CN110591651B - 一种制冷剂组合物其可用于家用空调 - Google Patents

一种制冷剂组合物其可用于家用空调 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制冷剂组合物，制冷剂组合物包含质量占比1％‑98％的1,1,2‑三氟乙烯(R1123)，质量占比1‑88％的二氟甲烷(R32)和质量占比1％‑48％的三氟碘甲烷(R13I1)，或质量占比1％‑12％的1,1,1,2,2‑五氟乙烷(R125)。该制冷剂组合物GWP小于等于600，ODP为0，具备明显的环保优势。另外，该制冷剂组合物具备良好的热力性能，应用于家用空调机组，能力和能效与使用R410A制冷剂的家用空调相当，能够替代R410A工质，家用空调系统不做任何更改。

Description

一种制冷剂组合物其可用于家用空调
技术领域
本发明涉及一种制冷剂技术，具体涉及一种制冷剂组合物其可用于家用空调。
背景技术
随着环保趋势的日益严重，对于HFCs的“温室效应”，蒙特利尔议定书修订案要求一种既不破坏臭氧层又具有较低GWP值的制冷剂来替代目前高GWP制冷剂，并有效应用于空调系统中。例如R410A，常用于家用空调和多联机，其GWP为2100，ODP为0，目前技术手段常从单工质和制冷剂组合物角度出发，寻找既满足环保要求又满足空调系统能力能效要求的工质，但尚未找到较为完美的替代R410A的工质。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种制冷剂组合物，其GWP小于等于600，ODP为0，具有明显的环保优势，并且具有良好的热力性能，不仅可以解决现有替代R410A的制冷剂GWP偏高，还解决了其应用于家用空调系统能力低或能效低的问题。
本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种制冷剂组合物，所述制冷剂组合物包含质量占比1％-98％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比1％-88％的二氟甲烷(R32)和质量占比1％-48％的三氟碘甲烷(R13I1)，或质量占比1％-12％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。
进一步可选地，所述制冷剂组合物包含质量占比1％-7％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比51％-63％的二氟甲烷(R32)和质量占比36％-48％的三氟碘甲烷(R13I1)，或质量占比1％-12％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。制冷剂组合物包含的三种组分质量占比分别在上述范围内的，其具有更优的XXX性能，低可燃性。
进一步可选地，所述制冷剂组合物包含质量占比63％-94％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比1％-32％的二氟甲烷(R32)和质量占比5％-12％的三氟碘甲烷(R13I1)，或质量占比1％-12％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。制冷剂组合物包含的三种组分质量占比分别在上述范围内的，其具有更优的制冷能力能效性能，温度滑移小。
本发明还提供一种制冷剂组合物，所述制冷剂组合物包含质量占比1％-97％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比1％-83％的二氟甲烷(R32)，质量占比1％-48％的三氟碘甲烷(R13I1)和质量占比1％-18％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。
进一步可选地，所述制冷剂组合物包含质量占比1％-15％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比43％--62％的二氟甲烷(R32)，质量占比36％-48％的三氟碘甲烷(R13I1)和质量占比1％-9％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。制冷剂组合物包含的四种组分质量占比分别在上述范围内的，其具有更优的制冷能力能效性能，且具有低可燃性。
进一步可选地，所述制冷剂组合物的容积制冷量为R410A容积制冷量的100％-125％，且GWP小于600。
进一步可选地，其包含润滑剂，所述润滑剂选自酯类油，酯类油与本发明的环保制冷剂组合物有很好的兼容性，保证了使用该组合物的制冷系统的正常运行，同时对该制冷系统的寿命有积极的影响。
进一步可选地，其还包含稳定剂，所述稳定剂基于所述环保制冷剂组合物总质量的质量百分比不高于1％，增加环保制冷剂组合物的稳定性，提高其换热效率。
进一步可选地，所述制冷剂组合物可以应用到家用空调系统，并保持原有家用空调系统结构不变，在保证空调系统的制冷效果，环保的同时，还节约经济成本。
进一步可选地，所述家用空调系统是管道式分体或无管道式分体空调系统。
进一步可选地，所述家用空调系统的压缩机为往复式、旋转式或涡旋式压缩机。
进一步可选地，所述家用空调系统的蒸发器温度约在0℃至约15℃的范围内。
进一步可选地，所述家用空调系统为空气-水热泵循环系统，蒸发器温度约在-20℃至约5℃。
进一步可选地，所述家用空调系统为空气-水热泵循环系统，蒸发器温度约在-30℃至约5℃。
本发明中各组分可商购获得，或可由本领域已经的方法制得。本发明中各组分的含量配比经由大量筛选获得，是保证对制冷剂组合物优良性能的条件。
本发明的有益效果：
(1)本发明引入的三氟碘甲烷(R13I1)和1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)是不可燃的组分，通过控制不可燃组分的质量百分比变化可以削弱其他组分即1,1,2-三氟乙烯(R1123)和二氟甲烷(R32)的可燃性，进而获得安全性能良好的对制冷剂组合物，GWP均小于等于600，ODP为0。
(2)本发明的对制冷剂组合物相比R410A制冷剂，具备明显的环保优势，同时该制冷剂组合物具备良好的热力性能，应用于家用空调机组，能力和能效优于使用R410A制冷剂的家用空调，能够替代R410A工质，家用空调系统不做任何更改。
(3)除了容积制冷量和能效以外，本发明对制冷剂组合物的组分的选择还考虑了温度滑移，组员间沸点差较大的组合有可能形成具有较大相变温差(滑移温度)的非共沸混合物，而本发明的制冷剂组合物滑移温度小于0.7℃。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中家用空调系统单级压缩循环系统图；
图2是本发明一实施例中家用空调系统双级压缩循环系统图；
图中：
1-压缩机；2-冷凝器；3-蒸发器；40-节流阀；41-节流阀；42-节流阀；5-开式经济器；
具体实施方式
本发明的对一种制冷剂组合物的制备方法是将1,1,2-三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)，进行以下组合：
Figure BDA0002200639290000041
Figure BDA0002200639290000051
当组合方式确定时，制冷剂组分按照其相应的质量配比在温度23℃-27℃，压力为0.1MPa状态下进行液相状态下进行物理混合。其中三氟碘甲烷(R13I1)和1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)是一种不可燃的组分，通过控制不可燃组分的含量可以消弱其余组分的可燃性，从而达到安全的要求。各组分物质的基本参数见表1。
表1制冷剂组合物中各组分物质的基本参数
Figure BDA0002200639290000052
下面给出多个具体实施例，其中组分的比例均为质量百分比，每种制冷剂组合物的组分物质的质量百分数之和为100％。每种实施例中和对比例都是将各组分在温度23℃-27℃，压力为0.1MPa状态下按固定的质量比进行液相物理混合，混合均匀得到一种制冷剂组合物。各实施例对比例将表2。
表2实施例和对比例
Figure BDA0002200639290000053
Figure BDA0002200639290000061
表3比较了上述实施例和对比例与R410A的分子量、标准沸点及环境性能等基本参数。
表3制冷剂组合物的热物性基本参数
Figure BDA0002200639290000062
Figure BDA0002200639290000071
由表3可知，本发明提供的四元和三元制冷剂组合物GWP均小于等于600，ODP为0，具备明显的环保优势，GWP远低于R410A。另外本发明制冷剂组合物的分子量较R410A稍大，临界点较R410A低。
优选的，制冷剂组合物的容积制冷量为R410A容积制冷量100％-125％，且GWP小于600。优选的，组合物还包含润滑剂，润滑剂选自酯类油，酯类油与本发明的环保制冷剂组合物有很好的兼容性，保证了使用该组合物的制冷系统的正常运行，同时对该制冷系统的寿命有积极的影响。优选的，其还包含稳定剂，稳定剂基于环保制冷剂组合物总质量的质量百分比不高于1％，增加环保制冷剂组合物的稳定性，提高其换热效率。优选的，制冷剂组合物可以应用到家用空调系统，并保持原有家用空调系统结构不变，在保证空调系统的制冷效果，环保的同时，还节约经济成本。
优选的，家用空调系统是管道式分体或无管道式分体空调系统。优选的，家用空调系统的压缩机为往复式、旋转式或涡旋式压缩机。优选的，家用空调系统的蒸发器温度约在0℃至约15℃的范围内。优选的，家用空调系统为空气-水热泵循环系统，蒸发器温度约在-20℃至约5℃。优选的，家用空调系统为空气-水热泵循环系统，蒸发器温度约在-30℃至约5℃。
本发明中的家用空调系统的单级压缩循环原理如如图1，低压混合冷媒在蒸发器3和室内空气进行换热释放冷量，之后低压气态冷媒经气液分离器进入压缩机1被压缩至高压高温的气态，经冷凝器2与室外空气进行换热释放热量，冷凝为高压的液态冷媒，再经节流阀40节流为气液两相态低压冷媒。本发明中制冷剂组合物在上述单级压缩家用空调中换热、被压缩、节流，替代R410A制冷剂。
本发明中的家用空调系统的双级压缩循环原理如如图2，制冷回路设置了经济器，优选的，经济器为开式经济器，低压环保制冷剂组合物在蒸发器3和室内空气进行换热释放冷量，之后低压气态环保制冷剂组合物经气液分离器进入压缩机1被一级压缩至中压的气态，后与来自开式经济器5的中压气态制冷剂混合进行二级压缩，为高压高温的气态，再经冷凝器2与室外空气进行换热释放热量，冷凝为高压的液态制冷剂，再经节流阀41节流为气液两相态中压冷媒进入开式经济器5中，中压气态冷媒进入压缩机1补气，中压液态冷媒经节流阀42进入蒸发器3。本发明中制冷剂组合物在上述单级压缩家用空调中换热、被压缩、节流，替代R410A制冷剂。
本发明的家用空调系统的双级压缩循环中的经济器也可以选择闭式经济器，其对最终的制冷剂的换热效果没影响，故不发明不做过多的赘述。
表4比较了上述实施例中和对比例的制冷剂组合物在制冷工况下(即蒸发温度为6℃，冷凝温度为36℃，过热度为5℃，过冷度为5℃)，其与R410A的热力参数(即压缩比和排气温度)及相对热力性能(即相对单位容积制冷量和相对效率COP)。
表4制冷剂组合物与R410A的性能对比结果
Figure BDA0002200639290000091
Figure BDA0002200639290000101
(*注：滑移温度为工作压力下的露点温度与泡点温度之差，取最大值)
由表4可知，本发明的制冷剂组合物的容积制冷量均大于R410A容积制冷量，部分配方温度滑移小于等于0.1℃，属于共沸制冷剂，其余配方温度滑移小于0.7℃，属于近共沸制冷剂。部分配方能效COP大于R410A的能效COP，其余配方能效COP小于R410A的能效COP，但均大于0.89。
综上表格分析，本发明首先考虑到各组分的性质，通过设置不同组分的质量百分占比范围，来保证最终的到制冷剂组合物能够满足GWP小于600，且制冷量优于R410A，是R410A制冷量的100％-125％。具体的：
环保特性良好的R13I1同时具有不可燃性，但其自身的制冷能力差，仅为R410A制冷量的约20％。制冷量是R410A制冷量的1.1倍的R32可燃，GWP为677，略高。从环保和制冷量方面考虑，本发明有提供了两种物质。制冷量约为R410A制冷量的72％的R125不可燃，ODP为0，但是其GWP3170偏高。制冷量约为R410A制冷量的84％的环保HFO制冷剂R1123，其具有可燃性。因此为了得到本发明的制冷剂混合物制冷剂需要各种组分之间在满足被发明提供的范围内通过改变不同组分的质量百分占比，实现互相协同制约的作用，才能保证得到的制冷剂组合物的GWP和/或滑移温度和/或可燃性等性能良好,同时保证使用本发明制冷剂组合物的其使用时机组的换热效果和环保性能。
通过对比例分析，如果各组分的质量百分占比不在本发明提供的范围，得到的制冷剂组合物的性能不理想。具体的，对比例1-5分别改变了本发明中包含了三种组分的制冷剂组合物的每种组分的质量百分占比或者去掉了某种组分，可以发现得到的制冷剂组合物有的GWP偏高,远大于600,或温度滑移太大或相对容积制冷量偏小，甚至有的制冷剂组合物同时存在以上几种问题。同理改变了包含了三种组分的制冷剂组合物的组分质量百分占比或者去掉了某种组分，可以发现得到的制冷剂组合物也出现了上述问题，从未证明了只有在本发明的质量百分配比范围内的各种组分，组分之间的协同作用才能得到很好的发挥，从而使制备的制冷剂组合物GWP小于600，且制冷量优于R410A，是R410A制冷量的100％-125％，同时环境性能良好。
同时通过上述对比例和实施例可以发现，本发明提供包含三种组分的制冷剂组合物与包含四种组分的制冷剂的组合物相比较，从性能角度，三元制冷剂组合物和四元制冷剂组合物能够达到同样的效果。从成本角度看，三元制冷剂组合物的成本相对较少，加工工艺相对简单。
综上，一种制冷剂组合物，不仅具有低GWP、零ODP的环保特性，而且热力性能优良，在相同的制冷工况下，而且热力性能优良，即应用于家用空调，容积制冷量和能效COP与使用R410A制冷剂的家用空调相当，且温度滑移小，可成为替代R410A的环保制冷剂。同时本发明中提供的一种制冷剂组合物可以根据制冷系统的需要来选择添加润滑剂、稳定剂和极强剂等添加剂来增强对制冷剂组合物的性能和制冷系统的稳定性。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (11)

1.一种制冷剂组合物，其特征在于，所述制冷剂组合物包含质量占比1％-97％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比1％-83％的二氟甲烷(R32)，质量占比1％-48％的三氟碘甲烷(R13I1)和质量占比1％-18％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。
2.如权利要求1所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述制冷剂组合物包含质量占比1％-15％的1,1,2-三氟乙烯(R1123)，质量占比43％--62％的二氟甲烷(R32)，质量占比36％-48％的三氟碘甲烷(R13I1)和质量占比1％-9％的1,1,1,2,2-五氟乙烷(R125)。
3.如权利要求1-2任一项所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述制冷剂组合物的容积制冷量为R410A容积制冷量的100％-125％，且GWP小于600。
4.如权利要求1-2任一项所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，其包含润滑剂，所述润滑剂选自酯类油。
5.如权利要求4所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，其还包含稳定剂，所述稳定剂基于所述制冷剂组合物总质量的质量百分比不高于1％。
6.如权利要求5所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述制冷剂组合物可以应用到家用空调系统，并保持原有家用空调系统结构不变。
7.如权利要求6所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述家用空调系统是管道式分体或无管道式分体空调系统。
8.如权利要求7所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述家用空调系统的压缩机为往复式、旋转式或涡旋式压缩机。
9.如权利要求6-7任一项所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述家用空调系统的蒸发器温度在0℃至15℃的范围内。
10.如权利要求6-7任一项所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述家用空调系统为空气-水热泵循环系统，蒸发器温度在-20℃至5℃。
11.如权利要求10所述的一种制冷剂组合物，其特征在于，所述家用空调系统为空气-水热泵循环系统，蒸发器温度在-30℃至5℃。
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