CN102965081A - 一种制冷剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制冷领域，具体涉及一种制冷剂及其制备方法。一种制冷剂包括：40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷。一种制冷剂的制备方法，包括下列步骤：用清洗试剂清洗压力容器；将所述压力容器抽真空；按重量计，将40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷装入抽真空后的所述压力容器中；进行混合，得到制冷剂；检测所述制冷剂中丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的含量。与现有技术相比，本发明所用的丙烷、异丁烷、丙烯、三氟碘甲烷都是新型的环保制冷剂，不会破坏臭氧层，无温室效应，因而组成的制冷剂是一种新型环保的混合制冷剂。
Description
技术领域
本发明涉及制冷领域，具体涉及一种制冷剂及其制备方法。
背景技术
制冷剂，又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，是利用自身的相变来传递热量，即制冷剂在蒸发器内汽化时吸热，在冷凝器中液化时放热。
到目前为止，已出现的家用、商用的制冷剂主要包括氟利昂类制冷剂和碳氢制冷剂。
氟利昂制冷剂是指氯氟烃类化合物，包括二氟二氯甲烷、三氟一氯甲烷、二氟一氯甲烷等，氟利昂是臭氧层破坏的元凶，由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。氟利昂在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子，科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。其中二氟一氯甲烷由于具有制冷性能，因而在氟利昂的发展后期，应用最广泛、应用时间较长，但由于其对臭氧层的严重破坏，《蒙特利尔议定书》已明确规定，发达国家从1996年1月1日起完全停止二氟一氯甲烷的生产和消费，发展中国家的最后停用日期为2010年1月1日。在这种形势下，各国都开展了氟利昂的替代制冷剂的研究工作。
发明内容
本发明提供的一种制冷剂及其制备方法，可以替代二氟一氯甲烷，避免破坏臭氧层。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制冷剂，按重量计，包括：
40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷。
进一步地，按重量计，包括：
45-90份丙烷、8-15份异丁烷、7-22份丙烯和2-9份三氟碘甲烷。
进一步地，按重量计，包括：
50-85份丙烷、10-13份异丁烷、10-21份丙烯和3-8份三氟碘甲烷。
一种制冷剂的制备方法，包括下列步骤：
用清洗试剂清洗压力容器；
将所述压力容器抽真空；
按重量计，将40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷装入抽真空后的所述压力容器中；
进行混合，得到制冷剂；
检测所述制冷剂中丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的含量。
进一步地，所述用清洗试剂清洗压力容器包括：
将所述清洗试剂用高压泵输入所述压力容器后，搅拌5-20min，再将所述压力容器中的所述清洗试剂抽出；
将所述压力容器中残留的所述清洗试剂蒸发干净。
进一步地，按体积计，所述清洗试剂与所述压力容器的比例为1∶100-3:100。
进一步地，所述清洗试剂为以下中的一种：
液态丙烷、液态异丁烷、液态丙烯和液态三氟碘甲烷。
进一步地，所述对所述压力容器抽真空包括：
将所述压力容器抽真空至所述压力容器中的绝对压力值为0-0.2Pa。
进一步地，所述混合的方法为：
将已装入丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的所述压力容器静置10-60min。
进一步地，所述检测的方法为：
用气相色谱法检测所述制冷剂中丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的含量。
与现有技术相比，本发明提供的一种制冷剂既可以替代现有的二氟一氯甲烷制冷剂，避免了破坏臭氧层，具体原理如下：
丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷都是不含氯原子的化合物，因而不会破坏臭氧层。
上述四种试剂的热力学性质均满足制冷剂的热力学要求，即临界温度较高，因而在常温下极易液化，适合做制冷剂，并且使制冷循环的工作区域远离临界点，制冷循环越接近逆卡诺循环，节流损失小，制冷量高；并且标准沸点较低，因而可以达到的最低制冷温度低；凝固温度低，使得制冷循环的温度范围较广，因而制冷剂适用范围大；临界压力较低，因而液化所需要的压力较低，减轻了压缩机的负荷，既降低了对压缩机的要求，也降低了能耗；并且这四种试剂的临界温度、凝固温度、标准沸点、临界压力与二氟一氯甲烷的相近，因而可以作为替代二氟一氯甲烷的制冷剂，并且不破坏臭氧层。
此外，本发明提供的一种制冷剂及其制备方法还可以达到下列技术效果：
（1）本发明提供的制冷剂不会产生温室效应，温室效应是由人类向大气中排放的温室气体引起的，温室气体是能够强烈吸收这些波长红外线的气体。本发明中所用的丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的伸缩振动和弯曲振动的频率主要在高频率区，即吸收波长较短，对红外线无吸收，因而不是温室气体，不会产生温室效应。
（2）丙烷、异丁烷和丙烯的燃点都较低，是可燃物质，因而安全性差，而三氟碘甲烷是一种极好的灭火剂，灭火效率高，且灭火后不留痕迹，目前已广泛应用于航空、航天等领域，所以加入该试剂后，组成的复合制冷剂燃点升高，不燃，安全性提高。
（3）该制冷剂采用如下的比例，按重量计，包括40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷，可以达到较好的制冷性能和较大的适用范围。
（4）该制冷剂中占主要比例的丙烷、异丁烷和丙烯三种试剂是市场上常见的烃类，生产成本低，因而制成的制冷剂的成本价格低廉，适合推广使用。
（5）该制冷剂的蒸发压力和冷凝压力等工作参数与二氟一氯甲烷接近，因而无须改变目前空调、冰箱等制冷设备的制冷系统，可以直接替代二氟一氯甲烷，因而该制冷剂可以得到更广泛的应用，目前即可以推广使用。
（6）与二氟一氯甲烷相比，本发明的制冷剂单位制冷量提高了60-80％，因而耗能随之降低，例如耗电量降低。
（7）该制冷剂所使用的丙烷、异丁烷、丙烯、三氟碘甲烷都是天然材料，无毒无味，对人体没有伤害。
（8）采用制冷剂配方中的丙烷、异丁烷、丙烯、三氟碘甲烷四种试剂的一种清洗容器，不仅可以去除灰尘等固体杂质，而且避免使用其他溶剂清洗导致制冷剂纯度降低的问题。
（9）与二氟一氯甲烷相比，本发明的制冷剂分子量小，因而流动性好，输送压力低，制冷设备的负荷减小，从而节省电耗，降低设备运行成本。
（10）三氟碘甲烷具有油溶性和材料相容性很好的优点，因而用于制冷设备，可以与其中的润滑油很好的相容，因而流动性较好，制冷效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例一提供的一种制冷剂的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
本发明的实施例一提供了一种制冷剂，按重量计，包括：
40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷。
本实施例还提供了该制冷剂的制备方法，如图1所示，包括下列步骤：
步骤101：用清洗试剂清洗压力容器；
步骤102：将所述压力容器抽真空；
步骤103：按重量计，将40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷装入抽真空后的所述压力容器中；
步骤104：进行混合，得到制冷剂；
步骤105：检测所述制冷剂中丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的含量。
本实施例提供的制冷剂具有环保、节能、安全、价廉的优点，因而应用范围较广，具体如下：
（1）该制冷剂中包含的丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷四种试剂的热力学性质如表1所示，均满足制冷剂的热力学要求，即临界温度较高，因而在常温下极易液化，适合做制冷剂，并且使制冷循环的工作区域远离临界点，制冷循环越接近逆卡诺循环，节流损失小，制冷量高；并且标准沸点较低，因而可以达到的最低制冷温度低；凝固温度低，使得制冷循环的温度范围较广，因而制冷剂适用范围大；临界压力较低，因而液化所需要的压力较低，减轻了压缩机的负荷，既降低了对压缩机的要求，也降低了能耗；并且这四种试剂的临界温度、凝固温度、标准沸点、临界压力与二氟一氯甲烷的相近，因而可以作为替代二氟一氯甲烷的制冷剂。
（2）丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷都是不含氯原子的化合物，因而不会破坏臭氧层，满足环保要求，因而成为替代现有的二氟一氯甲烷制冷剂的较佳选择。
（3）该制冷剂不会产生温室效应。温室效应是由人类向大气中排放的温室气体引起的，温室气体是指大气中那些强烈吸收地面和空气放出的长波辐射，对地表有一种遮挡作用的气体，长波辐射主要指波长范围在3-120um的红外线。由此可见，温室气体是能够强烈吸收这些波长红外线的气体。而气体的红外吸收与分子的不对称伸缩振动或弯曲振动有关，只有红外线的频率与分子的振动频率相同时，才会被分子吸收。本发明中所用的丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的伸缩振动和弯曲振动的频率主要在高频率区，即吸收波长较短，对3-120um的红外线无吸收，因而不是温室气体，不会产生温室效应。
（4）丙烷、异丁烷和丙烯的燃点都较低，是可燃物质，因而安全性差，而三氟碘甲烷是一种极好的灭火剂，灭火效率高，且灭火后不留痕迹，目前已广泛应用于航空、航天等领域，所以加入该试剂后，组成的复合制冷剂燃点升高，不燃，安全性提高。
（5）该制冷剂采用如下的比例，按重量计，包括40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷，可以达到较好的制冷性能和较大的适用范围，具体原理如下：
由于异丁烷的临界温度较高，因而其比例偏高时，会蒸发不充分，从而影响制冷效率，同时由于其临界压力相对较低，因而异丁烷比例偏低时，其它成分随之升高，系统的蒸发压力随之升高，增加了压缩机的负荷，使能耗增加，同时减少了制冷设备中压缩机的使用寿命。
由于丙烯的蒸发压力和冷凝压力都较高，所以丙烯比例偏高时，混合制冷剂的蒸发压力会偏高，从而导致异丁烷不能充分蒸发，影响制冷效果，并且混合制冷剂的冷凝压力也会升高，从而增加压缩机的负荷，使能耗增加；而比例偏低时，丙烯的最低制冷温度较高。
由于三氟碘甲烷的凝固温度和标准沸点都较高，因而其比例偏高时，并不能增加制冷效果，并且由于其生产成本较高，所以反而导致混合制冷剂的成本增加；而其比例偏低时，起不到阻燃作用。
由于丙烷的热交换效率相对较低，因而丙烷的比例偏高时，得到的制冷剂的制冷量较低；丙烷的比例偏低时，会导致其他成分的比例偏高，导致上述的不利效果。
由此可见，混合制冷剂中四种试剂的选用比例是影响制冷剂的制冷性能的主要因素。此外，本实施例提供的制冷剂中四种试剂可以采用其比例范围内的任意比例。
（6）该制冷剂中占主要比例的丙烷、异丁烷和丙烯三种试剂是市场上常见的烃类，生产成本低，因而制成的制冷剂的成本价格低廉，适合推广使用。
（7）该制冷剂的蒸发压力和冷凝压力等工作参数与二氟一氯甲烷接近，因而无须改变目前空调、冰箱等制冷设备的制冷系统，可以直接替代二氟一氯甲烷，因而该制冷剂可以得到更广泛的应用，目前即可以推广使用。
（8）制冷量是评价制冷剂制冷性能的一个重要参数，它是指制冷剂进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和。与二氟一氯甲烷相比，本发明的制冷剂单位制冷量提高了60-80%，因而耗能随之降低，例如耗电量降低。
（9）该制冷剂所使用的丙烷、异丁烷、丙烯、三氟碘甲烷都是天然材料，无毒无味，对人体没有伤害。
（10）采用制冷剂配方中的丙烷、异丁烷、丙烯、三氟碘甲烷四种试剂的一种清洗容器，不仅可以去除灰尘等固体杂质，而且避免使用其他溶剂清洗导致制冷剂纯度降低的问题。
（11）与二氟一氯甲烷相比，本发明的制冷剂分子量小，因而流动性好，输送压力低，制冷设备的负荷减小，从而节省电耗，降低设备运行成本。
（12）三氟碘甲烷具有油溶性和材料相容性很好的优点，因而用于制冷设备，可以与其中的润滑油很好的相容，因而流动性较好，制冷效果好。
表1制冷剂中四种试剂和二氟一氯甲烷的热力学性质表
上述实施例提供的制冷剂的制备方法中，步骤101可以采用任意方法清洗，优选的，采用下列方法：
将所述清洗试剂用高压泵输入所述压力容器后，搅拌5-20min，再将所述压力容器中的所述清洗试剂抽出；
将所述压力容器中残留的所述清洗试剂蒸发干净。
所述清洗试剂可以采用液态丙烷、液态异丁烷、液态丙烯、液态三氟碘甲烷中的任意一种，这四种试剂均被包含在制冷剂配方中，因而不仅可以去除灰尘等固体杂质，而且避免使用其他溶剂清洗导致制冷剂纯度降低的问题。此外，清洗试剂的加入量，较佳的为，按体积计，所述清洗试剂与所述压力容器的比例为1:100-3:100。
步骤102中的抽真空，使所述压力容器中的绝对压力值达到0-0.2Pa，在此条件下，制备的制冷剂纯度较高。
步骤104中，混合方法可以采用如下方式：将已装入丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的所述压力容器静置10-60min。该方法的原理为气体分子扩散运动较快，容器在静置过程中，通过分子扩散运动，四种试剂即可混合均匀。
步骤105中，可以采用任意方法检测四种试剂的含量，优选的采用气相色谱法，因为这种气体均为常温下的有机气体，采用气相色谱法检测精确度高。此外，根据测出的含量与实际要求的对比，可以检验产品是否合格。
为了进一步改进制冷剂的性能，本发明的实施例二提供了另一种制冷剂，按重量份计，包括：
丙烷50-85份、异丁烷10-13份、丙烯10-21份和三氟碘甲烷3-8份。
以上制冷剂中，丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷可以采用其重量份数范围内的任意份数，例如丙烷可以为50、67.5、85份，异丁烷可以为10、11.5、13份，丙烯可以为10、15.7、21份，三氟碘甲烷可以为3、5.3、8份。其中，优选地，采用丙烷为67.5份、异丁烷为11.5份、丙烯为15.7份和三氟碘甲烷为5.3份，采用此比例制得的制冷剂节能率较高。
本实施例同样具有实施例一的所有优点，为进一步证明本实施例具有良好的制冷性能，本实施例还提供了试验例：
试验组（包括两组）：
二氟一氯甲烷：以二氟一氯甲烷为制冷剂
本发明：按重量计，丙烷67.5份、异丁烷11.5份、丙烯15.7份和三氟碘甲烷5.3份组成的制冷剂。
试验对象：
约克YSEZEZS45CKE中央空调。
试验方法：
分别将上述两组制冷剂运用于约克YSEZEZS45CKE，并在同样环境中运行3h，此时空调运行趋于稳定，测量各种参数；该空调的标准空调工况为：
蒸发温度：Te=5℃；
冷凝温度：Tc=35℃。
试验结果：
两组试验的参数如表2所示，本发明理论上的节能率可以达到20.56%（用理论消耗功率计算），而实际运行中，空调的耗电量通常用输入功率P表示，输入功率P的计算公式为：
U为电压，I为运行电流，
为功率因数，由于两组试验采用同样的电路系统，因此认为其电压U和功率因数相同，因而本发明的节能率可以用运行电流计算，由表可知，本发明的制冷剂的节能率达到22.15%，与理论值基本一致。此外，与二氟一氯甲烷相比，本发明的单位质量制冷量提高了76.56％，并且本发明的相对分子量也小，因而流动性好。
通过试验例，更进一步证明，本发明提供的制冷剂不仅环保、安全，而且制冷量高、节能，具有广阔的应用前景。
表2二氟一氯甲烷和本发明两组试验的运行参数
最后应说明的是：以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述具体实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式和具体实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种制冷剂，其特征在于，按重量计，包括：
40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷。
2.如权利要求1所述的一种制冷剂，其特征在于，按重量计，包括：
45-90份丙烷、8-15份异丁烷、7-22份丙烯和2-9份三氟碘甲烷。
3.如权利要求2所述的一种制冷剂，其特征在于，按重量计，包括：
50-85份丙烷、10-13份异丁烷、10-21份丙烯和3-8份三氟碘甲烷。
4.一种制冷剂的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
用清洗试剂清洗压力容器；
将所述压力容器抽真空；
按重量计，将40-90份丙烷、6-17份异丁烷、6-24份丙烯和2.5-9.5份三氟碘甲烷装入抽真空后的所述压力容器中；
进行混合，得到制冷剂；
检测所述制冷剂中丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的含量。
5.如权利要求4所述的一种制冷剂的制备方法，其特征在于，所述用清洗试剂清洗压力容器包括：
将所述清洗试剂用高压泵输入所述压力容器后，搅拌5-20min，再将所述压力容器中的所述清洗试剂抽出；
将所述压力容器中残留的所述清洗试剂蒸发干净。
6.如权利要求5所述的一种制冷剂的制备方法，其特征在于，按体积计，所述清洗试剂与所述压力容器的比例为1:100-3:100。
7.如权利要求4所述的一种制冷剂的制备方法，其特征在于，所述清洗试剂为以下中的一种：
液态丙烷、液态异丁烷、液态丙烯和液态三氟碘甲烷。
8.如权利要求4所述的一种制冷剂的制备方法，其特征在于，所述对所述压力容器抽真空包括：
将所述压力容器抽真空至所述压力容器中的绝对压力值为0-0.2Pa。
9.如权利要求4所述的一种制冷剂的制备方法，其特征在于，所述混合的方法为：
将已装入丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的所述压力容器静置10-60min。
10.如权利要求4所述的一种制冷剂的制备方法，其特征在于，所述检测的方法为：
用气相色谱法检测所述制冷剂中丙烷、异丁烷、丙烯和三氟碘甲烷的含量。
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