CN102925111B - 含有碳氢化合物丁烷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碳氢化合物丁烷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R600、R245fa、R13I1、R152a、共4种物质按不同的质量比例组成二元、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，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
本发明是名称为：“含有碳氢化合物的中高温热泵混合工质”的分案申请，申请日是2010年7月9日，申请号为2010102228654。
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，提供一组含有碳氢化合物丁烷（R600）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：丁烷（R600）、1,1,1,3,3-五氟丙烷（R245fa）、三氟碘甲烷（R13I1）、1,1-二氟乙烷（R152a）。各组元物质的基本参数如表1所示。
本发明提出的含有HC600的中高温热泵混合工质，由丁烷（R600）和1,1,1,3,3-五氟丙烷（R245fa）组成；或由丁烷（R600）、1,1,1,3,3-五氟丙烷（R245fa）和1,1-二氟乙烷（R152a）组成；或由丁烷（R600）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：
R 600/R245fa 2-97/3-98%，
R600/R245fa/R152a 4-90/5-91/5-91%，
R600/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20mass%R600和80mass%R245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取55mass%R600和45mass%R245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取75mass%R600和25mass%R245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取10mass%R600、70mass%R245fa和20mass%R152a，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取30mass%R600、20mass%R245fa和50mass%R152a，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取70mass%R600、20mass%R245fa和10mass%R152a，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取20mass%R600和80mass%R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取50mass%R600和50mass%R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取90mass%R600和10mass%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9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 | 0.35 | 0.39 | 0.41 | 0.45 | 0.64 | 0.45 |
| 冷凝压力MPa | 1.11 | 1.19 | 1.22 | 1.45 | 1.9 | 1.34 |
| 压比 | 3.2 | 3.01 | 2.95 | 3.2 | 3.0 | 2.97 |
| 排气温度°C | 96.7 | 97 | 97 | 105 | 110 | 99.7 |
| COPh | 4.34 | 4.35 | 4.36 | 4.29 | 4.23 | 4.34 |
| 供热量kJ/kg | 141 | 181 | 204 | 149 | 189 | 207 |
| 单位容积制热量kJ/m3 | 2019 | 2185 | 2248 | 2625 | 3383 | 2452 |
| 参数与性能 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 |
| 蒸发压力MPa | 0.61 | 0.50 | 0.44 |
| 冷凝压力MPa | 1.70 | 1.43 | 1.28 |
| 压比 | 2.8 | 2.9 | 2.9 |
| 排气温度°C | 106 | 101 | 97 |
| COPh | 4.27 | 4.33 | 4.36 |
| 供热量kJ/kg | 94 | 147 | 215 |
| 单位容积制热量kJ/m3 | 3056 | 2610 | 2350 |
Claims (1)
1.含有碳氢化合物丁烷的中高温热泵混合工质，其特征是混合工质由丁烷R600、1,1,1,3,3-五氟丙烷R245fa和1,1-二氟乙烷R152a组成；具体配比的质量百分数为：
R600/R245fa/R152a4-90/5-91/5-91％，三种组元物质质量百分数之和为100％。
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