CN113913158A - 一种非共沸制冷剂，其制备方法及其在制冷装置中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非共沸制冷剂，由一氟甲烷(R41)和氟乙烷(R161)组成。利用R41的高容积制冷量，以及R161的低GWP和高能效，可以形成一种GWP值小于100，滑移温度在6～15℃之间的制冷剂，从而降低换热过程的不可逆损失，节能提效。本发明还提供了所述非共沸制冷剂的制备方法，以及所述的非共沸制冷剂在制冷装置中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及制冷剂技术领域，具体涉及一种非共沸制冷剂，其制备方法及其在制冷装置中的应用。
背景技术
我国是全球最大的制冷产品生产、消费和出口国，制冷用电量占全社会用电量15％以上。实施绿色高效制冷行动，是促进节能减排，应对气候变化，实现“碳达峰，碳中和”的重要措施。此外，目前广泛应用于制冷空调行业的HFCs类制冷剂因具有非常高的全球变暖潜能值(GWP)而面临着严苛的削减计划。所以制冷剂替代及高效制冷技术均成为制冷行业的研究热点。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种非共沸制冷剂，该制冷剂的环境性能好，具有低GWP值(小于100)，且与主流制冷剂相比能够实现制冷装置的提效，实现节能减排。
本发明的第二目的在于提供所述制冷剂的制备方法，以及该制冷剂在制冷装置中的应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种非共沸制冷剂，以质量百分比计，所述制冷剂由8％-76％的一氟甲烷(R41)和24％-92％的氟乙烷(R161)组成。
优选地，以质量百分比计，所述制冷剂由12％-52％的一氟甲烷(R41)和48％-88％的氟乙烷(R161)组成。
优选地，以质量百分比计，所述制冷剂由15％-35％的一氟甲烷(R41)和65％-85％的氟乙烷(R161)组成。
优选地，以质量百分比计，所述制冷剂由20％的一氟甲烷(R41)和80％的氟乙烷(R161)组成；
或者由24％的一氟甲烷(R41)和76％的氟乙烷(R161)组成；
或者由28％的一氟甲烷(R41)和72％的氟乙烷(R161)组成。
优选地，所述非共沸制冷剂的GWP值小于100。
优选地，所述制冷剂还包含润滑剂和/或稳定剂作为添加剂，所述润滑剂为聚亚烷基二醇，所述稳定剂为二丁基羟基甲苯。当制冷剂还包括上述添加剂时，添加剂在制冷剂中的质量百分比不高于2％。
本发明还涉及所述的非共沸制冷剂的制备方法，包括将各组分在室温下混合并搅拌，得到所述非共沸制冷剂。
本发明还涉及所述非共沸制冷剂在制冷装置中的应用。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种非共沸制冷剂，由一氟甲烷(R41)和氟乙烷(R161)组成。利用R41的高容积制冷量和R161的低GWP和高能效，可以形成一种GWP值小于100，滑移温度在6～15℃之间的制冷剂，从而降低换热过程的不可逆损失，节能提效。
附图说明
图1为R41/R161不同配比下对应的滑移温度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例涉及一种非共沸制冷剂，以质量百分比计，制冷剂由8％-76％的一氟甲烷(R41)和24％-92％的氟乙烷(R161)组成。
进一步地，以质量百分比计，制冷剂由12％-52％的一氟甲烷(R41)和48％-88％的氟乙烷(R161)组成。
进一步地，以质量百分比计，制冷剂由15％-35％的一氟甲烷(R41)和65％-85％的氟乙烷(R161)组成。
在本发明的一个实施例中，以质量百分比计，制冷剂由20％的一氟甲烷(R41)和80％的氟乙烷(R161)组成；或者由24％的一氟甲烷(R41)和76％的氟乙烷(R161)组成；或者由28％的一氟甲烷(R41)和72％的氟乙烷(R161)组成。上述制冷剂具有较低的GWP值和较高的系统能效。
进一步地，本发明提供的非共沸制冷剂的GWP值小于100。
在本发明的一个实施例中，制冷剂还包含润滑剂和/或稳定剂作为添加剂，润滑剂为聚亚烷基二醇，稳定剂为二丁基羟基甲苯。当制冷剂还包括上述添加剂时，添加剂在制冷剂中的质量百分比不高于2％。
其中，聚亚烷基二醇为环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物，由于其具有高粘度指数、低的压力-粘度依赖性和低的倾点，使得本发明的混合制冷剂润滑性能优良。二丁基羟基甲苯稳定性高、抗氧化能力强、环保低毒，在本发明的混合制冷剂中促进了体系稳定性。
本发明实施例还涉及非共沸制冷剂的制备方法，包括将各组分在室温下混合并搅拌，得到非共沸制冷剂。
上述制备方法是将一氟甲烷(R41)和氟乙烷(R161)按照其相应的质量配比，在常温下进行物理混合得到二元组合物。利用R41的高容积制冷量，R161的低GWP和高能效，以及非共沸制冷剂的温度滑移特性实现换热过程的小温差换热，减小不可逆损失，提高系统的能效。本发明是综合考虑各制冷剂的多种性能参数及温度滑移的匹配度经过程序大量筛选并实验验证得出的。
本发明还涉及非共沸制冷剂在制冷装置中的应用。制冷装置为蒸气压缩式制冷装置，包括工质和热交换器，其中工质包括本发明的非共沸制冷剂。热交换器可以是与气体或者流体换热，换热过程采用逆流或者具有逆流趋势的叉流形式。
本发明中的实施例制备的制冷剂为各组分在常温常压液相状态下进行物理混合而成，制冷剂两组分的基本参数见表1。
表1
实施例1-13制备的制冷剂中各组分的具体物质及比例如表2所示。各组分的比例均为质量百分比，每种制冷剂各组分的质量百分数之和为100％。
表2
*注：表2中“-”表示未加入。
对比例1和2制备的制冷剂中两组分的比例不在本发明的范围之内，具体见表3所示。
表3
| 对比例 | R41(％) | R161(％) | 其它组分(％) |
| 对比例1 | 5 | 95 | - |
| 对比例2 | 80 | 20 | - |
对上述实施例和对比例制备的制冷剂进行测试的设计工况为：蒸发器侧换热流体的进口和出口温度分别为300.15K和287.65K，冷凝器侧换热流体的进口和出口温度分别为287.65K和314.15K，蒸发器和冷凝器的对数平均温度分别是11K和10K，蒸发器出口的制冷剂为过热状态，过热度为1K，冷凝器出口的制冷剂为过冷状态，出口温度为291.15K，压缩机的绝热效率为0.7。
图1为R41/R161不同配比下对应的滑移温度，表明不同配比下的滑移温度变化情况。
表4比较了上述实施例制冷剂与R134a的分子量、标准沸点及环境性能等基本参数。可知本发明提供的制冷剂的环境性能优于R134a，其GWP均小于100；上述实施例制冷剂的滑移温度在6～15℃之间，利用滑移温度和换热介质进出口温差的匹配可以实现小温差换热，减少换热过程中的不可逆损失。
表4
*注：1、滑移温度为蒸发温度10℃对应泡点压力下的露点温度与泡点温度之差；
2、本发明表1和4中所示的GWP均引自“IPCC,2013:Climate Change2013:ThePhysical ScienceBasis.Contribution ofWorking Group I to the FifthAssessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[Stocker,T.F.,D.Qin,G.-K.Plattner,M.Tignor,S.K.Allen,J.Boschung,A.Nauels,Y.Xia,V.Bexand P.M.Midgley(eds.)].Cambridge University Press,Cambridge,UnitedKingdomandNewYork,NY,USA,1535pp.”
在除湿机名义工况下，采用系统建模仿真方法进行分析，上述实施例与R134a的热力参数(即压缩比和排气温度)及能效的对比结果见表5。可知本发明提供的制冷剂的热力性能优于R134a，对于除湿机等制冷设备，采用本发明的混合制冷剂并配合相应的流路配置，可使系统的能效提升10.4％～18.6％，显著节能。
从表4可知，对比例2的GWP高于实施例，对比例1的GWP较低，均满足GWP值小于100的要求。但从表5可知，对比例1和2的EER提升幅度均不及实施例，因此采用本发明提供的制冷剂能够兼顾GWP和系统能效。
非共沸制冷剂焓值随相变温度的非线性程度是评价非共沸工质的重要参数，可根据下列计算式(1)进行计算，该值越小说明制冷剂非线性程度越低，由传热窄点引起的传热熵增越少。
其中，在已知相变压力下，干度由0到1变化的i(i＝0,1,2,…,n,n>10)组焓值和温度的对应数据点(Hi，ti)，其中(H0，t0)和(Hn，tn)分别代表干度为0和1时的数据点，然后由这两点得到函数关系t＝f0(H)。
表5
*注：非线性程度根据计算式1计算获得
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种非共沸制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷剂由8％-76％的一氟甲烷(R41)和24％-92％的氟乙烷(R161)组成。
2.根据权利要求1所述的非共沸制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷剂由12％-52％的一氟甲烷(R41)和48％-88％的氟乙烷(R161)组成。
3.根据权利要求2所述的非共沸制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷剂由15％-35％的一氟甲烷(R41)和65％-85％的氟乙烷(R161)组成。
4.根据权利要求3所述的非共沸制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷剂由20％的一氟甲烷(R41)和80％的氟乙烷(R161)组成；
或者由24％的一氟甲烷(R41)和76％的氟乙烷(R161)组成；
或者由28％的一氟甲烷(R41)和72％的氟乙烷(R161)组成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的非共沸制冷剂，其特征在于，所述非共沸制冷剂的GWP值小于100。
6.根据权利要求1至4任一项所述的非共沸制冷剂，其特征在于，所述制冷剂还包含润滑剂和/或稳定剂作为添加剂。
7.根据权利要求6所述的非共沸制冷剂，其特征在于，所述润滑剂为聚亚烷基二醇，所述稳定剂为二丁基羟基甲苯。
8.根据权利要求6所述的非共沸制冷剂，其特征在于，所述添加剂在制冷剂中的质量百分比不高于2％。
9.根据权利要求1至8任一项所述的非共沸制冷剂的制备方法，其特征在于，包括将各组分在室温下混合并搅拌，得到所述非共沸制冷剂。
10.权利要求1-8所述的非共沸制冷剂在制冷装置中的应用。
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