CN110669479B

CN110669479B - 一种安全环保传热介质和采用离心压缩机的制冷系统

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Publication number: CN110669479B
Application number: CN201910863789.6A
Authority: CN
Inventors: 雷佩玉; 赵桓; 于艳翠; 梁尤轩; 黄宇杰
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN110669479A

Abstract

本发明提供一种安全环保传热介质，压缩机所用安全环保传热介质包含第一组分、第二组分和第三组分，其中，第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)、1,1,1,2‑四氟乙烷(R134a)中的一种，第二组分为3,3,3‑三氟丙烯(R1243zf)，第三组分为氟代乙烷(R161)、环丙烷(RC270)、二甲醚(RE170)、异丁烷(R600a)中的一种。本发明中采用的安全环保传热介质的GWP小于等于600，ODP为0，具有明显的环保优势，热力性能好，同时其具有低可燃性或不可燃性，解决现有替代传热介质GWP偏高、可燃性以及热力性能偏低等问题。

Description

一种安全环保传热介质和采用离心压缩机的制冷系统

技术领域

本发明涉及一种制冷技术，具体涉及一种安全环保传热介质和采用离心压缩机的制冷系统。

背景技术

HCs类制冷剂虽然具有非常低的GWP即具有非常好的环保性能，但由于这一类制冷剂在可燃性方面都属于A3类制冷剂，在应用方面存在很大的安全隐患，因此被人们所淘汰。但是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。而目前却尚未找到较为完美的替代方案，由于安全环保制冷剂具有均衡制冷剂物性的特点，所以将HCs类制冷剂与其他低可燃性或不可燃性的制冷剂混合，制备出一种新的安全环保的制冷剂成为一种可能。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种安全环保传热介质，其采用的安全环保传热介质的利用HCs制冷剂良好的环保性能，与其他低可燃性或不可燃性的传热介质混合，制备出一种低GWP、安全且热力性能高的安全环保传热介质。解决现有替代制冷剂GWP偏高、可燃性以及热力性能偏低等问题。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种安全环保传热介质，其包含第一组分、第二组分和第三组分，其中，所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)、1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)中的一种，所述第二组分为3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，所述第三组分为氟代乙烷(R161)、环丙烷(RC270)、二甲醚(RE170)、异丁烷(R600a)中的一种，其中所述传热介质具有不大于600的全球变暖潜力(GWP)。

进一步可选地，以质量百分比计，所述第一组分为32％-80％，所述第二组分为4％-64％，所述第三组分为4％-36％，所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。该配方得到的安全环保传热介质的GWP小于600,可燃等级为A1或者A2L，相对常用传热介质R134a在特定制热工况下的相对COP为92％-98％。

进一步可选地，以质量百分比计，所述第一组分为52-80％三氟碘甲烷(R13I1)，所述第二组分为4-44％的3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，所述第三组分为4-20％的环丙烷(RC270)或二甲醚(RE170)，所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。该配方得到的安全环保传热介质的GWP小于100,可燃等级为A1或者A2L，相对常用传热介质R134a在特定制热工况下的相对COP为93-98％。

进一步可选地，以质量百分比计，所述第一组分为72％三氟碘甲烷(R13I1)，所述第二组分为8％的3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，所述第三组分为20％二甲醚(RE170)，所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。该配方得到的安全环保传热介质的GWP为1,可燃等级为A2L，相对常用传热介质R134a在特定制热工况下的相对COP为96.8％。

进一步可选地，以质量百分比计，所述第一组分为32-44％1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，所述第二组分为40-64％的3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，所述第三组分为4-16％氟代乙烷(R161)、二甲醚(RE170)，所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。该配方得到的安全环保传热介质的GWP小于600,可燃等级为A1或者A2L，相对常用传热介质R134a在特定制热工况下的相对COP为96.8％-97.7％。

进一步可选地，以质量百分比计，所述第一组分为44％1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，所述第二组分为52％的3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，所述第三组分为4％氟代乙烷(R161)，所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。该配方得到的安全环保传热介质的GWP为573,可燃等级为A2L，相对常用传热介质R134a在特定制热工况下的相对COP为97.7％。

进一步可选地，以质量百分比计，所述第一组分为60％三氟碘甲烷(R13I1)，所述第二组分为4％的3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，所述第三组分为36％环丙烷(RC270)，所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。该配方得到的安全环保传热介质的GWP为1,可燃等级为A2L，相对常用传热介质R134a在特定制热工况下的相对COP为98％。

进一步可选地，所述安全环保传热介质具有低可燃性或不可燃性，保证其使用过程中的安全要求。

进一步可选地，使用所述安全环保传热介质的压缩机内有与所述安全环保传热介质相容的润滑油。保证了使用该传热介质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，其中所述润滑油选自：矿物油、硅油、多烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚亚烷基二醇(PAG)、聚亚烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烃)的至少一种物质或至少两种的组合。

进一步可选地，其还包含稳定剂，所述稳定剂选自：基于二烯的化合物、磷酸盐/酯、酚化合物和环氧化物，及其混合物。该稳定剂能够增加环保混合传热介质的稳定性，提高其换热效率。

本发明还提供了一种采用离心压缩机的制冷系统，其采用上述任一项所述的一种安全环保传热介质。

进一步可选地，使用所述安全环保传热介质的热交换系统用PAG类油来降低系统中所述安全环保传热介质的充灌量。利用了PAG类油与所述安全环保传热介质的溶解性小的原理。

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，是保证对安全环保传热介质优良性能的条件。

本发明的有益效果：

(1)本发明一种安全环保传热介质，其采用的安全环保传热介质具有低GWP、低可燃性或不可燃性，且热力学性能高的混合传热介质。

(2)本发明一种安全环保传热介质中使用的安全环保传热介质加入的其中三氟碘甲烷(R13I1)、1,1,2,2-四氟乙烷均是不可燃的组分，通过控制不可燃组分的含量变化可以削弱其他组分的可燃性。

(3)本发明中的安全环保传热介质相比R134a工质，具备明显的环保优势，同时该安全环保传热介质具备良好的热力性能，应用于压缩机，能力和能效与使用R134a工质的压缩机相当，能够替代R134a工质使用。

具体实施方式

本发明提供了一种安全环保传热介质，其采用的安全环保传热介质的利用HCs制冷剂良好的环保性能，与其他低可燃性或不可燃性的传热介质混合，制备出一种低GWP、安全且热力性能高的安全环保传热介质。解决现有替代制冷剂GWP偏高、可燃性以及热力性能偏低等问题。

本实施例提供一种采用本发明中安全环保传热介质的压缩机，优选的，该压缩机内有与安全环保传热介质相容的润滑油。不仅保证不影响系统的传热效率以及压缩机的润滑效果，同时还能降低润滑油的黏度，增加润滑其效果。进一步优选的，润滑油选自：矿物油、硅油、多烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚亚烷基二醇(PAG)、聚亚烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烃)的至少一种物质或至少两种的组合。优选的，传热介质中还添加了选自：基于二烯的化合物、磷酸盐/酯、酚化合物和环氧化物，及其混合物的稳定剂，能够增加环保混合传热介质的稳定性，提高其换热效率。优选的，传热介质使用时，可以用PAG类油来降低系统中传热介质的充灌量，利用了PAG类油与安全环保传热介质的溶解性小的原理。优选的，上述环保传热介质具有低可燃性或不可燃性。

本发明的压缩机使用的安全环保传热介质的制备方法是将三氟碘甲烷(R13I1)或1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)中的一种，3,3-三氟丙烯(R1243zf)，以及氟代乙烷(R161)、环丙烷(RC270)或二甲醚(RE170)或异丁烷(R600a)中的一种，其中任意三种组合，按不同的质量百分比例在常温常压液相状态下进行物理混合成，混合均匀成安全环保传热介质。其中三氟碘甲烷(R13I1)、1,1,2,2-四氟乙烷均是不可燃的组分，通过添加其可以消弱其他组分的可燃性，从而达到安全的要求，可达到安全环保传热介质具有GWP低、热力学性能好，从而达到安全的要求。各组分物质的基本参数见表1。

表1安全环保传热介质中各组分物质的基本参数

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，每种安全环保传热介质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常温常压液相状态下按固定的质量百分比进行液相物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例1，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和氟代乙烷(R161)三种组分在常温常压液相下按40:56:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例2，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和氟代乙烷(R161)三种组分在常温常压液相下按36:60:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例3，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和氟代乙烷(R161)三种组分在常温常压液相下按44:52:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例4，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按32:64:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例5，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按40:56:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例6，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按44:40:16的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例7，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和环丙烷(RC270)三种组分在常温常压液相下按60:36:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例8，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和异丁烷(R600a)三种组分在常温常压液相下按56:40:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例9，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按72:24:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例10，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按60:32:8的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例11，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按80:4:16的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例12，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按60:4:36的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例13，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按72:8:20的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

实施例14，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和环丙烷(RC270)三种组分在常温常压液相下按52:44:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种安全环保传热介质。

对比例1，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和异丁烷(R600a)三种组分在常温常压液相下按26:50:24的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种传热介质。

对比例2，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和异丁烷(R600a)三种组分在常温常压液相下按83:4:13的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种传热介质。

对比例3，将1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和二甲醚(RE170)三种组分在常温常压液相下按32:68:0的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种传热介质。

对比例4，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和异丁烷(R600a)三种组分在常温常压液相下按56:0:44的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种传热介质。

对比例5，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和异丁烷(R600a)三种组分在常温常压液相下按28:68:4的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种传热介质。

对比例6，将三氟碘甲烷(R13I1)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)和氟代乙烷(R161)三种组分在常温常压液相下按40:10:50的质量百分比进行物理混合，混合均匀得到一种传热介质。

表2比较了上述实施例和对比例的安全环保传热介质与R134a的分子量、标准沸点及环境性能等基本参数。

表2安全环保传热介质的热物性基本参数

由表2可知，本发明提供的安全环保传热介质的环境性能远优于R134a，其GWP均小于600，有些实施例的GWP甚至小于150；且除了实施例3、5、10、15中的安全环保传热介质的可燃性等级为A2L即弱可燃性外，其余实施例均为A1，即不可燃传热介质。

而通过对比例的相关数据可以发现，当改变本发明中配方的组分的含量或者组成制备的热传递组合物，组分之间不能很好的起到协同作用，对比例为A2甚至A3的混合传热介质，安全性不能得到保证。

将上述实施例和对比例应用于本发明中提出的压缩机中换热、被压缩、节流，替代R134a传热介质。

表3比较了上述实施例中和对比例的安全环保传热介质在制冷工况下(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R134a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3安全环保传热介质与R134a的性能对比结果

(*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3可知，本发明提供的安全环保传热介质的热力性能，即容积制冷量和效率COP值与R134a相当，可成为替代R134a的环保传热介质。

对比例制备得到的换热介质的容积制冷量和COP虽然也与R134a相当，但是对比例的安全性不能得到保证，无法直接替代R134a传热介质。当改变本发明中配方的组分的含量或者组成制备的热传递组合物，组分之间不能很好的起到协同作用，会增加热传递组合物的GWP和/或滑移温度和/或可燃性,影响其使用时机组的换热效果和环保性能。

如对比例1与对比例2中，组分一R134a质量百分占比不在32％-80％范围内，各组分之间的协同作用不能更好的发挥，对比例1制备得到的传热介质的温度滑移偏大，且不可燃组分含量减少，可燃性加强。对比例2制备得到的传热介质的温度滑移偏大，GWP远大于600。去掉本配方中的某种物质，如对比例4去掉第二组分制备得到的二元传热介质，其温度滑移偏大，相对容积制冷量太小。当二组分与第三组分的质量百分占比超过本发明提供的单位，即第二组分质量百分占比超过64％如对比例5制备得到的三元传热介质，其不可燃组分含量减少，可燃性加强；第三组分质量百分占比超过36％如对比例6制备得到的三元传热介质，其温度滑移偏大。

因此可以得知，只有在本发明中配方提供的三种组分范围内选择三种物质，同时按照本发明提供的质量百分占比制备得到的传热介质，其组分之间能很好的起到协同作用，得到的传热介质不仅具有低GWP、零ODP的环保特性，而且从可燃性的角度看，具有弱可燃性甚至不可燃性，同时具备与R134a相当的制热性能，可成为替代R134a的环保安全传热介质。

综上，一种安全环保传热介质，其采用的安全环保传热介质不仅具有低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，即应用于压缩机，容积制冷量和能效COP与使用R134a工质的压缩机相当，可成为替代R134a的安全环保传热介质。而且从可燃性的角度看，具有弱可燃性甚至不可燃性，安全性能高。同时本发明中提供的一种安全环保传热介质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安全环保传热介质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

1.一种安全环保传热介质，其特征在于：其由第一组分、第二组分和第三组分组成，以质量百分比计，其中，所述第一组分为32%-44%的1,1,1,2-四氟乙烷（R134a），所述第二组分为40%-64%的3,3,3-三氟丙烯（R1243zf），所述第三组分为4%-16%的二甲醚（RE170），其中所述传热介质具有不大于600的全球变暖潜力（GWP），所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。

2.一种安全环保传热介质，其特征在于：其由第一组分、第二组分和第三组分组成，以质量百分比计，其中，所述第一组分为52%-60%的三氟碘甲烷（R13I1），所述第二组分为36%-44%的3,3,3-三氟丙烯（R1243zf），所述第三组分为4%的环丙烷（RC270），其中所述传热介质具有不大于600的全球变暖潜力（GWP），所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。

3.一种安全环保传热介质，其特征在于：其由第一组分、第二组分和第三组分组成，以质量百分比计，其中，所述第一组分为60%-80%的三氟碘甲烷（R13I1），所述第二组分为4%-32%的3,3,3-三氟丙烯（R1243zf），所述第三组分为4%-36%的二甲醚（RE170），其中所述传热介质具有不大于600的全球变暖潜力（GWP），所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。

4.如权利要求3所述的一种安全环保传热介质，以质量百分比计，所述第一组分为72%三氟碘甲烷（R13I1），所述第二组分为8%的3,3,3-三氟丙烯（R1243zf），所述第三组分为20%二甲醚（RE170），所述质量占比是基于热传递组合物所有组分的总质量。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种安全环保传热介质，其特征在于：所述安全环保传热介质具有低可燃性或不可燃性。

6.如权利要求5所述的一种安全环保传热介质，其特征在于：使用所述安全环保传热介质的压缩机内有与所述安全环保传热介质相容的润滑油。

7.如权利要求6所述的一种安全环保传热介质，其中所述润滑油选自：矿物油、硅油、多烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚亚烷基二醇(PAG)、聚亚烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烃)的至少一种物质或至少两种的组合。

8.一种采用离心压缩机的制冷系统，其采用权利要求1-7任一项所述的一种安全环保传热介质。

9.如权利要求8所述的采用离心压缩机的制冷系统，其特征在于：使用所述安全环保传热介质的热交换系统用聚亚烷基二醇(PAG)类油来降低系统中所述安全环保传热介质的充灌量。