CN104946206B - 含二氟甲烷和三氟二氯乙烷的二元非共沸混合制冷剂 - Google Patents
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Abstract
含二氟甲烷和三氟二氯乙烷的二元非共沸混合制冷剂,属于制冷剂技术领域。由二氟甲烷(R32)和三氟二氯乙烷(R123)组成。本发明的非共沸制冷剂具有良好的热工性能、较优越的环保性能、较高的安全性和市场可获得性。同时该混合工质与原系统具有较好的兼容性,能有效提高系统的循环性能,因此具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明属于制冷剂技术领域,具体是涉及由R32和R123混合构成的具有优良热物理性质的二元非共沸混合制冷剂,其用于制冷装置(家用/商用空调、热泵、离心式机组等)。
背景技术
目前,国际上作为R22的替代产品有R410A、R407C、R32。R410A的GWP值较高(为2100),根据美国环保局SNAP计划对温室气体的减排态度,替代品CO2排放当量的减排比例应在50%以上。因此,限制了R410A在家用空调市场上的推广应用。同时,虽然R407C在替代R22时无须对现有制冷空调系统作大的改动,但是R407C的传热性能差,在名义工况下单位容积制冷量和性能系数COP都比R22低5%,因此近年来R407C渐渐在替代R22的工作中淡出了人们的视线。R32具有良好的热工性能、较优越的环保性能、较高的安全性和市场可获得性,而引起了行业的高度关注,成为HCFCs替代的焦点,但直接充注R32制冷剂会导致压缩机排气温度过高,因而限制了R32单工质在家用/商用空调中的使用。鉴于混合工质理论,寻找一种工质与R32混合,既能降低R32的排气温度,又能降低GWP值。
R123的ODP为0.012,GWP为120,且具有良好的综合性能,因此现在包括美国在内的发达国家和绝大多数发展中国家,仍然有用于新空调设备的初装或旧设备上的再添加;中国目前对于R123制冷剂的生产、初装、以及再添加没有限制。R123制冷剂良好的综合性能使之成为在大型中央空调(离心式冷水机组)中成为一氟三氯甲烷(R11)制冷剂的最有效和安全的替代制冷剂。很多学者认为与其淘汰R123,不如设法提高离心式机组的效率。
经过对现有文献的检索发现,中国专利公开号为CN102757765A的专利,在R32中加入适量的四氢噻吩,作为警觉气体,当空调器发生制冷剂泄漏时,可以使用户及时感知,以采取相应的措施,并降低泄漏时发生爆炸的危险性。但发生泄漏具有不确定性,且在室外机(高压侧)发生泄漏的概率要远远高于室内侧,通过在室内出风口来感知泄漏显得不太合理。相关文献已经证明了R32在使用安全上完全满足家用空调的使用条件。加入的四氢噻吩只作为警觉气体,降低了R32的比例,因此会影响空调器的性能。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种新型二元非共沸混合制冷剂,基于混合工质原理,来改善空调/热泵系统中R32排气温度过高,降低混合GWP值,提高循环性能;同时提高离心式机组的效率。
本发明提供了一种二元非共沸混合制冷剂,由二氟甲烷(R32)和三氟二氯乙烷(R123)组成。二氟甲烷(R32)和三氟二氯乙烷(R123)在液相状态下物理混合。
R32和R123在不同压力下的温度滑移图见图1。
优选:其中R32的质量百分比为60~99.9%,R123的质量百分比为0.1~40%,按此比例配比的制冷剂,可以适当降低压缩机的排气温度,并降低混合GWP值。
或R32的质量百分比为0.1~20%,R123的质量百分比为80~99.9%,按此比例配比的制冷剂,可以有效提高离心式机组的效率。
进一步优选:R32的质量百分比为89~97%,R123的质量分数为3%~11%。
更优选的,R32的质量百分比为94~97%,R123的质量分数为3%~6%。
更优选的,R32的质量百分比为89~94%,R123的质量分数为6%~11%。
更优选的,R32的质量百分比为4~10%,R123的质量分数为90%~96%。
本发明提供的二元非共沸混合制冷剂的制备方法,是将R32和R123按其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
本发明中用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂(其中R32的质量百分比为89~97%,R123的质量分数为3%~11%)优点如下:
1、符合环保要求:
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,消耗臭氧潜能值(ODP)更小,制冷剂的环境特性更好。根据目前的水平,认为ODP值小于或等于0.05的制冷剂是可以接受的。本发明中的非共沸混合制冷剂中的R32的ODP为0,R123的ODP较小,约为0.012。由于R32占的比重比较大,两者混合后的ODP几乎为0,符合保护臭氧层的相关环保标准。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,充注量大体上与摩尔质量成正比,因而R32充注量仅为R22的0.62,R410A的0.72。同时,R32的GWP值仅为R22的0.397,R410A的0.321,因此,相对R22可以减排75.4%,相对R410A可以减排76.9%;同理,R123相对R22可以减排87.22%,相对R410A可以减排88.0%。两者混合后,减排效果更加明显,达到减少温室效应的要求。
表1R22、R410A、R407C、R32、R123的热物理性质比较
2、热工参数
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,由于R32和R123的饱和蒸发压力相差甚大(约18.5倍),加入适量的R123可以降低系统内的压力,减少制冷剂的泄漏,提高系统的安全性。同时,加入小比例的R123,混合工质压力值与R410A接近,压缩比相当,可实现直接充灌。
表2热工参数比较
3、热工性能
表3本发明与R410A、R32的热工性能比较
制冷剂 | 本发明相对R410A的比值 | 本发明相对R32的比值 |
COP | 1.03475~1.08629 | 1.0197~1.0705 |
单位制冷量 | 1.4510~1.4811 | 0.9745~0.9947 |
容积制冷量 | 1.0760~1.1222 | 1.0173~1.0610 |
单位耗功 | 1.3359~1.4316 | 0.9104~0.9756 |
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,表3列出了本发明二元非共沸混合制冷剂与R410A、R32的热工性能比较,新混合制冷剂COP值相比R32可以提高1.97~7.05%,相比R410A可以提高3.47~8.62%,应用后具有较好的节能效果;单位容积制冷量较R32高1.73~6.10%,较R410A高7.60~12.22%,可以采用小管径,使空调系统更加紧凑;单位制冷量也比R410A高45~48%,在制冷量一定的条件下可以相应减少系统的制冷剂的充注量,降低成本,并间接减少温室气体的排放量;单位耗功比R32降低了2.44~8.86%。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,由于高沸点组分R123的加入,使得混合工质的临界温度升高,拓宽了混合工质的工作范围,减少过热蒸汽和节流的不可逆性。R123抑制了R32的弱可燃性,并降低混合工质的GWP值。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,蒸发冷凝过程中会伴随混合热的产生,因此使得系统在没有增加功耗的情况下,增加了制冷/热量。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,其中R123的沸点温度较高,在蒸发压力为0.8MPa时,此时R123对应的饱和温度达100℃,吸气口处,R123为雾状液滴状态,这些液滴在进入压缩机后,由于压缩机温度较高而迅速汽化,同时吸取部分热量,使压缩机的吸气温度有所降低,增大了工质的质量流量,还能提高压缩机的输气系数,降低压缩机的排气温度。雾状液滴的汽化过程在吸气腔内完成,不会对压缩过程造成影响。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,其在冷凝器和蒸发器内存在一定的温度滑移。如果混合制冷剂在吸、放热过程的变化趋势与冷、热源的变化趋势基本一致。做到制冷剂与冷热源之间进行的热交换过程为近似无温差传热,就可以减少不可逆换热损失。此时,该循环耗功最小,制冷系数达到给定条件下的最大值。温度滑移为8~12℃的适合用在风冷式换热器中,温度滑移为3~5℃的适合用在水冷式换热器中。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,利用其在蒸发器内的滑移,提高了吸气温度,改善吸气管路结霜的问题。如在最低蒸发温度为-30℃时,当R32的配比为0.6时,蒸发压力为0.22MPa时,此时对应蒸发器出口温度为4.5℃。
本发明中用于离心式机组的二元非共沸混合制冷剂(R32的质量百分比为4~10%,R123的质量分数为90%~96%)优点如下:
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,由于二元非共沸混合制冷剂中R123占的比例大,混合工质的综合性能与R123相当,甚至在有些方面更具优势。如离心机组停机时,R123的压力较小,温度为25℃对应的压力为0.914bar,停机后为负压。R32的压力相对较高,当加入10%后的压力变为1.016bar,避免了系统外部的杂质进入系统内部,影响循环效能。
提供的一种新型二元非共沸混合制冷剂,表4列出了本发明二元非共沸混合制冷剂与R123的热工性能比较,本发明的二元非共沸混合制冷剂COP值相比R123可以提高49.26~52.94%,应用后具有较好的节能效果,机组效率显著提高;单位制冷量比R123高23.22~33.50%,在制冷量一定的条件下可以相应减少系统的制冷剂的充注量,降低成本,并间接减少温室气体的排放量;单位耗功比R123降低了11.29~17.45%。
表4本发明与R123的热工性能比较
制冷剂 | R123 | 本发明与R123的比值 |
COP | 1 | 1.4926~1.5294 |
单位制冷量 | 1 | 1.2322~1.3350 |
单位耗功 | 1 | 0.8255~0.8371 |
本发明的非共沸制冷剂具有良好的热工性能、较优越的环保性能、较高的安全性和市场可获得性。同时该混合工质与原系统具有较好的兼容性,能有效提高系统的循环性能,因此具有广阔的前景。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述的制冷剂及其优点进一步说明,但并不限于此。
基于单级循环的性能,对R32和R123的混合制冷剂的性能随着R123的混合比率的加大进行了评测。图1是R32和R123在不同压力下的温度滑移图,由于R32和R123的沸点相差很大,导致两者间产生相当大的温度滑移。在相同压力下,温度滑移随着R123的加入先增大后减小。R32质量分数在15%~25%间,存在最大的温度滑移。随着压力的增高,温度滑移值相应降低。所以可以在纯工质附近选取适当比例的二元非共沸混合制冷剂。
实施例1:二元非共沸混合制冷剂,组分质量百分比如下:二氟甲烷94~97%,三氟二氯乙烷3~6%。将以上两种组分在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2:二元非共沸混合制冷剂,组分质量百分比如下:二氟甲烷89~94%,三氟二氯乙烷6~11%。将以上两种组分在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3:二元非共沸混合制冷剂,组分质量百分比如下:二氟甲烷4~10%,三氟二氯乙烷90~96%。将以上两种组分在液相下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例1、2计算工况取蒸发压力为8bar,冷凝压力取24bar,吸气温度为20℃,过冷度为5℃,压缩机效率为0.8。上述实施例制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能列于表5中。
表5制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能
从表5中可以看出本发明的二元非共沸混合制冷剂与R410A、R32的各项参数和性能比较,本发明的R32的比重大,混合GWP值较低,相比R410A可以减排77%,由于加入少量的低GWP值的R123,混合后的GWP相比R32降低4.93~9.04%。并且随着R123比例的增加,当R123的配比为0.3时,混合工质的GWP值降到500。
本发明的二元非共沸混合制冷剂COP值相比R32可以提高1.97~7.05%,相比R410A可以提高3.47~8.62%,应用后具有较好的节能效果;单位容积制冷量较R32高1.73~6.10%,较R410A高7.60~12.22%,可以采用小管径,使空调系统更加紧凑;单位制冷量也比R410A高45~48%,在制冷量一定的条件下可以相应减少系统的制冷剂的充注量,降低成本,并间接减少温室气体的排放量;单位耗功比R32降低了2.44~8.96%。
本发明的二元非共沸混合制冷剂的排气温度相比R32可以降低0.5~3.58℃。实施例1的温度滑移在3~6℃间,适合水冷式换热装置;实施例2的温度滑移在8~12℃间,更适合风冷式换热装置。
本发明的二元非共沸混合制冷剂与R410A系统的金属材料、塑性材料和弹性材料均是相容的,在替代R410A的转轨过程中只对系统的部件和管路做很小的改动;另外,本发明与R410A系统使用的醚类油和酯类油相容。因此大大降低了新混合工质运用于R410A空调上的转轨费用。
本发明的二元非共沸混合制冷剂中的工质优势互补,排气温度较高,良好的换热系数和较大的容积制热系数,使得新混合工质更适合空气源热泵热水器产品中。
实施例3计算工况取蒸发温度为5℃,冷凝温度取40℃,吸气过热度为5℃,过冷度为5℃,压缩机效率为0.8。蒸发/冷凝压力为蒸发/冷凝温度对应的泡、露点饱和压力的平均值。上述实施例制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能列于表6中。
表6制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能
本发明的二元非共沸混合制冷剂COP值相比R123可以提高49.26~52.94%,应用后具有较好的节能效果,机组效率显著提高;单位制冷量比R123高23.22~33.50%,在制冷量一定的条件下可以相应减少系统的制冷剂的充注量,降低成本,并间接减少温室气体的排放量;单位耗功比R123降低了11.29~17.45%。虽然排气温度上升幅度较大,但是仍在压缩机的承受范围内。
Claims (9)
1.一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂,其特征在于,由二氟甲烷(R32)和三氟二氯乙烷(R123)组成,R32的质量百分比为89~97%,R123的质量分数为3%~11%。
2.一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂,其特征在于,由二氟甲烷(R32)和三氟二氯乙烷(R123)组成,R32的质量百分比为4~10%,R123的质量分数为90%~96%。
3.按照权利要求1的一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂,其特征在于,R32的质量百分比为94~97%,R123的质量分数为3%~6%。
4.按照权利要求1的一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂,其特征在于,R32的质量百分比为89~94%,R123的质量分数为6%~11%。
5.权利要求3的一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂的应用,其特征在于,R32的质量百分比为94~97%、R123的质量分数为3%~6%的制冷剂用于水冷式热交换器空调中。
6.权利要求4的一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂的应用,其特征在于,R32的质量百分比为89~94%、R123的质量分数为6%~11%的制冷剂用于风冷式热交换器空调中。
7.权利要求2的一种用于空调/热泵的二元非共沸混合制冷剂的应用,其特征在于,R32的质量百分比为4~10%、R123的质量分数为90%~96%的制冷剂用于离心式机组中。
8.权利要求1或2所述的一种二元非共沸混合制冷剂的制备方法,其特征在于,二氟甲烷(R32)和三氟二氯乙烷(R123)在液相状态下物理混合。
9.一种二元非共沸混合制冷剂的应用,其特征在于,R32的质量百分比为60~99.9%、R123的质量百分比为0.1~40%的二元非共沸混合制冷剂用于压缩机吸气管路除霜。
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