CN1211453C - 离心式冷水机组氟利昂－12的替代制冷剂 - Google Patents
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Abstract
一种离心式冷水机组氟利昂-12的替代制冷剂，涉及一种用于离心式冷水机组的氟利昂-12的替代物。该制冷剂含有HCFC-22、HFC-227ea和HFC-124三种组分；也可加入HC-600a组合成四元组合物；其制备方法是将上述各组分按其相应的配比在液相下进行物理混合。本发明完全符合环境保护要求，其热工性能与氟利昂-12十分接近，有的热工参数及热工性能比氟利昂-12要好，可直接充灌，压缩机与系统中的主要部件不需改动，生产线不需改造，可作为现有离心式冷水机组氟利昂-12的替代制冷剂。
Description
技术领域
本发明属于一种制冷剂，尤其涉及一种离心式冷水机组使用的制冷剂。
背景技术
由于氟利昂-12(CFC-12)具有低毒性、不可燃、无腐蚀，与其它材料相兼容等特点，长期以来被广泛用于制冷系统及其它一些领域。但从1974年发现CFC类物质对大气臭氧层有严重的破坏作用后，引起了国际上日益广泛的重视，并决定逐步限制CFCs的生产和使用，我国将于2010年1月1日停止使用CFC-12。目前，作为离心式冷水机组的制冷剂，CFC-12的使用还占相当比重。
CFC-12离心式压缩机的叶轮转速和叶轮基本尺寸等参数是根据一定的蒸发温度、冷凝温度以及制冷剂CFC-12的热物性、摩尔质量等性质确定的。一般来说，CFC-12离心式压缩机组只能使用CFC-12作为制冷剂，如果换用其它制冷剂，由于替代物与CFC-12在热物性和摩尔质量等物性方面的差别，不仅不能达到原离心压缩机组的效率，甚至可能会无法正常工作。换用其它的一些替代物，如HFC-134a时，都需要对压缩机叶轮进行改型或者更换某些部件。所以，选择CFC-12离心式压缩机组的替代制冷剂，比活塞式、螺杆式压缩机组要困难得多，不仅要求与CFC-12有相近的热物性，还有特殊要求。
目前，现有技术中作为替代CFC-12的主要制冷剂有HFC-134a，其优点是不破坏臭氧层，热工性能与CFC-12非常相近，但是，由于HFC-134a的摩尔质量是102.03，而CFC-12的摩尔质量是120.91，由于它们摩尔质量之间的差异，当直接充灌时，叶尖速度须比CFC-12提高约15％，所以叶轮和传动齿轮必须更换，换热器的管子需重排，费用将大大增加，否则在满负荷运行时压缩机将发生踹振，无法正常工作。另外，国内外还开发出了替代CFC-12的一些混合物替代物，R401系列、R406A、THR01和THR02等等，这些混合替代物在活塞式、螺杆式压缩机组中替代CFC-12时，运行效果都很好，但当用于离心式冷水机组时，由于摩尔质量的不同，若不改动叶轮的尺寸和大小，不仅达不到原CFC-12的制冷效果，还可能使冷水机组无法正常工作。目前，国内外尚无一种可以直接用于CFC-12离心式冷水机组而无需改造的制冷剂替代物。
发明内容
本发明旨在开发研究一种用于离心式冷水机组的氟利昂-12的替代物，使新开发的制冷剂替代物不仅要符合环保要求，安全、可靠、制冷效率与CFC-12相当，而且不需改动现有的设备和冷冻油，可直接进行充灌。
本发明提供的这种CFC-12替代物制冷剂，其特征在于该制冷剂是由一氯二氟甲烷(HCFC-22)、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)和1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)三种物质组成，其各组分含量(质量百分比)分别为：
一氯二氟甲烷： 10-40％
1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷： 35％-60％
1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷： 20％-40％
也可以在上述三种组分中加入异丁烷(HC-600a)，其组分含量(质量百分比)为：
一氯二氟甲烷： 10-40％
1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷： 35％-60％
1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷： 20％-40％
异丁烷： 1％-10％
本发明提供的制冷剂，其制备方法是将上述各种组分按其相应的配比在液相状态下进行物理混合即可。
上述组分中的一氯二氟甲烷(HCFC-22)，其分子式为CHClF2，摩尔质量为86.47，正常沸点为-40.81℃，临界温度为96.15℃，临界压力为4.99MPa。
1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，其分子式为CF3CHFCF3，摩尔质量为170.03，正常沸点为-15.61℃，临界温度为101.74℃，临界压力为2.929MPa。
1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，其分子式为CHClFCF3，摩尔质量为136.48，正常沸点为-11.96℃，临界温度为122.28℃，临界压力为3.624MPa。
异丁烷(HC-600a)，其分子式为CH(CH3)2CH3，摩尔质量为58.12，正常沸点为-11.61℃，临界温度为134.7℃，临界压力为3.64MPa。
本发明具有以下优点和有益效果(以本发明中的一种为例)：
a.环境性能
本制冷剂臭氧层的破坏潜能(ODP)很小，接近于零，其温室效应系数(GWP)小于2000，比R12小很多。由此可见，本发明完全符合保护臭氧层、减少温室效应的环境保护要求，表2给出了与氟利昂-12的环境性能比较。
表2环境性能比较
| 制冷剂 | 氟利昂-12 | 本发明 |
| ODP | 1.0 | 0.022 |
| GWP(100年) | 8500 | 1609 |
b.热工参数：
在标准设计工况下，蒸发器、冷凝器内制冷剂的压力值、压缩机的压比与氟利昂-12十分相近，排气温度比氟利昂-12的还低。
表3热工参数比较
| 制冷剂 | 氟利昂-12 | 本发明 |
| 蒸发压力(kPa) | 387.1 | 380.0 |
| 冷凝压力(kPa) | 1345.5 | 1432.4 |
| 压比 | 3.48 | 3.77 |
| 排气温度(℃) | 89.2 | 80.9 |
c.热工性能
本制冷剂的热工性能(COP与容积制冷量)与氟利昂-12相当，制冷量略高于氟利昂-12，参见表4。这表明，本制冷剂可以直接使用氟利昂-12的压缩机而不需改动。
表4热工性能比较
| 制冷剂 | 氟利昂-12 | 本发明 |
| COP | 1.0 | 0.99 |
| 冷量 | 1.0 | 1.06 |
| 容积制冷量 | 1.0 | 1.01 |
综上所述，本发明完全符合保护臭氧层、减少温室效应的环境保护要求，，其热工性能与氟利昂-12十分接近，有的热工参数及热工性能比氟利昂-12要好，可直接充灌，压缩机与系统中的主要部件不需改动，生产线不需改造，因此可作为现有离心式冷水机组氟利昂-12的替代制冷剂。
具体实施方式
为了有助于对本发明所述的制冷剂及其优点的理解，下面举出几个具体实施例。
实施例：
实施例1：将15％的一氯二氟甲烷(HCFC-22)、50％的1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)和35％的1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)三种物质在液相下进行物理混合。
实施例2：将35％HCFC-22、40％HFC-227ea和25％HCFC-124在液相下进行物理混合。
实施例3：将30％HCFC-22、45％HFC-227ea、20％HCFC-124和5％的异丁烷(HC-600a)在液相下进行物理混合。
实施例4：将17％HCFC-22、50％HFC-227ea、30％HCFC-124和3％HC-600a在液相下进行物理混合。
在离心式冷水机组的标准设计工况下，上述实施例制冷剂的热工性能列于表1中。
表1实施例热工性能
| 实施例 | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | CFC-12 |
| 蒸发压力kPa | 365.4 | 385.2 | 380.0 | 385.0 | 387.1 |
| 冷凝压力kPa | 1404.7 | 1466.3 | 1432.4 | 1453.7 | 1345.5 |
| 压比 | 3.84 | 3.81 | 3.77 | 3.78 | 3.48 |
| 排气温度℃ | 82.4 | 84.2 | 80.9 | 82.5 | 89.2 |
| COP* | 1 | 1 | 0.99 | 1 | 1.0 |
| 冷量* | 1.03 | 1.06 | 1.06 | 1.07 | 1.0 |
| 容积制冷量* | 1 | 1.05 | 1.01 | 1.03 | 1.0 |
| ODP | 0.02 | 0.026 | 0.022 | 0.019 | 1.0 |
| GWP | 1704 | 1671 | 1609 | 1643 | 8500 |
备注：*表示与CFC-12的相应比值。
Claims (2)
1.一种离心式冷水机组氟利昂-12的替代制冷剂，其特征在于：该制冷剂含有一氯二氟甲烷、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷和1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷三种物质，其组分的质量百分比含量分别为：
一氯二氟甲烷： 10％～40％
1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷： 35％～60％
1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷： 20％～40％。
2.按照权利要求1所述的一种离心式冷水机组氟利昂-12的替代制冷剂，其特征在于：该制冷剂还含有异丁烷，其组分的质量百分比含量分别为：
一氯二氟甲烷： 10％～40％
1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷： 35％～60％
1-一氯-1，2，2，2-四氟乙烷： 20％～40％
异丁烷： 1％～10％。
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