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CN113980649B - 一种混合制冷剂和空调系统 - Google Patents

一种混合制冷剂和空调系统 Download PDF

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CN113980649B CN202111321950.0A CN202111321950A CN113980649B CN 113980649 B CN113980649 B CN 113980649B CN 202111321950 A CN202111321950 A CN 202111321950A CN 113980649 B CN113980649 B CN 113980649B
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Abstract

本公开提供一种混合制冷剂和空调系统，所述混合制冷剂包括第一组分、第二组分、第三组分和第四组分，其中：所述第一组分为三氟碘甲烷，所述第二组分为丙烷，所述第三组分为2,3,3,3‑四氟丙烯和三氟甲基甲基醚中的其中一种，所述第四组分为1,1‑二氟乙烷。本公开混合制冷剂可以作为R134a的替代制冷剂，其GWP小于80，ODP为0，具备明显的环保优势，同时该环保混合制冷剂热力性能与R134a相当甚至更高，因此在能够保证制冷剂热力性能与R134a相当甚至更好的同时，还能有效解决R134a制冷剂高GWP值的技术问题。

Description

一种混合制冷剂和空调系统
技术领域
本公开属于制冷技术领域，具体涉及一种混合制冷剂和空调系统。
背景技术
2021年的中国政府工作报告指出要在2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和，而作为制冷剂主要成分的含氟气体约占总温室气体的3％，相当于17.5 亿吨CO2当量排放，减少含氟气体的排放成为实现碳中和的有效路径之一。同时2021年9月，《蒙特利尔议定书》基加利修正案正式对我国生效，氢氟碳化物等非二氧化碳温室气体的管控进一步加强。1，1，1，2-四氟乙烷(R134a) 由于具有无毒性、不可燃、无腐蚀、材料相容性较好等特点，而被广泛用于汽车空调以及其他一些制冷系统等领域，但随着碳中和碳达峰、基加利修正案等国家政策的颁布和推动，使得R134a等HFCs制冷剂面临削减和淘汰，因此有必要寻找一种环保性能好，同时热力性能与R134a相当甚至更好的制冷剂进行替代，以便最大限度的满足制冷剂环保性和高效性的要求。
由于现有技术中的制冷剂R134a存在GWP值较高，环保性能差等技术问题，因此本公开研究设计出一种混合制冷剂和空调系统。
发明内容
因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的制冷剂存在无法同时保证较高的制冷剂热力性能和低GWP值的缺陷，从而提供一种混合制冷剂和空调系统。
本公开提供一种混合制冷剂，其中：
所述混合制冷剂包括第一组分、第二组分、第三组分和第四组分，其中：所述第一组分为三氟碘甲烷，所述第二组分为丙烷，所述第三组分为2,3,3,3- 四氟丙烯和三氟甲基甲基醚中的其中一种，所述第四组分为1,1-二氟乙烷。
在一些实施方式中，以摩尔百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为5％～50％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为10％～75％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为5％～20％，所述第四组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为10％～80％。
在一些实施方式中，在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:10:5:80；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:35:10:50；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为10:60:5:25；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为10:75:5:10。
在一些实施方式中，在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为15:20:5:60；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为20:40:20:20；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为30:50:10:10；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为40:35:5:20；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:25:5:65。
在一些实施方式中，在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3- 四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:10:5:80；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:30:5:60；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为10:75:5:10；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为15:55:5:25。
在一些实施方式中，在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3- 四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为20:40:5:35；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为30:35:20:15；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为40:15:5:40；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为45:25:10:20。
在一些实施方式中，在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3- 四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为50:25:5:20。
本公开还提供一种空调系统，其包括前任一项所述的混合制冷剂。
在一些实施方式中，所述空调系统为车用空调系统。
本公开提供的一种混合制冷剂和空调系统具有如下有益效果：
本公开通过提供一种四元环保的混合制冷剂，其包括第一组分、第二组分、第三组分、第四组分，其中：所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)，所述第二组分为丙烷(R290)，所述第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)或三氟甲基甲基醚(RE143a)中的一种，所述第四组分为1,1-二氟乙烷(R152a)，可以作为R134a的替代制冷剂，该混合制冷剂GWP小于80，ODP为0，环保性能优异，同时该环保混合制冷剂的热力性能系数(COP)与R134a相当，容积制冷量与R134a相比，最高可提升30％，因此在能够保证制冷剂热力性能与 R134a相当甚至更好的同时，还能有效解决R134a制冷剂高GWP值的技术问题。
具体实施方式
本公开提供一种四元环保混合制冷剂，其包括第一组分、第二组分、第三组分、第四组分，其中：所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)，所述第二组分为丙烷(R290)，所述第三组分为2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)或三氟甲基甲基醚(RE143a)中的一种，所述第四组分为1,1-二氟乙烷(R152a)。
本公开通过提供一种四元环保的混合制冷剂(三氟碘甲烷(R13I1)，丙烷(R290)，2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)或三氟甲基甲基醚(RE143a)，1,1- 二氟乙烷(R152a)，可以作为R134a的替代制冷剂，该混合制冷剂GWP小于80，ODP为0，环保性能优异，同时该环保混合制冷剂的热力性能系数(COP) 与R134a相当，容积制冷量与R134a相比，最高可提升30％，因此在能够保证制冷剂热力性能与R134a相当甚至更好的同时，还能有效解决R134a制冷剂高GWP值的技术问题。
该环保混合制冷剂具有如下优点：
(1)该环保混合制冷剂的GWP小于80，ODP为0，环保性能优异；
(2)该环保混合制冷剂具有良好的热力学性能，性能系数(COP)与R134a 相当，容积制冷量与R134a相比，最高可提升30％。
本发明提供一种可替代R134a的三元环保混合制冷剂。其制备方法是将一三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)按照其相应的摩尔配比在常温液相状态下进行物理混合成为四元混合物。各组元物质的基本参数见表1。
在一些实施方式中，以摩尔百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为5％～50％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为10％～75％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为5％～20％，所述第四组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为10％～80％。本发明的混合制冷剂通过将上述四种组分设置到上述优选数值范围内，能够进一步降低GWP，同时还能进一步提高 COP和容积制冷量，与R134a相当甚至提高。
表1混合工质中各组元物质的基本参数
Figure BDA0003345616070000051
Figure BDA0003345616070000061
实施例1
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)的摩尔比为5:10:5:80；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a) 四种组分在常温液相下按5:10:5:80的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例2
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)的摩尔比为5:35:10:50；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按5:35:10:50的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例3
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)的摩尔比为10:60:5:25的摩尔比为56:4:4:36。即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚 (RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按10:60:5:25的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例4
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)的摩尔比为10:75:5:10。即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按10:75:5:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例5
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)的摩尔比为15:20:5:60；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按15:20:5:60的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例6
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为20:40:20:20；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按20:40:20:20的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例7
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为30:50:10:10；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按30:50:10:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例8
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为40:35:5:20。即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按 40:35:5:20的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例9
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)的摩尔比为5:25:5:65；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按5:25:5:65的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例10
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:10:5:80；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按5:5:10:80 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例11
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:30:5:60；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按5:30:5:60 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例12
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为10:75:5:10。即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按10:75:5:10 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例13
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为15:55:5:25；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按15:55:5:25 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。。
实施例14
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为20:40:5:35；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按20:40:5:35 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例15
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为30:35:20:15；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、 2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按30:35:20:15的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例16
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为40:15:5:40。即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按40:15:5:40 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例17
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为45:25:10:20；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、 2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按45:25:10:20的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
实施例18
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、2,3,3,3-四氟丙烯和1,1-二氟乙烷的摩尔比为50:25:5:20；即将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3- 四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按50:25:5:20 的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例1，将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、 1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按75:5:5:15的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例2，将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、三氟甲基甲基醚(RE143a)、 1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按80:5:5:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例3，将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、 1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按75:5:10:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
对比例4，将三氟碘甲烷(R13I1)、丙烷(R290)、2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)、1,1-二氟乙烷(R152a)四种组分在常温液相下按80:5:5:10的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
在制冷工况下(即蒸发温度为10℃，冷凝温度为40℃，过热度为5℃，过冷度为5℃，压缩机的绝热效率为0.75)，上述实施例、对比例与R134a的GWP、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。
表2混合工质与R134a的性能对比结果
制冷剂 GWP 相对容积制冷量 相对COP
R134a 1300 1 1
实施例1 137 1.07 1.01
实施例2 144 1.24 0.98
实施例3 73 1.30 0.98
实施例4 56 1.28 0.98
实施例5 98 1.16 1.00
实施例6 137 1.19 0.99
实施例7 64 1.16 0.99
实施例8 40 1.11 1.00
实施例9 35 1.05 1.00
实施例10 101 1.07 1.01
实施例11 80 1.22 0.99
实施例12 16 1.28 0.98
实施例13 31 1.27 0.98
实施例14 38 1.23 0.99
实施例15 14 1.13 0.99
实施例16 32 1.08 1.00
实施例17 15 1.07 1.00
实施例18 15 1.05 1.00
对比例1 25 0.89 1.01
对比例2 22 0.86 1.01
对比例3 6 0.88 1.00
对比例4 7 0.86 1.01
由表2可知，本发明提供的使用所述混合工质一种替代R134a的四元混合制冷剂，研究计算给了上述物质的组合方式以及摩尔占比，保证各物质之间性能能够发挥更大的协同作用。该混合工质的GWP均小于150，环保性能可以满足当前碳中和的基本要求。
同时本发明提供的混合制冷剂的容积制冷量均比R134a更高，最高比R134a 提升30％，且所有实施例的相对性能系数均大于0.98，热力性能优异，可成为替代R134a的环保制冷剂。
对比例1-4不在本申请提供的摩尔占比内，结合实施例与对比例，能够明显看出对比例1-4的相对容积制冷量均较小。
综上，本发明提供的四元混合制冷剂，不仅具有低GWP的环保特性，而且热力性能与R134a相当，甚至更好，可以较好地对R134a进行替代。
本发明还提供一种空调系统，其包括前任一项所述的混合制冷剂。
在一些实施方式中，所述空调系统为车用空调系统。
本发明将提供一种安全性高于R134a的四元环保混合制冷剂以替代R134a，该混合制冷剂由第一组分、第二组分、第三组分、第四组分组成。其中所述第一组分为三氟碘甲烷(R13I1)，所述第二组分为丙烷(R290)，所述第三组分为 2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)或三氟甲基甲基醚(RE143a)中的一种，所述第四组分为1,1-二氟乙烷(R152a)，该混合制冷剂的GWP值均低于150，且容积制冷量与R134a相比，最高可提升30％。从而提高空调系统的容积制冷量，提高空调能效，并且更加环保。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。

Claims (5)

1.一种混合制冷剂，其特征在于：
所述混合制冷剂包括第一组分、第二组分、第三组分和第四组分，其中：所述第一组分为三氟碘甲烷，所述第二组分为丙烷，所述第三组分为三氟甲基甲基醚，所述第四组分为1,1-二氟乙烷；
以摩尔百分比计，所述第一组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为5％～50％，所述第二组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为10％～75％，所述第三组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为5％～20％，所述第四组分占据所述混合制冷剂的摩尔比为10％～80％。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于：
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:10:5:80；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:35:10:50；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为10:60:5:25；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为10:75:5:10。
3.根据权利要求1所述的混合制冷剂，其特征在于：
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲、烷丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为15:20:5:60；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为20:40:20:20；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为30:50:10:10；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为40:35:5:20；或者，
在常温液相的状态下，所述三氟碘甲烷、丙烷、三氟甲基甲基醚和1,1-二氟乙烷的摩尔比为5:25:5:65。
4.一种空调系统，其特征在于：
包括权利要求1-3中任一项所述的混合制冷剂。
5.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于：
所述空调系统为车用空调系统。
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