一种能够替代R290的新型制冷剂

一种能够替代r290的新型制冷剂
技术领域
1.本发明属于制冷、热泵及低沸点动力循环技术领域，具体的说，是涉及一种用于替代r290的混合制冷剂。


背景技术：

3.碳氢类制冷剂因为具有零消耗臭氧潜能值(odp)、极低的全球变暖潜能值(gwp)和良好的热力循环性能，重新受到整个行业的重视。丙烷(r290)是一种典型的碳氢类制冷剂，其饱和蒸汽压、汽化潜热、黏度系数、饱和液态与气态导热系数等均优于二氟一氯甲烷(r22)，充注量仅为r22的30％～40％，排气温度和排气压力较低，可以用于小型制冷设备。然而，r290的燃点为468℃，爆炸极限为2.1％～9.5％(体积分数)，易燃易爆的标签成为了限制r290大规模推广应用的最大阻力。当前只有解决燃爆问题、消除大众的恐惧，才能真正实现r290的推广应用。
4.由于受到工质的环保特性、燃爆特性和热力学性能间的矛盾限制，纯工质往往不能满足目前的需求，在可燃性、环保性、热力学性能三方面折中，采用混合制冷剂的替代方案是解决现阶段问题的一条途径。但目前尚未找到较为完美的替代方案。如何克服现有技术的不足，寻找具有良好热力学性能、安全环保的工质来替代r290成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决目前r290制冷剂安全性能差的技术问题，本发明提供了一种能够替代r290的新型制冷剂，该新型制冷剂的odp值为零，gwp小于5，具有不破坏臭氧层、温室效应影响小的特点，环保性能良好；其热力学性能与r290相当甚至更优，完全可以替代r290在制冷、热泵及低沸点动力循环系统中使用；更重要的是可燃性明显弱于r290，在安全性方面具有显著优势。
6.为了上述发明目的，本发明通过以下的技术方案予以实现：
7.一种能够替代r290的新型制冷剂，该制冷剂是由六氟丙烯(r1216)、丙烷(r290)和丙烯(r1270)组成的三元混合物；其中，六氟丙烯(r1216)的质量浓度为71～85％，丙烷(r290)的质量浓度为5～25％，丙烯(r1270)的质量浓度为1～20％。
8.进一步地，所述六氟丙烯(r1216)的质量百分比浓度为74％～79％，丙烷(r290)的质量百分比浓度为12％～20％，丙烯(r1270)的质量百分比浓度为6％～12％。
9.进一步地，其gwp值小于5，且可燃性弱于r290。
10.本发明的一种能够替代r290的新型制冷剂，其制备方法是将三种组分物质按其指定的质量配比在常温下进行物理混合即可。本发明中各组分可商购获得，或可由本领域已知方法制得。各组分的物质的基本参数见表1。
11.表1各组分基本物理参数
[0012][0013]
本发明的有益效果是：
[0014]
(一)本发明提供的新型制冷剂，其odp值为零，gwp小于5，具有不破坏臭氧层、温室效应影响小的特点，环保性能良好；
[0015]
(二)本发明提供的新型制冷剂，其中含有较大比例的不可燃工质r1216，可以抑制r290和r1270的可燃性，提高制冷热泵系统的安全性能，在安全性方面具有明显的优势；
[0016]
(三)本发明提供的新型制冷剂，其性能系数(cop)和单位容积制冷量与r290相当甚至更优，具有较高的系统循环性能；
[0017]
(四)本发明提供的新型制冷剂，能够应用于r290的制冷、热泵及低沸点动力循环系统，且不需做过多部件的更换，只做部分部件的更改即可。
[0018]
综上，本发明的取得可以解决环保制冷剂r290易燃易爆的安全性问题，对r290制冷剂在制冷、热泵及低沸点动力循环系统的推广具有重要意义。
具体实施方式
[0019]
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0020]
本发明在具体实施时，所用的制冷剂六氟丙烯(r1216)、丙烷(r290)和丙烯(r1270)均为制冷热泵及低沸点动力循环技术领域所常用的制冷剂。按不同的质量百分比浓度，在常温常压液相状态下进行物理混合，混合均匀后形成一种能够替代r290的新型制冷剂。下面给出多个具体实施例，其中各组分的比例均为质量比，每种混合工质的组分物质的质量比之和为100％。
[0021]
实施例1
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将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按74％/25％/1％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0023]
实施例2
[0024]
将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按75％/5％/20％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0025]
实施例3
[0026]
将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按71％/12％/17％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0027]
实施例4
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将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按85％/7％/8％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0029]
实施例5
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将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按74％/20％/6％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0031]
实施例6
[0032]
将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按79％/12％/9％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0033]
实施例7
[0034]
将六氟丙烯(r1216)，丙烷(r290)和丙烯(r1270)三种组分按74％/14％/12％的质量百分比浓度，在液相状态下物理混合均匀，得到一种能够替代r290的新型制冷剂。
[0035]
将上述实施例与r290工质的环境性能和温度滑移(标准大气压101.325kpa下)等基本参数，记录在表2中。
[0036]
其中，摩尔质量(g/mol)、标准沸点(℃)、临界温度(℃)、临界压力(mpa)根据美国国家标准技术研究所(nist)研制开发的工质物性查询refprop 10.0a所得到。
[0037]
温度滑移(℃)由matlab软件调用refprop 10.0a软件计算后所得。
[0038]
gwp值数据来自政府间气候变化专门委员会(ipcc)发布的《climate change 2021:the physical science basis》。
[0039]
表2实施例1～7与r290的基本物性参数对比
[0040][0041]
由表2可知，本发明提供的一种能够替代r290的新型制冷剂的实施例的gwp值均小于5，具有优异的环保性能，满足目前国际法律法规的要求；各实施例的泡点温度和r290的标准沸点接近；各实施例的温度滑移较小，各实施例接近共沸制冷剂，可以减小系统运行时工质的温度滑移造成的不良影响。
[0042]
在蒸发温度为5℃，冷凝温度为40℃，过热度为10℃，过冷度为5℃，压缩机综合效率为0.8的制冷工况下，上述实施例与r290的热力参数(排气压力和温度)及相对系统循环
性能(各实施例相对r290的相对单位容积制冷量和相对cop)的对比结果见表3。
[0043]
表3实施例1～7与r290的循环性能对比
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其中，蒸发压力(mpa)、冷凝压力(mpa)、压比、排气温度(℃)、相对单位容积制冷量、相对cop数据，是按照单级压缩蒸汽制冷机循环计算得到。
[0046]
由表3可知：1、各实施例中新型制冷剂的单位容积制冷量略高于r290，且新制冷剂的系统性能系数cop与r290的cop十分接近，表明新制冷剂在循环性能方面替代的可行性；2、由上述结果还能看出，大部分实施例的蒸发压力、冷凝压力和r290相比差别不大，部分新型制冷剂的压比更小，这有助于提高压缩机的效率；3、作为r290的替代物，新制冷剂系统的排气温度与r290系统的排气温度相当；4、r1216为高效阻燃剂，因此可以预估新制冷剂所包含的比例混合物主要为不可燃或者弱可燃制冷剂，增加了系统运行及工作环境的安全性；
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可见，制冷系统在以上工况下，并且在以上理论计算的优选比例范围内，本发明的一种能够替代r290的新型工质的系统循环性能与r290接近甚至更优，其突出优势是新工质的可燃性方面可以达到不可燃或者弱可燃的效果，与r290制冷剂相比，具有明显的安全性能优势。综上，本发明所述的新型制冷剂在替代r290时具有非常好的应用效果和发展潜力。
[0048]
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种能够替代r290的新型制冷剂，其特征在于，该制冷剂是由六氟丙烯(r1216)、丙烷(r290)和丙烯(r1270)组成的三元混合物；其中，六氟丙烯(r1216)的质量浓度为71～85％，丙烷(r290)的质量浓度为5～25％，丙烯(r1270)的质量浓度为1～20％。2.根据权利要求1所述的一种能够替代r290的新型制冷剂，其特征在于，所述六氟丙烯(r1216)的质量浓度为74％～79％，丙烷(r290)的质量浓度为12％～20％，丙烯(r1270)的质量浓度为6％～12％。3.根据权利要求1所述的一种能够替代r290的新型制冷剂，其特征在于，其gwp值小于5，且可燃性弱于r290。

技术总结
本发明属于制冷、热泵及低沸点动力循环技术领域，公开了一种能够替代R290的新型制冷剂，该制冷剂是由六氟丙烯(R1216)、丙烷(R290)和丙烯(R1270)组成的三元混合物，其中，六氟丙烯的质量百分比浓度为71～85％，丙烷的质量百分比浓度为5～25％，丙烯的质量百分比浓度为1～20％。本发明所提供的新型制冷剂的ODP值为零，GWP小于5，具有不破坏臭氧层、温室效应影响小的特点，环保性能良好；且新型制冷剂的可燃性明显弱于R290，在安全性方面具有明显的优势。本发明新型制冷剂的热力学性能与R290相当甚至更优，完全可以替代R290在制冷、热泵及低沸点动力循环系统中使用，拥有广阔的应用前景。景。


技术研发人员：杨昭 张勇 陈裕博 贺红霞
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/13