CN101302423B - 适用于热虹吸管式能量回收装置的工质 - Google Patents

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Abstract

适用于热虹吸管式能量回收装置的工质属于换热介质领域。目前工质多以水、氨和R22为主。水无毒不燃，但它的起动温差较大，低于零度时不可用，能量回收效率较低；氨的传热性能好，但有毒且可燃，对热管的材质有严格要求；R22安全可靠，传热性能尚可，但它破坏臭氧层且是温室气体，已被列为禁用物质。本发明根据优势互补原则，提出了几组适用于热虹吸管式能量回收装置的混合物，包含如下组元：R32、R152a、R290、R134a、R245fa；混合工质由上述组元中的两种或三种组成。它们能满足环保要求、安全可靠，液相传输系数不小于R22；同时饱和蒸气压力与R22的接近，不需改动现有设备和工艺，可直接充灌替代R22。

Description

适用于热虹吸管式能量回收装置的工质
技术领域
本发明涉及换热介质，特别是用于热虹吸管式能量回收装置的传热流体。
背景技术
随着社会进步和生活水平的提高，空气调节技术已经广泛应用于各行各业及民用建筑，但随之而来能耗问题也日益突出，空调换气时排气所带走的能量约占空调总负荷的30％～40％左右，如不对这些能源加以有效回收，必然增大空调的能耗。另外，生产工艺过程中会产生大量温度较高的气体，对这部分气体中的能量进行回收利用，可以产生较显著的环保节能效益。
回收利用建筑物或工艺过程排出废气的能量，热虹吸管式能量回收装置是一种行之有效的设备。其中的传热工质是这类设备有效工作的关键因素之一，目前工质多以水、氨和R22为主。水无毒不燃，但它的起动温差较大，低于零度时不可用，能量回收效率较低；氨的传热性能好，但有毒且可燃，对热管的材质有严格要求；R22安全可靠，传热性能尚可，但它破坏臭氧层且是温室气体，已被列为禁用物质。开发环保节能、安全可靠的热虹吸管工质势在必行。热管工质的研究多是用于航天领域、高温热回收装置的高温热管工质，以及用于电子器件冷却和中温工业炉窑余热回收装置的中温热管；而用于低温空调余热回收的热管工质研究较少，通常借鉴制冷、空调和热泵工质研究的成果。但是热虹吸管对工质的要求与制冷空调系统的要求是不同的。制冷工质更多地是考虑循环性能，而热虹吸管工质应侧重于流动及传热性能。
为此，考虑空调余热回收热虹吸管的特性，并借鉴制冷空调系统工质的筛选原则，提出了热虹吸管工质的选用原则：
(1)工质符合环保要求，ODP为0，GWP尽可能小，且安全可靠，对环境无毒无害，不燃；
(2)适用于一般情况下空调余热回收的工作温度范围，即-20℃～50℃，这要求工质的三相点和临界点涵盖这一温度范围；
(3)着重考虑工质的饱和蒸气压力和液相传输系数，在工作温度范围内，所选工质的饱和蒸气压最好和R22的接近，这样可实现直接替代，不需改动现有工艺，而液相传输系数则尽可能大，最好不低于R22，液相传输系数按下式计算
N l = σ · ρ l · h fg μ l
式中：Nl为液相传输系数，W/m2，
σ为液体的表面张力系数，N/m，
ρl为液体密度，kg/m2，
hfg为液体的气化潜热，kJ/kg，
μl为液体的动力黏度，kg/m·s；
(4)为充分利用热虹吸管两端的温差，满足工质非共沸温度滑移与空气传热温差匹配的要求，易采用混合工质。
根据以上原则，本发明提出几组应用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，使其能很好的满足上述要求。
发明内容
根据优势互补原则，本发明提出了几组适用于热虹吸管式能量回收装置的混合物，它们能满足环保要求、安全可靠，液相传输系数不小于R22；同时饱和蒸气压力与R22的接近，不需改动现有设备和工艺，可直接充灌替代R22。本发明包含如下组元：R32(二氟甲烷)、R152a(1，1-二氟乙烷)、R290(丙烷)、R134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、R245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷)；它们的基本性质见表1。新工质由这五种工质其中的两种或三种混合而成。
表1本发明所包含物质的性质
本发明通过如下技术方案实现：
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R32/R245fa两种物质，组分的比例(质量百分比)为10-90/90-10％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R152a/R245fa两种物质，组分的比例(质量百分比)为10-90/90-10％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R32/R134a两种物质，组分的比例(质量百分比)为20-90/80-10％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R152a/R134a两种物质，组分的比例(质量百分比)为20-90/80-10％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R32/R152a/R245fa三种物质，组分的比例(质量百分比)为10-80/10-90/10-90％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R32/R290/R245fa三种物质，组分的比例(质量百分比)为10-80/10-90/10-90％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R32/R134a/R245fa三种物质，组分的比例(质量百分比)为20-80/10-80/10-80％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R152a/R290/R245fa三种物质，组分的比例(质量百分比)为10-80/10-90/10-90％。
一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是含有R152a/R134a/R245fa三种物质，组分的比例(质量百分比)为50-80/10-50/10-50％。
以上九种混合物的制备方法是将上述各种组分按其相应的配比在液相状态下进行物理混合即可。
本发明提出了几组适用于热虹吸管式能量回收装置的混合物，它们能满足环保要求、安全可靠，液相传输系数不小于R22；同时饱和蒸气压力与R22的接近，不需改动现有设备和工艺，可直接充灌替代R22。
附图说明
图1a为实施例1的饱和蒸气压图，图1b为液相传输系数图。
图2a为实施例2的饱和蒸气压图，图2b为液相传输系数图。
图3a为实施例3的饱和蒸气压图，图3b为液相传输系数图。
图4a为实施例4的饱和蒸气压图，图4b为液相传输系数图。
图5a为实施例5的饱和蒸气压图，图5b为液相传输系数图。
图6a为实施例6的饱和蒸气压图，图6b为液相传输系数图。
图7a为实施例7的饱和蒸气压图，图7b为液相传输系数图。
图8a为实施例8的饱和蒸气压图，图8b为液相传输系数图。
图9a为实施例9的饱和蒸气压图，图9b为液相传输系数图。
具体实施方式
为了有助于对本发明及其优点的理解，下面举出几个具体实施例。
实施例1：取70％R32、30％R245fa在液相下进行物理混合。
实施例2：取60％R152a、40％R245fa在液相下进行物理混合。
实施例3：取60％R32、40％R134a在液相下进行物理混合。
实施例4：取70％R152a、30％R134a在液相下进行物理混合。
实施例5：取30％R32、30％R152a、40％R245fa在液相下进行物理混合。
实施例6：取10％R32、20％R290、70％R245fa在液相下进行物理混合。
实施例7：取10％R152a、20％R290、70％R245fa在液相下进行物理混合。
实施例8：取30％R32、30％R134a、40％R245fa在液相下进行物理混合。
实施例9：取80％R152a、10％R134a、10％R245fa在液相下进行物理混合。
以上实施例的物性见表2。
注：NBP为混合工质在标准大气压下的沸点，由于混合工质为非共沸混合物，所以沸点用泡点温度代替。
各实施例的饱和蒸汽压图及液相传输系数图如下：
实施例1的饱和蒸气压见图1a，液相传输系数见图1b。该实施例的饱和蒸汽压与R22接近，液相传输系数在整个温度范围下优于R22。
实施例2的饱和蒸气压见图2a，液相传输系数见图2b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在0度以上工况下明显优于R22。
实施例3的饱和蒸气压见图3a，液相传输系数见图3b。该实施例饱和蒸汽压与R22接近。液相传输系数在整个温度范围内明显优于R22。
实施例4的饱和蒸气压见图4a，液相传输系数见图4b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在-8度以上工况下明显优于R22。
实施例5的饱和蒸气压见图5a，液相传输系数见图5b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在整个温度范围内明显优于R22。
实施例6的饱和蒸气压见图6a，液相传输系数见图6b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在整个温度范围内明显优于R22。
实施例7的饱和蒸气压见图7a，液相传输系数见图7b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在整个温度范围内明显优于R22。
实施例8的饱和蒸气压见图8a，液相传输系数见图8b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在整个温度范围内明显优于R22。
实施例9的饱和蒸气压见图9a，液相传输系数见图9b。该实施例饱和蒸汽压比R22稍低，满足启动温度要求。液相传输系数在-10度以上工况下明显优于R22。

Claims (1)

1.一种用于热虹吸管式能量回收装置的混合工质，其特征是：含有R32/R152a/R245fa三种物质，三者质量百分比比例为30％/30％/40％。
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