CN115353862A - 一种适用于高温热泵系统的环保工质 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种适用于高温热泵系统的环保工质，属于高温热泵技术领域，所述工质包括三元混合物，所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：1%~34%的R1233zd(E)、1%~72%的R600a和27%~65%的环氧乙烷或20%~63%的R1233zd(E)、1%~15%的R1336mzz(Z)和36%~65%的环氧乙烷。所提供的工质具有很强的环保特性，ODP为0，GWP很低，且提供的新工质制热温度可达100℃以上。
Description
技术领域
本发明属于高温热泵技术领域，具体涉及一种环保工质，适用于高温烘干、制药和电镀加热等产生大量低品位余热资源的工业过程。
背景技术
随着经济的持续发展，能源的消耗和环境的破坏在不断地加大，《京都议定书》明确规定了2030年的目标主要集中在气候和能源的框架里，而在热泵系统中，制冷剂的性能直接决定了制冷系统的性能，根据《蒙特利尔议定书》的规定，我国已经进入了彻底淘汰第二代制冷剂(HCFC)的阶段，国外也进入了淘汰第三代制冷剂(HFC)的初期，寻找高效的环保工质迫在眉睫。本文提出的新型高温热泵混合工质与常用的高温热泵工质R245fa进行对比，发现所提出的混合工质在环保性和循环特性上都优于R245fa，可作为高温热泵工质投入使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高温热泵系统的环保工质，所提供的工质具有很强的环保特性，ODP为0，GWP低，且提供的新工质制热温度可达100℃。
本发明给出了一种适用于高温热泵系统的环保工质，各组分所占的质量分数比例为：R1233zd(E)(一氯三氟丙烯):1%~34%，R600a(异丁烷):1%~72%，环氧乙烷:27%~65%。
做进一步优选，各组分所占的质量分数比例为：R1233zd(E):22%~34%，R600a:1%~13%，环氧乙烷:56%~65%
做进一步优选，各组分所占的质量分数比例为：R1233zd(E):25%~30%，R600a:5%~10%，环氧乙烷:60%~65%。
本发明给出了另一种新型环保高温热泵工质，各组分所占的质量分数比例为：R1233zd(E):20%~63%，环氧乙烷:36%~65%，R1336mzz(Z):1%~15%。
做进一步优选，R1233zd(E):28%~54%，环氧乙烷:45%~65%，R1336mzz(Z):1%~7%。
做进一步优选，R1233zd(E):30%~44%，环氧乙烷:55%~65%，R1336mzz(Z):1%~5%。
本发明所给出三元混合工质，制备方法为各组分按目标配比在常温下进行物理混合即可，且各组分之和为100%。
由于二甲醚(C2H6O)分子式与环氧乙烷(C2H4O)类似，且二甲醚的GWP值为1，本文假设环氧乙烷的GWP值也为1。R1233zd(E)的GWP值为0.00034，约为0。
表1给出了本发明涉及的工质R600a，R1233zd(E)，R1336mzz(Z)和环氧乙烷和常用的热泵工质R245fa的物性参数。
表1 工质物性参数(Tc表示临界温度；Pc表示临界压力)
本发明的有益效果如下：
1. 混合物各组分的GWP明显低于R245fa，环保性能很好。
2. 循环性能优良，新工质的单位容积制热量远高于R245fa，COP是其98.8%以上。
3. 温度滑移值普遍偏小，属于近共沸混合物，补充制冷剂方便。
4. 冷凝压力低，对设备耐压性要求低。
具体实施方式
一种适用于高温热泵系统的环保工质，包括三元混合物，所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：1%~34%的R1233zd(E)、1%~72%的R600a和27%~65%的环氧乙烷或20%~63%的R1233zd(E)、1%~15%的R1336mzz(Z)和36%~65%的环氧乙烷。
为了反映本发明给出新工质的优良性能，结合以下的案例与R245fa在相同工况下的性能进行对比。
以下方案中所有涉及的混合工质制取方法为各组分在常温下进行物理混合。
方案1：取质量分数为1%的R600a，34%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案2：取质量分数为72%的R600a，1%的R1233zd(E)，27%的环氧乙烷。
方案3：取质量分数为13%的R600a，22%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案4：取质量分数为5%的R600a，30%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案5：取质量分数为10%的R600a，25%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案6：取质量分数为10%的R600a，30%的R1233zd(E)，60%的环氧乙烷。
方案7：取质量分数为10%的R600a，34%的R1233zd(E)，56%的环氧乙烷。
方案8：取质量分数为34%的R600a，1%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案9：取质量分数为39%的R600a，34%的R1233zd(E)，27%的环氧乙烷。
方案10：取质量分数为1%的R1336mzz(Z)，63%的R1233zd(E)，36%的环氧乙烷。
方案11：取质量分数为1%的R1336mzz(Z)，34%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案12：取质量分数为15%的R1336mzz(Z)，20%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案13：取质量分数为15%的R1336mzz(Z)，49%的R1233zd(E)，36%的环氧乙烷。
方案14：取质量分数为1%的R1336mzz(Z)，54%的R1233zd(E)，45%的环氧乙烷。
方案15：取质量分数为7%的R1336mzz(Z)，28%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案16：取质量分数为7%的R1336mzz(Z)，48%的R1233zd(E)，45%的环氧乙烷。
方案17：取质量分数为1%的R1336mzz(Z)，44%的R1233zd(E)，55%的环氧乙烷。
方案18：取质量分数为1%的R1336mzz(Z)，34%的R1233zd(E)，65%的环氧乙烷。
方案19：取质量分数为3%的R1336mzz(Z)，40%的R1233zd(E)，57%的环氧乙烷。
表2给出了方案1~10的工质和R245fa物性参数及环保性。
表3给出了方案11~19的工质和R245fa物性参数及环保性。
表2 方案1~10工质物性参数及其他数据与R245fa的比较(Tc表示临界温度；Pc表示临界压力)
表3 方案11~19工质物性参数及其他数据与R245fa的比较(Tc表示临界温度；Pc表示临界压力)
将方案1~19应用于热泵系统与R245fa作比较。热泵工况：蒸发温度50℃，冷凝温度100℃，过热度和过冷度均取为5℃，压缩机的等熵效率取0.8。其理论循环计算参数如表4和表5所示。
表4 热泵工况中方案1~10工质与R245fa的性能对比(P0表示蒸发压力；Pk表示冷凝压力；qv表示单位容积制热量；T排表示排气温度；T滑，0和T滑，k分别为蒸发器和冷凝器温度滑移)
表5热泵工况中方案11~19工质与R245fa的性能对比(P0表示蒸发压力；Pk表示冷凝压力；qv表示单位容积制热量；T排表示排气温度；T滑，0和T滑，k分别为蒸发器和冷凝器温度滑移)
结果显示：
1.新工质的环保性能很好，混合物的ODP值为0，GWP值远小于15，远小于R245fa的GWP值858。
2.在冷凝温度100℃的高温热泵工况中，R245fa的单位容积制热量小于3000kJ/m3，应用在热泵系统中可能会导致压缩机体积偏大，系统占地面积大，而给出的三元混合工质，其单位容积制热量远大于3000kJ/m3，最高为R245fa的142.5%，且COP是R245fa的98.8%以上，最高可达109.8%，适合热泵工况。
3.给出的混合工质与温度滑移值普遍偏小，属于近共沸混合物，补充工质方便。
4.由于制冷剂的充注量大致与摩尔质量成正比，混合工质在制冷系统中的充注量显著低于R245fa，且R1233zd(E)与R1336mzz(Z)为不可燃工质，系统的安全性会提高。
本发明提出了一种新型高温热泵工质，混合工质的环保性优良，GWP值远低于R245fa，且工质在系统中充灌量小，冷凝压力低，单位容积制热量远高于R245fa，COP值是R245fa的98.8%以上，综上所述，本发明所涉及的混合工质在环保性和循环性能上表现良好，可作为新型环保工质用在高温热泵工况中。
Claims (6)
1.一种适用于高温热泵系统的环保工质，其特征在于：包括三元混合物，所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：1%~34%的R1233zd(E)、1%~72%的R600a和27%~65%的环氧乙烷或20%~63%的R1233zd(E)、1%~15%的R1336mzz(Z)和36%~65%的环氧乙烷。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高温热泵系统的环保工质，其特征在于：所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：22%~34%的R1233zd(E)、1%~13%的R600a和56%~65%的环氧乙烷。
3.根据权利要求2所述的一种适用于高温热泵系统的环保工质，其特征在于：所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：25%~30%的R1233zd(E)、5%~10%的R600a和60%~65%的环氧乙烷。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高温热泵系统的环保工质，其特征在于：所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：28%~54%的R1233zd(E)、1%~7%的R1336mzz(Z)和45%~65%的环氧乙烷。
5.根据权利要求4所述的一种适用于高温热泵系统的环保工质，其特征在于：所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：30%~44%的R1233zd(E)、1%~5%的R1336mzz(Z)和55%~65%的环氧乙烷。
6.一种如权利要求1-5任意一种适用于高温热泵系统的环保工质应用于高温热泵系统中，制热温度可达100℃以上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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