CN104610918A - 适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂 - Google Patents

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陈明锋
田田
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张娜
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Abstract

本发明涉及一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂。制冷剂组分及质量百分数配比为：五氟乙烷：1～29％；丙烷11～79％；氟乙烷：12～78％。制冷剂具有良好的环保性能，消耗臭氧潜能值(ODP)为零，对臭氧层无破坏作用；全球变暖潜势(GWP)小于R502及R404A，可以减缓全球变暖效应；且在满足相同制冷量的同时，大幅减少制冷剂的充灌量；整个系统的性能系数COP均高于R502及R404A，从而提高了能源利用率，减少碳排放量。此外还具有温度滑移小、热力学性能优良以及市场可获得性良好等特点，可以直接充注于原来使用R502及R404A制冷剂的冷冻冷藏系统中，不需要做过多的部件更换，更不需要重注润滑油。

Description

适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂
技术领域
本发明属于冷冻冷藏系统中的制冷剂，具体涉及一种替代R502及R404A的中低温环保型制冷剂。
背景技术
继1997年《京都议定书》之后，2007年9月在《蒙特利尔议定书》中国际社会又进一步达成了加速淘汰全球变暖潜势(GWP)较高的HCFCs类制冷剂的决定。R502是由R22和R115按照48.8:51.2质量分数组成的二元共沸混合物。由于其具有良好的物理、化学和热力学性质，作为性能良好的中低温制冷剂，R502制冷剂常被用于冷冻冷藏系统中，但其消耗臭氧潜能值(ODP)不等于零，对臭氧层具有破坏作用，GWP为5490，有较大的温室效应，属于即将淘汰的制冷剂。R404A作为最常用的R502的替代物，由R125、R143a和R134a按照44：52：4的质量分数组成的三元近共沸混合物制冷剂，其容积制冷量和效率等方面和R502近似；虽然R404A的ODP值为0，但其仍具有较高的GWP值，也属于即将被淘汰的物质。
在冷库、速冻机、冷冻柜等低温制冷设备中，氨作为制冷剂具有许多良好的天然特性，但氨的刺激性臭味、较强的毒性、可燃性及含水后对铜及铜合金的腐蚀作用限制了其应用。而热力学性能较好的R502和R404A等作为R22替代物都具有高的GWP值，不适用于长期的推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷冻冷藏系统中的制冷剂，使其环境特性和循环性能俱佳。在综合考虑替代制冷剂的热力学性能、环境性能以及直接灌注等因素下，本发明提出近共沸三元混合物R125/R290/R161作为R502及R404A的替代物。
适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征在于由R125(五氟乙烷)、R290(丙烷)及R161(氟乙烷)三种组元组成。
本发明的组分及质量百分数配比为：
五氟乙烷：    1～29％；
丙烷：        11～79％；
氟乙烷：      12～78％。
比较优选的质量百分数配比为：
五氟乙烷：    1～24％；
丙烷：        26～72％；
氟乙烷：      20～70％。
最优选的质量百分数配比为：
五氟乙烷：    1～16％；
丙烷：        36～70％；
氟乙烷：      27～63％。
混合的三组元物质质量百分数之和为100％。
本发明所述环保制冷剂的制备方法是，将三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。三种组元的基本物理性质如表1：
表1冷冻冷藏系统的环保制冷剂中所含组元的基本参数
Tb：正常沸点，Tc：临界温度，Pc：临界压力
在冷库试验台上测试了实际工作特性。分别对基于原制冷剂R502以及混合制冷剂R125/R290/R161的冷库系统进行了制冷性能的试验研究。制冷循环性能试验结果表明：冷库系统应用本发明的新型环保制冷剂可获得较高的性能系数。
在冷库降温试验中发现，冬季冷库温度从1℃降到-18.5℃，压缩机以50Hz运行时，使用制冷剂R502和新混合制冷剂系统降温时间分别为74min和40min，节能39.15％；压缩机以40Hz运行时，使用R502和新混合制冷剂系统降温时间分别为94min和52min，节能37.4％。在相同蒸发温度和冷凝温度条件下，新混合制冷剂的蒸发器压力略高于制冷剂R502，压缩机排气温度和冷凝压力非常贴近。
本发明具有以下优点及有益效果：
具有良好的环保性能，消耗臭氧潜能值(ODP)为零，对臭氧层无破坏作用；全球变暖潜势(GWP)小于R502及R404A，可以减缓全球变暖效应；且在满足相同制冷量的同时，可以大幅减少制冷剂的充灌量；整个系统的性能系数COP均高于R502及R404A，从而提高了能源利用率，减少碳排放量。此外还具有温度滑移小、热力学性能优良以及市场可获得性良好等特点，可以直接充注于原来使用R502及R404A制冷剂的冷冻冷藏系统中，不需要做过多的部件更换，更不需要重注润滑油。
具体实施方式
下面以一些具体实施实例对本发明作以详细描述。(注：以下各组分的百分数为质量百分数)
实施例1：取1％R125、72％R290、27％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取1％R125、36％R290、63％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取1％R125、29％R290、70％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取1％R125、21mass％R290、78％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取3％R125、70％R290、27％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取4％R125、79％R290、17％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取7％R125、26％R290、67％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取9％R125、71％R290、20％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取10％R125、78％R290、12％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例10：取16％R125、44％R290、40％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例11：取20％R125、41％R290、39％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例12：取24％R125、40％R290、36％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例13：取27％R125、11％R290、62％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例14：取29％R125、31％R290、40％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
冷冻冷藏系统的设计工况取为：冷凝温度＝43℃；蒸发温度＝-23℃；过热度＝28℃；过冷度＝5℃；压缩机等熵效率为0.8。
理论计算分别使用上述实施实例、R502、R404A制冷剂时的冷冻冷藏系统循环性能参数，根据单位容积制冷量和制冷剂的相对分子量计算相对R502充灌量，上述14个实施例及R404A与R502相对充灌量、ODP、GWP等环境因素比较如下表2所示：
表2本发明14个实施例及R404A与R502环境因素比较
表3比较了系统循环性能参数(蒸发压力、冷凝压力、压比、压缩机排气温度、温度滑移)及相对循环性能参数(相对性能系数COP和相对单位容积制冷量qv)，相对循环性能参数都是指上述实施例及R404A的实际循环性能参数相对R502循环性能参数的比值。
表3本发明14个实施例及R404A与R502热工参数比较
从表2可以看出，上述实施例的臭氧消耗潜能(ODP)均为0，对臭氧层无破坏作用，此点要优于R502。上述实施例的全球变暖潜能(GWP)均低于R502及R404A，只有R502值的0.61％～14.89％，是R404A值的0.88％～21.63％，从而可以减缓全球变暖效应。此外，新制冷剂相对R502充灌量为40.67％～52.33％，而R404A仅为81.37％，从而使用新制冷剂可以大幅减少制冷剂的充灌量。
从表3可以看出，整个系统的性能系数COP相对于R502及R404A得到了提高，新制冷剂的单位容积制冷量大部分高于R502及R404A，说明新制冷剂具有高效节能的优势。由计算结果还能看出，新制冷剂的冷凝压力与R502及R404A的冷凝压力相近，同时实施例1～14中的制冷剂饱和蒸气压与R502及R404A饱和蒸气压也非常贴近，压缩机排气温度也相差不大，这从这些角度证明了采用直接灌注式替代方案的可行性。

Claims (3)

1.一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征是组份及质量百分数配比为：
五氟乙烷：   1～29％；
丙烷：       11～79％；
氟乙烷：     12～78％。
2.根据权利要求1所述的一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征是组份及质量百分数配比为：
五氟乙烷：   1～24％；
丙烷：       26～72％；
氟乙烷：     20～70％。
3.根据权利要求1所述的一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征是组份及质量百分数配比为：
五氟乙烷：   1～16％；
丙烷：       36～70％；
氟乙烷：     27～63％。
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