CN101649188A - 一种环保型混合制冷剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效环保型混合制冷剂，该制冷剂由三元混合物二甲醚、丙烯和三氟碘甲烷组成，按质量百分比含：1～44％的二甲醚(RE170)、48～94％的丙烯(R1270)和5～51％的三氟碘甲烷(R13I1)。本发明提供的混合制冷剂将丙烯、二甲醚和三氟碘甲烷按照其相应的配比在液相状态下进行物理混合即可。本发明的制冷剂不破坏臭氧层，温室效应势较低，符合环保要求；热工性能参数适宜，循环性能优良，安全、可靠、制冷效率高，可用于替代R22的制冷剂，而且无需改动现有的设备和生产线，可直接进行充罐。

Description

一种环保型混合制冷剂
技术领域
本发明属于制冷剂领域，涉及一种环保型混合制冷剂，尤其涉及一种应用于空调等制冷设备中替代R22的环保型混合制冷剂。
背景技术
R22制冷剂以其优良的热工和传输性能在空调以及其它领域得到了广泛的应用。然而，R22是典型的CFCs类物质，破坏臭氧层且具有温室效应，《蒙特利尔协议书》和《京都协议书》分别对其进行了限制。规定：对于发达国家，R22作为制冷剂使用最多到2020年。对于发展中国家，R22作为制冷剂最多允许使用到2040年。在这种形势下，各国都开展了R22制冷剂替代工作的研究。
目前，关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案：一种是以北欧国家为代表，其主张采用天然工质作为替代物，如纯工质R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs类的混合物；另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物，如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A(R32/R125，质量配比为50/50)、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C(R32/R125/R134a，质量配比为23/25/52)，以及R32和R152a等，这些制冷剂的ODP均为0，很好的满足臭氧层保护的要求，但是温室效应势GWP较高。此外，R407C为三元非共沸混合工质，其能量效率相对低，且蒸发过程温度滑移大，在使用时容易出现组分分离现象，制冷剂大的滑移温度将使蒸发器和冷凝器内工作压力频繁变化，制冷系统不稳定。R410A是一种二元混合制冷剂，两组分不符合热力学替代原则，且不宜直接充罐，二者作为空调长期替代制冷剂不尽如人意。因此，开展新型环保节能的高效混合工质仍任重而道远。
在开展工质替代的研究过程中，醚类工质近年来得到了广泛的重视和发展。二甲醚(RE170)以其优异的热工和传输性能、充足的市场供应以及廉价的价格，被广泛应用于汽车清洁燃料中。二甲醚是一种新兴的环保制冷剂，不具有臭氧层破坏和温室效应作用，具有惰性、无致癌性、几乎无毒，可燃。因此，二甲醚被认为是一种非常有潜力的环保制冷剂替代物。专利申请200810231909.2中，公开了一种以RE170、R1270和R227ea组成的混合制冷剂；专利申请200810231911.X中，公开了一种以RE170、R290和R125组成的混合制冷剂；专利申请200710013387.4中，公开了一种以RE170、R13I1、R600a组成的混合制冷剂；专利申请200710013386.X中，公开了一种以RE170、R152a和R600a组成的混合制冷剂；专利申请20061001635399.2中，公开了一种以RE170、R32和R134a组成的混合制冷剂；专利申请200610035399.2中，公开了一种以RE170和R22组成的混合制冷剂，专利申请200580028315.6中，公开了一种以RE170、R290、R134a、R152a和R1270组成的混合制冷剂；专利申请03112661.8中，公开了一种以RE170、R22和R142b组成的混合制冷剂；专利申请00128145.3中，公开了一种以RE170作为制冷剂；专利申请93109373.2中，公开了一种以RE170、R717、RC270和R290组成的混合制冷剂；专利93107989.6中，公开了一种以RE170和R227ea组成的混合制冷剂。然而，这些混合制冷剂具有较强的可燃性，或具有较大的滑移温度，或与现有空调系统兼容性不好，或效率较低，或使产品价格昂贵等。
以HCs和二甲醚组成或HCs组成的混合制冷剂具有较强的热工与传输性能，同时具有良好的环保性能。例如ASHRAE近期公布的R432A(R1270/RE170，质量配比80/20)和R433A(R290/R1270，质量配比70/30)等。其中R432A的COP为R22的1.085倍，GWP低于5，其滑移温度也非常小；R433A的COP比R22高4.9～7.6％，GWP低于5，其滑移温度也非常小。但是，HCs、RE170类物质均具有一定的可燃性，安全性能方面没予以充分的考虑，而添加阻燃性制冷剂可以系统的提高安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保、安全、可靠、制冷效率高，可直接充罐到空调等制冷设备中的环保混合制冷剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：由二甲醚(RE170)、丙烯(R1270)和三氟碘甲烷(R13I1)组成，各组元物质的基本参数见表1。
表1混合制冷剂中组元物质的基本参数
Figure G2009100237995D00031
aCalm J M，Hourahan G C.Refrigerant Data Update.Heating/Piping/Air Conditioning Engineering，2007，79(1)：50-64.
其中按质量百分比：含1～44％的二甲醚(RE170)、48～94％的丙烯(R1270)和5～51％的三氟碘甲烷(R13I1)。
上述组分中的二甲醚(RE170)，其分子式为CH3OCH3，摩尔质量为46.068g/mol，沸点为-24.81℃，临界温度为127.15℃，临界压力为5.3405MPa。
丙烯(R1270)，其分子式为CH3CH＝CH2，摩尔质量为42.08g/mol，沸点为-47.62℃，临界温度为91.06℃，临界压力为4.555MPa。
三氟碘甲烷(R13I1)，其分子式为CF3I，摩尔质量为195.91g/mol，沸点为-21.85℃，临界温度为123.29℃，临界压力为3.953MPa。
本发明所提供的混合制冷剂是将二甲醚、丙烯和三氟碘甲烷按其相应的配比在液相状态下进行物理混合得到的。R13I1是一种优秀的阻燃剂，并已被作为哈龙的替代物，其灭火浓度为3.2％，通过添加阻燃剂消弱制冷剂的可燃性，从而得到安全的要求。本发明可用于空调等制冷设备中替代R22的制冷剂，该制冷剂组合既符合环保的要求，又安全、可靠、制冷效率高，而且无需改动原有的设备和生产线，可直接进行充罐。
附图说明
图1是R22，R407C和本发明在变冷凝温度下的容积制冷量，其中横坐标为冷凝温度，纵坐标为单位容积制冷量；
图2是R22，R407C和本发明在变冷凝温度下的性能系数，其中横坐标为冷凝温度，纵坐标为性能系数；
图3是R22，R407C和本发明在变冷凝温度下的滑移温度，其中横坐标为冷凝温度，纵坐标为滑移温度；
图4是R22，R407C和本发明在变蒸发温度下的容积制冷量，其中横坐标为蒸发温度，纵坐标为单位容积制冷量；
图5是R22，R407C和本发明在变蒸发温度下的性能系数，其中横坐标为蒸发温度，纵坐标为性能系数；
图6是R22，R407C和本发明在变蒸发温度下的滑移温度，其中横坐标为蒸发温度，纵坐标为滑移温度；
注：图中COP为性能系数；Qv为单位容积制冷量，kJ·m-3；ΔTglide为滑移温度，℃。
具体实施方案
为了有助于本发明所述的制冷剂及其优点的理解，下面举出几个具体实例，其中组分的比例均为质量百分比。每种混合工质的组元物质质量百分数之和为100％。
实施例1：按质量百分比取1％的RE170，94％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例2：按质量百分比取1％的RE170，48％的R1270和51％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例3：按质量百分比取10％的RE170，60％的R1270和30％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例4：按质量百分比取10％的RE170，80％的R1270和10％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例5：按质量百分比取15％的RE170，65％的R1270和20％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例6：按质量百分比取15％的RE170，75％的R1270和10％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例7：按质量百分比取20％的RE170，75％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例8：按质量百分比取25％的RE170，70％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例9：按质量百分比取30％的RE170，65％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂；
实施例10：按质量百分比取35％的RE170，60％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂。
实施例11：按质量百分比取40％的RE170，55％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂。
实施例12：按质量百分比取44％的RE170，51％的R1270和5％的R13I1，将三种组分常温下进行物理混合作为制冷剂。
上述实施例中采用的二甲醚(RE170)，其分子式为CH3OCH3，摩尔质量为46.068g/mol，沸点为-24.81℃，临界温度为127.15℃，临界压力为5.3405MPa；丙烯(R1270)，其分子式为CH3CH＝CH2，摩尔质量为42.08g/mol，沸点为-47.62℃，临界温度为91.06℃，临界压力为4.555MPa；三氟碘甲烷(R13I1)，其分子式为CF3I，摩尔质量为195.91g/mol，沸点为-21.85℃，临界温度为123.29℃，临界压力为3.953MPa。
在平均蒸发温度为7.2℃，平均冷凝温度为54.4℃，过热度为11.1℃，过冷度为5℃，压缩机定熵效率为80％的工况下，上述实施例制冷剂的环保参数、物性参数和热工性能列于表2中，其中GWP、压比、COP和容积制冷量均为相对值(制冷剂与R22的比值)。
表2替代制冷剂计算结果
Figure G2009100237995D00061
从表2可知，本发明混合制冷剂的环境性能较R22有了较大的改善，远优于现行制冷剂R407C；容积制冷量和COP值与R22相当，非常适合于压缩机直接充罐；新工质的滑移温度较R407C小，某些组分下接近近共沸混合物，排除了滑移温度较大带来的不良影响；本发明排气温度较低，有利于压缩机的保护。
从图1-3可以看出，在设工况范围内，本发明的性能与R22和R407C变化趋势一致。单位容积制冷量、COP随冷凝温度的增加而同比降低；滑移温度随冷凝温度变化不是很明显。图4-6所示的随蒸发温度变化的结果与随冷凝温度变化结果相类似。

Claims (4)

1、一种环保型混合制冷剂，其特征在于，按质量百分比含：1～44％的二甲醚(RE170)、48～94％的丙烯(R1270)和5～51％的三氟碘甲烷(R13I1)。
2、根据权利要求1所述的环保型混合制冷剂，其特征在于：所述的二甲醚的分子式为CH3OCH3，摩尔质量为46.068g/mol，沸点为-24.81℃，临界温度为127.15℃，临界压力为5.3405MPa。
3、根据权利要求1所述的环保型混合制冷剂，其特征在于：所述的丙烯，其分子式为CH3CH＝CH2，摩尔质量为42.08g/mol，沸点为-47.62℃，临界温度为91.06℃，临界压力为4.555MPa。
4、根据权利要求1所述的环保型混合制冷剂，其特征在于：所述的三氟碘甲烷，其分子式为CF3I，摩尔质量为195.91g/mol，沸点为-21.85℃，临界温度为123.29℃，临界压力为3.953MPa。
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