CN102911642A - 含有异丁烷(R600a)的中高温热泵混合工质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一组含有异丁烷(R600a)的中高温热泵混合工质,适合作为蒸发温度为60-100°C的低温有机朗肯循环系统的制冷剂。该组混合工质由R600a、R245fa、R13I1、R152a、R124和R142b共6种物质按不同的质量比例组成二元、三元或四元混合物。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,可以直接将本发明工质灌注于HFC134a的空调压缩机,无需为本发明工质另行设计压缩机。设计工况下的COP为4左右,单位质量输出净功在150kJ/kg以上。
Description
技术领域
本发明属于热泵或空调系统中的制冷剂,具体涉及到作为冷凝温度为60-100°C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60-100°C)的用能缓解,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,还可以有效利用工业余热、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80-100°C)、高温(冷凝温度高于100°C)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,他们均为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°C,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60-100°C的中高温热泵系统应用而研制的,也可用做离心式制冷、空调机组的工质。
发明内容
本发明的目的是,提供一组含有异丁烷(R600a)的适于中高温热泵机组应用的新工质,使其环境特性和环境性能俱佳。
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。具体包括:异丁烷(R600a)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)、三氟碘甲烷(R13I1)、1,1-二氟乙烷(R152a)、一氯-1,2,2,2-四氟乙烷(R124)和一氯-1,1-二氟乙烷(R142b)。各组元物质的基本参数如表1所示。
本发明提出的含有HC600a的中高温热泵混合工质,由异丁烷(R600a)和1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa);或由1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)和三氟碘甲烷(R13I1)组成;或由异丁烷(R600a)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)和1,1-二氟乙烷(R152a)组成; 或由异丁烷(R600a)、一氯-1,1-二氟乙烷(R142b)、一氯-1,2,2,2-四氟乙烷(R124)和1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)组成;或由异丁烷(R600a)和一氯-1,1-二氟乙烷(R142b)组成;或由异丁烷(R600a)和三氟碘甲烷(R13I1)组成。
上述各组元物质的具体配比(质量百分数)为:
R600a/R245fa 3-98/2-97%,
R600a/R245fa/R13I1 3-97/2-96/1-95%,
R600a/R245fa/R152a 3-93/4-94/3-93%,
R600a/R142b/R124/R245fa 2-94/2-94/3-95/1-93%,
R600a/R142b 2-97/3-98%,
R600a/R13I1 2-97/3-98%,
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等于零或者较低,环境特性优良。
(2)热工参数适宜:在中高温热泵系统设计工况下,压力水平不高于HFC134a在标准空调工况下的压力水平,排温低于HFC134a压缩机的排气温度限制。因此,可以直接将本发明工质灌注于HFC134a的空调压缩机,无需为本发明工质另行设计压缩机。
(3)循环性能优良:本发明在上述设计工况下的制热COP为4左右、单位质量供热量基本在150kJ/kg以上,单位容积制热量在3000kJ/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
具体实施方式
实施例1:取25mass%R600a和75mass%R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2:取50mass%R600a和50mass%R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3:取70mass%R600a和30mass%R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4:取20mass%R600a、70mass%R245fa和10mass%R13I1,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5:取30mass%R600a、10mass%R245fa和60mass%R13I1,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6:取70mass%R600a、20mass%R245fa和10mass%R13I1,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7:取25mass%R600a、65mass%R245fa和10mass%R152a,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8:取30mass%R600a、10mass%R245fa和60mass%R152a,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9:取70mass%R600a、20mass%R245fa和10mass%R152a,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例10:取20mass%R142b、60mass%R124、10mass%R600a和10mass%R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例11:取30mass%R142b、10mass%R124、50mass%R600a和10mass%R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例12:取70mass%R142b、10mass%R124、10mass%R600a和10mass%R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例13:取30mass%R600a和70mass%R142b,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例14:取50mass%R600a和50mass%R142b,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例15:取75mass%R600a和25mass%R142b,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。
实施例16:取25mass%R600a和75mass%R13I1,在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例17:取50mass%R600a和50mass%R13I1,在常温下进行物理混合作为制冷剂。
实施例18:取95mass%R600a和5mass%R13I1,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45°C,平均冷凝温度90°C,吸气过热度2°C(对有些工质,以适当的排气过热度以保证避免湿压缩),过冷度为0°C。以封闭式活塞压缩机为例,压缩机热效率取0.9,电机效率、机械效率为0.75,余隙容积系数取0.03。
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 | 0.41 | 0.48 | 0.54 | 0.41 | 0.63 | 0.56 |
冷凝压力MPa | 1.26 | 1.43 | 1.53 | 1.28 | 1.75 | 1.58 |
压比 | 3.11 | 2.95 | 2.85 | 3.11 | 2.78 | 2.8 |
排气温度°C | 98 | 98 | 97.5 | 98.8 | 102 | 97.8 |
COPh | 4.25 | 4.20 | 4.16 | 4.26 | 4.15 | 4.15 |
供热量kJ/kg | 140 | 159 | 173 | 130 | 105 | 16 |
单位容积制热量kJ/m3 | 2244 | 2487 | 2624 | 2281 | 3000 | 2703 |
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 | 0.46 | 0.79 | 0.59 | 0.60 | 0.58 | 0.58 |
冷凝压力MPa | 1.44 | 2.26 | 1.66 | 1.75 | 1.64 | 1.68 |
压比 | 3.1 | 2.8 | 2.8 | 2.9 | 2.8 | 2.9 |
排气温度°C | 101 | 110 | 99 | 102 | 99 | 104 |
COPh | 4.23 | 4.06 | 4.14 | 4.12 | 4.17 | 4.25 |
供热量kJ/kg | 149 | 175 | 179 | 108 | 156 | 130 |
单位容积制热量kJ/m3 | 2546 | 3785 | 2837 | 2963 | 2827 | 2989 |
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 | 0.61 | 0.61 | 0.61 | 0.70 | 0.65 | 0.60 |
冷凝压力MPa | 1.71 | 1.69 | 1.67 | 1.89 | 1.76 | 1.66 |
压比 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.7 | 2.7 | 2.7 |
排气温度°C | 102 | 100 | 98 | 103 | 100 | 97 |
COPh | 4.22 | 4.18 | 4.14 | 4.13 | 4.12 | 4.11 |
供热量kJ/kg | 147 | 160 | 177 | 91 | 125 | 187 |
单位容积制热量kJ/m3 | 3001 | 2919 | 2836 | 3212 | 2979 | 2784 |
Claims (2)
1.含有异丁烷(R600a)的中高温热泵混合工质,其特征是混合工质由异丁烷(R600a)和1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa);或由1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)和三氟碘甲烷(R13I1)组成;或由异丁烷(R600a)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)和1,1-二氟乙烷(R152a)组成;或由异丁烷(R600a)、一氯-1,1-二氟乙烷(R142b)、一氯-1,2,2,2-四氟乙烷(R124)和1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)组成;或由异丁烷(R600a)和一氯-1,1-二氟乙烷(R142b)组成;或由异丁烷(R600a)和三氟碘甲烷(R13I1)组成。
2.按照权利要求1所述的含有异丁烷(R600a)的中高温热泵混合工质,其特征是所述各组元物质的具体配比(质量百分数)为:
R600a/R245fa 3-98/2-97%,
R600a/R245fa/R13I1 3-97/2-96/1-95%,
R600a/R245fa/R152a 3-93/4-94/3-93%,
R600a/R142b/R124/R245fa 2-94/2-94/3-95/1-93%,
R600a/R142b 2-97/3-98%,
R600a/R13I1 2-97/3-98%,
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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