CN103571437B

CN103571437B - 一种含氨的混合制冷剂

Info

Publication number: CN103571437B
Application number: CN201310625161.5A
Authority: CN
Inventors: 吴剑峰; 董学强; 公茂琼; 刘加永
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: CN103571437A

Abstract

一种含氨混合制冷剂，其由组份1、组份2和组分3经物理混合制成：组份1为氨，含量为3-90wt%；组份2为乙烷、丙烷，丙烯、异丁烷、丁烷、1-丁烯、异丁烯中的一种、两种或多种，含量为5-80wt%；组分3为三氟碘甲烷、二氟甲烷、1,1-二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1，2，2-四氟乙烷、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、反-1，3，3，3-四氟丙烯、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷和1，1，2，2，3-五氟丙烷中的一种、两种或多种，含量为1-75wt%；该制冷剂与润滑油具有良好互溶性，可燃性和毒性低，可替代纯氨制冷剂，简化现有氨制冷系统结构，降低成本，提高经济性。

Description

一种含氨的混合制冷剂

技术领域

本发明属于制冷与低温技术领域，涉及其所使用的制冷剂，特别涉及一种含自然工质氨的混合制冷剂。

背景技术

制冷技术在人们的日常生活、工业领域技术进步及国防建设中起着越来越重要的作用。传统的氯氟烃（CFCs）和氢氯氟烃（HCFCs）制冷剂由于对臭氧层的破坏而被禁止或限制使用，作为替代工质的氢氟烃（HFCs）和烃（HCs）类制冷剂又分别存在着温室效应和强可燃性问题，制冷剂已成为制约行业发展的瓶颈问题。因此，开发新型环保、高效的绿色制冷剂，对于减少温室气体排放、节能减排、并形成我国在制冷领域的自主知识产权具有重要意义。

氨(Ammonia,NH₃)是一种常见的廉价天然制冷剂（R717），已有100余年的使用历史，其消耗臭氧潜能值（ODP）为0、全球温室效应潜值（GWP）为0；与同样是天然工质的HCs相比，具有更小的GWP值和更低的可燃性；单位容积制冷量较大，黏度较小，相同蒸发温度和冷凝温度的情况下，氨系统的能效比要高于采用其他工质系统的能效比；由于氨具有强烈的刺激性气味，系统出现泄露时很容易发现，且氨的密度小于空气，很容易通过通风的方式加以排除；氨制冷剂能与水以任何比例互溶，形成氨水溶液，所以在系统出现紧急情况时，可以用水吸收氨，以减少事故的发生。由于上述诸多优点，氨作为制冷剂在冷冻、冷藏等大型系统中占有较大的比例（我国为90%，美国为80%，即便是在氨制冷剂使用管制最严的日本，这个比率也达到20%），在其他制冷系统中也有巨大的发展潜力。

但是氨制冷剂也存在一些问题，其具有一定的可燃性和毒性；与普通矿物基润滑油和PAO润滑油不相容，这严重限制了氨在中小型制冷系统中的应用。在氨制冷系统中，为了避免润滑油在换热器的管道上沉积形成油膜而增大换热热阻、减少有效换热、降低换热器效率，氨制冷系统一般都必须配有高效油分离器、集油器等设备，使氨系统的油路系统非常复杂、机组自动控制非常困难。

针对上述问题，本发明提供了一种含氨混合制冷剂。该制冷剂除了含有氨，还含有一定的烃类（HCs）及氢氟烃类（HFCs）物质。一方面，HCs与润滑油有良好的互溶性，且同为自然工质，将其加入氨中组成混合工质可以改善氨系统内制冷剂与润滑油的互溶性，简化油分系统，降低系统成本，提高经济性；含多个氟原子的HFCs一般不可燃且具有抑燃作用，向氨和HCs混合体系中加入少量HFCs组成新的混合工质可以改善其可燃性，同时不会造成其全球变暖潜值的显著升高；氨制冷剂中加入HCs及HFCs还可以降低其毒性，扩展其适用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氨混合制冷剂，通过HCs及HFCs的加入，改善氨制冷剂与润滑油的互溶性，降低其可燃性和毒性，以扩展氨制冷机的适用范围，简化现有氨制冷系统的结构，降低系统成本，提高经济性。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的含氨混合制冷剂，其由下述经过物理混合的组份1、组份2和组分3组成：所述组份1为氨；

所述组份2为乙烷、丙烷，丙烯、异丁烷、丁烷、1-丁烯、异丁烯中的一种、两种或多种；

所述组分3为三氟碘甲烷、二氟甲烷、1,1-二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1，2，2-四氟乙烷、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、反-1，3，3，3-四氟丙烯、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷和1，1，2，2，3-五氟丙烷中的一种、两种或多种；

在所述含氨混合制冷剂中，所述组份1含量为3-90wt%，所述组份2含量为5-80wt%，所述组份3含量为1-75wt%。

在所述的含氨混合制冷剂中，所述组份1较佳含量为20-90wt%，所述组份2较佳含量为5-70wt%，所述组份3较佳含量为3-60wt%；为

在所述的含氨混合制冷剂中，所述组份1更佳含量为30-70wt%，所述组份2更佳含量为20-60wt%，所述组份3更佳含量为5-50wt%。

本发明提供的含氨混合制冷剂可以替代大中型制冷系统中的纯氨制冷剂，也可以应用于中小型制冷系统，与纯氨相比具有以下优点：毒性低；可燃性低，安全性高；混合制冷剂与润滑油具有良好的互溶性，简化了油分系统，降低了系统成本，提高了系统经济性；混合制冷剂应用范围更加广泛。

具体实施方式：

实施例1：

取氨、乙烷、丙烷、丙烯和1，1，1，2-四氟乙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为90wt%，乙烷浓度为1wt%，丙烷浓度为2wt%，丙烯浓度为2wt%，1，1，1，2-四氟乙烷浓度为5wt%。

实施例2：

取氨、丙烷和1，1，2，2-四氟乙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为3wt%，丙烷浓度为80wt%，1，1，2，2-四氟乙烷浓度为17wt%。

实施例3：

取氨、丙烯和反-1，3，3，3-四氟丙烯在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为15wt%，丙烯浓度为10wt%，反-1，3，3，3-四氟丙烯浓度为75wt%。

实施例4：

取氨、异丁烷和三氟碘甲烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为70wt%，异丁烷浓度为29wt%，三氟碘甲烷浓度为1wt%。

实施例5：

取氨、丁烷和1，1，1，2-四氟乙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为60wt%，丁烷浓度为20wt%，1，1，1，2-四氟乙烷浓度为20wt%。

实施例6：

取氨、1-丁烯、二氟甲烷和反-1，3，3，3-四氟丙烯在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为50wt%，丁烯浓度为15wt%，二氟甲烷浓度为20wt%，反-1，3，3，3-四氟丙烯浓度为15wt%。

实施例7：

取氨、丙烷、1,1-二氟乙烷和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为30wt%，丙烷浓度为20wt%，1,1二氟乙烷浓度为40wt%，1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷浓度为10wt%。

实施例8：

取氨、丙烷和1，1，1，3，3，3-六氟丙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为40wt%，丙烷浓度为50wt%，1，1，1，3，3，3-六氟丙烷浓度为10wt%。

实施例9：

取氨、异丁烯、丙烯和1，1，1，2，3，3-六氟丙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为60wt%，异丁烯浓度为10wt%，丙烯浓度为20wt%，1，1，1，2，3，3-六氟丙烷浓度为10wt%。

实施例10：

取氨、丙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为45wt%，丙烷浓度为40wt%，1，1，1，3，3-五氟丙烷浓度为15wt%。

实施例11：

取氨、丙烯、1，1二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，2，2，3-五氟丙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为40wt%，丙烯浓度为45wt%，1，1二氟乙烷浓度为5wt%，1，1，1，2-四氟乙烷浓度为5wt%，1，1，2，2，3-五氟丙烷浓度为5wt%。

实施例12：

取氨、丙烯、丙烷和1，1，1，2-四氟乙烷在常温下进行物理混合，获得一种安全环保的含氨混合制冷剂，在该含氨混合制冷剂中，氨浓度为30wt%，丙烯浓度为15wt%，丙烷浓度为25wt%，1，1，1，2-四氟乙烷浓度为30wt%。

商用冷库的设计工况取为蒸发温度-15℃，冷凝温度30℃，过冷度5℃，过热度5℃，压缩机等熵效率0.75，根据循环性能计算，上述实施例与纯氨（NH₃）制冷剂的性能对比列于下表中，其中相对COP是NH₃为基准的对比值。

实施例性能计算及与现有制冷剂性能比较结果如下表：

由以上可知，本发明提供的含氨混合制冷剂的绝大部分实施例具有与NH₃相当的冷凝压力、蒸发压力和制冷效率，且压比和排气温度相对于NH₃有较大程度的降低，这有利于压缩机的正常运行；更重要的，本发明提供的含氨混合制冷剂，通过HCs及HFCs的加入，改善了氨制冷剂与润滑油的互溶性，降低了其可燃性和毒性，可简化现有氨制冷系统的结构，降低系统成本，提高经济性。

Claims

1.一种含氨混合制冷剂，其由下述经过物理混合的组份1、组份2和组分3组成：所述组份1为氨；

所述组份2为乙烷、丙烷，丙烯、异丁烷、丁烷、1-丁烯、异丁烯中的一种或多种；

所述组分3为三氟碘甲烷、二氟甲烷、1,1-二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1，2，2-四氟乙烷、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、反-1，3，3，3-四氟丙烯、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷和1，1，2，2，3-五氟丙烷中的一种或多种；

在所述含氨混合制冷剂中，所述组份1含量为3-90wt％，所述组份2含量为5-80wt％，所述组份3含量为1-75wt％。

2.按照权利要求1所述的含氨混合制冷剂，其特征在于：在所述的含氨混合制冷剂中，所述组份1含量为20-90wt％，所述组份2含量为5-70wt％，所述组份3含量为3-60wt％。

3.按照权利要求1所述的一种含氨的混合制冷剂，其特征在于：在所述的含氨混合制冷剂中，所述组份1含量为30-70wt％，所述组份2含量为20-60wt％，所述组份3含量为5-50wt％。