CN101157849A - 一种环保型制冷剂 - Google Patents
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Abstract
一种环保型制冷剂,用于制冷、空调、热泵等设备直接替代HCFC-22制冷剂技术领域,包括组分A、组分B和组分C;组分A为氟乙烷和1,1-二氟乙烷中的一种或二者任意比例的混合,组分B为二氟甲烷,组分C为异丁烷、正丁烷、丙烷和丙烯中的一种或其中两种或两种以上任意比例的混合。本发明克服现有技术替代工质与HCFC-22压缩机和润滑油的相容性不足及GWP值较高等缺陷,提供环境性能良好、热工参数与HCFC-22相近的制冷剂,本发明可直接用于原使用HCFC-22系统中,并可使用HCFC-22的压缩机和润滑油;质量制冷量大而密度小,可减少充灌量,提高能效比,节省资源,可作为HCFC-22的长期替代物。
Description
技术领域
本发明涉及一种制冷剂,尤其涉及一种用于制冷、空调、热泵等设备中直接替代HCFC-22而系统基本不变,破坏大气臭氧潜能为零、温室效应低的环保型制冷剂。
背景技术
HCFC-22由于具有优良的物理化学和热力学性能及良好的使用安全性、经济性,成为国内外制冷空调行业中应用最广、综合性能最优秀的制冷剂,但HCFC-22具有较高的GWP(全球变暖潜能)值与ODP(臭氧消耗潜能)值,对环境并不友好,是被要求限期淘汰的物质。
目前使用最广泛的HCFC-22的替代品为R410A和R407C,但是它们又各自具有一定缺陷,即R407C的传热性较差,在名义工况下的单位容积制冷量和COP值都小于HCFC-22,为了达到与HCFC-22相同的制冷量,需要强化换热器的传热效果,制造成本将增加;而R410A的蒸发压力、冷凝压力以及容积制冷量都比HCFC-22大很多,不能直接用来替代HCFC-22,在使用时要重新设计压缩机、换热器、管路和系统。由于这两种混合制冷剂在性能上尚有改进之处,尤其是其具有较高的GWP值(温室效应值),R410A甚至比HCFC-22的GWP值还要高,因此还不是理想的HCFC-22替代物。
除了R410A和R407C以外,国内外还对HCFC-22替代物进行了大量的研究,主要如下:
1).公开号为CN1055300C和CN1244663C的发明专利,采用HFC-32、HFC-125和HFC-152a的三元混合物作为HCFC-22的替代物,具有与HCFC-22相近的热力性能,但未解决在长期运行下,该替代工质与HCFC-22压缩机与润滑油的相容性问题。
2).公开号CN1412266A的发明专利,采用HFC-32、HFC-134a和HFC-143a的混合物替代HCFC-22;公开号CN1136065A的发明专利,采用HFC-32、HFC-125和HFC-227ea的混合物替代HCFC-22;CN1189525A采用HFC-32、HFC-134a和HFC-227ea的混合物替代HCFC-22,但均存在GWP值较高的问题。
3).公开号CN1173525A的发明专利,采用HC-290、HC-600a和TS阻燃剂的混合物替代HCFC-22;公开号CN1255502C的发明专利,采用HC-1270、FC-13I1和HC-170的混合物替代HCFC-22,该类混合物以碳氢化合物及其组合物作为主体,具有光雾效应的隐患,有可能引起新的环境问题。
4).公开号CN1189525A的发明专利还采用了HFC-32、HFC-134a、HFC-152a和FC-13I1的混合物替代HCFC-22;公开号CN1255502C的发明专利采用了FC-13I1、HFC-134a和CO2的混合物替代HCFC-22,该类混合物采用了FC-13I1,具有较良好的环境性能和热力性能,但由于碘(I)不可人工合成,使得FC-13I1价格昂贵,使用成本极高,不利于广泛使用。
5).公开号CN1780892A的发明专利,采用了HFC-161、HFC-32和HFC-125的混合物替代HCFC-22,但该替代物不能使用HCFC-22的压缩机和矿物油,必须使用R407C或R410A的压缩机和酯类油,替代成本高,不适合在HCFC-22的系统中直接替代使用。
6).还有部分发明是采用HCFC-22和其他物质混合的方法替代HCFC-22的,如公开号CN1269391A采用HCFC-22和HFC-152a混合物;公开号CN1236801A的发明专利采用HCFC-22、HFC-152a和HFC-125的混合物;公开号CN1837323A的发明专利采用HCFC-22、HFC-152a和HCFC-124的混合物;该类替代物均属于过渡性替代物,并非HCFC-22的长期替代物。
面对日益紧迫的环境问题和ODP与GWP并重的环保新要求,寻找一种热力性能不低于HCFC-22,环境性能尤其GWP优于HCFC-22并能直接使用HCFC-22压缩机和润滑油从而降低替代成本的新型环保型制冷剂成为当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种符合当前保护臭氧层和抑制全球气候变暖并重的环保要求的环保型制冷剂,尤其是提供一种具有优于HCFC-22或者与其相当的热工参数和热力性能,可直接使用于HCFC-22及其润滑油的系统,并可作为HCFC-22的长期替代物的制冷剂。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是:
一种环保型制冷剂,所述环保型制冷剂主要包括组分A、组分B和组分C;所述组分A为氟乙烷(HFC-161)和1,1-二氟乙烷(HFC-152a)中的一种或二者任意比例的混合,所述组分B为二氟甲烷(HFC-32),所述组分C为异丁烷(HC-600a)、正丁烷(HC-600)、丙烷(HC-290)和丙烯(HC-1270)中的一种或其中两种或两种以上任意比例的混合。
本发明关键在于确定了组分A、组分B和组分C的成分,将这几种组分组合,可达到替代HCFC-22之效果,其配比可以为任意比例,本发明中,优选的,基于所述的组分A、组分B和组分C,组分A质量百分含量为10~89%,组分B质量百分含量为10~50%,组分C质量百分含量为1~40%。
所述环保型制冷剂中还含有组分D,所述组分D为五氟乙烷(HFC-125)。基于所述的组分A、组分B、组分C和组分D,组分A质量百分含量为10~85%,组分B质量百分含量为10~50%,组分C质量百分含量为1~40%,组分D质量百分含量为1~30%。
优选的,所述环保型制冷剂由组分A、组分B和组分C组成,组分A质量百分含量为35~89%,组分B质量百分含量为10~50%,组分C质量百分含量为1~40%。
更为优选的,所述环保型制冷剂由组分A、组分B和组分C组成,组分A质量百分含量为75~89%,组分B质量百分含量为10~20%,组分C质量百分含量为1~10%。
或者,所述环保型制冷剂由组分A、组分B、组分C和组分D组成,组分A质量百分含量为35~75%,组分B质量百分含量为10~30%,组分C质量百分含量为1~10%,组分D质量百分含量为10~30%。
本发明制冷剂由各组分在液相状态下进行物理混合得到。
上述组分中的氟乙烷(HFC-161),其分子式为CH3CH2F,分子量为48.06,标准沸点为-37.1℃,临界温度为102.2℃,临界压力为4.70Mpa。
上述组分中的1,1-二氟乙烷(HFC-152a)其分子式为CH3CHF2,分子量为66.05,标准沸点为-24.02℃,临界温度为113.26℃,临界压力为4.52MPa。
上述组分中的五氟乙烷(HFC-125),其分子式为CHF2CF3,分子量为120.02,标准沸点为-48.1℃,临界温度为66.2℃,临界压力为3.63MPa。
上述组分中的二氟甲烷(HFC-32),其分子式为CH2F2,分子量为52.02,标准沸点为-51.7℃,临界温度为78.2℃,临界压力为5.78MPa。
上述组分中的异丁烷(HC-600a),其分子式为CH(CH3)2CH3,分子量为58.12,标准沸点为-11.6℃,临界温度为134.7℃,临界压力为3.64MPa。
上述组分中的正丁烷(HC-600),其分子式为CH3CH2CH2CH3,分子量为58.12,标准沸点为-0.5℃,临界温度为152.0℃,临界压力为3.80MPa。
上述组分中的丙烷(HC-290),其分子式为CH3CH2CH3,分子量为44.10,标准沸点为-42.1℃,临界温度为96.7℃,临界压力为4.25MPa。
上述组分中的丙烯(HC-1270),其分子式为CH3CHCH2,分子量为42.08,标准沸点为-47.7℃,临界温度为92.4℃,临界压力为4.67MPa。
本发明的制冷剂与现有公开的技术相比,具有以下优点:
1、环境性能良好,消耗臭氧层潜能ODP值为0,而且全球变暖潜能GWP值远小于HCFC-22,更加符合环保要求;
2、热工参数如蒸发压力、冷凝压力和压比与HCFC-22相近,在不改变设备主要部件的前提下,单位容积制热量、COP值均不低于HCFC-22。
本发明制冷剂可直接用于原使用HCFC-22的系统中,并可使用HCFC-22的压缩机和润滑油;质量制冷量大而密度小,可以减少充灌量,提高能效比,具有节省资源、节约能源的优点。本发明制冷剂可以作为HCFC-22的长期替代物。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明,但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到,本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1:
将HFC-161、HFC-125、HFC-32、HC-600在液相下按71∶10∶14∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例2:
将HFC-161、HFC-32、HC-600在液相下按75∶20∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例3:
将HFC-152a、HFC-32、HC-600在液相下按45∶50∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例4:
将HFC-152a、HFC-125、HFC-32、HC-600a在液相下按35∶30∶30∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例5:
将HFC-161、HFC-32、HC-1270在液相下按89∶10∶1的质量百分比进行物理混合。
实施例6:
将HFC-152a、HFC-32、HC-600a在液相下按40∶20∶40的质量百分比进行物理混合。
实施例7:
将HFC-161、HFC-32、HC-290在液相下按89∶10∶1的质量百分比进行物理混合。
实施例8:
将HFC-152a、HFC-32、HC-290、HC-600在液相下按49∶46∶1∶4的质量百分比进行物理混合。
实施例9:
将HFC-161、HFC-32、HC-600a、HC-600在液相下按79∶16∶3∶2的质量百分比进行物理混合。
实施例10:
将HFC-161、HFC-32、HC-600a、HC-290在液相下按85∶10∶1∶4的质量百分比进行物理混合。
实施例11:
将HFC-161、HFC-32、HC-600a、HC-600、HC-290在液相下按84∶10∶1∶1∶4的质量百分比进行物理混合。
实施例12:
将HFC-161、HFC-32、HC-600a、HC-600、HC-290、HC-1270在液相下按80∶15∶1∶2∶1∶1的质量百分比进行物理混合。
实施例13:
将HFC-161、HFC-32、HFC-152a、HC-600在液相下按65∶20∶10∶5的质量百分比进行物理混合。
现将上述实施例所得制冷剂的性能与HCFC-22进行比较,以说明本发明的特点和效果。
1)环境性能:
表1比较了上述实施例与HCFC-22的环境性能。其中ODP值以CFC-11作为基准值1.0,GWP值以CO2作为基准值1.0(100年)。
表1环境性能比较
工质 | ODP | GWP |
实施例1 | 0 | 454 |
实施例2 | 0 | 145 |
实施例3 | 0 | 394 |
实施例4 | 0 | 1297 |
实施例5 | 0 | 78 |
实施例6 | 0 | 193 |
实施例7 | 0 | 78 |
实施例8 | 0 | 372 |
实施例9 | 0 | 118 |
实施例10 | 0 | 79 |
实施例11 | 0 | 79 |
实施例12 | 0 | 112 |
实施例13 | 0 | 156 |
HCFC-22 | 0.050 | 1810 |
R407C | 0 | 1800 |
R410A | 0 | 2100 |
从表1中可以看出,上述实施例的臭氧层消耗潜能(ODP)值均为零,对大气臭氧层没有破坏作用。
不仅如此,上述实施例的全球变暖潜能(GWP)值均小于HCFC-22,除实施例4稍大,为HCFC-22 GWP值的71.7%以外,其余实施例的GWP值仅为HCFC-22 GWP值的4.3%~25.2%,远小于HCFC-22的GWP值,更符合当前保护臭氧层、减小全球变暖效应并重的环境保护要求。
2)热工参数及热力性能
在标准空调工况下(即蒸发温度=7.2℃,冷凝温度=54.4℃,吸气温度=35℃,过冷温度=46.1℃),上述实施例与HCFC-22的热工参数(即:蒸发压力P0、冷凝压力Pk、压比Pk/P0、排气温度t2)及相对热力性能(即:相对COP、相对单位质量制热量q0、相对单位容积制热量qv、相对单位容积耗功量Wv)的比较见表2。
上述相对热力性能是指各实施例热力性能与HCFC-22热力性能的比值,相对密度是指25℃时的相对液体密度。
表2热工参数及热力性能的比较
从表2可见,在标准空调工况下,上述各实施例的冷凝压力和压比均与HCFC-22相当,除实施例3、8以外,排气温度均低于HCFC-22,可直接充灌于原使用HCFC-22的系统中。上述各实施例的单位质量制冷量均远高于HCFC-22,而密度远小于HCFC-22,这意味着可以大幅减少系统工质的充灌量。除实施例3、4以外,其余实施例的COP值均大于HCFC-22,因此,这些实施例具有节能效果。上述各实施例的容积制冷量均不低于HCFC-22,这表明可以提高制冷速度。
Claims (7)
1.一种环保型制冷剂,其特征在于所述环保型制冷剂主要包括组分A、组分B和组分C;所述组分A为氟乙烷和1,1-二氟乙烷中的一种或二者任意比例的混合,所述组分B为二氟甲烷,所述组分C为异丁烷、正丁烷、丙烷和丙烯中的一种或其中两种或两种以上任意比例的混合。
2.如权利要求1所述的环保型制冷剂,其特征在于:基于所述的组分A、组分B和组分C,组分A质量百分含量为10~89%,组分B质量百分含量为10~50%,组分C质量百分含量为1~40%。
3.如权利要求1或2所述的环保型制冷剂,其特征在于所述环保型制冷剂中还含有组分D,所述组分D为五氟乙烷。
4.如权利要求3所述的环保型制冷剂,其特征在于所述:基于所述的组分A、组分B、组分C和组分D,组分A质量百分含量为10~85%,组分B质量百分含量为10~50%,组分C质量百分含量为1~40%,组分D质量百分含量为1~30%。
5.如权利要求1所述的环保型制冷剂,其特征在于所述环保型制冷剂由组分A、组分B和组分C组成,组分A质量百分含量为35~89%,组分B质量百分含量为10~50%,组分C质量百分含量为1~40%。
6.如权利要求5所述的环保型制冷剂,其特征在于:组分A质量百分含量为75~89%,组分B质量百分含量为10~20%,组分C质量百分含量为1~10%。
7.如权利要求3所述的环保型制冷剂,其特征在于所述环保型制冷剂由组分A、组分B、组分C和组分D组成,组分A质量百分含量为35~75%,组分B质量百分含量为10~30%,组分C质量百分含量为1~10%,组分D质量百分含量为10~30%。
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |