CN101671543A - 一种环保制冷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于家用空调/热泵等系统中替代R22的制冷剂组合物。该制冷剂由10~90%丙烷(R290)和90~10%氟乙烷(R161)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。本发明与R22的物性参数非常接近,滑移温度很小,与现有R22系统的管路和部件材料兼容,替代后有较高的制冷效率和较好的节能效果,而且不破坏大气臭氧层,温室效应潜能非常低。
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的主要替代品为R410A(R32/125)、R407C(R32/125/134a)、R417A(R125/134a/600)和R422D(R125/134a/600a)等,但这些替代品并不理想,例如,R410A与R22系统不兼容,压力高,替代R22时必须更换新的压缩机和两器,增加了替代成本;R407C的能效较低,滑移温度较大,在替代过程中需要对系统部件和润滑油等作改动或更换;R417A(R125/134a/600)或R422D(R125/134a/600a)在直接充灌替代R22时制冷效率降低、制冷量下降、压力升高等。而且,这些替代品的温室效应潜能值(GWP)还很高,例如,R410A为2100,R407C为1800,R417A为2300,R422D为2700,随着全球变暖趋势的日益加剧,当前整个国际社会都在关注和控制温室气体的排放。根据欧盟已通过的含氟温室气体(F-gas)控制法规的要求:自2011年1月1日起,欧盟将禁止新生产的汽车空调使用GWP值大于150的制冷剂;在2011年1月1日至2017年1月1日的六年间,在用汽车空调将按比例逐步淘汰GWP值大于150的制冷剂;自2017年1月1日起,将禁止所有汽车空调使用GWP值大于150的制冷剂。由此可以看出,国际社会已经开始制定相关法规控制温室气体的排放,虽然目前只针对汽车空调领域,而未涉及家用空调/热泵领域,但整个制冷空调行业抑制温室气体排放,出台相应法规,禁止使用高GWP值的制冷剂将是大势所趋。
现有技术中,专利申请CN 200810082668.X公开了以氟乙烷、二氟甲烷、五氟乙烷和碳氢化合物等物质组成的混合物;专利申请US 2008029733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CN 200710156803.6公开了以氟乙烷、二氟甲烷和碳氢化合物等物质组成的混合物;专利申请WO 2007102815公开了以五氟乙烷和四氟乙烷组成的混合物;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 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;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 91112767.4、US 649356和WO9211339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US6783691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制冷效率低下,或与R22系统不兼容,或具有较大的滑移温度,或价格昂贵及替代费用高等问题,而且,这些混合物都含有GWP值较高的组分,所组成的混合物具有较高的GWP值,从长远来看,并不符合抑制温室气体排放的要求,一旦新的控制温室气体排放法规出台,这些混合物的应用将会受到极大限制。
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替代R22的制冷剂,新开发的制冷剂替代物既要与R22物性相当、与现有R22系统的管路和部件兼容,又要有高的制冷效率,很小的滑移温度,而且还要不破坏大气臭氧层,GWP值尽量低。
本发明的制冷剂组合物,由丙烷(R290)和氟乙烷(R161)组成,其中各组分如下,均为质量百分比:
丙烷: 10~90%
氟乙烷:90~10%。
优选的,本发明的制冷剂组合物,组分如下:
丙烷30~70%,氟乙烷70~30%,均为质量百分比。
上述组分中的丙烷(R290),其分子式为CH3CH2CH3,摩尔质量为44.10,正常沸点为-42.1℃,临界温度为96.7℃,临界压力为4.25MPa。
氟乙烷(R161),其分子式为CH3CH2F,摩尔质量为48.06,正常沸点为-37.6℃,临界温度为102.2℃,临界压力为5.09MPa。
本发明提供的制冷剂组合物的制备方法,是将丙烷(R290)和氟乙烷(R161)按其相应的配比在液相状态下进行物理混合即可。
本发明具有以下优点和有益效果:
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,温室效应潜能值(GWP)非常低,小于20,仅约为R22的1%,完全符合R22替代的长远发展环保要求。
表1环境性能比较
制冷剂 | R22 | 本发明 |
ODP | 0.055 | 0 |
GWP(100年) | 1810 | 13~19 |
b.热工参数:
表2列出了本发明与R22的热工参数比较,在ARI Standard 520国际标准的空调工况下,蒸发器内制冷剂的压力值与R22非常接近,冷凝器内制冷剂的压力值及排气温度均较R22低,如此则具有较小的压缩比,可减少压缩机耗功并对压缩机长期运行有益。并且,本发明的滑移温度非常小,是一种近共沸混合物,可增强两器换热并有益于成分漂移。
表2热工参数比较
制冷剂 | R22 | 本发明 |
蒸发压力(kPa) | 626 | 591~669 |
冷凝压力(kPa) | 2176 | 1974~2172 |
压缩比 | 3.48 | 3.22~3.43 |
排气温度(℃) | 98.37 | 77.45~89.79 |
滑移温度(℃) | 0 | 0.03~0.5 |
c.热工性能
表3列出了本发明与R22的热工性能比较,本发明的COP值较R22高,应用后具有较好的节能效果;质量制冷量较R22大,可相应减少系统的制冷剂充装量,降低了成本,并间接减少温室气体排放量;容积制冷量较R22略低,但降低幅度很小,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
制冷剂 | R22 | 本发明 |
COP | 1 | 1.06~1.11 |
质量制冷量 | 1 | 1.62~1.78 |
容积制冷量 | 1 | 0.92~0.97 |
d.直接充灌性能
并且,经过符合国际标准规定的材料相容性试验验证,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,在替代R22的转轨过程中无需更换系统的部件和管路;另外,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。因此,本发明与现有R22系统的管路和部件兼容,无需更换管路部件和润滑油,可大大降低R22替代过程中的转轨费用。
综上所述,本发明与R22的物性参数非常接近,滑移温度很小,与现有R22系统的管路和部件材料兼容,可大大降低替代过程中的转轨费用,替代后有较高的制冷效率和较好的节能效果,而且不破坏大气臭氧层,GWP值非常低,是R22的一种理想长期替代品。
具体实施方式
为了有助于对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施例,其中各组分的比例均为质量百分比。
实施例1:将质量百分比10%的丙烷和90%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2:将质量百分比20%的丙烷和80%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3:将质量百分比30%的丙烷和70%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4:将质量百分比40%的丙烷和60%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5:将质量百分比50%的丙烷和50%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6:将质量百分比60%的丙烷和40%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7:将质量百分比70%的丙烷和30%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8:将质量百分比80%的丙烷和20%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9:将质量百分比90%的丙烷和10%的氟乙烷二种物质在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
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78%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
制冷剂性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | R22 |
ODP | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.055 |
GWP | 13 | 14 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 18 | 19 | 1810 |
摩尔质量g/mol | 47.69 | 47.32 | 46.94 | 46.56 | 46.17 | 45.77 | 45.36 | 44.95 | 44.53 | 86.47 |
蒸发压力kPa | 591 | 623 | 647 | 663 | 669 | 665 | 653 | 635 | 613 | 626 |
冷凝压力kPa | 2028 | 2102 | 2150 | 2172 | 2170 | 2147 | 2104 | 2046 | 1974 | 2176 |
压缩比 | 3.43 | 3.38 | 3.32 | 3.28 | 3.24 | 3.23 | 3.22 | 3.22 | 3.22 | 3.48 |
排气温度℃ | 89.79 | 87.71 | 85.74 | 83.93 | 82.34 | 80.96 | 79.73 | 78.58 | 77.45 | 98.37 |
滑移温度℃ | 0.5 | 0.4 | 0.2 | 0.1 | 0.03 | 0.1 | 0.2 | 0.4 | 0.4 | 0 |
COP* | 1.11 | 1.09 | 1.08 | 1.07 | 1.07 | 1.07 | 1.06 | 1.07 | 1.07 | 1 |
质量制冷量* | 1.78 | 1.72 | 1.68 | 1.65 | 1.63 | 1.62 | 1.63 | 1.64 | 1.66 | 1 |
容积制冷量* | 0.94 | 0.96 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.95 | 0.94 | 0.93 | 0.92 | 1 |
系统兼容性 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | 兼容 | |
成本 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 |
备注:*表示与R22的相应比值,其中COP为性能系数。
从表4可以看出本发明与R22的各项参数和性能比较,本发明在蒸发器内制冷剂的压力值与R22非常接近,冷凝器内制冷剂的压力值及排气温度均较R22低,如此则具有较小的压缩比,可减少压缩机耗功并对压缩机长期运行有益。并且,本发明的滑移温度非常小,是一种近共沸混合物,可增强两器换热并有益于成分漂移。
本发明的COP值较R22高,应用后具有较好的节能效果;质量制冷量较R22大,可相应减少系统的制冷剂充装量,降低了成本,并间接减少温室气体排放量。
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,在替代R22的转轨过程中无需更换系统的部件和管路;另外,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。因此,本发明与现有R22系统的管路和部件兼容,无需更换管路部件和润滑油,可大大降低R22替代过程中的转轨费用。
Claims (3)
1.一种制冷剂组合物,其特征在于,由丙烷和氟乙烷组成,各组分的质量百分比如下:
丙烷:10~90%
氟乙烷:90~10%。
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:丙烷30~70%,氟乙烷70~30%。
3.一种权利要求1所述的制冷剂组合物的制备方法,是将丙烷和氟乙烷按其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
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