提供超低溫的製冷劑的製作方法

2023-10-06 02:10:19 2

專利名稱：提供超低溫的製冷劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於制冷機和其它用途的製冷劑的工作流體。更特別地，本發明涉及一種提供超低溫的製冷劑，它不具有任何臭氧破環能力，從而能明顯抑制其對地球大氣的影響(促進『溫室』效應的降低)，它還能以與傳統製冷室中所用的壓縮機相同的容量容易地使用。
近來，隨著生物技術和食品運輸系統的發展，已經使用低於-50到-60℃的超低冷卻溫度的製冷室，該溫度低於傳統的製冷室，並且這種製冷室的需求不斷增大。
在生物技術領域中，細胞、生物組織和其它生物物質必須在上述超低溫下穩定儲藏較長的時間，以保證其在解凍後的良好生存比率，為了滿足該要求，用於細胞和其它生物物質的製冷室需要大大提高製冷能力，並具有高可靠性和低維護成本。此外，為了能使生物技術除了應用於實驗室以外，還能應用於醫院和其它機構，製冷室必須能簡單地、低成本地建造；還需要容易操作。
在食品運輸系統等中也產生類似的問題。為了長期保持食品新鮮，在運輸系統中所用的製冷室必須具有高製冷能力而沒有任何問題，如系統失靈，並且需要容易維護和低的運行成本。
在這些條件下，優選的是提供其中製冷劑能在製冷循環中重複使用的製冷室。然而，能提供低於-50℃超低冷卻溫度的製冷劑在室溫下不容易液化，因為其臨界壓力一般隨著標準沸點的降低而增大，並且具有低的臨界溫度。
到目前為止，已經使用了基於多級冷卻循環的、使用具有不同沸點的兩種或多種製冷劑的制冷機裝置作為超低溫的制冷機。即，通過把能在室溫液化的高沸點製冷劑用於液化低沸點製冷劑的製冷過程，可以獲得超低溫。
例如，

圖1中表示了基於多級冷卻循環的制冷機裝置，其中在兩級分別使用兩種製冷劑並用兩個壓縮機運行兩套制冷機。
在所示製冷室內，在高溫側的壓縮機1中壓縮第一種製冷劑，在帶有風扇2的高溫側冷凝器3中，氣態的壓縮態製冷劑經過熱輻射和冷卻，從而產生液化的第一種製冷劑。把液化的第一種製冷劑通過毛細管5引到雙管熱交換器10的外管11。使用外管11中的汽化的第一種製冷劑冷卻熱交換器10的內管12中的第二種製冷劑，第一種製冷劑返回到位於高溫側的壓縮機1。在上述過程中，參考數字6和7分別表示乾燥器和液體分離器(收集器)。
第二種製冷劑在低溫側壓縮機20中壓縮後，引入熱交換器10的內管12中，並用第一種製冷劑冷卻並液化。通過毛細管15把液化的第二種製冷劑引入到低溫側蒸發器30中。在蒸發器30中，在降低的壓力下蒸發第二種製冷劑，從而冷卻製冷室的內部。用過的第二種製冷劑再次返回到壓縮機20中。在上述過程中，參考數字26和27分別表示乾燥器和除去霧狀油的油分離器。
在上述的製冷系統中，提供具有可與傳統製冷室相比擬的系統功率和容量的超低溫成為可能。然而，由於它用兩套制冷機建造，增大了製冷系統的總尺寸並具有複雜的結構，從而導致維護困難，明顯增大了製冷室的成本。
另外，如圖2所示，已經研究了其中使用不同性質(如不同沸點)的兩種或多種製冷劑的混合物與一個壓縮機結合的單壓縮機多循環製冷系統。
在所示製冷系統中，預先混合三種製冷劑，獲得混合的製冷劑。在帶有風扇2的壓縮機40中壓縮混合的製冷劑，然後經過冷凝器41中的熱輻射，從而液化具有最高臨界溫度的第一種製冷劑。
然後在液體分離器45中分離液化的第一種製冷劑，從中除去並回收由壓縮機40汙染的霧狀油，並把所述油返回到壓縮機40中。分離後的第一種製冷劑在熱交換器50中蒸發，同時冷卻並液化臨界溫度比第一種製冷劑低的氣態第二種製冷劑。在熱交換器50中液化的第二種製冷劑在液體分離器46中分離，然後在熱交換器51中蒸發，在熱交換器51中，具有最低臨界溫度的第三種製冷劑被汽化的第二種製冷劑冷卻並液化。在熱交換器51中液化的第三種製冷劑在蒸發器55中汽化。使用因此所產生的第三種製冷劑蒸汽把製冷室內部冷卻到預定的超低溫。在上述製冷系統中，在熱交換器50和51以及蒸發器55中汽化的第一種-第三種製冷劑通過共同回流管61返回到壓縮機40。
使用所示的製冷系統，降低製冷室中使用的機械數量成為可能，因為其中只包括一個壓縮機。但是與該優點相反，循環三種製冷劑的流動迴路是複雜的，因此，製冷室的總尺寸不可避免地增大，並增大維護的難度。
除了製冷系統的改進以外，還進行了用作其中的工作液體的製冷劑的改進。到目前為止，已經使用一般稱為「氟裡昂(flons)」的氟代烴作為製冷劑。然而，由於近來的證據證明氟裡昂氣體可能引起臭氧層的破壞，增加全球變暖的趨勢，這種氟裡昂被禁止用作製冷劑。即，在已經制定的法規下，不能使用能引起明顯臭氧破壞的「特定氟裡昂」和能明顯增大總體的全球變暖的氟裡昂。所以，非常希望開發具有零臭氧破壞性能和對全球變暖的作用可以忽視的新型製冷劑。
目前，已經提出了可以使用但不產生任何對環境的副作用，並且可以表現出可與傳統氟裡昂相當的優異性能的許多種製冷劑，作為上述特定氟裡昂和其它氟裡昂的替代物。
例如，在日本未審專利申請公開(Kokai)No.5-186765中已經提出了包含全氟代乙烷、乙烷和三氟甲烷以及1-10重量％的與潤滑油有良好親合性的丙烷和丁烷的兩成分或三成分製冷劑。該文獻公開了使用丙烷和丁烷可以加速潤滑油返回到壓縮機中，但是，沒有說明在液化過程中所用的冷卻溫度和壓力。
此外，在日本未審專利申請公開(Kokai)No.7-48563中公開了包含三氟甲烷和乙烷或六氟甲烷和乙烷，且具有-90℃或更低的較低標準沸點的混合製冷劑。然而，由於其低臨界溫度和高臨界壓力，這種混合的製冷劑不能用於傳統的單循環製冷室。
此外，本申請的申請人在日本未審專利申請公開(Kokai)5-306391和7-48562中已經提出一種抑制全球變暖的具有零臭氧破壞能力的製冷劑。JPP』391公開了使用二氫四氟乙烷(CH2-FCF3；一般稱為「HFC-134a」或「R-134a」)和三氟甲烷(CHF3；一般稱為「HFC-23」或「R-23」)的製冷劑混合物，JPP』562說明了二氫四氟乙烷(R-134a)和全氟乙烷(C2F6；一般稱為「FC-116」或「R-116」)的製冷劑混合物的使用。
在向JPP』391和』562中所述的製冷劑中加入添加劑，如丙烷、丁烷或其它烴時，在約20公斤/平方釐米的排出壓力下，把製冷室的內部溫度降低到低於-50℃成為可能，這可以有效地用於傳統的單循環製冷室。所以，上述製冷劑可以有利地用於制冷機和其它設備；但是，為了滿足在生物技術、食品運輸系統等領域中對製冷的上述要求，更希望提供一種能保證明顯低於-50℃的明顯較低的製冷溫度。
由於現有技術的製冷劑的上述問題，本發明的一個目的是提供一種能保證零水平的臭氧破壞能力並抑制全球變暖性能的工作流體，它可以通過傳統壓縮機獲得令人滿意的超低溫。特別地，本發明涉及提供一種在傳統的單循環製冷室中使用製冷劑時，可以容易地實現低於-60℃的製冷溫度的製冷劑。
為了達到上述目的，提供一種提供超低溫的製冷劑，其中，該製冷劑包含三氟甲烷(CHF3:R-23)、全氟乙烷(C2F6:R-116)和一種選自下列燃料的傳統燃料丙烷、丁烷、或丙烷與丁烷的混合物。
優選的是，以70-15重量％的三氟甲烷，和30-85重量％的全氟乙烷的混合比含有三氟甲烷和全氟乙烷。
優選的是，丙烷的含量為55-95重量％，丁烷的含量為50-90重量％，或者丙烷與丁烷的混合物含量為35-70重量％。
根據本發明的另一個方面，提供一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含三氟甲烷(CHF3)(或全氟乙烷(C2F6))、丙烷和丁烷或僅丁烷。
根據本發明的另一個方面，提供一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含三氟甲烷(CHF3)、丙烷和丁烷。
優選的是，所述製冷劑包含60-15重量％的三氟甲烷、16-34重量％的丙烷和24-51重量％的丁烷。
根據本發明的另一個方面，提供一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含包含三氟甲烷(CHF3)和丁烷。
優選的是，所述製冷劑包含50-15重量％的三氟甲烷和50-85重量％的丁烷。
根據本發明的另一個方面，提供一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含全氟乙烷(C2F6)、丙烷和丁烷。
優選的是，所述製冷劑包含60-20重量％的全氟乙烷、16-32重量％的丙烷和24-48重量％的丁烷。
根據本發明的另一個方面，提供一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含全氟乙烷(C2F6)和丁烷。
優選的是，所述製冷劑包含55-20重量％的全氟乙烷和45-80重量％的丁烷。
參考附圖，從下面提出的描述將會更清楚地理解本發明，其中圖1是一種使用兩種製冷劑和兩套制冷機裝置的現有技術的製冷室；圖2是一種現有技術的製冷室，基於使用三種混合製冷劑的單壓縮機多循環系統；圖3是表示向R-23和R-116的氣體混合物中加入丙烷和丁烷的效果的圖；圖4是表示向具有不同混合比的R-23和R-116的氣體混合物中加入丙烷和丁烷的效果的圖；圖5是表示向R-23和R-116的氣體混合物中單獨加入丙烷時所得效果的圖；圖6是表示向R-23和R-116的氣體混合物中單獨加入丁烷時所得效果的圖；圖7是表示在向由R-23組成的製冷劑中加入丙烷和丁烷時所得效果的圖；圖8是表示在向由R-116組成的製冷劑中加入丙烷和丁烷時所得效果的圖；圖9是表示在向由R-23組成的製冷劑中單獨加入丁烷時所得效果的圖；圖9是表示在向由R-116組成的製冷劑中單獨加入丁烷時所得效果的圖；下面將參考本發明的優選的實施方案進一步描述本發明。
在尋找表現出零臭氧破壞性能並防止全球變暖以及可以作為傳統含氯製冷劑和含溴製冷劑(如氟裡昂和碳溴化合物(halon))的替代品的新一代製冷劑過程中，本申請的發明人已經發現，如果向由三氟甲烷(CHF3；R-23)和全氟乙烷(C2F6；R-116)組成的氣體混合物或者單獨的R-23或R-116氣體中混合特定的烴，製備製冷劑，所得的製冷劑可以將其沸點保持在低溫，並且可以在實際使用範圍內的溫度和壓力下液化。
由於在其分子中沒有氯原子，R-23和R-116都只表現出可以忽略的全球變暖作用。如涉及下表中的R-23和R-116混合比為39/61的實施例中所示，R-23和R-116的氣體混合物可以表現出約-80℃的沸點，即，它可以獲得明顯降低的溫度(即超低溫)。但是，由於它同時表現出在室溫約40大氣壓的明顯增大的蒸氣壓，所以，因為所安裝的壓縮機功率不夠，這種氣體混合物不能應用於傳統的製冷室。
然而，作為深入研究的結果，本發明人已經意外地發現，如果向所述氣體混合物中加入丙烷、丁烷或其混合物，所述氣體混合物能保持其低沸點並且因此可以在室溫下約20大氣壓的壓力下液化。
丙烷和丁烷是日常生活中廣泛用作燃料的氣體，因此，它們可以容易地處理而不需要高水平的技術。從下表2中總結的丙烷和丁烷的性質可以明顯看出，這些氣體在室溫下可以表現出低蒸氣壓，但是表現出高標準沸點，因此它們不能單獨用作超低溫的製冷劑。然而，本發明人已經發現，把它們加入到R-23和R-116的單獨的氣體或氣體混合物中時，才可以類似地表現出丙烷和丁烷的上述性質。本發明人還已經從實驗證明，所有所得的製冷劑可以滿足超低溫製冷劑所需的性能要求。表1R-23、R116及其混合物的性質

表2丙烷、丁烷的性質

一般來說，通過對構成氣體混合物的每種成分的沸點或其它性能作圖獲得的連續曲線可以表示所述氣體混合物的沸點，因此，所述氣體混合物可以表現出其所有組成成分的中間性能。然而，與此相反，根據本發明人的發現，當特定的替代氟代烴，即上述的R-23、R-116或其混合物，與丙烷、丁烷或其混合物混合獲得具有預定組成的氣體混合物時，所得的氣體混合物可以保持在R-23、R-116或其混合物中固有的低沸點，並且同時，它可以表現出丙烷和丁烷中固有的低蒸氣壓。因此，如上所述，本發明的製冷劑可以保證適用於超低溫製冷劑的性能的特定領域。
在目前階段，本發明的所述氣體混合物可以強烈產生特定性能的原因，以及每個組成成分的準確作用機理還不清楚。然而，應該注意，在向R-23、R-116或其混合物中加入丙烷和/或丁烷時獲得的具有預定組成的氣體混合物的性能可以可靠地獲得，並且是穩定的。
因此，用上述成分形成的本發明的製冷劑可以用於任何傳統的製冷室中，並且可以容易地在這種製冷室中獲得超低溫。因此，不需要對所述製冷室進行特殊的改造。
下面將參考下列實驗數據進一步描述本發明的製冷劑。
根據下列實驗(1)-(8)評價在其中以不同混合比含有成分R-23、R-116、丙烷和丁烷的各組合物與作為製冷劑的性能之間的關係。注意，在實驗(1)-(4)中，通過把R-23和R-116的氣體混合物與丙烷、丁烷或其混合物混合製備具有不同組成的製冷劑。在實驗(5)-(8)中，通過把R-23或R-116的單獨的氣體與丙烷、丁烷或其混合物混合製備具有不同組成的製冷劑。
(1)在向R-23和R-116的氣體混合物中加入丙烷和丁烷時獲得的效果通過使用R-23和R-116的氣體混合物(混合比=39∶61)製備本發明的製冷劑。如下表3所示，向所述氣體混合物中加入不同量的丙烷和丁烷，獲得具有不同組成的製冷劑。
把每種製冷劑裝入製冷室(購自Damphos＆Co.的製冷壓縮機)中，並根據操作手冊所述的傳統方法操作所述壓縮機，測定製冷室內的溫度(下文中，簡稱「製冷室內溫度」，℃)，和壓縮機的排出壓力(公斤力/平方釐米，表壓)和吸入壓力(公斤力/平方釐米，絕對壓力)。結果總結於下表3。表3添加丙烷和丁烷對R-23、R116混合氣體的作用

注室溫20℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)R-23/R-116=39/61
C3H8/C4H10=25/75，除了第2-7號C3H8/C4H10=15.5/139.5-140/15裝載氣體總量150-285克，除了(A)360-390克，(B)210克(恆定)在表3中，作為參考，分別參考R-23(39重量％)和R-116(61重量％)的氣體混合物的室溫蒸氣壓和沸點，描述不含丙烷和丁烷(0重量％)的製冷劑第21號的製冷室內溫度和排出壓力。表3的結果還作圖於圖3中。
從圖3中可見，在向R-23和R-116的氣體混合物中以35-70重量％的混合比混入丙烷和丁烷的混合物時，製冷室內溫度可以保持在-60～-75℃，並且可以以壓縮機出口處約15-25公斤力/平方釐米的排出壓力運行製冷壓縮機。
此外，當丙烷/丁烷混合物的混合比改變到35-65重量％的範圍時，在18-22公斤力/平方釐米的較低排出壓力下可以獲得低於-70℃的製冷室內溫度。
此外，滿足上述組成要求的製冷劑與潤滑油有良好的相容性，所以，在重複上述實驗時，它們不會引起由於堵塞產生的任何問題。
當丙烷/丁烷混合物與所述氣體混合物的混合比增大到超過圖3所示的組成上限時，所述製冷室內溫度突然增大而結束於約-41℃處，而所述排出壓力逐漸減小。相反，當丙烷/丁烷混合物與所述氣體混合物的混合比減小時，在約40重量％的混合比時，製冷過程變得對裝載氣體的量和組成敏感，所以，取決於這些操作條件可能產生冷卻功率的明顯不同，並伴隨壓力增大。
圖3包括在組(A)和組(B)下分類的結果。
組(A)表示在保持製冷室內溫度在儘可能的溫度時，在總裝載氣體量為360克-390克時獲得的結果。即使所述混合比降低到40重量％或更低，製冷室內溫度也可以保持在約-70℃的基本相同的溫度。然而，當所述混合比進一步降低到約35重量％時，引起所述氣體的過充載，因此，排出壓力和製冷室內溫度增大到不能保證足夠冷卻功率的程度。
在裝載氣體總量為210克(恆定)下運行製冷壓縮機時，如圖3的組(B)所示，40重量％或更小的混合比導致大於-40℃的製冷室內溫度，即明顯降低了製冷能力。這個結果表明，在包括所述裝載氣體總量的運行條件下，不能進行R-23和R-116的液化。
(2)向具有不同混合比的R-23和R-116的氣體混合物中加入丙烷和丁烷時獲得的效果重複上述實驗(1)的過程，來證實在寬的R-23和R-116混合比範圍內，所述製冷劑可以獲得上述的優異性能，把丙烷和丁烷的混合比調整到25∶75的預定比例，但是，如下表4所示改變R-23和R-116的混合比。結果總結於下表4中。表4R-23、R116的混合比和丙烷和丁烷的添加效果

注意室溫20℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)R-116(重量％)R-116/(R-23+R-116)×100(重量％)C3H8/C4H10=25/75(恆定)(R-23+R-116)/(C3H8+C4H10)=50/50裝載氣體總量210克表4的結果還作圖於圖4中。從圖4中可以看出，當在R-23和R-116中R-116的混合比在約30-85重量％(對於R-23為70-15重量％)範圍內時，特別地，R-23和R-116的混合比約為50重量％時，可以保持約-60～-73℃的製冷室內溫度，並且可以在不超過26公斤力/平方釐米的排出壓力下運行所述壓縮機。
當R-23和R-116的混合比增大到所述混合比範圍以上或降低到所述混合比範圍以下時，在富R-23區域和富R-116區域內，都可以提高製冷室內溫度，在小於50重量％的R-116含量區域內，排出壓力表現出提高的趨勢。
上述結果表明，根據本發明，在較寬的R-23和R-116混合比範圍內，可以獲得優異的作用和效果，當以上述混合比範圍使用R-116時，可以獲得-60～-70℃的製冷室內溫度，然而，如果希望保持排出壓力在低水平，優選的是以大於50％的混合比使用R-116。
特別地，在以45-65重量％的混合比使用R-116時，在23公斤力/平方釐米的排出壓力下可以保持低於-70℃的製冷室內溫度。
(3)在向R-23和R-116的氣體混合物中單獨加入丙烷時獲得的效果重複上述實驗(1)的過程，以證明在通過把R-23和R-116的氣體混合物單獨與丙烷混合製備本發明的製冷劑時獲得的效果，把R-23和R-116的混合比調整到39∶61的預定比例。然而，如下表5所示改變丙烷與R-23和R-116的氣體混合物的混合比。結果總結於下表5中。表5添加丙烷對R-23、R116混合氣體的作用

注意室溫20℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)R-23/R-116=39/61(恆定)裝載氣體總量210克表5的結果還作圖於圖5中。在圖5中，作為參考，分別參考R-23(39重量％)與R-116(61重量％)的氣體混合物和僅丙烷的沸點和室溫蒸氣壓，畫出了不含(0重量％)丙烷和含有100重量％丙烷的製冷劑的製冷室內溫度和排出壓力。
從圖5可以看出，在靠近丙烷含量為90重量％的區域，在丙烷與R-23和R-116的氣體混合物的重量比降低之後，製冷室內溫度立即突然降低，而排出壓力保持在較低水平。此外，當丙烷的混合比降低到50重量％或更小時，制冷機裝置的運行變得不穩定，從而不能保持恆定的製冷室內溫度。
上述結果表明，如果以55-95重量％的混合比向R-23和R-116的氣體混合物中混入丙烷，那麼，可以在約-60到-67℃的恆定保持的製冷室內溫度和約13-22公斤力/平方釐米的排出壓力下運行所述制冷機。
特別地，上述製冷劑適用於作為能在65-85重量％的丙烷混合比和不大於20公斤力/平方釐米的排出壓力的條件下，獲得低於-65℃的製冷室內溫度的製冷劑。
(4)在向R-23和R-116的氣體混合物中單獨加入丁烷時獲得的效果重複上述實驗(1)的過程，以證明在通過把R-23和R-116的氣體混合物與單獨的丁烷混合製備本發明的製冷劑時獲得的效果，把R-23和R-116的混合比調整到39∶61的預定比例。然而，如下表6所示改變丁烷與R-23和R-116氣體混合物的混合比。結果總結於下表6中。表6添加丁烷對R-23、R116混合氣體的作用

注意室溫20℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)R-23/R-116=39/61(恆定)裝載氣體總量210克表6的結果還作圖於圖6中。在圖6中，作為參考，分別參考R-23(39重量％)與R-116(61重量％)的氣體混合物和單獨的丁烷的沸點和室溫蒸氣壓，畫出了不含(0重量％)丁烷和含有100重量％丁烷的製冷劑的製冷室內溫度和排出壓力。
從圖6可以看出，在靠近丁烷含量為90重量％的區域，在丁烷與R-23和R-116氣體混合物的重量比降低之後，製冷室內溫度立即突然降低，而排出壓力的增大，因此，所述壓力保持在較低水平。即，上述趨勢類似於單獨用丙烷的實驗(3)。此外，當丁烷的混合比降低到50重量％或更小時，制冷機裝置的運行變得不穩定，從而不能保持恆定的製冷室內溫度。
此外，從圖6還可以理解，當丁烷的混合比在50-90重量％範圍內時，可以獲得-30℃到-40℃的製冷室溫度，同時可以獲得6.0-19公斤力/平方釐米的低排出壓力。所以認為具有上述組成的製冷劑可以有利地用於不要求明顯降低製冷溫度的制冷機，因為可以用小負荷運行使用這種製冷劑的制冷機。
同時，上述製冷劑適用於作為能在60-80重量％的丁烷混合比和不大於15公斤力/平方釐米的排出壓力的條件下，獲得低於-35℃的製冷室內溫度的製冷劑。
(5)向由R-23組成的製冷劑中加入丙烷和丁烷時獲得的效果為了證明由R-23和丙烷與丁烷的混合物組成的根據本發明的製冷劑的性能，把R-23與丙烷和丁烷混合物混合(混合比=40∶60)。如下表7所示，向R-23中加入不同量的丙烷和丁烷，獲得具有不同組成的製冷劑。
把每種製冷劑裝入製冷室(購自DamphosCo.的製冷壓縮機)中，並根據操作手冊所述的傳統方法操作所述壓縮機，測定製冷室內溫度(℃)，和壓縮機的排出壓力(公斤力/平方釐米，表壓)和吸入壓力(公斤力/平方釐米，絕對壓力)。結果總結於下表7中。表7添加丙烷和丁烷對R-23的作用

注意
室溫28℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)C3H8/C4H10=40/60裝載氣體總量140-220克表7的結果還作圖於圖7中，在圖7中，作為參考，參考R-23的沸點和室溫蒸氣壓，畫出了不含丙烷和丁烷混合物(0重量％)的製冷劑的製冷室內溫度和排出壓力。
從圖7中可以理解，在向R-23中以40-85重量％的混合比混入丙烷和丁烷的混合物(16-34重量％的丙烷和24-51重量％的丁烷)時，R-23的混合比在60-15重量％範圍內，製冷室內溫度可以保持在-60℃或更低，並且可以以壓縮機出口處約17.0-23.0公斤力/平方釐米的排出壓力運行製冷壓縮機。
(6)在向由R-116組成的製冷劑中加入丙烷和丁烷時獲得的效果重複上述實驗(5)的過程，以證明由R-116與丙烷和丁烷混合物組成的製冷劑的性能；把R-116與丙烷和丁烷混合物混合(混合比=40∶60)。如下表8所示，向R-116中加入不同量的丙烷和丁烷，獲得具有不同組成的製冷劑。其結果總結於下表8中。表8添加丙烷和丁烷對R116的作用

注意室溫28℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)C3H8/C4H10=40/60裝載氣體總量190-250克表8的結果還作圖於圖8中，在圖8中，作為參考，參考R-116的沸點和室溫蒸氣壓，畫出了不含丙烷和丁烷混合物(0重量％)的製冷劑的製冷室內溫度和排出壓力。
從圖8中可以理解，在向R-116中以40-80重量％的混合比混入丙烷和丁烷的混合物(16-32重量％的丙烷和24-48重量％的丁烷)時，R-116的混合比在60-20重量％範圍內，製冷室內溫度可以保持在-60℃或更低，並且可以以壓縮機出口處約12.0-25.0公斤力/平方釐米的排出壓力運行製冷壓縮機。
(7)在向由R-23組成的製冷劑加入丁烷時獲得的效果重複上述實驗(5)的過程，以證明由R-23和丁烷組成的製冷劑的性能；把R-23與不同量的丁烷混合，如下表9所示，獲得具有不同組成的製冷劑。其結果總結於下表9中。表9添加丁烷對R-23的作用

注意室溫28℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)裝載氣體總量190-230克表9的結果還作圖於圖9中，在圖9中，作為參考，參考R-23的沸點和室溫蒸氣壓，畫出了不含丁烷(0重量％)的製冷劑的製冷室內溫度和排出壓力。
從圖9中可以理解，在向R-23中以50-85重量％的混合比混入丁烷並且R-23的混合比為50-15重量％時，製冷室內溫度可以保持在-60℃或更低，並且可以以壓縮機出口處約17.2-21.0公斤力/平方釐米的排出壓力運行製冷壓縮機。
(8)在向由R-116組成的製冷劑加入丁烷時獲得的效果重複上述實驗(5)的過程，以證明由R-116和丁烷組成的根據本發明的製冷劑的性能；把R-116與不同量的丁烷混合，如下表10所示，獲得具有不同組成的製冷劑。其結果總結於下表10中。表10添加丁烷對R116的作用

注意室溫28℃排出壓力表壓(公斤力/平方釐米)吸入壓力絕對壓力(公斤力/平方釐米)裝載氣體總量200-240克表10的結果還作圖於圖10中，在圖10中，作為參考，參考R-116的沸點和室溫蒸氣壓，畫出了不含丁烷(0重量％)的製冷劑的製冷室內溫度和排出壓力。
從圖10中可以理解，在向R-116中以45-80重量％的混合比混入丁烷，因此R-116的混合比為55-20重量％時，製冷室內溫度可以保持在-60℃或更低，並且可以以壓縮機出口處約12.5-21.0公斤力/平方釐米的排出壓力運行製冷壓縮機。
從上述詳細描述可以理解，所述製冷劑表現出零水平的臭氧破壞能力並抑制地球的變暖效應，所以，可以利用它作為氟裡昂的替代物，而不對環境產生任何不良影響。
此外，所述製冷劑可以用R-23和R-116以及丙烷和丁烷氣體(它們是傳統的燃料)以低成本地獲得。同時，所述製冷劑可以容易且安全地處理。
此外，由於所述製冷劑材料具有特定的性能，所述製冷劑可以應用於傳統的製冷室，而不用改變所述製冷室的結構，且不需要建造新的製冷室(例如為本製冷劑特別設計的複雜的高功率製冷裝置)。此外，在這種傳統的製冷室中，所述製冷劑可以獲得超低溫，特別地，低於-60℃的製冷室內溫度。此外，可以實際使用的製冷室由於其簡單的結構，可以以非常低的成本獲得，也可以容易地維護。所以，預計所述製冷劑可以為許多工業做出很大的貢獻，包括將來有進一步發展前景的食品運輸工業、生物技術工業。
權利要求
1．一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含三氟甲烷(CHF3)、全氟乙烷(C2F6)、以及至少一種或多種選自丙烷和丁烷的成分。
2．根據權利要求1的製冷劑，其中，以70-15重量％的三氟甲烷和30-85重量％的全氟乙烷的混合比含有所述三氟甲烷和所述全氟乙烷。
3．根據權利要求1的製冷劑，其中，丙烷含量為55-95重量％，丁烷含量為50-90重量％，或者丙烷與丁烷的混合物含量為35-70重量％。
4．一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含三氟甲烷(CHF3)、丙烷和丁烷。
5．根據權利要求4的製冷劑，其中，所述製冷劑包含60-15重量％的三氟甲烷、16-34重量％的丙烷和24-51重量％的丁烷。
6．一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含三氟甲烷(CHF3)和丁烷。
7．根據權利要求6的製冷劑，其中，所述製冷劑包含50-15重量％的三氟甲烷和50-85重量％的丁烷。
8．一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含全氟乙烷(C2F6)、丙烷和丁烷。
9．根據權利要求8的製冷劑，其中，所述製冷劑包含60-20重量％的全氟乙烷、16-32重量％的丙烷和24-48重量％的丁烷。
10．一種提供超低溫的製冷劑，其中，所述製冷劑包含全氟乙烷(C2F6)和丁烷。
11．根據權利要求10的製冷劑，其中，所述製冷劑包含55-20重量％的全氟乙烷和45-80重量％的丁烷。
全文摘要
一種包含選自R－23、R－116及其混合物的一種成分和選自丙烷、丁烷及其混合物之一的混合製冷劑。所述混合製冷劑使用傳統製冷器的壓縮機,可以把製冷器內部冷卻到超低溫,特別地,冷卻到－60℃或更低的溫度。所述混合製冷劑不僅具有類似於R－23和R－116的低沸點,而且由於其中含有丙烷和丁烷,可以在室溫環境中液化,並且還與潤滑油等具有良好的混溶性,使得使用所述製冷劑的製冷裝置沒有堵塞的問題。另外,所述混合製冷劑沒有消耗臭氧的能力,並且溫室效應明顯很低。通過在室溫環境中的壓縮機實用能力範圍內的壓力可以液化所述製冷劑,並且通過使用一種氣體和一個壓縮機的製冷裝置,可以在製冷器內部容易地獲得－60℃或更低的溫度。
文檔編號C09K5/04GK1304438SQ99807089
公開日2001年7月18日 申請日期1999年6月4日 優先權日1998年6月6日
發明者慄田進, 制野敏雄, 森田誠, 蛭田勇 申請人:日本冷凍車株式會社, 慄田宣義, 株式會社大冷, 慄田進