CN1055300C - 高效环保型制冷剂 - Google Patents
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Abstract
高效环保型制冷剂，由三元混合物(R32/125/152a)组成。本发明是较为理想的R22的替代工质，在整机制冷量方面，无论是空调工况，还是制冷工况、变工况性能与R22很接近。在单位容积制冷量、冷凝压力、能效比、蒸发相变温度等方面，均优以其它混合工质。本发明经过严格的理论筛选及大量的国家标准实验验证，证明其运行安全、热力循环性能好，具有较好的直接充灌特性，配比工艺简单，可直接用于制冷、空调、低温制冷等原采用R22的设备。
Description
本发明属于制冷空调、热泵中的制冷剂。
随着HCFCs(氯氟碳化合物)限用日期的目趋临近，制冷剂的替代热点已由R12逐渐转移到R22上来。目前R22的替代研究正在全球范围内展开，美国制冷与空调学会(ARI)在1992年1月成立了用来评估R502及R22替代研究的AREP/TC项目。日本空调与工业协会也于同年3月成立了相应的AREP/TC项目[1，2]。并相继推出了一批候选工质，如英国ICI公司的KLEA66、美国杜邦公司的Suva Ac9000等。英国ICI公司对不同组分的R32/134a二元混合物和R32/125/134a三元混合物进行了小型制冷机的充灌替代试验，并采用R32/134a(30/70，25/75)，R32/125/134a(30/10//60，23/25/52)对乙二醇—水系统进行容量、COP(性能系数)和排气温度的测试[3]。
国内对R22的替代工作已进行了一些理论研究，广东威力空调器厂与西安建筑科技大学合作采用R32/134a替代R22进行了家用空调器的应用开发和研究。
随着ODS(臭氧破坏物质)禁用期的不断更改，R22替代工作正在全球范围内加快进程。目前已研究的R22替代工质主要为R32/125/134a物系以及R290等，所进行的循环特性分析多局限于标准工况。为了在替代工质的ODP(ozone depletion potential)(臭氧层破坏势)值为零的前提下更有效地降低其GWP(global warming potential)(温室效应)值，拓宽R22替代物的范围，同时使新工质具有良好的变工况性能，应该通过热力学及变工况性能研究寻找R22新的替代工质。
由于氟利昂在大气中浓度增加的另一个副作用是“温室效应”，所以作为R22替代工质，不仅要求其ODP值为零，而且要求其有更低的GWP值，更高的能效比，目前，所提出的替代工质均大量含有GWP值较高的R134a，造成替代工质具有较强的温室效应。因此有必要寻找新的更合理的替代方案。
本发明的目的是提供一种新型的高效环保型制冷剂(文中简称新工质)。
本发明的技术理论及方案如下：
附图1为：新工质相对压力比随蒸发温度的变化；
附图2为：新工质相对容积制冷量随蒸发温度的变化；
附图3为：新工质相对能效比随蒸发温度的变化；
附图4为：新工质在换热器中的温度分布。
表1为：替代工质按国家标准测试的试验结果。
高效环保型制冷剂由三元混合物组成，即二氟甲烷(R32)、五氟乙烷(R125)、二氟乙烷(R152a)(其分子式分别为CH2F2、C2HF5、C2H4F2)，其中的质量百分配比为：R32，10～18％，R125，34～50％，152a，40～48％。采用替代工质组元及配比的优选方法，用CSD方程(目前较为普遍应用的状态方程)对R22的各种二元、三元替代工质(7种)进行优选，其中R132/125/152a在其中配比下的性能最为理想。其中包括单位容积制泠量、冷凝压力、能效比、蒸发相变温差等。
运行工况的变化对设备的冷量输出及用能效率均有影响。不同工质的设备冷量输出的相对大小由理论单位容积制冷量与容积效率的乘积所代表，我们称其为实际单位容积制冷量。
理想的R22替代工质，应该在整个原以R22为工质的常用低温制冷和空调工况范围内，实际容积制冷量与R22很相近，能效比保持不低于R22，这种工质具有替代R22的普遍意义。实际上对某一浓度的工质较难同时满足各种工况，按照标准工况选择的工质浓度，需要根据具体的设备和经常运行的工况作进一步的修正，以使替代工质的变工况性能与R22相一致，并能发挥其变工况特性的潜力。
附图1(横坐标为压比百分数，纵坐标为蒸发温度)说明了变工况时，高效环保型制冷剂(以下简称新工质)的压比变化很小。当蒸发温度为5℃，冷凝温度在33～57℃范围内变化时，新工质的相对压比变化仅为0.31％，此结果导致了它们的容积效率比稳定。而工质2、3、4、5的相对压比随工况变化较大。图2(横坐标为容积制冷量，纵坐标为蒸发温度)表明，新工质的实际相对容积制冷量QVTηVT随工况变化较缓慢。空调情况下当冷凝温度由33℃上升至57℃时，实际相对单位容积制冷量减少并分别在1.068～1.031内变化；在低温制冷工况下，它的实际相对容积制冷量几乎不随蒸发温度的变化而变化。因此这种新工质在整机制冷量方面，无论是空调工况还是制冷工况，变工况性能均与R22很接近。工质2、3、4、5的冷量输出则不能同时满足各种工况。图3(横坐标为能效比，纵坐标为蒸发温度)表明变工况时，这几种(2、3、4、5)工质的能效比变化均较R22剧烈，新工质的能效比变化较其它工质平稳。与R22相比，它在图示的变工况范围为能效比始终大于R22。
为了对以上结果进行进一步验证，对R22以及上面提到的1、2、3、4、5(1-R32/125/152a，2-R125/290，3-R32/290，4-R32/125/290，5-R32/290/134a)这5种混合工质、纯丙烷进行了家用空调器充灌替代工质对比试验(未更换压缩机润滑油)，所用试验台是按照国家标准建造的标定型量热计，在标准测试条件下，通过调整工质配比，充灌量及节流装置来达到系统在各个试验工况点的最佳性能。表1为部分试验结果。图4(横坐标为蒸发器、冷凝器的温度，纵坐标为沿程距离)为由铠装热电偶及数据采集系统采集到的高效环保型制冷剂在蒸发器和冷凝器中的沿程温度分布。
对比试验表明，相同工况下，高效环保型制冷剂比R22制冷量高3.8％，能效比较接近，试验结果与理论计算比较相近，都有较好的替代性能。
本发明的配制工艺较为简单，在常温常压下利用密闭系统即可配制。根据三元工质在常温下所具有的不同饱和压力，从低至高通过标准计量泵直接灌装即可。本发明经过严格的理论筛选及大量的国家标准实验验证，热力循环性能好，具有较好的直接充灌特性，是较为理想的R22替代物。可用于制冷、空调、低温制冷等原采用R22的设备。参考文献
[1]M.B.Shiflett：HFC-22 Alternative Conditioners and Heat Pumps.International
Refrigeration Conference at Purdue，West Lafayettc，Indiana，USA.July 1994.
[2]B.S.Lunger，Heat Pump Conditioner Field Test data for an HFC-22
Alternative Contationing HFC-32，HFC-125，and HFC-134a International
Refrigeration Conference at Purdue，West Lafayette，Indiana，USA.July 1994.
[3]S.Corr：Trials With Zeotropic Refrogerants As Replacements for R22 in an
Instrumented Glycol/Water Chiller.International Refrigeration Conference at
Purdue，West Lafayette，Indiana，USA.July 1994.[3]S.Corr：Trials With Zeotropic Ketrogerants As Replacements For R22 in anInstrumented Glycol/Water Chiller.International Refrigeration Conferemce atPurdue，West Lafayette，Indiana，USA.July.S.Corr：非共沸制冷剂作为R22的替代物用于乙二醇/水冷却系统的试验。国际制冷会议，美国，普渡大学，1994年7月。
表1替代工质的试验结果
| 工质 | 室外干球温度℃ | 室内干球温度℃ | 室内湿球温度℃ | 蒸发压力bar | 冷凝压力bar | 压机功率W | 排气口壁温 | 制冷量W | 能效比 |
| R22 | 35.2 | 27.4 | 19.4 | 6.80 | 19.8 | 505 | 67.7 | 1520 | 3.01 |
| R22 | 30.3 | 27.4 | 19.9 | 6.50 | 18.3 | 502 | 65.6 | 1578 | 3.14 |
| R290 | 35.5 | 27.5 | 20.0 | 6.50 | 18.1 | 474 | 62.0 | 1318 | 2.78 |
| R290 | 30.4 | 27.4 | 19.9 | 6.00 | 16.0 | 453 | 60.8 | 1350 | 2.89 |
| 1 | 34.9 | 27.6 | 20.0 | 6.20 | 19.6 | 483 | 67.1 | 1510 | 3.12 |
| 1 | 30.6 | 27.5 | 19.9 | 6.00 | 18.9 | 465 | 64.9 | 1542 | 3.31 |
| 2 | 34.6 | 27.3 | 20.0 | 7.60 | 22.0 | 604 | 64.1 | 1500 | 2.48 |
| 2 | 30.5 | 27.4 | 19.9 | 7.70 | 20.8 | 556 | 62.5 | 1540 | 2.77 |
| 3 | 35.2 | 27.5 | 20.0 | 7.80 | 22.1 | 600 | 66.0 | 1480 | 2.47 |
| 3 | 30.6 | 27.4 | 20.0 | 7.90 | 21.4 | 580 | 64.6 | 1520 | 2.62 |
| 4 | 35.4 | 27.4 | 19.5 | 8.20 | 22.6 | 610 | 65.1 | 1400 | 2.29 |
| 4 | 30.5 | 27.5 | 19.3 | 8.50 | 20.5 | 575 | 63.2 | 1460 | 2.54 |
其中：1-R32/125/152a，2-R290/125，3-R32/290，4-R32/290/125
对于制冷剂的命名，目前世界上多数国家均采用1967年美国供暖制冷空调工程师协会(ASHRAE Standard 34-67)的规定，这一标准的编号方法是将制冷剂的代号同其化学构成联系起来，规则如下：
R(m-1)(n+1)(x)(y)(z)其分子式为CmHnFxClyBrz且：n+x+y+z＝2m+2，如代号后有a表示同素异构。
例如：制冷剂代号 分子式
R32 CH2F2
R125 C2HF5
R152a C2H4F2
Claims (1)
- 高效环保型制冷剂，具有二氟甲烷(R32)、五氟乙烷(R125)、二氟乙烷(R152a)，其特征是由以上三元混合物组成的制冷剂，其质量的百分配比为：R32，10～18％；R125，34～50％；R152a，40～48％。
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