CN1563256A - 一组含有HFCs及HCs的中高温热泵混合工质 - Google Patents

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CN1563256A CN 200410018832 CN200410018832A CN1563256A CN 1563256 A CN1563256 A CN 1563256A CN 200410018832 CN200410018832 CN 200410018832 CN 200410018832 A CN200410018832 A CN 200410018832A CN 1563256 A CN1563256 A CN 1563256A
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王怀信
马利敏
郑臣明
张宇
杨强
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Abstract

一组含有HFCs及HCs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、HC600、HC600a等8种组元物质。8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及HCs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。目前应用较多的是以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)，而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)及HCs(碳氢类)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)，丁烷(HC600)，异丁烷(HC600a)等组元物质。由HFC134a、HFC152a、HFC236fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-1，由HFC134a、R13I1、HFC236fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-2，由HFC152a、R13I1、HFC236fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-3，由HFC134a、HFC152a、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-4，由HFC152a、R13I1、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-5，由HFC134a、R13I1、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-6，由HFC134a、HFC152a、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-7，由HFC134a、R13I1、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-8，由HFC152a、R13I1、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-9，由R13I1、HC600组成含有HCs的二元中高温热泵混合工质-1，由R13I1、HC600a组成含有HCs的二元中高温热泵混合工质-2。
上述各混合工质的具体配比(质量百分比)为：
HFC134a/HFC152a/HFC236fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-1，包含HFC152a为零组分时，HFC134a/HFC236fa为二元混合工质)：10-95/0-30/5-90％，
HFC134a/R13I1/HFC236fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-2，包含HFC134a为零组分时，R13I1/HFC236fa为二元混合工质)：0-60/30-95/10-70％，
HFC152a/R13I1/HFC236fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-3，包含R13I1为零组分时，HFC152a/HFC236fa为二元混合工质)：5-38/0-57/5-62％，
HFC134a/HFC152a/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-4，包含HFC152a为零组分时，HFC134a/HFC143为二元混合工质)：45-90/0-45/10-55％，
HFC134a/R13I1/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-5，包含HFC134a为零组分时，R13I1/HFC143为二元混合工质)：0-36/62-98/2-38％，
HFC152a/R13I1/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-6)：2-35/60-93/5-38％，
HFC134a/HFC152a/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-7，包含HFC152a为零组分时，HFC134a/HFC245fa为二元混合工质)：30-90/0-35/10-70％，
HFC134a/R13I1/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-8，包含HFC134a为零组分时，R13I1/HFC245fa为二元混合工质)：0-55/35-95/5-65％，
HFC152a/R13I1/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-9)：5-40/0-50/10-60％，
R13I1/HC600(含有HCs的二元中高温热泵混合工质-1)：97-99/1-3％，
R13I1/HC600a(含有HCs的二元中高温热泵混合工质-2)：97-99/1-3％。
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压缩机的排气温限。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左右、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
                                               分子    Tb      Tc      Pc
组元      名称                分子式                                              ODP  GWP
                                               量      ℃       ℃       MPa
R13I1     三氟碘甲烷          CF3I            195.9   -21.83   123.29   3.953    0    700
HFC134a   1，1，1，2-         CF3CH2F        102.0   -26.10   101.16   4.056    0    1300
          四氟乙烷
HFC143    1，1，2-三氟乙烷    CH2FCHF2       84.0    5.00     157.80   4.233    0    -
HFC152a   1，1-               CHF2CH3        66.1    -24.2    113.29   4.520    0    150
          二氟乙烷
HFC236fa  1，1，1，3，3，3-   CF3CH2CF3     152.0   -1.11    130.60   3.177    0    6300
          六氟丙烷
HFC245fa  1，1，1，3，3-五氟  CF3CH2CHF2    134.0   15.30    157.50   3.644    0    790
          丙烷
HC600     丁烷                CH3CH2CH2CH3 58.1    -0.45    152.05   3.800    0
HC600a    异丁烷              CH(CH3)2CH3    58.1    -11.80   135.00   3.650    0
                                具体实施方式
实施例1：取25mass％HFC134a、8mass％HFC152a、67mass％HFC236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取6mass％HFC134a、68mass％R13I1、26mass％HFC236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取21mass％HFC152a、31mass％R13I1、48mass％HFC236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。(过热度为10)
实施例4：取56mass％HFC134a、7mass％HFC152a、37mass％HFC143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取84mass％R13I1、16mass％HFC143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取36mass％HFC134a、34mass％R13I1、30mass％HFC143，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取16mass％HFC134a、35mass％HFC152a、49mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例8：取31mass％HFC134a、23mass％R13I1、46mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例9：取8mass％HFC152a、70mass％R13I1、22mass％HFC245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例10：取98mass％R13I1、2mass％HC600，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例11：取98mass％R13I1、2mass％HC600a，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，取适当的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11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  实施例6
   蒸发压力MPa   0.611   0.640   0.641   0.619   0.572   0.591
   冷凝压力MPa   2.147   2.070   2.158   2.154   1.835   2.019
   压比   3.52   3.23   3.37   3.48   3.21   3.42
   排气温度℃   96.5   102.5   101.0   111.6   111.5   111.1
   COP   3.64   4.03   3.80   4.26   4.38   4.31
   供热量kJ/kg   109.9   80.5   111.6   181.4   98.6   145.6
   单位容积制热量kJ/m3   3691   3903   3997   4348   3906   4145
   GWP   3878   2440   2720   -   -   -
   参数与性能  实施例7  实施例8  实施例9 实施例10 实施例11
   蒸发压力MPa   0.543   0.472   0.555   0.706   0.721
   冷凝压力MPa   1.975   1.756   1.872   2.134   2.165
   压比   3.64   3.72   3.37   3.02   3.00
   排气温度℃   109.4   104.8   107.6   109.1   108.8
   COP   4.09   4.10   4.09   4.20   4.18
   供热量kJ/kg   183.3   135.7   104.7   73.7   72.5
   单位容积制热量kJ/m3   3981   3487   3845   4333   4368
   GWP   547   902   613   ＜700   ＜700

Claims (2)

1.一组含有HFCs及HCs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)，丁烷(HC600)，异丁烷(HC600a)等组元物质，其特征是由HFC134a、HFC152a、HFC236fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-1，由HFC134a、R13I1、HFC236fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-2，由HFC152a、R13I1、HFC236fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-3，由HFC134a、HFC152a、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质4，由HFC152a、R13I1、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-5，由HFC134a、R13I1、HFC143组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-6，由HFC134a、HFC152a、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-7，由HFC134a、R13I1、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-8，由HFC152a、R13I1、HFC245fa组成含有HFCs的中高温热泵混合工质-9，由R13I1、HC600组成含有HCs的二元中高温热泵混合工质-1，由R13I1、HC600a组成含有HCs的二元中高温热泵混合工质-2。
2.按照权利要求1所述的含有HFCs及HCs的中高温热泵混合工质，其特征是上述各种组元物质的具体配比(质量百分比)为：
HFC134a/HFC152a/HFC236fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-1，包含HFC152a为零组分时，HFC134a/HFC236fa为二元混合工质)：10-95/0-30/5-90％，
HFC134a/R13I1/HFC236fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-2，包含HFC134a为零组分时，R13I1/HFC236fa为二元混合工质)：0-60/30-95/10-70％，
HFC152a/R13I1/HFC236fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-3，包含R13I1为零组分时，HFC152a/HFC236fa为二元混合工质)：5-38/0-57/5-62％，
HFC134a/HFC152a/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-4，包含HFC152a为零组分时，HFC134a/HFC143为二元混合工质)：45-90/0-45/10-55％，
HFC134a/R13I1/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-5，包含HFC134a为零组分时，R13I1/HFC143为二元混合工质)：0-36/62-98/2-38％，
HFC152a/R13I1/HFC143(含有HFCs的中高温热泵混合工质-6)：2-35/60-93/5-38％，
HFC134a/HFC152a/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-7，包含HFC152a为零组分时，HFC134a/HFC245fa为二元混合工质)：30-90/0-35/10-70％，
HFC134a/R13I1/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-8，包含HFC134a为零组分时，R13I1/HFC245fa为二元混合工质)：0-55/35-95/5-65％，
HFC152a/R13I1/HFC245fa(含有HFCs的中高温热泵混合工质-9)：5-40/0-50/10-60％，
R13I1/HC600(含有HCs的二元中高温热泵混合工质-1)：97-99/1-3％，
R13I1/HC600a(含有HCs的二元中高温热泵混合工质-2)：97-99/1-3％。
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