制冷剂流体的制作方法

1.本发明涉及一种制冷剂流体。特别地，这种制冷剂流体被用于在环境控制测试室中操作的制冷装置中。这种测试室内部具有隔热空间，可以在其中插入机械体以在各种温度、湿度和压力条件下对其进行测试。在该隔热空间内，通常需要达到极低的温度，甚至低于零下60℃(或-60℃或甚至213.15k)。


背景技术：

2.众所周知，根据立法规定，制冷剂流体不得显著导致大气中臭氧空洞的扩大或全球变暖。因此，卤化化合物，特别是氟化气体或氯化物质，不能再用作制冷剂。此外，根据可能必须遵守的安全法规，制冷设备中使用的制冷剂必须是不易燃的，以使测试室的填充、运输和操作更容易、更安全。此外，在使用易燃制冷剂的情况下，由于需要采取的技术措施，制冷装置内制冷剂流体流动回路的生产成本会更高。在本文中，易燃性是指制冷剂与环境中的氧气发生反应，产生热量。尤其是根据en378或din 378规定，如果制冷剂属于a2l、a2和a3 c防火等级，则属于易燃制冷剂。
3.同样，制冷剂应具有相对较低的co2当量。实际上，其相对全球升温潜能值(gwp)应尽可能低，以避免制冷剂释放时对环境造成间接损害。gwp衡量的是造成全球变暖的温室气体质量的定义量。该值是以二氧化碳为参考确定的，因此二氧化碳是参考值。因此，gwp描述了给定气体或气体混合物在特定时间间隔(在本文中为100年)内的平均变暖效应。关于二氧化碳当量或相关gwp的定义，本文及下文将参考欧洲议会和理事会(eu)第517/2014号条例。
4.鉴于上述考虑，已开发出具有低gwp但不易燃的制冷剂流体。
5.在这方面，已知的制冷剂流体包括含二氧化碳、1,1,1,2-四氟乙烷(或又称r134a)和二氟甲烷(或又称r32)的混合物等。
6.特别地，帝国化学工业公司(imperial chemical industries plc)名下的文件wo9602606a1，根据第一实施方式，描述了一种混合物，其包含相对于总混合物的重量百分比为2％至15％的二氧化碳，30％至96％的r134a，2％至55％的r32。根据该专利的另一实施方式，该混合物包含相对于总混合物的重量百分比为1％至20％的co2、5％至60％的r134a和30％至90％的r32。
7.clodic devis等人的文件wo00/66678也描述了一种包含二氧化碳、r134a和r32的混合物。然而，在该专利中，制冷剂混合物含有相对于总混合物的质量百分比为3％至7％的二氧化碳、65％至75％的r134a和15％至25％的r32。
8.此外，大金工业株式会社(daikin industries ltd)名下的文件jph06867870描述了一种由包含co2、r134a和r32的混合物构成的制冷剂流体，其相对于总体的质量百分比如下：1％至3％二氧化碳、25至35％r32和74％至62％r134a。
9.最后，昭和电工株式会社(showa denko kk)名下的文件jph06220435描述了另一种包含二氧化碳、r32和r134a的制冷剂流体。在上述日本文件所述的其中一个实施方式中，
r32、r134a和二氧化碳相对于混合物总量的质量百分比分别为5.70％、89.47％和4.82％。
10.尽管上述混合物可以在常规制冷装置中使用并具有极低的gwp值和不易燃性，但在放置被测部件的测试室隔热空间内，它们的温度无法达到低于零下50℃(或-50℃，或223.15k)。
11.此外，还有由二氧化碳和五氟乙烷(r125)构成的不同制冷剂流体混合物。例如，伟思环境技术有限公司(weiss umwelttechnik gmbh)名下的专利申请us2019/0093926就精确地描述了一种由二氧化碳和五氟乙烷(r125)构成的制冷剂，其中二氧化碳的质量分数为20％至80％。然而，这种解决方案不仅在技术上无法达到零下57℃(或-57℃，或216.15k)的温度，而且具有很高的gwp。此外，这种混合物在极低温度要求的情况下，有可能在制冷装置的回路中冻结，从而给其中安装制冷装置的整个环境控制测试室造成巨大问题。
12.本技术人名下的国际专利申请pct/ib2020/062008描述了一种包含气体混合物的制冷剂气体，该气体混合物则至少包含二氧化碳、1,1,1,2-四氟乙烷(或r134a)和二氟甲烷(或r32)，其中二氧化碳相对于总混合物的质量百分比大于50％。根据该发明的一个特定实施方式，二氧化碳在混合物中的质量百分比为50％至75％，优选69％。此外，1,1,1,2-四氟乙烷相对于总混合物的质量百分比为12.5％至22％，优选19％，而二氟甲烷在总混合物中的质量百分比为9％至19％，优选12％。
13.此外，尽管与其他混合物相比，这种混合物可以达到远低于零下57℃(或-57℃，或216.15k)的温度，甚至可以达到零下78℃(或-78℃，或195.15k)，并且具有非常低的gwp，即100年内低于380，但在一些需要达到更低温度，即低于零下78℃(或-78℃，或195.15k)的应用中，其不能满足这样的需求。
14.因此，本发明的目的是制备一种制冷剂流体，其尤其含有二氧化碳、二氟甲烷和1,1,1,2-四氟乙烷，并且在环境控制室内也能达到低于零下78℃(或-78℃，或195.15k)的温度。
15.本发明的另一个目的是制备一种不易燃的制冷剂混合物，其具有在任何情况下都非常低的gwp，并且可与通过本技术人名下的专利pct/ib2020/062008获得的混合物相媲美。
16.此外，本发明的目的还在于确定一种制冷剂，这种制冷剂可以替代r23气体(r23气体迄今为止一直被用于环境控制测试室中的制冷装置内，在环境控制测试室中期望达到低于零下78℃的温度)，同时这种制冷剂的gwp非常低。
17.最后，本发明的目的是制备一种制冷剂流体，这种制冷剂流体也可以在现有的环境控制测试室中使用的制冷装置中循环，而不需要对其中安装的制冷装置进行改造，相反，还可以成功地降低低级压缩机的排放温度并使制冷单元的制冷功率得以提高。


技术实现要素：

18.这些目的和其他目标是通过一种用于制冷装置的制冷剂流体来实现的，该制冷剂流体包含气体混合物，所述气体混合物至少包含二氧化碳、1,1,1,2-四氟乙烷(或r134a)和二氟甲烷(或r32)，其中所述二氧化碳(或co2)具有相对于总混合物的50％至69％的质量百分比，其特征在于，所述1,1,1,2-四氟乙烷(或r134a)具有相对于总混合物的22.1％至42％的质量百分比，并且所述二氟甲烷(或r32)具有相对于总混合物的7％至13％的质量百分
比。
19.专利权人体会到，与专利申请pct/ib2020/062008中所述的内容相比，最终制冷剂流体中存在更多的1,1,1,2-四氟乙烷(或r134a)，可以使低级压缩机的排放温度降低超过20％，同时使制冷装置在低于-60℃蒸发时的制冷功率提高超过10％。此外，已经体会到，上述解决方案正是得益于与专利申请pct/ib2020/062008中描述的优选解决方案相比1,1,1,2-四氟乙烷的使用百分比的增加，并且克服了技术偏见，根据该技术偏见，制冷剂可达到的最低温度应高于零下78℃(或-78℃)，另一方面，它使环境控制测试室的温度低于零下78℃(或-78℃)，甚至达到零下85℃(或-85℃)至零下90℃(或-90℃)之间(取决于混合物中使用的1,1,1,2-四氟乙烷的不同浓度)，同时仍具有极低gwp的特点。
20.根据本发明的第一个实施方式，二氧化碳具有占混合物的57％至63％，优选60％的质量百分比。此外，1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的27％至33％，优选30％的质量百分比。
21.该解决方案具有在100年内等于497.1的gwp。
22.根据本发明的另一实施方式，二氧化碳具有占总混合物的63％至69％，优选66％的质量百分比。在这种情况下，1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的22.1％至27％，优选24％的质量百分比。
23.该解决方案具有在100年内等于411.36的gwp。
24.根据本发明的第三实施方式，二氧化碳具有占混合物的51％至57％，优选54％的质量百分比。在另一实施方式中，1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的33％至42％，优选36％的质量百分比。
25.该解决方案具有在100年内等于582.84的gwp。
26.简而言之，这三种解决方案的100年内的gwp仅略高于本专利权人名下专利pct/ib2020/062008中所述解决方案的gwp，但与其混合物相比，上述解决方案可以达到低于-78℃的温度。
27.此外，本发明还提供了一种设有制冷装置的制冷设备，所述制冷装置具有闭合回路，制冷剂流体在闭合回路内循环，所述闭合回路设有至少一个压缩机、用于所述制冷剂流体的冷却装置、用于所述制冷剂流体的膨胀装置和至少一个蒸发器，其特征在于，如权利要求1至7中的一项或多项所述的制冷剂流体在所述闭合回路内循环。
28.此外，该设备包括第二制冷装置，所述第二制冷装置具有第二闭合回路，第二制冷剂流体在第二闭合回路内循环；所述第二闭合回路设有至少一个第二压缩机、用于第二制冷剂流体的第二冷却装置、用于第二制冷剂流体的第二膨胀装置和至少一个第二蒸发器，其中所述至少一个第二蒸发器被用于对在所述闭合回路的所述冷却装置内循环的制冷剂流体进行冷却，并且其中所述第二制冷剂流体不同于所述制冷剂流体。特别地，优选地所述第二制冷剂流体包括r404a、r449a、r452a或具有类似热力学性质的其他制冷剂流体，特别是能够在接近室温的温度下冷凝的制冷剂流体。
29.最后，还提供了一种环境控制测试室，其具有隔热空间，试样被插入在该隔热空间内，该环境控制测试室包括如权利要求8至10中的一项或多项所述的制冷设备。
附图说明
30.现在将参照附图1以非限制性实施例的方式描述本发明的一些具体实施方式，附图1显示了环境控制测试室的制冷设备的示意图，该测试室中设有隔热空间，测试试样放置在该空间内。
31.本发明的优选实施方式的详述
32.在图1中，以简化的方式显示了制冷设备1，该制冷设备设有制冷装置10，该制冷装置10具有闭合回路c，制冷剂流体的在该闭合回路c内以某一流速循环。闭合回路c包括主压缩机2、至少一个用于制冷剂流体的冷却装置3(在制冷剂流体相变的情况下，也称为冷凝器)、制冷剂流体的膨胀装置4和蒸发器5。膨胀装置4在特定情况下包括恒温型膨胀阀，在其他实施方式中，膨胀装置4可以包括毛细管或其他机构，而不偏离本发明的保护范围。
33.设备1还包括具有第二闭合回路c1的第二制冷装置15，第二制冷剂流体在第二闭合环路c1内循环。该第二闭合回路c1设有第二压缩机21、用于第二制冷剂流体的第二冷却装置31、用于第二制冷剂流体的第二膨胀装置41和第二蒸发器51。根据本文所述的实施方式，第二蒸发器51用于冷却和/或冷凝在制冷装置10的闭合回路c的冷却装置3内循环的制冷剂流体。在实践中，设备1包括级联的两个制冷装置10和15。
34.该制冷设备1是在环境控制测试(或试验)室20中使用的，该室20是已知的类型，在本文中不再赘述，在附图中也不再详细描述。该室20设有隔热空间21，在各种环境条件下待测试的机械试样22被放置在该隔热空间21中。
35.有利地，第二制冷剂流体不同于在制冷装置10的闭合回路c中循环的制冷剂流体，并且优选地包括r404a。作为r404a的替代，该第二制冷剂流体还可以包括r449a或r452a，或具有类似热力学性质的其他制冷剂流体。
36.根据本发明的替代地在闭合回路c内的制冷装置10中运行的制冷剂流体包括气体混合物。该气体混合物至少包含二氧化碳、1,1,1,2-四氟乙烷和二氟甲烷，其中二氧化碳具有相对于总混合物的50％至69％的质量百分比，1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的22.1％至42％的质量百分比，并且二氟甲烷具有相对于总混合物的7％至13％的质量百分比。
37.根据第一实施方式，二氧化碳具有占混合物的57％至63％，优选60％的质量百分比。此外，根据本发明的第一实施方式，1,1,1,2-四氟乙烷具有占总混合物的27％至33％，优选30％的质量百分比。根据第一实施方式的特定混合物，相对于总混合物，该混合物包含质量百分比为60％的二氧化碳、质量百分比为30％的1,1,1,2-四氟乙烷和质量百分比为10％的二氟甲烷。
38.根据本发明的第二实施方式，二氧化碳具有总混合物的63％至69％，优选66％的质量百分比。1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的22.1％至27％，优选24％的质量百分比。
39.因此，根据第二实施方式的特定混合物，相对于总混合物，二氧化碳具有66％的质量百分比，1,1,1,2-四氟乙烷具有24％的质量百分比，以及二氟甲烷具有10％的质量百分比。
40.最后，根据本发明的第三实施方式，二氧化碳具有混合物的51％至57％，优选54％的质量百分比。此外，1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的33％至42％，优选36％的质
量百分比。
41.因此，根据第三实施方式的特定混合物，相对于总混合物，二氧化碳具有54％的质量百分比，1,1,1,2-四氟乙烷具有36％的质量百分比，以及二氟甲烷具有10％的质量百分比。
42.发现制冷剂混合物的上述组合物是不易燃的。
43.所有权人还体会到，制冷剂流体的该组合能够使环境控制室20的隔热空间21达到远低于-57℃(或216.15k)的温度，甚至低至-85℃(或188.15k)和-90℃(或183.15k)之间的温度，这取决于所使用的特定混合物。此外，由此获得的制冷剂流体具有非常低的gwp值，即在100年内小于600。最后，该制冷剂流体不会造成臭氧空洞的扩大。

技术特征：
1.一种制冷剂流体，其用于制冷装置(10)，所述制冷剂流体包含气体混合物，所述气体混合物至少包含二氧化碳、1,1,1,2-四氟乙烷和二氟甲烷，其中所述二氧化碳具有相对于总混合物的50％至69％的质量百分比，其特征在于，所述1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的22.1％至42％的质量百分比，并且所述二氟甲烷具有相对于总混合物的7％至13％的质量百分比。2.如权利要求1所述的制冷剂流体，其特征在于，所述二氧化碳具有占总混合物的57％至63％，优选60％的质量百分比。3.如权利要求2所述的制冷剂流体，其特征在于，所述1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的27％至33％，优选30％的质量百分比。4.如权利要求1所述的制冷剂流体，其特征在于，所述二氧化碳具有相对于总混合物的63％至69％，优选66％的质量百分比。5.如权利要求4所述的制冷剂流体，其特征在于，所述1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的22.1％至27％，优选24％的质量百分比。6.如权利要求1所述的制冷剂流体，其特征在于，所述二氧化碳具有占总混合物的51％至57％，优选54％的质量百分比。7.如权利要求6所述的制冷剂流体，其特征在于，所述1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的33％至42％，优选36％的质量百分比。8.一种制冷设备(1)，其设有制冷装置(10)，所述制冷装置具有闭合回路(c)，制冷剂流体在闭合回路(c)内循环，所述闭合回路(c)设有至少一个压缩机(2)、用于所述制冷剂流体的冷却装置(3)、用于所述制冷剂流体的膨胀装置(4)和至少一个蒸发器(5)，其特征在于，如权利要求1至7中的一项或多项所述的制冷剂流体在所述闭合回路(c)内循环。9.如权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，其包括第二制冷装置(15)，所述第二制冷装置(15)具有第二闭合回路(c1)，第二制冷剂流体在第二闭合回路(c1)内循环，所述第二闭合回路(c1)设有至少一个第二压缩机(21)、用于第二制冷剂流体的第二冷却装置(31)、用于第二制冷剂流体的第二膨胀装置(41)和至少一个第二蒸发器(51)，其中所述至少一个第二蒸发器用于冷却在所述闭合回路(c)的冷却装置(3)内循环的制冷剂流体，并且其中所述第二制冷剂流体不同236411于所述制冷剂流体。10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二制冷剂流体包括r404a、或r449a、或r452a、或具有类似热力学性质的其他制冷剂流体。11.一种环境控制测试室(20)，其具有隔热空间(21)，测试试样(22)被插入在所述隔热空间(21)内，所述环境控制测试室(20)包括如权利要求8-10中的一项或多项所述的制冷设备(1)。

技术总结
一种制冷剂流体，其用于制冷装置(10)，所述制冷剂流体包含气体混合物，所述气体混合物至少包含二氧化碳、1,1,1,2-四氟乙烷和二氟甲烷，其中所述二氧化碳具有相对于总混合物的50％至69％的质量百分比，其特征在于，所述1,1,1,2-四氟乙烷具有相对于总混合物的22.1％至42％的质量百分比，并且所述二氟甲烷具有相对于总混合物的7％至13％的质量百分比。对于总混合物的7％至13％的质量百分比。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：安吉拉通力测试技术有限公司简称ATT有限公司
技术研发日：2022.02.09
技术公布日：2023/10/15