CN100500793C - 一种可直接充灌替代r22的制冷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于家用空调/热泵等系统中直接充灌替代R22的制冷剂组合物。该制冷剂由五氟乙烷(R125)、1，1，1，2-四氟乙烷(R134a)和二甲醚(DME或RE170)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R22十分接近，压力及压缩机排气温度较R22低，替代时无需改动或更换现有R22系统的任何部件及润滑油，可实现直接充灌，且循环性能与R22相当或略高。
Description
(请定稿)
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替代R22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2007年9月在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规定，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。相比原来的淘汰时间表，整个淘汰进程大大提前，而目前国内生产和应用的约80％的家用空调/热泵等系统采用R22作制冷剂，由此可见，R22的替代形势非常严峻且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，制约了其市场应用；R410A与R22系统不兼容，使用R410A替代R22必须更换新的压缩机和两器等，且这两种替代品均无法直接充灌替代R22，在替代过程中需要对系统部件或润滑油等作改动或更换，大大增加了替代成本。另外，现有的可直接充灌替代R22的R417A(R125/134a/600)或R422A(R125/134a/600a)等，在直接充灌替代R22时，表现出效率降低、冷量降低、或压力增加等缺点，替代效果并不理想。
现有技术中，专利申请EP 1184438中公开了由55～94％的五氟乙烷、2.5～35％的1，1，1，2-四氟乙烷和3.5～25％的二甲醚组成的混合物，但以此比例组成的混合物在直接充灌替代R22时，表现出效率降低、压力过高、甚至易燃等缺陷，效果并不理想。在专利申请US20060011884中，公开了含有至少75％的五氟乙烷、5～24％的1，1，1，2-四氟乙烷和1～4％的二甲醚的混合物，在直接充灌替代R22时，以此比例组成的混合物同前述发明一样，表现出效率降低、压力过高等缺陷，效果也不理想。
另外，美国专利申请US 2008029733中公开了以五氟乙烷、四氟乙烷和碳氢化合物等物质组成的混合物；专利申请WO 2007102815中公开了以五氟乙烷和四氟乙烷组成的混合物；中国专利文件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；中国专利文件CN 91112768.2、美国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；中国专利文件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；中国专利文件CN 92112759.6公开了以二氟甲烷和四氟乙烷组成的混合物；中国专利文件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；中国专利文件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；中国专利文件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；中国专利文件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；中国专利文件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；中国专利文件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；美国US 7276176和US 7258813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；美国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；美国US6 783691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；美国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R22系统不兼容，或效率较低，或价格昂贵及替代费用高等等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可直接充灌替代R22的制冷剂。本发明的制冷剂用于家用空调/热泵等系统中，既符合环保的要求，又安全、可靠、制冷效率高，而且还无需改动或更换现有的系统部件和生产线，可直接充灌。
本发明的制冷剂组合物，由五氟乙烷(R125)、1，1，1，2-四氟乙烷(R134a)和二甲醚(DME或RE170)组成，各组分质量百分比如下：
五氟乙烷： 45～52％
1，1，1，2-四氟乙烷： 45～52％
二甲醚： 3～6％
优选的，本发明的制冷剂组合物，组分如下，均为质量百分比：
五氟乙烷46～50％，1，1，1，2-四氟乙烷46～50％，二甲醚3～5％。
上述组分中的五氟乙烷(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。
上述组分中的1，1，1，2-四氟乙烷(R134a)，其分子式为CF3CH2F，摩尔质量为102.03，正常沸点为-26.07℃，临界温度为101.06℃，临界压力为4.059MPa。
上述组分中的二甲醚(DME或RE170)，其分子式为CH3OCH3，摩尔质量为46.07，正常沸点为-24.8℃，临界温度为127.2℃，临界压力为5.34MPa。
本发明提供上述制冷剂的制备方法，将五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和二甲醚按其相应的配比在液相状态下进行物理混合即可。
本发明所述的制冷剂组合物，是用于家用空调/热泵等系统中直接充灌替代R22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R22十分接近，压力及压缩机排气温度较R22低，替代时无需改动或更换现有R22系统的任何部件及润滑油，可实现直接充灌，且循环性能与R22相当或略高。
本发明有益效果如下：
a.环境性能
表1列出了本发明与R22的环境性能比较，可以看出，本发明的臭氧破坏潜能值(ODP)为零，不会破坏大气臭氧层，完全满足当前国内外对R22的环保替代要求，GWP值较低。
表1 环境性能比较
b.热工参数：
表2给出了本发明与R22的热工参数比较，在ARI Standard 520国际标准的空调工况下，蒸发器、冷凝器内制冷剂的压力值及排气温度均较R22低，可实现直接充灌，且对压缩机长期运行有益。
表2 热工参数比较
c.热工性能
表3给出了本发明与R22的热工性能比较，本发明的COP值与R22相当或略高；单位容积制冷量与R22相当，完全可以满足替代R22后制冷空调的负荷需求。
表3 热工性能比较
d.直接充灌性能
本发明的基本热工参数与R22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R22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R22系统的部件和管路；经润滑油相溶性试验验证，本发明与R22系统使用的矿物油(MO)相溶，因而，本发明可以直接充灌于R22系统中，无需改动任何管路部件和润滑油。
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R22非常接近，无需改动现有R22制冷空调系统的设备及部件，而且与矿物油相溶，可实现直接充灌，是R22的一种理想替代品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但不限于此。
实施例中各组分的比例均为质量百分比，其中的五氟乙烷(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；1，1，1，2-四氟乙烷(R134a)，其分子式为CF3CH2F，摩尔质量为102.03，正常沸点为-26.07℃，临界温度为101.06℃，临界压力为4.059MPa；二甲醚(DME或RE170)，其分子式为CH3OCH3，摩尔质量为46.07，正常沸点为-24.8℃，临界温度为127.2℃，临界压力为5.34MPa。
实施例1：制冷剂组合物，组分如下：
五氟乙烷45％、1，1，1，2-四氟乙烷52％、二甲醚3％。
制备方法：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，组分如下：
五氟乙烷46％、1，1，1，2-四氟乙烷50％、二甲醚4％。制备方法同实施例1。
实施例3：制冷剂组合物，组分如下：
五氟乙烷46％、1，1，1，2-四氟乙烷48％、二甲醚6％。制备方法同实施例1。
实施例4：制冷剂组合物，组分如下：
五氟乙烷48％、1，1，1，2-四氟乙烷47％、二甲醚5％。制备方法同实施例1。
实施例5：制冷剂组合物，组分如下：
五氟乙烷50％、1，1，1，2-四氟乙烷46％、二甲醚4％。制备方法同实施例1。
实施例6：制冷剂组合物，组分如下：
五氟乙烷52％、1，1，1，2-四氟乙烷45％、二甲醚3％。制备方法同实施例1。
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R22的相应比值，其中COP为性能系数。
Claims (3)
1.一种制冷剂组合物，其特征在于，由五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和二甲醚组成，各组分的质量百分比如下：
五氟乙烷 45～52％
1，1，1，2-四氟乙烷 45～52％
二甲醚 3～6％。
2.如权利要求1所述的制冷剂组合物，其特征在于，组分如下，均为质量百分比：
五氟乙烷46～50％，1，1，1，2-四氟乙烷46～50％，二甲醚3～5％。
3.一种权利要求1所述的制冷剂组合物的制备方法，是将五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和二甲醚按其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
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