一种节能环保制冷剂及其应用的制作方法

1.本发明属于制冷剂技术领域，更具体地，涉及一种节能环保制冷剂及其应用。


背景技术：

2.在制冷空调领域，r22曾经是使用最为广泛的一种制冷剂，尤其是房间空调器行业几乎都是使用r22。然而由于r22会破坏臭氧层(odp》0)，属于氢氯氟烃(hcfcs)，根据《蒙特利尔议定书》修正案中的内容，应加速氢氯氟烃(hcfcs)淘汰，且r22还有较高的全球变暖潜值(gwp＝1810)。目前以美国、日本等为代表的国家已经禁止使用r22，在中国r22也来越多地被一些对臭氧层没有破坏作用的制冷剂所替代，尤其是在房间空调器行业，已经基本上被r32和r410a替代，其中r32由于既不破坏臭氧层，温室效应仅为r410a的三分之一左右，在r22的替代中占有绝大部分份额。
3.由于在房间空调器名义工况条件下，r32的单位容积制冷量是r22的1.55倍，即r32制冷压缩机的工作容积只有r22的64.5％，而r32的冷凝压力又是r22的1.62倍，因此，在进行r32替代r22时，不仅对制冷压缩机进行了重新设计、规划了新的制造工艺，而且，整个制冷系统为提高承压能力对制冷换热器、制冷剂管路以及阀门等都进行了重新设计和制造。
4.虽然r32和r410a对臭氧层都没有破坏作用，但是仍然有较高的gwp值(全球变暖潜能值)，r410a的gwp值为2010，r32的gwp值为672，它们作为hfc类物质，已经被列入《蒙特利尔议定书》基加利修正案中需要削减的名单，明确地确定了hfcs的削减进度。中国自接受《蒙特利尔议定书》修正案后，正在加速淘汰相关有环境危害的hcfcs和削减hfcs制冷剂。因此，无论是r32还是r410a都只能作为过渡制冷剂。而目前，对于r32的替代方案存在空白。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种节能环保制冷剂及其应用，其目的在于开发新型的制冷剂，由此解决r32和r410a存在的对环境造成危害的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种节能环保制冷剂，由乙烷(r170)和丙烯(r1270)组成的二元混合物，该混合制冷剂中各组分的质量百分比浓度之和为100％。具体地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷11％～20％、丙烯89％～80％。
7.优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷13％～17％、丙烯83％～87％。
8.优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷17％、丙烯83％。
9.优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷20％、丙烯80％。
10.优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷15％、丙烯85％。
11.优选地，所述制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：乙烷13％、丙烯87％。
12.按照本发明的另一个方面，提供了一种节能环保制冷剂的应用，作为家用制冷设
备、固定式制冷系统或移动式空调系统中的制冷剂。其中，固定式制冷系统例如冷水机组等的固定式制冷系统。
13.优选地，用于替代r32制冷剂或r410a制冷剂。
14.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
15.1.本发明提供的制冷剂的odp为零、gwp值仅为20左右，具有明显的环保优势；
16.2.本发明提供的制冷剂的cop值均明显高于r32的cop和r410a的cop值，具有显著的节能减排的优势。
17.3.本发明提供的制冷剂的单位容积制冷量与r32的单位容积制冷量和r410a的单位容积制冷量都非常接近，无需更换制冷压缩机，可直接应用于替代r32和r410a，不需做过多部件的更换，或只做部分部件的更改即可。
18.4.本发明提供的制冷剂的系统充灌量仅为r32和r410a的54％～77％，可大大节约制冷剂用量，也间接降低制冷剂泄露的不安全性。
19.5.本发明提供的制冷剂可以填补具较高gwp值的r32和r410a制冷剂的替代方案上的空白，对于我国在制冷低温领域环保制冷剂的发展，和加速高gwp值制冷剂的淘汰具有重要意义。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.本发明在具体实施时，所用的制冷剂r170和r1270均为制冷与低温技术领域所常用的制冷剂，其中，乙烷(r170)的质量百分比为11％～20％、丙烯(r1270)的质量百分比为89％～80％。
22.本发明的节能环保制冷剂可以将上述二种组元物质按其指定的质量比在常温下进行物理混合即可。
23.表1为本发明的节能环保制冷剂中所含组元乙烷(r170)和丙烯(r1270)的基本参数。
24.表1：r170和r1270的基本物性参数
25.参数r170r1270分子式c2h6c3h6相对分子质量3042.1标准沸点℃-88.58-47.62临界压力mpa4.8724.555临界温度℃32.1791.06临界密度kg/m3206.18229.63安全级别a3a3odp00
gwp～20～20
26.实施例1
27.取制冷剂领域常用的r170和r1270制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为20％的r170和80％的r1270进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
28.实施例2
29.取制冷剂领域常用的r170和r1270制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为17％的r170和83％的r1270进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
30.实施例3
31.取制冷剂领域常用的r170和r1270制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为15％的r170和85％的r1270进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
32.实施例4
33.取制冷剂领域常用的r170和r1270制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为13％的r170和87％的r1270进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
34.实施例5
35.取制冷剂领域常用的r170和r1270制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为11％的r170和89％的r1270进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
36.对比例1
37.取制冷剂领域常用的r170和r1270制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为2％的r170和98％的r1270进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
38.上述5个实施例的有关参数指标如表2所示：
39.表2实施例1-5相对r32和r410a的充灌量及其odp和gwp值
[0040][0041]
由表2数据可以看出，按相对分子质量计算的所有实施例的充灌量只有r32的74.91％～77.49％，r410a的53.69％～55.53％，可显著节约制冷剂量；所有实施例的odp值均为零，gwp值为20左右，只有r32的1/33，r410a的1/100，具有显著的环保优势。
[0042]
将上述实施例及r32和r410a制冷剂在制冷系统中的理论循环性能参数计算，所选取的计算工况按国际通用的ari标准如下：蒸发温度为7.2℃，冷凝温度为54.4℃，过冷温度为46.1℃，过热温度18.3℃。理论循环计算过程中压缩过程为等熵压缩。
[0043]
利用制冷工程常用软件refprop10软件进行计算，所得到的相关参数结果如表3所示：
[0044]
表3：ari工况理论循环计算参数
[0045][0046]
其中，蒸发压力取7.2℃的饱和液体压力，冷凝压力取54.4℃的饱和液体压力。
[0047]
结果表明：
[0048]
1.本发明实施例1-5提供的制冷剂的制冷系数cop均比r32的cop高，幅度从10.9％-11.5％；本发明实施例1-5提供的制冷剂的制冷系数cop均比r410a的cop高，幅度从13.8％-14.4％，表明本发明提供的制冷剂替代r32和r410a均具有显著的节能减排效益，而且在实例2(质量比为17/83)制冷系数达到最大，增加r170的比例或减少r170的比例制冷系数cop都会降低。
[0049]
2.本发明实施例提供的制冷剂的排气温度比r32的排气温度低27℃有余，非常有利于制冷压缩机的运行，制冷压缩机具有更高的可靠性，本发明实施例提供的制冷剂的排气温度比r410a的排气温度低11℃左右，也很有利于制冷压缩机的运行，制冷压缩机也具有高的可靠性。
[0050]
3.本发明实施例提供的制冷剂的临界温度、临界压力、蒸发压力和冷凝压力与r32和r410a相差都不大(压力比还均低于r32和r410a，这有利于提高制冷压缩机的实际效率)，表明新型制冷剂在工作条件上具备直接替代r32和r410a的可行性。
[0051]
4.本发明实施例1-5提供的制冷剂与r410a的相对单位容积制冷量在1.094-0.946之间，最大不超过110％，最小不低于94.6％，均大于93％，说明本发明提供的制冷剂可无需更换制冷压缩机直接替代r410a，且本发明提供的制冷剂的相对容积制冷量随着r170比例的增加而增加，在实施例5的情况下，继续减少r170的比例将不再适合于直接替代r410a；本发明实施例1-5提供的制冷剂与r32的相对单位容积制冷量最大不超过100.8％，最小为87.2％，但实施例1-3的相对单位容积制冷量均大于93％，说明本发明提供的大部分的实施
例也可无需更换制冷压缩机直接替代r32，在实施例3的情况下继续降低r170的比例将不在适合于直接替代r32；
[0052]
5.从表3结果可以看出，在一个标准大气压下，本发明提供的制冷剂有比较大滑移温度，从11.019℃-15.306℃，但是在工作温度(泡点温度)7.2℃时，其饱和液体压力对应的露点温度均小于18.3℃，最高为18.134℃，最低14.874℃，均满足ari标准要求的过热温度18.3℃的要求，而且该温度随着r170的比例增加而增加，在实施例1的情况下，继续增加r170的比例，将会使得该温度超过18.3℃。综上，r170/r1270的质量比在(20-15)/(80-85)(即在实施例1到实施例3之间的任何质量比)时可以直接替代r32，而且均具有显著的节能效益和环保效益；r170/r1270的质量比在(20-11)/(80-89)(即在实施例1到实施例5之间的任何质量比)时可以直接替代r410a，并且均具有显著的节能效益和环保效益。
[0053]
6、对比例1中对r32的相对单位容积制冷量只有0.698，即只有r32的69.8％，远小于93％，是完全不能替代r32的；对r410a的相对单位容积制冷量只有0.758，即也只有r410a的75.8％，也比93％小得多，也是完全不能替代r410a的。
[0054]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。