一种替代CFC-12的环保型制冷剂 技术领域
本发明涉及制冷剂，尤其涉及一种替代CFC-12的环保型制冷剂。
技术背景
在氯氟烃(CFC)类制冷剂中，由于CFC-12热工性能优异、化学性能稳定、无毒、不燃等优点，长期以来被广泛应用于汽车空调、家用冰箱和工业冷库等领域。
但是，由于CFC-12对大气同温层中的臭氧层具有一定的破坏作用，其消耗臭氧层潜能值ODP(Ozone Depletion Potential)值为0.90(以CFC-11作为基准值1.0)，所以《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协议书》将其作为第一批淘汰的物质。目前，发达国家已经停止CFC-12的生产，我国也在逐年削减其生产量和使用量，并最终在2010年前除维修使用外全面停止生产和使用。
目前国内外公认的、用量最大的CFC-12的替代品是1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)。由于其具有与CFC-12相近的物理性质，且其ODP值为0，因此被广泛应用于新生产的汽车空调、冰箱等产品中，尤其是汽车空调的用量较大。我国政府规定，我国汽车生产企业在2002年1月1日前停止装配CFC-12的汽车空调器，因此，在2002年以后，HFC-134a的用量逐步增长，预计2005年将达到1万吨，2010年将达2万吨。但是，HFC-134a存在一个严重的环境问题，即对地球的温室效应，其全球变暖潜能GWP(Global Warming Potential)值为1300(以CO2作为基准值1.0)，全球变暖效应较大。1997年召开地关于防止地球变暖京都会议中已经特别强调要控制温室效应气体的排放。国际上已经越来越注重从保护臭氧层和抑制全球气候变暖两大方面综合评价制冷剂环保性能。因此，寻求新的替代CFC-12，且环境性能和热工性能均好于HFC-134a的制冷工质的工作已是势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种替代CFC-12的环保型制冷剂。本发明所提供的这种制冷剂不仅不破坏大气臭氧层，而且温室效应更小，符合当前保护臭氧层和抑制全球气候变暖并重的环保要求。此外，还具有与CFC-12相当的热工参数和热工性能，可作为CFC-12的长期替代物。
本发明所提供的这种制冷剂，其特征在于该制冷剂含有氟乙烷(HFC-161)、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)三种组分，其质量百分比为：
HFC-161：1％-50％
HFC-152a：1％-50％
HFC-134a：30％-90％
比较优选的质量百分比为：
HFC-161：5％-30％
HFC-152a：5％-30％
HFC-134a：60％-90％
最优选的质量百分比为：
HFC-161：5％-20％
HFC-152a：5％-20％
HFC-134a：70％-85％
本发明的制冷剂与现有技术相比，具有以下优点：
1)环境性能良好，不仅消耗臭氧层潜能ODP值为0，而且全球变暖潜能GWP值大大小于CFC-12及其主要替代物HFC-134a，符合环保要求，这是本发明的最大优势。
2)热工参数如蒸发压力、冷凝压力和压比与CFC-12及其主要替代物HFC-134a相近，在基本不改变设备主要部件的前提下，热工参数如单位质量制冷量、单位容积制冷量优于CFC-12和HFC-134a，COP值虽小于CFC-12，但大于HFC-134a。可直接用于原使用HFC-134a的系统中，并且可以减少充灌量。该制冷剂可作为CFC-12的长期替代物。
具体实施方式
本发明提供的制冷剂，其制备方法是将氟乙烷(HFC-161)、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)三种组分按照其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
上述组分中的氟乙烷(HFC-161)，其分子式为CH3CH2F，分子量为48.06，标准沸点为-37.1℃，临界温度为102.2℃，临界压力为4.70MPa。
上述组分中的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)其分子式为CH3CHF2，分子量为66.05，标准沸点为-24.02℃，临界温度为113.26℃，临界压力为4.52MPa。
上述组分中的1，1，1，2-四氟甲烷(HFC-134a)其分子式为CF3CH2F，分子量为102.03，标准沸点为-26.07℃，临界温度为101.06℃，临界压力为4.06MPa。
下面给出本发明的具体实施例，这些实施例仅仅是说明性的，而决不是限制本发明的范围。
实施例1：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按9∶1∶90的质量百分比进行物理混合。
实施例2：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按1∶9∶90的质量百分比进行物理混合。
实施例3：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按50∶1∶49的质量百分比进行物理混合。
实施例4：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按1∶50∶49的质量百分比进行物理混合。
实施例5：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按50∶20∶30的质量百分比进行物理混合。
实施例6：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按20∶50∶30的质量百分比进行物理混合。
实施例7：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按5∶5∶90的质量百分比进行物理混合。
实施例8：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按30∶10∶60的质量百分比进行物理混合。
实施例9：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按10∶30∶60的质量百分比进行物理混合。
实施例10：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按5∶30∶65的质量百分比进行物理混合。
实施例11：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按10∶5∶85的质量百分比进行物理混合。
实施例12：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按5∶10∶85的质量百分比进行物理混合。
实施例13：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按20∶10∶70的质量百分比进行物理混合。
实施例14：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按10∶20∶70的质量百分比进行物理混合。
实施例15：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按25∶5∶70的质量百分比进行物理混合。
实施例16：将HFC-161、HFC-152a和HFC-134a在液相下按5∶25∶70的质量百分比进行物理混合。
现将上述实施例的性能与CFC-12及其主要替代物HFC-134a进行比较，说明本发明的特点和效果。
a.近共沸
表1温度滑移的比较(单位：℃) 泡点温度 露点温度 温度滑移 实施例1 -31.18 -28.67 2.51 实施例2 -26.50 -25.94 0.56 实施例3 -36.37 -35.89 0.48 实施例4 -25.22 -24.74 0.48 实施例5 -35.70 -34.71 0.99 实施例6 -31.85 -28.86 2.99 实施例7 -29.24 -27.30 1.94 实施例8 -34.71 -32.71 2.00 实施例9 -30.15 -27.44 2.71 实施例10 -28.12 -26.22 1.90 实施例11 -31.31 -28.67 2.64 实施例12 -28.98 -27.04 1.94 实施例13 -33.42 -32.75 2.67 实施例14 -30.58 -27.86 2.72 实施例15 -34.37 -32.15 2.22 实施例16 -28.31 -26.40 1.91
(注：表中的泡点温度和露点温度都是在标准大气压101.325kPa时的饱和温度)
从表1中可以看出，所有实施例的温度滑移都不大，最大不超过3.0℃，均属于近共沸混合制冷剂。
b.环境性能
表2比较了上述实施例与CFC-12、HFC-134a的环境性能。其中ODP值以CFC-11作为基准值1.0，GWP值以CO2作为基准值1.0(100年)。
表2环境性能比较 制冷剂 ODP GWP 实施例1 0 1061 实施例2 0 1122 实施例3 0 415 实施例4 0 581 实施例5 0 266 实施例6 0 335 实施例7 0 1091 实施例8 0 581 实施例9 0 664 实施例10 0 747 实施例11 0 981 实施例12 0 1015 实施例13 0 732 实施例14 0 782 实施例15 0 708 实施例16 0 809 CFC-12 0.9 8500 HFC-134a 0 1300
从表2中可以看出，上述实施例的臭氧层消耗潜能(ODP)值均为零，对大气臭氧层没有破坏作用，这一点要优于CFC-12。
不仅如此，上述实施例的全球变暖潜能(GWP)值也小于CFC-12、HFC-134a，只有CFC-12 GWP值的3～13％，HFC-134a GWP值的20～86％，更符合当前保护臭氧层、减小全球变暖效应并重的环境保护要求。
c.热工参数及热力性能
表3比较了在汽车空调工况下(即蒸发温度＝-1℃，冷凝温度＝60℃，吸气温度＝4℃，过冷温度＝57℃)，上述实施例与CFC-12、HFC-134a的热工参数(即：蒸发压力P0、冷凝压力Pk、压比Pk/P0、排气温度t2)及相对热力性能(即：相对COP、相对单位质量制冷量q0、相对单位容积制冷量qv、相对单位容积耗功量wv)。所说的相对热力性能是指各实施例热力性能与CFC-12热力性能的比值。
表3热工参数的比较
实施例11 0.325 1.847 5.68 73.14 0.958 1.35 1.102 1.150 实施例12 0.301 1.745 5.79 73.04 0.963 1.35 1.046 1.086 实施例13 0.351 1.946 5.54 75.39 0.960 1.49 1.180 1.230 实施例14 0.314 1.788 5.69 75.00 0.971 1.48 1.093 1.125 实施例15 0.367 2.013 5.48 75.62 0.953 1.50 1.217 1.277 实施例16 0.293 1.696 5.80 74.77 0.981 1.49 1.039 1.060 CFC-12 0.298 1.522 5.10 72.36 1.0 1.0 1.0 1.0 HFC-134a 0.283 1.682 5.96 70.82 0.949 1.22 0.979 1.026
从表3中可见，在汽车空调工况下，实施例1、2、4、6、7、9、10、11、12、14、16的冷凝压力、蒸发压力与CFC-12、HFC-134a相近，均处于允许范围；压比虽高于CFC-12，但均低于HFC-134a，可直接充灌于原使用HFC-134a的系统中。上述各实施例的排气温度虽均高于CFC-12和HFC-134a，但幅度较小，均处于允许范围内；单位质量制冷量均高于CFC-12和HFC-134a，这意味着可以减少系统制冷剂的充灌量；COP值虽略低于CFC-12，但均高于HFC-134a，因此，这些实施例具有节能效果。实施例1、2、4、6、7、9、10、11、12、14、16的单位容积制冷量和单位容积耗功量与HFC-134a相比，偏差不大，这表明这些实施例可直接使用HFC-134a的压缩机，而基本无需改动。