CN111423852B - 三元制冷组合物及包含其的制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元制冷组合物及包含其的制冷装置。该三元制冷组合物由第一组分和第二组分组成，第一组分为氟乙烷，第二组分选自1,1‑二氟乙烷、二氟甲烷和2,3,3,3‑四氟丙烯中的任意两种。氟乙烷的环保特性和热力学性能与R290相似，但可燃性低于R290，通过将氟乙烷与可燃性为2类或2L类的第二组分共同使用，能够使制冷组合物具有较低的GWP和良好热力学性能和较低的可燃性等级，提高其使用安全性；上述三元制冷组合物的ODP值为零，即使长期使用也不会造成对臭氧层的破坏。因而上述三元制冷组合物具有较低的GWP，ODP为0，可燃性为2类，且应用时机组的能力和能效与使用R290制冷剂的机组相当。

Description

三元制冷组合物及包含其的制冷装置
技术领域
本发明涉及制冷材料技术领域，具体而言，涉及一种三元制冷组合物及包含其的制冷装置。
背景技术
在全球变暖的背景下，制冷技术面临着“环保”和“节能”两大压力，寻找环保、高效的替代工质是制冷行业急需解决的关键问题。自然工质丙烷(R290)因具有零臭氧消耗潜值(ODP)、极低的全球变暖潜值(GWP)和良好的热力学性质，被认为是未来的替代制冷剂之一。R290在德国、瑞典等欧盟国家已应用于空气调节系统、冰箱和小型冷冻冷藏箱，印度也已经实现了R290空调的市场化。国内格力、美的和海尔等企业率先开展R290空调生产线改造项目，已建成多条生产线。但是R290属于3类易燃制冷剂，处于安全性的考虑，其无法在市场上进行大范围推广。
鉴于上述问题的存在，有必要提供一种同时具有低GWP、ODP值为0，良好热力学性能以及安全性较高的制冷组合物。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种三元制冷组合物及包含其的制冷装置，以解决现有的制冷组合物无法在保证低GWP、低ODP和良好热力学性能的同时，还具有较低的可燃性能的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种三元制冷组合物，三元制冷组合物由第一组分和第二组分组成，其中第一组分为氟乙烷，第二组分选自1,1-二氟乙烷、二氟甲烷和2,3,3,3-四氟丙烯中的任意两种。
进一步地，第二组分为1,1-二氟乙烷和二氟甲烷，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括76～88％第一组分、4～20％1,1-二氟乙烷及4～12％二氟甲烷。
进一步地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括84～88％第一组分，4～12％1,1-二氟乙烷及4～12％二氟甲烷。
进一步地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括76～80％第一组分，12～20％1,1-二氟乙烷及4～8％二氟甲烷。
进一步地，第二组分为二氟甲烷和2,3,3,3-四氟丙烯，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括68～88％第一组分、4～20％二氟甲烷，4～28％2,3,3,3-四氟丙烯。
进一步地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括68～88％第一组分，4～8％二氟甲烷以及余量的2,3,3,3-四氟丙烯。
进一步地，第二组分为1,1-二氟乙烷和2,3,3,3-四氟丙烯，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括60～88％第一组分、4～12％1,1-二氟乙烷和4～36％2,3,3,3-四氟丙烯。
进一步地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括60～88％第一组分、4～8％1,1-二氟乙烷以及余量的2,3,3,3-四氟丙烯。
本申请的另一方面还提供了一种制冷装置，该制冷装置包括制冷剂，且制冷剂包括本申请提供的三元制冷组合物。
应用本发明的技术方案，氟乙烷(R161)的环保特性和热力学性能与R290相似，但可燃性低于R290，通过将氟乙烷与可燃性为2类或2L类的第二组分共同使用，能够使制冷组合物具有较低的GWP和良好热力学性能，以及较低的可燃性等级，提高其使用安全性；同时上述三元制冷组合物的ODP值为零，即使长期使用也不会造成对臭氧层的破坏。在此基础上，上述三元制冷组合物具有较低的GWP，ODP为0，可燃性为2类，且应用该三元制冷混合物的机组的能力和能效与使用R290制冷剂的机组相当。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的制冷组合物无法在保证低GWP、低ODP和良好热力学性能的同时，还具有较低的可燃性能的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种三元制冷组合物，该三元制冷组合物由第一组分和第二组分组成，其中第一组分为氟乙烷，第二组分选自1,1-二氟乙烷、二氟甲烷和2,3,3,3-四氟丙烯中的任意两种。
氟乙烷(R161)的环保特性和热力学性能与R290相似，但可燃性低于R290，通过将氟乙烷与可燃性为2类或2L类的第二组分共同使用，能够使制冷组合物具有较低的GWP和良好热力学性能，以及较低的可燃性等级，提高其使用安全性；同时上述三元制冷组合物的ODP值为零，即使长期使用也不会造成对臭氧层的破坏。在此基础上，上述三元制冷组合物具有较低的GWP，ODP为0，可燃性为2类，且应用该三元制冷混合物的机组的能力和能效与使用R290制冷剂的机组相当。
二氟甲烷(R32)具有良好的热工性能，环保性能和安全性及市场获得性，但是单独作为制冷剂，R32会导致压缩机排气温度过高的问题。在一种优选的实施方式中，第二组分为1,1-二氟乙烷和二氟甲烷，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括76～88％第一组分、4～20％1,1-二氟乙烷及4～12％二氟甲烷。将1,1-二氟乙烷和二氟甲烷的混合物作为第二组分能够降低制冷过程中压缩机排气温度，同时将三元制冷组合物中各组分的用量限定在上述范围内有利于进一步提高三元制冷组合物的制冷效果，并降低其可燃性能。
更优选地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括84～88％第一组分，4～12％1,1-二氟乙烷及4～12％二氟甲烷；或者，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括76～80％第一组分，12～20％1,1-二氟乙烷及4～8％二氟甲烷。针对第一组分的用量，更加精准地控制第二组分中1,1-二氟乙烷与二氟甲烷的用量，从而有利于进一步降低其可燃性，并提高其循环性能。
在一种优选的实施方式中，第二组分为1,1-二氟乙烷和2,3,3,3-四氟丙烯，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括60～88％第一组分、4～12％1,1-二氟乙烷和4～36％2,3,3,3-四氟丙烯。将1,1-二氟乙烷和2,3,3,3-四氟丙烯的混合物作为第二组分，同时将三元制冷组合物中各组分的用量限定在上述范围内有利于进一步提高三元制冷组合物的制冷效果，并降低其可燃性能。
为了进一步发挥第一组份和第二组分的性能优势，提升三元制冷组合物的性能，更优选地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括60～88％第一组分、4～8％1,1-二氟乙烷以及余量的2,3,3,3-四氟丙烯。
在一种优选的实施方式中，第二组分为二氟甲烷和2,3,3,3-四氟丙烯，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括68～88％第一组分、4～20％二氟甲烷，4～28％2,3,3,3-四氟丙烯。将1,1-二氟乙烷和2,3,3,3-四氟丙烯的混合物作为第二组分能够降低制冷过程中压缩机排气温度，并进一步降低GWP，提高其环保性能；同时将三元制冷组合物中各组分的用量限定在上述范围内能够结合第一组合和第二组分的自身性能，进一步提高三元制冷组合物综合性能。
为了进一步发挥第一组份和第二组分的性能优势，提升三元制冷组合物的性能，更优选地，以占三元制冷组合物的摩尔百分含量计，三元制冷组合物包括68～88％第一组分，4～8％二氟甲烷以及余量的2,3,3,3-四氟丙烯。
本申请的另一方面还提供了一种制冷装置，制冷装置包括制冷剂，其中，制冷剂包括上述三元制冷组合物。
上述三元制冷组合物具有较低的GWP，ODP为0，可燃性为2类。将其应用于制冷装置中能够获得较高的能力和能效，同时还能使制冷装置具有更高的安全性和环保性。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例中所涉及到的各组元的热物性如表1所示。
表1
Figure BDA0002431842140000041
各实施例制得的三元制冷组合物的组成见表2。
表2
Figure BDA0002431842140000042
Figure BDA0002431842140000051
以实施例1至49中的三元制冷组合物依替代R290作为空调制冷剂。所选取的设计工况为：蒸发器出口温度为283.15K，冷凝器出口温度为313.15K，蒸发器出口的气相为过热状态，过热度为5K，冷凝器出口的液相为过冷状态，过冷度为5K，压缩机的绝热效率为0.75。分别使用上述实施例中的三元制冷组合物和R290制冷剂在制冷系统中的循环性能参数进行理论计算，比较了其中的GWP，相对单位容积制冷量Qv(与R290的单位容积制冷量比值)，相对性能系数COP(与R290的性能系数比值)，温度滑移，压缩机排气压力和压缩机排气温度。计算结果见表3。
表3
Figure BDA0002431842140000061
Figure BDA0002431842140000071
由上表3可知，实施例1至49中制得的三元制冷组合物的GWP均小于150，具有较好的环保特性；所有制冷剂配方的相对容积制冷量和相对性能系数均大于0.95(实施例43至实施例49除外)，制冷能力和能效与使用R290制冷剂基本相当；所有制冷剂可燃性优于R290，压缩机排气压力与R290的相差不大，排气温度略高。同时由于可燃性上R290>R161>R152a>R32>R1234yf，因而实施例中所有混合制冷剂的可燃性都比R290低，且混合物中R32和R1234yf的比例越高，可燃性越低。
由上所述，在以上设计工况和以上理论计算的优选比例范围内，各制冷剂配方的GWP低，单位容积制冷量和系统性能系数与R290相近且可燃性得到改善，本发明能够较好的对R290制冷剂进行替代。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三元制冷组合物，其特征在于，所述三元制冷组合物由第一组分和第二组分组成，其中所述第一组分为氟乙烷，所述第二组分为1,1-二氟乙烷和2,3,3,3-四氟丙烯，以占所述三元制冷组合物的摩尔百分含量计，所述三元制冷组合物包括60～88％所述第一组分、4～12％所述1,1-二氟乙烷和4～36％所述2,3,3,3-四氟丙烯。
2.根据权利要求1所述的三元制冷组合物，其特征在于，以占所述三元制冷组合物的摩尔百分含量计，所述三元制冷组合物包括60～88％所述第一组分、4～8％所述1,1-二氟乙烷以及余量的所述2,3,3,3-四氟丙烯。
3.一种制冷装置，其特征在于，所述制冷装置包括制冷剂，其中，所述制冷剂包括权利要求1或2所述的三元制冷组合物。
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