CN1285698C - 一组含有HFCs的中高温热泵混合工质 - Google Patents

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Abstract

一组含有HFCs的中高温热泵混合工质，适合作为冷凝温度为60-120℃的中高温热泵系统的制冷剂。该组混合工质含有HFC134a，HFC152a，R13I1，HFC143，HFC236fa，HFC245fa等6种组元物质。6种物质按不同的质量比例组成的二元和三元混合物。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，既可采用HCFC22空调压缩机优化设计新工质中高温热泵系统，又可将新工质直接应用于原HCFC22空调机组，将原空调机组转换为新工质中高温热泵机组。

Description

一组含有HFCs的中高温热泵混合工质
                           技术领域
本发明属于热泵或制冷、空调系统中的制冷剂，尤其涉及到作为冷凝温度为60-120℃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60-160℃)的用能环节，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(从而降低温室效应)，还可有效利用工业余热、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(冷凝温度为80-100℃)、高温(冷凝温度高于100℃)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，它们均为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。目前应用较多的以HCFC22或其替代物R407C、R410A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℃(温度再高不但使循环性能恶化，而且如果超过系统的压力和排温上限容易造成事故)，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60-120℃的中高温热泵系统应用而研制的，也可用作离心式制冷、空调机组的工质。
                           发明内容
本发明的目的是提供一组适于中高温热泵机组应用的新工质，使其环境特性和循环性能俱佳。
本发明内容介绍：一组含有HFCs(氢氟烃类)的中高温热泵混合工质，含有三氟碘甲烷(R13I1)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC134a)，1，1，2-三氟乙烷(HFC143)，1，1-二氟乙烷(HFC152a)，1，1，1，3，3，3-六氟乙烷(HFC236fa)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC245fa)等组元物质，各组元物质的基本参数如表1所示。由HFC134a、HFC236fa、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-A，由HFC152a、HFC236fa、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-B，由R13I1、HFC236fa、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-C，由HFC134a、HFC236fa、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-D，由HFC152a、HFC236fa、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-E，由R13I1、HFC236fa、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-F，由HFC134a、HFC143、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-G，由HFC152a、HFC143、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-H，由R13I1、HFC143、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-I，由HFC236fa、HFC143、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-J。
上述各混合工质的具体配比(质量百分比)为：
HFC134a/HFC236fa/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-A，包含HFC134a为零组分时，HFC236fa/HFC143为二元混合工质)：0-45/50-95/5-50％。
HFC152a/HFC236fa/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-B)：0-40/55-95/5-45％。
R13I1/HFC236fa/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-C)：0-48/50-98/2-50％。
HFC134a/HFC236fa/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-D，包含HFC134a为零组分时，HFC236fa/HFC245fa为二元混合工质)：0-45/20-95/5-80％。
HFC152a/HFC236fa/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-E)：2-40/10-90/8-88％。
R13I1/HFC236fa/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-F)：5-50/10-90/5-85％。
HFC134a/HFC143/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-G，包含HFC134a为零组分时，HFC143/HFC245fa为二元混合工质)：0-45/5-50/50-95％。
HFC152a/HFC143/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-H)：2-42/8-48/50-90％。
R13I1/HFC143/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-I)：10-60/5-50/20-85％。
HFC236fa/HFC143/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-J)：30-80/10-50/10-60％。
本发明所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)符合环保要求：本发明的ODP等于零，多数混合工质中的GWP较低，可见其环境特性优良，符合保护臭氧层、减小温室效应的要求。(2)热工参数适宜：在中高温热泵设计工况下，压力水平与HCFC22在标准空调工况下的相近，排温低于HCFC22压缩机的排温限。因此，中高温热泵系统设计中可采用HCFC22的空调压缩机，无需为本发明工质另行专门设计压缩机。(3)循环性能优良：本发明在中高温热泵设计工况下的供热COP基本在4.0以上、单位质量供热量基本在110kJ/kg以上、单位容积供热量在3600kJ/m3以上，循环性能优良。换热器负荷与HCFC22空调系统相近，可将本发明工质直接灌注(有些工质要求更换润滑油)于现有HCFC22空调机组，将其转化为新工质的中高温热泵机组，能够保证循环能效和机组主要硬件匹配度。
              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
组元 名称 分子式   分子量   Tb℃   Tc℃   PcMPa ODP GWP
  R13I1   三氟碘甲烷   CF3I   195.9   -21.83   123.29   3.953   0   700
  HFC134a   1，1，1，2-四氟乙烷   CF3CH2F   102.03   -26.15   101.06   4.056   0   1300
  HFC143   1，1，2-三氟乙烷   CH2FCHF2   84.02   5.00   157.80   4.233   0   -
  HFC152a   1，1-二氟乙烷   CHF2CH3   66.05   -24.15   113.29   4.520   0   150
  HFC236fa   1，1，1，3，3，3-六氟丙烷   CF3CH2CF3   152.01   -1.11   130.60   3.177   0   6300
  HFC245fa   1，1，1，3，3-五氟丙烷   CF3CH2CHF2   134.0   15.30   157.50   3.644   0   790
                            具体实施方式
实施例1：取49mass％HFC134a、22mass％HFC236fa、29mass％HFC143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取81mass％HFC236fa、19mass％HFC143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：74取mass％R13I1、10mass％HFC236fa、16mass％HFC143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取52mass％HFC134a、26mass％HFC236fa、23mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取31mass％HFC152a、43mass％HFC236fa、25mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取77mass％R13I1、8mass％HFC236fa、15mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取47mass％HFC134a、16mass％HFC143、37mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取29mass％HFC143、71mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取76mass％R13I1、8mass％HFC143、16mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例10：取50mass％HFC236fa、28mass％HFC143、22mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
若热泵系统的设计工况取为：平均蒸发温度为40℃，平均冷凝温度为90℃，吸气过热温度为5℃(对有些工质，取适当排气过热度以保证避免湿压缩，)，过冷温度为5℃，压缩过程定熵效率为75％，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
  蒸发压力MPa   0.582   0.395   0.542   0.604   0.538
  冷凝压力MPa   2.038   1.385   1.765   2.184   1.933
  压比   3.50   3.51   3.26   3.61   3.59
  排气温度℃   106.4   95.1   107.8   103.3   102.7
  COP   4.20   4.07   4.36   3.81   3.97
  供热量kJ/kg   156.7   125.3   101.6   129.5   153.9
  单位容积制热量kJ/m3   4002   2711   3697   3982   3727
  GWP   -   -   -   2198
  参数与性能   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  蒸发压力MPa   0.539   0.496   0.277   0.506   0.353
  冷凝压力MPa   1.792   1.838   1.052   1.694   1.300
  压比   3.32   3.70   3.80   3.35   3.68
  排气温度℃   106.7   104.8   100.2   107.0   100.6
  COP   4.08   4.10   4.39   4.17   4.24
  供热量kJ/kg   88.9   162.2   177.5   99.3   153.2
  单位容积制热量kJ/m3   3653   3670   2258   3567   2675
  GWP   1278   -   -   -   -

Claims (1)

1.一组含有HFCs的中高温热泵混合工质，含有三氟碘甲烷(R13I1)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC134a)，1，1，2-三氟乙烷(HFC143)，1，1-二氟乙烷(HFC152a)，1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(HFC236fa)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC245fa)组元物质，从上述六种物质中，筛选得到下述的二元和三元中高温热泵混合工质，其特征是所述一组含有HFCs的中高温热泵混合工质由：
(1)HFC134a、HFC236fa和HFC143组成，质量百分比为(49∶22∶29)；
(2)或由HFC152a、HFC236fa和HFC143组成，质量百分比为(0-40)∶(55-95)∶(5-45)；
(3)或由R13I1、HFC236fa和HFC143组成，质量百分比为(74∶10∶16)；
(4)或由HFC152a、HFC236fa和HFC245fa组成，质量百分比为(2-40)∶(10-90)∶(8-88)；
(5)或由R13I1、HFC236fa和HFC245fa组成，质量百分比为(77∶8∶15)；
(6)或由HFC134a、HFC143和HFC245fa组成，质量百分比为(47∶16∶37)；
(7)或由HFC143和HFC245fa组成，质量百分比为(29∶71)；
(8)或由R13I1、HFC143和HFC245fa组成，质量百分比为(76∶8∶16)；
(9)或由HFC236fa、HFC143和HFC245fa组成，质量百分比(30-80)∶(10-50)∶(10-60)。
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