[发明专利]制冷剂

说明书

本发明涉及一种用于具有冷却回路(11)的冷却装置(10)的制冷剂，冷却装置(10)具有至少一个热交换器，制冷剂在该热交换器中经历相变，该制冷剂是包括一定质量分数的二氧化碳和一定质量分数的至少一个其他组分的制冷剂混合物，其中，制冷剂混合物中的二氧化碳的质量分数为10至50质量百分比，优选地为30至50质量百分比，其他组分为五氟乙烷和/或二氟甲烷。

本申请涉及用于冷却装置的制冷剂和具有该制冷剂的试验箱以及制冷剂的用途，该制冷剂用于包括冷却回路的冷却装置，该冷却装置具有至少一个热交换器，制冷剂在该热交换器中经历相变，该制冷剂由包括一定质量分数的二氧化碳和一定质量分数的至少一个其他组分的制冷剂混合物组成。

这种制冷剂通常在冷却装置的闭合冷却回路内循环，并且经历物质状态的一系列不同的变化。制冷剂应当具有这样的性质：它们可以在预定义的温度差内用于冷却回路。单组分制冷剂和至少两个组分的制冷剂混合物是现有技术中已知的。制冷剂按照DIN 8960第6节进行分类。

根据法定规定，制冷剂必须不能对大气中的臭氧消耗或全球变暖造成显著影响。这意味着基本上不能使用氟化物质或氯化物质作为制冷剂，这就是为什么天然制冷剂或气体是一种选择的原因。此外，因为可能必须要遵守的任何安全规定，制冷剂应当不可燃，以免使冷却回路的填充、运送和操作复杂化。另外，如果使用可燃的制冷剂，则由于在这种情况下所需的构造措施，冷却回路的制造变得更加昂贵。可燃性指的是制冷剂通过释放热量与周围氧气反应的特性。特别地如果制冷剂被分类在欧洲标准EN2的火灾等级C和DIN 378等级A2、等级A2L和等级A3中，则制冷剂是可燃的。

此外，制冷剂应当具有相对低的CO₂当量；即，相对的全球变暖潜能值(GWP)应当尽可能低，以避免在释放制冷剂的情况下对环境的间接损害。GWP表明温室气体的定义质量对二氧化碳作为参考值的全球变暖的贡献程度。该值描述了在此处出于可比性的目的设置为20年的特定时期内的平均变暖效果。关于相对CO₂当量或GWP的限定，参考政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告附录8.A、表8.A.1。

具有诸如2500的低GWP的制冷剂具有下述缺点：与具有相对较高GWP的制冷剂相比，这些制冷剂在与冷却回路相关的温度范围中往往具有显著较低的制冷能力。使用具有相对高质量分数的二氧化碳的制冷剂混合物可以实现较低的GWP；然而，由于混合了不同的物质，这些制冷剂混合物可能具有非共沸特性，这在许多冷却回路中是不期望的。

在非共沸制冷剂混合物中，相变发生在被称为温度滑移的温度范围内。温度滑移指的是在恒定压力下沸点温度与露点温度之间的差。非共沸制冷剂混合物通常包含高质量分数的不可燃组分，而不可燃组分的特征在于相对高的GWP。初看起来，二氧化碳似乎是用于制冷剂混合物的合适组分，这是因为二氧化碳是不可燃的并且具有低的GWP。然而，在二氧化碳与另一组分的混合物中，如果另一组分是可燃的，则重要的是必须使二氧化碳的质量分数相对大。然而，这是不利的，因为二氧化碳具有-56.6℃的凝固温度或凝固点，这在高二氧化碳浓度下几乎不会允许达到最高达-60℃的温度。

另外，制冷剂的使用应当尽可能简单，即不需要对冷却装置进行广泛的技术改造。特别是对于具有3K的温度滑移的制冷剂，必须将所讨论的冷却回路的膨胀元件和热交换器或蒸发器调节至制冷剂的蒸发温度，并且必须提供相应的控制。此外，设计用于冷却装置即具有在热交换器或蒸发器处的温度在较长时间段内基本恒定的冷却装置的静态操作的制冷剂与设计用于展示在热交换器处的温度变化相对快的动态冷却装置的制冷剂之间必须存在区别。这种动态冷却装置例如集成在试验箱中，这意味着使用的制冷剂必须在较大的温度范围内可用。