CN111378417A - 一种组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含有(E)‑1,1,1,4,4,4‑六氟丁‑2‑烯和(Z)‑1,3,3,3‑四氟丙烯的组合物。本发明提供的组合物GWP值极低、不可燃、使用性能好，适合用作重力热管、浸没式液冷、高温热泵和有机朗肯循环系统的传热流体。

Description

一种组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种传热组合物，尤其是涉及一种含(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁 -2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯组合物，以及该组合物的应用。
背景技术
互联网行业的高速发展，推动互联网数据中心快速兴起，采用先进的节能环保数据中心制冷技术，对提高数据中心能耗利用效率至关重要。热管制冷和浸没式液冷技术维护费用低、制冷效果好、运行能耗低，能实现节能减排的目的，符合数据中心技术发展方向。
余热利用回收是提高工业能源综合利用率的有效途径，它的节能减排作用有利于我国碳排放量的减少。高温热泵和有机朗肯循环是常见的余热回收技术，可回收石油行业、化工行业、污水处理和印染行业等中高品位余热。
在重力热管、浸没式液冷、高温热泵和有机朗肯循环系统中，现有的传热工质还不能满足更高的要求，例如高温热泵中，使用较多的制冷剂是HCFC22或其替代物R407c、R410以及R134a和R245fa。对于使用R22、R407c和R410a的现有热泵系统，能够提供热水的最高温度为50～55℃(对应于冷凝温度为55～ 60℃)；而对于使用R134a的现有热泵系统，能够提供热水的最高温度为55～ 60℃(对应于冷凝温度为60～65℃)。如果进一步提高该温度，不但会降低系统性能，而且还会因工质的排气压力和排气温度超过现有热泵系统的安全极限而造成事故。
因此，有必要开发一种新型传热工质，能够适用于多种应用场合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合物，所述组合物含有(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯。
本发明提供的组合物，具有如下优点：
(1)组合物不可燃，安全性高；
(2)组合物消耗臭氧层潜能ODP值为零，全球变暖潜能GWP值极低，环境性能优异；
(3)组合物具有良好使用性能，可用作重力热管、浸没式液冷、高温热泵和有机朗肯循环系统的传热流体；
(4)可替代R245fa、R124等HFCs类和HCFCs类制冷剂。
本发明还提供了一种传热流体，所述传热流体包括上述组合物。
本发明还提供了一种传热流体在有机朗肯循环上的应用。当将所述传热流体应用于有机朗肯循环时，所述传热流体含有上述组合物。
本发明还提供了一种浸没式液冷系统，所述浸没式液冷系统包括上述组合物。
本发明还提供了一种重力热管，所述重力热管包括上述组合物。
本发明还提供了一种热泵，所述热泵含有上述组合物。
附图说明
图1为实施例8数据中心分离式重力热管系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的组合物的组分如下：
(1)(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯，简称“R1336mzz(E)”，其分子式为 C4H2F6，分子量为164.05，标准沸点为8.5℃，临界温度为130.22℃，临界压力为2.77MPa，GWP值为7；
(2)(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯，简称“R1234ze(Z)”，其分子式为C3H2F4，分子量为114.04，标准沸点为9.745℃，临界温度为150.12℃，临界压力为 3.55MPa，GWP值<1。
本发明提供的组合物，其组分(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯之间的配比应当使能够提高传热性能。
作为一种优选方式，所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和 (Z)-1,3,3,3-四氟丙烯在组合物中的摩尔百分比分别为3～40％、60～97％。
作为一种优选方式，所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和 (Z)-1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔百分比分别为10％～40％、60％～90％。
作为一种优选方式，所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和 (Z)-1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔百分比分别为15％～35％、65％～85％。
作为一种优选方式，所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和 (Z)-1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔百分比分别为20％～30％、70％～80％。
本发明提供的组合物，其GWP值为<8。
本发明提供的组合物，不可燃。
本发明提供一种传热流体，所述传热流体包括上述组合物。作为一种优选的方式，所述传热流体为上述组合物。
本发明提供的传热流体，适合用于有机朗肯循环。作为一种优选的方式，所述传热流体特别适合用于机柜背板制冷。
本发明提供的传热流体，适合用于浸没式液冷系统。作为一种优选的方式，所述传热流体特别适合用于数据中心服务器冷却。
本发明提供一种重力热管，所述重力热管包括上述组合物。除上述组合物外，本发明所述的重力热管还可以包括重力热管常用的部件。作为一种优选的方式，所述重力热管特别适合用于通讯基站数据中心制冷。
本发明提供一种热泵系统，所述热泵系统包括上述组合物。当将本发明所述的组合物用于热泵系统时，作为一种优选的方式，所述热泵系统的蒸发温度为40℃～80℃，冷凝温度为100～140℃。作为另一种优选的方式，所述热泵系统的蒸发温度为60℃～80℃，冷凝温度为100～120℃。
当将本发明所述的组合物用于热泵系统时，作为一种优选的方式，所述热泵系统为含有蒸发器、冷凝器和过热器的单级压缩式热泵系统。
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
一、组合物制备
本发明提供的组合物，其制备方法是将(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯(R1336mzz(E))和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(Z))按照一定配比在液相状态下进行物理混合，具体实施方案如下：
实施例1：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按3:97的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
实施例2：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按10:90的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
实施例3：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按15:85的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
实施例4：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按20:80的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
实施例5：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按30:70的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
实施例6：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按35:65的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
实施例7：
将R1336mzz(E)和R1234ze(Z)在液相下按40:60的摩尔百分比进行物理混合，得到的二元组合物经测试不可燃。
二、组合物应用性能测试
实施例8：
将本发明实施例4制备的R1336mzz(E)和R1234ze(Z)二元组合物在数据中心分离式重力热管系统中作为制冷剂的应用。图1示意性地给出了数据中心分离式重力热管系统的结构简图，所述热管系统包括冷凝器、蒸发器和连接两器的铜管，其中冷凝器采用板式换热器，冷却方式为水冷；蒸发器采用微通道换热器，冷却方式为风冷。
在室内进风干球温度为35℃，室内进风湿球温度为22℃，相同输入功率的工况下，按照本发明实施例4制备的二元组合物在数据中心分离式重力热管系统中的循环性能如下表1所示：
表1R1336mzz(E)/R1234ze(Z)组合物在热管系统应用性能
Figure RE-GDA0002068152160000061
从表1数据可知，本发明提供的组合物在不同充注量和不同进出水温下，室内出风温度都达23℃以下，符合我国国标GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》规定的电子信息机房环境参数温度要求，性能系数均高70％以上，具有良好的使用效果。
实施例9：
将本发明实施例2制备的R1336mzz(E)和R1234ze(Z)二元组合物在制热温度不低于100℃的单级压缩式高温热泵系统中作为热泵工质的应用。比较本发明实施例2制备的二元组合物和R245fa单工质在不同蒸发温度和不同冷凝温度下，相同制热温度时的能效比(COP)和制热量，结果如下表2所示：
表2R1336mzz(E)/R1234ze(Z)组合物和R245fa单工质在热泵系统应用性能对比
Figure RE-GDA0002068152160000071
从表2数据可知，当制热温度不低于100℃时，本发明提供的组合物相比 R245fa，其制热量均高出R245fa的7.8％以上，能效比提升1％以上。
实施例10：
将本发明实施例2制备的R1336mzz(E)和R1234ze(Z)二元组合物在有机朗肯循环系统(ORC)中作为传热工质的应用。所述ORC系统膨胀机和泵等熵效率均为0.85，比较本发明实施例2制备的二元组合物和R245fa单工质在不同蒸发温度时的循环热效率，结果如下表3所示：
表3R1336mzz(E)/R1234ze(Z)组合物和R245fa单工质在ORC系统应用性能对比
Figure RE-GDA0002068152160000081
从表3数据可知，在相同冷凝温度下，本发明提供的组合物相比R245fa，其循环热效率高出R245fa的3％以上。

Claims (17)

1.一种组合物，其特征在于所述组合物含有(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯。
2.按照权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组合物含有(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯，且(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯在组合物中的摩尔百分比分别为3～40％、60～97％。
3.按照权利要求2所述的组合物，其特征在于所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔百分比分别为10％～40％、60％～90％。
4.按照权利要求3所述的组合物，其特征在于所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔百分比分别为15％～35％、65％～85％。
5.按照权利要求4所述的组合物，其特征在于所述组合物中，(E)-1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯和(Z)-1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔百分比分别为20％～30％、70％～80％。
6.按照权利要求1所述的组合物，其特征在于所述组合物的GWP值为<8。
7.一种传热流体，其特征在于所述传热流体包括权利要求1所述的组合物。
8.一种传热流体的应用，其特征在于所述传热流体用于有机朗肯循环，所述传热流体包括权利要求1所述的组合物。
9.按照权利要求8所述的传热流体的应用，其特征在于所述传热流体用于机柜背板制冷。
10.一种传热流体的应用，其特征在于所述传热流体用于浸没式液冷系统。
11.按照权利要求10所述的传热流体的应用，其特征在于所述传热流体用于数据中心服务器冷却。
12.一种重力热管，其特征在于所述重力热管包括权利要求1所述的组合物。
13.一种重力热管的应用，其特征在于所述重力热管用于通讯基站数据中心制冷，所述传热流体包括权利要求1所述的组合物。
14.一种热泵系统，其特征在于所述热泵系统包括权利要求1所述的组合物。
15.按照权利要求14所述的热泵系统，其特征在于所述热泵系统的蒸发温度为40℃-80℃，冷凝温度为100-140℃。
16.按照权利要求15所述的热泵系统，其特征在于所述热泵系统的蒸发温度为60℃-80℃，冷凝温度为100-120℃。
17.按照权利要求14所述的热泵系统，其特征在于所述热泵系统为含有蒸发器、冷凝器和过热器的单级压缩式热泵系统。
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