一种直接替代R134a的节能环保型碳氢混合制冷剂及其应用的制作方法

一种直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂及其应用
技术领域
1.本发明属于制冷剂技术领域，具体涉及一种直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂及其应用。


背景技术：

2.r134a因其无毒性、不可燃、对臭氧层无破坏、热物性优异等特点广泛应用于冰箱、冷柜、汽车空调以及大型冷水机组等制冷系统中。但是，随着对环境问题越来越重视，r134a的使用因其较高的全球变暖潜值开始逐渐受到越来越多的限制。欧盟在2004年规定，自2011年开始，欧盟国家所新推出的汽车空调系统中所使用的制冷剂的gwp值必须小于150，而2017年开始将禁止汽车空调系统使用gwp值大于150的制冷剂；此外，2016年通过的基加利修正案都加强了有高温室效应的hfcs的管控，在未来将会大幅削减r134a等制冷剂的使用。实际上，在冰箱冷柜领域，除少量冷柜还在使用r134a制冷剂外，r134a基本上已经被更加环保节能的r600a制冷剂所取代。
3.但是在r600a替代r134a是一直存在r600a单位容积制冷量小、相同制冷量条件下r600a压缩机排量需要更大的问题，或者单位容积制冷量接近，但cop值有不如r600a。近年来有不少研究人员开始对混合制冷剂进行开发，尤其是r290、r290等制冷剂与r600a混合制冷剂研究，以期能找到更合适的替代制冷剂。
4.申请公布号为cn102775964a提出了一种由63～100％丙烷和0～37％异丁烷组成的碳氢混合制冷剂、cn105441030a提出了一种由60～100％丙烷和0～40％异丁烷组成的碳氢混合制冷剂、cn 101270274a提出了一种由54～65％丙烷和30～40％异丁烷再加上3～8％润滑油组成的碳氢混合制冷剂、cn1740262a提出了两种分别由54％丙烷和45.5％异丁烷再加上0.5％四氢噻吩组成的碳氢混合制冷剂以及61％丙烷和38.5％异丁烷再加上0.5％四氢噻吩组成的碳氢混合制冷剂、cn 101402847a提出了一种由80～89％丙烷和11～20％异丁烷组成的碳氢混合制冷剂和cn 107603566 a提出了一种由66～100％丙烷和0～34％异丁烷组成的碳氢混合制冷剂，这些混合制冷剂的共同特点是丙烷的比例都比异丁烷的比例大，具有更大的单位容积制冷量和更高的排气温度，而且丙烷的比例越大，单位容积制冷量越大(比r134a的单位容积制冷量大得多)，标准大气压下的泡点温度也越低(比r134a的沸点温度低得多)，实际上也更接近于r290替代r22的情况，而且排气温度也越高。专利申请号cn 103604040 a则提出了一种由30％丙烷和70％异丁烷组成的碳氢混合制冷剂及其罐装步骤和排出步骤，没有对碳氢混合制冷剂的特点、关键参数和性能等进行任何具体说明。专利申请号cn113004870a也提出了丙烷(r290)和异丁烷(r600a)或丁烷(r600)构成的混合制冷剂，但从器发明实施例来看，这个发明的目标是混乱的，或者说是不明确的。在发明说明书的表3的实施例4-9(r290与r600a混合)中，其理论cop与r134a制冷剂理论cop的比值均在108％以下，最低的仅为103％，能效提升率有限，节能效果不是很明显，特别是单位容积制冷量变化很大，从只有r134a单位容积制冷量的72％到130％，单位容积制冷量相差较大时(超过7％即国家标准允许的测量误差)，是不能直接替代r134a的(小了，制冷
量不足，满足不了设计要求；多了，浪费制冷量，浪费能源)，需要重新设计压缩机。


技术实现要素：

5.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种可直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂及其应用。
6.本发明所提供的技术方案如下：
7.一种直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂，由以下质量百分比的各组分组成：丙烷(r290)32％～38％，异丁烷(r600a)68％～62％。
8.下表1给出了ashrae(美国采暖、制冷与空调工程师协会)手册中关于r290和r600a的相关物理性质与安全参数：
9.表1：r290和r600a物性参数
10.参数r290r600a分子式c3h8c4h
10
相对分子质量44.1058.1汽化潜热(0.1013mpa)kj/kg425.6365.11标准沸点℃-42.07-11.75凝固点℃-187.7-159.42临界压力kpa42543629临界温度℃96.8134.66临界密度kg/m3220.02225.5安全级别a3a3odp00gwp～20～20
11.所述混合制冷剂为非共沸混合制冷剂。
12.具体的，直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：丙烷为32％，异丁烷为68％。
13.具体的，直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：丙烷为35％，异丁烷为65％。
14.具体的，直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：丙烷为38％，异丁烷为62％。
15.本发明还提供了上述直接替代r134a的节能环保型碳氢混合制冷剂的应用，用于替代采用r134a作为制冷剂的制冷系统中的r134a制冷剂。优选的，用于替代冰箱、冷柜中的r134a制冷剂。
具体实施方式
16.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
17.本发明在具体实施时，所用的制冷剂r290和r600a均为制冷与低温技术领域所常用的制冷剂，其中，r290的质量百分比浓度占比为32％～38％，r600a的质量百分比浓度占
比为68％～62％.
18.实施例一
19.取制冷剂领域常用的r290和r600a制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为32％的r290和68％的r600a进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
20.实施例二
21.取制冷剂领域常用的r290和r600a制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为35％的r290和65％的r600a进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
22.实施例三
23.取制冷剂领域常用的r290和r600a制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为38％的r290和62％的r600a进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。
24.为比较性能，将上述实施例与r134a进行冰箱工况的理论循环计算。按照美国ashrae标准(国际通用标准)的冰箱标准工况(蒸发温度为-23.3℃，冷凝温度为54.4℃，过冷温度为32.2℃，过热温度32.2℃)进行制冷剂在制冷系统中的理论循环计算，其中压缩过程为等熵压缩。
25.理论循环计算主要针对压力、压比、理论压缩的压缩机出口温度、单位容积制冷量、性能系数和沸点(泡点)温度等关键参数进行相关比较，其对比参数结果如表2所示：
26.表2：冰箱工况理论循环计算参数
[0027][0028]
在进行制冷剂替代时，除了必须满足环境友好这个替代的根本性原因外，还必须满足性能系数相当或更大(这个因素同样涉及到环境(节能间能够减少二氧化碳排放))。从压缩机工作条件的角度，排气温度越低越有利于压缩机的运行和可靠性；从压缩机效率的角度，压缩比越小越好；从能够直接替代的角度，单位容积制冷量应该相当或略大一些。
[0029]
本发明的实施例的gwp值小于20(实际上r290和r600a均为天然物质，可忽略)，也无臭氧层破坏的危害，是符合未来长期环保节能要求的混合制冷剂。
[0030]
根据表2中r134a与本发明的实施例在制冷循环中各参数的对比可以看出：
[0031]
1.与被替代物r134a相比，在国际通用的冰箱冷柜标准的工况条件下，本发明的实施例的性能系数(cop值)均比r134a高10％左右，均具有显著的节能效应；
[0032]
2.本发明的实施例的冷凝压力均较低，而蒸发压力均略高，压缩比仅为r134a的
74％左右，可有效减少压缩机内的泄漏，提高压缩机的效率，延长压缩机的使用寿命；
[0033]
3.本发明的实施例的压缩机理论排气(出口)温度相较于r134a均低了14℃左右，有利于压缩机的运行，可有效避免了压缩机润滑油的碳化(烧焦)，提高了压缩机运行的可靠性，也为本发明应用于更高温环境提供了可能；
[0034]
4.本发明的实施例的单位容积制冷量与r134a相当或略高，无需重新设计压缩机，而且r290和r600a均能够与r134a常用的润滑油有良好的相容性，可直接用于r134a的替代；
[0035]
5.由于r290和r600a具有一定的可燃性，本发明的实施例在1个标准大气压下的泡点温度(1个标准大气压下实施例液体开始蒸发的温度)比r134a的沸点温度略低1.44℃～2.37℃，有利于防止压缩机出现低于环境压力导致空气漏入带来的风险。
[0036]
6.本发明的分子量也远小于r134a，流动性好，对系统的沿程损耗更小；液体的导热系数大大，有利于换热器的传热，传热效率高，这些都有助于本发明进一步提高性能系数(cop值)，更加有利于节能减排。
[0037]
综上所述：本发明满足现今各种国际协议的使用要求，可应用于采用r134a作为制冷剂的制冷系统以替代r134a，尤其是在冰箱冷柜领域直接替代r134a。
[0038]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。