具有低gwp的不可燃制冷剂以及提供制冷的系统和方法与流程-凯发k8娱乐

本发明涉及高效率、低全球变暖潜能值(“低gwp”)的制冷剂，并且涉及安全有效的、用于提供冷却的空调和/或制冷系统以及方法，并且尤其地，涉及在不使制品(诸如水果、蔬菜和水)暴露于低于水的凝固点的温度的情况下冷却那些制品的系统和方法。

背景技术：

1、在特定的制冷应用中，有必要冷却制品，但不使那些制品暴露于低于特定温度(诸如水的凝固点)的温度。例如，在超市环境中，通常将特定产品保持在相对于环境降低的温度处，但同时将该产品冷却到低于水的凝固点是不利的，特别是因为优选的冷却方法包括用潮湿的环境空气间接冷却。对于这些应用，沿着蒸发器具有低于水的凝固点的制冷剂温度也是不利的，因为它们将导致霜积聚，并因此需要对设备除霜。避免霜积聚是那些应用中的重要方面。类似地，饮料(包括水等)的冷却也应在避免将此类产品暴露于低于水的凝固点的温度的条件下进行，因为在销售时不希望冷冻此类产品。为了方便起见，申请人在本文中将此类应用、方法和系统称为“非冷冻”应用、方法和系统。

2、某些单组分的氟碳化合物(包括氯氟烃(“cfc”)、氢氯氟烃(“hcfc”)和氢氟烯烃(“hfo”))，已被用于“无霜”应用中，其中沿着蒸发器的制冷剂温度必须保持在水的凝固点以上，使得霜不会积聚在盘管表面上，且因此，在此类制冷应用、系统和方法中，不需要除霜，迄今为止认为使用单组分流体是特别期望的，因为此类流体的饱和温度在恒定压力下流体蒸发时不改变。这是高度期望的，因为其允许系统或方法被设计成具有沿着蒸发器的制冷剂温度，该制冷剂温度在蒸发过程期间保持基本上恒定，且在水的冷冻温度以上，假设当制冷剂流过蒸发器时几乎没有或没有压降。此外，产品应用通常还需要在空气与制冷剂之间的小的温差，以减少空气的除湿，并随后去除水分含量和产品的质量损失。在选择特定的制冷剂时，小温差和避免霜形成的要求以及蒸发器在出口处具有一定正过热度的需要是关键的。过热度等于或低于零(即制冷剂不过热)可导致冷却能力、效率的降低和潜在的压缩机故障。术语“过热度”或简称“过热”是指制冷剂在蒸发器出口处的温度上升至制冷剂的饱和蒸气温度(或露点温度)以上。

3、这在图1中以举例的方式示出，图中以示意性的形式表示典型的超市产品冷却柜(cooling case)。通常，如图1所示，通过使空气从柜102的外部和再循环空气104穿过蒸发器旋管106的热交换表面，将冷却的、含湿气的空气提供至展示柜的凯发k8娱乐的产品展示区，该蒸发器旋管设置在展示柜内的区域，该区域通常与凯发k8娱乐的产品展示区分开(或至少不被消费者看到)但靠近凯发k8娱乐的产品展示区。蒸发器106具有单组分制冷剂入口108和单组分制冷剂出口110。还使用循环风扇114。在上述类型的系统中，非常期望制冷系统中的冷却空间112沿着蒸发器具有总是或基本上总是高于一定水平的制冷剂温度。例如，在许多应用诸如产品的制冷中，展示柜中空气的最小排放(出口)温度被设计成约2℃至3℃，以便提供安全裕度，用于避免具有低于水的凝固点的冷却空间或冷却制品。此外，为了最小化水分从空气中的去除及随后的产品干燥(质量损失)，空气出口和制冷剂之间的温差需要很小，通常为2℃至3℃。这，与这些应用的蒸发器需要约3℃至约5℃的过热度的事实相结合，将对制冷剂的可允许的蒸发器滑移施加约束，使得蒸发温度保持在水的凝固点以上，并且因此霜不会积聚。这在图2和图3中示出。

4、作为图2中的实施例，能够看出，当空气排出温度为3℃时，允许最大蒸发器滑移为3℃(制冷剂a)，并且如果制冷剂具有大于3℃的蒸发器滑移，例如制冷剂b的4℃，则制冷剂温度低于水的凝固点，并且霜可能积聚。

5、在图3中，空气排出温度为2℃，这将蒸发器滑移限制至约2℃(制冷剂c)，并且如果制冷剂具有大于2℃的蒸发器滑移，例如制冷剂d的3℃，则制冷剂温度达到冰点以下，并且霜可能积聚。概括地说，小于4.5℃的滑移是优选的，小于3℃的滑移是更优选的，且小于2℃的滑移是最优选的，以避免霜在那些应用中积聚。

6、本领域的技术人员将会知道，这两个所期望的结果迄今为止一直很难提供制冷剂，该制冷剂是不同单组分制冷剂的多组分共混物。

7、在本发明之前，如上所述，本领域的技术人员已在具有低温敏感度的此类应用中，主要使用单组分制冷剂，诸如hfc-134a，且避免了制冷剂共混物，因为共混物一般在蒸发时经历沸点温度的显著变化，这迄今为止被认为是能够确定具有用于此类体系中的正确特性平衡的共混物的主要障碍。

8、另一方面，申请人已经认识到，在许多应用中，也难以确定具有全套特性的单组分流体，该全套特性使得单组分流体在上述类型的应用中具有特定的优点。例如，在许多重要的应用中，必须确定同时具有以下的制冷剂：(1)具有可行的滑移，即滑移小于4.5℃，优选地低于约3℃，并且甚至更优选地低于约2℃，以避免霜形成并且能够保持通常的过热度，例如约3℃至约5℃；(2)是不可燃的；(3)具有低毒性或基本无毒性；(4)具有低全球变暖潜能值(gwp)(例如小于约150，并且甚至更优选小于约75)，和(5)具有与特定应用(尤其是在中温热传递系统中，并且甚至更优选在无霜或低霜中温制冷系统中)的需要相匹配的热传递和其它特性(诸如化学稳定性)。虽然在许多情况下使用单组分制冷剂能够满足项(1)、项(2)和项(3)，但是本领域的技术人员已发现，迄今为止难以(如果不是不可能)找到不仅满足项(1)、项(2)和项(3)而且满足项(4)至项(5)中的大多数制冷剂和优选所有的制冷剂(无论是单组分还是其它组分)。此处，不可燃物质将由ashrae分类为“1”类，并且低毒性物质将由ashrae标准34-2016分类为“a”类。根据ashrae标准34-2016，将不可燃且低毒性的物质分类为“a1”。

9、例如，虽然迄今为止hfc-134a已用于特定非冷冻应用，但是其不能满足例如低gwp要求(上文项5)，因为hfc-134a具有约1300的gwp。

10、申请人以与公认的思维相反的方式进行，并且发现了意想不到的且有利的结果。例如，申请人已发现，如下文所详述，包括仔细选择的组分组合的特定共混物可具有有利但意料不到的不可燃性组合，同时具有优异的热传递特性、低gwp(例如，低于约150的gwp)、低毒性或无毒性、化学稳定性和润滑剂相容性等等。此外，申请人已发现，本发明的制冷剂组合物特别有利地用于中温制冷系统中，且尤其是用于在期望将冷空气温度保持在约0℃以上并避免将被冷却的空气暴露于低于约0℃的温度的中温制冷系统中，以便保护被冷却的制品不结霜和/或防止蒸发器旋管结霜，由于需要除霜和/或旋管之间的冷却不一致，这本身可对此类系统的总体效率具有负面影响。

技术实现思路

1、申请人已找到制冷剂组合物、包括该制冷剂的热传递组合物、制冷方法和系统，包括用于冷却具有低温约束的材料的方法和系统，诸如上述低冻或无冻应用，其利用一种或多种本发明的组合物作为制冷剂。

2、因此，本发明优选提供尤其是在中温制冷系统和方法中且甚至更优选在无霜和低霜的中温制冷系统中具有不可燃性、低毒性或无基本毒性、低全球变暖潜能值以及优异热传递性能的组合物。

3、本发明还提供了中温制冷系统和方法，如下文所详述。

4、此外，申请人已认识到，在许多蒸发器诸如直接膨胀式蒸发器中，当制冷剂移动通过蒸发器时存在压力损失，并且在许多情况下，压降的量致使饱和温度降约1℃至2℃。

5、因此，本发明的制冷剂包括这样的制冷剂，该制冷剂具有大于约75并且小于约150的gwp，由ashrae分类为a1(不可燃和低毒性)，并且具有小于约3℃、且甚至更优选地小于约2℃的蒸发器滑移，并且优选地用于包括蒸发器的系统中，其中制冷剂上的压力从蒸发器的入口到出口以使制冷剂的饱和温度减少约1℃至约3℃、最优选地约1℃至约2℃的量而降低。这意味着根据此类实施方案的本发明的制冷剂能够通过蒸发器实现制冷剂温度的意料不到的小变化。例如，由于压力损失而导致的蒸发器入口和出口之间的制冷剂温度变化优选小于蒸发器滑移(在基本上恒定的蒸发器入口压力下测定)，并且甚至更优选小于约75％的蒸发器滑移，且甚至更优选小于约50％的蒸发器滑移。因此，本发明的此类优选的制冷剂组合物具有大于约75且小于约150的gwp，且由ashrae分类为a1(不可燃且低毒性)，使得当制冷剂行进通过蒸发器时制冷剂的温度能够以小于约1℃的量而变化(即，由于压力损失，蒸发器入口和出口之间的制冷剂温度的变化优选地小于约1℃)。至少部分地由于该发现，本发明的方法和系统能够利用并实现高效热交换器设计，尤其是对于例如可逆热泵的应用，其中制冷剂流根据操作模式(冷却或加热)在热交换器中改变方向。

6、本发明的制冷剂还包括gwp小于约75、由ashrae分类为a1(不可燃和低毒性)且蒸发器滑移小于约4.5℃的制冷剂，该制冷剂优选地用于包括蒸发器的系统中，其中制冷剂上的压力从蒸发器的入口到出口以使制冷剂的饱和温度减少约0.5℃至约2.0℃的量而降低。

7、因此，在优选的实施方案中，根据本发明的制冷剂用于具有压降的蒸发器中，该压降对应于饱和温度损失，该饱和温度损失等于大约由于滑移引起的制冷剂温度升高。