二氟甲烷/烴類化合物混合製冷劑及使用該製冷劑的製冷循環系統的製作方法

2023-06-14 04:02:21

專利名稱：：二氟甲烷/烴類化合物混合製冷劑及使用該製冷劑的製冷循環系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及包括二氟甲烷和從用於製取共沸樣混合物的烴類化合物中選出的一種化合物的混合製冷劑，以及使用該製冷劑的空調機、制冷機等製冷循環裝置。
背景技術：
：現有的空調機、制冷機等製冷循環裝置通過配管連接壓縮機和根據需要設置的四通閥、冷凝器、毛細管和膨脹閥等節流裝置、蒸發器、儲液器從而構成製冷循環，使製冷劑在其中循環即可進行冷卻或加熱作用。在這些製冷循環中，作為製冷劑已知有稱作為氟利昂(以下記為ROO或ROOO)的、從甲烷或乙烷派生而來的滷化烴。在空調機、制冷機等中，作為使用溫度通常是在冷凝溫度約50℃、蒸發溫度約0°的範圍內使用，其中也廣泛地將氯二氟甲烷(CHClF2，R22，沸點-40.8℃)用作為製冷劑。由於該R22具有破壞同溫層臭氧的能力，所以已經由蒙特婁國際條約決定對其使用量和生產量進行限制，並在將來停止其使用和生產的傾向。為了基本上消除對同溫層臭氧的影響，在分子結構中不含氯是必要條件，作為具有這一可能性的製冷劑有所提出的別的不含氯的氟化烴類替代製冷劑的方案。對於空調機、制冷機等製冷循環裝置的性能，可以考慮將二氟甲烷(CH2F2，R32，沸點-51.7℃)作為能夠替代氯二氟甲烷(CHClF2，R22，沸點-40.8℃)的、不含氯的氟化烴類的後補製冷劑之一。另外，在對作為另一個環境問題的全球氣候轉暖的影響方面，二氟甲烷(R32)也比R22有利。用來表示對全球轉暖影響程度的指標為地球轉暖係數(以下記為GWP)，根據1994年的IPCC(IntergovermentalPanelonClimateChange，氣候變化政府間小組)的報告，將二氧化碳氣體(CO2)的GWP作為1進行累算時水平軸100年處的比較值，對於R22來說GWP為1700，對於二氟甲烷(R32)來說GWP為580，所以二氟甲烷(R32)對全球轉暖的影響可以比R22約小1/3。但是，二氟甲烷(R32)除了有弱可燃性這一缺點外，由於與過去一直用作壓縮機潤滑油的礦物油和一部分合成油的相溶性差，所以還存在與製冷劑一道從壓縮機中排出的潤滑油不能從低溫蒸發器返回到壓縮機中的危險。因此，在將二氟甲烷(R32)用作製冷劑的場合，雖然希望使用相溶性好的酯油來作為壓縮機潤滑油，但由於酯油加水易分解，所以必須細心地注意化學材料的可靠性。本發明就是鑑於以上問題而作出的，它可將對同溫層的臭氧層基本沒有影響而且對全球轉暖的影響也有可能降低的二氟甲烷(R32)與現有的壓縮潤滑油一起使用。本發明的目的在於提供一種混合製冷劑，該混合製冷劑包含二氟甲烷(R32)和從烴類化合物中選出的至少一種化合物，該烴類化合物對同溫層的臭氧層基本沒有影響，對全球轉暖也基本沒有影響，而且與二氟甲烷(R32)可形成共氟樣混合物。由於烴類化合物在化學結構上與礦物油和一部分合成油接近，所以相溶性好，有可能與酯油以外的現有壓縮機用潤滑油一起使用。發明的公開本發明為了解決上述問題，提供一種混合製冷劑，該製冷劑包含不含氯的二氟甲烷(R32)和從用於製作共沸樣混合物的烴類化合物中選出的至少一種化合物。用來與二氟甲烷(R32)形成共沸樣混合物的烴類化合物可以從環丙烷(C3H6，RC270，沸點-32.9℃)或異丁烷(i-C4H8，R600a，沸點-11.7℃)或丁烷(n-C4H8，R600，沸點-0.5℃)中選出。另外，本發明還將這些混合製冷劑的二氟甲烷(R32)的成分設定在從沸點最低的共沸樣混合組成附近到單一R32製冷劑之間的成分範圍。另外，本發明還提供一種將混合製冷劑與酯油以外的壓縮機潤滑油一起使用的製冷循環裝置，該混合製冷劑包含從用來與二氟甲烷(R32)形成共沸樣混合物的烴類化合物中選出的至少一種化合物，其成分設定在從沸點最低的共沸樣混合成分附近到R32單一製冷劑之間的範圍。附圖的簡單說明圖1為示出由二氟甲烷(R32)和環丙烷(RC270)的混合物形成的混合製冷劑在大氣壓下的沸點、露點的圖。圖2為使用本發明的混合製冷劑的製冷循環裝置的一個實施例的構成圖。發明的最佳實施例在本發明中，二氟甲烷(R32)與從環丙烷(RC270)或異丁烷(R600a)或丁烷(R600)的烴類化合物中選出的一種化合物，在二氟甲烷(R32)大約為80重量％以上的組成範圍中成為沸點最低的共沸樣混合物。在該混合物的共沸樣混合組成中，二氟甲烷(R32)的組成比例比較高，在大約80重量％以上。所以，當二氟甲烷(R32)在沸點最低的共沸樣混合組成附近到單一R32製冷劑之間的組成範圍時，可以認為二氟甲烷(R32)和用於形成共沸樣混合物的烴類化合物在液相中和氣相中的組成比例大體相同。本發明通過按上述組合形成包含不含氯的二氟甲烷(R32)以及從環丙烷(RC270)或異丁烷(R600a)或丁烷(R600)中選出的一種化合物的混合物，將其作為製冷劑，可以使得基本上不對同溫層的臭氧層產生影響，而在特定組成範圍中的ODP也可預測為0。該混合物由於僅由比R22的GWP小得多的二氟甲烷(R32)和GWP基本上沒有的烴類化合物構成，所以將其混合而獲得的製冷劑對全球轉暖的影響也比R22小得多。通過限定二氟甲烷(R32)與烴類化合物的混合物的組成範圍而形成共沸樣的混合物，可以使得在製冷循環中的所有構成要素中，二氟甲烷(R32)與烴類化合物的混合比例基本相同，可以利用烴類化合物和酯油以外的壓縮機潤滑油之間的相溶性，與酯油以外的壓縮機用潤滑油一起依原樣在通常的製冷循環裝置中使用。壓縮機用潤滑油不僅可以採用現有技術中的礦物油、烷基苯油，還可以採用醚系油、氟系油等加水不分解的潤滑油。另外，本發明通過混合沸點比R22低的二氟甲烷(R32)和沸點比R22高的環丙烷(RC270)或異丁烷(R600a)或丁烷(R600)，限定其組成範圍以形成沸點最低的共沸樣混合物，可以使其製冷能力和製冷係數大於單一R32製冷劑，這樣，雖然有高於R22的蒸氣壓，但在制冷機等製冷循環裝置的使用溫度即大約0～大約50℃的範圍中，製冷能力優於R22，製冷係數相同，因而可以將使用R22的現行機器小型化。另外，如將該混合物的烴類化合物組成比例限定在可以改善二氟甲烷(R32)與壓縮機用潤滑油的相溶性的最小比例，則即使可燃性的R32和烴類化合物從裝置洩漏，也由於R32的烴類化合物構成的混合製冷劑形成共沸樣混合物，洩漏時R32與烴類化合物的混合比例基本上沒有變化，所以可以採用與單一R32製冷劑同樣的妨爆對策。該共沸樣混合物，不僅可以用作製冷循環裝置的製冷劑，而且也可用於噴射劑，發泡劑等。《實施例1》表1示出改變二氟甲烷(CH2F2，R32，沸點-51.7℃)與環丙烷(C3H6，RC270，沸點-32.9℃)形成的混合物的組成比例時混合製冷劑在大氣壓下的沸點。R32與RC270所形成的混合製冷劑在R32和RC270的組成比例分別為大約80重量％和大約20重量％的場合沸點比R32和RC270的各單一製冷劑更低，其組成為沸點最低的共沸樣混合組成。圖1為從表1的沸點求出的、二氟甲烷(R32)與環丙烷(RC270)的混合物構成的混合製冷劑在大氣壓下的氣液平衡線1(沸點、露點)。對於二氟甲烷(R32)為共沸樣混合組成即在80重量％到100重量％未滿的範圍內的混合製冷劑，可以認為R32和RC270在液相中和在氣相中的組成比例大體相同。因此，在R32和RC270分別為大約80～100重量％、0～大約20重量％的組成範圍內，可在製冷循環中的所有構成要素中使R32和RC270的混合比例大體相同。條件為冷凝平均溫度50℃，蒸發平均溫度0℃，冷凝器出口過冷度0deg，蒸發器出口過熱度0deg。由表2可知，對於在大氣壓下大約-55℃附近為共沸樣組成的、R32和RC270分別為大約80重量％、大約20重量％的組成，雖然在更高的溫度0℃和50℃下共沸樣組成轉變成R32多的組成，但是，由大約90重量％的R32和大約10重量％的RC270組成的2成分系的蒸發壓力和冷凝壓力高於R32和RC270的各單一製冷劑，製冷能力和製冷係數大於單一R32製冷劑，排出溫度小於單一R32製冷劑。另外，由80～100重量％的R32和0～20重量％的RC270組成的2成分系的製冷能力優於R22，製冷係數相等，所以可將使用R22的現行機器小型化。另外，在冷凝過程和蒸發過程中的溫度梯度為大約1deg以下，作為共沸樣混合物可以基本上與單一製冷劑同樣地進行處理，特別是將空氣換熱器用於冷凝器或蒸發器，適合於難以構成洛侖茲循環的空調機、制冷機等製冷循環裝置。表2《實施例3》表3表3示出改變二氟甲烷(CH2F2，R32，沸點-51.7℃)與異丁烷(i-C4H8，R600a，沸點-11.7℃)的混合物的組成比例時混合製冷劑在大氣壓下的沸點。R32與R600a形成的混合製冷劑，在R32和R600a分別為約90重量％和約10重量％的組成下，沸點比R32和RC600a的各單一製冷劑低，成為沸點最低的共沸樣混合組成。因此，在R32和R600a分別為約90～100重量％、0～約10重量％的組成範圍中，可以在製冷循環裝置的所有構成要素中使R32與R600a的混合比例大體相同。《實施例4》表4表4為與表2相同條件下由二氟甲烷(R32)與異丁烷(R600a)組成的2組分系混合製冷劑的理想製冷性能。由表4可知，由90～100重量％的R32和0～10重量％的R600a組成的2組分系混合製冷劑的製冷能力優於R22，而製冷係數相同，因而可以將使用R22的現行機器小型化。另外，冷凝過程和蒸發過程中的溫度梯度約為1deg以下，作為共沸樣混合物可以與單一製冷劑同樣地進行處理，特別是將空氣換熱器用於冷凝器和蒸發器，適合於難以構成洛侖茲循環的空調機、制冷機等製冷循環裝置。《實施例5》表5示出改變二氟甲烷(CH2F2，R32，沸點-51.7℃)和丁烷(n-C4H8，R600，沸點-0.5℃)形成的混合物的組成比例時混合製冷劑在大氣壓下的沸點。《實施例6》表6為與表2相同條件下由二氟甲烷(R32)和丁烷組成的2組分系的混合製冷劑的理想製冷性能。在表6中未示出的、由95～100重量％的R32和0～5重量％的R600組成的2組分系混合製冷劑的製冷能力優於R22，而製冷係數相同，因而可以將使用R22的現行機器小型化。另外，作為共沸樣混合物可以與單一製冷劑基本同樣地進行處理，特別適合用於將空氣換熱器用作冷凝器和蒸發器、難以構成洛倫茲循環的空調機、制冷機等製冷循環裝置。《實施例7》圖2為空調機等設置於室外的製冷循環裝置的一實施例，在整體式的殼體2的內部，用配管連接壓縮機3、四通閥4、作為冷凝器和蒸發器起作用的室外側換熱器5、毛細管和膨脹閥等節流裝置6、作為蒸發器和冷凝器起作用的室內側換熱器7、儲液器8，連接於室內外用電動機的室外扇9使室外換熱器5與大氣換熱，室內扇10使室內換熱器7與室內空氣換熱。該製冷循環裝置封入有由二氟甲烷(R32)和環丙烷(RC270)組成的混合製冷劑和酯油以外的潤滑油。當R32和RC270作為製冷劑在製冷循環中循環時，在室內側換熱器7作為蒸發器起作用的場合進行冷卻作用，在室內側換熱器7作為冷凝器起作用的場合進行加熱作用。這裡，特別是供暖氣運行時製冷劑易於將液體返回到壓縮機3，在儲液器8內發生氣相與液相的組成分離。對於R32和RC270分別為約80～100重量％、0～約20重量％的2組分組成的混合製冷劑來說，即使在儲液器8內發生氣相和液相的組分分離，但由於形成沸點最低的共沸樣混合物，所以液相中的RC270的混合比例與充填組分大體相同，利用RC270與酯油以外的潤滑油的相溶性，可以保證與製冷劑一起從壓縮機3一起排出的潤滑油從低溫的儲液器8返回到壓縮機3。另外，主要滯留在壓縮機3中的酯油以外的潤滑油，即使在壓縮機3變成高溫、在製冷劑中含有少量水分的狀態下，也不象酯油那樣產生加水分解，由R32和RC270構成的混合製冷劑可以與酯油以外的壓縮機用潤滑油一起依原樣用於通常的製冷循環裝置中。作為壓縮機用潤滑油，不僅可使用現有的礦物油、烷基苯油，還可以使用醚系油、氟系油等不產生加水分解的潤滑油。由於R32和RC270分別為約80～100重量％、0～約20重量％的2組分構成的混合製冷劑的製冷係數相同、製冷能力優越，所以可將使用R22的現行機器的壓縮機3的汽缸容積和室外側換熱器5以及室內側換熱器7小型化。另外，即使可燃性的R32和RC270從裝置洩漏，由於R32和RC270組成的混合製冷劑形成共沸樣混合物，在洩漏時R32與RC270的混合比例基本上沒有變化，所以可以採用與單一製冷劑同樣的妨爆對策。另外，在用由異丁烷(R600a)或丁烷(R600)構成的混合製冷劑代替環丙烷(RC270)封入的場合，也可以期望獲得同樣的效果。產業上利用的可能性由以上說明可知，本發明的混合製冷劑包含二氟甲烷和從用於形成共沸樣混合物的環丙烷或異丁烷或丁烷中選出的1種化合物，通過將製冷劑形成為僅由在分子結構中不含氯的化合物組成的混合物，將其組成範圍加以限定，可以得到以下效果。(1)可以擴大基本上不對同溫層的臭氧層產生影響的製冷劑的選擇範圍。(2)由於該混合製冷劑由全球轉暖係數小的二氟甲烷和全球轉暖係數基本上沒有的烴類化合物構成，所以混合而成的製冷劑對全球轉暖的影響也小。(3)通過將二氟甲烷與烴類化合物的混合物的組成範圍限定在形成共沸樣混合物的範圍，可以將其與酯油以外的現有壓縮機用潤滑油一起依原樣用於通常的製冷循環裝置。(4)限定了組成範圍的、由二氟甲烷和烴類化合物組成的混合製冷劑，在制冷機等製冷循環裝置的使用溫度即約0～約50℃的範圍內，雖然具有高於R22的蒸氣壓力，但製冷能力優越，並可獲相同的製冷係數，因此可將使用R22的現行機器小型化。(5)即使可燃性的二氟甲烷和烴類化合物從裝置中洩漏出來，限定在形成共沸樣混合物的組成範圍內的混合製冷劑可以採用與單一製冷劑同樣的防爆對策。(6)該共沸樣混合物不僅可用作製冷循環裝置的製冷劑，而且還可用作噴射劑、發泡劑等。權利要求1.一種混合製冷劑，其特徵在於它包含80～100重量％的二氟甲烷和從用於形成共沸樣混合物的烴類化合物中選出的至少1種化合物。2.如權利要求1所述的混合製冷劑，其特徵在於將組成限定在從沸點最低的共沸樣混合組成附近到100重量％未滿的二氟甲烷的範圍。3.一種混合製冷劑，其特徵在於它包含80～100重量％未滿的二氟甲烷，以及從20重量％以下的環丙烷或10重量％以下的異丁烷或5重量％以下的丁烷中選出的1種化合物。4.一種製冷循環裝置，該裝置與酯油以外的壓縮機用潤滑油一起使用權利要求1或2所述的混合製冷劑。全文摘要本發明提供一種混合製冷劑,該混合製冷劑基本上不對同溫層的臭氧層產生影響,對全球轉溫的作用也小,並可以與酯油以外的現有壓縮機用潤滑油一起依原樣用於通常的製冷循環裝置。該混合製冷劑的特徵在於它包含80～100重量%未滿的二氟甲烷和從20重量%以下的環丙烷或10重量%以下的異丁烷或5重量%以下的丁烷中選出的1種化合物。文檔編號C09K5/04GK1178547SQ9719006公開日1998年4月8日申請日期1997年2月6日優先權日1997年2月6日發明者吉田雄二,船倉正三,松尾光晴,岡座典穗申請人:松下電器產業株式會社