一种替代R134a的制冷剂及其应用的制作方法

一种替代r134a的制冷剂及其应用
技术领域
1.本发明涉及制冷剂技术领域，特别涉及一种替代r134a的制冷剂及其应用。


背景技术：

2.随着环保趋势的日益严重，对于hfcs的“温室效应”，蒙特利尔议定书修订案要求一种既不破坏臭氧层又具有较低gwp值(全球变暖潜值)的制冷剂来替代目前高gwp制冷剂，并有效应用于制冷系统中。
3.r134a作为目前主流的商业制冷设备制冷剂，目前却尚未找到较为完美的替代r134a的方案，并且由于r134a自身的特点，使用r134a的制冷设备单位容积制冷量较低，使得压缩机体积较大(排量较大)，最后使得制冷设备cop(相对制冷系数)较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种替代r134a的制冷剂及其应用，旨在设计一种节能环保的制冷剂来替代r134a。
5.本发明提供了一种替代r134a的制冷剂，所述替代r134a的制冷剂包括异丁烷(r600a)、氟乙烷(r161)和三氟碘甲烷(r13i1)；
6.其中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括33
‑
65份的所述异丁烷(r600a)、15
‑
43份的所述氟乙烷(r161)和20
‑
45份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
7.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括45
‑
60份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
30份的所述氟乙烷(r161)和22
‑
32份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
8.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括40
‑
55份的所述异丁烷(r600a)、15
‑
35份的所述氟乙烷(r161)和25
‑
35份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
9.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括35
‑
45份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
33份的所述氟乙烷(r161)和30
‑
40份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
10.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括55
‑
65份的所述异丁烷(r600a)、30
‑
35份的所述氟乙烷(r161)和35
‑
40份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
11.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括33
‑
45份的所述异丁烷(r600a)、28
‑
35份的所述氟乙烷(r161)和33
‑
43份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
12.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括40
‑
55份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
43份的所述氟乙烷(r161)和35
‑
40份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
13.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括35
‑
40份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
30份的所述氟乙烷(r161)和30
‑
45份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
14.可选地，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括55
‑
65份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
33份的所述氟乙烷(r161)和20
‑
30份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
15.本发明还提供了一种替代r134a的制冷剂的应用，替代r134a作为满液式冷却器、干式蒸发冷却器、直接膨胀式冷却器或固定式空调系统的制冷剂。
16.本发明的技术方案中，替代r134a的制冷剂的三种组分能在制冷量、节能率、工作压力方面取长补短，利用异丁烷、氟乙烷、三氟碘甲烷的三元结合具有潜热大、导热性能好等特点，异丁烷、氟乙烷、三氟碘甲烷的三元结合能够提高制冷剂的潜热，提高系统运行效率，而异丁烷、氟乙烷具有可燃性，加入三氟碘甲烷能进行阻燃；该替代r134a的制冷剂单位制冷量比r134a大30％，使用该替代r134a的制冷剂比r134a节能25
‑
35％。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本发明提供了一种替代r134a的制冷剂，该替代r134a的制冷剂包括异丁烷r600a、氟乙烷r161和三氟碘甲烷r13i1；其中，按重量份数计，替代r134a的制冷剂包括33
‑
65份的异丁烷r600a、15
‑
43份的氟乙烷r161和20
‑
45份的三氟碘甲烷r13i1。
19.具体而言，该替代r134a的制冷剂能替代r134a作为满液式冷却器、干式蒸发冷却器、直接膨胀式冷却器或固定式空调系统的制冷剂。该替代r134a的制冷剂为异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1的三元混合物，几种组分可以在制冷量、节能率、工作压力方面取长补短，因为异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1的三元结合具有潜热大、导热性能好等特点，异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1的三元结合能够提高制冷剂的潜热，提高系统运行效率，而异丁烷r600a、氟乙烷r161具有可燃性，故加入三氟碘甲烷r13i1进行阻燃，堪称完美。因此对异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1的替代r134a的制冷剂的发明与上市非常有必要的，填补了国内外众多以r134a为制冷剂的制冷设备节能环保市场的空白，节能应用市场前景良好。
20.本发明的技术方案中，替代r134a的制冷剂的三种组分能在制冷量、节能率、工作压力方面取长补短，利用异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1的三元结合具有潜热大、导热性能好等特点，异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1的三元结合能够提高制冷剂的潜热，提高系统运行效率，而异丁烷r600a、氟乙烷r161具有可燃性，加入三氟碘甲烷r13i1能进行阻燃；该替代r134a的制冷剂单位制冷量比r134a大30％，使用该替代r134a的制冷剂比r134a节能25
‑
35％。
21.可选地，在一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括45
‑
60份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
30份的所述氟乙烷(r161)和22
‑
32份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
22.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括40
‑
55份的所述异丁烷(r600a)、15
‑
35份的所述氟乙烷(r161)和25
‑
35份的所述三氟碘甲烷
(r13i1)。
23.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括35
‑
45份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
33份的所述氟乙烷(r161)和30
‑
40份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
24.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括55
‑
65份的所述异丁烷(r600a)、30
‑
35份的所述氟乙烷(r161)和35
‑
40份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
25.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括33
‑
45份的所述异丁烷(r600a)、28
‑
35份的所述氟乙烷(r161)和33
‑
43份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
26.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括40
‑
55份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
43份的所述氟乙烷(r161)和35
‑
40份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
27.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括35
‑
40份的所述异丁烷(r600a)、20
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30份的所述氟乙烷(r161)和30
‑
45份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
28.可选地，在又一具体实施例中，按重量份数计，所述替代r134a的制冷剂包括55
‑
65份的所述异丁烷(r600a)、20
‑
33份的所述氟乙烷(r161)和20
‑
30份的所述三氟碘甲烷(r13i1)。
29.本发明还提供了一种替代r134a的制冷剂的制备方法，用于制备如上所介绍的任一种替代r134a的制冷剂，具体地，该制备方法包括如下步骤：
30.步骤s110：通过精馏塔对各种原材料进行精馏提纯。
31.具体而言，各种所述原材料包括异丁烷r600a、氟乙烷r161、三氟碘甲烷r13i1。
32.步骤s120：对提纯后的各种所述原材料进行检测，确保提纯后的各种所述原材料的纯度达到预设标准。
33.可选地，在本实施例中，所述预设标准为各种所述原材料的纯度均达到99.99％以上。并且，可以采用安捷仑色普仪对提纯后的各种所述原材料进行检测。
34.步骤s130：对全自动混配罐进行抽真空至呈负压状态。
35.具体而言，先对所述全自动混配罐进行连接，再对全自动混配罐进行抽真空至呈负压状态。
36.步骤s140：按照重量份数将检测达标的各种所述原材料加入所述全自动混配罐。
37.步骤s150：通过所述全自动混配罐对加入的各种所述原材料进行搅拌第一预设时长，得到混合制冷剂。
38.可选地，在本实施例中，所述第一预设时长可以为三个小时。
39.步骤s160：检测所述混合制冷剂中的各种组分是否满足相应的重量份数配比。
40.步骤s170：若满足相应的重量份数配比，则在所述混合制冷剂稳定第二预设时长后，再次检测所述混合制冷剂中的各种组分是否满足相应的重量份数配比。
41.可选地，在本实施例中，所述第二预设时长可以为三个小时。
42.步骤s180：若满足相应的重量份数配比，则通过全自动分装机进行分装，得到替代
r134a的制冷剂。
43.可选地，在本实施例中，连接所述全自动混配罐下端的全自动分装机进行分装得到成品。
44.以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
45.实施例1
46.一种替代r134a的制冷剂(以下将该替代r134a的制冷剂表示为r552)由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷45
‑
60份；氟乙烷20
‑
30份；三氟碘甲烷22
‑
32份。
47.r552制备方法如下：s1、对三种原料在生产线上进行精馏提纯，精馏塔高必须达到生产99.99％制冷剂原材料的高度和标准；s2、三种原料纯度采用安捷仑色普仪进行检测，确保其纯度达到制冷剂级99.96％；s3、对全自动混配罐进行连接；s4、对全自动混配罐进行抽真空，达到负压状态；s5、按照重量份数配比将达标的原料加入全自动混配罐；s6、启动新型全自动混配装置进行搅拌三个小时；s7、将搅拌三个小时后的成品—混合制冷剂进行检测，检测其各组分重量份数配比的准确度；s8、产品在混配装置进行搅拌三个小时后，稳定三个小时再次取样检测；s9、连接混配装置下端的全自动分装机进行分装得到成品。
48.实施例2
49.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷40
‑
55份；氟乙烷15
‑
35份；三氟碘甲烷25
‑
35份。其制备方法基本与实施例1相同。
50.实施例3
51.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷35
‑
45份；氟乙烷20
‑
33份；三氟碘甲烷30
‑
40份。其制备方法基本与实施例1相同。
52.实施例4
53.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷55
‑
65份；氟乙烷30
‑
35份；三氟碘甲烷35
‑
40份。其制备方法基本与实施例1相同。
54.实施例5
55.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷33
‑
45份；氟乙烷28
‑
35份；三氟碘甲烷33
‑
43份。其制备方法基本与实施例1相同。
56.实施例6
57.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷40
‑
55份；氟乙烷20
‑
43份；三氟碘甲烷35
‑
40份。其制备方法基本与实施例1相同。
58.实施例7
59.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷35
‑
40份；氟乙烷20
‑
30份；三氟碘甲烷30
‑
45份。其制备方法基本与实施例1相同。
60.实施例8
61.r552由以下重量份数的各原料充分混合制成；异丁烷55
‑
65份；氟乙烷20
‑
33份；三氟碘甲烷20
‑
30份。其制备方法基本与实施例1相同。
62.以实施例1制备的r552为测试对象，按照现有技术的相关标准进行测试，其物性参数如表1所示：
63.表1
[0064][0065]
由上表的物性参数可知，r552与r134a的特性相近，可替换r134a，且其相对而言有如下优势：r552平均分子量小，约为r134a的79％、不破坏臭氧层(odp为零)、不引发温室效应。
[0066]
为了进一步说明r552在节能方面的优势，申请人在1号应用实验室安装了两台模块机组，分为一号机组和二号机组；在2号应用实验室安装中央空调两个压缩机，分为一号压缩机和二号压缩机；进行实际节能实验，具体测试内容为例进行说明。1号应用实验室安装了两台模块机组，分为一号机组和二号机组，一台为r134a，另一台采用r552，进行800个工作日节能测试，综合节能率达30％；2号应用实验室安装中央空调两个压缩机，分为一号压缩机和二号压缩机，一台为r134a，另一台采用r552，进行800个工作日节能测试，综合节能率同样达到35％。
[0067]
现就1号应用实验室两台模块机组(投入实施例1至8制备的制冷剂)运行800个工作日，以电脑采集每天数据计算节能率，目前一号机组和两号机组的压缩机工作正常，具体节能率如表2所示：
[0068]
表2
[0069][0070]
2号应用实验室中央空调两个压缩机组(投入实施例1至8制备的制冷剂)运行800个工作日，以电脑采集每天数据计算节能率，目前一号压缩机组和两号压缩机组运行工作正常，具体节能率如表3所示：
[0071]
表3
[0072]
[0073]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0074]
1、本发明首创了氟产品r134a替代领域的“drop in”(直接注入)和“add in”(随时添加)概念，即直接在原使用r134a的制冷设备中注入或随时添加本发明提供的r552就可使用，不需要更换制冷设备的任何零部件。r552中的异丁烷、丙烯、三氟碘甲烷的水溶性小，不会与使用r134a的原制冷设备中润滑油发生化学反应，与原制冷设备中的润滑油兼容，故r552为不需要更换任何原制冷设备、不做调整就可投入使用的制冷剂，避免了因制冷剂替换造成的巨大设备浪费而给用户带来的不必要的经济损失。r552尤其适用于发展中国家，对于发展中国家，由于经济能力等多方面的限制，高耗能工业、商业空调系统迫切要求能够直接替代或补充的制冷剂，只有这样才能在无需增加额外投资的情况下，解决发展中国家的高耗能工业、商业空调系统节能环保的替代问题。
[0075]
2、r552直接替代r134a后在原制冷设备上测试，因其蒸发潜热大，单位时间降温速度更快，故其制冷效率高，经申请人不间断的实验数据证明，节能效果良好，应用在r134a为制冷剂的固定式工业、商业空调设备上节能25
‑
35％。三氟碘甲烷具比r134a具有更好的阻燃性和更低的gwp值，经申请人多次的点火测试结果证明，同时经中国科学院广州化学研究所做了燃点、闪点、毒性试验，自燃点达到685度，证明了三氟碘甲烷的阻燃性强，所以r552是不燃、无毒、闪点达到闭杯100度，不破坏臭氧层的同时，也是极低的温室效应。
[0076]
3、r552因单位制冷量比r134a大30％，故使用r552的充装量为使用r134a的70％，经济实惠。
[0077]
4、r552的单位制冷量比r134a高出30％以上，可使压缩机提前卸载，同时，r552为混合制冷剂其平均分子量是r134a的75％，流动性能更好，输送压力低，减轻了压缩机的工作压力，提前卸载及减轻工作压力均可有效延长压缩机的使用寿命，加上氟硅油，使空调设备压缩机更加润滑，使压缩机使用寿命更长。
[0078]
5、r552的各组分化学性质均较稳定，不含有化学活性好的烯烃，故其性能更稳定。
[0079]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，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，均应包括在本发明的专利保护范围内。