CN1425735A - 一组中高温热泵混合工质 - Google Patents
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Abstract
一组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、HCFC－124、HFC－134a、HCFC－142b、HFC－152a、HFC－245fa、HFC236－fa、HC－600a八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
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。
本发明内容介绍及实施例：一组中高温热泵混合工质，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，异丁烷(HC600a)，1，1，1，3，3，3，-六氟丙烷(HFC-236fa)等组元物质。各组元物质的基本参数如表1所示。由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-142b组成中高温热泵混合工质-1，由HFC-152a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-2，由HFC-152a、HFC-134a、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-3，由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-4，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-5，由HCFC-124、HCFC-142b、HFC-152a组成中高温热泵混合工质-6，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-7，由HFC-134a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-8，由HFC-152a、HFC-134a、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-9，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-10，由HCFC-124、HC-600a组成中高温热泵混合工质-11。其具体配比(质量百分数)为：
HFC-134a/HCFC-124/HCFC142-b(中高温热泵混合工质-1，包含HCFC-142b为零组分时，HFC-134a/HCFC-124为二元混合工质)：5-50/30-90/0-60％，
HFC-152a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-2)：5-30/40-90/20-60％，
HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123(中高温热泵混合工质-3)：5-40/30-90/5-70％，
HFC-134a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-4，包含HCFC-124为零组分时，HFC-134a/HCFC-123为二元混合工质)：20-90/0-40/10-80％，
HFC-152a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-5)：5-30/40-90/5-30％，
HCFC-124/HCFC-142b/HFC-152a(中高温热泵混合工质-6，包含HCFC-142b为零组分时，HCFC-124/HFC-152a为二元混合工质)：40-95/0-30/5-30％，
HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(中高温热泵混合工质-7，包含HCFC-123为零组分时，HFC-134a/HCFC-142b为二元混合工质)：20-95/5-50/0-75％，
HFC-134a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-8，包含HCFC-124为零组分时，HFC-134a/HFC-245fa为二元混合工质)：30-95/0-70/10-60％，
HFC-152a/HFC-134a/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-9，包含HFC-152a为零组分时，HFC-134a/HFC-236fa为二元混合工质)：0-25/20-70/30-80％，
HFC-152a/HCFC-124/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-10，包含HCFC-124为零组分时，HFC-152a/HFC236-fa为二元混合工质)：5-30/0-60/10-95％，
HCFC-124/HC-600a(中高温热泵混合工质-11)：90-99/1-10％。
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等于零或接近于零，多数混合工质中的GWP较低，小于1000。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4.4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。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
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
HCFC124 一氯-1，2，2 CHClFCF3 136.48 -12.05 122.50 3.634 0.02 440
2-四氟乙烷
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 CF3CH2CHF2134.0 15.30 157.50 3.644 0 790
丙烷
HFC236fa 1，1，1，3，3，3- CF3CH2CF3152.01 -1.11 130.60 3.177 0 6300
六氟丙烷
HC600a 异丁烷 CH(CH3)2CH358.12 -11.8 135.00 3.650 0 ＜50
具体实施方式实施例1：取13mass％HFC-134a、53mass％HCFC-124、34mass％HCFC-142b，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例2：取24mass％HFC-152a、62mass％HCFC-124、14mass％HCFC-123，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、36mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例4：取67mass％HFC-134a、0mass％HCFC-124、33mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例5：取16mass％HFC-152a、70mass％HCFC-124、14mass％HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例6：取71mass％HCFC-124、17mass％HCFC-142b、12mass％HFC-152a，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例7：取55mass％HFC-134a、18mass％HCFC-142b、27mass％HCFC-123，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例8：取9mass％HFC-134a、8mass％HCFC-124、83mass％HFC-245fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例9：取23mass％HFC-152a、7mass％HFC-134a、70mass％HFC-236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例10：取23mass％HFC-152a、24mass％HCFC-124、53mass％HFC-236fa，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例11：取95mass％HCFC-124、5mass％HC-600a，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 | 0.619 | 0.567 | 0.507 | 0.519 | 0.596 | 0.628 |
| 冷凝压力/MPa | 2.018 | 2.018 | 2.029 | 2.071 | 1.998 | 2.072 |
| 压比 | 3.30 | 3.56 | 4.00 | 3.99 | 3.35 | 3.30 |
| 排气温度/℃ | 97.7 | 103.7 | 111.1 | 109.8 | 96.6 | 95.5 |
| COP | 4.51 | 4.50 | 4.49 | 4.47 | 4.46 | 4.33 |
| 供热量/kJ/kg | 121.6 | 141.9 | 164.6 | 152.0 | 124.2 | 118.4 |
| 单位容积制热量/kJ/m3 | 3758 | 3745 | 3694 | 3734 | 3756 | 3793 |
| ODP | 0.034 | 0.012 | 0.005 | 0.005 | 0.012 | 0.012 |
| GWP | 1070 | 289 | 767.5 | 997.5 | 400.8 | 654 |
| 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 | 0.488 | 0.570 | 0.616 | 0.620 | 0.584 |
| 冷凝压力/MPa | 2.005 | 1.954 | 2.039 | 2.032 | 1.918 |
| 压比 | 4.11 | 3.43 | 3.31 | 3.28 | 3.28 |
| 排气温度/℃ | 108.1 | 96.0 | 96.8 | 96.4 | 95.1 |
| COP | 4.32 | 4.29 | 4.52 | 4.43 | 4.32 |
| 供热量/kJ/kg | 153.1 | 107.4 | 124.0 | 122.1 | 106.7 |
| 单位容积制热量/kJ/m3 | 3469 | 3498 | 3747 | 3769 | 3473 |
| ODP | 0.016 | 0.016 | 0 | 0.004 | 0.018 |
| GWP | 1158 | 571.2 | 3440 | 2668 | ＜401 |
Claims (2)
1.一组中高温热泵混合工质，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，异丁烷(HC-600a)，1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(HFC-236fa)等组元物质，其特征是由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-142b组成中高温热泵混合工质-1，由HFC-152a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-2，由HFC-152a、HFC-134a、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-3，由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-4，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-5，由HCFC-124、HCFC-142b、HFC-152a组成中高温热泵混合工质-6，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123组成中高温热泵混合工质-7，由HFC-134a、HCFC-124、HFC-245fa组成中高温热泵混合工质-8，由HFC-152a、HFC-134a、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-9，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-236fa组成中高温热泵混合工质-10，由HCFC-124、HC-600a组成中高温热泵混合工质-11。
2.按照权利要求1所述的中高温热泵混合工质，其特征是上述各种组元物质的具体配比(质量百分数)为：
HFC-134a/HCFC-124/HCFC-142b(中高温热泵混合工质-1)：5-50/30-90/0-60％，
HFC-152a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-2)：5-40/40-90/20-60％，
HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123(中高温热泵混合工质-3)：5-40/30-90/5-70％，
HFC-134a/HCFC-124/HCFC-123(中高温热泵混合工质-4)：20-90/0-40/10-80％，
HFC-152a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-5)：5-30/40-90/5-30％，
HCFC-124/HCFC-142b/HFC-152a(中高温热泵混合工质-6)：40-95/0-30/5-30％，
HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(中高温热泵混合工质-7)：20-95/5-50/0-75％，
HFC-134a/HCFC-124/HFC-245fa(中高温热泵混合工质-8)：30-95/0-70/10-60％，
HFC-152a/HFC-134a/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-9)：0-25/20-70/30-80％，
HFC-152a/HCFC-124/HFC-236fa(中高温热泵混合工质-10)：5-30/0-60/10-95％，
HCFC-124/HC-600a(中高温热泵混合工质-11)：90-99/1-10％。
Priority Applications (3)
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