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，氟利昂中含氯无氢的氟化碳cfc对环境的破坏力最大，含氢与氯的氟化碳hcfc次之，这些氟利昂气体逸散到平流层中，由于紫外线的作用，从氯氟烃中分解出的氯原子对臭氧层进行破坏，导致达到地球表面的紫外线大大增强，破坏了生物环境的平衡，严重影响人类的生存环境，需要被淘汰。
3.目前空调系统中使用的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空调系统能力能效要求的工质已迫在眉睫。目前国际上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系统对于制冷剂的要求。然而，现有公开的制冷剂组合物均存在gwp偏高或者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：

4.本发明的主要目的在于提供一种制冷工质、制冷剂及制冷系统，以解决现有技术中制冷剂gwp偏高、制冷循环性能不足的问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制冷工质，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～57％；环丙烷1～98％。
6.进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷27～98％。
7.进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷50～98％。
8.进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～15％；环丙烷57～98％。
9.进一步地，以质量百分比计，制冷工质包括1％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚和98％的环丙烷；或者制冷工质包括42％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚和57％的环丙烷；或者制冷工质包括68％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚和31％的环丙烷。
10.根据本发明的另一方面，提供了一种制冷剂，包括本发明的制冷工质。
11.进一步地，制冷剂还包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。
12.进一步地，润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种制冷系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件，压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件通过闭合回路连接，闭合回路中具有本发明的制冷
剂。
14.进一步地，制冷系统为空调系统。
15.应用本发明的技术方案，通过各组分之间的协同作用，使得上述混合工质相比于r134a制冷工质具有更低的gwp，gwp《300，具有明显的环保优势。而且本发明的制冷工质热力性能优良，单位容积制冷量qv和性能系数cop接近或优于r134a，制冷循环性能更佳。此外，上述制冷工质的沸点、临界温度、临界压力、运行压力与r134a相近，在不改变现有系统主要器件的前提下可直接应用于空调制冷领域，成为替代r134a的环保型制冷工质。
附图说明
16.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：
17.图1示出了本发明压缩制冷循环系统图；
18.其中，上述附图包括以下附图标记：
19.1、压缩机；2、冷凝器；3、蒸发器；4、节流元件。
具体实施方式
20.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。
21.术语解释：
22.r134a：1,1,1,2-四氟乙烷。
23.单位容积制冷量qv：单位容积制冷剂在制冷系统中流动时所产生的制冷量。
24.性能系数cop：单位功耗所能获得的冷量。
25.运行压力：蒸发压力和冷凝压力。
26.压缩比：蒸发压力与冷凝压力之比。
27.滑移温度：0.1mpa对应的泡点温度与露点温度之差。
28.正如本技术背景技术中所述，现有技术中存在制冷剂gwp偏高、制冷循环性能不足的问题。为了解决上述问题，在本技术一种典型的实施方式中，提供了一种制冷工质，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷(r290)1～68％；三氟甲基甲基醚(re143a)1～57％；环丙烷(rc270)1～98％。
29.通过上述组分的制冷工质各能力能效和gwp值不同的组分之间的协同作用，使得上述混合工质相比于现有r134a制冷工质具有更低的gwp，gwp《300，具有明显的环保优势。而且本技术的制冷工质热力性能优良，单位容积制冷量qv和性能系数cop接近或优于r134a，制冷循环性能更佳。此外，上述制冷工质的沸点、临界温度、临界压力、运行压力与r134a相近，在不改变现有系统主要器件的前提下可直接应用于空调制冷领域，成为替代r134a的环保型制冷工质。此外，本技术的混合制冷工质分子质量小于r134a，流动性好，有助于延长压缩机的使用寿命；滑移温度较小，可以排除温度滑移带来的不良影响；压缩比低于r134a，可减少压缩机功耗并对压缩机长期运行有益。
30.在一种优选的实施方式中，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～68％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷27～98％。制冷工质组合物包含的三种组分质量百分比分别在上
述范围内时，具有更低的gwp，其gwp《150，在低碳环保方面更具优势。
31.优选地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～28％；环丙烷50～98％。制冷工质组合物包含的三种组分质量百分比分别在上述范围内时，gwp《150，还具有更高的性能系数cop，循环性能优异。
32.优选地，以质量百分比计，制冷工质包括：丙烷1～42％；三氟甲基甲基醚1～15％；环丙烷57～98％。上述质量百分比的制冷工质同时具有更小的分子量、更小的gwp和更高的性能系数cop。
33.在一些实施例中，以质量百分比计，制冷工质包括1％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚，98％的环丙烷；或者制冷工质包括42％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚，57％的环丙烷；或者制冷工质包括68％的丙烷，1％的三氟甲基甲基醚，31％的环丙烷，综合性能更佳。
34.在本技术又一种典型的实施方式中，还提供了一种制冷剂，包括本技术的制冷工质，具有较低的gwp值和良好的制冷循环性能。
35.为了提高上述制冷工质的流动性以及系统适用性，在一种优选的实施方式中，制冷剂还包括润滑剂、增溶剂、分散剂中的任意一种或多种。
36.对润滑剂的种类没有特别的限制，本领域常用的润滑剂都适用于本技术。在一种优选的实施方式中，润滑剂选自矿物油、硅油、多元醇酯中的任意一种或多种。
37.在本技术又一种典型的实施方式中，还提供了一种制冷系统，如图1所示，该制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、节流元件4，其中压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、节流元件4通过闭合回路连接，闭合回路中具有本技术的制冷剂。其中，低压混合冷媒(制冷剂)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。
38.在一种优选的实施方式中，制冷系统为空调系统，本技术的制冷剂用于空调系统可以直接替代现有r134a的环保型制冷剂。
39.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
40.本发明对将制冷工质组合物包括丙烷(r290)、三氟甲基甲基醚(re143a)和环丙烷(rc270)进行以下组合。其中组分的比例均为质量百分比，每种制冷工质组合物的组分质量百分数之和为100％。当组合方式确定时，制冷工质组分按照其相应的质量配比在温度23～27℃，压力为0.1mpa状态下进行液相的物理混合。各组分物质的基本参数见表1。
41.表1
[0042][0043]
实施例1
[0044]
将r290、re143a和rc270在液相下按1:1:98的质量百分比进行物理混合。
[0045]
实施例2
[0046]
将r290、re143a和rc270在液相下按1:28:71的质量百分比进行物理混合。
[0047]
实施例3
[0048]
将r290、re143a和rc270在液相下按10:26:64的质量百分比进行物理混合。
[0049]
实施例4
[0050]
将r290、re143a和rc270在液相下按16:20:64的质量百分比进行物理混合。
[0051]
实施例5
[0052]
将r290、re143a和rc270在液相下按22:40:38的质量百分比进行物理混合。
[0053]
实施例6
[0054]
将r290、re143a和rc270在液相下按22:40:38的质量百分比进行物理混合。
[0055]
实施例7
[0056]
将r290、re143a和rc270在液相下按27:20:53的质量百分比进行物理混合。
[0057]
实施例8
[0058]
将r290、re143a和rc270在液相下按35:57:8的质量百分比进行物理混合。
[0059]
实施例9
[0060]
将r290、re143a和rc270在液相下按35:15:50的质量百分比进行物理混合。
[0061]
实施例10
[0062]
将r290、re143a和rc270在液相下按42:38:20的质量百分比进行物理混合。
[0063]
实施例11
[0064]
将r290、re143a和rc270在液相下按42:1:57的质量百分比进行物理混合。
[0065]
实施例12
[0066]
将r290、re143a和rc270在液相下按45:28:27的质量百分比进行物理混合。
[0067]
实施例13
[0068]
将r290、re143a和rc270在液相下按52:21:27的质量百分比进行物理混合。
[0069]
实施例14
[0070]
将r290、re143a和rc270在液相下按60:10:30的质量百分比进行物理混合。
[0071]
实施例15
[0072]
将r290、re143a和rc270在液相下按68:1:31的质量百分比进行物理混合。
[0073]
对比例1
[0074]
将r290、re143a和rc270在液相下按33:60:7的质量百分比进行物理混合。
[0075]
对比例2
[0076]
将r290、re143a和rc270在液相下按20:64:16的质量百分比进行物理混合。
[0077]
对比例3
[0078]
制冷工质为单一r134a。
[0079]
对比例4
[0080]
将r290和re143a在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。
[0081]
对比例5
[0082]
将r290和rc270在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。
[0083]
对比例6
[0084]
将re143a和rc270在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。实施例1至15、对比例1至6中的混合制冷工质的性能参数见表2。
[0085]
表2
[0086][0087][0088]
从表2可以看出，本技术实施例中所提供的制冷工质具有更低的gwp，gwp《300，优选范围内gwp可以《150，相比于r134a具备更明显的环保优势。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。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。此外，本技术实施例的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3℃，属于近共沸混合物，排除了温度滑移带来的不良影响。从对比例1和2可以看出，制冷工质的组分不在本技术的比例范围内时，gwp》300，环保性能较差。与对比例4至6相比，本发明的实施例通过特定组分的制冷工质各能力能效和gwp值不同的组分之间的协同作用，使得上述混合工质具有更低的gwp。
[0089]
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至15、对比例1至6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。
[0090]
表3
[0091]
[0092][0093]
从表3可以看出，本技术各实施例制冷工质的蒸发压力与冷凝压力与r134a相近，可以直接代替r134a进行使用，压缩比低于r134a，可减少压缩机功耗并对压缩机长期运行有益。而且各实施例的性能系数cop与单位容积制冷量与r134a相当或更优于r134a，循环性能优异。从对比例1和2可以看出，制冷工质的组分不在本技术的比例范围内时，其性能系数cop相对较低。与对比例4至6相比，本发明的实施例通过特定组分的制冷工质各能力能效和gwp值不同的组分之间的协同作用，使得上述混合工质制冷循环性能更佳。
[0094]
综上所述，本技术的制冷工质在设计系统工况下，并且在理论计算的优选比例范围内时，不仅具有低gwp值、零odp的环保特性，而且热力性能优良，单位容积制冷量qv和性能系数cop接近或优于r134a，运行压力与r134a相近，可以直接应用于空调制冷领域成为替代r134a的环保型制冷工质。
[0095]
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。