CN1123617C - 用于中低温制冷或空调热泵系统的制冷剂 - Google Patents

Abstract

一种用于中低温制冷或空调热泵系统的制冷剂，它由丙烷(R290)和五氟乙烷(HFC-125)和二氟甲烷(HFC-32)三种物质组成。该制冷剂无毒，热工参数良好，其GWP、COP均比R502的低，但其容积制冷量大；其它运行参数如压比、排气温度等均比R502要好；与同一类的长期性替代物R407B相比，其综合性能有所改进，基本上或根本不破坏臭氧层，无需改动原有设备的主要部件与生产线，是一种可替代R502的中、近期或长期性制冷剂。

Description

用于中低温制冷或空调热泵系统的制冷剂

本发明涉及一种用于中、低温制冷或空调热泵系统中的绿色制冷剂。

现有技术中，作为中、低温制冷或空调热泵系统中的制冷剂，长期以来大都使用R502，它是由HCFC-22和CFC-115组成的共沸混合物。1974年发现CFC类和HCFC类物质对大气臭氧层有严重的破坏作用，为此，国际上已决定发达国家从1996年起禁止使用CFC类物质。(发展中国家从2006年起禁用)，并从2020年起禁止在新的设备上使用HCFC类物质(发展中国家从2040年起禁止使用)。

目前，国际上作为替代R502的制冷剂主要可分为两类。一类是含HCFC-22的混合物，为中、近期替代物，可使用至2020年(发达国家)或2040年(发展中国家)；另一类是含HFC类物质的混合物，为长期替代物。

作为中、近期替代物，目前国际上主要有R402A(HCFC-22/HFC-125/R290，其重量比为38/60/2)、R402B(成分与R402A同，重量比为60/38/2)，R408A(HCFC-22/HFC-125/HFC-143a，重量比为47/7/46)和R411B(HCFC-22/R1270/HFC-152a，重量比为94/3/3)。它们的优点是已基本不破坏臭氧层，而且热工性能与R502相近。但是，前三种冷凝压力偏高，能效尚不够理想，后一种压机排气温度太高。

作为长期替代物，目前国际上主要有R404A(HFC-125/HFC-143a/HFC-134a，重量比为44/52/4)，R407A(HFC-32/HFC-125/HFC-134a，重量比为20/40/40)，407B(成分与407A同，重量比为10/70/20)和R507A(HFC-125/HFC-143a，重量比为50/50)。它们的优点是不破坏臭氧层，而且热工参数与R502尚接近，但是，其能效均比R502的低。

本发明的目的在于研究开发一种可在中近期或长期替代R502的制冷剂，使其基本不需改动现有设备中的主要部件，而且具有优良的热工性能和热工参数。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明所称的一种制冷剂，其特征是除含有丙烷(R290)外，还含有一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)或一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，其含量(重量百分比)分别为5-25％，40-80％和5-40％。

本发明的另一种制冷剂，其特征是除含有丙烷(R290)外，还可含有五氟乙烷(HFC-125)和二氟甲烷(HFC-32)或五氟乙烷HFC-125和1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)，其含量(重量百分比)分别为5-30％，30-90％和5-40％。

本发明的再一种制冷剂，其特征是除含有R290外，也可含有HFC-125、HFC-32和HFC-134a或HFC-125、HFC-32和三氟碘甲烷(FC-1311)或HFC-134a、HFC-32和FC-1311或HFC-125、HFC-143a和FC-1311，其含量(重量百分比)分别为5-30％，30-70％，5-50％和5-35％。

也可在上述由R290、HFC-125、HFC-143a和FC-1311组成的制冷剂中，以HFC-32替代R290，其含量(重量百分比)分别为5-30％，30-70％，5-50％和5-35％。

本发明所述的制冷剂，其制备方法就是将上述的各组分按其相应的配比在常温下进行物理混合即可。

本发明还提供了一种产生冷却或供热作用的方法，它包括对上述制冷剂进行蒸气压缩制冷或蒸气压缩供热。

本发明所称的制冷剂与现有技术相比具有如下优点：

它们具有良好的环境性能，R502的臭氧损耗因数ODP为0.214，全球温室效应潜能GWP为4510，而本发明的制冷剂，其ODP小于0.03或等于零，GWP分别在630-3300之间，可以分别作为中、近期(2040年前)或长期的R502替代制冷剂。

本发明的制冷剂的热工参数与R502相近，完全可以在原R502压缩机中直接充灌。

本发明的制冷剂的热工性能即工作参数(COP)、冷量及容积制冷量接近于或优于R502。

用以下非限定性实施例对本发明的制冷剂作进一步的说明，将有助于本发明及其优点的理解，而不作为对本发明的限定，本发明的保护范围由权利要求书来限定。

实施例1

本实施例的制冷剂含有65％的一氯二氟代甲烷(HCFC-22)、15％的丙烷(R290)和20％的1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)。

实施例2

本实施例的制冷剂含有55％的一氯二氟代甲烷(HCFC-22)、15％的丙烷(R290)和30％的1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)。

上述两个实施例均可为中、近期R502替代物。若中低温制冷设备的设计工况取为：冷凝温度40℃，蒸发温度-30℃，过冷度0℃，吸气温度18℃，压机效率70％，根据循环计算，上述实施例1和2的有关参数以及与R502及现有几种中、近期替代物的比较列于表1

表1实施例1和2的制冷剂的性能与R502及其他中近期替代物的比较

         实施例1   实施例2  R502   402A   402B   408A   411BODP           0.035     0.028   0.214  0.022  0.033  0.024  0.045GWP            1685    1325    4510   2380   2080   3060   1540冷凝压力，MPa  1.55    1.55    1.63   2.01   1.89   1.90   1.56压比           9.0     9.2     8.8    8.6    8.9    8.7    9.4排气温度，℃   136.7   139.7   127.2  124.8  138.4  136.2  165.5COP*           1.06    1.07    1.0    0.91   1.0    0.99   1.13冷量*          1.47    1.58    1.0    0.98   1.2    1.27   1.66容积制冷量*    1.03    1.03    1.0    1.15   1.18   1.19   1.12

*均为与R502相应的比值，以下实施例同。

由表1可见，实施例1和2的制冷剂的环境性能(ODP和GWP)均比R502好，而且与现有的4种中、近期替代物相当或略好。热工性能也比R502好，与其他几种中、近期替代物相比，COP也有优势(除411B外，但411B的排气温度已超过150℃的一般限制范围)，而且热工参数均处于允许范围，可直接充灌。

实施例3

本实施例的制冷剂含有80％的五氟乙烷(HFC-125)、15％的丙烷(R290)和5％的二氟甲烷(HFC-32)。根据前述设计工况的循环计算，其性能与R502及相应的R407B的比较见表2。

表2  实施例3的制冷剂的性能与R502及R407B的比较

           实施例3   R502     R407BODP            0         0.214    0GWP            2589      4510     2300冷凝压力，MPa  1.94      1.61     1.95压比           8.5       8.8      9.7排气温度，℃   114.6     127.2    122.3COP            0.87      1.0      0.87冷量*          1.02      1.0      0.97容积制冷量*    1.04      1.0      1.0

由表2可见，实施例3的制冷剂的ODP为零，是一种长期替代物。GWP也比R502的低。除冷凝压力比R502的较高(但在允许极限压力2.5MPa以内)外，其他运行参数如压比、排气温度等均比R502的好。COP比R502的低，但容量制冷量大。与同一类型的长期替代物R407B相比，综合性能有所改进，例如冷凝压力、压比和排气温度均比R407B的低，而且在相同的COP条件下，冷量和容积制冷量均比R407B的大。

实施例4

本实施例的制冷剂含有60％的五氟乙烷(HFC-125)、10％的丙烷(R290)和30％的1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)。

实施例5

本实施例的制冷剂含有45％的五氟乙烷(HFC-125)、40％的1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、10％的丙烷(R290)和5％的三氟碘甲烷(FC-1311)。

根据前述设计工况的循环计算，实施例4与5的制冷剂的性能与R502及相应的R507A和R404A的比较见表3。

表3   实施例4与5的制冷剂的性能与R502、R507A及R404A的比较

           实施例4 实施例5   R502    R507A   R404AODP            0       0          0.214   0       0GWP            3240    3200       4510    3900    3850冷凝压力，MPa  1.95    1.90       1.61    2.03    1.98压比           8.4     8.4        8.8     8.5     8.64排气温度，℃   112.8   115.2      127.2   113.9   115.0COP            0.85    0.87       1.0     0.82    0.84冷量           0.96    1.02       1.0     0.88    0.92容积制冷量     1.03    1.03       1.0     1.03    1.02

由表3可见，实施例4与5的制冷剂的ODP为零，都是长期性替代物。GWP也比R502的低，而且比R507A与R404A的也低。除冷凝压力比R502的较高(但在允许极限压力2.5MPa内)外，其他运行参数如压比和排气温度等均比R502的好。COP比R502的低，但容积制冷量大，与同一类型的长期替代物R507A与R404A相比，综合性能有所改进，例如冷凝压力和压比均低，排气温度相当，而且在容积制冷量相当的条件下，COP和冷量比R507A和R404A的好。

实施例6

本实施例的制冷剂含有40％的五氟乙烷(HFC-125)、15％的丙烷(R290)、15％的二氟甲烷(HFC-32)和30％的1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)。

实施例7

本实施例的制冷剂含有45％的五氟乙烷(HFC-125)、30％的丙烷(R290)、15％的二氟甲烷(HFC-32)和10％的三氟碘甲烷(FC-1311)。

实施例8

本实施例的制冷剂含有45％的五氟乙烷(HFC-125)、25％的1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、15％的二氟甲烷(HFC-32)和15％的三氟碘甲烷(FC-1311)。

实施例9

本实施例的制冷剂含有20％的二氟甲烷(HFC-32)、30％的丙烷(R290)、40％的1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)和10％的三氟碘甲烷(FC-1311)。

根据前述设计工况的循环计算，实施例6、7、8、9的制冷剂的性能与R502及相应的长期替代物R407A的比较见表4

表4实施例6、7、8、9的制冷剂的性能与R502及R407A的比较

           实施例6 实施例7 实施例8 实施例9  R502   R407AODP            0       0       0       0        0.214  0GWP            1757    1528    2627    637      4510   1620冷凝压力，MPa  1.82    1.85    1.82    1.64     1.61   1.86压比           9.5     8.7     8.8     9.4      8.8    10.4排气温度，℃   129.9   127.9   129.2   137.7    127.2  137.8COP            0.95    0.95    0.95    1.02     1.0    0.95冷量           1.38    1.46    1.38    1.81     1.0    1.29容积制冷量     1.04    1.10    1.09    1.03     1.0    1.02

由表4可见，实施例6，7，8，9的制冷剂的ODP均为零，都是长期性替代物。GWP也均比R502的低。热工参数也与R502的相当，虽COP比R502的低，但冷量和容积制冷量比R502的大。与同一类型的长期替代物R407A相比，综合性能有所改进，例如冷凝压力、压比和排气温度均比R507A的低，而且在COP相同条件下，冷量和容积制冷量均比R407A的大，实施例9的COP还比R507A的高，而且冷量和容积制冷量也比R407的好。

Claims (1)

1.一种用于中低温制冷或空调热泵系统的制冷剂，其特征在于该制冷剂由丙烷、五氟乙烷和二氟甲烷三种物质组成，各组分的重量百分比含量分别为：

    丙烷：    5～30％

    五氟乙烷：30～90％

    二氟甲烷：5～40％。