专利名称：空调、制冷系统及其冷媒充注方法
技术领域：
本发明涉及制冷系统，具体涉及空调、制冷系统及其冷媒充注方法。
背景技术：
全球范围内使用中的空调，还有相当一部分使用R22 (HFC22)作为冷媒来进行制冷循环，在全球变暖以及臭氧层被破坏的大背景下，急需使用一种新的冷媒来替换具有臭氧破换系数ODP (Ozone Depletion Potential)高以及高温室效应指数GWP (Global Warming Potential)的R22。作为R22的替代冷媒，目前已经广泛采用的有R410a (HFC32:HFC125=50:50 (重量比))和 R407c (HFC32HFC125HFC134a=23:25:52 (重量比)) 等，目前已经有采用R410a或R407c且获得与R22相当的能效系数COP (Coefficient of Performance)的产品。上述R410a和R407c仍然对环境有着较大的影响，其ODP值都为0，但其GWP值分别为2100与1800，其中R410a的GWP值比R22的GWP值1810稍高一些。因此要防止全球变暖，急需寻找另外一种GWP值较低的替代冷媒。目前，世界上许多研究机构开始进行用R290 (丙烷)做为替代冷媒的研究，使用 R290 (丙烷)做为替代冷媒具有如下优点
(DR290 的 GffP 值为 20，与 R22、R410a、R407c 的 GffP 值 1810,2100,1800 相比，大约只有其的1%，对全球变暖的影响大大减小；
(2)R290为自然工质，在自然环境中存在，且R290为液化石油气的主要成分，因此R290 具有比其他冷媒更容易获得、对环境影响小的特点；
(3)R290与矿物油相溶，如果在空调系统中使用R290为替代冷媒，则空调压缩机生产企业可使用现有的R22压缩机生产线，更有利于R290冷媒的推广。(4)无论上理论上，还是实际测试，采用R290做冷媒的制冷系统，其COP值比采用 R22做冷媒的制冷系统的COP值提升5%-10% ；
(5)在实际运行中，R290冷媒系统比R22冷媒系统压力稍低，同一系统中R290的充注量比R22要小得多。虽然，使用R290 (丙烷)做为替代冷媒具有许多优点，但是，由于R290属于易燃物， 安全性较差，因此，如何确定R290的充注量，从而在确保制冷系统使用安全的前提下，获得较高的COP值，是目前急待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决R290做为替代冷媒，如何确定R290的充注量， 从而在确保制冷系统使用安全的前提下，获得较高的COP值的问题。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种制冷系统的冷媒充注方法，冷媒中R290的质量百分比不低于70%，且R290的充注量根据系统制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定；当冷媒全部由R290组成时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为 100g-350g;或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积R290的充注量为 330g-528g ；
当冷媒中R290的质量百分比为70%时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为70g-M5g ；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为 231g-369. 6g0本发明还提供了一种制冷系统，包括由管路顺序连接压缩机、室外侧换热器、节流机构和室内侧换热器组成的冷媒循环回路，所述冷媒循环回路中充注的冷媒为质量百分比不低于70%的R290，且R290的充注量根据制冷系统的制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定。在上述制冷系统中，所述冷媒全部由R290组成，且对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为100g-350g。在上述制冷系统中，所述冷媒全部由R290组成，且对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为330g-5^g。在上述制冷系统中，系统制冷量为2. 6KW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为0.4;系统制冷量为3. 5KW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为 0. 28 ；系统制冷量为5. IKW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为0. 44 ；系统制冷量为7. 2KW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为0. 33。在上述制冷系统中，系统制冷量为3. 5KW时，室外侧换热器的内容积为1. 25L，室内侧换热器的内容积为0. 45L。在上述制冷系统中，所述冷媒中R290的质量百分比为70%，且对应于制冷系统每 Kff的制冷量，R290的充注量为70g-M5g。在上述制冷系统中，所述冷媒中R290的质量百分比为70%，且对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为231g-369. 6g。本发明还提供了一种包括上述制冷系统的空调。本发明，采用了 R290的质量百分比不低于70%的冷媒进行制冷循环，并且根据系统制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定R290的充注量，从而在确保制冷系统使用安全的前提下，获得了较高的COP值，减少了对臭氧层的破坏。
图1为使用R22和R290作为冷媒的制冷系统在制冷运行时冷媒充注量与系统COP 值的关系图2为使用R22和R290作为冷媒的制冷系统在制热运行时冷媒充注量与系统COP值的关系图3为本发明提供的制冷系统原理图4为使用同等效率的压缩机，在相同的能力前提下，使用R22做为冷媒的制冷系统的 COP值与使用R290做为冷媒的制冷系统的COP值的比较图，图中以百分率进行比较，R22的百分率为100% ；
图5为使用同等效率的压缩机，在相同的能力前提下，使用R22做为冷媒的制冷系统的COP值与使用R290做为冷媒的制冷系统的COP值的比较图，图中以COP的实测值进行比较； 图6为制冷系统的制冷能力与室外换热器内容积的关系图； 图7为制冷系统的制冷能力与室内换热器内容积的关系图； 图8为制冷系统的制冷能力与室内、室外换热器内容积比值的关系图； 图9为不同制冷能力下使用R290、R22和R410a作为冷媒的制冷系统中储液罐的容量； 图10为不同制冷能力下使用R290、R22和R410a作为冷媒的制冷系统中的储气罐的容量。
具体实施例方式下面以热泵型空调器为具体实施例，并结合说明书附图对本发明作出详细的说明。显然，本发明并不局限于热泵型空调器，可应用于任何一种制冷系统，用于替代R22做为冷媒。如图3所示，热泵型空调器包括由室内机1、室外机2及连接室内机1和室外机2 的冷媒流动管道所组成制冷系统，上述室内机1、室外机2以及冷媒流动管道组成了一个冷媒回路，在该冷媒回路中，进行制冷循环的冷媒中R290的质量百分比不低于70%。室内机1 中还设有室内换热器8，室外机2中还设有压缩机3、电磁四通换向阀4、室外换热器6、冷媒节流机构7以及储液罐5。这些结构以及空调器制冷、制热过程均为本领域的公知技术，在此不再赘述。本发明的主要创新点在于如何确定R290的充注量。为此，本发明首先提供了一种制冷系统的冷媒充注方法，冷媒中R290的质量百分比不低于70%，且R290的充注量根据系统制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定；
当冷媒全部由R290组成时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为 100g-350g;或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积R290的充注量为 330g-528g ；
当冷媒中R290的质量百分比为70%时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为70g-M5g ；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为 231g-369. 6g0本发明提供的上述方法是在大量相关对比试验的基础上获得的。图6、图7所示的是从2. 6KW到7. 2KW的不同制冷能力的空调器，室外侧换热器与室内侧换热器的内容积。 图8所示的是从2. 6KW到7. 2KW的不同制冷能力的空调器，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积比。参照图6、图7、图8的数据，制冷量为3. 5KW的空调器的室外侧换热器2的内容积为1. 25L，室内侧换热器8的内容积为0. 45L。根据制冷系统的制冷量来确定冷媒回路中冷媒R290的最佳充注量，得出在系统制冷量为3. 5KW时，冷媒回路中总的R290冷媒的充注量为350g-1225g。根据制冷系统中室外换热器的内容积来确定冷媒回路中冷媒R290的最佳充注量，得出在室外侧换热器内容积为1.25L时，冷媒回路中总的R290冷媒的充注量为 412.5g-660g。如上所述，使用R290作为冷媒进行制冷循环的制冷系统，能够得出出现COP峰值的R290冷媒充注量的范围，即当冷媒回路中R290的充注量相应于每KW制冷量在
5100g-350g范围内，或当冷媒回路中R290的充注量相应于每L室外侧换热器内容积在 330g-528g范围内时，制冷系统将获得最大的COP值。再参见图1、图2，使用R290作为冷媒进行制冷循环时，当系统COP值最大时，制冷运行时冷媒回路系统中R290的充注量在680g，制热运行时冷媒回路系统中R290的充注量在620g。同时，使用R22作为冷媒进行制冷循环时，当系统COP值最大时，制冷运行时冷媒回路中R22的充注量为1360g，制热运行时为1230g。通过上述数据，可得出如下结论，使用 R290制冷剂与使用R22制冷剂时，制冷、制热运行时最佳冷媒量的比值接近于1 :1，这就是说，在整个冷媒回路中，不需要增加储液器，或者储液器的容积可适当减小。此外，从图4、图5可以看出，使用同等效率的压缩机，在相同的能力前提下，使用 R22作为冷媒的的制冷系统的COP值为100(%)，而使用R290作为冷媒的制冷系统的COP值为107 (%)；使用R290的制冷系统的COP值为3. 73，使用R22的制冷系统的COP值为3. 5。 由此可见，使用R290作为冷媒的制冷系统的COP值优于使用R22作为冷媒的制冷系统。再参见图9及图10，该图示出了使用M90、R22、R410a作为冷媒的制冷系统，在不同制冷能力下，相应的储液罐及储气罐的容积。从数据中可以看出，由于R290冷媒的充注量相应于R22冷媒有一定量的减少，因此对于制冷量在3. 5KW以下的空调器，其冷媒回路中可不使用储液罐以及储气罐。当然，本发明并不局限于使用单一工质R290作为冷媒进行制冷循环的制冷设备， 其同样适用于至少含70% (质量百分比)R290的混合工质中。当冷媒中R290的质量百分比为70%时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为70g-M5g ；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为 231g-369. 6g。当冷媒中R290的质量百分比为85%时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为80g-300g ；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为 282g-425g。采用R290的混合工质作为冷媒可以获得与全部采用R290作为冷媒相近似的结^ ο总之，全部使用R290作为冷媒或者使用R290的质量百分比至少为70%的混合工质作为冷媒，采用本发明提供的制冷系统的冷媒充注方法，可以在确保使用安全性的基础上，获得较高的COP值。从而为R290在制冷系统中的应用提供了很好的解决方案。本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.制冷系统的冷媒充注方法，其特征在于，冷媒中R290的质量百分比不低于70%，且 R290的充注量根据系统制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定；当冷媒全部由R290组成时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为 100g-350g;或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积R290的充注量为 330g-528g ；当冷媒中R290的质量百分比为70%时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为70g-M5g ；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为 231g-369. 6g0
2.制冷系统，包括由管路顺序连接压缩机、室外侧换热器、节流机构和室内侧换热器组成的冷媒循环回路，其特征在于所述冷媒循环回路中充注的冷媒为质量百分比不低于70% 的似90，且R290的充注量根据制冷系统的制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定。
3.如权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述冷媒全部由R290组成，且对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为100g-350g。
4.如权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述冷媒全部由R290组成，且对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为330g-5^g。
5.如权利要求3或4所述的制冷系统，其特征在于，系统制冷量为2.6KW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为0. 4 ；系统制冷量为3. 5KW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为0. 28 ；系统制冷量为5. IKff时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为0. 44 ；系统制冷量为7. 2KW时，室内侧换热器与室外侧换热器的内容积之比为 0. 33。
6.如权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，系统制冷量为3.5KW时，室外侧换热器的内容积为1. 25L，室内侧换热器的内容积为0. 45L。
7.如权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述冷媒中R290的质量百分比为70%， 且对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为70g-M5g。
8.如权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述冷媒中R290的质量百分比为70%， 且对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为231g-369. 6g。
9.空调，其特征在于，包括如权利要求2至8项任一项所述的制冷系统。
全文摘要
本发明公开了一种空调、制冷系统及其冷媒充注方法，该方法中，冷媒中R290的质量百分比不低于70%，且R290的充注量根据系统制冷量或室外侧换热器内容积的大小确定；当冷媒全部由R290组成时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为100g-350g；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积R290的充注量为330g-528g；当冷媒中R290的质量百分比为70%时，对应于制冷系统每KW的制冷量，R290的充注量为70g-245g；或者，对应于制冷系统中每升室外侧换热器的内容积，R290的充注量为231g-369.6g。本发明，利用R290作为冷媒进行制冷循环，通过对R290充注量的限定，使其在确保制冷系统使用安全的前提下，获得了较高的COP值，减少了对臭氧层的破坏。
文档编号F25B45/00GK102445035SQ20111043267
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者张金鹏, 白韡, 郑坚江 申请人:宁波奥克斯空调有限公司