CN106715635B - (2e)-1，1，1，4，5，5，5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯在高温热泵中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在具有热交换器的高温热泵中制热的方法。所述方法包括从工作流体中提取热量，从而产生冷却的工作流体，其中所述工作流体包含(2E)‑1，1，1，4，5，5，5‑七氟‑4‑(三氟甲基)戊‑2‑烯(“HFO‑153‑10mzzy”)。另外，提供了高温热泵设备，所述高温热泵设备含有包含HFO‑153‑10mzzy的工作流体。还提供了组合物，所述组合物包含(i)基本上由HFO‑153‑10mzzy组成的工作流体；和(ii)在55℃或高于55℃的温度下防止降解的稳定剂，或(iii)适于在55℃或高于55℃下使用的润滑剂，或(ii)和(iii)两者。

Description

(2E)-1，1，1，4，5，5，5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯在高温热 泵中的用途
相关专利申请
本专利申请要求提交于2014年9月23日的美国临时专利申请62/053955的优先权，该专利申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)已经用于广泛的应用，包括它们在高温热泵中的使用。CFC和HCFC被怀疑参与破坏同温层臭氧并且增加全球变暖。持续需要寻找对臭氧层不具有破坏性并且还具有低的全球变暖潜势的替代材料组合物。
发明内容
提供了用于在许多应用中，并且具体地讲在高温热泵中制热的方法和系统。
本发明涉及包含(2E)-1，1，1，4，5，5，5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯)(下文称为“HFO-153-10mzzy”)的组合物，以及在高温热泵中使用这些组合物的方法和系统。
Figure BDA0001252794690000011
(2E)-1，1，1，4，5，5，5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯)
“F13iE”
“153-10mzzy”
本发明的实施例涉及单独的化合物HFO-153-10mzzy，或者其与一种或多种其它化合物的组合，如在下文中所详细描述的。
根据本发明的实施例，提供了在具有热交换器的高温热泵中制热的方法。该方法包括从工作流体中提取热量，从而产生冷却的工作流体，其中所述工作流体包含(2E)-1，1，1，4，5，5，5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯。
根据本发明还提供了在高温热泵中制热的方法。所述方法包括在冷凝器中冷凝包含HFO-153-10mzzy的蒸气工作流体，从而产生液体工作流体。
根据本发明还提供了提升高温热泵设备中的最高可行冷凝器操作温度的方法。所述方法包括向高温热泵中装入包含HFO-153-10mzzy的工作流体。
根据本发明还提供了高温热泵设备。所述设备含有包含HFO-153-10mzzy的工作流体。
根据本发明还提供了组合物。所述组合物包含：(i)基本上由HFO-153-10mzzy组成的工作流体；和(ii)在55℃或高于55℃的温度下防止降解的稳定剂，或(iii)适于在55℃或高于55℃下使用的润滑剂，或(ii)和(iii)两者。
附图说明
图1是溢流式蒸发器热泵设备的一个实施例的示意图，该溢流式蒸发器热泵设备利用包含HFO-153-10mzzy的组合物作为工作流体。
图2是直接膨胀热泵设备的一个实施例的示意图，所述直接膨胀热泵设备利用包含HFO-153-10mzzy的组合物作为工作流体。
图3是级联热泵系统的示意图，所述级联热泵系统使用包含HFO-153-10mzzy的组合物作为工作流体。
具体实施方式
在陈述下文实施例的详情之前，首先定义或阐明一些术语。
全球变暖潜势值(GWP)是由大气排放一千克具体温室气体与排放一千克二氧化碳相比而得的评估相对全球变暖影响的指数。可计算出不同时间范围的GWP，其显示指定气体的大气寿命效应。100年时间范围的GWP通常是参考值。
“The Scientific Assessment of Ozone Depletion，2002，A report oftheWorld Meteorological Association′s Global Ozone Research and MonitoringProject，”section 1.4.4，pages 1.28 to 1.31(“臭氧损耗的科学评估，2002年，世界气象协会的全球臭氧研究和监测计划的报告”，第1.4.4部分，第1.28至1.31页)(参见该部分的第一段)中定义了臭氧损耗潜势(ODP)。ODP代表一种化合物相对于同质量的三氯氟甲烷(CFC-11)在平流层中导致的臭氧损耗程度。
制冷量(有时称为冷却容量)是定义每单体质量的循环制冷剂或工作流体在蒸发器中制冷剂或工作流体的焓的变化的术语。体积冷却容量是指在蒸发器中每单位体积的制冷剂蒸气离开蒸发器，由制冷剂或工作流体移除的热量。制冷量是制冷剂、工作流体或传热组合物制冷能力的量度。因此，工作流体体积冷却容量越高，采用给定压缩机可达到的最大体积流量在蒸发器处产生的冷却速率越大。冷却速率是指每单位时间被蒸发器内制冷剂移除的热量。
相似地，体积热容量是定义每单位体积进入压缩机的制冷剂或工作流体蒸气在冷凝器中被制冷剂或工作流体提供的热量的术语。制冷剂或工作流体的体积热容量越高，采用指定压缩机可达到的最大体积流量在冷凝器处产生的加热速率越大。
性能系数(COP)是在蒸发器中去除的热量除以操作压缩机所需的能量。COP越高，能量效率越高。COP与能量效率比率(EER)直接相关，即在一组具体内温和外温下制冷设备或空调设备的效率等级。
如本文所用，传热介质包含这样的组合物，其用于将热从待冷却的主体携带至冷却器蒸发器或从冷却器冷凝器携带至冷却塔或其中热能够被排放到环境中的其它构造。
如本文所用，工作流体包含在循环中用来传递热的化合物或化合物的混合物，其中所述工作流体经历从液体至气体并再回至液体的反复循环的相变。
过冷为液体温度降至低于给定压力下液体的饱和点。饱和点是蒸气组合物被完全冷凝成液体时的温度(还被称为泡点)。但是在给定压力下，过冷持续将液体冷却成更低温度的液体。通过将液体冷却至饱和温度以下，能够提高净制冷量。从而过冷改善了系统的制冷量和能量效率。过冷量是冷却到饱和温度以下的量值(以度为单位)或液体组合物被冷却至其饱和温度以下的程度。
过热是定义加热蒸气组合物至高于蒸气组合物的饱和蒸气温度程度大小的术语。饱和蒸气温度是如果将蒸气组合物冷却，形成第一滴液体时的温度，也被称为“露点”。
如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变型均旨在涵盖非排他性的“包括”。例如，包含一系列元素的组合物、过程、方法、制品或设备不必仅限于那些元素，而可以包括其它未明确列出的元素，或此类组合物、过程、方法、制品或设备固有的元素。此外，除非明确规定相反的意思，否则“或”是指包含性的而非排他性的“或”。例如，下列任一种情况都表示条件A或B得到满足：A为真(或存在A)且B为假(或不存在B)，A为假(或不存在A)且B为真(或存在B)，A和B都为真(或既存在A，又存在B)。
连接短语“由...组成”不包括任何没有指定的元素、步骤或成分。如果是在权利要求中，此类词限制权利要求，以不包含除了通常与之伴随的杂质以外不是所述那些的材料。当短语“由...组成”出现在权利要求正文的条款中，而不是紧接在前序之后时，该短语限定只在该条款中列出的要素；其他要素不排除于作为整体的权利要求。
连接短语“基本上由...组成”用于限定所述组合物、方法或设备除了字面公开的那些以外，还包括物质、步骤、部件、组分或元素，前提条件是，这些附加包含的物质、步骤、部件、组分或元素不会实质上影响受权利要求书保护的本发明的基本特征和新颖特征。术语“基本上由...组成”居于“包含”和“由...组成”的中间。
当申请人已经用开放式术语如“包含”定义了本发明或其一部分时，则应易于理解(除非另外指明)，说明书应被解释为还使用术语“基本上由...组成”或“由...组成”描述本发明。
同样，使用“一个”或“一种”来描述本文所描述的要素和元件。这样做只是为了方便，并给出本发明范围的一般意义。除非意思明显相反，否则该描述应当理解为包括一个/种或至少一个/种，并且单数也包括复数的意思。
除非另外规定，否则本文所用的全部科技术语的含义都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一致。尽管与本文描述的方法和材料类似或等同的方法和材料也可用于实践或测试本发明的实施例，但下文描述了合适的方法和材料。除非引用具体段落，否则本文提及的全部出版物、专利申请、专利以及其他参考文献均以全文引用方式并入本文。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。此外，描述的材料、方法和实例只是示例性的，而非限制性的。
(2E)-1，1，1，4，5，5，5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯)(“HFO-153-10mzzy)可通过1，1，1，2，5，5，5-七氟-2-(三氟甲基)-4-碘戊烷的脱碘化氢来制备，如美国专利No.8,148,584中所公开，该专利以引用方式并入本文。
高温热泵方法
根据本发明，提供了在具有热交换器的高温热泵中制热的方法。该方法包括从工作流体中提取热量，从而产生冷却的工作流体，其中所述工作流体包含HFO-153-10mzzy。
在一个实施例中，所述热交换器是超临界工作流体冷却器或仅是工作流体冷却器。在另一个实施例中，所述热交换器是冷凝器。
在一个实施例中提供了在高温热泵中制热的方法，该方法包括在冷凝器中冷凝包含HFO-153-10mzzy的蒸气工作流体，从而产生液体工作流体。值得注意的是其中将基本上由HFO-153-10mzzy组成的蒸气工作流体冷凝的方法。
包含HFO-153-10mzzy的组合物在高温热泵中特别有用。HFO-153-10mzzy满足对具有降低的GWP的不可燃高温热泵工作流体的需要。
用HFO-153-10mzzy作为工作流体操作的一些高温热泵具有低于需要符合ASME锅炉与压力容器规范的阈值的蒸气压。期望将此类组合物用于高温热泵中。值得注意的是其中工作流体基本上由约1至约100重量％的HFO-153-10mzzy组成的组合物。
在一个实施例中，在具有冷凝器或工作流体冷却器的热泵中制热的方法，还包括使传热介质通过冷凝器或工作流体冷却器，由此工作流体的冷却(以及有时冷凝)加热传热介质，并且将经加热的传热介质从冷凝器或工作流体冷却器传递到待加热的主体。
待加热的主体可为可被加热的任何空间、物体或流体。在一个实施例中，待加热的主体可为房间、建筑物、或汽车的乘客室。作为另外一种选择，在另一个实施例中，待加热的主体可为第二环路流体、传热介质或传热流体。
在一个实施例中，所述传热介质为水，并且所述待加热的主体为水。在另一个实施例中，所述传热介质为水，并且所述待加热的主体为用于空间供暖的空气。在另一个实施例中，所述传热介质为工业传热液体，并且所述待加热的主体为化学工艺物流。
在另一个实施例中，用于制热的方法还包括在动力式(例如轴向式或离心式)压缩机中或在容积式(例如往复式、螺杆式或涡旋式)压缩机中压缩工作流体蒸气。
在一个实施例中，在具有冷凝器的热泵中制热的方法还包括使待加热的流体通过冷凝器，从而加热所述流体。在一个实施例中，所述流体为空气，并且使经加热的空气从冷凝器通向待加热的空间。在另一个实施例中，所述流体为工艺物流的一部分，并且使经加热的部分返回至工艺中。
在某些实施例中，所述传热介质选自水或二醇。二醇可以例如为乙二醇或丙二醇。尤其值得注意的是其中传热介质为水并且待加热的主体为用于空间供热的空气的实施例。
在另一个实施例中，所述传热介质为工业传热液体，并且所述待加热的主体为化学工艺物流，如本文所用，化学工艺物流包括工艺管道和工艺设备如蒸馏塔。值得注意的是工业传热液体，所述液体包括离子液体、各种盐水如含水氯化钙或氯化钠、二醇如丙二醇或乙二醇、甲醇、以及其它传热介质如“2006 ASHRAE Handbook on Refrigeration”第4部分中所列的那些。
在一个实施例中，如上文相对于图1所述，所述制热的方法包括在溢流式蒸发器高温热泵中提取热量，在下文中更详细地讨论。在该方法中，所述液体工作流体在第一传热介质附近蒸发形成工作流体蒸气。所述第一传热介质为温热液体如水，其经由管从低温热源传送到蒸发器中。温热液体被冷却，并且返回至低温热源，或传送到待冷却的主体如建筑物。然后所述工作流体蒸气在第二传热介质附近被冷凝，所述第二传热介质为冷冻液体，来自待加热的主体(散热器)附近。所述第二传热介质冷却所述工作流体，使得其被冷凝形成液体工作流体。在该方法中，溢流式蒸发器热泵也可用于加热家用或工业用水或工艺物流。
在另一个实施例中，如上文相对于图2所述，所述制热的方法包括在直接膨胀式高温热泵中制热，在下文中更详细地讨论。在该方法中，工作流体液体通过蒸发器并且蒸发以产生工作流体蒸气。第一液体传热介质通过蒸发工作流体而冷却。所述第一液体传热介质离开蒸发器至低温热源或待冷却的主体。然后工作流体蒸气在第二传热介质附近被冷凝或冷却，所述第二传热介质为冷冻液体，来自待加热的主体(散热器)附近。所述第二传热介质冷却所述工作流体，使得其被冷凝形成液体工作流体。在该方法中，直接膨胀式热泵也可用于加热家用或工业用水或工艺物流。
在制热方法的一个实施例中，高温热泵包括为离心式压缩机的压缩机。
在本发明的另一个实施例中，提供了提升高温热泵设备中的最高可行冷凝器操作温度的方法，该方法包括向所述高温热泵中装入包含HFO-153-10mzzy的工作流体。
HFO-153-10mzzy的临界温度和压力分别为170.24℃和2.04MPa(296.2psia)。HFO-153-10mzzy的沸点为49℃。包含HFO-153-10mzzy的组合物可具有比如今在高温热泵中常用的工作流体(诸如HFC-245fa)更低的蒸气压和更高的临界温度。在最初设计用于具有比包含HFO-153-10mzzy的所述组合物更高的蒸气压和更低的临界温度的工作流体的高温热泵中使用包含HFO-153-10mzzy的组合物可允许高温热泵在比最初设计高温热泵的工作流体可实现的冷凝器温度更高的冷凝器温度下操作。例如，以HFC-245fa作为工作流体操作的最大设计工作压力为2.18MPa的离心式热泵的冷凝器温度不能超过126.2℃。无论对最大可行工作压力的限制如何，对HFC-245fa的最高冷凝器温度不能超过其约154℃的临界温度。然而，以HFO-153-10mzzy作为工作流体操作的最大设计工作压力为2.18MPa的离心式热泵的冷凝器温度可达到接近HFO-15310mzzy的170.24℃的临界温度的温度，而不超过最大可行设计工作压力。
当HFO-153-10mzzy用作高温热泵中的工作流体时，最高可行冷凝器操作温度为约160-170℃。在提升最高可行冷凝器操作温度的方法的一个实施例中，当使用包含HFO-153-10mzzy的组合物作为热泵工作流体时，将最高可行冷凝器操作温度升高至等于或大于约165℃的温度。
由利用HFO-153-10mzzy的高温热泵实现高达200-250℃的加热温度是可行的。然而，在加热温度高于约165℃时，可能需要对设备或材料进行一些改动以适应与这些更高温度相关联的更高压力，并且在高于其临界温度的温度下(即，在跨临界操作模式下)从工作流体提取热量而不冷凝。
根据本发明，为了提升冷凝器操作温度，有可能在原本设计用于所述高温热泵流体(例如HFC-245fa)的系统中，用包含HFO-153-10mzzy的工作流体替代所述高温热泵流体。
包含HFO-153-10mzzy的组合物能够设计并操作动力式(例如，离心式)或容积式(例如螺杆式或涡旋式)热泵用于升级可在低温下获得的热量从而满足对在更高温度下加热的要求。将可用的低温热量供应给蒸发器并且在冷凝器或工作流体冷却器处(在超临界或跨临界模式下)提取高温热量。例如，在可将来自在85℃下操作的冷凝器的热量用于加热水(例如用于热水供暖或其它服务)的位置处(例如医院)，废热可用于被供应给在25℃下操作的热泵的蒸发器。
在一些情况下，可在高于上文建议的温度下从各种其他来源获得热(例如来自工艺物流、地热或太阳能热的废热)，然而可能需要在甚至更高的温度下加热。例如，废热可在100℃下获得，然而就工业应用而言可能要求在130℃下供热。在本发明的方法或系统中，可将低温热量供应给动力式(例如离心式)或容积式热泵的蒸发器，以提升至130℃的期望温度并在冷凝器处递送。在另一个例子中，在可将来自在165℃下操作的冷凝器的热量用于加热工艺物流的位置(例如，工业操作)处，可将获得的废热供应给以HFO-153-10mzzy作为工作流体在130℃下操作的热泵的蒸发器。
高温热泵设备
在本发明的一个实施例中，提供了热泵设备，所述热泵设备包含含有HFO-153-10mzzy的工作流体。值得注意的是其中工作流体基本上由HFO-153-10mzzy组成的实施例。
热泵为用于制热和/或制冷的一类设备。热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器或工作流体冷却器，以及膨胀装置。工作流体在反复循环中循环通过这些部件。在冷凝器或工作流体冷却器处产生热量，其中当蒸气工作流体冷凝(或冷却)形成液体工作流体时，从蒸气(或超临界流体)工作流体中提取能量(以热量形式)。在蒸发器中制冷，其中吸收能量以蒸发工作流体从而形成蒸气工作流体。
在一个实施例中，热泵设备包括蒸发器、压缩机、冷凝器(或工作流体冷却器)和减压装置，其全部以所列顺序流体连通并且通过它们工作流体在反复循环中从一个组件流动至下一个组件。
在一个实施例中，热泵设备包括(a)蒸发器，工作流体流动流动通过所述蒸发器并蒸发；(b)与所述蒸发器流体连通的压缩机，其将经蒸发的工作流体压缩至更高的压力；(c)与所述压缩机流体连通的冷凝器，所述高压工作流体蒸气流动通过所述冷凝器并冷凝；和(d)与所述冷凝器流体连通的减压装置，其中减小经冷凝的工作流体的压力并且所述减压装置还与蒸发器流体连通，使得工作流体可在反复循环中反复流动通过组件(a)、(b)、(c)和(d)；其中所述工作流体包含HFO-153-10mzzy。
用于本发明中的热泵包括溢流式蒸发器，所述溢流式蒸发器的一个实施例示出在图1中，以及直接膨胀式蒸发器，所述直接膨胀式蒸发器的一个实施例示出在图2中。
热泵可使用容积式压缩机或动压力压缩机(例如，离心式压缩机或轴流式压缩机)。容积式压缩机包括往复式、螺杆式或涡旋式压缩机。值得注意的是使用螺杆式压缩机的热泵。还值得注意的是使用离心式压缩机的热泵。
使用家用热泵产生加热的空气来加热住宅或居室(包括独户住宅或多户联排住宅)，并且产生约30℃至约50℃的最高冷凝器操作温度。
值得注意的是高温热泵，所述高温热泵可用于加热空气、水、另一种传热介质或工业工艺的某些部分如一件设备、储存区域或工艺物流。这些高温热泵可产生大于约55℃的最高冷凝器操作温度。高温热泵中可达到的最高冷凝器操作温度将取决于所用的工作流体。该最高冷凝器运转温度受限于工作流体的标准沸腾特性，并且还受限于热泵的压缩机可使蒸气工作流体压力升至的压力。该最大压力还与热泵中所用的工作流体相关。
尤其有价值的是在至少约75℃冷凝器温度下操作的高温热泵。还值得注意的是在至少约100℃的冷凝器温度下操作的高温热泵。还值得注意的是在至少约125℃的冷凝器温度下操作的高温热泵。包含HFO-153-10mzzy的组合物使离心式热泵的设计和操作成为可能，该离心式热泵在比许多当前可用工作流体可达到的那些冷凝器温度更高的冷凝器温度下操作。值得注意的是使用在至多约160至169℃的冷凝器温度下操作的包含HFO-153-10mzzy的工作流体的实施例。
还值得注意的是用于同时制热和制冷的热泵。例如，独立热泵单元可产生家用热水，并且也可制冷以在夏季提供舒适的空调。
热泵，包括溢流式蒸发器和直接膨胀式，可与空气处理和分配系统耦合，以提供舒适的空调(冷却空气并且将空气除湿)和/或加热住宅(独户住宅或联排住宅)和大型商业建筑，包括旅馆、办公楼、医院、学校、大学等。在另一个实施例中，热泵可用于加热水。
为说明热泵如何运行，图中做出注释。溢流式蒸发器热泵的一个实施例在图1中示出。在该热泵中，如箭头3处进入热泵所示，第一传热介质进入携带来自低温源(未示出)的热量的热泵，通过具有入口和出口的蒸发器6中的管束或旋管9，所述第一传热介质为包含水的温热液体，并且在一些实施例中包含添加剂或其它传热介质如二醇(例如乙二醇或丙二醇)，所述低温源例如建筑物空气处理系统或从制冷设备的冷凝器流向冷却塔的热水。温热的第一传热介质被递送到蒸发器6中，其中所述第一传热介质被示于蒸发器6下部的液体工作流体冷却。所述液体工作流体在比流经管束或旋管9的温热的第一传热介质更低的温度下蒸发。经冷却的第一传热介质如箭头4所示经由管束或旋管9的返回部分再循环回低温热源。蒸发器6的下部所示的液体工作流体蒸发并进入压缩机7中，该压缩机使工作流体蒸气的压力和温度升高。压缩机7压缩此蒸气，使得在冷凝器5中，它可在比工作流体蒸气离开蒸发器6时的压力和温度更高的压力和温度下冷凝。第二传热介质在箭头1处经由冷凝器5中的管束或旋管10冷凝器，所述冷凝器来自提供高温热量的位置(“散热器”)如家用或工厂用水加热器或热水供暖系统。所述第二传热介质在进程中升温，并且经由管束或旋管10的归返回路和箭头2返回至散热器。该第二传热介质使冷凝器5中的工作流体蒸气冷却，并将蒸气冷凝为液体工作流体，使得冷凝器5的下部存在液体工作流体。冷凝器5中的经冷凝的液体工作流体经过膨胀装置8流回到蒸发器6中，该膨胀装置可为孔口、毛细管或膨胀阀。膨胀装置8降低了液体工作流体的压力，并且将液体工作流体部分地转化为蒸气，换句话讲，当冷凝器5与蒸发器6之间的压力下降时，液体工作流体闪蒸。将工作流体即液体工作流体和工作流体蒸气快速冷却至蒸发器压力下的饱和温度，使得液体工作流体和工作流体蒸气均存在于蒸发器6中。
在一些实施例中，将工作流体蒸气压缩至超临界状态，并且冷凝器5被气体冷却器代替，其中所述工作流体蒸气被冷却成液态而不冷凝。
在一些实施例中，用于图1所示设备中的第一传热介质为冷冻水，所述冷冻水自其中提供空调的建筑物或自某些其它待冷却的主体返回。在蒸发器6处从返回的冷冻水中提取热量，并且将冷却的冷冻水供回至建筑物或其它待冷却的主体。在该实施例中，图1中所示设备同时用于冷却第一传热介质和加热第二传热介质，所述第一传热介质向待冷却的主体(例如建筑物空气)供冷，所述第二传热介质向待加热的主体(例如家用或工厂用水或工艺物流)供热。
应当理解，图1中所示的设备可在蒸发器6处从多种热源中提取热量，所述热源包括太阳热、地热和废热，并且将热量从冷凝器5供往多个散热器。
应当指出的是，就单组分工作流体组合物而言，蒸发器和冷凝器中蒸气工作流体的组成与蒸发器和冷凝器中液体工作流体的组成相同。在这种情况下，蒸发将在恒定温度下发生。然而，如果如本发明中一样使用工作流体共混物(或混合物)，则蒸发器(或冷凝器)中的液体工作流体和工作流体蒸气可具有不同的组成。这可导致系统无效和设备运行困难，因此单组分的工作流体更为可取。共沸或类共沸组合物在热泵中起到基本上如同单一组分工作流体的作用，使得液体组成和蒸气组成基本上相同，减少了可能因使用非共沸或非类共沸组合物而造成的任何低效能。
直接膨胀式热泵的一个实施例示于图2中。在如图2所示的热泵中，第一液体传热介质为温热液体如温水，其从入口14处进入蒸发器6′。大多数液体工作流体(和少量工作流体蒸气)在箭头3′处进入蒸发器中的旋管9′，并且蒸发。因此，第一液体加热介质在蒸发器6′中冷却，并且经冷却的第一液体加热介质在出口16处离开蒸发器6′，并被送至低温热源(例如流至冷却塔的温水)。工作流体蒸气在箭头4′处离开蒸发器6′，并被送至压缩机7′，其中所述工作流体蒸气被压缩并且作为高温高压工作流体蒸气离开。该工作流体蒸气通过1′处的冷凝器旋管10′进入冷凝器5′。所述工作流体蒸气由冷凝器5′中的第二液体加热介质如水冷却并且变成液体。第二液体加热介质通过冷凝器传热介质入口20进入冷凝器5′。该第二液体加热介质提取来自冷凝工作流体蒸气的热量，所述冷凝工作流体蒸气变为液体工作流体，这温热了冷凝器5′中的第二液体加热介质。第二液体加热介质通过冷凝器传热介质出口18离开冷凝器5′。经冷凝的工作流体通过低位的旋管10′离开冷凝器5′并流动通过膨胀装置12，所述膨胀装置可为孔口、毛细管或膨胀阀。膨胀装置12降低液体工作流体的压力。由于膨胀而产生的少量蒸气与液体工作流体一起通过旋管9′进入到蒸发器6′中，并且反复循环。
在一些实施例中，将工作流体蒸气压缩至超临界状态，并且冷凝器5′被气体冷却器代替，其中工作流体蒸气被冷却成液态而不冷凝。
在一些实施例中，用于图2所示设备中的第一传热介质为冷冻水，所述冷冻水自其中提供空调的建筑物或自某些其它待冷却的主体返回。在蒸发器6′处从返回的冷冻水中提取热量，并且将冷却的冷冻水供回至建筑物或其它待冷却的主体。在该实施例中，图2中所示设备同时用于冷却第一传热介质和加热第二传热介质，所述第一传热介质向待冷却的主体(例如建筑物空气)供冷，所述第二传热介质向待加热的主体(例如家用或工厂用水或工艺物流)供热。
应当理解，图2中所示的设备可在蒸发器6′处从多种热源中提取热量，所述热源包括太阳热、地热和废热，并且将热量从冷凝器5′供往多个散热器。
可用于本发明中的压缩机包括动力式压缩机。值得注意的是，动力式压缩机的例子为离心式压缩机。离心式压缩机使用旋转元件来径向加速工作流体，并且通常包括容纳于壳体中的叶轮和扩散器。离心式压缩机通常在叶轮入口处或循环叶轮的中心入口处吸入工作流体，并且将其通过通道径向离心加速。一定的静压升出现在叶轮中，但是大多数压升出现在壳体的扩散器段，其中速度被转化成静压。每个叶轮-扩散器组为压缩机的一级。离心式压缩机可由1至12级或更多的级组成，这取决于所需的最终压力以及待处理的制冷剂体积。
压缩机的压力比或压缩比为绝对出口压力与绝对入口压力的比率。由离心式压缩机传递的压力在相对宽的容量范围内几乎是恒定的。离心式压缩机可产生的压力取决于叶轮的端速。端速是在叶轮顶端处测定的叶轮速度，并且与叶轮直径及其每分钟转速相关。具体应用中所需的端速取决于压缩机将工作流体的热力学状态从蒸发器条件提升至冷凝器条件所需的功。离心式压缩机的容积流通能力由通过叶轮的通道尺寸确定。这使得压缩机的尺寸比所需的容积流通能力更依赖于所需的压力。
还值得注意的是，动力式压缩机的例子为轴流式压缩机。流体以轴向进入和离开的压缩机称为轴流式压缩机。轴向式压缩机为旋转型、翼面型或桨叶型压缩机，其中工作流体基本上平行于旋转轴线流动。这与其中工作流体可轴向进入但在出口上将具有显著径向组分的其它旋转压缩机如离心或混合流压缩机形成对比。轴流式压缩机产生连续的压缩气流，并且具有高效率和大质量流量的有益效果，尤其与它们的横截面有关。然而，它们确实需要多排翼面来实现大的压升，使得它们相对于其他设计更显得复杂和昂贵。
可用于本发明的压缩机还包括容积式压缩机。容积式压缩机将蒸气吸入室中，并且使所述室的体积减小以压缩蒸气。在压缩后，通过进一步将所述室的体积减小至零或几乎为零来迫使蒸气离开所述室。
值得注意的是，容积式压缩机的例子为往复式压缩机。往复式压缩机使用由机轴驱动的活塞传动。它们可以是固定式的或便携式的，可以是单极的或多级的，并且可由电动马达或内燃机驱动。5至30hp的小型往复式压缩机见于机动车应用中，并且通常用于间歇负载。至多100hp的较大型往复式压缩机可见于大型工业应用中。出口压力可在低压至超高压(高于5000psi或35MPa)的范围内。
还值得注意的是，容积式压缩机的例子为螺杆式压缩机。螺杆式压缩机使用两个啮合的旋转容积式螺旋状螺杆，以迫使气体进入到更小的空间中。螺杆式压缩机通常用于商业和工业应用的连续操作中，并且可以是固定式的或便携式的。它们的应用可为5hp(3.7kW)至超过500hp(375kW)，并且可从低压至超高压(高于1200psi或8.3MPa)。
还值得注意的是，容积式压缩机的例子为涡旋式压缩机。涡旋式压缩机与螺杆式压缩机相似，并且包括两个交错的螺旋形涡轮来压缩气体。其出口比旋转螺杆式压缩机的出口更加脉冲化。
在一个实施例中，本发明的高温热泵设备具有至少两个布置为级联加热系统的加热级，其中每个级均与下一个级热连通，并且其中每个级使工作流体循环通过，其中将热量从紧接的在前级传递至最终级，并且其中所述最终级的加热流体包含HFO-153-10mzzy。
在一些实施例中，本发明的高温热泵设备具有至少两个布置为级联加热系统的加热级，每个级热连通并且下一个级使工作流体循环通过，其中所述设备包括(a)用于降低第一工作流体液体的压力和温度的第一膨胀装置；(b)与第一膨胀装置流体连通的蒸发器，其具有入口和出口。来自所述第一膨胀装置的第一工作流体液体通过蒸发器入口进入蒸发器并且在蒸发器中蒸发以形成第一工作流体蒸气，并且循环至蒸发器出口。所述设备还包括(c)与蒸发器流体连通的第一压缩机，其具有入口和出口。来自蒸发器出口的第一工作流体蒸气循环至第一压缩机的入口并被压缩，从而提高所述第一工作流体蒸气的压力和温度，并且经压缩的第一制冷剂蒸气循环至第一压缩机的出口。所述设备还包括(d)与第一压缩机出口液体连通的级联热交换器系统，所述热交换器系统具有：(i)第一入口和第一出口，以及(ii)与第一入口和第一出口热连通的第二入口和第二出口。来自第一压缩机的第一工作流体蒸气从第一入口循环至第一出口，并且在热交换器系统中冷凝以形成第一工作流体液体，从而排放热量。第二工作流体液体从第二入口循环至第二出口，并且吸收由第一工作流体排放的热量并且形成第二工作流体蒸气。所述设备还包括(e)与级联热交换器系统的第二出口流体连通的第二压缩机，所述第二压缩机具有入口和出口。来自级联热交换器系统的第二工作流体蒸气被吸入压缩机中并被压缩，从而提高第二工作流体蒸气的压力和温度。所述设备还包括(f)与所述第二压缩机流体连通的冷凝器，其具有入口和出口，所述冷凝器用于使第二工作流体蒸气循环通过，并且用于冷凝来自压缩机的第二工作流体蒸气以形成第二工作流体液体，从而产生热量。第二工作流体液体通过出口离开冷凝器。所述设备还包括(g)与所述冷凝器流体连通的第二膨胀装置，所述第二膨胀装置用于降低离开冷凝器并进入级联热交换器系统的第二入口的第二工作流体液体的压力和温度。所述第二工作流体包含HFO-153-10mzzy。
在一个实施例中，高温热泵设备可包括多于一个的加热回路(或环路)。当蒸发器在接近应用所需的冷凝器温度的温度下运转时，使用由HFO-153-10mzzy作为工作流体运转的高温热泵的性能(加热性能系数和体积加热容量)将大为改善。如果供给蒸发器的热量仅可用于低温，从而要求高温升而导致性能不佳，则双流体/双回路级联循环构型是有利的。级联循环的低阶或低温回路利用沸点比HFO-153-10mzzy更低，并且优选具有低GWP的流体来操作，所述流体包括HFO-1234yf(2，3，3，3-四氟丙烯)、HFO-1234ze-E(E-1，3，3，3-四氟丙烯)、HFO-1234ye(1，2，3，3-四氟丙烯)、HFO-1243zf(3，3，3-三氟丙烯)、HFC-32(二氟甲烷)、HFC-125(五氟乙烷)、HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、HFC-134(1，1，2，2-四氟乙烷)、HFC-143a(1，1，1-三氟乙烷)、HFC-152a(1，1-二氟乙烷)、HFC-227ea(1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷)以及它们的共混物诸如HFO-1234yf/HFC-32、HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125、HFO-1234yf/HFC-134a、HFO-1234yf/HFC-134a/HFC-32、HFO-1234yf/HFC-134、HFO-1234yf/HFC-134a/HFC-134、HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125/HFC-134a、HFO-1234ze-E/HFC-134a、HFO-1234ze-E/HFC-134、HFO-1234ze-E/HFC-134a/HFC-134、HFO-1234ze-E/HFC-227ea、HFO-1234ze-E/HFC-134/HFC-227ea、HFO-1234ze-E/HFC-134/HFC-134a/HFC-227ea、HFO-1234yf/HFO-1234ze-E/HFC-134/HFC-134a/HFC-227ea等。级联循环的低温回路(或低温环路)的蒸发器接收可用低温热量，将热量提升至介于可用低温热量和所需热负载的温度之间的中间温度，并在级联热交换器处将热量传递至级联系统的高阶或高温回路(或高温环路)。然后，用HFO-153-10mzzy操作的高温电路进一步使在级联热交换器处接收的热量提升至所需的冷凝器温度，以满足预期热负载。级联概念可延伸至具有三个或更多个回路的构型，将热升至更广泛的温度范围，并且在不同的温度亚范围内使用不同的流体，以使性能最佳化。
在具有多于一个级的高温热泵设备的一个实施例中，所述第一工作流体包含至少一种氟代烯烃，其选自HFO-1234yf、E-HFO-1234ze、HFO-1234ye(E-或Z-离聚物)和HFC-1243zf。
在具有多于一个级的高温热泵设备的另一个实施例中，所述第一工作流体包含选自HFC-32、HFC-125、HFC-134a、HFC-134、HFC-143a、HFC-152a和HFC-227ea的至少一种氟代烷烃。
在具有多于一个级的高温热泵设备的另一个实施例中，最终级之前的级的工作流体包含选自HFO-1234yf、E-HFO-1234ze、HFO-1234ye(E-或Z-离聚物)和HFC-1243zf的至少一种氟代烯烃。
在具有多于一个级的高温热泵设备的另一个实施例中，其中最终级之前的级的工作流体包含选自HFC-32、HFC-125、HFC-134a、HFC-134、HFC-143a、HFC-152a和HFC-227ea的至少一种氟代烷烃。
根据本发明提供的级联热泵系统具有至少两个加热环路，工作流体在每个环路内循环流动。此类级联系统的一个实施例一般性地示于图3的110处。本发明的级联热泵系统110具有至少两个加热环路，包括第一或低环路112，其为低温环路，和第二或高环路114，其为高温环路114。工作流体在每个环路内循环流动。
级联热泵系统110包括第一膨胀装置116。第一膨胀装置116具有入口116a和出口116b。第一膨胀装置116用于降低第一环路或低温环路112内循环流动的第一工作流体液体的压力和温度。
级联热泵系统110还包括蒸发器118。蒸发器118具有入口118a和出口118b。来自第一膨胀装置116的第一工作流体液体通过蒸发器入口118a进入蒸发器118，并在蒸发器118内蒸发形成第一工作流体蒸气。所述第一工作流体蒸气然后循环至蒸发器出口118b。
级联热泵系统110还包括第一压缩机120。第一压缩机120具有入口120a和出口120b。来自蒸发器118的第一工作流体蒸气循环至第一压缩机120的入口120a并被压缩，从而提升所述第一工作流体蒸气的压力和温度。经压缩的第一工作流体蒸气然后循环至第一压缩机120的出口120b。
级联热泵系统110还包括级联热交换器系统122。级联热交换器122具有第一入口122a和第一出口122b。来自第一压缩机120的第一工作流体蒸气进入热交换器122的第一入口122a，并在热交换器122中冷凝形成第一工作流体液体，从而放出热量。然后所述第一工作流体液体循环至热交换器122的第一出口122b。热交换器122还包括第二入口122c和第二出口122d。第二工作流体液体从第二入口122c循环至热交换器122的第二出口122d并被蒸发以形成第二工作流体蒸气，从而吸收所述第一工作流体(在其冷凝时)放出的热量。然后所述第二工作流体蒸气循环至热交换器122的第二出口122d。所以，在图3的实施例中，所述第一工作流体放出的热量直接被所述第二工作流体吸收。
级联热泵系统110还包括第二压缩机124。第二压缩机124具有入口124a和出口124b。来自级联热交换器122的第二工作流体蒸气通过入口124a被吸入压缩机124并被压缩，从而提升所述第二工作流体蒸气的压力和温度。所述第二工作流体蒸气然后循环至第二压缩机124的出口124b。
级联热泵系统110还包括冷凝器126，其具有入口126a和出口126b。来自第二压缩机124的第二工作流体循环至入口126a，并在冷凝器126中冷凝形成第二工作流体液体，并产生热量。所述第二工作流体液体由出口126b离开冷凝器126。
级联热泵系统110还包括具有入口128a和出口128b的第二膨胀装置128。所述第二工作流体液体流经第二膨胀装置128，该第二膨胀装置降低了排出冷凝器126的第二工作流体液体的压力和温度。该液体在该膨胀期间，可部分蒸发。压力和温度都降低的第二工作流体液体从膨胀装置128循环至级联热交换器系统122的第二入口122c。
此外，在HFO-153-10mzzy在高于临界温度的温度下为稳定的情况下，则这些工作流体使得能够设计根据超临界和/或跨临界循环操作的热泵，其中热量由处于超临界状态的工作流体排放并可用于一定温度范围内(包括高于HFO-153-10mzzy的临界温度的温度)。该超临界液体不经过等温冷凝过渡级直接冷却为液态。
对于高温冷凝器操作(与高温提升和高压缩机排放温度相关联)，工作流体(例如，HFO-153-10mzzy)与具有高热稳定性的润滑剂的配方(可能与油冷却或其他缓解方法组合)将是有利的。
为了获得高冷凝器工作温度(与温升较高和压缩机排出的温度较高相关)，使用无需润滑剂的磁力离心式压缩机(例如Danfoss-Turbocor型压缩机)将是有利的。
就高温冷凝器操作(与高温升和压缩机高排放温度相关联)而言，也可能需要使用具有高度热稳定性的压缩机材料(例如轴封等)。
包含HFO-153-10mzzy的组合物可用于与有助于除去水分的分子筛结合的高温热泵设备。干燥剂可包含活性氧化铝、硅胶或基于沸石的分子筛。在某些实施例中，优选的分子筛具有大约3埃、4埃、或5埃的孔径。代表性的分子筛包括MOLSIV XH-7、XH-6、XH-9和XH-11(美国伊利诺伊州德斯普兰斯UOP有限责任公司(UOP LLC，Des Plaines，Ill.))。
高温热泵组合物
本发明提供了用于高温热泵的组合物。所述组合物包含：(i)基本上由HFO-153-10mzzy组成的工作流体和(ii)在55℃或更高温度下防止降解的稳定剂，或(iii)适于在55℃或更高温度下使用的润滑剂，或(ii)和(iii)两者。值得注意的是其中工作流体组分基本上由HFO-153-10mzzy组成的组合物。
用HFO-153-10mzzy操作的高温热泵可具有低于需要符合ASME锅炉与压力容器规范的阈值(15psig)的蒸气压。期望将此类组合物用于高温热泵中。
另外，在另一个实施例中，低GWP组合物是可取的。值得注意的是包含至少1-100重量％的HFO-153-10mzzy的组合物，其GWP值低于1500，优选得低于1000，更优选地低于750，更优选地低于500，更优选地低于150，甚至更优地选低于10。本发明的组合物可通过任何便利的方法来制得，包括混合或组合所需的量。在本发明的一个实施例中，通过称量所需的组分量，然后在适当的容器中将它们混合来制备组合物。
包含HFO-153-10mzzy的组合物也可包含至少一种润滑剂和/或与其结合使用，所述润滑剂选自聚亚烷基二醇、多元醇酯、聚乙烯醚、矿物油、烷基苯、合成链烷烃、合成环烷烃和聚(α)烯烃。
可用的润滑剂包括适合与高温热泵设备一起使用的那些。这些润滑剂中包括通常用于采用氯氟烃制冷剂的蒸气压缩制冷设备中的那些润滑剂。在一个实施例中，润滑剂包括在压缩制冷润滑领域中通常称为“矿物油”的那些润滑剂。矿物油包括链烷烃(即直链和支碳链饱和烃)、环烷烃(即环状链烷烃)和芳烃(即包含一个或多个环的不饱和环状烃，所述环的特征为具有交替的双键)。在一个实施例中，润滑剂包括在压缩制冷润滑领域中通常称为“合成油”的那些。合成油包括烷基芳烃(即直链和支链烷基烷基苯)、合成链烷烃和环烷烃，以及聚(α-烯烃)。代表性的常规润滑剂是可商购获得的BVM 100N(由BVA油品公司(BVA Oils)出售的石蜡矿物油)、可以商标Suniso.RTM.3GS和Suniso.RTM.5GS从康普顿公司(Crompton Co.)商购获得的环烷矿物油、可以商标Sontex.RTM.372LT从斯达特公司(Pennzoil)商购获得的环烷矿物油、可以商标Calumet.RTM.RO-30从卡柳梅特润滑剂公司(Calumet Lubricants)商购获得的环烷矿物油、可以商标Zerol.RTM.75、Zerol.RTM.150和Zerol.RTM.500从瑞孚化工公司(ShrieveChemicals)商购获得的直链烷基苯，以及HAB 22(由新日本石油公司(Nippon Oil)销售的支链烷基苯)。
可用的润滑剂还可包括被设计为与氢氟烃制冷剂一起使用，并且在压缩制冷和空调设备操作条件下可与本发明的制冷剂混溶的那些。此类润滑剂包括但不限于多元醇酯(POE)诸如Castrol.RTM.100(英国嘉实多公司(Castrol，United Kingdom))、聚亚烷基二醇(PAG)诸如得自陶氏公司(Dow)(密歇根州米德兰陶氏化学公司(Dow Chemical，Midland，Mich.))的RL-488A、聚乙烯醚(PVE)、和聚碳酸酯(PC)。
通过考虑给定压缩机的要求和润滑剂将暴露的环境，来选择润滑剂。
在高温下稳定的高温润滑剂值得注意。热泵将达到的最高温度决定选用何种润滑剂。在一个实施例中，所述润滑剂必须在至少55℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少75℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少100℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少139℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少145℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少155℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少165℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少170℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少200℃的温度下稳定。在另一个实施例中，所述润滑剂必须在至少250℃的温度下稳定。
尤其值得注意的是在至多约200℃下具有稳定性的聚α烯烃(POA)润滑剂，和在至多约200至220℃的温度下具有稳定性的多元醇酯(POE)润滑剂。还尤其值得注意的是在约220至约350℃的温度下具有稳定性的全氟聚醚(PFPE)润滑剂。PFPE润滑剂包括可以商标Krytox.RTM.得自特拉华州威明顿杜邦公司(DuPont，Wilmington，Del.)的那些，诸如具有至多约300至350℃的热稳定性的XHT系列。其他PFPE润滑剂包括以商标Demnum.TM.由日本大金工业公司(Daikin Industries，Japan)销售的具有至多约280至330℃的热稳定性的那些PFPE润滑剂，以及可以商标Fomblin.RTM.和Galden.RTM.得自意大利米兰奥塞蒙特公司(Ausimont，Milan，Italy)的那些PFPE润滑剂，诸如以商标为Fomblin.RTM.-Y、Fomblin.RTM.-Z获得的具有至多约220至260℃的热稳定性的那些PFPE润滑剂。
对于高温冷凝器操作(与高温提升和高压缩机排放温度相关联)，工作流体(例如，HFO-153-10mzzy)与具有高热稳定性的润滑剂的配方(任选地与油冷却或其他缓解方法组合)将是有利的。
在一个实施例中，所述组合物还可包含约0.01重量％至约5重量％的稳定剂(例如自由基清除剂、酸清除剂或抗氧化剂)以防止在高温下造成的降解。此类其他添加剂包括(但不限于)硝基甲烷、受阻酚、羟胺、硫醇、亚磷酸盐或内酯。值得注意的组合物是其中所述组合物包含约0.1重量％至约3重量％的稳定剂。可以使用单一的稳定剂或组合。
任选地，在另一个实施例中，可根据需要向本文所公开工作流体中加入某些制冷、空调、或热泵体系添加剂，以增强性能和体系稳定性。这些添加剂是制冷和空调领域已知的，包括(但不限于)抗磨剂、极压润滑剂、腐蚀和氧化抑制剂、金属表面去活化剂、自由基清除剂和泡沫控制剂。一般来讲，这些添加剂可相对于总组合物以较少的量存在于工作流体中。通常每种添加剂所用的浓度为小于约0.1重量％至多达约3重量％。这些添加剂根据个别系统的要求来选择。这些添加剂包括EP(极压)润滑添加剂中磷酸三芳基酯类成员，诸如丁基化磷酸三苯酯(BTPP)，或其他烷基化的磷酸三芳基酯，如得自阿克苏化学公司(AkzoChemicals)的Syn-O-Ad8478，磷酸三甲苯酯及相关化合物。另外，二烷基二硫代磷酸金属盐(例如二烷基二硫代磷酸锌(或ZDDP)；Lubrizol 1375以及此类化学物质的其他成员可用于本发明的组合物中。其他抗磨添加剂包括天然成品油和非对称性多羟基润滑添加剂，诸如Synergol TMS(国际润滑剂公司(International Lubricants))。类似地，可采用稳定剂，例如抗氧化剂、自由基清除剂、去水剂。此类化合物可包括(但不限于)丁基化羟基甲苯(BHT)、环氧化物，以及它们的混合物。腐蚀抑制剂包括十二烷基琥珀酸(DDSA)、磷酸胺(AP)、油酰肌氨酸、咪唑衍生物、和取代的磺酸酯。金属表面减活化剂包括双(亚苄基)酰肼乙二酸(CAS注册号6629-10-3)、N，N′-双(3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酰肼)(CAS注册号32687-78-8)、2，2′-草酰胺基双-(3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸乙酯)(CAS注册号70331-94-1)、N，N′-(二亚水杨基)-1，2-二氨基丙烷(CAS注册号94-91-7)和乙二胺四乙酸(CAS注册号60-00-4)及其盐，以及它们的混合物。
值得注意的是在55℃或高于55℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在75℃或高于75℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在85℃或高于85℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在100℃或高于100℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在139℃或高于139℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在145℃或高于145℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在155℃或高于155℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在165℃或高于165℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在170℃或高于170℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在200℃或高于200℃的温度下防止降解的稳定剂。还值得注意的是在250℃或高于250℃的温度下防止降解的稳定剂。
值得注意的是包含至少一种选自下列的化合物的稳定剂：受阻酚、硫代磷酸酯、丁基化硫代磷酸三苯酯、有机磷酸酯、或亚磷酸酯、芳基烷基醚、萜烯、萜类化合物、环氧化物、氟化环氧化物、氧杂环丁烷、抗坏血酸、硫醇、内酯、硫醚、胺、硝基甲烷、烷基硅烷、二苯甲酮衍生物、芳基硫醚、二乙烯基对苯二甲酸、二苯基对苯二甲酸、离子液体、以及它们的混合物。代表性的稳定剂化合物包括但不限于：生育酚；对苯二酚；叔丁基对苯二酚；单硫代磷酸酯；和二硫代磷酸酯，可以商标Irgalube.RTM.63从瑞士巴塞尔汽巴特殊化学品公司(CibaSpecialty Chemicals，Basel，Switzerland)(下文称为“汽巴公司(Ciba)”)商购获得；二烷基硫代磷酸酯，可分别以商标Irgalube.RTM.353和Irgalube.RTM.350从汽巴公司商购获得；丁基化硫代磷酸三苯酯，可以商标Irgalube.RTM.232从瑞士巴塞尔汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals，Basel，Switzerland)(下文称为“汽巴公司(Ciba)”)商购获得；磷酸胺，可以商标Irgalube.RTM.349(Ciba)从汽巴公司商购获得的；位阻亚磷酸酯，可以Irgafos.RTM.168从瑞士巴塞尔汽巴特殊化学品公司(Ciba SpecialtyChemicals，Basel，Switzerland)(下文称为“汽巴公司(Ciba)”)商购获得；磷酸酯，诸如以商标Irgafos.RTM.OPH从汽巴公司商购获得的三-(二叔丁基苯基)磷酸酯；(亚磷酸二正辛酯)；以及亚磷酸异癸基二苯基酯，可以商标Irgafos.RTM.DDPP从汽巴公司商购获得；苯甲醚；1，4-二甲氧基苯；1，4-二乙氧基苯；1，3，5-三甲氧基苯；d-柠檬烯；视黄醛；蒎烯；薄荷醇；维生素A；萜品烯；二戊烯；番茄红素；β-胡萝卜素；莰烷；1，2-环氧丙烷；1，2-环氧丁烷；正丁基缩水甘油醚；三氟甲基环氧乙烷；1，1-双(三氟甲基)环氧乙烷；3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷，诸如OXT-101(东亚合成株式会社(Toagosei Co.，Ltd))；3-乙基-3-((苯氧基)甲基)氧杂环丁烷，诸如OXT-211(东亚合成株式会社)；3-乙基-3-((2-乙基己氧基)甲基)氧杂环丁烷，诸如OXT-212东亚合成株式会社)；抗坏血酸；甲硫醇(甲基硫醇)；乙硫醇(乙基硫醇)；辅酶A；二巯基丁二酸(DMSA)；圆柚硫醇((R)-2-(4-甲基环己-3-烯基)丙烷-2-硫醇))；半胱氨酸((R)-2-氨基-3-硫烷基丙酸)；硫辛酰胺(1，2-二硫戊环-3-戊酰胺)；5，7-双(1，1-二甲基乙基)-3-[2，3(或3，4)-二甲基苯基]-2(3H)-苯并呋喃酮，可以商标Irganox.RTM.HP-136从汽巴公司商购获得；苄基苯基硫醚；二苯基硫醚；二异丙胺；3，3′硫代二丙酸双十八烷基酯，可以商标Irganox.RTM.PS 802(Ciba)从汽巴公司商购获得；3，3′-硫代丙酸双十二烷基酯，可以商标Irganox.RTM.PS 800从汽巴公司商购获得；二-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，可以商标Tinuvin.RTM.770从瑞士巴塞尔汽巴特殊化学品公司(Ciba SpecialtyChemicals，Basel，Switzerland)(下文称为“汽巴公司(Ciba)”)商购获得；聚-(N-羟乙基-2，2，6，6-四甲基-4-羟基-哌啶基)琥珀酸酯，可以商标Tinuvin.RTM.622LD(Ciba)从汽巴公司商购获得；甲基双牛脂胺；双牛脂胺；苯酚-α-萘胺；双(二甲基氨基)甲基硅烷(DMAMS)；三(三甲基甲硅烷基)硅烷(TTMSS)；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；2，5-二氟二苯甲酮；2′，5′-二羟基苯乙酮；2-氨基二苯甲酮；2-氯二苯甲酮；苄基苯基硫醚；二苯基硫醚；二苄基硫醚；离子液体；等等。
还值得注意的是包含至少一种离子液体的离子液体稳定剂。离子液体是为液体或具有低于100℃的熔点的有机盐。在另一个实施例中，离子液体稳定剂包含含有阳离子和阴离子的盐，所述阳离子选自吡啶鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、咪唑鎓、吡唑鎓、噻唑鎓、噁唑鎓和三唑鎓；并且所述阴离子选自[BF.sub.4]-、[PF.sub.6]-、[SbF.sub.6]-、[CF.sub.3SO.sub.3]--、[HCF.sub.2CF.sub.2SO.sub.3]-、[CF.sub.3HFCCF.sub.2SO.sub.3]-、[HCClFCF.sub.2SO.sub.3]-、[(CF.sub.3SO.sub.2).sub.2N]-、[(CF.sub.3CF.sub.2SO.sub.2).sub.2N]-、[(CF.sub.3SO.sub.2).sub.3C]-、[CF.sub.3CO.sub.2]-、和F--。代表性的离子液体稳定剂包括emim BF.sub.4(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)；bmim BF.sub.4(1-丁基-3-甲基咪唑鎓四硼酸盐)；emim PF.sub.6(1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐)；和bmim PF.sub.6(1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐)，所有这些均可得自Fluka(西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))。
实例
本文所述的概念将在以下实例中进一步描述，所述实例不限制权利要求中描述的本发明的范围。
实例1
HFO-153-10mzzy在高温下的化学稳定性
通过在密封玻璃管中根据ANSI/ASHRAE标准97-2007的方法进行测试来评价HFO-153-10mzzy的热稳定性。将HFO-153-10mzzy样品放置在具有通常用于热泵和其他设备的构造中的金属(Fe、Al、Cu/不锈钢304)的浸渍试样的玻璃管中。将管在175℃的烘箱中密封并加热32天。老化32天后的HFO-153-10mzzy的分解根据测量的氟离子浓度(以份每一百万份(ppm)计)来量化。由HFO-153-10mzzy的降解产生的氟离子的浓度小于100ppm，这表明良好的热稳定性。HFO-153-10mzzy尽管具有不饱和化学性质，但表现出类似于
Figure BDA0001252794690000231
HFE-7100的热稳定性，如下表1所示。
表1
Figure BDA0001252794690000232
高热稳定性、不可燃性、低GWP、高临界温度和低蒸气压使HFO-153-10mzzy作为高温热泵中的工作流体而具有吸引力。
实例2：
采用HFO-15310mzzy的热泵
在用于将热量从80℃提升到126℃时的性能
表2示出与使用HFC-245fa作为工作流体操作的热泵的性能数据相比，使用HFO-153-10mzzy作为工作流体操作的热泵在用于将热量从80℃提升到126℃时的性能数据。除了提供显著更低的GWP，HFO-153-10mzzy还实现高出4.1％的COPh。此外，对于大多数压缩机，HFO-153-10mzzy的压缩机排放温度在上限内，而对于大多数压缩机，HFC-245fa的压缩机排放温度超过上限。
表2
HFC-245fa HFO-153 10mzzy HFO-153 10mzzy vs.HFC-245fa
％
T<sub>压缩</sub> ℃ 154 170.24
P<sub>cr</sub> MPa 3.65 2.04
T<sub>b</sub> ℃ 15.1 49
T<sub>蒸发</sub> ℃ 80 80
T<sub>冷凝</sub> ℃ 126 126
提升 ℃ 46 46
吸入过热 K 25 25
液体过冷 K 15 15
压缩机效率 0.7 0.7
P<sub>冷凝</sub> MPa 2.17 0.84
T<sub>排放</sub> ℃ 146.12 130.64
COP<sub>h</sub> 5.644 5.875 +4.1
实例3
采用HFO-15310mzzy的热泵
在用于将热量从90℃提升到145℃时的性能
表3示出与使用HFC-245fa作为工作流体操作的热泵在将热量从90℃提升到126℃时的性能数据相比，使用HFO-153-10mzzy作为工作流体操作的热泵在用于将热量从90℃提升到145℃时的性能数据。许多热泵(例如，通常可用的离心式热泵)的最大可行工作压力为约2.18MPa；它将HFC-245fa的冷凝温度限制在最大约126℃。使用HFO-153-10mzzy作为工作流体操作的热泵的冷凝压力甚至在145℃的更高的冷凝温度下保持充分地低于最大可行工作压力2.18MPa。此外，HFO-153-10mzzy的压缩机排放温度保持低于HFC-245fa的压缩机排放温度，即使对HFO-153-10mzzy具有显著更高的温度提升。因此，除了提供比HFC-245fa显著更低的GWP之外，HFO-153-10mzzy还可使得热泵能够实现比HFC-245fa更高的加热温度。它还使得能够改造最初设计用于HFC-245fa的热泵，以便降低工作流体的GWP，同时允许更高的加热温度。
表3
HFC-245fa HFO-153 10mzzy
T<sub>蒸发</sub> ℃ 90 90
T<sub>冷凝</sub> ℃ 126 145
提升 ℃ 36 55
吸入过热 K 35 35
液体过冷 K 15 15
压缩机效率 0.7 0.7
P<sub>冷凝</sub> MPa 2.17 1.26
T<sub>排放</sub> ℃ 156.78 155.93
COP<sub>h</sub> 7.656 4.951

Claims (18)

1.一种在具有热交换器的高温热泵设备中制热的方法，包括从工作流体中提取热量，从而产生冷却的工作流体，其中所述工作流体包含(2E)-1,1,1,4,5,5,5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯；其中所述热交换器在至少55℃的温度下操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器选自超临界工作流体冷却器和冷凝器。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括使第一传热介质通过所述热交换器，由此所述提取热量加热所述第一传热介质，并且将经加热的第一传热介质从所述热交换器传递到待加热的主体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一传热介质为工业传热液体，所述待加热的主体为化学工艺物流。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括使所述工作流体膨胀，然后在第二热交换器中加热所述工作流体，以产生经加热的工作流体。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二热交换器为蒸发器，并且所述经加热的工作流体为蒸气。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括在动力式压缩机或容积式压缩机中压缩所述工作流体蒸气。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述动力式压缩机为离心式压缩机。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括使待加热的流体通过所述热交换器，从而加热所述流体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述高温热泵设备适于与HFC-245fa一起使用。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器在至少约127℃的温度下操作。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器在至少约155℃的温度下操作。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器在约160至约169℃的温度下操作。
14.一种将高温热泵设备中最高可行冷凝器操作温度提升到高于约127℃的温度的方法，包括向所述高温热泵设备中装入包含(2E)-1,1,1,4,5,5,5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯的工作流体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述高温热泵设备适于与HFC-245fa一起使用。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述最高可行冷凝器操作温度被提升至大于约155℃的温度。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述最高可行冷凝器操作温度被提升至大于约160℃的温度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述最高可行冷凝器操作温度被提升至大于约168℃的温度。
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