CN113563846B - 制冷剂及其制备方法、阶梯降温除湿系统及电器设备 - Google Patents

制冷剂及其制备方法、阶梯降温除湿系统及电器设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及制冷剂技术领域，具体而言，涉及一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂、该制冷剂的制备方法、阶梯降温除湿系统及电器设备。用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为一氟甲烷，所述第二组分为丙烷或氨，所述第三组分为反式1,3,3,3‑四氟丙烯。以质量百分比计，用于阶梯降温除湿系统的制冷剂包括5‑10％的第一组分、25‑55％的第二组分和40‑65％的第三组分。本发明提出的制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，系统性能系数与R134a相近且单位容积制冷量及COP均可以得到一定程度提升，能够较好的对R134a制冷剂进行替代以应用于阶梯降温除湿系统。

Description

制冷剂及其制备方法、阶梯降温除湿系统及电器设备
技术领域
本申请涉及制冷剂技术领域，具体而言，涉及一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂、该制冷剂的制备方法、阶梯降温除湿系统及电器设备。
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，并有效应用于制冷系统中。在现有的除湿系统中，大多用于系统的制冷剂为R134a(GWP＝1430)，而目前却尚未找到较为完美的替代R134a的方案，并且由于R134a自身的特点，使用R134a的制冷系统单位容积制冷量较低，使得压缩机体积较大(排量较大)，最后使得系统COP较低。由于混合工质具有均衡制冷剂物性的特点，所以对混合工质的研究成为国内外学者及企业研究的热点。对于使用非共沸混合制冷剂的除湿系统，可以实现阶梯降温除湿，进而大幅度减小传统除湿过程的换热损失，具有降低除湿能耗，提升除湿效率的优点。
但现有技术中尚没有一种可以替代R134a的非共沸制冷剂应用于阶梯降温除湿系统中，在获得优异环保性能的同时具有与R134a相当或更优的热力性能。
发明内容
为了解决现有技术中的R134a环保性能差的技术问题，本发明的首要目的在于，提出一种新型的制冷剂应用于阶梯降温除湿系统中，从制冷剂的环保性、热力性能多个维度进行仔细筛选，形成一种与R134a相比，GWP更低且热力学性能相当的替代制冷剂，并且提出了该制冷剂的制备方法、应用该制冷剂的阶梯降温除湿系统及电器设备。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第一个方面，本技术方案提供了一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
根据本申请实施例的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为一氟甲烷，所述第二组分为丙烷或氨，所述第三组分为反式1,3,3,3-四氟丙烯。
进一步的，以质量百分比计，用于阶梯降温除湿系统的制冷剂包括5-10％的第一组分、25-55％的第二组分和40-65％的第三组分。
进一步的，以质量百分比计，用于阶梯降温除湿系统的制冷剂包括10％的第一组分、30％的第二组分和60％的第三组分。
进一步的，以质量百分比计，用于阶梯降温除湿系统的制冷剂包括5％的第一组分、55％的第二组分和40％的第三组分。
进一步的，以质量百分比计，用于阶梯降温除湿系统的制冷剂包括10％的第一组分、25％的第二组分和65％的第三组分。
进一步的，以质量百分比计，用于阶梯降温除湿系统的制冷剂包括5％的第一组分、45％的第二组分和50％的第三组分。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第二个方面，本技术方案还提供了一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂的制备方法，用于制备本发明实施例第一方面提供的制冷剂，所述制备方法包括以下步骤：将所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分在常温液相状态下混合并搅拌，得到所述制冷剂。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第三个方面，本技术方案还提供了一种阶梯降温除湿系统，该阶梯降温除湿系统采用本发明实施例第一方面提供的制冷剂。
进一步地，本发明实施例提供的阶梯降温除湿系统包括通过管路依次串联设置的压缩机、冷凝器、节流装置、第一蒸发器、第二蒸发器和第三蒸发器。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第四个方面，本技术方案还提供了一种电器设备，该电器设备采用本发明实施例第三方面提供的阶梯降温除湿系统。
本发明提出的制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，系统性能系数与R134a相近且单位容积制冷量及COP均可以得到一定程度提升，能够较好的对R134a制冷剂进行替代以应用于阶梯降温除湿系统。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的阶梯降温除湿系统的结构示意图；
图2是传统的降温除湿系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其单元。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。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。
本发明实施例提供了一种阶梯降温除湿系统以及一种制冷剂，本发明实施例提供的阶梯降温除湿系统采用本发明实施例提供的制冷剂作为换热介质，本发明实施例提供的制冷剂在阶梯降温除湿系统的机组中换热、被压缩、节流，替代R134a制冷剂。
本发明实施例提供的阶梯降温除湿系统如图1所示，该阶梯降温除湿系统包括通过管路依次串联设置的压缩机1、冷凝器3、节流装置2、第一蒸发器4、第二蒸发器5和第三蒸发器6。其工作原理是：如图1，从压缩机1排气口出来的高温高压混合气态制冷剂进入冷凝器3冷凝，系统中的混合制冷剂冷凝成液体，液体经过节流装置2节流先后进入第一蒸发器4、第二蒸发器5和第三蒸发器6蒸发，最后回到压缩机中。由于本发明实施例提供的制冷剂为非共沸制冷剂，拥有大温度滑移，在相同蒸发压力下，各蒸发器的入口蒸发温度要低于蒸发器出口温度。空气首先经过表面温度较高的第三蒸发器6降温，再经过表面温度更低的第二蒸发器5降至饱和温度下进行除湿，接着经过温度更低的第一蒸发器4再进一步除湿。与如图2所示的传统除湿系统相比，可以提高除湿效率。
本发明实施例提供的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其制备方法是将用于组成制冷剂的第一组分、第二组分和第三组分，按照其相应的质量配比在进行物理混合，从而成为三元混合物，具体可以在室温液相状态下混合并搅拌，制得用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。其中所述第一组分为一氟甲烷，所述第二组分为丙烷或氨，所述第三组分为反式1,3,3,3-四氟丙烯。本发明实施例用于阶梯降温除湿系统的制冷剂中的各组元物质的基本参数见表1。
表1用于阶梯降温除湿系统的制冷剂中各组元物质的基本参数
Figure BDA0003169486060000051
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例对技术方案进行清楚完整地描述，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。下面将结合较优的实施例来详细说明本申请。参照表2所示，下面给出多个具体实施例和对比例，其中组分的比例均为摩尔百分比，每种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂的组元物质的质量百分数之和为100％。
表2各实施例及对比例的成分组成
制冷剂 第一组分 第二组分 第三组分 质量配比
实施例1 R41 R290 R1234ze(Z) 5/55/40
实施例2 R41 R290 R1234ze(Z) 10/30/60
实施例3 R41 R290 R1234ze(Z) 10/25/65
实施例4 R41 R290 R1234ze(Z) 5/45/50
实施例5 R41 R717 R1234ze(Z) 5/55/40
实施例6 R41 R717 R1234ze(Z) 10/30/60
实施例7 R41 R717 R1234ze(Z) 10/25/65
实施例8 R41 R717 R1234ze(Z) 5/45/50
对比例1 R41 R290 R1234ze(Z) 4/56/40
对比例2 R41 R290 R1234ze(Z) 15/55/30
对比例3 R41 R290 R1234ze(Z) 10/20/70
对比例4 R41 R717 R1234ze(Z) 4/56/40
对比例5 R41 R717 R1234ze(Z) 15/55/30
对比例6 R41 R717 R1234ze(Z) 10/20/70
实施例1
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按5:55:40的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例2
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按10:30:60的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例3
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按10:25:65的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例4
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按5:45:50的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例5
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按5:55:40的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例6
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按10:30:60的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例7
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按10:25:65的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
实施例8
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按5:45:50的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
对比例1
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按4:56:40的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
对比例2
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按15:55:30的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
对比例3
将一氟甲烷(R41)、丙烷(R290)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按10:20:70的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
对比例4
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按4:56:40的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
对比例5
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按15:55:30的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
对比例6
将一氟甲烷(R41)、氨(R717)、反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))三种组分按10:20:70的质量比，在常温液相下进行物理混合均匀得到一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂。
为了比较各实施例和对比例的效果，各制冷剂所应用于的系统为图1所示的阶梯降温除湿系统，该阶梯降温除湿系统的设计工况为：各蒸发器蒸发温度(蒸发器入口温度和对应压力下露点温度的算术平均值)为5℃，冷凝器冷凝温度(冷凝器中露点和泡点温度的算术平均值)为30℃，过热度为5℃，过冷度为5℃，压缩机的绝热效率为0.75。分别使用上述实施例1-13、对比例1-6和R134a制冷剂在图1的系统中的循环性能参数进行实验，以同一空气侧条件计算阶梯降温除湿系统和传统除湿系统的循环性能，即进风干球温度27℃，湿球温度21.2℃，比较了其中各实施例制得制冷剂的GWP，相对单位容积制冷量Qv(与R134a的单位容积制冷量比值)，相对性能系数COP(与R134a的性能系数比值)，压缩机排气温度，压缩机压比，上述的系统回路的各制冷循环性能的对比结果和与R134a相对热力性能均记录在表3中。
由表3可知，本发明提供的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂的环境性能远优于R134a，其GWP值极低。具体的，所有制冷剂配方的GWP均小于20，具有较好的环保特性；所有制冷剂配方的相对单位容积制冷量均不低于1.28，相对性能系数均不低于1.02，制冷能力和能效与使用R134a制冷剂相当或明显优于R134a制冷剂，制冷能力最高可以提升69％；所有制冷剂配方的压缩机排气温度和压比均与R410A接近，对于整机系统是有利的。
技术人员通过实验对比获知，对于由第一组分、第二组分和第三组分组成的制冷剂而言，以质量百分比计，制冷剂包括5-10％的第一组分、25-55％的第二组分和40-65％的第三组分时，可以获得良好的环保特性以及与R134a相当的热力性能。若三种组分中存在一种不在上述的质量占比范围内，将会造成环保性能或热力性能的损失，例如：
在对比例1中，第一组分一氟甲烷(R41)不在5％～10％的范围内，其比例过少，则会使得第一蒸发器4的冷量不能满足要求；
在对比例2中，第三组分反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))不在40％～65％的范围内，比例过少，则会使得第三蒸发器6的冷量不能满足要求；
在对比例3中，第二组分丙烷(R290)不在25％～55％的范围内，比例过少，则会使得第二蒸发器5的冷量不能满足要求；
在对比例4中，第一组分一氟甲烷(R41)不在5％～10％的范围内，比例过少，则会使得第一蒸发器4的冷量不能满足要求；
在对比例5，第三组分反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))不在40％～65％的范围内，比例过少，则会使得第三蒸发器6的冷量不能满足要求；
在对比例6中，第二组分氨(R717)不在25％～55％的范围内，比例过少，则会使得第二蒸发器5的冷量不能满足要求；
同时对比例1-6的COP相对性能系数基本低于实施例，并且对比例2、5、6还明显低于R134a。
表3各实施例、对比例及R134a制冷剂的实验数据
Figure BDA0003169486060000101
由表3的对比数据可以得知，本发明实施例提供的制冷剂的用于图2所示阶梯式降温除湿系统时，其单位容积制冷量和效率COP值优于采用R134a制冷剂的除湿系统，可成为替代R134a的环保制冷剂。
本发明实施例相应保护一种电器设备，该电器设备采用上述的阶梯降温除湿系统，电器设备包括但不限于空调、冰箱及除湿机等。电器设备的其他构成和工作原理适用于现有技术，此处不再赘述。
本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，包括5-10％的一氟甲烷、25-55％的氨和40-65％的反式1,3,3,3-四氟丙烯。
2.根据权利要求1所述的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，包括10％的一氟甲烷、30％的氨和60％的反式1,3,3,3-四氟丙烯。
3.根据权利要求1所述的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，包括5％的一氟甲烷、55％的氨和40％的反式1,3,3,3-四氟丙烯。
4.根据权利要求1所述的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，包括10％的一氟甲烷、25％的氨和65％的反式1,3,3,3-四氟丙烯。
5.根据权利要求1所述的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，包括5％的一氟甲烷、45％的第二组分和50％的反式1,3,3,3-四氟丙烯。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的用于阶梯降温除湿系统的制冷剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分在常温液相状态下混合并搅拌，即得所述制冷剂。
7.一种阶梯降温除湿系统，其特征在于，采用权利要求1至5中任一项所述的制冷剂。
8.根据权利要求7所述的阶梯降温除湿系统，其特征在于，包括通过管路依次串联设置的压缩机、冷凝器、节流装置、第一蒸发器、第二蒸发器和第三蒸发器。
9.一种电器设备，其特征在于，采用权利要求7或8所述的阶梯降温除湿系统。
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