CN101914368A - 一组跨临界动力循环混合工质 - Google Patents
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Abstract
一组跨临界动力循环混合工质，适合作为资源温度为70-100℃的低温跨临界动力循环系统的制冷剂。该组混合工质由R125，R32，R143a，R41和CO2共5种物质按不同的质量比例组成二元混合物。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6％左右，系统净输出功率在9.8kW以上。
Description
技术领域
本发明属于热泵或空调系统中的制冷剂，具体涉及到作为资源温度为70-100℃的低温跨临界动力循环系统中的工质。
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，一方面是缺乏适合的循环工质，另一方面，亚临界有机朗肯循环方式的发电经济性较低。因此采用跨临界动力循环方式，并开发一种环境友好、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，提供一组适用于低温发电跨临界动力循环的混合工质，可作为70-100℃的低温地热资源，或其它低品位(如废热，太阳能等)热源的跨临界动力系统中的工质。
本发明提出的跨临界动力循环混合工质共包括了5种组元物质，具体是：五氟乙烷(R125)，二氧化碳(CO2)，氟甲烷(R41)，二氟甲烷(R32)和1，1，1-三氟乙烷(R143a)。
各组元物质的基本参数如表1所示。
本发明提出的一组跨临界动力循环混合工质，具体组成为：
由R125(五氟乙烷)和CO2(二氧化碳)组成；或由R125(五氟乙烷)和R41(氟甲烷)组成；或由R32(二氟甲烷)和CO2(二氧化碳)组成；或由R32(二氟甲烷)和R41(氟甲烷)组成；或由R143a(1，1，1-三氟乙烷)和CO2(二氧化碳)组成；或由R143a(1，1，1-三氟乙烷)和R41(氟甲烷)组成。
上述混合工质其各组元的具体配比(质量百分数)为：
R125/CO2 3-98/2-97％，
R125/R41 3-97/3-97％，
R32/CO2 4-99/1-96％，
R32/R41 4-98/2-96％，
R143a/CO2 2-93/7-98％，
R143a/R41 3-95/5-97％，
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：在跨临界动力循环系统设计工况(如地热水流量为1kg/s、地热水进口温度90℃、汽轮机进口温度84℃、冷却水进口温度20℃、蒸发器和冷凝器的窄点温度分别为5℃)下的蒸发压力在8000.0kPa左右、冷凝压力在4000.0kPa左右、膨胀比在2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6％左右、系统净输出功率基本在9.8kW以上(在汽轮机等熵效率为80％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10mass％R125和90mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取50mass％R125和50mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取90mass％R125和10mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取10mass％R125和90mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取50mass％R125和50mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取90mass％R125和10mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取10mass％R32和90mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取30mass％R32和70mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取50mass％R32和50mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例10：取30mass％R32和70mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例11：取50mass％R32和50mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例12：取70mass％R32和30mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例13：取30mass％R143a和70mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例14：取50mass％R143a和50mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例15：取70mass％R143a和30mass％CO2，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例16：取30mass％R143a和70mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例17：取50mass％R143a和50mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例18：取70mass％R143a和30mass％R41，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
以低温地热跨临界动力循环为例，低温地热跨临界动力循环系统设计工况取为：地热水流量为1kg/s、地热水进口温度90℃、汽轮机进口温度84℃、冷却水进口温度20℃、两器窄点温度分别为5℃，膨胀过程定熵效率为80％以及工质泵效率为75％，根据循环计算，上述18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 | 11.00 | 8.45 | 4.75 | 8.14 | 6.91 | 5.06 |
| 冷凝压力MPa | 6.10 | 4.41 | 2.10 | 3.81 | 3.19 | 2.02 |
| 汽轮机进口比容m3/kg | 0.0037 | 0.0033 | 0.0036 | 0.0056 | 0.0046 | 0.0033 |
| 膨胀比 | 1.60 | 1.83 | 2.49 | 1.92 | 2.09 | 2.83 |
| 输出净功kW | 9.29 | 9.87 | 9.91 | 9.79 | 10.98 | 10.40 |
| 循环效率％ | 5.22 | 5.14 | 6.09 | 6.50 | 6.40 | 6.60 |
| 蒸发温度滑移℃ | 49.2 | 52.8 | 55.8 | 50.9 | 53.1 | 55.1 |
| 冷凝温度滑移℃ | 2.1 | 9.9 | 8.0 | 0.6 | 3.3 | 5.4 |
| 参数与性能 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 |
| 蒸发压力MPa | 11.25 | 9.83 | 8.24 | 7.51 | 6.51 | 7.51 |
| 冷凝压力MPa | 5.89 | 4.91 | 4.00 | 3.51 | 3.16 | 3.51 |
| 汽轮机进口比容m3/kg | 0.0036 | 0.0039 | 0.0045 | 0.0061 | 0.0069 | 0.0061 |
| 膨胀比 | 1.66 | 1.75 | 1.89 | 1.93 | 1.88 | 1.93 |
| 输出净功kW | 9.64 | 10.43 | 10.03 | 10.34 | 10.77 | 10.34 |
| 循环效率％ | 5.52 | 5.70 | 5.91 | 6.67 | 6.58 | 6.67 |
| 蒸发温度滑移℃ | 49.6 | 52.1 | 53.9 | 52.6 | 54.4 | 52.6 |
| 冷凝温度滑移℃ | 2.2 | 6.8 | 10.0 | 1.3 | 3.1 | 1.3 |
| 参数与性能 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 |
| 蒸发压力MPa | 9.83 | 7.54 | 6.09 | 7.03 | 6.04 | 5.51 |
| 冷凝压力MPa | 4.94 | 3.94 | 2.89 | 3.32 | 2.89 | 2.37 |
| 汽轮机进口比容m3/kg | 0.0034 | 0.0041 | 0.0042 | 0.0059 | 0.0060 | 0.0051 |
| 膨胀比 | 1.79 | 1.84 | 2.16 | 1.98 | 2.03 | 2.40 |
| 输出净功kW | 9.83 | 9.60 | 9.21 | 10.99 | 10.79 | 10.19 |
| 循环效率％ | 5.25 | 5.19 | 5.60 | 6.48 | 6.36 | 6.65 |
| 蒸发温度滑移℃ | 51.3 | 53.9 | 54.9 | 53.2 | 54.4 | 54.8 |
| 冷凝温度滑移℃ | 9.2 | 13.0 | 13.5 | 3.7 | 5.8 | 6.8 |
Claims (2)
1.一组跨临界动力循环混合工质，其特征是由R125(五氟乙烷)和CO2(二氧化碳)组成；或由R125(五氟乙烷)和R41(氟甲烷)组成；或由R32(二氟甲烷)和CO2(二氧化碳)组成；或由R32(二氟甲烷)和R41(氟甲烷)组成；或由R143a(1，1，1-三氟乙烷)和CO2(二氧化碳)组成；或由R143a(1，1，1-三氟乙烷)和R41(氟甲烷)组成。
2.按照权利要求1所述的一组跨临界动力循环混合工质，其特征是所述各组元物质的具体配比(质量百分数)为：
R125/CO2 3-98/2-97％，
R125/R41 3-97/3-97％，
R32/CO2 4-99/1-96％，
R32/R41 4-98/2-96％，
R143a/CO2 2-93/7-98％，
R143a/R41 3-95/5-97％，
以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101215 |