CN114989784A - 制冷剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种制冷剂及其制备方法。该制冷剂由第一组份、第二组份、第三组份和第四组份组合而成；所述第一组份包括一氟甲烷；所述第二组份包括三氟甲烷；所述第三组份包括二氟甲烷；所述第四组份包括1,1,1,2‑四氟乙烷、2,3,3,3‑四氟丙烯和反式1,3,3,3‑四氟丙烯中的一种或多种。本申请采用多种消耗臭氧层潜能均为零的组分，组合构成混合型制冷剂，使得全球变暖潜能值低，环境性能优异；该缓和性制冷剂具有良好的热力学性能，制冷系数与R134a制冷剂相当，而单位容积制冷量是R134a制冷剂的两倍以上，使得本申请混合型制冷剂的单位容积制冷能力大，可有效减小压缩机的尺寸。
Description
技术领域
本申请属于制冷剂技术领域，具体涉及一种制冷剂及其制备方法。
背景技术
全球变暖问题受到越来越多人的关注，传统的氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃 (HCFCs)制冷剂由于对臭氧层的破坏而被禁止或限制使用，作为替代工质的氢氟烃(HFCs)和烃(HCs)类制冷剂又分别存在着温室效应和强可燃性问题，制冷剂已成为制约行业发展的瓶颈问题。国际上通过的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全球变暖潜值(GWP)值的制冷剂来替代目前GWP高的制冷剂，并有效应用于制冷系统中。
1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)由于具有无毒性、无腐蚀、材料相容性较好等特点，而被广泛用于汽车空调以及其他一些制冷系统领域，但其GWP值高达 1430。随着《蒙特利尔议定书》基加利修正案的生效，R134a这类高GWP值的氢氟烃(HFCs)制冷剂面临着消减和淘汰，因此寻找一种性能和R134a相当，且GWP值较低的R134a替代制冷剂刻不容缓，对于节能减排，助力国家碳中和形成自主知识产权具有重要意义。
发明内容
因此，本申请提供一种制冷剂，能够解决现有技术中R134a制冷剂的GWP 值过高的问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种制冷剂，由第一组份、第二组份、第三组份和第四组份组合而成；
所述第一组份包括一氟甲烷；所述第二组份包括三氟甲烷；所述第三组份包括二氟甲烷；所述第四组份包括1,1,1,2-四氟乙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和反式 1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、5％-25％、55％-85％、5％-30％。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、5％-20％、60％-85％、5％-25％。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％、10％、80％、5％。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、10％-20％、60％-80％、10％-25％。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、10％-15％、65％-80％、10％-20％。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、10％-15％、65％-75％、10％-15％。
可选地，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％、15％、70％、10％。
根据本申请的另一方面，提供了一种如上所述制冷剂的制备方法，包括：
预备第一组份、第二组份、第三组份和第四组份；
在常温下，将第一组份、第二组份、第三组份和第四组份进行物理性混合均匀。
本申请提供的一种制冷剂，由第一组份、第二组份、第三组份和第四组份组合而成；所述第一组份包括一氟甲烷；所述第二组份包括三氟甲烷；所述第三组份包括二氟甲烷；所述第四组份包括1,1,1,2-四氟乙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和反式1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种。
本申请采用多种消耗臭氧层潜能均为零的四组分，组合构成混合型制冷剂，使得全球变暖潜能值低，环境性能优异；该缓和性制冷剂具有良好的热力学性能，制冷系数与R134a制冷剂相当，而单位容积制冷量是R134a制冷剂的两倍以上，使得本申请混合型制冷剂的单位容积制冷能力大，可有效减小压缩机的尺寸。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本申请的实施例，一种制冷剂，由第一组份、第二组份、第三组份和第四组份组合而成；
所述第一组份包括一氟甲烷；所述第二组份包括三氟甲烷；所述第三组份包括二氟甲烷；所述第四组份包括1,1,1,2-四氟乙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和反式 1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种。
本申请采用多种消耗臭氧层潜能均为零的组分，组合构成混合型制冷剂，使得全球变暖潜能值低，环境性能优异；该缓和性制冷剂具有良好的热力学性能，制冷系数与R134a制冷剂相当，而单位容积制冷量是R134a制冷剂的两倍以上，使得本申请混合型制冷剂的单位容积制冷能力大，可有效减小压缩机的尺寸。
本申请混合型制冷剂的各项性能受各个组分的影响，其中第三组份和第一组份的相对容积制冷量远高于R134a制冷剂的2倍以上；2,3,3,3-四氟丙烯及反式1,3,3,3-四氟丙烯的标准沸点和临界温度制冷性能与R134a制冷剂接近但更环保，且具有较低压力能增加混合制冷剂安全性；上述组分均具有可燃性，而第二组份可作为阻燃剂降低混合制冷剂的可燃性。本申请在保证制冷剂热力性能与R134a制冷剂相当同时，解决R134a制冷剂高GWP值的技术问题。
在一些实施例中，第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、5％-25％、55％-85％、5％-30％。
按照其相应的摩尔配比在常温液相状态下进行物理混合成上述四种组分，即可获得混合型制冷剂。
本申请所用到的各物质的基本参数见表1。
表1混合工质中各组元物质的基本参数
下面以具体实施例对本申请混合型制冷剂进行说明。
实施例1
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)四种组分在常温液相下按5:10:80:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例2
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)五种组分在常温液相下按 5:15:70:8:2的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例3
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)五种组分在常温液相下按 5:15:75:1:4的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例4
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)和反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))五种组分在常温液相下按5:20:65:1:9的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例5
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)和反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))五种组分在常温液相下按5:20:70:4:1的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例6
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)和反式1,3,3,3-四氟丙烯 (R1234ze(E))六种组分在常温液相下按5:25:65:2:2:1的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例7
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)和反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))六种组分在常温液相下按10:10:75:1:1:3的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例8
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)和反式1,3,3,3-四氟丙烯 (R1234ze(E))六种组分在常温液相下按10:15:60:5:5:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例9
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)四种组分在常温液相下按10:20:65:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例10
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)四种组分在常温液相下按5:5:65:25的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例11
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)和反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))五种组分在常温液相下按5:10:55:15:15的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例12
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)和反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))五种组分在常温液相下按5:5:85:1:4的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例13
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)四种组分在常温液相下按5:15:75:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例14
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)四种组分在常温液相下按8:16:66:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例15
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)四种组分在常温液相下按6:22:62:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例16
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按5:5:80:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例17
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按5:5:85:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例18
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按5:10:75:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例19
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按5:10:80:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例20
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按5:15:70:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例21
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按5:20:70:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例22
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按10:15:65:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例1
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)四种组分在常温液相下按40:5:45:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例2
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，1,1,1,2- 四氟乙烷(R134a)四种组分在常温液相下按25:25:45:5的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
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对比例6
将一氟甲烷(R41)，三氟碘甲烷(R13I1)，二氟甲烷(R32)，反式1,3,3,3- 四氟丙烯(R1234ze(E))四种组分在常温液相下按40:5:45:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
在制冷工况下(即蒸发温度为10℃，冷凝温度为40℃，过热度为5℃，过冷度为5℃，压缩机的绝热效率为0.75)，分别使用上述实验例和R134a制冷剂在制冷系统中的循环性能参数进行理论计算，物性数据均取自REFPROP 10.0，比较了其中的GWP(按质量百分比线性加和计算)，相对单位容积制冷量Qv (与R134a制冷剂的单位容积制冷量比值)，相对性能系数COP(与R134a 制冷剂的性能系数比值)，温度滑移指制冷剂混合物在某一恒定压力下发生相变时相变温度的变化值，温度滑移若过大则需对换热器进行重新优化设计。如表2所示：
表2混合工质与R134a的性能对比结果
由表2可知，本申请提供的混合型制冷剂的环保性能优异，GWP均小于 600，远低于R134a制冷剂的GWP值，完全可以满足《蒙特利尔议定书》基加利修正案对碳排放削减的目标。
同时可以看出，所有实施例的容积制冷量与R134a制冷剂相比均有提升，最高可提升145％，且所有实施例的相对性能系数均大于0.92，且温度滑移小于5℃，因此可成为替代R134a制冷剂的环保制冷剂。
其中对比例1-6中各组分的摩尔占比，不在本申请提供的优选的摩尔占比范围内，温度滑移较大超过5℃，且相对于R134a其性能系数小于0.9。
综上，本申请提供的多元混合制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，而且热力性能与R134a制冷剂相当，容积制冷量大大提升，且温度滑移较小，可以较好地对R134a制冷剂进行替代。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种制冷剂，其特征在于，由第一组份、第二组份、第三组份和第四组份组合而成；
所述第一组份包括一氟甲烷；所述第二组份包括三氟甲烷；所述第三组份包括二氟甲烷；所述第四组份包括1,1,1,2-四氟乙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和反式1,3,3,3-四氟丙烯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、5％-25％、55％-85％、5％-30％。
3.根据权利要求2所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、5％-20％、60％-85％、5％-25％。
4.根据权利要求3所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％、10％、80％、5％。
5.根据权利要求3所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、10％-20％、60％-80％、10％-25％。
6.根据权利要求5所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、10％-15％、65％-80％、10％-20％。
7.根据权利要求6所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％-10％、10％-15％、65％-75％、10％-15％。
8.根据权利要求7所述的制冷剂，其特征在于，所述第一组份、第二组份、第三组份和第四组份的摩尔百分比依次为：5％、15％、70％、10％。
9.一种如权利要求1-8任一项所述制冷剂的制备方法，其特征在于，包括：
预备第一组份、第二组份、第三组份和第四组份；
在常温下，将第一组份、第二组份、第三组份和第四组份进行物理性混合均匀。
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