CN101781548A - 一种制冷剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环保制冷剂，该制冷剂由丙烷和二氟甲烷组成，丙烷为55-10wt％，二氟甲烷为45-90wt％。该制冷剂的ODP值为零，不破坏大气臭氧层，与HCFC-22及其现有的替代物R410A相比，GWP值大幅降低，环保性能更好。该制冷剂的燃烧下限比HC-290高得多，排气温度的比HFC-32低得多，热力性能与R410A相当，可用于原使用R410A的系统中，并且可以减少充灌量。该制冷剂可作为HCFC-22以及R410A的长期替代物，为应对全球气候变暖提供一种易于推广应用，快速见效的可靠技术。

Description

一种制冷剂

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、热泵等设备中替代HCFC-22及其目前的替代物R410A、破坏大气臭氧潜能为零、温室效应很低、实用性强的环保型制冷剂，为全球应对气候变暖提供-种易于推广应用，快速见效的可靠技术。

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ODP(臭氧消耗潜能)值与较高的GWP(全球变暖潜能)值，对环境并不友好，已被2007年召开的蒙特利尔议定书缔约国大会要求提前限期淘汰的物质。

对于HCFC-22的替代物研究，国内外已经开展了大量的研究工作，目前最为成熟的是R410A(HFC-32/HFC-125，质量组成50/50％)，其次还有R407C(HFC-32/HFC-125/HFC-134a，质量组成23/25/52％)，另外还有一系列的申请专利：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；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；公开号为CN1216118C的发明专利，采用HFC-161、HFC-125和HFC-32三种组分的混合物替代HCFC22；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；公开号CN1746257的发明专利，采用HFC-152a、HC-290、HFC-32、HC-1270的混合物替代HCFC-22；公开号CN1189525A采用HFC-32、HFC-134a和HFC-227ea的混合物替代HCFC-22；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CN101235275A的发明专利，采用HFC-161和HFC-152a中的一种或二者任意比例的组合为第一组分、HFC-32、HFC-125以及由HC-600a、HC-600、HC-290和HC-1270中的一种或一种以上任意比例组合成的碳氢化合物组分共四种组分的混合物替代HCFC-22；公开号CN1255502C的发明专利，采用HC-1270、HFC-13I1和HC-170的混合物替代HCFC-22；公开号CN1189525A的发明专利还采用了HFC-32、HFC-134a、HFC-152a和HFC-13I1的混合物替代HCFC-22；申请号200910023802.3的专利采用了HFC-152a、HC-1270和HFC13I1的混合物替代HCFC-22；公开号CN1255502C的发明专利采用了HFC-13I1、HFC-134a和CO2的混合物替代HCFC-22；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；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，等等。

上述混合制冷剂多为三元及以上组分组成的混合物，其中或存在GWP值较高，或存在可燃性强，或存在其中一种成分的毒性未知，或存在某种元素价格昂贵或存在还含有HCFC-22等问题，只有R410A和R407C得到了比较广泛的应用，而R407C又由于滑移温度大等原因，逐渐被R410A所取代，实际上到目前为止，R410A是HCFC-22呼声最高的替代物。但是R410A具有比HCFC-22还要高GWP值，在全球极为关注全球气候变暖的情况下，高GWP值的制冷剂也面临被限制、被淘汰的境况，此时的R410A也不是理想的HCFC-22替代物。目前，从ODP与GWP并重的环保新要求来看，HFC-32(ODP＝0，GWP＝675)和HC-290(ODP＝0，GWP＝20)分别作为纯工质是HCFC-22的最佳替代物，HC-290不仅环保性好，而且热力性能优异，但是均有较强的可燃性，燃烧下限为2.3％，极大地限制了它的应用，而HFC-32虽然环保性好，燃烧下限较高(13.3％)，但它的压力高，尤其是排气温度比R410A高20-30℃，在实际应用时可能会对压缩机产生极为不利的影响，实用性差。因此，寻找环保性优异、实用性好的HCFC22的替代物已经成为当前制冷剂所面临的紧迫任务。

发明内容

本发明之目的在于提供一种制冷剂，它既符合当前保护臭氧层和减轻全球气候变暖并重的环保要求，又具有良好实用性。

本发明提供的制冷剂含有丙烷(HC-290)和二氟甲烷(HFC-32)两种组分，其质量百分比为：

丙烷(HC-290)：55％-10％

二氟甲烷(HFC-32)：45％-90％。

本发明的制冷剂与现有技术相比，具有以下优点：

1)、环境性能良好，不仅消耗臭氧层潜能ODP值为零，而且全球变暖潜能GWP值远远小于HCFC-22及其现有的主要替代物R410A，符合环保要求，这是本发明的最大优势。

2)、燃烧下限远高于HC-290，排气温度大大低于HFC-32，具有良好的实用性。

3)、近共沸，温度滑移小。

具体实施方式

本发明旨在开发研究一种可用于替代HCFC-22的新型制冷剂，使新开发的制冷剂不仅不破坏大气臭氧层，而且温室效应更小。此外，还具有良好的实用性，可作为R410A的直接替代物。

本发明提供的新型制冷剂，其特征在于该制冷剂中含有丙烷(HC-290)和二氟甲烷(HFC-32)这两种组份，其质量百分比为：

丙烷(HC-290)：55％-10％

二氟甲烷(HFC-32)：45％-90％。

比较优选的质量百分比为：

丙烷(HC-290)：45％-25％

二氟甲烷(HFC-32)：55％-75％。

最优选的质量百分比为：

丙烷(HC-290)：36％-32％

二氟甲烷(HFC-32)：64％-68％。

本发明提供的制冷剂，其制备方法是将上述各种组分按照其相应的配比在液相状态下进行物理混合。

上述组分中的丙烷(HFC-290)，其分子式为C₃H₈，分子量为44.10，标准沸点为-42.2℃，临界温度为96.7℃，临界压力为4.25MPa。

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5.80MPa。

实例1：将HC-290和HFC-32在液相下按55∶45的质量百分比进行物理混合。

实例2：将HC-290和HFC-32在液相下按10∶90的质量百分比进行物理混合。

实例3：将HC-290和HFC-32在液相下按45∶55的质量百分比进行物理混合。

实例4：将HC-290和HFC-32在液相下按25∶75的质量百分比进行物理混合。

实例5：将HC-290和HFC-32在液相下按35∶65的质量百分比进行物理混合。

实例6：将HC-290和HFC-32在液相下按34∶66的质量百分比进行物理混合。

实例7：将HC-290和HFC-32在液相下按36∶64的质量百分比进行物理混合。

实例8：将HC-290和HFC-32在液相下按32∶68的质量百分比进行物理混合。

上述实例1-8也可在其他状态下进行物理混合，其前提是必须满足各自质量百分比的要求。

本发明的特点和效果。

1、优秀的环境性能

表1比较了上述实例与HCFC-22、R407C、R410A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)。

从表1中可以看出，上述实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，上述实例的全球变暖潜能(GWP)值也远小于HCFC-22、R410A，只有HCFC-22GWP值的18-34％，只有R410A GWP值的15-29％，具有十分显著的环保性能，更符合当前保护臭氧层、减小全球变暖效应的环境保护要求。

2、良好的实用性

表2比较了空调工况下(即蒸发温度7.2℃，冷凝温度54.4℃，吸气温度18.3℃，过冷温度46.1℃)，上述实例与HCFC-22、R410A、HFC-32的热工参数及热力性能(压缩过程按等熵过程计算)。

从表2中可见，在空调工况下，实例单位容积制冷量接近或略高于R410A和HFC-32，冷凝压力和蒸发压力也略高于R410A和HFC-32，可较好地替代R410A；排气温度与R410A接近或略低，但比HFC-32低得多，对压缩机不会产生不利影响，加上组分中HFC-32较高的燃烧下限，使得实例燃烧下限比HC-290有较大的提高，大大的降低了实例的燃烧风险，具有良好的实用性。另外，实例的单位质量制冷量高于R410A，这意味着可以减少系统制冷剂的充灌量。从表2中还可看出除实例2的COP接近R410A外，其余的实例的COP均略小于R410A，其中最优选配比中的实例5、6、7和8，不仅排气温度低(均低于R410A)，而且COP也处于稳定的较高范围。实际上由于实例中加入了相当量的HC-290，因而具有较小的黏度、较大的导热系数和比热容，这些在实例的实际制冷系统中可以大大改善换热状况，降低流动阻力，从而提高系统的实际COP值，接近甚至超过R410A的实际COP值。

3、近共沸，温度滑移小。

从表3中可以看出，HCFC22为纯工质，在任何情况下都不存在滑移温度。在标准大气压下，实例1、2、3、4的温度滑移比较大，实例5、6、7、8的温度滑移比较小，尤其是实例5、6和7，其温度滑移均小于3.0℃；随着压力(温度)的升高，其温度滑移均呈减小的趋势，在空调工况下，分别对应于中点温度(即平均蒸发温度)7.2℃和中点温度(即平均冷凝温度)54.4℃时，最优选配比中的实例5、6、7、8的温度滑移均小于1.0℃，属于近共沸混合制冷剂。

另外，HFC-32和HC-290均为容易获得的物质。

表1实例与HCFC-22、R410A的环境性能

制冷剂	ODP	GWP
			实例1	0	315
实例2	0	610
			实例3	0	385
实例4	0	511
			实例5	0	446
实例6	0	452
			实例7	0	439
实例8	0	465
			R410A	0	2100
R22	0.055	1810

表2比较了空调工况下实例与HCFC-22、R410A、HFC-32的热力性能

制冷剂	冷凝压力(MPa)	蒸发压力(MPa)	压力比	单位质量制冷量(kJ/kg)	单位容积制冷量(kJ/m3)	排气温度℃	COP
								实例1	3.522	1.138	3.09	203.8	5437.4	79.14	4.13
实例2	3.8586	1.1954	3.23	219.9	6687.2	93.94	4.41
								实例3	3.826	1.237	3.09	197.8	5896.4	81.82	4.09

制冷剂	冷凝压力(MPa)	蒸发压力(MPa)	压力比	单位质量制冷量(kJ/kg)	单位容积制冷量(kJ/m3)	排气温度℃	COP
								实例4	4.098	1.319	3.11	200.6	6663.9	87.31	4.21
实例5	4.04	1.3284	3.04	195.8	6457.5	83.56	4.21
								实例6	4.0535	1.3332	3.04	195.9	6500.0	83.86	4.21
实例7	4.0255	1.3221	3.04	195.7	6407.2	83.42	4.20
								实例8	4.0755	1.3381	3.05	196.5	6569.0	84.55	4.21
R410A	3.38	0.997	3.39	158.7	5633.9	84.72	4.46
								HFC-32	3.473	1.018	3.41	242.4	6239.4	101.1	4.52

表3实例与R410A的滑移温度

以上所述为本发明的部分实施例而已，但本发明不应该局限于上述实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种制冷剂，其特征在于该制冷剂含有丙烷和二氟甲烷两种组分，其质量百分比为：

丙烷：55％-10％

二氟甲烷：45％-90％。

2.根据权利要求1所述的制冷剂，其特征在于其质量百分比为：

丙烷：45％-25％

二氟甲烷：55％-75％。

3.根据权利要求1所述的制冷剂，其特征于其质量百分比为：

丙烷：36％-32％

二氟甲烷：64％-68％。