CN113292966A - 一种环保混合制冷工质、制备方法和制冷设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效环保混合工质、制备方法和制冷设备，以质量百分比计，包括45％～60％的第一组分和40％～55％的第二组分；所述第一组分为丙烷，所述第二组分为反式‑1,3,3,3‑四氟丙烯。该混合工质热物理性能优秀，高效环保，循环性能及安全性能好，可用于解决制冷空调行业R22的替代难题。

Description

一种环保混合制冷工质、制备方法和制冷设备
技术领域
本发明涉及一种制冷工质，具体涉及一种环保混合制冷工质、制备方法和制冷设备。
背景技术
R22具有优良的综合性能因而在制冷行业得到了最广泛的应用，然而由于对臭氧层具有破坏性以及具有很高的温室效应指数，1991年哥本哈根会议将其列入逐步禁用名单，随后的《蒙特利尔议定书》第19次缔约方会议决定加速淘汰氯氟碳化合物(HCFCs)，加速了对R22的淘汰进程，之后根据《蒙特利尔议定书》基加利修正案的规定，R22的替代制冷工质包括R410A、R404A、R407C同样因加剧温室效应等缺点，将被逐步淘汰，因而，寻找节能环保，性能优良的制冷工质用于替代R22是制冷行业的迫切任务。
R290由于具有优秀的循环性，环保性及热物理特性，已成为制冷空调行业积极研究的主要替代制冷工质。但R290的易燃易爆性限制了其在生产生活中的推广应用。将R290与其它工质进行混合以改善其可燃性成为一重要研究方向。
现有学者研究提出的关于R290的混合工质包括R290/R32，R290/R134a/R600a，R290/R744，R290/R152a，R290/R134a，R290/R13I1，R290/R600a，R290/R170，R290/R407C/R600，并尝试将它们将应用在热泵系统内、小型制冷机、家用空调器和热泵系统、窗式空调器中及其它空调系统中。但以上混合工质或者具有强烈可燃性，例如R290/R134a/R600a，R290/R152a，R290/R170等。或着不具有可燃性，但其GWP过高，例如，R290/R134a，R290/R13I1，R290/R407C/R600等，形成的混合工质使用排放后对环境破坏严重。或着使用范围有限，如R290/R744，只能应用于高温高压条件或超临界循环系统内。因而以上混合工质无法解决可燃性以及工质的低GWP要求这一基本问题，故而无法实现对R22的替代。
发明内容
鉴于目前制冷空调行业广泛使用的制冷工质R22存在对环境破坏严重的问题，制冷空调行业迫切需要一种节能环保高效的制冷工质将其替代。本发明提供了一种高效环保混合工质、制备方法和制冷设备，该混合工质热物理性能优秀，高效环保，循环性能及安全性能好，可用于解决制冷空调行业R22的替代难题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种环保混合制冷工质，以质量百分比计，包括45％～60％的第一组分和40％～55％的第二组分；所述第一组分为丙烷，所述第二组分为反式-1,3,3,3-四氟丙烯。
进一步地，以质量百分比计，包括45％的第一组分和55％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括46％的第一组分和54％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括47％的第一组分和53％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括48％的第一组分和52％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括49％的第一组分和51％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括50％的第一组分和50％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括51％的第一组分和49％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括52％的第一组分和48％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括53％的第一组分和47％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括54％的第一组分和46％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括56％的第一组分和44％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括57％的第一组分和43％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括58％的第一组分和42％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括59％的第一组分和41％的第二组分。
进一步地，以质量百分比计，包括60％的第一组分和40％的第二组分。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明所提供的环保混合制冷工质，其ODP为0；GWP值约为12，远低于R22及其常规替代制冷工质，因此环保性能非常优异。
混合制冷工质在恒定压力下发生相变时会产生温度滑移，这将会对设备的制冷性能造成很大影响，本发明所提供的环保混合制冷工质温度滑移小，标准工况下，新型工质滑移温度近似为1℃，是近共沸混合制冷工质。
本发明所提供的环保混合制冷工质热力学性质及循环性能优秀且使用安全高效，可用于替代制冷工质R22广泛用于制冷空调行业。
本发明所提供的环保混合制冷工质是通过在液相R290中加入不燃且低GWP的氟化烯烃类化合物R1234ze(E)，不仅减少了R290在应用中的实际充注量以满足欧盟标准，而且进而抑制了其易燃易爆性，实现了制冷工质R290与R1234ze(E)的完美互补，也解决了R1234ze(E)的制冷性能差的问题。
本发明所提供的环保混合制冷工质饱和蒸汽压力线相似且低于R22，替代R22时不需要对设备和管路进行耐压处理。
本发明所提供的环保混合制冷工质导热系数、定压比热容、气化潜热显著高于R22及其替代制冷工质，粘度显著低于R22及其替代制冷工质，具有更好的热物理性质。
本发明所提供的环保混合制冷工质循环性能优秀。蒸发压力和冷凝压力均明显低于R22、R407C、R410A、R290，压力比小于R22、R407C、R410A，单位质量制冷量远高于R22、R407C、R410A、R1234ze(E)，性能系数COP与R22、R407C、R410A，R290相近，排气温度明显低于R22、R407C、R410A，在替代R22时具有显著优势。
本发明所提供的混合制冷工质泄漏后难以达到空气中的燃烧下限，其可燃性低，能够达到安全使用的目的，安全性有保障。
本发明所提供的混合制冷工质具有优秀的润滑特性，能溶于矿物油、烷基苯油，POE等。
将该环保混合工质应用于小型冷水机组，家用空调，小型中央空调，小型制冷设备中，及其它小型制冷系统中，将起到高效、节能，同时保护臭氧层，减小大气温室效应的作用。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的发明内容，特点及功效，兹列举一下实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种环保混合制冷工质，以质量百分比计，包括45％～60％的第一组分和40％～55％的第二组分；其中：所述第一组分为丙烷，所述第二组分为反式-1,3,3,3-四氟丙烯。
本发明提供的环保混合制冷工质，其制备方法是将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))该两种制冷工质按照其相应的质量配比在液相状态下进行物理混合均匀成为混合工质，以下的表述按此类推。
每个组分的百分比，是指该组分的质量在混合后的制冷工质中总体质量中的占比。即如果混合后的混合制冷工质的总质量为M，则将质量M乘以45％～60％的第一组分；质量M乘以40％～55％的第二组分；每种混合工质的组元物质的质量百分数之和为100％。
优选地，以质量百分比计，包括45％的第一组分和55％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括46％的第一组分和54％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括47％的第一组分和53％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括48％的第一组分和52％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括49％的第一组分和51％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括50％的第一组分和50％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括51％的第一组分和49％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括52％的第一组分和48％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括53％的第一组分和47％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括54％的第一组分和46％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括56％的第一组分和44％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括57％的第一组分和43％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括58％的第一组分和42％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括59％的第一组分和41％的第二组分。
优选地，以质量百分比计，包括60％的第一组分和40％的第二组分。
本发明中各组分可商购获得，或可由本领域已知的方法制得。本发明中各组分的含量配比经过大量筛选获得，是保证混合工质优良性能的条件。
其中，第二组分反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))具有阻燃性，可以作为其它制冷工质的阻燃剂，通过调节R1234ze(E)的添加量，可以获得高安全性能的环保混合制冷工质，两组分的基本物性参数见表1。
表1：各组分基本物理参数
Figure BDA0003059035170000051
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明申请方案，下面将结合本具体实施例对技术方案进行清楚完整地描述，所描述的实施例仅是本发明申请方案中的部门实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本发明申请实施例在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围，下面给出多个具体实例，其中各组分的配比比例均以质量计，假设混合后的混合制冷工质以质量计为100份，则下述各实施例中各组分的配比比例，表示各组分对应混合制冷工质总质量为100份时的质量份数，相当于各组分占混合制冷工质总质量的质量百分比。
比如组分A和组分B两种组分，以a：b的质量百分比混合，其中a+b＝100，表示混合后的混合制冷工质假设以质量计为100份，则组分A的质量为a份，组分B的质量为b份；相当于：组分A的质量占混合制冷工质总质量的质量百分比为a％，组分B的质量占混合制冷工质总质量的质量百分比为b％。
实施例1：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按45:55的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种高效环保混合制冷工质。
即如果混合后的混合制冷工质的总质量为M，则将质量M乘以45％的丙烷；质量M乘以55％的反式1,3,3,3-四氟丙烯；这两种组分在液相状态下物理混合均匀，以下的表述按此类推。
实施例2：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按46:54的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例3：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按47:53的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例4：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按48:52的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例5：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按49:51的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例6：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按50:50的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例7：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按51:49的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例8：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按52:48的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例9：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按53:47的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例10：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按54:46的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例11：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按56:44的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例12：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按57:43的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例13：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按58:42的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例14：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按59:41的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
实施例15：将丙烷(R290)和反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))二种组分按60:40的质量百分比，在液相状态下物理混合均匀，得到一种环保混合制冷工质。
将上述实施例与R22及其目前的替代制冷工质R407C和R410A的热物理性质、环境性能和标准大气压下的温度滑移等基本参数列于表2中。
表2：高效环保混合工质与R22、R407C及R410A的基本物性参数
Figure BDA0003059035170000081
(*注：滑移温度为温度20℃对应泡点压力下的露点温度与泡点温度之差)
在标准空调工况下(即蒸发温度7.2℃，冷凝温度54.4℃，吸气温35℃，过冷温度46.1℃)，上述实施例与R22、R407C及R410A的热力参数及系统(单级蒸汽压缩式制冷系统)循环性能的对比结果列举在表3中。
表3：高效环保混合工质与R22、R407C及R410A的性能对比结果
Figure BDA0003059035170000091
Figure BDA0003059035170000101
由表2可知，以本发明所提供的混合制冷工质热物理性质优秀，与替代制冷工质R22相近；实施例1至15的环保性能优异，其GWP值均在12～13左右，远远低于R22、R407C及R410A，后者GWP值分别为1810、1800和2100；实施例6至15的温度滑移均在2℃以下，实施例12至15的温度滑移均在1℃以下，几乎可以当做纯制冷工质使用。
由表3可得，本发明所提供的混合制冷工质制冷及循环性能优秀，在冷凝压力、排气温度、压力比、单位质量制冷量和COP等方面均优于R22。且绝大部分性能均优于R22的常规替代工质R407C及R410A。
本发明所提供的混合制冷工质的导热系数、定压比热容和气化潜热显著高于R22及其替代制冷工质，饱和蒸气压和粘度显著低于R22及其替代制冷工质，具有更好的热物理性质。
本发明提出了一种环保混合制冷工质，该新型环保混合工质高效、环保、节能、制冷性能优秀，可解决制冷工质R22的替代难题，将其应用于小型冷水机组，家用空调，小型制冷设备中，将起到高效、节能同时保护臭氧层，减小大气温室效应的作用。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括45％～60％的第一组分和40％～55％的第二组分；所述第一组分为丙烷，所述第二组分为反式-1,3,3,3-四氟丙烯。
2.根据权利要求1所述的一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括45％的第一组分和55％的第二组分。
3.根据权利要求1所述的一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括48％的第一组分和52％的第二组分。
4.根据权利要求1所述的一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括51％的第一组分和49％的第二组分。
5.根据权利要求1所述的一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括54％的第一组分和46％的第二组分。
6.根据权利要求1所述的一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括57％的第一组分和43％的第二组分。
7.根据权利要求1所述的一种环保混合制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，包括60％的第一组分和40％的第二组分。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种环保混合制冷工质的制备方法，其特征在于，将所述第一组分和所述第二组分在液相状态下进行充分混合。
9.一种制冷设备，其特征在于，应用如权利要求1至7任意一项所述的一种环保混合制冷工质。
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