CN102746825A - 含有氟代乙烷的混合工质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了含有氟代乙烷的三种混合工质，分别由R32、R161、R227ea；R32、R161、HFO1234yf；R32、R161、HFO1234ze组成。其中各组分的质量百分比分别为：R32：10~20，R161：50~70，R227ea：20~35；R32：10~20，R161：20~45，HFO1234yf：40~60；R32：10~20，R161：45~65；HFO1234ze：15~35。本发明是含有氟代乙烷的混合工质，用于替代制冷剂R22；可以用于家用空调/热泵等系统中，尤其是应用于热泵系统中；具有安全可靠、制冷效率高、无需更换润滑油、无需改动或更换现有的系统部件和生产线、转轨成本低等特点，并且还具有非常低的GWP值和较低的排气温度。
Description
技术领域
本发明属于混合工质领域，尤其涉及应用于热泵/空调系统中替代R22的环保混合制冷剂。
背景技术
R22属于HCFC类物质，具有不可燃、无毒性、无腐蚀和热力性能优良等特点，从而广泛应用。但R22会破坏臭氧层、具有温室效应，是《蒙特利尔议定书》限定使用的物质。目前使用的制冷剂替代产品主要是R134a、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，能量效率相对较低，滑移温度较大，使用时容易出现组分分离问题，且制冷剂滑移温度大将使蒸发器和冷凝器中工作压力频繁变化，制冷系统不稳定。R410A工作压力高，不能直接用来替代R22，使用时需要重新设计压缩机、换热器、管路和系统；而且具有较高的GWP值，大量排放会加剧全球气候变暖。R134a具有优良的热力学性能及良好的使用安全性，但其GWP仍较高；而且R134a属于HFC类物质，其制冷系统需要使用POE润滑油，R22系统采用的是传统润滑油，因此R134a不适合用于替代R22。
随着温室效应问题的凸显，某些国家和地区已经开始限制高GWP值物质的应用，中长期发展规划中还计划逐步淘汰高、中GWP值物质的应用，鼓励发展低GWP值尤其是极低GWP值物质的应用。因此，低GWP值、高效节能、成本低的制冷剂替代品将是下一步发展和追求的目标。近来提出了各种分子内具有双键的部分氟化的丙烯，其全球变暖潜能值（GWP）低于以往已知的氯氟烃（CFC）、氢氯氟烃（HCFC）、氢氟烃（HFC），故作为制冷剂极有应用前景。
以氟代乙烷作为组分的制冷剂专利的调研结果表明：在专利申请CN1273995A中，公开了一种以R22、氟乙烷和丙烯组成的热泵混合工质；在专利申请CN1789367A中，公开了可含有二氟乙烷与氟乙烷或是丙烯的混合工质；在专利申请CN101157849A中，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工质；在专利申请CN101448912A中，公开了一种以氟乙烷和丙烯组成的混合制冷剂；在专利申请CN1478849A中，公开了以氟乙烷、五氟乙烷和二氟甲烷组成的三元混合工质；在专利申请CN200810082668.X中，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制冷剂；在专利申请US2008029733中，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；在专利申请CN00121158.7中，公开了以丙烷、五氟乙烷和二氟甲烷组成的三元混合工质；在专利申请CN93102698.9中，公开了二氟甲烷、1,1,1,2-四氟乙烷和选自1,1-二氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷、丙烷等组成的混合工质；在专利申请CN91112767.4中，公开了以五氟乙烷、二氟甲烷和四氟乙烷组成的混合工质；在专利申请CN91112768.2中，公开了以五氟乙烷和二氟甲烷组成的二元混合工质；在专利申请US6783691中，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工质；在专利申请US5624596中，公开了以二氟乙烷、五氟乙烷和碳氢化合物组成的混合工质；在专利申请CN101671543.A中，公开了以丙烷和氟乙烷组成的混合工质；在专利申请CN101735774.A中，公开了以氟乙烷和二氟甲烷组成的混合工质，可用于系统中替代R410A；在专利申请CN102229794A中，公开了以氟乙烷和2,3,3,3-四氟丙烯组成的混合工质。这些申请中的混合工质基本都是为了替代R22而研究开发的，但这些混合工质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，或具有较高的GWP值或价格昂贵及替代费用高等问题。从长远来看，这些混合物的应用将会受到极大的限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供3种低GWP、可直接充灌的用于替代R22的含有氟代乙烷的混合工质混合制冷剂，用于家用空调/热泵等系统中，尤其是应用于热泵系统中，具有安全可靠、制冷效率高、无需更换润滑油、无需改动或更换现有的系统部件和生产线、转轨成本低等特点，而且还具有非常低的GWP值和较低的排气温度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
含有氟代乙烷的混合工质，由R32、R161、R227ea组成，其中各组分的质量百分比为：
R32： 10~20，
R161： 50~70，
R227ea： 20~35。
本发明进一步的改进在于——其中各组分的质量百分比为：
R32： 15~20，
R161： 50~65，
R227ea： 20~30。
含有氟代乙烷的混合工质，由R32、R161、HFO1234yf组成，其中各组分的质量百分比为：
R32： 10~20，
R161： 20~45，
HFO1234yf：40~60。
本发明进一步的改进在于——其中各组分的质量百分比为：
R32： 15~20，
R161： 30~45，
HFO1234yf：40~55。
含有氟代乙烷的混合工质，由R32、R161、HFO1234ze组成，其中各组分的质量百分比为：
R32： 10~20，
R161： 45~65，
HFO1234ze：15~35。
本发明进一步的改进在于——其中各组分的质量百分比为：
R32： 15~20，
R161： 50~65，
HFO1234ze：15~35。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明含有氟代乙烷的混合工质混合制冷剂，可以用于家用空调/热泵等系统中，尤其是应用于热泵系统中；具有安全可靠、制冷效率高、无需更换润滑油、无需改动或更换现有的系统部件和生产线、转轨成本低等特点，并且还具有非常低的GWP值和较低的排气温度。
附图说明
图1显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea与R22、R410A变蒸发温度下的滑移温度，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为滑移温度；
图2显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea与R22、R410A变冷凝温度下的滑移温度，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为滑移温度；
图3显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea与R22、R410A变蒸发温度下的单位容积制冷量，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为单位容积制冷量；
图4显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea与R22、R410A变冷凝温度下的单位容积制冷量，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为单位容积制冷量；
图5显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea与R22、R410A变蒸发温度下的性能系数，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为性能系数；
图6显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea与R22、R410A变冷凝温度下的性能系数，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为性能系数；
图7显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf与R22、R410A变蒸发温度下的滑移温度，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为滑移温度；
图8显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf与R22、R410A变冷凝温度下的滑移温度，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为滑移温度；
图9显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf与R22、R410A变蒸发温度下的单位容积制冷量，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为单位容积制冷量；
图10显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf与R22、R410A变冷凝温度下的单位容积制冷量，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为单位容积制冷量；
图11显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf与R22、R410A变蒸发温度下的性能系数，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为性能系数；
图12显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf与R22、R410A变冷凝温度下的性能系数，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为性能系数；
图13显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze与R22、R410A变蒸发温度下的滑移温度，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为滑移温度；
图14显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze与R22、R410A变冷凝温度下的滑移温度，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为滑移温度；
图15显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze与R22、R410A变蒸发温度下的单位容积制冷量，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为单位容积制冷量；
图16显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze与R22、R410A变冷凝温度下的单位容积制冷量，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为单位容积制冷量；
图17显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze与R22、R410A变蒸发温度下的性能系数，其中横坐标为蒸发温度、纵坐标为性能系数；
图18显示了本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze与R22、R410A变冷凝温度下的性能系数，其中横坐标为冷凝温度、纵坐标为性能系数。
具体实施方式
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供3种低GWP、可直接充灌的用于替代R22的含有氟代乙烷的混合工质，用于家用空调/热泵等系统中，尤其是应用于热泵系统中；具有安全可靠、制冷效率高、无需更换润滑油、无需改动或更换现有的系统部件和生产线、转轨成本低等特点，并且还具有非常低的GWP值和较低的排气温度。
（1）本发明一种含有氟代乙烷的混合工质，其由二氟甲烷（R32）、氟代乙烷（R161）、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea)组成，其中各组分如下，均为质量百分比：
R32： 10~20，
R161： 50~70，
R227ea： 20~35。
（2）本发明另一种含有氟代乙烷的混合工质，其由二氟甲烷（R32）、氟代乙烷（R161）、2,3,3,3-四氟丙烯（HFO1234yf）组成，其中各组分如下，均为质量百分比：
R32： 10~20，
R161： 20~45，
HFO1234yf：40~60。
（3）本发明另一种含有氟代乙烷的混合工质，其由二氟甲烷（R32）、氟代乙烷（R161）、1,3,3,3-四氟丙烯(HFO1234ze)组成，其中各组分如下，均为质量百分比：
R32： 10~20，
R161： 45~65，
HFO1234ze：15~35。
以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%，上述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即可。
表1本发明中含有氟代乙烷的混合工质（环保型混合制冷剂）所含组分的基本参数
具体实施方案
实施例1：按质量百分比取10%的R32、55%的R161、35%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：按质量百分比取10%的R32、60%的R161、30%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：按质量百分比取10%的R32、65%的R161、25的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：按质量百分比取10%的R32、70的R161、20%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：按质量百分比取15%的R32、50%的R161、35的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：按质量百分比取15%的R32、55%的R161、30%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：按质量百分比取15%的R32、60%的R161、25%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：按质量百分比取15%的R32、65%的R161、20%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：按质量百分比取20%的R32、50%的R161、30%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例10：按质量百分比取20%的R32、55%的R161、25%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例11：按质量百分比取20%的R32、60%的R161、20%的R227ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例12：按质量百分比取10%的R32、30%的R161、60%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例13：按质量百分比取10%的R32、35%的R161、55%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例14：按质量百分比取10%的R32、40%的R161、50%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例15：按质量百分比取10%的R32、45%的R161、45%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例16：按质量百分比取15%的R32、25%的R161、60%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例17：按质量百分比取15%的R32、30%的R161、55%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例18：按质量百分比取15%的R32、35%的R161、50%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例19：按质量百分比取15%的R32、40%的R161、45%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例20：按质量百分比取15%的R32、45%的R161、40%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例21：按质量百分比取20%的R32、20%的R161、60%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例22：按质量百分比取20%的R32、25%的R161、55%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例23：按质量百分比取20%的R32、30%的R161、50%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例24：按质量百分比取20%的R32、35%的R161、45%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例25：按质量百分比取20%的R32、40%的R161、40%的HFO1234yf，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例26：按质量百分比取10%的R32、55%的R161、35%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例27：按质量百分比取10%的R32、60%的R161、30%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例28：按质量百分比取10%的R32、65%的R161、25%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例29：按质量百分比取15%的R32、50%的R161、35%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例30：按质量百分比取15%的R32、55%的R161、30%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例31：按质量百分比取15%的R32、60%的R161、25%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例32：按质量百分比取15%的R32、65%的R161、20%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例33：按质量百分比取20%的R32、45%的R161、35%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例34：按质量百分比取20%的R32、50%的R161、30%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例35：按质量百分比取20%的R32、55%的R161、25%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例36：按质量百分比取20%的R32、60%的R161、20%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例37：按质量百分比取20%的R32、65%的R161、15%的HFO1234ze，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
以热泵循环为例，在蒸发温度为7.5°C，冷凝温度为52.5°C，蒸发过热度为5°C，冷凝过冷度为5°C及压缩机效率为0.89的工况下，上述实例制冷剂的环境参数、物性参数和热工性能列于表2中，其中GWP、COP和单位容积制冷量均为相对值（制冷剂与R22的比值）。
表2实施例1~37制冷剂的环境参数、物性参数和热工性能
从表2可知，本发明的混合工质环境性能优越，其GWP值小于R22和R410A（本发明的某些组合物的GWP值甚至远远小于R22和R410A）；单位容积制冷量和COP值与R22相当，故非常适合于直接冲灌压缩机；滑移温度较小满足要求；排气温度最低、排气压强也较低，可减少压缩机耗功并对压缩机长期运行有益。
从图1-6可以看出，在所设工况范围内，本发明的特定混合工质R32/R161/R227ea的性能与R22、R410A变化趋势一致。单位容积制冷量、COP随冷凝温度的增高而同比降低、随蒸发温度的增高而同比升高；滑移温度随冷凝温度变化不是很明显，而蒸发温度变化的结果相类似。从图7-12可以看出，在所设工况范围内，本发明的特定混合工质R32/R161/R1234yf的性能与R22、R410A变化趋势一致。单位容积制冷量、COP随冷凝温度的增高而同比降低、随蒸发温度的增高而同比升高；滑移温度随冷凝温度变化不是很明显，而蒸发温度变化的结果相类似。从图13-18可以看出，在所设工况范围内，本发明的特定混合工质R32/R161/R1234ze的性能与R22、R410A变化趋势一致。单位容积制冷量、COP随冷凝温度的增高而同比降低、随蒸发温度的增高而同比升高；滑移温度随冷凝温度变化不是很明显，而蒸发温度变化的结果相类似。
Claims (6)
1.含有氟代乙烷的混合工质，其特征在于，由R32、R161、R227ea组成，其中各组分的质量百分比为：
R32： 10~20，
R161： 50~70，
R227ea：20~35。
2.根据权利要求1所述的含有氟代乙烷的混合工质，其特征在于，其中各组分的质量百分比为：
R32： 15~20，
R161： 50~65，
R227ea：20~30。
3.含有氟代乙烷的混合工质，其特征在于，由R32、R161、HFO1234yf组成，其中各组分的质量百分比为：
R32： 10~20，
R161： 20~45，
HFO1234yf：40~60。
4.根据权利要求3所述的含有氟代乙烷的混合工质，其特征在于，其中各组分的质量百分比为：
R32： 15~20，
R161： 30~45，
HFO1234yf：40~55。
5.含有氟代乙烷的混合工质，其特征在于，由R32、R161、HFO1234ze组成，其中各组分的质量百分比为：
R32： 10~20，
R161： 45~65，
HFO1234ze：15~35。
6.根据权利要求5所述的含有氟代乙烷的混合工质，其特征在于，其中各组分的质量百分比为：
R32： 15~20，
R161： 50~65，
HFO1234ze：15~35。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20121024 |