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 PDFInfo
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Abstract
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
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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