适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂.pdf

本发明涉及一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂。制冷剂组分及质量百分数配比为：五氟乙烷：1～29％；丙烷11～79％；氟乙烷：12～78％。制冷剂具有良好的环保性能，消耗臭氧潜能值(ODP)为零，对臭氧层无破坏作用；全球变暖潜势(GWP)小于R502及R404A，可以减缓全球变暖效应；且在满足相同制冷量的同时，大幅减少制冷剂的充灌量；整个系统的性能系数COP均高于R502及R404A，从而提高了能源利用率，减少碳排放量。此外还具有温度滑移小、热力学性能优良以及市场可获得性良好等特点，可以直接充注于原来使用R502及R404A制冷剂的冷冻冷藏系统中，不需要做过多的部件更换，更不需要重注润滑油。

权利要求书
1.  一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征是组份及质量百分数配比为：
五氟乙烷：   1～29％；
丙烷：       11～79％；
氟乙烷：     12～78％。

2.  根据权利要求1所述的一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征是组份及质量 百分数配比为：
五氟乙烷：   1～24％；
丙烷：       26～72％；
氟乙烷：     20～70％。

3.  根据权利要求1所述的一种适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征是组份及质量 百分数配比为：
五氟乙烷：   1～16％；
丙烷：       36～70％；
氟乙烷：     27～63％。

说明书适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂
技术领域
本发明属于冷冻冷藏系统中的制冷剂，具体涉及一种替代R502及R404A的中低温环保 型制冷剂。
背景技术
继1997年《京都议定书》之后，2007年9月在《蒙特利尔议定书》中国际社会又进一 步达成了加速淘汰全球变暖潜势(GWP)较高的HCFCs类制冷剂的决定。R502是由R22和 R115按照48.8:51.2质量分数组成的二元共沸混合物。由于其具有良好的物理、化学和热力 学性质，作为性能良好的中低温制冷剂，R502制冷剂常被用于冷冻冷藏系统中，但其消耗臭 氧潜能值(ODP)不等于零，对臭氧层具有破坏作用，GWP为5490，有较大的温室效应，属 于即将淘汰的制冷剂。R404A作为最常用的R502的替代物，由R125、R143a和R134a按照 44：52：4的质量分数组成的三元近共沸混合物制冷剂，其容积制冷量和效率等方面和R502 近似；虽然R404A的ODP值为0，但其仍具有较高的GWP值，也属于即将被淘汰的物质。
在冷库、速冻机、冷冻柜等低温制冷设备中，氨作为制冷剂具有许多良好的天然特性， 但氨的刺激性臭味、较强的毒性、可燃性及含水后对铜及铜合金的腐蚀作用限制了其应用。 而热力学性能较好的R502和R404A等作为R22替代物都具有高的GWP值，不适用于长期 的推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷冻冷藏系统中的制冷剂，使其环境特性和循环性能俱佳。在 综合考虑替代制冷剂的热力学性能、环境性能以及直接灌注等因素下，本发明提出近共沸三 元混合物R125/R290/R161作为R502及R404A的替代物。
适用于冷冻冷藏系统的环保制冷剂，其特征在于由R125(五氟乙烷)、R290(丙烷)及 R161(氟乙烷)三种组元组成。
本发明的组分及质量百分数配比为：
五氟乙烷：    1～29％；
丙烷：        11～79％；
氟乙烷：      12～78％。
比较优选的质量百分数配比为：
五氟乙烷：    1～24％；
丙烷：        26～72％；
氟乙烷：      20～70％。
最优选的质量百分数配比为：
五氟乙烷：    1～16％；
丙烷：        36～70％；
氟乙烷：      27～63％。
混合的三组元物质质量百分数之和为100％。
本发明所述环保制冷剂的制备方法是，将三组元物质按其指定的质量配比在常温下进行 物理混合即可。三种组元的基本物理性质如表1：
表1冷冻冷藏系统的环保制冷剂中所含组元的基本参数
Tb：正常沸点，Tc：临界温度，Pc：临界压力

在冷库试验台上测试了实际工作特性。分别对基于原制冷剂R502以及混合制冷剂 R125/R290/R161的冷库系统进行了制冷性能的试验研究。制冷循环性能试验结果表明：冷库 系统应用本发明的新型环保制冷剂可获得较高的性能系数。
在冷库降温试验中发现，冬季冷库温度从1℃降到-18.5℃，压缩机以50Hz运行时，使用 制冷剂R502和新混合制冷剂系统降温时间分别为74min和40min，节能39.15％；压缩机以 40Hz运行时，使用R502和新混合制冷剂系统降温时间分别为94min和52min，节能37.4％。 在相同蒸发温度和冷凝温度条件下，新混合制冷剂的蒸发器压力略高于制冷剂R502，压缩机 排气温度和冷凝压力非常贴近。
本发明具有以下优点及有益效果：
具有良好的环保性能，消耗臭氧潜能值(ODP)为零，对臭氧层无破坏作用；全球变暖 潜势(GWP)小于R502及R404A，可以减缓全球变暖效应；且在满足相同制冷量的同时， 可以大幅减少制冷剂的充灌量；整个系统的性能系数COP均高于R502及R404A，从而提高 了能源利用率，减少碳排放量。此外还具有温度滑移小、热力学性能优良以及市场可获得性 良好等特点，可以直接充注于原来使用R502及R404A制冷剂的冷冻冷藏系统中，不需要做 过多的部件更换，更不需要重注润滑油。
具体实施方式
下面以一些具体实施实例对本发明作以详细描述。(注：以下各组分的百分数为质量百分 数)
实施例1：取1％R125、72％R290、27％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷 剂。
实施例2：取1％R125、36％R290、63％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷 剂。
实施例3：取1％R125、29％R290、70％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷 剂。
实施例4：取1％R125、21mass％R290、78％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为 制冷剂。
实施例5：取3％R125、70％R290、27％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷 剂。
实施例6：取4％R125、79％R290、17％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷 剂。
实施例7：取7％R125、26％R290、67％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制冷 剂。
实施例8：取9％R125、71％R290、20％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
实施例9：取10％R125、78％R290、12％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
实施例10：取16％R125、44％R290、40％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
实施例11：取20％R125、41％R290、39％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
实施例12：取24％R125、40％R290、36％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
实施例13：取27％R125、11％R290、62％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
实施例14：取29％R125、31％R290、40％R161，将这三种组分常温下物理混合后作为制 冷剂。
冷冻冷藏系统的设计工况取为：冷凝温度＝43℃；蒸发温度＝-23℃；过热度＝28℃；过 冷度＝5℃；压缩机等熵效率为0.8。
理论计算分别使用上述实施实例、R502、R404A制冷剂时的冷冻冷藏系统循环性能参数， 根据单位容积制冷量和制冷剂的相对分子量计算相对R502充灌量，上述14个实施例及 R404A与R502相对充灌量、ODP、GWP等环境因素比较如下表2所示：
表2本发明14个实施例及R404A与R502环境因素比较

表3比较了系统循环性能参数(蒸发压力、冷凝压力、压比、压缩机排气温度、温度滑 移)及相对循环性能参数(相对性能系数COP和相对单位容积制冷量qv)，相对循环性能参 数都是指上述实施例及R404A的实际循环性能参数相对R502循环性能参数的比值。
表3本发明14个实施例及R404A与R502热工参数比较

从表2可以看出，上述实施例的臭氧消耗潜能(ODP)均为0，对臭氧层无破坏作用， 此点要优于R502。上述实施例的全球变暖潜能(GWP)均低于R502及R404A，只有R502 值的0.61％～14.89％，是R404A值的0.88％～21.63％，从而可以减缓全球变暖效应。此外，新 制冷剂相对R502充灌量为40.67％～52.33％，而R404A仅为81.37％，从而使用新制冷剂可以 大幅减少制冷剂的充灌量。
从表3可以看出，整个系统的性能系数COP相对于R502及R404A得到了提高，新制冷 剂的单位容积制冷量大部分高于R502及R404A，说明新制冷剂具有高效节能的优势。由计 算结果还能看出，新制冷剂的冷凝压力与R502及R404A的冷凝压力相近，同时实施例1～14 中的制冷剂饱和蒸气压与R502及R404A饱和蒸气压也非常贴近，压缩机排气温度也相差不 大，这从这些角度证明了采用直接灌注式替代方案的可行性。