CN110684509A - 一种环保混合制冷剂及换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种环保混合制冷剂，该环保混合制冷剂包含三种组分，第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)和1,1,1,2‑四氟乙烷(R134a)中的一种，第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，第三组分为环丙烷(RC270)，二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的任一种。本发明中采用的环保混合制冷剂的GWP小于等于600，ODP为0，低可燃性或不可燃，具有明显的环保优势，环保混合制冷剂不需要更改装置，能够替代常用的R134a制冷剂，实现安全环保的工作。

Description

一种环保混合制冷剂及换热系统
技术领域
本发明涉及一种制冷技术，具体涉及一种环保混合制冷剂及换热系统。
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。目前，大型空调制冷系统常用冷媒如R134a，其GWP为1300，ODP为0，需要找到低GWP的工质去替代。而R1234yf从GWP和性能方面均能替换R134a，但是唯一遗憾是其带有弱可燃性。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种环保混合制冷剂，其采用的环保混合制冷剂的GWP小于等于600，ODP为0，低可燃性或不可燃，具有明显的环保优势，环保混合制冷剂不需要更改装置，能够替代常用的R134a制冷剂，实现安全环保的工作。
本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种环保混合制冷剂，所述环保混合制冷剂包含三种组分，所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)和1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)中的一种，所述第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，所述第三组分为环丙烷(RC270)，二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的任一种；所述环保混合制冷剂的GWP不大于600，ODP为0。
进一步可选地，所述环保混合制冷剂包含三种组分，其中所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)，其质量占比为24％-80％；所述第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，其质量占比为4％-72％；所述第三组分为环丙烷(RC270)，二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的任一种，其质量占比为4％-32％；其中所述质量占比是基于环保混合制冷剂所有组分的总质量。
进一步可选地，所述环保混合制冷剂包含三种组分，其中所述第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，其质量占比为质量占比4％-28％；所述第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，其质量占比为44％-92％；所述第三组分为二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的一种，其质量占比为4％-28％；其中所述质量占比是基于环保混合制冷剂所有组分的总质量。所述环保混合制冷剂不仅GWP不大于600，ODP为0，其温度滑移小、制冷能力能效性能良好。
进一步可选地，所述制冷系统所用环保混合制冷剂包含三种组分，其中所述三种组分组成为质量占比52％-80％的三氟碘甲烷(R13I1)，质量占比4％-44％的三氟甲基甲基醚(RE143a)，以及质量占比4％-32％的二甲醚(RE170)。环保混合制冷剂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，且低可燃性。所述环保混合制冷剂不仅GWP不大于600，ODP为0，其低可燃性、制冷能力能效性能良好。
进一步可选地，滑移温度小于0.5℃，属于共沸或近共沸混合制冷剂。该环保混合制冷剂在使用的时候，不会出现分馏现象或分馏可以忽略，对于使用该环保混合制冷剂的系统来说，不用增加额外的措施来防止蒸发器中因温度滑移引起的换热效率降低的问题。
本发明提供一种组合物，其包含润滑剂和上述任一项所述的环保混合制冷剂。
进一步可选地，所述润滑剂选自酯类油，酯类油与本发明的环保混合制冷剂有很好的兼容性，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混合制冷剂总质量的质量百分比不高于1％。，增加环保混合制冷剂的稳定性，提高其换热效率。
本发明还提供一种换热系统，其包含流体连通的压缩机、冷凝器和蒸发器、膨胀装置和实现所述流体连通的传热介质，所述传热介质为上述任一项所述的环保混合制冷剂。
进一步可选地，所述换热系统为HVACR系统。
进一步可选地，所述换热系统是离心式冷水机组，所述压缩机为离心式压缩机，所述蒸发器为管壳式换热。
进一步可选地，上述任一项所述环保混合制冷剂或组合物的用途，其用于机动车辆的空调系统，商业及工业空调设备，家用、商业及工业冷却器，冷藏运输机，制冰机，除湿机的任一种。
本发明还提供了一种替换包含在换热系统中的现有换热流体的方法，其包括：从所述系统中去除至少一部分所述现有换热流体，所述现有换热流体是R134a，通过引入上述任一项所述一种环保混合制冷剂来替换至少一部分所述现有换热流体，保证制冷能力为R134a制冷剂的制冷能力的82％至100％。
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，是保证对环保混合制冷剂优良性能的条件。
本发明的有益效果：
(1)本发明一种环保混合制冷剂，在使用该环保混合制冷剂是，不要更改制冷系统中的制冷系统的设计，使用方便。
(2)本发明一种环保混合制冷剂中使用的环保混合制冷剂加入的三氟碘甲烷和1,1,1,2-四氟乙烷为低可燃性或不可燃组分，通过控制上述不可燃组分在环保混合制冷剂中的含量的变化可以削弱环保混合制冷剂中其他组分的可燃性，进而获得低可燃性或不可燃且性能良好的环保混合制冷剂，其GWP均小于等于600，ODP为0。
(3)本发明的中的环保混合制冷剂相比R134a工质，具备明显的环保优势，同时该环保混合制冷剂具备良好的热力性能，应用于制冷系统，能力和能效与使用R134a工质的制冷系统相当，能够替代R134a工质。
(4)除了容积制冷量和能效以外，本发明对环保混合制冷剂的组分和含量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，而本发明的环保混合制冷剂滑移温度小于0.5℃。采用该环保混合制冷剂的制冷系统不需要设置应对方案来防止制冷系统中温度滑移引起的换热效率降低。
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制冷系统系统单极压缩循环系统图；
图中：
1-压缩机；2-冷凝器；3-蒸发器；40-节流阀；
具体实施方式
本实施例提供了一种环保混合制冷剂，该机组所用环保混合制冷剂GWP小于等于600，ODP为0，低可燃性或不可燃，具备明显的环保优势。该环保制冷剂可以用于其用于机动车辆的空调系统，商业及工业空调设备，家用、商业及工业冷却器，冷藏运输机，制冰机，除湿机的任一种，本实施例具体介绍其在换热系统为HVACR系统的离心式冷水机组中的性能。优选的，本实施例提供了离心式冷水机组的单级压缩蒸汽制冷循环系统为例，除了上述环保混合制冷剂，其还包括压缩机1，冷凝器2，膨胀装置，蒸发器3，其中膨胀装置选用了节流阀40。优选的，压缩机1为离心式压缩机，换热器即蒸发器3和冷凝器2形式为壳管式换热器，且其中环保混合制冷剂为本发明的环保混合制冷剂和水，蒸发器3结构内侧包含气液分离过滤网，以免压缩机1吸气带液。压缩机1与冷凝器2，节流阀40，蒸发器3依次连接形成闭合回路。该环保混合制冷剂在该机组中换热、被压缩、节流，能替代常用的R134a制冷剂。
本发明的制冷系统使用的环保混合制冷剂的制备方法是将三氟碘甲烷(R13I1)或1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)中的一种物质、三氟甲基甲基醚(RE143a)和环丙烷(RC270)或二甲醚(RE170)或异丁烷(R600a)中的任意一种物质，按不同的质量比例在常温常压液相状态下进行物理混合成，混合均匀成环保混合制冷剂。其中三氟碘甲烷和1,1,1,2-四氟乙烷是A1类不可燃物质，环丙烷、二甲醚和异丁烷虽然是A3类易燃物质，但是其GWP值低于100，通过混合物质的比例控制，可达到混合物具有GWP低、弱可燃或不可燃的目的。各组分物质的基本参数见表1。
表1环保混合制冷剂中各组分物质的基本参数
Figure BDA0002200498360000051
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，每种环保混合制冷剂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比进行液相物理混合，混合均匀得到一种环保混合制冷剂。各实施例对比例将表2。
表2实施例和对比例
实施例 第一组分 第二组分 第三组分 质量配比％
实施例1 R13I1 RE143a RC270 60/36/4
实施例2 R13I1 RE143a RC270 52/40/8
实施例3 R13I1 RE143a RE170 76/12/12
实施例4 R13I1 RE143a RE170 52/44/4
实施例5 R13I1 RE143a R600a 56/40/4
实施例6 R13I1 RE143a R600a 48/48/4
实施例7 R134a RE143a RE170 16/72/12
实施例8 R134a RE143a RE170 12/80/8
实施例9 R134a RE143a R600a 12/84/4
实施例10 R134a RE143a R600a 4/92/4
实施例11 R13I1 RE143a RE170 80/4/16
实施例12 R13I1 RE143a RE170 64/4/32
实施例13 R13I1 RE143a RE170 72/4/24
实施例14 R134a RE143a RE170 28/44/28
实施例15 R13I1 RE143a R600a 24/72/4
对比例1 R134a RE143a RE170 0/68/32
对比例2 R13I1 RE143a R600a 82/10/8
对比例3 R13I1 RE143a R600a 68/2/30
对比例4 R134a RE143a RE170 68/32/0
对比例5 R13I1 RE143a R600a 45/20/35
对比例6 R13I1 RE143a R600a 68/0/32
对比例7 R13I1 RE143a R600a 20/48/32
表3比较了上述实施例和对比例与R134a的分子量、标准沸点及环境性能等基本参数。
表3环保混合制冷剂的热物性基本参数
由表3可知，本发明提供的环保混合制冷剂的所有实施例GWP值WP均小于等于600，ODP为0，不可燃或弱可燃或可燃，实施例3的GWP小于100，具备明显的环保优势，GWP远低于R134a。另外本发明环保混合制冷剂的分子量、标准沸点、临界温度与R134a相当。通过实施例1与实施例16，实施例5与实施例15，以及实施例13与实施例14三个组合分析得出，本发明中第一组分可以是R13I1和R134a中的一种，优选的，第一组分为R13I1，此时组合成的环保混合制冷剂的GWP小于等于260，ODP为0，远低于本发明第一组分为R134a的环保混合制冷剂。同时通过实施例还可以分析出优选的，质量占比52％-80％的R13I1，质量占比4％-44％的RE143a，以及质量占比4％-32％的RE170的方案，其具有更优的制冷能力及能效性能，同时具有低可燃性。
将上述实施例和对比例应用于本发明中提出的制冷系统中换热、被压缩、节流，替代R134a制冷剂。
表4比较了上述实施例中和对比例的环保混合制冷剂在制冷工况下(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4环保混合制冷剂与R134a的性能对比结果
Figure BDA0002200498360000081
(*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，上述所有制冷剂实施例的容积制冷量均小于R134a容积制冷量，但均大于0.84。所有实施例的能效COP均小于R134a的能效COP，但均大于0.93。大部分实施例的温度滑移小于等于0.2℃，属于共沸制冷剂，其它制冷剂实施例温度滑移均小于0.5℃，属于近共沸制冷剂。
综合表3与表4中实施例与对比例的数据可以看出，当改变本发明中配方的组分的含量或者组成制备的混合工质，组分之间不能很好的起到协同作用，会增加混合工质的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。具体的，就改变本配方的质量百分占比而言，对比例2，对比例3,对比例5以及对比例7给出了证明，组分一或组分二或组分三超出或者低于本发明中质量百分占比的范围所得到的三元混合制冷剂的相对容积制冷量太低，温度滑移太大。从组分组成上分析，去掉配方中的第一组分R134a或R13I1所得到的二元混合制冷剂如对比例1，其GWP和相对容积制冷量、能效、温度滑移等指标和本发明的实施例相当，但其可燃程度加强。当去掉本发明中第三组分RC270或RE170或R600a所得到的二元混合制冷剂如对比例4，其GWP偏高；当去掉本发明中第二组分RE143a所得到的二元混合制冷剂如对比例6，其相对容积制冷量太低，温度滑移太大。
本实施例提供一种组合物其包含润滑剂和上述实施例的环保混合制冷剂。优选的，润滑剂选自酯类油。优选的，组合物还包含稳定剂，稳定剂基于环保混合制冷剂总质量的质量百分比不高于1％。酯类油与环保混合制冷剂有很好的兼容性，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。增加环保混合制冷剂的稳定性，提高其换热效率。
本实施例还提供一种替换包含在换热系统中的现有换热流体的方法，其包括：从系统中去除至少一部分现有换热流体R134a，通过本实施例中环保混合制冷剂或组合物来替换至少一部分R134a，保证系统制冷能力为单独使用R134a制冷剂的制冷能力的82％至100％。
综上，一种环保混合制冷剂，其采用的环保混合制冷剂不仅具有低GWP、零ODP的环保特性，具有低可燃性或不可燃性，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，即应用于制冷系统，容积制冷量和能效COP与使用R134a工质的制冷系统相当，且温度滑移小，可成为替代R134a的环保混合制冷剂。同时环保混合制冷剂不需要更改制冷系统的设计，不需要不需要设置应对方案来防止制冷系统中温度滑移引起的换热效率降低，使用方便。同时本发明中提供的一种环保混合制冷剂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环保混合制冷剂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 (13)

1.一种环保混合制冷剂，其特征在于：所述环保混合制冷剂包含三种组分，所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)和1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)中的一种，所述第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，所述第三组分为环丙烷(RC270)，二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的任一种；所述环保混合制冷剂的GWP不大于600，ODP为0。
2.如权利要求1所述的环保混合制冷剂，其特征在于：所述环保混合制冷剂包含三种组分，其中所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)，其质量占比为24％-80％；所述第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，其质量占比为4％-72％；所述第三组分为环丙烷(RC270)，二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的任一种，其质量占比为4％-32％；其中所述质量占比是基于环保混合制冷剂所有组分的总质量。
3.如权利要求1所述的环保混合制冷剂，其特征在于：所述环保混合制冷剂包含三种组分，其中所述第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，其质量占比为质量占比4％-28％；所述第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，其质量占比为44％-92％；所述第三组分为二甲醚(RE170)和异丁烷(R600a)中的一种，其质量占比为4％-28％；其中所述质量占比是基于环保混合制冷剂所有组分的总质量。
4.如权利要求2所述的一种环保混合制冷剂，其特征在于：所述制冷系统所用环保混合制冷剂包含三种组分，其中所述三种组分组成为质量占比52％-80％的三氟碘甲烷(R13I1)，质量占比4％-44％的三氟甲基甲基醚(RE143a)，以及质量占比4％-32％的二甲醚(RE170)。
5.如权利要求4所述的一种环保混合制冷剂，其特征在于：滑移温度小于0.5℃，属于共沸或近共沸混合制冷剂。
6.一种组合物，其包含润滑剂和根据前述权利要求1-5任一项所述的环保混合制冷剂。
7.如权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述润滑剂选自酯类油。
8.如权利要求6-7任一项所述的组合物，其特征在于：其还包含稳定剂，所述稳定剂基于所述环保混合制冷剂总质量的质量百分比不高于1％。
9.一种换热系统，其包含流体连通的压缩机(1)、冷凝器(2)和蒸发器(3)、膨胀装置和实现所述流体连通的传热介质，所述传热介质为权利要求1-6任一项所述的环保混合制冷剂。
10.权利要求9所述的换热系统，其特征在于：所述换热系统为HVACR系统。
11.如权利要求10所述的换热系统，其特征在于：所述换热系统是离心式冷水机组，所述压缩机(2)为离心式压缩机。
12.如权利要求1-5任一项所述环保混合制冷剂或权利要求6-8任一项所述组合物的用途，其用于机动车辆的空调系统，商业及工业空调设备，家用、商业及工业冷却器，冷藏运输机，制冰机，除湿机的任一种。
13.一种替换包含在换热系统中的现有换热流体的方法，其包括：从所述系统中去除至少一部分所述现有换热流体，所述现有换热流体是R134a，通过引入权利要求1-5任一项所述环保混合制冷剂或权利要求6-8任一项所述组合物来替换至少一部分所述现有换热流体，保证制冷能力为R134a制冷剂的制冷能力的82％至100％。
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