CN103820082A - 一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂 - Google Patents
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Abstract
一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（R1234yf）、氟乙烷（R161）、丙烷（R290）和丙烯（R1270）组成。该制冷剂的环境性能优良，不破坏臭氧层（ODP＝0），温室效应极小（GWP≤13.6），且与现有的R22替代物如R410A和R407C相比具有优点为：1）热工性能良好，工作时压力、压比适中；2）与已有R22超低温制冷系统中使用的矿物油、烷基苯润滑油相溶；3）相同工况下与制冷剂R22具有相当的压力。在现有R22超低温制冷系统中使用该新型环保制冷剂时，不需要改动现有设备中的主要部件，可以直接充注，是可以长期替代制冷剂R22的环保型制冷剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，尤其是可替代现有超低温制冷系统中的制冷剂R22并可长期使用的环保制冷剂。
背景技术
目前在我国国内，大量的超低温制冷系统（如冷库，远洋渔船冷冻间等）中一直使用的制冷剂是R22，它是一种含氢氯氟烃类（HCFCs）制冷剂。早在1974年，科学家研究发现氢氯氟烃类（HCFCs）物质对大气层臭氧层具有破坏作用，且具有温室效应。为此，国际上已决定发达国家从2020年禁止在新设备上使用氢氯氟烃类（HCFCs）物质，发展中国家从2040年起禁止使用。我国作为R22最大的生产国与使用国，研制新型环保制冷剂具有重要意义。
近年来，作为R22的替代工质研究比较成熟的都是两元或三元混合工质，其中研究相对成熟的是R410A和R407C，R410A由两种准共沸的混合物R32和R125各50%组成，R407C是由HFC-32（24±2%）、HFC-125（26±2%）、HFC-134a（50±2%）组成。这些替代物各有优缺点，如R410A的热工性能较好，但其排气压力比R22高50%～60%，使用时需提高压缩机运动部件的耐磨性和系统管路的强度；R407C的热工性能稍差并且是非共沸混合物，但对于已有R22制冷系统，R407C可以直接充注使用。
从环保性能方面考虑，虽然R410A与R407C的ODP值为0，但它们的GWP值都很高（近2000），这两组混合制冷剂并不能满足抑制全球变暖的要求；从制冷循环性能方面来看，替代制冷剂R407C的热工性能较差；从设备投资方面来看，替代制冷剂R410A的使用伴随着压缩机的更新换代，从系统运行方面来看，替代制冷剂R410A与R407C与原R22系统中使用的矿物油并不相溶，使用时必须更换原R22系统使用的润滑油，改用强吸水性、弱稳定性的酯类润滑油。因此，它们并不是理想的用于长期替代R22的工质。
发明内容
针对上述系统使用替代制冷剂的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，以替代目前使用的R22制冷剂的新型环保混合制冷剂。
本发明是一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，可以长期替代制冷剂R22。该制冷剂不破坏臭氧层（ODP=0），温室效应极低（GWP<13.6），是环保型制冷剂；其热工性能较好，工作压力与原R22系统相当，使用时不需要改动已有R22制冷系统中主要的设备和使用的矿物油或烷基苯润滑油，可以直接充注使用。
ODP为ozone depression potential，消耗臭氧潜能值。GWP为Global Warming Potential，全球变暖潜能值。
为实现发明目的，本发明公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，制冷剂是由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（R1234yf），氟乙烷（R161）和丙烷（R290）以及丙烯（R1270）组成；其制备方法是各组分在常温下进行液相物理混合；制冷剂各组分制冷剂的ODP值均为0，GWP值均不大于20，其质量百分比为：R1234yf：40-60%， R161：0-55%， R290：0-35%，R1270：0-30%。
本发明是公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特点是，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（分子式：CF2=CFCF3制冷剂符号：R1234yf）和氟乙烷（分子式：CH3CH2F制冷剂符号：R161）组成，其组分含量（质量百分比）为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：45~60%，氟乙烷：55~40%。
本发明是公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特点是，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（分子式：CF2=CFCF3制冷剂符号：R1234yf）和氟乙烷（分子式：CH3CH2F制冷剂符号：R161）组成，其组分含量（质量百分比）为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：60%，氟乙烷：40%。
本发明是公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特点是，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（分子式：CF2=CFCF3制冷剂符号：R1234yf）和氟乙烷（分子式：CH3CH2F制冷剂符号：R161）、丙烷组成，其组分含量（质量百分比）为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：45%，氟乙烷：20~30%，丙烷：35~25%。
本发明是公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特点是，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（分子式：CF2=CFCF3制冷剂符号：R1234yf）和氟乙烷（分子式：CH3CH2F制冷剂符号：R161）、丙烷组成，其组分含量（质量百分比）为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：45%，氟乙烷：20%，丙烷：35%。
本发明是公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特点是，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（分子式：CF2=CFCF3制冷剂符号：R1234yf）和丙烷（分子式：CH3CH2CH3制冷剂符号：R290）、丙烯（分子式：CH2=CHCH3制冷剂符号：R1270）组成，其组分含量（质量百分比）为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：40~45%，丙烷：3为本发明是公开一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特点是，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯（分子式：CF2=CFCF3制冷剂符号：R1234yf）和丙烷（分子式：CH3CH2CH3制冷剂符号：R290）、丙烯（分子式：CH2=CHCH3制冷剂符号：R1270）组成，其组分含量（质量百分比）为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：40%，丙烷：30%，丙烯：30%。
本发明提供的上述环保型制冷剂，其制备方法是将上述各组分的物质按其相应的配比在液相下进行物理混合。
上述组分中的R1234yf分子量为95.04，标准沸点为-29℃，临界温度为95℃；R161分子量为48.1，标准沸点为-37.7℃，闪点温度为91℃，临界压力为5.03 MPa；R290分子量为44.09，标准沸点为-42.09℃，临界温度为96.8℃，临界压力为4.25MPa；R1270分子量为42.08，标准沸点为-47.72℃，临界温度为364.75℃，临界压力为4.55 Mpa。
本发明所公开的新型混合制冷剂与现有制冷剂相比，其环保性能优越，长期使用造成的温室效应（GWP≤13.6）极小，可以长期使用；另外其热工性能与热工参数优良，使其不需要改动已有的R22制冷系统设备及R22系统使用的矿物油或烷基苯润滑油，可用于直接充注，保证了制冷剂替代的经济效益。
附图说明
图1：制冷剂热工参数及循环性能参数
图中，COP*表示制冷剂的COP与R22的COP的比值；Qv*表示制冷剂的Qv与R22的Qv的比值。从图中可以看出：1）这7个实施例的环境性能ODP和GWP均比R22要好，而且其GWP（≤13.6）值也比现有的两种替代物R410A（1800）和R407C（1700）要小很多，是符合未来发展趋势的环境友好型的替代R22的制冷剂。2）这7个实施例的蒸发压力略高于R22，冷凝压力与R22相当且均低于R410A、R407C，在现有R22系统中使用时无须更换系统中主要的设备，且所述实施例的压力比均低于R22。3）这7个实施例的性能系数（COP）比原来的R22系统系数要高，与现有替代制冷剂R410A、R407C系统的性能相当，体现了所述实施例的优良热工参数性能。4）这7个实施例的容积制冷量比R22、R407C要大，介于R22与R410A之间，作为R22的长期替代工质可以相应减小气缸容积和压缩机容积。5）该种新型混合制冷剂所包含的丙烷、丙烯、1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和氟乙烷均与现有系统中的矿物油或烷基苯润滑油相溶，使得该种混合制冷剂也溶于矿物油和烷基苯润滑油。 6）此外，R1234yf制冷剂（1,1,2,3,3,3—六氟丙烯：分子式：CF2=CFCF3）是无色无臭不可燃气体，在该新型混合制冷剂的混合过程中可以起到一定的阻燃作用，降低了新型混合制冷剂使用的危险性。
具体实施方式
下面按照本发明的技术方案，并给出实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点的理解，需要说明的是，这些实施例只是本发明的一些例子，本发明不局限于这些实施例。
实施例1：将45%的R1234yf和55%的R161（质量百分比）在液相下进行物理混合。
实施例2：将50%的R1234yf和50%的R161（质量百分比）在液相下进行物理混合。
实施例3：将60%的R1234yf和40%的R161（质量百分比）在液相下进行物理混合。
实施例4：将45%的R1234yf、30%的R161和25%的R290（质量百分比）在液相下进行物理混合。
实施例5：将45%的R1234yf、20%的R161和35%的R290（质量百分比）在液相下进行物理混合。
实施例6：将45%的R1234yf、35%的R290和 20%的R1270（质量百分比）在液相下进行物理混合。
实施例7：将40%的R1234yf、30%的R290和30%R1270（质量百分比）在液相下进行物理混合。
在低温设计工况（蒸发温度t0=-40℃，吸气温度t1=℃，冷凝温度tk=40℃，过冷温度ts=0℃）下按照理论循环的性能进行计算，将上述有代表性的制冷剂即实施例1~7的热工性能及循环性能列于图1中。COP为Coefficient Of Performance，制冷系统的性能系数。Qv为单位容积制冷量。
通过上述实施例可以看出，从冷凝压力，压力比、容积制冷量和COP这四个方面考虑，所选的七组新型混合工质作为R22的替代工质都比R410A、R407C要具有优势，在排气温度方面，所述实施例介于R407C与R22之间，只有实施例5的排气温度略高于R22，其余实施例的排气温度均低于R22。
Claims (8)
1.一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于：制冷剂是由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯，即R1234yf，氟乙烷，即R161，丙烷，即R290以及丙烯，即R1270组成；其制备方法是各组分在常温下进行液相物理混合；制冷剂各组分制冷剂的ODP值均为0，GWP值均不大于20，其质量百分比为：R1234yf：40-60%， R161：0-55%， R290：0-35%，R1270：0-30%。
2.根据权利要求1所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和氟乙烷组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯45~60%，氟乙烷55~40%。
3.根据权利要求1所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和氟乙烷组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯45%，氟乙烷55%。
4.根据权利要求3所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和氟乙烷组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯60%，氟乙烷40%。
5.根据权利要求1所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和氟乙烷、丙烷组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯45%，氟乙烷20~30%，丙烷35~25%。
6.根据权利要求5所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和氟乙烷、丙烷组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯45%，氟乙烷20%，丙烷35%。
7.根据权利要求1所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和丙烷、丙烯组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯40~45%，丙烷30~35%，丙烯30~20%。
8.根据权利要求7所述的一种用于超低温制冷系统的环保制冷剂，其特征在于，该制冷剂1,1,2,3,3,3—六氟丙烯和丙烷、丙烯组成，其质量百分比为：1,1,2,3,3,3—六氟丙烯40%，丙烷30%，丙烯30%。
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