CN113150745A - 三元环保混合制冷剂、其制备方法及制冷*** - Google Patents

三元环保混合制冷剂、其制备方法及制冷*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及制冷剂技术领域，具体而言，涉及一种三元环保混合制冷剂、该三元环保混合制冷剂的制备方法及制冷***。三元环保混合制冷剂包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为二氟甲烷，所述第二组分为三氟乙烯，所述第三组分为1,1‑二氟乙烷或三氟甲基甲基醚，所述三元环保混合制冷剂的GWP值小于450。三元环保混合制冷剂的制备方法包括：将所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分在室温液相状态下混合并搅拌，得到所述三元环保混合制冷剂。三元环保混合制冷剂不仅具有低GWP的环保特性，***性能系数与R410A相近，且单位容积制冷量可以得到一定程度提升，能够较好的对R410A制冷剂进行替代。

Description

三元环保混合制冷剂、其制备方法及制冷***
技术领域
本申请涉及制冷剂技术领域，具体而言，涉及一种三元环保混合制冷剂、该三元环保混合制冷剂的制备方法及制冷***。
背景技术
制冷技术是二十一世纪对人类社会产生重大影响的工程技术成就之一，但在“环保”和“节能”的两大压力下，制冷剂成为了制冷技术发展的瓶颈，2016年10月《蒙特利尔议定书》第28次缔约方会议达成“基加利修正案”，将18种氢氟烃类(HFCs)物质列入受控清单，高温室效应潜能值(GWP)的制冷剂将要面临替代。R410A是家用空调常用的制冷剂，它是由两种氢氟烃类物质，二氟甲烷(R32)和五氟乙烷(R125)组成的混合物，GWP为1924，由于较高的GWP值其已在欧洲和日本等发达国家被限制使用。因此有必要开发一种新型的制冷剂以替代R410A，在保持热力性能的同时获得优异的环保性能。
发明内容
为了解决现有技术中的R410a环保性能差的技术问题，本发明的首要目的在于，提出一种新型的环保混合制冷剂，从制冷剂的环保性、安全性、物性、性能及经济性多个维度进行仔细筛选，形成一种与R410a相比，GWP更低、安全性更高且热力学性能相当的替代制冷剂，并且提出了该环保混合制冷剂的制备方法以及应用该制冷剂的制冷***。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第一个方面，本技术方案提供了一种三元环保混合制冷剂。
根据本申请实施例的三元环保混合制冷剂，其包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为二氟甲烷，所述第二组分为三氟乙烯，所述第三组分为1,1-二氟乙烷或三氟甲基甲基醚，所述三元环保混合制冷剂的GWP值小于450。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括4-72％的二氟甲烷、16-88％的三氟乙烯和4-24％的1,1-二氟乙烷。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括36-52％的二氟甲烷、40-48％的三氟乙烯和8-16％的1,1-二氟乙烷。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括48％的二氟甲烷、48％的三氟乙烯和4％的1,1-二氟乙烷。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括52％的二氟甲烷、44％的三氟乙烯和4％的1,1-二氟乙烷。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括4-68％的二氟甲烷、24-84％的三氟乙烯和4-20％的三氟甲基甲基醚。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括36-52％的二氟甲烷、28-48％的三氟乙烯和12-20％的三氟甲基甲基醚。
进一步的，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括4％的二氟甲烷、84％的三氟乙烯和12％的三氟甲基甲基醚。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第二个方面，本技术方案还提供了一种三元环保混合制冷剂的制备方法，用于制备本发明实施例第一方面提供的三元环保混合制冷剂，所述制备方法包括以下步骤：将所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分在室温液相状态下混合并搅拌，得到所述三元环保混合制冷剂。
为了实现上述目的，根据本技术方案的第三个方面，本技术方案还提供了一种制冷***，该制冷***包括工质，所述工质包括本发明实施例第一方面提供的三元环保混合制冷剂。
本发明提出的三元环保混合制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，***性能系数与R410A相近且单位容积制冷量可以得到一定程度提升，能够较好的对R410A制冷剂进行替代。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其单元。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
表1三元环保混合制冷剂中各组元物质的基本参数
Figure BDA0003018546790000031
本发明实施例提供的三元环保混合制冷剂，其制备方法是将用于组成三元环保混合制冷剂的第一组分、第二组分和第三组分，按照其相应的质量配比在常温常压液相状态下进行物理混合，从而成为三元混合物，具体可以在室温液相状态下混合并搅拌，制得三元环保混合制冷剂。其中所述第一组分为二氟甲烷，所述第二组分为三氟乙烯，所述第三组分为1,1-二氟乙烷或三氟甲基甲基醚。本发明实施例中三元环保混合制冷剂中的各组元物质的基本参数见表1。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例对技术方案进行清楚完整地描述，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面将结合较优的实施例来详细说明本申请。参照表2所示，下面给出多个具体实施例和对比例，其中组分的比例均为摩尔百分比，每种三元环保混合制冷剂的组元物质的摩尔百分数之和为100％。
表2各实施例及对比例的成分组成
配方 第一组分 第二组分 第三组分 摩尔配比
实施例1 R32 R1123 R152a 0.04/0.88/0.08
实施例2 R32 R1123 R152a 0.24/0.68/0.08
实施例3 R32 R1123 R152a 0.36/0.40/0.24
实施例4 R32 R1123 R152a 0.48/0.48/0.04
实施例5 R32 R1123 R152a 0.52/0.44/0.04
实施例6 R32 R1123 R152a 0.68/0.16/0.16
实施例7 R32 R1123 R152a 0.72/0.20/0.08
实施例8 R32 R1123 RE143a 0.04/0.84/0.12
实施例9 R32 R1123 RE143a 0.36/0.44/0.20
实施例10 R32 R1123 RE143a 0.48/0.48/0.04
实施例11 R32 R1123 RE143a 0.52/0.44/0.04
实施例12 R32 R1123 RE143a 0.64/0.24/0.12
实施例13 R32 R1123 RE143a 0.68/0.28/0.04
对比例1 R32 R1123 R152a 0.84/0.04/0.12
对比例2 R32 R1123 R152a 0.04/0.92/0.04
对比例3 R32 R1123 R152a 0.20/0.40/0.40
对比例4 R32 R1123 RE143a 0.84/0.04/0.12
对比例5 R32 R1123 RE143a 0.04/0.92/0.04
对比例6 R32 R1123 RE143a 0.20/0.40/0.40
实施例1
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按4:88:8的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例2
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按24:68:8的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例3
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按36:40:24的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例4
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按48:48:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例5
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按52:44:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例6
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按68:16:16的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例7
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按72:20:8的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例8
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按4:84:12的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例9
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按36:44:20的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例10
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按48:48:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例11
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按52:44:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例12
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按64:24:12的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
实施例13
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按68:28:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
对比例1
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按84:4:12的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
对比例2
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按4:92:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
对比例3
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和1,1-二氟乙烷(R152a)按20:40:40的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
对比例4
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按84:4:12的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
对比例5
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按4:92:4的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
对比例6
将二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)和三氟甲基甲基醚(RE143a)按20:40:40的摩尔比，在常温常压液相下进行物理混合均匀得到一种三元环保混合制冷剂。
为了比较各实施例和对比例的效果，所选取的制冷***的设计工况为：蒸发器蒸发温度(蒸发器入口温度和对应压力下露点温度的算术平均值)为283.15K，冷凝器冷凝温度(冷凝器中露点和泡点温度的算术平均值)为313.15K，蒸发器出口的气相为过热状态，过热度为5K，冷凝器出口的液相为过冷状态，过冷度为5K，压缩机的绝热效率为0.75。分别使用上述实施例1-13、对比例1-6和R410A制冷剂在制冷***中的循环性能参数进行实验，比较了其中各实施例制得制冷剂的GWP，相对单位容积制冷量Qv(与R410A的单位容积制冷量比值)，相对性能系数COP(与R410A的性能系数比值)，压缩机排气温度，压缩机压比，记录在表3中。
由表3可知，本发明提供的三元环保混合制冷剂的环境性能远优于R410A，其GWP较低。具体的，所有制冷剂配方的GWP均小于450，具有较好的环保特性；所有制冷剂配方的相对单位容积制冷量均不低于0.95，相对性能系数均不低于0.95，制冷能力和能效与使用R410A制冷剂基本相当或明显优于R410A制冷剂，制冷能力最高可以提升17％；所有制冷剂配方的压缩机排气温度和压比均与R410A接近，对于整机***是有利的。
技术人员通过实验对比获知，对于由二氟甲烷、三氟乙烯和1,1-二氟乙烷组成的制冷剂而言，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括4-72％的二氟甲烷、16-88％的三氟乙烯和4-24％的1,1-二氟乙烷时，可以获得良好的环保特性以及与R410A相当的热力性能；对于由二氟甲烷、三氟乙烯和三氟甲基甲基醚组成的制冷剂而言，以摩尔百分比计，三元环保混合制冷剂包括4-68％的二氟甲烷、24-84％的三氟乙烯和4-20％的三氟甲基甲基醚时，可以获得良好的环保特性以及与R410A相当的热力性能。若三种组分中存在只是一种不在上述的摩尔占比范围内，将会造成环保性能或热力性能的损失，例如本发明提供的对比例1和对比例4的GWP偏高，均大于450，环保性能较差；对比例2和对比例5的性能系数偏低；对比例3和对比例6的容积制冷量偏低。
表3各实施例、对比例及R410A制冷剂的实验数据
Figure BDA0003018546790000091
由表3的对比数据可以得知，本发明实施例提供的三元环保混合制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，***性能系数与R410A制冷剂相近，且单位容积制冷量最高可提升17％，能够较好的对R410A制冷剂进行替代。
本发明实施例相应保护一种制冷***，该制冷***包括工质，该工质包括本发明上述实施例所提供的三元环保混合制冷剂。制冷***的其他构成和工作原理适用于现有技术，此处不再赘述。
本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三元环保混合制冷剂，其特征在于，包括第一组分、第二组分和第三组分，所述第一组分为二氟甲烷，所述第二组分为三氟乙烯，所述第三组分为1,1-二氟乙烷或三氟甲基甲基醚，所述三元环保混合制冷剂的GWP值小于450。
2.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括4-72％的二氟甲烷、16-88％的三氟乙烯和4-24％的1,1-二氟乙烷。
3.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括36-52％的二氟甲烷、40-48％的三氟乙烯和8-16％的1,1-二氟乙烷。
4.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括48％的二氟甲烷、48％的三氟乙烯和4％的1,1-二氟乙烷。
5.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括52％的二氟甲烷、44％的三氟乙烯和4％的1,1-二氟乙烷。
6.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括4-68％的二氟甲烷、24-84％的三氟乙烯和4-20％的三氟甲基甲基醚。
7.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括36-52％的二氟甲烷、28-48％的三氟乙烯和12-20％的三氟甲基甲基醚。
8.根据权利要求1所述的三元环保混合制冷剂，其特征在于，以摩尔百分比计，包括4％的二氟甲烷、84％的三氟乙烯和12％的三氟甲基甲基醚。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的三元环保混合制冷剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分在室温液相状态下混合并搅拌，得到所述三元环保混合制冷剂。
10.一种制冷***，其特征在于，所述制冷***包括工质，其中，所述工质包括权利要求1至8中任一项所述的三元环保混合制冷剂。
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