CN112391145B - 一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制冷剂技术领域,具体涉及一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂及其应用。该碳氢混合制冷剂包括以下质量百分比的各组分:丙烯(R1270)36%~39%,异丁烷(R600a)61%~64%。本发明的碳氢混合制冷剂相比于R134a,具有绝热指数低的特点,在相同压比下,可降低排气温度,提高输气系数,减少压缩过程的不可逆损耗,提高系统的能效。本发明所提供的碳氢混合制冷剂可直接作为R134a的替代制冷剂,适用于制冷领域的大部分系统设备,能有效解决高GWP制冷剂的替代问题。
Description
技术领域
本发明属于制冷剂技术领域,具体涉及一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂及其应用。
背景技术
目前,R134a因其无毒性、不可燃、对臭氧层无破坏、热物性优异等特点广泛应用于汽车空调、冰箱、冷柜等制冷系统中。但是,在对环境问题越来越重视的今天,R134a的使用因其较高的全球变暖潜值开始逐渐受到越来越多的限制。欧盟在2004年规定,自2011年开始,欧盟国家所新推出的汽车空调系统中所使用的制冷剂的GWP值必须小于150,而2017年开始将禁止汽车空调系统使用GWP值大于150的制冷剂;此外,《京都议定书》也将R134a列为限制使用和生产的制冷剂;而2015年签订的《巴黎协定》和2016年通过的基加利修正案都加强了有高温室效应的HFCs的管控,在未来将会大幅削减R134a等制冷剂的使用。因此,R134a现如今只能作为过渡制冷剂短暂使用,其淘汰和被替代是必然的。
针对R134a的替代问题,近年来有不少研究人员开始对混合制冷剂进行开发,以期能找到更合适的替代制冷剂。
专利号为CN 109762526 A、CN 109810674 B的专利都分别提出不同的三元混合制冷剂作为替代制冷剂,并且其温度滑移较小,热物性能与R134a相近,可适合直接作为替代制冷剂进行充灌,但是,两种三元混合制冷剂的成分里都包含有R134a,并不能做到完全替代。
专利号为CN 111004610 A、CN 109722226 A的专利所公开的混合制冷剂在制冷系统中表现出较高的能效值,且其工作压力与R134a相近,但是,混合制冷剂都存在压比较高的问题,压缩机排气温度也未有任何改善,而且GWP值也远未达到欧盟标准,仍处于一个比较高的水平。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂及其应用。
本发明所提供的技术方案如下:
一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂,包括以下质量百分比的各组分:丙烯(R1270)36%~39%,异丁烷(R600a)61%~64%。
下表1给出了ASHRAE(美国采暖、制冷与空调工程师协会)手册中关于R1270和R600a的相关物理性质与安全参数:
表1:R1270和R600a物性参数
参数 | R1270 | R600a |
分子式 | C<sub>3</sub>H<sub>6</sub> | C<sub>4</sub>H<sub>10</sub> |
相对分子质量 | 42.08 | 58.122 |
汽化潜热(0.1013MPa)kJ/kg | 439.16 | 365.11 |
标准沸点℃ | -47.62 | -11.75 |
凝固点℃ | -185.2 | -159.42 |
临界压力kPa | 4554.8 | 3629 |
临界温度℃ | 91.061 | 134.66 |
临界密度kg/m<sup>3</sup> | 230.03 | 225.5 |
安全级别 | A3 | A3 |
ODP | 0 | 0 |
GWP | 1.8 | ~20 |
所述碳氢混合制冷剂为非共沸混合制冷剂。
具体的,该制冷剂包括以下质量百分比的各组分:丙烯38%,异丁烷62%。
具体的,该制冷剂包括以下质量百分比的各组分:丙烯36%,异丁烷64%。
具体的,该制冷剂包括以下质量百分比的各组分:丙烯37%,异丁烷63%。
具体的,该制冷剂包括以下质量百分比的各组分:丙烯39%,异丁烷61%
该替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂的制备可采用现有技术的常规方法,例如,包括以下步骤:将气态丙烯和气态异丁烷混合均匀,即得所述的替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂。
再例如,其制备方法包括以下步骤:将液态丙烯和液态异丁烷混合均匀,即得所述的替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂。
根据相似相溶原理,可在液态下相互溶解,因此可根据重量比直接充入制冷剂罐中进行物理混合,也可在需要的时候按比例选取分别充入压缩机中使用。
本发明还提供了一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂的应用,作为汽车空调制冷剂。
本发明作为可替代R134a的碳氢混合制冷剂,与现有技术相比,有如下有益效果:
1、本发明的碳氢混合制冷剂的汽化潜热和饱和液体导热系数相对于R134a更大,相同制冷量下,在制冷系统中的充灌量少,所需换热器的传热面积也相对更小。制冷剂充灌量少,降低了易燃易爆的危险性。而且R1270(丙烯)和R600a(异丁烷)来源广泛,为天然工质,相对于需人工合成的R134a成本更低廉。
2、R1270与R600a都为碳氢化合物,水溶性小,且与R134a制冷系统中常用的聚酯类润滑油相溶,可直接在制冷系统中替代而不用更换润滑油,也不需要更换过多的部件。且本发明的相对分子质量比R134a小很多,制冷剂粘度较小,从而可进一步减少制冷系统的压降损失,达到系统节能的效果。
3、本发明中的混合物成R1270和R600a都为天然碳氢制冷剂,无氟氯原子,其大气臭氧破坏潜值为0,而且本发明的总体GWP值远小于R134a,基本不会有任何效应影响,作为天然工质更无人工合成物质的潜在未知风险。
4、本发明的碳氢混合制冷剂相比于R134a,具有绝热指数低的特点,在相同压比下,可降低排气温度,提高输气系数,减少压缩过程的不可逆损耗,提高系统的能效。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1:
取制冷剂领域常用且纯度达到99.99wt%以上的R1270和R600a,在液相状态下,将质量百分比为36%的R1270和64%的R600a进行充分物理混合。
实施例2:
取制冷剂领域常用且纯度达到99.99wt%以上的R1270和R600a,在液相状态下,将质量百分比为37%的R1270和63%的R600a进行充分物理混合。
实施例3:
取制冷剂领域常用且纯度达到99.99wt%以上的R1270和R600a,在液相状态下,将质量百分比为38%的R1270和62%的R600a进行充分物理混合。
实施例4:
取制冷剂领域常用且纯度达到99.99wt%以上的R1270和R600a,在液相状态下,将质量百分比为39%的R1270和61%的R600a进行充分物理混合。
以实施例与R134a为对象,按照现有技术标准的空调设计工况(蒸发温度为7.2℃,冷凝温度为54.4℃,冷凝器出口温度为46.1℃,压缩机进口温度18.3℃,压缩机效率取0.82)进行制冷剂在制冷系统中的理论循环计算。
理论循环计算主要针对压力、压比、压缩机出口温度、单位制冷量、制冷系数和滑移温度进行相关比较,其对比参数结果如表2所示:
表2:空调系统理论循环计算参数
本发明还以优选的实施例3为例,用化工软件Aspen模拟实施例3中的碳氢混合物物性参数,与R134a作对比,可得出如下表3:
表3:R134a和实施例3物性参数
根据表2中R134a与本发明的碳氢混合制冷剂在制冷循环中各参数的对比可以看出,本发明的实施例在蒸发压力与R134a相近的情况下,冷凝压力较低,在较小压比的情况下可有效延长压缩机的使用寿命,进一步减少泄漏的风险,而且在压缩机的排气温度上也相较于R134a更小,从而为本发明应用于恶劣的高温干燥环境中提供了进一步的可能;在制冷性能方面,本发明的单位质量制冷量远高于R134a,单位容积制冷量并未相差过大,系统充灌量小,其COP值也较高,表明制冷系统的能效得到很大改善,可有效降低能耗;本发明作为非共沸混合制冷剂,其滑移温度也处于允许范围内。
根据表3中制冷剂的物性方面来看,本发明实施例3的临界压力和临界温度都与R134a相近,标准沸点上实施例3比R134a更低,这意味着本发明更容易获得冷量;本发明的分子量也远小于R134a,流动性好,对系统的沿程损耗更小;在环保性能方面,本发明的ODP值为0,而GWP值小于20,无臭氧层破坏危害,全球变暖影响较小,是符合未来长期环保节能要求的混合制冷剂。综上所述,本发明的碳氢混合制冷剂可广泛应用于家用空调、中央空调、冷柜、热泵等制冷系统中,具有非常好的应用前景和发展潜力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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 (5)
1.一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂,其特征在于,由以下质量百分比的各组分组成:丙烯38%,异丁烷62%。
2.一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂,其特征在于,由以下质量百分比的各组分组成:丙烯36%,异丁烷64%。
3.一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂,其特征在于,由以下质量百分比的各组分组成:丙烯37%,异丁烷63%。
4.一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂,其特征在于,由以下质量百分比的各组分组成:丙烯39%,异丁烷61%。
5.一种根据权利要求1至4任一所述的替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂的应用,其特征在于:作为汽车空调制冷剂。
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