CN1793276A - 一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以长期使用的环保型制冷剂，用于中低温制冷系统中替代R502的混合制冷剂，它除了含有1，1，1，2－四氟乙烷(R134a)外，还含有丙烷(R290)或丙烯(R1270)或丙烷和丙烯的混合物。该制冷剂属于近共沸混合制冷剂，与现有替代物相比，其热工性能良好，不破坏臭氧层(ODP＝0)，温室效应(GWP值)较小，与已有R502系统中使用的矿物油、烷基苯润滑油相溶，不需改动现有设备中的主要部件，可以直接充灌，因而可以长期替代制冷剂R502。
Description
技术领域
本发明涉及制冷剂，特别涉及一种用于中低温制冷系统中的环保型制冷剂，该制冷剂是一种能够替代R502的近共沸混合制冷剂。
背景技术
长期以来，中、低温制冷系统(如冷库、冷冻柜、速冻机等)中一直使用制冷剂R502，它是按照质量配比48.8％的R22和51.2％的R115混合而成的共沸混合物，其中R115为CFC类物质，R22为HCFC类物质。1974年经研究发现CFC类物质和HCFC类物质对大气臭氧层具有破坏作用，并有温室效应。为此，国际上已决定发达国家从1996年起禁止使用CFC类物质，发展中国家从2006年起禁止使用CFC类物质；并从2020年禁止在新设备上使用HCFC类物质，发展中国家从2040年起禁止使用。
近年来，作为R502的替代工质研究比较成熟的有两元或三元混合工质R507、R404A、R407A和R407B，其中使用较广的是由R125、R134a按照质量配比50∶50组成的共沸混合工质R507和由R125、R143a、R134a按照质量配比44∶52∶4组成的近共沸混合工质R404A。但是这两组混合物的组分工质虽然ODP值为0，其GWP值却较高，特别是R125和R143a，从抑制全球变暖方面考虑这两组混合物并不能满足要求；从制冷循环性能方面考虑，R507和R404A的压力比都比R502大，COP都比R502小，并不是较理想的R502替代工质；并且R507和R404A与原系统中使用的矿物油不相溶，必须使用强吸水性、弱稳定性的酯类润滑油。
发明内容
针对上述系统使用替代制冷剂的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种用于中低温制冷系统中的环保型制冷剂，以替代目前的R502近共沸混合制冷剂。
本发明是一种用于中低温制冷系统环保型制冷剂，其制冷剂环境性能更好，可以长期替代R502，并且温室效应(GWP值)更低，具有优良的热工性能和热工参数，使其不需要改动已有制冷系统的设备和使用的矿物油或烷基苯润滑油，并可以直接充灌。
实现上述目的的技术解决方案之一是，一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂，其特点是，该制冷剂由1，1，1，2-四氟乙烷(分子式：CF3CH2F，制冷剂符号：R134a)和丙烷(分子式：CH3CH2CH3，制冷剂符号：R290)组成，其组分含量(质量百分比)为：R134a为40～60％，R290为40～60％。
实现上述目的的技术解决方案之二是，一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂，其特点是，该制冷剂由1，1，1，2-四氟乙烷(分子式：CF3CH2F，制冷剂符号：R134a)和丙烯(分子式：CH3CH＝CH2，制冷剂符号：R1270)组成，其组分含量(质量百分比)为：R134a为30～50％，R1270为50～70％。
实现上述目的的技术解决方案之三是，能够长期替代R502的近共沸混合制冷剂，其特点是，该制冷剂由1，1，1，2-四氟乙烷(分子式：CF3CH2F，制冷剂符号：R134a)、丙烷(分子式：CH3CH2CH3，制冷剂符号：R290)和丙烯(分子式：CH3CH＝CH2，制冷剂符号：R1270)组成，其组分含量(质量百分比)为：R134a为30～50％，R1270为25～40％，R290为25～40％。
本发明提供的上述环保型制冷剂，其制备方法是将上述各组分的物质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R134a，分子量为102.03，标准沸点为-26.16℃，临界温度为101.1℃，临界压力为4.067MPa；R290的分子量为44.10，标准沸点为-42.09℃，临界温度为96.70℃，临界压力为4.248MPa；R1270分子量为42.09，标准沸点为-47.70℃，临界温度为91.80℃，临界压力为4.618MPa。
具体实施方式
下面按照本发明的技术方案，并给出实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点的理解，需要说明的是，这些实施例只是本发明的一些例子，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1：将45％的R134a和55％的R290(质量百分比)在液相下进行物理混合。
实施例2：将55％的R134a和45％的R290(质量百分比)在液相下进行物理混合。
实施例3：将33％的R134a和67％的R1270(质量百分比)在液相下进行物理混合。
实施例4：将40％的R134a和60％的R1270(质量百分比)在液相下进行物理混合。
实施例5：将48％的R134a和52％的R1270(质量百分比)在液相下进行物理混合。
实施例6：将40％的R134a、30％的R1270和30％的R290(质量百分比)在液相下进行物理混合。
实施例7：将35％的R134a、40％的R1270和25％的R290(质量百分比)在液相下进行物理混合。
在低温设计工况(蒸发温度t0＝-40.0℃，吸气温度t1＝15.0℃，冷凝温度tk＝50℃，过冷温度ts＝45℃)下按照理论循环的性能进行计算，将上述有代表性的制冷剂即实施例1～8的热工性能以及循环性能列于表1中。表1中q0表示单位质量制冷量，qs表示单位容积制冷量，带“*”均为与R502相对应的比较值。
表1 实施例中的制冷剂与R502现有的两种替代制冷剂的比较
| 0DP | GWP | 蒸发压力(KPa) | 滑移温度(℃) | 冷凝压力(KPa) | 滑移温度(℃) | 压力比 | 排气温度(℃) | COP* | q0 * | qs * | |
| R502 | 0.23 | 5230 | 127.0 | 0.19 | 2093 | 0 | 16.5 | 122.1 | 1 | 1 | 1 |
| R404A | 0 | 3260 | 131.0 | 0.71 | 2311 | 0.28 | 17.6 | 115.0 | 0.87 | 0.99 | 0.90 |
| R507 | 0 | 3300 | 138.7 | 0.01 | 2361 | 0.03 | 17.0 | 113.4 | 0.86 | 0.95 | 0.93 |
| 实施例1 | 0 | 587.2 | 130.9 | 0.36 | 2067 | 0.97 | 15.8 | 117.0 | 0.99 | 1.83 | 1.01 |
| 实施例2 | 0 | 716.8 | 132.4 | 0.37 | 2103 | 0.98 | 15.9 | 116.4 | 0.98 | 1.67 | 1.00 |
| 实施例3 | 0 | 431.7 | 141.6 | 0.11 | 2139 | 0.05 | 15.1 | 127.5 | 1.07 | 2.25 | 1.17 |
| 实施例4 | 0 | 522.4 | 139.1 | 0.37 | 2145 | 0.01 | 15.4 | 127.0 | 1.06 | 2.12 | 1.15 |
| 实施例5 | 0 | 626.1 | 133.2 | 1.13 | 2145 | 0.01 | 16.1 | 126.9 | 1.04 | 1.99 | 1.09 |
| 实施例6 | 0 | 522.4 | 137.7 | 0.03 | 2108 | 0.33 | 15.3 | 121.3 | 1.03 | 2.01 | 1.09 |
| 实施例7 | 0 | 457.6 | 138.8 | 0.04 | 2106 | 0.31 | 15.2 | 122.9 | 1.04 | 2.12 | 1.12 |
从上表可以看出：①这7个实施例的环境性能ODP和GWP均比R502要好，而且其GWP值也比现有的两种替代物R404A和R507要好；②这7个实施例的蒸发、冷凝压力与R502相当，并且冷凝压力比R404A和R507约低0.2MPa，压力比低于R502、R404A、R507，有利于提高压缩机的效率，具有节能的潜力；③这7个实施例的单位质量制冷量与R502、R404A和R507相比要大得多，这样可以大大减少系统的充灌量；④这7个实施例的性能系数与原来的R502系统的性能系数接近或略高，比R507和R404A系统的性能系数大；⑤这7个实施例的容积制冷量比R502、R404A和R507要大，作为R502的替代工质可以相应减小气缸容积和压缩机体积。此外，由于丙烷和丙烯与现有系统中的矿物油或烷基苯润滑油相溶，使得该种混合制冷剂也溶于矿物油和烷基苯润滑油。
通过上述实施例可以看出，从冷凝压力、压力比、容积制冷量和COP这四个方面考虑，所选的七组R134a/HCs混合工质作为R502的替代工质都比R507和R404A要具有优势，在排气温度方面，只有实施例1、2、6的排气温度要低于R502，其余实施例的排气温度要略高于R502。
本发明与现有替代制冷剂相比，其环境性更好，不破坏臭氧层，可以长期替代R502，并且温室效应(GWP值)较小，具有优良的热工性能和热工参数，使其不需要改动已有的R502制冷系统设备和使用的矿物油或烷基苯润滑油，并可以直接充灌。
Claims (3)
1.一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1，1，1，2-四氟乙烷和丙烷组成，其质量百分比为：1，1，1，2-四氟乙烷40～60％，丙烷40～60％。
2.一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1，1，1，2-四氟乙烷和丙烯组成，其质量百分比为：1，1，1，2-四氟乙烷30～50％，丙烯50～70％。
3.一种用于中低温制冷系统的环保型制冷剂，其特征在于，该制冷剂由1，1，1，2-四氟乙烷、丙烷和丙烯混合组成，其质量百分比为：1，1，1，2-四氟乙烷30～50％，丙烯25～40％，丙烷25～40％。
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