CN109971433A - 一种多元混合制冷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的多元混合制冷剂，包括3,3,3‑三氟丙烯及丙烷，其中，所述3,3,3‑三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～85％，丙烷的摩尔百分比浓度为15％～95％，本发明提供的多元混合制冷剂，适用于单机压缩制冷系统，其臭氧损耗潜值ODP为零，长期使用不会对大气臭氧层造成损害且全球变暖潜值GWP很小。另外，本发明提供的多元混合制冷剂，由于包括3,3,3‑三氟丙烯及丙烷，对于二元混合物，正共沸制冷工作物质在沸点下，可以保持稳定的蒸发工作状况，并且为制冷剂的充注和制冷系统的维护提供方便。此外，该多元混合制冷剂具有较小的压比，压比的减小可以有效提高压缩机效率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷剂技术领域，特别涉及一种多元混合制冷剂。
背景技术
R22(HCFC22，CHF2Cl)是一种在空调系统中广泛应用的制冷剂，具有非常好的热工性能，并且具有较高的效率。但是随着臭氧层破坏机理和温室效应问题的发现，R22由于具有ODP(臭氧耗损潜值)值和较高的GWP(全球变暖潜值)值而被列入逐步淘汰的行列。
现在R22的替代工质主要有两类：一类是天然工质，如烃类物质(HCs)，ODP为零，GWP非常低，但是其本身具有很强的可燃性；一类是合成物质氢氟烃(HFCs)和氢氟烯烃(HFOs)，如R134a、R1243zf等，ODP为零，可燃性不如HCs，部分HFCs具有阻燃作用，但是GWP较高，而且存在润滑油溶解性问题。纯工质中已很难寻找到完全符合要求的R22替代制冷剂，在这种情况下，混合制冷剂成为R22替代物的研究热点。
目前应用较广泛的混合替代工质是R410A和R407C，二者的ODP值均为零，满足了对臭氧层的保护要求，但是GWP值却很高。在制冷效率(COP)方面，不做优化匹配时二者为R22的0.9～1.0倍。在替代性能方面，二者的工作压力均高于R22，其中R410A的冷凝压力比R22高了约57％，不适合在使用R22的系统中直接充注。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种完全无臭氧层破坏、低温室效应、可替代传统R22工作物质的且具有较高效率的多元混合制冷剂。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种多元混合制冷剂，包括：3,3,3-三氟丙烯及丙烷，所述多元混合制冷剂中的各组分摩尔百分比浓度之和为100％，其中，所述3,3,3-三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～85％，丙烷的摩尔百分比浓度为15％～95％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂还包含第三组份，所述第三组份为R134a、R134、R1234yf、R1234ze(E)、R13I1中的一种或多种，所述第三组份的摩尔百分比浓度为5％～35％，所述3,3,3-三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～60％，所述丙烷的摩尔百分比浓度为20％～90％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R134a，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R134a的质量百分比为5-20％：40-90％：10-30％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234yf，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234yf的质量百分比为5-20％：60-90％：5-20％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234ze(E)，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234ze(E)的质量百分比为：5-20％：60-90％：5-15％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R13I1，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R13I1的质量百分比为：5-20％：50-90％：5-15％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134a及R1234yf，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134a及R1234yf的质量百分比为：5-20％：50-80％：5-30％：3-20％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134及R13I1，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134及R13I1的质量百分比为：5-25％：50-80％：5-30％：3-20％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R13I1，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R13I1的质量百分比为：5-25％：50-80％：5-30％：3-20％。
在一些较佳的实施例中，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R134，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R134的质量百分比为：5-25％：50-80％：5-30％：3-20％。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的多元混合制冷剂，包括3,3,3-三氟丙烯及丙烷，其中，所述3,3,3-三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～85％，丙烷的摩尔百分比浓度为15％～95％，本发明提供的多元混合制冷剂，适用于单机压缩制冷系统，其臭氧损耗潜值ODP为零，长期使用不会对大气臭氧层造成损害且全球变暖潜值GWP很小。
另外，本发明提供的多元混合制冷剂，由于包括3,3,3-三氟丙烯及丙烷，对于二元混合物，正共沸制冷工作物质在沸点下，可以保持稳定的蒸发工作状况，并且为制冷剂的充注和制冷系统的维护提供方便。此外，该多元混合制冷剂具有较小的压比，压比的减小可以有效提高压缩机效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的多元混合制冷剂，包括：3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)及丙烷(R290)，所述多元混合制冷剂中的各组分摩尔百分比浓度之和为100％，其中，所述3,3,3-三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～85％，丙烷的摩尔百分比浓度为15％～95％。
发明提供的多元混合制冷剂，适用于单机压缩制冷系统，其臭氧损耗潜值ODP为零，长期使用不会对大气臭氧层造成损害且全球变暖潜值GWP很小。
另外，本发明提供的多元混合制冷剂，由于包括3,3,3-三氟丙烯及丙烷，对于二元混合物，正共沸制冷工作物质在沸点下，可以保持稳定的蒸发工作状况，并且为制冷剂的充注和制冷系统的维护提供方便。此外，该多元混合制冷剂具有较小的压比，压比的减小可以有效提高压缩机效率。
以下结合实施例详细说明本发明上述技术方案。
实施例1：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为95％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例2：取摩尔百分比浓度为10％的R1243zf，摩尔百分比浓度为90％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例3：取摩尔百分比浓度为20％的R1243zf，摩尔百分比浓度为80％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例4：取摩尔百分比浓度为30％的R1243zf，摩尔百分比浓度为70％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例5：取摩尔百分比浓度为40％的R1243zf，摩尔百分比浓度为60％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例6：取摩尔百分比浓度为50％的R1243zf，摩尔百分比浓度为50％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例7：取摩尔百分比浓度为60％的R1243zf，摩尔百分比浓度为40％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例8：取摩尔百分比浓度为70％的R1243zf，摩尔百分比浓度为30％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实施例9：取摩尔百分比浓度为80％的R1243zf，摩尔百分比浓度为20％的R290在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例10：取摩尔百分比浓度为10％的R1243zf，摩尔百分比浓度为80％的R290，摩尔百分比浓度为10％的R134a在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例11：取摩尔百分比浓度为50％的R1243zf，摩尔百分比浓度为20％的R290，摩尔百分比浓度为30％的R134在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例12：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为90％的R290，摩尔百分比浓度为5％的R1234yf在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例13：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为90％的R290，摩尔百分比浓度为5％的R1234ze(E)在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例14：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为90％的R290，摩尔百分比浓度为5％的R13I1在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例15：取摩尔百分比浓度为10％的R1243zf，摩尔百分比浓度为70％的R290，摩尔百分比浓度为15％的R134a,摩尔百分比浓度为5％的R1234yf在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例16：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为75％的R290，摩尔百分比浓度为15％的R134,摩尔百分比浓度为5％的R13I1在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例17：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为75％的R290，摩尔百分比浓度为15％的R1234ze(E),摩尔百分比浓度为5％的R13I1在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
实例18：取摩尔百分比浓度为5％的R1243zf，摩尔百分比浓度为75％的R290，摩尔百分比浓度为15％的R1234ze(E),摩尔百分比浓度为5％的R134在常温下物理混合，获得一种可应用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂。
在制冷机的设计工况取为蒸发温度7.2℃，冷凝温度54.4℃，过冷度8.3℃，过热度11.1℃，压缩机等熵效率0.75，根据循环性能计算，上述实施例与现有制冷剂的性能对比详见下表，其中相对制冷量和相对COP均是以R22为基准的对比值。
表1：实施例中混合制冷剂性能汇总及与现有制冷剂性能比较表
| 实施例 | 压比 | 排气温度℃ | 相对容积制冷量 | 相对效率 |
| 1 | 3.232 | 77.600 | 0.862 | 0.985 |
| 2 | 3.227 | 77.157 | 0.868 | 0.979 |
| 3 | 3.211 | 76.129 | 0.874 | 0.974 |
| 4 | 3.248 | 75.712 | 0.859 | 0.963 |
| 5 | 3.381 | 76.421 | 0.816 | 0.935 |
| 6 | 3.586 | 77.761 | 0.757 | 0.901 |
| 7 | 3.799 | 78.901 | 0.700 | 0.878 |
| 8 | 3.966 | 79.300 | 0.652 | 0.873 |
| 9 | 4.042 | 78.600 | 0.613 | 0.890 |
| 10 | 3.260 | 77.555 | 0.899 | 0.950 |
| 11 | 4.097 | 80.887 | 0.661 | 0.850 |
| 12 | 3.269 | 77.377 | 0.844 | 0.980 |
| 13 | 3.231 | 76.930 | 0.866 | 0.981 |
| 14 | 3.317 | 78.776 | 0.826 | 0.972 |
| 15 | 3.328 | 77.538 | 0.881 | 0.938 |
| 16 | 3.335 | 78.308 | 0.877 | 0.934 |
| 17 | 3.321 | 76.757 | 0.831 | 0.965 |
| 18 | 3.274 | 75.896 | 0.869 | 0.961 |
| R22 | 3.442 | 97.729 | 1.000 | 1.000 |
| R290 | 3.223 | 77.811 | 0.855 | 0.996 |
| R407C | 3.813 | 90.748 | 1.059 | 0.848 |
| R410A | 3.369 | 97.937 | 1.425 | 0.890 |
以上是基于标准工作状况的理论计算结果。处于优化浓度范围内的各个实施例的排气温度均比R22和R407C小，排气温度减小可以带来压缩机效率的提高和良好的相变传热性能。并且由R1243zf和R290和物质组成的多元混合物效率均较相对较高，从系统性能角度相对有利。同时在优化浓度范围内的各个实施例的容积制冷量也相对较高，与现有的替代工作物质R22和R407C相当，是一种非常优异的替代制冷剂。
此外，本发明提出的适用于单级压缩制冷系统的混合制冷剂具有良好的环保特性，下表给出了实施例9与现有制冷剂臭氧损耗潜值ODP和全球变暖潜值GWP比较。可以看出本发明提供的新型混合制冷剂大大减少了GWP值。
表2：实施例9与现有制冷剂臭氧损耗潜值ODP和全球变暖潜值GWP比较
*现有制冷剂及纯质数据引自“制冷剂使用手册，曹德胜、史琳编著，北京，冶金工业出版社，2003年”
**根据纯组分ODP值按照质量浓度加权计算所得。
当然本发明的多元混合制冷剂还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (10)
1.一种多元混合制冷剂，其特征在于，包括：3,3,3-三氟丙烯及丙烷，所述多元混合制冷剂中的各组分摩尔百分比浓度之和为100％，其中，所述3,3,3-三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～85％，丙烷的摩尔百分比浓度为15％～95％。
2.如权利要求1所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂还包含第三组份，所述第三组份为R134a、R134、R1234yf、R1234ze(E)、R13I1中的一种或多种，所述第三组份的摩尔百分比浓度为5％～35％，所述3,3,3-三氟丙烯的摩尔百分比浓度为5％～60％，所述丙烷的摩尔百分比浓度为20％～90％。
3.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R134a，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R134a的质量百分比为5-20％：40-90％：10-30％。
4.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234yf，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234yf的质量百分比为5-20％：60-90％：5-20％。
5.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234ze(E)，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R1234ze(E)的质量百分比为：5-20％：60-90％：5-15％。
6.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R13I1，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷及R13I1的质量百分比为：5-20％：50-90％：5-15％。
7.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134a及R1234yf，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134a及R1234yf的质量百分比为：5-20％：50-80％：5-30％：3-20％。
8.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134及R13I1，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R134及R13I1的质量百分比为：5-25％：50-80％：5-30％：3-20％。
9.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R13I1，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R13I1的质量百分比为：5-25％：50-80％：5-30％：3-20％。
10.如权利要求2所述的多元混合制冷剂，其特征在于，所述多元混合制冷剂包括3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R134，所述3,3,3-三氟丙烯、丙烷、R1234ze(E)及R134的质量百分比为：5-25％：50-80％：5-30％：3-20％。
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