CN1216118C - 一种替代hcfc－22的环保型制冷剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种替代HCFC-22的环保型制冷剂。该制冷剂含有氟乙烷(HFC-161)、五氟乙烷(HFC-125)和二氟甲烷(HFC-32)三种组分。其质量百分比为：HFC-161：30%-60%，HFC-125：25%-50%，HFC-32：5%-35%。该制冷剂ODP值为零，不破坏大气臭氧层，与HCFC-22及其现有的替代物R407C、R410A相比，GWP值更小，更符合环境保护的要求。该制冷剂的工作压力及压比与HCFC-22相近，在不改变系统主要部件的前提下，可作为HCFC-22的长期替代物，并且可以减少充灌量。

Description

一种替代HCFC-22的环保型制冷剂
                          技术领域
本发明涉及制冷剂，尤其涉及一种替代HCFC-22的环保型制冷剂。
                          技术背景
在氢氯氟烃(HCFC)类制冷剂中，由于HCFC-22在热力学、化学和物理等方面优良的综合性能，目前已被广泛地应用于空调、低温和食品冷冻等工程中。
但是HCFC-22对大气同温层中的臭氧层具有一定的破坏作用，其消耗臭氧层潜能ODP(Ozone Depletion Potential)值为0.055(以CFC-11作为基准值1.0)。近年来人们对HCFC-22的这种破坏作用已日益重视，1995年12月召开的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协议书》缔约国第七次代表大会已将发达国家HCFC-22的禁用期提前到2020年，我国也将于2030年起停止使用HCFC-22。
此外，HCFC-22还存在另外一个严重的环境问题，即对地球的温室效应，其全球变暖潜能GWP(Global Warming Potential)值为1700(以CO2作为基准值1.0)，全球变暖效应很大。1997年召开的关于防止地球变暖京都会议中已经特别强调要控制温室效应气体的排放。种种现象表明对制冷空调领域中有重要地位的HCFC-22的替代工作已是势在必行。
现有研究表明，没有哪一种纯工质的COP值和容积制冷量能均优于R22，甚至没有接近的，在这种情况下，通常考虑采用HFC的混合工质作为替代工质。在该原则的指导下，目前技术中通常使用R407C和R410A作为HCFC-22的主要替代制冷剂。
R407C是R32、R125和R134a的三元近共沸混合物，其蒸发压力和冷凝压力与HCFC-22非常接近，在替代HCFC-22时不需要更换压缩机，这是R407C替代HCFC-22的最大优点。但是，R407C的传热特性较差，在空调工况下的单位容积制冷量和COP值都小于HCFC-22。为了达到与HCFC-22相同的冷量，需要增加冷凝面积，而且冷凝器风量也需要增加，这样，其冷凝器要比HCFC-22系统大很多。由于它是近共沸制冷剂，在换热器中可能会发生分馏作用，从而导致蒸发和冷凝过程中组分随温度、压力而变化，在换热器的定压相变过程中还存在约7℃的温度滑移；因此，系统的泄漏会导致组分的明显改变，这使得R407C空调系统的维修和保养存在一定的困难，同时对其传热性能也会产生一定的影响。
R410A是R32和R125的二元近共沸混合物，它具有基本恒定的沸点，这给制冷剂的充灌、设备的更换提供了方便。在空调工况下，R410A的COP值比HCFC-22约小9％，其蒸发压力、冷凝压力以及容积制冷量都比HCFC-22大很多，不能直接用来替代HCFC-22，在使用时要重新设计压缩机、管路和系统。
此外，R410A与R407C虽然ODP值均为0，但仍具有较高的GWP值，在全球变暖业已成为紧迫的环境问题的情况下，较高的GWP值已日益成为明显的缺陷，需要加以改进。
                          发明内容
本发明的目的是提供一种替代HCFC-22的环保型制冷剂。
该制冷剂含有HFC-161、HFC-125和HFC-32三种组分，其质量百分比为：
                 氟乙烷(HFC-161)：30％-60％
                 五氟乙烷(HFC-125)：25％-50％
                 二氟甲烷(HFC-32)：5％-35％。
本发明的制冷剂与现有技术相比，具有以下优点：
1)近共沸，温度滑移小于R407C。
2)环境性能良好，不仅消耗臭氧层潜能ODP值为零，而且全球变暖潜能GWP值大大小于HCFC-22及其现有的主要替代物R407C、R410A，符合环保要求，这是本发明的最大优势。
3)热工参数如运行压力、压比与HCFC-22相近，在不改变设备主要部件的前提下，热工性能如单位质量制冷量、排气温度都要优于HCFC-22，COP值虽然小于HCFC-22，但是大于R410A、R407C。可作为HCFC-22的长期替代物，并且可以减少充灌量。
                          具体实施方式
本发明旨在开发研究一种可用于替代HCFC-22的新型制冷剂，使新开发的制冷剂不仅不破坏大气臭氧层，而且温室效应更小。此外，还具有和HCFC-22相当的热工参数和热工性能，可作为HCFC-22的直接替代物。
本发明提供的这种可用于替代HCFC-22的新型制冷剂，其特征在于该制冷剂中含有氟乙烷(HFC-161)、五氟乙烷(HFC-125)和二氟甲烷(HFC-32)这三种组份，其质量百分比为：
                    HFC-161：30％-60％
                    HFC-125：25％-50％
                     HFC-32：5％-35％。
比较优选的质量百分比为：
                     HFC-161：40％-50％
                     HFC-125：30％-45％
                     HFC-32：10％-25％
最优选的质量百分比为：
                     HFC-161：43％-47％
                     HFC-125：36％-40％
                     HFC-32：16％-20％
本发明提供的制冷剂，其制备方法是将上述各种组分按照其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
上述组分中的氟乙烷(HFC-161)，其分子式为CH3CH2F，分子量为48.06，标准沸点为-37.1℃，临界温度为102.2℃，临界压力为4.7MPa。
上述组分中的五氟乙烷(HFC-125)，其分子式为CHF2CF3，分子量为120.02，标准沸点为-48.1℃，临界温度为66.2℃，临界压力为3.63MPa。
上述组分中的二氟甲烷(HFC-32)，其分子式为CH2F2，分子量为52.02，标准沸点为-51.7℃，临界温度为78.2℃，临界压力为5.78MPa。
实施例1：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按30∶35∶35的质量百分比进行物理混合。
实施例2：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按60∶35∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例3：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按40∶25∶35的质量百分比进行物理混合。
实施例4：将HFC-161、HFC-125和HFC-3.2在液相下按45∶50∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例5：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按15∶50∶35的质量百分比进行物理混合。
实施例6：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按30∶50∶20的质量百分比进行物理混合。
实施例7：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按60∶25∶15的质量百分比进行物理混合。
实施例8：将HFC-161、HFC-125和HFC-32在液相下按45∶37∶18的质量百分比进行物理混合。
现将上述实施例的性能与HCFC-22及其主要替代物R407C、R410A进行比较，说明本发明的特点和效果。
a.近共沸
          表1温度滑移的比较(单位：℃)
泡点温度 露点温度 温度滑移
实施例1 -50.51 -47.73 2.78
实施例2 -42.93 -39.87 3.06
实施例3 -50.23 -46.41 3.82
实施例4 -44.13 -41.16 2.97
实施例5 -50.92 -49.77 1.15
实施例6 -48.92 -45.52 3.40
实施例7 -46.44 -41.41 5.03
实施例8 -47.86 -43.32 4.54
R407C -43.81 -36.72 7.09
(注：表中的泡点温度和露点温度都是在标准大气压101.325kPa时的饱和温度)
从表1中可以看出，所有实施例的温度滑移都不大，属于近共沸混合制冷剂，与HCFC-22现有的主要替代物R407C相比，温度滑移要小。
b.环境性能
表2比较了上述实施例与HCFC-22、R407C、R410A的环境性能。其中ODP值以CFC-11作为基准值1.0，GWP值以CO2作为基准值1.0(100年)。
        表2环境性能比较
制冷剂 ODP GWP
实施例1 0 837
实施例2 0 612
实施例3 0 622
实施例4 0 965
实施例5 0 1232
实施例6 0 1096
实施例7 0 450
实施例8 0 752
HCFC-22 0.055 1700
R407C 0 1370
R410A 0 1370
从表2中可以看出，上述实施例的臭氧层消耗潜能(ODP)值为零，对大气臭氧层没有破坏作用，这一点要优于HCFC-22。
不仅如此，上述实施例的全球变暖潜能(GWP)值也小于R22、R407C、R410A，只有HCFC-22 GWP值的26～72％，R407C、R410A这两种主要替代物GWP值的33～90％，更符合当前保护臭氧层、减小全球变暖效应的环境保护要求。
c.热工参数及热力性能
表3比较了空调工况下(即蒸发温度＝7℃，冷凝温度＝55℃，吸气温度＝18℃，过冷温度＝50℃)，上述实施例与HCFC-22、R407C、R410A的热工参数(即：蒸发压力P0、冷凝压力Pk、压比Pk/P0、排气温度t2)及相对热力性能(即：相对COP、相对单位质量制冷量q0、相对单位容积制冷量qv、相对单位容积耗功量wv)。所说的相对热力性能是指实际热力性能与HCFC-22热力性能的比值。
              表3热工参数的比较
Figure C0311685600071
从表3中可见，在空调工况下，上述实施例的冷凝压力、蒸发压力、压比与HCFC-22相近，而且均处于允许范围，可直接充灌。从排气温度来看，上述实施例的排气温度要低于HCFC-22，接近或低于R407C、R410A。单位质量制冷量高于HCFC-22、R407C、R410A，这意味着可以减少系统制冷剂的充灌量。在实施例2、4、7中，COP值均优于R407C或R410A，因此，这些实施例具有节能效果。此外，它们的单位容积制冷量和单位容积耗功量与HCFC-22或R407C相比，偏差不大，这表明这些实施例可直接使用HCFC-22或R407C的压缩机，而基本无需改动。在实施例1、3、5、6、8中，虽然单位容积制冷量和单位容积耗功量大于HCFC-22和R407C，但小于R410A，因此，可直接使用R410A的压缩机，而基本无需改动。

Claims (3)

1、一种替代二氟氯甲烷的环保型制冷剂，其特征在于该制冷剂含有氟乙烷、五氟乙烷和二氟甲烷三种组分，其质量百分比为：
            氟乙烷：30％-60％
            五氟乙烷：25％-50％
            二氟甲烷：5％-35％。
2、根据权利要求1所述的一种替代二氟氯甲烷的环保型制冷剂，其特征在于其质量百分比为：
            氟乙烷：40％-50％
            五氟乙烷：30％-45％
            二氟甲烷：10％-25％。
3、根据权利要求1所述的一种替代二氟氯甲烷的环保型制冷剂，其特征在于其质量百分比为：
            氟乙烷：43％-47％
            五氟乙烷：36％-40％
            二氟甲烷：16％-20％。
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