CN101033388A - 一种含有三氟碘甲烷(R13I1)和四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质 - Google Patents

一种含有三氟碘甲烷(R13I1)和四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质 Download PDF

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王怀信
马利敏
郑臣明
张宇
杨强
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Abstract

一种含有三氟碘甲烷(R13I1)和四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质，适合作为冷凝温度为60－120℃的中高温热泵系统的制冷剂。混合工质由R13I1、HFC134a和HFC245fa三种组元物质组成，其质量百分比为R13I1(35－95％)∶HFC134a(0－55％)∶HFC245fa(5－65％)。其制备方法是，将上述各种组元按指定的配比在常温下进行物理混合。本发明不破坏臭氧层，温室效应势较低，符合环保要求；循环性能优良，既可采用HCFC22空调压缩机优化设计新工质中高温热泵系统，又可将新工质直接应用于原HCFC22空调机组，将原空调机组转换为新工质中高温热泵机组。

Description

一种含有三氟碘甲烷(R13I1)和四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质
                           技术领域
本发明属于热泵或制冷、空调系统中的制冷剂，尤其涉及到作为冷凝温度为60-120℃的中高温热泵系统中的制冷工质。
                           背景技术
对于生产和生活中大量存在的、对热能品位要求相对较低(温度为60-160℃)的用能环节，采用热泵供热技术不仅有比常规供能方式更高的总能利用效率，减少CO2排放(从而降低温室效应)，还可有效利用工业余热、地热能、太阳能、以及环境(空气、土壤、地表水或浅层地下水)中蕴含的低品位热能，减小余热排放造成的热污染。当前，热泵技术正向中高温(冷凝温度为80-100℃)、高温(冷凝温度高于100℃)热泵方向发展，而制约其发展的关键问题之一，就是缺乏适合的循环工质。以往曾用作高温热泵系统工质的物质有CFC11、CFC113、CFC114等，它们均为CFC类物质，其臭氧层破坏势(ODP)及温室效应势(GWP)都很大，发达国家已于1996年禁用，发展中国家也将于2010年禁用。目前应用较多的是以HCFC22或其替代物R407C、R410A等为工质的空调-热泵系统，能够提供的热水最高温度为50-55℃(温度再高不但使循环性能恶化，而且如果超过系统的压力和排温上限容易造成事故)，而无法提供更高温度水平的热能。开发环境友好、热力性能优良的新型工质，对中高温热泵技术的发展至关重要。
本发明提供的混合工质，是为冷凝温度为60-120℃的中高温热泵系统应用而研制的，也可用作离心式制冷、空调机组的工质。
                            发明内容
本发明的目的是提供一组适于中高温热泵机组应用的新工质，使其环境特性和循环性能俱佳。
本发明内容介绍：根据优势互补的原则进行组元组合，筛选得到下述性能优良的中高温热泵混合工质。含有三氟碘甲烷(R13I1)和四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质，由三氟碘甲烷(R13I1)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC134a)和1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC245fa)三种组元物质组成。三种组元的质量百分比为三氟碘甲烷(35-95％)：四氟乙烷(0-55％)：五氟丙烷(5-65％)，三组元物质质量百分数之和为100％，其中1，1，1，2-四氟乙烷组分不为零。
本发明所述混合工质的制备方法是，将各组元物质按其指定的质量配比在常温下进行物理混合即可。各组元物质的基本参数如表1所示。
本发明具有以下优点及有益效果：
(1)符合环保要求：本发明的ODP等于零，多数混合工质中的GWP较低，可见其环境特性优良，符合保护臭氧层、减小温室效应的要求。(2)热工参数适宜：在中高温热泵设计工况下，压力水平不高于HCFC22在标准空调工况下的压力水平，排温低于HCFC22压缩机的排气温限。因此，可直接将本发明工质灌注(有些工质要求更换润滑油)于HCFC22的空调压缩机，无需为本发明工质另行专门设计压缩机。(3)循环性能优良：本发明在中高温热泵设计工况下的供热COP基本在3.5以上、单位质量供热量基本在110kJ/kg以上、单位容积供热量在3600kJ/m3以上，循环性能优良。
                                  表1中高温热泵混合工质中所含组元的基本参数
                                   Tb：正常沸点，Tc：临界温度，Pc：临界压力
组元 名称 分子式 分子量   Tb   Tc   Pc ODP GWP
  ℃   ℃   MPa
  R1311   三氟碘甲烷   CF3I   195.9   -21.83   123.29   3.953   0   700
  HFC134a   1，1，1，2-四氟乙烷   CF3CH2F   102   -26.1   101.16   4.056   0   1300
  HFC245fa   1，1，1，3，3-五氟丙烷   CF3CH2CHF2   134   15.3   157.5   3.644   0   790
                                具体实施方式
实施例1：
取35mass％ R13I1、27mass％ HFC134a、38mass％ HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
热泵系统的设计工况取为：平均蒸发温度为40℃，平均冷凝温度为85℃，吸气过热度为2℃(对有些工质，取适当的排气过热度以保证避免湿压缩)，过冷度为5℃。以非活塞式(如螺杆式、涡旋式等)压缩机为例，压缩机热效率取0.9，电机效率、机械效率和压缩过程定熵效率均取0.85。
实施例2：
取38mass％ R13I1、13mass％ HFC134a、49mass％ HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
热泵系统的设计工况取为：平均蒸发温度为50℃，平均冷凝温度为95℃，吸气过热度为2℃(对有些工质，取适当的排气过热度以保证避免湿压缩)，过冷度为0℃。以封闭式活塞压缩机为例，压缩机热效率取0.9，电机效率、机械效率和压缩过程定熵效率均取0.85，余隙容积系数取0.03。
实施例3：
取36mass％ R13I1、3mass％ HFC134a、61mass％ HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
热泵系统的设计工况取为：平均蒸发温度为60℃，平均冷凝温度为105℃，吸气过热度为2℃(对有些工质，取适当的排气过热度以保证避免湿压缩)，过冷度为0℃。以封闭式活塞压缩机为例，压缩机热效率取0.9，电机效率、机械效率和压缩过程定熵效率均取0.85，余隙容积系数取0.03。
根据循环计算，上述3个实施例的有关参数和循环性能指标如表2所示。
                 表2本发明实施例性能
  参数与性能  实施例1   实施例2  实施例3
  蒸发压力MPa  0.519   0.568  0.625
  冷凝压力MPa  1.678   1.747  1.825
  压比  3.23   3.08  2.92
  排气温度℃  102.3   112.3  117.2
  COP  3.82   3.51  3.53
  供热量kJ/kg  128.5   121.1  111.7
  单位容积制热量kJ/m3  3742   3956  4105
  GWP  954   859  788

Claims (1)

1.一种含有三氟碘甲烷(R13I1)和四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质，由三氟碘甲烷(R13I1)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC134a)和1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC245fa)三种组元物质组成，其特征是所述三种组元的质量百分比为三氟碘甲烷(35-95％)∶四氟乙烷(0-55％)∶五氟丙烷(5-65％)，所述三组元物质质量百分数之和为100％，其中1，1，1，2-四氟乙烷组分不为零。
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