《一種三元混合製冷劑組合物》是山東東嶽化工有限公司於2007年12月3日申請的發明專利，該專利的申請號為2007101147709，公布號為CN101182408，專利公布日為2008年5月21日，發明人是王鑫、於修源、龐峰、朱明善、韓禮鐘。該發明屬於製冷劑領域，涉及一種製冷劑組合物，尤其涉及一種套用於家用空調/熱泵等製冷空調系統中的製冷劑組合物。
《一種三元混合製冷劑組合物》提供一種套用於家用空調/熱泵等製冷空調系統中的製冷劑組合物。該製冷劑由二氟甲烷（R32）、五氟乙烷（R125）和異丁烷（R600a）組成；其製備方法是將上述各組分按其相應的配比在液相下進行物理混合。該發明完全符合環境保護的要求，ODP值為零，GWP值較低，熱工性能及參數與R410A十分接近，可直接充灌，且循環性能與R410A相當或略高，可以使用R22系統中的礦物潤滑油，是一種替代R22的理想製冷劑。
2014年3月，《一種三元混合製冷劑組合物》獲得第十二屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種三元混合製冷劑組合物
- 公布號：CN101182408
- 公布日：2008年5月21日
- 申請號：2007101147709
- 申請日：2007年12月3日
- 申請人：山東東嶽化工有限公司
- 代理機構：濟南金迪智慧財產權代理有限公司
- 代理人：王緒銀
- 發明人：王鑫、於修源、龐峰、朱明善、韓禮鐘
- 地址：山東省桓台縣唐山鎮
- Int.Cl.：C09K5/04(2006.01)IC09K5/04
- 類別：專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
根據《蒙特婁議定書》的原本規定，已開發國家將於2030年完全停止非原料性質的R22生產和消費，開發中國家（包括我國）將於2040年停止非原料性質的R22生產和消費。但在2007年9月加拿大蒙特婁召開的《蒙特婁議定書》締約方大會達成的最新決議中，已開發國家將於2020年完全停止非原料性質的R22生產和消費，包括中國在內的開發中國家，要在2013年將非原料性質HCFCs（其中約70％是R22）的生產和消費量凍結在2009年和2010年的平均水平上，2030年完成全面淘汰。相比原有的時間表，整個淘汰進程大大提前，而目前國內家用空調/熱泵等系統約80％採用R22作製冷劑，其替代形勢及替代品的研究開發迫在眉睫。
當前，國內外市場上R22的主要替代品包括R407C（R32/125/134a）和R410A（R32/125）等，但這些替代品仍不理想，例如，R407C的能效較低，並且其滑移溫度較大，這些問題制約了其市場套用，市場逐漸以R410A為主導；但R410A與R22系統使用的礦物油（MO油）不相容，需更換為吸水性強的酯類油（POE油），而POE油價位較高且吸水性強容易導致製冷空調系統發生冰堵，另外，如何降低其GWP值的影響以及能否再進一步提高系統能效等問題仍需要再進一步探究。在R22的替代問題上，科研工作者不斷地在作努力，但經過十多年的探索，仍找不到一種理想的純工質來替代R22，替代方案依然是採用混合物。
2007年以前的技術中，專利申請CN91112767.4、US649356和WO9211339公開了以五氟乙烷、二氟甲烷和四氟乙烷組成的混合物；專利申請CN91112768.2、US412974和WO9105027公開了以五氟乙烷和二氟甲烷組成的二元混合物；專利申請CN92110844.3公開了以二氟甲烷、1,1,1-三氟乙烷和五氟乙烷組成的混合物；專利申請CN92112759.6公開了以二氟甲烷和四氟乙烷組成的混合物；專利申請CN92113141.0公開了二氟甲烷和丙烷組成的混合物；專利申請CN93102698.9公開了以二氟甲烷、1,1,1,2-四氟乙烷和選自1，1-二氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷、丙烷等組成的混合物；專利申請CN93107989.6公開了含1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷和其它物質組成的混合物；專利申請CN96101957.3公開了以二氟甲烷、五氟乙烷和其它氟化物組成的混合物；專利申請CN00121159.5公開了以二氟甲烷、1,1,1,2-四氟乙烷和1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷組成的三元混合物；專利申請CN00121158.7公開了以丙烷、五氟乙烷和二氟甲烷組成的三元混合物；專利申請CN03116856.6公開了以氟乙烷、五氟乙烷和二氟甲烷組成的三元混合物；專利申請CN200580019140.2公開了以二氟甲烷和三氟碘甲烷組成的混合物；專利申請CN200710068823.8公開了以二氟甲烷、五氟乙烷和三氟甲烷組成的三元混合物；專利申請US7276176和US7258813公開了以五氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷和異丁烷組成的混合物；專利申請US6846792公開了以五氟乙烷、1,1,1-三氟乙烷和丙稀組成的混合物；專利申請US6783691公開了以二氟甲烷、五氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷和碳氫化合物組成的混合物；專利申請US5624596公開了以二氟甲烷、五氟乙烷和碳氫化合物組成的混合物。這些申請中的混合物基本都是為了替代R22而研究開發，但這些混合物存在或具有高的GWP值，或有較強的可燃性，或具有較大的滑移溫度，或與現有空調系統兼容不好，或效率較低，或價格昂貴等等問題。
發明內容
專利目的
《一種三元混合製冷劑組合物》旨在研究開發一種用於家用空調/熱泵等製冷空調系統中的製冷劑，使新開發的製冷劑替代物既要符合環保的要求，又要安全、可靠、製冷效率高，而且還無需改動現有的設備和生產線，可直接進行充灌。該發明的製冷劑組合物，由二氟甲烷（R32）、五氟乙烷（R125）和異丁烷（R600a）組成，其中各組分的含量如下，均為重量份：
二氟甲烷 | 50～60 |
五氟乙烷 | 35～49 |
異丁烷 | 1～5 |
技術方案
優選的，《一種三元混合製冷劑組合物》的製冷劑組人物，各組分的含量如下，均為重最份：二氟甲烷40~55，五氟乙烷40~55，異丁烷2~7。上述組分中的二氟甲烷（R32），其分子式為CH2F2，摩爾質量為52.02，正常沸點為-516攝氏度，臨界溫度為78.1攝氏度，臨界壓力為5.78兆帕。五氟乙烷（R125），其分子式為CHF2CF3，摩爾質量為120.02，正常沸點為-48.1攝氏度，臨界溫度為66.02攝氏度，臨界壓力為3.62兆帕。異丁烷（R600a），其分了式為CH（CH3）3，摩爾質量為58.12，正常沸點為-11.7攝氏度，臨界溫度為134.7攝氏度，臨界壓力為3.63兆帕。
該發明提供的製冷劑組合物的製備方法，是將二氟甲烷、五氟乙烷和異丁烷按以上配比在液相狀態下進行物理混合即得。
該發明所述的製冷劑組合物，是用於家服空調/熱泉等製冷空調系統中的製冷劑，該製冷劑組合物完全符合環境保護的要求，ODP值為零，GWP值較低，熱工性能及參數與R410A十分接近，可直接充灌，且循環性能較R410A相當或略高，可以使用R22系統中的礦物潤滑油。
改善效果
a.環境性能
該發明的溫室效應潛能（GWP）較低，且臭氧破壞潛能值（ODP）為零，不會破壞大氣臭氧層，完全滿足R22的替代要求。表1列出了該發明與R22和R410A的環境性能比較。
製冷劑 | R22 | R410A | 該發明 |
|---|---|---|---|
ODP | 0.055 | 0 | 0 |
GWP（100年） | 1700 | 2100 | 1630~2330 |
b.熱工參數
在ARI Standard 520國際標準的空調工況下，該發明的蒸發壓力、冷凝壓力及排氣深度同R410A的非常接近，可發現百接態灌：排氣溫度較R410A低，長斯運行對樂縮機壽命有益。另外，該發明的滑移溫度也很小，是一種近共沸混合物，泄漏對組元成分及性能的影咱非常小。表2列出了該發明與R410A的熱工參數比較。
製冷劑 | R410A | 該發明 |
|---|---|---|
蒸發壓力（千帕） | 999.0 | 977.9~1016.6 |
冷凝壓力（千帕） | 3393.1 | 3279.7~3416.1 |
排氣溫度（攝氏度） | 100.2 | 89.0~99.8 |
滑移速度（攝氏度） | 0.1 | 0.1~0.3 |
c.熱工性能
該發明的COP與R410A相當或略高：冷量與R410A相當，系統的製冷劑充裝量相當：單位容積製冷量與R410A相當，完全可以滿足製冷空調的負荷需求。表3給出了該發明與R410A的熱工性能比較。
製冷劑 | R410A | 該發明 |
|---|---|---|
COP | 1 | 1.0~1.02 |
冷量 | 1 | 0.93~1.09 |
容積製冷量 | 1 | 0.97~1.03 |
d.直接充灌性能
《一種三元混合製冷劑組合物》的基本熱工參數與R410A非常接近，並經符合國際標準規定的材料相容性實驗驗證，該發明與原R410A系統中的金屬材料、塑性材料和彈性材料等均是相容的，替換時不必改造或更換原R410A系統的郵件和管路：經潤滑油相溶性試驗驗證，該發明不僅與R410A系統使用的酯類油（POE）相溶，而且與R22系統使用的礦物油（MO）相溶，因而，該發明可以直接充濕於R410A系統，而且可以用於使用礦物油的同類型壓縮機系統，可避免系統冰堵。
綜上所述，該發明的ODP值為零，GWP值較低，完全符合家用空調/熱泵等製冷空調設備替代R22的環保要求：熱工參數及性能與R410A相當，無需改動現有製冷空調系統的設備及部件，可實現直接充灌：而且與礦物油相溶，可避免系統發生冰堵，是替代R22的一種理想替代品。
權利要求
1.一種製冷劑組合物，其特徵在於，由二氟甲烷、五氟乙烷和異丁烷組成，其中各組分的含量如下，均為重量份：
二氟甲烷 | 50～60 |
五氟乙烷 | 35～49 |
異丁烷 | 1～5 |
以上各組分的總量為100份。
2.一種權利要求1所述的製冷劑組合物的製備方法，是將二氟甲烷、五氟乙烷和異丁烷按配比在液相狀態下進行物理混合即得。
實施方式
下面通過實施例對該發明所述的製冷劑及其優點進一步說明，但並不限於此。其中各組分的含量均為重量份。實施例中的二氟甲烷（R32），其分子武為CHF，摩爾質量為52.02.正常沸點為-51.6攝氏度，臨界溫度為78.1攝氏度，臨界壓力為5.78兆帕：五氟乙烷（R125），其分子式為CHFCF，摩爾質量為120.02，正常沸點為-48.1攝氏度，臨界溫度為66.02攝氏度，臨界壓力為3.62兆帕：異丁烷（R600a），其分子式為CH（CH）3，摩爾質量為58.12，正常沸點為-11.7攝氏度，臨界溫度為134.7攝氏度，臨界壓力為3.63兆帕。
實施例1：製冷劑組合物，組分重量份為：二氟甲烷35份，五氟乙燒60份和異丁烷5份。將以上三種組分在液相下進行物理混合後即得製冷劑。
實施倒2：製冷劑組合物，組分重量份為：二氟甲烷40份.T氨乙烷50份和異丁燒10份。製備方法同實施例】。
實施例3：製冷劑組合物，組分重量份為：二氟印烷45份，五氟乙烷48份和異丁烷7份。
電施例4：製冷劑組合物，組分重量份為：二氟甲烷50份，五氟乙烷49份和異丁烷1份。
實施例5：製冷劑組合物，組分重量份為：二氟甲烷55份，五氟乙烷43份和異丁烷2份。
實施例6：製冷劑組合物，組分重量份為：二氟甲烷60份，五氟乙烷35份和異丁烷5份。
在ARI Standard 520國際標準的空調工況下，即蒸發溫度為7.2攝氏度、冷凝溫度為54.4攝氏度、過熱溫度為11.1攝氏度、過冷溫度為8.3攝氏度及壓縮機效率為80%的工況下，上述實施例製冷劑的環境參數、物性參數及熱工性能列於表4中。
性能/製冷劑 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | R410A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
ODP | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
GWP | 2330 | 2010 | 1980 | 2050 | 1870 | 1630 | 2100 |
摩爾質量（克/摩爾） | 79.45 | 73.67 | 72.18 | 72.12 | 68.97 | 65.32 | 72.58 |
蒸發壓力（千帕） | 977.9 | 978.7 | 996.6 | 1001.3 | 1008.7 | 1016.6 | 999.0 |
冷凝壓力（千帕） | 3287.3 | 3279.7 | 3339.3 | 3392.4 | 3409.9 | 3416.1 | 3393.1 |
排氣溫度（攝氏度） | 90 | 90.2 | 92.5 | 99.5 | 98.3 | 99.8 | 100.2 |
滑移溫度（攝氏度） | 0.2 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
COP* | 1.0 | 1.0 | 1.01 | 10.0 | 1.01 | 1.02 | 1 |
冷量* | 0.93 | 0.95 | 0.97 | 1.0 | 1.05 | 1.09 | 1 |
容積製冷量* | 0.97 | 0.98 | 0.99 | 1.0 | 1.02 | 1.03 | 1 |
榮譽表彰
2014年3月，《一種三元混合製冷劑組合物》獲得第十二屆專利獎優秀獎。
