CN102925112A - 含有碳氢化合物三氟碘甲烷的中高温热泵混合工质 - Google Patents

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王怀信
张圣君
郭涛
陈清莹
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Abstract

本发明公开了一组含有碳氢化合物三氟碘甲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

含有碳氢化合物三氟碘甲烷的中高温热泵混合工质
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三氟碘甲烷（R13I1）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： 
R600/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 
Figure 2012104557585100002DEST_PATH_IMAGE001
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.含有碳氢化合物三氟碘甲烷的中高温热泵混合工质，其特征是混合工质由丁烷（R600）和三氟碘甲烷（R13I1）组成；具体配比的质量百分数为：2-97/3-98%，两组元物质质量百分数之和为100%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114752360A (zh) * 2022-04-13 2022-07-15 华中科技大学 一种用于热泵锅炉的节能环保型工质

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1563256A (zh) * 2004-04-05 2005-01-12 天津大学 一组含有HFCs及HCs的中高温热泵混合工质

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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

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