CN116162443A - 混合环保制冷工质、制冷装置及应用 - Google Patents

混合环保制冷工质、制冷装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合环保制冷工质、制冷装置及应用。按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括：38～98％丙烷，1～28％三氟甲基甲基醚和1～40％丙烯。本申请提供的混合环保制冷工质的ODP值为0、GWP值低、循环性能好、工作压力与R134a相近，在不改变主要器件的前提下可直接使用，以解决现有R134a制冷剂存在GWP值较高的问题，可作为R134a的长期替代工质应用于空调制冷***。

Description

混合环保制冷工质、制冷装置及应用
技术领域
本发明涉及制冷工质领域，具体而言，涉及一种混合环保制冷工质、制冷装置及应用。
背景技术
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(全球变暖潜能值)为1430，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。
目前国际上的主要技术手段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。
中国专利申请CN1285699C公开了一种以氟乙烷(HFC-161)、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)和1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)组成的三元组合物。
中国专利申请CN101765648A公开了一种以1,2,3,3,3-五氟丙烯(HFO-1225ye)和其他化合物组成的混合物。
中国专利申请CN101851490A公开了一种以2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、trans-1,3,3,3-(HFC-1234ze(E))和1,1-二氟乙烷(HFC-152a)组成的混合物。
中国专利申请CN101864277A公开了一种以2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)和二甲醚(DME)组成的混合物。
中国专利申请CN102066518A公开了一种以2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)和1,1-二氟乙烷(HFC-152a)组成的混合物。
上述报道中公开的制冷剂组合物存在GWP偏高和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混合环保制冷工质、制冷装置及应用，以解决现有的制冷剂组合物存在GWP偏高和循环性能不足的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种混合环保制冷工质，按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括：38～98％丙烷，1～28％三氟甲基甲基醚和1～40％丙烯。
进一步地，按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括：45～98％丙烷，1～18％三氟甲基甲基醚和1～40％丙烯。
进一步地，按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括：67～98％丙烷，1～18％三氟甲基甲基醚和1～15％丙烯。
进一步地，混合环保制冷工质包括：润滑剂、增溶剂和分散剂中的一种或多种。
进一步地，混合环保制冷工质包括润滑剂，且润滑剂选自矿物油、硅油和多元醇酯组成的组中的一种或多种。
本申请的第二方面还提供了一种制冷装置，包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流元件以及可选的辅助制冷配件，且连接为闭合回路，闭合回路中含有制冷剂，该制冷剂包括上述混合环保制冷工质。
进一步地，上述制冷装置为空调。
本申请的第三方面还提供了一种混合环保制冷工质在汽车空调***领域的应用。
应用本发明的技术方案，本申请提供的混合环保制冷工质的ODP值为0、GWP值低、循环性能好、工作压力与R134a相近，在不改变主要器件的前提下可直接使用，以解决现有R134a制冷剂存在GWP值较高的问题，可作为R134a的长期替代工质应用于空调制冷***。
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为家用空调***的压缩制冷循环***原理图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、压缩机；20、冷凝器；30、蒸发器；40、节流单元。
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。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的制冷剂组合物存在GWP偏高和循环性能不足的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种混合环保制冷工质，按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括：38～98％丙烷(R290)，1～28％三氟甲基甲基醚(RE143a)和1～40％丙烯(R1270)。
上述混合环保制冷工质具有以下优点：
(1)相比R134a制冷工质，本申请提供的混合环保制冷工质(R290；RE143a；R1270)具有更低的GWP(全球变暖潜能值)，具有明显的环保优势。
(2)相对于R134a，上述混合环保制冷工质的分子质量更小，因而流动性好，有助于延长压缩机的使用寿命。
(3)本发明的混合环保制冷工质的滑移温度较小(优选地，滑移温度均低于1℃)，属于近共沸混合物，能够大大降低温度滑移带来不良影响的几率。
(4)相比于R134a，上述混合环保制冷工质的压比更低，这能够减少压缩机功耗并对压缩机长期运行有益。
(5)本发明的混合环保制冷工质具备良好的热力性能，应用于空调等制冷设备中，制冷循环性能优于R134a，工作压力与R134a相近，能够实现不改变***主要器件的前提下直接充灌新型制冷工质。
综上所述，本申请提供的混合环保制冷工质的ODP值为0、GWP值低、循环性能好、工作压力与R134a相近，在不改变主要器件的前提下可直接使用，以解决现有R134a制冷剂存在GWP值较高的问题，可作为R134a的长期替代工质应用于空调制冷***。
上述混合环保制冷工质具有环境友好性、可以直接灌注、分子质量低、滑移温度低及压缩比低等优点。在一种优选的实施例中，按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括：45～98％丙烷，1～18％三氟甲基甲基醚和1～40％丙烯。混合环保制冷工质中，各组分的用量包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内得到的混合环保制冷工质具有较低的GWP(<100)，低碳环保更具优势，同时具有更高的单位容积制冷量Qv与性能系数Cop。更优选地，按重量百分含量计，混合环保制冷工质包括67～98％丙烷，1～18％三氟甲基甲基醚和1～15％丙烯。
为了进一步提高混合环保制冷工质的综合性能，还可以加入一些助剂。在一种优选的实施例中，混合环保制冷工质包括：润滑剂、增溶剂和分散剂中的一种或多种。在上述制冷工质中加入润滑剂有利于提高其应用过程中的流动性；加入增溶剂有利于进一步提高各组分的相溶性，从而具有更好低温适应性；加入分散剂有利于进一步提高混合环保制冷工质中各组分的分散性，从而进一步提高混合环保制冷工质的均一性，提高其性能的稳定性。
在一种优选的实施例中，上述混合环保制冷工质包括润滑剂，且润滑剂包括但不限于矿物油、硅油和多元醇酯组成的组中的一种或多种。相比于其它润滑剂，上述混合环保制冷工质不仅具有良好的润滑性，还具有较好的吸湿性，这有利于进一步降低混合环保制冷工质遇水产生的负面影响。
本申请的第二方面还提供了一种制冷装置，包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流元件以及可选辅助制冷配件，且上述各部件连接为闭合回路，闭合回路中含有制冷剂，制冷剂包括本申请提供的上述混合环保制冷工质。上述混合环保制冷工质具有环境友好性、可以直接灌注、分子质量低、滑移温度低及压缩比低等优点。因而含有其的制冷装置也具有较为优异的综合性能。优选地，上述制冷装置为空调。
在一种优选的实施例中，空调***的压缩制冷循环***原理如图1所示。低压混合冷媒(本申请也提供的混合环保制冷工质)在蒸发器30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10被压缩至高温高压的气态，经冷凝器20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40节流为气液两相态低压冷媒。本发明中混合环保制冷工质在上述单级压缩空调中换热、被压缩、节流，替代R134a制冷剂。
本申请的第三方面还提供了一种上述混合环保制冷工质在汽车空调***的应用。上述混合环保制冷工质具有环境友好性、可以直接灌注、分子质量低、滑移温度低及压缩比低等优点。因而将其应用于汽车空调***领域也具有较为优异的综合性能。
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。
各组分物质的基本参数见表1。
表1
Figure BDA0004069521420000041
/>
下面给出多个具体实施例，其中组分的比例均为重量百分比，每种制冷剂组合物的组分重量百分数之和为100％。每种实施例中和对比例都是将各组分在温度23℃～27℃，压力为0.1MPa状态下按固定的重量比进行液相物理混合，混合均匀得到的一种混合环保制冷工质。
实施例1
将R290、RE143a和R1270在液相下按38：27：35的质量百分比进行物理混合。
实施例2
将R290、RE143a和R1270在液相下按42：28：30的质量百分比进行物理混合。
实施例3
将R290、RE143a和R1270在液相下按45：25：30的质量百分比进行物理混合。
实施例4
将R290、RE143a和R1270在液相下按49：11：40的质量百分比进行物理混合。
实施例5
将R290、RE143a和R1270在液相下按52：8：40的质量百分比进行物理混合。
实施例6
将R290、RE143a和R1270在液相下按58：18：24的质量百分比进行物理混合。
实施例7
将R290、RE143a和R1270在液相下按98：1：1的质量百分比进行物理混合。
实施例8
将R290、RE143a和R1270在液相下按88：17：5的质量百分比进行物理混合。
实施例9
将R290、RE143a和R1270在液相下按80：10：10的质量百分比进行物理混合。
实施例10：
将R290、RE143a和R1270在液相下按67：18：15的质量百分比进行物理混合。
实施例11
将R290、RE143a和R1270在液相下按66：14：20的质量百分比进行物理混合。
对比例1
将R290、RE143a和R1270在液相下按22：46：32的质量百分比进行物理混合。
对比例2
将R290、RE143a和R1270在液相下按36：39：25的质量百分比进行物理混合。
对比例3
将R290、RE143a和R1270在液相下按54：40：6的质量百分比进行物理混合。
对比例4
将R290、RE143a和R1270在液相下按63：32：5的质量百分比进行物理混合。
实施例1～11、对比例1～4中的混合工质的性能参数见表2。
表2
Figure BDA0004069521420000061
(滑移温度为0.1MPa对应的泡点温度与露点温度之差)
从表2可以看出，本发明所提供的混合环保制冷工质具有较低的GWP(全球变暖潜能值)，其GWP<150，优选范围GWP<100内相比于R134a具备更明显环保的优势。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。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1℃，属于近共沸混合物，排除了温度滑移带来的不良影响。
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1-6、对比例1-4与R134a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Qv和性能系数COP)的对比结果见表3。
表3
Figure BDA0004069521420000071
从表3可以看出蒸发压力与冷凝压力与R134a相近。压比低于R134a，可减少压缩机功耗并对压缩机长期运行有益。整个***的性能系数COP与R134a相当，单位容积制冷量优于R134a。从对比例可以看出，在优选组元的比例范围之外，其对比例1、对比例2的GWP值较高，同时性能系数Cop相对较低，对比例3、对比例4的GWP值较高，同时单位容积制冷量Qv相对较低。
综上所述，本申请提供了一种混合环保制冷工质，***在设计工况下，并且在理论计算的优选比例范围内，不仅具有低GWP值、零ODP的环保特性，而且热力性能优良，性能系数COP与R134a相当，单位容积制冷量优于R134a。运行压力与R134a相近，在不改变***主要器件的前提下可直接使用。应用于制冷空调领域成为替代R134a的环保型、安全型制冷工质。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
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 (8)

1.一种混合环保制冷工质，其特征在于，按重量百分含量计，所述混合环保制冷工质包括：38～98％丙烷，1～28％三氟甲基甲基醚和1～40％丙烯。
2.根据权利要求1所述的混合环保制冷工质，其特征在于，按重量百分含量计，所述混合环保制冷工质包括：45～98％所述丙烷，1～18％所述三氟甲基甲基醚和1～40％所述丙烯。
3.根据权利要求2所述的混合环保制冷工质，其特征在于，按重量百分含量计，所述混合环保制冷工质包括：67～98％所述丙烷，1～18％所述三氟甲基甲基醚和1～15％所述丙烯。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合环保制冷工质，其特征在于，所述混合环保制冷工质包括：润滑剂、增溶剂和分散剂中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的混合环保制冷工质，其特征在于，所述混合环保制冷工质包括润滑剂，且所述润滑剂选自矿物油、硅油和多元醇酯组成的组中的一种或多种。
6.一种制冷装置，包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流元件以及可选的辅助制冷配件，且连接为闭合回路，所述闭合回路中含有制冷剂，其特征在于，所述制冷剂包括权利要求1至5中任一项所述的混合环保制冷工质。
7.根据权利要求6所述的制冷装置，其特征在于，所述制冷装置为空调。
8.权利要求1至5中任一项所述的混合环保制冷工质在汽车空调***领域的应用。
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