CN113789155A - 一种混合制冷剂和空调系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种混合制冷剂和空调系统，所述混合制冷剂包括第一组分、第二组分和第三组分，其中：第一组分为丙烷或氨，所述第二组分为异丁烷，所述第三组分为反式1,1,1,4,4,4‑六氟‑2‑丁烯。本公开的混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能，热力性能与使用R134a制冷剂的机组相当甚至更优，容积制冷量和效率COP值优于传统的R134a除湿系统，可成为替代R134a的环保制冷剂，有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题，同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。

Description

一种混合制冷剂和空调系统
技术领域
本公开属于制冷技术领域，具体涉及一种混合制冷剂和空调系统。
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。
由于现有技术中的制冷剂无法同时保证低GWP值和高热力性能(包括COP和容积制冷量等)等技术问题，因此本公开研究设计出一种混合制冷剂和空调系统。
发明内容
因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的制冷剂存在无法同时保证低GWP值和高热力性能的缺陷，从而提供一种混合制冷剂和空调系统。
本公开提供一种混合制冷剂，其包括第一组分、第二组分和第三组分，其中：所述第一组分为丙烷或氨，所述第二组分为异丁烷，所述第三组分为反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
在一些实施方式中，以质量百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的质量比为40-60％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的质量比为15-30％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的质量比为10-30％。
在一些实施方式中，以质量百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的质量比为50％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的质量比为30％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的质量比为20％。
在一些实施方式中，所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为40:30:30；或者，
所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:30:10。
在一些实施方式中，所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:15:25；或者，
所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为50:30:20。
在一些实施方式中，所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为40:30:30；或者，
所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:30:10。
在一些实施方式中，所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:15:25；或者，
所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为50:30:20。
本公开还提供一种空调系统，其包括前任一项所述的混合制冷剂。
在一些实施方式中，还包括压缩机、冷凝器、节流装置、第一蒸发器、第二蒸发器和第三蒸发器，沿着制冷剂流动的方向，制冷剂依次经过所述压缩机、所述冷凝器、所述节流装置、所述第一蒸发器、所述第二蒸发器和所述第三蒸发器，而返回至所述压缩机，所述空调系统还包括风道，所述冷凝器、所述第一蒸发器、所述第二蒸发器和所述第三蒸发器均设置于所述风道中，且沿着空气气流的流动方向，所述第三蒸发器、所述第二蒸发器、所述第一蒸发器和所述冷凝器依次布置。
本公开提供的一种混合制冷剂和空调系统具有如下有益效果：
本公开通过提供一种三元环保混合制冷剂和使用环保混合制冷剂的空调系统，即将丙烷(R290)或氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯共三种组分按照其相应的质量配比进行物理混合成为三元混合物(即混合制冷剂由三种不同的制冷剂组成)，该混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能，GWP值低，远低于R134a，具备明显的环保优势，温度滑移较小，使用过程中气、液相组分基本一致；热力性能与使用R134a制冷剂的机组相当甚至更优，容积制冷量和效率COP值优于传统的R134a除湿系统，可成为替代R134a的环保制冷剂，有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题，同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小，排除温度滑移带来的不良影响，其中空调系统可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
附图说明
图1是本发明的含有混合制冷剂的空调系统的系统示意图。
附图标记表示为：
1、压缩机；2、节流装置；3、冷凝器；4、第一蒸发器；5、第二蒸发器；6、第三蒸发器。
具体实施方式
本公开提供一种混合制冷剂，其中：
包括第一组分、第二组分和第三组分，其中：所述第一组分为丙烷(R290)或氨，所述第二组分为异丁烷，所述第三组分为反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
本公开通过提供一种三元环保混合制冷剂和使用环保混合制冷剂的空调系统，即将丙烷(R290)或氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯共三种组分按照其相应的质量配比进行物理混合成为三元混合物(即混合制冷剂由三种不同的制冷剂组成)，该混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能，GWP值低，远低于R134a，具备明显的环保优势，温度滑移较小，使用过程中气、液相组分基本一致；热力性能与使用R134a制冷剂的机组相当甚至更优，容积制冷量和效率COP值优于传统的R134a除湿系统，可成为替代R134a的环保制冷剂，有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题，同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小，排除温度滑移带来的不良影响，其中空调系统可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
优选地，以质量百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的质量比为40-60％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的质量比为15-30％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的质量比为10-30％。在上述三种组分满足上述质量比的情况下，该环保混合制冷剂的热力性能(COP、容积制冷量)好，且GWP较低，两方面的综合性能最优。
本公开提供一种环保混合制冷剂以替代R134a，该混合制冷剂的GWP小，由丙烷(R290)或氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯组成，GWP远低于R134a，且容积制冷量最高可提升20％。
本公开的首要目的在于，提出一种用于阶梯降温除湿系统的混合制冷剂，使用该制冷剂的制冷除湿系统环保性能好，在具有低GWP的同时，优于R134a的传统制冷除湿系统的COP。提供了一种用于阶梯降温除湿系统的混合制冷剂。使用此种混合制冷剂的系统，其系统内制冷剂的GWP值低，符合全球各地区的环保法规要求。在适当的配比下热力性能不仅优于R134a，而且其系统的除湿效率要高于传统的制冷除湿系统。
进一步优选地，以质量百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的质量比为50％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的质量比为30％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的质量比为20％。
所述三元混合制冷剂GWP小于150，且应用所述制冷剂机组的能力和能效与使用R134a制冷剂的机组相当甚至更优。
本发明提供的用于系统的混合工质，其制备方法是将丙烷，氨、异丁烷、1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯共三种组分按照其相应的质量配比在常温液相状态下进行物理混合成为三元混合物。各组元物质的基本参数见表1。实施例中描述了这种类型的优选组合物(所有百分比为质量百分比)。
表1
Figure BDA0003266605470000051
Figure BDA0003266605470000061
实施例1
丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按40:30:30的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例2
丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按60:30:10的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例3
丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按60:15:25的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例4
丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按50:30:20的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例5
氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按40:30:30的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例6
氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按60:30:10的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例7
氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按60:15:25的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例8
氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按50:30:20的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例1，丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按30:30:40的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例2，丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按70:10:20的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例3，丙烷(R290)、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按65:30:5的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例4，氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按30:30:40的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例5，氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按70:10:20的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例6，氨、异丁烷、反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯三种组分在常温液相下按65:30:5的质量比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即进风干球温度27℃，湿球温度21.2℃，按照等熵效率0.7，过热度5℃、过冷度5℃、蒸发温度5℃、冷凝温度35℃进行仿真计算，上述实施例计算得到制冷系统回路的制冷循环性能与R134a相对热力性能(即相对单位容积制冷量和相对效率COP)的对比结果见表2～表3。
由表2可知，本发明提供的使用所述混合工质的用于所述阶梯降温除湿系统的环境性能优于R134a，热力循环性能系数优于R134a。
表2混合工质的基本参数
Figure BDA0003266605470000081
表3混合工质的基本参数
Figure BDA0003266605470000082
对比例1，由于前述除湿系对混合制冷剂的比例有一定比例的要求，通过计算得出，第一组分在40％～60％较合适，比例过少，则会使得蒸发器4的冷量不能满足要求；单位容积制冷量也较小。
对比例2，由于前述除湿系对混合制冷剂的比例有一定比例的要求，通过计算得出，第一组分在40％～60％较合适，比例过多，则会使得蒸发器5、6的冷量不能满足要求。
对比例3，第三组分在10％～30％较合适，比例过少，则会使得蒸发器6的冷量不能满足要求。
对比例4，由于前述除湿系对混合制冷剂的比例有一定比例的要求，通过计算得出，第一组分在5％～10％较合适，比例过少，则会使得蒸发器4的冷量不能满足要求。；
对比例5，第三组分在40％～65％较合适，比例过少，则会使得蒸发器6的冷量不能满足要求。；
对比例6，同上，第二组分在25％～55％较合适，比例过少，则会使得蒸发器5的冷量不能满足要求。；
同时对比例的COP性能系数基本低于实施例。主要是考虑能效(相对COP)为主，综合考虑其他几个参数。
由表3可知，本发明提供的混合工质的用于阶梯式降温除湿系统时，其容积制冷量和效率COP值优于传统的R134a除湿系统，可成为替代R134a的环保制冷剂。由上所述，本公开提供的三元混合工质，不仅具有低GWP的环保特性，且温度滑移较小、系统性能系数与R134a相近、单位容积制冷量最高可提升20％，能够较好的对R134a制冷剂进行替代。
本公开还提供一种空调系统，其包括前任一项所述的混合制冷剂。
本公开通过提供一种三元环保混合制冷剂和使用环保混合制冷剂的空调系统，即将丙烷(R290)或氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯共三种组分按照其相应的质量配比进行物理混合成为三元混合物(即混合制冷剂由三种不同的制冷剂组成)，该混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能，GWP值低，远低于R134a，具备明显的环保优势，温度滑移较小，使用过程中气、液相组分基本一致；热力性能与使用R134a制冷剂的机组相当甚至更优，容积制冷量和效率COP值优于传统的R134a除湿系统，可成为替代R134a的环保制冷剂，有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题，同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小，排除温度滑移带来的不良影响，其中空调系统可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
还包括压缩机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，沿着制冷剂流动的方向，制冷剂依次经过所述压缩机1、所述冷凝器3、所述节流装置2、所述第一蒸发器4、所述第二蒸发器5和所述第三蒸发器6，而返回至所述压缩机1，所述空调系统还包括风道100，所述冷凝器3、所述第一蒸发器4、所述第二蒸发器5和所述第三蒸发器6均设置于所述风道100中，且沿着空气气流的流动方向，所述第三蒸发器6、所述第二蒸发器5、所述第一蒸发器4和所述冷凝器3依次布置。
本公开包含或基本由丙烷，氨、异丁烷、1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯构成的共混物用于阶梯降温除湿系统。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，降低了除湿能耗，提升了除湿效率的优点。
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、所述第二蒸发器5和所述第三蒸发器6蒸发，最后回到压缩机。由于混合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，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，再到达冷凝器3中还能提高空气温度，提高室内的舒适度。与传统的除湿系统相比，可以提高除湿效率。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种混合制冷剂，其特征在于：
包括第一组分、第二组分和第三组分，其中：所述第一组分为丙烷或氨，所述第二组分为异丁烷，所述第三组分为反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于：
以质量百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的质量比为40-60％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的质量比为15-30％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的质量比为10-30％。
3.根据权利要求2所述的混合制冷剂，其特征在于：
以质量百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的质量比为50％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的质量比为30％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的质量比为20％。
4.根据权利要求2所述的混合制冷剂，其特征在于：
所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为40:30:30；或者，
所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:30:10。
5.根据权利要求2所述的混合制冷剂，其特征在于：
所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:15:25；或者，
所述丙烷、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为50:30:20。
6.根据权利要求2所述的混合制冷剂，其特征在于：
所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为40:30:30；或者，
所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:30:10。
7.根据权利要求2所述的混合制冷剂，其特征在于：
所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为60:15:25；或者，
所述氨、异丁烷和反式1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的质量比为50:30:20。
8.一种空调系统，其特征在于：
包括权利要求1-7中任一项所述的混合制冷剂。
9.根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于：
还包括压缩机(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)，沿着制冷剂流动的方向，制冷剂依次经过所述压缩机(1)、所述冷凝器(3)、所述节流装置(2)、所述第一蒸发器(4)、所述第二蒸发器(5)和所述第三蒸发器(6)，而返回至所述压缩机(1)，所述空调系统还包括风道(100)，所述冷凝器(3)、所述第一蒸发器(4)、所述第二蒸发器(5)和所述第三蒸发器(6)均设置于所述风道(100)中，且沿着空气气流的流动方向，所述第三蒸发器(6)、所述第二蒸发器(5)、所述第一蒸发器(4)和所述冷凝器(3)依次布置。
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