CN114992919B - 制冷工质、制冷剂及制冷*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制冷工质、制冷剂及制冷***。以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～57％；环丙烷1～98％。本发明通过各组分之间的协同作用，使得上述混合工质相比于R134a制冷工质具有更低的GWP，GWP<300，具有明显的环保优势。而且本发明的制冷工质热力性能优良，单位容积制冷量Qv和性能系数COP接近或优于R134a，制冷循环性能更佳。此外，上述制冷工质的沸点、临界温度、临界压力、运行压力与R134a相近，在不改变现有***主要器件的前提下可直接应用于空调制冷领域，成为替代R134a的环保型制冷工质。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种制冷工质、制冷剂及制冷***。
背景技术
随着全球变暖日益严重，环境保护问题越来越受到重视，氟利昂中含氯无氢的氟化碳CFC对环境的破坏力最大，含氢与氯的氟化碳HCFC次之，这些氟利昂气体逸散到平流层中，由于紫外线的作用，从氯氟烃中分解出的氯原子对臭氧层进行破坏，导致达到地球表面的紫外线大大增强，破坏了生物环境的平衡，严重影响人类的生存环境，需要被淘汰。
目前空调***中使用的R134a具有良好的热力性能，ODP(臭氧潜能值)为0，但是由于其GWP为1430，处于基加利修正案的受控范围之中，逐步淘汰已经成为必然趋势，所以寻找既满足环保要求又满足空调***能力能效要求的工质已迫在眉睫。目前国际上常从单工质和制冷剂组合物的角度出发进行新型低GWP值制冷剂的替代研究，主要是新型HFCs替代物、氢氟烯烃(HFOs)替代物、碳氢制冷剂类天然工质，寻求合适的组合物以满足空调***对于制冷剂的要求。然而，现有公开的制冷剂组合物均存在GWP偏高或者循环性能不足等缺点，因此，需要开发具有更好制冷性能，与现有***更好兼容以及更具安全、环保性能的新制冷剂。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种制冷工质、制冷剂及制冷***，以解决现有技术中制冷剂GWP偏高、制冷循环性能不足的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制冷工质，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～57％；环丙烷1～98％。
进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷27～98％。
进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷50～98％。
进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～15％；环丙烷57～98％。
进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括1％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚和98％的环丙烷；或者制冷工质包括42％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚和57％的环丙烷；或者制冷工质包括68％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚和31％的环丙烷。
根据本发明的另一方面，提供了一种制冷剂，包括本发明的制冷工质。
进一步地，制冷剂还包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。
进一步地，润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
根据本发明的另一方面，提供了一种制冷***，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件，压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件通过闭合回路连接，闭合回路中具有本发明的制冷剂。
进一步地，制冷***为空调***。
应用本发明的技术方案，通过各组分之间的协同作用，使得上述混合工质相比于R134a制冷工质具有更低的GWP，GWP<300，具有明显的环保优势。而且本发明的制冷工质热力性能优良，单位容积制冷量Qv和性能系数COP接近或优于R134a，制冷循环性能更佳。此外，上述制冷工质的沸点、临界温度、临界压力、运行压力与R134a相近，在不改变现有***主要器件的前提下可直接应用于空调制冷领域，成为替代R134a的环保型制冷工质。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明压缩制冷循环***图；
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、压缩机；2、冷凝器；3、蒸发器；4、节流元件。
具体实施方式
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
术语解释：
R134a：1,1,1,2-四氟乙烷。
单位容积制冷量Qv：单位容积制冷剂在制冷***中流动时所产生的制冷量。
性能系数COP：单位功耗所能获得的冷量。
运行压力：蒸发压力和冷凝压力。
压缩比：蒸发压力与冷凝压力之比。
滑移温度：0.1MPa对应的泡点温度与露点温度之差。
正如本申请背景技术中所述，现有技术中存在制冷剂GWP偏高、制冷循环性能不足的问题。为了解决上述问题，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种制冷工质，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷(R290)1～68％；三氟甲基甲基醚(RE143a)1～57％；环丙烷(RC270)1～98％。
通过上述组分的制冷工质各能力能效和GWP值不同的组分之间的协同作用，使得上述混合工质相比于现有R134a制冷工质具有更低的GWP，GWP<300，具有明显的环保优势。而且本申请的制冷工质热力性能优良，单位容积制冷量Qv和性能系数COP接近或优于R134a，制冷循环性能更佳。此外，上述制冷工质的沸点、临界温度、临界压力、运行压力与R134a相近，在不改变现有***主要器件的前提下可直接应用于空调制冷领域，成为替代R134a的环保型制冷工质。此外，本申请的混合制冷工质分子质量小于R134a，流动性好，有助于延长压缩机的使用寿命；滑移温度较小，可以排除温度滑移带来的不良影响；压缩比低于R134a，可减少压缩机功耗并对压缩机长期运行有益。
在一种优选的实施方式中，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷27～98％。制冷工质组合物包含的三种组分质量百分比分别在上述范围内时，具有更低的GWP，其GWP<150，在低碳环保方面更具优势。
优选地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷50～98％。制冷工质组合物包含的三种组分质量百分比分别在上述范围内时，GWP<150，还具有更高的性能系数COP，循环性能优异。
优选地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～15％；环丙烷57～98％。上述质量百分比的制冷工质同时具有更小的分子量、更小的GWP和更高的性能系数COP。
在一些实施例中，以质量百分比计，制冷工质包括1％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚，98％的环丙烷；或者制冷工质包括42％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚，57％的环丙烷；或者制冷工质包括68％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚，31％的环丙烷，综合性能更佳。
在本申请又一种典型的实施方式中，还提供了一种制冷剂，包括本申请的制冷工质，具有较低的GWP值和良好的制冷循环性能。
为了提高上述制冷工质的流动性以及***适用性，在一种优选的实施方式中，制冷剂还包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。
对润滑剂的种类没有特别的限制，本领域常用的润滑剂都适用于本申请。在一种优选的实施方式中，润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
在本申请又一种典型的实施方式中，还提供了一种制冷***，如图1所示，该制冷***包括压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、节流元件4，其中压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、节流元件4通过闭合回路连接，闭合回路中具有本申请的制冷剂。其中，低压混合冷媒(制冷剂)在蒸发器3和室内空气进行换热释放冷量，之后低压气态冷媒进入压缩机1被压缩至高温高压的气态，经冷凝器2与室外空气进行换热释放热量，冷凝为高压的液态冷媒，再经节流元件4节流为气液两相态低压冷媒。
在一种优选的实施方式中，制冷***为空调***，本申请的制冷剂用于空调***可以直接替代现有R134a的环保型制冷剂。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
本发明对将制冷工质组合物包括丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)和环丙烷(RC270)进行以下组合。其中组分的比例均为质量百分比，每种制冷工质组合物的组分质量百分数之和为100％。当组合方式确定时，制冷工质组分按照其相应的质量配比在温度23～27℃，压力为0.1MPa状态下进行液相的物理混合。各组分物质的基本参数见表1。
表1
实施例1
将R290、RE143a和RC270在液相下按1:1:98的质量百分比进行物理混合。
实施例2
将R290、RE143a和RC270在液相下按1:28:71的质量百分比进行物理混合。
实施例3
将R290、RE143a和RC270在液相下按10:26:64的质量百分比进行物理混合。
实施例4
将R290、RE143a和RC270在液相下按16:20:64的质量百分比进行物理混合。
实施例5
将R290、RE143a和RC270在液相下按22:40:38的质量百分比进行物理混合。
实施例6
将R290、RE143a和RC270在液相下按22:40:38的质量百分比进行物理混合。
实施例7
将R290、RE143a和RC270在液相下按27:20:53的质量百分比进行物理混合。
实施例8
将R290、RE143a和RC270在液相下按35:57:8的质量百分比进行物理混合。
实施例9
将R290、RE143a和RC270在液相下按35:15:50的质量百分比进行物理混合。
实施例10
将R290、RE143a和RC270在液相下按42:38:20的质量百分比进行物理混合。
实施例11
将R290、RE143a和RC270在液相下按42:1:57的质量百分比进行物理混合。
实施例12
将R290、RE143a和RC270在液相下按45:28:27的质量百分比进行物理混合。
实施例13
将R290、RE143a和RC270在液相下按52:21:27的质量百分比进行物理混合。
实施例14
将R290、RE143a和RC270在液相下按60:10:30的质量百分比进行物理混合。
实施例15
将R290、RE143a和RC270在液相下按68:1:31的质量百分比进行物理混合。
对比例1
将R290、RE143a和RC270在液相下按33:60:7的质量百分比进行物理混合。
对比例2
将R290、RE143a和RC270在液相下按20:64:16的质量百分比进行物理混合。
对比例3
制冷工质为单一R134a。
对比例4
将R290和RE143a在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。
对比例5
将R290和RC270在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。
对比例6
将RE143a和RC270在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。实施例1至15、对比例1至6中的混合制冷工质的性能参数见表2。
表2
从表2可以看出，本申请实施例中所提供的制冷工质具有更低的GWP，GWP<300，优选范围内GWP可以<150，相比于R134a具备更明显的环保优势。同时分子量较R134a小，故具有更好的流动性，有助于延长压缩机使用寿命。沸点、临界温度、临界压力与R134a相近，可作为R134a的长期替代物质。此外，本申请实施例的混合制冷工质的滑移温度较小，列举的实施例的滑移温度均低于3℃，属于近共沸混合物，排除了温度滑移带来的不良影响。从对比例1和2可以看出，制冷工质的组分不在本申请的比例范围内时，GWP>300，环保性能较差。与对比例4至6相比，本发明的实施例通过特定组分的制冷工质各能力能效和GWP值不同的组分之间的协同作用，使得上述混合工质具有更低的GWP。
在制冷工况下(即蒸发温度为10℃，冷凝温度为45℃，过热度为3℃，过冷度为7℃，压缩机绝热效率为0.7)，上述实施例1至15、对比例1至6的热力参数(即压缩比和排气温度)及相对热力性能(即相对单位容积制冷量和相对效率COP)的对比结果见表3。
表3
从表3可以看出，本申请各实施例制冷工质的蒸发压力与冷凝压力与R134a相近，可以直接代替R134a进行使用，压缩比低于R134a，可减少压缩机功耗并对压缩机长期运行有益。而且各实施例的性能系数COP与单位容积制冷量与R134a相当或更优于R134a，循环性能优异。从对比例1和2可以看出，制冷工质的组分不在本申请的比例范围内时，其性能系数COP相对较低。与对比例4至6相比，本发明的实施例通过特定组分的制冷工质各能力能效和GWP值不同的组分之间的协同作用，使得上述混合工质制冷循环性能更佳。
综上所述，本申请的制冷工质在设计***工况下，并且在理论计算的优选比例范围内时，不仅具有低GWP值、零ODP的环保特性，而且热力性能优良，单位容积制冷量Qv和性能系数COP接近或优于R134a，运行压力与R134a相近，可以直接应用于空调制冷领域成为替代R134a的环保型制冷工质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷工质由以下成分组成：
R290 1~68%；
RE143a 1~28%；
RC270 27~98%。
2.根据权利要求1所述的制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷工质由以下成分组成：
R290 1~42%；
RE143a 1~28%；
RC270 50~98%。
3.根据权利要求1所述的制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷工质由以下成分组成：
R290 1~42%；
RE143a 1~15%；
RC270 57~98%。
4.根据权利要求1所述的制冷工质，其特征在于，以质量百分比计，所述制冷工质由1%的所述R290，1%的所述RE143a和98%的所述RC270组成；或者
所述制冷工质由42%的所述R290，1%的所述RE143a和57%的所述RC270组成；或者
所述制冷工质由68%的所述R290，1%的所述RE143a和31%的所述RC270组成。
5.一种制冷剂，包括制冷工质，其特征在于，所述制冷工质为权利要求1至4中任一项所述的制冷工质。
6.根据权利要求5所述的制冷剂，其特征在于，所述制冷剂还包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。
7.根据权利要求6所述的制冷剂，其特征在于，所述润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
8.一种制冷***，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件，所述压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件通过闭合回路连接，所述闭合回路中具有制冷剂，其特征在于，所述制冷剂为权利要求5至7中任一项所述的制冷剂。
9.根据权利要求8所述的制冷***，其特征在于，所述制冷***为空调***。
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