CN114752356B - 一种制冷剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制冷剂及其应用，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷12％～20.5％、丙烯75.5％～87％和丙烷1％～4％。该制冷剂可以作为家用制冷设备、固定式制冷系统、移动式空调系统中的制冷剂使用。本发明所提供的制冷剂相比于R32、R410a制冷剂具有充灌量更低、制冷系数更高的优点，本发明所提供的节能环保制冷剂排气温度更低，有利于制冷压缩机的运行，制冷压缩机具有更高的可靠性。且该节能环保制冷剂对臭氧层没有破坏作用、温室效应极低、环保性更好、具有显著的节能减排效益。
Description
技术领域
本发明属于制冷剂技术领域，更具体地，涉及一种制冷剂及其应用。
背景技术
在制冷空调领域，R22曾经是使用最为广泛的一种制冷剂，尤其是房间空调器行业几乎都是使用R22。然而由于R22会破坏臭氧层(ODP>0)，属于氢氯氟烃(HCFCs)，根据《蒙特利尔议定书》修正案中的内容，应加速氢氯氟烃(HCFCs)淘汰，且R22还有较高的全球变暖潜值(GWP＝1810)。目前以美国、日本等为代表的国家已经禁止使用R22，在中国R22也来越多地被一些对臭氧层没有破坏作用的制冷剂所替代，尤其是在房间空调器行业，已经基本上被R32和R410A替代，其中R32由于既不破坏臭氧层，温室效应仅为R410A的三分之一左右，在R22的替代中占有绝大部分份额。
由于在房间空调器名义工况条件下，R32的单位容积制冷量是R22的1.55倍，即R32制冷压缩机的工作容积只有R22的64.5％，而R32的冷凝压力又是R22的1.62倍，因此，在进行R32替代R22时，不仅对制冷压缩机进行了重新设计、规划了新的制造工艺，而且，整个制冷系统为提高承压能力对制冷换热器、制冷剂管路以及阀门等都进行了重新设计和制造。
虽然R32和R410A对臭氧层都没有破坏作用，但是仍然有较高的GWP值(全球变暖潜能值)，R410A的GWP值为2010，R32的GWP值为672，它们作为HFC类物质，已经被列入《蒙特利尔议定书》基加利修正案中需要削减的名单，明确地确定了HFCs的削减进度。中国自接受《蒙特利尔议定书》修正案后，正在加速淘汰相关有环境危害的HCFCs和削减HFCs制冷剂。因此，无论是R32还是R410A都只能作为过渡制冷剂。而目前，对于R32的替代方案存在空白。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种制冷剂及其应用，开发新型的制冷剂，由此解决R32和R410A存在的对环境造成危害的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种制冷剂，该制冷剂由乙烷(R170)、丙烯(R1270)和丙烷(R290)组成的三元混合物，该制冷剂中各组分的质量百分比浓度之和为100％。具体地所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷12％～20.5％、丙烯75.5％～87％和丙烷1％～4％。
优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷15％～18％，丙烯79％～84％，丙烷1％～3％。
优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷16％～17％，丙烯81％～83％，丙烷1％～2％。
优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷15％，丙烯84％，丙烷1％。
优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷16％、丙烯83％，丙烷1％。
优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷17％、丙烯81％，丙烷2％。
优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷18％、丙烯79％，丙烷3％。
按照本发明的另一个方面，提供了一种制冷剂的应用，作为家用制冷设备、固定式制冷系统或移动式空调系统中的制冷剂。其中，固定式制冷系统例如冷水机组等的固定式制冷系统。
优选地，用于替代R32制冷剂或R410A制冷剂。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
1、本发明提供的制冷剂的单位容积制冷量与R32的单位容积制冷量和R410A的单位容积制冷量都非常接近，无需更换制冷压缩机，可直接应用于替代R32和R410A，不需做过多部件的更换，或只做部分部件的更改即可。本发明提供的制冷剂的ODP为零、GWP值仅为20左右，具有明显的环保优势；本发明提供的制冷剂的COP值均明显高于R32的COP和R410A的COP值，具有显著的节能减排的优势。
2.本发明提供的制冷剂的系统充灌量仅为R32和R410A的54％～77％左右，可明显节约制冷剂用量，也间接降低制冷剂泄露的不安全性。
3.本发明提供的制冷剂中丙烷的加入可以实现进一步降低排气温度和压力比，有利于制冷压缩机的运行，制冷压缩机具有更高的可靠性。
4.本发明提供的制冷剂可以填补具较高GWP值的R32和R410A制冷剂的替代方案上的空白，对于我国在制冷低温领域环保制冷剂的发展，和加速高GWP值制冷剂的淘汰具有重要意义。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明在具体实施时，所用的制冷剂R170、R1270和R290均为制冷与低温技术领域所常用的制冷剂，其中，乙烷12％～20.5％、丙烯75.5％～87％和丙烷1％～4％。
本发明的节能环保制冷剂可以将上述三种组元物质按其指定的质量比在常温下进行物理混合即可。
表1为本发明的制冷剂中所含组元乙烷(R170)、丙烯(R1270)和丙烷(R290)的基本参数。
表1：乙烷(R170)、丙烯(R1270)和丙烷(R290)的基本物性参数
| 参数 | R170 | R1270 | R290 |
| 分子式 | C2H6 | C3H6 | C3H8 |
| 相对分子质量 | 30 | 42.1 | 44.1 |
| 标准沸点℃ | -88.58 | -47.62 | -42.11 |
| 临界压力MPa | 4.872 | 4.555 | 4.251 |
| 临界温度℃ | 32.17 | 91.06 | 96.74 |
| 临界密度kg/m3 | 206.18 | 229.63 | 220.48 |
| 安全级别 | A3 | A3 | A3 |
| ODP | 0 | 0 | 0 |
| GWP | ～20 | ～20 | ～20 |
实施例1
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为20.5％的R170、78.5％的R1270和1％R290的进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例2
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为20.5％的R170、75.5％的R1270和4％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例3
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为18％的R170、79％的R1270和3％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例4
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为17％的R170、81％的R1270和2％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例5
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为16％的R170、83％的R1270和1％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例6
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为15％的R170、84％的R1270和1％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例7
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为12％的R170、87％的R1270和1％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
实施例8
取制冷剂领域常用的R170、R1270和R290制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为12％的R170、84％的R1270和4％R290进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
上述8个实施例的有关参数指标如表2所示：
表2实施例1-8相对R32和R410A的充灌量及其ODP和GWP值
可以看出，按相对分子质量计算的所有实施例的充灌量只有R32的74.80％～77.34％，R410A的53.60％～55.42％，可显著节约制冷剂量；所有实施例的ODP值均为零，GWP值为20左右，只有R32的1/33，R410A的1/100，具有显著的环保优势。
将上述实施例及R32和R410A制冷剂在制冷系统中的理论循环性能参数计算，所选取的计算工况按国际通用的ARI标准如下：蒸发温度为7.2℃，冷凝温度为54.4℃，过冷温度为46.1℃，过热温度18.3℃。理论循环计算过程中压缩过程为等熵压缩。
利用制冷工程常用软件REFPROP10软件进行计算，所得到的相关参数结果如表3所示：
表3：ARI工况理论循环计算参数
其中：蒸发压力取7.2℃的饱和液体压力，冷凝压力取54.4℃的饱和液体压力。
结果表明：
1.本发明提供的制冷剂的制冷系数COP均比R32的COP高，幅度从9.5％-11.3％；本发明提供的制冷剂的制冷系数COP均比R410A的COP高，幅度从13.7％-14.1％，表明本发明提供的制冷剂替代R32和R410A均具有显著的节能减排效益。
2.本发明提供的制冷剂的排气温度比R32的排气温度低27℃有余，非常有利于制冷压缩机的运行，制冷压缩机具有更高的可靠性；本发明提供的制冷剂的排气温度比R410A的排气温度低11℃左右，也很有利于制冷压缩机的运行，制冷压缩机也具有高的可靠性。
3.本发明提供的制冷剂的临界温度、临界压力、蒸发压力和冷凝压力与R32和R410A相差都不大(压力比还均低于R32和R410A，这有利于提高制冷压缩机的实际效率)，表明本发明提供的制冷剂在工作条件上具备直接替代R32和R410A的可行性。
4.本发明提供的制冷剂与R410A的相对单位容积制冷量在1.100-0.959之间，最大不超过110％，最小不低于95.9％，均大于93％，说明本发明提供的制冷剂可无需更换制冷压缩机直接替代R410A；本发明提供的制冷剂与R32的相对单位容积制冷量最大不超过101.3％，最小为88.4％，但实施例1-6的相对单位容积制冷量均大于93％，说明本发明提供的制冷剂实施例1-6为优选的实施例可无需更换制冷压缩机直接替代R32。
5.从计算结果可以看出，在一个标准大气压下，本发明提供的制冷剂有比较大滑移温度，从11.57℃-15.45℃，但是在工作温度(泡点温度)7.2℃时，其饱和液体压力对应的露点温度均小于18.3℃，最高为18.26℃，最低15.32℃，均满足ARI标准要求的过热温度18.3℃的要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于替代R32制冷剂或R410A制冷剂的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷12％～20.5％、丙烯75.5％～87％和丙烷1％～4％。
2.如权利要求1所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷15％～18％，丙烯79％～84％，丙烷1％～3％。
3.如权利要求1所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷16％～17％，丙烯81％～83％，丙烷1％～2％。
4.如权利要求1或2所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷15％，丙烯84％，丙烷1％。
5.如权利要求1或2所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷16％、丙烯83％，丙烷1％。
6.如权利要求1或2所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷17％、丙烯81％，丙烷2％。
7.如权利要求1或2所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷18％、丙烯79％，丙烷3％。
8.一种根据权利要求1至7任一项所述的制冷剂的应用，其特征在于，作为家用制冷设备、固定式制冷系统或移动式空调系统中的制冷剂。
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