含二氟甲烷(hfc32)和2,3,3,3-四氟丙烯(hfo1234yf)的制冷劑組合物的使用
【專利說(shuō)明】含二氟甲烷(HFC32)和2,3,3,3-四氟丙烯(HF01234YF)的制冷 劑組合物的使用
[00011 本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2011年1月27日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/JP2011/052194、國(guó)家 申請(qǐng)?zhí)枮?0118004783.5、發(fā)明名稱為"含二氟甲烷（HFC32)和2，3,3，3_四氟丙烯 (HF01234YF)的制冷劑組合物"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及包含二氟甲烷(HFC32)和2,3,3,3_四氟丙烯(HF01234yf)的制冷劑組 合物，其用于制冷裝置(空調(diào)機(jī)、制冷機(jī)等）。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著全世界將全球變暖作為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題展開討論，開發(fā)低環(huán)境負(fù)荷的制冷裝 置的重要性也隨之增加。制冷劑本身對(duì)全球變暖具有影響，并且還會(huì)大大影響制冷裝置的 性能。因此，對(duì)制冷劑的選擇在減少參與全球變暖的二氧化碳的產(chǎn)生方面起著重要作用。
[0004] 近年來(lái)，已經(jīng)提出了多種分子內(nèi)具有雙鍵的氟化丙烯。與此前已知的氯氟烴 (CFC)、氫氯氟烴(HCFC)、和氫氟烴(HFC)相比，這些氟化丙烯具有較低的全球變暖潛能值 (GffP)〇
[0005] 其中之一為2,3,3,3_四氟丙烯(HF01234yf)(專利文獻(xiàn)1、2等）。然而，HF01234yf有 一個(gè)缺點(diǎn)：因?yàn)榕c通常用于落地式空調(diào)設(shè)備中的HCFC22以及后來(lái)被推選為其替代物的不破 壞臭氧層的R407C和R410A相比，HF01234yf具有更高的沸點(diǎn)和更低的壓力，所以當(dāng) HF01234yf單獨(dú)用于傳統(tǒng)設(shè)備時(shí)，設(shè)備性能無(wú)法保證。
[0006] 在選擇制冷劑時(shí)，制冷劑本身具有低的GWP(對(duì)全球變暖的直接影響）明顯很重要， 但使用制冷劑的設(shè)備的能量使用效率(對(duì)全球變暖的間接影響）同樣重要，或者更為重要。 近年來(lái)，全年性能因數(shù)(annual performance factor，APF)已被用作評(píng)估設(shè)備的能量效率 的方法。
[0007] APF是通過(guò)將空調(diào)設(shè)備全年使用時(shí)一年所需的制冷和制熱量除以空調(diào)設(shè)備在一年 中消耗的電量(特定時(shí)段內(nèi)的用電量)而確定的數(shù)值。該評(píng)估嚴(yán)密地反映了實(shí)際使用情況。 具有更高APF的空調(diào)設(shè)備達(dá)到更高的節(jié)能性能，且其制冷劑被認(rèn)為具有較低的環(huán)境負(fù)荷。
[0008] 引用列表
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] PTL 1:W0 公開第 2005/105947 號(hào)
[0011] PRL 2: W0公開第2006/094303號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 技術(shù)問(wèn)題
[0013]近年來(lái)，已提出GWP較低的制冷劑。然而，當(dāng)這樣的制冷劑用于蒸汽壓縮制冷劑循 環(huán)設(shè)備中時(shí)，如果設(shè)備具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于壓力損耗等影響而不能保證充足的性能，因?yàn)檫@ 樣的制冷劑與傳統(tǒng)使用的制冷劑相比具有更高的沸點(diǎn)和更低的操作壓力。因此，需要例如 增加設(shè)備尺寸等應(yīng)對(duì)措施來(lái)保證制冷和制熱性能。
[0014] 本發(fā)明的目的是提供一種具有減少量的綜合環(huán)境負(fù)荷的制冷劑組合物，其中該制 冷劑組合物的GWP低(對(duì)全球變暖的直接影響小），并且在用于設(shè)備中時(shí)可達(dá)到良好的能量 效率(對(duì)全球變暖的間接影響?。?br>[0015] 解決問(wèn)題的方案
[0016] 作為鑒于上述問(wèn)題進(jìn)行廣泛研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)采用包 含30~50質(zhì)量％的二氟甲烷(HFC32)和70~50質(zhì)量％的2,3,3,3_四氟丙烯(HF01234yf)的 制冷劑組合物來(lái)解決上述問(wèn)題。
[0017]具體地，本發(fā)明涉及以下描述的制冷劑組合物。
[0018] 第1項(xiàng).一種制冷劑組合物，包含30~50質(zhì)量％的二氟甲烷(HFC32)和70~50質(zhì) 量％的2,3,3,3_ 四氟丙烯(HF01234yf)。
[0019] 第2項(xiàng).根據(jù)第1項(xiàng)的制冷劑組合物，包含35~45質(zhì)量％的二氟甲烷(HFC32)和65~ 55 質(zhì)量 ％的2,3,3,3_ 四氟丙烯(HF01234yf)。
[0020] 第3項(xiàng).根據(jù)第1或第2項(xiàng)的制冷劑組合物，還包含阻聚劑。
[0021] 第4項(xiàng).根據(jù)第1或第2項(xiàng)的制冷劑組合物，還包含穩(wěn)定劑。
[0022] 第5項(xiàng).根據(jù)第1或第2項(xiàng)的制冷劑組合物，還包含冷凍油。
[0023] 第6項(xiàng).根據(jù)第1~5項(xiàng)中任一項(xiàng)的制冷劑組合物，其中該制冷劑組合物用于制冷裝 置中，該制冷裝置設(shè)有防止由于熱交換器中溫度滑移引起熱交換效率降低的應(yīng)對(duì)措施。
[0024] 第7項(xiàng).根據(jù)第6項(xiàng)的制冷劑組合物，其中該制冷劑組合物用于制冷裝置中，該制冷 裝置還設(shè)有使壓力損耗的影響降低的應(yīng)對(duì)措施。
[0025] 第8項(xiàng).根據(jù)第6項(xiàng)的制冷劑組合物，其中防止由于熱交換器中溫度滑移引起熱交 換效率降低的應(yīng)對(duì)措施為以下措施中的至少一種:通過(guò)對(duì)流來(lái)消除空氣與制冷劑之間的溫 差、防止在蒸發(fā)器的進(jìn)口附近結(jié)霜、以及增加熱交換器的傳熱系數(shù)。
[0026] 第9項(xiàng).根據(jù)第7項(xiàng)的制冷劑組合物，其中降低壓力損耗影響的應(yīng)對(duì)措施為以下措 施中的至少一種：增大熱交換器的管徑和/或優(yōu)化熱交換器中通路的數(shù)量、增大管道直徑 和/或使空調(diào)機(jī)中的管道和用于空調(diào)機(jī)的連接管道的長(zhǎng)度變短;使用噴射器作為膨脹機(jī)構(gòu)； 以及使用節(jié)能器循環(huán)。
[0027] 本發(fā)明的有益效果
[0028]本發(fā)明的制冷劑組合物達(dá)到了以下效果。
[0029] (1)該制冷劑組合物相比于之前所用的R407C和R410A具有更低的GWP。
[0030] (2)該制冷劑組合物具有零臭氧消耗潛能值(0DP)，并且即使在使用后該制冷劑組 合物沒(méi)有完全回收的情況下其也不會(huì)參與到臭氧層的破壞中。
[0031] (3)該制冷劑組合物具有高的APF，尤其是在用于設(shè)有防止由于熱交換器中溫度滑 移引起熱交換效率降低的應(yīng)對(duì)措施的空調(diào)機(jī)中時(shí)。具體來(lái)說(shuō)，使用本發(fā)明制冷劑組合物的 空調(diào)機(jī)表現(xiàn)出與采用此前所用的R407C和R410A的空調(diào)機(jī)相同或者比其更高的能量效率。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 基于APF，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)HFC32和HF01234yf的混合制冷劑的性能隨著HFC32的 混合比率如何變化進(jìn)行了評(píng)測(cè)。注意，將使用R410A的空調(diào)機(jī)的APF用作評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0033]當(dāng)單獨(dú)使用HF01234yf時(shí)，結(jié)果顯示APF為標(biāo)準(zhǔn)的80%。由此，原因可能是由于 HF01234yf每單位流量的制冷量低，而增加的流量致使壓力損耗增加，因而需要增加運(yùn)行頻 率。另外的原因可能是因?yàn)?，HF01234yf的高沸點(diǎn)使其蒸發(fā)壓力降低，引起更大的壓力損耗 影響，由此使得HF01234yf的蒸發(fā)溫度降低。鑒于此，預(yù)測(cè)將相比于HF01234yf沸點(diǎn)較低且壓 力較高的HFC32加入到HF01234yf中，會(huì)提升制冷劑的壓力并使APF增加。
[0034] 然而，加入HFC32得到令人驚訝的結(jié)果：與單獨(dú)使用HF01234yf時(shí)相比，加入10質(zhì) 量％的冊(cè)032實(shí)際上產(chǎn)生更低的APF。隨后，進(jìn)一步增加 HFC32的比例。當(dāng)加入30質(zhì)量％的 HFC32時(shí)，APF終于達(dá)到與HF01234yf單獨(dú)使用時(shí)得到的值相同的值。當(dāng)進(jìn)一步加入HFC32時(shí)， APF增加。當(dāng)加入60質(zhì)量％的冊(cè)032時(shí)，APF達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的93%。
[0035] 盡管HFC32的GWP(675)低于R410A(2075)，但HFC32的GWP仍然較高。另一方面， HF01234yf的GWP(4)低。因此，當(dāng)將HFC32和HF01234yf的混合制冷劑用作R410A的替代制冷 劑時(shí)，優(yōu)選盡量減少HFC32的含量，而不是向混合物中加入60質(zhì)量％或更多的HFC32。
[0036]另一個(gè)要考慮的方面是制冷劑組合物的易燃性。盡管HFC32和HF01234yf都是表現(xiàn) 出很低的易燃性的制冷劑，HFC32的易燃性更高一些。當(dāng)用RF數(shù)即易燃性指數(shù)來(lái)表示時(shí)， HFC32的值為4. OkJ/g，而HF01234yf的值為3.4kJ/g。此外，當(dāng)依據(jù)火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)行比較 時(shí)，HF01234yf的值為1.2cm/sec而HFC32的值為6.7cm/se C(3HFC32具有更高的易燃性。因此， 從易燃性的角度出發(fā)，低比例的HFC32也是有益的。
[0037] 向HF01234yf加入HFC32使混合制冷劑的壓力增加。因此，HFC32和HF01234yf非共 沸的事實(shí)可能是為什么加入HFC32暫時(shí)性地使APF降低的原因。為緩解由于非共沸特性而引 起APF降低的問(wèn)題，需要對(duì)制冷裝置提供應(yīng)對(duì)措施以防止由于熱交換器中溫度滑移而引起 熱交換效率降低。
[0038] 下列措施中的至少一種被用作上述應(yīng)對(duì)措施：（1)通過(guò)對(duì)流來(lái)消除空氣和制冷劑 之間的溫差；（2)防止在蒸發(fā)器進(jìn)口附近結(jié)霜;和(3)增大熱交換器的傳熱系數(shù)。（1)的實(shí)例 包括使制冷流和制熱流在熱交換器中相互逆流。此外，（2)的實(shí)例包括在蒸發(fā)器的進(jìn)口附近 設(shè)置除霜構(gòu)件。另外，（3)的實(shí)例包括使用高性能的傳熱管。
[0039] 在將HFC32和HF01234yf的混合冷卻劑用于設(shè)有至少一種上述應(yīng)對(duì)措施的制冷裝 置中時(shí)，當(dāng)向混合物中加入30質(zhì)量％的冊(cè)032時(shí)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)APF的95% ;當(dāng)向混合物中加入40 質(zhì)量％的冊(cè)032時(shí)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)