專利名稱：：適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)中的三元近共沸混合制冷劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種混合制冷劑，特別涉及一種環(huán)保型的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的三元近共沸混合制冷劑。
背景技術(shù)：
：?jiǎn)渭?jí)壓縮制冷系統(tǒng)在家用冰箱、空調(diào)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，與人們的現(xiàn)代生活休戚相關(guān)。但隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和節(jié)能性的要求，對(duì)高效的"綠色工質(zhì)"的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為制冷行業(yè)的一大重要課題。過(guò)去在冰箱制冷系統(tǒng)中最常用的制冷工質(zhì)為R12(二氣二氯甲烷，CF2C12),它雖然具有毒性小，不可燃，不易爆，本征效率髙等綜合優(yōu)點(diǎn)，但其具有較高的ODP和GWP系數(shù)，因此被列入首先淘汰的工質(zhì)之中。在現(xiàn)有的冰箱系統(tǒng)中，最常用于替代R12的制冷工質(zhì)主要有R134a(1,1,1,2—四瓶乙烷，CH2FCF3)和R600a(異丁烷，i-C4Hu))這兩種純工質(zhì)。與R12相比，R134a具有更好的遷移性質(zhì)及更高的氣體和液體熱導(dǎo)率，排氣溫度略低。但是R134a與常規(guī)的礦物油不相溶,并且R134a單位容積制冷量和制冷效率均不及R12,且壓比髙于R12，因此也不利于壓縮機(jī)的高效運(yùn)行。而另一種替代工貭R600a雖然制冷效率略高于R12，但其壓比同樣較高，且單位容積制冷量遠(yuǎn)小于R12。此外，R600a沸點(diǎn)較髙，在大多數(shù)情況下，蒸發(fā)器中的R600a都處于負(fù)壓狀態(tài)，容易混入空氣和水蒸氣等物質(zhì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。從替代工質(zhì)的研究情況來(lái)看，工質(zhì)的選擇主要集中于純物質(zhì)和二元混合物方面，而三元以上的多元混合物還比較少見(jiàn)，主要原因在于多元混合物的物性研究的欠缺。由于三元以上的共沸混合物相當(dāng)稀少，因此，泡露點(diǎn)溫差較小的近共沸混合物也是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇。多元共沸/近共沸潘合物具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)1、共沸/近共沸工質(zhì)在其共沸區(qū)附近溫度滑移較小，具有同純工質(zhì)相似的性質(zhì)，易于獲得穩(wěn)定的蒸發(fā)工況;2、在同樣的蒸發(fā)溫度下其背壓高于其單組分的純工質(zhì)，因此具有更高的單位容積制冷量；3、避免非共沸工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)中的濃度變化，因此可以保持制冷循環(huán)的穩(wěn)定性和可靠性；4、在共沸點(diǎn)附近比其單組分的純工質(zhì)有更離的相變傳熱系數(shù)；5、添加了烷烴的混合物具有更好的潤(rùn)滑油溶解性質(zhì)?？梢?jiàn)，三元以上的共沸/近共沸混合物在替代工質(zhì)研究中具有巨大的潛力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保的與潤(rùn)滑油具有良好互溶性，用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的三元近共沸制冷劑。本發(fā)明的技術(shù)方案如下-本發(fā)明提供的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)中的三無(wú)近共沸制冷劑，包含經(jīng)過(guò)物理混合的1,1,1，2—四氟乙烷(CH2FCF3即R134a),1,1—二氟乙烷(CHF2CH3即R152a)和異丁烷(i-C4Hio即R600a);所述混合制冷劑中各組分摩爾濃度之和為100%,其中，所述1,1，1,2一四氟乙烷的摩爾濃度為2%~47%，1，1—二氟乙垸的摩爾濃度為35%~80異丁烷的摩爾濃度為18%63%。上述包括l，1，1,2—四氟乙烷，1,l-二氟l烷和異丁烷的混合制冷劑存在優(yōu)化濃度配比混合制冷劑中各組分摩爾濃度之和為100%，其中l(wèi),1,1,2—四氟乙烷的摩爾濃度為4%40%,1，1—二氟乙烷摩爾濃度為40%60%，異丁烷的摩爾濃度為20%~56%;該優(yōu)化濃度的依據(jù)主要是循環(huán)熱力性能，即COP數(shù)值，另外綜合考慮混合物的相平衡行為、溫度滑移和共沸區(qū)間的傳熱等問(wèn)題。上述包括1,1，1,2—四氟乙烷，1，l一二氟乙垸和異丁烷的港合制冷劑還存在最佳濃度范圍混合制冷劑中各組分摩爾濃度之和為100%，其中l(wèi)，1，1,2—四氟乙垸的摩爾濃度為5.4%26.5%,1,1—二氟乙烷庫(kù)爾濃度為49.5%72.5%,異丁烷的摩爾濃度為22.1%33.1%。該混合制冷劑具有近共沸相平衡特征，其中在101kPa下的近共沸濃度區(qū)間為1,1，1,2—四氣乙烷的摩爾濃度在5.4%11.5%,1,1—二氣乙烷的摩爾濃度在55.4%62.3%,異丁烷為32.3%33.1%,對(duì)應(yīng)泡點(diǎn)溫度為244.89245.21K(-27.62-28.26°C);在1500kPa下的近共沸濃度區(qū)間為1，1,1，2一四氟乙烷的摩爾濃度在5.4%26.5%，1,1—二無(wú)乙垸的摩爾濃度在49.5%72.5%,異丁烷為22.1%24.0%,對(duì)應(yīng)泡點(diǎn)溫度為328.85330.65K(55.7057.50°C)。上述最佳濃度范圍覆蓋了高低壓下的近共沸濃度區(qū)間，可使該混合物在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中溫度滑移較小(見(jiàn)附圖l),其熱力學(xué)行為相當(dāng)于一個(gè)純工質(zhì)，而且其熱力循環(huán)效率處于很高的范圍內(nèi)。附圖2表明，該共沸工質(zhì)的溫度一壓力曲線與R12非常接近，因此可以使用同R12相同的壓縮機(jī)進(jìn)行工作。另外，由于混合物中含有異丁烷組分，使得該混合工質(zhì)在礦物油中也具有較好的溶解性能，因此，該工質(zhì)可以直接應(yīng)用于原有的R12制冷系統(tǒng)而不作大的改動(dòng)。本發(fā)明提出的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的共沸混合制冷劑具有下述諸多優(yōu)點(diǎn)其臭氧損耗潛值ODP為零，長(zhǎng)期使用不會(huì)對(duì)大氣臭氧層造成損害。由于含有的兩弁組分1,l一二氟乙烷(R152a)和異丁烷(R600a)的溫室效應(yīng)系數(shù)GWP均非常小，本發(fā)明所提供的混合制冷劑GWP系數(shù)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有的R12,R134a等系列制冷劑。本發(fā)明建議的濃度區(qū)間覆蓋了高低壓下的近共沸區(qū)間f因此其溫度滑移小。本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于該共沸工質(zhì)具有較髙的本征效率，在建議的濃度區(qū)間內(nèi)，性能系數(shù)COP與R12相當(dāng)，單位容積制冷量商于R134a。另外，由于該共沸工質(zhì)含有不可燃組分R134a,因此在一定程度上降低了該混合物的可燃性，比現(xiàn)有工質(zhì)R600a的安全性有一定的提高。附圖1是本發(fā)明實(shí)施例7、實(shí)施例8、實(shí)施例9、實(shí)施例10在不同飽和壓力下的泡露點(diǎn)溫差(溫度滑移)。附圖2是本發(fā)明實(shí)施例10與現(xiàn)有制冷劑的蒸氣壓比較。具體實(shí)施方式實(shí)施例l:取摩爾濃度為2%的1，1,1,2—四氟乙烷，摩爾濃度為80%的1,l一二氟乙烷與摩爾濃度為18%的異丁烷在常溫下物理溜合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例2:取摩爾濃度為47%的1，1，1，2—四氟乙垸，摩爾濃度為35%的1，l一二氟乙烷與摩爾濃度為18%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例3:取摩爾濃度為2%的1，1,1,2—四氟乙烷，摩爾濃度為35%的1,l一二氟乙垸與摩爾濃度為63%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例4:取摩爾濃度為4%的1,1,1,2—四氟乙烷，摩爾濃度為60%的1,l一二氟乙烷與摩爾濃度為36%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例5:取摩爾濃度為40%的1,1，1，2—四氟乙烷，摩爾濃度為40%的l，1—二氟乙烷與摩爾濃度為20%的異丁垸在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例6:取摩爾濃度為4%的1,1,1,2—四氟乙烷，摩爾濃度為40%的1,l一二氣乙烷與摩爾濃度為56%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例7:取摩爾濃度為5.4%的1,1，1，2—四氟乙焼，摩爾濃度為72.5%的1,1—二氟乙垸與摩爾濃度為22.1%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例8:取摩爾濃度為26.5%的1，1,1，2—四氟乙烷，摩爾濃度為49.5%的1,1一二氟乙烷與摩爾濃度為24%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例9:取摩爾濃度為11.5%的1，1，1,2—四氟乙烷，摩爾濃度為55.4%的1,1—二氟乙烷與摩爾濃度為33.1%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例10:取摩爾濃度為5.4%的1，1,1，2—四氟乙烷，鷹爾濃度為62.3%的1,l一二氟乙烷與摩爾濃度為32.3%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例lh取摩爾濃度為8.8%的1,1，1,2-四氟乙烷，摩爾濃度為58.2%的1，1一二氟乙烷與摩爾濃度為33%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例12:取摩爾濃度為5.4%的1，1,1，2—四氟乙烷，摩爾濃度為65.5%的1,l一二氟乙烷與摩爾濃度為29.1%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例13:取摩爾濃度為10.8%的1，1,1,2—四氟乙焼，摩爾濃度為59.9%的1,l一二氟乙烷與摩爾濃度為29.3%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例14:取摩爾濃度為17.4%的1，1，1，2—四氟乙烷，摩爾濃度為52.6%的1,1一二氟乙垸與摩爾濃度為30%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例15:取摩爾濃度為5.4%的1，1，1，2—四氟乙烷，摩爾濃度為67.5%的1,l一二氟乙烷與摩爾濃度為27.1%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例16:取摩爾濃度為13%的1，1,1，2—四氟乙垸，摩爾濃度為59%的1，1一二氟乙烷與摩爾濃度為28%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例17:取摩爾濃度為21.5%的1,1，1，2—四氟乙烷，摩爾濃度為50.3%的1,1—二氟乙烷與摩爾濃度為28.2%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。實(shí)施例18:取摩爾濃度為16%的1,1,1,2—四氟乙烷，摩爾濃度為60.9%的1,1—二氟乙垸與摩爾濃度為23.1%的異丁烷在常溫下物理混合，獲得一種可應(yīng)用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑。根據(jù)"電冰箱用全封閉型電動(dòng)機(jī)——壓縮機(jī)"國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9098—88中的有關(guān)規(guī)定，確定設(shè)計(jì)工況為蒸發(fā)溫度-23.3°(:,吸氣溫度32,2。C,冷凝溫度54.4。C，過(guò)冷溫度32.2°0:，環(huán)境溫度32,2。C。根據(jù)循環(huán)計(jì)算，上述18個(gè)實(shí)施倒的循環(huán)性能參數(shù)以及與現(xiàn)有制冷劑的性能對(duì)比結(jié)果列于下表中，其中相對(duì)制冷量和相對(duì)效率均是以R12為基準(zhǔn)的對(duì)比值。施例中混合制冷劑1生能匯總及與現(xiàn)有制冷劑性l賠比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以上基于標(biāo)準(zhǔn)工況的理論計(jì)算結(jié)果表明，本發(fā)明提供的制冷工質(zhì)的絕大部分實(shí)施例比現(xiàn)有的替代工質(zhì)R134a除排氣溫度外在其它各項(xiàng)指標(biāo)上均有相當(dāng)程度的提高；與替代工質(zhì)R600a相比，單位容積制冷量和壓比有較大程度的優(yōu)勢(shì)；與傳統(tǒng)的優(yōu)良工質(zhì)R12相比，單位容積制冷量和效率相當(dāng)，排氣溫度則有較大程度的降低，這將有利于壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。本發(fā)明提出的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的混合制冷劑具有良好的環(huán)保特性，下表給出了3個(gè)實(shí)施例與現(xiàn)有制冷劑臭氧損耗潛值ODP和全球變暖潛值GWP比較。可以看出本發(fā)明提出的新型混合制冷劑大大減小了GWP值。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>*現(xiàn)有制冷劑及純質(zhì)數(shù)據(jù)引自"制冷劑使用手冊(cè)，曹德勝、史琳編著，北京，冶金工業(yè)出版社，2003年"**根據(jù)純組分ODP值按照質(zhì)量濃度加權(quán)計(jì)算所得。權(quán)利要求1.一種適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)中的三元環(huán)保型近共沸制冷劑，其特征在于，該混合制冷劑包含經(jīng)過(guò)物理混合的1，1，1，2-四氟乙烷，1，1-二氟乙烷和異丁烷；所述混合制冷劑中各組分摩爾濃度之和為100％，其中，所述1，1，1，2-四氟乙烷的摩爾濃度為2％～47％，1，1-二氟乙烷的摩爾濃度為35％～80％，異丁烷的摩爾濃度為18％～63％。2、按權(quán)利要求1所述的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)中的近共沸混合制冷劑，其特征在于混合制冷劑中各組分摩爾濃度之和為100%,其中l(wèi),1,1，2—四氟乙烷的摩爾濃度為4%40%，1,1—二氟乙烷摩爾濃度為40%60%，異丁烷的摩爾濃度為20%~56%。3、按權(quán)利要求1所述的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)中的共沸混合制冷劑，其特征在于混合制冷劑中各組分摩爾濃度之和為100%,其中l(wèi)，1，1，2—四氟乙烷的庫(kù)爾濃度為5.4%~26.5%,1,1—二氟乙烷庫(kù)爾濃度為將.5%72.5%，異丁烷的摩爾濃度為22.1。％33.1%。全文摘要本發(fā)明涉及的適用于單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的環(huán)保型近共沸混合制冷劑包括1，1，1，2-四氟乙烷，1，1-二氟乙烷和異丁烷經(jīng)過(guò)物理混合而成，其中1，1，1，2-四氟乙烷的摩爾濃度為2％～47％，1，1-二氟乙烷的摩爾濃度為35％～80％，異丁烷的摩爾濃度為18％～63％。該混合制冷劑溫度滑移較小，并具有良好的潤(rùn)滑油溶解性能，可以直接替代R12工質(zhì)而無(wú)需在制冷系統(tǒng)中作大的改動(dòng)；其ODP為零，GWP遠(yuǎn)小于常規(guī)HFC工質(zhì)。文檔編號(hào)C09K5/04GK101235274SQ20071006354公開(kāi)日2008年8月6日申請(qǐng)日期2007年2月2日優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日發(fā)明者公茂瓊,吳劍峰,宇張申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所