CN116574486A - 一种用于替代r290的环保混合制冷剂 - Google Patents

一种用于替代r290的环保混合制冷剂 Download PDF

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Abstract

本发明属于制冷、热泵及低沸点动力循环技术领域，公开了用于替代R290的环保混合制冷剂，包括第一组分、第二组分和第三组分；其中：第一组分为一氟乙烷(R161)，第二组分为三氟碘甲烷(R13I1)，第三组分为2,3,3,3‑四氟丙烯(R1234yf)、1,1‑二氟乙烷(R152a)和六氟丙烯(R1216)中的一种。本发明所提供的环保混合制冷剂用于替代R290，其具有不大于50的GWP值，且可燃性明显弱于R290，在安全性方面具有明显的优势。本发明环保混合制冷剂的热力学性能与R290相当甚至更优，完全可以替代R290在制冷、热泵及低沸点动力循环***中使用，拥有广阔的应用前景。

Description

一种用于替代R290的环保混合制冷剂
技术领域
本发明属于制冷、热泵及低沸点动力循环技术领域，具体的说，是涉及一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
背景技术
能源和环境问题是当今世界面临的两个重大问题。我国不仅是全球最大的制冷产品生产和消费国，还是最大的出口国，制冷用电量已占全社会用电量的15％以上，而且增速迅猛。因此制冷技术对于社会经济的高速发展起着至关重要的作用。而制冷剂是制冷***正常运行，实现能量转换的关键媒介，其基础物性直接关系到制冷***各部件的设计制造及协调配合。制冷技术不断发展的同时，制冷剂也不断更新。在此过程中制冷剂因为已经引发或者可能引发的环境问题使其备受瞩目，特别是目前全球变暖日趋严峻，使得对新型环保制冷剂的研发迫在眉睫。
目前，家用空调中相较广泛使用的R22(二氟一氯甲烷)制冷剂，但其温室效应潜能值(GWP)较高，将逐渐被淘汰。在新一代环保制冷剂的推广和应用当中，自然工质R290具有优良的流动性与传热特性、较低的排气温度、较小的充注量、较小的压力比等优良性能，因此R290(丙烷)是目前有希望进行全面应用的制冷剂之一。但R290制冷剂的安全性是影响其推广及产业化的瓶颈因素。
碳氢类制冷剂具有优越的热力学性能和环保性能，但是绝大部分属于A3类物质，极易燃；氢氟烃类制冷剂安全稳定，不可燃，性能良好，但有较高的GWP，环保性能不佳；不饱和烯烃类制冷剂具有良好的环保性能和较弱的可燃性，但是在热力学性能方面并不十分理想。由此可见，没有任何一种制冷剂可以完美的应用到制冷***中。在可燃性、环保性、热力学性能三方面折中，采用混合制冷剂的替代方案，也是解决现阶段问题的一条途径。但目前尚未找到较为完美的替代方案，如何克服现有技术的不足，寻找具有良好热力学性能、安全、环保的制冷剂来替代R290成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决目前R290制冷剂安全性能差的技术问题，本发明提供了一种用于替代R290的环保混合制冷剂，该混合制冷剂的环保性能好，其臭氧消耗潜值(ODP)为零，而且具有较低的GWP值(GWP<50)，安全性能优于R290，同时热力学性能与R290相当甚至更优，完全可以替代R290在制冷、热泵及低沸点动力循环***中使用。
为达到上述目的，本发明通过以下的技术方案予以实现：
本发明提供了一种用于替代R290的环保混合制冷剂，包括第一组分、第二组分和第三组分；其中：所述第一组分为一氟乙烷(R161)，所述第二组分为三氟碘甲烷(R13I1)，所述第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)和六氟丙烯(R1216)中的一种；并且，所述第一组分的质量百分比为41～55％，所述第二组分的质量百分比为40～58％，所述第三组分的质量百分比为1～15％。
进一步地，所述第一组分的质量百分比为45～51％，所述第二组分的质量百分比为45～53％，所述第三组分的质量百分比为2～10％。
进一步地，其GWP值小于50，且可燃性弱于R290。
本发明的一种用于替代R290的环保混合制冷剂的制备方法是，将三种组分物质按其指定的质量配比在常温下进行物理混合即可。本发明中各组分可商购获得，或可由本领域已知方法制得。各组分的物质的基本参数见表1。
表1各组分基本物理参数
本发明的有益效果是：
(一)本发明提供的一种用于替代R290的环保混合制冷剂，其ODP值为零，GWP小于50，具有不破坏臭氧层、温室效应影响小的特点，环保性能良好；
(二)本发明提供的一种用于替代R290的环保混合制冷剂，其中含有较大比例的不可燃工质R13I1，可以抑制混合制冷剂的可燃性，提高***的安全性能。与R290相比，在安全性方面具有明显的优势；
(三)本发明提供的一种用于替代R290的环保混合制冷剂，其性能系数(COP)和单位容积制冷量与R290相当甚至更优，具有较高的***循环性能。
(四)本发明提供的一种用于替代R290的环保混合制冷剂，能够应用于R290的制冷、热泵及低沸点动力循环***，且不需做过多部件的更换，只做部分部件的更改即可。
可见，本发明的取得可以解决R290制冷剂易燃易爆的安全性问题，对R290制冷剂在制冷、热泵及低沸点动力循环***的推广具有重要意义。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明在具体实施时，所用的制冷剂一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)和六氟丙烯(R1216)均为制冷、热泵及低沸点动力循环技术领域所常用的制冷剂。按不同的质量百分比浓度，在常温常压液相状态下进行物理混合，混合均匀后形成一种能够替代R290的环保混合制冷剂。下面给出多个具体实施例，其中各组分的比例均为质量比，每种混合工质的组分物质的质量比之和为100％。
实施例1
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)三种组分在常温常压液相下41％/58％/1％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例2
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)三种组分在常温常压液相下55％/40％/5％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例3
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)三种组分在常温常压液相下42％/43％/15％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例4
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)三种组分在常温常压液相下45％/53％/2％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例5
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)三种组分在常温常压液相下51％/45％/4％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例6
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)三种组分在常温常压液相下45％/45％/10％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例7
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1-二氟乙烷(R152a)三种组分在常温常压液相下41％/58％/1％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例8
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1-二氟乙烷(R152a)三种组分在常温常压液相下55％/40％/5％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例9
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1-二氟乙烷(R152a)三种组分在常温常压液相下45％/40％/15％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例10
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1-二氟乙烷(R152a)三种组分在常温常压液相下45％/53％/2％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例11
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1-二氟乙烷(R152a)三种组分在常温常压液相下51％/45％/4％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例12
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和1,1-二氟乙烷(R152a)三种组分在常温常压液相下45％/45％/10％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例13
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和六氟丙烯(R1216)三种组分在常温常压液相下41％/58％/1％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例14
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和六氟丙烯(R1216)三种组分在常温常压液相下55％/40％/5％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例15
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和六氟丙烯(R1216)三种组分在常温常压液相下43％/42％/15％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例16
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和六氟丙烯(R1216)三种组分在常温常压液相下45％/53％/2％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例17
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和六氟丙烯(R1216)三种组分在常温常压液相下51％/45％/4％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
实施例18
将一氟乙烷(R161)、三氟碘甲烷(R13I1)和六氟丙烯(R1216)三种组分在常温常压液相下45％/45％/10％的质量百分比浓度进行物理混合，混合均匀得到一种用于替代R290的环保混合制冷剂。
其中，摩尔质量(g/mol)、标准沸点(℃)、临界温度(℃)、临界压力(MPa)根据美国国家标准技术研究所(NIST)研制开发的工质物性查询REFPROP 10.0a所得到。GWP值数据来自政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《Climate Change 2021:The PhysicalScience Basis》。
表2实施例1～18与R290的基本物性参数对比
由表2可知，上述实施例的GWP值均小于50，具有优异的环保性能，满足目前国际法律法规的要求；各实施例的泡点温度和R290的标准沸点接近；各实施例的温度滑移较小，部分实施例接近共沸制冷剂，可以减小***运行时工质的温度滑移造成的不良影响。
在蒸发温度为5℃，冷凝温度为35℃，过热度为10℃，过冷度为5℃，压缩机综合效率为0.8的制冷工况下，上述实施例与R290的热力参数(排气压力和温度)及相对***循环性能(各实施例相对R290的相对单位容积制冷量和相对COP)的对比结果见表3。
表3实施例1～18与R290的循环性能对比
其中，蒸发压力(MPa)、冷凝压力(MPa)、压比、排气温度(℃)、相对单位容积制冷量、相对COP数据，是按照单级压缩蒸汽制冷机循环计算得到。
由表3可知：1、大多数实施例中新制冷剂的***性能系数COP略高于R290(实施例6除外)，且新制冷剂的单位容积制冷量与R290的单位容积制冷量十分接近，表明新制冷剂在循环性能方面替代的可行性；2、由上述结果还能看出，各实施例的冷凝压力皆低于R290，压比和R290相比差别不大，因此不需对***做过多部件的更换，只做部分部件的更改即可；3、R13I1为高效阻燃剂，因此可以预估新制冷剂所包含的比例混合物主要为不可燃或者弱可燃制冷剂，增加了***运行及工作环境的安全性；
可见，制冷***在以上工况下，并且在以上理论计算的优选比例范围内，本发明的一种用于替代R290的环保混合制冷剂的***循环性能与R290接近甚至更优，其突出优势是新工质的可燃性方面可以达到不可燃或者弱可燃的效果，与R290制冷剂相比，具有明显的安全性能优势。综上，本发明所述的环保混合制冷剂在替代R290时具有非常好的应用效果和发展潜力。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于替代R290的环保混合制冷剂，其特征在于，包括第一组分、第二组分和第三组分；其中：所述第一组分为一氟乙烷(R161)，所述第二组分为三氟碘甲烷(R13I1)，所述第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)和六氟丙烯(R1216)中的一种；并且，所述第一组分的质量百分比为41～55％，所述第二组分的质量百分比为40～58％，所述第三组分的质量百分比为1～15％。
2.根据权利要求1所述的一种用于替代R290的环保混合制冷剂，其特征在于，所述第一组分的质量百分比为45～51％，所述第二组分的质量百分比为45～53％，所述第三组分的质量百分比为2～10％。
3.根据权利要求1所述的一种用于替代R290的环保混合制冷剂，其特征在于，其GWP值小于50，且可燃性弱于R290。
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