CN100489051C - 一种三元混合制冷剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于家用空调/热泵等制冷空调系统中的制冷剂组合物。该制冷剂由二氟甲烷(R32)、五氟乙烷(R125)和异丁烷(R600a)组成；其制备方法是将上述各组分按其相应的配比在液相下进行物理混合。本发明完全符合环境保护的要求，ODP值为零，GWP值较低，热工性能及参数与R410A十分接近，可直接充灌，且循环性能与R410A相当或略高，可以使用R22系统中的矿物润滑油，是一种替代R22的理想制冷剂。
Description
技术领域
本发明属于制冷剂领域，涉及一种制冷剂组合物，尤其涉及一种应用于家用空调/热泵等制冷空调系统中的制冷剂组合物。
背景技术
根据《蒙特利尔议定书》的原本规定，发达国家将于2030年完全停止非原料性质的R22生产和消费，发展中国家(包括我国)将于2040年停止非原料性质的R22生产和消费。但在2007年9月加拿大蒙特利尔召开的《蒙特利尔议定书》缔约方大会达成的最新决议中，发达国家将于2020年完全停止非原料性质的R22生产和消费，包括中国在内的发展中国家，要在2013年将非原料性质HCFCs(其中约70％是R22)的生产和消费量冻结在2009年和2010年的平均水平上，2030年完成全面淘汰。相比原有的时间表，整个淘汰进程大大提前，而目前国内家用空调/热泵等系统约80％采用R22作制冷剂，其替代形势及替代品的研究开发迫在眉睫。
当前，国内外市场上R22的主要替代品包括R407C(R32/125/134a)和R410A(R32/125)等，但这些替代品仍不理想，例如，R407C的能效较低，并且其滑移温度较大，这些问题制约了其市场应用，市场逐渐以R410A为主导；但R410A与R22系统使用的矿物油(MO油)不相容，需更换为吸水性强的酯类油(POE油)，而POE油价位较高且吸水性强容易导致制冷空调系统发生冰堵，另外，如何降低其GWP值的影响以及能否再进一步提高系统能效等问题仍需要再进一步探究。在R22的替代问题上，科研工作者不断地在作努力，但经过十多年的探索，仍找不到一种理想的纯工质来替代R22，替代方案依然是采用混合物。
现有技术中，专利申请CN 91112767.4、US 649356和WO 9211339公开了以五氟乙烷、二氟甲烷和四氟乙烷组成的混合物；专利申请CN 91112768.2、US 412974和WO 9105027公开了以五氟乙烷和二氟甲烷组成的二元混合物；专利申请CN 92110844.3公开了以二氟甲烷、1，1，1-三氟乙烷和五氟乙烷组成的混合物；专利申请CN 92112759.6公开了以二氟甲烷和四氟乙烷组成的混合物；专利申请CN 92113141.0公开了二氟甲烷和丙烷组成的混合物；专利申请CN 93102698.9公开了以二氟甲烷、1，1，1，2-四氟乙烷和选自1，1-二氟乙烷、1，1，1-三氟乙烷、丙烷等组成的混合物；专利申请CN 93107989.6公开了含1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷和其它物质组成的混合物；专利申请CN 96101957.3公开了以二氟甲烷、五氟乙烷和其它氟化物组成的混合物；专利申请CN 00121159.5公开了以二氟甲烷、1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷组成的三元混合物；专利申请CN 00121158.7公开了以丙烷、五氟乙烷和二氟甲烷组成的三元混合物；专利申请CN 03116856.6公开了以氟乙烷、五氟乙烷和二氟甲烷组成的三元混合物；专利申请CN 200580019140.2公开了以二氟甲烷和三氟碘甲烷组成的混合物；专利申请CN 200710068823.8公开了以二氟甲烷、五氟乙烷和三氟甲烷组成的三元混合物；专利申请US 7276176和US7258813公开了以五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和异丁烷组成的混合物；专利申请US 6846792公开了以五氟乙烷、1，1，1-三氟乙烷和丙稀组成的混合物；专利申请US 6783691公开了以二氟甲烷、五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和碳氢化合物组成的混合物；专利申请US 5624596公开了以二氟甲烷、五氟乙烷和碳氢化合物组成的混合物。这些申请中的混合物基本都是为了替代R22而研究开发，但这些混合物存在或具有高的GWP值，或有较强的可燃性，或具有较大的滑移温度，或与现有空调系统兼容不好，或效率较低，或价格昂贵等等问题。
发明内容
本发明旨在研究开发一种用于家用空调/热泵等制冷空调系统中的制冷剂，使新开发的制冷剂替代物既要符合环保的要求，又要安全、可靠、制冷效率高，而且还无需改动现有的设备和生产线，可直接进行充灌。
本发明的制冷剂组合物，由二氟甲烷(R32)、五氟乙烷(R125)和异丁烷(R600a)组成，其中各组分的含量如下，均为重量份：
二氟甲烷： 35～60
五氟乙烷： 35～60
异丁烷： 1～10
优选的，本发明的制冷剂组合物，各组分的含量如下，均为重量份：
二氟甲烷40～55，五氟乙烷40～55，异丁烷2～7。
上述组分中的二氟甲烷(R32)，其分子式为CH2F2，摩尔质量为52.02，正常沸点为-51.6℃，临界温度为78.1℃，临界压力为5.78MPa。
五氟乙烷(R125)，其分子式为CHF2CF3，摩尔质量为120.02，正常沸点为-48.1℃，临界温度为66.02℃，临界压力为3.62MPa。
异丁烷(R600a)，其分子式为CH(CH3)3，摩尔质量为58.12，正常沸点为-11.7℃，临界温度为134.7℃，临界压力为3.63MPa。
本发明提供的制冷剂组合物的制备方法，是将二氟甲烷、五氟乙烷和异丁烷按以上配比在液相状态下进行物理混合即得。
本发明所述的制冷剂组合物，是用于家用空调/热泵等制冷空调系统中的制冷剂，该制冷剂组合物完全符合环境保护的要求，ODP值为零，GWP值较低，热工性能及参数与R410A十分接近，可直接充灌，且循环性能较R410A相当或略高，可以使用R22系统中的矿物润滑油。
本发明具有以下优良效果：
a.环境性能
本发明的温室效应潜能(GWP)较低，且臭氧破坏潜能值(ODP)为零，不会破坏大气臭氧层，完全满足R22的替代要求。表1列出了本发明与R22和R410A的环境性能比较。
表1 环境性能比较
| 制冷剂 | R22 | R410A | 本发明 |
| ODP | 0.055 | 0 | 0 |
| GWP(100年) | 1700 | 2100 | 1630～2330 |
b.热工参数
在ARI Standard 520国际标准的空调工况下，本发明的蒸发压力、冷凝压力及排气温度同R410A的非常接近，可实现直接充灌；排气温度较R410A低，长期运行对压缩机寿命有益；另外，本发明的滑移温度也很小，是一种近共沸混合物，泄漏对组元成分及性能的影响非常小。表2列出了本发明与R410A的热工参数比较。
表2 热工参数比较
| 制冷剂 | R410A | 本发明 |
| 蒸发压力(kPa) | 999.0 | 977.9～1016.6 |
| 冷凝压力(kPa) | 3393.1 | 3279.7～3416.1 |
| 排气温度(℃) | 100.2 | 89.0～99.8 |
| 滑移温度(℃) | 0.1 | 0.1～0.3 |
c.热工性能
本发明的COP与R410A相当或略高；冷量与R410A相当，系统的制冷剂充装量相当；单位容积制冷量与R410A相当，完全可以满足制冷空调的负荷需求。表3给出了本发明与R410A的热工性能比较。
表3 热工性能比较
| 制冷剂 | R410A | 本发明 |
| COP | 1 | 1.0～1.02 |
| 冷量 | 1 | 0.93～1.09 |
| 容积制冷量 | 1 | 0.97～1.03 |
d.直接充灌性能
本发明的基本热工参数与R410A非常接近，并经符合国际标准规定的材料相容性实验验证，本发明与原R410A系统中的金属材料、塑性材料和弹性材料等均是相容的，替换时不必改造或更换原R410A系统的部件和管路；经润滑油相溶性试验验证，本发明不仅与R410A系统使用的酯类油(POE)相溶，而且与R22系统使用的矿物油(MO)相溶，因而，本发明可以直接充灌于R410A系统，而且可以用于使用矿物油的同类型压缩机系统，可避免系统冰堵。
综上所述，本发明的ODP值为零，GWP值较低，完全符合家用空调/热泵等制冷空调设备替代R22的环保要求；热工参数及性能与R410A相当，无需改动现有制冷空调系统的设备及部件，可实现直接充灌；而且与矿物油相溶，可避免系统发生冰堵，是替代R22的一种理想替代品。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述的制冷剂及其优点进一步说明，但并不限于此。其中各组分的含量均为重量份。实施例中的二氟甲烷(R32)，其分子式为CH2F2，摩尔质量为52.02，正常沸点为-51.6℃，临界温度为78.1℃，临界压力为5.78MPa；五氟乙烷(R125)，其分子式为CHF2CF3，摩尔质量为120.02，正常沸点为-48.1℃，临界温度为66.02℃，临界压力为3.62MPa；异丁烷(R600a)，其分子式为CH(CH3)3，摩尔质量为58.12，正常沸点为-11.7℃，临界温度为134.7℃，临界压力为3.63MPa。
实施例1：制冷剂组合物，组分重量份为：二氟甲烷35份，五氟乙烷60份和异丁烷5份。将以上三种组分在液相下进行物理混合后即得制冷剂。
实施例2：制冷剂组合物，组分重量份为：二氟甲烷40份，五氟乙烷50份和异丁烷10份。制备方法同实施例1。
实施例3：制冷剂组合物，组分重量份为：二氟甲烷45份，五氟乙烷48份和异丁烷7份。
实施例4：制冷剂组合物，组分重量份为：二氟甲烷50份，五氟乙烷49份和异丁烷1份。
实施例5：制冷剂组合物，组分重量份为：二氟甲烷55份，五氟乙烷43份和异丁烷2份。
实施例6：制冷剂组合物，组分重量份为：二氟甲烷60份，五氟乙烷35份和异丁烷5份。
在ARI Standard 520国际标准的空调工况下，即蒸发温度为7.2℃、冷凝温度为54.4℃、过热温度为11.1℃、过冷温度为8.3℃及压缩机效率为80％的工况下，上述实施例制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能列于表4中。
表4 制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能
备注：*表示与R410A的相应比值，其中COP为性能系数。
Claims (2)
1.一种制冷剂组合物，其特征在于，由二氟甲烷、五氟乙烷和异丁烷组成，其中各组分的含量如下，均为重量份：
二氟甲烷： 50～60
五氟乙烷： 35～49
异丁烷： 1～5；
以上各组分的总量为100份。
2.一种权利要求1所述的制冷剂组合物的制备方法，是将二氟甲烷、五氟乙烷和异丁烷按配比在液相状态下进行物理混合即得。
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