长期性替代氟利昂-12的制冷剂

摘要

长期性替代氟利昂-12的制冷剂，属于制冷、空调、热泵等设备中使用的制冷工质，本发明是由FC-1311，R290两种物质组合而成，或者由上述两种物质与HFC-152a和HFC-227ea中的一种物质组成；也可以由FC-1311或R290中的一种物质分别与HFC-152a和HFC-227ea两种物质组合而成。该制冷剂是一种无毒，不可燃的亚共沸混合物，不仅热工性能良好、不破坏臭氧层(ODP＝0)，基本不影响温室效应，无光雾反应，符合环保要求，而且不需改动原有设备和冷冻油；生产线不需改造，在性能上优于现有的其它替代物，完全可以作为长期性替代氟利昂-12的制冷剂。

说明书

本发明属于制冷、空调、热泵等设备中使用的制冷剂。

现有技术中，作为冰箱、冰柜、汽车空调等装置的制冷剂，长期以来大都使用氟利昂-12(CFC-12)。由于它具有低毒性、不可燃、无腐蚀，与其它材料相兼容等特点，多年来被广泛用于制冷系统及其它一些领域。但从1974年发现CFC类物质对大气臭氧层有严重破坏作用以来，引起了国际上日益广泛的重视，并决定逐步限制CFCs的生产和使用。

目前，作为替代氟利昂-12的主要制冷制为HHC-134a，其优点是不破坏臭氧层，热工性能与氟利昂-12相近，其应用技术也日趋成熟，但在推广使用HFC-134a时，却带来了一系列与氟利昂-12不同的要求。例如对制冷系统中的一些主要设备、冷冻油及工艺等方面都提出了一系列新的要求，因而在实际使用中有诸多不便之处。另外，其温室效应GWP值还较高。所以尚不理想。近年来，德国使用某些碳氢化合物如异丁烷代替氟利昂-12，其优点是热工性能好，但其可燃、易爆性始终成为推广应用的主要障碍。为进行防爆处理，耗资较大，而且有光雾反应。为克服上述缺陷，清华大学研究开发的二元混合物HCFC22/HFC152a性能较好，但其中的HCFC22也将属于禁用之列，因此也只能作为过渡性替代物。

本发明旨在开发新的制冷剂，不仅为亚共沸混合物，热工性能良好，符合环保要求，安全、可靠、高效，而且不需改动现有的设备和冷冻油；并可直接进行充灌，是一种长期性替代氟利昂-12的制冷剂(称为THR02)

本发明提供的这种长期性替代氟利昂-12的制冷剂，其特征在于该制冷剂是由FC-131和R290两种物质组成，其组分含量(重量百分比)为：

HFC-1311：80-95％

R290  ：5-20％或者是由FC-1311、R290和HFC-152a三种物质组成，其含量(重量百分比)为：

FC-1311 ：60-90％

R290    ：3-10％

HFC-152a：5-35％

也可以将上述的HFC-152a换成HFC-227ea，即由FC-1311、R290和HFC-227ea三种物质组成，其含量(重量百分比)为：

FC-1311  ：  55-85％

R290     ： 5-20％

HFC-227ea： 5-25％

上述制冷剂，还可以将FC-1311和R290中的一种物质分别与HFC-152a和HFC-227ea两种物质组合。

若用FC-1311与HFC-152a和HFC-227ea三种物质组合时，其含量(重量百分比)为：

FC-1311  ：  40-85％

HFC-152a ：  7-50％

HFC-227ea：  3-30％

若用R290与HFC-152a和RFC-227ea三种物质组合时，其含量(重量百分比)为：

R290    ：  5-15％

HFC-152a：  30-45％

HFC-227ea： 40-65％

本发明提供的制冷剂，其制备方法是将上述各组分按其相应的配比在液相状态下进行物理混合即可。

上述组分中的FC-1311，即称为三氟碘甲烷，其分子式为CF₈I，分子量为195.91，正常沸点-22.5℃，临界温度为121.9℃，临界压力为4.04MPa。

R290，亦称丙烷，分子式为C₃H₈，分子量为44.01，正常沸点为-42.1℃，临界温度为113.3℃，临界压力为4.52MPa。

HFC-152a，其分子式为CH₃CHF₂，分子量为66.05，正常沸点为-24℃，临界温度为96.8℃临界压力为4.25MPa

HFC-227ea，亦称七氟丙烷，其分子式为CF₃CHFCF₃，分子量为170.03，正常沸点为-18.3℃，临界温度为103.5℃，临界压力为2.95MPa。

实施例：

实施例1：将80％的FC-1311(CF₃I)和20％的R290在液相下进行物理混合。

实施例2：用70％的FC-1311(CF₃I)和10％的R290以及20％的HFC-152a三种物质在液相下混合。

实施例3：用70％的FC-1311(CF₃I)和20％的R290(C₃H₈)以及10％的HFC-227ea三种物质液相混合。

实施例4：用50％的FC-1311和40％的HFC-152a以及10％的HFC-227ea三种物质液相混合。

实施例5：用100R290和40％的HFC-152a以及500％的HFC-227ea三种物质液相混合。

在冰箱的设计工况下，将上述实施例制冷剂的热工性能列于表1中。

表1  实施例热工性能比较

    实施例   实施例1  实施例2  实施例3    实施例4   实施例5蒸发压力MPa    0.14    0.13    0.13     0.11     0.13冷凝压力MPa    1.42    1.43    1.41     1.34     0.5    压比    10.5    11.0    10.6     12.0     11.3排气温度℃    141.3    146.8    136.1     147.0     127.4    COP*    1.01    1.01    1.00     1.02     0.96    冷量*    1.05    1.12    0.94     1.21     1.31容积制冷量*    1.05    1.04    1.01     0.93     0.99    ODP    0    0    0     0     0    GWP    ＜10    ＜50    ＜350    ＜400    ＜1700注：均为与氟利昂-12的相应比值。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果(与本发明中的一种为例)：

a、环境性能：

本制冷剂臭氧破坏潜能(ODP)为零，其温室效应系数(GWP)＜50，无光雾反应(VOC)。由此可见，本发明完全符合保护臭氧层，不影响温室效应，无光雾反应的环境保护要求，表1给出了与氟利昂-12及其它替代物的环境性能的比较。

表2环境性能的比较

  制冷剂  氟利昂-12  HCF-134a  异丁烷 本发明    ODP   1.0    0    0    0GWP(100年)   8500    1300    0  ＜50  VOC   0.1    0.6    200   无

b、热工参数：

在冰箱的设计工况下，蒸发器、冷凝器内的制冷剂的压力值，压缩机的压比以及排气温度与氟利昂-12十分相近，而且除排气温度略高外，其它均优于现用的替代物HFC-134a和异丁烷，例如异丁烷的蒸发压力小于1个大气压，处于真空运行，易漏入空气；HFC-134a与异丁烷的压比均高于本发明，因此使用本发明时，压缩机的容积效率比它们要高。

表3热工参数的比较

   制冷剂氟利昂-12HCF-134a异丁烷600a   本发明  蒸发压力MPa    0.129    0.115   0.039      0.12   冷凝压力    1.352    1.475   0.556      1.35     压比    10.46    12.85   14.1      11.6  排气温度℃    145.7    134.9   118.8      151.5

c、热工性能

本制冷剂的热工性能(COP与制冷量)优于氟利昂-12，参见表4。容积制冷量约等于氟利昂-12这表明，本制冷剂可以直接使用原氟利昂-12的压缩机而不需改动，而异丁烷的容积制冷量很小，原压缩机必须改造。

表4热工性能比较

    制冷剂氟利昂-12   HCF-134a  异丁烷    本发明    COP     1.0    0.98    1.04    1.02    冷量     1.0    1.25    2.43    1.16容积制冷量     1.0    0.93    0.35    0.97

综上所述，本发明不仅具有热工性能良好，且不破坏臭氧层，不影响温室效应，无光雾反应，完全符合环保要求。是一种无毒、不可燃的亚共沸混合物(滑移温度小于1℃)，可适用于原冷冻油并直接灌注，其压缩机与系统中的主要部件不需改动，生产线不需改造。在性能上优于现有的其它替代物，完全可作为长期性替代氟利昂-12的制冷剂。冰箱热工性能试验表明，其降温速度、起动性能、冷冻室与储藏室温度等热工性能均完全符合我国国家标准，而且比原氟利昂-12节能达15-20％；制冷剂充灌量减少20％左右。