CN106029827A - R-1233在液体冷却器中的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氯‑三氟丙烯作为制冷剂在负压液体冷却器中的用途以及用氯‑三氟丙烯代替在冷却器内现有的制冷剂的方法。这些氯‑三氟丙烯，特别是1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯，在液体冷却器应用中具有高效率和出乎意料的高容量，并且作为用于此类应用的更加环境可持续的制冷剂是有用的，包括替代R‑123和R‑11。

Description

R-1233在液体冷却器中的用途

发明领域

本发明涉及氯-三氟丙烯作为制冷剂在负压液体冷却器中的用途。这些氯-三氟丙烯(特别是1-氯-3,3,3-三氟丙烯)在液体冷却器应用中具有高效率和出乎意料的高容量，并且作为用于此类应用的更加环境可持续的制冷剂是有用的，包括替代R-123和R-11。这些氯-三氟丙烯可以用于新的冷却器应用中、或者在将制冷剂从现有的冷却器中去除并且添加本发明的氯-三氟丙烯的情况下用作加注(top-off)或改装(retrofit)。

发明背景

随着持续的法规压力，存在着不断增长的确定更加环境可持续的、具有更低的臭氧消耗和全球变暖潜势的用于制冷剂、热传输流体、发泡剂、溶剂、以及气溶胶的替代物的需求。氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)(广泛地用于这些应用中)，是消耗臭氧的物质并且依照蒙特利尔议定书的指导方针正在被逐步淘汰。在许多应用中氢氟烃(HFC)是用于CFC和HCFC的主要替换物；尽管它们被认为对臭氧层“友好的”，但它们仍通常拥有高的全球变暖潜势。一类已经被确定为用于替换消耗臭氧的或高全球变暖的物质的新的化合物是卤代烯烃，如氢氟烯烃(HFO)和氢氯氟烯烃(HCFO)。在本发明中，发现氯-三氟丙烯在液体冷却器***中是特别有用的制冷剂，特别是在负压冷却器***中，例如用于代替R-11和R-123。

随着持续的法规压力，存在着不断增长的确定更加环境可持续的、具有更低的臭氧消耗和全球变暖潜势的用于制冷剂、热传输流体、发泡剂、溶剂、以及气溶胶的替代物的需求。氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)(广泛地用于这些应用中)，是消耗臭氧的物质并且依照蒙特利尔议定书的指导方针正在被逐步淘汰。在许多应用中氢氟烃(HFC)是用于CFC和HCFC的主要替换物；尽管它们被认为对臭氧层“友好的”，但它们仍通常拥有高的全球变暖潜势。一类已经被确定为用于替换消耗臭氧的或高全球变暖的物质的新的化合物是卤代烯烃，如氢氟烯烃(HFO)和氢氯氟烯烃(HCFO)。HFO和HCFO提供了所希望的低的全球变暖潜势以及为零或接近零的臭氧损耗特性。

冷却器是通过蒸汽压缩(改良的反向Rankine)、吸收、或其他热力循环来冷却水、其他热传输流体或处理流体的制冷机器。它们最普通的用途是在中央***中对大型办公室、商业、医疗、娱乐、高层住宅和类似的建筑或建筑群进行空气调节。大型中央式和相互连接的设备二者(通常各自拥有多个冷却器)对于购物中心、大学、医疗和办公场所，军用设施，以及区域冷却***都是很普遍的。冷却水(或不太普遍的盐水或其他热传输流体)通过该一个或多个建筑通过管线输送到其他装置，例如分区的空气处理机，它们使用该冷却水或盐水来空气调节(冷却和除湿)所占有的或控制的空间。从它们的本性上讲，效率和可靠性都是冷却器的关键属性。冷却器的热容量典型地在从大约10kW(3吨)至超过30MW(8500吨)的范围内，更普遍地是在300kW(85吨)至14MW(4000吨)的范围内。更大的***典型地使用多个冷却器，其中一些设施超过300MW(85000吨)的冷却。液体冷却***冷却了水、盐水或其他二级冷却剂来进行空气调节或制冷。该***可以是工厂组装并联线的或分多部分运送到现场安装。尽管盐水冷却用于低温制冷以及在工业过程中的冷却液体也是很普遍的，但最经常的应用是水冷却以进行空气调节。

蒸汽压缩、液体冷却***的基础部件包括压缩机、液体制冷器(蒸发器)、冷凝器、压缩机驱动器、液态制冷剂膨胀或流量控制装置、以及控制中心；它还可以包括接收器、节能器、膨胀涡轮和/或过冷器。另外，可以使用辅助部件，例如润滑剂制冷器、润滑剂分离器、润滑剂返回装置、清扫单元、润滑剂泵、制冷剂转移单元、制冷剂排空口和/或另外的控制阀。

液体(通常是水)进入该制冷器，其中它通过液体制冷剂在较低的温度下蒸发而被冷却。该制冷剂蒸发并且被吸入压缩机之中，这提高了气体的压力和温度，这样它可能在更高的温度下在冷凝器内冷凝。冷凝器冷却介质在该过程中被加热。冷凝的液体制冷剂然后通过膨胀装置流回蒸发器。当冷凝器和蒸发器之间的压力下降时，一些液体制冷剂变成蒸汽(闪蒸)。闪蒸将液体在蒸发器压力下冷却至饱和温度。在该制冷器内没有产生制冷。以下的改进(有时为了最大效果而结合)减少了闪蒸气体并且增加了每单元功耗的净制冷。

过冷。冷凝的制冷剂可能在水冷式冷凝器的过冷器部分亦或在分离的热交换器中被过冷至其饱和冷凝温度之下。过冷减少了闪蒸并且增加了冷却器内的制冷效果。

节能。该过程可以发生在直接膨胀(DX)、膨胀涡轮亦或闪蒸***中。在DX***中，主要液体制冷剂通常在壳-和-管热交换器的壳内在冷凝压力下从饱和冷凝温度冷却至中间饱和温度的几度之内。在冷却之前，一少部分的液体闪蒸并且在热交换器的管侧蒸发来冷却主液体流。尽管被过冷，该液体仍然在冷凝压力下。

当一部分制冷剂蒸发时膨胀涡轮吸取旋转能量。如在DX***中，剩余液体在中间压力下被供应至该制冷器。在闪蒸***中，整个液体流在容器内被膨胀至中间压力，该容器在饱和中间压力下将液体供应至该制冷器内；然而，该液体处于中间压力下。

闪蒸气体在多级离心式压缩机的中间级中、在整合的两级往复式压缩机的中间级、在螺杆压缩机的中间压力口、亦或在多级往复或螺杆式压缩机的高压级的入口处进入该压缩机。

液体注入。冷凝的液体被节流至该中间压力并且注入该压缩机的二级抽吸以防止过高的排出温度，并且在离心机的情况下来减小噪音。对于螺杆式压缩机，冷凝的液体被注入固定在稍低于排放压力的口内来提供润滑剂冷却。

基础***

图1中示出基础液体冷却器***的示例性制冷循环。冷却水例如在54°F进入该制冷器，并且在44°F下离开。冷凝器水在85°F离开冷却塔，进入该冷凝器，并且在接近95°F回到该冷却塔。冷凝器还可以通过空气或水的蒸发来冷却。此***，具有单一压缩机以及具有水冷式冷凝器的一个制冷循环，被广泛地用来冷却用于空气调节的水，因为它相对简单并紧凑。该压缩机可以是往复式、涡旋式、螺杆式或离心式压缩机。本发明优选的***是离心液体冷却器***。

液体冷却器***还可以用于通过热回收满足加热要求。热回收是捕获通常从该冷却器冷凝器排出的热并且将其用于空间加热、生活用水加热或者另一种方法要求的方法。对于水冷式冷却器，可以或者通过在较高的冷凝温度下运行并且从离开标准冷凝器的水回收热或者通过使用单独的冷凝器实现。还可以通过使用热交换器(优选地在该压缩机与该冷凝器之间)从该制冷剂回收热完成。在空气冷式冷却器中的热回收必要地涉及从该制冷剂回收热。本发明的优选的热回收***是热回收离心式冷却器。

离心式压缩机使用旋转元件来径向地加速制冷剂，并且典型地包括叶轮和装在套管内的扩散器。离心式压缩机通常在叶轮眼中或循环叶轮的中央入口将流体引入，并且将其径向地向外加速。一些静压上升发生在该叶轮内，但是大部分压力上升发生在套管的扩散器区段内，其中速度被转换成静压。每个叶轮-扩散器装置是该压缩机的一级。离心式压缩机是由从1至12级或更多级构成，这取决于所希望的最终压力以及有待处理的制冷剂的体积。具有多于一个级的压缩机被称为多级压缩机。

离心式压缩机可以使用润滑油或者可以是无油的。无油压缩机的实例是具有磁轴承的那些，其中使转子轴在磁轴承之间轻轻浮起并且优选地使用直驱电动机、特别地永磁铁直驱电动机旋转。无油压缩机的另一个实例是使用没有油的混合轴承***的那些，如使用陶瓷滚动元件的那些。

压缩机的压力比或压缩比是绝对排出压力与绝对入口压力之比。由离心式压缩机提供的压力在相对宽的容量范围内实际上是恒定的。因此，为了维持离心式压缩机性能而同时代替现有的制冷剂，当使用新的制冷剂时的压力比与使用现有制冷剂时的压力比应该尽可能地接近。

与正位移压缩机不同，离心式压缩机完全取决于高速叶轮的离心力来压缩通过该叶轮的蒸汽。不存在正位移，但是存在所谓的动态压缩。

离心式压缩机可以产生的压力取决于叶轮的梢速。梢速是在其尖部测量的叶轮的速度，并且与该叶轮的直径及其每分钟的转数有关。该离心式压缩机的容量是由穿过叶轮的通道的尺寸决定的。这使得压缩机的尺寸比起容量来更加依赖于所需的压力。

为了维持离心式压缩机的性能同时代替现有的制冷剂，预定的叶轮马赫数应该与通过现有制冷剂所实现的相同。由于叶轮马赫数取决于制冷剂的声速(声音的速度)，压缩机的性能可以通过配制替代制冷剂来更准确地维持，该替代制冷剂具有与初始制冷剂相同的声速，或者它具有理论上将提供与现有制冷剂相同的叶轮马赫数的声速。

对于压缩机而言，尤其是当用新的制冷剂代替现有的制冷剂时，重要的考虑是无量纲比速，Ω，在此被定义为：

$\mathrm{\Ω}=\frac{\mathrm{\ω}\sqrt{V}}{{\left(\mathrm{\Δ}h\right)}^{3/4}}$

其中ω是角速度(rad/s)，V是体积流速(m³/s)并且Δh是每压缩机级理想的比功(J/kg)，该理想的比功可以近似为：

$\mathrm{\Δ}h=h_2-h_1-(s_2-s_1)\frac{T_2-T_1}{ln(T_2/T_1)}$

其中下标1和2分别表示压缩机入口和出口的气体状态。H、s和T分别是比焓、比熵和温度。当该Ω具有对于设计的最佳值时，压缩机以最高的绝热效率，η，运行。

由于离心式压缩机的高速运行，它根本上是个高体积、低压力的机器。离心式压缩机用低压制冷剂(例如三氯氟甲烷(CFC-11))最好地工作。当冷却器的一部分，特别是蒸发器，以低于环境的压力水平下运行时，该冷却器被称作负压***。低压或负压***的益处之一是低漏率。制冷剂泄露是由压力差驱动的，因此较低的压力与高的压力***相比将导致较低的漏率。而且，在低于环境压力下运行的***内的泄露导致空气被抽吸进设备而不是制冷剂漏出。当此类操作需要清扫装置来去除任何空气和水份时，监测该清扫操作起到了发生泄露的警示***的作用。

发明概述

在本发明中，已经发现氯-三氟丙烯对于液体冷却器***、尤其是负压冷却器***来说是特别有用的制冷剂，例如用来代替R-11和R-123。已经发现本发明的氯-三氟丙烯提供与现有冷却器制冷剂可比的运行条件并且还与现有冷却器润滑剂相容。本发明的氯-三氟丙烯优选是1-氯-3,3,3-三氟丙烯和/或2-氯-3,3,3-三氟丙烯，并且更优选反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。

附图简要说明

图1是典型的冷却器***的示意图。

图2是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在-10℃的蒸发器温度下的COP图表。

图3是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在-10℃的蒸发器温度下的CAP图表。

图4是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在0℃的蒸发器温度下的COP图表。

图5是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在0℃的蒸发器温度下的CAP图表。

图6是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在5℃的蒸发器温度下的COP图表。

图7是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在5℃的蒸发器温度下的CAP图表。

图8是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在10℃的蒸发器温度下的COP图表。

图9是R-123、R-1233zd、和R-1234yf在10℃的蒸发器温度下的CAP图表。

发明详细说明

本发明的氯-三氟丙烯制冷剂组合物可以添加至新的冷却器***中或者被用于对现有的冷却器***进行加注或改装的方法中。本发明的氯-三氟丙烯制冷剂组合物在使用离心式压缩机和浸没式蒸发器的冷却器(优选在负压下运行的那些)中是特别有用的。这种改装方法包括以下步骤：从冷却器***中去除现有制冷剂而同时在所述***中任选地保持一个实质性部分的润滑剂；并且向所述***引入包含本发明的氯-三氟丙烯制冷剂的组合物，该组合物与存在于该***中的润滑剂是可混溶的而无需添加表面活性剂和/或增溶剂。在对现有冷却器***进行加注时，添加本发明的氯-三氟丙烯制冷剂来加满制冷剂装载量或作为部分替代物来代替损失的制冷剂亦或在去除部分的现有制冷剂之后并且然后添加本发明的氯-三氟丙烯制冷剂。本发明优选的氯-三氟丙烯制冷剂优选是1-氯-3,3,3-三氟丙烯和/或2-氯-3,3,3-三氟丙烯，并且更优选反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。

如在此所用的，术语“实质性部分”总体上是指润滑剂的量，该量至少是在去除先前的制冷剂之前包含在制冷***内的润滑剂的量的大约50％(除非另外说明，在此所有的百分比都是按重量计的百分比)。优选地，在根据本发明***内的这个实质性部分的润滑剂是最初包含在本制冷***内的润滑剂的至少大约60％的量，并且更加优选至少大约70％的量。

宽范围的已知方法中任何一种都可以用于从冷却器***中去除先前的制冷剂，同时去除少于主要部分的包含在该***内的润滑剂。根据优选的实施例，该润滑剂是基于烃的润滑剂，并且该去除步骤导致至少大约90％，并且甚至更加优选至少大约95％的所述润滑剂保留在***中。该去除步骤可以通过将处于气态的初始制冷剂泵送出包含液态润滑剂的制冷***而很容易地进行，因为制冷剂相对于传统的基于烃的润滑剂来说非常易挥发。制冷剂的沸点普遍是低于30℃，而矿物油的沸点普遍是高于200℃。这种去除可以按本领域已知的许多方法中的任何一种来实现，包括使用制冷剂回收***。可替代地，可以将冷却的抽空的制冷剂容器附加在制冷***的低压侧，使得气态的先前的制冷剂被吸入抽空的容器中并且被去除。另外，可以将压缩机附加在制冷***中以将先前的制冷剂从该***泵送到抽空的容器中。鉴于以上披露内容，本领域的普通技术将很容易地能够将先前的制冷剂从冷却器***去除并且提供制冷***，该***包括其中具有基于烃的润滑剂以及根据本发明的氯-三氟丙烯制冷剂的室。

本发明的方法包括将包含至少一种本发明的氯-三氟丙烯制冷剂的组合物引入冷却器***，如果使用润滑剂，该组合物与存在于该***中的润滑剂是可混溶的。在该冷却器***内的润滑剂可以是烃润滑油、氧合润滑油或它们的混合物。

本发明的实施例是冷却器***，该冷却器***包括(1)压缩机、(2)至少一个液体制冷器、(3)至少一个冷凝器、以及(4)本发明的氯-三氟丙烯制冷剂。所述冷却器***的压缩机优选地是离心式压缩机。在本发明的实施例中，该冷却器***中的压缩机具有从1至12个级、优选2或3个级、甚至更优选2个级。在本发明的实施例中，该冷却器***中的压缩机使用润滑油。在本发明的另一个实施例中，该压缩机是无油压缩机，优选使用磁轴承或者使用混合轴承的无油压缩机。

在本发明的另一个实施例中，该冷却器***中的压缩机是无油压缩机，其中本发明的氯-三氟丙烯制冷剂充当润滑剂。在本发明的实施例中，该冷却器***中的液体制冷器是浸没式蒸发器。在本发明的实施例中，该冷却器***中的冷凝器是水冷式冷凝器。在本发明的另一个实施例中，该冷却器***的冷凝器是空气冷式冷凝器。

在本发明的另一个实施例中，该冷却器***是热回收冷却器***，该热回收冷却器***包括(1)压缩机、(2)至少一个液体冷却器、(3)一个或多个冷凝器、以及(4)本发明的氯-三氟丙烯制冷剂。在本发明的另一个实施例中，该冷却器***的液体制冷器优选地是浸没式蒸发器，其中一部分在低于大气压的压力下运行。在本发明的另一个实施例中，该冷却器***是包含一个或多个水冷式冷凝器的热回收冷却器***，并且从离开这些冷凝器之一的水回收热。在本发明的另一个实施例中，该冷却器***是热回收冷却器***并且该热回收冷却器***的冷凝器是水冷式冷凝器或者空气冷式冷凝器并且从该制冷剂回收热。在另一个实施例中，该冷却器***是热回收冷却器***，其中该压缩机是离心式压缩机。

本发明的另一个实施例是一种用于在热回收冷却器***或热泵冷却器中产生加热的方法。在本发明的实施例中，该方法中的冷却器***的液体制冷器优选地是浸没式蒸发器，其中一部分在低于大气压的压力下运行。在本发明的实施例中，该方法中的冷却器***的冷凝器中的至少一个优选地是在范围从约26.7℃(80°F)至60℃(140°F)、优选地从约29.4℃(85°F)至55℃(131°F)的温度下运行。

本发明的另一个实施例是一种使用本发明的冷却器***产生冷却的方法。在本发明的实施例中，该产生冷却的方法使用该冷却器***的液体制冷器，该液体制冷器优选地是其中一部分在低于大气压的压力下运行的浸没式蒸发器。在本发明的实施例中，该产生冷却的方法使用该冷却器***的冷凝器，该冷凝器优选地是在范围从约26.7℃(80°F)至60℃(140°F)、优选地从约29.4℃(85°F)至55℃(131°F)的温度下运行。

在本发明的实施例中，该氯-三氟丙烯制冷剂是1-氯-3,3,3-氟丙烯，该制冷剂可包括1-氯-3,3,3-氟丙烯的反式-和顺式-异构体的混合物、优选地主要该反式异构体、更优选大于70wt％的该反式异构体、更优选大于90wt％的该反式异构体、更优选大于97wt％的该反式异构体、并且甚至更优选大于99wt％的该反式异构体。在本发明的另一个实施例中，该氯-三氟丙烯制冷剂基本上是反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯。

本发明的另一个实施例是一种用于在冷却器***中产生冷却的方法，该方法包括在压缩机中压缩制冷剂、并且蒸发在有待被冷却的实体附近的该制冷剂，其中所述制冷剂包括氯-三氟丙烯。

在本发明的实施例中，本发明的制冷剂具有接近于R-123或R-11的声速的声速，优选地其中本发明的制冷剂的声速是在该冷却器***的压缩机的入口处的条件下R-123或R-11的声速的10％内。在本发明的另一个实施例中，本发明的制冷剂的声速是在40℃和1巴下小于约150m/s，优选地在40℃和1巴下小于约145m/s。在本发明的另一个实施例中，本发明的制冷剂的声速在该冷却器***的压缩机的条件下是从约130至约150m/s。

除了本发明的氯-三氟丙烯制冷剂之外，引入该***中的组合物可以包括选自以下项的附加的制冷剂：氢氟烃、氢氯氟烃、氯氟烃、氢氯烯烃、氢氟醚、氟酮、烃、铵或其混合物，优选其中该附加的制冷剂是不可燃的和/或所得的制冷剂组合物是不可燃的。

该氢氟烃可以选自：二氟甲烷(HFC-32)、1-氟乙烷(HFC-161)、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1,2-二氟乙烷(HFC-152)、1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、1,1,2-三氟乙烷(HFC-143)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、1,1,2,2-四氟乙烷(HFC-134)、五氟乙烷(HFC-125)、1,1,1,2,3-五氟丙烷(HFC-245eb)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)、1,1,2,2,3-五氟丙烷(HFC-245ca)、1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(HFC-236fa)、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365mfc)、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟丙烷(HFC-4310)以及它们的混合物。

氢氯氟烃可以选自1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷(R-123)、1-氯-1,2,2,2-四氟乙烷(R-124)、1,1-二氯-1-氟乙烷(R-141b)、1-氯-1,1-二氟乙烷(R-142b)以及它们的混合物，优选R-123。

氯氟烃可以是三氯氟甲烷(R-11)、二氯二氟甲烷(R-12)、1,1,2-三氯-1,2,2-三氟乙烷(R-113)、1,2-二氯-1,1,2,2-四氟乙烷(R-114)、氯五氟乙烷(R-115)或它们的混合物，优选R-11。

示例性的氢氟醚包括1,1,1,2,2,3,3-七氟-3-甲氧基-丙烷、1,1,1,2,2,3,3,4,4-九氟-4-甲氧基-丁烷或它们的混合物。示例性的氟酮是1,1,1,2,2,4,5,5,5-九氟-4(三氟甲基)-3-戊酮。

氢氟烯烃可以是包含至少一个氟原子、至少一个氢原子和至少一个烯键连接的C3至C5氢氟烯烃。示例性的氢氟烯烃包括3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234zf)、E-1,3,3,3-四氟丙烯(E-HFO-1234ze)、Z-1,3,3,3-四氟丙烯(Z-HFO-1234ze)、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、E-1,2,3,3,-五氟丙烯(E-HFO-1255ye)、Z-1,2,3,3,3-五氟丙烯(Z-HFO-125ye)、E-1,1,1,3,3,3-六氟丁-2-烯(E-HFO-1336mzz)、Z-1,1,1,3,3,3-六氟丁-2-烯(Z-HFO-1336mzz)、1,1,1,4,4,5,5,5-八氟戊-2-烯(HFO-1438mzz)或其混合物。

示例性的氢氯烯烃是反式-1,2-二氯乙烯。

烃可以是C3至C7烷烃，优选丁烷、戊烷或它们的混合物，更优选正戊烷、异戊烷、环戊烷或它们的混合物。

现有冷却器润滑剂包括，但不限于：矿物油、多元醇酯油、聚亚烷基二醇油、聚乙烯基醚油、聚(α烯烃)油、烷基苯油以及其混合物。优选的冷却器润滑剂是矿物油、多元醇酯油、以及聚乙烯基醚油。已发现本发明的氯-三氟丙烯与矿物油以及其他冷却器润滑剂是可混溶的。

除了与本发明的润滑剂可混溶的氯-三氟丙烯制冷剂之外，引入该***的组合物可以包括其他添加剂或用于制冷剂组合物中的类型的材料来提高它们在制冷***中的性能。例如，该组合物可以包括极压和抗磨添加剂、氧化稳定性改进剂、腐蚀抑制剂、粘度指数改进剂、倾点和絮凝点抑制剂、消泡剂、粘度调整剂、UV染料、示踪剂以及类似物。

以下非限制性实例提供在此作为参考：

实例

液体冷却器性能数据

在以下实例中评估了制冷剂R-123(1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷)、R-1233zd(1-氯-3,3,3-三氟丙烯，主要是反式异构体)、以及R-1234yf(2,3,3,3-四氟丙烯)在液体冷却器应用中的性能。在每个实例中，数据是在给定的蒸发器温度和多个冷凝器温度(范围是从30℃至55℃)下提供的。每种情况下的等熵效率是0.7。作为对比实例提供了R-123和R-1234yf的数据。

在下列实例中，使用了以下术语：

冷凝器排出温度：T cond

冷凝器压力：P cond

蒸发器压力：P evap

在冷凝器与蒸发器之间的压力差：P diff

该冷凝器与该蒸发器的压力比：P比

性能系数(能量效率)：COP

容量：CAP

实例1

在此实例中，使用了以下条件：

蒸发器温度＝-10℃。压缩机入口温度＝-5℃。等熵效率＝0.7。结果在表1中列出。

图2和图3示出了R-1233zd和R-1234yf相对于R-123的COP和CAP。

表1：

实例2

在此实例中，使用了以下条件：

蒸发器温度＝0℃。压缩机入口温度＝5℃。等熵效率＝0.7。结果在表2中列出。

图4和图5示出了R-1233zd和R-1234yf相对于R-123的COP和CAP。

表2：

实例3

在此实例中，使用了以下条件：

蒸发器温度＝5℃。压缩机入口温度＝10℃。等熵效率＝0.7。结果在表3中列出。

图6和图7示出了R-1233zd和R-1234yf相对于R-123的COP和CAP。

表3：

实例4

在此实例中，使用了以下条件：

蒸发器温度＝10℃。压缩机入口温度＝15℃。等熵效率＝0.7。结果在表4中列出。

图8和图9示出了R-1233zd和R-1234yf相对于R-123的COP和CAP。

表4：

来自表1至表4的代表性数据在图2至图9中绘出。

在所有这些实例中，R-1233zd的效率与R-123的效率非常接近，在R-123的效率的几个百分点之内。相比之下，R-1234yf的效率明显低于R-1233zd和R-123的效率，比R-123的效率低从6.4％至超过20％。还出乎意料地发现R-1233zd的容量比R-123的容量高从30％至40％。

还表明，对于R-1233zd和对于R-123来说，该***作为负压***运行，其中蒸发器内的压力低于环境压力。对于R-1234yf而言，整个***以正压运行。

已发现R-1233zd提供了与R-123的运行压力、压力比和压力差接近的匹配，并且可以用作更加环境上可接受的替代物。

实例5

用于反式-1233zd和顺式-1233zd的液体冷却器性能数据

在以下实例中评估了单级液体冷却器中的顺式和反式1233zd的性能。在每个实例中，数据是在给定的蒸发器温度和多个冷凝器排出温度(范围是从30℃至45℃)下提供的。在每种情况下，存在5℃的蒸发器过热和5℃的冷凝器过冷。在每种情况下等熵压缩机效率是0.7。

在下列实例中，使用了以下术语：

蒸发器温度：Tevap

冷凝器排出温度：Tcond

冷凝器压力：cond P

蒸发器压力：evap P

性能系数(能量效率)：COP

容量：CAP

如以上解释的对于单级冷却器中的使用评估反式-1233zd(1-氯-3,3,3-三氟丙烯，>99％的反式异构体)和顺式-1233zd(顺式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯，>99％的顺式异构体)。结果在表5至8中示出。

表5：蒸发器温度＝-10℃

表6：蒸发器温度＝0℃

表7：蒸发器温度＝5℃

表8：蒸发器温度＝10℃

反式-1233zd的COP是与顺式-1233zd几乎相同或者大于顺式-1233zd，同时反式-1233zd的容量是顺式-1233zd的大约两倍或者大于顺式-1233zd。

实例6

反式-1233zd和顺式-1233zd的混合物：

为了检查反式-和顺式-异构体两者的混合物对离心式冷却器的性能或运行的潜在影响，进行在反式-1233zd和顺式-1233zd的混合物上的气液平衡测试以评估用于分馏的潜能。

向清洁的、玻璃的35mL取样小瓶中添加4.0克顺式-1233zd和16.1克反式-1233zd，提供了19.9/80.1wt/wt的顺式-1233zd-与-反式-1233zd的整体比。使该混合物平衡至室温。通过气相色谱法(GC)分析蒸汽部分和液体部分。发现该蒸汽部分中的顺式-与-反式异构体的比率是12.2/87.8wt/wt；该液体部分中的顺式-1233zd-与-反式-1233zd的比率显著不同，并且发现是21.3/78.6wt/wt。这例证了反式-1233zd和顺式-1233zd的混合物可如非共沸的混合物分馏。

实例7

声速：

在40℃和1巴下确定了R-11、R-123、R-134a、R-1233zd和R-1234yf的声速。R-1233zd的声速接近R-11的声速并且与或者R-134a或者R-1234yf相比更接近R-123的声速。

表9：制冷剂的声速

条件：40℃和1巴。

实例8

无量纲比速：

如实例2中确定R-123、R-1233zd和R-1234yf在液体冷却器内的性能，其中压缩机入口温度为5℃并且冷凝器温度为40℃。结果示出于表10中，其中还给出了该制冷剂的无量纲比速Ω与R-123的无量纲比速(Ω₁₂₃)之比，假设运行这些冷却器来传递相同容量的冷却。发现与R-1234yf相比，R-1233zd是R-123的很好的替代物。

表10：在等量冷却容量下制冷剂的无量纲比速

蒸发器温度：5℃。冷凝器温度：40℃

这些结果表明，R-1233，特别是R-1233zd，作为液体冷却器、特别是负压冷却器、并且尤其是在大型***内的制冷剂是有用的，原因是R-1233zd的效率优势超过了R-1234yf或类似的制冷剂。

Claims (28)

1.一种冷却器***，该冷却器***包括压缩机、至少一个液体制冷器、至少一个冷凝器、和制冷剂；其中所述压缩机是离心式压缩机并且所述制冷剂包括氯-三氟丙烯。

2.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述压缩机是离心式压缩机。

3.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述压缩机是多级压缩机。

4.如权利要求3所述的冷却器***，其中所述多级压缩机是具有2或3级的离心式压缩机。

5.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述压缩机是无油压缩机。

6.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述液体制冷器是浸没式蒸发的。

7.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述压缩机包含润滑剂。

8.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述至少一个冷凝器包括至少一个水冷式冷凝器。

9.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述至少一个冷凝器包括至少一个空气冷式冷凝器。

10.如权利要求1所述的冷却器***，其中该冷却器***的所述至少一个冷凝器之一是在范围从约26.7℃(80°F)至60℃(140°F)的温度下运行的。

11.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述冷却器***是热回收冷却器***。

12.如权利要求11所述的热回收冷却器***，其中从离开所述至少一个水冷式冷凝器的水回收热。

13.如权利要求11所述的热回收冷却器***，其中从所述制冷剂回收热。

14.如权利要求7所述的冷却器***，其中所述润滑剂选自下组，该组由以下各项组成：矿物油、多元醇酯油、聚亚烷基二醇油、聚乙烯基醚油、聚(α烯烃)油、烷基苯油以及其混合物。

15.如权利要求7所述的冷却器***，其中所述润滑剂选自下组，该组由以下各项组成：矿物油、多元醇酯油、聚乙烯基醚油、烷基苯油以及其混合物。

16.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述氯-三氟丙烯包括1-氯-3,3,3-三氟丙烯。

17.如权利要求16所述的冷却器***，其中所述1-氯-3,3,3-三氟丙烯是大于70wt％的反式异构体。

18.如权利要求16所述的冷却器***，其中所述1-氯-3,3,3-三氟丙烯是大于90wt％的反式异构体。

19.如权利要求16所述的冷却器***，其中所述1-氯-3,3,3-三氟丙烯是大于97wt％的反式异构体。

20.如权利要求16所述的冷却器***，其中所述1-氯-3,3,3-三氟丙烯是大于99wt％的反式异构体。

21.如权利要求16所述的冷却器***，其中所述1-氯-3,3,3-三氟丙烯基本上是该反式异构体。

22.如权利要求1所述的冷却器***，其中所述制冷剂进一步包括氢氟烯烃、氢氟烃、氢氯氟烃、氯氟烃、氢氯烯烃、氟酮、氢氟醚、烃、氨以及其混合物。

23.一种产生冷却的方法，该方法使用如权利要求1所述的冷却器***。

24.如权利要求23所述的产生冷却的方法，其中所述至少一个液体制冷器是以以下方式运行的浸没式蒸发器：一部分在低于大气压的压力下运行。

25.一种用于在冷却器***中产生冷却的方法，该方法包括在压缩机中压缩制冷剂、并且蒸发在有待被冷却的实体附近的该制冷剂，其中所述制冷剂包括氯-三氟丙烯。

26.一种产生加热的方法，该方法使用如权利要求8所述的冷却器***。

27.如权利要求26所述的产生加热的方法，其中所述液体制冷器是以以下方式运行的浸没式蒸发器：一部分在低于大气压的压力下运行。

28.一种用于在冷却器***中产生加热的方法，该方法包括在压缩机中压缩制冷剂、并且冷凝在有待被加热的实体附近的该制冷剂，其中所述制冷剂包括氯-三氟丙烯。