CN117447964A - 一种混合制冷剂及其制备方法和空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混合制冷剂及其制备方法和空调系统，该制冷剂包括第一组分、第二组分和第三组分，第一组分为3,3,3‑三氟丙炔，第二组分为三氟碘甲烷，第三组分为1,1,2,2‑四氟乙烷和1,1,1,2‑四氟乙烷的至少一种。本发明的混合制冷剂GWP远小于150，ODP为0，绿色、安全，具备明显环保优势，该混合制冷剂热力性能与R290相当、单位容积制冷量优于R290，安全性高于R290，成为能够替代R290的混合制冷剂；3,3,3‑三氟丙炔与三氟碘甲烷、1,1,2,2‑四氟乙烷和1,1,1,2‑四氟乙烷结合，得到的常压沸点低至‑40℃，与R290的沸点接近，具有良好的制冷和制热性能且温度滑移低于4℃。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，更具体涉及一种混合制冷剂及其制备方法和空调系统。
背景技术
随着人们环保意识的增强，对于环境保护越来越重视，在空气调节领域，对于制冷剂的要求也越来越高，制冷剂经过几代的更迭，其全球变暖潜值(GWP)及臭氧层消耗潜能值(ODP值)越来越低，制冷剂的发展概括为4个阶段：第一阶段(1830-1930年)，这一阶段的原则是“能用即可”，所使用的制冷剂均为自然制冷剂，且种类有限；第二阶段(1931—1990年)，这一时期开始使用合成制冷剂，其大幅提高了制冷效率、安全性和耐久性，主要包括氯氟烃类(CF-Cs)、氢氯氟烃(HCFCs)、氢氟烃(HFCs)以及一些第一阶段所使用的自然制冷剂(如氨和水)；第三阶段(1991-2010年)，这一阶段主要使用一些对臭氧层无破坏作用或者破坏作用较小的烃类(HCs)、氢氯氟烃(HCFCs)、氢氟烃(HFCs)以及自然制冷剂；第四阶段(2010年至今)，人们对制冷剂提出了新的要求：ODP值为0，全球变暖潜值GWP较低，且具有较高的制冷效率。现阶段所使用的制冷剂主要包括低GWP的HFCS和不饱和氢氟烃类(HFOs)、混合制冷剂、烃类(HCs)以及一些自然制冷剂(丙烷、氨、二氧化碳和水)。
丙烷(R290)作为一种天然环保制冷剂，具有GWP值较低，不破坏臭氧层，且容易获取的优点，具有较大的发展潜力，但是其具有易燃易爆的性质，大大限制了其应用范围，因此寻找一种性能与丙烷(R290)相当，且GWP值较低，安全性高的制冷剂，对于节能减排具有重要意义，因而现有技术还需要进一步的改进和发展。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种混合制冷剂及其制备方法和空调系统，以解决现有技术中制冷剂安全性低的缺点并设计一种能够替代丙烷且GWP值较低，安全性高的混合制冷剂。
根据本发明的一个方面，提供了一种混合制冷剂，包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为3,3,3-三氟丙炔，所述第二组分为三氟碘甲烷，所述第三组分为1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷的至少一种。
进一步的，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括48-88％的所述第一组分、4-40％的所述第二组分和4-12％的所述第三组分。
进一步的，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括52-76％的所述第一组分、16-40％的所述第二组分和4-8％的所述第三组分。
进一步的，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括60-68％的所述第一组分、28-36％的所述第二组分和4-8％的所述第三组分。
进一步的，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括48-68％的所述第一组分、20-40％的所述第二组分和12％的所述第三组分。
进一步的，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括68-88％的所述第一组分、12-40％的所述第二组分和4-12％的所述第三组分。
进一步的，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括76％的3,3,3-三氟丙炔、20％的三氟碘甲烷和4％的1,1,2,2-四氟乙烷。
进一步的，所述第三组分为1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷，其中，1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷的质量比例为1：1。
根据本发明的另一方面，提供了一种混合制冷剂的制备方法，包括以下步骤：将所述混合制冷剂的各组分按照其相应的质量百分比在常温液相状态下混合，得到所述混合制冷剂。
根据本发明的另一方面，提供了一种空调系统，所述空调系统包括制冷剂，所述制冷剂包括本发明的混合制冷剂。
由于采用了以上技术方案，本发明的有益技术效果是：
1、本发明的混合制冷剂绿色、安全、环保，该混合制冷剂的GWP远小于150，ODP为0，具备明显的环保优势，同时该混合制冷剂热力性能与R290相当、单位容积制冷量优于R290，且安全性高于R290的安全等级，可成为能够替代R290的混合制冷剂；
2、本发明将3,3,3-三氟丙炔与三氟碘甲烷、1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷进行结合，并且对各组分用量进行调控，使得混合制冷剂的沸点低于各个组分单独的沸点，并且与R290的沸点接近，具有良好的制冷和制热性能且温度滑移低于4℃。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
术语解释：
R290：丙烷。
TFP：3,3,3-三氟丙炔。
R13I1：三氟碘甲烷。
R134：1,1,2,2-四氟乙烷。
R134a：1,1,1,2-四氟乙烷。
ODP值：消耗臭氧层潜能。
相对单位容积制冷量Qv：混合制冷剂与R290的单位容积制冷量比值。
相对性能系数COP：混合制冷剂与R290的性能系数比值。
温度滑移：混合制冷剂在某一恒定压力下发生相变时相变温度的变化值。
正如本发明背景技术中所述，现有技术中存在制冷剂易燃易爆安全性低的问题。为了解决上述问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种混合制冷剂，第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为3,3,3-三氟丙炔，所述第二组分为三氟碘甲烷，所述第三组分为1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷的至少一种。
TFP的GWP值为11，标准沸点为-48℃，其GWP值和标准沸点较低，但其可燃性较高，安全类别为A3类别，因此TFP单独作为制冷剂时无法兼顾安全性能。R13I1的安全类别为A1，可作为阻燃剂降低混合制冷剂的可燃性。R134和R134a的GWP值较高，但是其相对容积制冷量较大。各个组分的基本参数如下表1所示。每种组分具有各自的优点和缺点，尤其是从阻燃性能出发，TFP可燃性较高，而R13I1、R134和R134a阻燃性能较好，因此，将这几种的组分进行特定组合，调控合适的组分以及各组分的用量制备混合制冷剂，使得制备的混合制冷剂安全性能高、同时容积制冷量优于R290，相对容积制冷量大于1，相对性能系数≥0.9，GWP值低于150，GWP值最低可达到52.56，符合低GWP环保要求，具有良好的制冷和制热性能。且温度滑移低于4℃。R13I1、R134a、R134的沸点低，与沸点更低的TFP混合后，形成一种新的混合制冷剂，经过计算和实验测试发现，混合制冷剂的沸点低至-40℃，混合制冷剂的沸点与R290的沸点接近，在混合制冷剂与R290的容积制冷量接近并且不考虑润滑油的情况下，可以在同一机型里进行使用替代，进一步的减小开发成本。另外一般情况下，制冷剂沸点越低，在常温常压下液态越容易蒸发，即制冷剂沸点比较低，在制冷剂从液态蒸发成气态时能吸收大量的热量。制冷剂沸点越低，蒸发温度越低，其制冷效果越好。
表1各个组分的基本参数
其中，A1为不可燃，A2L为弱可燃，A2为可燃，A3为易燃易爆。
本发明的混合制冷剂的制备方法是：第一步：将第一组分、第二组分和第三组分以一定的质量占比进行组合，优选的组合方式如表2所示。
表2混合制冷剂的组合方式
| 组合方式 | TFP | R13I1 | R134和/或R134a |
| 质量占比 | 48-88％ | 4-40％ | 4-12％ |
TFP作为混合制冷剂的主要组分，其容积制冷量及性能均与R290相近，GWP值较低，但其可燃性较高，TFP作为主要组分降低混合制冷剂的泡点，且其GWP值更低，也降低了混合制冷剂的整体GWP值。为易燃制冷剂，另外加入R13I1，降低了可燃性，但是如果仅仅添加R13I1，其相对容积制冷量较低，会使混合后的混合制冷剂达不到想要的相对容积制冷量大于0.9的效果，且安全性没有加入一定的第三组分效果好。因此，第一组分，第二组分和第三组分进行混合，只有三者的用量比例达到一定范围，其制备的混合制冷剂的各个性能才能达到兼顾。
其中，R134的GWP值为1120，标准沸点为-20℃，R134a的GWP值为1300，标准沸点为-26℃，因此，本发明也可以通过同时加入R134和R134a然后调整各个组分的用量比例，制备得到安全、环保且具有良好的制冷和制热性能的制冷剂。
出于在平衡环保性能、安全性能和温度滑移、常压泡点温度等热物理性质的同时，进一步提高混合制冷剂的相对Qv和相对COP，从而获得综合性能更加优异的混合制冷剂的目的，一种优选的组合方式如表3所示，该混合制冷剂的相对容积制冷量大于等于1。
表3混合制冷剂的组合方式
| 组合方式 | TFP | R13I1 | R134a |
| 质量占比 | 52-76％ | 16-40％ | 4-8％ |
出于在平衡环保性能、安全性能和温度滑移、常压泡点温度等热物理性质的同时，进一步提高混合制冷剂的相对Qv和相对COP，从而获得综合性能更加优异的混合制冷剂的目的，一种优选的组合方式如表4所示，该混合制冷剂的相对容积制冷量大于等于1.05。
表4混合制冷剂的组合方式
| 组合方式 | TFP | R13I1 | R134a |
| 质量占比 | 60-68％ | 28-36％ | 4-8％ |
出于在平衡环保性能、安全性能和温度滑移、常压泡点温度等热物理性质的同时，进一步提高混合制冷剂的相对Qv和相对COP，从而获得综合性能更加优异的混合制冷剂的目的，一种优选的组合方式如表5所示，该混合制冷剂的相对容积制冷量大于等于1。
表5混合制冷剂的组合方式
| 组合方式 | TFP | R13I1 | R134 |
| 质量占比 | 48-68％ | 20-40％ | 12％ |
出于在平衡环保性能、安全性能和温度滑移、常压泡点温度等热物理性质的同时，进一步提高混合制冷剂的相对Qv和相对COP，从而获得综合性能更加优异的混合制冷剂的目的，一种优选的组合方式如表6所示，该混合制冷剂的相对容积制冷量大于等于1.09。
表6混合制冷剂的组合方式
| 组合方式 | TFP | R13I1 | R134 |
| 质量占比 | 68-88％ | 12-40％ | 4-12％ |
第二步：按照组分及相应的质量占比在常温液相状态下进行物理混合，混合均匀后得到相应的制冷剂。
按照上述方法，下面给出多个具体实施例和对比例，其中物质的比例均为质量占比，每种制冷剂的物质的质量百分数之和为100％。每种实施例和对比例中，都是将各物质常温常压液相状态下按固定的质量比进行液相物理混合，混合均匀得到一种制冷剂，各实施例和对比例见表7。
表7不同实施例和对比例
设计工况为：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。分别使用上述实施例和对比例的制冷剂以及和R290制冷剂在制冷系统中的循环性能参数进行理论计算，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R290的单位容积制冷量比值)，相对性能系数COP(与R290的性能系数比值)、安全类别及温度滑移，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。结果见表8。
表8实施例以及对比例与R290的性能对比结果
由表8可以看出，对比例1-4与实施例1-16相比，泡点温度差距过大，对比例1-4的泡点温度远高于实施例1-16的泡点温度，并且对比例1-4的温度滑移均大于4摄氏度。温度滑移过大，则需对换热器进行重新优化设计，而实施例1-16的温度滑移小于4℃，由此可见，即使选用相同的组分，但是组分用量不在本申请提供的质量占比内时，其混合制冷剂的性能无法到达本申请实施例制备得到的混合制冷剂的效果，对于本申请各个组分之间的用量配比，用量配比进行改变，其制备得到的混合制冷剂的性能效果也会发生意想不到的效果，只有在第一组分48-88％、第二组分4-40％和第三组分4-12％的条件下才能使得制备的混合制冷剂具有良好的热力学性能，容积制冷量大于R290，性能系数(COP)与R290相当。混合制冷剂的温度滑移小于4℃，且其安全等级优于R290，消耗臭氧层潜能ODP值为零，全球变暖潜能GWP值小于150，环境性能优异。进一步观察表8，当混合制冷剂为76％的3,3,3-三氟丙炔、20％的三氟碘甲烷和4％的1,1,2,2-四氟乙烷时，其相对单位容积制冷量达到1.13，相对性能系数为0.95，温度滑移1.47℃，泡点温度为-43.7℃，安全等级为A2L，容积制冷量已经优于R290。
各个实施例得到的混合制冷剂可以应用于空调系统，能够完全替代R290的同时安性能大大提高，对于节能减排具有重要意义。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种混合制冷剂，其特征在于，包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为3,3,3-三氟丙炔，所述第二组分为三氟碘甲烷，所述第三组分为1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种混合制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括48-88％的所述第一组分、4-40％的所述第二组分和4-12％的所述第三组分。
3.根据权利要求1或2所述的一种混合制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括52-76％的所述第一组分、16-40％的所述第二组分和4-8％的所述第三组分。
4.根据权利要求3所述的一种混合制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括60-68％的所述第一组分、28-36％的所述第二组分和4-8％的所述第三组分。
5.根据权利要求1或2所述的一种混合制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括48-68％的所述第一组分、20-40％的所述第二组分和12％的所述第三组分。
6.根据权利要求1所述的一种混合制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括68-88％的所述第一组分、12-40％的所述第二组分和4-12％的所述第三组分。
7.根据权利要求1或2所述的一种混合制冷剂，其特征在于，以质量百分比计，所述混合制冷剂包括76％的3,3,3-三氟丙炔、20％的三氟碘甲烷和4％的1,1,2,2-四氟乙烷。
8.根据权利要求2所述的一种混合制冷剂，其特征在于，所述第三组分为1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷，其中，1,1,2,2-四氟乙烷和1,1,1,2-四氟乙烷的质量比例为1：1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种混合制冷剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述混合制冷剂的各组分按照其相应的质量百分比在常温液相状态下混合，得到所述混合制冷剂。
10.一种空调系统，其特征在于，所述空调系统包括制冷剂，所述制冷剂包括权利要求1至8中任一项所述的混合制冷剂。
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| CN202311226012.1A CN117447964A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种混合制冷剂及其制备方法和空调系统 |
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| CN117447964A true CN117447964A (zh) | 2024-01-26 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311226012.1A Pending CN117447964A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种混合制冷剂及其制备方法和空调系统 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-09-22 CN CN202311226012.1A patent/CN117447964A/zh active Pending
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