[发明专利]用于深度低温的节流循环制冷系统中的不可燃的混合制冷剂(MR)

说明书

本申请要求获得早先申请的且现在正在审查的临时申请No.60/214562、60/214565和60/295237的优先权益，并且本申请是美国专利申请No.09/728501的一部分的连续，该美国专利申请No.09/728501在此将以参引的方式包含在本申请中。

背景技术

本发明涉及一种无毒、无氟且不可燃的制冷剂混合物，该混合物用于深度低温制冷系统中。

制冷系统早在1900-1910年就已经出现了，当时已经开发出了密封可靠的制冷系统。从那时起，在制冷技术方面的改进已经证明其既可以用于民用设备也可以用于工业设备中。特别是，低温制冷系统目前为生物医学应用、低温电子学、涂渍操作以及半导体制造应用领域提供了基本的产业功能。

提供温度低于223K(-50℃)的制冷具有非常重要的用途，特别是在工业制造和测试应用方面。本发明涉及能提供制冷温度在223K和73K(-50℃和-200℃之间)之间的制冷系统。处于该范围内的温度不同地被称为低温、超低温和深冷温度。就本申请而言，术语“深度”或“深度低温”将用来表示温度范围在223K到73K(-50℃和-200℃之间)之间的温度。在许多在真空条件下进行的制造过程中，由于安装有一个深度低温制冷系统，需要对许多元件进行快速加热。这种加热过程是一种除霜循环。这种加热过程能够加热蒸发器并使得制冷线路与室温相连。这使得系统的这些部件能够被接触到并通向大气，而不会使得空气中的水分冷凝在这些部件上。整个除霜循环和随后产生深度低温的恢复时间越长，制造系统的生产率(througput)就越低。加快除霜和加快恢复对真空腔内低温抽气表面(蒸发器)的制冷能有利地增加真空工艺的生产率。

目前有许多需要这种深度低温制冷的真空工艺。主要用途是用来为真空系统提供水蒸气的低温抽送。深度低温表面俘获并保持住水蒸气分子的速率要比其释放的速率要高。最终的结果是快速而显著地降低腔体内的水蒸气分压力。在用于电子存储介质、光反射器、金属化部件、半导体装置的真空涂渍工业中，水蒸气的低温抽气过程对于许多物理(自然)蒸汽沉积过程是非常有用的。该工艺业可以用于在冷冻干燥操作时去除食品上的水分。

另一种应用涉及热辐射屏蔽。在这种应用中，巨大的面板被冷却到极低的温度。这些经过冷却后的面板截留真空腔表面和加热器放出的辐射热量。这能够降低需要被冷却到温度低于面板温度的表面上的热负载。还有另一种用途是用来去除所制造物件上的热量。在许多用途中，这种物件是一种用于计算机硬盘驱动器的铝质盘、用于制造半导体装置的硅晶片、或用于平板显示器的象玻璃或塑料一样的材料。在这些情况下，这种深度低温提供了一种用于将热量更快地从这些物件上去除掉的方法，尽管该物件在该工艺步骤的最后的最终温度可能比室温要高。而且，许多包括硬盘驱动介质、硅晶片或平板显示器材料或其他基片的应用都涉及到这些物件上的材料沉积问题。在这种情况下，这种沉积的结果是热量从该物件上释放出来，且必须在保持该物件处于前述温度内的同时将该热量去除掉。冷却一个象一块平板一样的表面是将热量从这种物件上去除掉的典型方式。在所有这些情况下，制冷系统和待冷却物件之间的相互作用在蒸发器内进行处理，制冷剂在该蒸发器内以极低的温度将热量从物件上带走。

还有其他深度低温的应用，包括，生物流体和生物组织的保存，化学工艺过程和制药工艺过程的反应速度的控制。

历史上，传统的制冷系统都是采用含氯的制冷剂，现在已经确定其对环境有害，且已知其有助于破坏臭氧。因此，日益增多的限制性环境法规已经迫使制冷工业放弃采用氯氟烃(chlorinatedfluorocaborn，CFCs)而改用氢氯氟烃(hydrochloro fluorocarbon，HCFCs)。蒙特利尔协定的规定了一个停止使用氢氯氟烃(HCFCs)的阶段，一项欧盟的法律也规定从2001年1月1日起禁止在制冷系统中采用氢氯氟烃(HCFC)。因此，开发一种替代制冷混合物成为必须。氢氟烃(hydroflurocarbon，HFC)制冷剂就是一种极好的候选，该制冷剂具有不可燃性，毒性低，且可采用工业方式获得。HFC在工业和民用方面的使用现在已众所周知。不过，这些应用不需要这种典型的制冷剂在深度低温下使用。因此，其在低温下在混合物中的性能和特性还并不知晓。

在选择替代性制冷剂时，优选是采用非可燃性且无毒(可允许暴露极限大于400ppm)的制冷剂。