℃、破坏臭氧潜能值odp为0)、4％r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.50℃、破坏臭氧潜能值odp为0)、52％r143(三氟乙烷c2h3f3、沸点-4.7℃)}，20％质量份的r407c{23％r32(二氟甲烷ch2f2、沸点-51.60℃)、25％r125(五氟乙烷c2hf5、沸点-48.45℃、破坏臭氧潜能值odp为0)、52％r134a(四氟乙烷ch2fcf3、沸点-26.20℃、破坏臭氧潜能值odp为0、无毒不可燃)}，20％质量份的r290(丙烷c3h8、沸点-42.09℃、破坏臭氧潜能值odp为0、全球变暖系数值gwp为3.3)，10％质量份的r125(五氟乙烷c2hf5、沸点-48.45℃、破坏臭氧潜能值odp为0)，质量分数20％；

三级为：r23(三氟甲烷chf3、沸点-84.00℃)，质量分数30％；

四级为：r14(四氟甲烷cf4、沸点-128.10℃)，质量分数25％；

五级为：30％质量份的r728(氮n2、沸点-195.60℃)、30％质量份的r740(氩ar、沸点-185.70℃)、20％质量份的r784(氪kr、沸点-152.30℃)、20％质量份的r50(甲烷ch4、沸点-161.50℃)，质量分数5％；

自然复叠制冷循环(acr)系统的运行参数为：冷凝温度20℃、制冷温度-155℃、压缩机排气温度70℃、高压220psi、低压25psi。