適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑技術方案

本發明專利技術公開了一種適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑。制冷劑的組成和質量百分數配比為：二氟甲烷50％；二甲醚3％；1,1,1,2-四氟乙烷47％。在冷凝溫度為25～30℃，蒸發溫度-25℃左右時，相對COP為1.020(40HZ)，1.035(50Hz)，系統節能率在5％以上。替代R404A的高效環保制冷劑，具有ODP為零、GWP較低(946)、充灌量較小(70％左右)、熱力學性能優良以及市場可獲得性良好等特點，可以直接充注于原來使用R404A制冷劑的冷凍冷藏系統中，不需要做過多的部件更換，更不需要重注潤滑油。而且在較高的冷凝溫度與較低的蒸發溫度工況下相比R404A具有更好的性能系數和節能效果。

【技術實現步驟摘要】
適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑
本專利技術屬于熱泵或制冷、空調系統中的制冷劑，尤其適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑。
技術介紹
在《京都議定書》和《蒙特利爾議定書》的框架基礎上，各國政府以及科研機構和行業企業從政策制定、技術研究到產業實踐進行了大量的工作，歐洲的含氟氣體法規最新提案提出，零售業的冷凍冷藏柜，從2015年起，制冷劑的GWP值不得超過2150，國際上已經越來越注重從保護臭氧層和抑制全球氣候變暖兩大方面綜合評價制冷劑環保性能,可見降低GWP值的重要。截止到2012年底，我國共有冷庫約9.85萬座，同比增長11.3％，其中新增冷庫容量約260萬噸。根據國家發展改革委公布的《產品冷鏈物流發展規劃》，我國計劃到2015年將全國冷庫總容量增加到1880萬噸，面臨冷庫數量的不斷增長，制冷劑的需求及生產也日漸增多，加速高GWP值制冷劑的淘汰進程具有重要意義。目前冷凍冷藏行業使用最為廣泛的R404A，屬于歐洲的含氟氣體法規限制的制冷劑，其替代技術的研究尤為迫切。R404A是一種三元近共沸混合物制冷劑,是R502的優選替代制冷劑。但是,R404A尚存在一定的缺陷，雖然ODP值均為0,但仍具有較高的GWP(3850)值,與當前控制溫室氣體排放的環保要求不相適應。本專利技術提出一種非共沸三元混合制冷劑可適用于低溫冷凍系統，作為R404A的替代物。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑；替代低溫冷凍冷藏系統R404A的新型混合制冷劑，使其環境特性和循環性能最佳。本專利技術的適用于低溫冷凍冷藏系統的節能環保制冷劑，由R-32(二氟甲烷)、DME(二甲醚)和R-134a(1,1,1,2-四氟乙烷)組成。三種組元的基本物理性質如表一所示，其均具有較高的臨界溫度和臨界壓力，可以在高溫工況下使用，三種組元的ODP均為0，GWP相對較低，尤其是DME，其GWP接近0，且具有較高的單位容積制冷量。該三種組元雖然在《中高溫熱泵工質》專利中已被證實可適用于中高溫熱泵系統，且具有很好的效果，但其高溫高壓的工況并不能夠在不對冷凍冷藏系統進行過多的改動前提下直接適用于低溫冷凍系統，本專利對三種組元不同配比下混合制冷劑進行理論分析，得出物性參數與R404A極為相近的制冷劑，且具有相對較高COP的最佳組分比例，可實現新型制冷劑的直接沖灌。新型節能環保制冷劑的特征是三組元物質的具體質量百分數配比為：二氟甲烷50％，二甲醚3％，1,1,1,2-四氟乙烷47％。表1新型混合制冷劑各組元基本參數Tb：正常沸點，Tc：臨界溫度，Pc：臨界壓力本專利技術所述環保制冷劑的制備方法是，將三組元物質按其指定的質量配比低溫液體(常溫氣體)進行物理混合即可。有關新型混合制冷劑與R404A的物性參數如表2所示：兩者的物性參數基本一致，R404A是一種近共沸混合制冷劑，在標準大氣壓下，新型混合制冷劑的溫度滑移為7.56℃，作為非共沸的混合制冷劑具有降低系統壓比，增加制冷量，提高循環熱力完善度等優點。新型混合制冷劑分子量較R404A低。其GWP值為946，約為R404A的24.6％，因此溫室效應的潛在能力相對較小。雖然DME具有易燃易爆的特性，但在新型混合制冷劑中的含量較少，而且R-134a就有一定的阻燃性，因此大大降低了新型混合制冷劑的可燃性，此外DME是一種具有特殊氣味的氣體，可作為檢驗系統是否泄露的一種方法。表2R404A與新型混合制冷劑基本物性參數比較參數R404A新型混合制冷劑分子量/(kg/kmol)97.6067.26臨界溫度/℃72.1489.36臨界壓力/kPa3.3755.254臨界密度/(kg/m3)488.5430.65泡點溫度(℃)-46.57-45.68露點溫度(℃)-45.79-38.12溫度滑移(℃)0.787.56ODP值/100GWP值/13850946可燃性不燃弱可燃性注：表中泡點溫度與露點溫度為標準大氣壓101kPa時的飽和溫度附圖說明圖1新型制冷劑與R404A單位容積制冷量比較；圖2新型制冷劑與R404A的COP比較；圖3R404A排氣溫度；圖4新型制冷劑排氣溫度。具體實施方式實施例：按照三組元物質按照質量百分比為二氟甲烷50％，二甲醚3％，1,1,1,2-四氟乙烷47％。進行配比，以低溫液態或者常溫氣態的狀態進行物理混合制備本專利技術的制冷劑。下面通過對在不同工況下新型混合制冷劑替代R404A進行理論分析及試驗以驗證其有益效果。冷凍冷藏系統的設計工況取為：冷凝溫度＝10、15、20、25、30、35、40、45、50℃；蒸發溫度＝0、-5、-10、-15、-20、-25、30℃；過熱度＝25℃(有效過熱5℃，無效過熱20℃)；過冷度＝5℃；壓縮機絕熱效率0.8、容積效率0.95。分別對冷凍冷藏系統不同工況下新型混合制冷劑及R404A的制冷循環性能參數進行理論計算，包括單位容積制冷量、壓縮機排氣溫度以及冷凝壓力等，并對二者的相對性能參數進行了比對分析，如附圖1-4所示。結果表明：雖然新型混合制冷劑的應用使得壓縮機的排氣溫度普遍提高，但是在冷凝溫度較高工況下其單位容積制冷量和制冷性能系數較R404A有所提高，而且伴隨著蒸發溫度的降低其相對COP越大，說明新制冷劑在一定工況下具有高效節能的優勢。鑒于二者的冷凝壓力基本一致，這從系統壓力角度證明了采用直接灌注式替代方案的可行性。新型混合制冷劑具有ODP為零、GWP較低(946)、充注量少(70％左右)、熱力學性能優良以及市場可獲得性良好等特點，可以直接充注于原來使用R404A制冷劑的冷凍冷藏系統中，不需要做過多的部件更換，更不需要重注潤滑油。此項專利對于增強我國冷凍冷藏系統專用制冷劑在國際市場上的競爭力，加速高GWP制冷劑的淘汰進程具有重要意義。在較高的冷凝溫度(>35℃)，較低的蒸發溫度(<-30℃)工況下，新型混合制冷劑相對R404A具有相對較高的單位容積制冷量及COP，是一種高效節能的制冷劑。針對最佳實施方式，在冷凍冷藏試驗臺上測試了實際工作特性。分別在壓縮機組40Hz和50Hz冬季運行工況下，對基于制冷劑R404A以及新型混合制冷劑的冷凍冷藏系統進行了制冷性能的試驗研究。制冷工況性能試驗結果表明：該冷凍冷藏系統應用本專利技術的新型節能環保制冷劑可獲得較高的性能系數，較低的壓縮機高低壓比，較小的能耗。在冷凝溫度為25～30℃，蒸發溫度-25℃左右時，相對COP為1.020(40HZ)，1.035(50Hz)，系統總體節能率均在5％以上。替代R404A的高效環保制冷劑，具有ODP為零、GWP較低(946)、充灌量較小(70％左右)、熱力學性能優良以及市場可獲得性良好等特點，可以直接充注于原來使用R404A制冷劑的冷凍冷藏系統中，不需要做過多的部件更換，更不需要重注潤滑油。而且在較高的冷凝溫度與較低的蒸發溫度工況下相比R404A具有更好的性能系數和節能效果。本專利技術具有非常好的應用效果和發展潛力。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑；其特征是組份及質量百分比為：二氟甲烷???????????50％，二甲醚?????????????3％，1,1,1,2?四氟乙烷???47％。

【技術特征摘要】
1.一種適用于低溫冷凍系統的環保制冷劑；其特征是組份及質量百分比...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊昭，趙松松，田田，陳愛強，張娜，陳明鋒，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津;12