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CN117050729B - 制冷剂及其制备方法 - Google Patents

制冷剂及其制备方法 Download PDF

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CN117050729B CN202311044545.8A CN202311044545A CN117050729B CN 117050729 B CN117050729 B CN 117050729B CN 202311044545 A CN202311044545 A CN 202311044545A CN 117050729 B CN117050729 B CN 117050729B
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Abstract

本申请提供一种制冷剂及其制备方法。该制冷剂由第一组分、第二组分和第三组分组合而成，其中：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；所述第三组分为丙烯或氟乙烷的一种；在所述制冷剂中，所述第一组分所占含量为第一预设值，所述第二组分所占含量为第二预设值，所述第三组分所占含量为第三预设值；满足：所述第一预设值、所述第二预设值和所述第三预设值均大于零，且总和为百分之百。本申请为采用三种组分组合而成的制冷剂，GWP小于150，ODP为0，能在保证制冷剂环保性能好的前提下，热力性能与R290相当，可燃性大大降低，这样能解决R290制冷剂可燃性高、安全性能差的技术问题。

Description

制冷剂及其制备方法
技术领域
本申请属于制冷剂技术领域，具体涉及一种制冷剂及其制备方法。
背景技术
随着碳排放导致全球变暖，带来气候变得恶劣，推动空调系统行业采用低全球变暖潜值(GWP)制冷剂替代技术成为制冷行业的一个主要发展方向。
目前空调行业中所使用的常用替代制冷剂，包括丙烷(R290)，R290作为一种自然制冷剂具有良好的环境性能(ODP＝0，GWP＝3)，但其具有较强的可燃性，属于极易燃类可燃制冷剂，安全性方面有很大不足，导致R290制冷剂市场化较为困难。
因此需要寻找一种环保性能好，安全性高，热力性能与R290相当甚至更好的混合制冷剂，对R290进行替代，以便最大限度的满足制冷剂环保性、安全性、高效性的要求。
发明内容
因此，本申请提供一种制冷剂及其制备方法，能够解决现有技术中R290具有良好的环境性能，但存在安全性方面的问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种制冷剂，由第一组分、第二组分和第三组分组合而成，其中：
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；
所述第三组分为丙烯或氟乙烷的一种；
在所述制冷剂中，所述第一组分所占含量为第一预设值，所述第二组分所占含量为第二预设值，所述第三组分所占含量为第三预设值；满足：所述第一预设值、所述第二预设值和所述第三预设值均大于零，且总和为百分之百。
可选地，所述第一预设值为8％-44％的摩尔比。
可选地，所述第一预设值为12％-36％的摩尔比。
可选地，所述第一预设值为16％-28％的摩尔比。
可选地，所述第一预设值为20％的摩尔比。
可选地，所述第二预设值为28％-44％的摩尔比。
可选地，所述第二预设值为32％-40％的摩尔比。
可选地，所述第二预设值为36％的摩尔比。
可选地，所述第三预设值为28％-60％的摩尔比。
可选地，所述第三预设值为32％-56％的摩尔比。
可选地，所述第三预设值为36％-52％的摩尔比。
可选地，所述第三预设值为40％-48％的摩尔比。
可选地，所述第三预设值为44％的摩尔比。
根据本申请的另一方面，提供了一种如上所述制冷剂的制备方法，包括：
在常温下，将第一组分、第二组分和第三组分进行物理性混合均匀，得到所述制冷剂。
本申请提供的一种制冷剂，由第一组分、第二组分和第三组分组合而成，其中：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；所述第三组分为丙烯或氟乙烷的一种；在所述制冷剂中，所述第一组分所占含量为第一预设值，所述第二组分所占含量为第二预设值，所述第三组分所占含量为第三预设值；满足：所述第一预设值、所述第二预设值和所述第三预设值均大于零，且总和为百分之百。
本申请为采用三种组分组合而成的制冷剂，GWP小于150，ODP为0，能在保证制冷剂环保性能好的前提下，热力性能与R290相当，可燃性大大降低，这样能解决R290制冷剂可燃性高、安全性能差的技术问题。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定各组分，仅仅是为了便于对各组分进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
根据本申请的实施例，一种制冷剂，由第一组分、第二组分和第三组分组合而成，其中：
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；
所述第三组分为丙烯或氟乙烷的一种；
在所述制冷剂中，所述第一组分所占含量为第一预设值，所述第二组分所占含量为第二预设值，所述第三组分所占含量为第三预设值；满足：所述第一预设值、所述第二预设值和所述第三预设值均大于零，且总和为百分之百。
本申请为采用三种组分组合而成的制冷剂，GWP小于150，ODP为0，能在保证制冷剂环保性能好的前提下，热力性能与R290相当，可燃性大大降低，这样能解决R290制冷剂可燃性高、安全性能差的技术问题。
本申请制冷剂具有如下优点：
(1)为混合型环保制冷剂，可燃性优于R290，安全性较R290有很大提升；
(2)消耗臭氧层潜能(ODP)值为零，全球变暖潜能(GWP)值低，小于150，可满足当前基加利修正案对制冷剂的限控要求；
(3)具有良好的热力学性能，与R290相当。
本申请制冷剂所使用到的各组分以及R290的基本参数，见如下所示的表1；
表1各成分物质的基本参数
从表1中数据可知，对于可燃性而言：TFP、R1270、R290和R161的可燃等级为3类，R13I1的可燃等级为1类，属于不可燃工质，因此通过向本申请制冷剂中混入R13I1不可燃工质，使得制冷剂的可燃性至少优于R290。
从GWP来讲：目前对于R290使用场所的GWP限制为小于150，TFP、R13I1、R1270、R290和R161的GWP分别为11、1、2、3、4。混合后GWP与R290基本相当，均满足小于150的限制。
从热力学性能来讲：主要衡量指标为COP和相对容积制冷量，与R290相比，R1270的相对COP低，容积制冷量大，R13I1的相对COP和相对容积制冷剂均较小，TFP的COP与R290相对，容积制冷量比R290高，R161的相对COP和容积制冷量均比R290大；因此通过上述各种工质的混合，在适当的比例下可使得混合物的热力学性能与R290相当。
结合以上所述，本发明通过将上述工质进行混合，经计算在本发明所述的比例下，最终可实现优势互补，取长补短的效果。
根据本申请的另一方面，提供了一种如上所述制冷剂的制备方法，包括：
在常温下，将第一组分、第二组分和第三组分进行物理性混合均匀，得到所述制冷剂。
由于三种组分在常温下，均为液相，直接进行物理性混合方式，即可完成制备，操作简单。
下面以具体的实施例对本申请进行描述和对比，以体现出本申请制冷剂的优越性。
实施例1
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下按8:32:60的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例2
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下按12:28:60的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例3
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下按16:28:56的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例4
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下20:32:48的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例5
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下28:28:44的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例6
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下36:28:36的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例7
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下44:28:28的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例8
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下8:40:52的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例9
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下12:44:44的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例10
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下20:36:44的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例11
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下28:32:40的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例12
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下36:28:36的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例13
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下40:28:32的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例14
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下44:28:28的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例1
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下8:68:24的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例2
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、丙烯三种组分在常温液相下12:72:16的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例3
将13,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下20:68:12的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例4
将3,3,3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氟乙烷三种组分在常温液相下4:76:20的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
在空调设备的制冷工况下(即蒸发温度为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)，上述实施例、对比例与R290的GWP、相对热力性能(即相对单位容积制冷量和相对性能系数COP)以及可燃性的对比结果见表2。
由表2可知，本申请的混合型制冷剂工质的GWP均小于10，完全可以满足当前基加利修正案对制冷剂的限控要求。根据ASHRAE 34规定，制冷剂的可燃等级可以分为1(不可燃)，2L(弱可燃)，2(可燃)和3类(高可燃)，而各组分的可燃等级分别为：R13I1的可燃等级为1类，R290、R1270、R161的可燃等级为3类，本申请在高可燃等级的组分中加入R13I1不可燃工质，使得所有实施例制冷剂的可燃性至少优于R290。
从表2还可以看出，本申请混合型制冷剂的相对容积制冷量和相对性能系数均与R290相当，可认为热力学性能与R290相当，甚者更优；所有实施例的相对容积制冷量均大于1，最高容积制冷量(如实施例6和实施例7的结果所示)与R290相比提升了21％；所有实施例的相对性能系数均大于0.9，热力学性能优异，可成为替代R290的环保制冷剂。
对比例1-4的不在本申请提供的摩尔占比内，相对容积制冷量和相对性能系数均偏小。
综上，本申请提供的三组分混合型制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，而且安全性能优于R290，热力性能也与R290制冷剂相当甚至更优，可以较好地对R290进行替代。
表2本申请制冷剂与R290的性能对比结果
制冷剂 GWP 相对容积制冷量 相对COP 可燃等级
R290 3 1 1 A3
实施例1 2.4 1.16 0.95 A2L
实施例2 2.8 1.17 0.95 A2
实施例3 3.16 1.18 0.95 A2
实施例4 3.48 1.17 0.93 A2L
实施例5 4.24 1.20 0.93 A2
实施例6 4.96 1.21 0.92 A2
实施例7 5.68 1.21 0.91 A2
实施例8 3.36 1.04 1.00 A2L
实施例9 3.52 1.03 0.99 A2L
实施例10 4.32 1.05 0.99 A2L
实施例11 5 1.07 0.98 A2L
实施例12 5.68 1.09 0.98 A2
实施例13 5.96 1.09 0.98 A2
实施例14 6.24 1.1 0.97 A2
对比例1 2.04 0.93 0.83 A2L
对比例2 2.36 0.87 0.78 A2L
对比例3 3.36 0.86 0.86 A2L
对比例4 2 0.85 0.89 A2L
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种制冷剂，其特征在于，由第一组分、第二组分和第三组分组合而成，其中：
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；
所述第三组分为丙烯或氟乙烷的一种；
在所述制冷剂中，所述第一组分所占含量为第一预设值，所述第二组分所占含量为第二预设值，所述第三组分所占含量为第三预设值；满足：所述第一预设值、所述第二预设值和所述第三预设值均大于零，且总和为百分之百；
其中，所述第一预设值为8％-44％的摩尔比，所述第二预设值为28％-44％的摩尔比，所述第三预设值为28％-60％的摩尔比。
2.根据权利要求1所述的制冷剂，其特征在于，所述第一预设值为12％-36％的摩尔比。
3.根据权利要求2所述的制冷剂，其特征在于，所述第一预设值为16％-28％的摩尔比。
4.根据权利要求3所述的制冷剂，其特征在于，所述第一预设值为20％的摩尔比。
5.根据权利要求1所述的制冷剂，其特征在于，所述第二预设值为32％-40％的摩尔比。
6.根据权利要求5所述的制冷剂，其特征在于，所述第二预设值为36％的摩尔比。
7.根据权利要求1所述的制冷剂，其特征在于，所述第三预设值为32％-56％的摩尔比。
8.根据权利要求7所述的制冷剂，其特征在于，所述第三预设值为36％-52％的摩尔比。
9.根据权利要求8所述的制冷剂，其特征在于，所述第三预设值为40％-48％的摩尔比。
10.根据权利要求9所述的制冷剂，其特征在于，所述第三预设值为44％的摩尔比。
11.一种如权利要求1-10所述制冷剂的制备方法，其特征在于，包括：
在常温下，将第一组分、第二组分和第三组分进行物理性混合均匀，得到所述制冷剂。
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