CN1233779C - 一种高温热泵混合工质 - 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
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：一种高温热泵混合工质，其特征是由HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、HCFC-142b(一氯-1，1-二氟乙烷)和HCFC-123组成；或由HCFC-124(一氯-1，2，2，2-四氟乙烷)、HCFC-142b和HCFC-123组成；或由HFC-134a、HCFC-123和HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷)组成；或由HCFC-124、HCFC-123和HFC-245fa组成。其具体配比(质量百分数)为：
HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123：5-60/10-50/30-90％，
HCFC-124/HCFC-142b/HCFC-123：10-60/10-50/30-90％
HFC-134a/HCFC-123/HFC-245fa：10-60/20-90/0-50％，其中组元HFC-245fa的含量不为0，
HCFC-124/HCFC-123/HFC-245fa：10-60/15-90/0-50％，其中组元HFC-245fa的含量不为0，
以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100％。
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
| 组元 | 名称 | 分子式 | 分子量 | Tb℃ | Tc℃ | PcMPa | ODP | GWP |
| HCFC123 | 1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷 | CHCl2CF3 | 152.93 | 27.85 | 183.79 | 3.674 | 0.02 | 90 |
| HCFC124 | 一氯-1，2，22-四氟乙烷 | CHClFCF3 | 136.48 | -12.05 | 122.50 | 3.634 | 0.02 | 440 |
| HFC134a | 1，1，1，2-四氟乙烷 | CF3CH2F | 102.03 | -26.15 | 101.06 | 4.056 | 0 | 1300 |
| HCFC142b | 1-一氯-1，1二氟乙烷 | CClF2CH3 | 100.50 | -9.25 | 137.1 | 4.246 | 0.06 | 1800 |
| HFC152a | 1.1-二氟乙烷 | CHF2CH3 | 66.05 | -24.15 | 113.29 | 4.520 | 0 | 150 |
| HFC245fa | 1，1，1，3，3-五氟丙烷 | CF3CH2CHF2 | 134.0 | 15.30 | 157.50 | 3.644 | 0 | 790 |
具体实施方式
实施例1：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2：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3：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4：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4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 |
| 蒸发压力MPa | 0.591 | 0.711 | 0.646 | 0.718 |
| 冷凝压力MPa | 1.944 | 2.122 | 2.080 | 2.151 |
| 压比 | 3.29 | 2.99 | 3.22 | 2.99 |
| 排气温度℃ | 129.82 | 127.5 | 130.1 | 128.6 |
| COP | 4.87 | 4.81 | 4.73 | 4.80 |
| 供热量kJ/kg | 128.2 | 109.0 | 129.1 | 118.7 |
| 单位容积制热量kJ/m3 | 3938 | 4243 | 4154 | 4370 |
| ODP | 0.008 | 0.012 | 0.0332 | 0.0360 |
| GWP | 612 | 503 | 902.1 | 844 |
Claims (2)
1.一种高温热泵混合工质，其特征是由HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、HCFC-142b(一氯-1，1-二氟乙烷)和HCFC-123组成；或由HCFC-124(一氯-1，2，2，2-四氟乙烷)、HCFC-142b和HCFC-123组成；或由HFC-134a、HCFC-123和HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷)组成；或由HCFC-124、HCFC-123和HFC-245fa组成。
2.按照权利要求1所述的一种高温热泵混合工质，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-142b/HCFC-123：5-60/10-50/30-90％，
HCFC-124/HCFC-142b/HCFC-123：10-60/10-50/30-90％，
HFC-134a/HCFC-123/HFC-245fa：10-60/20-90/0-50％，其中组元HFC-245fa的含量不为0，
HCFC-124/HCFC-123/HFC-245fa：10-60/15-90/0-50％，其中组元HFC-245fa的含量不为0，
以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100％。
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