CN1629247A - 一种含有四氯乙烷（HFC134a）的中高温热泵混合工质 - Google Patents

一种含有四氯乙烷（HFC134a）的中高温热泵混合工质 Download PDF

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一种含有HFC134a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。该组混合工质由HCFC－123、HFC－134a、HCFC－142b、HFC－152a、HFC－245fa、HFC－236fa共6种工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

一种含有四氟乙烷(HFC134a)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，尤其适合作为冷凝温度为60-120℃的中高温热泵系统中的制冷工质。
                              背景技术
热泵技术以消耗一部分高品位能(例如电能)为代价，通过热力循环，将不能直接利用的低品位热能(空气、土壤、地表水或浅层地下水中蕴含的热能，以及地热能、太阳能、工业余热等)的品位提升到可资利用的水平；系统的能效比(或性能系数--COP)一般高于3。为满足工业部门对较高供热温度的要求，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。制约中高温热泵技术发展的关键问题之一，就是缺乏适合的循环工质。以往曾用作中高温热泵系统工质的物质，有CFC11、CFC12、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。目前应用较多的空调-热泵系统，所用工质主要是HCFC22或其替代物R407C、R410A等，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种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。
本发明内容介绍及实施例：一种含有四氟乙烷(HFC134a)的中高温热泵混合工质，含有HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)，HCFC-123(1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷)，HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷)，HFC-152a(1，1-二氟乙烷)，HCFC-142b(一氯-1，1-二氟乙烷)和HFC-236fa(1，1，1，3，3，3，-六氟丙烷)等组元物质。各组元物质的基本参数如表1所示。该中高温热泵混合工质由HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)和HCFC-123(1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷)组成；或由HFC-134a和HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷)组成；或由HFC-152a(1，1-二氟乙烷)、HFC-134a和HCFC-123组成；或由HFC-134a和HCFC-142b(一氯-1，1-二氟乙烷)组成；或由HFC-134a、HCFC-142b和HCFC-123组成；或由HFC-134a和HFC-236fa(1，1，1，3，3，3，-六氟丙烷)组成；或由HFC-134a、HFC-236fa和HFC-152a组成。其具体配比(质量百分数)为：
HFC-134a/HCFC-123：20-90/10-80％
HFC-134a/HFC-245fa：30-90/10-70％
HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123：5-40/25-90/5-70％
HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123：20-95/5-50/0-75％
HFC-134a/HFC-236fa/HFC-152a：20-70/30-80/0-30％
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)环境性能：本发明的ODP等于零或接近于零，混合工质中多数组合的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：在中高温热泵设计工况(如蒸发温度40℃、冷凝温度90℃、过冷温度5℃、过热温度适度)下的蒸发压力在600.0kPa左右、冷凝压力在2000.0kPa左右、压缩比在3.60左右、排气温度在103.0℃左右。对照HCFC22在空调标准工况(蒸发温度7.2℃、冷凝温度54.4℃、过冷温度27.8℃、过热温度8.3℃)下的热工参数(蒸发压力为626.6kPa、冷凝压力为2158.2kPa、压缩比为3.44、排气温度为111.0℃)可见，在中高温热泵设计工况下，蒸发压力和冷凝压力均与HCFC22在空调工况下的相近，无需为本发明工质另行专门设计压缩机，中高温热泵系统设计中可采用HCFC22的空调压缩机。(3)循环性能：本发明在上述设计工况下的供热COP为4.4左右、单位质量供热量基本在110kJ/kg以上、单位容积供热量在3500kJ/m3左右，循环性能优良。
可将本发明工质直接灌注于现有HCFC22空调机组(有些工质要求更换润滑油)，将其转化为新工质的中高温热泵机组，且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
                                                   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
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
HFC236fa  1，1，1，3，3，3- CF3CH2CF3  152.01  -1.11   130.60  3.177     0      6300
          六氟丙烷
                             具体实施方式
实施例1：取67mass％HFC-134a和33mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例2：取59mass％HFC-134a和41mass％HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例3：取12mass％HFC-152a、52mass％HFC-134a和36mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例4：取40mass％HFC-134a和60mass％HCFC-142b，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例5：取55mass％HFC-134a、18mass％HCFC-142b和27mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例6：取27mass％HFC-134a和73mass％HFC-236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。
实施例7：取23mass％HFC-152a、7mass％HFC-134a和70mass％HFC-236fa，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，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7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
    蒸发压力/MPa   0.519   0.569   0.507
    冷凝压力/MPa   2.071   2.120   2.029
    压比   3.99   3.73   4.00
    排气温度/℃   109.8   103.4   111.1
    COP   4.47   4.82   4.49
    供热量/kJ/kg   152.0   152.5   164.6
    单位容积制热量/kJ/m3   3734   4126   3694
    ODP   0.0066   0   0.0072
    GWP   900.7   1090.9   726.4
    参数与性能   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7
    蒸发压力/MPa   0.679   0.488   0.567   0.616
    冷凝压力/MPa   2.234   2.005   2.033   2.039
    压比   3.29   4.11   3.58   3.31
    排气温度/℃   101.8   108.1   96.54   96.8
    COP   4.86   4.32   4.51   4.52
    供热量/kJ/kg   151.5   153.1   113.9   124.0
    单位容积制热量/kJ/m3   4513   3469   3728   3747
    ODP   0.036   0.016   0   0
    GWP   1600   1063.3   4950   4535.5

Claims (2)

1.一种含有HFC134a的中高温热泵混合工质，其特征是由HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)和HCFC-123(1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷)组成；或由HFC-134a和HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷)组成；或由HFC-152a(1，1-二氟乙烷)、HFC-134a和HCFC-123组成；或由HFC-134a和HCFC-142b(一氯-1，1-二氟乙烷)组成；或由HFC-134a、HCFC-142b和HCFC-123组成；或由HFC-134a和HFC-236fa(1，1，1，3，3，3，-六氟丙烷)组成；或由HFC-134a、HFC-236fa和HFC-152a组成。
2.按照权利要求1所述的中高温热泵混合工质，其特征是上述各组元物质的具体配比(质量百分数)为：
HFC-134a/HCFC-123：20-90/10-80％
HFC-134a/HFC-245fa：30-90/10-70％
HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123：5-40/25-90/5-70％
HFC-134a/HCFC-12b/HCFC-123：20-95/5-50/0-75％
HFC-134a/HFC-236fa/HFC-152a：20-70/30-80/0-30％
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