CN1842579A - 致冷剂混合物的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用作致冷剂1.1.1.2－四氟乙烷(R134a)的替代品的致冷剂混合物，其中该混合物含有GWP100小于150的卤代烃和CO2或者由它们组成。该致冷剂混合物优选可在空调设备中、特别是车载空调设备中用作致冷剂。
Description
本发明涉及一种致冷剂混合物，特别是一种用于汽车和载重汽车中的空调设备、优选是用于车载空调设备中的致冷剂。
众所周知，可使用卤代烃或其混合物作为致冷剂。
近来，特别是对于用于车载空调设备中的所谓天然致冷剂已引来颇多关注。二氧化碳是一种可行的替代物，相对于至今以来所用的臭氧友好的1.1.1.2-四氟乙烷(R134a)来说，其直接的温室效应潜值非常小。由于其不可燃性，二氧化碳在约1950年之前一直用作致冷机的工质。但是，由于三相点和压力状态(Drucklage)不理想，所以随着会产生FCKW而使得其作为致冷剂变得毫无意义。
已知，可将CO2单独或与卤代烃混合后用作致冷剂。
此外也已知，与那些特别是例如具有很高温室效应潜值(GWP)的氟氯烃之类的卤代烃不同，部分氟代的烃的GWP值则要明显低的多。在致冷技术领域，目前可使用许多种不具有潜在臭氧分解可能的物质。
DE4116274中公开了一种致冷剂混合物，其含有CO2和部分氟代的烃如R134a(CF3-CH2F)或R152a(CHF2-CH3)。这种混合物应特别可用作致冷剂R22(CHClF2)和R502((CHClF2)(R22)和C2ClF5(R115)构成的共沸混合物)的替代品。
WO00/39242中同样记载了一种用作R22(CHClF2)或R502(CHClF2和C2ClF5构成的混合物)的替代品的致冷剂混合物。这种混合物由氟乙烷(R161)和三氟碘甲烷(R13I1)组成。
本发明的目的在于提供一种致冷剂混合物，其可用作R134a的替代品。该致冷剂混合物应具有最小的温室效应潜值，无毒和尽可能不可燃。
本发明的致冷剂混合物含有GWP100小于150的卤代烃和CO2或由其组成。
作为GWP100小于150的卤代烃，特别合适的化合物是1.1-二氟乙烷(R152a)，氟乙烷(R161)和三氟碘甲烷，它们与CO2结合起来可用作致冷剂1.1.1.2-四氟乙烷(R134a)的替代品。
氟乙烷和二氟乙烷作为单个物质来说是可燃的，但是它们具有的GWP100低于150，并且在空气中是非常不稳定的。已发现氟乙烷的GWP100为12，而二氟乙烷的GWP100为120。
三氟碘甲烷是不可燃的，但是在空气中同样是非常不稳定的。现已发现，通过将单个物质与CO2结合即能弥补单个物质的性能缺陷，并且本发明的致冷剂混合物也可特别用于车载空调设备中。从其直接的温室效应潜值方面来看，该致冷剂混合物实际上要比1.1.1.2-四氟甲烷更好，并因此可用作替代品。该致冷剂混合物的组成可以根据致冷剂体系内的压力而改变。
同样，在本发明范畴内，要选择致冷剂混合物的组成，以减小或强烈抑制燃烧的险性。
在某实施方式中，使用由98-70重量％的R152a和2-30重量％的CO2组成的混合物作为R134a的替代品。
本发明混合物中的两个单个成分作为纯净物用于致冷剂时是具有缺陷的。
R152a的热物理性能与R134a类似。但是，由于R152a的可燃性，使得其在直接蒸发的系统中，例如在汽车中的使用性受到很大制约。R152a的爆炸浓度范围在4.5体积％的爆炸下限值与21.8体积％的爆炸上限值之间。当混合以30重量％的CO2时，爆炸下限值则会提高到13体积％(参见图1)。爆炸下限值的提高也就降低了通常在可燃的致冷剂上所存在的那些风险。
CO2在热物理性能上与R134a和R152a有很大不同。CO2是不可燃的。相比于R134a或R152a，CO2具有相当高的压力状态。
| 致冷剂 | 0℃下的沸腾压[bar] | 临界温度[℃] |
| CO2 | 34.9 | 31.1 |
| R134a | 2.9 | 101.5 |
| R152a | 2.6 | 113 |
31℃的临界温度使得适于汽车空调的CO2不可用于传统的亚临界的压缩致冷过程中，而是必须要经历一个跨临界(transkritisch)过程。跨临界过程会带来更高的过程压力(＞100bar)并且会导致理论上可达到的最大效率大为劣化。
CO2尽管可由人体产生，但是在浓度高于4体积％时会产生毒性，即在长时间吸入后会导致失去知觉，而超过8体积％时会致死。在与R152a混合后，这种毒性作用就会消除。
R134a的GWP100为1300，当其到达空气中时会对温室效应产生较高的贡献。
利用GWP100为140的R152a和GWP100为1的CO2，本发明所用的成分具有比R134a更低的GWP100值。
由于R152a和CO2有着不同于R134a的比重，因此就能显著减少它们在汽车空调设备中所需的填充量。(参见表1)
表1：填充量比较
| R134a | R152a | |||
| rho’(T＝45℃) | 1125 | kg/m3 | 845 | kg/m3 |
| rho’(T＝0℃) | 14.43 | kg/m3 | 8.39 | kg/m3 |
| m’(V’＝1/3Vges) | 375 | kg | 282 | kg |
| m”(V’＝2/3Vges) | 9.62 | kg | 5.60 | kg |
| Mges | 384.62 | kg | 287.60 | kg |
| mges/mges R 134a | 1 | 0.75 | ||
现已发现，混合物有着较高的体积致冷效率。该高的致冷效率导致压缩机所需的行程容积减小，并因此而减小了压缩机的结构尺寸(参见实施例1)。
若使用针对R134a设计的压缩机，则就能获得更快的致冷速度。这对于汽车空调来说具有至关重要的意义，特别是从技术可靠性原因考虑。
由R152a和CO2组成的且其中CO2含量＞2重量％的混合物具有比R134a更高的压力状态。更高的压力状态能改善传热和降低摩擦压力损失。两种效应对于整个体系的能量效率具有积极作用。
由R152a和CO2组成的混合物具有较大的温度滑动性(Temperaturgleit)。当需要在滑动的温度条件下进行冷却和加热时，这就会起到积极作用。滑动式热传递存在于所有热传递过程中，并且其中在次级侧(Sekundrseite)上不会发生相变化，并因此在空气冷却或加热过程中也不会发生相变化。
实施例1：
在模拟的汽车空调设备中，在所述条件下相互比较致冷剂或致冷剂混合物。
循环条件：
以内管式换热器来进行简单的循环过程
Tu＝30℃
To＝0℃
Tc＝45℃
T过热＝5K
T过冷＝2K
等熵效率＝1；
ΔT|WT＝12K
对于R152a/CO2共沸混合物的不同条件：
在热交换器中，于Tm＝T”-(T”-T’)/2的平均温度下进行热传递过程
对于R152a/CO279.32/20.68重量％共沸混合物的不同条件：
致冷剂的流出温度为35℃，导致平均温度为Tm＝48.5℃。
对于跨临界的CO2-过程的不同条件：
ΔT|WT＝5K
表2：不同致冷剂的效率值(COP)与体积冷却效率的比较
| R134a的重量份数[％] | R152a的重量份数[％] | CO2的重量份数[％] | COP | Qvol[kJ/m3] |
| 100 | 0 | 0 | 5.00 | 2089 |
| 0 | 100 | 0 | 5.04 | 1932 |
| 0 | 0 | 100 | 2.70 | 9786 |
| 0 | 90.06 | 9.94 | 5.76 | 3333 |
| 0 | 79.32 | 20.68 | 5.27 | 4443 |
Claims (7)
1.一种可用作致冷剂R134a的替代品的致冷剂混合物，其含有GWP100小于150的卤代烃和CO2或者由它们组成。
2.如权利要求1所述的致冷剂混合物，其特征在于，作为卤代烃特别优选包含1.1-二氟乙烷、氟乙烷和/或三氟碘甲烷。
3.如权利要求1或2所述的致冷剂混合物，其由98-70重量％的1.1-二氟乙烷和2-30重量％的CO2组成。
4.如权利要求1或2所述的致冷剂混合物，其特征在于，致冷剂混合物含有氟乙烷和CO2，或者由它们组成。
5.含有GWP100小于150的卤代烃和CO2或者由它们组成的致冷剂混合物的用途，用于替代汽车和载重汽车的空调设备中的、特别是车载空调设备中的致冷剂1.1.1.2-四氟乙烷(R134a)。
6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，由98-70重量％的R152a和2-30重量％CO2组成的致冷剂混合物用作致冷剂R134a的替代品。
7.如权利要求5所述的用途，其特征在于，致冷剂混合物含有氟乙烷和CO2或者由它们组成。
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