CN102719225B - 一种适用于大循环温升的中高温热泵混合工质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，由以下质量百分比的各组分组成：1~10%HC1270，2~96%HFC134a，3~97%HCFC142b。该工质适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~100℃的中高温热泵系统的制冷剂，且该工质臭氧层破坏势较低，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，既可采用HFC134a空调压缩机优化设计新工质大循环温升的中高温热泵机组，又可将新工质直接应用于原HFC134a空调机组，将原空调机组转换为新工质大循环温升的中高温热泵机组。该机组可直接利用10~40℃左右的常温水源、地源外，可向用户提供70~100℃左右的热水。
Description
技术领域
本发明涉及中高温热泵混合工质，具体涉及一种适用于大循环温升的中高温热泵混合工质。
背景技术
热泵技术以消耗一部分高品位能（例如电能）为代价，通过热力循环，将不能直接利用的低品位热能（空气、土壤、地表水或浅层地下水中蕴含的热能，以及地热能、太阳能、工业余热等）的品位提升到可资利用的水平；系统的能效比（或性能系数--COP）一般高于3。只要COP>1/η（以常规热力发电为例，η为发电与输配电总效率），应用热泵供热技术即可达到节约一次能源从而减小环境污染、减排CO2的目的；只要COP>2，应用热泵供热技术既可以替代电加热从而减少运行费用的目的。
为满足工业部门对较高供热温度、较低热源温度的应用要求，热泵技术正向大循环温升（循环温升60~80℃）、高温（冷凝温度为70~100℃）、高效（COP高）热泵方向发展。制约大循环温升、高温、高效热泵技术发展的关键问题之一，就是缺乏适合的循环工质，目前也未有相关机构专门针对大循环温升的要求开发适宜的中高温热泵系统工质。以往曾用作中高温热泵系统工质的物质，有CFC11、CFC12、CFC114等。它们均为CFCs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。目前应用较多的空调-热泵系统，所用工质主要是HCFC22或其替代物R407C、R410A等，系统能够提供的循环温升在50℃以内、热水最高温度为50~55℃（再高将不仅循环性能恶化，还将因突破系统的压力和排温上限而造成事故），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，对大循环温升、高温、高效热泵技术的发展至关重要。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，专用于循环温升（蒸发冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度70~100℃的中高温热泵系统，主要用作单级压缩的中高温热泵机组的工质，使其环境特性和循环性能俱佳。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，由以下质量百分比的各组分组成：1~10% HC1270，2~96% HFC134a，3~97% HCFC142b。
一种制备适用于大循环温升的中高温热泵混合工质的方法，是将各组分按其指定的质量配比在常温下进行物理混合即可。
上述各组分的基本参数如表1所示，可将本发明工质直接灌注于现有HFC134a空调机组，将其转化为新工质的大循环温升的中高温热泵机组，且能够保证机组COP大于2和主要硬件匹配度。
表1 大循环温升的中高温热泵混合工质中所含组元的基本参数
| 组元 | 名称 | 分子式 | 分子量 | T b | T c | P c | ODP | GWP |
| HC1270 | 丙烯 | CH2=CHCH3 | 42.1 | -47.69 | 92.42 | 4.665 | 0 | - |
| HFC134a | - | CF3CH2F | 102.0 | -26.07 | 101.06 | 4.059 | 0 | 875 |
| HCFC142b | - | CCLF2CH3 | 100.5 | -9.15 | 137.1 | 4.070 | 0.065 | 1470 |
表中，Tb：正常沸点，oC；Tc：临界温度，oC；Pc：临界压力，MPa。
有益效果：与现有技术相比，本发明的适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，具有以下主要优点：
（1）应用领域：适用于大多数热源温度的场合，特别针对于较低热源温度（10~40℃）、较高供热温度（70~100℃）的应用要求。
（2）环境性能：本发明的ODP很低，环境特性优良。
（3）热工参数：在大循环温升的中高温热泵设计工况（蒸发温度20℃、冷凝温度100℃、过冷温度2℃、过热温度3℃）与HFC134a在供热工况（蒸发温度0℃、冷凝温度80℃、过冷温度2℃、过热温度3℃）下的热工参数基本一致，详见具体实施例2，中高温热泵系统设计中可采用HFC134a的空调压缩机。
（4）循环性能：本发明在上述大循环温升的设计工况下，供热COP为2左右、单位质量供热量基本在170kJ/kg左右、单位容积制热量在2100kJ/m3左右，循环性能优良。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，质量百分比的各组分为：取2.0% HC1270、83.0% HFC134a和15.0% HCFC142b。
在常温下进行物理混合各组分后，适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~85℃的中高温热泵系统的制冷剂，且能够保证循环能效和机组主要硬件匹配度。
实施例2
适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，质量百分比的各组分为：2.0% HC1270、10.0% HFC134a和88.0% HCFC142b。
在常温下进行物理混合各组分后，适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~100℃的中高温热泵系统的制冷剂，且能够保证循环能效和机组主要硬件匹配度。
实施例3
实施例1的热泵系统的设计工况取为：平均蒸发温度为0℃，平均冷凝温度为80℃，吸气过热温度为3℃，过冷温度为2℃，压缩过程定熵效率为90%，电机效率85%，机械效率90%，余隙容积1%。实施例2的热泵系统的设计工况取为：平均蒸发温度为20℃，平均冷凝温度为100℃，吸气过热温度为3℃，过冷温度为2℃，压缩过程定熵效率为90%，电机效率85%，机械效率90%，余隙容积1%。选用某厂家R134a压缩机，铭牌排气量为72.3m3/h；根据循环计算，上述2个实施例的有关参数和循环性能指标如表2所示。
表2 有关参数和循环性能指标
| 参数与性能 | 实施例1 | 实施例2 | R134a |
| 蒸发-冷凝温度（℃） | 0-80 | 20-100 | 0-80 |
| 蒸发压力（MPa） | 0.280 | 0.324 | 0.293 |
| 冷凝压力（MPa） | 2.556 | 2.359 | 2.633 |
| 压比 | 9.12 | 7.27 | 8.99 |
| 排气温度（℃） | 120.8 | 130.5 | 118.1 |
| COP | 1.95 | 2.12 | 1.93 |
| 制热量（kJ/kg） | 173.2 | 170.9 | 163.0 |
| 单位容积压缩功（kJ/m3） | 1028 | 1032 | 1062 |
| 单位容积制热量（kJ/m3） | 2008 | 2190 | 2054 |
| 压缩机制热量（kW） | 40.32 | 43.98 | 41.25 |
| 压缩机输入功率（kW） | 20.64 | 20.73 | 21.33 |
实施例4
适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，质量百分比的各组分为：取1.0% HC1270、2.0% HFC134a和97.0% HCFC142b。
在常温下进行物理混合各组分后，作为适用于大循环温升的中高温热泵混合工质。
将该工质直接灌注于现有HFC134a空调机组，将其转化为新工质的大循环温升的中高温热泵机组，经试验，适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~100℃的中高温热泵系统的制冷剂， 出水温度能够达到95度以上，COP达到2以上，且能够保证机组主要硬件匹配度。另外该工质臭氧层破坏势较低，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，既可采用HFC134a空调压缩机优化设计新工质大循环温升的中高温热泵机组，又可将新工质直接应用于原HFC134a空调机组，将原空调机组转换为新工质大循环温升的中高温热泵机组。该机组可直接利用30~40℃左右的常温水源、地源外，可向用户提供70~100℃左右的热水。
实施例5
适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，质量百分比的各组分为：1.0% HC1270、96.0% HFC134a和3.0% HCFC142b。
在常温下进行物理混合各组分后，作为适用于大循环温升的中高温热泵混合工质。
将该工质直接灌注于现有HFC134a空调机组，将其转化为新工质的大循环温升的中高温热泵机组，经试验，适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~85℃的中高温热泵系统的制冷剂，出水温度达到75度以上，COP达到2以上，且能够保证机组主要硬件匹配度。另外该工质臭氧层破坏势较低，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，既可采用HFC134a空调压缩机优化设计新工质大循环温升的中高温热泵机组，又可将新工质直接应用于原HFC134a空调机组，将原空调机组转换为新工质大循环温升的中高温热泵机组。该机组可直接利用10~30℃左右的常温水源、地源外，可向用户提供70~80℃左右的热水。
实施例6
适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，质量百分比的各组分为：2.0% HC1270、48.0% HFC134a和50.0% HCFC142b。
在常温下进行物理混合各组分后，作为适用于大循环温升的中高温热泵混合工质。
将该工质直接灌注于现有HFC134a空调机组，将其转化为新工质的大循环温升的中高温热泵机组，经试验，适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~100℃的中高温热泵系统的制冷剂，出水温度达到90度以上，COP达到2以上，且能够保证机组主要硬件匹配度。另外该工质臭氧层破坏势较低，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，既可采用HFC134a空调压缩机优化设计新工质大循环温升的中高温热泵机组，又可将新工质直接应用于原HFC134a空调机组，将原空调机组转换为新工质大循环温升的中高温热泵机组。该机组可直接利用20~40℃左右的常温水源、地源外，可向用户提供70~100℃左右的热水。
实施例7
适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，质量百分比的各组分为：10.0% HC1270、30.0% HFC134a和60.0% HCFC142b。
在常温下进行物理混合各组分后，作为适用于大循环温升的中高温热泵混合工质。
将该工质直接灌注于现有HFC134a空调机组，将其转化为新工质的大循环温升的中高温热泵机组，经试验，适合作为循环温升（蒸发与冷凝温度差）60~80℃、冷凝温度为70~100℃的中高温热泵系统的制冷剂，出水温度达到90度以上，COP达到2以上，且能够保证机组主要硬件匹配度。另外该工质臭氧层破坏势较低，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，既可采用HFC134a空调压缩机优化设计新工质大循环温升的中高温热泵机组，又可将新工质直接应用于原HFC134a空调机组，将原空调机组转换为新工质大循环温升的中高温热泵机组。该机组可直接利用20~40℃左右的常温水源、地源外，可向用户提供70~100℃左右的热水。
Claims (1)
1.一种适用于大循环温升的中高温热泵混合工质，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：2%HC1270，10～83%HFC134a，15～88%HCFC142b。
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