CN101747867B - 含有HFO-1234yf(CF3CF=CH2)的有机朗肯循环混合工质 - Google Patents

含有HFO-1234yf(CF3CF=CH2)的有机朗肯循环混合工质 Download PDF

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Abstract

含有HFO-1234yf(CF3CF=CH2)的有机朗肯循环混合工质，适合作为蒸发温度为60-100℃的低温有机朗肯循环系统的制冷剂。该混合工质由HFO-1234yf、HFC-236fa和HFC-143三种物质按不同的质量比例组成三元混合物。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，得到相应的混合工质。本发明工质不破坏臭氧层，温室效应势较低，符合环保要求；热工参数适宜，循环性能优良。在设计工况下的朗肯循环效率为9.5%左右，单位质量输出净功基本在18kJ/kg以上。

Description

含有HFO-1234yf(CF3CF=CH2)的有机朗肯循环混合工质
技术领域
本发明属于热泵或空调系统中的制冷剂，具体涉及到作为蒸发温度为60-100℃的低温有机朗肯循环系统中的工质。
背景技术
低温资源(如低温地热能、废热或太阳能)发电技术的研究，对于减小化石能源消耗和CO2、SO2、NOx等温室气体和环境污染物的排放，实现可持续发展具有重要意义。而制约低温资源发电利用的主要技术因素之一就是系统经济性。中温资源发电技术实践表明，以有机朗肯循环为基础的发电技术经济性较好。
近年来，随着能源与环境问题带来的挑战的不断加大，以及技术进步带来的发电经济性的提升，一直被认为不具备发电经济性的低温资源(特别是70-120℃温度范围)的利用开始得到关注。低温资源之所以发电利用经济性较差，其主要原因之一，就是缺乏适合的循环工质。目前用作低温有机朗肯循环的工质有C5F12、HC600等，它们或因温室效应势(GWP)很大，或因易燃易爆，而限制了其推广应用。因此开发一种环境友好、热力性能优良的新型工质，对低温有机朗肯循环技术的发展至关重要。
发明内容
本发明的目的是，提供一种适用于低温有机朗肯循环的含有HFO-1234yf的混合工质，可作为蒸发温度为60-100℃的低温地热资源，或其它低品位(如废热，太阳能等)热源的有机朗肯循环系统中的工质。
本发明提出的含有HFO-1234yf(CF3CF=CH2)的有机朗肯循环混合工质共包括了10种组元物质，具体是：HFO-1234yf(CF3CF=CH2，2，3，3，3-四氟-1-丙烯)，HFC-143(1,1,2-三氟乙烷)，HFC-236ea(1,1,1,2,3,3-六氟丙烷)，HFC-236fa(1,1,1,3,3,3,-六氟丙烷)，HFC-245ca(1,1,2,2,3-五氟丙烷)，HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)，CF3I(三氟碘甲烷)，HFE-143(CH2FOCHF2)，HFE-134(CHF2OCHF2)和HFC-254cb(1,1,2,2-四氟丙烷)。各组元物质的基本参数如表1所示。
本发明提出的含有HFO-1234yf的有机朗肯循环混合工质，具体组成为：
由HFO-1234yf(CF3CF=CH2)、HFC-236fa(1,1,1,3,3,3-六氟丙烷)和HFC-143(1,1,2-三氟乙烷)组成；或由HFO-1234yf、HFC-236fa和HFC-245fa(1,1,2,2,3-五氟丙烷)组成；或由HFO-1234yf、HFC-152a(1,1-二氟乙烷)和HFC-254cb(1,1,2,2-四氟丙烷)组成；或由HFO-1234yf、HFC-152a和HFC-245ca(1,1,2,2,3-五氟丙烷)组成；或由HFO-1234yf、HFC-152a和HFC-236ea(1,1,1,2,3,3-六氟丙烷)组成；或由HFO-1234yf、HFC-152a和HFE-134(CHF2OCHF2)组成；或由HFO-1234yf、HFC-152a和HFE-143组成；或由HFO-1234yf、HFC-152a和HFC-245fa组成；或由HFO-1234yf、CF3I(三氟碘甲烷)和HFC-254cb组成；或由HFO-1234yf、CF3I和HFC-245ca组成；或由HFO-1234yf、CF3I和HFC-236ea组成；或由HFO-1234yf、CF3I和HFE-134组成；或由HFO-1234yf、CF3I和HFE-143(CH2FOCHF2)组成；或由HFO-1234yf、CF3I和HFC-245fa组成；或由HFO-1234yf、HFC-143(1,1,2-三氟乙烷)和HFC-245fa组成。
以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%。上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。
本发明具有以下优点及有益效果：
(1)环境性能：本发明的ODP等于零，环境特性优良。(2)热工参数：在低温有机朗肯循环系统设计工况(如蒸发温度90℃、冷凝温度35℃、过热度5℃或乏气过热度0℃下的蒸发压力在1500.0kPa左右、冷凝压力在350.0kPa左右、膨胀比在4.50左右。(3)循环性能：本发明在上述设计工况下的朗肯循环效率为9.5%左右、单位质量输出净功基本在23kJ/kg以上(在汽轮机等熵效率为75%的条件下)，循环性能优良。
表1低温有机朗肯循环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
具体实施方式
实施例1：取32mass%HFO-1234yf、15mass%HFC-236fa和53mass%HFC-143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取32mass%HFO-1234yf、10mass%HFC-236fa和58mass%HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取15mass%HFO-1234yf、2mass%HFC-152a和83mass%HFC-254cb，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取38mass%HFO-1234yf、10mass%HFC-152a和52mass%HFC-254ca，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取12mass%HFO-1234yf、5mass%HFC-152a和83mass%HFC-236ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取26mass%HFO-1234yf、3mass%HFC-152a和71mass%HFE-134，常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取57mass%HFO-1234yf、4mass%HFC-152a和39mass%HFE-143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取16mass%HFO-1234yf、15mass%HFC-152a和69mass%HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取3mass%HFO-1234yf、45mass%CF3I和52mass%HFC-254cb，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例10：取10mass%HFO-1234yf、38mass%CF3I和52mass%HFC-245ca，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例11：取4mass%HFO-1234yf、36mass%CF3I和60mass%HFC-236ea，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例12：取21mass%HFO-1234yf、18mass%CF3I和61mass%HFE-134，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例13：取11mass%HFO-1234yf、70mass%CF3I和19mass%HFE-143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例14：取26mass%HFO-1234yf、20mass%CF3I和54mass%HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例15：取35mass%HFO-1234yf、10mass%HFC-143和55mass%HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
以低温地热有机朗肯循环为例，低温地热有机朗肯循环系统设计工况取为：平均蒸发温度为90℃，平均冷凝温度为30℃，蒸发过热度为5℃(对有些工质，为保证避免膨胀终了进入两相区，取乏气过热度为0℃，在此条件下反算的蒸发过热度为6-10℃)，膨胀过程定熵效率以及工质泵效率为75%，根据循环计算，上述15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 实施例4 实施例5 实施例6
蒸发压力MPa 1.6448 1.5982 1.5669 1.5863 1.576 1.5852
冷凝压力MPa 0.3672 0.3437 0.35648 0.3393 0.32737 0.35894
汽轮机进口比容m3/kg 4.8819 5.2816 4.9492 5.1281 5.4774 4.7787
膨胀比 4.4788 4.6489 4.3955 4.6745 4.8139 4.4164
单位质量输出净功kJ/kg 27.041 21.8740 23.6220 25.2010 20.859 23.07
循环效率% 0.0979 0.0926 0.0961 0.0935 0.09412 0.09805
蒸发温度滑移℃ 5.5924 7.8610 3.3362 16.8040 4.1566 6.4262
冷凝温度滑移℃ 7.9096 12.2410 4.3415 22.5890 6.7991 8.4492
参数与性能 实施例13 实施例14 实施例15
蒸发压力MPa 1.5937 1.6168 1.5929
冷凝压力MPa 0.35088 0.35198 0.3445
汽轮机进口比容m3/kg 4.7519 5.1649 5.1786
膨胀比 4.542 4.5935 4.6240
单位质量输出净功kJ/kg 18.08 20.331 23.3880
循环效率 0.10024 0.09385 0.0938
蒸发温度滑移℃ 12.472 7.8336 8.1994
冷凝温度滑移℃ 18.965 12.395 12.4650

Claims (1)

1.含有HFO-1234yf(CF3CF=CH2，2，3，3，3-四氟-1-丙烯)的有机朗肯循环混合工质，其特征是混合工质由HFO-1234yf(CF3CF=CH2)、HFC-236fa(1,1,1,3,3,3-六氟丙烷)和HFC-143(1,1,2-三氟乙烷)组成；
三组元物质的质量百分比具体为：HFO-1234yf/HFC-236fa/HFC-143；32/15/53%，各组分物质的质量百分数之和为100%。
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