CN1425734A - 一组高温热泵混合工质 - Google Patents

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Abstract

一组高温热泵混合工质，该组混合工质为HCFC－123、HCFC－124、HFC－134a、HCFC－142b、HFC－152a、HFC－245fa六种物质按不同的质量比例组成的二元和三元混合物。将上述各种组元按指定的配比在常温下进行物理混合即可，适合作为冷凝温度为100－160℃的高温热泵系统的制冷剂。本发明工质基本不破坏臭氧层，温室效应势较低，符合环保要求，热工参数及循环性能优良。可以应用HCFC22空调压缩机进行高温热泵系统优化设计，也可将本发明工质直接灌注到现有HCFC22空调机组中，将其转化为新工质的高温热泵机组。

Description

一组高温热泵混合工质
                              技术领域
本发明属于热泵或制冷、空调系统中的制冷剂，尤其适合作为冷凝温度为100-160℃的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℃(再高将不仅循环性能恶化，还将因突破系统的压力和排温上限而造成事故)，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，是为满足冷凝温度为100-160℃的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。
本发明内容介绍及实施例：一组高温热泵混合工质，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)等组元物质。各组元物质的基本参数如表1所示。由HFC-152a、HCFC-123组成高温热泵混合工质-1，由HFC-134a、HFC-245fa、HCFC-123组成高温热泵混合工质-2，由HCFC-124、HFC-245fa、HCFC-123组成高温热泵混合工质-3，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123组成高温热泵混合工质-4，由HCFC-124、HCFC-142b、HCFC-123组成高温热泵混合工质-5。其具体配比(质量百分数)为：
HFC-152a/HCFC-123(高温热泵混合工质-1)：5-50/50-95％。
HFC-134a/HFC-245fa/HCFC-123(高温热泵混合工质-2，包含HFC-245fa为零组分时，HFC-134a/HCFC-123为二元混合工质)：10-60/0-50/20-90％。
HCFC-124/HFC-245fa/HCFC-123(高温热泵混合工质-3，包含HFC-245fa为零组分时，HCFC-124/HCFC-123为二元混合工质)：10-60/0-50/15-90％。
HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(高温热泵混合工质-4)：5-60/10-50/30-90％。
HCFC-124/HCFC-142b/HCFC-123(高温热泵混合工质-5)：10-60/10-50/30-90％。
本发明的制备方法是，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。
本发明具有以下优点及有益效果：
(1)符合环保要求：ODP接近于零，GWP也很低(基本上小于1000)。(2)热工参数适宜：在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，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：本发明在高温热泵设计工况下的供热COP为4.8左右、单位质量供热量基本在110kJ/kg以上、单位容积供热量基本在4000kJ/m3以上。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
                                                        Tb       Tc       Pc
组元      名称               分子式    分子量
                                                                                    ODP       GWP
                                                         ℃        ℃        MPa
HCFC123   1，1-二氯-         CHCl2CF3     152.93       27.85    183.79    3.674   0.02      90
          2，2，2-三氟乙烷
HCFC124   一氯-1，2，2       CHClFCF3      136.48       -12.05   122 50    3.634   0.02      440
          2-四氟乙烷
HFC134a   1，1，1，2-        CF3CH2F      102.03       -26.15   101.06    4.056   0         1300
          四氟乙烷
HCFC142b  1-一氯-1，1        CClF2CH3     100.50       -9.25    137.1     4.246   0.06      1800
          二氟乙烷
HFC152a   1，1-              CHF2CH3      66.05        -24.15   113.29    4.520   0         150
          二氟乙烷
HFC245fa  1，1，1，3，3-五氟 CF3CH2CHF2  134.0        15.30    157.50    3.644   0         790
          丙烷
                           具体实施方式
实施例1：取24mass％HFC-152a、76mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取15mass％HFC-134a、40mass％HFC-245fa、45mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取37mass％HCFC-124、39mass％HFC-245fa、24mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取10mass％HFC-134a、31mass％HCFC-142b、59mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取21mass％HCFC-124、31mass％HCFC-142b、48mass％HCFC-123，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70℃，平均冷凝温度为120℃，吸气过热温度为5℃(对有些工质，为保证避免湿压缩，取排气过热度为5℃)，过冷温度为5℃，压缩过程定熵效率为85％，根据循环计算，上述5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     0.665     0.591     0.711     0.646     0.718
  冷凝压力MPa     2.181     1.944     2.122     2.080     2.151
  压比     3.28     3.29     2.99     3.22     2.99
  排气温度℃     132.6     129.82     127.5     130.1     128.6
  COP     4.83     4.87     4.81     4.73     4.80
  供热量kJ/kg     145.7     128.2     109.0     129.1     118.7
  单位容积制热量kJ/m3     4470     3938     4243     4154     4370
  ODP     0.0116     0.008     0.012     0.0332     0.0360
  GWP     115.2     612     503     902.1     844

Claims (2)

1.一组高温热泵混合工质，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)等组元物质，其特征是由HFC-152a、HCFC-123组成高温热泵混合工质-1，由HFC-134a、HFC-245fa、HCFC-123组成高温热泵混合工质-2，由HCFC-124、HFC-245fa、HCFC-123组成高温热泵混合工质-3，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123组成高温热泵混合工质-4，由HCFC-124、HCFC-142b、HCFC-123组成高温热泵混合工质-5。
2.按照权利要求1所述的一组高温热泵混合工质，其特征是上述各种组元物质的具体配比(质量百分数)为：HFC-152a/HCFC-123(高温热泵混合工质-1)：5-50/50-95％，HFC-134a/HFC-245fa/HCFC-123(高温热泵混合工质-2)：10-60/0-50/20-90％，HCFC-124/HFC-245fa/HCFC-123(高温热泵混合工质-3)：10-60/0-50/15-90％，HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(高温热泵混合工质-4)：5-60/10-50/30-90％，HCFC-124/HCFC-142b/HCFC-123(高温热泵混合工质-5)：10-60/10-50/30-90％。
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CN102127397A (zh) * 2011-01-19 2011-07-20 天津大学 用于螺杆膨胀机的有机工质朗肯循环系统的混合工质

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