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一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物

阅读：408发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其包括三种组分，其中第一组分为1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea)或1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)的一种，第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)以及反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))、1,1-二氟乙烷(R152a)中的一种。该热传递组合物GWP小于等于600，ODP为0，具备明显的环保优势。另外，该热传递组合物具备良好的热力性能，应用于离心式制冷机组系统机组，能力和能效与使用R134a工质的离心式制冷机组系统相当，能够替代R134a工质，且离心式制冷机组系统系统不做任何更改。，下面是一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其包括三种组分，其中第一组分为1,
1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea)或1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)的一种，第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)以及反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))、1,1-二氟乙烷(R152a)中的一种，其中所述热传递组合物具有不大于600的全球变暖潜力(GWP)。
2.如权利要求1所述的一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其基本上由质量百分比12％-16％的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea),质量百分比4％-36％的所述第二组分和质量百分比52％-84％的所述第三组分组成。
3.如权利要求1所述的一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其特征在于，所述第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)以及反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))中的一种。
4.如权利要求1所述的一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其基本上由质量百分比28-44％的1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，质量百分比4％-44％的所述第二组分和质量百分比28％-68％的所述第三组分组成。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其还包含润滑剂。
6.如权利要求5所述的一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其中所述润滑剂选自所述润滑剂选自酯类油。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其特征在于，所述热传递组合物用于替换R134a。
8.一种离心式制冷机组，其特征在于，其包含流体连通的压缩机(1)、冷凝器(2)和蒸发器(3)、膨胀装置和实现所述流体连通的热传递组合物，所述热传递组合物为权利要求1-7任一项所述的热传递合物。
9.如权利要求8所述的离心式制冷机组，其特征在于：所述压缩机(1)为无油离心式压缩机，所述蒸发器(3)为管壳式换热器。
10.一种替换包含在换热系统中的现有换热流体的方法，其包括：从所述系统中去除至少一部分所述现有换热流体，所述现有换热流体是R134a，并且通过引入所述系统一种热传递组合物来替换至少一部分所述现有换热流体，形成权利要求1-7任一项所述的热传递组合物，且保证制冷能力为R134a制冷剂的制冷能力的70％至110％。

说明书全文

一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制冷剂技术，具体涉及一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物。

背景技术

[0002] 随着环保趋势的日益严重，对于HFCs的“温室效应”，蒙特利尔议定书修订案要求一种既不破坏臭氧层又具有较低GWP值的制冷剂来替代目前高GWP制冷剂，并有效应用于空调系统中。例如R134a，常用于大型空调冷水机组，其GWP为1300，ODP为0，目前技术手段常从单工质和混合工质角度出发，寻找既满足安全环保要求又满足空调系统能力能效要求的工质，但尚未找到较为完美的替代R134a的工质。

发明内容

[0003] 鉴于此，本发明提供了一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其GWP小于等于600，ODP为0，具有明显的环保优势，并且具有良好的热力性能，解决现有替代R134a的制冷剂应用于离心式制冷机组系统能力低或能效低的问题。

[0004] 本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物，其包括三种组分，其中第一组分为1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea)或1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)的一种，第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)以及反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))、
1,1-二氟乙烷(R152a)中的一种，其中所述热传递组合物具有不大于600的全球变暖潜力(GWP)。

[0005] 进一步可选地，其基本上由质量百分比12％-16％的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea),质量百分比4％-36％的所述第二组分和质量百分比52％-84％的所述第三组分组成。包含上述三种组分的热传递组合物其组分的质量占比分别在上述范围内的，具有更优的制冷能力和能效性能，且GWP低。

[0006] 进一步可选地，所述第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)以及反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))中的一种。从温度滑移、制冷能力能效等性能综合考虑，第三组分优选上述物质。

[0007] 进一步可选地，其基本上由质量百分比28-44％的1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，质量百分比4％-44％的所述第二组分和质量百分比28％-68％的所述第三组分组成。包含上述三种组分的热传递组合物其组分的质量占比分别在上述范围内的，具有更优的制冷能力和能效性能，且温度滑移小。

[0008] 进一步可选地，其还包含润滑剂，对使用使用该热传递组合物的制冷系统中的压缩机各个运动部件起润滑与冷却作用，保证压缩机正常运转，同时对压缩机的使用寿命中起着极其重要的作用。

[0009] 进一步可选地，其中所述润滑剂选自所述润滑剂选自酯类油，酯类油与本发明的热传递组合物有很好的兼容性，保证了使用该组合物的制冷系统的正常运行，同时对该制冷系统的寿命有积极的影响。

[0010] 进一步可选地，所述热传递组合物用于替换R134a，解决其应用于离心式制冷机组系统能力低或能效低的问题。

[0011] 本发明还提供一种离心式制冷机组，其包含流体连通的压缩机、冷凝器和蒸发器、膨胀装置和实现所述流体连通的热传递组合物，所述热传递组合物为上述任一项所述的热传递合物。

[0012] 进一步可选地，所述压缩机为无油离心式压缩机，所述蒸发器为管壳式换热器，保证制冷系统在运行的过程中的能效。

[0013] 本发明还提供了一种替换包含在换热系统中的现有换热流体的方法，其包括：从所述系统中去除至少一部分所述现有换热流体，所述现有换热流体是R134a，并且通过引入所述系统一种热传递组合物来替换至少一部分所述现有换热流体，形成上述任一项所述的热传递组合物，且保证制冷能力为R134a制冷剂的制冷能力的70％至110％。

[0014] 本发明中各组分可商购获得，或可由本领域已经的方法制得。本发明中各组分的含量配比经由大量筛选获得，是保证对热传递组合物优良性能的条件。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] (1)本发明引入的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷和1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)是不可燃的组分，通过不可燃组分的含量变化可以削弱三氟甲基甲基醚(RE143a)，2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)，反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))以及1,1-二氟乙烷(R152a)等组分的可燃性，进而获得弱可燃或不可燃且安全性能良好的对热传递组合物，其GWP均小于等于600，ODP为0。

[0017] (2)本发明的对热传递组合物相比R134a工质，具备明显的环保优势，同时该热传递组合物具备良好的热力性能，应用于离心式制冷机组系统，能力和能效与使用R134a工质的离心式制冷机组系统相当，能够替代R134a工质，离心式制冷机组系统不做任何更改。

[0018] (3)除了容积制冷量和能效以外，本发明对热传递组合物的组分的选择还考虑了温度滑移，组员间沸点差较大的组合有可能形成具有较大相变温差(滑移温度)的非共沸混合物，而本发明的热传递组合物滑移温度小于0.5℃。附图说明

[0019] 通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0020] 图1是本发明一实施例中离心式制冷机组系统系统单极压缩循环系统图；

[0021] 图中：

[0022] 1-压缩机；2-冷凝器；3-蒸发器；40-节流阀；

具体实施方式

[0023] 本发明的对一种热传递组合物的制备方法是将第一组分为1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea)或1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)，第二组分为三氟甲基甲基醚(RE143a)，第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)以及反式1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))、1,1-二氟乙烷(R152a)中的一种等多种组分，进行以下组合：

[0024] 组合方式第一组分第二组分第三组分组合方式第一组分第二组分第三组分组合一 R227ea RE143a R1234yf 组合五 R134a RE143a R1243zf组合二 R227ea RE143a R1243zf 组合六 R134a RE143a R1234ze(E)
组合三 R227ea RE143a R1234ze(E) 组合七 R134a RE143a R152a
组合四 R134a RE143a R1234yf 组合八 R227ea RE143a R152a

[0025] 优选的，进行以下组合：

[0026] 组合方式第一组分第二组分第三组分组合方式第一组分第二组分第三组分组合一 R227ea RE143a R1234yf 组合四 R134a RE143a R1234yf组合二 R227ea RE143a R1243zf 组合五 R134a RE143a R1243zf
组合三 R227ea RE143a R1234ze(E) 组合六 R134a RE143a R1234ze(E)
组合七 R134a RE143a R152a

[0027] 当组合方式确定时，各组分按不同的质量比例在常温常压液相状态下进行物理混合成，混合均匀成一种适用于离心式制冷机组的热传递组合物。其中1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷和1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)是一种不可燃的制冷剂，通过添加可以消弱其余制冷剂的可燃性，从而达到安全的要求。各组分物质的基本参数见表1。

[0028] 表1热传递组合物中各组分物质的基本参数

[0029]

[0030] 下面给出多个具体实施例，其中组分的比例均为质量百分比，每种热传递组合物的组分物质的质量百分数之和为100％。每种实施例中和对比例都是将各组分常温常压液相状态下按固定的质量比进行液相物理混合，混合均匀得到一种热传递组合物。各实施例对比例将表2。

[0031] 表2实施例和对比例

[0032]

[0033]

[0034] 表3比较了上述实施例和对比例与R134a的分子量、标准沸点及环境性能等基本参数。

[0035] 表3热传递组合物的热物性基本参数

[0036]

[0037]

[0038] 由表3可知，本发明提供的热传递组合物GWP均小于等于600，ODP为0，具备明显的环保优势，GWP远低于R134a。另外本发明混合工质的分子量、标准沸点、临界温度与R134a相当。

[0039] 优选的，将上述实施例和对比例应用于替换离心式制冷机组系统的R134a，冷凝器2可以是翅片管式，也可使管壳式，本实施例中采用翅片式冷凝器，优选的，上述离心式制冷机组系统不作任何设备部件更改。进一步优选的，离心式制冷机组系统包括离心式压缩机
1、冷凝器2、换热介质为三元混合制冷剂和水，其中膨胀装置为节流阀40、并且蒸发器3结构内侧包含气液分离过滤网，以免压缩机吸气带液。将上述实施例和对比例的热传递组合物在该离心式制冷机组系统中换热、被压缩、节流，替代R134a制冷剂。

[0040] 表4比较了上述实施例中和对比例的热传递组合物在制冷工况下(即蒸发温度为6℃，冷凝温度为36℃，过热度为5℃，过冷度为5℃)，其与R134a的热力参数(即压缩比和排气温度)及相对热力性能(即相对单位容积制冷量和相对效率COP)。

[0041] 表4热传递组合物与R134a的性能对比结果

[0042]

[0043] (*注：滑移温度为工作压力下的露点温度与泡点温度之差，取最大值)[0044] 由表4可知，本发明的热传递组合物部分制冷剂实施例容积制冷量大于R134a容积制冷量，且其温度滑移小于等于0.1℃，属于共沸制冷剂。其它制冷剂实施例容积制冷量小于R134a容积制冷量，大多数实施例相对容积制冷量不小于0.82，少量实施例相对容积制冷量在0.7左右，温度滑移均小于0.5℃，属于近共沸制冷剂。所有实施例的能效COP均小于R134a的能效COP，但均大于0.9。

[0045] 综合表3和表示实施例与对比例的数据可知，当改变本发明中配方的组分的含量或者组成制备的混合工质，组分之间不能很好的起到协同作用，会增加混合工质的GWP和/或滑移温度和/或可燃性,影响其使用时机组的换热效果和环保性能。

[0046] 具体的，针对本发明中热传递组合物的配方：包含质量百分比12％-16％的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea),质量百分比4％-36％的本发明文件中的第二组分和质量百分比52％-84％的本发明文件中的第三组分。通过对比例1得出当第一组分R227ea的质量百分占比低于12％，其得到的三元热传递组合物的GWP、相对容积制冷量、能效和温度滑移指标与本发明实施例数据相当，但由于不可燃组分R227ea的含量降低，增加了三元热传递组合物的可燃性。在对比例2中，第一组分R227ea的质量百分占比高于16％，其得到的三元热传递组合物的GWP偏高，温度滑移偏大。在对比例4中，可以明显分析看出本发明各组分质量百分占比的协同作用，当第三组分的质量百分占比低于52％的时候，第二组分与第一组分的含量不能同时满足本发明的配方的质量百分占比范围，其得到的三元热传递组合物的GWP稍大。结合对比例3和对比例5分析，去掉本发明配方中的第二组分得到的热传递组合物的相对容积制冷量偏低，去掉本发明中配方中的第一组分得到的热传递组合物的GWP、相对容积制冷量、能效和温度滑移指标与本发明实施例数据相当，但是其具有可燃性，存在安全问题。

[0047] 具体的，针对本发明中热传递组合物的配方：包含质量百分比28-44％的1,1,1,2-四氟乙烷(R134a),质量百分比4％-44％的本发明文件中的第二组分和质量百分比28％-68％的本发明文件中的第三组分。通过对比例6得出当第一组分R134a的质量百分占比低于
28％，其得到的三元热传递组合物的GWP、相对容积制冷量、能效和温度滑移指标与本发明实施例数据相当，但由于不可燃组分R134a的含量降低，增加了三元热传递组合物的可燃性。在对比例7中，第一组分R134a的质量百分占比高于44％，其得到的三元热传递组合物的GWP偏高。在对比例8中，可以明显分析看出本发明各组分质量百分占比的协同作用，当第三组分的质量百分占比低于24％的时候，第二组分与第一组分的含量不能同时满足本发明的配方的质量百分占比范围，其得到的三元热传递组合物的GWP偏高。结合对比例9和对比例
10分析，去掉本发明配方中的第三组分得到的热传递组合物的GWP偏高，去掉本发明中配方中的第一组分得到的热传递组合物的GWP、相对容积制冷量、能效和温度滑移指标与本发明实施例数据相当，但是其具有可燃性，存在安全问题。

[0048] 综上，一种热传递组合物，不仅具有低GWP、零ODP的环保特性，而且热力性能优良，在相同的制冷工况下，而且热力性能优良，即应用于离心式制冷机组系统，容积制冷量和能效COP与使用R134a工质的离心式制冷机组系统相当，且温度滑移小，可成为替代R134a的环保制冷剂。同时本发明中提供的一种热传递组合物可以根据制冷系统的需要来选择添加润滑剂等添加剂来增强对热传递组合物的性能和制冷系统的稳定性。

[0049] 以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

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