CN102317401A - 用于在车辆中加热和/或空气调节的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包含2，3，3，3-四氟丙烯、1，1，1，2-四氟乙烷和至少一种选自丙烷、丙烯和乙烯的化合物的组合物，其可用于制冷、空气调节和加热。本发明还涉及使用可逆冷却回路使汽车的车厢加热和/或空气调节的方法，在所述可逆冷却回路中流动包括所述组合物的制冷剂流体。该方法特别适合于当室外温度低于-20℃时。该方法还适合在适于通过热机和电动机交替工作的混合动力车中使用，以及适合于电动车。
Description
本发明涉及包含2，3，3，3-四氟丙烯的组合物，其适合用于冷却、空气调节和加热，特别在热泵中。
在机动车中，内燃机包括冷却剂流动回路，其用于冷却发动机以及用于加热车厢。为此目的，所述回路特别包括输送空气流的泵和空间加热器，所述空气流回收通过冷却剂储存的热以加热车厢。
而且，用于冷却机动车的车厢的空调系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、恒温膨胀阀和通常称作冷却剂的能改变状态(液体/气体)的流体。通过皮带和滑轮的方式由车辆发动机直接驱动的压缩机压缩冷却剂，将其在高压和高温下排到冷凝器。由于强制通风，冷凝器导致在高压和高温下以气态进入的气体的冷凝。冷凝器通过降低穿过其的空气的温度而使气体液化。蒸发器是从被吹入车厢的空气提取热量的热交换器。恒温膨胀阀用于通过取决于蒸发器中的温度和压力而改变流动面积来控制进入环路的气体的流速。因此，来自外部的热空气随着其通过蒸发器而被冷却。
电动车中的空调系统是密封的：压缩机是电的，且系统的构造可用(乙二醇型的)中间传热回路限定。
汽车空调中常用的冷却剂是1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)。
文献WO2008/107623描述了机动车能量管理系统，包括具有冷却剂流动的可逆冷却环路、用于使冷却环路的工作循环在冷却模式位置和热泵模式位置之间换向的可动装置、适于从冷却剂回收能量的至少一个第一源、和适于在所述流体从液态膨胀到两相状态后蒸发所述冷却剂的至少一个第二源，所述换向装置适于当它们在与对应于热泵模式的位置一致的位置时允许冷却剂从第一回收源向至少一个蒸发源流动。
然而，在如文献WO 2008/107623描述的系统中使用HFC-134a作为冷却剂，当外部温度为约-15℃时，甚至在启动压缩机之前在蒸发器中开始形成负压。导致空气渗入到所述系统中的该负压促进腐蚀和部件如压缩机、热交换器和恒温膨胀阀的恶化。
本发明的目的是提供传热流体及其用途，特别是作为在冷却环路中的冷却剂用于在压缩机启动时防止空气进入冷却环路的蒸发器和/或用于改善冷却环路的效率。
因此，本发明的一个目的是包含5-80重量％的2，3，3，3-四氟丙烯、5-25重量％的1，1，1，2-四氟乙烷和2-50重量％的至少一种选自丙烷、丙烯和乙烯的组C化合物的组合物。
优选，本发明的组合物包含40-75％、优选50-75％且最优选55-75重量％的2，3，3，3-四氟丙烯，5-30重量％的1，1，1，2-四氟乙烷和15-40重量％的至少一种选自丙烷、丙烯和乙烯的组C化合物。
有利地，本发明的组合物包含60-70重量％的2，3，3，3-四氟丙烯、5-15重量％的1，1，1，2-四氟乙烷和25-35重量％的至少一种选自丙烷、丙烯和乙烯的组C化合物。
优选的组C化合物是丙烷。
本发明的组合物特别适合作为用于冷却、空气调节和加热的传热流体。
本发明的组合物可用于冷却以代替目前可用的冷却剂例如R-22(二氟氯甲烷)、R-404A(由4重量％的1，1，1，2-四氟乙烷、52重量％的三氟乙烷和44重量％的五氟乙烷组成的混合物)和R-407C(由52重量％的1，1，1，2-四氟乙烷、23重量％的二氟甲烷和25重量％的五氟乙烷组成的混合物)。R-407C作为冷却剂在商业中心(超级市场)、在冷藏运输、在热泵和用于冷却和加热的可逆热泵中使用。然而，R-407C具有1800的GWP。
流体对于温室效应的影响通过GWP(全球变暖潜能)标准量化，其通过以二氧化碳为参考值1总结发热能力。
本发明的组合物具有低于450的GWP。
本发明的组合物也可用于空调，优选汽车空调。
本发明的组合物可进一步用于加热，特别在热泵中和优选用于加热机动车车厢。
本发明的进一步的目的是使用冷却流体在其中流动的可逆冷却环路使机动车车厢加热和/或空气调节的方法，该可逆冷却环路包括第一热交换器、恒温膨胀阀、第二热交换器、压缩机和使冷却剂的流动方向换向的装置，其特征在于所述冷却剂包括如上限定的组合物。
用于使冷却环路中的冷却剂流动方向换向使其工作循环倒转的装置可由四通阀构成。冷却剂还可包含2，3，3，3-四氟丙烯的稳定剂。作为稳定剂的实例，特别可提及硝基甲烷，抗坏血酸，对苯二甲酸，唑例如甲基苯并三唑或苯并三唑，酚化合物例如生育酚、氢醌、叔丁基氢醌、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，环氧化物(任选氟化或全氟化的烷基、或链烯基或芳族)例如正丁基缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁基苯基缩水甘油醚，亚磷酸酯，磷酸酯，膦酸酯，硫醇和内酯。
取决于所述环路的工作模式(冷却模式或热泵模式)，第一热交换器可作为蒸发器或能量再生器。对于第二热交换器也一样。在冷却模式中，第二热交换器用于冷却意在送入机动车车厢的空气流。在热泵模式中，第二热交换器用于加热意在用于机动车车厢的空气流。
第一和第二热交换器是空气/冷却剂型。液体/冷却剂热交换器也可使用，使得液体起到中间流体的作用并将能量转移到空气。
在本发明的方法中，冷却环路可经由热交换器与发动机冷却回路热耦合。因此，所述环路可包括冷却剂和传热流体两者经过的至少一个热交换器，所述传热流体特别是内燃机冷却回路的空气或水。
根据所述方法的替代方案，冷却剂和来自机动车内燃机的废气两者经过第一热交换器；所述气体可与传热流体回路热连通。
本发明的方法中的冷却环路可包含在旁路上的至少一个热交换器，其与意在送入机动车内燃机的空气流热连通，或者与来自机动车内燃机的废气热连通。
当外部温度低于-20℃时，优选低于-30℃时，本发明的方法是特别适合的。
本发明的方法中的冷却环路在热泵模式中可加热具有非常低温度的来自外部的空气，然后将其注入车厢中以更新其中的空气。在寒冷的外部空气和冷却剂之间的热交换通过环路的冷凝器直接地或经由包含传热流体的中间热交换器提供。所述与冷凝器的热交换允许冷却剂经由冷凝器冷凝以及使所述冷却剂过冷至接近外部温度的温度。
本发明的方法还适于设计为以内燃机和电动机交替工作的混合动力车。其用于根据对于车厢和电池两者的气候条件(热或冷)最佳地管理能量输入并且特别地经由传热流体回路向电池提供热或冷。
安装在机动车中的包括上述组合物的冷却剂在其中流动的可逆冷却环路特别适于从内燃机和/或从电池回收能量，其对于在冷启动阶段期间加热车厢和内燃机是有用的。当所述可逆冷却环路包含泵时，其可以兰金(Rankine)模式(即，压缩机像涡轮一样工作)工作以利用由内燃机产生然后在热传递后通过冷却剂输送的热能。
本发明的进一步的目的是包含上述冷却环路的设备。
根据在图1中示意性显示的本发明的第一实施方式，冷却环路(16)包括第一热交换器(13)、恒温膨胀阀(14)、第二热交换器(15)、压缩机(11)和四通阀(12)。第一和第二热交换器是空气/冷却剂型。来自环路(16)的冷却剂和由风扇输送的空气流经过第一热交换器(13)。所述空气流的部分或全部还通过发动机冷却回路的一个热交换器(图中未示出)。类似地，由风扇输送的空气流经过第二热交换器(15)。所述空气流的部分或全部还通过发动机冷却回路的另一热交换器(图中未示出)。空气流动方向取决于环路(16)的工作模式和内燃机的需求。因此，当内燃机处于稳态情况且环路(16)处于热泵模式时，空气可通过内燃机冷却回路的热交换器加热，然后被吹到热交换器(13)上以加速来自环路(16)的流体的蒸发并由此改善所述环路的性能。
冷却回路的热交换器可根据内燃机的需求(加热进入发动机的空气或利用由所述发动机产生的能量)通过阀门激活。
在冷却模式中，通过压缩机(11)起动的冷却剂经由阀(12)，经过作为冷凝器(即，将热释放到外部)的热交换器(13)，随后经过恒温膨胀阀(14)，然后经过作为蒸发器的热交换器(15)，由此允许意在送入机动车车厢的空气流冷却。
在热泵模式中，冷却剂流动方向经由阀门(12)换向。热交换器(15)起到冷凝器的作用，而热交换器(13)起到蒸发器的作用。然后热交换器(15)用于将意在用于机动车车厢的空气流加热。
根据如在图2中示意性显示的本发明的第二实施方式，考虑在冷却模式中的流体流动，冷却环路(26)包括第一热交换器(23)、恒温膨胀阀(24)、第二热交换器(25)、和压缩机(21)、四通阀(22)及一方面安装在热交换器(23)的出口且另一方面安装在热交换器(25)的出口的旁路分支(d3)。所述分支包括意在送入内燃机的空气流或废气流经过的热交换器(d1)和恒温膨胀阀(d2)。第一和第二热交换器(23和25)是空气/冷却剂型。来自环路(26)的冷却剂和通过风扇输送的空气流经过第一热交换器(23)。所述空气流的部分或全部还通过发动机冷却回路的一个热交换器(图中未示出)。类似地，通过风扇输送的空气流经过第二热交换器(25)。所述空气流的部分或全部还通过发动机冷却回路的另一热交换器(图中未示出)。空气流动方向取决于环路(26)的工作模式和内燃机的需求。例如，当内燃机处于稳态情况且环路(26)处于热泵模式时，空气可通过内燃机冷却回路的热交换器加热，然后被吹到热交换器(23)上以加速环路(26)的流体的蒸发和改善所述环路的性能。
冷却回路的热交换器可根据内燃机的需求(加热进入发动机的空气或利用由所述发动机产生的能量)通过阀门激活。
热交换器(d1)也可根据能量需求激活，不管是在冷却模式中还是在热泵模式中。截止阀可安装在分支(d3)上以使所述分支激活或无效。
通过风扇输送的空气流经过热交换器(d1)。所述空气流可通过发动机冷却回路的另一热交换器以及置于废气回路上、发动机进气口上或在混合汽车的情况下的电池上的其他热交换器。
根据在图3中示意性显示的本发明的第三实施方式，冷却环路(36)包括第一热交换器(33)、恒温膨胀阀(34)、第二热交换器(35)、压缩机(31)和四通阀(32)。第一和第二热交换器(33和35)是空气/冷却剂型。热交换器(33和35)的工作与图1显示的第一实施方式相同。两个流体/液体热交换器(38和37)安装在冷却环路(36)的回路和内燃机的冷却回路或第二二醇水回路两者上。没有经过气态中间流体(空气)的流体/液体热交换器的安装与空气/流体热交换器相比改善热交换。
根据在图4中示意性显示的本发明的第四实施方式，冷却环路(46)包括第一组热交换器(43和48)、恒温膨胀阀(44)、第二组热交换器(45和47)、压缩机(41)和四通阀(42)。考虑在冷却模式中的流体流动，一方面在热交换器(43)的出口且另一方面在热交换器(47)的出口安装旁路分支(d1)。所述分支包括意在送入内燃机的空气流或废气流经过的热交换器(d1)和恒温膨胀阀(d2)。该分支的工作与图2中显示的第二实施方式相同。
热交换器(43和45)是空气/冷却剂型，且热交换器(48和47)是液体/冷却剂型。这些交换器的工作与图3中显示的第三实施方式相同。
本发明的方法还适于设计为用电池工作的电动车。其用于根据对于车厢和电池两者的气候条件(热或冷)最佳地管理能量输入，和特别是通过传热流体回路向电池提供热或冷。
本发明的方法进一步适于用氢气工作的车辆。
实验部分
加热模式中的可逆热泵：
以下给出在车辆中热泵工作条件下和通过将冷凝器温度设定在40℃的冷却剂的性能模拟。
冷凝温度：+40℃(T cond)
压缩机入口温度：-10℃(Te comp)
蒸发器出口温度：-20℃(Evap outlet temp)
恒温膨胀阀入口温度：-10℃
Evap P：为蒸发器中的压力
Cond P：为冷凝器中的压力
比：压缩比是高压对低压的比
滑动：这是沿着蒸发器的温度变化
COP：性能系数，对于热泵定义为由系统提供的有用的加热功率相对于由系统提供或消耗的功率。
CAP：体积容量，即，每单位体积的热容(kJ/m3)
％CAP或COP是本发明的组合物的CAP或COP值与R-407C的那些相比的比。
压缩机的等熵效率：传输给流体的实际能量和等熵能量之间的比。
压缩机的等熵效率认为等于0.7。
A：HFO-1234yf，以重量％计
B：HFC-134a，重量％
C：丙烷，重量％
冷却模式中的可逆热泵：
以下给出在车辆中空气冷却的工作条件下和通过将蒸发器中的温度设定在5℃的冷却剂的性能模拟。
冷凝温度：+40℃(T cond)
压缩机入口温度：15℃(Te comp)
蒸发器出口温度：5℃(Evap outlet temp)
恒温膨胀阀入口温度：35℃
Evap P：为蒸发器中的压力
Cond P：为冷凝器中的压力
滑动：沿着蒸发器的温度变化
比：压缩比是高压对低压的比。
COP：性能系数，对于热泵定义为由系统提供的有用的加热功率相对于由系统提供或消耗的功率。
CAP：体积容量，即，每单位体积的热容(kJ/m3)
％CAP或COP是本发明的组合物的CAP或COP值与R-407C的那些相比的比。
压缩机的等熵效率：传输给流体的实际能量和等熵能量之间的比。
压缩机的等熵效率认为等于0.7。
A：HFO-1234yf，以重量％计
B：HFC-134a，重量％
C：丙烷，重量％
Claims (13)
1.组合物，包含5-80重量％的2，3，3，3-四氟丙烯、5-25重量％的1，1，1，2-四氟乙烷和2-50重量％的选自丙烷、丙烯和乙烯的至少一种组C化合物。
2.权利要求1的组合物，特征在于其包含55-75重量％的2，3，3，3-四氟丙烯、5-30重量％的1，1，1，2-四氟乙烷和15-40重量％的选自丙烷、丙烯和乙烯的至少一种组C化合物。
3.权利要求1的组合物，特征在于其包含60-70重量％的2，3，3，3-四氟丙烯、5-15重量％的1，1，1，2-四氟乙烷和25-35重量％的选自丙烷、丙烯和乙烯的至少一种组C化合物。
4.使用冷却流体在其中流动的可逆冷却环路使机动车车厢加热和/或空气调节的方法，所述可逆冷却环路包括第一热交换器、恒温膨胀阀、第二热交换器、压缩机和用于使冷却剂的流动方向换向的装置，特征在于所述冷却剂包含前面权利要求任一项的组合物。
5.权利要求4的方法，特征在于所述第一和第二热交换器是空气/冷却剂型。
6.权利要求4的方法，特征在于所述第一和第二热交换器是液体/冷却剂型，其中使用第二回路将能量转移到送至车厢的空气。
7.权利要求4-6任一项的方法，特征在于所述冷却环路与内燃机的冷却回路热耦合。
8.权利要求4-7任一项的方法，特征在于所述冷却剂和来自机动车内燃机的废气两者经过所述第一热交换器。
9.权利要求4-8任一项的方法，特征在于所述环路可包括在旁路上的至少一个热交换器，其与意在进入机动车内燃机的空气流热连通、或与来自内燃机的废气热连通。
10.权利要求4-9任一项的方法，特征在于所述冷却环路安装在车辆中用于从内燃机和/或从电池回收能量。
11.包括权利要求4-10任一项的可逆冷却环路的设备。
12.权利要求1-3任一项的组合物作为传热流体的用途。
13.权利要求1-3任一项的组合物代替R-22、R-407C和R-404A的用途。
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