CN104263324A - 一种替代hcfc-22的混合制冷剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种替代HCFC-22的混合制冷剂及其制备方法和应用，在高温工况下，按质量百分比，该混合制冷剂由76～90％的氟乙烷、1～11％的丙烯和1～23％的丙烷组成，中温工况下由1～92％的氟乙烷、1～52％的丙烯和1～79％的丙烷组成。制备时将氟乙烷、丙烯和丙烷按比例在液态下混合均匀即可。该混合制冷剂ODP＝0，GWP<12，蒸发压力、冷凝压力、压比、标准沸点与HCFC-22相近，滑移温度<3K，循环性能系数、单位质量制冷量、单位容积制冷量、标准容积制冷量优于HCFC-22，单位质量耗功量、排气温度低于HCFC-22，可作为HCFC-22的长期替代物，并能减少充灌量及能耗。

Description

一种替代HCFC-22的混合制冷剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于制冷剂领域，涉及一种替代HCFC-22的混合制冷剂及其制备方法和应用。
背景技术
HCFC-22是现今制冷行业应用最广泛、性能较优良的制冷剂，在空调、化工、船舶等各种场合也得到广泛应用。HCFC-22化学物理性能优良，无毒、不燃、不爆炸，具有良好的使用安全性；热力学性能优秀且与矿物油有很好的互溶性，对金属及非金属材料无腐蚀，但其绝热压缩指数为1.194，压缩终温较高，压缩机在高压下工作要采取冷却措施。HCFC-22的ODP＝0.034，GWP＝1700，排放到大气中会破坏臭氧层及引起温室效应。《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定，HCFC-22是继HCFC-12之后第二批要被淘汰的制冷剂。在《哥本哈根修正案》规定，HCFC-22只能作为过渡工质，发达国家在2020年以前要全部淘汰HCFCs类制冷剂，广大发展中国家到2030年要全部禁用。欧盟国家宣布，将在2015年严禁使用所有的HCFCs类物质，我国作为空调、冰箱的出口大国，也已加快替代HCFCs制冷剂尤其是HCFC-22替代的步伐。
现有的单质制冷剂，其性能都没有全面优于HCFC-22的，所以单质制冷剂无法作为HCFC-22的替代制冷剂。在提出根据优势互补原则使用混合制冷剂替代HCFC-22的理念后，科研人员提出了多种组分和配比的混合物制冷剂。专利申请CN102153992A的《一种可直接充灌替代R22的制冷剂》公布了如下组分和质量百分配比：五氟乙烷，45％～52％；1,1,1,2-四氟乙烷，45％～52％；二甲醚，3％～6％。所得制冷剂替代HCFC-22时可实现直接充灌，且循环性能与HCFC-22相当或略高。
申请专利公开号CN101058717A的《一种混合制冷剂》公布了由五氟乙烷，30％～60％、二氟甲烷，30％～60％、三氟乙烷，1％～10％。这种配比的混合制冷剂和HCFC-22相比具有较低的温室效应值以及能耗值。
申请专利公开号CN1478849的《一种替代HCFC-22的环保型制冷剂》公开了一种三元混合制冷剂，其组分和质量百分配比为：氟乙烷，30％～60％；五氟乙烷，25％～50％；二氟甲烷，5％～35％。所得制冷剂工作压机及压比与HCFC-22相近，可以作为HCFC-22的长期替代物，并且可以减少充灌量。
但目前还没有性能全面优于HCFC-22的混合制冷剂的相关报道，因此开发性能优异的能够替代HCFC-22的新型混合制冷剂仍是目前制冷剂行业的研究重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种替代HCFC-22的混合制冷剂及其制备方法和应用，该混合制冷剂能够在高温工况和中温工况下替代HCFC-22，其性能优良，可作为HCFC-22的长期替代物，并且可以减少制冷剂的充灌量，减少能源消耗。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种替代HCFC-22的混合制冷剂，由氟乙烷、丙烯、丙烷三种组分组成。
在高温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷  76％～90％；
丙烯    1％～11％；
丙烷    1％～23％。
在中温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷  1％～92％；
丙烯    1％～52％；
丙烷    1％～79％。
在高温工况和中温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，85％；丙烯，5％；丙烷，10％。
在高温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，85％；丙烯，10％；丙烷，5％。
在高温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，80％；丙烯，5％；丙烷，15％。
在中温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，90％；丙烯，5％；丙烷，5％；
或者，氟乙烷，10％；丙烯，28％；丙烷，62％。
所述的替代HCFC-22的混合制冷剂的制备方法，将氟乙烷、丙烯和丙烷按照相应的配比在液相状态下物理混合均匀，即得到替代HCFC-22的混合制冷剂。
所述的替代HCFC-22的混合制冷剂作为在高温工况和/或中温工况下替代HCFC-22的制冷剂的应用。
所述的高温工况的蒸发温度为7℃，冷凝温度为55℃，吸气温度为18℃，液体温度为50℃；中温工况的蒸发温度为-7℃，冷凝温度为43℃，吸气温度为18℃，液体温度为38℃。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的替代HCFC-22的混合制冷剂(HFC-161/HC-1270/HC-290)是一种三元混合制冷剂，由氟乙烷(HFC-161)、丙烯(HC-1270)、丙烷(HC-290)三种组分组成，可以在高温工况和中温工况下替代HCFC-22，可作为HCFC-22的长期替代物，并且可以减少制冷剂的充灌量，减少能源消耗。
本发明提供的混合制冷剂与HCFC-22相比，具有以下优点：
(1)环境性能良好，ODP＝0，GWP＜12，环保性能远优于HCFC-22，符合当前保护臭氧层和抑制全球气候变暖并重的绿色环保要求及国际标准对替代制冷剂的要求。
(2)热工参数如蒸发压力、冷凝压力、压比等与HCFC-22很接近，排气温度稍低于HCFC-22，标准沸点稍高于HCFC-22，蒸发温度和蒸发压力下的温度滑移小于3K，属于近共沸制冷剂。
(3)循环性能系数(COP)、单位容积制冷量、标准容积制冷量均稍高于HCFC-22，单位质量耗功量低于HCFC-22，具有降低耗能的效果，单位质量制冷量是HCFC-22的1.7倍多，可以实现充灌量的大幅度降低，具有很大的经济效益。
具体实施方式
本发明提供的替代HCFC-22的混合制冷剂(HFC-161/HC-1270/HC-290)是一种三元混合制冷剂，由氟乙烷(HFC-161)、丙烯(HC-1270)、丙烷(HC-290)三种组分组成，在高温工况下替代HCFC-22时三种组分的质量百分比为：HFC-161，76％～90％；HC-1270，1％～11％；HC-290，1％～23％；在中温工况下替代HCFC-22时三种组分的质量百分比为：HFC-161，1％～92％；HC-1270，1％～52％；HC-290，1％～79％。
在上述范围内，高温工况下最优选的质量百分比为：
(1)HFC-161，85％；HC-1270，5％；HC-290，10％；
(2)HFC-161，85％；HC-1270，10％；HC-290，5％；
(3)HFC-161，80％；HC-1270，5％；HC-290，15％。
中温工况下最优选的质量百分比为：
(1)HFC-161，85％；HC-1270，5％；HC-290，10％；
(2)HFC-161，90％；HC-1270，5％；HC-290，5％；
(3)HFC-161，10％；HC-1270，28％；HC-290，62％。
本发明提供的混合制冷剂(HFC-161/HC-1270/HC-290)的制备方法是将氟乙烷(HFC-161)、丙烯(HC-1270)、丙烷(HC-290)三种组分按照相应的配比在液相状态(常温常压)下进行物理混合即可。
本发明中计算制冷剂替代HCFC-22的工况为高温工况和中温工况，依据为JB/T 7666-1995《制冷和空调设备名义工况一般规定》，其具体参数如表1所示。
表1 高温工况和中温工况的循环参数
表2给出三种组分和HCFC-22的基本物性性质。
表2 HFC-161、HC-1270、HC-290及HCFC-22的基本物理性质
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例只是本发明范围内的推荐配比，而不是本发明的全部配比，对本发明的范围也不构成限制。本发明范围内的所有配比均在本发明的权利要求之内。
实施例1：
一种在高温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，85％；丙烯，5％；丙烷，10％。
高温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按85：5：10的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例2：
一种在高温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，85％；丙烯，10％；丙烷，5％。
高温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按85：10：5的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例3：
一种在高温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，80％；丙烯，5％；丙烷，15％。
高温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按80：5：15的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例4：
一种在中温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，85％；丙烯，5％；丙烷，10％。
中温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按85：5：10的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例5：
一种在中温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，90％；丙烯，5％；丙烷，5％。
中温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按90：5：5的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例6：
一种在中温工况下替代组分组成：氟乙烷，1％；丙烯，20％；丙烷，79％。
中温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按1：20：79的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例11：
一种在中温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，92％；丙烯，5％；丙烷，3％。
中温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按92：5：3的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
实施例12：
一种在中温工况下替代HCFC-22的混合制冷剂，按质量百分比，由以下三种组分组成：氟乙烷，18％；丙烯，52％；丙烷，30％。
中温工况下替代HCFC-22时，将HFC-161、HC-1270、HC-290在液相下按18：52：30的质量百分比进行物理混合，即得到上述混合制冷剂。
根据高温工况和中温工况的循环参数进行循环计算，将实施例1-6的混合制冷剂的的计算结果与HCFC-22对比列于表3中。
表3 实施例1-6的混合制冷剂性能与HCFC-22的比较
注释：带*项为与HCFC-22的比值。
由表3可见，本发明的混合制冷剂的环境性能良好，ODP＝0，GWP值小于12，远低于HCFC-22的GWP值，符合当前保护臭氧层和抑制全球气候变暖并重的环保要求。该混合制冷剂的蒸发压力、冷凝压力、压比等与HCFC-22很接近，排气温度稍低于HCFC-22，标准沸点稍高于HCFC-22，蒸发温度和蒸发压力下的温度滑移小于3K。单位质量耗功量低于HCFC-22，循环性能系数(COP)、单位容积制冷量、标准容积制冷量均稍高于HCFC-22，单位质量制冷量是HCFC-22的1.7倍多。
本发明的混合制冷剂可以实现直接充灌替代，能够在高温工况和中温工况下替代HCFC-22，可以作为HCFC-22的长期替代物，并具有降低耗能、减少制冷剂充灌量的优点。

Claims (10)

1.一种替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：由氟乙烷、丙烯、丙烷三种组分组成。
2.根据权利要求1所述的替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：在高温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷  76％～90％；
丙烯    1％～11％；
丙烷    1％～23％。
3.根据权利要求1所述的替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：在中温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷  1％～92％；
丙烯    1％～52％；
丙烷    1％～79％。
4.根据权利要求1所述的替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：在高温工况和中温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，85％；丙烯，5％；丙烷，10％。
5.根据权利要求1或2所述的替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：在高温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，85％；丙烯，10％；丙烷，5％。
6.根据权利要求1或2所述的替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：在高温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，80％；丙烯，5％；丙烷，15％。
7.根据权利要求1或3所述的替代HCFC-22的混合制冷剂，其特征在于：在中温工况下三种组分的质量百分比为：
氟乙烷，90％；丙烯，5％；丙烷，5％；
或者，氟乙烷，10％；丙烯，28％；丙烷，62％。
8.权利要求1-7中任意一项所述的替代HCFC-22的混合制冷剂的制备方法，其特征在于：将氟乙烷、丙烯和丙烷按照相应的配比在液相状态下物理混合均匀，即得到替代HCFC-22的混合制冷剂。
9.权利要求1-7中任意一项所述的替代HCFC-22的混合制冷剂作为在高温工况和/或中温工况下替代HCFC-22的制冷剂的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的高温工况的蒸发温度为7℃，冷凝温度为55℃，吸气温度为18℃，液体温度为50℃；中温工况的蒸发温度为-7℃，冷凝温度为43℃，吸气温度为18℃，液体温度为38℃。
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