CN113980650A - 一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂 - Google Patents

一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种替代R22、R410A和R407C的新型制冷剂，属于制冷热泵技术领域，由R32、R1216和R13I1利用常规物理混合方法组成的混合物。用来替代R22和R407C的三元混合物，包括如下质量百分数的组份：R32：23%~32%、R1216：51%~76%以及R13I1：1%~25%。用来替代R410A的三元混合物，包括如下质量百分数的组份：R32：40%~72%、R1216：16%~36%以及R13I1：1%~44%。本发明制冷剂的GWP值与R22、R407C和R410A相比显著降低。综上，本发明具有非常好的应用效果和发展潜力。

Description

一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂
技术领域
本发明属于制冷热泵技术领域，具体涉及一种适用于空调、热泵、工艺低温水、制冰、冷藏等系统或设备的新型制冷剂。
背景技术
R22作为被广泛应用于制冷热泵系统的HCFCs（氢氯氟烃）制冷剂，其ODP（臭氧消耗潜势）值为0.055，对臭氧层具有破坏作用，而且其GWP（全球变暖潜势）值为1760，大气寿命为11.9年。其对全球气候变化的影响不断引发关注。目前全球变暖问题日趋严重，国际社会为此做出巨大努力。2007年《蒙特利尔议定书》缔约方大会规定发达国家于2020年完全停止非原料性质的R22生产和消费，而包括中国在内的发展中国家被要求在2030年完成全面淘汰。来自全球170多个国家签订的《蒙特利尔议定书-基加利修正案》已于2019年1月1日正式生效，其明确给出了各国淘汰HFCs（氢氟烃）的时间表。中国将从2024年开始实施，承诺将快速减少HFCs产量。为应对全球变暖，世界各国都需要大幅削减强温室效应HFCs的生产和消费。
通过综合比较替代制冷剂与R22及其现有替代物R407C和R410A的热力学性能、环境性能等因素，本发明提出一种三元混合物作为R22及其现有替代物R407C和R410A制冷剂的替代物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种替代R22、R410A和R407C的新型制冷剂，适用于中温制冷热泵系统，在满足各项基础热物性及循环性能的同时具有更好的环保性能。
本发明采用如下技术方案：
一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，由R32 (1,1-二氟甲烷)、R1216 (六氟丙烯)和R13I1（三氟碘甲烷）利用常规物理混合方法组成的混合物。
一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，包括用来替代R22和R407C的三元混合物，包括如下质量百分数的组份：R32：23%~32%、R1216：51%~76%以及R13I1：1%~25%。
优选地，一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，包括如下质量百分数的组份：R32：23%~31%、R1216：62%~76%以及R13I1：1%~11%。
优选地，一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，包括如下质量百分数的组份：R32：23%~26%、R1216：66%~76%以及R13I1：1%~8%。
一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，包括用来替代R410A的三元混合物，包括如下质量百分数的组份：R32：40%~72%、R1216：16%~36%以及R13I1：1%~44%。
优选地，一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，包括如下质量百分数的组份：R32：61%~72%、R1216：21%~24%以及R13I1为4%~16%。
优选地，一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，包括如下质量百分数的组份：R32：61%~69%、R1216：22%~24%以及R13I1：7%~16%。
R32 (1,1-二氟甲烷)、R1216 (六氟丙烯)和R13I1（三氟碘甲烷）的基本物理性质如表1所示。
表1 替代R22及其现有替代品的新混合物中所含组元的基本参数（Tb：正常沸点，Tc：临界温度，Pc：临界压力）
Figure 835675DEST_PATH_IMAGE001
本发明的有益效果如下：
1. 全球变暖潜势值（GWP）明显低于R22及其替代物的GWP值，新制冷剂具有明显且突出的环保优势；
2. 新制冷剂中含有大比例不可燃制冷剂及高效阻燃剂，可以预估具有不可燃性，而且部分优选比例相比于R22和R410A系统的充灌量降低，降低了制冷剂泄漏的不安全性；
3. 相比于R22及其替代物，新制冷剂的优选比例混合物的性能系数和单位容积制冷量有不同程度的提升，性能优势较明显，具有节能减排的优势。
4. 可应用于R22及其替代物的制冷系统，不需做过多部件的更换，或只做部分部件的更改即可。
5. 新制冷剂的优选比例混合物在排气温度等其他性能参数方面也可不同程度的优于R22。
本发明的取得可以为尽快替代具高GWP值的R22及其替代物R407C和R410A制冷剂提供有效方案，对于我国在中低温制冷热泵领域环保制冷剂的发展，和加速高GWP值制冷剂的淘汰均具有非常重要的意义。
具体实施方式
下面以一些具体实施例对本发明作以详细描述，前11个实施例是针对R22和R407C的替代，而后9个实施例是针对R410A的替代。
实施例1：取23 % R32、66% R1216、11% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取24% R32、51% R1216、25% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取24% R32、68% R1216、8% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取25% R32、55% R1216、20% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取26% R32、70% R1216、4% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取26% R32、73% R1216、1% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取27% R32、58% R1216、15% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取28% R32、68% R1216、4% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取31% R32、62% R1216、7% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例10：取31% R32、64% R1216、5% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例11：取32% R32、66% R1216、2% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例12：取40% R32、16% R1216、44% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例13：取45% R32、20% R1216、35% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例14：取50% R32、25% R1216、25% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例15：取60% R32、36% R1216、4% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例16：取61% R32、23% R1216、16% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例17：取66% R32、24% R1216、10% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例18：取69% R32、22% R1216、9% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例19：取69% R32、24% R1216、7% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
实施例20：取72% R32、26% R1216、2% R13I1，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷剂。
上述20个实施例的有关参数和循环性能指标如表2-4所示。
表2 实施例1~20的相对分子质量及其与R22的环保性能参数比较
Figure 650047DEST_PATH_IMAGE002
Figure 472509DEST_PATH_IMAGE003
Figure 801859DEST_PATH_IMAGE004
以R22为基准，上述替代R22的实施例（1-11）的充灌量接近或略高于R22，而以R410A为基主，上述替代实施例（12-20）的充灌量接近或低于R410A。
所选取的设计工况为：中温工况，机组形式适用于所有形式（JB/T7666-1995）取为：蒸发温度为-7℃，冷凝温度为43℃，过冷度为5℃，计算时压缩机等熵效率为0.8。
理论计算分别使用上述实施例及R22、R407C和R410A制冷剂在制冷系统中的循环性能参数，比较了其中的性能参数：蒸发压力、冷凝压力、压比、压缩机排气温度、温度滑移、相对性能系数COP和相对单位容积制冷量qv，如表3和表4所示。
表3 本发明中前11个实施例与R22及R407C性能参数比较
Figure 760DEST_PATH_IMAGE005
表4 本发明中后9个实施例与R410A性能参数比较
Figure 794272DEST_PATH_IMAGE006
结果表明：1.上述实施例的GWP值均低于R22及其现有替代物R407A和R410A的GWP值，且可作为直接替代R22和R407C的混合物对应实施例（1-10）的GWP值均低于220甚至更低，可作为直接替代R410A的混合物对应实施例的GWP值均小于500，因此作为R22、R407C和R410A的替代制冷剂它们在环保性能方面具有显著的优势；
2. 三组元中R1216和R13I1均为不可燃制冷剂，而且R13I1为高效阻燃剂，因此可以预估新替代制冷剂所包含的比例混合物主要为不可燃制冷剂，而且通过制冷剂充灌量的比较发现，新制冷剂部分实施例的充灌量可以明显低于被替代制冷剂的充灌量，所以可进一步提高系统的安全性；
3.另外通过性能参数的比较发现：应用新制冷剂的单位容积制冷量比R22和R407C的单位容积制冷量有明显提升，仅从实施例也能看出甚至可以提升12%，而系统的性能系数COP与R22和R407C的非常接近，作为R410A的替代物比例范围的系统性能系数COP和单位容积制冷量均接近或略高于R410A，表明新制冷剂具有高效节能的优势；
4. 由上述结果还能看出，新制冷剂与R22、R407C和R410A相比，除部分实施例外，大部分实施例的制冷剂饱和蒸发压力、冷凝压力差别不大，而且新制冷剂的对应压比均更小，这有助于提高压缩机的效率；
5. 作为R22和R407C的替代物，新制冷剂的排气温度更低，上述大部分实施例的压缩机的排气温度均有所降低。另外作为替代R407C的混合物的温度滑移均小于R407C的温度滑移，替代R410A的混合物也均低于3℃，属于近共沸混合物。所以从以上多角度均表明新制冷剂混合物作为R22及其替代物的替代方案的可行性。
根据本发明介绍，制冷热泵系统在以上设计工况下，并且在以上理论计算的优选比例范围内，系统性能系数COP或单位容积制冷量均有一定程度提高，或与R22及其替代物性能接近，而且有较好的低可燃性或不可燃性，系统充灌量也可有明显降低。突出优势是新制冷剂的GWP值与R22、R407C和R410A相比显著降低。综上，本发明具有非常好的应用效果和发展潜力。

Claims (6)

1.一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，其特征在于：包括用来替代R22和R407C的三元混合物，所述三元混合物包括如下质量百分数的组份：R32：23%~32%、R1216：51%~76%以及R13I1：1%~25%。
2.根据权利要求1所述的一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，其特征在于：包括如下质量百分数的组份：R32：23%~31%、R1216：62%~76%以及R13I1：1%~11%。
3.根据权利要求1或2所述的一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，其特征在于：包括如下质量百分数的组份：R32：23%~26%、R1216：66%~76%以及R13I1：1%~8%。
4.一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，其特征在于：包括用来替代R410A的三元混合物，所述三元混合物包括如下质量百分数的组份：R32：40%~72%、R1216：16%~36%以及R13I1：1%~44%。
5.根据权利要求4所述的一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，其特征在于：包括如下质量百分数的组份：R32：61%~72%、R1216：21%~24%以及R13I1为4%~16%。
6.根据权利要求4或5所述的一种适配制冷热泵系统的新型制冷剂，其特征在于：包括如下质量百分数的组份：R32：61%~69%、R1216：22%~24%以及R13I1：7%~16%。
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