CN102516946A - 绿色混合制冷剂 - Google Patents

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陈武
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Abstract

本发明公开了一种绿色混合制冷剂，它包括2，3，3，3-四氟丙烯或trans-1，3，3，3-四氟丙烯，其量为基于组合物重量的20%～60%；1，1-二氟乙烷或1，1，1,2-四氟乙烷，5%～30%；二氟甲烷，35%～60%。其制备方法是将上述各组分按相应配比在常温下进行物理混合。由于本发明的容积制冷量与HCFC-22非常接近，冷凝压力低于R410A，可将本发明直接充灌于现有使用HCFC-22的制冷、空调或热泵机组；在替代HCFC-22时无需重新设计系统的部件和管路，可作为HCFC-22以及R410A的替代制冷剂。

Description

绿色混合制冷剂
技术领域
本发明涉及一种用于制冷、空调系统中的绿色混合制冷剂，尤其涉及一种含有二氟甲烷的、可替代HCFC-22以及R410A的混合制冷剂。
背景技术
以HCFC-22、CFC-12、CFC-11为代表的氟利昂具有优良的热力循环性能，广泛应用于制冷、空调等行业。但是此类物质具有较高的臭氧消耗潜能(ODP)，在大气中停留时间很长，全球变暖潜能(GWP)也很高，是破坏大气臭氧层、产生温室效应的主要化学物质之一。臭氧层遭破坏后有害的紫外线辐射会直接到达地球表面，对农作物和海洋中的浮游植物产生严重的损害，而且还会影响人体的免疫系统，增加皮肤癌、白内障等的发病率。全球变暖是人类面临的另一个严峻的环境问题，已给生态环境带来严重的后果，而GWP值数千倍于二氧化碳的制冷剂的大量排放，也起到了推波助澜的作用。《蒙特利尔议定书》及其修正案已基本禁用CFC类物质，并规定逐步削减至最终禁止使用HCFC类制冷剂。近年来，有关制冷剂替代产品的开发一直是有机氟化工和相关领域研究的重要课题之一。
目前使用的制冷剂替代产品，主要是HFC-134a、R410A和R407C等。但这些制冷剂各有优缺点，仍不是很理想。其中，R407C的传热性较差，相同工况下的容积制冷量和COP值都小于HCFC-22，为了达到与HCFC-22相同的制冷量，需要强化换热器的传热效果，制造成本将增加。R410A的容积制冷量比HCFC-22大很多，但其蒸发压力、冷凝压力也比HCFC-22高很多，不能直接用来替代HCFC-22，在使用时需要重新设计压缩机、换热器、管路和系统，而且，这两种混合制冷剂均具有较高的GWP值，大量排放会加剧全球气候变暖。HFC-134a具有优良的热力学性能及良好的使用安全性，已成为国内外制冷空调行业中广泛应用的制冷剂，其ODP为零，但GWP仍较高，大量使用同样会引起全球气候变暖。2004年欧盟通过的含氟温室气体（F-gas）控制法规要求，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，并从2017年1月1日起，禁止所有汽车空调使用GWP大于150的制冷剂，因此，研究ODP为零、GWP较低的制冷剂及其匹配系统成为制冷、空调以及热泵行业发展的趋势和必然。
发明内容
本发明的目的在于研究开发一种含有二氟甲烷的、用于制冷、空调系统中的混合制冷剂，本发明的ODP为零且可抑制全球气候变暖，并可作为HCFC-22以及R410A的替代制冷剂。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种混合制冷剂，它包括：
（1）2，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234yf）或trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E）），其量为基于组合物重量的20%～60%；
（2）1，1-二氟乙烷（HFC-152a）或1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a），其量为基于组合物重量的5%～30%；
（3）二氟甲烷（HFC-32），其量为基于组合物重量的35%～60%。
本发明提供的混合制冷剂的制备方法是，将各组元物质按其指定的质量配比在常温下进行物理混合。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明的ODP值为零，GWP较低。表1列出了本发明的各组分的基本参数。
2、本发明具有优良的热力性能：容积制冷量较大，冷凝压力适中。
3、热力性能与HCFC-22比较接近。本发明的容积制冷量与HCFC-22非常接近，冷凝压力低于R410A，可将本发明直接充灌于现有使用HCFC-22的制冷、空调或热泵机组；在替代HCFC-22时无需重新设计系统的部件和管路，符合HCFC-22替代的长远发展要求。
总之，本发明提供的混合制冷剂，是为满足制冷、空调或热泵用制冷剂的替代而研制的，尤其是可以用于现有HCFC-22系统替代HCFC-22，并符合环境保护的要求。
表1制冷剂所含组分的基本参数
组分 名称 分子量 标准沸点℃ 临界温度 ℃ 临界压力MPa ODP GWP
HFO-1234yf 2，3，3，3-四氟丙烯 114.04 -29.45 94.7 3.382 0 4
HFO-1234ze（E） trans-1，3，3，3-四氟丙烯 114.04 -18.95 109.37 3.636 0 6
HFC-134a 1，1，1,2-四氟乙烷 102.03 -26.07 101.06 4.059 0 1300
HFC-152a 1，1-二氟乙烷 66.05 -24.02 113.26 4.517 0 120
HFC-32 二氟甲烷 52.02 -51.65 78.11 5.782 0 550
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1：取25%的2，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234yf）、25%的1，1-二氟乙烷（HFC-152a）、50%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取40%的2，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234yf）、20%的1，1-二氟乙烷（HFC-152a）、40%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取50%的2，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234yf）、10%的1，1-二氟乙烷（HFC-152a）、40%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取60%的2，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234yf）、5%的1，1-二氟乙烷（HFC-152a）、35%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取25%的Trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E））、20%的1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a）、55%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取30%的Trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E））、30%的1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a）、40%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取40%的Trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E））、10%的1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a）、50%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取20%的Trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E））、20%的1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a）、60%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取60%的Trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E））、5%的1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a）、35%的二氟甲烷（HFC-32），在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
上述各实施例组分的百分比为基于组合物重量的百分比。
制冷系统的设计工况取为：平均蒸发温度为2℃，平均冷凝温度为60℃，过热度为5℃，过冷度为5℃，根据循环计算，上述实施例的有关参数和循环性能指标如表2所示。表2中还列出了HCFC-22和R410A的相应参数，以供比较。
表2本发明实施例性能
参数与性能 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 R410A HCFC-22
蒸发压力MPa 0.56 0.55 0.6 0.59 0.6 0.51 0.56 0.850 0.531
冷凝压力MPa 2.758 2.682 2.856 2.819 2.957 2.593 2.813 3.834 2.427
压比 4.92 4.87 4.77 4.77 4.94 5.08 5.02 4.51 4.57
制量制冷量KJ/kg 176.88 154.68 139.25 125.66 165.86 151.55 157.27 132.78 139.63
容积制冷量KJ/m3 3087 2912 3016 2865 3284 2806 3027 4169 3067
COP 3.21 3.16 3.08 3.0 3.19 3.19 3.13 3.08 3.53
ODP 0 0 0 0 0 0 0 0 0.055
GWP 306 245.6 234 200.9 564 611.8 407.4 1730 1500
从表2可以看出，本发明的容积制冷量与HCFC-22比较接近，冷凝压力低于HFC-410A，而且本发明的臭氧破坏潜能（ODP）为零，不会破坏大气臭氧层，温室效应潜能（GWP）较低，可以用作HCFC-22以及R410A的替代制冷剂。
制备方法：
本发明提供的混合制冷剂的制备方法，是将2，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234yf）、1，1-二氟乙烷（HFC-152a）和二氟甲烷（HFC-32）；或者trans-1，3，3，3-四氟丙烯（HFO-1234ze（E））、1，1，1,2-四氟乙烷（HFC-134a）和二氟甲烷（HFC-32）按其指定的质量配比在常温下进行物理混合。

Claims (1)

1.一种绿色混合制冷剂，其特征在于：它包括：
（1）2，3，3，3-四氟丙烯或trans-1，3，3，3-四氟丙烯，其量为基于组合物重量的20%～60%；
（2）1，1-二氟乙烷或1，1，1,2-四氟乙烷，其量为基于组合物重量的5%～30%；
（3）二氟甲烷，其量为基于组合物重量的35%～60%。
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