CN114605964B - 环保混合制冷剂、制冷系统、提高能效的方法及制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保混合制冷剂、制冷系统、提高能效的方法及制冷设备，该环保混合制冷剂由如下质量百分比的组分组成：10％～50％的丙烷、30％～80％的二氟甲烷、1％～20％的三氟碘甲烷。本发明所提供的环保混合制冷剂通过将丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷按比例协同使用，该环保混合制冷剂环保性能好，不仅不破坏大气臭氧层即ODP为零，而且具有较低的GWP；可燃性低，安全性能好；同时拥有较高的燃烧下限，提升制冷系统允许充注量，从而增加制冷系统中制冷剂的充注量，提升制冷系统能效。
Description
技术领域
本发明涉及制冷剂领域，特别涉及一种环保混合制冷剂、制冷系统、提高能效的方法及制冷设备。
背景技术
制冷剂，又称冷媒、致冷剂、雪种，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质(水或空气等)的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。
目前，在制冷系统中，常用的制冷剂为R410A，其是一种新型的环保制冷剂，由R32和R125各50％组成，不破坏臭氧层，制冷(暖)效果高，主要有氢、氟和碳元素组成(表示为HFC)，具有稳定，无毒，性能优越等特点，由于不含氯元素，故不会与臭氧发生反应，即不会破坏臭氧层，但是R410A在使用过程中具有较高的温室效应，其GWP为1730。随着环保趋势的日益严重，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，并有效应用于空调系统中。目前广泛应用的制冷剂为R410A不能满足蒙特利尔议定书修订案的要求。
丙烷(R290)是自然界中存在的天然化合物，既不会破坏大气臭氧层，又具有低GWP值，不导致全球变暖，属于环境完全友好型制冷剂。这种制冷剂正被开始研究用于制冷系统中，目前R290制冷剂主要集中在移动空调、除湿机及部分分体机中。但是由于R290具有可燃性，成为其广泛应用于空调行业的主要阻力，其是A3类可燃制冷剂，安全性方面有很大不足，其允许充注量受到严格限制；而且R290本身容积制冷量较低，需要更大的压缩机排量，因此也导致了R290空调产品成本较高，推广应用困难。
为了解决上述技术问题，采用R290和二氟甲烷(R32)组成混合制冷剂，通过在R290中添加R32，相比于R290，混合制冷剂的容积制冷量更高。
但本申请的发明人在实现本申请实施例的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：采用R290和二氟甲烷(R32)组成的混合制冷剂的GWP高；无法改善R290的可燃性，混合制冷剂的安全性不足；而且采用上述混合制冷剂的制冷系统的能效低。
因此，急需一种环保性能好，安全性高，同时能提升制冷系统能效的制冷剂。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种环保混合制冷剂、制冷系统、提高能效的方法及制冷设备，该环保混合制冷剂环保性能好，不仅不破坏大气臭氧层即ODP为零，而且具有较低的GWP；可燃性低，安全性能好；同时拥有较高的燃烧下限，能提升制冷系统能效，解决目前R290和R32混合制冷剂GWP高、安全性能差、制冷系统能效低的技术问题。
为本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
在本发明的一方面，本发明提供了一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：10％～50％的丙烷、30％～80％的二氟甲烷、1％～20％的三氟碘甲烷。
可选地，其由如下质量百分比的组分组成：15％～45％的丙烷、40％～75％的二氟甲烷、4％～18％的三氟碘甲烷。
可选地，其由如下质量百分比的组分组成：20％～40％的丙烷、50％～70％的二氟甲烷、6％～15％的三氟碘甲烷。
可选地，其由如下质量百分比的组分组成：25％～30％的丙烷、60％～65％的二氟甲烷、8％～12％的三氟碘甲烷。
可选地，所述环保混合制冷剂的GWP小于600，ODP为0。
可选地，所述环保混合制冷剂不可燃。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种制冷系统，其使用上述的环保混合制冷剂。
可选地，所述制冷系统为蒸汽压缩式制冷系统。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种提高制冷系统能效的方法，其使用上述的环保混合制冷剂，通过增加所述环保混合制冷剂的充注量提高制冷系统的能效。
在本发明的又一方面，本发明提供了一种制冷设备，所述制冷设备采用上述的制冷系统。
可选地，所述制冷设备为空调、冰箱、冷库、冷柜、冷藏运输机、制冰机、除湿机的任一种。
本发明具有如下有益效果：
本发明所提供的环保混合制冷剂通过将丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷按比例协同使用，该环保混合制冷剂环保性能好，不仅不破坏大气臭氧层即ODP为零，而且具有较低的GWP；可燃性低，安全性能好；同时拥有较高的燃烧下限，提升制冷系统允许充注量，从而增加制冷系统中制冷剂的充注量，提升制冷系统能效。
具体实施方式
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
为了便于理解，本发明涉及术语解释如下：
ODP(Ozone Depletion Potential)：臭氧损耗潜能值，它表示物质分子分解臭氧的能力。
GWP(Global Warming Potential)：全球变暖潜能值，是气体温室效应的评价指标。经计算将二氧化碳的GWP值定为1，其他物质都有一个相对二氧化碳的GWP值。
APF(Annual Performance Factor)：全年能量消耗效率，是通过将制冷系统全年使用时一年所需的制冷和制热量除以制冷系统在一年中消耗的电量(特定时段内的用电量)而确定的数值。该评估严密地反映了实际使用情况，是制冷系统的能效评价指标。APF不是一个直接的测试值，而是在测试值基础上利用运行时间曲线经过计算得到的计算值。
正如背景技术所描述的，现有技术中丙烷和二氟甲烷组成的混合制冷剂存在GWP高、安全性能差、制冷系统能效低的技术问题。本领域技术人员尚未意识到通过提升制冷剂的允许充注量从而增加制冷剂的充注量可以提高制冷系统的能效。而发明人通过研究发现，通过提升制冷剂的允许充注量可以增加制冷剂的充注量进而提高制冷系统的能效，基于此本发明采取三氟碘甲烷与丙烷、二氟甲烷复配作为制冷剂，通过三氟碘甲烷的添加，提高丙烷和二氟甲烷制冷剂的燃烧下限，进而提升制冷剂的允许充注量，使得制冷系统中制冷剂的充注量增加，因而克服了该缺陷。
第一方面，一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：10％～50％的丙烷、30％～80％的二氟甲烷、1％～20％的三氟碘甲烷。
本发明中，所述丙烷的质量百分比为10％～50％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％以及它们之间的任意值。
本发明中，所述二氟甲烷的质量百分比为30％～80％，例如30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％以及它们之间的任意值。
本发明中，所述三氟碘甲烷的质量百分比为1％～20％，例如1％、2％、5％、8％、10％、15％、18％、20％以及它们之间的任意值。
本发明所提供的环保混合制冷剂通过将丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷按比例协同使用，该环保混合制冷剂环保性能好，不仅不破坏大气臭氧层即ODP为零，而且具有较低的GWP；可燃性低，安全性能好；同时拥有较高的燃烧下限，提升制冷系统允许充注量，从而增加制冷系统中制冷剂的充注量，提升制冷系统能效。
上述组分中的丙烷(R290)，其分子式为C3H8，分子量为44.10，标准沸点为-42.2℃，临界温度为96.7℃，临界压力为4.25MPa，ODP为0，GWP为20，LFL(％)为2.1，LFL(kg/m3)为0.038，ANSI安全分级为A3。
上述组分中的二氟甲烷(R32)，其分子式为CH2F2，分子量为52.02，标准沸点为-51.3℃，临界温度为78.1℃，临界压力为5.78MPa，ODP为0，GWP为675，ANSI安全分级为A2。
上述组分中的三氟碘甲烷(R13I1)，其分子式为CF3I，分子量为195.91，标准沸点为-21.4℃，临界温度为123.3℃，临界压力为3.95MPa，ODP为0，GWP为1，ANSI安全分级为A1。
本发明的环保混合制冷剂由丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷组成，具备环保的特点，具体体现在该环保混合制冷剂ODP为零，不会对臭氧层造成破坏，同时具有较低的GWP，不会产生温室效应，符合环保要求。
本发明的环保混合制冷剂由丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷组成，二氟甲烷组分是直接导致GWP高的原因，增加三氟碘甲烷后，可以降低二氟甲烷组分占比，从而达到降低混合制冷剂整体GWP的效果。
本发明所提供的所述环保混合制冷剂中，在丙烷和二氟甲烷中添加了具有降低可燃性作用的三氟碘甲烷，进而获得安全性能良好即不可燃的环保混合制冷剂。
由于制冷剂的可燃性，在现有标准中对制冷剂的允许充注量进行了限制。制冷剂的允许充注量采用如下公式：
式中，mmax：为允许充注量，单位为kg；
LFL：为燃烧下限，即在指定的实验条件下，能够在制冷剂和空气组成的均匀混合物中传播火焰的制冷剂最小浓度；一般LFL以制冷剂在空气中的体积分数表示，也可以经换算后以kg/m3表示，两者的换算关系为：在25℃和101.325kPa时，以体积分数乘以0.0004141和制冷剂摩尔制质量可得到以kg/m3表示的值；
h0：为空调的安装高度，单位为m；
A：为房间的面积，单位为m2。
可见，对于丙烷R290这种可燃性制冷剂，其允许充注量受到房间面积、燃烧下限等、安装高度等因素限制，导致现有制冷系统中R290制冷剂的允许充注量普遍不足。
本发明所提供的所述环保混合制冷剂中，在丙烷和二氟甲烷中添加了三氟碘甲烷，提高了制冷剂的燃烧下限，制冷系统中制冷剂的允许充注量提升，使得可以增加制冷系统中制冷剂的充注量，制冷系统具有更高的能效。
本发明中各组分可商购获得，或可由本领域已经的方法制得。只要丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷以上述比例混合即可实现本发明的目的，所述丙烷可以是现有的用于制冷剂的各种纯度级别的丙烷，二氟甲烷可以是现有的用于制冷剂的各种纯度级别的二氟甲烷，三氟碘甲烷可以是现有的用于制冷剂的各种纯度级别的三氟碘甲烷。
本发明提供的环保混合制冷剂，其制备方法是将上述各种组分按照其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
第二方面，一种制冷系统，其使用第一方面中的环保混合制冷剂。
进一步地，所述制冷系统为蒸汽压缩式制冷系统。可以理解，该蒸汽压缩式制冷系统为本领域常规的制冷系统，本领域技术人员熟知其结构和原理，作为举例，该蒸汽压缩式制冷系统包括压缩机、冷凝器、膨胀机构、蒸发器、涡轮、隔热筒。压缩机的出口连接冷凝器的进口，冷凝器的出口连接膨胀机构的进口，膨胀机构的出口连接蒸发器的进口，蒸发器的出口连接压缩机的进口，构成供制冷剂循环的制冷剂回路。
第三方面，一种提高制冷系统能效的方法，其使用上述的环保混合制冷剂，通过增加所述环保混合制冷剂的充注量提高制冷系统的能效。
发明人通过研究发现，通过提升制冷剂的允许充注量可以增加制冷剂的充注量，进而提高制冷系统的能效。
第四方面，本发明提供了一种制冷设备，所述制冷设备采用第二方面的制冷系统。
本发明中，所述制冷设备为空调、冰箱、冷库、冷柜、冷藏运输机、制冰机、除湿机的任一种。但不局限于此，也可以是其他未列举在本实施例中的但被本领域技术人员所熟知的其他制冷设备。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施例对上述技术方案进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：27％的丙烷、63％的二氟甲烷、10％的三氟碘甲烷。
实施例2
一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：24％的丙烷、56％的二氟甲烷、20％的三氟碘甲烷。
实施例3
一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：40％的丙烷、40％的二氟甲烷、20％的三氟碘甲烷。
实施例4
一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：45％的丙烷、45％的二氟甲烷、10％的三氟碘甲烷。
实施例5
一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：50％的丙烷、30％的二氟甲烷、20％的三氟碘甲烷。
实施例6
一种环保混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：19％的丙烷、80％的二氟甲烷、1％的三氟碘甲烷。
对比例1
一种制冷剂，其由丙烷组成。
对比例2
一种混合制冷剂，其由如下质量百分比的组分组成：40％的丙烷，60％的二氟甲烷。
对比例3
一种制冷剂，其由二氟甲烷组成。
为验证本发明产品性能，对实施例1-6和对比例1-3所制得的制冷剂的制冷性质进行表征，其中制冷性质在蒸发温度为12℃、冷凝温度为44℃、过热度为8℃、过冷度为6℃，压缩机等熵效率为1的制冷工况下获得。结果如表1所示：
将实施例1-6和对比例1-3所制得的制冷剂分别应用于现有的空调系统中进行测试，经过测试，相对于对比例1，实施例1-6对应的空调系统中，制冷剂的充注量大大提升，空调系统的APF在8％以上，而对比例1对应的空调系统的APF为4.38％。可见，将丙烷、二氟甲烷和三氟碘甲烷按比例协同使用，可以增加制冷系统制冷剂充注量，对于提升空调系统能效效果十分显著。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环保混合制冷剂，其特征在于，其由如下质量百分比的组分组成：25％～30％的丙烷、60％～65％的二氟甲烷、8％～12％的三氟碘甲烷。
2.如权利要求1所述的环保混合制冷剂，其特征在于，所述环保混合制冷剂的GWP小于600，ODP为0。
3.如权利要求1所述的环保混合制冷剂，其特征在于，所述环保混合制冷剂不可燃。
4.一种制冷系统，其使用权利要求1-3任一项所述的环保混合制冷剂。
5.如权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统为蒸汽压缩式制冷系统。
6.一种提高制冷系统能效的方法，其特征在于，其使用权利要求1-3任一项所述的环保混合制冷剂，通过增加所述环保混合制冷剂的充注量提高制冷系统的能效。
7.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备采用权利要求4所述的制冷系统。
8.如权利要求7所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备为空调、冰箱、冷库、冷柜、冷藏运输机、制冰机、除湿机的任一种。
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