CN115287042A - 一种替代r404a的混合制冷剂及其制备方法 - Google Patents
一种替代r404a的混合制冷剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115287042A CN115287042A CN202210872963.5A CN202210872963A CN115287042A CN 115287042 A CN115287042 A CN 115287042A CN 202210872963 A CN202210872963 A CN 202210872963A CN 115287042 A CN115287042 A CN 115287042A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- component
- refrigerant
- mixed refrigerant
- tetrafluoroethane
- liquid phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 4
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims abstract description 32
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims abstract description 20
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010792 warming Methods 0.000 abstract 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 15
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2-tetrafluoroethane Chemical compound FCC(F)(F)F LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- GTLACDSXYULKMZ-UHFFFAOYSA-N pentafluoroethane Chemical compound FC(F)C(F)(F)F GTLACDSXYULKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- -1 hydrocarbon hydrofluorides Chemical class 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/04—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
- C09K5/041—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems
- C09K5/044—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems comprising halogenated compounds
- C09K5/045—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems comprising halogenated compounds containing only fluorine as halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
- C09K2205/10—Components
- C09K2205/12—Hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
- C09K2205/10—Components
- C09K2205/12—Hydrocarbons
- C09K2205/122—Halogenated hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2205/00—Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
- C09K2205/40—Replacement mixtures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种混合制冷剂及其制备方法。该混合制冷剂以质量百分比计包括：第一组分43％～61％，第二组分39％～57％，其中第一组分为1,1,1,2‑四氟乙烷，第二组分为丙烷和丙烯中的其中一种。该制冷剂的GWP(全球变暖潜能值)为560‑794，相比于R404A制冷剂低80％～86％，可以较好得替代R404A制冷剂，具有很强的环保和性能优势。
Description
技术领域
本发明涉及制冷剂技术领域，具体涉及一种替代R404A的混合制冷剂。
背景技术
“碳达峰”和“碳中和”已成为当今的热门话题。到目前为止，全世界将近20％的电力消耗用于制冷，到2050年，制冷需求预计将增长十倍。制冷行业对气候变化和碳排放的影响是至关重要的，而且还在不断增长。高GWP制冷剂的大规模使用是主要问题之一。
对于小型冷库和预冷速冻设备(如制冰机等)，R404A(按质量百分比计包括44％的R125、52％的R143a、4％的R134a，其中R125为五氟乙烷，R143a为1,1,1-三氟乙烷，R134a为1,1,1,2-四氟乙烷)制冷剂在仍大量使用。但在制冷行业环保发展的背景下，R404A制冷剂尚存在一定的不足，R404A制冷剂的ODP(臭氧消耗潜值)值虽然为0，对臭氧层无破坏作用，但是其GWPAR5值为3940，在未来也即将面临被淘汰。此外，R404A仍然没有非常理想的替代品，先前所提出的替代制冷剂主要存在较高的滑移温度、依然具有较高的GWP和制冷剂价格较高(组分中存在HFOs)等主要的问题。
因此，当前需要对R404A制冷剂的替代进一步研究，寻找更为合适的替代制冷剂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种替代R404A的混合制冷剂及其制备方法，该制冷剂的GWP为560-794，相比于R404A低80％～86％，可以较好得替代R404A制冷剂，具有很强的环保和性能优势。
在描述本发明具体内容之前，首先阐明一些术语以便于理解：
“ODP”是指物质对臭氧层破坏能力的一种量值；
“GWP”是指在100年的时间内，温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量；
“AR5”是指联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)对制冷剂的第五次评估报告；
“HFO”是指碳氢氟组成的烯烃；
“COP”是指额定制冷量与额定功率(耗电量)的比值，又称能效比；
“过热”是指制冷剂吸收热量被加热使其超过饱和蒸汽温度的程度；
“过冷”是指制冷剂放出热量被冷却使其低于饱和液体温度的程度；
“替代”是指使用一种新的制冷剂以达到原始制冷剂相同的用途及目的，做到可替换的目的。
“排气温度”是指压缩机出口制冷剂的温度；
“滑移温度”是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；
“单位容积制冷量”是指在同一时间内，制冷压缩机的制冷量与其容积输气量之比；
“单位质量制冷量”是指每千克制冷剂在蒸发器中所吸收的热量；
“压缩比”是指压缩机高压侧绝对压力与低压侧的绝对压力的比值；
“燃烧热”是指制冷剂与氧气进行完全燃烧反应时放出的热量；
“燃烧安全等级(ASHRAE)”常用的一般分为A1不可燃、A2较低可燃性、A3较高可燃性；
“燃烧上限UFL”是指在空气中燃烧所需的特定可燃气体或蒸气的最大浓度，高于这个水平，混合物太多而无法燃烧；
“燃烧下限LFL”是指在空气中燃烧所需的特定可燃气体或蒸气的最低浓度，低于这个水平，混合物太少而无法燃烧；
“RF数”是指制冷剂可燃性数值，如果RF数小于30kJ/g，归类为弱可燃制冷剂(ASHRAE A2)，RF数在30～150kJ/g之间，归类为易燃制冷剂(ASHRAE A3)，RF数大于150kJ/g属于高度易燃。
为了实现以上目的，本发明第一方面提供了一种混合制冷剂，包括：一种混合制冷剂，所述混合制冷剂以质量百分比计包括：第一组分43％～61％，第二组分39％～57％，其中第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷，第二组分为丙烷和丙烯中的其中一种。
优选地，所述混合制冷剂由所述第一组分和所述第二组分组成，其中所述第一组分和所述第二组分的质量百分比之和为100％。
优选地，所述第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷，所述第二组分为丙烷。
优选地，所述混合制冷剂以质量百分比计包括：1,1,1,2-四氟乙烷44％～61％，丙烷39％～56％。在该范围内，所述混合制冷剂的滑移温度接近或小于R404A，且1,1,1,2-四氟乙烷含量小于44％时，混合制冷剂安全等级将变为ASHRAE A3。
优选地，1,1,1,2-四氟乙烷与丙烷的质量比可为44:56、45:55、46:54、47:53、48:52、49:51、50:50、51:49、52:48、53:47、54:46、55:45、56:44、57:43、58:42、59:41、60:40或61:39。
优选地，所述第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷，所述第二组分为丙烯。
优选地，所述混合制冷剂以质量百分比计包括：1,1,1,2-四氟乙烷43％～49％，丙烯51％～57％。在该范围内，所述混合制冷剂的滑移温度接近或均小于R404A，且1,1,1,2-四氟乙烷含量小于43％时，混合制冷剂安全等级将变为ASHRAE A3。
优选地，1,1,1,2-四氟乙烷与丙烯的质量比为43:57、44:56、45:55、46:54、47:53、48:52或49:51。
优选地，本发明提供的混合制冷剂的GWP为560-794，例如可为560、573、574、586、587、599、600、612、625、626、638、639、652、664、677、690、703、716、729、742、755、768、781、794。
优选地，本发明提供的混合制冷剂的滑移温度为0-0.7℃，例如可为0.00、0.01、0.04、0.05、0.12、0.14、0.20、0.24、0.34、0.42、0.49、0.55、0.62、0.63、0.66，优选为0-0.66℃。RF数为20.00-30.00kJ/g，例如可为20.35kJ/g、20.87kJ/g、21.39kJ/g、21.91kJ/g、22.44kJ/g、22.96kJ/g、23.48kJ/g、24.00kJ/g、24.52kJ/g、25.04kJ/g、25.57kJ/g、26.09kJ/g、26.61kJ/g、27.13kJ/g、27.65kJ/g、28.18kJ/g、28.70kJ/g、29.22kJ/g、29.78kJ/g，优选为20.30-29.88kJ/g。
本发明第二方面提供了一种混合制冷剂的制备方法，包括：将液相状态的第一组分和液相状态的第二组分进行混合。
与相比现有技术，本发明的有益效果有：
1、本发明的混合制冷剂的的ODP为零，GWP为560-794，相比于R404A低80％～86％，可以较好的替代R404A制冷剂，具有很强的环保优势。
2、本发明提供的混合制冷剂的滑移温度小于R404A，可以降低滑移温度所带来的组分迁移，并且可以应用于需精确控制冷却温度的场合。
3、本发明的混合制冷剂的COP比R404A高4.5％～9.5％，基本相当。
4、本发明的混合制冷剂的单位质量制冷量高于R404A，制冷剂充注量相比于R404A少33％～47％。
5、本发明的混合制冷剂的单位容积制冷量稍高于R404A相似，证明本发明得混合制冷剂适合R404A压缩机，不需重新设计压缩机，或只做小部分部件的更改即可。
6、本发明的混合制冷剂的压缩比小于R404A，具有更高的压缩机效率。
7、本发明的混合制冷剂的传热系数高于R404A，传热系数相比于R404A高50％～80％。
8、本发明的混合制冷剂的价格接近或低于R404A，且原料易获取。
附图说明
图1为本发明的蒸汽压缩制冷循环图。
图2为本发明的实施例12、实施例19和R404A冷凝传热系数的比较。
附图标记说明：
1-压缩机入口，2-冷凝器入口，3-节流阀入口，4-蒸发器入口。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明，但本发明不仅限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售商品。本文未记载的试剂、仪器或操作步骤均是本领域普通技术人员可常规确定的内容。此外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
为了更全面的阐释本发明所提出的混合制冷剂的优点，将对混合制冷剂与R404A从以下几个参数进行比较：
a.冷凝压力；
b.蒸发压力；
c.单位质量制冷量；
d.单位容积制冷量；
e.压缩机排气温度；
f.压缩比；
g.滑移温度；
h.制冷剂充注量；
i.COP；
j.GWP；
k.传热系数。
在一些实施例中，混合制冷剂包含第一组分和第二组分，其中第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，其在所述混合制冷剂中的质量占比为44％～61％，所述第二组分为丙烷(R290)，其在所述混合制冷剂中的质量占比为39％～56％。
具体实施例如下：
实施例1：制冷剂1-1
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按44:56的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-1。
实施例2：制冷剂1-2
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按45:55的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-2。
实施例3：制冷剂1-3
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按46:54的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-3。
实施例4：制冷剂1-4
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按47:53的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-4。
实施例5：制冷剂1-5
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按48:52的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-5。
实施例6：制冷剂1-6
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按49:51的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-6。
实施例7：制冷剂1-7
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按50:50的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-7。
实施例8：制冷剂1-8
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按51:49的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-8。
实施例9：制冷剂1-9
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按52:48的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-9。
实施例10：制冷剂1-10
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按53:47的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-10。
实施例11：制冷剂1-11
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按54:46的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-11。
实施例12：制冷剂1-12
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按55:45的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-12。
实施例13：制冷剂1-13
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按56:44的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-13。
实施例14：制冷剂1-14
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按57:43的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-14。
实施例15：制冷剂1-15
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按58:42的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-15。
实施例16：制冷剂1-16
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按59:41的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-16。
实施例17：制冷剂1-17
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按60:40的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-17。
实施例18：制冷剂1-18
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烷(R290)两种组分按61:39的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂1-18。
在另一些实施例中，混合制冷剂包含第一组分和第二组分，其中第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，其在所述混合制冷剂中的质量占比为43％～49％，所述第二组分为丙烯(R1270)，其在所述混合制冷剂中的质量占比为51％～57％。
具体实施例如下：
实施例19：制冷剂2-1
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按43:57的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-1。
实施例20：制冷剂2-2
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按44:56的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-2。
实施例21：制冷剂2-3
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按45:55的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-3。
实施例22：制冷剂2-4
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按46:54的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-4。
实施例23：制冷剂2-5
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按47:53的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-5。
实施例24：制冷剂2-6
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按48:52的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-6。
实施例25：制冷剂2-7
将液相状态的第一组分1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和液相状态的第二组分丙烯(R1270)两种组分按49:51的质量比进行物理混合均匀，得到一种二元混合制冷剂2-7。
以下关于现有的制冷剂R404A、R290(丙烷)、R1270(丙烯)和本发明的混合制冷剂的各GWP是基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)对制冷剂的第五次评估报告的值(在下表2和3中表示为GWPAR5)。
关于R404A、R290、R1270和混合制冷剂的基本物性、COP、冷凝压力、蒸发压力、单位质量制冷量、单位容积制冷量、压缩机排气温度、压缩比和滑移温度等参数是使用美国国家科学和技术研究院NIST数据库(National Institutes of Science and Technology)、流体热力学和输运性质数据库Refprop 9.1(Reference Fluid Thermodynamic andTransport Properties Database)在使用简单蒸汽压缩制冷循环进行计算得出，蒸汽压缩制冷循环如图1所示。
此外，R404A和本发明的混合制冷剂的传热系数是使用Ansys Fluent 2022进行模拟计算得到，其中所使用的物性参数是由NIST数据库提供。
所述组分的基本物理性质如表1所示。
表1
| 组元 | R134a | R290 | R1270 |
| 名称 | 1,1,1,2-四氟乙烷 | 丙烷 | 丙烯 |
| 化学式 | C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>F<sub>4</sub> | CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub> | CH<sub>2</sub>＝CH-CH<sub>3</sub> |
| 相对分子质量(g/mol) | 102.03 | 44.1 | 42.08 |
| 标准沸点(℃) | -26.1 | -42.1 | -47.6 |
| 临界温度(℃) | 101.1 | 96.7 | 91.1 |
| 临界压力(MPa) | 4.07 | 4.25 | 4.56 |
| 燃烧热(kJ/kg) | none | 46300 | 45800 |
| 燃烧下限LFL(vol.％) | none | 2.1 | 2.0 |
| 燃烧上限UFL(vol.％) | none | 9.5 | 11.1 |
| 安全等级 | A1 | A3 | A3 |
| ODP | 0 | 0 | 0 |
| GWP<sub>AR5</sub> | 1300 | 3 | 2 |
实施例1～18及R404A制冷剂的基本物性如表2所示。
表2
注：其中R125为五氟乙烷，R143a为1,1,1-三氟乙烷，R134a为1,1,1,2-四氟乙烷。
从表2可以看出，实施例1～18的混合制冷剂GWP相比于R404A下降了80％～85％；并且实施例1～18的混合制冷剂标准沸点与R404A几乎相等，这意味着本发明实施例1～18的混合制冷剂能适用于R404A所使用的所有温度场合。
实施例19～24及R404A制冷剂的基本物性如表3所示。
表3
从表3可以看出，实施例19～25混合制冷剂的GWP相比于R404A下降了84％～86％；并且实施例19～25的标准沸点与R404A几乎相等，这意味着本发明实施例19～25的混合制冷剂能适用于R404A所使用的所有温度场合。
此外，因为1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)是典型的阻燃剂，而丙烷(R290)和丙烯(R1270)为可燃制冷剂，选择R134a与R290或R1270混合的另一个目的就是为了降低混合制冷剂的可燃性。因此，所有上述实施例1～25均为弱可燃(ASHRAE A2)，相比于R290和R1270而言，增加了系统运行及工作环境的安全性。
本发明为了比较实施例和R404A之间的热力学性能，所选取的工况为低温制冷工况。具体而言：
压缩机绝热效率采用经验关联式。
分别使用上述实施例的混合制冷剂及R404A制冷剂在蒸汽压缩制冷循环中计算循环性能参数，比较其热力学性能参数。其中比较的性能参数包括：冷凝压力、蒸发压力、压缩机排气温度、压缩比、温度滑移、RF数、相对单位质量制冷量qe、相对制冷剂充注量、相对单位容积制冷量qv、相对性能系数COP。如表4为实施例1～18与R404A性能参数的比较，表5为实施例19～25与R404A性能参数的比较。
表4
表5
其中性能系数COP由下式求出：
COP＝制冷量/压缩机耗功量；
从表4和表5的对比结果可以看出：
1、实施例1～25的冷凝压力及蒸发压力与R404A比基本相当，意味着现有管路的压力设计满足所有实施例的运行。
2、实施例1～25的压缩机排气温度与R404A接近或略高。
3、实施例1～25的压缩比均小于R404A，意味着本发明的混合制冷剂压缩机效率会更高。
4、实施例1～25的滑移温度接近或均小于R404A，可以降低滑移温度所带来的组分迁移，并且可以应用与需精确控制冷却温度的场合。
5、实施例1～25的RF数均小于30，均为弱可燃性制冷剂(ASHRAE A2)。
6、实施例1～25的单位质量制冷量高于R404A，高出50％～86％。
7、实施例1～25的制冷剂充注量相比于R404A少33％～47％。
8、实施例1～25的单位容积制冷量与R404A相似，说明混合制冷剂适合R404A压缩机，不需重新设计压缩机，或只做小部分部件的更改即可。
9、实施例1～25的COP高于R404A，COP相比于R404A高4.5％～9.5％。
本发明的混合制冷剂从热力学的角度可以看出具有非常好的替代潜力，可以较好得对R404A进行替代。
本发明为了比较实施例和R404A之间的传热性能，理论模拟了微管冷凝传热过程，其设计工况为：
为了方便比较，分别使用上述实施例12、实施例19和R404A制冷剂在微管中计算传热系数，比较其传热性能。实施例12、实施例19基本可以代表各自组合的特性。如图2所示，实施例12、实施例19和R404A冷凝传热系数的比较，可以看出实施例12、实施例19的传热系数明显高于R404A，实施例12、实施例19的传热系数分别比R404A高50％～55％和78％～80％。
本发明的混合制冷剂的传热系数高于R404A，传热系数相比于R404A高了50％～80％。从传热性能的角度可以看出本发明的混合制冷剂具有非常好的替代潜力，可以较好的对R404A进行替代。此外，本发明的混合制冷剂的价格接近或低于R404A，远远低于混合组分中含有HFOs的同类替代制冷剂，丙烷(R290)和丙烯(R1270)作为原料价格低廉且易获取。
综合来看，本发明提供的混合制冷剂的性能是优异的，可以作为低GWP的制冷剂用于替代R404A，具有非常好的应用前景和发展潜力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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)
1.一种混合制冷剂，其特征在于，所述混合制冷剂以质量百分比计包括：第一组分43％～61％，第二组分39％～57％，其中第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷，第二组分为丙烷和丙烯中的其中一种。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于，所述第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷，所述第二组分为丙烷。
3.根据权利要求2所述的混合制冷剂，其特征在于，所述混合制冷剂以质量百分比计包括：1,1,1,2-四氟乙烷44％～61％，丙烷39％～56％。
4.根据权利要求3所述的混合制冷剂，其特征在于，1,1,1,2-四氟乙烷与丙烷的质量比为44:56、45:55、46:54、47:53、48:52、49:51、50:50、51:49、52:48、53:47、54:46、55:45、56:44、57:43、58:42、59:41、60:40或61:39。
5.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于，所述第一组分为1,1,1,2-四氟乙烷，所述第二组分为丙烯。
6.根据权利要求5所述的混合制冷剂，其特征在于，所述混合制冷剂以质量百分比计包括：1,1,1,2-四氟乙烷43％～49％，丙烯51％～57％。
7.根据权利要求6所述的混合制冷剂，其特征在于，1,1,1,2-四氟乙烷与丙烯的质量比为43:57、44:56、45:55、46:54、47:53、48:52或49:51。
8.根据权利要求1-7所述的混合制冷剂，其特征在于，所述混合制冷剂的GWP为560-794。
9.根据权利要求1-7所述的混合制冷剂，其特征在于，所述混合制冷剂的滑移温度为0-0.70℃，所述混合制冷剂的RF数为20.00-30.00kJ/g。
10.一种权利要求1-9任一项所述的混合制冷剂的制备方法，其特征在于，将液相状态的第一组分和液相状态的第二组分进行混合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210872963.5A CN115287042A (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种替代r404a的混合制冷剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210872963.5A CN115287042A (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种替代r404a的混合制冷剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115287042A true CN115287042A (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=83824487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210872963.5A Pending CN115287042A (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种替代r404a的混合制冷剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115287042A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1560174A (zh) * | 2004-03-11 | 2005-01-05 | 西安交通大学 | 一种环保型制冷剂 |
| KR100492169B1 (ko) * | 2004-08-25 | 2005-06-02 | 함윤식 | 알502와 알22 대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템 |
| CN1793276A (zh) * | 2006-01-05 | 2006-06-28 | 西安交通大学 | 一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂 |
| CN101270275A (zh) * | 2007-08-17 | 2008-09-24 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种混合制冷剂、其制备方法及用途 |
| CN106543965A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-29 | 上海理工大学 | 一种三元混合制冷剂 |
| CN107936925A (zh) * | 2017-02-22 | 2018-04-20 | 唐建 | 一种应用于空调/热泵系统中的三元混合制冷剂 |
| CN113388371A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-14 | 湖北瑞能华辉能源管理有限公司 | 一种可替代R22或R410a的四元混合制冷剂及其应用 |
-
2022
- 2022-07-21 CN CN202210872963.5A patent/CN115287042A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1560174A (zh) * | 2004-03-11 | 2005-01-05 | 西安交通大学 | 一种环保型制冷剂 |
| KR100492169B1 (ko) * | 2004-08-25 | 2005-06-02 | 함윤식 | 알502와 알22 대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템 |
| CN1793276A (zh) * | 2006-01-05 | 2006-06-28 | 西安交通大学 | 一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂 |
| CN101270275A (zh) * | 2007-08-17 | 2008-09-24 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种混合制冷剂、其制备方法及用途 |
| CN106543965A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-29 | 上海理工大学 | 一种三元混合制冷剂 |
| CN107936925A (zh) * | 2017-02-22 | 2018-04-20 | 唐建 | 一种应用于空调/热泵系统中的三元混合制冷剂 |
| CN113388371A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-14 | 湖北瑞能华辉能源管理有限公司 | 一种可替代R22或R410a的四元混合制冷剂及其应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101918507B (zh) | 烃类混合制冷剂、冷冻/冷藏或制冷/制热空调系统、冷冻/冷藏或制冷/制热空调方法、以及冷冻/冷藏或制冷/制热空调系统的制造方法 | |
| CN102959036A (zh) | 传热组合物 | |
| CN112391145B (zh) | 一种替代R134a的环保型碳氢混合制冷剂及其应用 | |
| CN109971433A (zh) | 一种多元混合制冷剂 | |
| Karagoz et al. | R134a and various mixtures of R22/R134a as an alternative to R22 in vapour compression heat pumps | |
| CN103965836B (zh) | 一种用于汽车空调的环保型制冷剂及其制备方法 | |
| CN104059614B (zh) | 一种混合烷烃制冷剂 | |
| CN102241962A (zh) | 一种低gwp值的组合物 | |
| CN102229793A (zh) | 一种低gwp值的制冷剂 | |
| CN115287042A (zh) | 一种替代r404a的混合制冷剂及其制备方法 | |
| CN102229794A (zh) | 一种低gwp值的制冷剂组合物 | |
| CN110257015A (zh) | 混合工质及包含其的制冷装置 | |
| CN101434831A (zh) | 含有n2o的复叠制冷系统低温级混合工质及其制备方法 | |
| CN104610919A (zh) | 适用于低温冷冻系统的环保制冷剂 | |
| KR101034795B1 (ko) | Ｒ1234ｙｆ와 Ｒ152ａ로 구성된 2원 혼합냉매 | |
| CN115287041A (zh) | 一种替代r410a的混合制冷剂及其制备方法 | |
| CN103289648A (zh) | 一种替代R134a的环保节能制冷剂 | |
| CN104974718B (zh) | 一种制冷剂及其应用 | |
| CN104974717B (zh) | 一种环保节能型冰箱制冷剂 | |
| CN113801635A (zh) | 用于新能源汽车热泵的二元近共沸制冷剂混合物 | |
| CN101235274A (zh) | 适用于单级压缩制冷系统中的三元近共沸混合制冷剂 | |
| KR101296520B1 (ko) | 냉동/공조기 및 발전 플랜트용 ｒ32/ｒ290 혼합냉매 | |
| CN114507508B (zh) | 一种热泵混合工质的应用 | |
| KR101572757B1 (ko) | R32와 RC270과 R1234yf를 사용하는 3원 혼합냉매 | |
| KR101421797B1 (ko) | 메틸렌플로라이드와 프로필렌으로 이루어진 냉동, 공조기 및 발전 플랜트용 혼합냉매 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |