CN102433103B

CN102433103B - 冷媒组合物

Info

Publication number: CN102433103B
Application number: CN201110298303.2A
Authority: CN
Inventors: 詹治平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102433103A

Abstract

本发明公开了一种可用于多种应用的组合物，其按重量百分比计包含70％-83％的R22、1％-6％的R125及16％-26％的R143a。本发明的组合物具有较R22单一冷媒更高的冷冻能力，是与R22单一冷媒使用相同冷冻油的一种非共沸性冷媒，且当该组合物取代R22冷冻系统中所含的R22冷媒时，能维持原本冷冻系统中冷媒高低压不变。

Description

冷媒组合物

技术领域

本发明有关于一种新颖冷媒组合物，特别为R22(二氟一氯甲烷)、R125(五氟乙烷)及R143a(1,1,1-三氟乙烷)冷媒所组合的冷媒组合物。

背景技术

全球暖化及温室效应、臭氧层的破坏等已成为全世界的议题。冷媒除了自身特有的对温度暖化的影响外，对冷冻空调机的性能也大有关联。冷冻空调设备所使用的氟氯碳化物冷媒，大致可分为3类：第一类，CFC冷媒(完全卤化的氟氯碳化合物)：(如R11/12/113)，该氟氯碳化物中含有氯，对臭氧层破坏指数高；第二类，HCFC冷媒(含氯元素的氟氯碳化合物)：(如R22，R134a)，虽然也含有氯，但因含有氢离子，ODP(ODP：Ozone Depletion Potential/臭氧层破坏指数)值大约是CFC的1/20，臭氧层破坏指数较低，但因为本身具有毒性，会破坏臭氧层及制造温室效应，同时其生产过程中排放大量二氧化碳，已被列为应逐年减量的温室效应气体；第三类，HFC冷媒(含氢元素的氯碳化合物)：(如R410A，R407C)，因其不含氯，因此作为不会破坏臭氧层而开发的新替代冷媒，此种冷媒称为环保冷媒。

目前中国台湾大部分家用以及商用冷气几乎皆使用R22单一冷媒，然而，在1992年蒙特娄议定书签约国会议中，修改了氟氯碳化物使用量的规定，从1996年起全面废除CFC的生产及使用。对于HCFC方面，从1996年元月起也开始限制其使用量，原则上计划在公元2020年完全停止使用。为了因应未来R22(HCFC22)的逐步淘汰，目前较成熟的替代品为日系冷气的R410A(HFC410A)以及第三代碳氢环保冷媒(HC/ES22)。然而，R410A温室效应指数仍然偏高，且由于工作压力不同，无法直接取代现有冷气机内的R22，需另行购买新机组，且目前仅应用于小型家用分离式冷气；除此之外，由于R410a冷媒是由两种冷媒混合而成(沸点近似共沸)且压力是R22冷媒的1.6倍，所以管壁必须更厚(0.8mm)才能负荷R410a冷媒运转时的压力；另外，安装时必须确保R410a冷媒不泄漏。否则须将R410a冷媒全部卸除再抽真空再定量充填，因而产生费用较高。而就碳氢环保冷媒(HC/ES22)而言，其为可燃性物质，具有潜在的危险性，故冰箱各个电气装置如开关，电线接点，压缩机继电器，压缩机超载保护装置及电容器须采用封闭式，以防止因冷媒的泄漏所引起的爆炸。此外，目前亦开发R407C做为R222的替代冷媒，R407C系由HFC-32/HFC-125/HFC-134a以23%/25%/52%的比例所构成，为非共沸冷媒，且工作压力与R22相近，但能源效率较R22低约5%(在冷房中COP约低4%，暖房中约低3%)，且价格甚高，除此之外，以R407C做为替代R22冷媒的最大缺点在于R407C冷媒所用的冷冻油为合成油，R22则是使用矿物油，因此两者系统不一，如要将R22冷媒完全替换为R407冷媒时，需要将压缩机等系统清洗得非常干净，或将压缩机系统完全更换，以免原本的矿物油残留，残留的矿物油与新加入的合成油混合会酸化，机器内部的线圈绝缘会劣化，因此R407C仍非替代R22的完美冷媒。

此外，并未有任何方式可解决淘汰的R22单一冷媒该如何回收再利用，且在R22冷冻系统尚可使用时，并无任何环保的方式将目前使用R22单一冷媒机型全部汰换为R410a冷媒或碳氢环保冷媒机型。

因此，目前亟需一种可解决方式，解决日后完全停止使用R22单一冷媒机型的棘手问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种特定比例的混合冷媒组合物，其具有较R22单一冷媒更高的冷冻能力，且与R22单一冷媒使用相同冷冻油的一种非共沸性冷媒，且当该组合物取代R22冷冻系统中所含的R22冷媒时，能维持原本冷冻系统中冷媒高低压不变。

此外，该组合物亦具有其它用途，例如，发泡剂、推进剂等等。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种组合物，按重量百分比计包含70%-83%的R22(二氟一氯甲烷)、1%-6%的R125(五氟乙烷)及16%-26%的R143a(1,1,1-三氟乙烷)。

本发明的一种传热组合物，按重量百分比计包含70%-83%的R22、1%-6%的R125及16%-26%的R143a，且进一步包含至少一种润滑剂。

本发明还提供了一种冷媒，其包含上述传热组合物。

一种冷冻系统，其包含上述冷媒。

一种取代R22冷冻系统中所含R22冷媒的方法，其包括自该冷冻系统移除至少部分R22冷媒，并藉由将R408A冷媒导入该冷冻系统内调配比例至该冷冻系统中冷媒比例符合上述的组合物的比例。

定义：

说明书中所使用的术语大体上在技术领域、在本发明上下文中及发明说明书内文中依每个术语的使用而有其普通的意义。有些术语用来详述本发明将讨论如下，或规范于说明书其它地方以提供实践者就发明内容额外的指示。为了方便起见，某些术语会以如斜体或引号的方式强调，而该强调对于术语的范围及意义没有任何影响；在相同的内文中，无论是否有作强调，术语的范围及意义是相同的。应当明白同样的事情可使用不同的说法，因此，可使用替代语言及同义词表示任一或多个此处讨论的术语，且无论术语在本文中被阐述或讨论，其置于何处皆没有特殊的意义。某些术语有提供同义词，但列举出之一或多个同义词并不排除其它同义词的使用。在本发明任何地方说明的实例，包含此处讨论术语的实例仅用于说明而非对于本发明范围及意义或任何例示的术语有任何限制。相同地，本发明并不限于说明书提供的各种实例。

除非另有限定，所有于此的技术及科学术语与本发明所属技术领域中通常知识者的通常理解的意义相同。但若有冲突，则以本说明书的定义为准。

本文中的“R22”系指二氟一氯甲烷Chlorodifuoromethane)，分子式CHClF₂，分子量86.47。R22在常温下为无色，近似无味的气体，不燃烧、无腐蚀、毒性极微，加压可液化为无色透明的液体，为HCFC型制冷剂。

本文中的“R125”系指五氟乙烷，分子量120.02，破坏臭氧潜能值(ODP)为0，全球暖化系数值(GWP)为0.84，可作为制冷剂，为诸多混合冷媒中重要的组成成分。

本文中的“R143a”系指1,1,1-三氟乙烷，分子量80.4，破坏臭氧潜能值(ODP)为0，全球暖化系数值(GWP)为3800，常温下化学性质稳定。

本文中的“R408A”系指混合冷媒，其由R22、R125、R143a混合而成。

本文中的“冷冻系统”一般指使用冷媒以提供冷却作用的任何系统或装置，或此系统或装置的任一部分。此等冷却系统包括，如空调、电冰箱、冰水机、运输冷冻系统、商业冷冻系统等。

本文中的“约(around)”、“大约(about)”或“近乎(approximately)”大体上意指在给定值或范围的5%、较佳系2%，更佳系1%之内。本文中的数值为近似值，也就是说即便没有明确地说明，也可推断有所谓“约(around)”、“大约(about)”或“近乎(approximately)”的意义。

在本文中，若述及一个数值或是范围，则技艺人士应理解其代表涵盖相关于本发明中特定领域的合适且合理的范围。

具体实施方式

本发明组合物适用于传热流体

本发明的组合物可适用于传热应用，即，组合物可作为加热及/或冷却介质。在一较佳的实例中，该组合物包含约70%至约83%（重量）的R22(二氟一氯甲烷)、约1%至约6%（重量）的R125(五氟乙烷)及约16%至约26%（重量）的R143a(1,1,1-三氟乙烷)；又在另一更佳实例的组合物，其中该R22占约70%至约75%（重量）、R125占约2%至约4%（重量）且R143a占约19%至26%（重量）。又在另一更佳实例的组合物，其中该R22占约74%（重量）、R125占约3%（重量）且R143a占约23%（重量）。

本发明的组合物做为传热流体适用于多种传热应用，且所有此等应用皆属于本发明范围。本发明组合物做为传热流体的应用上，得到特别的好处及意外有利的性质。

在某些较佳具体实施例中，本发明该等组合物可使用于原先设计以使用R22冷媒的冷冻系统中。本发明该等较佳组合物倾向于具有较R22冷媒为佳的特性，其包括价钱较单一R22冷媒便宜、此等组合物实质上较R22有较高的冷冻能力，此外，以本发明组合物取代原R22冷媒的冷冻系统时，冷冻系统中的高低压不变，因此不需要修改原本的R22冷冻系统，且使用本组合物时，压缩机的电流强度减小，可延长压缩机的寿命。因此，本发明的组合物可作为R22的替代物或取代物。

在一些较佳具体实施例中，本发明组合物（尤其呈传热流体型式的组合物，且更佳地，呈冷媒型式的组合物）进一步包含润滑剂。各种已知及非已知润滑剂中的任一种皆可使用在本发明组合物内。润滑剂的重要功能为当其使用于冷冻系统时，必需有足够的润滑剂返回该系统的压缩机，以致使该压缩机经润滑。因此，任一特定系统的润滑剂适用性可部分藉由该冷媒/润滑剂特性决定及部分藉由计划使用该润滑剂的系统的特性决定。合适的润滑剂实例通常为此等在使用或经设计以使用R22冷媒的冷冻机中普遍使用的润滑剂，其包括但不限于矿物油、聚硅氧油、聚烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚伸烷基二醇(PAG)、聚伸烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烃)(PAO)及卤烃油等。矿物油(其又包括石蜡油或环烷系油等)可于市面上购得。就使用就经设计以使用HFC的冷冻系统而言（尤其就包含压缩冷冻、空调（尤其汽车空调）及热泵的系统而言），通常较佳使用PAG、PAG酯、PVE及POE作为润滑剂。就使用或经设计以使用R22冷冻系统而言，通常较佳使用矿物油或PAB作为润滑剂。在某些较佳具体实施例中，本发明进一步包含的润滑剂即为矿物油。

本发明组合物在商业空调及冷冻系统中惯用的冰水机中亦具有优点(在原有系统中或当作为例如R22等的冷媒取代物)。在某些较佳具体实施例中，本发明组合物较佳包含附加燃烧抑制剂。

本发明组合物因此可适用于汽车空调系统及装置、商业冷冻系统及装置、冰水机（其包括利用离心压缩机的系统）、住宅冰箱及冷冻机、一般空调系统、热泵等。

虽然文中并未明确陈述任何附加组份(例如，安定剂、钝化剂等)，但是熟悉本技艺者知道可添加该等附加组份至该组合物内以使该等性质适合需要。

含本发明组合物的系统及原系统内冷媒的替代方法

本发明另一方面包括使用根据本发明的传热流体将热转移至物体或自物体转移热的系统。熟悉本技艺者根据文中的教示，许多已知方法皆适用本发明，且所有此等方法皆属于其范围。例如，蒸气压缩循环为冷冻及/或空调普遍使用的方法。该蒸气压缩循环的最简单型式包括提供呈液体型式的本发明传热流体，并通常于相当低压下藉由吸热将该冷媒自液相转变成该气相，然后通常于高压下藉由去热将该冷媒自该气相转变成液相。在此等具体实施例中，本发明组合物做为冷媒时，在一或多容器(例如，蒸发器，其系直接或间接与该欲冷却的物体接触)内气化。该蒸发器内的压力可致使该传热流体在该欲冷却物体的温度以下的温度下发生气化。因此，热会自该物体流至冷媒，并导致该冷媒气化。接着较佳藉由压缩机等移除呈气体型式的该传热流体，该压缩机可立刻在蒸发器内维持相当低压，并将该蒸气压缩至相当高的压力。由于藉由该压缩机增加机械能，所以该蒸气的温度通常亦增加。接着使该高压蒸气转移至一或多容器（较佳为冷凝器），然后与较低温度的介质产生热交换，移除该灵敏性潜热，以产生后续冷凝反应。然后使该液体冷媒（其可视需要进一步经冷却）转移至该膨胀阀，并随时可进行再循环。

本发明之以本发明组合物替代原本R22系统中的R22时，该替代步骤为直接替代步骤，即不需要大程度地再设计该系统及并不需要替换主要项目的设备，即可适应本发明的冷媒。在某些较佳具体实施例中，该等方法其包括自该冷冻系统移除至少部分R22冷媒，并藉由将R408A冷媒导入该冷冻系统内调配比例至该冷冻系统中冷媒比例符合本发明的组合物。

或又一实施例中，可直接将原冷冻系统中的R22移除，并灌入本发明冷媒组合物即可。

当然，本发明一实施例也包含一冷冻系统，含有本发明的组合物做为冷媒。

推进剂及气溶胶组合物

在另一实施例中，本发明组合物可作为可喷洒组合物的推进剂。欲与惰性成份、溶剂及其它物质一起喷洒的该活性成份亦可存在于该可喷洒混合物内。该可喷洒组合物较佳为气溶胶。欲喷洒的合适活性物质包括（但不限于）化妆用物质（例如，除臭剂、香料、喷雾发胶水及清洁剂）及抛光剂与医用物质及/或生物活性物质。

发泡剂

本发明又另一具体实施例关于含本发明组合物的发泡剂。在一具体实施例中，该等发泡剂包含本发明组合物或较佳基本上由本发明组合物组成。一般而言，该发泡剂可包括不同含量的本发明组合物。且发泡剂可进一步包括共发泡剂、填料、蒸气压改质剂、燃烧抑制剂、安定剂及类似佐剂中一或多种。

在其它具体实施例中，本发明提供可发泡组合物及制备发泡体的方法。本发明该等可发泡组合物通常包括一或多种可形成具有通常呈多泡状结构的发泡体组份，及根据本发明的发泡剂。

以下用具体实例进一步说明本发明，该等实例仅系用以说明并使本技术领域的人士了解本发明手段，并非用以限制本发明。

实施例一

型号：东元5RT气冷式冰水机，测试时外部温度35.5℃

改机前参数

水泵电流	0.7A
		压缩机电流	7.73A
总电流	9.66A
		冷媒高低压	65psi/230psi(LP/HP)
泵出口处冰水	11.8℃出水16.5℃回水
		全密压缩机上部温度	25.4℃

将原冰水机中R22冷媒以冷媒回收机(INFICON VORTEX HVAC REFRIGERANTRecovery machine，Model:714-202-G1)抽取回收，运转中低压原为65psi，抽至低压剩34psi，填入R408A冷媒(R-125/R143a/R22=7/46/47重量百分比)，使低压重新回到65psi。此时内含的冷媒R22占约74.72重量%、R125占约3.83重量%且R143a占约21.94重量%。

改机后参数

水泵电流

0.7A

压缩机电流	7.62A
		总电流	9.6A
冷媒高低压	65psi/230psi(LP/HP)
		泵出口处冰水	7.1℃出水13.5℃回水
全密压缩机上部温度	23.5℃

实施例二

型号：中兴空调LSW-015P水冷式冰水机，15RT

改机前参数

水泵电流	2.86A
		压缩机电流	21.7A
总电流	24.37A
		冷媒高低压	78psi/210psi(LP/HP)
泵出口处冰水	12.3℃出水16.5℃回水
		全密压缩机上部温度	70.4℃

将原冰水机中R22以冷媒回收机(INFICON VORTEX HVAC REFRIGERANTRecovery machine，Model:714-202-G1)冷媒抽取回收，运转中低压原为78psi，抽至低压剩34psi，填入R408A冷媒(R-125/R143a/R22=7/46/47重量百分比)，使低压重新回到78psi。此时内含的冷媒R22占约70.11%（重量）、R125占约3.95%（重量）且R143a占约25.94%（重量）。

改机后半小时参数

水泵电流	2.87A
		压缩机电流	20.5A
总电流	22.5A
		冷媒高低压	75psi/210psi(LP/HP)
泵出口处冰水	6℃出水11℃回水
		全密压缩机上部温度	50℃

实施例三

型号：中兴空调LSW-015P水冷式冰水机，15RT

改机前参数

水泵电流	3A
		压缩机电流	19.66A
总电流	23.97A
		冷媒高低压	77psi/212psi(LP/HP)
泵出口处冰水	8.9℃出水13.1℃回水
		全密压缩机上部温度	68℃

将原冰水机中R22以冷媒回收机(INFICON VORTEX HVAC REFRIGERANTRecovery machine，Model:714-202-G1)冷媒抽取回收，运转中低压原为77psi，抽至低压剩34psi，填入R408A冷媒(R-125/R143a/R22=7/46/47重量百分比)，使低压重新回到77psi。此时内含之冷媒R22占约70.40%（重量）、R125占约3.91%（重量）且R143a占约25.69%（重量）。

改机后一小时参数

水泵电流	3A
		压缩机电流	19A
总电流	21.5A
		冷媒高低压	70psi/212psi(LP/HP)
泵出口处冰水	6.5℃出水11.3℃回水
		全密压缩机上部温度	56.2℃

实施例四

型号：中兴空调LSW-015P水冷式冰水机，15RT

改机前参数

水泵电流	2.71A
		压缩机电流	21.53A
总电流	22.18A

冷媒高低压	78psi/200psi(LP/HP)
		泵出口处冰水	11.4℃出水16.5℃回水

将原冰水机中R22以冷媒回收机(INFICON VORTEX HVAC REFRIGERANTRecovery machine，Model:714-202-G1)冷媒抽取回收，运转中低压原为78psi，抽至低压剩34psi，填入R408A冷媒(R-125/R143a/R22=7/46/47重量百分比)，使低压重新回到78psi。此时内含之冷媒R22占约70.10%（重量）、R125占约3.95%（重量）且R143a占约25.95%（重量）。

改机后一小时参数

水泵电流	2.85A
		压缩机电流	20.7A
总电流	22.1A
		冷媒高低压	70psi/200psi(LP/HP)
泵出口处冰水	6.5℃出水11.2℃回水

由上述实施例可见，当原本的R22系统中的冷媒置换为本发明特定比例的组合物时，不仅置换前后系统高低压不会改变，且以本发明组合物改机后，压缩机的电流减小，可延长压缩机寿命。此外，泵出口处冰水的出水及回水温度皆降低，因此，无论是压缩机开始运转至停机的温度或压缩机侦测到回水而开始运转的温度皆降低，冷冻能力高于原本的单一R22冷媒多了30%，单位时间内降温速度更快，且与原本的R22冷媒使用一样的冷冻油(矿物油)，而不需调整。因此，本发明组合物的混合式冷媒确可用为取代单一R22冷媒系统中的冷媒，且有更佳的功效。

此外，在实施例二至四中，此三台中兴空调LSW-015P水冷式冰水机设置于约200坪的厂房内并联运转，在改机后，只要开一台，即可在200坪的空间中使温度维持在23℃至24℃，而不需三台全开，非常的节能省电。由此可见，改机后，内部为含特定冷媒比例的本发明冷媒组合物效能更佳。

Claims

1.一种组合物，其特征在于按重量百分比计包含70%-83%的R22、1%-6%的R125及16%-26%的R143a。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，按重量百分比计包含70%-75%的R22、2%-3%的R125及19%-26%的R143a。

3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，进一步包含至少一选自以下所组成群组的佐剂：附加润滑剂、兼容剂、表面活化剂、附加火焰抑制剂、增溶剂、分散剂、阻燃剂、安定剂、多元醇、多元醇预混组份及二或多种这些佐剂的组合。

4.一种传热组合物，其特征在于按重量百分比计包含70%-83%的R22、1%-6%的R125及16%-26%的R143a，且进一步包含至少一种润滑剂。

5.根据权利要求4所述的传热组合物，其特征在于，该润滑剂选自由以下所组成的群组：矿物油、聚硅氧油、聚烷基苯、多元醇酯、聚伸烷基二醇、聚伸烷基二醇酯、聚乙烯醚、聚（α-烯烃）。

6.一种冷媒，其特征在于权利要求4所述的传热组合物。

7.一种冷冻系统，其包含如权利要求6所述的冷媒。

8.根据权利要求7所述的冷冻系统，其特征在于，其为汽车空调系统、住宅空调系统、商业空调系统、住宅冰箱系统、住宅冷冻机系统、商业冰箱系统、商业冷冻机系统、冰水机空调系统、冰水机冷冻系统或热泵系统。

9.一种取代R22冷冻系统中所含R22冷媒的方法，其特征在于包括自该冷冻系统移除至少部分R22冷媒，并藉由将R408A冷媒导入该冷冻系统内调配比例至该冷冻系统中冷媒比例符合如权利要求1的组合物的比例。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于该R22冷冻系统为汽车空调系统、住宅空调系统、商业空调系统、住宅冰箱系统、住宅冷冻机系统、商业冰箱系统、商业冷冻机系统、冰水机空调系统、冰水机冷冻系统或热泵系统。