一種新的綠色製冷劑的製作方法
2023-05-13 23:45:06 2
專利名稱：一種新的綠色製冷劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳遞熱的材料，也就是一種由液態到氣態相態變化時傳遞熱的材料，更具體地說是用於製冷設備(冰箱、冰櫃)用的製冷劑。
在現有的技術中，作為冰箱、冰櫃等產品所使用的製冷劑，長期以來大都使用二氯二氟甲烷(CFC-12)。1974年發現CFC類物質(氯氟烴)對大氣臭氧層有嚴重的破壞作用。這樣，引起了國際上的日益廣泛的重視，而決定逐步限制CFCs(氯氟烴化合物)的生產及使用。
目前，作為替代CFC-12的主要製冷劑為1，1，1，2-四氟乙烷(CF3CH2F，HFC-134a)，它的優點是不破壞大氣的臭氧層，而其熱工性能與CFC-12相近，其應用技術也日趨成熟。但是，在推廣使用HFC-134a的過程中，帶來了一系列與CFC-12不同的要求，例如，對製冷系統中的一些主要設備，冷凍油及工藝等各方面都提出了一系列的新要求，給其實際的推廣使用帶來了許多不便。再者，其溫室效應Gwp(Global warning potential)值還較高，所以還不是一種理想製冷劑。
近年來，德國使用某些碳氫化合物，如用異丁烷來代替CFC-12(二氯二氟甲烷)，其優點是熱工性能好，缺點是它的可燃性，易爆性始終成為其推廣應用的主要障礙。為了進行防爆處理，耗資較大，而且有光霧反應。
本發明的目的就在於研究開發出一種不需要改動現有的冰箱、冰櫃等設備中的構件，替代CFC-12(二氯二氟甲烷)，直接充灌到現有的冰箱、冰櫃等製冷設備中的一種製冷劑。
本發明的一種製冷劑，含有40～60％(重量百分數，下同)的1，1-二氟乙烷(CHF2-CH3，HFC-152a)和40-60％的一氯二氟代甲烷(CHClF2，HCFC-22)。
本發明的另一種製冷劑，含有30-65％的1，1-二氟乙烷(CHF2-CH3，HFC-152a)和15-50％的一氯二氟代甲烷(CHClF2，HCFC-22)及2-30％選自1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(CF3CHFCF3，HFC-227ea)、三氟碘甲烷(CF3I，FC-1311)其中的一種化合物。
本發明的再一種製冷劑含有30～65％(重量百分數，下同)的1，1-二氟乙烷(CHF2-CH3，HFC-152a)，5-50％的一氯二氟代甲烷(CHClF2，HCFC-22)及10-60％的1，1，1，2-四氯乙烷(CF3CH2F，HFC134a)。
為了在使用上述三種致冷劑時，不更換壓縮機的礦物油，降低壓縮機的出口壓力，可加入至少一種選自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、異戊烷的添加劑，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷總量的0～15％(重量百分數，下同)，又以其總量的1～10％為佳；其添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷及1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷或三氟碘甲烷化合物總量的0～15％(重量百分數)，又以其總量的1～10％為好；其添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷、1，1，1，2-四氟乙烷總量的0～15％(重量百分數)，又以其總量的1～10％為宜。
上述三種致冷劑中的組分中的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，其結構式為CHF2-CH3，分子量為66.05，正常沸點為-24℃，臨界溫度為96.8℃，臨界壓力為4.25MPa；一氯二氟代甲烷(HCFC-22)，其結構式為CHClF2，分子量為86.47，正常沸點為-40.8℃。臨界溫度為96.8℃，臨界壓力為4.99MPa；1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，其結構式為CF3CHFCF3，分子量為170.03，正常沸點為-18.3℃，臨界溫度為103.5℃，臨界壓力為2.95MPa；三氟碘甲烷(FC-1311)，其結構式為CF3I，分子量為195.91，正常沸點為-22.5℃，臨界溫度為121.9℃，臨界壓力為4.04MPa；1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，其結構式為CF3CH2F，分子量為102.03，正常沸點為-26.1℃，臨界溫度為101.1℃，臨界壓力為4.06MPa。
本發明中所述的製冷劑，其製備方法就是將上述的各組分按其相應的配比進行物理混合即可，是無毒的亞共沸混合物。
本發明的製冷劑與現有技術相比具有如下的的優點它們具有良好的環境性能，若以CFC-12(二氯二氟甲烷)的臭氧損耗因數ODP(Ozone Depletion Factor)和其全球溫室效應潛能Gwp(Global Warning potential)為基準作為1，則本發明的製冷劑的ODP小於0.03，Gwp也小於1，可以作中近期(2040年前)的冰箱、冰櫃等製冷設備中的致冷劑。
本發明的製冷劑的熱工參數與CFC-12相近，完全可以直接充灌。
本發明的製冷劑的熱工性能，特性係數COP(Coefficientof performance)及製冷量優於CFC-12，容積製冷量與CFC-12的相近，因此本發明的製冷劑可直使用原CFC-12的壓縮機。
綜上述可以看出，本發明的製冷劑不僅具有良好的熱工性能，而且對臭氧層的破壞影響已極小，符合中近期(2040年前)環境保護的要求，其壓縮機與系統中的主要部件不需改動，生產線也不需改造，可以作為中近期替代CFC-12的製冷劑。
用以下非限定性實施例對本發明的製冷劑作進一步的說明，將有助於對本發明及其優點的理解，而不作為對本發明的限定，本發明的保護範圍由權利要求書來決定。
實施例1本實施例中的製冷劑含有48％的1，1～二氟乙烷(HFC-152a)和52％的一氯二氟代甲烷(HCFC-22)。將其按配比進行物理混合即成，現將本實施例1的製冷劑的性能與CFC-12的性能的比較列於表1中。
表1 實施例1的製冷劑的性能與CFC-12的性能比較實施例1 CFC-12蒸發壓力，MPa 1.311.29冷凝壓力，MPa 15.513.5壓比11.810.5排氣溫度， 166.1 146.0COP*1.006 1.0冷量*1.776 1.0容積製冷量*1.122 1.0ODP*＜0.03 1.0
GWF*＜0.1 1.0*均為與CFC-12相應的比值，以下實施例同。
實施例21，1-二氟乙烷、二氯二氟代甲烷的含量與實施例1相同。唯不同的是，加入添加劑丙烷，丙烷的加入量為1，1-二氟乙烷、二氯二氟代甲烷總量的3％。
實施例31，1-二氟乙烷、二氯二氟代甲烷的含量與實施例1相同。唯不同的是，加入添加劑甲烷和異戊烷，甲烷和異戊烷的加入量為1，1-二氟乙烷、二氯二氟代甲烷總量的5.5％，所加入的甲烷與異戊烷的重量比為1∶2。
實施例41，1-二氟乙烷、二氯二氟甲烷的含量與實施例1相同。唯不同的是，加入添加劑丙烷和戊烷，丙烷和戊烷的加入量為1，1-二氟乙烷、二氯二氟代甲烷總量的2.5％，所加入的丙烷和戊烷的重量比為1∶1。
實施例5本實施例中的製冷劑含有60％的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，20％的一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和20％的1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)。將其按配比進行物理混合即成，現將本實施例5的製冷劑的性能與CFC-12的性能的比較列於表2中。
表2 實施例5的製冷劑的性能與CFC-12的性能比較實施例5CFC-12蒸發壓力，MPa 1.14 1.29冷凝壓力，MPa 13.91 13.5壓比 12.2 10.5排氣溫度，℃ 149.4 146.0COP*1.013 1.0冷量*1.663 1.0容積製冷量*0.959 1.0ODP*＜0.03 1.0GWP*＜0.14 1.0實施例61，1-二氟乙烷(HFC-152a)，一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)的含量與實施例5相同，唯不同的是加入添加劑乙烷，丁烷，戊烷，其加入的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷總量的6％，所加入的乙烷、丁烷、戊烷的重量比為1∶1∶1。
實施例71，1-二氟乙烷(HFC-152a)，一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)的含量與實施例5相同，唯不同的是加入添加劑丙烷，其加入量為1，1-二氟乙烷，一氯二氟代甲烷，1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷總量的3％。
實施例8本實施例中的製冷劑含有54％的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，41％的一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和5％的三氟碘甲烷(FC-1311)，將按配比進行物理混合即成。現將本實施例8的製冷劑的性能與CFC-12的性能的比較列於表3中。
表3 實施例8的製冷劑的性能與CFC-12的性能比較實施例5 CFC-12蒸發壓力，MPa1.24 1.29冷凝壓力，MPa14.9 13.5壓比 12.0 10.5排氣溫度，℃ 163.9146.0COP*1.02 1.0冷量*1.7751.0容積製冷量*1.0691.0ODP*＜0.03 1.0GWP*＜0.11.0實施例91，1-二氟乙烷(HFC-153a)、一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和三氟碘甲烷(FC-1311)的含量與實施例8相同，唯不同的是加入添加劑戊烷，戊烷的加入量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷和三氟碘甲烷總量的3.5％。
實施例10本實施例中的製冷劑含有45％的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)、5％的一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和50％的1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)。將其按配比進行物理混合即成。
實施例11
1，1-二氟乙烷(HFC-152a)、一氯二氟代甲烷(HCFC-22)和1，1，1，2-四氯乙烷(HFC-134a)的含量同實施例10，唯不同的是加入添加劑戊烷，其添加的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)總量的3.5％。
權利要求
1.一種製冷劑，其特徵是，含有40-60％(重量百分數，下同)的1，1-二氟乙烷(CHF2-CH3，HFC-152a)和40-60％的一氯二氟代甲烷(CHClF2，HCFC-22)。
2.根據權利要求1的一種製冷劑，其特徵是，還可含有至少一種選自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、異戊烷的添加劑，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷總量的0～15％(重量百分數，下同)。
3.根據權利要求2的一種製冷劑，其特徵是，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷總量的1～10％。
4.另一種製冷劑，其特徵是，含有30～65％的1，1-二氟乙烷(CHF2-CH3，HFC-152a)和15-50％的一氯二氟代甲烷(CHClF2，HCFC-22)及2-30％選自1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(CF3CHF-CF3，HFC-227ea)、三氟碘甲烷(CF3I，FC-1311)其中的一種化合物。
5.根據權利要求4的一種製冷劑，其特徵是，還可含有至少一種選自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、異戊烷的添加劑，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷及1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷或三氟碘甲烷化合物的總量的0-15％(重量百分數，下同)。
6.根據權利要求5的一種製冷劑，其特徵是，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷及1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷或三氟碘甲烷化合物總量的1～10％。
7.再一種製冷劑，其特徵是，含有30-65％(重量百分數，下同)的1，1-二氟乙烷(CHF2-CH3，HFC-152a)，5-50％的一氯二氟代甲烷(CHClF2，HCFC-22)及10-60％的1，1，1，2-四氟乙烷(CF3-CH2F，HFC-134a)。
8.根據權利要求7的一種製冷劑，其特徵是，還含有至少一種選自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、異戊烷的添加劑，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷，1，1，1，2-四氟乙烷總量的0～15％(重量百分數，下同)。
9.根據權利要求8的一種製冷劑，其特徵是，添加劑的量為1，1-二氟乙烷、一氯二氟代甲烷，1，1，1，2-四氟乙烷總量的1-10％。
全文摘要
本發明涉及一種由液態到氣態相態變化時傳遞熱的工質，為用於製冷設備中的製冷劑。本發明的一種製冷劑含有HFC-152a和HCFC-22；另一種製冷劑含有HFC-152a、HCFC-22及HFC-227ea或FC-1311；再一種含有HFC-152a、HCFC-22及HFC-134a。本發明的製冷劑無毒，為亞沸混合物，熱工性能好，基本上不破壞臭氧層，符合2040年前環保要求，不需改動原有設備與生產線，可作為中近期替代CFC-12的製冷劑。
文檔編號C09K5/00GK1162616SQ9610654
公開日1997年10月22日 申請日期1996年6月19日 優先權日1996年6月19日
發明者朱明善, 韓禮鍾, 史琳, 葉茂 申請人:清華大學, 北京井上青華製冷技術有限公司