一种环保混合制冷工质、制冷剂及制冷系统的制作方法

1.本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种环保混合制冷工质、制冷剂及制冷系统。


背景技术：

2.随着全球变暖日益严重，环境保护问题越来越受到重视，全球170多个国家共同签订了具有法律约束力的《蒙特利尔议定书
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基加利修正案》。该协议于2019年1月1日正式生效，因此需求一种既不破坏臭氧层又具有较低gwp值的制冷剂来完成替代与转换工作，并有效应用于空调系统中。
3.目前汽车空调使用的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汽车空调系统能力能效要求的工质已迫在眉睫。
4.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汽车空调对于制冷剂的要求。
5.如中国专利申请文件cn101765648a公开了一种以1,2,3,3,3
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五氟丙烯(hfo
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1225ye)和其他化合物组成的混合物。中国专利申请文件cn101851490a公开了一种以2,3,3,3
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四氟丙烯(hfo
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1234yf)、trans
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1,3,3,3
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四氟乙烷(hfc
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1234ze(e))和1,1
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二氟乙烷(hfc
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152a)组成的混合物。中国专利申请文件cn101864277a公开了一种以2,3,3,3
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四氟丙烯(hfo
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1234yf)、1,1
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二氟乙烷(hfc
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152a)和二甲醚(dme)组成的混合物。中国专利申请文件cn102066518a公开了一种以2,3,3,3
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四氟丙烯(hfo
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1234yf)、1,1,1,2
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四氟乙烷(hfc
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134a)和1,1
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二氟乙烷(hfc
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152a)组成的混合物。
6.上述专利申请中公开的制冷剂组合物存在或gwp偏高、或可燃性较大等缺点，因此，需要开发具有更好制冷性能，与现有系统更好兼容以及更具安全、环保性能的新制冷剂。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种环保混合制冷工质、制冷剂及制冷系统，以解决现有技术中的制冷剂组合物的gwp偏高或可燃性较大的问题。
8.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种环保混合制冷工质，以质量百分比计，环保混合制冷工质包括：氟乙烷15～35％；三氟丙烯41～80％；三氟甲基甲基醚1～30％。
9.进一步地，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括：氟乙烷25～35％；三氟丙烯45～70％；三氟甲基甲基醚1～30％。
10.进一步地，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括：氟乙烷25～35％；三氟丙烯50～60％；三氟甲基甲基醚5～20％。
11.进一步地，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括：氟乙烷26～33％；三氟丙烯52～56％；三氟甲基甲基醚14～18％。
12.进一步地，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括26％的氟乙烷、56％的三氟丙烯和18％的三氟甲基甲基醚；或者以质量百分比计，环保混合制冷工质包括28％的氟乙烷、56％的三氟丙烯和16％的三氟甲基甲基醚；或者以质量百分比计，环保混合制冷工质包括30％的氟乙烷、52％的三氟丙烯和18％的三氟甲基甲基醚；或者以质量百分比计，环保混合制冷工质包括33％的氟乙烷、53％的三氟丙烯和14％的三氟甲基甲基醚。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种制冷剂，包括制冷工质，该制冷工质为上述任一种的环保混合制冷工质。
14.进一步地，上述制冷剂包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。
15.进一步地，上述润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
16.根据本发明的另一方面，提供了一种制冷系统，包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流元件，蒸发器、冷凝器、压缩机、节流元件通过闭合回路连接，闭合回路中具有制冷剂，该制冷剂为上述任一种的制冷剂。
17.进一步地，上述制冷系统为汽车空调系统。
18.应用本发明的技术方案，上述环保混合制冷工质各组分通过协同作用，使得上述混合工质具有较低的gwp值，同时三氟甲基甲基醚(re143a)还具有优异的阻燃性能，属于a1可燃性等级，因而三氟甲基甲基醚(re143a)的加入能够削弱环保混合制冷工质的可燃性，进而成为安全性能良好的混合制冷工质，采用上述混合制冷工质进行制冷能够获得与r134a相近的容积制冷量和能效，解决现有制冷剂(r134a)存在gwp值较高的问题。
附图说明
19.构成本技术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：
20.图1示出了根据本发明的一种制冷系统的压缩制冷循环系统的原理示意图。
21.其中，上述附图包括以下附图标记：
22.1、压缩机；2、冷凝器；3、蒸发器；4、节流元件。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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。
24.如本技术背景所分析的，现有技术的制冷剂组合物的gwp偏高或可燃性较大的问题。为了解决该问题，本技术提供了一种环保混合制冷工质、制冷剂及制冷系统。
25.在本技术一种典型的实施方式中，提供了一种环保混合制冷工质，以质量百分比计，该环保混合制冷工质包括：15～35％的氟乙烷(r161)、45～80％的三氟丙烯(r1243zf)和1～30％三氟甲基甲基醚(re143a)。
26.上述环保混合制冷工质各组分通过协同作用，使得上述混合工质具有较低的gwp值，同时三氟甲基甲基醚(re143a)还具有优异的阻燃性能，属于a1可燃性等级，因而三氟甲基甲基醚(re143a)的加入能够削弱环保混合制冷工质的可燃性，进而成为安全性能良好的
混合制冷工质，采用上述混合制冷工质进行制冷能够获得与r134a相近的容积制冷量和能效，解决现有制冷剂(r134a)存在gwp值较高的问题。
27.由此可见，本技术的环保混合制冷工质的odp值为0、gwp值低、可燃性低、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，进而可以解决现有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汽车空调制冷系统。
28.在本技术一些实施例中，为了进一步降低环保混合制冷工质的可燃性，以质量百分比计，使环保混合制冷工质包括：25～35％的氟乙烷、45～70％的三氟丙烯和1～30％的三氟甲基甲基醚。优选地，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括：25～35％的氟乙烷、50～60％的三氟丙烯和5～20％的三氟甲基甲基醚。进一步优选地，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括：26～33％的氟乙烷、52～56％的三氟丙烯和14～18％的三氟甲基甲基醚。
29.在一些具体实施例中，以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括26％的氟乙烷、56％的三氟丙烯和18％的三氟甲基甲基醚；或者以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括28％的氟乙烷、56％的三氟丙烯和16％的三氟甲基甲基醚；或者以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括30％的氟乙烷、52％的三氟丙烯和18％的三氟甲基甲基醚；或者以质量百分比计，上述环保混合制冷工质包括33％的氟乙烷、53％的三氟丙烯和14％的三氟甲基甲基醚。
30.在本技术另一种典型的额实施方式中，提供了一种制冷剂，上述制冷剂包括制冷工质，该制冷工质上述环保混合制冷工质。
31.为了提高环保混合制冷工质在应用中的流动性以及系统的适用性，优选上述制冷剂包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。为进一步降低环保混合制冷工质的阻燃性，优选上述润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
32.在本技术另一种典型的实施方式中，提供了一种制冷系统，包括蒸发器3、冷凝器2、压缩机1、节流元件4，蒸发器3、冷凝器2、压缩机1、节流元件4通过闭合回路连接，闭合回路中具有制冷剂，上述制冷剂为上述任一种制冷剂。
33.本技术的制冷系统采用目前常规的制冷系统的结构即可，该制冷系统的压缩制冷循环系统原理如图1，低压混合冷媒在蒸发器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。本发明中制冷剂替代r134a制冷剂，在上述单级压缩汽车空调中换热、被压缩、节流。
34.其中采用的制冷剂包括本技术的环保混合制冷工质，由于本技术的环保混合制冷工质的odp值为0、gwp值低、循环性能好、工作压力与r134a相近，在应用本技术的制冷系统中时可以解决现有r134a制冷剂存在gwp值较高的问题。上述制冷系统可以为汽车空调系统。
35.以下将结合实施例和对比例，进一步说明本技术的有益效果。
36.当组合方式确定时，环保混合制冷工质按照其相应的质量配比在温度23℃～27℃，压力为0.1mp状态下进行液相的物理混合，混合均匀即得环保混合制冷工质。各组分物质的基本参数见表1。
37.表1制冷剂组合物中各组分物质的基本参数
[0038][0039]
下面给出多个具体实施例，其中组分的比例均为质量百分比，每种制冷剂组合物的组分质量百分数之和为100％。
[0040]
实施例1：
[0041]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按15：57：28的质量百分比进行物理混合。
[0042]
实施例2：
[0043]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按20：52：28的质量百分比进行物理混合。
[0044]
实施例3：
[0045]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按20：55：25的质量百分比进行物理混合。
[0046]
实施例4：
[0047]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按23：55：22的质量百分比进行物理混合。
[0048]
实施例5：
[0049]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按24：50：26的质量百分比进行物理混合。
[0050]
实施例6：
[0051]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按25：48：27的质量百分比进行物理混合。
[0052]
实施例7：
[0053]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按28：50：22的质量百分比进行物理混合。
[0054]
实施例8：
[0055]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按32：41：27的质量百分比进行物理混合。
[0056]
实施例9：
[0057]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按26：56：18的质量百分比进行物理混合。
[0058]
实施例10：
[0059]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按28：56：16的质量百分比进行物理混合。
[0060]
实施例11：
[0061]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按30：52：18的质量百分比进行物理混合。
[0062]
实施例12：
[0063]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按33：53：14的质量百分比进行物理混合。
[0064]
实施例13：
[0065]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按35：45：20的质量百分比进行物理混合。
[0066]
实施例14：
[0067]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按19：80：1的质量百分比进行物理混合。
[0068]
实施例15：
[0069]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按25：70：5的质量百分比进行物理混合。
[0070]
实施例16：
[0071]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按20：60：20的质量百分比进行物理混合。
[0072]
实施例17
[0073]
将r161、r1243zf和re143a在液相下按20：50：30的质量百分比进行物理混合。
[0074]
对比例1：
[0075]
将r134a、r1243zf和re143a在液相下按20：60：20的质量百分比进行物理混合。
[0076]
对比例2：
[0077]
将r134a、r1243zf和re143a在液相下按28：56：16的质量百分比进行物理混合。
[0078]
实施例1～17中的混合工质的性能参数见表2。
[0079]
表2制冷工质组合物的热物性基本参数
[0080][0081]
注：滑移温度为0.1mpa对应的泡点温度与露点温度之差。
[0082]
从表2可以看出，本发明所提供的制冷剂组合物gwp<160，相比于r134a具备更明显环保的优势，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。混合制冷工质的滑移温度较小，实施例的滑移温度均低于2℃，属于近共沸混合物，排除了温度滑移带来的不良影响。
[0083]
实施例14和15虽然gwp较小，但是滑移温度较大，带来的不良影响较大。
[0084]
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1～17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和相对效率cop)的对比结果见表3。
[0085]
表3制冷工质组合物与r134a热力性能对比
[0086][0087]
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。整个系统的性能系数cop与单位容积制冷量与r134a性能相当。实施例14至16的相对qv均小于1，制冷能力稍低。
[0088]
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
[0089]
上述环保混合制冷工质各组分通过协同作用，使得上述混合工质具有较低的gwp值，同时三氟甲基甲基醚(re143a)还具有优异的阻燃性能，属于a1可燃性等级，因而三氟甲基甲基醚(re143a)的加入能够削弱环保混合制冷工质的可燃性，进而成为安全性能良好的混合制冷工质，采用上述混合制冷工质进行制冷能够获得与r134a相近的容积制冷量和能效，解决现有制冷剂(r134a)存在gwp值较高的问题。
[0090]
由此可见，本技术的环保混合制冷工质的odp值为0、gwp值低、可燃性低、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，进而可以解决现有
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汽车空调制冷系统。
[0091]
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。