CN114350321A

CN114350321A - 一种节能环保型热泵工质及其应用

Info

Publication number: CN114350321A
Application number: CN202111465227.XA
Authority: CN
Inventors: 何国庚; 刘菁菁
Original assignee: Hubei Huahui Supportan Energy Management Co
Current assignee: Hubei Huahui Supportan Energy Management Co
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-03
Also published as: CN114350321B

Abstract

本发明属于制冷剂技术领域，具体涉及一种节能环保型热泵工质及其应用。该节能环保型热泵工质由以下质量百分比的各组分组成：反式‑1,3,3,3‑四氟丙烯(R1234ze(E))75％～90％，1,1,1,3,3‑五氟丙烷(R245fa)25％～10％。本发明的节能环保热泵工质相比于目前热泵常用的R515B，相同工况条件下，单位容积制热量相当，无需重新设计压缩机，理论制热系数COP高4.1％～8.4％，具有明显的节能效应，GWP值仅为96‑240，并不可燃。本发明所提供的节能环保混合工质与R515B常用的润滑油有良好的相溶性，可直接用于替代R515B。本发明满足现今各种国际协议的使用要求，可应用于采用R515B作为工质的热泵系统和制冷系统以直接替代R515B。

Description

一种节能环保型热泵工质及其应用

技术领域

本发明属于制冷剂技术领域，具体涉及一种在热泵、制冷领域，尤其是在高温热泵领域用于可用于替代R515B的节能环保型热泵工质及其应用。

背景技术

由于化石能源的利用带来严重的环境污染和温室效应，热泵技术相比于一次能源利用(燃煤、燃油、燃气等燃烧)加热和直接电加热具有十分显著的环保效应和节能效益而日益受到重视，其中尤以空气源热泵技术被推荐煤改电的首选技术，也是当前节能技术中发展最快、应用扩展最快的节能技术。在热泵技术中，利用热泵制取热水提供采暖热源及生产热源是空气源热泵发展的一个重要方面，尤其是在制取85-90℃热水发面。

R134a因其对臭氧层无破坏、热物性优异等特点广泛应用于各种制冷系统和热泵。虽然R134a的沸点温度为-26℃，能够适应0℃～-5℃的环境温度，但是他的临界温度只有101℃左右，其热物理性质决定了在热泵中一般只能制取70℃左右的热水温度。要制取70℃以上甚至90℃左右的温度，目前一般采用R515B。R515B的ODP＝0，不破坏臭氧层，温室效应潜能值GWP＝320，具有一定的全球变暖潜力。随着对环境问题越来越重视，节能的要求越来越高，需要寻找温室效应潜能值更低、制热效率更高的制冷热泵工质。

发明内容

本发明提供了一种温室效应潜能值更低、制热效率更高的节能环保型混合制冷剂及其应用，既可与R515B一样在0℃～-5℃的环境温度下运行，又可制取温度到90℃左右的热水，可在制冷热泵领域替代R515B。

本发明所提供的技术方案如下：

一种节能环保型热泵工质，由以下质量百分比的各组分组成：反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))75％～90％，1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)25％～10％。

下表1给出了R1234ze(E)和R245fa的相关物理性质与安全参数：

表1：R1234ZE(E)和R245FA物性参数

参数	R1234ze(E)	R245fa
			分子式	CF<sub>3</sub>CH＝CFH	CHF<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CF<sub>3</sub>
相对分子质量	114.04	134.05
			汽化潜热(0.1013MPa)kJ/kg	195.62	196.77
标准沸点℃	-18.937	15.048
			临界压力kPa	3634.9	3651.0
临界温度℃	109.36	153.86
			临界密度kg/m<sup>3</sup>	489.27	519.44
ODP	0	0
			GWP	1.37	962

所述混合制冷剂为非共沸混合制冷剂。

具体的，节能环保混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：R1234ze(E)75％，R245fa 25％。

具体的，节能环保混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：R1234ze(E)80％，R245fa 20％。

具体的，节能环保混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：R1234ze(E)85％，R245fa 15％。

具体的，节能环保混合制冷剂由以下质量百分比的各组分组成：R1234ze(E)90％，R245fa 10％。

本发明还提供了上述节能环保混合工质的应用，用于替代采用R515B作为工质的制冷系统或热泵中的R515B工质。优选的，用于替代高温热泵热水机中的R515B工质。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明在具体实施时，所用的制冷剂R1234ze(E)和R245fa均为制冷与热泵技术领域所常用的制冷剂，其中，R1234ze(E)的质量百分比浓度占比为75％～90％，R245fa的质量百分比浓度占比为25％～10％。

实施例一

取制冷剂领域常用的R1234ze(E)和R245fa制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为75％的R1234ze(E)和25％的R245fa进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。

实施例二

取制冷剂领域常用的R1234ze(E)和R245fa制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为80％的R1234ze(E)和20％的R245fa进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。

实施例三

取制冷剂领域常用的R1234ze(E)和R245fa制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为85％的R1234ze(E)和15％的R245fa进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。

实施例四

取制冷剂领域常用的R1234ze(E)和R245fa制冷剂，在液相状态下，取质量百分比为90％的R1234ze(E)和10％的R245fa进行充分物理混合，获得非共沸混合制冷剂。

为比较性能，将上述实施例与R515B进行高温热泵热水工况的理论循环计算。按照高温工况如下：蒸发温度为10℃，冷凝温度为95℃，过冷温度为90℃，过热温度18℃。理论循环计算过程中压缩过程为等熵压缩。

理论循环计算主要针对压力、压比、理论压缩的压缩机出口温度、单位容积制冷量、制热系数和沸点(泡点)温度、滑移温度以及临界温度等关键参数进行相关比较，其对比参数结果如表2所示：

表2：热泵工况理论循环计算参数

在进行制冷剂替代时，除了必须满足环境友好这个替代的根本性原因外，还必须满足性能系数相当或更大(这个因素同样涉及到环境(节能能够减少二氧化碳排放))。从压缩机工作条件的角度，排气温度越低越有利于压缩机的运行和可靠性；从压缩机效率的角度，压缩比越小越好；从能够直接替代的角度，单位容积制冷量应该相当或略大一些。本发明的实施例的GWP值小于等于240，也无臭氧层破坏的危害，是符合未来长期环保节能要求的混合制冷剂。根据表2中R515B与本发明的实施例在热泵制热循环中各参数的对比可以看出：

1.与R515B相比，在热泵制热工况条件下，本发明的实施例的性能系数(COP值)比R515B高4.1％～8.4％左右，均具有十分显著的节能效应(如果继续提高R1234ze(E)的比例、减少R245fa的比例，将导致性能系数(COP值)继续减少，降低节能效应)；

2.本发明的实施例的冷凝压力与蒸发压力均较低，压缩比仅比R515B的高0.5％～1.4％左右，两者基本相当，对压缩机的影响也相当；

3.本发明的实施例的压缩机理论排气(出口)温度相较于R515B略低了0.18℃～1.87℃，对压缩机润滑油的影响也基本相同；

4.本发明的实施例的单位容积制热量为R515B单位容积制热量的95.9％～102.9％，两者基本相同，完全无需重新设计压缩机(如果减少R1234ze(E)的比例、提高R245fa的比例，将导致单位容积制热量继续减少，满足不了制热量的需求，需要扩大压缩机的排量，重新设计压缩机)，而且R1234ze(E)和R245fa均能够与R515B常用的润滑油有良好的相容性，可直接用于R515B的替代；

5.本发明的实施例的临界温度比R515B高4.7℃～10.3℃左右，再结合本发明实施例的压缩机排气温度还略低，表明本发明能够制取的高温比R515B还可以高些；

6.本发明的实施例的最大滑移温度为6.695℃，满足一般工况下过热度的要求，但如果继续减少R1234ze(E)的比例、提高R245fa的比例，将会是滑移温度继续增大，超过7℃甚至更大，使得蒸发器内进出口温差很大，甚至超过允许的过热度要求。

综上所述，本发明满足现今各种国际协议的使用要求，具有良好的环保性能和节能效应，可应用于采用R515B作为工质的热泵和制冷系统以替代R515B，尤其是在高温热泵热水领域直接替代R515B。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种节能环保型热泵工质，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：反式-1,3,3,3-四氟丙烯75％～90％，1,1,1,3,3-五氟丙烷25％～10％。

2.根据权利要求1所述的节能环保型热泵工质，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：反式-1,3,3,3-四氟丙烯75％，1,1,1,3,3-五氟丙烷25％。

3.根据权利要求1所述的节能环保型热泵工质，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：反式-1,3,3,3-四氟丙烯80％，1,1,1,3,3-五氟丙烷20％。

4.根据权利要求1所述的节能环保型热泵工质，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：反式-1,3,3,3-四氟丙烯85％，1,1,1,3,3-五氟丙烷15％。

5.根据权利要求1所述的节能环保型热泵工质，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：反式-1,3,3,3-四氟丙烯90％，1,1,1,3,3-五氟丙烷10％。

6.一种根据权利要求1至5任一所述的节能环保型热泵工质的应用，其特征在于：作为R515B的替代制冷剂。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：作为R515B的热泵系统的替代制冷剂或R515B的制冷系统的替代制冷剂。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：作为85-90℃热泵热水机中的R515B的替代热泵工质。