一种混合制冷剂及其制备方法和应用、汽车空调系统与流程

本发明涉及空调
技术领域：
，尤其涉及一种混合制冷剂、该混合制冷剂的制备方法和应用，以及使用该混合制冷剂的汽车空调系统。
背景技术：
：随着环保趋势的日益严重，对于制冷剂氢氟烃(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值制冷剂，并有效应用于空调系统中。以减少温室气体排放为目标的欧盟含氟气体法案(f-gas)中，要求用于汽车空调系统的制冷剂的gwp值低于150。然而，目前却尚未找到较为完美的替代r134a制冷剂(r134a制冷剂属于氢氟烃类制冷剂，r134a制冷剂的gwp为1430)的方案，并且由于r134a制冷剂自身的特点，使用r134a制冷剂的汽车空调热泵系统单位容积制热量较低，使得压缩机体积较大(排量较大)，最后导致系统cop值较低。专利号为201910050560.0的专利(申请人：珠海格力电气股份有限公司)公开了一种替代r134a的混合制冷剂，但是该专利混合制冷剂的热力性能仅与r134a制冷剂相当，甚至比r134a制冷剂更差。专利号为201210165278.5的专利(申请人：浙江大学、浙江衢化氟化学有限公司)公开了一种低gwp制冷剂及其制备方法，该专利提供的低gwp制冷剂用以替代r134a制冷剂，虽然该专利制冷剂的cop值和容积制冷量较专利号为201910050560.0提供的混合制冷剂有所提升，但仍然存在部分实施例cop值比r134a制冷剂差的情况。由于混合工质具有均衡制冷剂物性的特点，因此对于混合工质的研究已成为国内外学者及企业的研究热点。现有技术中的部分混合工质虽然满足较低gwp值，但热力性能往往不能满足要求，无法实现较好的制冷制热效果。因此，提供一种可同时满足较低gwp值且具有良好热力性能的制冷剂成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。技术实现要素：本发明的其中一个目的是提出一种混合制冷剂及其制备方法和应用、汽车空调系统，解决了现有技术中r134a制冷剂gwp值较高、cop较低的技术问题。本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：本发明的混合制冷剂，包括第一组分、第二组分和第三组分，其中，所述第一组分为丙烷，所述第二组分为二氟甲烷，所述第三组分为氨、氟乙烷和丙烯中的一种。根据一个优选实施方式，所述第一组分的质量百分比为25～66％，所述第二组分的质量百分比为4～21％，所述第三组分的质量百分比为21～70％，并且所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分的质量百分比之和为100％。根据一个优选实施方式，所述第一组分的质量百分比为66％，所述第二组分的质量百分比为5％，所述第三组分的质量百分比为29％。本发明任一技术方案所述混合制冷剂的制备方法，包括如下步骤：按质量配比取第一组分、第二组分和第三组分，其中，所述第一组分为丙烷，所述第二组分为二氟甲烷，所述第三组分为氨、氟乙烷和丙烯中的一种；将所述第一组分、所述第二组分和所述第三组分在常温、高压、液相状态下进行物理混合，制得所述混合制冷剂。根据一个优选实施方式，所述高压为0.6～1.5mpa。本发明任一技术方案所述混合制冷剂作为汽车空调系统制冷剂的应用。一种使用本发明任一技术方案所述混合制冷剂的汽车空调系统，包括制冷回路、室外散热回路和室内换热回路，其中，所述制冷回路用于所述混合制冷剂循环，所述室外散热回路和所述室内换热回路位于所述制冷回路的两侧，并且与所述混合制冷剂进行热交换的载冷剂在所述室外散热回路和所述室内换热回路中循环。根据一个优选实施方式，所述制冷回路包括压缩机、第一换热器、节流阀和第二换热器，其中，所述压缩机的出口端与所述第一换热器的一端连通，所述第一换热器的另一端经所述节流阀与所述第二换热器的一端连通，所述第二换热器的另一端与所述压缩机的吸气口连通。根据一个优选实施方式，所述室外散热回路包括所述第一换热器、室外散热器和第一水泵，其中，所述第一换热器的一端还与所述室外散热器的一端连通，所述室外散热器的另一端经所述第一水泵与所述第一换热器的另一端连通，以使所述第一换热器中流出的载冷剂经所述室外散热器散热后再回到所述第一换热器中。根据一个优选实施方式，所述室内换热回路包括所述第二换热器、室内换热器和第二水泵，其中，所述第二换热器的一端还与所述室内换热器的一端连通，所述室内换热器的另一端经所述第二水泵与所述第二换热器的另一端连通，以使所述第二换热器流出的载冷剂经所述室内换热器换热后再回到所述第二换热器中。本发明提供的混合制冷剂及其制备方法和应用、汽车空调系统至少具有如下有益技术效果：本发明的混合制冷剂，包括第一组分、第二组分和第三组分，其中，第一组分为丙烷，第二组分为二氟甲烷，第三组分为氨、氟乙烷和丙烯中的一种，将第一组分、第二组分和第三组分在常温、高压、液相状态下进行物理混合即可制得，制得的混合制冷剂在具有低gwp值的同时，具有优于r134a制冷剂的cop。具体的，本发明混合制冷剂的gwp值低于150，符合全球各地区的环保法规要求，在适当配比下，热力性能不仅优于r134a制冷剂，而且本发明混合制冷剂的滑移温度小于1℃，可排除温度滑移带来的不良影响。可见，本发明的混合制冷剂的环保性能和热力性能好，优于r134a制冷剂。即本发明的制冷剂，解决了现有技术中r134a制冷剂gwp值较高、cop较低的技术问题。本发明混合制冷剂的制备方法，将第一组分、第二组分和第三组分在常温、高压、液相状态下进行物理混合即可，具有工艺简单的优势。本发明的混合制冷剂，可作为汽车空调系统制冷剂使用，其应用于汽车空调系统中，具有环保性能和热力性能好的优势。本发明的汽车空调系统，包括制冷回路、室外散热回路和室内换热回路，其中，制冷回路用于混合制冷剂循环，室外散热回路和室内换热回路位于制冷回路的两侧，并且与混合制冷剂进行热交换的载冷剂在室外散热回路和室内换热回路中循环，即本发明的汽车空调系统，可通过室外散热回路和室内换热回路与制冷回路和外界环境进行热交换，可避免带制冷剂的回路直接与乘员舱环境空气和驾驶舱环境空气接触，可将混合制冷剂与乘员舱环境空气和驾驶舱环境空气隔离，一定程度上可以防止可燃和/或有毒制冷剂进入乘员舱和驾驶舱，从而可以减小甚至消除混合制冷剂带来的安全隐患。即本发明的汽车空调系统，使得具有安全隐患的制冷剂可以应用于汽车空调系统中。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。图1是本发明汽车空调系统一个优选实施的示意图。图中：1、压缩机；2、第一换热器；3、节流阀；4、第二换热器；5、室外散热器；6、第一水泵；7、室内换热器；8、第二水泵。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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。下面结合说明书附图1以及实施例1～13对本发明的混合制冷剂及其制备方法和应用、汽车空调系统进行详细说明。本实施例的混合制冷剂，包括第一组分、第二组分和第三组分，其中，第一组分为丙烷，第二组分为二氟甲烷，第三组分为氨、氟乙烷和丙烯中的一种。优选的，第一组分的质量百分比为25～66％，第二组分的质量百分比为4～21％，第三组分的质量百分比为21～70％，并且第一组分、第二组分和第三组分的质量百分比之和为100％。更优选的，第一组分的质量百分比为66％，第二组分的质量百分比为5％，第三组分的质量百分比为29％。各组元物质的基本参数如下表1所示：表1各组元物质的基本参数组元名称分子量g/mol标准沸点℃gwpr290丙烷44－42.13r32二氟甲烷52－51.6675r161氟乙烷48－37.51r717氨17－33.31r1270丙烯42－47.61.8本实施例的混合制冷剂的制备方法，包括如下步骤：s1：按质量配比取第一组分、第二组分和第三组分，其中，第一组分为丙烷，第二组分为二氟甲烷，第三组分为氨、氟乙烷和丙烯中的一种。优选的，第一组分的质量百分比为25～66％，第二组分的质量百分比为4～21％，第三组分的质量百分比为21～70％，并且第一组分、第二组分和第三组分的质量百分比之和为100％。更优选的，第一组分的质量百分比为66％，第二组分的质量百分比为5％，第三组分的质量百分比为29％。s2：将第一组分、第二组分和第三组分在常温、高压、液相状态下进行物理混合，制得混合制冷剂。优选的，高压为0.6～1.5mpa。具体的，第一组分、第二组分和第三组分在常温常压下为气相状态，将第一组分、第二组分和第三组分放入高压釜中，其在常温、高压下转变为液相状态，通过将液相状态的第一组分、第二组分和第三组分搅拌，使其充分进行物理混合，制得混合制冷剂。本实施例的混合制冷剂作为汽车空调系统制冷剂的应用，具有环保性能好的优势。本实施例的汽车空调系统，包括制冷回路、室外散热回路和室内换热回路。其中，制冷回路用于混合制冷剂循环，室外散热回路和室内换热回路位于制冷回路的两侧，并且与混合制冷剂进行热交换的载冷剂在室外散热回路和室内换热回路中循环。优选的，制冷回路包括压缩机1、第一换热器2、节流阀3和第二换热器4，如图1所示。其中，压缩机1的出口端与第一换热器2的一端连通，第一换热器2的另一端经节流阀3与第二换热器4的一端连通，第二换热器4的另一端与压缩机1的吸气口连通。优选的，室外散热回路包括第一换热器2、室外散热器5和第一水泵6，如图1所示。其中，第一换热器2的一端还与室外散热器5的一端连通，室外散热器5的另一端经第一水泵6与第一换热器2的另一端连通，以使第一换热器2中流出的载冷剂经室外散热器5换热后再回到第一换热器2中。优选的，室内换热回路包括第二换热器4、室内换热器7和第二水泵8，如图1所示。其中，第二换热器4的一端还与室内换热器7的一端连通，室内换热器7的另一端经第二水泵8与第二换热器4的另一端连通，以使第二换热器4流出的载冷剂经室内换热器7换热后再回到第二换热器4中。如图1所示，箭头方向示出空调系统处于制冷过程时混合制冷剂和载冷剂的流向。如图1所示，经压缩机1出口流出的混合制冷剂进入第一换热器2，与第一换热器2中的载冷剂换热后流向节流阀3，通过节流阀3后进入第二换热器4，与第二换热器4中的载冷剂换热后回到压缩机1，完成循环。同时，第一换热器2中的载冷剂经室外散热器5进行散热后，经第一水泵6回到第一换热器2，完成循环；第二换热器4中的载冷剂经室内换热器7进行吸热后，经第二水泵8回到第二换热器4，完成循环。同时，第二换热器4中的载冷剂经室内换热器7进行吸热后，可使室内温度降低，达到制冷的目的。优选的，第一换热器2和第二换热器4为板式换热器，可将混合制冷剂与载冷剂分隔，从而可避免混合制冷剂随载冷剂循环而进入乘员舱或驾驶舱。优选的，在制冷回路中设置四通阀，本发明的空调系统也可实现制热过程。本实施例的汽车空调系统也可以说是二次回路汽车空调系统，具体的，本实施例的制冷回路为一次回路，室外散热回路和室内换热回路为二次回路。本实施例通过二次回路与制冷回路和外界进行热交换，可减小甚至消除制冷剂带来的安全隐患，使得具有安全隐患的制冷剂(本实施例安全隐患是指混合制冷剂可燃；在混合制冷剂的组分含有氨时，有毒)能够应用于汽车空调系统中。实施例1～实施例13提供了不同组分、不同质量百分比的三种组分制得的混合制冷剂。实施例1本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为66∶5∶29的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例2本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为62∶13∶25的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例3本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为55∶21∶24的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例4本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为58∶21∶21的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例5本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为25∶15∶60的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例6本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为59∶4∶37的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例7本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为40∶15∶45的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例8本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为42∶10∶48的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例9本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为30∶4∶66的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例10本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为35∶15∶50的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例11本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为35∶7∶58的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例12本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为26∶4∶70的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。实施例13本实施例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本实施例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为30∶5∶65的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例1～对比例13提供了不同质量百分比的两种或三种组分制得的混合制冷剂。对比例1本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为70∶9∶21的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例2本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为30∶30∶40的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例3本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氨(r717)三种组分按照质量百分比为66∶20∶14的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例4本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为70∶9∶21的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例5本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为30∶30∶40的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例6本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、氟乙烷(r161)三种组分按照质量百分比为66∶20∶14的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例7本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为70∶9∶21的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例8本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为30∶30∶40的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例9本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)、丙烯(r1270)三种组分按照质量百分比为66∶20∶14的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例10本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)两种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、二氟甲烷(r32)两种组分按照质量百分比为70∶30的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例11本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、氨(r717)两种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、氨(r717)两种组分按照质量百分比为50∶50的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例12本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、氟乙烷(r161)两种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、氟乙烷(r161)两种组分按照质量百分比为50∶50的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。对比例13本对比例的混合制冷剂包括丙烷(r290)、丙烯(r1270)两种组分，并且本对比例的混合制冷剂是将丙烷(r290)、丙烯(r1270)两种组分按照质量百分比为50∶50的配比，在常温、高压、液相状态下进行物理混合制得的。将实施例1～实施例13以及对比例1～对比例13制得的混合制冷剂应用于本发明的汽车空调系统，通过仿真计算，以同一条件计算本发明汽车空调系统的循环性能。具体的，蒸发温度为0℃，冷凝温度为36℃，过热度为5℃，过冷度为5℃，按照等熵效率为0.7计算，上述实施例和对比例计算得到中间制冷系统回路的制冷循环性能与r134a制冷剂的相对热力性能(即相对单位容积制冷量和相对效率cop)的对比结果见表2和表3。表2实施例1～实施例13以及对比例1～对比例13混合制冷剂的基本参数表3实施例1～实施例13以及对比例1～对比例13混合制冷剂的基本参数由表2和表3的结果可知：实施例1～实施例13制得的混合制冷剂应用于汽车空调系统，其gwp值远低于r134a制冷剂，cop和容积制冷量高于r134a制冷剂，说明实施例1～实施例13制得的混合制冷剂应用于汽车空调系统的环境性能远优于r134a制冷剂，热力性能也优于r134a制冷剂，可成为替代r134a制冷剂的环保制冷剂。从表2的结果还可知道：实施例1～实施例13制得的混合制冷剂应用于汽车空调系统，其gwp值小于150，符合全球各地区的环保法规要求。滑移温度为计算工况下的露点温度与泡点温度之差的最大值。温度滑移会使得常规的单级蒸汽压缩热力循环的cop降低；过大的温度滑移会使得系统中的混合制冷剂发生泄漏时改变原本的成分比例，从而改变原本的热力循环性质。从表3的结果还可知道：实施例1～实施例13制得的混合制冷剂应用于汽车空调系统，其滑移温度均小于1℃，对热力循环的cop值和热力循环性质的影响较小。对比例1～对比例13制得的混合制冷剂应用于汽车空调系统，其滑移温度偏大(大于1℃)，使得其能效偏低。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3 

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