用于制冷剂压缩机系统的制冷剂组合物

摘要

本发明公开了一种包括低背压(LBP)封闭往复式压缩机和制冷剂组合物的制冷系统。该制冷剂组合物包含二氟甲烷(R‑32)和2，3，3，3‑四氟丙烯(R‑1234yf)。

说明书

技术领域

本发明涉及用于制冷剂压缩机系统的制冷剂组合物。

背景技术

需要具有极低全球变暖潜势(GWP＜150)的制冷剂以满足对各种应用和细分市场的监管要求。已经开发出若干替代方案，以替代常规的高GWP制冷剂，诸如R-404A。建议用于该替代的许多低GWP制冷剂(诸如，R-457A)相比它们所替代的高GWP制冷剂(诸如，R-404A)表现出较高排放温度。这可通过减小压缩机的操作包络来限制其有效性。这对于低温制冷中使用的低背压(LBP)封闭往复式压缩机(hermetic reciprocating compressor)可能特别重要，因为这些模型中的许多不采用主动排放温度控制系统，诸如液体或蒸气注入。如果不监管，那么在这些LBP应用中产生的较高排放温度可能会潜在地缩短压缩机寿命。如果不具有主动降低排放温度的能力，那么这些压缩机的使用可能受限于具有较高蒸发器温度和/或较低冷凝温度的应用。

发明内容

在一个示例性实施方案中，提供了一种包括低背压(LBP)封闭往复式压缩机和制冷剂组合物的制冷系统。该制冷剂组合物包含二氟甲烷(R-32)和2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。

在另一个示例性实施方案中，提供了一种用包含80重量％至85重量％的2，3，3，3-四氟丙烯和15重量％至20重量％的二氟甲烷的第二制冷剂组合物替代包含R-404A、R-457A、R-290或R-454C的第一制冷剂组合物的方法。该替代在包括低背压(LBP)封闭往复式压缩机的制冷系统中进行。

在另一个示例性实施方案中，提供了一种操作作为制冷系统的一部分的低背压(LBP)封闭往复式压缩机的方法。该方法包括以下步骤：通过低背压(LBP)封闭往复式压缩机接收包含二氟甲烷(R-32)和2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)的制冷剂组合物，以及通过低背压(LBP)封闭往复式压缩机压缩制冷剂组合物。压缩机的排放温度介于78.0℃与102.0℃之间。

通过下面以举例的方式示出本发明原理的优选实施方案的更详细的描述，本发明的其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1为根据一个实施方案的制冷系统的示意图。

图2为根据一个实施方案的制冷系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供了表现出低排放温度和高热容量的低全球变暖潜势(GWP)制冷剂组合物。制冷剂组合物适用于低温制冷应用中使用的低背压(LBP)封闭往复式压缩机。

制冷系统100的实施方案示于图1中。在图1的实施方案中，制冷系统100包括容纳罐110。容纳罐110包含制冷剂组合物，并且在操作期间将制冷剂组合物供应到制冷系统100的其它部件。

制冷剂组合物可选自具有低全球变暖潜势(GWP)的材料。在一些实施方案中，制冷剂组合物表现出小于180、小于150和/或小于120的GWP。在一些实施方案中，可选择制冷剂组合物以替代具有高GWP的制冷剂组合物。在一些实施方案中，可选择制冷剂组合物以替代诸如R-404A、R-290、R-454C、R-457A和R-507A的制冷剂组合物。与R-404A相比，替代组合物有利地提供类似或改善的特性。类似的特性可包括可燃性、排放温度和热输送能力。

用于替代R-404A制冷剂的合适制冷剂组合物可包含二氟甲烷(R-32)和2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。在一些实施方案中，制冷剂组合物还可包含1，1-二氟乙烷(R-152a)。在一些实施方案中，制冷剂组合物可为非共沸制冷剂组合物。

在一个实施方案中，制冷系统100可为直接膨胀式制冷系统。在制冷系统100的操作期间，制冷剂组合物作为热传递过程的一部分在整个制冷系统100中循环。在图1的示例中，容纳罐110经由膨胀装置125可操作地联接到蒸发器120，该膨胀装置诸如孔管、毛细管、热膨胀阀或电子膨胀阀。膨胀装置125将制冷剂组合物供应到蒸发器120。在一些实施方案中，容纳罐110是任选的。在此类实施方案中，制冷剂在无容纳器的情况下直接提供到蒸发器120。在一个实施方案中，制冷剂组合物经由膨胀装置125在容纳罐110与蒸发器120之间输送。在一些实施方案中，蒸发器120可以低温模式操作。出于本文所述的目的，低温蒸发器操作介于-40℃与-18℃之间。在一些实施方案中，蒸发器120可以中温模式操作。出于本文所述的目的，中温蒸发器操作介于-20℃与-5℃之间。

蒸发器120经由吸入管线135可操作地连接至压缩机140。压缩机140增加进入压缩机140的蒸气制冷剂的压力。在一些实施方案中，压缩机140可为低背压(LBP)封闭往复式压缩机。在一个实施方案中，制冷剂组合物为包含二氟甲烷(R-32)和2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)的非共沸组合物。在另一个实施方案中，制冷剂组合物为包含二氟甲烷(R-32)、2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)和1，1-二氟乙烷(R-152a)的非共沸组合物。在一些实施方案中，低背压(LBP)封闭往复式压缩机的排放温度介于78.0℃与102.0℃之间、介于78.0℃与99.0℃之间、介于83.5℃与102.0℃之间、以及它们的组合。

压缩机140可操作地连接至冷凝器160。冷凝器160接收加压的蒸气制冷剂，并且允许加压的蒸气制冷剂将热传递至外部介质并冷凝成液态。

冷凝器160可操作地连接至容纳罐110。液体制冷剂返回至容纳罐110，并且通过再次提供到蒸发器120而再次可用于吸收热量。

在旨在替代常规的高GWP制冷剂的组合物中，期望替代制冷剂组合物表现出低GWP以及与其所替代的制冷剂相比类似或改善的制冷剂特性。在一些实施方案中，制冷剂组合物旨在替代R-457A。在一些实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计16重量％至19重量％的量的二氟甲烷(R-32)和基于制冷剂组合物的重量计81重量％至84重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。在一个实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计17重量％至18重量％的量的二氟甲烷(R-32)和基于制冷剂组合物的重量计82重量％至83重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。在一个实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计18重量％的量的二氟甲烷(R-32)和基于制冷剂组合物的重量计82重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。

在另选的实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计10重量％至11重量％的量的二氟甲烷(R-32)和基于制冷剂组合物的重量计89重量％至90重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。在一个实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计10重量％的量的二氟甲烷(R-32)和基于制冷剂组合物的重量计90重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。

在一个实施方案中，制冷剂组合物为包含二氟甲烷(R-32)、2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)和1，1-二氟乙烷(R-152a)的非共沸组合物。

在一些实施方案中，制冷剂组合物旨在替代R-457A。在一些实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计16重量％至20重量％、17重量％至19重量％和/或约18重量％的量的二氟甲烷(R-32)，基于制冷剂组合物的重量计71重量％至81重量％和/或75重量％至78重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)，和基于制冷剂组合物的重量计1重量％至11重量％和/或4重量％至7重量％的量的1，1-二氟乙烷(R-152a)。在一个实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计18重量％的量的二氟甲烷(R-32)，基于制冷剂组合物的重量计76重量％至77重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)，和基于制冷剂组合物的重量计5重量％至6重量％的量的1，1-二氟乙烷(R-152a)。在一个实施方案中，制冷剂组合物包含基于制冷剂组合物的重量计18重量％的量的二氟甲烷(R-32)和基于制冷剂组合物的重量计82重量％的量的2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。

制冷剂组合物还可包含一种或多种任选的非制冷剂组分，该一种或多种任选的非制冷剂组分选自润滑剂、染料(包括UV染料)、增溶剂、增容剂、稳定剂、示踪剂、抗磨剂、极压剂、腐蚀抑制剂和氧化抑制剂、金属表面能降低剂、金属表面去活化剂、自由基清除剂、泡沫控制剂、粘度指数改善剂、倾点降低剂、洗涤剂、粘度调节剂、以及它们的混合物。在一些实施方案中，任选的非制冷剂组分可被称为添加剂。实际上，许多这些任选的非制冷剂组分适合这些类别中的一种或多种，并且可具有能使它们本身实现一种或多种性能特性的品质。

为了便于操作并延长压缩机140的使用寿命，制冷剂组合物中可包含润滑剂。润滑剂与制冷剂组合物的溶解度和混溶性可改善润滑剂的性能并延长压缩机140的使用寿命。在一些实施方案中，润滑剂可包括矿物油、烷基苯、多元醇酯、聚亚烷基二醇、聚乙烯醚、聚碳酸酯、全氟聚醚、硅酮、硅酸酯、磷酸酯、链烷烃、环烷烃、聚α-烯烃、以及它们的组合。在一个实施方案中，润滑剂包括多元醇酯。

与制冷剂组合物一起使用的任选的非制冷剂组分可为选自以下的稳定剂：受阻酚、硫代磷酸酯、丁基化硫代磷酸三苯酯、有机磷酸酯、或亚磷酸酯、芳基烷基醚、萜烯、萜类化合物、环氧化物、氟化环氧化物、氧杂环丁烷、抗坏血酸、硫醇、内酯、硫醚、胺、硝基甲烷、烷基硅烷、二苯甲酮衍生物、芳基硫醚、二乙烯基对苯二甲酸、二苯基对苯二甲酸、离子液体、以及它们的混合物(意指本段落中所公开的任何稳定剂的混合物)。

稳定剂可选自：生育酚；对苯二酚；叔丁基对苯二酚；单硫代磷酸酯；以及二硫代磷酸酯，以商品名

与本发明的组合物一起使用的任选的非制冷剂组分可另选地为示踪剂。示踪剂可为来自相同类别的化合物或来自不同类别的化合物的单一化合物或者两种或更多种示踪剂化合物。在一些实施方案中，示踪剂以基于总体组合物的重量计约1份每百万重量份(ppm)至约5000ppm的总浓度存在于组合物中。在其它实施方案中，示踪剂以约10ppm至约1000ppm的总浓度存在。在其它实施方案中，示踪剂以约20ppm至约500ppm的总浓度存在。在其它实施方案中，示踪剂以约25ppm至约500ppm的总浓度存在。在其它实施方案中，示踪剂以约50ppm至约500ppm的总浓度存在。另选地，示踪剂以约100ppm至约300ppm的总浓度存在。

示踪剂可选自氢氟烃(HFC)、氘代氢氟烃、氯氟烃(CFC)、氢氯氟烃(HCFC)、氢氟烯烃(HFO)、氯烃、全氟化碳、氟代醚、溴化化合物、碘化化合物、醇、醛和酮、一氧化二氮、以及它们的组合。另选地，示踪剂可选自三氟甲烷(HFC-23)、1，1，1，3-四氟丙烯(HFO-1234ze，顺式或反式)、3，3，3-三氟丙烯(HFO-1243zf)、1，2，3，3，3-五氟丙烯(HFO-1225ye、E或Z异构体)、二氯二氟甲烷(CFC-12)、二氟-氯甲烷(HCFC-22)、氯甲烷(R-40)、氯氟甲烷(HCFC-31)、氟代乙烷(HFC-161)、1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)、五氟氯乙烷(CFC-115)、1，2-二氯-1，1，2，2-四氟乙烷(CFC-114)、1，1-二氯-1，2，2，2-四氟乙烷(CFC-114a)、2-氯-1，1，1，2-四氟乙烷(HCFC-124)、五氟乙烷(HFC-125)、1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(HFC-236fa)、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)、1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)、1，1，1，2，2-五氟丙烷(HFC-245cb)、1，1，1，2，3-五氟丙烷(HFC-245eb)、1，1，2，2-四氟丙烷(HFC-254cb)、1，1，1，2-四氟丙烷(HFC-254eb)、1，1，1-三氟丙烷(HFC-263fb)、1，1-二氟-2-氯乙烯(HCFC-1122)、2-氯-1，1，2-三氟乙烯(CFC-1113)、1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)、1，1，1，2，3，4，4，5，5，5-十氟戊烷(HFC-43-10mee)、1，1，1，2，2，3，4，5，5，6，6，7，7，7-十四氟庚烷、六氟丁二烯、3，3，3-三氟丙炔、三氟碘甲烷、氘代烃、氘代氢氟烃、全氟化碳、氟醚、溴化化合物、碘化化合物、醇、醛、酮、一氧化二氮(N

可将示踪剂以预定量添加至本发明的组合物，以允许检测任何稀释、污染或其它改变的组合物。另外，示踪剂可允许通过识别专利所有者的产品相对于竞争性侵权产品来检测侵犯现有专利权的产品。此外，在一个实施方案中，示踪剂化合物可允许检测制备产品的制造过程。

在一些实施方案中，任选的缓冲罐或积聚器150可插入蒸发器120与压缩机140之间，以防止液体制冷剂和/或润滑剂进入压缩机140。缓冲罐150(如果存在)可将任何积聚的液体返回至蒸发器120。

在一个可供选择的实施方案中，制冷系统可为溢流式蒸发器制冷系统200。图2示出了溢流式蒸发器制冷系统200。在图2的示例中，该系统的元件与上文直接膨胀式制冷系统100中所述相同，不同的是不存在毛细管125，并且可存在任选的泵225以有助于制冷剂从容纳罐110转移至溢流式蒸发器220。缓冲罐150(如果存在)可将任何积聚的液体返回至容纳罐110以再次提供到蒸发器220。从冷凝器160到容纳罐110的可操作连接还包括膨胀阀270。

与R-457A相比，本发明制冷剂组合物的性能示于下表1至6中。

将本发明组合物的制冷性能与R-404A(44重量％HFC-125(五氟乙烷)、52重量％HFC-143a(1，1，1-三氟乙烷)和4重量％HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)的混合物)、R-290(丙烷)、R-454C(包含21.5重量％HFC-32和78.5重量％HFO-1234yf的混合物)和R-457A(包含18重量％HFC-32、70重量％HFO-1234yf和12重量％HFC-152a(1，1-二氟乙烷)的混合物)进行比较。在低温和中温制冷条件下测定性能。

(平均40℃的冷凝器，平均-35℃的蒸发器，-15℃的RGT，0.7的相对效率，0.1m

(平均40℃的冷凝器，平均-7℃的蒸发器，18℃的RGT，0.7的相对效率，0.1m

(平均40℃的冷凝器，平均-35℃的蒸发器，-15℃的RGT，0.7的相对效率，0.1m

(平均40℃的冷凝器，平均-7℃的蒸发器，18℃的RGT，0.7的相对效率，0.1m

(平均40℃的冷凝器，平均-35℃的蒸发器，-15℃的RGT，0.7的相对效率，0.1m

(平均40℃的冷凝器，平均-7℃的蒸发器，18℃的RGT，0.7的相对效率，0.1m

结果示出，本发明的组合物表现出低于R-454C和R-457A的压缩机排放温度。它们还具有与现有制冷剂，并且具体地R-457A相当的容量和能量效率(COP)。

虽然已经参考优选的实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替代其要素。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行多种修改以使特定情况或特定材料适合本发明的教导内容。因此，本发明旨在不限于公开为执行本发明的最佳预期方式的具体的实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。

实施方案A1：一种制冷系统，所述制冷系统包括：

低背压(LBP)封闭往复式压缩机°

和制冷剂组合物c

其中所述制冷剂组合物包含：

二氟甲烷(R-32)和2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)。

实施方案A2：根据实施方案A1所述的制冷系统，其中所述二氟甲烷(R-32)以基于所述制冷剂组合物的重量计16重量％至19重量％的量存在，并且所述2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)以基于所述制冷剂组合物的重量计81重量％至84重量％的量存在。

实施方案A3：根据实施方案A1或A2所述的制冷系统，所述制冷系统还包括1，1-二氟乙烷(R-152a)。

实施方案A4：根据实施方案A1至A3中任一项所述的制冷系统，其中所述二氟甲烷(R-32)以基于所述制冷剂组合物的重量计16重量％至19重量％的量存在，所述2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)以基于所述制冷剂组合物的重量计71重量％至81重量％的量存在，并且所述1，1-二氟乙烷以基于所述制冷剂组合物的重量计1重量％至11重量％的量存在。

实施方案A5：根据实施方案A1至A4中任一项所述的制冷系统，其中所述1，1-二氟乙烷以基于所述制冷剂组合物的重量计4重量％至7重量％的量存在。

实施方案A6：根据实施方案A1至A5中任一项所述的制冷系统，所述制冷系统还包括基于所述制冷剂组合物的重量计0.1重量％至49重量％的量的非制冷剂化合物。

实施方案A7：根据实施方案A1至A6中任一项所述的制冷系统，其中所述非制冷剂化合物包括选自以下的润滑剂：矿物油、烷基苯、多元醇酯、聚亚烷基二醇、聚乙烯醚、聚碳酸酯、全氟聚醚、硅酮、硅酸酯、磷酸酯、链烷烃、环烷烃、聚α-烯烃、以及它们的组合。

实施方案A8：根据实施方案A1至A7中任一项所述的制冷系统：

所述制冷系统还包括蒸发器；

其中平均蒸发器温度低于-20℃。

实施方案A9：根据实施方案A1至A8中任一项所述的制冷系统：

其中压缩机排放温度低于R-457A的压缩机排放温度。

实施方案B1：一种用包含80重量％至85重量％的2，3，3，3-四氟丙烯和15重量％至20重量％的二氟甲烷的第二制冷剂组合物替代包含R-404A、R-457A、R-290或R-454C的第一制冷剂组合物的方法，其中所述替代在包括低背压(LBP)封闭往复式压缩机的制冷系统中进行。

实施方案B2：根据实施方案B1所述的方法，其中所述第二制冷剂组合物还包含基于所述制冷剂组合物的重量计0.1重量％至50重量％的量的非制冷剂化合物。

实施方案B3：根据实施方案B2所述的方法，其中所述非制冷剂化合物包括选自以下的润滑剂：矿物油、烷基苯、多元醇酯、聚亚烷基二醇、聚乙烯醚、聚碳酸酯、全氟聚醚、硅酮、硅酸酯、磷酸酯、链烷烃、环烷烃、聚α-烯烃、以及它们的组合。

实施方案B4：根据实施方案B1至B3中任一项所述的方法，其中压缩机排放温度低于R-457A的压缩机排放温度。

实施方案C1：一种操作作为制冷系统的-部分的低背压(LBP)封闭往复式压缩机的方法，所述方法包括以下步骤：

通过低背压(LBP)封闭往复式压缩机接收包含二氟甲烷(R-32)和2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)的制冷剂组合物；

通过低背压(LBP)封闭往复式压缩机压缩所述制冷剂组合物；

其中所述压缩机的排放温度介于78.0℃与102.0℃之间。

实施方案C2：根据实施方案C1所述的方法，其中所述低背压(LBP)封闭往复式压缩机从蒸发器接收所述制冷剂组合物，所述蒸发器具有介于-40℃与-5℃之间的蒸发器温度。

实施方案C3：根据实施方案C1或C2中任一项所述的方法，其中所述低背压(LBP)封闭往复式压缩机从蒸发器接收所述制冷剂组合物，所述蒸发器具有介于-40℃与-18℃之间的蒸发器温度。

实施方案C4：根据实施方案C1至C3中任一项所述的方法，其中所述二氟甲烷(R-32)以基于所述制冷剂组合物的重量计16重量％至19重量％的量存在，并且所述2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)以基于所述制冷剂组合物的重量计81重量％至84重量％的量存在。

实施方案C5：根据实施方案C1至C4中任一项所述的方法，其中所述压缩机的所述排放温度介于78.0℃与99.0℃之间。

实施方案C6：根据实施方案C1至C5中任一项所述的方法，其中所述制冷剂组合物还包含1，1-二氟乙烷(R-152a)。

实施方案C7：根据实施方案C1至C6中任一项所述的方法，其中所述二氟甲烷(R-32)以基于所述制冷剂组合物的重量计16重量％至19重量％的量存在，所述2，3，3，3-四氟丙烯(R-1234yf)以基于所述制冷剂组合物的重量计71重量％至81重量％的量存在，并且所述1，1-二氟乙烷(R-152a)以基于所述制冷剂组合物的重量计1重量％至11重量％的量存在。

实施方案C8：根据实施方案C1至C7中任一项所述的方法，其中所述压缩机的所述排放温度介于83.5℃与102.0℃之间。

实施方案C9：根据实施方案C1至C8中任一项所述的方法：

所述方法还包括通过所述低背压(LBP)封闭往复式压缩机从蒸发器接收所述制冷剂组合物的步骤；

其中平均蒸发器温度低于-5℃。

实施方案C10：根据实施方案C1至C9中任一项所述的方法，其中所述平均蒸发器温度介于-40℃与-5℃之间。

实施方案C11：根据实施方案C1至C10中任一项所述的方法，其中所述平均蒸发器温度介于-40℃与-18℃之间。