CN106893557B - 一种传热组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种传热组合物，包括：(1)制冷剂，所述制冷剂包括HFC‑41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇类和/或多元醇酯油。本发明提供的传热组合物能够用于替代HFC‑23，具有不破坏大气臭氧层、温室效应极低、制冷量相当、能效比高和能够实现直接替换的优点。

Description

一种传热组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种传热组合物，尤其是涉及一种能够替代HFC-23的传热组合物。
背景技术
目前国际社会已经全面进入HCFCs的淘汰阶段，而氢氟烃(HFCs)已成为当前最主要的ODS替代品。HFCs的ODP值为零，对臭氧层没有破坏作用，具有安全性好、替代成本低的优点，但部分HFCs是高温室效应气体，被《京都议定书》列为需要控制的温室气体。目前欧盟、美国等国家和地区已出台了控制高温室气体的法规和措施，并且已经开始对高GWP值HFCs实施淘汰或减排。
在-60℃以下低温深冷领域，难以用单级压缩的方式制取，一般均采用复叠式制冷的方式予以达到。而原先使用在复叠式制冷系统中使用最广泛的制冷剂为CFC-13，其不但ODP为1.0，且GWP值高达14420；不但会破坏大气臭氧层，而且对全球温室效应影响极大，因此已经被逐步淘汰。目前CFC-13的替代物最主要的替代物为HFC-23，但HFC-23虽然ODP等于0，对大气臭氧层不具破坏作用，但其仍具有高达14760的GWP值，对全球温室效应的影响没有丝毫减少。虽然其在性能方面与CFC-13接近，但国际社会已不鼓励选择高GWP值物质作为ODS替代品使用，高GWP值制冷剂的逐步淘汰已是一个不可逆转的发展趋势，因此HFC-23的淘汰只是一个时间问题。
因此有必要开发一种能够替代HFC-23的传热组合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传热组合物，能够替代HFC-23，且具有不破坏大气臭氧层、温室效应极低、制冷量相当、能效比高和能够实现直接替换的优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种传热组合物，所述传热组合物包括：(1)制冷剂，所述制冷剂包括HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇类和/或多元醇酯油。
本发明所述HFC-41，即一氟甲烷，分子式为CH3F，分子量为34.03，标准沸点为-78.3℃，临界温度为44.1℃，临界压力为5.90MPa。
本发明提供的传热组合物，包括制冷剂和润滑剂。制冷和润滑剂之间的配比，满足使传热系统顺利运行即可。
从提高传热系统的运行效果出发：
优选的是，所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含2～55％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇类和/或多元醇酯油；
进一步优选的是，所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含5～45％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇类和/或多元醇酯油；
更进一步优选的是，所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含15～45％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚烷二醇(PAG)和/或多元醇酯(POE)；
最为优选的是，所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含至少15～30％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚烷二醇(PAG)和/或多元醇酯(POE)。
本发明提供的传热组合物，进一步的还可以包含稳定剂。优选的是，所述稳定剂选自2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)、4-甲氧基苯酚(PHA)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(HMBP)、4-叔丁基邻苯二酚(TBC)、2,2-二-(4-羟基苯基)丙烷(BPA)和二苯甲酮(BP)中的一种、两种或三种以上组合。
上述稳定剂2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)，分子式：C9H19N；分子量：141.25；CAS号：768-66-1；液体；熔点：28℃；沸点：152℃。
上述稳定剂4-甲氧基苯酚(PHA)，分子式：C7H8O2；分子量：124.14；CAS号：150-76-5；熔点：55-57℃；沸点：243℃。
上述稳定剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(HMBP)，分子式：C14H12O3；分子量：228.24；CAS号：131-57-7；熔点：62-64℃；沸点：150-160℃。
上述稳定剂4-叔丁基邻苯二酚(TBC),分子式：C10H14O2，分子量：166.22；CAS号：98-29-3；熔点：56～57℃；沸点：285℃。
上述稳定剂2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(BPA)，分子式：C15H16O2，分子量：228.29；CAS号：80-05-7；熔点：155—158℃；沸点：250-252℃。
上述稳定剂二苯甲酮(BP)，其分子式为C13H10O，分子量为182.22，CAS号：119-61-9；熔点：47-49℃；沸点：305℃。
本发明提供的传热组合物，其稳定剂的含量满足使所述传热组合物稳定即可。优选的是，所述传热组合物包含至多5％重量的稳定剂。通常情况下，所述传热组合物包含2～3％重量的稳定剂。
本发明提供的传热组合物用于替代HFC-23，特别适合用于设计使用HFC-23的制冷系统。
所述设计使用HFC-23的制冷系统，带有蒸发器和冷凝器的复叠式制冷系统。当所述设计使用HFC-23的制冷系统使用本发明提供的传热组合物时，蒸发器和冷凝器不需要更改，可直接使用本申请提供的传热组合物。
作为一种优选的方式，所述设计使用HFC-23的制冷系统，蒸发温度为-60～-90℃，冷凝温度为-40～20℃。
当所述设计使用HFC-23的制冷系统使用本发明提供的传热组合物时，本发明提供的传热组合物的充注量较HFC-23减少20％～30％，质量流量减少15％～25％。
本发明提供的传热组合物与HFC-23相比，具有以下优点：
(1)环境性能优异，ODP为0，GWP值极低，不到HFC-23的1.0％；
(2)系统压力低于HFC-23，有能效提高系统的可靠性与使用寿命。
(3)制冷量与HFC-23相当，能效较HFC-23提高3.0％～12.0％。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1：环境性能比较
表1 环境性能比较
制冷剂 ODP GWP
HFC-23 0 14760
HFC-41 0 92
(注：表中ODP值以CFC-11作为基准值1.0，GWP值以CO2100年作为基准值1.0)
从表1中可以看出，HFC-41的臭氧消耗潜能值(ODP)为0；全球变暖潜能值(GWP)极低，仅为92，不到HFC-23的1.0％，符合国际社会限制高GWP值制冷剂的要求，具有明显的环境性能优势。
实施例2：不同工况下的热工参数和热力性能
在原使用HFC-23的系统中仅调整循环工质充注量、质量流量，对HFC-41和HFC-23进行了对比测试，其中HFC-41的充注量为HFC-23的75％。
表2比较了在相同冷凝温度＝10.0℃、过冷温度＝5.0℃、过热度＝5.0℃时，不同蒸发温度下的蒸发压力Pe、冷凝压力Pc、相对COP和相对质量制冷量q0和相对容积制冷量qv。
表3比较了在相同蒸发温度＝-70.0℃、过冷度＝5.0℃、过热度＝5.0℃时，不同冷凝温度下的蒸发压力Pe、冷凝压力Pc、相对COP和相对质量制冷量q0和相对容积制冷量qv。
表2和表3所列的相对COP、相对质量制冷量q0和相对容积制冷量qv是指采用HFC-41制冷剂的COP、质量制冷量q0和容积制冷量qv与HFC-23的COP、质量制冷量q0和容积制冷量qv的比值。
表2 不同蒸发温度下的性能比较
表3 不同冷凝温度下的性能比较
Figure BDA0000882907360000042
从表2、表3中可见，在不同工况下，使用HFC-41作为循环工质，系统压力均低于HFC-23，可提高系统的可靠性；单位质量制冷量为HFC-23的2-3倍，可减少系统制冷剂充注量；单位容积制冷量与HFC-23相当，可保证与HFC-23相当的制冷效果；能效比COP较HFC-23提高了3％～12％，可节约能源消耗。HFC-41具有明显优异的使用效果，以HFC-41作为循环工质替代HFC-23，是较理想的HFC-23替代方式。
实施例3：不同含油率下HFC-41、稳定剂和润滑剂的可混溶性
测试HFC-41、稳定剂和润滑剂的可混溶性。所测试的传热组合物使用稳定剂2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)。所测试的传热组合物使用润滑剂聚亚烷基二醇类(PAG56)和多元醇酯油(T68)。
配置7种传热组合物，其中各组传热组合物中润滑剂的重量百分比分别为：2％、5％、15％、25％、35％、45％和55％，其余为制冷剂HFC-41和稳定剂2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)。
将传热组合物放置于厚壁玻璃管中，排空所述管，添加根据本发明的传热组合物，且随后将所述管密封。接着，将所述管放于低温冷水浴环境室中，所述环境室中的温度在约-90℃至60℃之间变化。大致以5℃为间隔，目测观察管内容物以观察一种或一种以上液相的存在。在观察到一种以上液相的情况下，或出现内容物浑浊现象时，报导所述混合物不可混溶。在仅观察到一种液相的情况下，报导所述混合物可混溶。在观察到出现不混溶现象时的温度，即为两相分离温度。当本发明所述传热组合物在高于两相分离温度时使用，其与制冷润滑剂是互溶的。本发明制冷剂组合物与亚烷基二醇类(PAG56)和多元醇酯油(T68)的两相分离温度如表4所示，表明其可使用于-60～-90℃温度范围。
表4 不同含油率下两相分离温度
T68含油率 相分离温度 PAG56含油率 相分离温度
2％ -75至-80℃ 2％ -70至-75℃
5％ -65至-70℃ 5％ -60至-65℃
15％ -60至-70℃ 15％ -60至-65℃
25％ -75至-80℃ 25％ -70至-75℃
35％ -80至-85℃ 35％ -75至-80℃
45％ -80至-85℃ 45％ -75至-80℃
55％ -85至-90℃ 55％ -80至-85℃

Claims (9)

1.一种传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含2～55％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇类和/或多元醇酯油。
2.按照权利要求1所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含5～45％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇类和/或多元醇酯油。
3.按照权利要求2所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含15～45％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚烷二醇(PAG)和/或多元醇酯(POE)。
4.按照权利要求3所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物包括：(1)制冷剂，其包含至少15～30％重量的HFC-41，和(2)润滑剂，所述润滑剂选自聚烷二醇(PAG)和/或多元醇酯(POE)。
5.按照权利要求1所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物包含稳定剂，所述稳定剂选自2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)、4-甲氧基苯酚(PHA)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(HMBP)、4-叔丁基邻苯二酚(TBC)、2,2-二-(4-羟基苯基)丙烷(BPA)和二苯甲酮(BP)中的一种、两种或三种以上组合。
6.按照权利要求1所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物包含至多5％重量的稳定剂。
7.按照权利要求1所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述传热组合物用于设计使用HFC-23的制冷系统。
8.按照权利要求7所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述设计使用HFC-23的制冷系统为带有蒸发器和冷凝器的复叠式制冷系统。
9.按照权利要求8所述的传热组合物替代HFC-23的应用，其特征在于所述复叠式制冷系统中，蒸发温度为-60～-90℃，冷凝温度为-40～20℃。
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