CN101182408A - 一种三元混合制冷剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于家用空调/热泵等制冷空调***中的制冷剂组合物。该制冷剂由二氟甲烷(R32)、五氟乙烷(R125)和异丁烷(R600a)组成;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的要求,ODP值为零,GWP值较低,热工性能及参数与R410A十分接近,可直接充灌,且循环性能与R410A相当或略高,可以使用R22***中的矿物润滑油,是一种替代R22的理想制冷剂。
Description
技术领域
本发明属于制冷剂领域,涉及一种制冷剂组合物,尤其涉及一种应用于家用空调/热泵等制冷空调***中的制冷剂组合物。
背景技术
根据《蒙特利尔议定书》的原本规定,发达国家将于2030年完全停止非原料性质的R22生产和消费,发展中国家(包括我国)将于2040年停止非原料性质的R22生产和消费。但在2007年9月加拿大蒙特利尔召开的《蒙特利尔议定书》缔约方大会达成的最新决议中,发达国家将于2020年完全停止非原料性质的R22生产和消费,包括中国在内的发展中国家,要在2013年将非原料性质HCFCs(其中约70%是R22)的生产和消费量冻结在2009年和2010年的平均水平上,2030年完成全面淘汰。相比原有的时间表,整个淘汰进程大大提前,而目前国内家用空调/热泵等***约80%采用R22作制冷剂,其替代形势及替代品的研究开发迫在眉睫。
当前,国内外市场上R22的主要替代品包括R407C(R32/125/134a)和R410A(R32/125)等,但这些替代品仍不理想,例如,R407C的能效较低,并且其滑移温度较大,这些问题制约了其市场应用,市场逐渐以R410A为主导;但R410A与R22***使用的矿物油(MO油)不相容,需更换为吸水性强的酯类油(POE油),而POE油价位较高且吸水性强容易导致制冷空调***发生冰堵,另外,如何降低其GWP值的影响以及能否再进一步提高***能效等问题仍需要再进一步探究。在R22的替代问题上,科研工作者不断地在作努力,但经过十多年的探索,仍找不到一种理想的纯工质来替代R22,替代方案依然是采用混合物。
现有技术中,专利申请CN 91112767.4、US 649356和WO 9211339公开了以五氟乙烷、二氟甲烷和四氟乙烷组成的混合物;专利申请CN 91112768.2、US 412974和WO 9105027公开了以五氟乙烷和二氟甲烷组成的二元混合物;专利申请CN 92110844.3公开了以二氟甲烷、1,1,1-三氟乙烷和五氟乙烷组成的混合物;专利申请CN 92112759.6公开了以二氟甲烷和四氟乙烷组成的混合物;专利申请CN 92113141.0公开了二氟甲烷和丙烷组成的混合物;专利申请CN 93102698.9公开了以二氟甲烷、1,1,1,2-四氟乙烷和选自1,1-二氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷、丙烷等组成的混合物;专利申请CN 93107989.6公开了含1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷和其它物质组成的混合物;专利申请CN 96101957.3公开了以二氟甲烷、五氟乙烷和其它氟化物组成的混合物;专利申请CN 00121159.5公开了以二氟甲烷、1,1,1,2-四氟乙烷和1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷组成的三元混合物;专利申请CN 00121158.7公开了以丙烷、五氟乙烷和二氟甲烷组成的三元混合物;专利申请CN 03116856.6公开了以氟乙烷、五氟乙烷和二氟甲烷组成的三元混合物;专利申请CN 200580019140.2公开了以二氟甲烷和三氟碘甲烷组成的混合物;专利申请CN 200710068823.8公开了以二氟甲烷、五氟乙烷和三氟甲烷组成的三元混合物;专利申请US 7276176和US 7258813公开了以五氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷和异丁烷组成的混合物;专利申请US 6846792公开了以五氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷和丙稀组成的混合物;专利申请US 6783691公开了以二氟甲烷、五氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷和碳氢化合物组成的混合物;专利申请US 5624596公开了以二氟甲烷、五氟乙烷和碳氢化合物组成的混合物。这些申请中的混合物基本都是为了替代R22而研究开发,但这些混合物存在或具有高的GWP值,或有较强的可燃性,或具有较大的滑移温度,或与现有空调***兼容不好,或效率较低,或价格昂贵等等问题。
发明内容
本发明旨在研究开发一种用于家用空调/热泵等制冷空调***中的制冷剂,使新开发的制冷剂替代物既要符合环保的要求,又要安全、可靠、制冷效率高,而且还无需改动现有的设备和生产线,可直接进行充灌。
本发明的制冷剂组合物,由二氟甲烷(R32)、五氟乙烷(R125)和异丁烷(R600a)组成,其中各组分的含量如下,均为重量份:
二氟甲烷:35~60
五氟乙烷:35~60
异丁烷:1~10
优选的,本发明的制冷剂组合物,各组分的含量如下,均为重量份:
二氟甲烷40~55,五氟乙烷40~55,异丁烷2~7。
上述组分中的二氟甲烷(R32),其分子式为CH2F2,摩尔质量为52.02,正常沸点为-51.6℃,临界温度为78.1℃,临界压力为5.78MPa。
五氟乙烷(R125),其分子式为CHF2CF3,摩尔质量为120.02,正常沸点为-48.1℃,临界温度为66.02℃,临界压力为3.62MPa。
异丁烷(R600a),其分子式为CH(CH3)3,摩尔质量为58.12,正常沸点为-11.7℃,临界温度为134.7℃,临界压力为3.63MPa。
本发明提供的制冷剂组合物的制备方法,是将二氟甲烷、五氟乙烷和异丁烷按以上配比在液相状态下进行物理混合即得。
本发明所述的制冷剂组合物,是用于家用空调/热泵等制冷空调***中的制冷剂,该制冷剂组合物完全符合环境保护的要求,ODP值为零,GWP值较低,热工性能及参数与R410A十分接近,可直接充灌,且循环性能较R410A相当或略高,可以使用R22***中的矿物润滑油。
本发明具有以下优良效果:
a.环境性能
本发明的温室效应潜能(GWP)较低,且臭氧破坏潜能值(ODP)为零,不会破坏大气臭氧层,完全满足R22的替代要求。表1列出了本发明与R22和R410A的环境性能比较。
表1环境性能比较
制冷剂 | R22 | R410A | 本发明 |
ODP | 0.055 | 0 | 0 |
GWP(100年) | 1700 | 2100 | 1630~2330 |
b.热工参数
在ARI Standard 520国际标准的空调工况下,本发明的蒸发压力、冷凝压力及排气温度同R410A的非常接近,可实现直接充灌;排气温度较R410A低,长期运行对压缩机寿命有益;另外,本发明的滑移温度也很小,是一种近共沸混合物,泄漏对组元成分及性能的影响非常小。表2列出了本发明与R410A的热工参数比较。
表2热工参数比较
制冷剂 | R410A | 本发明 |
蒸发压力(kPa) | 999.0 | 977.9~1016.6 |
冷凝压力(kPa) | 3393.1 | 3279.7~3416.1 |
排气温度(℃) | 100.2 | 89.0~99.8 |
滑移温度(℃) | 0.1 | 0.1~0.3 |
c.热工性能
本发明的COP与R410A相当或略高;冷量与R410A相当,***的制冷剂充装量相当;单位容积制冷量与R410A相当,完全可以满足制冷空调的负荷需求。表3给出了本发明与R410A的热工性能比较。
表3热工性能比较
制冷剂 | R410A | 本发明 |
COP | 1 | 1.0~1.02 |
冷量 | 1 | 0.93~1.09 |
容积制冷量 | 1 | 0.97~1.03 |
d.直接充灌性能
本发明的基本热工参数与R410A非常接近,并经符合国际标准规定的材料相容性实验验证,本发明与原R410A***中的金属材料、塑性材料和弹性材料等均是相容的,替换时不必改造或更换原R410A***的部件和管路;经润滑油相溶性试验验证,本发明不仅与R410A***使用的酯类油(POE)相溶,而且与R22***使用的矿物油(MO)相溶,因而,本发明可以直接充灌于R410A***,而且可以用于使用矿物油的同类型压缩机***,可避免***冰堵。
综上所述,本发明的ODP值为零,GWP值较低,完全符合家用空调/热泵等制冷空调设备替代R22的环保要求;热工参数及性能与R410A相当,无需改动现有制冷空调***的设备及部件,可实现直接充灌;而且与矿物油相溶,可避免***发生冰堵,是替代R22的一种理想替代品。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述的制冷剂及其优点进一步说明,但并不限于此。其中各组分的含量均为重量份。实施例中的二氟甲烷(R32),其分子式为CH2F2,摩尔质量为52.02,正常沸点为-51.6℃,临界温度为78.1℃,临界压力为5.78MPa;五氟乙烷(R125),其分子式为CHF2CF3,摩尔质量为120.02,正常沸点为-48.1℃,临界温度为66.02℃,临界压力为3.62MPa;异丁烷(R600a),其分子式为CH(CH3)3,摩尔质量为58.12,正常沸点为-11.7℃,临界温度为134.7℃,临界压力为3.63MPa。
实施例1:制冷剂组合物,组分重量份为:二氟甲烷35份,五氟乙烷60份和异丁烷5份。将以上三种组分在液相下进行物理混合后即得制冷剂。
实施例2:制冷剂组合物,组分重量份为:二氟甲烷40份,五氟乙烷50份和异丁烷10份。制备方法同实施例1。
实施例3:制冷剂组合物,组分重量份为:二氟甲烷45份,五氟乙烷48份和异丁烷7份。
实施例4:制冷剂组合物,组分重量份为:二氟甲烷50份,五氟乙烷49份和异丁烷1份。
实施例5:制冷剂组合物,组分重量份为:二氟甲烷55份,五氟乙烷43份和异丁烷2份。
实施例6:制冷剂组合物,组分重量份为:二氟甲烷60份,五氟乙烷35份和异丁烷5份。
在ARI Standard 520国际标准的空调工况下,即蒸发温度为7.2℃、冷凝温度为54.4℃、过热温度为11.1℃、过冷温度为8.3℃及压缩机效率为80%的工况下,上述实施例制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能列于表4中。
表4 制冷剂的环境参数、物性参数及热工性能
备注:*表示与R410A的相应比值,其中COP为性能系数。
Claims (3)
1.一种制冷剂组合物,其特征在于,由二氟甲烷、五氟乙烷和异丁烷组成,其中各组分的含量如下,均为重量份:
二氟甲烷:35~60
五氟乙烷:35~60
异丁烷:1~10。
2.如权利要求1所述的制冷剂组合物,其特征在于,各组分的含量如下,均为重量份:
二氟甲烷40~55,五氟乙烷40~55,异丁烷2~7。
3.一种权利要求1所述的制冷剂组合物的制备方法,是将二氟甲烷、五氟乙烷和异丁烷按配比在液相状态下进行物理混合即得。
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