环保型制冷剂及其制冷系统的制作方法

本发明涉及制冷系统技术领域，特别涉及一种环保型制冷剂及其制冷系统。

背景技术：

制冷剂，又称冷媒、致冷剂、雪种，是各种热机中借以完成能量转化的媒介物质，这些物质通常以可逆的相变(如气-液相变)来增大功率，如蒸汽引擎中的蒸汽、制冷机中的雪种等等。一般的蒸汽机在工作时，将蒸汽的热能释放出来，转化为机械能以产生原动力；而制冷机的雪种则用来将低温处的热量传动到高温处。

传统应用于-80℃温区的复叠式制冷系统的低温级制冷剂有三氟一氯甲烷(cclf3即r13，cfc类制冷剂)、三氟甲烷(chf3即r23，hfc类制冷剂)、还有二者的混合物r503。随着cfc和hcfc类制冷剂对大气臭氧层的破坏作用及其温室效应的提出和确认，削减和淘汰cfc和hcfc在内的消耗臭氧层物质和温室效应气体，由绿色环保型制冷剂取代传统制冷剂，寻求安全、高效、环保的替代制冷剂成为必然趋势。由于r13中含有氯元素导致臭氧层破坏，因而r13及r503被限制使用，并逐渐淘汰。

目前采用hfc类制冷剂替代cfc和hcfc类制冷剂。常用的低温级hfc类替代制冷剂主要有三氟甲烷(r23)、六氟乙烷(c2f6即r116)、r508a/r508b(r23和r116的混合物)、r507(五氟乙烷和三氟乙烷的混合物)等。r23、r116与r13的正常沸点很接近，都在-80℃左右，是hfc物质中最有可能替代r13的制冷剂。

然而，虽然r23的odp＝0，但gwp＝12000，具有很高的温室效应系数。同时在长期的使用中发现，r23还能破坏压缩机排气阀、活塞杆、分解润滑油以及造成电机线圈短路等问题，因此r23只能作为过渡性制冷剂使用。r116也是hfc类制冷剂，其odp为零，gwp也高达11900，也具有很高的温室效应，同样不能长期使用。r508a为39％/61％的r23/r116混合物，r508b为46％/54％的r23/r116混合物，二者已成为r503替代工质，其odp值为0，但gwp值为12000，有较大的温室效应，故也不能长期使用。

另外从经济性角度考虑，目前r23、r116、r508a及r508b都是依靠进口，价格昂贵，不利于大规模的使用。同时，r508系列制冷工质全由氟化物组成，与润滑油的互溶性很差，尤其是在低温下容易出现润滑油固相析出而堵塞节流元件，使系统运行的可靠性下降。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种环保型制冷剂及其制冷系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明提出一种环保型制冷剂，包括以下质量份数的组分：

乙烷95～65份、二氧化碳5～35份。

进一步地，本发明还提出一种制冷系统，所述制冷系统中使用如上所述的环保型制冷剂。

基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

以乙烷、二氧化碳作为组成制冷剂的主要组分，所有组分均无毒无污染，既不会对臭氧层造成破坏，也不会造成温室效应，是一种非常环保的新型制冷剂，且其制冷性能更优于r508a/r508b，可作为替代r508a/r508b的制冷剂使用。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在复叠式制冷系统低温环路中应用二氧化碳亚临界循环时，在低温区，由于二氧化碳的三相点温度(-56.6℃)较高，限制了其在更低温度区间的应用，针对这种现象，目前可通过二氧化碳与氢氟烃(hfc)混合来降低二氧化碳的固化点温度，实现其在低温区的制冷应用。但氢氟烃(hfc)类制冷剂仍然无法达到完全环保的要求，因此仍需要探索一种环保型制冷剂，在与二氧化碳混和后既能达到环保要求，又具有优异的制冷性能。

根据本发明的一些实施例，提供了一种新的环保型制冷剂，包括乙烷、二氧化碳，在一些实施例中，该环保型制冷剂，包括以下质量份数的组分：乙烷95～65份、二氧化碳5～35份，得到的制冷剂的制冷效果较佳。乙烷与二氧化碳混合后降低了二氧化碳临界压力和固化点温度，同时二氧化碳的加入还起到了抑制乙烷爆炸的作用，并且发现二者作为混合制冷剂时，由于混合制冷效应，协同增加了制冷效果。

在一些实施例中，该环保型制冷剂中各组分的比例优选为：所述乙烷90～70份、二氧化碳10～30份，在此配比范围内得到的制冷剂的制冷性能更佳。

本发明提供的所述环保型制冷剂的odp约为6，gwp为0，既不会破坏臭氧层，又不会造成温室效应，所以是一种非常环保的制冷剂，而且该环保型制冷剂的运行压力与r508a/r508b基本一致且高压力略有降低，有效减少了压缩机的能耗，单位质量制冷量可达到640kj/kg(-80℃)，其制冷量可以达到r508b的260％左右，而节能率可达到30％以上，同时，各组分原料均无毒无污染，对金属无腐蚀、水溶性小且与原r508b系统的润滑油(poe油)相容性好，可直接替代r508a/r508b使用，十分方便，具有良好的市场前景。

进一步地，本发明还提出一种制冷系统，该制冷系统中使用如上所述的环保型制冷剂。

尤其是该制冷系统为二元复叠制冷系统，众所周知，在二元复叠制冷系统中，通过高温级制冷剂的蒸发使低温级制冷剂冷凝，通过低温级制冷剂的蒸发向被冷却对象吸取热量，达到制冷效果。此处的“低温级”以及“高温级”代表的是二元复叠制冷系统中两个温区的相对大小，低温部分选用的是低温级制冷剂，而高温部分使用的是高温级制冷剂。

由此本发明将上述环保型制冷剂作为低温级制冷剂，高温级制冷剂可以选择r1270、r22、r404a、r407c、r408a、r410a、r507、r443a、r448a、r449a、r452a或丙烷(r290)等作为高温级制冷剂，优选是以不会破坏臭氧层，也不会造成温室效应的丙烷作为高温级制冷剂，与上述环保型制冷剂配合使用能达到很好的制冷效果。

该制冷系统既可以是冰箱，例如-80超低温冰箱、-152深低温冰箱等；也可以是制冷机组，例如-80超低温样本库。在本发明提供的制冷系统的一优选实施例中，所述制冷系统为-80超低温冰箱或冷库，所述环保型制冷剂应用在冰箱或冷库中时，其制冷效果更佳。

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1-7及对比例1-2

实施例1-7和对比例1的制冷剂组分及配比如表1所示，其中表1中的单位质量制冷量通过软件模拟-80℃蒸发温度计算得出，能耗数据是以800l容积的冰箱为试验样机，按照gb/t20154-2014中能耗测定的试验方法得出。

表1制冷效果测定结果(一)

由表1中的测定结果可知，本发明实施例中的制冷剂的odp为零，gwp约为6左右，既不会破坏臭氧层，又不会造成温室效应，所以是一种非常环保的制冷剂，而且该制冷剂的运行压力(冷凝压力约0.9mpa)与r508a/r508b(冷凝压力约1mpa)基本一致且高压力略有降低，从而有效减少了压缩机的能耗，其制冷量可以达到r508b的260％左右，而节能率可达到30％以上，通过和对比例2比较可以发现，乙烷与二氧化碳混合制冷剂相对于纯质乙烷的能耗更高，原因是本发明混合制冷剂相对纯质乙烷具有更高的冷凝压力和更大的制冷量流量，压缩机功率也就更高，所以能耗略高实属正常。此外，虽然乙烷与二氧化碳混合后，单位质量制冷量略有降低，但质量流量更大，所以有利于整体制冷量增加。同时，各组分原料均无毒无污染，对金属无腐蚀、水溶性小且与原r508a/r508b系统的润滑油(poe油)相容性好，可直接替代r508a/r508b使用，十分方便，具有良好的市场前景。

实施例8-14及对比例3

实施例8-14及对比例4-5是以800l容积的冰箱为实验样机，制冷系统采用经典二元复叠系统，高温制冷剂采用丙烷，分别对实施例1-7提供的制冷剂以及纯质乙烷和纯质二氧化碳进行库内中央最低温度测定，在30℃工况下，经过特定时间18小时后得到如下表2所示测定结果。

表2制冷效果测定结果(二)

由表2中的测定结果可知，本发明实施例的环保制冷剂可有效提升制冷量，在800l容积的冰箱中对比纯质乙烷，可降低库内中央温度约2℃，乙烷和二氧化碳之间存在混合制冷效应，一方面，蒸发器内制冷剂湍流效果增加理论上可以增加换热效率，从而达到更低的制冷温度，带来显著的制冷效果，并且二氧化碳一定程度上起到抑制乙烷爆炸的作用；另一方面，该环保制冷剂具有更大的制冷量流量，可以有效增加制冷循环制冷量，提高制冷效果。该环保型制冷剂相对于纯质乙烷具有更高的传热效率，同时，各组分原料均无毒无污染，对金属无腐蚀、水溶性小且与行业内通用的润滑油(poe油)相容性好，十分方便，具有良好的市场前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除