CN1444637A - 含有1,1,1,3,3－五氟丁烷的混合物用作致冷剂或载热体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及由1，1，1，3，3－五氟丁烷(R365mfc)和至少一种选自1，1，1，2－四氟乙烷(R134a)，五氟乙烷(R125)，1，1，1，3，3－五氟丙烷(R245fa)和1，1，1，2，3，3，3－七氟丙烷(R227ea)的其它种部分氟化的烃构成的混合物作为高温热泵的工作液体的应用。按本发明应用的致冷剂混合物具有高温度浮动。
Description
本发明涉及由1，1，1，3，3-五氟丁烷(R365mfc)和至少一种其它种部分氟化的烃组成的混合物在作为载热体或致冷剂，优选作为高温热泵中的工作液体方面的应用。
从生态的角度出发，特别是考虑到臭氧层的影响，冷却技术或空调技术中越来越多地使用环境友好的可以替代FCKW例如R12，R502和部分卤代的FCKW，例如R22的替代物质。只是对于高温热泵范围，目前还没有合适的致冷剂。过去为了这种具有100℃或更高的高冷凝温度的应用，而使用R114，一种氟氯代烃(FCKW)。因为这种工作液体属于Montreal议定书提及的破坏臭氧的物质，不能再使用，必须寻找合适的替代物质。
未公开的欧洲专利申请EP 99200762.5揭示了一种含有1，1，1，3，3-五氟丁烷和至少一种含有多于3个碳原子的不可燃的部分氟化的烃的混合物，以及其适用作致冷剂或载热体。但是这里没有说明这种混合物适用于高温热泵。
本发明的任务是提供一种相对于目前已知的致冷剂来说具有高的温度浮动(Temperaturgleit)以及高的临界温度的合适的混合物。
选择混合物的标准是产冷量值和热功率值，在液化器和蒸发器中的温度浮动以及压缩终温度。
按本发明此任务是通过使用一种含有或由1，1，1，3，3-五氟丁烷(R365mfc)和至少一种选自1，1，1，2-四氟乙烷(R134a)，五氟乙烷(R125)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(R245fa)和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(R227ea)的部分氟化的烃构成的混合物得以实现。
按目的特别使用含有1，1，1，3，3-五氟丁烷和至少一种选自1，1，1，2-四氟乙烷，五氟乙烷，和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷的组分的混合物。
在一种实施方案中按本发明的混合物可以是二元，即R365mfc与另一种组分，或三元，即R365mfc与另两种组分的混合物。
优选的二元混合物含有1，1，1，3，3-五氟丁烷和作为第二种组分的1，1，1，2-四氟乙烷，或五氟乙烷，或1，1，1，3，3-五氟丙烷或1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷。
优选的三元混合物含有1，1，1，3，3-五氟丁烷，1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷或1，1，1，3，3-五氟丁烷，1，1，1，2-四氟乙烷和1，1，1，3，3-五氟丙烷。
按本发明使用的混合物含有40-95wt％的1，1，1，3，3-五氟丁烷和至少一种用量为5-60wt％的选自1，1，1，2-四氟乙烷，五氟乙烷，1，1，1，3，3-五氟丙烷和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷的部分氟化的烃。
表1中说明了用于高温热泵的致冷剂的特征参数。
表1：高温热泵用致冷剂
| 摩尔质量 | 在1.013巴下的沸点(℃) | 临界温度参数 | |||
| tc(℃) | pc(巴) | ||||
| 七氟丙烷 | R227 | 170 | -18.3 | 103.5 | 29.5 |
| 1，1，1，3，3-五氟丁烷 | R365mfc | 148 | 40.2 | 193 | 31.0 |
| 五氟丙烷 | R245fa | 134 | 15.3 | 157.5 | 36.2 |
| 五氟乙烷 | R125 | 120 | -48.1 | 66.3 | 36.3 |
| 1，1，1，2-四氟乙烷 | R134a | 102 | -26.1 | 101 | 40.6 |
在一优选的实施方案中，作为二元混合物使用下列混合物：
95-90wt％ R365mfc和5-10wt％ R134a
95-70wt％ R365mfc和5-30wt％ R227ea
95wt％ R365mfc和5wt％ R125
95-40wt％ R365mfc和5-60wt％ R245fa。
另一个优选的实施方案中，作为三元混合物使用下列混合物：
90-40wt％ R365mfc和5-40wt％ R227ea和5-20wt％ R134a
90-40wt％ R365mfc和5-40wt％ R245fa和5-20wt％ R134a。
通过总浓度范围40-95wt％的R365mfc和5-60wt％的部分氟化的烃，其中组分的总和为100wt％，这种混合物表现为非共沸。
已经发现，R365mfc与上述组分构成一种非共沸的混合物。
所谓的非共沸，在本发明范围内是指，在恒重状态下，蒸汽和液体在所有浓度范围内具有不同的组成，因为各个混合物组分的沸点不同。蒸发和冷凝的过程不是在恒定温度下，而是在浮动的温度下进行的。
所谓的温度浮动是指恒定压力下沸点和露点温度之间的差值。如果至冷源(Waermesenke)或热源的热传递同样在浮动的温度下发生，那么在换热器中的传热过程中可以利用这种效应。特别是在冷凝器中可以由此减少能量损失。
在冷蒸气工艺中，热量释放在液化器中进行，或热量吸收在蒸发器中进行。在工业利用中，放热和吸热可在载热体或冷却介质中进行。这里，载热体或冷却介质经历了很大的温度落差(Temperaturhub)。
按本发明的混合物有利地作为致冷剂适用于工业应用中，在这种应用中，料流必须冷却＞15K的很大的温度落差。
这种非共沸的混合物的其它的使用领域有，冷凝温度为70-120℃的高温热泵。
按本发明的混合物由此有利地适用作热泵中的致冷剂，其将热量通过二次循环，通常是水，分散，这里二次循环在进程温度(Vorlauftemperatur)和回程温度(Ruecklauftemperatur)之间存在很大的温度差。
按本发明的混合物特别适用作除了需要大的温度落差以外，还需要高的冷凝温度，例如70-120℃的热泵中的致冷剂。
根据致冷剂循环的典型计算说明，按本发明的混合物适用作高温热泵的致冷剂。
卡诺(Carnot)过程用作对于所有类型冷冻机的比较过程。其包括所谓的等熵和等温过程。等熵过程说明一种压缩和膨胀的状态。液化器中的温度降低和蒸发器中的温度增加在恒定的温度下进行，并且用等温过程来说明。
非共沸的混合物在换热器中的温度降低和温度升高过程中，具有所谓的温度浮动，即由于不同的组成，液化温度和蒸发温度在相同的压力下不是常数。对于非共沸的混合物，由于温度浮动，液化器中的温度降低，蒸发温度升高。
通过液化器和蒸发器中载热体和冷却介质的温度导向(Temperaturfuehrung)，非共沸的混合物的这种性能可以在工业上加以利用。这种转换在实践中用逆流换热器进行。理论计算可以用所谓的洛仑兹(Lorenz)过程进行。Lorenz过程考虑在浮动温度下的热量导入和导出。如Carnot过程一样，等熵过程说明压缩和膨胀的状态。对于Carnot过程的等温过程，在蒸发和液化中，预先规定一般化的多变曲线，如图1中说明。
图1：温度(T)-熵(S)曲线说明的Carnot和Lorenz过程
图1中点1至4说明各个T-S曲线的过程。它描述了载热体和冷却介质的温度增加或降低。
在Carnot过程中，改变载热体或冷却介质与致冷剂之间的驱动温度差(treibende Temperaturdifferenz)改变。在Lorenz过程中，载热体或冷却介质与致冷剂之间的这一温度差不变。非共沸的混合物的温度浮动可以通过载热体或冷却介质的温度导向，即恒定的驱动温度差来加以利用。在这种情况下，换热器进口和出口温度的差值相应于各个浮动的温度。这样在理论上对于非共沸的致冷剂混合物来说得到比单组分致冷剂更高的功率值。
然后在一应用实施例中计算组成为75/25wt％的非共沸的R365mfc/R227ea混合物的热功率值以及致冷剂R114的热功率值。作为热源，使用温度为20℃的工艺热。这个温度用冷却介质导入蒸发器。冷却介质在蒸发器中冷却至10℃。在液化器中，温度为80℃水加热到100℃的低压蒸发温度。理论上循环的过热为15K，过冷为5K，等熵的效率为0.8。
致冷剂混合物以8.3℃的温度进入蒸发器，以11.7℃的温度离开蒸发器。蒸发器浮动为3.4K。非共沸的致冷剂R365mfc/R227ea的平均蒸发温度为10℃。致冷剂混合物以109℃的温度进入液化器，以90℃的温度离开液化器。液化器浮动为19.8K。平均液化温度为100℃。计算的热功率值为2.40。与此相比较，对于相同的应用，致冷剂R114的热功率值为2.3。蒸发和冷凝在恒温下进行。
表2中说明了特征性的计算数据。
表2：等熵效率为0.8，液化温度为100℃，过冷为5K，蒸发温度
为10℃，过热为15K的条件下的功率数据比较
| 功率数据 | R114 | R365mfc/R227(75/25wt-％) |
| 压缩器功率(kW) | 7.6 | 7.2 |
| 液化器功率(kW) | 17.6 | 17.2 |
| 液化器浮动(K) | 0 | 19.8 |
| 蒸发器功率(kW) | 10.0 | 10.0 |
| 蒸发器浮动(K) | 0 | 3.4 |
| 压力比 | 11.0 | 27.1 |
| 体积热功率(kJ/m3) | 890.2 | 374.1 |
| 热功率值 | 2.3 | 2.4 |
Claims (6)
1.含有或由1，1，1，3，3-五氟丁烷(R365mfc)和至少一种选自1，1，1，2-四氟乙烷(R134a)，五氟乙烷(R125)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(R245fa)和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(R227ea)的其它种部分氟化的烃构成的混合物作为致冷剂或载热体的应用。
2.含有或由40-95wt％的R365mfc和至少一种用量为5-60wt％的选自R134a，R125，R245fa和R227ea的其它种部分氟化的烃构成的混合物作为致冷剂或载热体的应用。
3.权利要求1和2的混合物应用，用作具有高的温度浮动的致冷剂。
4.权利要求1-3的混合物的应用，在这种应用中需要致冷剂的高冷凝温度，特别是用于高温热泵。
5.权利要求1-4的混合物的应用，在这种应用中冷凝温度高于70℃。
6.装有按权利要求1-5的致冷剂的高温热泵。
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